JP3626256B2 - 切削用インサート - Google Patents

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は回転フライス工具、特に回転穴掘り用切削工具に関する。
【０００２】
【従来技術及びその課題】
穴掘り用切削工具は、機械加工される加工物にショルダー又は凹所のような予定された外部輪郭を正確に残して加工物からかなりの量の金属を除去することが要求される加工物の機械加工に使用される。かかる穴掘り作業の特別な例は、例えば翼構造のような航空機構造要素の機械加工にあり、この場合、構造の重量を最も多く減らすと同時にその機械強度を確保することが要求される。この目的で、通常はアルミニウムで形成された加工物は、極めて薄い壁部分で分離されることが非常に多い加工物の隣接凹所の溝切り及び穴空けフライス加工を含んだ複合エンドミル作業を受ける。従って、穴掘り作業はかなりの量の金属の除去を含みかつ製造効率のためにかかる金属の比較的高速の除去の要求されることが認められるであろう。同時に、機械加工された加工物に極めて薄い分離壁を残すことに鑑み振動を確実に最小にすることが肝要である。振動のため、穴掘り作業がこれら薄壁の部分を破損し、或いは望ましくない内部の応力及び歪を誘導する可能性がある。
【０００３】
穴掘り作業は切削工具の回転軸の方向における切削用インサートによる加工物への最初の穿孔又は侵入、及びこれに続く切削工具の回転軸に関する加工物の横方向の相対移動を含んだフライス作業を受ける。これに関連して、例えば米国特許第４９４６３１８号が提案され、これは切削工具の回転軸が切削用インサートに関して食い違いにされた切削用インサートを有する回転式穴掘り用切削工具を提供する。
【０００４】
一般にこの目的に使用される切削用インサートは、等しい長さの実質的に平行な１対の主切り刃及び横方向に向けられた１対の副切り刃を有するものである。各副切り刃はその一方の端部において丸みの付けられた先端部分を経て隣接主切り刃に移行する。各副切り刃の少なくも一部分が隣接主切り刃と鋭角を定める。かかるインサートでは、工具の回転に伴う工具の加工物内への軸方向運動が、インサートの丸みのある先端部分及び副切り刃における穿孔又は侵入を生ずる。これに続いて、加工物に溝を掘るために加工物が横方向に動かされる。このために、インサートは加工物内に連続して移動すると同時に溝の一方の端部から他方の端部に往復するようにして一連の斜面内を動く。これら横方向の移動の行程中、副切り刃は切削工具の中央部分の下方に形成される材料の直立コアを除くように作用し、一方、主切り刃は周囲の溝の壁を削るように作用する。
【０００５】
工具の回転軸がインサートに関して半径方向で食い違いにされた場合は、加工物内への工具の最大侵入深さは、副切り刃の隣接の主切り刃上への投影長さに限定される。加工物内へのインサートの最大侵入が更に限定されると、所望深さの溝を得るために削らねばならない斜面の数がより多くなることが認識されるであろう。削らねばならない斜面数が増加すると、全穴掘り作業により多くの時間がかかることは明らかである。
【０００６】
上述の欠点を非常に減らした回転フライス作業用工具、特に穴掘り用工具のための切削用インサートを提供することが本発明の目的である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明により、回転切削工具用の切削用インサートであって、前記インサートは両側の長さＬの１対の平行な主切り刃及び両側の１対の副切り刃を有するものであり、各副切り刃は主切り刃に関して横方向に向けられそして少なくも２個の角度を付けて配置された連続した副切り刃要素を備え、各副切り刃の第１の切り刃要素は丸みの付けられた先端部分を経て主切り刃の隣接端に移行しかつこれと５０゜−７０゜間の角度θ1を定め、各副切り刃の他方の切り刃要素は反対側の主切り刃の隣接端部に移行しかつこれと２０゜−４０゜間の角度θ2を定め；各副切り刃の副切り刃要素の全投影長さがほぼ０.６Ｌである切削用インサートが提供される。
【０００８】
複数の連続した切り刃の副切り刃の部分が互いに角度を付けて配置されるため、加工物内へのインサートの最大侵入深さは副切り刃要素の全投影長さ、即ちほぼ０．６Ｌに相当し、この深さは１個の副切り刃を有する通常の設計のインサートにより得られるより相当に大きい。このため、所要深さの穴掘り又は凹所形成がより少ない横方向フライス作業回数（斜面数）で達成でき、一方ではこれがより時間のかからない凹所形成を導く。
【０００９】
【実施例】
本発明及びこれを実際に行う方法をよりよく理解するために、本発明による切削用インサート、並びにかかるインサートを組み入れた回転式切削工具が付属図面を参照し説明されるであろう。
【００１０】
本発明による切削用インサートは図１、２及び３に示されるような穴掘り用切削工具における使用に設計されることが好ましい。見られるように、切削工具１は、その先端部に直径方向両側に座２が形成され、ここに１対の本発明による切削用インサート３が取り付けられる。かかる切削用インサート３が図面の図４ないし１１を参照し詳細に説明されるであろう。
【００１１】
図４、５、６及び７に見られるように、このインサートは、１対の両側の平行な主切れ刃４ａ、４ｂ及び１対の横方向の副切り刃５ａと５ｂを有し、後者はそれぞれ連続した１対の副切り刃要素５ａ'、５ａ"及び５ｂ'、５ｂ"よりなる。切り刃要素５ａ'は丸みの付けられた先端部分６ａを経て隣接の主切り刃４ａに移行し、かつ主切り刃４ａと第１の鋭角θ1を定める。副切り刃要素５ａ"は主切り刃４ｂに移行しこれと鋭角θ2を定める。同様に、副切り刃要素５ｂ'は丸みの付けられた先端部分６ｂを経て主切り刃４ｂに移行し、かつこれと鋭角θ1を定め、一方、副切り刃要素５ｂ"は主切り刃４ａに移行しこれと鋭角θ2を定める。θ1は５０゜と７０゜との間、θ2は２０゜と４０゜の間とすることが好ましい。θ1及びθ2についての好ましい値は、それぞれ６０゜及び３０゜である。図面の図５に見られるように、主切り刃４ａ、４ｂは長さＬを有し、副切り刃要素５ａ'、５ａ"及び５ｂ'、５ｂ"は、それぞれ隣接の主切り刃に投影したときの長さＬ1、Ｌ2を持つ。Ｌ1＋Ｌ2は０.６Ｌに等しいことが好ましい。図７に見られるように、切り刃要素５ａ'、５ｂ'がインサートの底面からの副切り刃５ａ、５ｂの最大高さを定め、同時に切り刃要素５ａ"、５ｂ"が最小高さを定めるように、副切り刃は徐々にインサートの底面に向かって傾斜する。
【００１２】
図面の図４及び５に見られるように、本発明による切削用インサートには平らな中央部分１１を備えた上面が形成され、この中央部分はここに形成された締付け用貫通孔１２を有し、かつそれぞれの主切り刃及び副切り刃を境界としているインサートの上面の周囲を伸びている切り屑形成面１３により囲まれる。面１３は、これを研磨し、これにより運転中における切り刃のビルドアップを最小にし又は無くすことが好ましい。
【００１３】
さて、図面の図８、９、１０及び１１を参照し、切削用インサートの切り刃と組み合わせられたすくい面及び逃げ面の構成を説明することとする。この説明は主切り刃４ａ及び切り刃要素５ｂ’、５ｂ”と組み合わせられた面に限定されるであろうが、インサートのその他の切り刃と組み合わせられるすくい面及び逃げ面も同様な構成のものであることが理解される。
【００１４】
図８及び９を参照すれば、主切り刃４ａと組み合わせられたすくい面は、工具において測定したときの半径方向のすくい角が主切り刃の長さに沿って実質的に一定のままであるように、湾曲しかつ主切り刃４ａの長さに沿って変化する半径方向すくい角を定める。主切り刃４ａ及び隣接の丸みのある先端部分６ａと組み合わせられた逃げ面２１は、下方の実質的に平らな逃げ面要素２１ａ、上方の僅かに突き出ている逃げ面要素２１ｂ及び渡りの部分２１ｃを備える。突き出ている部分２１ｂは、好ましくは研磨され、これにより、一方では鋭い切り刃を確実に提供し、他方では、工具に装着されたときに工具に関して測定した場合のこれらの面の逃げ角が関係の切り刃の長さに沿って実質的に一定のままであることを確保する実質的に螺旋状に曲げられた形状を持つ。
【００１５】
図面の図１０及び１１に明らかに見られるように、切り刃要素５ｂ’及び５ｂ”のすくい面は、これらが内側に配置される（従って外側の主切り刃より実質的に低い周囲切削速度で回転する）ことに鑑み、種々の切削作業中に摩擦による摩耗を受けかつ大きな歪を受けるこれら切り刃要素に補強と大きな保護とを与えるように設計された負のランド面を備える。図に見られるように、切り刃要素５ｂ’と組み合わせられたランド面の角度は切り刃要素５ｂ”と組み合わせられたものより大きい。副切り刃要素５ｂ’及び５ｂ”と組み合わせられた逃げ面２２’及び２２”は平面である。逃げ面２２’及び２２”は主切り刃４ａの逃げ面２１と同様に上方及び下方の逃げ面要素部分を形成し得る点に注意すべきである。
【００１６】
図１に見られるように、本発明により設計されたインサート３は、切削工具１の回転切削軸線４に関して食い違うように工具に取り付けられる。インサートの取付けは、インサートの主切り刃が工具２の長手方向回転軸４（図２）に関して正の軸方向すくい角γＡを定めかつ副切り刃が回転軸４に関して実質的に半径方向に向けられ、最も内側の副切り刃要素が回転半径方向と実質的に一致し更に少なくも最も外側の副切り刃要素が工具の回転軸４のある面の実質的に上方に配置されるように取り付けられる（図３）。インサートの位置決めのこの特別な方法、特に副切り刃の大部分を工具の回転軸のある平面の上方に配置することにより、インサートを支持している座の下方に置かれた切削工具の部分は比較的大きな質量を有し、従ってこれは相当に大きな剛性のものであり、これにより切削作業中の振動は小さい。
【００１７】
切削用インサートの食い違い位置決めの結果として、掘込み作業中、工具の先端より先に出ているインサートの突出の高さに相当する高さを有し直立しているコアが環状の溝で囲まれた加工物内に残される。コアは横向きのフライス作業において除去される。
【００１８】
図１２を参照すれば、本発明に従いかつ上述された切削用インサートでは、掘込み作業中におけるインサートの最大侵入深さｄｃは投影長さＬ１及びＬ２の和により決定され、この和は図の図１３に示された従来技術のインサートの１個の副切り刃の投影長さよりかなり大きいことが見られるであろう。このため、本発明によるインサートを有する穴掘り用切削用工具を、深さｄＷを有する凹所を削るために使用する場合は、各横方向フライスサイクルのための侵入深さｄｃは副切り刃要素の全投影長さＬ１及びＬ２と実質的に等しく、このため公知の切削用インサートを使った同じ深さｄＷの溝を作るに要する横方向フライスサイクルの数（４回）と比べて少ない数（３回）で行うことができる。
【００１９】
切削用工具内のインサートの上述の位置決め、特に最も内側の副切り刃要素の特別な方向付け、及び副切り刃の２個の切り刃部分と組み合わせられたすくい面及び逃げ面の構成が、掘込み作業中の加工物内の工具の容易かつ平衡のとれた侵入を確保し、切り屑の上向きの流れをもたらし、これが切り屑の容易な除去を産むことが認められるであろう。更に、螺旋状に曲げられた形状を有し、従って工具において測定したときに組み合わせられた切り刃の長さに沿って実質的に一定の逃げ面と半径方向すくい角を確保する逃げ面とすくい面との設置が、負荷の一貫性の意味での有利な切削条件をもたらし、従って工具寿命を改善する。
【００２０】
上述の特別な実施例においては各副切り刃は２個の切り刃要素を備えるが、各副切り刃要素が２個以上、例えば３個の切り刃要素を備える場合にも本発明を等しく応用することができる。
【００２１】
本発明の切削用インサートは、必ずしも工具の回転軸に関して食い違った位置に取り付ける必要はないが、その副切り刃が工具の回転軸と交差するように工具内に取り付け、最も内側の切り刃要素を実質的に回転軸に沿って方向を定め、これにより穴空け作業を可能とし得ることも言及されるべきである。かかる実施例は比較的小さな切削直径のフライス切削工具に特に適している。
【００２２】
本発明の実施態様は次のとおりである。
【００２３】
１．回転切削工具用の切削用インサートであって、回りを伸びている切り屑形成面により取り囲まれた平坦な中央部分を有する上面を具備し、該切り屑形成面が、長さＬの両側の１対の平行な主切り刃と両側の１対の副切り刃とによって境界付けられており、各副切り刃は主切り刃に関して横方向に向けられ、少なくも２個の角度を付けて配置された連続した副切り刃要素を備え、各副切り刃の第１の切り刃要素は丸みの付けられた先端部分を経て主切り刃の隣接端に移行し、これと５０゜−７０゜間の角度θ1を定め、各副切り刃の他方の切り刃要素は反対側の主切り刃の隣接端部に移行し、これと２０゜−４０゜間の角度θ2を定め、各副切り刃の副切り刃要素の全投影長さがほぼ０.６Ｌである切削用インサート。
【００２４】
２．各副切り刃が２個の副切り刃要素より構成された実施態様１による切削用インサート。
【００２５】
３．θ１が実質的に６０゜に等しくかつθ２が実質的に３０゜に等しい実施態様２による切削用インサート。
【００２６】
４．切り刃要素がそれぞれ負のランド面と組み合わせられる先行実施態様のいずれかによる切削用インサート。
【００２７】
５．工具において測定されたときに逃げ角が切り刃の長さに沿って実質的に一定であるように、主切り刃と組み合わせられた逃げ面に、下方の実質的に平坦な部分及び上方の実質的に湾曲した部分とが形成される先行実施態様のいずれかによる切削用インサート。
【００２８】
６．副切り刃と組み合わせられた逃げ面が平面である先行実施態様のいずれかによる切削用インサート。
【００２９】
７．各副切り刃と組み合わせられた前記逃げ面が上方及び下方の部分よりなる実施態様６による切削用インサート。
【００３０】
８．各副切り刃と組み合わせられた前記逃げ面が上方部分及び複数の下方部分よりなる実施態様７による切削用インサート。
【００３１】
９．逃げ面の前記上方部分がそれぞれの組み合わせられた下方部分より先に突き出す実施態様５又は８による切削用インサート。
【００３２】
１０．前記主切り刃と組み合わせられたすくい面は、半径方向すくい角が工具において測定されたときに主切り刃の長さに沿って実質的に一定であるように、これにより定められる半径方向すくい角が主切り刃の長さに沿って変化するような形状を有する先行実施態様のいずれかによる切削用インサート。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による１対の切削用インサートを組み入れた穴掘り用切削工具の平面図である。
【図２】図１に示された穴掘り用切削工具の側面図である。
【図３】図１及び２に示された工具の端面図である。
【図４】本発明による切削用インサートの斜視図である。
【図５】図４に示された切削用インサートの上方からの平面図である。
【図６】図５に示された切削用インサートの側面図である。
【図７】図４、５及び６に示された切削用インサートの正面図である。
【図８】図５に示された切削用インサートの線ＶＩＩＩに沿って得られた断面図である。
【図９】図５に示された切削用インサートの線ＩＸに沿って得られた断面図である。
【図１０】図５に示された切削用インサートの線Ｘに沿って得られた断面図である。
【図１１】図５に示された切削用インサートの線ＸＩに沿って得られた断面図である。
【図１２】図１、２及び３に示されかつ本発明に従ったインサートを組み込れた穴掘り用切削工具の穴掘り作業における使用を図式的に示す。
【図１３】公知のインサートを組み入れた穴掘り用切削工具の相応した穴掘り作業における相応した使用を図式的に示す。
【符号の説明】
１ 切削工具
３ 切削用インサート
４ａ 主切れ刃
４ｂ 主切れ刃
５ａ 副切れ刃
５ｂ 副切れ刃
１１ 中央部分
１２ 貫通孔
１３ 切り屑形成面

Claims (1)

  1. 回転切削工具用の切削用インサートであって、回りを伸びている切り屑形成面により取り囲まれた平坦な中央部分を有する上面を具備し、該切り屑形成面が、長さＬの両側の１対の平行な主切り刃と両側の１対の副切り刃とによって境界付けられており、各副切り刃は主切り刃に関して横方向に向けられ、少なくも２個の角度を付けて配置された連続した副切り刃要素を備え、各副切り刃の第１の切り刃要素は丸みの付けられた先端部分を経て主切り刃の隣接端に移行し、これと５０゜−７０゜間の角度θ1を定め、各副切り刃の他方の切り刃要素は反対側の主切り刃の隣接端部に移行し、これと２０゜−４０゜間の角度θ2を定め、各副切り刃の副切り刃要素の全投影長さがほぼ０.６Ｌである切削用インサート。
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