JP6919824B2 - 切削インサート及び該切削インサートを用いた旋削工具 - Google Patents

Description

本発明は、切削インサート及び該切削インサートを用いた旋削工具に関する。

旋削工具は、交換可能な切削インサートと、該切削インサートを固定する工具本体と、を備えている。ねじ切り加工や溝入れ加工等に好適な旋削工具では、工具本体の先端部にくさび状の薄肉部が形成されることがある（例えば、特許文献１の図６参照）。以下の説明において、そのようなくさび状の薄肉部をバックメタルと呼ぶ。バックメタルは、切削インサートが装着されるチップ座と工具本体の先端面との間に位置し、他の壁面とともに切削インサートを固定したり、切削インサートの側面に当接して該切削インサートの回転を阻止したりする。

特表平９−５０２３９６号公報

旋削工具の耐用年数は、最初に壊れる部位に左右される。バックメタルは、薄肉であるため他の部位よりも変形しやすい。とりわけ、略正三角形のチップ座は、他の形状のチップ座よりもバックメタルが薄肉になる傾向にある。加えて、バックメタルは、最も薄肉になる先端において切削インサートに点接触する。切削中の負荷がバックメタルの先端に集中すると、バックメタルが変形してチップ座が広がってしまい、切削インサートが回転して刃先の位置精度が悪化したり、工具本体が壊れたりするおそれがある。

そこで、本発明は、工具本体の寿命を延ばし、工具本体に安定して固定できる切削インサート及び旋削工具を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る切削インサートは、上面と、該上面とは反対側の下面と、上面及び下面を繋ぐ周側面と、を有している。上面と周側面とが交差する第１稜線の少なくとも一部には、切れ刃が形成されている。下面の外周部には、下面から上面へ陥没した有底の凹部が少なくとも一つ形成されている。各々の凹部は、第１頂点、第２頂点及び第３頂点を有した略三角形に形成されている。第１頂点及び第２頂点は、下面と周側面とが交差する第２稜線上にそれぞれ位置している。第３頂点は、下面上に位置し、第２稜線から離間している。

本発明の一態様に係る旋削工具は、上記した切削インサートに加えて、基端から先端へ延在する棒状に形成された工具本体を備えている。工具本体の先端寄りには、切削インサートを装着可能なチップ座が設けられている。チップ座は、切削インサートの周側面に対して先端側から対向する第１壁面を有している。工具本体は、第１壁面と先端側の端面との間に形成されたバックメタルを有している。切削インサートを支持するバックメタルには、第１壁面から突出し、凹部に倣う形状の凸部が形成されている。

これらの態様によれば、凹部に倣う形状の凸部をバックメタルに設けた分、バックメタルの肉厚を増やすことができる。バックメタルの先端が切削インサートに点接触する代わりに、バックメタルの凸部が切削インサートに面接触するようになるため、切削中の負荷を分散できる。バックメタルの変形を抑制することによって、工具本体の寿命を延ばし、工具本体に安定して固定できる切削インサート及び旋削工具を提供することができる。

上記態様において、第２稜線は、第１辺、第２辺及び第３辺を有した略正三角形に形成されていてもよい。凹部は、第１辺、第２辺及び第３辺の各々に一つずつ形成されていてもよい。

略正三角形の切削インサートは、１２０°回転させて三つのコーナを使用できるため、経済的である。反面、略正三角形の切削インサートは、チップ座が略正三角形になるため、バックメタルが薄くなりやすい。この態様によれば、略正三角形の切削インサートであっても、凹部に倣う形状の凸部を設けてバックメタルの肉厚を確保できる。

上記態様において、凹部は、第１頂点と第３頂点との間に形成された長面と、第２頂点と第３頂点との間に形成された短面と、を含んでいてもよい。短面が長面よりも短いとき、第１辺に形成された凹部の長面と下面とが交差する凹部の縁であって、第１頂点寄りの部分は、第２辺又は第３辺に略直交する直線状に形成されていてもよい。

クランプ部材を用いて切削インサートを工具本体に装着するとき、切削インサートは、該切削インサートの第２辺又は第３辺に略直交する向きに押圧される。凸部は、凹部の長面に沿って凹部内を案内される。この態様によれば、切削インサートが押圧される向きと、凸部が案内される向きとが平行であるため、切削インサートをスムーズに拘束できる。

上記態様において、チップ座は、切削インサートの下面に対向する座面をさらに有している。凸部の少なくとも一部は、座面から遠ざかるに従い第１壁面に近づくように傾斜していることが好ましい。

この態様によれば、凸部の上部に設けられた傾斜面が切削インサートに対して略平行に摺接する。傾斜面が僅かに弾性変形して切削インサートに面接触できる。

本発明によれば、工具本体の寿命を延ばし、工具本体に安定して固定できる切削インサート及び旋削工具を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態の旋削工具の一例を示す斜視図である。 図２は、図１に示された切削インサートの一例を示す斜視図である。 図３は、図２に示された切削インサートの上面を示す平面図である。 図４は、図２に示された切削インサートの下面を示す底面図である。 図５は、図２に示された切削インサートの第１側面を示す側面図である。 図６は、図５に示された凹部の変形例を示す側面図である。 図７は、切削インサートを取り外して凸部を示す斜視図である。 図８は、凸部が凹部に当接した状態を示す斜視図である。 図９は、凸部の傾斜面が凹部に当接した状態を示す側面図である。 図１０は、バックメタルに作用する負荷を示す平面図である。

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。本発明の一実施形態に係る切削インサート２は、下面７から上面６へ向かって陥没した有底の凹部１０を有していることが特徴の一つである（図２参照）。凹部１０に対応する凸部２０を設けた分、バックメタル３０の肉厚を増やすことができる（図７参照）。凹部１０は、第１乃至第３頂点Ｐ，Ｑ，Ｒを有した略三角形に形成されていて（図４参照）、凸部２０と嵌合する（図８参照）。僅かに弾性変形した凸部２０が凹部１０に面接触するため（図９参照）、切削中の負荷（図１０参照）を分散できる。

凹部１０は、下面７に形成され、上面６まで貫通していない有底穴である（図５及び図６参照）。凹部１０を設けると、当該凹部１０と、切削インサート２の中心に形成された貫通孔９との間が薄肉になりやすい。本実施形態は、凹部１０の底面１１と上面６との間に肉厚を確保しているため、切れ刃６１が形成された上面６（図３参照）において、切削インサート２の剛性を確保できる。以下、図１から図１０を参照して各構成について詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る旋削工具１の一例を示す斜視図である。図１に示すように、旋削工具１は、交換可能な切削インサート２と、切削インサート２を固定する工具本体３と、を備えている。工具本体３は、基端から先端へ延在する棒状に形成されている。工具本体３の基端側の端面３１を含むシャンクは、例えば、旋盤の刃物台に固定される。工具本体３の先端寄りには、切削インサート２を装着可能なチップ座４が設けられている。

チップ座４は、切削インサート２の下面７に対向する座面４０と、座面４０から起立した第１壁面４１及び第２壁面４２と、を有している。チップ座４の第１壁面４１と、工具本体３の先端側の端面３２との間には、くさび状に形成されたバックメタル３０が設けられている。バックメタル３０は、切削インサート２を支持して切削インサート２を固定し、該切削インサート２の回転を阻止する。バックメタル３０の形状については、図７から図９を参照して後で詳しく説明する。

図示した例では、下面７と座面４０との間に交換可能な敷き金（ｓｈｉｍ）４３が配置されている。チップ座４を含む工具本体３の大部分は、例えば鋼材から形成されている。敷き金４３は、例えば超硬合金から形成され、鋼材から形成された他の部分よりも変形しにくい。下面７と座面４０との間に敷き金４３を介在させると、損傷しやすい部分が交換可能に構成され、しかも変形しにくいため、工具本体３の寿命を延ばすことができる。

図示した例では、切削インサート２の装着形式が、切削インサート２の上面６をクランプ部材５で押さえ付けるクランプオン式に構成されている。なお、工具本体３は、クランプオン式に限定されず、切削インサート２の上面６をねじ頭で押さえ付けるスクリューオン式等であってもよいし、切削インサート２のコーナＡ，Ｂ，Ｃのいずれか一角をチップ座４の隅に押し込んで締め付けるレバーロック式であってもよい。

図２は、図１に示された切削インサート２の一例を示す斜視図である。本実施形態において、切削インサート２の材料は特に限定されない。超硬合金をはじめとした種々の切削インサート用材料を適用できる。図２に示すように、切削インサート２は、上面６と、上面６とは反対側の下面７と、上面６及び下面７を繋ぐ周側面８と、を有し、上面６及び下面７を貫通する貫通孔９が形成されている。

上面６及び下面７は、貫通孔９の中心を軸にして回転対称に形成されている（図示した例では、１２０°対称）。以下の説明において、貫通孔の中心を通る直線を切削インサート２の中心軸Ｏと呼び、中心軸Ｏに近い側を切削インサート２の中心側と呼び、中心軸Ｏから遠い側を切削インサート２の外周側と呼ぶ。

図３は、図２に示された切削インサート２の上面６を示す平面図である。図示した例では、上面６と周側面８とが交差する第１稜線６０は、略三角形に形成されている。第１稜線６０は、各々のコーナに形成された切れ刃６１を含んでいる。上面６は、切れ刃６１に臨むすくい面６２と、すくい面６２よりも切削インサート２の中心側に形成されたチップブレーカ６３と、を含んでいる。図示した例では、チップブレーカ６３が、すくい面６２に連続する湾曲面に形成されている。

図４は、図２に示された切削インサート２の下面７を示す底面図である。図示した例では、下面７と周側面８とが交差する第２稜線７０が、コーナＡ，Ｂ，Ｃを有した略正三角形に形成されている。第２稜線７０は、略正三角形に限定されず、略正方形等であってもよい。本実施形態の切削インサート２は、下面７から上面６へ向かって陥没した有底の凹部１０が少なくとも一つ形成されていることが特徴の一つである。

図４に示すように、凹部１０は、第２稜線７０を構成する第１乃至第３辺ＡＢ，ＢＣ，ＣＡの一部を切り欠くようにして、下面７の外周部に形成されている。図示した例では、各辺ＡＢ，ＢＣ，ＣＡに一つずつ凹部１０が形成されている。凹部１０を形成した辺と凹部１０を形成しない辺とを単一の切削インサート２に混在させてもよい。

図示した例では、下面７上に形成された凹部１０の縁ＰＲ，ＱＲが、第１乃至第３頂点Ｐ，Ｑ，Ｒを有した略三角形に形成されている。第１及び第２頂点Ｐ，Ｑは、第２稜線７０上に位置している。第３頂点Ｒは、下面７上において第１及び第２頂点Ｐ，Ｑよりも切削インサート２の中心側に位置している。辺ＰＱは、各辺ＡＢ，ＢＣ，ＣＡの中点Ｍを含んでいる。

図示した例では、凹部１０の内壁面が、底面１１と、長面１２と、短面１３と、で構成されている。長面１２は、第１頂点Ｐと第３頂点Ｒとの間を繋いでいる。短面１３は、第２頂点Ｑと第３頂点Ｒとの間を繋いでいる。底面１１は、長面１２及び短面１３と、周側面８との間を繋いでいる。前述した縁ＰＲは、長面１２と下面７とが交差する稜線であり、前述した縁ＱＲは、短面１３と下面７とが交差する稜線である。図示した例では、短面１３が、長面１２よりも短く形成されている。第１頂点Ｐと第２頂点Ｑとを結ぶ凹部１０の縁ＰＲの少なくとも半分であって、第１頂点寄りの部分Ｘは、直線状に形成されている。

第１辺ＡＢに形成された凹部１０の縁ＰＲの直線部分Ｘは、第２辺ＢＣ又は第３辺ＣＡ（図示した例では、第２辺ＢＣ）に略直交する方向に延在している。同様に、第２辺ＢＣに形成された凹部１０の縁ＰＲの直線部分Ｘは、第３辺ＣＡに略直交し、第３辺ＣＡに形成された凹部１０の縁ＰＲの直線部分Ｘは、第１辺ＡＢに略直交している。第１辺ＡＢに形成された凹部１０において、長面１２を構成する第１頂点Ｐは、短面１３を構成する第２頂点ＱよりもコーナＡに近い。凹部１０の縁ＰＲの直線部分Ｘが直交する第２辺ＢＣは、コーナＡの対辺である。

前述した周側面８は、第２稜線７０の第１辺ＡＢに臨む第１側面８１と、第２辺ＢＣに臨む第２側面８２と、第３辺ＣＡに臨む第３側面８３と、を含んでいる。図５は、図２に示された切削インサート２の第１側面８１を示す側面図である。図５に示すように、長面１２及び短面１３は、下面７に近づくに従い凹部１０の開口が広くなるように傾斜している。下面７は、概ね平坦に形成されている。図示した例では、凹部１０の底面１１が下面７に平行に形成されている。換言すると、下面７から略一定の深さに形成されている。

図６は、図５に示された凹部１０の変形例を示す側面図である。図６に示すように、凹部１０の底面１１は、下面７に対して傾斜していてもよい。図示した例では、底面１１が第１頂点Ｐに近づくに従い深くなるように形成されている。

前述したチップ座４の第１壁面４１には、凹部１０の長面１２に倣う形状の凸部２０が形成されている。図７は、切削インサート２を取り外して凸部２０を示す斜視図である。図７に示すように、凸部２０は、チップ座４の第１壁面４１からチップ座４の中心に向かって突出している。敷き金４３の側面は、凸部２０に倣う形状に陥没している。本実施形態では、凹部１０に倣う形状の凸部２０をバックメタル３０に設けた分、バックメタル３０の肉厚を増やすことができる。チップ座４の座面４０からの高さにおいて、凸部２０は、バックメタル３０よりも低く形成されている。凸部２０の上部は、座面４０に近い分、バックメタル３０の上部よりも変形しにくい。

図８は、凸部２０が凹部１０に当接した状態を示す斜視図である。図８に示すように、切削インサート２を工具本体３に装着した状態において、凸部２０の天面２１と凹部１０の底面１１とは、間隔をあけて対向している。凸部２０の先端部は、凹部１０の内壁面に当接している。凸部２０は、凹部１０の内壁面に当接すると僅かに弾性変形して、凹部１０の内壁面に面接触する。凸部２０と凹部１０とが面接触している領域の一例を、図５中に二点鎖線で示す。

図９は、凸部２０の傾斜面２２が凹部１０に当接した状態を示す側面図である。図９に示すように、凸部２０は、チップ座４の座面４０から遠ざかるに従い第１壁面４１に近づくように傾斜した傾斜面２２を含んでいる。傾斜面２２は、凸部２０の上部に配置され、凹部１０の内壁面（例えば、長面１２）に略平行に形成されている。切削インサート２がチップ座４に装着するとき、傾斜面２２が凹部１０に摺接し、凸部２０が僅かに弾性変形する。

以上のように構成された本実施形態の切削インサート２及び該切削インサート２を備えた旋削工具１によれば、図７から図９に示すように、チップ座４の第１壁面４１から凸部２０を突出させてバックメタル３０の肉厚を増やすことができる。しかも、バックメタル３０が切削インサート２の周側面８を支持する部位について、最も薄肉になるバックメタル３０の先端から厚肉の凸部２０へ位置をずらすことができる。

先端の点接触から凸部２０の面接触になるため、バックメタル３０への負荷を分散させることができる。しかも、凸部２０は、厚肉であるだけでなく、バックメタル３０の先端よりも低背で変形しにくい。そのため、バックメタル３０の変形を抑制して、工具本体３の寿命を延ばすことができる。切削インサート２を工具本体３に安定して固定し、刃先の位置精度を向上させることができる。

図１０は、バックメタル３０に作用する負荷を示す平面図である。切削中には、クランプ部材５に固定された貫通孔９を軸にして切削インサート２を回転させようとする力Ｆが作用し、切削インサート２の回転を阻止するバックメタル３０に負担がかかる。とりわけ、図１０に示すように、切れ刃６１の片側にだけ力Ｆが作用する切削加工（フランクインフィード）では、バックメタル３０への負荷が大きい。

凹部１０がない従来の切削インサートでは、図１０に示されたフランクインフィードにおいて、工具本体３の寿命が短い傾向があった。本実施形態の切削インサート２は、とりわけ、工具本体３にとって厳しい条件であるフランクインフィードにおいて従来の切削インサートとの差異が顕著であり、工具本体３の寿命を大幅に延ばすことができる。

本実施形態では、凹部１０が上面６まで貫通していない有底穴であるため、図５及び図６に示すように、凹部１０の底面１１と上面６との間に肉厚を確保できる。切れ刃６１が形成された上面６において、切削インサート２の剛性を確保できる。図９に示すように、凸部２０の上部が凹部１０に略平行な傾斜面２２であるため、凸部２０が弾性変形したとき、凸部２０と凹部１０との接触面積を大きく確保できる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

１…旋削工具、２…切削インサート、３…工具本体、４…チップ座、５…クランプ部材、６…上面、７…下面、８…周側面、９…貫通孔、１０…凹部、１１…底面、１２…長面、１３…短面、２０…凸部、２１…天面、２２…傾斜面、３０…バックメタル、３１…基端面、３２…先端面、４０…座面、４１…第１壁面、４２…第２壁面、４３…敷き金、６０…第１稜線、６１…切れ刃、６２…すくい面、６３…チップブレーカ、７０…第２稜線、８１…第１側面、８２…第２側面、８３…第３側面、Ａ，Ｂ，Ｃ…コーナ、ＡＢ…第１辺、ＢＣ…第２辺、ＣＡ…第３辺、Ｆ…切削中に作用する力、Ｏ…中心軸、Ｐ…第１頂点、Ｑ…第２頂点、Ｒ…第３頂点、ＰＲ，ＱＲ…縁、Ｘ…直線部分。

Claims (3)

1. 上面と、該上面とは反対側の下面と、前記上面及び前記下面を繋ぐ周側面と、を有し、前記上面と前記周側面とが交差する第１稜線の少なくとも一部に切れ刃が形成された切削インサートであって、
   前記下面の外周部には、前記下面から前記上面へ陥没した有底の凹部が少なくとも一つ形成され、
   各々の前記凹部は、前記下面と前記周側面とが交差する第２稜線上にそれぞれ位置した第１頂点及び第２頂点と、前記下面上に位置し前記第２稜線から離間した第３頂点と、を有した略三角形に形成され、
   前記第２稜線は、第１辺、第２辺及び第３辺を有した略正三角形に形成され、
   前記凹部は、前記第１辺、前記第２辺及び前記第３辺の各々に一つずつ形成され、かつ前記第１頂点と前記第３頂点との間に形成された長面と、前記第２頂点と前記第３頂点との間に形成され、前記長面よりも短い短面と、を含み、
   前記第１辺に形成された前記長面と前記下面とが交差する前記凹部の縁であって、前記第１頂点寄りの部分は、前記第２辺又は前記第３辺に略直交する直線状に形成されている、
   切削インサート。
2. 請求項１に記載の切削インサートと、
   基端から先端へ延在する棒状に形成され、前記切削インサートを装着可能なチップ座が前記先端寄りに設けられた工具本体と、を備え、
   前記チップ座は、前記切削インサートの前記周側面に対して前記先端側から対向する第１壁面を有し、
   前記工具本体は、前記第１壁面と前記先端側の端面との間に形成され、前記切削インサートを支持するバックメタルを有し、
   前記バックメタルには、前記第１壁面から突出し、前記凹部に倣う形状の凸部が形成されている、
   旋削工具。
3. 前記チップ座は、前記切削インサートの前記下面に対向する座面をさらに有し、
   前記凸部の少なくとも一部は、前記座面から遠ざかるに従い前記第１壁面に近づくように傾斜している、
   請求項２に記載の旋削工具。

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