JP5419995B2 - 切削インサート及びこれを含む切削工具 - Google Patents

Description

本発明は切削インサート及びこれを含む切削工具に関し、より具体的には切削インサートの後方側面を非対称のＶ字状に形成してクランプスクリューに加えられる力を分散させてクランプスクリューの破損を防止し、切削インサートをホルダーに堅固にクランプすることができる切削インサート及びこれを含む切削工具に関する。

一般に、切削工具は鋼で製造されたホルダーと超硬合金で製造された切削インサートを含み、切削インサートはクランプスクリューによってホルダーに分離可能に装着される。
上述のような刃先交換式切削工具は切削インサートの切削刃が磨耗された場合には新しい切削インサートへの交換が可能な長所を有するが、一方、切削インサートとホルダーの結合が不完全な場合には切削インサートの脱着及びクランプスクリューの破損などの問題が発生し得る短所を有する。

一方、切削インサートはその後端面が軸方向に垂直をなした状態で工具本体に装着される。このような構造では縦方向抵抗を安定的に支持することができるが、横方向の切削抵抗に対する半力は切削インサートを工具本体に固定するクランプスクリューによるクランプ力によってのみ相殺される。

高送り条件下での被切削物の加工時、インサートの切削エッジには大きな切削抵抗が作用し、したがって、クランプスクリューだけでは切削抵抗に対する十分なクランプ力を提供することができない。このような条件下ではクランプスクリューが破損される問題点が発生する。

本発明は、上記のような問題点を解決するためのもので、本発明の目的は、切削インサートの後方側面を非対称のＶ字状に形成してクランプスクリューに加えられる力を分散させてクランプスクリューの破損を防止し、切削インサートをホルダーに堅固にクランプすることができる切削インサート及びこれを含む切削工具を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、製作が容易で製作公差を低減することができ、装着精度に優れる切削インサート及びこれを含む切削工具を提供することにある。

本発明の上記目的を達成するために、本発明の一側面によれば、
上部面と下部面；
前記上部面と下部面とを連結する前方側面部と後方側面部；及び
前記上部面と下部面とを貫通する貫通孔を含み、
前記前方側面部には切削刃が形成され、
前記後方側面部は回転軸に垂直する平面に対して互いに異なる角度でそれぞれ前方に傾斜するように形成された第１傾斜面と第２傾斜面を有し、
前記第１傾斜面が第２傾斜面より長さが長く形成されることによって、後方側面部が凸状の非対称のＶ字状を持つことを特徴とする切削インサートが提供される。
本発明の他の側面によれば、
先端部に一対の顎部を有するポケット部が形成されたホルダー；及び
前記ポケット部に交換可能に装着され得る切削インサートを含む切削工具において、
前記切削インサートは各顎部に対応される上部面と下部面、前記上部面と下部面とを連結し、前方側面部及びホルダーのポケット部に対応される後方側面部及び前記上部面と下部面とを貫通する貫通孔を含み、
前記前方側面部には切削刃が形成され、
前記後方側面部は回転軸に垂直する平面に対して互いに異なる角度でそれぞれ前方に傾斜するように形成された第１傾斜面と第２傾斜面を有し、
前記第１傾斜面が第２傾斜面より長さが長く形成されることによって、後方側面部が凸状の非対称のＶ字状を持つことを特徴とする切削工具が提供される。

上述のように、本発明による切削インサート及びこれを含む切削工具は軸方向に対して安定した支持構造を提供し、クランプスクリューに加えられる力を分散させてクランプスクリューの破損を防止し、切削インサートをホルダーに堅固にクランプすることができる。
また、本発明による切削インサート及びこれを含む切削工具は製作公差の許容幅が大きく、製作が容易で、装着精度に優れる。

本発明の第１実施例による切削インサートの斜視図である。 図１に示す切削インサートの正面図である。 図２に示す切削インサートの背面図である。 本発明の第２実施例による切削インサートの正面図である。 本発明の第３実施例による切削インサートの斜視図である。 本発明の一実施例による切削工具の分離斜視図である。 図４に示す各部材を結合した状態の切削工具の斜視図である。 図４に示す各部材が結合した状態における軸方向及び半径方向の荷重を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施例による切削インサートを添付図面を参照して詳細に説明する。文脈的に異なるように捉われない限り、図面における類似の記号は典型的に類似の要素を示す。本発明に添付された図面は説明の便宜のために示したもので、図面に図示された各部材の形状は説明の正確性を保つために誇張または縮小され得る。

図１は、本発明の第１実施例による切削インサートの斜視図で、図２は、図１に示す切削インサートの正面図で、図３は、図２に示す切削インサートの背面図である。
本発明の第１実施例による切削インサート１０は上部面１１と下部面１２、上部面１１と下部面１２とを連結し、被切削物（図示せず）に対応されるための前方側面部１３、ホルダー（図示せず）のポケット部に対応されるための後方側面部１４及び前記上部面１１と下部面１２とを貫通する貫通孔１７を含む。
ここで、前記前方側面部１３は切削刃１３−１を有し、前記切削刃１３−１、１３−２は回転軸Ｌを中心に回転対称をなす形状を有し得る。
また、前記切削インサートの前方側面部は回転軸に平行する連結側面１５、１６を含むことができる。

前記後方側面部は回転軸Ｌに垂直する平面Ｓに対して所定の角度α、βでそれぞれ上向きに形成された第１傾斜面１４−１と第２傾斜面１４−２を有し、前記第１傾斜面１４−１の長さが第２傾斜面１４−２の長さより大きく形成される。
すなわち、前記第１傾斜面１４−１と第２傾斜面１４−２は凸状の非対称のＶ字状を有し得る。
ここで、前記後方側面部１４の第１傾斜面１４−１の傾斜角αは第２傾斜面の傾斜角βより小さく形成されることができ、第１傾斜面１４−１は回転軸Ｌに垂直する平面Ｓに対して５゜乃至１５゜の角度αで傾くことができ、前記後方側面部１４の第２傾斜面１４−２は回転軸Ｌに垂直する平面Ｓに対して３５゜乃至４５゜の角度βで傾くことができる。

一方、前記貫通孔１７の内周面は一部領域が第１傾斜面１４−１と反対方向に傾斜をなす平坦部に形成され得る。
この時、平坦部１８の角度θは切削インサート１０の上部面１１を基準（図２及び３参照）にして平坦部１８の延長線が回転軸Ｌに垂直する平面Ｓに対して鈍角をなすようになる。
このような構造を有する切削インサート１０はホルダーに締結する際の締結精度に優れ、軸方向及び半径方向の切削力に抵抗して安定した装着を維持することができる。
図４は、本発明の第２実施例による切削インサートの正面図で、本発明の第２実施例による切削インサート２０は上部面２１と下部面（図示せず）、上部面２１と下部面とを連結する前方側面部２３と後方側面部２４及び前記上部面２１と下部面とを貫通する貫通孔２７を含む。
ここで、前記前方側面部２３は切削刃２３−１を有し、前記切削刃２３−１は回転軸Ｌを中心に回転対称をなす形状を有し得る。

第２実施例による切削インサート２０は第１実施例による切削インサート１０に比べて切削刃２３−１、１３−１の形状のみが異なり、他の構成部材の構造及び形状はいずれも第１実施例のそれらと同じである。
すなわち、第１実施例による切削インサート１０はボールエンドミル（ｂａｌｌｅｎｄｍｉｌｌ）で、第２実施例による切削インサートはコーナーラジアスエンドミル（ｃｏｒｎｅｒ ｒａｄｉｕｓ ｅｎｄｍｉｌｌ）である。
切削インサート２０は前方側面部に回転軸に平行する連結側面２５、２６を含むことができる。

前記後方側面部２４は回転軸Ｌに垂直する平面Ｓに対して互いに異なる角度α、βでそれぞれ上向きに形成された第１傾斜面２４−１と第２傾斜面２４−２を有し、前記第１傾斜面２４−１の長さが第２傾斜面２４−２の長さより大きく形成される。
すなわち、前記第１傾斜面２４−１と第２傾斜面２４−２は凸状の非対称のＶ字状を有し得る。
ここで、前記後方側面部２４の第１傾斜面２４−１の傾斜角αは第２傾斜面２４−２の傾斜角βより小さく形成されることができ、第１傾斜面２４−１は回転軸Ｌに垂直する平面Ｓに対して５゜乃至１５゜の角度で傾くことができ、前記後方側面部２４の第２傾斜面２４−２は回転軸Ｌに垂直する平面Ｓに対して３５゜乃至４５゜の角度で傾くことができる。

前記貫通孔２７の内周面は一部領域が第１傾斜面２４−１と反対方向に傾斜をなす平坦部に形成され得る。
例えば、前記貫通孔２７の内面は一部領域が回転軸に垂直する平面に対して鈍角θをなす平坦部２８に形成され得る。

図５は、本発明の第３実施例による切削インサート３０の斜視図で、第３実施例による切削インサート３０は第１実施例による切削インサート１０又は第２実施例による切削インサート２０と同じ構造及び形状を有し、クーラントを供給するために前記上部面及び下部面のうち少なくとも一面に形成されたリセス３８をさらに含むことができる。
ここで、前記リセス３８は両終端が開放され、リセスの流入部３８−１は第１傾斜面３４−１と上部面３１の境界部に形成され、リセスの吐出部３８−３は切削刃３３−１と上部面３１の境界部に形成され、前記流入部３８−１と吐出部３８−２を連結する中間部３８−２は貫通孔３７の周りに形成され得る。
また、前記リセス３８は上部面３１と下部面（図示せず）に回転軸を中心に回転対称をなす形状を持つようにそれぞれ形成され得る。

一方、前記リセス３８は流入部３８−１、ｄ１から吐出部３８−３、ｄ２へ行くほど断面積が狭くなることが好ましく、したがって、リセス３８は切削刃３３−１の方向にノズルの形状を持つようになるので、進行するクーラントの流速を増加させることができ、效果的にクーラント（切削油又はエア）を噴射できる。

以下、このように構成された切削インサート１０、２０及び３０を含む切削工具を添付図面を参照して具体的に説明する。

図６は、本発明の一実施例による切削工具１００の分離斜視図で、図７は、図４に示す各部材を結合した状態の切削工具１００の斜視図で、図８は、図４に示す各部材が結合した状態における軸方向及び半径方向の荷重を示す図である。

図１乃至図５に基づいて説明した各切削インサート１０、２０及び３０をホルダー１２０に締結する方法はいずれも同じであるため、説明の便宜上第１実施例による切削インサートを例に挙げて説明し、図６に示す切削インサート１１０は第１実施例の切削インサート１０と同じである。

本発明の一実施例による切削工具１００は先端部に一対の顎部１２２、１２３を有するポケット部１２１が形成されたホルダー１２０及び前記ポケット部１２１に交換可能に装着され得る切削インサート１１０を含む。
また、前記切削インサート１１０とホルダー１２０はクランプスクリュー１３０を介して締結され得る。

前記切削インサート１１０は各顎部１２２、１２３に対応される上部面と下部面、前記上部面と下部面とを連結し、被切削物に対応される前方側面部、ホルダー１２０のポケット部１２１に対応される後方側面部及び前記上部面と下部面とを貫通する貫通孔を含む。
ここで、前記ホルダー１２０のポケット部１２１には第１傾斜面と第２傾斜面にそれぞれ接触される第１接触面１２４と第２接触面１２５が形成され得る。

切削インサート１１０の前記第１傾斜面と第２傾斜面は凸状の非対称のＶ字状を有し、ホルダー１２０のポケット部１２１の第１接触面１２４と第２接触面１２５は凹状の非対称のＶ字状を有する。一方、前記切削インサート１１０の上部面及び下部面にクーラントを供給するためのリセスが形成された場合に、ホルダーのポケット部までクーラントを供給するためにホルダー１２０にはその内部にクーラントガイド孔（図示せず）を形成できる。

図８に示すように、Ｐ４はクランプスクリュー１３０でホルダー１２０と切削インサート１１０を締結する時、クランプスクリュー１３０の外径と切削インサート１１０の貫通孔の内面が接触して発生する回転力を示し、Ｐ３はクランプスクリューを締結する時、両顎部によって支持されるクランプスクリュー１３０の弾性力によって軸方向に沿って切削インサート１１０からホルダー１２０に向かって作用する軸方向の密着力を示し、Ｐ１及びＰ２はＰ３の垂直方向に作用する分力と接線方向に作用する分力を示す。
図８に示すように、大きな大きさの垂直方向分力Ｐ１は切削インサートの第１傾斜面とホルダーのポケット部（第１接触面）との間に堅固な密着力を提供し、相対的に小さい接線方向分力Ｐ２は第２傾斜面とホルダーのポケット部（第２接触面）との間に密着を誘導する。

一方、クランプスクリュー１３０を締結する際の回転力Ｐ４は第１傾斜面がポケット部１２１の第１接触面１２４上で面接触を維持した状態で、第２傾斜面とポケット部１２１の第２接触面１２５が接触される時まで滑るようになって、切削インサート１１０のＶ字状とポケット部のＶ字状とが正確に一致しなくても堅固かつ安定した締結構造を確保することができるので、相対的に大きな製作公差を許容する効果をもたらす。

ここで、切削インサート１１０の貫通孔の内周面の一部に第１傾斜面と反対方向に傾斜をなす平坦部を形成することによって、クランプスクリュー１３０の弾性力が平坦部に垂直する方向へ向かうようになって、弾性力による力Ｐ１乃至Ｐ３によって切削インサート１１０が第１接触面に正確に安着し、クランプスクリュー１３０の回転力Ｐ４によって切削インサート１１０の第１傾斜面が第１接触面に沿って滑るようになる場合にも第２傾斜面とポケット部の第２接触面１２５とが接触して堅固に支持されることが保証されるので、締結構造の堅固性及び安全性をより増大させる。

また、切削インサート１１０の第１傾斜面は主装着面であり、ホルダー１２０の第１接触面１２４と面接触して主に軸方向の切削力に対する抵抗力を提供して安定した装着を維持することができ、補助的に横方向の切削力に対する抵抗力も提供する。

切削インサート１１０の第２傾斜面は補助装着面であり、ホルダー１２０の第２接触面と線接触又は面接触して主に半径方向の切削力に抵抗する構造であり、ホルダーの第１接触面と第２接触面では半径方向の切削力を吸収するので半径方向切削力がクランプスクリューに伝達される力を減少させるようになる。

このように、切削インサート１０、２０、３０、１１０及びホルダーは加工が容易で、製作公差の許容幅が大きく、非対称の構造であるので切削インサート１１０をホルダー１２０に締結する際に確実な方向性を与えて反対方向に締結することで精度が低下する問題を防止することができ、切削工具１００はクランプスクリューに加えられる力を分散させてクランプスクリュー１３０の破損を防止し、切削インサート１１０をホルダー１２０に堅固に固定させることができる。

以上、説明した本発明の好ましい実施例は例示することを目的として開示されたもので、本発明に対する通常の知識を有する当業者であれば本発明の思想と範囲内で様々な修正、変更、付加が可能であり、このような修正、変更及び付加は下記の特許請求の範囲に属するものとみなされるべきである。

Claims (9)

1. 上部面と下部面；
   前記上部面と下部面とを連結する前方側面部と後方側面部；及び
   前記上部面と下部面とを貫通する貫通孔を含み、
   前記前方側面部には切削刃が形成され、
   前記後方側面部は回転軸に垂直する平面に対して互いに異なる角度でそれぞれ前方に傾斜するように形成された第１傾斜面と第２傾斜面を有し、
   前記第１傾斜面が第２傾斜面より長さが長く形成されることによって、後方側面部が凸状の非対称のＶ字状を持ち、
   前記前方側面部は回転軸を中心に回転対称構造を持つ両切削刃を持ち、
   前記貫通孔の内周面の一部領域が第１傾斜面と反対方向に傾斜をなす平坦部に形成されたことを特徴とする
   切削インサート。
2. 前記第１傾斜面の傾斜角は第２傾斜面の傾斜角より小さいことを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
3. 前記後方側面部の第１傾斜面は回転軸に垂直する平面に対して５゜乃至１５゜の角度で傾き、前記後方側面部の第２傾斜面は回転軸に垂直する平面に対して３５゜乃至４５゜の角度で傾いたことを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
4. 前記上部面及び下部面のうち少なくとも一面にはクーラントを供給するためのリセスが形成され、リセスの流入部は第１傾斜面と上部面の境界部に形成され、リセスの吐出部は切削刃と上部面の境界部に形成され、前記流入部と吐出部を連結する中間部は貫通孔の周りに形成されたことを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
5. 先端部に一対の顎部を有するポケット部が形成されたホルダー；及び
   前記ポケット部に交換可能に装着され得る切削インサートを含む切削工具において、
   前記切削インサートは各顎部に対応される上部面と下部面、前記上部面と下部面とを連結し、前方側面部及びホルダーのポケット部に対応される後方側面部及び前記上部面と下部面とを貫通する貫通孔を含み、
   前記前方側面部には切削刃が形成され、
   前記後方側面部は回転軸に垂直する平面に対して互いに異なる角度でそれぞれ前方に傾斜するように形成された第１傾斜面と第２傾斜面を有し、
   前記第１傾斜面が第２傾斜面より長さが長く形成されることによって、後方側面部が凸状の非対称のＶ字状を持ち、
   前記前方側面部は回転軸を中心に回転対称構造を持つ両切削刃を持ち、
   前記切削インサートの貫通孔の内周面の一部領域が第１傾斜面と反対方向に傾斜をなす平坦部に形成されたことを特徴とする
   切削工具。
6. 前記切削インサートの第１傾斜面の傾斜角は第２傾斜面の傾斜角より小さいことを特徴とする請求項５に記載の切削工具。
7. 前記ホルダーのポケット部には第１傾斜面と第２傾斜面にそれぞれ接触される第１接触面と第２接触面が形成されたことを特徴とする請求項５に記載の切削工具。
8. 前記第１接触面と第２接触面は凹状の非対称のＶ字状を持つことを特徴とする請求項７に記載の切削工具。
9. 前記切削インサートの上部面及び下部面のうち少なくとも一面にはクーラントを供給するためのリセスが形成され、リセスの流入部は第１傾斜面と上部面の境界部に形成され、リセスの吐出部は切削刃と上部面の境界部に形成され、前記流入部と吐出部を連結する中間部は貫通孔の周りに形成されたことを特徴とする請求項５に記載の切削工具。

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