JP2006272475A - フライス工具およびスローアウェイインサート - Google Patents

Abstract

【課題】切刃強度を低下させることなく、しかも切削時に締付けねじにかかる力を低減することができる低切り込み高送り用フライス工具およびこれに用いるスローアウェイインサートを提供する。
【解決手段】先端の外周側にインサート取付部を有する工具本体と、２つの主面および４つの側面を有する略平板状をなし、前記インサート取付部に着脱自在に取り付けられたスローアウェイインサート１とを備え、逃げ面および内側被拘束面は、工具本体の先端側に凸の曲面であり、逃げ面とすくい面との交差稜線に工具本体の先端側に凸の切刃５ａが形成されており、後端側被拘束面が着座面となす角度αおよび内側被拘束面が着座面となす角度βをそれぞれ鋭角とし、角度αと角度βがα＜βの関係を満足し、スローアウェイインサートが、後端側被拘束面と外周側側面との境界部分と、内側被拘束面と逃げ面との境界部分とを通る直線に対して回転対称である。
【選択図】 図４

Description

本発明は、スローアウェイインサートを工具本体に着脱自在に取り付けたフライス工具およびこれに用いるスローアウェイインサートに関する。

一般に、金属材料等の切削加工に使用される切削工具として、切刃を有するスローアウェイインサートを工具本体に着脱自在に取り付けたフライス工具が知られている。特許文献１には、所定のスローアウェイチップ（スローアウェイインサート）を複数有する高送りスローアウェイ式回転工具（フライス工具）が記載されている。また、特許文献２には、軸線回りに回転される切削工具本体（工具本体）の先端部外周に、所定のスローアウェイチップが着脱可能に取り付けられたスローアウェイ式切削工具が記載されている。

図５（ａ）は、特許文献１や特許文献２に記載のような従来のフライス工具を示す平面図であり、図５（ｂ）は、その側面図である。図５（ａ），（ｂ）に示すように、このフライス工具７１は、切刃を有する３つのスローアウェイインサート７２と、スローアウェイインサート７２を取り付けるための３つのインサート取付座（図示せず）が先端部に設けられた工具本体７４とで構成されている。

そして、各スローアウェイインサート７２の略中央部に形成された貫通口に締付けねじ７３を挿通し、該締付けねじの先端側を工具本体７４のインサート取付座の座面に形成されたねじ穴に螺合して各スローアウェイインサート７２がインサート取付座に着脱自在に取り付けられている。さらに、締付けねじ７３で取り付けられたスローアウェイインサート７２は、その上面（すくい面７６）が工具本体７４に備えられたクランプ７５で押圧されている。

フライス工具７１は、工具自体を図５（ａ）に示す矢印の方向に回転させて金属材料等を切削し、切刃が摩耗した際には、スローアウェイインサート７２を工具本体７４から取り外し、新しい切刃を有するスローアウェイインサートに交換して使用する。

このようなフライス工具７１を用いた切削中には、締付けねじ７３に比較的大きな負荷が掛かるので、スローアウェイインサート７２の工具本体７４への取り付けは、締付けねじ７３に加えてクランプ７５で押圧するという構成にするのがよい。特に、低切り込み、高送りの条件で使用する場合には、締付けねじ７３に大きな負荷が掛かる。

ところが、この構成では、切刃が摩耗してスローアウェイインサート７２をボディー７４から取り外す際に、締付けねじ７３およびクランプ７５の二つを操作しなければならないので操作性が悪く、しかも切削中には切り屑がクランプ７５に当たるので、切屑排出性が悪い。また、クランプ７５を備えているために、ボディー７４における領域７７を減肉しなければならないので、ボディー７４の剛性が低下するという問題がある。

特許文献３には、平行四辺形をなす上面の鋭角の頂角を挟む辺稜部切れ刃に連なる側面に正の逃げ角が付与され、頂角に回転対称の位置にある下面の鋭角の頂角を挟む辺稜部切れ刃に連なる側面にもそれぞれ正の逃げ角が付与されたスローアウェイインサートおよびこれを備えたスローアウェイ式エンドミルが記載されている。この特許文献３に記載のスローアウェイ式エンドミルでは、着座面とのなす角度が鋭角の側面を有しているので、切削時に切刃に加わる切削力を側壁がサポートすることができ、締付けねじにかかる力が低減し、締付けねじの破損と無縁となる、とされている。すなわち、スローアウェイインサートの側面が所定の傾斜面である場合には、切削時に前記側面がインサート取付座の拘束面に拘束されて、該拘束面から側面に対してインサートをインサート取付座の座面側に押さえつける力が作用するので、締付けねじにかかる力をいくらか低減することができる。

特開２０００−５９２１号公報 特開２００３−２７５９１９号公報 特開平１１−８１３号公報

しかしながら、着座面とのなす角度が鋭角の側面は、コーナーチェンジ（切刃が摩耗した際に、インサートを回転して装着し反対側の切刃を使用すること）により逃げ面として機能することになる。したがって、切刃にかかる切削力を効果的に受け止めるために着座面とのなす角度を小さくしすぎると、コーナーチェンジにより逃げ面として機能する際に、逃げ角が小さくなりすぎて切刃の強度が低下するという問題がある。

本発明の課題は、切刃強度を低下させることなく、しかも切削時に締付けねじにかかる力を低減することができる低切り込み高送り用フライス工具およびこれに用いるスローアウェイインサートを提供することである。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、特許文献３に記載のスローアウェイインサートは、工具本体の先端側の切刃および外周側の切刃を両方とも使用して切削するタイプ（特許文献３の図４参照）であるので、側面が着座面となす角度を小さくして締付けねじにかかる力を小さくすることと、切刃強度の低下を防ぐことを両立させることは困難であるが、先端側の正面切刃のみを使用する低切り込み高送り用のフライス工具においては、逃げ面と着座面とのなす角度と、インサート取付部に拘束される被拘束面と着座面とのなす角度とをそれぞれの所定の条件を満足する角度とすることで、切刃強度を低下させることなく、しかも切削時に締付けねじにかかる力を低減することができるという新たな知見を見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の低切り込み高送り用フライス工具は、先端の外周側にインサート取付部を有する工具本体と、２つの主面および複数の側面を有する略平板状をなし、前記インサート取付部に着脱自在に取り付けられたスローアウェイインサートとを備え、前記インサート取付部は、前記工具本体の回転方向に向いた座面と、該座面よりも前記工具本体の後端側に位置する後端側壁面と、前記座面よりも前記工具本体の半径方向内側に位置する内側壁面とを有し、前記スローアウェイインサートは、一方の主面がすくい面とされ、他方の主面が前記座面に当接する着座面とされ、前記複数の側面が、前記後端側壁面に当接する後端側被拘束面と、該後端側被拘束面にほぼ対向し前記工具本体の先端側に位置する逃げ面と、前記内側壁面に当接する内側被拘束面と、該内側被拘束面にほぼ対向し前記工具本体の外周側に位置する外周側側面とを有し、前記内側被拘束面が前記内側壁面側に凸の曲面であり、前記逃げ面が工具本体の先端側に凸の曲面であり、前記逃げ面と前記すくい面との交差稜線に工具本体の先端側に凸の切刃が形成され、前記後端側被拘束面と前記外周側側面との境界部分と、前記内側被拘束面と前記逃げ面との境界部分とを通る直線に対して回転対称であり、さらに、前記後端側被拘束面が前記着座面となす角度αおよび前記内側被拘束面が前記着座面となす角度βをそれぞれ鋭角とし、前記角度αと角度βがα＜βの関係を満足することを特徴とする。

このように、本発明のフライス工具におけるスローアウェイインサートは、上記直線に対して回転対称である２コーナー仕様であり、工具本体の先端側に凸の逃げ面を有し、この逃げ面とすくい面との交差稜線に形成された切刃のみを用いた低切り込み高送り条件での切削加工に使用され、特許文献３に記載のスローアウェイインサートで使用される外周側の切刃は、本発明におけるスローアウェイインサートでは使用されない。このようなスローアウェイインサートでは、切刃を構成する逃げ面に対向する前記後端側被拘束面に切削時の力が最も大きくかかり、切刃として使用されない外周側側面に対向する前記内側被拘束面には後端側被拘束面にかかるような大きな力はかからない。また、内側被拘束面は、コーナーチェンジのために前記直線に対して１８０°回転させると、逃げ面として機能し、後端側被拘束面は、前記直線に対して１８０°回転させると、外周側側面となる。ところで、切削時に後端側被拘束面に作用する大きな力に対応するためには、後端側被拘束面が着座面となす角度が鋭角で、かつ、比較的小さくするのがよい。一方、切刃を構成する逃げ面とすくい面との角度が小さくなりすぎると、切刃の強度が低下する。したがって、本発明では、後端側被拘束面が着座面となす角度αおよび内側被拘束面が着座面となす角度βをそれぞれ鋭角とし、角度αと角度βがα＜βの関係を満足するように調整することで、切刃強度を低下させることなく、しかも切削時に締付けねじにかかる力を低減することができる。

また、前記後端側被拘束面と前記内側被拘束面とから構成される被拘束面には、それぞれが異なる方向に向いた少なくとも３つの面が存在し、該３つの面が前記後端側壁面または前記内側壁面に当接しているのがよい。このように、被拘束面を３つ以上の異なる方向に拘束することで、切削中にスローアウェイインサートが回転したりするようなことがなく、インサートが強固に拘束される。

さらに、本発明のフライス工具は、前記スローアウェイインサートの略中央部に形成された貫通口に締付けねじを挿通し、該締付けねじの先端側を前記インサート取付座の前記座面に形成されたねじ穴に螺合してスローアウェイインサートをインサート取付座に固定するのがよい。このように、本発明のフライス工具では、スローアウェイインサートを押圧固定するための従来のクランプを設ける必要がなく、締付けねじで固定するだけで、スローアウェイインサートを十分な強度で固定することができる。

本発明における前記角度αは７５°以下であり、前記角度βは７５〜８０°であるのが好ましい。これにより、後端側被拘束面での十分な拘束力と、十分な切刃強度とを得ることができる。

本発明の低切り込み高送り用スローアウェイインサートは、２つの主面および４つの側面を有する略平板状をなし、一方の主面がすくい面とされ、他方の主面が着座面とされ、フライス工具の工具本体に設けられたインサート取付部に前記すくい面を前記工具本体の回転方向に向けた状態で着脱自在に取り付けて使用し、前記４つの側面は、スローアウェイインサートを前記インサート取付部に取り付けた状態において、前記工具本体の後端側に位置する後端側被拘束面と、該後端側被拘束面にほぼ対向するように前記工具本体の先端側に位置し、該先端側に凸の曲面からなる逃げ面と、前記工具本体の半径方向内側に位置し、該半径方向内側に凸の曲面からなる内側被拘束面と、該内側被拘束面にほぼ対向するように前記工具本体の外周側に位置する外周側側面とからなり、前記逃げ面と前記すくい面との交差稜線に工具本体の先端側に凸の切刃が形成されており、前記後端側被拘束面が前記着座面となす角度αおよび前記内側被拘束面が前記着座面となす角度βをそれぞれ鋭角とし、前記角度αと角度βがα＜βの関係を満足し、前記後端側被拘束面と前記外周側側面との境界部分と、前記内側被拘束面と前記逃げ面との境界部分とを通る直線に対して回転対称であることを特徴とする。

本発明のフライス工具によれば、後端側被拘束面が着座面となす角度αおよび内側被拘束面が着座面となす角度βをそれぞれ鋭角とし、角度αと角度βがα＜βの関係を満足するので、切刃強度を低下させることなく、しかも切削時に締付けねじにかかる力を低減することができる。これにより、締付けねじ以外にクランプを設ける必要がなく、操作性および切り屑排出性に優れるとともに、クランプを備えることによる工具本体の強度が低下するのを防ぐことができる。

以下、本発明のフライス工具およびスローアウェイインサートの一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１（ａ），（ｂ）は、本実施形態のスローアウェイインサートを示す斜視図である。図２（ａ）は、本実施形態のスローアウェイインサートを示す平面図であり、図２（ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図３（ａ）は、本実施形態の工具本体を示す平面図であり、図３（ｂ）は、その側面図である。図４（ａ）は、本実施形態のスローアウェイインサートを工具本体に取り付けた状態を示す平面図であり、図４（ｂ）は、その側面図である。

図１(a)，(b)および図２(a)〜(c)に示すように、本実施形態のスローアウェイインサートは、２つの主面２（２ａ，２ｂ）および４つの側面４（４ａ〜４ｄ）を有する略四角形平板状をなし、一方の主面２ａがすくい面とされ、他方の主面２ｂが着座面とされ、低切り込み高送り用フライス工具の工具本体に設けられたインサート取付部に着脱自在に取り付けて使用される。

スローアウェイインサート１の４つの側面４は、図４(a)，(b)に示すインサート取付部１４に取り付けられた状態において、工具本体１１の後端側に位置する後端側被拘束面４ａと、該後端側被拘束面４ａにほぼ対向するように工具本体１１の先端側に位置し、工具本体１１の先端側に凸の逃げ面４ｃと、工具本体１１の半径方向内側に位置し、該半径方向内側に凸の内側被拘束面４ｂと、該内側被拘束面４ｂにほぼ対向するように前記工具本体の外周側に位置する外周側側面４ｄとからなる。逃げ面４ｃおよび内側被拘束面４ｂは、４つの側面４を含む平面で切り取った断面の外郭線が略Ｖ字状となる曲面である。

逃げ面４ｃとすくい面２ａとの交差稜線には切刃５ａが形成されている。また、内側被拘束面４ｂと着座面２ｂとの交差稜線には切刃５ｂが形成されている。両方の主面２ａ，２ｂには、切刃５ａ，５ｂに沿って、切屑の排出性を高めるためのブレーカ溝８がそれぞれ形成されている。また、該インサート１の略中央部には、図４（ｂ）に示す締付けねじ２２を挿通させるための貫通口６が形成されている。

このスローアウェイインサート１は、後端側被拘束面４ａと外周側側面４ｄとの境界部分と、内側被拘束面４ｂと逃げ面４ｃとの境界部分とを通る直線Ｌに対して回転対称である。ここで、「回転対称」とは、スローアウェイインサート１を直線Ｌのまわりに１８０°回転させたときに、回転前と同じ立体図形になることをいう。これにより、フライス工具の切削時において、切刃５ａが摩耗した際には、直線Ｌを回転軸としてインサート１を１８０°回転させることで切刃５ｂを用いて切削することができる。すなわち、すくい面および着座面をなす両主面２ａ，２ｂは、該インサート１を裏返した場合には、それぞれ着座面およびすくい面として使用することができる（両面使用可能な２コーナー仕様）。

後端側被拘束面４ａが主面２ｂとなす角度αおよび内側被拘束面４ｂが主面２ｂとなす角度βは、それぞれ鋭角とされ、角度αと角度βはα＜βの関係を満足する。また、外周側側面４ｄが主面２ａとなす角度αおよび逃げ面４ｃが主面２ａとなす角度βは、それぞれ鋭角とされ、角度αと角度βはα＜βの関係を満足する。これらの角度αと角度βは上記条件を満足すれば特に限定されるものではないが、角度αは好ましくは７５°以下、より好ましくは６５〜７５°であるのがよく、角度βは好ましくは７５〜８０°であるのがよい。

図３(a)，(b)に示すように、工具本体は、先端の外周側に３つのインサート取付部１４を有している。各インサート取付部１４は、着座面２ｂが当接する座面１６と、該座面１６よりも工具本体１１の後端側に位置し、後端側被拘束面４ａに当接する後端側壁面１３ａと、座面１６よりも工具本体１１の半径方向内側に位置し、内側被拘束面４ｂに当接する内側壁面１３ｂおよび内側壁面１３ｃとを有している。

座面１６は、その略中央部に図４（ｂ）に示す締付けねじ２２を螺合するためのねじ穴１２が形成され、図４（ａ），（ｂ）に示すフライス工具２１の回転軸方向および半径方向に略平行に配設されている。なお、座面１６は、フライス工具２１の回転軸方向および半径方向に略平行に配設されている場合に限定されるものではなく、切削加工する金属材料等の形状に応じて、フライス工具２１の回転軸方向および／または半径方向に任意の角度で傾斜するようにして配設されていてもよい。

フライス工具２１は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、スローアウェイインサート１の貫通口６に締付けねじ２２を挿通し、該締付けねじ２２の先端側をインサート取付座１４の座面１６に形成されたねじ穴１２に螺合することにより、３つのスローアウェイインサート１が各インサート取付座１４に着脱自在に取り付けられるようにして構成されている。

この際、スローアウェイインサート１における４つの側面４のうち、外周側側面４ｄがフライス工具２１の外周側に、逃げ面４ｃが正面側にそれぞれ配置され、外周側の側面４ｄに対向する内側被拘束面４ｂが拘束面１３ｂ，１３ｃに、正面側の逃げ面４ｃに対向する後端側被拘束面４ａが拘束面１３ａに当接するようにして配置される。すなわち、スローアウェイインサート１は、後端側被拘束面４ａと内側被拘束面４ｂとから構成される被拘束面に、それぞれが異なる方向に向いた３つの面が存在し、該３つの面が後端側壁面１３ａ、内側壁面１３ｂおよび内側壁面１３ｃにそれぞれ当接している。上記３つの面とは、凸曲面である内側被拘束面４ｂにおける凸の先端部の両側に存在する互いに異なる方向に向いた２つの面と、後端側被拘束面４ａとからなる面のことである。このように、後端側被拘束面４ａおよび内側被拘束面４ｂは、拘束面１３ａ，１３ｂ，１３ｃの３つの拘束面により３点拘束されている。また、これらの拘束面１３ａ，１３ｂ，１３ｃに拘束される後端側被拘束面４ａの角度αおよび内側被拘束面４ｂの角度βが鋭角であるので、拘束面１３ａ，１３ｂ，１３ｃはスローアウェイインサート１が座面１６から浮き上がるのを防ぐ働きをする。

この状態で、フライス工具２１を図４（ａ）に示す矢印の方向に回転させ、低切り込み、高送りで使用すると、切削中はインサート１の側面４ａ，４ｂがそれぞれインサート取付座１４の拘束面１３ａ，１３ｂ，１３ｃに３点拘束されるので、インサート１が切削中に回転したり、取付座１４から浮くことがなく、締め付けねじ２２にかかる負荷が低減される。このため、クランプが不要となり、その結果、フライス工具２１は操作性および切屑排出性に優れると共に、クランプを備えることによる工具本体強度の低下がないフライス工具とすることができる。しかも、インサート１の後端側被拘束面４ａが主面２ｂとなす角度αおよび内側被拘束面４ｂが主面２ｂとなす角度βが、それぞれ鋭角であり、かつ所定の関係を満足しているので、インサート１は十分な切刃強度を有する。そして、切刃５ａが摩耗した際には、締付けねじ２２を操作してインサート１を裏返し、切刃５ｂを用いて切削することができる。

また、スローアウェイインサート１は、拘束面１３ａ，１３ｂ，１３ｃにより３点で拘束されているので、インサート１を拘束する拘束力が安定し、切削加工中にインサート１が締付けねじ周りに回転するのを防止することができる。さらに、内側被拘束面４ｂは、断面が略Ｖ字形状の曲面であり、該曲面の中心付近から工具本体１１の後端側に向かって工具本体１１の外周側に傾斜している。このため、内側被拘束面が外周側に傾斜していない場合と比べて、インサート取付部１４を小さくできるので、工具本体１１の剛性を高めることができる。

（ａ），（ｂ）は、本実施形態のスローアウェイインサートを示す斜視図である。 （ａ）は、本実施形態のスローアウェイインサートを示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 （ａ）は、本実施形態の工具本体を示す平面図であり、（ｂ）は、その側面図である。 （ａ）は、本実施形態のスローアウェイインサートを工具本体に取り付けた状態を示す平面図であり、（ｂ）は、その側面図である。 （ａ）は、従来のフライス工具を示す平面図であり、（ｂ）は、その側面図である。

符号の説明

１ スローアウェイインサート
２，２ａ，２ｂ 主面
４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 側面
５，５ａ，５ｂ 切刃
６ 貫通口
８ ブレーカ溝
１１ 工具本体
１２ ねじ穴
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ 拘束面
１４ インサート取付座
１６ 座面
２１ フライス工具
２２ 締付けねじ

Claims (5)

1. 先端の外周側にインサート取付部を有する工具本体と、２つの主面および複数の側面を有する略平板状をなし、前記インサート取付部に着脱自在に取り付けられたスローアウェイインサートとを備え、
   前記インサート取付部は、前記工具本体の回転方向に向いた座面と、該座面よりも前記工具本体の後端側に位置する後端側壁面と、前記座面よりも前記工具本体の半径方向内側に位置する内側壁面とを有し、
   前記スローアウェイインサートは、一方の主面がすくい面とされ、他方の主面が前記座面に当接する着座面とされ、前記複数の側面が、前記後端側壁面に当接する後端側被拘束面と、該後端側被拘束面にほぼ対向し前記工具本体の先端側に位置する逃げ面と、前記内側壁面に当接する内側被拘束面と、該内側被拘束面にほぼ対向し前記工具本体の外周側に位置する外周側側面とを有し、前記内側被拘束面が前記内側壁面側に凸の曲面であり、前記逃げ面が工具本体の先端側に凸の曲面であり、前記逃げ面と前記すくい面との交差稜線に工具本体の先端側に凸の切刃が形成され、前記後端側被拘束面と前記外周側側面との境界部分と、前記内側被拘束面と前記逃げ面との境界部分とを通る直線に対して回転対称であり、
   さらに、前記後端側被拘束面が前記着座面となす角度αおよび前記内側被拘束面が前記着座面となす角度βをそれぞれ鋭角とし、前記角度αと角度βがα＜βの関係を満足することを特徴とする低切り込み高送り用フライス工具。
2. 前記後端側被拘束面と前記内側被拘束面とから構成される被拘束面には、それぞれが異なる方向に向いた少なくとも３つの面が存在し、該３つの面が前記後端側壁面または前記内側壁面に当接している請求項１記載のフライス工具。
3. 前記スローアウェイインサートの略中央部に形成された貫通口に締付けねじを挿通し、該締付けねじの先端側を前記インサート取付座の前記座面に形成されたねじ穴に螺合してスローアウェイインサートをインサート取付座に固定する請求項１または２記載のフライス工具。
4. 前記角度αが７５°以下であり、前記角度βが７５〜８０°である請求項１〜３のいずれかに記載のフライス工具。
5. ２つの主面および４つの側面を有する略平板状をなし、一方の主面がすくい面とされ、他方の主面が着座面とされ、フライス工具の工具本体に設けられたインサート取付部に前記すくい面を前記工具本体の回転方向に向けた状態で着脱自在に取り付けて使用するスローアウェイインサートであって、
   前記４つの側面は、スローアウェイインサートを前記インサート取付部に取り付けた状態において、前記工具本体の後端側に位置する後端側被拘束面と、該後端側被拘束面にほぼ対向するように前記工具本体の先端側に位置し、該先端側に凸の曲面からなる逃げ面と、前記工具本体の半径方向内側に位置し、該半径方向内側に凸の曲面からなる内側被拘束面と、該内側被拘束面にほぼ対向するように前記工具本体の外周側に位置する外周側側面とからなり、前記逃げ面と前記すくい面との交差稜線に工具本体の先端側に凸の切刃が形成されており、前記後端側被拘束面が前記着座面となす角度αおよび前記内側被拘束面が前記着座面となす角度βをそれぞれ鋭角とし、前記角度αと角度βがα＜βの関係を満足し、前記後端側被拘束面と前記外周側側面との境界部分と、前記内側被拘束面と前記逃げ面との境界部分とを通る直線に対して回転対称である、低切り込み高送り用スローアウェイインサート。
   

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