JP4940999B2 - スローアウェイ式切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、正面刃及び外周刃を備えたスローアウェイ式切削工具に関し、特に工具径１６ｍｍ未満の小径化に好適なスローアウェイ式切削工具に関するものである。

従来、この種のスローアウェイ式切削工具において、同形同大のスローアウェイチップを２個装着し、正面刃及び外周刃を形成したものがある。この切削工具において、工具本体の回転軸線に対して略対向して断面略扇形に切り欠かれた二つの凹溝が設けられ、これら凹溝が工具本体の長さ方向の中途部外周面から先端面にかけて切り欠かれて形成され、一方の凹溝の回転方向を向く面にチップ取付座が形成され、他方の凹溝の回転方向を向く面にもチップ取付座が形成されている。これらチップ取付座には、互いに同形同大のスローアウェイチップが装着され、一方のチップ取付座に装着される主チップは、その第二長刃を正面刃とし且つ第一短刃を外周刃とするように横方向配置され、他方のチップ取付座に装着される副チップは、その第一短刃を正面刃とし且つ第一長刃を外周刃とするように縦方向配置されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１２１３４１号公報（図１〜図３参照）

特許文献１に記載されたスローアウェイ式切削工具は、正面刃及び外周刃を有することから、回転軸線まわりに回転させ、前記回転軸線を円形状又は多角形状の軌道上を周回するように横方向へ移動させるとともに前記回転軸線方向先端側に移動させることにより、被削材への丸穴又は角穴の切削加工（掘り込み加工）を行うことができる。あるいは、単に直線的に横方向に移動させるとともに回転軸線先端側に移動させることにより、被削材への長円状の溝の切削加工（掘り込み加工）を行うことができる。これらの切削加工（掘り込み加工）において、該スローアウェイ式切削工具を所望の回転軸線方向の深さまで移動させた後、単に横方向に移動させることにより、丸穴、角穴及び長円状の溝の底面が水平な平坦面に仕上げられる。以上に説明した切削加工を、「３次元加工」と称する。
この３次元加工においては、スローアウェイ式切削工具の正面刃及び外周刃と、加工された丸穴、角穴、溝の底面及び内壁面との間にクリアランスが大きくないことから、切屑の噛み込みが発生し、正面刃及び外周刃ならびにこれらの逃げ面に被削材が凝着することがある。この点において、特許文献１に記載されたスローアウェイ式切削工具は、同一形状をなす２個のチップをコーナチェンジする際には、各チップを工具本体から取り外し、互いにスローアウェイチップの位置を入れ替えて装着するため、上述した凝着物が工具本体に干渉して各スローアウェイチップを工具本体の正しい位置に装着できず、切削加工中に各スローアウェイチップを固定する締付ねじがゆるんでがたつきが生じてしまい、正面刃及び外周刃の欠損を発生するおそれがあった。この問題はアルミニウム合金やステンレス鋼のように切刃に凝着を生じやすい材料を３次元加工する際に特に深刻な問題となる。

また、特許文献１記載の発明は、同形同大のスローアウェイチップを工具本体に対して異なる姿勢で２つ装着することにより、各スローアウェイチップにおける外周刃及び正面刃を選択的に使用するようにしたものであり、各スローアウェイチップを工具本体に固定する締付ねじに螺合する工具本体の雌ねじ穴の内壁と工具本体の外周面又は先端面との肉厚、及び２つのスローアウェイチップに挟まれた工具本体の中心付近における肉厚が不足するため、外周刃の直径が１６ｍｍ未満の小径工具への適用が困難であった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、切刃及び逃げ面への被削材の凝着が生じても、切刃チップを工具本体へ正確かつ強力に固定することができるスローアウェイ式切削工具を提供することを第１の目的とし、外周刃の直径が１６ｍｍ未満の小径工具に適用しても工具剛性の低下を防止することができることを第２の目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、軸線まわりに回転させられる工具本体と、該工具本体の先端部に締結具により着脱自在にそれぞれ装着される略四角形平板状をなす２個の異形状の切刃チップと、を備え、前記切刃チップのすくい面の一の隅部に形成されたコーナ刃を挟んで外周刃及び正面刃が形成され、前記正面刃が前記工具本体の先端から突出し且つ該工具本体の径方向内側へ延び、前記外周刃が前記工具本体の外周面から突出し且つ該工具本体の後端側へ延び、前記工具本体を軸線まわりに回転させた際、各コーナ刃の回転軌跡、各正面刃の回転軌跡及び各外周刃の回転軌跡が重なり、前記正面刃の少なくとも一方が前記軸線まで延び、前記切刃チップを貫通する取付穴の中心軸が、前記一の隅部と該隅部に対して対角の位置にある別の隅部と、を結ぶ対角線の中点よりも前記工具本体の後端側且つ中心側に形成されていることを特徴とするスローアウェイ式切削工具である。

請求項１に記載の発明によれば、互いに異なる形状をなす２個の切刃チップは、各切刃チップにおけるコーナ刃及び外周刃、正面刃同士の工具本体の軸線まわりの回転軌跡が重なるように配されているので、正面刃及び外周刃を併用した丸穴、角穴及び長円状の溝等の切削加工、すなわち３次元加工を可能にする。もちろん、正面刃によるドリル（穴あけ）加工及び外周刃によるエンドミル（側面）加工が行えることは言うまでもない。さらに、上記２個の切刃チップのすくい面となる四角形面の一方の隅部に形成されたコーナ刃を挟んで隣接する２辺に、外周刃及び正面刃がそれぞれ形成されるとともに、前記四角形面の前記一方の隅部の対角をなす他方の隅部を挟んで隣接する２辺から延びる側面に、工具本体によって拘束される被拘束面がそれぞれ形成されているため、これら被拘束面には切削加工にともなう被削材の凝着を生じることがなく、常に工具本体へ正確かつ強力に固定される。

さらに、各雌ねじ孔と工具本体の外周面及び先端面との肉厚が小さくなることが防止されるで、外周刃の直径が１６ｍｍ未満の小径工具に適用しても工具剛性の低下を防止することができる。さらに、切刃チップにおいても、取付穴と外周刃及び正面刃との肉厚が小さくなることを防止することができるので、これら切刃の損傷が進行しても切刃チップが破損することを防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、３次元加工による丸穴、角穴及び長円状の溝等の切削加工、もしくはドリル（穴あけ）加工、エンドミル（側面）加工を行う際において、正面刃及び外周刃と被削材との間に切屑が噛みこむことを防止するため、加工面の傷付きを防止するとともに、正面刃及び外周刃への被削材の凝着及びこれら正面刃及び外周刃の欠損ならびに工具本体の折損を防止することができる。

請求項３に記載の発明によれば、切刃チップを工具本体の軸線に対して傾斜させずに外周刃の軸方向すくい角を増加させることができるため、工具本体の剛性を低下させることなく切削抵抗を低減させることができるとともに、切屑の排出方向を工具本体の後端側に向け切屑排出性を向上させることができる。

請求項１に記載の発明によれば、互いに異なる形状をなす２個の切刃チップは、各切刃チップにおけるコーナ刃及び外周刃、正面刃同士の工具本体の軸線まわりの回転軌跡が重なるように配されているので、正面刃及び外周刃を併用した丸穴、角穴及び長円状の溝等の切削加工、すなわち３次元加工を可能にする。もちろん、正面刃によるドリル（穴あけ）加工及び外周刃によるエンドミル（側面）加工が行えることは言うまでもない。さらに、上記２個の切刃チップのすくい面となる四角形面の一方の隅部に形成されたコーナ刃を挟んで隣接する２辺に、外周刃及び正面刃がそれぞれ形成されるとともに、前記四角形面の前記一方の隅部の対角をなす他方の隅部を挟んで隣接する２辺から延びる側面に、工具本体によって拘束される被拘束面がそれぞれ形成されているため、これら被拘束面には切削加工にともなう被削材の凝着を生じることがなく、常に工具本体へ正確かつ強力に固定される。

以下に、本発明に係るスローアウェイ式切削工具の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１及び図２は、本実施形態に係るスローアウェイ式切削工具の先端部の斜視図である。図３は、本切削工具の正面図である。図４及び図５はそれぞれ本切削工具の先端部拡大正面図及び先端視拡大側面図である。図６は、本切削工具に装着される中心側切刃チップを説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ１矢視図、（ｃ）はＡ２矢視図、（ｄ）はＡ３矢視図である。図７は、本切削工具に装着される外周側切刃チップを説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ１矢視図、（ｃ）はＢ２矢視図、（ｄ）はＢ３矢視図である。図８は、本切削工具による３次元加工の状況を説明する図である。

本スローアウェイ式切削工具の工具本体１０は、合金鋼等の鋼材からなり、図１〜図５に図示するように略丸棒状をなし、その先端部には工具本体の軸線ＣＬを挟んで互いに反対側に工具本体１０の外周面を切欠く一対の第１切屑ポケット１１Ａが形成されている。これら第１切屑ポケット１１Ａの工具回転方向を向く壁面の先端部には、この壁面を切欠く一対のチップ座１２Ａ、１２Ｂが形成され、各チップ座１２Ａ、１２Ｂの底面には、切刃チップ２０、３０を固定する締付ねじ４０がねじ込まれる雌ねじ孔が設けられている。一対の第１切屑ポケット１１Ａの後端側には、これら第１切屑ポケット１１Ａから連なる第２切屑ポケット１１Ｂが形成されている。これら第２切屑ポケット１１Ｂは、後端側に向かって螺旋状に工具本体１０の外周面を切欠いて形成されている。

図６及び図７に図示するように切刃チップ２０、３０は、略四角形板状をなし、超硬合金、サーメット、セラミックス等の硬質材料からなる。上面の四角形面がすくい面２１、３１となり、このすくい面２１、３１の一方の隅部にコーナ刃２２、３２が形成され、このコーナ刃２２、３２に交差し一対に延びる稜辺に外周刃２３、３３及び正面刃２４、３４がそれぞれ形成されるとともに、これら外周刃２３、３３及び正面刃２４、３４から延びる側面に外周逃げ面２３ａ、３３ａ及び正面逃げ面２４ａ、３４ａが形成されている。これら外周逃げ面２３ａ、３３ａ及び正面逃げ面２４ａ、３４ａは、着座面２８、３８となる下面の四角形面に向かうにつれ切刃チップ内方に向かって傾斜するポジの逃げ面となっている。前記一方の隅部の対角線上にある他方の隅部を挟んで隣接する一対の稜辺から延びる側面には、チップ座の側壁面によって拘束される機能のみを有する被拘束面がそれぞれ形成されている。外周刃２３、３３の対向側にある被拘束面は、工具本体の径方向に専ら拘束される径方向被拘束面２６、３６であり、正面刃２４、３４の対向側にある拘束面は、工具本体の軸線ＣＬ方向に専ら拘束される軸方向被拘束面２７、３７である。これら被拘束面は、下面にほぼ直角に交差する平坦面で形成されている。さらに、切刃チップを固定するための締付ねじ４０が挿通する取付穴２９、３９が、切刃チップの厚さ方向で上面と下面とを貫通して形成されている。各取付穴２９、３９は、その中心位置が上面における前記一方の隅部と前記他方の隅部とを結ぶ対角線Ｂの中点より被拘束面寄りとなるように設定されている。

工具本体１０に装着される２個の切刃チップは互いに形状が相違しており、図６に図示する切刃チップは、正面刃２４が工具本体の軸線ＣＬ又は軸線ＣＬ近傍まで達している中心側切刃チップ２０である。一方、図７に図示する切刃チップは、中心側切刃チップ２０にくらべ正面刃３４が短く工具本体の軸線ＣＬまで達しない外周側切刃チップ３０である。

中心側切刃チップ２０と外周側切刃チップ３０とは互いに上面の四角形状が相違しており、上面に直交する方向からみた平面視で、中心側切刃チップ２０においては、外周刃２３と正面刃２４、外周刃２３と径方向被拘束面２６がそれぞれ鋭角に交差し、正面刃２４と軸方向被拘束面２７とが平行であり、正面刃２４と径方向被拘束面２６、径方向被拘束面２６と軸方向被拘束面２７がそれぞれ直角に交差する。一方、外周側切刃チップ３０においては、外周刃３３と径方向被拘束面３６とが鋭角をなし、正面刃３４と軸方向被拘束面３７とが平行であり、正面刃３４と径方向被拘束面３６とが鈍角をなし、径方向被拘束面３６と軸方向被拘束面３７とが鋭角をなす。

平面視で、中心側切刃チップ２０及び外周側切刃チップ３０の各取付穴２９、３９は、その中心位置が上面のコーナ刃３２を形成した隅部と、この隅部に向かい合う隅部とを結ぶ対角線Ｂの中点より被拘束面側に形成されている。

中心側切刃チップ２０及び外周側切刃チップ３０は、工具本体１０の対応するチップ座１２Ａ、１２Ｂに着座し、各取付穴２８、３８に挿通した締付ねじ４０をチップ座１２Ａ、１２Ｂの底面に設けた雌ねじ孔にねじ込むことにより、固定される。各切刃チップの外周刃２３、３３は、工具本体１０の外周面から突出するとともに工具本体の軸線ＣＬとほぼ平行に延びる。各切刃チップの正面刃２４、３４は、工具本体１０の先端面から突出するとともに工具本体の軸線ＣＬに近づくにつれ後端側に向かって傾斜するように配される。

各切刃チップの外周刃２３、３３及び正面刃２４、３４の負担を軽減するため、工具本体の軸線ＣＬまわりの回転軌跡において、外周刃２３、３３同士、正面刃２４、３４同士を重複させ有効刃数を２としている。また、下穴がない被削材への穴あけ加工を可能にするため、中心側切刃チップ２０の正面刃２４は、前記軸線ＣＬに達しているか又は軸線ＣＬ近傍まで延びている。

以上の構成を有するスローアウェイ式切削工具は、その軸線ＣＬまわりに回転させられつつ、前記軸線ＣＬ方向に沿って先端側に送られることにより正面刃２４、３４による穴あけ加工を行うことができるとともに、前記軸線ＣＬに直交する方向に送られることにより外周刃２３、３３による側面削りや溝削りといったエンドミル加工を行うことができるほか、正面刃２３、３３と外周刃２４、３４とを併用した３次元切削により丸穴、角穴及び長円状の溝等の切削加工を行うことができる。例えば、丸穴の３次元加工は、図８（ａ）に図示するように該スローアウェイ式切削工具を軸線ＣＬまわりに自転させ、軸線ＣＬを円形状の軌道上を周回するように横方向へ移動させるとともに軸線ＣＬ方向先端側に移動させることにより行われ、長円状の溝の３次元加工は、図８（ｂ）に図示するように該スローアウェイ式切削工具を軸線ＣＬまわりに自転させ、軸線ＣＬを溝の長手方向に沿って横方向へ移動させるとともに軸線ＣＬ方向先端側に移動させることにより行われる。３次元加工によれば、該スローアウェイ式切削工具の外周刃２３、３３の直径より大きな直径の丸穴及び角穴、ならびに外周刃２３、３３の直径とほぼ同じ幅を有する長円状の溝の切削加工が可能となる。

中心側切刃チップ２０及び外周側切刃チップ３０は、そのコーナ刃２２、３２が形成された四角形面の一方の隅部の対角をなす他方の隅部を挟んで隣接する一対の稜辺から延びる各側面に、専らチップ座１２Ａ、１２Ｂの拘束壁面によって拘束される被拘束面が形成されているため、切削加工にともなう被削材の凝着が前記被拘束面に生じることがなく常に工具本体１０へ正確かつ強力に固定される。

中心側切刃チップ２０及び外周側切刃チップ３０において、互いに交差する径方向被拘束面２６、３６及び軸方向被拘束面２７、３７は、その交差する角度が９０°又は鋭角に設定されていることから、切削加工する際に各切刃チップ２０、３０が受ける負荷に対して、チップ座１２Ａ、１２Ｂの径方向拘束面及び軸方向拘束面に押し付ける力を発生させるため、強力なクランプ強度が得られる。さらに、これら径方向被拘束面２６、３６及び軸方向被拘束面２７、３７は、着座面２８、３８に対して直角に交差するように形成されていることから、前記負荷による各切刃チップ２０、３０の浮き上がりを防止することができる。

さらに、平面視で、中心側切刃チップ２０及び外周側切刃チップ３０の各取付穴２９、３９の中心位置が上面のコーナ刃２２、３２を形成した隅部と、この隅部の対角をなす隅部とを結ぶ対角線Ｂの中点より被拘束面側に形成されていることから、これら取付穴を臨むチップ座１２Ａ、１２Ｂの底面に設けられた雌ねじ孔から工具本体１０の外周面及び先端面までの肉厚が小さくなることを防止することができるため、外周刃の直径が１６ｍｍ未満の小径工具に適用しても工具剛性の低下を防止することができる。
各切刃チップ２０、３０においても、取付穴２９、３９から外周刃２３、３３及び正面刃２４、３４までの肉厚が小さくなることを防止することができるので、これら切刃の損傷が進行しても各切刃チップ２０、３０が破損することを防止することができる。

切刃チップ２０、３０の各取付穴２９、３９は、すくい面２１、３１となる四角形面に直交する方向からみて、外周刃２３、３３及び正面刃２４、３４を基準とした位置、すなわち外周刃及び正面刃の延長線の交点を基準とした位置が互いに等しくなるように形成されているので、これら切刃チップ２０、３０を成形する際において、同一の素材チップから成形することができるため、素材チップの集約がはかれて経済的である。

各切刃チップ２０、３０の外周刃２３、３３は、その先端部が工具本体の軸線ＣＬとほぼ平行に延びるとともに、その後端部が工具本体１０の後端側にいくにしたがって前記軸線ＣＬに漸次接近するように形成されてもよい。そうすれば、穴あけ加工、エンドミル加工、ヘリカル送りを利用した穴あけ加工等を行う際において、外周刃２３、３３と被削材との間に切屑が噛みこむことを防止するため、加工面の傷付きを防止するとともに、外周刃２３、３３への被削材の凝着及び外周刃２３、３３の欠損ならびに工具本体１０の折損を防止することができる。

中心側切刃チップ２０及び外周側切刃チップ３０の外周刃２３、３３は、先端側から後端側にいくにしたがって下面に漸次接近するように傾斜して形成されるのが好ましい（図６及び図７参照）。そうすれば、これら中心側切刃チップ２０及び外周側切刃チップ３０を工具本体の軸線ＣＬに対して傾斜させずに各外周刃２３、３３の軸方向すくい角を増加させることができるため、チップ座１２Ａ、１２Ｂの工具回転方向後方側の肉厚が小さくなるのを防止することができて、工具本体１０の剛性が低下することを防止することができる。しかも、切削抵抗を低減させることができるとともに、切屑の排出方向を後端側に向けて切屑排出性を向上させることができるので、外周刃２３、３３の欠損や工具本体１０の破損を防止することができる。

中心側切刃チップ２０及び外周側切刃チップ３０のうちいずれか一方の外周刃２３の軸線ＣＬ方向の長さＬ１が他方の外周刃３３の軸線ＣＬ方向の長さＬ２の８０％〜１００％の範囲に設定されていることが望ましい（図４参照）。そうすれば、いずれか一方の外周刃２３の軸線ＣＬ方向の長さＬ１の８０％〜１００％の範囲における有効刃数が２となることから、深切込みにおける各外周刃２３、３３の負担が減少するため、外周刃２３、３３による効率的な切削加工が可能となる。

同様に正面刃２４、３４についても、中心側切刃チップ２０及び外周側切刃チップ３０のうちいずれか一方の正面刃３４の径方向の長さＬ４は、他方の正面刃２４の径方向の長さＬ３の６０％〜９５％の範囲に設定されていることが望ましく、特に望ましくは７５％〜９５％の範囲に設定される（図４参照）。そうすれば、前記他方の正面刃２４の径方向の長さＬ３の６０％〜９０％の範囲、特に望ましい範囲として７５％〜９５％の範囲における有効刃数が２となることから、各正面刃２４、３４の負担が減少するため、正面刃２４、３４による効率的な切削加工が可能となる。

本実施形態において、コーナ刃２２、３２と正面刃２４、３４との交差部に、工具本体の軸線ＣＬにほぼ直交するさらい刃２５、３５が設けられてもよい。このさらい刃２５、３５を設けた場合、さらい刃２５、３５による加工面が平滑化され優れた仕上げ面粗さが得られる。なお、さらい刃２５、３５は直線状又はその中央部が先端側に若干突出する円弧状のいずれでもよい。

本実施形態に係るスローアウェイ式切削工具の先端部の斜視図である。 本実施形態に係るスローアウェイ式切削工具の先端部の他の斜視図である。 本実施形態に係るスローアウェイ式切削工具の正面図である。 本実施形態に係るスローアウェイ式切削工具の先端部拡大正面図である。 本実施形態に係るスローアウェイ式切削工具の先端視拡大側面図である。 本実施形態に係るスローアウェイ式切削工具に装着される中心側切刃チップを説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ１矢視図、（ｃ）はＡ２矢視図、（ｄ）はＡ３矢視図である。 本実施形態に係るスローアウェイ式切削工具に装着される外周側切刃チップを説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ１矢視図、（ｃ）はＢ２矢視図、（ｄ）はＢ３矢視図である。 本実施形態に係るスローアウェイ式切削工具による３次元加工の状況を説明する図であり、（ａ）は丸穴の切削加工の状況であり、（ｂ）は長円状の溝の切削加工の状況である。

符号の説明

１０ 工具本体
１１Ａ 第１切屑ポケット
１１Ｂ 第２切屑ポケット
１２Ａ、１２Ｂ チップ座
２０ 中心側切刃チップ
３０ 外周側切刃チップ
２１、３１ すくい面
２２、３２ コーナ刃
２３、３３ 外周刃
２４、３４ 正面刃
２６、３６ 径方向被拘束面
２７、３７ 軸方向被拘束面
２９、３９ 取付穴
４０ 締付ねじ
ＣＬ 工具本体の軸線
Ｂ 対角線
Ｌ１、Ｌ２ 各外周刃の軸線方向の長さ

Claims (3)

1. 軸線まわりに回転させられる工具本体と、
   該工具本体の先端部に締結具により着脱自在にそれぞれ装着される略四角形平板状をなす２個の異形状の切刃チップと、を備え、
   前記切刃チップのすくい面の一の隅部に形成されたコーナ刃を挟んで外周刃及び正面刃が形成され、
   前記正面刃が前記工具本体の先端から突出し且つ該工具本体の径方向内側へ延び、
   前記外周刃が前記工具本体の外周面から突出し且つ該工具本体の後端側へ延び、
   前記工具本体を軸線まわりに回転させた際、各コーナ刃の回転軌跡、各正面刃の回転軌跡及び各外周刃の回転軌跡が重なり、前記正面刃の少なくとも一方が前記軸線まで延び、
   前記切刃チップを貫通する取付穴の中心軸が、前記一の隅部と該隅部に対して対角の位置にある別の隅部と、を結ぶ対角線の中点よりも前記工具本体の後端側且つ中心側に形成されていることを特徴とするスローアウェイ式切削工具。
2. 各切刃チップの外周刃が、前記工具本体の軸線とほぼ平行に延びる先端部分と、該工具本体の後端側にいくにしたがい前記軸線に漸次接近するように延びる後端部分と、を備えることを特徴とする請求項１記載のスローアウェイ式切削工具。
3. 各切刃チップの外周刃が、前記工具本体の後端側に行くにしたがい、すくい面に対向する底面に向かって傾斜する傾斜部分を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のスローアウェイ式切削工具。

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