JP2005059174A - Cutting edge change type cutting tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、刃先交換式切削工具に関し、例えば金型加工に適する工具に関する。 The present invention relates to a cutting edge exchangeable cutting tool, for example, a tool suitable for die machining.
金型の型材を加工する時には、ボールエンドミルやラジアスエンドミルを用いた加工方法があるが、切削抵抗が大きいためにびびりなどや、規則的な振動の発生による共振を発生しやすいという課題がある。そこで、このような課題を改良するために、特許文献１、特許文献２のような提案がなされている。
特許文献１は、複数のスローアウエイチップを、回転軸線を中心とする円周上に不等間隔で配置したスローアウエイカッタを開示している。
特許文献２は、切刃を完全不等分割配置して切削抵抗を低減させてしかも工具全体のバランスをとることのできる不等分割カッタを開示している。ここで、特許文献１、２に開示されている切刃の不等分割を用いた技術は、規則的な振動の発生による共振を抑制する目的で考案されているが、夫々の切刃に印加される負荷には殆ど有意差がないため、共振抑制効果は十分とは言えない。
When processing a mold material, there is a processing method using a ball end mill or a radius end mill. However, since the cutting resistance is large, there is a problem that vibration is likely to occur due to chatter or the occurrence of regular vibration. In order to improve such problems, proposals such as Patent Document 1 and
Patent Document 1 discloses a throw-away cutter in which a plurality of throw-away tips are arranged at unequal intervals on a circumference around a rotation axis.
本発明は上記の問題を解決し、例えば金型の型材を加工する際に、切削抵抗の低減を図り、びびりなどや規則的な振動の発生による共振を抑制して、高能率な加工が可能となるような刃先交換式切削工具を提供することである。 The present invention solves the above-mentioned problems. For example, when machining a mold material, it is possible to reduce cutting resistance and suppress resonance caused by chatter or regular vibration, thereby enabling highly efficient machining. It is providing the cutting-blade exchange-type cutting tool which becomes.
本発明は、複数のインサートが、円柱状又は円盤状をなす工具本体先端部の外周に、その上面を工具本体の回転方向に向けて配設され、インサート取付座に着脱自在に装着された刃先交換式切削工具において、略平行四辺形状からなる該インサートの角部にはノーズ部が形成され、該ノーズ部を挟んで隣り合う一対の逃げ面と、該ノーズ部を含む上面とがなす稜線部に長辺側切刃と短辺側切刃とが構成され、少なくとも１つのインサート切刃の回転軌跡が、他のインサート切刃の回転軌跡に対して変位していることを特徴とする刃先交換式切削工具である。本構成を採用することによって、例えば金型の型材を加工する場合においても、切削抵抗の低減を図り、びびりなどや、規則的な振動の発生による共振を抑制することができ、高能率な加工が可能となるような刃先交換式切削工具を提供することができる。 The present invention provides a cutting edge in which a plurality of inserts are disposed on the outer periphery of a tip of a tool body having a columnar shape or a disk shape, with the upper surface thereof directed in the direction of rotation of the tool body, and detachably mounted on an insert mounting seat. In an exchangeable cutting tool, a nose portion is formed at a corner portion of the insert having a substantially parallelogram shape, and a ridge line portion formed by a pair of adjacent flank faces sandwiching the nose portion and an upper surface including the nose portion The blade edge replacement is characterized in that a long-side cutting edge and a short-side cutting edge are formed at the same time, and the rotation trajectory of at least one insert cutting edge is displaced with respect to the rotation trajectory of another insert cutting edge. Type cutting tool. By adopting this configuration, for example, even when processing mold materials, cutting resistance can be reduced, and vibration due to chattering and the occurrence of regular vibrations can be suppressed. Therefore, it is possible to provide a cutting edge exchangeable cutting tool that enables the above.
本発明の刃先交換式切削工具は、該複数のインサートが合同形又は相似形であり、少なくとも１つのインサート切刃の回転軌跡が他のインサート切刃の回転軌跡に対して回転半径方向に変位し、略直線状の外周刃の長さをＬとした時に、回転半径方向の変位の量Ｈが、０．００２５Ｌ≦Ｈ≦０．３Ｌである。更に、少なくとも１つのインサート切刃の回転軌跡が他のインサート切刃の回転軌跡に対して回転軸方向に変位し、略直線状の底刃の長さをＲとした時に、回転軸方向の変位の量Ｊが、０＜Ｊ≦０．０３Ｒである。 In the cutting edge-exchangeable cutting tool of the present invention, the plurality of inserts are congruent or similar, and the rotational trajectory of at least one insert cutting edge is displaced in the radial direction of rotation with respect to the rotational trajectory of other insert cutting edges. When the length of the substantially straight outer peripheral blade is L, the amount of displacement H in the rotational radius direction is 0.0025L ≦ H ≦ 0.3L. Further, when the rotation trajectory of at least one insert cutting edge is displaced in the rotation axis direction with respect to the rotation trajectory of other insert cutting edges, and the length of the substantially straight bottom blade is R, the displacement in the rotation axis direction is displaced. The amount J is 0 <J ≦ 0.03R.
略平行四辺形状からなるインサートの長辺側切刃はノーズ部から離れるに従って底面方向に傾斜した切刃から構成されていることである。或いは、略平行四辺形状からなるインサートの短辺側切刃は、回転軸線方向と平行な直線部分を有し、長辺側切刃には回転半径方向にすかし角を有し、該ノーズ部分はコーナーＲを有していることである。また、インサートの上面となるすくい面に、すくい角αが０度＜α≦３０度のブレーカ溝を設けることである。 The long side cutting edge of the insert having a substantially parallelogram shape is constituted by a cutting edge that is inclined in the bottom direction as it is separated from the nose portion. Alternatively, the short side cutting edge of the insert having a substantially parallelogram shape has a linear portion parallel to the rotational axis direction, and the long side cutting blade has a corner angle in the rotational radius direction, and the nose portion Is having a corner R. Further, a breaker groove having a rake angle α of 0 degree <α ≦ 30 degrees is provided on a rake face which is an upper surface of the insert.
本発明によって、例えば金型の型材を加工する場合においても、切削抵抗の低減を図り、びびりなどや、規則的な振動の発生による共振を抑制することができ、高能率な加工が可能となるような刃先交換式切削工具を提供することができた。 According to the present invention, for example, when machining a mold material, it is possible to reduce cutting resistance, to suppress chatter and resonance due to occurrence of regular vibration, and to perform highly efficient machining. It was possible to provide such a cutting edge exchangeable cutting tool.
図１は、本発明例の工具本体図を示す。図１に示す様に４個のインサート２が、円柱状をなす工具本体１の先端部の外周に、その上面を工具本体１の回転方向に向けて配設され、インサート取付座に着脱自在に装着された刃先交換式切削工具である。図２から図４は、本発明例の刃先交換式切削工具に装着したインサートの例を示す。図２はインサートの正面図で、略平行四辺形平板状であるインサートの角部にノーズ部３が形成され、ノーズ部３を挟んで隣り合う一対の逃げ面と、前記ノーズ部を含む上面とがなす稜線部に長辺側切刃４と短辺側切刃５が形成されている。図３は、図２に示すインサートの側面図で、長辺側切刃４はノーズ部３から離れるに従って底面方向に傾斜した切刃を有した構成となっている。図４は他の例を示すインサートの正面図で、略平行四辺形平板状であるインサートの短辺側切刃６には、工具に装着した状態で、回転軸線方向と平行となるような直線部分Ｗを有し、長辺側切刃７には回転半径方向にすかし角βを有し、ノーズ部分はコーナーＲ８を有した構成となっている。該直線部分の長さＷは、インサートの内接円半径Ｐを基準とした時に、０．０５Ｐ≦Ｗ≦０．５Ｐであることが切削抵抗の低減を図り、切削面の面荒さの品位を維持するために好ましい。また、βは、０．５度≦β≦１０度とすることにより、切刃の逃がし効果を得られ且つ、インサートコーナーＲ部分の強度の劣化を防ぐことができることから、好ましい。ノーズ部分のコーナーＲは、１．２ｍｍから２．８ｍｍの範囲であることが、切削時のビビリ振動などに対して刃先の耐チッピング効果を得る事ができるため、好ましい。図１に示した工具本体１には、図２から図４に示したインサート形状のうち、１種類のインサート形状のものが４個装着されたものである。ここで、本発明に適用するインサートの形状は、上記で述べた形状の例に限定されるものではない。即ち、略平行四辺形状からなり、角部にノーズ部が形成され、ノーズ部を含む上面とがなす稜線部に長辺側切刃と短辺側切刃が形成されたインサートであれば、本発明の主旨に沿うものである。
FIG. 1 shows a tool body diagram of an example of the present invention. As shown in FIG. 1, four
図５は、図１に示した工具本体１を底面方向から示した図である。図５に示す様に、インサート１１、インサート１２、インサート１３、インサート１４で示す４個のインサートのうち、対象の位置にあるインサート１１、インサート１３の回転軌跡は、インサート１２、インサート１４の回転軌跡に対して回転半径方向内側に変位して設置され、その変位量がＨであることを示す。他のインサート配置例としては、４個のインサートのうち、１個のインサートの回転軌跡が、他の３個インサートの回転軌跡に対して回転半径方向内側に変位して設置され、その変位量がＨであってもよい。ここで、回転半径方向内側に変位して設置されたインサートを、変位インサートと呼ぶ事にすると、この変位インサートの配置は、装着するインサートの総数が偶数個の場合では、総数の半分を変位させることが、回転バランスを保つために好ましく、例えば総数が６個のインサートを装着する場合は、変位インサートは１個毎に配置するとよい。一方、総数が奇数個の時には、変位インサートは１個毎又は２個毎で良い。また、変位インサートが複数個の場合は、その変位量が全て同じ変位量であっても、異なっていても良い。 FIG. 5 is a view showing the tool main body 1 shown in FIG. 1 from the bottom surface direction. As shown in FIG. 5, among the four inserts indicated by the insert 11, the insert 12, the insert 13, and the insert 14, the rotation trajectory of the insert 11 and the insert 13 at the target position is the rotation trajectory of the insert 12 and the insert 14. It is shown that the amount of displacement is H. As another example of the arrangement of the inserts, among the four inserts, the rotation trajectory of one insert is displaced inward in the rotational radial direction with respect to the rotation trajectory of the other three inserts. H may be sufficient. Here, if the insert that is displaced inwardly in the radial direction of rotation is called a displacement insert, the arrangement of the displacement inserts will displace half of the total number when the total number of inserts to be installed is an even number. This is preferable in order to maintain a rotational balance. For example, when a total of six inserts are mounted, the displacement inserts may be arranged one by one. On the other hand, when the total number is an odd number, the number of displacement inserts may be one or two. Moreover, when there are a plurality of displacement inserts, the displacement amounts may all be the same or different.
図６は、他の例の工具本体を側面方向から示した図である。図６に示す様に、対象の位置にある対象の位置にあるインサート２１、図中示していないがインサート２３の回転軌跡は、インサート２２、インサート２４の回転軌跡に対して回転軸方向上方に変位し、その変位量がＪであることを示す。ここで、変位量の数値限定理由を説明する。半径方向の変位量Ｈは、略直線状の外周刃の長さをＬとした時に、０．００２５Ｌ≦Ｈ≦０．３Ｌである。Ｈ＜０．００２５Ｌでは、規則的な振動の発生による共振を抑制する効果が不十分である。一方、Ｈ＞０．３Ｌでは、変位量が大きすぎるために、実質の切刃数が減少してしまい、工具の外径側に位置したインサートへの負担が過大となり、工具寿命が減少する。回転軸方向の変位量Ｊは、０＜Ｊ≦０．０３Ｒである。Ｊ＝０では、傾斜切込みを行う様な切削条件や、工具の軸方向へ切込みを行う場合に、規則的な振動の発生による共振を抑制する効果が得られない。一方、Ｊ＞０．０３Ｒでは、軸方向側の実質の切刃数が減少してしまい、工具の軸方向先端側に位置したインサートへの負担が過大となり、工具寿命が減少する。本発明の刃先交換式切削工具に装着されるインサートの外周切刃の長さＬｍｍは、１≦Ｌ≦２０であることが好ましい。これは、インサートのＬは長い程、最大の切込み深さを大きく設定できるが、その反面、切削抵抗が大きくなる。Ｌが小さい程切削抵抗は小さいが、最大の切込み深さが小さくなるため、インサートの外周切刃が有する長さＬは、１≦Ｌ≦２０の範囲とする。 FIG. 6 is a view showing another example of the tool body from the side surface direction. As shown in FIG. 6, the rotation path of the insert 21 at the target position at the target position, not shown in the figure, is displaced upward in the rotation axis direction with respect to the rotation paths of the insert 22 and the insert 24. And the displacement amount is J. Here, the reason for limiting the numerical value of the displacement amount will be described. The amount of displacement H in the radial direction is 0.0025L ≦ H ≦ 0.3L, where L is the length of the substantially straight outer peripheral blade. If H <0.0025L, the effect of suppressing resonance due to the occurrence of regular vibration is insufficient. On the other hand, when H> 0.3L, the amount of displacement is too large, the number of cutting edges is reduced, the burden on the insert located on the outer diameter side of the tool becomes excessive, and the tool life is reduced. The displacement amount J in the rotation axis direction is 0 <J ≦ 0.03R. When J = 0, it is not possible to obtain the effect of suppressing resonance due to the occurrence of regular vibration when cutting conditions such as inclined cutting or when cutting is performed in the axial direction of the tool. On the other hand, when J> 0.03R, the actual number of cutting edges on the axial direction side is reduced, the burden on the insert located on the axial end side of the tool is excessive, and the tool life is reduced. It is preferable that the length Lmm of the outer peripheral cutting edge of the insert attached to the cutting edge exchange type cutting tool of the present invention is 1 ≦ L ≦ 20. The longer the L of the insert, the larger the maximum cutting depth can be set, but on the other hand, the cutting resistance increases. Although the cutting resistance is smaller as L is smaller, the maximum depth of cut is smaller, so the length L of the outer peripheral cutting edge of the insert is in the range of 1 ≦ L ≦ 20.
（実施例１）
本発明の刃先交換式切削工具を使用し、切削テストを行った。テストに使用した刃先交換式切削工具の仕様は、全長が１４０ｍｍ、刃径が４０ｍｍの４枚刃である。使用したインサートは図２に示した、略平行四辺形でインサートの長辺側切刃はノーズ部から離れるに従って底面方向に傾斜した切刃を有している形状のものである。実施例１は、長辺側切刃を外周刃とし、長さＬは１４ｍｍ、短辺側切刃を底刃とし、長さＲは９ｍｍのインサートを使用した。また、テストに使用した本発明の刃先交換式切削工具及び従来例の刃先交換式切削工具のインサート配置仕様を表１に併せて示す。従来例は、全てのインサート切刃の回転軌跡が略一致する様にインサートを工具本体に装着して使用した。切削テストは、切削距離が１０ｍの所で、刃先の損傷比較を表１に併記した。また、テストに使用した本発明例の刃先交換式切削工具及び従来例の刃先交換式切削工具のインサート配置仕様を表１に併せて示す。切削テストの条件を以下に示す。
（切削テストの条件）
被削材：炭素鋼Ｓ５０Ｃ（ＨＢ２２０）
切削速度：１６０ｍ／ｍｉｎ
１刃当りの送り量：０．２ｍｍ／刃
軸方向切込み量：３ｍｍ
径方向切込み量：１６ｍｍ
加工方法：乾式肩切削加工
(Example 1)
A cutting test was performed using the cutting edge-exchangeable cutting tool of the present invention. The specification of the cutting edge-exchangeable cutting tool used for the test is a four-blade with a total length of 140 mm and a blade diameter of 40 mm. The insert used has a substantially parallelogram shape as shown in FIG. 2, and the long side cutting edge of the insert has a shape that has a cutting edge that is inclined toward the bottom as it is away from the nose portion. In Example 1, an insert having a long side cutting edge as an outer peripheral blade, a length L of 14 mm, a short side cutting edge as a bottom blade, and a length R of 9 mm was used. Table 1 also shows the insert arrangement specifications of the cutting edge-exchangeable cutting tool of the present invention used in the test and the cutting-edge-exchangeable cutting tool of the conventional example. In the conventional example, the inserts were mounted on the tool body so that the rotation trajectories of all the insert cutting edges substantially coincided. In the cutting test, the damage comparison of the blade edge is shown in Table 1 at a cutting distance of 10 m. Table 1 also shows the insert arrangement specifications of the cutting edge replacement type cutting tool of the present invention used in the test and the cutting edge replacement type cutting tool of the conventional example. The conditions of the cutting test are shown below.
(Cutting test conditions)
Work material: Carbon steel S50C (HB220)
Cutting speed: 160 m / min
Feed per tooth: 0.2 mm / tooth Axial cutting depth: 3 mm
Radial cutting depth: 16mm
Processing method: Dry shoulder cutting
本発明例では、少なくとも１つのインサート切刃の回転軌跡が、他のインサート切刃の回転軌跡に対して変位する様に配置している。一方、従来例は、４個全てのインサート切刃の回転軌跡が略一致する様にインサートを工具本体に装着して切削性を評価した。切削方法は肩切削とし、この時の振動の発生状況を評価し、その結果を表１に併記した。表１に示す通り、本発明例１〜５は、従来例６と比較して切削時の振動が低減され、音の発生も低く抑えられていることを確認した。ここで振動音の評価は、切削装置近傍での通常の会話に支障の無い程度を小と表現した。表１の切刃の評価において、○は欠損もなく正常摩耗、△は微小なチッピングが有り、×は大きなチッピングが有り、切刃の欠け等により途中でテストは中止した。本発明例はびびりなどや規則的な振動の発生による共振を抑制し、従来例、比較例に対して良好な結果を得る事ができた。本発明例のインサートは、比較例、従来例のインサートに対して切削抵抗値を約１０から２０％低減可能であることが確認できた。これは、本発明を適用したことによって切削抵抗を低減し、びびりなどや、規則的な振動の発生による共振を抑制することができたためである。これにより、高能率な加工が可能であることを確認した。 In the example of this invention, it arrange | positions so that the rotational locus of at least 1 insert cutting blade may be displaced with respect to the rotational locus of the other insert cutting blade. On the other hand, in the conventional example, the insert was attached to the tool body so that the rotation trajectories of all four insert cutting edges substantially coincided, and the machinability was evaluated. The cutting method was shoulder cutting, and the occurrence of vibrations at this time was evaluated. The results are also shown in Table 1. As shown in Table 1, Examples 1 to 5 of the present invention confirmed that vibration during cutting was reduced and generation of sound was suppressed to a low level as compared with Conventional Example 6. Here, the evaluation of the vibration sound was expressed as small to the extent that there was no hindrance to normal conversation in the vicinity of the cutting device. In the evaluation of the cutting blades in Table 1, ◯ indicates normal wear with no defects, Δ indicates minute chipping, × indicates large chipping, and the test was stopped halfway due to chipping of the cutting blade. The example of the present invention suppressed the resonance due to chattering and the occurrence of regular vibration, and was able to obtain good results compared to the conventional example and the comparative example. It was confirmed that the insert of the example of the present invention can reduce the cutting resistance value by about 10 to 20% compared to the insert of the comparative example and the conventional example. This is because the cutting resistance can be reduced by applying the present invention, and resonance due to chattering and the occurrence of regular vibrations can be suppressed. This confirmed that high-efficiency processing was possible.
（実施例２）
本発明の他の刃先交換式切削工具を使用し、切削テストを行った。テストに使用した刃先交換式切削工具の仕様は、全長が２５０ｍｍ、刃径が１００ｍｍの５枚刃である。使用したインサートを図４に示した、略平行四辺形で短辺側切刃６を外周刃とし、長さＬは１４ｍｍ、回転軸線方向と平行な直線部分を３ｍｍ有し、長辺側切刃７を底刃とし、長さＲは１８ｍｍ、回転半径方向にすかし角３度を有し、該ノーズ部分のコーナーＲは１．６ｍｍを有した形状のものである。また、テストに使用した本発明の刃先交換式切削工具及び従来例の刃先交換式切削工具のインサート配置仕様を表２に示す。従来例は、全てのインサート切刃の回転軌跡が略一致する様にインサートを工具本体に装着して使用した。切削テストは、角材を半球状に加工する例で、３次元加工で縦方向切削をメインとするＲ面加工を行った。切削テストの条件を以下に示す。
（切削テストの条件）
被削材：炭素鋼Ｓ５０Ｃ（ＨＢ２２０）、寸法、４８０ｍｍ角、厚さ２４０ｍｍ
切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ
１刃当りの送り量：０．１ｍｍ／刃
径方向送り量：１０ｍｍ
加工深さ：２４０ｍｍ
加工方法：乾式のＲ面加工
(Example 2)
A cutting test was performed using another cutting edge-exchangeable cutting tool of the present invention. The specifications of the cutting edge exchange type cutting tool used for the test are five blades having a total length of 250 mm and a blade diameter of 100 mm. The used insert shown in FIG. 4 has a substantially parallelogram shape, the short
(Cutting test conditions)
Work material: Carbon steel S50C (HB220), dimensions, 480mm square, thickness 240mm
Cutting speed: 180 m / min
Feed per tooth: 0.1 mm / blade radial feed: 10 mm
Processing depth: 240mm
Processing method: Dry R surface processing
実施例２では、縦送り切削加工で取り代の多い部分を加工し、その後３次元倣い加工を実施した。縦送り加工は、軸方向に切削力がかかるため突き出し量の大きな場合でも十分に効率よく加工を行うことが出来る。次いで、縦横同時に送りながらＲ面の加工を行った。実施例２では、縦送りで荒加工を行ったため、全体の切り屑排出量の７／１０を縦送りの荒加工で排出し、残り３／１０を縦横同時送りにて加工した。そのため、１つのＲ面加工に、２時間５０分を要した。本発明例７から１１ではインサートの摩耗状態は正常でコーナー部にチッピング、びびり等による振動の発生もなく、切削面の粗さも良好で、安定した切削を行えることが分かった。一方、従来例１２ではインサート切刃のコーナーＲ部分に欠けが発生し、また切削箇所により振動が発生した。これは、本発明を適用したことによって切削抵抗を低減し、びびりなどや、規則的な振動の発生による共振を抑制することができたためである。これにより、高能率な加工が可能であることを確認した。 In Example 2, a part having a large machining allowance was machined by vertical feed cutting, and then three-dimensional copying was carried out. In longitudinal feed processing, cutting force is applied in the axial direction, so that even when the protruding amount is large, the processing can be performed sufficiently efficiently. Next, the R surface was processed while feeding in the vertical and horizontal directions simultaneously. In Example 2, since rough machining was performed by vertical feed, 7/10 of the entire chip discharge amount was discharged by rough feed vertical feed, and the remaining 3/10 was machined by vertical and horizontal simultaneous feed. Therefore, it took 2 hours and 50 minutes to process one R surface. In Examples 7 to 11 of the present invention, it was found that the insert was in a normal wear state, no vibration was generated due to chipping, chattering, etc. at the corner, the cutting surface was good in roughness, and stable cutting was possible. On the other hand, in Conventional Example 12, chipping occurred at the corner R portion of the insert cutting edge, and vibration occurred depending on the cutting location. This is because the cutting resistance can be reduced by applying the present invention, and resonance due to chattering and the occurrence of regular vibrations can be suppressed. This confirmed that high-efficiency processing was possible.
１：工具本体
２：インサート
３：ノーズ部
４：長辺側切刃
５：短辺側切刃
６：短辺側切刃
７：長辺側切刃
８：コーナーＲ
１１〜１４：インサート
２１〜２４：インサート
1: Tool body 2: Insert 3: Nose part 4: Long side cutting edge 5: Short side cutting edge 6: Short side cutting edge 7: Long side cutting edge 8: Corner R
11-14: Insert 21-24: Insert
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