JP4919298B2

JP4919298B2 - 高送り加工用刃先交換式回転工具

Info

Publication number: JP4919298B2
Application number: JP2008240303A
Authority: JP
Inventors: 由幸小林; 由光長島
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2008-09-19
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2028-09-19
Also published as: JP2010069578A

Description

本願発明は、工具突き出し量の長い高送り加工に適した構造のインサートを装着した刃先交換式切削工具に関する。

刃先交換式切削工具に関する技術が、特許文献１から３に開示されている。特許文献１は、直線状の主切刃のホーニング幅と角度を変化させて耐欠損性を改善する技術を開示している。特許文献２は、高送り切削加工に適した刃先交換式切削工具が開示されている。特許文献３は、平坦なランドを設けた刃先交換式切削工具が開示されている。

特開２００２−４６００２号公報特許第３３１７４９０号公報特開２００８−２０７２７３号公報

本願発明は、切削用インサートの主切刃の耐欠損性を維持しながら切削抵抗の低抵抗化を可能とし、特に工具突き出し量が２００ｍｍを超えるような長い場合における高送り加工に好適なインサートを装着した刃先交換式回転工具を提供することである。

本願発明は、着脱可能な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、該インサートはすくい面と逃げ面との稜線部を切刃とし、該切刃は、コーナー刃と該コーナー刃を挟んで主切刃と外周刃とを備え、該主切刃における回転工具最下点と該主切刃と該コーナー刃との繋ぎ部を結んだ線分が工具回転軸の垂線となす角度（度）をθとしたとき、５≦θ≦３０であり、該主切刃は該線分に対して工具回転軸と垂直な方向に凸形状であり、該すくい面には該主切刃に対して略垂直な方向で内向きに該主切刃の稜線部からネガホーニング、フラットランド、ブレーカ溝を有し、該最下点における該ネガホーニングの幅（ｍｍ）をＨ１、該フラットランドの幅（ｍｍ）をＦ１、該繋ぎ部における該ネガホーニングの幅（ｍｍ）をＨ２、該フラットランドの幅（ｍｍ）をＦ２、としたとき、ネガホーニング幅とフラットランド幅とが該最下点から該繋ぎ部に向かって漸次増加し、０．０３≦Ｈ１≦０．１、０．１５≦Ｈ１／Ｈ２≦０．５、０．０３≦Ｆ１≦０．１、０．１５≦Ｆ１／Ｆ２≦０．５、であることを特徴とする高送り加工用刃先交換式回転工具である。上記の構成を採用することによって、切削用インサートの主切刃の耐欠損性を維持しながら切削抵抗の低抵抗化を可能とし、特に工具突き出し量が２００ｍｍを超えるような長い場合における高送り加工に好適なインサートを装着した刃先交換式回転工具を提供することができる。

本願発明の高送り加工用刃先交換式回転工具は、少なくとも該インサート上面の該主切刃の近傍には、該主切刃の接線に対して略直交する方向に縦長に形成された複数のＵ字溝を有し、また該Ｕ字溝どうしの間にはすくい面を有することが好ましい。また、該繋ぎ部における該Ｕ字溝どうしの間のすくい面の幅（ｍｍ）をＲＷ、該Ｕ字溝の横幅（ｍｍ）をＵＷ、縦方向長さ（ｍｍ）をＵＨ、該主切刃の稜線部から該Ｕ字溝端までの長さ（ｍｍ）をＵＬ、としたとき、０．３≦ＲＷ≦０．３５、１．５≦ＲＷ／ＵＷ≦２．０、ＵＨ≧１、０．４５≦ＵＬ≦０．８、であることが好ましい。

本願発明は、インサートの主切刃の耐欠損性を維持しながら切削抵抗の低抵抗化を可能とし、特に工具突き出し量が２００ｍｍを超えるような長い場合における高送り加工に好適なインサートを装着した刃先交換式回転工具を提供することができた。

本願発明の高送り加工用刃先交換式回転工具の概略について、図を用いて説明する。まず、図１は本願発明の回転工具本体１とインサート２の装着の様子を説明する図を示す。図１に示すように、インサート２は中央部に設けた取付け孔３を介して、クランプねじ４により回転工具本体１に装着される。図２はインサート２を回転工具本体１に装着したときの図を示す。図２において、本願発明の切刃は、コーナー刃５を挟むように主切刃６と外周刃７が形成されている。インサートを回転工具本体に装着したとき、主切刃は最下点８を有する。外周刃は工具回転軸に対して外側に位置し、他方、取付け穴に関して外周刃と対称な面は、回転工具本体に装着したときの拘束面になる。インサートは、工具回転軸方向に対して所定の角度に傾けた状態で装着され、バックテーパがついた状態になっている。本願発明の刃先交換式切削工具は、切込深さａｐ値を主切刃の範囲内で設定する為、たとえ垂直の立壁を加工したとしても外周刃は切削には関与せず、切刃としての役割はしないため切削抵抗が発生しない。図３は、図２に示すインサート２を拡大した図である。図３に示すインサート２は、本願発明の第１の実施形態である。図３に示すように、本願発明の刃先交換式切削工具に装着されたインサートの主切刃の最下点８とし、主切刃とコーナー刃との繋ぎ部９とし、最下点８と繋ぎ部９とを結んだ線分が工具回転軸に垂直な直線となす角度（度）をθとしたとき、５≦θ≦３０である。更に該主切刃は該線分に対して工具回転軸と垂直な方向に凸形状である。主切刃の形状は曲線状、円弧状、若しくはこれらと直線の組み合わせにより形成されてもよい。本願発明のインサートのサイズは、内接円の直径が６ｍｍ〜１６ｍｍ、最下点８、交点１０、繋ぎ部９の３点を結んだ円弧の半径Ｒは、６ｍｍから２０ｍｍとするのが好ましい。ここで、該交点１０とは、該線分の垂直２等分線と主切刃との交点であり、該交点１０は最下点８と繋ぎ部９とを結んだ線分に対して工具回転軸と垂直な方向に外側となっている。図４に本願発明のインサートの斜視図を示す。インサートは略四角形状をなし、工具本体の着座面と接する底面１１、この底面と対向するすくい面１２、底面とすくい面との間に形成された逃げ面１３を備えている。そして、すくい面と逃げ面とがなす稜線部には切刃が形成され、インサート中央部に設けた取付け孔に対して対称な位置にも同様に切刃が形成されている。

図５は図４に示すインサートの主切刃における最下点８付近のＡ−Ａ線の断面図であり、ネガホーニング幅がＨ１、フラットランドの幅がＦ１であることを示す。図６は図４に示す主切刃とコーナー刃との繋ぎ部９付近のＢ−Ｂ線の断面図であり、ネガホーニング幅がＨ２、フラットランドの幅がＦ２であることを示す。高送り加工用の刃先交換式切削工具には、主切刃のすくい面側には、主切刃の耐欠損性を向上させ、特にコーナー刃近傍の外周側における耐欠損性の向上を目的にネガホーニング及びフラットランドを設けて切刃強度の強化を図っている。しかし、ネガホーニング及びフラットランドは、その幅が広いと耐欠損性は向上する反面、切削抵抗が増大して切削に使用する工作機械、例えば、マシニングセンターなどの工作機械への負荷が大きくなり、高能率な高送り加工が出来なくなる。また、突き出し量が２００ｍｍを超えるような長い場合、又は、工具径に対して４倍以上の突き出し量を有する工具には、ビビリ振動が大きくなり切刃の欠損が発生し易い状態となり、被削材の加工面粗さの劣化も生じる。一方、ネガホーニング及びフラットランドは、その幅が小さいと切削抵抗は小さくなるが切刃強度の強化が不十分となり切刃が欠損し易くなる。従って、ネガホーニング幅及びフラットランド幅の設定は、被削材の剛性が弱く、切削中にビビリ振動などが発生し易くなる突き出し量が２００ｍｍを超えるような長い場合、又は、工具径に対して４倍以上の突き出し量を有する工具にはネガホーニング幅及びフラットランド幅を小さく設定し、強断続切削になって切刃の欠損が発生し易いときには逆に大きく設定する。ネガホーニングの角度α（度）は、５≦α≦３０に設定することが好ましく、α値は、該最下点８から該繋ぎ部９の間で変化させても良い。更に、すくい面にブレーカ溝を設けることで、切削抵抗の低減化が可能となる。ブレーカ溝のすくい角β（度）は、β≦２０、より好ましくは１０≦β≦２０にすることが好ましい。

図７は本願発明の切削工具の主切刃部分における切屑厚みのを説明するための模式図である。本願発明は、工具回転軸方向下側に凸形状となっている円弧状の主切刃によって生成される切屑厚みは、主切刃の長さ方向の全てに渡って一定の厚みではない。例えば、主切刃の半径Ｒが１５ｍｍの場合、高送り加工の切削条件として、切込深さａｐ値が１．５ｍｍ、１刃の送り量ｆｚ値が１．５ｍｍで加工したときの切屑厚みＴ２は、約０．６ｍｍ、最下点８付近での切屑厚みＴ１は、約０．０６ｍｍとなる。即ち、Ｔ１値はＴ２値の約１／１０まで薄くなる。これより、本願発明は、切屑厚みが厚くなるコーナー刃近傍の箇所と、切屑厚みが最も薄くなる最下点８付近とでは、夫々切刃の部位により適切なネガホーニング幅及びフラットランド幅を設けることにより、切削抵抗を低減し、同時に耐欠損性を改善した刃先交換式切削工具を実現することができる。上記の通り、切削抵抗を低減させる為には、切屑厚みが最も薄くなる最下点８のＨ１値、Ｆ１値を小さくすることである。このとき、Ｈ１値、Ｆ１値を小さくしても、切屑厚みは薄いことから、耐欠損性が大幅に損なわれることは無い。他方、切屑厚みが最大となるコーナー刃近傍の外周側の箇所では、ネガホーニング幅及びフラットランド幅を大きくすることによって耐欠損性を向上させなければならない。ここでインサートの主切刃におけるコーナー刃近傍の外周側では、耐欠損性を優先して改善する。本願発明は、ネガホーニング幅及びフラットランド幅が主切刃の最下点８のＨ１値、Ｆ１値を最小とし、主切刃とコーナー刃との繋ぎ部９のＨ２値、Ｆ２値を最大として、回転工具最下点８から該繋ぎ部９に向かって漸次増加させることにより、主切刃の耐欠損性と低抵抗化の両立を可能としている。これに対して、従来の高送り加工用工具におけるインサートのネガホーニング幅は略０．２ｍｍの一定幅、フラットランド幅も一定幅が施されているため、工具最下点付近はネガホーニングの中で切削が行われていることになり、切れ味が悪く、大きな切削抵抗を示していた。

本願発明のインサートにおいて、まず主切刃のＨ１値（ｍｍ）は、０．０３≦Ｈ１≦０．１とする必要がある。その理由は、加工時のｆｚ値と最下点８付近の切屑厚みを割り出し、その値を元にＨ１値を設定したとき、Ｈ１値が０．０３ｍｍ未満では耐欠損性が著しく低下してしまうからである。これは、刃先強度が不足する為、切屑厚みの影響よりも、切削時にインサートの最下点と被削材が接触するときの衝撃で欠損が発生する為である。一方、Ｈ１値が０．１ｍｍを超えて大きいと切削抵抗が増大して不都合となってしまう。次に、Ｈ２値（ｍｍ）は、Ｈ１値を設定の後、Ｈ１値とＨ２値との比、Ｈ１／Ｈ２値が０．１５〜０．５となるように設定する必要がある。こうすることで、主切刃の耐欠損性と切削抵抗のバランスが最も良く、また、耐欠損性を損なうことなく１０％以上の切削抵抗の低減が可能である。但し、Ｈ２値は、切刃の耐欠損性や切削抵抗増大に配慮して、０．１〜０．５ｍｍの範囲内で設定することが好ましい。こうすることで、Ｈ１値を最下点付近の切屑厚みＴ１よりも約３０％広い幅としても、ネガホーニング幅の中で切削している範囲が少ない為、１０％以上の切削抵抗の低減が可能である。

次に、本願発明のインサートにおいて、主切刃のＦ１値（ｍｍ）は、０．０３≦Ｆ１≦０．１とする必要がある。その理由は、Ｆ１値が０．０３ｍｍ未満では切刃強度の強化に有効ではなくなり耐欠損性が低下するからである。刃先強度が不足すると、切削時にインサートの最下点と被削材が接触するときの衝撃で欠損が発生する。一方、Ｆ１値が０．１ｍｍを超えて大きいと切削抵抗が増大する不都合が生じる。次に、Ｆ２値（ｍｍ）は、Ｆ１値を設定の後、Ｆ１／Ｆ２値が０．１５〜０．５となるように設定する必要がある。こうすることで、主切刃のすくい面における摩耗の進行を遅延させることに効果的となる。Ｆ２値が広い程、すくい面の特にコーナー刃近傍の外周側における摩耗を遅延させる効果があり、耐欠損性が向上するのである。但し、Ｆ２値は、切刃の耐欠損性や切削抵抗増大に配慮して、０．１〜０．５ｍｍの範囲内で設定することが好ましい。Ｆ２値が過度に広い場合は、切屑の排出性が損なわれて切削抵抗が増大する。切屑をブレーカ溝へと誘導する流れが阻害される不都合が生じるためである。

本願発明の切削工具は、高送り加工において切削時に生成される切屑が主切刃に対して略直交する方向に排出される。そこで図３に示すように、インサートのすくい面の、少なくともコーナー刃近傍の外周側には、略円弧状の主切刃の接線に対して略直交する方向に縦長に形成された複数のＵ字溝１６を設けることが好ましい。Ｕ字溝どうしの間にはすくい面１８を有する。切屑がこのすくい面１８に沿って通過し、すくい面と切屑との接触面積が減少して摩擦力が減少し、また摩擦による温度上昇も緩和される。このことによって、低抵抗化を図り、摩耗の進行も遅延させることが可能となり好ましい。特に主切刃におけるコーナー刃近傍の外周側には、ネガホーニング幅、フラットランド幅を共に幅広く設定して切削抵抗は高くなる傾向にあることから、このすくい面の部位にＵ字溝を設けることは好ましい。ここで隣り合うＵ字溝の間に設けたすくい面部分の断面形状は、緩やかな丘形状をなしており、この丘形状部分が切屑と接触する面となる。主切刃にかかる負荷は、工具外周側となる繋ぎ部近傍になる程大きくなることから、先の改善では、Ｈ２値をＨ１値よりも大きく設定して切刃強度を改善した。ここで、繋ぎ部近傍とは、主切刃と該線分の垂直２等分線との該交点１０から該繋ぎ部９までの範囲のことである。切刃強度を改善では、切削抵抗の低減化対策は施されなかったが、ここでＵ字溝の配置により低減化対策を施すことができるため、好ましい。工具外周側のすくい面にＵ字溝を設けて、切削抵抗の低減化を図ることができる。これは、切屑とすくい面との接触面積を少なくできるからである。特に工具突き出し量が２００ｍｍを超えるような長い場合における高送り加工に好適なインサートは、切削抵抗の低抵抗化を図ることが好ましいのである。
また、図８は図４に示すインサートにおけるホーニング部のＣ−Ｃ線の断面図を示す。図８に示すように、繋ぎ部近傍におけるＵ字溝の横幅（ｍｍ）をＵＷ、該Ｕ字溝どうしの間の該すくい面の幅（ｍｍ）をＲＷとしたとき、０．３≦ＲＷ≦０．３５、１．５≦ＲＷ／ＵＷ≦２．０、であることが好ましい。繋ぎ部近傍の工具外周側のすくい面におけるＵＷ値、ＲＷ値を上記の範囲に設定することにより、工具外周側のすくい面摩耗の進行に悪影響を及ぼさない範囲で切削抵抗の低抵抗化を図ることができる。ＲＷ値が０．３未満、或いはＲＷ／ＵＷ値が１．５未満では、切屑との接触面積が減少して切削抵抗の低減化をもたらすが、その反面、すくい面の摩耗の進行が顕著となり、切刃の耐欠損性を劣化させることになる。一方、ＲＷ値が０．３５を超えて長く、或いはＲＷ／ＵＷ値が２．０を超えて大きいときは、すくい面の摩耗の進行が抑制され、切刃の耐欠損性を維持することができるが、切屑との接触面積の低減化が不十分のため切削抵抗の低減化を得ることができない。
Ｕ字溝のＵＨ値は、ＵＨ≧１であることが好ましい。この理由は、ＵＨ値が１未満ではＵ字溝が短すぎて切屑接触面積の低減が十分でないため、切削抵抗の低抵抗化に有効とはならないからである。ここでＵＨ値の上限値はすくい面の形態によって決定されるため、特に定めない。
ＵＬ値は、０．４５≦ＵＬ≦０．８であることが好ましい。この理由は、切屑がすくい面と接触する領域を配慮し、Ｕ字溝がすくい面摩耗の進行に悪影響を及ぼさない範囲で切削抵抗の低抵抗化を図ることができるからである。ＵＬ値が０．４５未満では、Ｕ字溝の開始位置が切刃に近すぎるため、すくい面の摩耗進行が早くなり、耐欠損性を劣化させてしまう。一方、ＵＬが０．８を超えて長いときは、切削抵抗の低抵抗化に有効とはならないのである。
また、Ｕ字溝のピッチ（ｍｍ）をＵＰとしたとき、ＵＰ値が回転工具最下点から繋ぎ部に向かって漸次増加するように変化させることによって、切削時の低抵抗化と耐欠損性とのバランスが好適となる。しかも、ＵＰ値が回転工具最下点から繋ぎ部に向かって漸次増加するように変化すれば、工具外周側のＵ字溝数を工具最下点と比較して少なくすることになり、工具外周側のすくい面摩耗の進行を遅延させることにも有効であり、切削抵抗の低減化と切刃の耐欠損性のバランスがとれるのである。逆に、繋ぎ部近傍のＵＰ値を比較的幅狭く設定すると、Ｕ字溝の存在密度が大きくなってすくい面の面積が減少する。すると切屑との接触面積がより小さくなり切削抵抗の低減化が図れるものの、すくい面の摩耗が進行してしまい、切刃の耐欠損性を損なうことになってしまう。一方、すくい面における回転工具最下点近傍のＵＰ値を小さく設定することは、Ｕ字溝の存在密度を大きくして更に切削抵抗の低減化に有効となる。最下点近傍では切屑厚さも薄く、すくい面の摩耗の進行が遅いため、ＵＰ値を小さく設定することの方が有効である。
また、Ｕ字溝の深さをｄとしたとき、ｄ値は１ｍｍより深くなるとインサートの強度が不足し、特に高送り加工に於いては切刃に大きな負荷がかかり破損し易くなる為、ｄ値は１ｍｍ以下に設定するのが好ましい。また、刃先強度を維持するため、ｄ値は最下点から繋ぎ部に向かって漸次減少することが好ましい。また、本願発明の第２の形態として、図９に略３角形をした３箇所の主切刃を設けたものを示す。これらについても、本願発明と同様な効果を得ることができる。

本願発明による切削抵抗低減と耐欠損性の効果を確認するため、以下に示す切削の試験条件により評価を行った。本発明例１のインサートは、粉末冶金の技術を用いて作成したＷＣ基超硬合金製のインサートを使用した。インサートのサイズは、内接円の直径が１４ｍｍ、厚みが５．５６ｍｍ、主切刃の半径Ｒ値が１５ｍｍとした。本発明例１のインサートにおけるネガホーニング付与、該Ｕ字溝の付与は、プレス金型の形状設定時に行ない、金型プレス機でインサートの成形体を作成した。他の本発明例２〜１７、比較例１８〜２２及び従来例２３についても、成形用金型の形状設定の変更によってネガホーニング幅、フラットランド幅やＵ字溝の形状を変化させたが、それ以外は本発明例１と同様な方法で作成した。このとき、本発明例１〜１７と比較例１９から２２のＨ２値は全て０．２ｍｍ、Ｆ２値は全て０．２ｍｍで同じ値に設定した。また何れも、ネガホーニングの角度α（度）は２０度、ブレーカ溝のすくい角β（度）は１２度、ｄ値は１ｍｍ以下とした。但し、従来例２３のインサートは、主切刃全体に渡ってネガホーニング幅が０．２ｍｍで一定幅のものを使用した。上記の値であれば、刃先強度は十分確保されていると考えたからである。
本発明例１のインサートを工具径６３ｍｍの切削工具本体に１個装着した１枚刃で切削抵抗測定の評価を行った。切削抵抗の評価は、被削材として平坦な加工面のＳ５０Ｃ材を使用して１０分間の切削を行ない、切削抵抗値が従来例２３と比較して１０％以上低下したものを、効果ありと判断した。
次に、被削材として、図１０に示す径６ｍｍの孔が多数形成されたＳ５０Ｃ材を使用し、強断続切削による高送りの平面削り加工を６０分間行ない、耐欠損性の評価を行なった。この耐欠損性の評価試験では、インサートを５個用い、切削工具本体に１個装着した１枚刃で６０分間の切削を５回行なって評価した。評価は、６０分間の切削において切刃の欠損の有無を評価した。本発明例２から１７、比較例１８から２２、従来例２３のインサートについても本発明例１と同様に評価した。結果は、６０分間の切削で５個中全てが欠損すること無く加工が可能であったものは○印、５個中１個でも欠損が発生したものは×印で示した。本発明例１から１７、比較例１８から２２、従来例２３のＨ１値、Ｈ１／Ｈ２値、Ｆ１値、Ｆ１／Ｆ２値、すくい面のＵ字溝の条件、評価結果を表１に示す。
（試験条件）
加工方法：平面削り、乾式切削加工
切削速度Ｖｃ：１２０ｍ／分
回転数ｎ：６０６ｍｉｎ^−１
１刃当りの送り量ｆｚ：１．５ｍｍ／刃
軸方向切込み量ａｐ：１．５ｍｍ
径方向切込み量ａｅ：４０ｍｍ
工具突出し長さ：２５０ｍｍ

表１に示す評価結果より、まず切削抵抗測定の試験では従来例２３のインサートを用いてｆｚ値が１．５ｍｍ／刃の高送り加工を行った場合、ネガホーニング幅を０．２ｍｍに一定にした従来例２３の１０分間の切削を行なった時点での切削抵抗値は３７７７Ｎであった。この値を基準にして、１０％以上の切削抵抗低減化の有効性について、本発明例１から１７、比較例１８から２２を評価した。その結果、本発明例１から１７、比較例１８から２０は、目標である１０％以上の切削抵抗の低減化を達成した。本発明例１から１７は、工具突出し長さが２５０ｍｍと長い条件であるにも拘らず、ビビリ振動の発生も無く加工出来た。切削抵抗が低減出来たことにより工作機械への負担が軽減され、切削送り量を更に上げて加工することが可能となった。特に、Ｈ１値は工具最下点付近の切屑厚み以下にすることが好ましい。
また、本発明例１から１７の中で比較すると、本発明例１、２、４から１７はすくい面に複数のＵ字溝を設けたため、１６．６％以上の切削抵抗低減を達成できた。しかし本発明例３は、Ｕ字溝を設けなかったため、切削抵抗低減率は１４％に留まった。Ｕ字溝を設けることは、切削抵抗低減にとって有効であった。本発明例１、４から６の４種を用いて、ＲＷ値の比較をした。本発明例４はＲＷ値が０．２５のため切削抵抗低減率は２０．６％と最も良好であったが、すくい面の観察において４種の中でも、摩耗進行が最も進んでいた。本発明例６はＲＷ値が０．４のため摩耗進行は少なかったが、切削抵抗低減率は１７．９％に留まった。本発明例１、５はＲＷ値が０．３から０．３５のため、摩耗進行が抑えられつつ高い切削抵抗低減率が得られ、両者のバランスが良好であった。本発明例１、７から９の４種を用いて、ＲＷ／ＵＷ値の比較をした。本発明例７はＲＷ／ＵＷ値が１．０のため切削抵抗低減率は２０．３％となったが、すくい面の摩耗進行が観察された。本発明例９はＲＷ／ＵＷ値が２．５のため摩耗進行は少なかったが、切削抵抗低減率は１６．６％に留まった。本発明例１、８はＲＷ／ＵＷ値が１．５から２のため、摩耗進行が抑えられつつ高い切削抵抗低減率が得られ、両者のバランスが良好であった。本発明例１、１０から１２の４種を用いて、ＵＨ値の比較をした。本発明例１０はＵＨ値が０．５のため切削抵抗低減率は１８．３％に留まったが、本発明例１、１１、１２はＵＨ値が１．０以上であったため切削抵抗低減率は１９．１％以上となり、優れていた。本発明例１、１３から１５の４種を用いて、ＵＬ値の比較をした。４種とも、同一の切削抵抗の低減率を示したが、本発明例１３から本発明例１、１４、１５へとＵＬ値の小さい順により大きなすくい面の摩耗進行が観察された。本発明例１、１６、１７の３種を用いて、Ｈ１値、Ｈ１／Ｈ２値を同じ条件のとして、Ｆ１値、Ｆ１／Ｆ２値を変化させたときの切削抵抗を比較した。フラットランド幅が広くなるに従って切削抵抗は増大した。特に、本発明例１、１６との差は２５Ｎであった。また、本発明例２、１６を用いて、Ｆ１値、Ｆ１／Ｆ２値を同じ条件のとして、Ｈ１値、Ｈ１／Ｈ２値を変化させたときの切削抵抗を比較すると、両者の差は３０Ｎであった。従って、切削抵抗の低減化には、ネガホーニング幅の影響の方が大きいと考えられる。
一方、比較例２１、２２は、夫々Ｈ１／Ｈ２値が０．６、０．７５、Ｆ１／Ｆ２値が０．６、０．７５と大きく、工具の最下点近傍ではネガホーニング幅の中で切削している範囲が長い為、目標とした切削抵抗１０％低減は達成出来なかった。更に、比較例２１、２２は切削中にビビリ振動が発生した。特に、工具突出し長さが２５０ｍｍと長い条件の場合にはビビリ振動の発生が顕著となり、主切刃に欠損を誘発した。更に機械の主軸を傷めてしまう為、試験に使用した主軸出力が１５ｋＷのＢＴ５０主軸の工作機械では、高能率な高送り加工が出来なかった。
次に、主切刃の耐欠損性の評価では、切削時間６０分まで加工するまでの間、夫々の欠損の有無を確認した。試験の結果を表１に併記した。表１より、本発明例１から１７と比較例２１、２２は、６０分間の切削で５個中全てが欠損すること無く加工することが可能であったたため○印で示した。しかし、比較例１８は５個中５個全てが６０分間加工出来ずに折損が発生した。各インサートの切削時間は、３７分、４０分、５０分、４３分、４９分であった。同様に、比較例１９は５個中４個が、また比較例２０は５個中２個が６０分間加工出来ずに欠損が発生した。５個中１個でも欠損が発生したものは、×印で示した。試験後に切刃の観察を行なった所、欠損が発生した場所は、主切刃の最下点付近であったことから、欠損の原因は、最下点のネガホーニング幅、フラットランド幅が共に小さいことにより、刃先強度が不足している為であると考えた。このことより、耐欠損性を維持するためには、Ｈ１値、Ｆ１値は０．０３ｍｍ以上が必要である。特に、最下点付近の切屑厚みは約０．０６ｍｍとなることから、Ｈ１値は切屑厚みの約半分以上あれば耐欠損性が確保出来る。以上の試験結果により、切削抵抗と耐欠損性との２項目の総合評価において本発明例１から１７は良好な結果を示し、耐欠損性を損なうこと無く切削抵抗の低減化を可能した。

図１は、本願発明の高送り用刃先交換式回転工具の斜視図を示す。図２は、本願発明の高送り用刃先交換式回転工具の図を示す。図３は、図２のインサート部分の拡大図を示す。図４は、本願発明におけるインサートの第１の実施形態を示す。図５は、図４に示すＡ−Ａ線の断面図を示す。図６は、図４に示すＢ−Ｂ線の断面図を示す。図７は、本願発明の切削工具における主切刃部分の拡大図を示す。図８は、図４に示すＣ−Ｃ線の断面図を示す。図９は、本願発明におけるインサートの第２の実施形態を示す。図１０は、孔が多数形成された被削材を示す。

符号の説明

１：回転工具本体
２：インサート
３：インサート取付け孔
４：クランプねじ
５：コーナー刃
６：主切刃
７：外周刃
８：主切刃の最下点
９：主切刃とコーナー刃との繋ぎ部
１０：最下点８と繋ぎ部９とを結んだ線分の垂直２等分線と主切刃との交点
１１：インサート底面
１２：すくい面
１３：逃げ面
１４：切込み深さａｐにおける主切刃上の点
１５：ネガホーニング
１６：Ｕ字溝
１７：フラットランド
１８：Ｕ字溝どうしの間のすくい面
Ｈ１：ネガホーニング幅
Ｈ２：ネガホーニング幅
Ｆ１：フラットランド幅
Ｆ２：フラットランド幅
ＵＰ：Ｕ字溝のピッチ
ＵＷ：Ｕ字溝の横幅
ＵＨ：Ｕ字溝の縦方向長さ
ＵＬ：主切刃の稜線部からＵ字溝端までの長さ
ＲＷ：Ｕ字溝どうしの間のすくい面の幅
Ｒ：主切刃の半径
Ｔ１：切屑厚み
Ｔ２：切屑厚み

Claims

着脱可能な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、該インサートはすくい面と逃げ面との稜線部を切刃とし、該切刃は、コーナー刃と該コーナー刃を挟んで主切刃と外周刃とを備え、該主切刃における回転工具最下点と該主切刃と該コーナー刃との繋ぎ部を結んだ線分が工具回転軸の垂線となす角度（度）をθとしたとき、５≦θ≦３０であり、該主切刃は該線分に対して工具回転軸と垂直な方向に凸形状であり、該すくい面には該主切刃に対して略垂直な方向で内向きに該主切刃の稜線部からネガホーニング、フラットランド、ブレーカ溝を有し、該最下点における該ネガホーニングの幅（ｍｍ）をＨ１、該フラットランドの幅（ｍｍ）をＦ１、該繋ぎ部における該ネガホーニングの幅（ｍｍ）をＨ２、該フラットランドの幅（ｍｍ）をＦ２、としたとき、ネガホーニング幅とフラットランド幅とが該最下点から該繋ぎ部に向かって漸次増加し、０．０３≦Ｈ１≦０．１、０．１５≦Ｈ１／Ｈ２≦０．５、０．０３≦Ｆ１≦０．１、０．１５≦Ｆ１／Ｆ２≦０．５、であることを特徴とする高送り加工用刃先交換式回転工具。
請求項１に記載の高送り用刃先交換式回転工具において、該ブレーカ溝には、該主切刃に対して略垂直な方向で内向き方向に縦長に形成された複数のＵ字溝を有し、該Ｕ字溝どうしの間にはすくい面を有することを特徴とする高送り加工用刃先交換式回転工具。
請求項２に記載の高送り用刃先交換式回転工具において、該繋ぎ部における該Ｕ字溝どうしの間の該すくい面の幅（ｍｍ）をＲＷ、該Ｕ字溝の横幅（ｍｍ）をＵＷ、縦方向長さ（ｍｍ）をＵＨ、該主切刃の稜線部から該Ｕ字溝端までの長さ（ｍｍ）をＵＬ、としたとき、０．３≦ＲＷ≦０．３５、１．５≦ＲＷ／ＵＷ≦２．０、ＵＨ≧１、０．４５≦ＵＬ≦０．８０、であることを特徴とする高送り加工用刃先交換式回転工具。