JP5735502B2 - 切削加工、特に高速送りフライス加工するための切削工具用切削インサート - Google Patents

Description

本発明は工作物を高速送りでフライス切削加工するための切削工具用切削インサートであって、切削工具が切削インサートを受容するための座を備えたホルダを有し、切削インサートが少なくとも1つの切れ刃を有するものに関する。本発明はさらにこのような切削工具用の、切削インサートを受容するための座を備えたホルダと、このようなホルダとホルダの座に嵌挿される切削インサートとを備えた切削工具とにおいて、切れ刃が区域によって異なる3つの曲率半径を有し、第1区域が最小半径を有し、これに続く中間の第2区域が最大半径を有し、これに続く第3区域が最小半径と最大半径との間の中間半径を有するものに関する。本発明は特に高速送りでフライス加工するための切削インサート、ホルダおよび切削工具に関する。

正面フライス加工するための切削インサートが、例えば特許文献1により公知である。この切削インサートは正方形に形成され、4つの切れ刃を有し、切れ刃の少なくとも1つは凸面状に湾曲している。これにより特に高い送り速度、僅かな半径方向切削力、そして高い寿命が達成されるとされる。

国際公開第2005／039811号パンフレット

本発明の課題は、工作物に食い付くときにも公知の切削工具と比較して大きな切込み深さと高い送り速度を達成することのできる切削インサート、当該ホルダおよび切削工具を提供することである。

この課題は本発明によれば冒頭に指摘した切削インサートにおいて、上面のすべての切れ刃を通過する周回線が専ら凸面状に湾曲していることによって解決される。
工作物の切削加工に利用される切削インサートの切れ刃が単一の固定半径を有する直線または湾曲線でなく、区域によって異なる半径を有するとき、切削インサートの利用時に大きな切込み深さと高い送り速度が達成されるとの認識が本発明の根底にある。特に平面フライス加工時に利用される大きな半径を有する区域は一方で良好な力分布をもたらし、他方で軸線方向において力を作用させ、それゆえに一層良好に受容することができる。中間半径は特に食付き時に用いられる。

公知の切削インサートでは、工作物に斜めに食い付くのに切削工具が利用されるとき送り速度は抑制されねばならない。平面フライス加工時、切れ刃の直接上には大きな半径のゆえに比較的僅かな材料が切れ刃上にある。それゆえに高い送り速度が可能である。斜めに食い付くとき直線的急峻エッジでは既に小さな送りでも比較的多くの材料が切れ刃上にあり、それゆえに、本発明に係る切削インサートではもはや必要ないことであるが送りは低減されねばならない。というのも、さもないと負荷が過度に高くなるからである。本発明に係る切削インサートではそのことがあてはまらない。というのも、一方で食付き時に利用される切れ刃区域、つまり中間半径を有する区域は半径のゆえに長いエッジを有し、こうして力を一層良好に分布させ、他方でこの場合小さな食付き角のとき半径のゆえに切れ刃に対して垂直な方向で排除されねばならない材料は僅かであるからである。

本発明に係る切削インサートの他の利点は、少なくとも2つの切削インサートをホルダに配置して利用するとき達成することができる。こうしてフライスとして利用時にこのような切削工具の回転によって三日月状切屑が生じ、各第3切れ刃区域は切込み深さに達するまで工作物と接触し、次に工作物から進出する。このことは回転から生じる。
区域および半径の相互寸法比に関して好ましい諸構成は従属請求項に明示されている。各寸法比の具体的構成は特に切削インサートの所望する応用に依存している。好ましくは、大きな半径は極力大きく構成される。具体的な一構成において例えば最大半径は、例えば5 mmの範囲内である中間半径の約4倍乃至5倍の大きさである。こうして、公知切削工具における1 mmの代わりに約1.2 mmの切込み深さを達成することができる。
一の改良例において第3区域に第4区域が続き、第4区域は第3区域よりも小さな半径を有し、特に第1区域と同じ最小半径を有する。このような構成が有利であるのは、特に、三角形上面を有しかつ3つの（同じ）切れ刃をその辺に配置された切削インサートにおいてである。その場合各最小半径は、三角形の異なる辺の相隣接する2つの切れ刃が隣り合うことになるコーナ半径である。

好ましくは切削インサートが切削板の態様に形成されており、その上面は切削インサートの底面と平行に延びている。切れ刃は完全に上面を延びており、これにより切削インサートは一層簡単に製造することができる。
その一の改良例では、切削インサートが複数の切れ刃、特に3つの切れ刃を有し、切れ刃と底面との間にそれぞれ底面に対して傾斜して延びる側面が設けられている。好ましくは、側面が底面に対して実質的に50°〜90°の範囲内、特に70°〜80°の範囲内の側面角度で延びるように傾斜は構成されている。具体的な一構成において例えば75°の側面角度が設けられている。
好ましくはさらに側面に少なくとも1つの当接面と1つの逃げ面が設けられている。当接面は好ましくは平らに形成され、底面と境を接し、側面の中間領域にあり、好ましくはこの側面と境を接する切れ刃と境を接しているのではない。切削板が複数の切れ刃を備えたスローアウェイチップとして形成されているときこの当接面はホルダの座の対応する支持面に当接するのに役立つ。これにより、ホルダ内で切削インサートを正確な位置で一層確実に固定することを達成することができる。

好ましくは、側面は切れ刃と境を接する第1逃げ面と底面、当接面および第1逃げ面と境を接する第2逃げ面とを有する。そのことの利点として、すくい面と逃げ面とで形成されるウェッジが一層安定する。逃げ面が1つだけの場合この逃げ面は大きな逃げ角でなければならないであろう。というのも、20 mmの切削円直径以降はフライス工具が逃げ面に着座してはならないであろうからである。それゆえに本発明によれば好ましくは、両方の逃げ面が異なる大きさの逃げ角を有し、好ましくは第2逃げ面の逃げ角が第1逃げ面の逃げ角よりも僅かに大きい。
さらに逃げ面の曲率半径に関して好ましくは、第1逃げ面と第2逃げ面は付属する切れ刃の第2中間区域と同じ最大曲率半径を有する。そのことから、切削インサートは自由に動くことができ、是認可能な支出で製造できるようになる。

本発明の他の観点は切削インサート、特に本発明に係る切削インサートを受容するための座を備えた、工作物を切削加工するための切削工具用の当該ホルダに関する。このホルダは、切削加工上有効な切れ刃が実質的にホルダの外周面からホルダの中心の方向へと延び、ホルダの長手軸線に対して垂直な横断面平面を基準に外周面から中心の方向へと斜めに上昇するように、座がホルダ内で位置合せされていることを特徴としている。
さらに特に、切削加工上有効な切れ刃のホルダ長手方向に見て最も突出した箇所がホルダの中心とこの切れ刃の中心との間にくるように、座はホルダ内で位置合せされている。さらに座は互いに特に120°の当接角度で延びる2つの平らな当接面を有し、当接面の間の角度二等分線がホルダ長手軸線に対して1°〜20°の範囲内、特に3°〜10°の範囲内のねじれ角度で延びるように当接面は位置合せされている。こうして本発明によれば好ましくは、切削板がホルダ内での通常の位置決めと比較してホルダ内で僅かにねじられて着座するようにホルダは形成されている。このことは、‐同じタイプの公知工具と比較して‐一層大きな切込み深さもしくは材料除去が達成可能であることに寄与する。
本発明により切削インサートがホルダ内に着座して回転し、加工時に有効な切れ刃の最大半径がホルダの中心から見て切れ刃の外側領域にあることによって、切れ刃の頂点が多少内側にホルダの中心へとずれることになり、これにより一層大きな切込み深さが達成される。頂点はここであまり重要でなく、斜めにされることによって切れ刃は半径を補足してなお軸線方向で後方にずれることになる。これにより一層大きな切込み深さが可能である。頂点を中心の方向にずらすことによって付加的に主切れ刃にごく大きな半径を設けることができ（つまり中間区域）、そのことがやはり工具の負荷に肯定的に作用する。半径が大きくなればなるほど、負荷は一層僅かとなる。半径を過度に大きく選択すると、切込み深さが再び僅かとなり、それゆえに切削インサートはなおねじられてホルダに取り付けられる。以下、本発明を限定するものでない実施例を参考に図面に基づいて本発明を詳しく説明する。

本発明に係る切削インサートのさまざまな図である。 本発明に係るホルダのさまざまな図である。 本発明に係る切削工具のさまざまな図である。 本発明に係る切削工具を2つの異なる加工法において利用したときの2つの詳細図である。

図1は本発明に係る切削インサート10の一実施例を示しており、図1Aは平面図、図1Bは側面図、図1Cは斜視図である。この実施例において切削インサート10は3つの切れ刃12a、12b、12cを備えた（平面図で）等辺三角形の態様のスローアウェイチップとして形成されている。上面14と底面16は平らに形成され、平行に整列している。切削インサート10の中心にある貫通穴18は上面14に向かって拡張した横断面を有し、以下でなお詳しく示すように切削インサート10をホルダに固着するためにクランプねじ（図示せず）を貫通穴に挿通することができる。
切れ刃12a、12b、12cはそれぞれ三角形の各辺の全長にわたって各隣接コーナ20a、20b、20cの間を延び、但しそれぞれ区域によって異なる曲率半径を有する。そのことは切れ刃12aを基に詳しく説明する。
切れ刃20aの箇所で直接始まる第1区域12a1において曲率半径は最小であり、このような三角形スローアウェイチップの場合例えば0.8 mmである。この第1区域12a1は切れ刃12aの最小区域である。これと境を接した第2最大区域12a2が最大曲率半径を有する。図示した三角形スローアウェイチップ10の1実施例においてこの第2曲率半径は例えば22.6 mmである。第2区域12a2と境を接した第3区域12a3は中間的長さと、大きさの点で第1曲率半径と第2曲率半径との間の中間的曲率半径とを有し、図示した切削インサート10の場合この曲率半径は例えば5 mmである。これに次の切れ刃12bが続き、特にその第1区域は最小半径を有する。つまり切れ刃12bのこの第1区域は第1切れ刃の第3区域12a3から直接接線方向に出発している。他の切れ刃12b、12cは基本的に切れ刃12aと同様に構成されている。しかし、さまざまな応用のために切れ刃をさまざまに形成することも考えられる。

上面14と底面16との間にある3つの側面22a、22b、22cは中心穴18内を延びる穴軸線24を基準に見て斜めに延びており、底面16は全体として上面14よりも小さい。側面22a、22b、22cはそれぞれ異なる部分面を有し、そのことは側面22aを基に詳しく説明する。
ホルダの座の対応する支持面に当接するための平らな当接面22a1が実質的に底面16と境を接して設けられている。この支持面22a1と切れ刃12aの中間区域12a2との間に湾曲した第1逃げ面22a2があり、この逃げ面は切れ刃曲線に追従し、実質的に底面16に対して第1逃げ面角度α1で延びている。この第1逃げ面角度α1は例えば79°である。平らな当接面22a1と底面16と第1逃げ面22a2とに横方向で境を接して第2逃げ面22a3が設けられており、この第2逃げ面はやはり湾曲しており、切れ刃12aの切れ刃曲線に追従する。この第2逃げ面22a3はやはり底面16に対して斜めに第2逃げ面角度α2で延びており、この第2逃げ面角度は第1逃げ面角度α1よりも多少小さく、例えば75°である。こうしてこれらの逃げ面は周方向ですべての側面22a、22b、22cに配置されており、それぞれ当接面によって中断されているだけである。
さまざまな半径、角度および区域について指摘した寸法値は単なる例示であり、保護範囲を限定しない値であることが理解されるだろう。重要なのは、各切れ刃の中間区域がそれぞれ最も長く、最大曲率半径を有し、第1切れ刃区域が最小曲率半径を有する最短区域であることである。好ましくは第2区域12a2が第3区域12a3よりも2倍〜10倍、特に3倍〜5倍長く、第3区域12a3は好ましくは第1区域12a1よりも2倍〜10倍、特に2倍〜5倍大きい。好ましくはさらに第2区域12a2の最大曲率半径が第3区域12a3の中間半径よりも2倍〜10倍、特に3倍〜5倍大きく、第3区域12a3の中間半径が好ましくは第1区域12a1の最小半径よりも2倍〜15倍、特に5倍〜10倍大きい。側面22a、22b、22cは一般に底面16に対して50°〜90°、特に70°〜80°の範囲内の逃げ面角度で延びている。

図2は本発明に係るホルダ30の一実施例をさまざまな図で示しており、図2Aは側面図、図2Bは斜視図、図2Cは平面図である。この実施例においてホルダ30は図1に示した切削インサート10を受容するために適合されている。このためホルダシャンクの工作物側末端の端面にその都度1つの切削インサート10を受容するための座として2つの凹部34が設けられている。これらの凹部34はホルダ30の長手軸線36に対して点対称に配置されており、両方の切削インサート10はホルダ30の回転によって交互に利用される。切削インサート10を凹部34内でクランプねじによって固着するために凹部34のほぼ中心にそれぞれ1つのねじ穴38が設けられている。その場合切削インサート10を凹部34内で固着するとき切削インサート10の底面16は、好ましくはやはり平らに形成された底支持面40に押し付けられる。
凹部34はさらに2つの側部支持面42、44によって限定され、これらの側部支持面は互いにV形に延び、やはり平らに形成され、底支持面40に対して僅かに斜めに延びており、つまり凹部34の開口角度は底支持面40に向かって先細となっている。これらの側部支持面42、44は、切削インサート10のうち付属する切れ刃12b、12cが利用されていない側面22b、22cの各当接面を支持する。
凹部34の下側領域に底支持面40が窪み46を有し、側部支持面42、44が半円形拡張部48に移行しており、この領域では切削インサート10が支えられていない。
両方の凹部34の前のホルダ30領域はそれぞれ通常の如くに大きな領域49内にて、切り欠かかれている。

図3は本発明に係る切削工具15の一実施例を示しており、この切削工具は図2に示す1つのホルダ30と、図1に示す2つの切削インサート10と、切削インサート10をホルダ30に固着するための2つのクランプねじ52とで形成されている。図3Aは側面図、図3Bは斜視図、図3Cは平面図である。特に図3Cから認めることができるように、両方の切削インサート10はホルダ30の長手軸線36に対して点対称に配置されている。さらに、加工用に設けられた切れ刃（これは例えば切れ刃12a）に関して、それぞれホルダ30の中心長手軸線36を基準に最小曲率半径を有する第1区域12a1が最も外側にあり、最大曲率半径を有する第2区域12a2が中間にあり、中間的大きさの曲率半径を有する平均的大きさの区域12a3が最も内側にあるように、切削インサート10は配置されている。
さらにホルダ30内の凹部34、特にその側部支持面42、44は、長手軸線36を基準にかつ側面図（図3A）で見て切削インサート10がそれぞれ僅かにねじられて配置されているように配置されている。換言するなら、両方の側部支持面42、44の間の角度二等分線45（図2A参照）はホルダの長手軸線36と平行にではなくこれに対して小さなねじれ角度βだけ斜めに延びている。このねじれ角度βは図示実施例において7°弱である。一般にねじれ角度βは1°〜20°の範囲内、特に3°〜10°の範囲内である。これにより達成されることとして、利用される切れ刃（ここでは切れ刃12a）はそれぞれ側方から見て（図3A）ホルダの外周面からホルダの中心の方向で斜め上に頂点54まで延びており、この頂点はなお第2切れ刃区域12a2の領域内、第3切れ刃区域12a3の始端の直前に、つまり切れ刃12aの中心とホルダ30の中心との間の領域にある。そこから切れ刃12aはホルダの中心の方向で僅かに斜め下へと延びている。

本発明に係る切削インサートと本発明に係るホルダとをこのように形成し、これによってホルダの当該凹部内で切削インサートの配置を達成することによって、本発明に係る切削工具50は有利なことに高速送りフライス加工に利用することができる。工作物に斜めに食い付く場合でも送り速度はこのような加工用の公知工具における場合とは異なり著しく下げる必要がなく、大きな切込み深さも達成することができる。本発明に係る切削工具を2つの異なる加工法において利用した場合の図4に示す2つの詳細図を基にそのことを明らかとする。
図4Aは工作物60の平フライス加工（平面フライス加工）における本発明に係る切削工具50の利用を示す。その際、長手方向でコンマ状切屑62が除去される。この切屑は送り方向Vで比較的大きい（1刃当りの送り量Z）。それに対して切れ刃12aおよび上面14に対して垂直方向、従って負荷方向では、切屑62が比較的小さい。切れ刃12aのここで利用される区域12a2の半径が大きければ大きいほど、切れ刃12aに対して垂直方向で工作物の除去材料も一層薄くなる。それにもかかわらず十分な切込み深さSも達成するために、切削板12は、従って切れ刃12aも、ホルダ30内でねじられて取り付けられている。これにより頂点54がホルダ30の中心方向に移動する。こうしてここでは有効半径がごく大きいという利点が得られ、そのことから負荷が小さくなり、寿命が長くなり、同時に傾斜位置によって十分に大きな切込み深さが達成される。

図4Bは工作物60のプランジ切削もしくは高速送りフライス加工（非平面フライス加工）における本発明に係る切削工具50の利用を示す。工作物60に斜めに食い付くとき有効切れ刃12aの第3区域12a3によって2つの小さなコンマ状切屑62が除去される。両方の切れ刃区域12a2、12a3では切れ刃12aに対して垂直方向で僅かな材料が切れ刃12a上にある。中間半径を有する第3区域12a3が設けられていないなら、この領域において切れ刃12aは本発明に係る切削工具におけるよりもはるかに強く負荷されるであろう。これにより1刃当りの送り量Zは減らさねばならないであろう。さもないと、強い負荷のゆえに切削インサートの寿命が著しく短縮されるであろう。
本発明は図示実施例に限定されていない。寸法が異なるのは別としても、別の数の切削インサートをホルダに固着しておくこともでき、切削インサートは同様に別の態様に形成しておくことができる。3つの切れ刃を有するスローアウェイチップとしての構成も不可避的に必要であるのではない。それぞれ単に1つもしくは2つの切れ刃または3つを超える切れ刃を設けておくこともできる。本発明に係る切削工具の主たる応用目的は高速送りフライス加工である。1刃当り送り量が通常よりも大きいフライス加工もこれに含まれる。1刃当りの送り量は通常約0.5 mm／刃超である。
本発明に係る切削工具は好ましくは荒加工用に利用することができる。その際肝心なのは短い時間内に極力多くの材料を切削することであり、表面は二義的である。フライスは多面的に例えば平フライス加工、ポケット切削、ボトル穴明け（hollowing）またはプランジ切削等に利用することができる。

Claims (6)

1. 工作物を切削加工するための切削工具（50）用のホルダ（30）であって、切削インサート（10）を受容するための少なくとも１つの座（34）を有するものにおいて、
   前記切削インサート(10)は上面（14）に３つの切れ刃（12a、12b、12c）を有し、等辺三角形の形状を有して、３つの切れ刃の１つは各辺上にあり、
   前記３つの切れ刃は、第１の曲率半径を有する第１区域と、第１区域に隣接して第２の曲率半径を有する第２区域と、第２区域に隣接して第１の曲率半径と第２の曲率半径の間の第３の曲率半径を有する第３区域を有し、第１の曲率半径は第２の曲率半径よりも小さく第３の曲率半径よりも小さく、
   前記上面（14）の全ての３つの切れ刃を通過する周回線が専ら凸面状に湾曲しており、
   前記の各座は互いにＶ字形をなす２つの平らな当接面を有し、
   各座(34)は切屑除去加工上有効な切れ刃（12a）が前記ホルダ（30）の外周面から前記ホルダ（30）の中心（36）の方向へと略延び、前記ホルダ（30）の長手軸線（36）に対して垂直に延びる横断面平面を基準に前記外周面から前記ホルダ（30）の中心（36）の方向へと斜めに上昇するように、前記ホルダ（30）内で位置合わせされていることを特徴とするホルダ。
2. 切屑除去加工上有効な前記切れ刃（12a）の、前記ホルダ（30）の長手方向（36）で最も突出した箇所（54）が前記ホルダ（30）の前記中心（36）と前記切れ刃（12a）の中心との間にくるように、前記座（34）は前記ホルダ（30）内で位置合せされていることを特徴とする請求項１に記載のホルダ。
3. 前記座（34）は互いに当接角度で延びる2つの平らな当接面（42、44）を有し、前記2つの平らな当接面（42、44）の間の角度二等分線が前記ホルダ（30）の長手軸線（36）に対して1°〜20°の範囲内の角度（B）で延びるように、前記2つの平らな当接面（42、44）は位置合せされている、請求項１に記載のホルダ。
4. 請求項１に記載のホルダ（30）と、
   工作物を高速送りでフライス切削加工するための切削インサート（10）であって、上面（14）に３つの切れ刃（12a、12b、12c）を有し、等辺三角形の形状を有して、３つの切れ刃の１つは各辺上にあり、
   前記３つの切れ刃は、第１の曲率半径を有する第１区域と、第１区域に隣接して第２の曲率半径を有する第２区域と、第２区域に隣接して第１の曲率半径と第２の曲率半径の間の第３の曲率半径を有する第３区域を有し、第１の曲率半径は第２の曲率半径よりも小さく第３の曲率半径よりも小さく、
   前記上面（14）の全ての３つの切れ刃を通過する周回線が専ら凸面状に湾曲している切削インサート(10)とを備えた切削工具（50）。
5. 前記座は切屑除去加工上有効な前記切れ刃（12a）の、前記ホルダ（30）の長手方向（36）で最も突出した箇所（54）が前記ホルダ（30）の前記中心（36）と前記切れ刃（12a）の中心との間にくるように、前記ホルダ（30）内で位置合せされている、請求項４に記載の切削工具(50)。
6. 前記座（34）は互いに当接角度で延びる2つの平らな当接面（42、44）を有し、前記2つの平らな当接面（42、44）の間の角度二等分線が前記ホルダ（30）の長手軸線（36）に対して1°〜20°の範囲内の角度（B）で延びるように、前記2つの平らな当接面（42、44）は位置合せされている、請求項４に記載の切削工具(50)。

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