JP4119967B2

JP4119967B2 - 刃先交換式回転工具

Info

Publication number: JP4119967B2
Application number: JP2002363993A
Authority: JP
Inventors: 由幸小林
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2022-12-16
Also published as: JP2004195563A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正面フライス工具等の刃先交換式回転工具に用いられ、特に高送り加工において効果を発揮することができる略多角形板状のインサートを用いた高送り用刃先交換式回転工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
正面フライス工具等の刃先交換式回転工具において、高送りに適したインサートとして、下記の特許文献１、２、３等が提案されている。
【特許文献１】
特開２０００−１２６９２０号公報（明細書第３頁〜第５頁、図１、図４）
【特許文献２】
特開２０００−５９２１号公報（明細書第２頁〜第３頁、図１、図２、図３）
【特許文献３】
特開２００１−２１９３１５号公報（明細書第３頁〜第５頁、図５）
【０００３】
上記特許文献１には、円形型のインサートを用い、これを２軸方向に傾けて回転工具本体に装着することにより、円弧半径の大きな切刃を生じさせて高送り切削時の衝撃力を緩和させようとする正面フライスカッタが記載されている。上記特許文献２には、略四角形のインサートであって正面視で主切刃を円弧状とすることにより、被切削材に接触して初期に生成する切屑の厚さは薄く、工具の回転に従って徐々に厚い切刃を生成させるようにして、工具が受ける衝撃力を緩和させ、切削変動が少ない高送り切削が可能なインサートが記載されている。上記特許文献３には、側面視で見た場合に外周切刃を凸曲線状切刃とし、この外周切刃はコーナ部方向に向かって着座面からの高さが徐々に低くなるように形成することにより、直角壁の加工精度を向上させるようにしたインサートが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１、特許文献２に開示されているインサートは、側面視でインサートの底面とすくい面となる上面とは平行にされている。このため、適切な半径方向すくい角（以下、Ｒｒと称する。）を確保してインサートにかかる衝撃力を緩和するための対策は、回転工具本体のインサート着座面が半径方向となす角度を変えることにより対応していた。従来の対応策を図２２〜図２４に基づいて説明する。インサート２５は着座面となる底面２６と、底面２６と対向してすくい面となる上面２７を備えている。そして、この上面２７と逃げ面となる側面２８との稜線部に切刃２９が形成され、側面視で底面２６と上面２７とは平行になるように形成されていた。図２２はインサート２５の底面２６を回転工具本体３０の着座面３１に装着したときにＲｒを−４度、図２３は同じくＲｒを−１０度、図２４は同じくＲｒを−２０度とした例を示している。このように従来のインサート２５では、Ｒｒを−４度、−１０度或いは−２０度等に設定するためには、回転工具本体３０に設けた着座面３１が回転工具本体３０の半径方向ｒとなす角度を変える必要があった。従来、このように回転工具本体３０のインサート着座面３１が半径方向ｒとなす角度を変えることにより、Ｒｒがネガ方向に適切な角度になるように設定してインサートの耐欠損性を向上させていた。しかし、この従来の方法ではインサート２５自体の刃先強度は変わらないため、高送り切削には限界があった。また、回転工具本体３０の着座面３１が半径方向ｒとなす角度を予め適切な値に設定した回転工具本体４を数種揃えておく必要もあった。上記特許文献３に記載のインサートは、側面視で見た場合に、外周刃となる曲線切刃部がコーナ部方向に向かって着座面からの高さが徐々に低くなる凸曲線状にすることにより、９０度肩壁削りができるように改良したものである。従って、このインサートは高送り加工を行う目的ために、切刃の形状について改良を行ったものではない。
【０００５】
【本発明の目的】
本発明の目的は、すくい面となるインサート上面をネガ形状にして、インサート自体でＲｒを確保できる形状にすることにより、インサート切刃の刃先強度の向上、即ち耐欠損性を向上させて、高送りで切削加工を行うことができる刃先交換式回転工具を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、脱着可能に刃先交換式回転工具に取り付ける略多角形板状のインサートを用いた高送り用刃先交換式回転工具において、前記インサートは底面と対向する上面の稜線部に切刃が形成されており、前記上面の稜線部にはコーナ部を挟んで第１切刃と第２切刃とを備え、前記第１切刃は、平面視で、外側に凸円弧状に形成され、側面視で、前記底面から前記第１切刃までの高さは、前記コーナ部方向に向かって徐々に低くなるよう形成され、前記第１切刃を底刃、前記第２切刃を外周刃として装着し、前記刃先交換式回転工具の半径方向すくい角Ｒｒ度を−４５≦Ｒｒ≦０、としたことを特徴とする高送り用刃先交換式回転工具である。
【０００７】
本発明では、第１切刃は切削過程において主となる切刃であり、刃先交換式回転工具にインサートを装着した場合に、底刃となるものである。一方、第２切刃は従となる切刃であり、刃先交換式回転工具にインサートを装着した場合に、外周刃となるものである。次に、側面視において、前記第１切刃が前記底面となす角度α度は、０＜α≦４０になるように形成されている刃先交換式回転工具用のインサートである。また、本発明のインサートにおいて、すくい面となる上面にはすくい角が２０度以下のブレーカ溝を設けた刃先交換式回転工具用インサートである。
【０００８】
上記構成の本発明のインサートにおいて、角度α度が０＜α≦４０になるように限定した理由は、回転工具本体に装着して切削加工を行うときに第１切刃の耐欠損性を向上させるために、インサートの上面をネガ形状にしてＲｒを確保し、これにより、インサートの刃先強度も向上させようとする技術的思想に基づいてなされたものである。従って、角度αを０度より大きくしないとこれらの効果を得ることができず、角度αを４０度より大きくすると、第１切刃に繋がるコーナ部近傍の第１切刃と逃げ面となす角度が鋭角になり、この第１切刃部分の強度が低下するからである。なお、上記角度αが２０度より大きくなると、第１切刃近傍の上面（すくい面）に切屑が強く接触し、その衝撃により第１切刃に大きな切削抵抗がかかり易くなる。従って、本発明のインサートにおいては、上記角度αが２０度を越える場合には、少なくとも、第１切刃の稜線部に沿った上面にブレーカ溝を形成することが好ましい。このブレーカ溝のすくい角は２０度以下、好ましくは１０度から２０度にするとよい。
【０００９】
本発明のインサートを回転工具本体に装着したときに、Ｒｒを、−４５≦Ｒｒ≦０に限定する理由は下記の通りである。通常、インサートを装着する回転工具本体では、その着座面は工具本体の半径方向に対して−３度から−５度程度傾斜させたものが広く使用されている。従って、一般に使用されている回転工具本体に本発明のインサートを装着すると、Ｒｒは、−４５≦Ｒｒ≦０にすることができるので、第１切刃に耐欠損性を確保した状態で高送り加工を行うことができる。また、インサートを装着する着座面の角度を変更した回転工具本体を製作する必要性がなくなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１から図３は第１の実施形態を示すインサートの斜視図、平面図、側面図を示す。図１から図３に示すように、第１の実施形態のインサート１は正面視で略四角形状をなし、工具本体への着座面となる底面２、この底面２と対向する上面３、底面２と上面３との間に形成された側面４を備えている。そして、上面３はインサート１のすくい面（以下、すくい面３という）、側面４は逃げ面を構成し、すくい面３と側面４とがなす稜線部には第１切刃６が形成されている。本発明のインサートは、第１切刃６、直線状に形成された第２切刃７、コーナ部８、９に形成されたＲ状のコーナ切刃１０、１１から構成されている。図２に示すように、コーナ切刃１０、１１を挟むようし第１切刃６と第２切刃７とが形成されている。また、インサート１のすくい面３の中央部には取付け孔１２が設けられている。なお、第１切刃６は平面視で外側に凸円弧状に形成され、第１切刃６、コーナ切刃１０、１１、第２切刃７は滑らかな曲線により繋がっている。また、インサート１を回転工具本体に装着したとき、直線状の第２切刃７の一方は回転軸に対して外側に位置し、他方の第２切刃７の面は回転工具本体に装着したときの拘束面になる。図３に示すように、側面視で本発明のインサートは、底面２から第１切刃６となる稜線までの高さは、第２切刃７方向に向かって徐々に低くなるように形成されたことに特徴がある。このように、底面２から第１切刃６の稜線までの高さを第２切刃７方向に向かって徐々に低くなるように形成すると、図２に示すように、傾斜平面状のすくい面３にはその高さが他の部分より高くなり、第２切刃７とほぼ平行な直線状の稜線１３が形成される。そして、本発明のインサートは、この底面２と第１切刃６の稜線Ｌとがなす角度αを、０＜α≦４０に設定したものである。本発明のインサート１においては、上記角度αを０＜α≦４０に設定することによってインサートのすくい面３がネガ形状になり、更に、回転工具本体に装着したときにＲｒが確保されるので、インサートの耐欠損性を向上させることができる。また、第１切刃６、第２切刃７、コーナ刃１０の近傍における、すくい面３と逃げ面である側面４とがなす角度β（以下、刃先構成角と称する。）も、図２２に示す従来のインサートの刃先構成角βより大きくすることができるので、刃先強度も向上させることができる。
【００１１】
本発明の第２の実施形態を図４から図６に示す。第２の実施形態のインサートは、図５に示すように正面視で、すくい面３に形成される稜線１３は第２切刃７に対してコーナ部９側に傾斜するように形成されている。この第２切刃７に対する傾斜角度は、１０度から２０度にするとよい。このように稜線１３を第２切刃７に対して傾斜させた構成にすると、前記した第１の実施形態のインサートと比べて、更に次のような効果を生じさせることができる。通常、インサート１は、回転工具本体の回転軸に対して約５度傾けた状態で装着され、これにより第２切刃７は回転軸に対して約５度傾いた状態になる。すると、図５に示すように、第１切刃６の最下点をＰ、稜線１３が第１切刃６と交わる交点をＳとすると、交点Ｓを最下点Ｐから所定の距離ずらすことができ、切削加工中に交点Ｓが被削材と接触することを防止できる。交点Ｓは微小な角状の形状になっているが、被削材と接触しないので、切削加工中に交点Ｓの欠損を防ぐことができる。第２の実施の形態においても、底面２と第１切刃６の稜線Ｌとがなす角度αが、０＜α≦４０になるように第１切刃６を形成する。
【００１２】
本発明の第３の実施形態を図７から図９に示す。第３の実施形態は、上記第２の実施形態のインサートにおいて、切刃に沿ってすくい面３上にブレーカ溝１４を形成したものである。このブレーカ溝１４は、切削加工時に発生する切屑がすくい面３と接触する衝撃を低減させるために設けたもので、ブレーカ溝１４のすくい角は２０度以下でよい。なお、図７に示す例では、すべての切刃に沿ってブレーカ溝１４を形成した例を示しているが、第１切刃６及びコーナ切刃１０及びその近傍にブレーカ溝１４を形成したインサートとしてもよい。本発明のインサートにおいて、前記した角度αが２０度を越える場合には、このブレーカ溝１４を形成するとよい。この理由は、上記した角度αを大きく設定したインサート１を回転工具本体に装着し、Ｒｒが−２０度より大きくした状態で切削加工を行うと、第１切刃６への衝撃力は増加する。この対策としてブレーカ溝１４を設けて切屑がすくい面３と接触する接触抵抗を低減させることにより、高送り加工が可能になるからである。
【００１３】
本発明の第４の実施形態を図１０から図１２に示す。第４の実施形態のインサートは、図１２に示すように、側面視で第１切刃６の稜線を上方に向かって凸円弧状に形成したことに特徴がある。この第４の実施形態では、インサート１の底面２と第１切刃６の稜線とがなす角度αは、側面視でコーナ切刃１０と円弧状第１切刃６とが交わる点をＲとしたときに、交点Ｒにおける円弧状第１切刃６の接線Ｌと底面２とがなす角度を示し、０＜α≦４０となるようにする。なお、側面視で第１切刃６の稜線を上方に向かって凸円弧状に形成することにより、刃先構成角βを第１から第３の実施形態のインサートより大きくすることができるので、第１切刃６、第２切刃７、コーナ切刃１０の強度をより向上させる効果が生じる。
【００１４】
本発明の他の実施例について説明する。図１３は本発明の第５の実施形態を示す斜視図、図１４は本発明の第６の実施形態を示す斜視図、図１５は本発明の第７の実施形態を示す斜視図、図１６は本発明の第８の実施形態を示す斜視図である。なお、これら第５から第８の実施形態においても、図示していないが、前記第１から第４実施例と同様に、インサートの側面視において、底面２から第１切刃６までの高さは、コーナ部方向に向かって徐々に低くなるようし、角度αは、０＜α≦４０になるように形成したものである。また、前記第３の実施形態に示したように、すくい面上に切刃の稜線に沿うようにブレーカ溝を形成してもよい。図１３に示す第５の実施形態は、正面視で略円形の形状、即ち第１切刃６を円弧状とし、インサート１の４箇所を第１切刃６として使用できるようにすると共に、側面視で第１切刃６を上方に向けて凸円弧状に形成したものである。図１４に示す第６の実施形態は、上記第５の実施形態と同様に正面視で略円形の形状とし、側面視で第１切刃６の稜線を直線状に形成し、更に、すくい面に形成した稜線１３が、正面視で第１切刃６の中央部と交わるようにしたものである。図１５に示す第７の実施形態は、正面視でインサートの形状を略３角形にして、３箇所の第１切刃６が使用できるようにしたインサートである。更に、このインサートにおいては、隣りあうコーナ部８の間の切刃稜線に第１切刃６と第２切刃７を連続して繋ぎ、インサート１の３箇所が第１切刃６として使用できるようにしたものである。また、側面視で第１切刃６を上方に向けて凸円弧状に形成したものである。図１６に示す第８の実施形態は、上記第７の実施形態と同様に、正面視で略３角形状のインサートであるが、側面視で第１切刃６の稜線を直線状に形成すると共に、すくい面３に形成した稜線１３は、３辺からなる切刃稜線の各辺の中央部と交わるようにしたものである。
【００１５】
本発明のインサートを装着した刃先交換式回転工具について説明する。図１７、図１８に示すように、回転工具本体２０の先端部には、この回転工具本体２０の半径方向ｒとほぼ平行、或いは３〜５度程度傾斜する複数個の着座面２１が形成されている。そして、本発明のインサート１が止めねじ２２を用いて着座面２１に装着し固定される。なお、このインサート１の固定方法はクサビによるクランプとしてもよい。インサート１を着座面２１に装着したとき、図１８の底面図に示すように、本発明のインサート１のすくい面３はネガ形状にしているため、Ｒｒが確保される。即ち、回転工具本体２０の着座面２１が半径方向ｒとなす角度を変えた数種の回転工具本体２０を予め用意しておかなくても、１種の回転工具本体２０を保有しておけば、本発明のインサート１を用いることにより適切なＲｒを設定して高送り加工ができるようになる。本発明のインサートを装着した刃先交換式回転工具においては、Ｒｒは、−４５≦Ｒｒ≦０になるようにする。
【００１６】
図１９は、本発明のインサート１を用いて被削材２３の切削加工を行っているときの状態を示す図である。本発明のインサート１は、正面視で第１切刃６は外側に凸円弧状にしていること、及びＲｒを−４５≦Ｒｒ≦０と大きな負の値に設定することができるので、図１９より、第１切刃６が被削材２３と接触して初期に生成する切屑の厚さは薄く、回転工具の回転に従って徐々に厚い切屑を生成することができる。このため、インサート１が受ける衝撃力を緩和でき、更に前記した刃先構成角βを従来のインサートより大きくすることができることと合わせて、本発明のインサートは、従来のインサートと比較してより高送りの切削加工が可能になる。
【００１７】
上記した本発明のインサートの表面に、例えばＴｉＮ、（ＴｉＡｌ）（ＮＯ）、（ＴｉＳｉ）（ＮＯ）、（ＴｉＢ）（ＮＯ）、（ＣｒＳｉ）（ＮＯ）、（ＡｌＳｉ）（ＮＯ）、ＣｒＮ、Ａｌ_２Ｏ_３／ＴｉＮ、等の硬質被覆層を物理蒸着方法又は化学蒸着蒸着方法により形成し、耐摩耗性を向上させることが望ましい。
【００１８】
（実施例１）
図４から図６に記した本発明の第２の実施形態に示すインサートを、図１７、図１８に示す工具径６３ｍｍの回転工具２０に１個装着し、図２０に示す径８ｍｍの孔が多数形成されている被削材２４について、１枚刃切削で高送りのフライス加工を行ない、インサートの切刃に欠損が発生するまでの切削加工時間について試験した。この試験においては、本発明のインサートを回転工具２０に装着したとき、図１８に示すＲｒが−４度、−１０度、−１５度、−２０度になるような超硬合金製のインサートを４種製作した。この時のインサートの角度αは、夫々０．５度、６度、１１度、１６度に設定した。被削材２４の材質はＳＣＭ４４０、硬さＨＳ４０である。本実験の切削条件は次のように設定した。
切削速度（Ｖ）：１４５ｍ／ｍｉｎ
一刃当たりの送り量（ｆｚ）：１．５ｍｍ／刃
切込み深さ（Ａｄ）：１ｍｍ
切込み幅（Ｒｄ）：３８ｍｍ
切削方法：Ｄｒｙ
比較の為、図２２に示す、底面２６とすくい面２７とが平行になるように形成された従来の超硬合金製インサートを製作し、回転工具本体の着座面に装着したときに、Ｒｒがそれぞれ−４度、−１０度、−１５度、−２０度を確保した状態の切削加工を行った。また、上記試験に使用したインサートの表面には、ＴｉＮからなる硬質被覆層を形成したものを使用した。
上記試験結果を図２１に示す。図２１より、本発明例は、一刃当たりの送り量ｆｚが１．５ｍｍ／刃の高送り加工を行った場合、欠損に至るまでの時間が４５から６０％向上することが明らかになった。また、角度αは、６度から１１度にし、回転工具に装着したときのＲｒを−１０度から−１５度に設定すると、工具寿命を最も長くすることができると推測される。
【００１９】
【発明の効果】
本発明を適用することにより、高送り加工の条件においても、優れた耐欠損性を得ることができ、高送り加工に適用できるインサートを装着した高送り用刃先交換式回転工具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態を示す正面図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態を示す側面図である
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態を示す正面図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態を示す側面図である。
【図７】図７は、本発明の第３の実施形態を示す斜視図である。
【図８】図８は、本発明の第３の実施形態を示す正面図である。
【図９】図９は、本発明の第３の実施形態を示す側面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第４の実施形態を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明の第４の実施形態を示す正面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第４の実施形態を示す側面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第５の実施形態を示す斜視図である。
【図１４】図１４は、本発明の第６の実施形態を示す斜視図である。
【図１５】図１５は、本発明の第７の実施形態を示す斜視図である。
【図１６】図１６は、本発明の第８の実施形態を示す斜視図である。
【図１７】図１７は、本発明のインサートを回転工具本体に装着した時の側面図。
【図１８】図１８は、本発明のインサートを回転工具本体に装着した時の底面図。
【図１９】図１９は、切削加工時の状態を説明するための図である。
【図２０】図２０は、被削材の形状を説明するための斜視図である。
【図２１】図２１は、半径方向すくい角と切削加工時間との関係を示す図である。
【図２２】図２２は、従来のインサートで半径方向すくい角が−４度の場合を示す。
【図２３】図２３は、従来のインサートで半径方向すくい角が−１０度の場合を示す。
【図２４】図２４は、従来のインサートで半径方向すくい角が−２０度の場合を示す。
【符号の説明】
１：インサート
２：底面
３：上面（すくい面）
４：側面（逃げ面）
６：第１切刃
７：第２切刃
８：コーナ部
９：コーナ部
１０：コーナ切刃
１１：コーナ切刃
１２：取付け孔
１３：稜線
１４：ブレーカ溝
２０：回転工具本体
２１：着座面
２２：止めねじ
２３：被削材
２４：被削材
２５：従来のインサート
２６：従来のインサートの底面
２７：従来のインサートの上面
２８：従来のインサートの側面
２９：従来のインサートの切刃

Claims

脱着可能に刃先交換式回転工具に取り付ける略多角形板状のインサートを用いた高送り用刃先交換式回転工具において、前記インサートは底面と対向する上面の稜線部に切刃が形成されており、前記上面の稜線部にはコーナ部を挟んで第１切刃と第２切刃とを備え、前記第１切刃は、平面視で、外側に凸円弧状に形成され、側面視で、前記底面から前記第１切刃までの高さは、前記コーナ部方向に向かって徐々に低くなるよう形成され、前記第１切刃を底刃、前記第２切刃を外周刃として装着し、前記刃先交換式回転工具の半径方向すくい角Ｒｒ度を−４５≦Ｒｒ≦０、としたことを特徴とする高送り用刃先交換式回転工具。
請求項１記載の高送り用刃先交換式回転工具において、前記側面視による前記第１切刃が前記底面となす角度α度は、０＜α≦４０に形成されたことを特徴とする高送り用刃先交換式回転工具。
請求項１又は請求項２記載の高送り用刃先交換式回転工具において、前記インサートのすくい面となる前記上面に、すくい角が２０度以下のブレーカ溝を設けたことを特徴とする高送り用刃先交換式回転工具。