WO2016186113A1

WO2016186113A1 - 切削インサート、工具ボデーおよび切削工具

Info

Publication number: WO2016186113A1
Application number: PCT/JP2016/064621
Authority: WO
Inventors: 雄大井田
Original assignee: 株式会社タンガロイ
Priority date: 2015-05-20
Filing date: 2016-05-17
Publication date: 2016-11-24
Also published as: US10201855B2; CN107614166A; EP3241638A4; EP3241638A1; EP3241638B1; JP6048715B1; JPWO2016186113A1; CN107614166B; US20170341152A1

Abstract

本発明の切削インサートは、第１の端面と、第１の端面と対向する第２の端面と、第１および第２の端面の間をつなぐ周側面とを有する切削インサートであって、周側面は、すくい面と、前部逃げ面と、すくい面と前部逃げ面との交差稜線部に位置する第１の切れ刃とを含む。第１の端面は、中央面と、中央面に対して前部逃げ面側に位置する側部逃げ面とを含む。すくい面に対向する方向からみて、中央面と周側面との交差稜線部を第１の稜線とし、側部逃げ面と周側面との交差稜線部を第２の稜線とし、すくい面に対向する方向からみて、第１の切れ刃と第１の稜線とのなす角を第１の角度αとし、第１の切れ刃と第２の稜線とのなす角を第２の角度βとすると、第１の角度αは第２の角度βよりも小さい。

Description

切削インサート、工具ボデーおよび切削工具

　本発明は、切削工具に着脱自在に装着される切削インサート、その切削インサートを装着する工具ボデーおよび切削工具に関する。

　従来の切削インサート、工具ボデーおよび切削工具には、特許文献１に示すようなものがある。すなわち、切削インサートは、２つの端面（上面２、下面３）と、それらの端面の間をつなぐ周側面（側面４）とを有する切削インサートであって、周側面は、直線状の前切れ刃（切刃５）と、すくい面と、前逃げ面９とを含む。前切れ刃と、一方の端面（下面３）とは鋭角をなしている。別の表現をすると、すくい面に対向する方向からみて、前切れ刃と、一方の端面（下面３）と周側面との交差稜線とは、９０°から角度αだけ小さくされ、鋭角をなしている。また、この切削インサートを装着する工具ボデーおよび切削工具が開示される。特許文献１の切削インサート、工具ボデーおよび切削工具は、溝入れ加工または突っ切り加工に適応する。

特開２００３－１１００５号公報

　特許文献１の従来の切削インサート、工具ボデーおよび切削工具は、被加工物の隅部に溝加工をする場合などに、切削インサートの端面と被加工物との間に切りくずが挟まり、被加工物または切削インサートが損傷することがある。すなわち、すくい面に対向する方向からみて、前切れ刃と、下面と周側面との交差稜線と、のなす角が９０°から僅かに（角度αは１°から２°程度）小さいだけなので、下面と被加工物との隙間が小さく、切りくずが挟まりやすい問題があった。

　本発明の工具ボデーは、本発明の切削インサートを着脱自在に装着するための切削工具の工具ボデーであって、切削インサートの第２の端面と当接するチップ座の底面を備える。

　本発明の切削工具は、本発明の切削インサートを備える切削工具である。

　この発明によれば、切削インサートと被加工物との間に切りくずが挟まることが抑制または防止される。

本発明の一実施形態における切削インサートの斜視図である。図１に示す切削インサートの右側面図である。図１に示す切削インサートの正面図である。図１に示す切削インサートの平面図である。図１に示す切削インサートの底面図である。図１に示す切削インサートをすくい面に対向する方向からみた模式図である。本発明の一実施形態における切削工具の斜視図である。図７に示す切削工具の平面図である。図８の部分拡大図である。図７に示す切削工具の右側面図である。図７に示す切削工具の正面図である。図７に示す切削工具から切削インサートを取り外した状態の拡大斜視図である。

　本発明を適用した一実施形態の切削インサート、工具ボデーおよび切削工具について図面を参照しながら説明する。図１から図５に示すように、この実施形態における切削インサート１は、対向する２つの端面２、３と、周側面４とを有する。周側面４は、２つの端面２、３の間をつないでいる。２つの端面２、３のほぼ中央には、貫通穴を備える。図２に示すように、２つの端面２、３の輪郭形状は、４つの角部を有する。周側面４は、４つの角部に対応する位置に４つの切れ刃５を備える。切れ刃５は、すくい面６と逃げ面との交差稜線部に形成される。すくい面６は、周側面４に形成されている。４つの切れ刃のそれぞれは、互いに１８０°回転対称な形状とされている。２つの端面２、３のそれぞれに対向する方向からみて、切削インサート１は、１８０°回転対称な形状とされている。また切削インサート１は、２つの端面２、３を互いに入れ替えるように裏返す方向に対しても、１８０°回転対称な形状とされている。したがって、この切削インサート１は、１つの切れ刃５が損傷して使用できなくなっても、他の３つの切れ刃５と向きを入れ替えて、少なくとも４回使用することができ、経済的である。４つの切れ刃５は、その形状および機能が同様であるため、以降は１つの切れ刃５のみについて説明し、他の３つの切れ刃５に関する説明は省略する。図２において、各々の切れ刃５が形成された各々の角部の左右方向の距離は、約１８ｍｍとされている。各々の角部の上下方向の距離は、約２０ｍｍとされている。２つの端面２、３の間の寸法である厚さは、約４ｍｍとされている。しかし、これらの寸法に限定されない。なお説明の中で、上下左右など空間内の位置や方向を示す用語を用いる場合があるが、それらの用語は本発明を限定するものではなく、それらの用語に基づいて本発明が限定的に解釈されることを意図しない。

　周側面４は、前部逃げ面７ａをさらに備える。ここでは、前部逃げ面７ａとすくい面６との交差稜線部に形成される切れ刃５を、第１の切れ刃５ａと呼称する。切れ刃５は、第１の切れ刃５ａの一端に接続する第１のコーナ切れ刃５ｂおよび他端に接続する第２のコーナ切れ刃５ｃを含む。さらに切れ刃５は、第１のコーナ切れ刃５ｂに接続する第１の側部切れ刃５ｄと、第２のコーナ切れ刃５ｃに接続する第２の側部切れ刃５ｅとを含む。すなわち、切れ刃５は、順に第１の側部切れ刃５ｄ、第１のコーナ切れ刃５ｂ、第１の切れ刃５ａ、第２のコーナ切れ刃５ｃおよび第２の側部切れ刃５ｅによって構成されている。２つの端面の一方を第１の端面２とし、他方の端面を第３の端面３とする。ここでは、第１の側部切れ刃５ｄ側の端面を第１の端面２とする。第１の切れ刃５ａが作用切れ刃とされるとき、第３の端面３は、工具ボデー２１のチップ座２２と当接する着座面を有する。第２の端面２は、中央面２ａを含む。中央面２ａは、切削インサート１が第１の端面２と第２の端面３とを反転して使用されるとき、着座面として作用する。

　第２の端面２は、中央面２ａよりも前部逃げ面７ａ側に形成された側部逃げ面７ｂを含む。この実施形態における切削インサート１は、側部逃げ面７ｂとすくい面６との交差稜線部に第１の側部切れ刃５ｄが形成されている。なお、第１のコーナ切れ刃５ｂに対応する逃げ面を、コーナ逃げ面７ｃと呼称することができる。側部逃げ面７ｂは、コーナ逃げ面７ｃを挟んで前部逃げ面７ａに隣接している。すなわち、側部逃げ面７ｂは、コーナ逃げ面７ｃを介して前部逃げ面７ａに接続している。また側部逃げ面７ｂは、中央面２ａへ接続面を介して接続している。この実施形態における切削インサート１の接続面は、段状に形成されているが、これに限定されない。この接続面は、側部逃げ面７ｂと中央面２ａとを接続できれば、どのような形状とされても構わない。また接続面が形成されず、側部逃げ面７ｂと中央面２ａとが直接接続されても構わない。すくい面６は、チップブレーカが形成されるように凹状に湾曲している。チップブレーカにより正のすくい角が付与され、切削抵抗を軽減することができる。チップブレーカの形状は、この実施形態の形状に限定されず、既知の様々な形状が適用できる。この実施形態における切削インサート１は、溝入れ加工または突っ切り加工に適する。

　ここでは、図４に示すようにすくい面６に対向する方向からみて、中央面２ａと周側面４との交差稜線部を第１の稜線１１と定め、側部逃げ面７ｂとすくい面６との交差稜線部を第２の稜線１２と定める。また図６に模式的に示すように、すくい面６に対向する方向からみて、第１の切れ刃５ａと第１の稜線１１とのなす角を第１の角度αと定め、第１の切れ刃５ａと第２の稜線１２とのなす角を第２の角度βと定める。第１の角度αは第２の角度βよりも小さくされる。なお、この実施形態における切削インサート１で、第２の稜線１２は、第１の側部切れ刃５ｄと一致する。第１の角度αが第２の角度βよりも小さくされることにより、すくい面６に対向する方向からみて、第１の側部切れ刃５ｄと、中央部２ａの第１の稜線１１とは屈曲するように配置される。なお、この実施形態における切削インサート１のように、すくい面６が湾曲面である場合、すくい面６に対向する方向とは、すくい面６を含む周側面４に対向する方向を意味し、すなわち図４に示す平面視を意味する。

　切削インサート１の切れ刃５周辺の材料は、超硬合金、サーメット、セラミック、ダイヤモンド、立方晶窒化ほう素を含有する焼結体等の硬質材料又はこれら硬質材料の表面にＰＶＤ又はＣＶＤコーティング膜を被膜したものの中から選ばれるとよい。また切れ刃５以外の切削インサート１の部分の材料も、同様の硬質材料などとされることが好ましい。

　図７から図１２に示すように、第２の端面３は、切削インサート１を工具ボデー２１へ装着するときに、チップ座２２の底面２２ａと当接し、周側面４は、チップ座の２つの壁面部分２２ｂ１、２２ｂ２と当接する。チップ座２２の底面２２ａは、切削インサート１と最も広く接触する面である。チップ座２２の壁面部分２２ｂ１、２２ｂ２は、底面２２ａに対して壁状に立ち上がる面である。切削インサート１の周側面４は、チップ座２２の壁面部分２２ｂ１、２２ｂ２と当接する保持部分である第１および第２の保持部分８ａ、８ｂを備える。ここでは図１０または図１２において、下側に位置する保持部分８を、第１の保持部分８ａとし、上側に形成される保持部分８を、第２の保持部分８ｂとする。したがって、作用切れ刃である第１の切れ刃５ａに加わる切削抵抗の内、主分力を主に受ける保持部分８が、第１の保持部分８ａとなる。切削抵抗の主分力は、作用切れ刃に対して、上側から下側に向かって主に作用するため、下側に形成される第１の保持部分８ａが切削抵抗の主分力を主に受けるのである。第２の保持部分８ｂを第１の保持部分８ａと協働させることで、切削インサート１を工具ボデー２１のチップ座２２へ固定する。第１の保持部分８ａは、切削インサート１の周方向において離間配置された、少なくとも２つの当接面１０を有する。２つの当接面１０は、それぞれ凹部９の一部として形成され、互いに向かい合うように配置されている。また第２の保持部分８ｂは、少なくとも１つの当接面１０を有する。第２の保持部分８ｂの当接面１０も、凹部９の一部として形成されている。切削インサート１は、チップ座２２の２つの壁面部分２２ｂ１、２２ｂ２と、３つの当接面１０が当接することで工具ボデー２１に安定的に固定される。前述のとおり、この実施形態における切削インサート１は、１８０°回転対称に形成されており、第２の保持部分８ｂの当接面１０は、第１の保持部分８ａの当接面１０と、１８０°回転対称な形状および配置とされている。すなわち、４つの当接面１０が形成され、そのうちの３つがチップ座２２の２つの壁面部分２２ｂ１、２２ｂ２と当接する。

　図７から図１２に示すように、この実施形態における切削工具２０は、旋盤用のバイトとされる。より詳細には、自動盤とも呼ばれる小型旋盤用の小型バイト、すなわち小さな旋削工具とされる。前述のとおり、この実施形態における切削インサート１は、溝入れ加工や突っ切り加工に適するため、この切削工具２０は、溝入れ加工や突っ切り加工に適する。この実施形態における切削工具２０の工具ボデー２１は、シャンクの断面形状が各辺１２ｍｍの正方形とされる。小型旋盤は、高能率な切削加工を可能とするため、多数の切削工具がくし型刃物台などに密集するように装着される。そのため使用される切削工具は、シャンクの断面形状が各辺１０ｍｍから１６ｍｍ程度の小型バイトであることが好ましい。しかし、これに限定されない。本発明は、ねじ切り加工用など、様々な用途の切削工具に適用できる。また、小型旋盤用にも限定されず、シャンクの断面形状が各辺２０ｍｍ以上のバイトにも適用することもできる。

　この実施形態における切削工具２０のクランプ部材３０は、締め付けねじ３０とされる。締め付けねじ３０は、切削インサート１の貫通穴を通って、チップ座２２に形成されるねじ穴と螺合する。しかし、クランプ部材３０は、この実施形態に限定されない。レバーによるクランプ方法など、既知の様々な切削インサート１の装着方法が適用できる。

　前述のとおり、チップ座２２の壁面は、２つの面部分である壁面部分２２ｂ１、２２ｂ２を含む。すなわち、切削インサート１の第１の保持部分８ａと当接する第１の壁面部分２２ｂ１と、第２の保持部分８ｂと当接する第２の壁面部分２２ｂ２とを含む。第１の壁面部分２２ｂ１と第２の壁面部分２２ｂ２との間の、図１２で右側に示す壁面は、切削インサート１と接触しないように形成されている。また壁面の一部に、図１２で左側に示す開放部が形成されている。この開放部から切削インサート１が突き出されることで、作用切れ刃である第１の切れ刃５ａが工具ボデー２１に対して突き出される。第１および第２の壁面部分２２ｂ１、２２ｂ２は、それぞれ第１および第２の保持部分８ａ、８ｂと対応して当接する形状とされている。すなわち、この実施形態における切削工具２０の第１の壁面部分２２ｂ１は、凸曲面部を有する。また第２の壁面部分２２ｂ２も凸曲面部を有する。しかし、これらに限定されず、チップ座２２の第１および第２の壁面部分２２ｂ１、２２ｂ２は、切削インサート１の第１および第２の保持部分８ａ、８ｂと当接し、切削インサート１を固定できる形状であれば、どのような形状でも構わない。チップ座２２の第１および第２の壁面部分２２ｂ１、２２ｂ２は、作用切れ刃に加わる切削抵抗を受けても切削インサート１が動かないように、下側となる第１の壁面部分２２ｂ１が少なくとも２箇所で、切削インサート１の第１の保持部分８ａに形成された２つの当接面１０と、それぞれ当接するとよい。上側となる第２の壁面部分２２ｂ２は、少なくとも１箇所が、切削インサート１の第２の保持部分８ｂに形成された当接面１０と、当接するとよい。そのように、お互いが離れた位置に配置され、なおかつ当接面１０の向きが異なる３箇所で、切削インサート１とチップ座２２の壁面とが当接すれば、切削インサート１がチップ座２２へ強固に確実に固定される。

　工具ボデー２１の先端側、かつ上側には、切りくずポケット２４が形成されている。切りくずポケットは、溝加工や突っ切り加工などの際の切りくずを、加工される溝の外にスムースに排出するための空間である。

　次に、各構成の作用・効果について説明する。前述のとおり、すくい面６に対向する方向からみて、第１の角度αは第２の角度βよりも小さくされる。このように中央面２ａが形成されると、フランジ部分などのある被加工物の隅部に溝加工をする場合などに、すくい面６に対向する方向からみて、前切れ刃とも称することが可能な第１の切れ刃５ａ、第１のコーナ切れ刃５ｂおよび第２のコーナ切れ刃５ｃによって定められる加工溝の幅に対して、まずは第２の角度βだけ逃げた後、さらに第１の角度αへ角度を変えて屈曲することにより、中央面２ａが溝の加工面やフランジ部分などから大きく逃がされる。すなわち、角度が変化することによって、被加工物と中央面２ａとの隙間を大きくすることができる。このため、被加工物と中央面２ａとの間に切りくずなどが挟まりにくくなり、切削インサート１の損傷や被加工物の加工品位の低下が抑制または防止される。すなわち、切削インサート１の工具寿命が延長される。または、被加工物の加工品位が向上する。第１の角度αは、７５°以上、かつ８７°以下の範囲に形成されることが好ましい。また第１の角度αと第２の角度βとの角度差は、１°以上、かつ１０°以下の範囲に形成されることが好ましい。第２の角度βは、８５°以上、かつ８９°以下の範囲に形成されることが好ましい。これらの角度範囲に切削インサート１が形成されることで、被加工物と中央面２ａとの隙間が必要かつ十分な大きさになり、切削インサート１の損傷や被加工物の加工品位の低下が抑制または防止される。第２の角度βは、８５°未満にされると、すくい面６の幅が急激に狭くなり、切削インサート１の強度が不足する虞がある。切削インサート１の強度が不足すると、切削インサート１が折損する場合がある。このため、切削条件に制約が生じる場合がある。第２の角度βは、８９°を超えて９０°に近づくと、側部逃げ面７ｂと被加工物との隙間が小さくなり、切りくずが挟まりやすくなる。第１の角度αは、７５°未満にされると、第２の角度βと同様に、切削インサート１の強度が不足する虞がある。第１の角度αは、８７°を超えると、中央面２ａと被加工物との隙間が小さくなり、切りくずが挟まりやすくなる。

　切りくずポケット２４は、内方に向かって凹む凹曲面として形成されることが好ましい。切りくずポケット２４は、作用切れ刃である第１の切れ刃５ａに対して、上方に突出する障害物を減ずるように形成される。上方凸部２３がなければ、切りくずポケット２４がなくても切りくずの排出はスムースに行われる。しかし前述のとおり、この実施形態における切削インサート１および切削工具２０では、第２の保持部分８ｂと当接する第２の壁面部分２２ｂ２が必要であるため、工具ボデー２１には、上方凸部２３が必要である。このため、切りくずの排出のために、切りくずポケット２４が形成される。凹曲面状の切りくずポケット２４の曲率半径Ｒは、図１０に示す側面視（右側面図）において、２ｍｍ以上、かつ２０ｍｍ以下の範囲に形成されることがさらに好ましい。このような曲率半径Ｒとされると、切りくずの排出がよりスムースになる。曲率半径Ｒが２ｍｍ未満のときは、切りくずが切りくずポケット２４に引っかかりやすくなり、切りくずのスムースな排出が阻害される。逆に、曲率半径Ｒが２０ｍｍを超えると、切りくずポケット２４の深さが不足し、空間（ポケット）としての機能が不足する。

　図８および図９に示す平面視において、上方凸部２３の先端側の頂部は、先端に向かうにつれ幅が漸次小さくなるように形成されている。このような形状に上方凸部２３が形成されると、切りくずポケット２４との相乗効果が生じ、切りくず排出性がさらに向上する。平面視において、上方凸部２３の先端側の頂部の輪郭形状は、流線形にされると、さらに好ましい。しかし、これに限定されず、切りくず排出のじゃまをしない形状であれば、どのような形状でも構わない。

　本発明の切削インサート１は、粉末加圧成形および焼結で製造することができる。さらに、焼結後に研削加工を行って、寸法精度の高い切削インサートとすることもできる。本発明の工具ボデー２１は、切削加工で製造することができる。

　本発明の切削インサートおよび切削工具は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更及び追加が可能である。例えば、旋盤用の切削工具に限定されず、回転切削工具にも適用できる。

１　切削インサート
２　第１の端面
２ａ　中央面
３　第２の端面
４　周側面
５　切れ刃
５ａ　第１の切れ刃
５ｂ　第１のコーナ切れ刃
５ｃ　第２のコーナ切れ刃
５ｄ　第１の側部切れ刃
５ｅ　第２の側部切れ刃
６　すくい面
７ａ　前部逃げ面
７ｂ　側部逃げ面
７ｃ　コーナ逃げ面
８ａ　第１の保持部分
８ｂ　第２の保持部分
９　凹部
１０　当接面
１１　第１の稜線
１２　第２の稜線
２０　切削工具
２１　工具ボデー
２２　チップ座
２２ａ　チップ座の底面
２２ｂ１、２２ｂ２　チップ座の第１および第２の壁面部分
２３　上方凸部
２４　切りくずポケット
３０　締め付けねじ
Ｒ　切りくずポケットの曲率半径
α　第１の角度
β　第２の角度

Claims

　第１の端面（２）と、該第１の端面（２）と対向する第２の端面（３）と、該第１および第２の端面（２、３）の間をつなぐ周側面（４）とを有する切削インサート（１）であって、
　前記周側面（４）は、すくい面（６）と、前部逃げ面（７ａ）と、該すくい面（６）と該前部逃げ面（７ａ）との交差稜線部に位置する第１の切れ刃（５ａ）とを含み、
　前記第１の端面（２）は、中央面（２ａ）と、該中央面（２ａ）よりも前記前部逃げ面（７ａ）側に位置する側部逃げ面（７ｂ）とを含み、
　前記すくい面（６）に対向する方向からみて、前記中央面（２ａ）と前記周側面（４）との交差稜線部を第１の稜線（１１）とし、前記側部逃げ面（７ｂ）と前記周側面（４）との交差稜線部を第２の稜線（１２）とし、
　前記すくい面（６）に対向する方向からみて、前記第１の切れ刃（５ａ）と前記第１の稜線（１１）とのなす角を第１の角度（α）とし、前記第１の切れ刃（５ａ）と前記第２の稜線（１２）とのなす角を第２の角度（β）とすると、
　前記第１の角度（α）は前記第２の角度（β）よりも小さい切削インサート（１）。
　前記第２の角度（β）は、８５°以上、かつ８９°以下の範囲とされる請求項１に記載の切削インサート（１）。
　前記第１の角度（α）は、７５°以上、かつ８７°以下の範囲とされる請求項１または２に記載の切削インサート（１）。
　前記第１の角度（α）と第２の角度（β）との角度差は、１°以上、かつ１０°以下の範囲とされる請求項１から３のいずれか一項に記載の切削インサート（１）。
　前記第１の切れ刃（５ａ）の両側に、各々のコーナ切れ刃（５ｂ、５ｃ）を介して、側部切れ刃（５ｄ、５ｅ）を有する請求項１から４のいずれか一項に記載の切削インサート（１）。
　突っ切り加工または溝入れ加工に用いられる請求項１から５のいずれか一項に記載の切削インサート（１）。
　前記周側面（４）は、少なくとも２つの保持部分（８ａ、８ｂ）を備え、
　前記保持部分（８ａ、８ｂ）は、それぞれ当接面（１０）を有する凹部（９）を有する請求項１から６のいずれか一項に記載の切削インサート（１）。
　請求項１から７のいずれか一項に記載の切削インサート（１）を着脱自在に装着するための切削工具（２０）の工具ボデー（２１）であって、
　前記切削インサート（１）の前記第２の端面（３）と当接するチップ座（２２）の底面（２２ａ）を備える工具ボデー（２１）。
　前記切削インサート（１）の前記周側面（４）は、少なくとも２つの保持部分（８ａ、８ｂ）を備え、
　前記２つの保持部分（８ａ、８ｂ）は、それぞれ当接面（１０）を有する凹部（９）を有し、
　該工具ボデー（２１）のチップ座（２２）は、前記当接面（１０）に当接する少なくとも２つの壁面部分（２２ｂ１、２２ｂ２）を備える請求項８に記載の工具ボデー（２１）。
　前記切削インサート（１）の前記保持部分（８ａ、８ｂ）のうち、第１の保持部分（８ａ）は、前記第１の切れ刃（５ａ）からみて、前記すくい面（６）側に配置され、
　前記第１の保持部分（８ａ）と当接する第１の壁面部分（２２ｂ１）は、該工具ボデー（２１）の先端側、かつ上方に位置し、
　前記第１の壁面部分（２２ｂ１）を含む上方凸部（２３）を有し、
　前記上方凸部（２３）は、少なくとも１つの切りくずポケット（２４）を備える請求項９に記載の工具ボデー（２１）。
　前記切りくずポケット（２４）は、内方に向かって凹む凹曲面として形成される請求項１０に記載の工具ボデー（２１）。
　側面視において、凹曲面状の前記切りくずポケット（２４）の曲率半径（Ｒ）は、２ｍｍ以上、かつ２０ｍｍ以下の範囲とされる請求項１１に記載の工具ボデー（２１）。
　平面視において、上方凸部（２３）の先端側の頂部は、先端に向かうにつれ幅が漸次小さくなる請求項１０に記載の工具ボデー（２１）。
　請求項１から７のいずれかに記載の切削インサート（１）を備える切削工具。