JP5018135B2 - 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するものである。

この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を行うことができる。これらの切削加工において、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」と総称する。この３次元加工では、１周回当りの回転軸線方向の移動量は、副チップの第一長刃の長さ以下に制限されるが、複数周回させることにより、前記第一長刃の長さより深い丸穴、角穴及び長円状の溝等を加工することができる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１２１３４１号公報（図２〜図４参照）

しかしながら、特許文献１に記載のスローアウェイ式切削工具は、回転軸線に直交する方向からみて、各凹溝が工具本体の先端面から副チップの第一長刃の基端側に位置する端部付近までの範囲では十分な容積を確保しているが、前記端部の直ぐ基端側では、各凹溝の回転方向反対側を向く面が工具本体の外周面側へ急接近する溝の切上げが形成されている。このように、第一長刃の基端側に位置する端部の直ぐ基端側では各凹溝の容積が十分に確保されていないことから、第一長刃の長さより深い丸穴、角穴又は長円状の溝を加工する場合、切屑が円滑に排出されないため、該スローアウェイ式切削工具と加工穴又は加工溝の内壁面との間に噛み込まれ、内壁面の面粗度悪化、第一長刃の欠損又は工具本体の折損を引き起こすおそれがあった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、外周刃の長さより深い丸穴、角穴又は長円状の溝等の加工を行う際において、切屑の噛み込みを防止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目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、軸線まわりに回転させられる略丸棒状の工具本体の外周面には、工具本体の先端面から後端側に向かって延びる複数の切屑ポケットが切欠き形成され、切屑ポケットの工具回転方向を向く壁面の先端部に切欠き形成されたチップ座には、互いに形状が異なる切刃チップが着脱自在に装着されてなるスローアウェイ式切削工具であって、切刃チップは、工具本体の先端外側に突出するコーナ刃と、このコーナ刃の一端部に交差し工具本体の外周面に沿って突出する外周刃と、コーナ刃の他端部に交差し工具本体の中心側に向かって延びるとともに工具本体の先端面から突出する正面刃とを備え、切屑ポケットの軸線方向の長さが、該切屑ポケット内に装着された切刃チップの外周刃の軸線方向の長さの６〜１４倍の範囲又は前記工具本体直径の３〜７倍の範囲とされ、前記切屑ポケットは前記工具本体の先端側に位置する第１切屑ポケットと、該第１切屑ポケットに連続し且つ前記工具本体の後端へ向かって延びる第２切屑ポケットと、を備え、前記第１切屑ポケットの壁面のうち、前記切刃チップのすくい面に対して工具回転方向前方側に位置する壁面は、前記工具本体の外周側に向かって湾曲しながら該壁面と前記第1切屑ポケットの底面との交差稜線が前記工具本体の外周面まで達するまで延び、且つ該第１切屑ポケットを前記軸線に直交する断面で見たときの断面積が前記工具本体の後端へ向かうにしたがって徐々に小さくなり、前記第２切屑ポケットを前記軸線に直交する断面で見たときの断面積は、前記第１切屑ポケットの最後端における断面積に等しく且つ該第２切屑ポケットは断面積一定の状態で螺旋状に形成され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、外周刃の軸線方向の長さの６〜１４倍又は工具本体直径の３〜７倍の深い丸穴、角穴又は長円状の溝の加工を行う際において、切屑を切屑ポケットに沿って切屑を後端側に誘導し加工穴又は加工溝の外へ排出することができるため、加工穴や加工溝の内壁面に切屑を噛み込むことを防止し、前記内壁面の面粗度悪化、外周刃の欠損又は工具本体の折損を防止することができる。ここで、切屑ポケットの軸線方向の長さとは、該切削工具の最先端である切刃チップの先端から切屑ポケットの後端部の切上げが工具本体の外周面に交差する位置までの軸線方向の長さである。

また、切屑ポケットはその先端側領域の各位置における軸直角断面の断面積が、その後端側領域の各位置における軸直角断面の断面積より小さくなるように形成されている。このことにより、工具本体の剛性が悪化することを防止することができ、加工穴や加工溝の形状精度及び該スローアウェイ式切削工具の加工能率の低下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、工具本体の強度低下を防止し、特に工具本体のびびりを抑制することができるため、加工能率の低下を防止することができる。

請求項４に記載の発明によれば、該スローアウェイ式切削工具を軸線方向先端側に送ることによって、正面刃による穴あけ加工を行うことが可能となり、外周刃の軸線方向の長さの６〜１４倍又は外周刃の直径の３〜７倍の深い穴あけ加工を行う場合にも、切屑を切屑ポケットに沿って後端側に誘導し、加工穴の外へ排出することができるため、加工穴の内壁面への切屑噛み込みを防止し、前記内壁面の面粗度悪化、外周刃の欠損又は工具本体の折損を防止することができる。

請求項５に記載の発明によれば、切屑を切屑ポケットに沿って後端側へ誘導し加工穴や加工溝の外へ排出する機能がさらに向上するため、切屑の噛み込みによる前記内壁面の面粗度悪化、外周刃の欠損又は工具本体の折損をいっそう防止することができる。

請求項１に係る発明によれば、加工穴や加工溝の深さが外周刃の軸線方向の長さより深い場合でも、切屑ポケットに切屑を収容することができるため、加工穴や加工溝の内壁面に切屑を噛み込むことを防止し、前記内壁面の面粗度悪化、外周刃の欠損又は工具本体の折損を防止することができる。

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、図３のＳ１−Ｓ１線に沿う拡大断面図である。図７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８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９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切屑ポケット１１が形成されている。これら切屑ポケット１１は、先端側領域に設けられた第１切屑ポケット１１Ａと後端側領域に設けられた第２切屑ポケット１１Ｂとからなる。第１切屑ポケット１１Ａの工具回転方向Ｋを向く底面の先端部には、この底面を切欠くチップ座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。

図７及び図８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がそれぞれ形成されている。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、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それぞれ形成されている。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２８、３８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。

工具本体に装着される２個の切刃チップ２０、３０は互いに形状が相違しており、図７に図示する切刃チップ２０は、正面刃が工具本体の軸線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８に図示する切刃チップ３０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である。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に着座させられ、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。

中心側切刃チップ２０及び外周側切刃チップ３０は、先端側から後端側にいくにしたがって工具回転方向Ｋの反対側に向かうように軸線ＣＬに対して傾斜して工具本体１０に取付けられ、これに対応して、各第１切屑ポケット１１Ａの工具回転方向Ｋを向く底面も各切刃チップ２０、３０の取付け姿勢と平行な平坦面で構成されている。また、第１切屑ポケット１１Ａの底面から立ち上がる立設面は、切刃チップより後端側では、後端側にいくにしたがって工具本体１０の外周面に漸次接近する湾曲面で構成されている。

第１切屑ポケット１１Ａと、これに連なって後端側に延びるとともに工具本体１０の外周面を切欠く第２切屑ポケット１１Ｂとからなる切屑ポケット１１は、本スローアウェイ式切削工具の最先端である切刃チップ２０、３０の先端から第２切屑ポケット１１Ｂの切上げ１１Ｃが工具本体の外周面に交差する位置までの軸線ＣＬ方向の長さＬが切刃チップの外周刃２３、３３の軸線ＣＬ方向の長さのいずれか長い方の６〜１４倍の範囲又は外周刃の直径の３〜７倍の範囲となるように形成されている。

本実施形態に係るスローアウェイ式切削工具は、該切削工具をその軸線ＣＬまわりに回転させ、軸線ＣＬ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かつ軸線ＣＬ方向先端側に移動させることによって、本切削工具の外周刃の直径より大径の丸穴又は角穴の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軸線ＣＬ方向先端側に移動させることにより、本切削工具の外周刃の直径とほぼ等しい幅を有する長円状の溝の加工行うことができる。ここで、本スローアウェイ式切削工具の正面刃２４、３４の内周側端部は、軸線ＣＬ方向の移動量によっては該切削工具の中心まで延びていなくてもよい。また、１周回当りの前記軸線ＣＬ方向の移動量は、外周刃２３、３３の軸線ＣＬ方向の長さＬ１、Ｌ２のいずれか長い方に制限されるが、複数周回させることにより、外周刃の軸線ＣＬ方向の長さＬ１、Ｌ２より深い丸穴又は角穴を加工することができる。

既述した従来スローアウェイ式切削工具は、工具本体１０の先端面から副チップの第一長刃の基端側に位置する端部付近までは十分な容積を確保しているが、前記端部の直ぐ基端側では、各凹溝の回転方向反対側を向く面が工具本体の外周面側へ急接近する溝の切上げが形成され、各凹溝の容積が十分に確保されていないことから、第一長刃の軸線方向の長さより深い丸穴、角穴又は長円状の溝を加工する場合、切屑が円滑に排出されないため、該スローアウェイ式切削工具と加工穴又は加工溝の内壁面との間に噛み込まれ、内壁面の面粗度悪化、第一長刃の欠損又は工具本体の折損を引き起こすおそれがあった。
それに対し、本実施形態に係るスローアウェイ式切削工具は、切屑ポケット１１の軸線ＣＬ方向の長さＬが外周刃の軸線方向の長さＬ１、Ｌ２のいずれか長い方の６〜１４倍の範囲又は外周刃の直径（工具径）の３〜７倍の範囲に設定されていることから、切屑を切屑ポケット１１に沿って切屑を後端側に誘導し加工穴又は加工溝の外へ排出することができるため、加工穴や加工溝の内壁面に切屑を噛み込むことを防止し、前記内壁面の面粗度悪化、外周刃２３、３３の欠損又は工具本体１０の折損を防止することができる。

本実施形態に係るスローアウェイ式切削工具において、切屑ポケット１１は、その後端側領域の各位置における横断面（軸直角断面）の断面積が、その先端側領域の各位置における軸直角断面（横断面）の断面積より小さくなるように形成されている。すなわち、本切削工具の切屑ポケットにおいて、後端側領域となる第２切屑ポケットの各位置の軸直角断面における断面積は、先端側領域となる第１切屑ポケットの各位置の軸直角断面における断面積より小さくなるように形成されている。このようにすれば、工具本体１０の剛性が悪化することを防止することができるため、加工した丸穴、角穴又は長円状の溝の形状精度及び本切削工具の加工能率の低下を防止することができる。特に本切削工具を横方向に移動して切削する際において、径方向の切削抵抗による工具本体１０のたわみ及びびびりの抑制に有効であるため、加工能率の低下を防止することができる。

本実施形態に係るスローアウェイ式切削工具において、切屑ポケット１１の先端側領域にある第１切屑ポケット１１Ａと後端側領域にある第２切屑ポケット１１Ｂの境界は、先端側にあるほど工具本体１０の剛性悪化を防止するのに有効である反面、切屑排出性能が低下するため、該切削工具の最先端である切刃チップの先端部から外周刃の軸線ＣＬ方向の長さＬ１、Ｌ２のいずれか長い方の１．５〜２．５倍の範囲の距離だけ後端側に後退した位置とするのが望ましい。

さらに、図６に例示するように切屑ポケット１１の後端側領域にある第２切屑ポケット１１Ｂの各位置における軸直角断面において、第２切屑ポケット１１Ｂの溝底によって形成された部分の厚さは、外周刃の直径（工具径）の６０〜７５％の範囲とされていることが望ましい。これは、６０％未満では、工具本体１０の剛性の低下が著しいためびびりを防止することができず、７５％を超えると第２切屑ポケット１１Ｂの容積が不足するため３次元加工による切屑を収容、排出することができないおそれがあるからである。

図４に図示するように本切削工具において、その正面刃の少なくともいずれか一方が切削工具の中心まで延びていることが望ましい。そうすれば、その軸線ＣＬ方向先端側に向かって移動させることにより、ドリルと同様に丸穴の加工を行うことができ、外周刃の軸線ＣＬ方向の長さＬ１、Ｌ２のいずれか長い方の６〜１４倍の範囲又は外周刃の直径の３〜７倍の範囲の深さをもつ丸穴を加工できる。あるいは、ドリルと同様に丸穴を加工した後、直ちに横方向へ移動することにより前記丸穴をくり広げて長円状の溝又は角穴を加工することができる。この丸穴から長円状の溝又は角穴へのくり広げ加工を複数回繰り返すことによっても、外周刃の軸線ＣＬ方向の長さＬ１、Ｌ２より深い丸穴、角穴又は長円状の溝等を加工することができる。

図３に図示するように本切削工具において、第２切屑ポケット１１Ｂは、先端側から後端側に向かうにつれ工具回転方向Ｋ反対側に向かうねじれ溝状とされ、そのねじれ角が５〜３０°の範囲に設定されているのが望ましい。そうすれば、切屑を切屑ポケット１１に沿って後端側へ誘導し加工穴又は加工溝の外へ排出する機能がさらに向上するため、切屑の噛み込みを防止する効果がいっそう大きくなる。ただし、ねじれ角が３０°を超えると、工具本体の剛性低下によるびびりの発生、及び切屑ポケットに沿う方向における切屑ポケットの全長が長くなるため、切屑が滞留しやすくなるため噛み込みを生じやすくなる。

さらに、図１〜図３に図示するように工具本体１０の内部には、中心側切刃チップ２０及び外周側切刃チップ３０に向けて空気又は切削油等の切削用媒体を供給するための円形状断面の供給穴が形成されているので、外周刃の軸線ＣＬ方向の長さＬ１、Ｌ２より深い丸穴、角穴又は長円状の溝等を加工する際において、切屑ポケット内における切屑の滞留が防止されるため、切屑の噛み込みが発生することをいっそう防止することができる。

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。 図３のＳ１−Ｓ１線に沿う拡大断面図である。 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る。（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
１１ 切屑ポケット
１１Ａ 切屑ポケットの先端側領域（第１切屑ポケット）
１１Ｂ 切屑ポケットの後端側領域（第２切屑ポケット）
１１Ｃ 切屑ポケットの切上げ
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
Ｋ 工具回転方向
Ｌ 切屑ポケットの軸線方向の長さ

Claims (5)

1. 軸線まわりに回転させられる略丸棒状の工具本体の外周面には、工具本体の先端面から後端側に向かって延びる複数の切屑ポケットが切欠き形成され、切屑ポケットの工具回転方向を向く壁面の先端部に切欠き形成されたチップ座には、互いに形状が異なる切刃チップが着脱自在に装着されてなるスローアウェイ式切削工具であって、
   切刃チップは、工具本体の先端外側に突出するコーナ刃と、このコーナ刃の一端部に交差し工具本体の外周面に沿って突出する外周刃と、コーナ刃の他端部に交差し工具本体の中心側に向かって延びるとともに工具本体の先端面から突出する正面刃とを備え、切屑ポケットの軸線方向の長さが、該切屑ポケット内に装着された切刃チップの外周刃の軸線方向の長さの６〜１４倍の範囲又は前記工具本体直径の３〜７倍の範囲とされ、
   前記切屑ポケットは前記工具本体の先端側に位置する第１切屑ポケットと、該第１切屑ポケットに連続し且つ前記工具本体の後端へ向かって延びる第２切屑ポケットと、を備え、
   前記第１切屑ポケットの壁面のうち、前記切刃チップのすくい面に対して工具回転方向前方側に位置する壁面は、前記工具本体の外周側に向かって湾曲しながら該壁面と前記第１切屑ポケットの工具回転方向を向く壁面との交差稜線が前記工具本体の外周面まで達するまで延び、且つ該第１切屑ポケットを前記軸線に直交する断面で見たときの断面積が前記工具本体の後端へ向かうにしたがって徐々に小さくなり、
   前記第２切屑ポケットを前記軸線に直交する断面で見たときの断面積は、前記第１切屑ポケットの最後端における断面積に等しく且つ該第２切屑ポケットは断面積一定の状態で螺旋状に形成されることを特徴とするスローアウェイ式切削工具。
2. 前記第１切屑ポケットと前記第２切屑ポケットとの境界の位置が、複数ある前記切刃チップの外周刃の軸線方向の長さのうち、最も長いものの１．５倍以上２．５倍以下の距離だけ前記工具本体の後端側に後退した位置にあ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. 各第２切屑ポケットの各位置における軸直角断面で、該第２切屑ポケットの溝底によって形成された部分の厚さが、前記工具本体の直径の６０％以上７５％以下の範囲とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスローアウェイ式切削工具。
4. 少なくとも１つの正面刃が軸線に達するか又は軸線近傍まで延びていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスローアウェイ式切削工具。
5. 前記第２切屑ポケットが後端側に向かうにつれて工具回転方向反対側に向かうねじれ溝状とされ、そのねじれ角が５°以上３０°以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスローアウェイ式切削工具。

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