JP2010522087A

JP2010522087A - 合わせ面を有する工具インサート

Info

Publication number: JP2010522087A
Application number: JP2009541357A
Authority: JP
Inventors: レイベンソン，ロイド
Original assignee: サンドビックインテレクチュアルプロパティーアクティエボラーグ
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2007-12-12
Publication date: 2010-07-01
Also published as: WO2008076277A3; CN101687331A; US20080145159A1; US7607867B2; EP2097229A2; WO2008076277A2; KR20090116705A; EP2097229A4

Abstract

工具保持装置は、座、および前記座の一面と整合するクランプ端を有するクランプ装置を含む工具ホルダ、前記工具ホルダの座に取り付けられ前記クランプ装置のクランプ端へ向かって開放するように配向した受け面を含むシム、および前記受け面と接触するように取り付けられたモノリシックカッティングインサートを含む。前記カッティングインサートは、第一面の周辺に複数のカッティングエッジを有し、かつ前記受け面と接触する合わせ面上に複数の半径方向に配向した特徴を有する。前記受け面は前記カッティングインサートの合わせ面上の複数の半径方向に配向した特徴に対応する特徴を有する。前記複数の半径方向に配向した特徴の第一特徴を含む半径が前記複数の半径方向に配向した特徴の第二特徴を含む半径に対して鋭角、鈍角または直角を形成している。

Description

本開示は、概ね工具ホルダに関する。更に具体的には、本開示は、例えば旋回、掘削、フライス加工用の、工具ホルダ上のカッティングインサートのための固定される座の構成、そして同様にカッティングインサートそれ自体に関する。

続く背景技術の説明において、特定構造および／または方法が説明される。ただし、続く説明は、特定構造および／または方法が従来技術を構成することの自白と解釈されるべきでない。出願人は、かかる構造および／または方法が従来技術に値しないことを実行する権利を留保することを表明する。

従来円形旋盤インサートには、中心軸を中心として回転対称間隙面が上側またはチップ面と下側との間に延在する。この基本的本体形状は、筒状、円錐形または切頭円錐形であってよい。チップ面と間隙面間の移行部にエンドレスかつ円形のカッティングエッジがある。作動時に、カッティングエッジの一定部のみが工作物と、例えば、円弧（arc)に沿って係合する。回転インサートの直径およびカッティング深さに依存して、工作物と接触する円弧長は、長さが変化し、小さい円弧長は小さいカッティング深さに関係し、かつ長い円弧長は相対的により深いカッティング深さに関係する。

カッティングインサート用のカッティング工具上の従来座構成は、工具ホルダのポケット内に挿入されるインサートに圧力を加えるクランプを含む。図１は、従来座構成１００を示す。インサート１０２は工具ホルダ本体１０６のポケット１０４内に設置される。図示されたように、インサート１０２は円形である。インサート１０２は、インサート１０２の上側１１０と接触するクランプ１０８、およびインサート１０２の下面または下側と接触するシム(shim)１１２から加わるクランプ力により適所に保持される。シム１１２は、概ね、犠牲的(sacrificial)である。インサート１０２が存在しない場合、シム１１２は、エネルギを吸収し、かつ／または工具ホルダ本体１０６でなくそれ自体が破壊される。カッティングインサートの上側１１０は、実質的平面であり、かつ間隙面１１８へ上側が移行する周辺に沿ってカッティングエッジ１１６を有する。下面１１４は、概ねＶ字形であり、これはシム面に対応する形状である。

従来座構成は、幾つかの制限を伴う。例えば、Ｖ字形の底面設計へのインサートの割り出し（index）は、１８０°の回転に限定される。更に、例えば、後方カッティング作業時に生じる力はクランプ力を克服し、結果として工具ホルダの外へインサートは引っ張られる。このような事態は工作物または機械を損傷し、機械操作員に怪我を追わせる危険がある。更に、Ｖ形底面設計の製造は、概ね、大きなサイズのブランクから研磨することにより、材料の付随的無駄になる。

特記なし

本発明の課題は、従来技術の欠点を解消することにある。

本発明によるカッティングインサートは、第一面と間隙面の交差部に一つまたはそれ以上のカッティングエッジを有し、かつ複数の半径方向に配向した特徴を含む合わせ面を第二面上に有し、第一面は、前記合わせ面に対応する面を有する受け面に前記合わせ面を着座させるために工具ホルダからクランプを受けることのできる構成であり、前記複数の半径方向に配向した特徴の第一特徴を含む半径が前記複数の半径方向に配向した特徴の第二特徴を含む半径に対して鋭角、鈍角または直角を形成している。

本発明による工具保持装置は、座、および前記座の一面と整合するクランプ端を有するクランプ装置を含む工具ホルダ、前記工具ホルダの座に取り付けられ前記クランプ装置のクランプ端へ向かって開放するように配向した受け面を含むシム、ならびに前記受け面と接触するように取り付けられたカッティングインサートを含み、前記カッティングインサートは、第一面の周辺に配置された一またはそれ以上のカッティングエッジを有し、かつ前記受け面と接触する合わせ面上に複数の半径方向に配向した特徴を有し、第一面は前記クランプ装置のクランプ端と接触し、前記受け面は前記カッティングインサートの合わせ面上の複数の半径方向に配向した特徴に対応する特徴を有し、かつ前記複数の半径方向に配向した特徴の第一特徴を含む半径が前記複数の半径方向に配向した特徴の第二特徴を含む半径に対して鋭角、鈍角または直角を形成している。

前記説明および続く説明は、例示かつ解説であり、特許請求の範囲に記載の発明を補足説明することが意図されている。

カッティングインサート用のカッティング工具上の従来構成の座の斜視図である。本発明による工具保持装置の例示形態の斜視図である。図２の工具保持装置の例示形態の付加的斜視図であり、工具保持装置は分解状態で示されている。カッティングインサートの例示形態およびシムの例示形態の斜視図である。合わせ面上の複数の半径方向に配向した特徴の例示形態を示すカッティングインサートの例示形態の斜視図である。合わせ面上の複数の半径方向に配向した特徴の第二例示形態を示すカッティングインサートの例示形態の斜視図である工具保持装置の例示形態の斜視図である。カッティングインサートの他の例示形態およびシムの他の例示形態の斜視図である。

続く詳細な説明は添付図面を参照することにより理解できる。図面において、同様番号は同様要素を示す。

図２は工具保持装置２００の例示形態の斜視図である。例示形態において、工具保持装置は組立状態で示され、かつ工具ホルダ２０２、シム２０４、およびカッティングインサート２０６を含む。

工具ホルダ２０２は座２０８、および座２０８の表面２１４と整合するクランプ端２１２を有するクランプ装置２１０を含む。シム２０４は、セット螺子２１６等の取付装置により工具ホルダ２０２の座２０８内に取り付けられ、かつクランプ装置２１０のクランプ端２１２に向かって開放するように配向した受け面２１８を含む。カッティングインサート２０６は、受け面２１８に接触するように取り付けられる。カッティングインサート２０６は、第一面の周囲に設置されたカッティングエッジ２２０、および合わせ面２２６上に半径方向に配向した複数の特徴２２４を含む。間隙面２２８は、第一面２２２と合わせ面２２６を結合する。第一面２２２は、クランプ装置２１０のクランプ端２１２と接触し、かつ合わせ面２２６は受け面２１８と接触する。受け面２１８は、カッティングインサート２０６の合わせ面２２６の特徴に対応する特徴を有する。第一面２２２とクランプ装置２１０のクランプ端２１２間の選択的係合機構もしくは合致特徴(registration feature)が含まれてよい。合致特徴の例として刻み、突起等がある。

図３は、図２の工具保持装置２００の例示形態の付加的斜視図である。図３において、工具保持装置は、クランプ装置２１０が除去され、かつカッティングインサート２０６がシム２０４の受け面２１８の座から外されている。合わせ面２２６上の半径方向に配向した複数の特徴２２４、および受け面２１８上の対応する特徴の両方が図示されている。更に、後座２３０が示され、この実施形態において、後座は、カッティングインサート２０６の曲率に適合する湾曲切欠き領域として示されている。受け面２１８上に着座するときに、カッティングインサート２０６の一部は、同様に、後座２３０と接触する。

図４はカッティングインサート２０６の例示形態およびシム２０４の例示形態の斜視図である。シム２０４は、セット螺子２１６等の取付装置を受けるために孔２３２を有する単一片として示されている。カッティングインサート２０６は、露出した合わせ面２２６と共に示されている。図４は、合わせ面２２６上の半径方向に配向した複数の特徴２２４とシム２０６の受け面２１８上の特徴との間の対応関係を示す。

図５は、合わせ面２２６上の複数の半径方向に配向した特徴の例示形態を示すカッティングインサート２０６の例示形態の斜視図である。この実施形態において、半径方向に配向した複数の特徴２２４は、***２４０と溝２４２を交互に含む。各***２４０の***線２４４は共通点２４６で交差するように配向されている。一例示形態において、共通点２４６はカッティングインサート２０６の半径方向中心軸にある。ただし、共通点は他の場所であってよく、例えば、カッティングインサートの半径方向中心軸から外れていてよい。

図５において、半径方向に配向した特徴は、***および溝として示されている。しかし、合わせ面２２６上の半径方向配向の複数の特徴と異なる形態が使用できる。例えば、かかる特徴として、カッティングインサートの半径方向中心軸を中心に配置された合わせ面から突出した一つまたはそれ以上の突起、カッティングインサートの半径方向中心軸を中心に配置された合わせ面へ侵入する一つまたはそれ以上の凹部、または突起と凹部との組合せが含まれてよい。

図６は合わせ面上の複数の半径方向に配向した特徴が突起２５２および凹部２５４を含むカッティングインサート２５０の他の例示形態の斜視図である。図６のカッティングインサートは、面またはコーナーに設置されるカッティングエッジと共に平行六面体に形成される。シム（図６には示されていない）はインサート２５０上の合わせ面の特徴に適合する対応する特徴を有する受け面を有する。

上記例示は、概ね円形のカッティングインサート、同様に概ね平行六面体のカッティングインサートに適用される。そのように、カッティングインサートには、円形（図５）および平行六面体（図６）を含む色々な形状のものがある。

例示形態において、半径方向に配向した複数の特徴の数量は、円形インサートのカッティングエッジに沿った所望数の割り出し数に、または非円形または平行六面形インサート上のカッティングエッジの数量に、数量および位置において、対応する。図５に示されたような円形カッティングエッジに対して、例えば、工作物をカットするために作動するカッティングエッジの実際の部分は、上述のように周辺の円弧である。工作物をカットする各円弧は、受け面の対応部上に少なくとも一つの対応する半径方向配向特徴を有する。円弧２４８の例は図５に示されている。使用により磨耗した場合、カッティングインサートは、受け面上の異なる特徴へ適合する面上の半径方向配向特徴を設置するためにカッティングインサートを、移動または回転することによりカッティング位置に異なる円弧を設置するために割り出される。図６に示されたような平行六面形カッティングインサート上のカッティングエッジについて、例えば、工作物をカットするために作動するカッティングエッジの実際の部分は、エッジ２５６、または間隙面２６０が上面２６２と合致するコーナー２５８である。工作物をカットするために作動する各カッティングエッジは、対応する半径方向配向特徴を有する。使用により磨耗した場合、カッティングインサートは、合わせ面上の異なる特徴に半径方向配向特徴を設置するためにカッティングインサートを、移動または回転することにより、カッティング位置に異なるカッティングエッジを設置するために割り出される。図６において、半径方向配向特徴は、四辺形突起２５２または凹部２５４として示されている。しかし、湾曲および円形形状、規則的または不規則形態、球形、半球形、または他の湾曲または円形形状等規則的または不規則な形状が使用できる。

割り出されるときにカッティングインサートの移動量または回転量は変化してよい。例えば、複数の半径方向配向特徴は、少なくとも三つの半径方向特徴を含んでよい。複数の半径方向特徴の一つを含む半径は、第二の数の半径方向特徴を含む半径に対して鋭角または鈍角を形成する。ここで、鋭角は、０から９０°の範囲の角度を意味し、かつ鈍角は、９０から１８０°の範囲の角度を意味し、かつ直角は９０°を意味する。更に、円形カッティングインサートおよび規則的および不規則平行六面体は、エッジまたは面の周辺等のカッティングエッジの周辺上の一点にカッティングインサートの中心を結合する線セグメントである、半径を有する。

他の例として、複数の半径方向配向特徴は、三から三十六の半径方向に配向した特徴を含んでよい。複数の半径方向配向特徴の他の例は、四、五、六、七、八、九、十等の特徴を含んでよい。

複数の半径方向配向特徴の位置は変化してよい。例えば、連続的半径方向配向特徴は、１０°と１７０°間、選択的に１２°と１２０°間、選択的に１５°と１２０°間、選択的に３０°と９０°間の角度を付けた分離（θ）、選択的に約６０°の角度分離を有してよい。角度分離は、二つの継続的同一特徴間で測定される。例えば、***および溝構成について、角度分離は***線間と溝線間で測定される。例えば、突起および凹部について、角度分離は突起間と凹部間で測定される。

更に、***および溝構成を使用する形態について、溝を形成する角度（α）は複数の半径方向配向特徴の数量および角度分離によって変化する。この角度例は、約３０°から約１２０°であり、選択的に約６０°から約１２０°、選択的に約９０°を含む。

溝から測定される***の高さは変化してよい。更に、この高さは、同一***および溝に沿って半径方向に変化してよい。溝に対する***の高さ例は、合わせ面のエッジから測定して約０．５ｍｍである。半径方向に変化する高さについて、その高さは、半径距離が共通点で中心軸へ向かうときに０になる。図２−５の例示形態において、カッティングインサートの合わせ面２２６の形態、同様に、シムの受け面２１８の形態は、概ね平面的である。更に具体的には、***２４０の***線２４４は、実質的に同一面内に位置する。更に、***線の面は、カッティングインサートの第一面２２２と実質的に平行である。ただし、他の形態が***線を構成してよい。例えば、複数の***線が実質的一緒に錐体または倒立錐体を形成し、錐体の先端を構成する共通点２４６で交差する。受け面２１６は、合わせ面２２６を受けるために、合わせ面２２６から倒立形態である。

***および溝システムは、例えば、カッティングインサートを研磨するこめにより形成され得る。特徴の数および角度分離は、カッティングインサート上のインデックスの数およびインデック位置の分離を決定する。

例示形態において、完全な合致（registration)がなされる。例えば、合わせ面上の複数の半径方向配向特徴と、受け面上の対応する特徴との間の半径方向配向特徴の適合および数量の対応。そのようにして、合わせ面上の複数の半径方向配向特徴の各々がカッティングインサートの各割り出し位置で受け面上の対応する特徴に着座する。しかし、合致の程度は、１００％未満であってよい。例えば、受け面上の対応する特徴の数は合わせ面上の半径方向配向特徴の数よりも少なくてよい。

図７は、カッティングインサート３００の例示形態およびシム３０２の例示形態の斜視図であり、図示例において合致は１００％未満である。カッティングインサート３００は、合わせ面３０４が露出された状態で示されている。合わせ面３０４は、カッティングインサートの他の実施形態で説明したものと実質的に同一であり、複数の半径方向に配向した特徴３０６を合わせ面３０４上に有する。シム３０２は受け面３０８の図と共に示されている。

図７は、合わせ面３０４上の複数の半径方向に配向した特徴３０６とシム３０２の受け面３０８上の特徴との間の対応関係を明らかに示し、一緒に位置決めされるときに、合わせ面３０４上の複数の半径方向に配向した特徴３０６の全部でなく少数の特徴がシム３０２の受け面３０８上の対応する特徴３１０と接触する。ここで、合わせ面３０４は、連続的な半径方向配向特徴を有し、かつ受け面３０８は明白に分離離隔した対応する特徴を有する。半径方向に配向した特徴およびそれに対応する特徴の数量は任意である。ただし、受け面上の対応する特徴の位置は、合わせ面上の半径方向に配向した特徴の少なくとも一部に整合し、インサートの割り出しが達成されるようにする。更に、受け面３０８上のランド(land)領域３１２は、受け面３０８上の明白に分離離隔した対応する特徴を分離する。ランド領域３１２は、合わせ面３０４上の複数の半径方向に配向した特徴３０６を位置決めまたは合わせるのに役立つ特徴を有しない。他の実施形態において、ランド領域はカッティングインサート上に設けられてよい。

他の実施形態において、合わせ面上の全特徴が受け面上の特徴に対応しない場合がある。このような形態の場合、インサート上の異なるさまざまな数の半径方向に配向した特徴に対してシムの汎用性を更に広げることが可能になる。例えば、複数の半径方向に配向した特徴を有するインサートは、受け面上の対応する特徴と係合するサブセットの特徴を有する。受け面が、合致および割り出しを可能にするために合わせ面上の特徴に少なくとも或る位置で対応するサブセットの特徴を有する場合には、半径方向に配向した特徴の形状、デザインまたは数量と関係なく、インサートは受け面に適合し得る。一例として、対応する特徴のために四つの場所を示す図７の受け面は、四つの場所の少なくとも二つと係合する半径方向に配向した特徴を有する合わせ面と合致するものであってよい。ただし、合致の程度が大きい場合には、合わせ面上の半径方向配向特徴と受け面上の対応する特徴との結合はより一層強力になり、例えば、背面カッティング作動時に引き出す事例を最小限にすることにより、カッティングインサートおよびカッティング工具の性能の改善に寄与する。

例示実施形態において、カッティングインサートは、インサートに貫通孔を有しないモノリシック構造である。このような形態の場合、インサートは、クランプ力かつ／または合わせ面上の特徴と受け面上の特徴の係合により加わる力によって着座する。更に、インサートの本体へねじ込む螺子等の第二取付具無しでより一層強力な結合が得られる。複数の半径方向配向特徴、および合わせ面と受け面との間の合致は、背面カッティング作動時に引き出しを最小限にするのを助け、かつより一層精確な割り出しを可能にし、それにより独特の接近可能カッティングエッジを提供する。カッティングインサートの形状は、Ｖ字形底面デザインを排除することにより、材料を節約し、かつ製造を一層容易にする。複数の半径方向配向特徴は、受け面上でのカッティングインサートの自己センタリングを有利にする。

例示実施形態において、カッティングインサートは、超硬合金、陶性合金、セラミック、超硬材料、または高速鋼、または当分野で既知の金属または剛性材料の機械成形加工をするチップに適した他の材料で形成できる。セラミック例として、セラミックベースの酸化物、窒化物を含み、かつひげ（whiskers)が含まれる。超硬材料例として、立方晶窒化ホウ酸（CBN)もしくは多結晶ダイアモンド(PCD)単独、または超硬合金もしくは陶性合金に取り付けた立方晶窒化ホウ酸（CBN)もしくは多結晶ダイアモンド(PCD)が含まれる。更に、インサートは表面塗装されてもされなくてもよい。

例示実施形態において、カッティングインサートは、旋盤加工、フライス加工、掘削、溝彫り、分離作業、または当分野で既知の他の金属のチップ成形加工に使用できる。

例示実施形態において、シムの単一片は、例えば、硬化鋼または超硬合金であってよい。シムの受け面の材料よりも硬度なカッティングインサートの使用は、合わせ面上の複数の半径方向配向特徴の形状へのシムの受け面の経時に亘る適合を可能にする。所謂、バーネリング（burnneling)と呼ばれる方法である。シムは、種々のサイズ、形状、および配向であってよく、開示カッティングインサートおよび工具ホルダ装置への既存の工具ホルダ本体の改造を可能にする。

好適実施形態について上述したが、添付の特許請求の範囲に記載の発明の主旨および範囲から逸脱することなく特に記載されていない追加、削除、変更および置換が可能であることは当業者に理解されるであろう。

２００工具保持装置
２０２工具ホルダ
２０４シム
２０６カッティングインサート
２０８座
２１０クランプ装置

Claims

第一面と間隙面の交差部に一つまたはそれ以上のカッティングエッジを有し、かつ
複数の半径方向に配向した特徴を含む合わせ面を第二面上に有し、
第一面は、前記合わせ面に対応する面を有する受け面に前記合わせ面を着座させるために工具ホルダからクランプを受けることのできる構成であり、
前記複数の半径方向に配向した特徴の第一特徴を含む半径が前記複数の半径方向に配向した特徴の第二特徴を含む半径に対して鋭角、鈍角または直角を形成し、かつ
前記カッティングエッジはモノリシックである、カッティングインサート。
前記複数の半径方向に配向した特徴は、***と溝を交互に含み、各***の***線は共通点で交差する配向である、請求項１のカッティングインサート。
前記共通点はカッティングインサートの半径方向の中心軸にある、請求項２のカッティングインサート。
前記共通点はカッティングインサートの半径方向の中心軸から外れている、請求項２のカッティングインサート。
前記複数の半径方向に配向した特徴は、前記合わせ面から突出しカッティングインサートの半径方向の中心軸を中心に配置された一またはそれ以上の突起を含む、請求項１のカッティングインサート。
前記複数の半径方向に配向した特徴は、カッティングインサートの半径方向の中心軸を中心に配置され前記合わせ面へ陥没した一またはそれ以上の凹部である、請求項５のカッティングインサート。
前記複数の半径方向に配向した特徴は、第一面と前記間隙面の交差部におけるカッティングエッジに数量と位置で対応している、請求項１のカッティングインサート。
前記複数の半径方向に配向した特徴は、少なくとも三つの半径方向配向特徴を有する、請求項１のカッティングインサート。
前記複数の半径方向に配向した特徴は、三から三十六の半径方向配向特徴を有する、請求項８のカッティングインサート。
座、および前記座の一面と整合するクランプ端を有するクランプ装置を含む工具ホルダ、
前記工具ホルダの座に取り付けられ前記クランプ装置のクランプ端へ向かって開放するように配向した受け面を含むシム、ならびに
前記受け面と接触するように取り付けられたモノリシックカッティングインサートを含み、
前記カッティングインサートは、第一面と間隙面の交差部に一つまたはそれ以上のカッティングエッジを有し、かつ前記受け面と接触する合わせ面上に複数の半径方向に配向した特徴を有し、
第一面は前記クランプ装置のクランプ端と接触し、
前記受け面は前記カッティングインサートの合わせ面上の複数の半径方向に配向した特徴に対応する特徴を有し、かつ
前記複数の半径方向に配向した特徴の第一特徴を含む半径が前記複数の半径方向に配向した特徴の第二特徴を含む半径に対して鋭角、鈍角または直角を形成している、工具保持装置。
前記複数の半径方向に配向した特徴は、***と溝を交互に含み、各***の***線は共通点で交差する配向である、請求項１０の工具保持装置。
前記共通点は前記カッティングインサートの半径方向の中心軸にある、請求項１１の工具保持装置。
前記共通点は前記カッティングインサートの半径方向の中心軸から外れている、請求項１１の工具保持装置。
前記複数の半径方向に配向した特徴は、前記合わせ面から突出し前記カッティングインサートの半径方向の中心軸を中心に配置された一またはそれ以上の突起を含む、請求項１０の工具保持装置。
前記複数の半径方向に配向した特徴は、前記カッティングインサートの半径方向の中心軸を中心に配置され前記合わせ面へ陥没した一またはそれ以上の凹部である、請求項１４の工具保持装置。
前記複数の半径方向に配向した特徴は、第一面の周辺上の前記カッティングエッジに数量と位置で対応している、請求項１０の工具保持装置。
前記複数の半径方向に配向した特徴は、少なくとも三つの半径方向配向特徴を有する、請求項１０の工具保持装置。
前記複数の半径方向に配向した特徴は、三から三十六の半径方向配向特徴を有する、請求項１７の工具保持装置。
前記合わせ面上の複数の半径方向に配向した特徴の全てが、前記受け面上の対応する特徴に一致する、請求項１０の工具保持装置。
前記合わせ面上の複数の半径方向に配向した特徴の幾つかが、前記受け面上の対応する特徴に一致する、請求項１０の工具保持装置。
前記受け面上の対応する特徴の少なくとも一部が、ランド領域により相互から分離している、請求項１０の工具保持装置。