JP5254550B2 - 旋削インサート及び旋削工具 - Google Patents

Description

第１の態様において、本発明は、多角形の基本形状を有すると共に、主切れ刃に隣接して延びる主逃げ面を間に位置させて相対向する上面と底面とを備える割り出し可能な旋削インサートであって、主切れ刃は、コーナないしは小さくとも５５°大きくとも８０°のコーナ角度のコーナで互いに接近し、各対の主切れ刃の間で副逃げ面に接続する副切れ刃が形成され、各逃げ面は旋削インサートの上面に垂直な仮想基準面に対して逃げ角を形成する旋削インサートに関する。
第２の態様において、本発明は、上述した旋削インサートを備える旋削工具に関する。

本発明の出発点は、予め孔明けされた孔又は予め形成された孔を仕上げるため、すなわち、２０ｍｍより小さい直径を有する孔の内径を旋削するための旋削工具及び旋削インサートである。このような工具の一例は、特許文献１で開示されている。特許文献１で示されるように、このような加工に関して、旋削工具は、旋削インサートが交換可能に取り付けられるインサート座を有する基体又はボーリングバーを備えている。内径の旋削を許容するために、インサート座は、旋削インサートの固定状態において、旋削インサートの半径方向外側の領域が基体の包絡面の外側に位置するように配置されている。小さい孔の加工中における切り屑の排出を容易にするために、基体には切り屑フルートがさらに備えられている。旋削インサートは三角形であり、その逃げ面は、旋削インサートの上面に垂直な仮想基準面に対して逃げ角を形成する。

特許文献２において、三角形の基本形状を有し、コーナ部で互いに接近する主切れ刃に隣接して延びる逃げ面を間に位置させて相対向する上面と底面とを備える旋削インサートが開示されている。主切れ刃の間で、副逃げ面に接触する副切れ刃が形成されている。各逃げ面は旋削インサートの上面に垂直な仮想基準面に対して逃げ角を形成する。

これらの周知の工具は、例外的に小さい孔、すなわち、６ｍｍから１２ｍｍの直径を有する孔の加工のために十分に使用されることができないという短所を有している。特に、上述した工具での加工は、チップの下側に配置される逃げ面において、切削及び切り屑の除去が行われると考えられている。他の短所として、副切れ刃に隣接するチップブレーカがないために、端面の旋削を実施することが不可能であるという点がある。

米国特許第３，９６３，３６６号明細書 独国特許発明第２，１６２，６８２号明細書

本発明は、上述した欠点を取り除き、改良した旋削工具と改良した旋削インサートを提供することを目的とする。したがって、第１の態様における本発明の第１の目的は、例外的に小さい孔の加工に適する旋削インサートを提供することである。他の目的は、内径旋削と端面旋削を許容する旋削インサートを提供することである。また、他の目的は、内径旋削に適するサイズを有し、非常に強い切れ刃を有する旋削インサートを提供することである。

本発明によれば、少なくとも第１の目的は、独立クレーム１の特徴部分で規定された構成によって達成される。請求項１に記載の発明は、多角形の基本形状を有する割り出し可能な旋削インサートであって、旋削インサートは、主切れ刃に隣接して延びる主逃げ面を間に位置させて相対向する上面と底面とを備え、前記主切れ刃は、コーナないしは小さくとも５５°大きくとも８０°のコーナ角度のコーナで互いに接近し、各対の主切れ刃の間で副逃げ面に接続する副切れ刃が形成され、個々の前記逃げ面は前記上面に垂直な仮想基準面に対して逃げ角を形成する旋削インサートにおいて、前記副逃げ面の前記逃げ角が、前記主逃げ面の逃げ角より少なくとも１゜大きいことを特徴とする。本発明による旋削インサートの好ましい実施形態は、従属請求項２〜６で規定されている。

第２の態様において、本発明は、改良された旋削工具を提供することを目的とする。この工具の特徴は、独立請求項７に示されている。請求項７に記載の発明は、インサート座を有する基体と、前記インサート座に着脱自在に取り付けられる旋削インサートとを備え、該旋削インサートは、主切れ刃に隣接して延びる主逃げ面を間に位置させて相対向する上面と底面とを備え、前記主切れ刃は、コーナないしは小さくとも５５°大きくとも８０°のコーナ角度のコーナで互いに接近し、各対の主切れ刃の間で副逃げ面に接続する副切れ刃が形成され、個々の前記逃げ面は前記上面に垂直な仮想基準面に対して逃げ角を形成する旋削インサートにおいて、前記副逃げ面の前記逃げ角が、前記主逃げ面の逃げ角より少なくとも１゜大きいことを特徴とする。

図１及び図２において、金属加工用の旋削工具が示されている。工具は、ボーリングバー１の形態としての基体と、交換可能な旋削インサート２を備えている。旋削インサート２は、好ましくは、ボーリングバー１と比べてより硬く、耐摩耗性に優れる材料で作られている。例において、工具は、予め穴明けされた孔の面を仕上げるため、すなわち、内径旋削のために意図されている。好ましくは、ボーリングバー１は鋼から作られることができ、旋削インサート２は超硬合金から作られることができる。ボーリングバー１の後端は、工具ホルダ（図示しない）に取り付けられるようになっている。ボーリングバー１には、切り屑フルート３と、切り屑フルート３の軸方向前側に配置されたインサート座５とが設けられている。インサート座５は、ボーリングバーの前端部４に形成されている。旋削インサート２はインサート座５に取り外し可能に取り付けられている。ボーリングバーの中心軸は、Ｃ１で示されている。例えば、クランプ部材としてのねじは、旋削インサート２をインサート座５に固定する。旋削インサートは、底面５Ａと側部支持面５Ｂ，５Ｃに当接するようにインサート座５に固定されている。孔７は底面５Ａに配置されており、孔７には、ボーリングバー１に旋削インサート２を固定するためのねじ６のおねじ８と係合するめねじが形成されている。孔７の中心軸はＣ２で示されている。旋削インサート２には、クランプ部材６を受け入れる貫通孔９が形成されている。貫通孔９の中心軸はＣ３で示されており、旋削インサート２がクランプ部材６によってインサート座５に固定されるとき、中心軸Ｃ３はインサート座５の中心軸Ｃ２と一致すべきである。好ましくは、クランプ部材６は、孔９によって規定されている対応する円錐状の環状接触面１２を押すための、円錐状の環状接触面１１を有する頭部１１を含んでいる。

さらに図３〜１１に示すように、個々の旋削インサート１２は、多角形状、すなわち、三角形の基本形状を有している。符号１５で示される逃げ面は、平坦で互いに平行な上面と底面１３，１４との間で延びている。上面と逃げ面１５との間の移行部は主切れ刃１６を規定する。旋削インサートの符号１７の三つのコーナにおいて、主切れ刃は副切れ刃１８に移行する。逃げ面１５は、主切れ刃１６に隣接する主逃げ面１９と、副切れ刃１８に隣接する副逃げ面２０と、を含んでいる。図７及び図８で最も明瞭に示されるように、個々の逃げ面１９，２０は、逃げ角α，βをそれぞれ形成する。

図示されている例における主切れ刃は、旋削インサート２の多角形の基本形状が三角形である場合に６０゜のコーナ角で互いに接近する。旋削インサートが他の多角形状の場合は、コーナ角は少なくとも５５゜大きくて８０゜であるべきである。５５゜より小さいコーナ角を有する割り出し可能な旋削インサートは、非常に細長い形状を有することとなり、それが基体に取り付けられたとき、スペース的に望ましくないこととなる。

旋削インサートの形状にかかわりなく、内接円（ＩＣ）の寸法は大きくて７ｍｍであるべきである。内接円寸法は、平面図において示されるように、旋削インサートの外郭線の内側の最も大きな円を示す旋削インサートの規定された大きさに関係する。平面図における旋削インサートの最も長い寸法は１１ｍｍを超えるべきではない。作用切れ刃と隣接する副切れ刃との間の角度γは、鋭角であり、少なくとも８５゜であるべきである。もし角度γが非常に鋭角であるならば、旋削インサートのコーナが弱くなることがあり、他方で、角度γが鈍角であるならば、半径方向と軸方向のクリアランスを形成することができないかもしれないからである。半径方向のクリアランスは、加工されている孔が貫通孔ではなく、孔の底を加工しなければならない場合に必要とされる。副切れ刃１８と作用していない主切れ刃の仮想延長線との間の角度λは、λ＝γ−θの関係によって得られ、３０゜より小さく２５゜ないしそれ以上である。副切れ刃と作用していない主切れ刃との間で鈍角δが形成されている。この角度に関し、δ＝１８０−λの関係が適用される。言い換えると、この角度は１５０゜より大きく１５５゜ないしそれ以下である。特に、図６において、作用切れ刃の最も外側の端部が示されている。言い換えると、角度εは副切れ刃１８と生成面との間の逃げを示す。この角度は、少なくとも１゜適切には５゜である。この角度は、セット角、すなわち、主切れ刃が送り速度ｆｎの方向となす角κと、角度γとによって決定されている。これらの角度に関して、ε＝κ−γが適用される。この場合、面を形成するチップ、すなわち、作用切れ刃と副切れ刃との間の移行部はそれぞれシャープである。同じ移行部の半径は、０．４ｍｍより小さく、０．１ｍｍと０．２ｍｍの間の寸法にすることができる。小さい半径は、加工中に小さい半径方向の力荷重をもたらすために、必要とされている。工具に振動がもたらされることがあるため、非常に大きな半径力は回避されるべきである。

従前の旋削インサートにおいて、主切れ刃における逃げ角と副切れ刃における逃げ角は、一般に等しい大きさ、すなわち７゜である。

本発明による新しい特徴は、図７〜１１に示すように、詳細に説明される。図７及び８において、副切れ刃２０における逃げ角αは、７゜より大きく、より詳細には１１〜１７゜、好ましくは１３゜である。したがって、副逃げ面の如何なる部分も図７，８で示されるように、加工面に接触することなく、より小さい孔を加工することができる。副逃げ面の逃げ角αが１１〜１７゜の範囲内から選択されるとき、クリアランスは、副逃げ面２０と加工面との間に形成される。これは、より小さい副逃げ角が選択された場合（例えば、図７の点線を参照）、例えば、β（図８参照）に対応する角度が選択された場合と対照的である。主切れ刃の強さは、逃げ角βが増加するにしたがって減少する。したがって、逃げ角があまり大きいことは望ましいことではない。特に、角度βは１１゜を超えるべきではない。しかしながら、一般に、副逃げ面２０の逃げ角αには、主逃げ面１９の逃げ角βより少なくとも１゜大きい角度が適用される。

図９に示すように、副逃げ面２０は、第１の側部境界線２１と、第２の側部境界線２２と、下部境界線２３と、副切れ刃１８とによって規定されているということがわかる。また、図７で示されるように、副逃げ面２０は、下部境界線２３と副切れ刃１８を通って延びる仮想平面に配置されている。したがって、副逃げ面２０は実質的に平面である。

旋削インサート２の幾何学形状とチップブレーカのデザインは、特に図９及び１０を参照して説明される。ランド２４は、上面１３から副切れ刃１８に向かって延びており、副切れ刃１８に向かって楔形状でやや下向きに傾斜している。ランド２４は、個々に丸み移行部２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃに移行する多数の傾斜面２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃに移行する。丸み移行部２６Ａ，２６Ｃは主切れ刃１６に向かって湾曲し、主切れ刃１６に接続する個々の切り屑面２７Ａ，２７Ｃに移行する。如何なる参照符号も与えられていない接続面は、傾斜面２５Ａ，２５Ｃと傾斜面２５Ｂとの間で示されている。また、丸み移行部２６Ａ，２６Ｃと丸み移行部２６Ｂとの間にも接続面がある。

特に、図１０に示されるように、切り屑面２７Ａ，２７Ｃの内側の境界線は、湾曲していることが好ましい。したがって、対応する傾斜面２５Ａ，２５Ｃと丸み移行部２６Ａ，２６Ｃもまた、湾曲した形状を含んでいる。副切れ刃１８に向かって延びる丸み移行部２６Ｂは、如何なる切り屑面にも移行しないが、副切れ刃１８に直接に接続する。切れ刃に沿う方向からみたときに、チップブレーカが丸み移行部で始まると仮定されたならば、チップブレーカは副切れ刃１８までずっと延びることとなる。副切れ刃１８と、丸み移行部２６Ｂと傾斜面２５Ｂとの間にある境界との間の距離ｄ１は、大きくても０．１ｍｍであるべきであり、好ましくは０．０２〜０．０５ｍｍとすることができる。これは、旋削インサート上を切り屑が流れること、すなわち、切り屑が切断されることなしに流れることなく、小さい切り込みでの加工を許容する。内径旋削の長手方向の旋削に加えて、副切れ刃１８に隣接する丸み移行部２６Ｂと傾斜面２５Ｂは、端面旋削、すなわち、孔を囲む端面の旋削を可能とする。端面旋削中の送り方向は、円筒の内径旋削中の送り方向に実質的に垂直である。作用する主切れ刃１６に隣接する切り屑面が相対的に細い限り、旋削インサートには、比較的小さい送り速度が適用される。作用する主切れ刃及び切り屑面２７Ａと丸み移行部２６Ａとの間に位置する移行部との間の最も小さい距離ｄ２は、大きくても０．１ｍｍ、好ましくは０．０２〜０．０５ｍｍとすることができる。

図１０に示すように、コーナ角θを二分する二等分線は鎖線で示されている。チップブレーカのデザインと位置に基づいて、二等分線は副切れ刃１８と、丸み移行部２６Ｂと、傾斜面２５Ｂと、ランド２４に交差する。上述した説明とは対照的なことに、二等分線は作用する主切れ刃１６の切り屑面２７Ａとは交差しない。

図１１に示すように、完全な旋削工具が被削材２８と共に示されており、被削材２８は回転し、工具はボーリングバーの直径に関して小さい直径を有する孔を回転できるように固定されている。例えば、完全な孔は、約５〜１０ｍｍのボーリングバーの対応する直径に対して、６〜１２ｍｍの範囲内の直径を有することができる。その結果、切り込みａｐは数１０分の１ミリメートルとなる。好ましくは、切り込みａｐは、０．０５〜０．５ｍｍの範囲内であり、より好ましくは０．１〜０．３ｍｍである。したがって、孔内面２９は、約１ｍｍ又はそれより小さい幅の環状ギャップ３１によって、ボーリングバーの包絡面３０から分離して形成される。主切れ刃１６が被削材２８を切削する前は、ギャップ３１はさらに細くなっている。図１１は、互いに垂直で、中心軸Ｃ１に沿って互いに交差する第１、第２の基準面Ｐ１，Ｐ２を示す。第２の基準面Ｐ２は、インサート座５の底面５Ａに実質的に平行である。加工するとき、旋削インサート２の面形成部分は、加工される孔の接線が第１の基準面Ｐ１に平行となる位置に配置されるべきである。さらに、切り込みａｐは、５ｍｍと６ｍｍの間の直径を有するボーリングバーに関して好ましくは０．３ｍｍより大きくなく、８ｍｍと１０ｍｍの間の直径を有するボーリングバーに関して好ましくは０．５ｍｍより大きくない。このような旋削インサート２のデザインによると、ボーリングバーの直径に対して１ｍｍより小さい寸法だけ大きい直径を有する孔を加工することができる。また、５ｍｍ又はそれより小さい直径を有するボーリングバーで孔を加工することができる。

好ましくは、逃げ面及び旋削インサートの切れ刃は、研削によって形成される。しかしながら、他の製造方法、例えば、プレスで旋削インサートを作ることも実施可能である。

（本発明の実施可能な変更）
本発明は、上述され、図面に記載された実施形態にのみ制限されるものではない。一方で、多数の他の実施形態が付加されたクレームの範囲内で実施可能である。図において、本発明による旋削工具を形成するために右勝手のボーリングバーに固定される右勝手のインサートが例示されている。本発明の思想は、一般的なものであり、左勝手のインサートと左勝手のボーリングバーを適用することもできる。

上述したように、旋削インサートの例示された実施形態において、副逃げ面は、下部境界線と副切れ刃を通って延びる仮想平面内にあり、副逃げ面は平面であることを意味している。また、副逃げ面は他の形状を有することができるということが想定されている。例えば、下部境界線と副切れ刃との間で、副逃げ面は凸状に形成されることができる。このような場合、逃げ角は、旋削インサートの上面に垂直である仮想基準面と、副切れ刃と下部境界線を通って延びる第２の仮想基準面との間で形成される角度によって規定されている。また、副逃げ面は、仮想基準面に関して、副逃げ角より大きい逃げ角を有する下方にある副逃げ面部分に移行するということが想定されている。

また、平面図において、副切れ刃が凸形状を有することができるということが想定されている。したがって、副逃げ面は、第１の側部境界線と第２の側部境界線との間で、少なくとも部分的に凸形状を有することができる。

さらに、主切れ刃と第２の切れ刃との間の移行部が、上述したような小さな半径で形成されたり、シャープでないチップを形成するためにより大きな半径で形成されたりすることが想定される。

本発明による旋削工具を示す斜視図である。 旋削インサートが基体又は工具のボーリングバーにあるインサート座から分離されている状態にある、図１と同じ工具を拡大して示す斜視図である。 本発明による旋削インサートを斜め上から見た斜視図である。 旋削インサートを斜め下から見た斜視図である。 旋削インサートの底面図である。 旋削インサートの平面図である。 図６のＡ線に沿って切断した部分の断面図である。 図６のＢ線に沿って切断した部分の断面図である。 旋削インサートのコーナを拡大して示す部分斜視図である。 旋削インサートのコーナを非常に大きく拡大した平面図である。 孔の加工中の工具を示す略図である。

符号の説明

１ ボーリングバー
２ 旋削インサート
３ 切り屑フルート
４ 前端部
５ インサート座
５Ａ 底面
５Ｂ，５Ｃ 側部支持面
Ｃ１ 中心軸
６ クランプ部材
７ 孔
１０ 頭部
１１ 円錐状の環状接触面
１２ 円錐状の環状肩面
１５ 逃げ面
１６ 主切れ刃
１７ コーナ
１８ 副切れ刃
１９ 主逃げ面
２０ 副逃げ面
２１ 第１の側部境界線
２２ 第２の側部境界線
２３ 下部境界線
２４ ランド
２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ 傾斜面
２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ 丸み移行部
２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ 切り屑面

Claims (6)

1. 多角形の基本形状を有する割り出し可能な旋削インサート（２）であって、主切れ刃(１６)に隣接して延びる主逃げ面(１９)を間に位置させて相対向する上面と底面（１３，１４）とを備え、前記主切れ刃は、コーナ（１７）ないしは小さくとも５５°大きくとも８０°のコーナ角度のコーナ(１７)で互いに接近し、各対の主切れ刃の間で副逃げ面（２０）に接続する副切れ刃(１８)が形成され、個々の前記逃げ面(１９，２０)は前記上面（１３）に垂直な仮想基準面に対して逃げ角（α，β）を形成する旋削インサートにおいて、
   前記副逃げ面(２０)の前記逃げ角（α）が、前記主逃げ面(１９)の逃げ角(β）より少なくとも１゜大きく、
   主切れ刃（１６）と前記副切れ刃（１８）との間の角度（γ）が、鋭角であり、少なくとも８５゜であることを特徴とする旋削インサート。
2. 前記副逃げ面(２０)の前記逃げ角(α）が少なくとも１１゜であることを特徴とする請求項１に記載の旋削インサート。
3. 前記副切れ刃(１８)には、傾斜面（２５Ｂ）に移行する丸み移行部（２６Ｂ）が接続し、前記副切れ刃(１８)と前記傾斜面（２５Ｂ）に交差する前記丸み移行部（２６Ｂ）の境界との距離（ｄ１）が大きくても０．１ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の旋削インサート。
4. 旋削インサートの外郭線の内側の最も大きな円を示す内接円の寸法が大きくて７ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の旋削インサート。
5. 前記副逃げ面(２０)は、第１の側部境界線（２１）と、第２の側部境界線（２１）と、下部境界線（２３）と、前記副切れ刃（１８）とによって規定され、前記副逃げ面(２０)は、前記下部境界線（２３）と前記副切れ刃（１８）を通って延びる仮想平面内にあることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の旋削インサート。
6. インサート座（５）を有する基体（１）と、前記インサート座に着脱自在に取り付けられる旋削インサート（２）とを備え、該旋削インサート（２）は、主切れ刃(１６)に隣接して延びる主逃げ面(１９)を間に位置させて相対向する上面と底面（１３，１４）とを有し、前記主切れ刃は、コーナ（１７）ないしは小さくとも５５°大きくとも８０°のコーナ角度のコーナ(１７)で互いに接近し、各対の主切れ刃の間で副逃げ面（２０）に接続する副切れ刃(１８)が形成され、個々の前記逃げ面(１９，２０)は前記上面（１３）に垂直な仮想基準面に対して逃げ角（α，β）を形成する旋削工具において、
   前記副逃げ面(２０)の前記逃げ角（α）が、前記主逃げ面(１９)の逃げ角(β）より少なくとも１゜大きく、
   主切れ刃（１６）と前記副切れ刃（１８）との間の角度（γ）が、鋭角であり、少なくとも８５゜であることを特徴とする旋削工具。

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