JP2010517802A - 両面使用可能な切削インサート及びこれを装着したミーリングカッタ - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、上面と下面とをいずれも用いられる切削インサートに関する。
【解決手段】 上面は湾曲した縁部を有する多角形である。下面は上面と回転対称である。フランク面はそれぞれ上面の縁部のうち一つとそれに対応する下面の縁部を連結する。上部切削刃はそれぞれ上面の縁部のうち一つに形成される。 上部チップ形成部はそれぞれ上部切削刃から切削インサートの内側に下方傾斜した傾斜面と該傾斜面の内側境界に沿って配列されたチップ偏向用の複数の突出部を備える。切削インサートが切削工具に装着された状態で主切削刃をなす縁部に隣接した上部チップ形成部の傾斜面の幅は切削工具の軸から遠くなる方向に徐々に大きくなる。
【選択図】図７

Description

本発明は、上面と下面とをいずれも用いられる切削インサートに関し、より詳細にはミーリングカッタ（切削工具）に用いるのに適した両面使用可能な切削インサートに関する。

最近ミーリング作業（切削作業）においてミーリングカッタのフィード（刃当りの移送距離）を高めて工作物を加工する方法が多く用いられている。

図１〜図３は、多様に設定された切込角によるフィードの変化を示す図面である。図１〜図３に示すように、切込角を徐々に小さく設定するようにすれば、工作物から切削工具（ミーリングカッタ）の軸に垂直な方向に伝達される半径方向荷重がこれにより徐々に小さくなる。即ち、切込角を小さく設定するほどミーリングカッタの軸に垂直な方向に作用する力が小さいためミーリングカッタの振動が減り、ミーリングカッタの振動によって切削刃に伝達される衝撃が減って切削刃の寿命が一般ミーリング加工に比べて長くなることができる。

一方、切込角が大きい場合に比べて切込角を相対的に小さく設定する場合にはフィードが大きいため、ミーリングカッタの回転当りに除去される工作物の量が多くなる。従って、切込角を小さく設定したミーリング加工によって工作物を加工することによって、作業効率をさらに高めることができる。このような理由で最近は切込角を小さく設定したミーリング加工方式が多く用いられている。

図４は、ミーリングカッタに装着されて用いられる従来の切削インサートの斜視図であり、図５は従来の切削インサートの側面図である。また、図６は従来の切削インサートをミーリングカッタに装着した状態を示す図面である。図４及び図５に示すように、切削インサート１０の上面１５は平らに形成されて上面１５の縁部が切削刃１２として機能する。一般に切削インサート１０の切削刃１２は所定の曲率を有するように形成される。切削刃１２が直線状で形成されず、所定の曲率を有するため、工作物加工時にミーリングカッタ１１の軸から遠くなるほど生成されるチップの厚さが厚くなる。

前述したように、ミーリング作業において切込角を小さく設定して工作物を加工する場合にはミーリングカッタの回転当りに除去される工作物の量が多いため、切削インサートに加えられる切削抵抗も大きい。従って、切削インサートに加えられる切削抵抗を減らすために、図６に示すように切削インサートの上面１５がミーリングカッタ１１の軸線に対して正の傾斜角を有するようにミーリングカッタに固定される。また、工作物の加工面と切削インサートのフランク面１６との間に摩擦が生じることを防止するために工作物の加工面と切削インサートのフランク面との間に余裕角を置く。これにより、切込角を小さく設定したミーリング作業に用いられる従来の切削インサートは図４及び図５に示すようにインサートの上面１５から下面１７へ行くほど面積が小さくなる形状になる。切削インサートの下面１７はミーリングカッタの支持面と接触するようになって、切削インサート１０の中央部に形成された孔１３を通じてスクリュを挿入し、切削インサート１０をミーリングカッタ１１に固定させる。

このような従来の切削インサートは工作物を切削するにおいて一面、即ち、上面のみを用いることができる。従来の切削インサートで両面をいずれも用いることができない理由は次の通りである。ミーリングカッタの支持面に固定されていた切削インサートの下面を工作物の加工に用いるためには切削インサートを裏返して上面をミーリングインサートの支持面に固定しなければならない。この場合、切削インサートの上面は既に工作物加工時にチップとの衝突により多くの損傷を受けるため、ミーリングカッタの支持面に均等に接触することができない。これにより、ミーリングカッタの支持面とインサートが強固に固定されず、工作物加工時に激しい振動が発生することがある。また、従来の切削インサートは正の傾斜角を有するようにミーリングカッタに装着されるので、フランク面が工作物に当接するのを防止するために下面の面積が上面の面積より小さくなる形状を有する（図４及び図５参照）。従って、切削インサートの下面とフランク面との間に切削刃が形成されるとしても切削インサートの上面をミーリングカッタの支持面に固定する場合に、切削インサートの下面に形成された切削刃は工作物の加工面に当接することはできない。

一方、従来の切削インサートのように切削刃が所定の曲率を有する場合にはミーリングカッタの軸線から遠い方向に行くほどチップの厚さが厚くなる。また、生成されるチップの厚さが厚いほど切削インサートの該当部位に加えられる切削抵抗が徐々に増加する。これにより、切削インサートの該当部位が他の部分より速く摩耗して切削インサートの寿命が短縮され得る。

本発明の目的はこのような従来技術の問題を解決して切削インサートの上面と下面をいずれも用いられるようにしながらも切削刃の長手方向に沿う切削抵抗の差を縮めて使用寿命を延長する切削インサートを提供する。

前記のような目的及びその他の目的を達成するために、本発明の両面使用可能な切削インサートは上面、下面、複数のフランク面，複数の上部切削刃、複数の下部切削刃、複数の上部チップ形成部及び複数の下部チップ形成部を備える。切削インサートの上面は湾曲した縁部を有する多角形であり、切削インサートの下面は上面と回転対称である。フランク面はそれぞれ上面の縁部のうちの一つとそれに対応する下面の縁部を連結する。上部切削刃はそれぞれ上面の縁部のうちの一つに形成され、下部切削刃はそれぞれ下面の縁部のうちの一つに形成される。上部チップ形成部はそれぞれ上部切削刃から切削インサートの内側に下方傾斜した傾斜面と該傾斜面の内側境界に沿って配列されたチップ偏向用の複数の突出部を備える。下部チップ形成部はそれぞれ下部切削刃から切削インサートの内側に下方傾斜した傾斜面と該傾斜面の内側境界に沿って配列されたチップ偏向用の複数の突出部を備える。切削インサートが切削工具に装着された状態で主切削刃をなす縁部に隣接した上部チップ形成部の傾斜面の幅は切削工具の軸から遠くなる方向に徐々に大きくなる。

上部チップ形成部の傾斜面の傾斜角は傾斜面の幅が狭い側から広い側へ行くほど大きくなる。

上部チップ形成部の傾斜面の傾斜角は１５゜から２５゜に傾斜面の幅が狭い側から広い側へ行くほど大きくなる。

切削インサートの上面及び下面は三角形の形状を有する。

本発明のミーリングカッタは上述した切削インサートと、切削インサートが装着されるポケット部を備える工具本体を備える。ポケット部は切削インサートの装着面に対応する支持面を含み、工具本体の軸に近い部分でよりも工具本体の軸から遠い部分で支持面の面積がさらに大きい。切削インサートは工具本体の軸線に対して負の方向に傾いて装着される。

多様に設定された切込角によるフィードの変化を示す図面である。 多様に設定された切込角によるフィードの変化を示す図面である。 多様に設定された切込角によるフィードの変化を示す図面である。 ミーリング加工に用いられる従来の切削インサートの斜視図である。 ミーリング加工に用いられる従来の切削インサートの側面図である。 図４の切削インサートをミーリングカッタに装着した状態を示した図面である。 本発明の一実施例による切削インサートの斜視図である。 本発明の一実施例による切削インサートの平面図である。 本発明の一実施例による切削インサートの側面図である。 本発明の一実施例による切削インサートをミーリングカッタに装着した状態を示す図面である。 図８の線Ａ−Ａに沿った切削インサートの断面図である。 図８の線Ｂ−Ｂに沿った切削インサートの断面図である。 図８の線Ｃ−Ｃに沿った切削インサートの断面図である。 本発明の一実施例による切削インサート及び切削インサートが装着されるミーリングカッタの支持面を示す図面である。

以下では、添付した図面を参照して本発明の一実施例による切削インサートの構成を説明する。

図７は本発明の一実施例による両面使用可能な切削インサートの斜視図であり、図８は前記切削インサートの正面図であり、図９は前記切削インサートの側面図である。また、図１０は前記切削インサートをミーリングカッタに装着した状態を示す図面である。図７を参照すれば、本発明による切削インサート２０は上面２５と下面２７と複数のフランク面２６とを備える。切削インサートの上面２５は湾曲した縁部を有する多角形形状であり、好ましくは三角形の形状である。下面２７は上面２５と回転対称である。上面２５の縁部と下面の縁部はフランク面２６によって連結される。上面２５の縁部には上部切削刃２２が形成され、下面２７の縁部にも下部切削刃が形成される。切削インサート２０のフランク面２６は上面２５及び下面２７に垂直なことが好ましいが、必ずしもこれに限定されるのではない。上部切削刃２２から切削インサート２０の内側に下方傾斜した傾斜面２４と該傾斜面２４の内側境界に沿って配列された複数のチップ偏向用突出部２８を有する上部チップ形成部が備えられる。同様に、切削インサート２０を裏返して下面が上に向かうようにした時、下部切削刃から切削インサート２０の内側に下方傾斜した傾斜面と該傾斜面の内側境界に沿って配列された複数のチップ偏向用突出部を有する下部チップ形成部が備えられる。切削刃２０は所定の曲率半径を有するように形成される。切削インサート２０の中央部にはミーリングカッタと固定させるためにスクリュが挿入される孔２３が形成される。

各切削刃２２での切削インサートの傾斜面２４の幅（切削刃と突出部との距離）は図８に示すように切削インサート中央部の孔２３から時計反対方向へ行くほど大きくなる。即ち、切削インサート２０がミーリングカッタ３０に装着された状態で主切削刃（工作物を加工する切削刃）をなす縁部に隣接した上部チップ形成部の傾斜面２４の幅はミーリングカッタの軸から遠くなる方向に徐々に大きくなり、傾斜面２４の幅が狭い側がミーリングカッタ３０の軸に近くに位置し、傾斜面２４の幅が広い側がミーリングカッタ３０の軸から遠くに位置する（図１０参照）。

図１１〜図１３は、本発明による切削インサートの傾斜面を示す断面図である。図１１〜図１３を参照すれば、切削インサート２０の傾斜面２４と切削インサート２０の上面２５の平らな表面との間の傾斜角は傾斜面２４の幅が狭い側から広い側へ行くほど変化する。即ち、傾斜面２４の幅が狭い側から幅が広い側へ行くほど傾斜面と上面の平らな表面間の傾斜角は０゜から３０゜に大きくなり、好ましくは１５゜から２５゜に大きくなる。

図１４は、本発明の切削インサート及び切削インサートが装着されるミーリングカッタの支持面を示す図面である。図１４を参照すれば、ミーリングカッタ３０はカッタ本体３１と、切削インサート２０を装着するためのポケット部３２とを備え、ポケット部３２には支持面３３が形成される。ポケット部３２の支持面３３は切削インサート２０の下面の平らな表面に対応する形状を有する。本発明の切削インサート２０がミーリングカッタ３０に装着される時、切削インサート２０の下面はミーリングカッタ３０の支持面３３に接触し、切削インサートの傾斜面はミーリングカッタ３０の支持面３３の外側に配置される。また、切削インサート２０の中央部に形成された孔２３とカッタ本体３１のポケット部３２に形成された孔３５に挿入されたスクリュにより切削インサート２０はミーリングカッタ３０に固定される。本発明による切削インサートは図４及び図５に示された従来の切削インサートとは異なり、切削インサートをミーリングカッタに装着する場合、切削インサート２０がミーリングカッタ３０の軸に対して負の方向に５゜〜１５゜傾く。これにより、切削インサート２０のフランク面２６が工作物の加工面に当接せず、切削インサートのフランク面２６と工作物の加工面との間に余裕角が生じる。

また、切削インサート２０の切削刃２２から中心部側に傾斜面２４が形成されるため、切削インサート２０がミーリングカッタ３０の軸に対して負の方向に傾くように装着されても切削インサート２０の傾斜面２４とミーリングカッタ３０の軸は正の傾斜角を有する。従って、工作物から切削インサートに加えられる切削抵抗を減らすことができる。

一方、前述したように、切削刃２２は直線状ではなく、所定の曲率を有するため、ミーリングカッタの軸から遠くなるほど工作物加工時に生成されるチップの厚さが厚くなる。切削インサート２０をミーリングカッタ３０に装着した状態で見る時、主切削刃をなす縁部に隣接したチップ形成部の傾斜面２４の幅はミーリングカッタ３０の軸から外側に遠くなるに連れて大きくなり、傾斜面２４の内側境界に沿って複数の突出部２８が配列される。

これにより、ミーリングカッタ３０の軸に近い部分で生成された薄い厚さのチップは相対的に幅が狭い傾斜面２４を過ぎて突出部２８に当接して偏向し、ミーリングカッタ３０の軸から遠い部分で生成された厚いチップは相対的に幅が広い傾斜面２４を過ぎて突出部２８に当接して偏向する。即ち、厚さが薄いチップは相対的に小さな半径でカーリングされ、厚いチップは相対的に大きい半径でカーリングされる。このように、ミーリングカッタの軸から遠い方向に行くほど切削インサートの傾斜面２４の幅が徐々に大きくなるようにして傾斜面の内側境界に沿って突出部２８を配列することによって、ミーリングカッタの軸から遠い方向に行くほどチップの厚さが徐々に厚くなってもチップを円滑に偏向させることができる。これにより、相対的に厚いチップが偏向されず、突出部２８を過ぎて切削インサートの平らな表面及びまだ用いていない切削刃２２を損傷させるのを防止することができる。

このように、主切削刃で工作物を加工する時、まだ用いていない切削刃がチップにより損傷しないため、切削インサート２０の主切削刃が工作物加工によって摩耗した場合には切削インサート２０のまだ用いていない切削刃を用いて工作物を継続して加工することができる。即ち、切削インサート２０の主切削刃が摩耗すれば、切削インサート２０をミーリングカッタ３０に対して固定させたスクリュをゆるめ、切削インサート２０をミーリングカッタ３０に対して回転させた後、再びスクリュで切削インサート２０を固定して用いていない他の切削刃を主切削刃として用いることができる。また、工作物加工により生成されたチップはその厚さに関係なく円滑に偏向するため、切削インサート２０の上面２５の平らな表面も損傷しない。これにより、切削インサート２０の上面２５の切削刃２２を全て用いた後は切削インサート２０を裏返して上面２５をミーリングカッタ３０の支持面３３に結合して切削インサート２０の下面２７に形成された切削刃２２を用いることができる。

図１４から分かるように、切削インサート２０の上面２５が工作物の加工に用いられて切削インサートの下面２７の平らな表面がミーリングカッタ３０の支持面３３と接触する状態で、切削インサート２０の下面２７の下部チップ形成部の傾斜面はミーリングカッタ３０の軸から遠い方向に行くほど幅が徐々に小さくなる。即ち、ミーリングカッタ３０の軸に近い側より軸から遠い側でミーリングカッタ３０の支持面３３と接触する切削インサート２０の下面２７の平らな表面の面積がさらに広く、これに対応して、ミーリングカッタ３０の軸に近い支持面部３４ａの面積よりミーリングカッタ３０の軸から遠い支持面部３４ｂの面積がさらに大きい。これにより、生成されるチップの厚さが厚い領域（ミーリングカッタの軸から遠い部分）でミーリングカッタ３０の支持面３３と切削インサートの下面２７の平らな表面が広い面積に渡り十分に接触することができるため、切削インサート２０がミーリングカッタ３０の支持面３３に安定的に固定できる。

前述したように、工作物の加工により生成されるチップの厚さが厚い部分での切削インサートに対する切削抵抗は生成されるチップの厚さが相対的に薄い部分での切削抵抗より大きくなる。本発明では工作物を加工する切削刃２２での傾斜面２４とインサート上面の平らな表面間の傾斜角とがミーリングカッタ３０の軸から遠い方向へ行くほど大きくなるため、切削インサート２０の傾斜面２４と工作物の加工面との間の角度はミーリングカッタの軸から遠い方向へ行くほど小さくなる。これにより、ミーリングカッタ３０の軸から遠い方向に行くほど工作物から切削インサートに加えられる切削抵抗をさらに相殺することができるため、切削刃２２の長手方向に沿う切削抵抗の差を縮めて切削刃２２の摩耗が均等に起きて切削インサート２０の寿命を延ばすことができる。

以上本発明を好ましい実施例を挙げて説明したがこれは例示的なものに過ぎず、本技術分野の通常の知識を有する者であれば本発明の範囲を逸脱せず、これから多様な変形実施が可能であるという点を理解するはずである。

本発明の両面使用可能な切削インサートの構成によれば、インサートのチップ形成部には傾斜面が形成され、傾斜面のインサート内側境界に沿って複数のチップ偏向用突出部が配列される。また、ミーリングカッタの軸から遠い方向に行くほど傾斜面の幅は大きくなる。これにより、生成されるチップの厚さが大きくなるほどカーリングされる半径を大きくしてチップが円滑にカーリングできるようにすることによって、チップが突出部を過ぎて切削インサート上面の平らな表面及び用いていない切削刃を損傷させない。このように、まだ用いていない切削刃がチップにより損傷しないため、主切削刃が摩耗した場合、用いていない切削刃を主切削刃として用いることができる。また、切削インサート上面の平らな表面がチップにより損傷しないため、切削インサート上面の切削刃が全て摩耗した場合、切削インサートを裏返して切削インサート上面の損傷していない平らな表面をミーリングカッタの支持面に固定してインサート下面の切削刃を工作物加工に用いることができる。

また、インサートの上面（下面）に傾斜面を形成することによって、ミーリング加工時に切削インサートのフランク面と工作物の加工面との間に余裕角を形成するために切削インサートをミーリングカッタの軸線に対して負の方向に傾くように装着しても、切削インサートの傾斜面とミーリングカッタの軸は切削抵抗を減らすことができる正の傾斜角を有する。これにより、切込角を小さく設定して切削抵抗が相対的に大きい、高移送ミーリング（Ｈｉｇｈ ｆｅｅｄ ｒａｔｅ）のようなミーリング加工でも本発明による両面使用可能な切削インサートを用いることができる。

本発明の切削インサートがミーリングカッタに装着された状態でミーリングカッタの支持面に接触する面（下面）の傾斜面の幅がミーリングカッタの軸から遠い方向に行くほど小さくなる。これにより、生成されるチップの厚さによって切削インサートに加えられる切削抵抗が最も大きな部分（ミーリングカッタの軸から最も遠いインサート部分）で切削インサートの下面の平らな表面とミーリングカッタの支持面は最も広い面積に渡って接触する。従って、ミーリングカッタの軸から最も遠い切削インサート部分に大きい切削抵抗が加えられても切削インサートを安定して支持することができる。また、切削インサートの傾斜面と上面の平らな表面との間の傾斜角が切削工具の軸から遠い方向へ行くほど徐々に大きくなるため、切削インサートの傾斜面と工作物の加工面の間の角度が徐々に小さくなる。これにより、ミーリングカッタの軸から遠い方向に行くほど工作物から切削インサートに加えられる切削抵抗をさらに相殺することができるため、切削刃の長手方向による切削抵抗の差を縮めて切削刃の摩耗が均等に起き、一つの切削刃をさらに長く用いることができる。

Claims (5)

1. 湾曲した縁部を有する多角形上面と、
   前記上面と回転対称である下面と、
   それぞれ前記上面の縁部のうちの一つとそれに対応する前記下面の縁部を連結する複数のフランク面と、
   それぞれ前記上面の縁部のうちの一つに形成される複数の上部切削刃と、
   それぞれ前記下面の縁部のうちの一つに形成される複数の下部切削刃と、
   それぞれ前記上部切削刃から切削インサートの内側に下方傾斜した面と前記傾斜面のインサート内側境界に沿って配列されたチップ偏向用の複数の突出部とを備えた複数の上部チップ形成部と、
   それぞれ前記下部切削刃から切削インサートの内側に下方傾斜した面と前記傾斜面のインサート内側境界に沿って配列されたチップ偏向用の複数の突出部とを備えた複数の下部チップ形成部と、
   を備え、
   切削インサートが切削工具に装着された状態で主切削刃をなす縁部に隣接した上部チップ形成部の傾斜面の幅は前記切削工具の軸から遠くなる方向に徐々に大きくなる、切削工具用両面使用可能な切削インサート。
2. 前記上部チップ形成部の傾斜面の傾斜角は前記傾斜面の幅が狭い側から広い側へ行くほど徐々に大きくなる、請求項１に記載の切削工具用両面使用可能な切削インサート。
3. 前記上部チップ形成部の傾斜面の傾斜角は１５゜から２５゜に前記傾斜面の幅が狭い側から広い側へ行くほど徐々に大きくなる、請求項２に記載の切削工具用両面使用可能な切削インサート。
4. 前記切削インサートの上面及び下面は三角形の形状を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の切削工具用両面使用可能な切削インサート。
5. 請求項１〜３のいずれか１項による一つ以上の切削インサートと、前記切削インサートが装着されるポケット部を備える工具本体を備え、
   前記ポケット部は切削インサートの装着面に対応する支持面を備え、前記工具本体の軸に近い部分でよりも前記工具本体の軸から遠い部分で前記支持面の面積がさらに大きく、
   前記切削インサートは前記工具本体の軸線に対して負の方向に傾いて装着される、ミーリングカッタ。

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