JP2010105134A - 刃先交換式チップとそのチップの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度切削に利用できる刃先交換式チップの生産性を向上させてコスト低減を図ることを課題としている。
【解決手段】上面２と側面４との間の稜線で主切れ刃６を構成し、上面２をすくい面にして使用する切削工具用の焼結品の刃先交換式チップ１について、主切れ刃６の逃げ面となす側面上部４ａを研磨面、位置決め用の支持面となす側面下部４ｂを焼結肌が残された無研磨面となして全周研磨のチップに比べて研磨面積を減少させた。
【選択図】図３

Description

この発明は、高精度切削とコスト削減を両立させる切削工具用の刃先交換式チップと、そのチップを高精度に加工するための加工方法に関する。

切削工具用の刃先交換式チップ（以下では単にチップと言う）は、焼結品が主流をなしている。その焼結品のチップで切れ刃を構成した切削工具を用いて精密加工を行う際は、精度を高めた研磨級チップが使用される。ところが、その研磨級チップは、加工コストが高い。そこで、安価な無研磨チップを高精度切削に適用するための様々な工夫がなされている（例えば、下記特許文献１）。

下記特許文献２に開示されたチップも同様の工夫を必要とする。この特許文献２のチップは、側面の上側部分（この発明ではこれを側面上部という）を逃げ面として使用し、側面の下側部分（これを側面下部という）をカッタボディにチップを装着するときの径方向位置決め用の支持面として使用する。また、主切れ刃を構成する稜線（上面と側面が交差した位置の稜線）も湾曲しており、形状が複雑である。そのために、切れ刃の高位置精度が要求されるときには、全周研磨（側面の全域の研磨）を行なう必要があった。

特開２００４−２６１９３３号公報 特開２００７−４４７７９号公報

無研磨チップは、安価であるがこれを高精度切削に適用するときには様々な工夫が要求され、チップ形状も制限される。例えば、特許文献２が開示しているチップは、形状が複雑なため、位置決めブロックの支持面にチップの側面を確実に沿わせるのが難しくてセット姿勢が１°以上ばらつく。このばらつき（角度ずれ）が原因でチップの側面上部と側面下部の位相がずれると、チップをカッタボディに装着したときに刃先位置がばらついて高精度切削が望めない。

従って、刃先の高位置精度が要求されるときには、全周研磨（側面の全域の研磨）を行なう必要があり、研磨時間が長くなることによる生産性の低下とそれによるコストアップが避けられなかった。

この発明は、高精度切削が可能な刃先交換式チップの生産性を向上させてコスト低減を図ること、及び、そのチップの加工精度を高めることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、上面と側面との間の稜線で主切れ刃を構成し、上面をすくい面にして使用する切削工具用の焼結品の刃先交換式チップについて、主切れ刃の逃げ面となす側面上部を研磨面、チップ位置決め用の支持面となす側面下部を焼結肌（いわゆる黒皮）が残された無研磨面となした。

このチップは、好ましい形態として、無研磨面で構成される前記側面下部を、研磨面で構成される側面上部との間に段差を生じさせて研磨面の延長上にある仮想面よりも内側に入り込ませたものが考えられる。

研磨面で構成される側面上部と無研磨面で構成される側面下部は、両者の位相のずれが小さいほど好ましく、下記するこの発明の加工方法で側面上部を研磨したチップは、その位相のずれを１５′以下に抑えることができる。

この発明の刃先交換式チップの加工方法は、この発明のチップの側面上部を研磨する際の加工方法であって、研磨する前のチップを位置決めブロックで位置決めした後、チャック治具で保持し、次いで、保持されたチップの研磨する前の側面上部の正常姿勢からの角度ずれ量を測定し、その測定結果から求めた補正値を取り込んで側面上部の研磨を行なう。ここで言う正常姿勢とは、測定の基準となす姿勢であり、砥石との関係が一定している。

前記側面上部の角度ずれ量の測定は、チャック治具で保持したチップの研磨する前の側面上部と研磨用砥石との間のギャップを検出し、検出したギャップの基準ギャップからのずれ量を求めてそのずれ量を角度換算する方法で行なうことができる。

この方法でのギャップの検出は、チャック治具で保持したチップを、そのチップの中心を支点にして定位置で左回り方向と右回り方向に回転させ、このときの、側面上部の一端と他端が研磨用砥石に接触するまでの回転角からチップ中心の座標を演算し、演算したその座標と前記側面上部の一端又は他端の回転角をチップ中心の正常位置での座標及び正常姿勢のときの回転角と照合して行なう。

この発明の、刃先交換式チップは、側面上部を研磨し、側面下部は焼結肌を残したままにしている。従って、全周研磨に比べると側面の研磨面積が減少し、研磨加工の時間短縮による生産性の向上、それによるコスト低減が図れる。

なお、無研磨面を研磨面の延長上にある仮想面よりも内側に入り込ませたものは、側面上部が例えば曲面で構成されるときにもチップ座の座側面で支える側面下部は平面で構成することができ、カッタボディに設けるチップ座の加工を容易化し、併せて、チップの側面下部の着座安定性を高めることが可能になる。

また、側面上部（研磨面）と側面下部（無研磨面）の位相のずれが１５′以下のチップは、チップをカッタボディに装着したときの刃先精度のばらつきが小さくて工具の加工精度が向上する。

次に、この発明のチップの加工方法は、側面上部を研磨する前に、その側面上部の正常姿勢からの角度ずれ量を測定し、その角度ずれ量を補正して側面上部の研磨を行なう。この角度ずれ量の補正により、研磨が正確になされて研磨後の側面上部の位置精度が高まる。

また、チップをカッタボディに装着するときのチップの位置決めは側面下部を用いてなされるので、刃先位置をばらつかせるチップの側面上部と側面下部の位相のずれは小さいほどよい。この発明の方法によれば、研磨時のチップの姿勢が安定してチップの側面上部の位置精度の低下が抑えられるので、チップの側面上部と側面下部の位相のずれも小さくなり、チップをカッタボディに装着したときの刃先位置のばらつきが抑えられて工具の加工精度が向上する。

以下、添付図面の図１〜図１０に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。図１〜図５は、この発明の焼結品のチップ（刃先交換式チップ）の実施の形態を示している。図示のチップ１（刃先交換式チップ）は、基本構成が前掲の特許文献２で提案しているチップと共通するものであって、湾曲した上面２と、４つのコーナを有する略長方形の平坦な底面３と、その底面３の平行な２辺に連なる２つの側面４，４と、底面３の他の平行な２辺に連なる２つの端面５，５と、縦長の２つの主切れ刃６，６と、対角コーナ部に配置される２つの副切れ刃７，７と、上面２のコーナに形成される４つのノーズ部８_−１〜８_−４と、チップ中心に設けるクランプ用の取り付け穴９と、カッタボディのチップ座で支える支持面１０，１１を備えている。

側面４，４は、側面上部４ａと側面下部４ｂの２領域からなる。側面上部４ａは上面２との間に主切れ刃６となる稜線を作り出す面であってこの発明ではこの側面上部４ａを研磨面で構成している。

側面下部４ｂは、底面３と交差する面であり、側面上部４ａの下側に配置されている。この側面下部４ｂは、側面上部４ａに対して段差をもって連ならせており、側面上部４ａの延長上にある仮想面Ｖｆよりも内側に入り込んだ面になっている。側面上部４ａに対して段差なしで単に角度をもって連なる側面下部も考えられるが、側面上部４ａに対して段差をもって連なる側面下部は、側面上部を研磨することによる面積変化が起こらなくて好ましい。

主切れ刃６は緩やかに湾曲した刃になっている。その主切れ刃６を上面２との間に作り出す側面上部４ａは曲面の含まれた面になっている。これに対し、側面下部４ｂは平面で構成されており、この側面下部４ｂを前記支持面１０として利用してカッタボディに装着したチップの径方向位置決めがなされる。

その側面下部４ｂについては焼結肌が残された無研磨面にしており、そのために、図示のチップの場合、側面の研磨領域が全周研磨を行なうときに比べてほぼ半減する。

端面５は、対角コーナに偏った部分が他の部分よりも突出しており、その突出した部分の端面Ｅ_ｆが上面２と交差した位置の稜線が副切れ刃７となっている。また、突出していない部分の端面は平面で構成され、前記支持面１１としてカッタボディ上でチップを軸方向に位置決めするのに利用される。例示のチップは、副切れ刃７の逃げ面となる部分、すなわち、上述した突出した部分の端面Ｅ_ｆについても研磨を行っている。

上述した通り、チップの研磨領域を側面の上側のみとすることができ、研磨に要する時間が短縮されてチップの生産性向上、コスト低減の効果がさらに高まっている。

このチップ１は、側面下部４ｂと端面５を無研磨面で構成した点が前掲の特許文献２のチップと異なる。側面上部４ａと側面下部４ｂの位相のずれは１５′以下であり、従来の全周研磨品と置き換えて高精度加工用として使用することができる。

なお、図示のチップはあくまでも一例にすぎない。この発明は、側面の上側部分が逃げ面、下側部分が位置決めのための支持面として使用されるチップのすべてに適用される。

図１のチップ１を装着した切削工具の一例を図６に示す。図に示すようにカッタボディ２１の先端外周にチップ座２２が周方向に間隔をあけて複数設けられており、そのチップ座２２に、上記チップ１がクランプねじ２３でクランプして装着されている。

その装着は、副切れ刃７が工具の最先端に、主切れ刃６が最外周にそれぞれ位置し、主切れ刃６のアキシャルレーキが正、副切れ刃７のラジアルレーキが負となり、主切れ刃によって加工されるコーナの壁面が工具の軸心と平行、副切れ刃７によって加工されるコーナの底面が工具の軸心とほぼ直角になるように行われる。

このときのチップの工具径方向の位置決めは、チップの切削に関与しない側の側面下部４ｂをチップ座２２の座側面に当接させることによってなされる。また、軸方向の位置決めは、切削に関与しない側の端面５（支持面１１となす部分）をチップ座２２の座側面に当接させることによってなされる。

次に、上記チップ１の側面上部４ａを研磨加工するための方法を、図７〜図１０を参照して説明する。側面上部４ａの研磨は、チップ１を位置決めした後に実施されるが、チップの位置決めは、図７に示すように、曲面の含まれた側面上部４ａを位置決めブロック３０の支持面３１上にセットすることによって行なわれるので、セット過程において不可避の位置決め誤差が発生する。その状態で側面上部４ａを研磨すると、位置決め誤差の影響が現われて側面上部４ａと側面下部４ｂとの間に１°以上の角度ずれが発生する。その角度ずれは、チップをカッタボディに装着したときに刃先位置をばらつかせる。

この発明の加工方法は、その問題の解決策として開発されたものであって、研磨する前のチップ１を図７に示すように位置決めブロック３０で位置決めし、その後、図８に示すようにチャック治具（アンビルチャックなど）３２で保持する。

次いで、保持されたチップ１の研磨する前の側面上部４ａの正常姿勢からの角度ずれ量を測定する。その測定は、研磨する前の側面上部４ａと研磨を行なう砥石３３との間のギャップｇ（図９）を検出し、検出したギャップの基準ギャップからのずれ量を求めてそのずれ量を角度換算する方法で行なわれる。

ギャップｇの検出は、図９（ａ）、（ｂ）に示す方法で行える。この図９の方法は、チップ１を保持したチャック治具３２を予め定められたギャップ測定位置（定位置）に移動させ、その位置で中心を支点にしてチップ１を左回り方向と右回り方向に回転させ、このときの、側面上部４ａの一端と他端が砥石３３に接触するまでの回転角を求める。そしてその回転角からチップ中心Ｏの座標を演算し、演算したその座標と前記回転角をチップ中心の正常位置での座標及び正常姿勢のときの回転角と照合する。

例えば、正常姿勢での右回りの回転角がθに設定されているとして実際の回転角が（θ＋Δθ）であった場合（チップ中心Ｏは正常位置からずれていないと仮定する）、チップの角度は本来の角度からΔθずれていることになる。そこで、チャック治具の姿勢を制御してそのずれ角Δθを補正し（図１０参照）、補正後に砥石３３を切り込ませて側面上部４ａの研磨を行なう。

これにより、研磨後の側面上部４ａと研磨されていない側面下部４ｂの位相のずれが極めて小さくなる。実際に、従来最大で６３′あった位相のずれがこの方法で１５′以下に縮小された。標準偏差も従来が１７．４′に対し、この発明の方法では５．８′と極めて小さくなった。

なお、ギャップ測定位置で回転させたチップ１が砥石３３に接触したことは、接触音を検出する方法で確認することができる。

このように、この発明の加工方法を用いれば、側面下部４ｂとの間に大きな位相差（角度ずれ）を生じさせずにチップの側面上部４ａを研磨することができ、全周研磨品と比較して遜色のない性能を得ながら側面下部４ｂに無研磨面を残すことで研磨面積の削減を図ることが可能になり、高精度加工用チップの生産性の向上、コスト削減を図ることが可能になる。

図１に示したチップの場合、全周研磨は、１個当たりにほぼ３００秒の時間を費やす。これに対し、側面上部のみの研磨は約１００秒で可能であり、研磨時間がほぼ１／３に短縮された。これによる生産性の向上とコスト削減の効果は極めて大きい。

この発明の刃先交換式チップの一例を示す平面図 図１のチップの底面図 図１のチップの側面図 図１のチップの端面図 図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図 図１のチップを使用した切削工具の一例を示す側面図 位置決めブロックによる研磨加工前のチップの位置決め方法を示す図 位置決め後のチップのチャック治具による保持の概要を示す斜視図 チャック治具で保持したチップの角度ずれの検出方法を示す図 チャック治具で保持したチップの角度ずれの補正方法を示す図

符号の説明

１ 刃先交換式チップ
２ 上面
３ 底面
４ 側面
４ａ 側面上部
４ｂ 側面下部
５ 端面
６ 主切れ刃
７ 副切れ刃
８_−１〜８_−４ ノーズ部
９ 取り付け穴
１０、１１ 支持面
２１ カッタボディ
２２ チップ座
２３ クランプねじ
３０ 位置決めブロック
３１ 支持面
３２ チャック治具
３３ 砥石
Ｖｆ 仮想面
θ 回転角

Claims (6)

1. 上面（２）と側面（４）との間の稜線で主切れ刃（６）を構成し、上面（２）をすくい面、前記主切れ刃（６）に沿う側面上部（４ａ）を逃げ面、その側面上部（４ａ）と底面（３）との間に配置される側面下部（４ｂ）をチップ座の座側面に支えられる支持面にして使用する切削工具用の焼結品の刃先交換式チップであって、前記主切れ刃（６）に沿う側面上部（４ａ）を研磨面、側面下部（４ｂ）を焼結肌が残された無研磨面となした刃先交換式チップ。
2. 無研磨面で構成される前記側面下部（４ｂ）を、研磨面で構成される前記側面上部（４ａ）の延長上にある仮想面（Ｖｆ）よりも内側に入り込ませた請求項１に記載の刃先交換式チップ。
3. 前記研磨面で構成される側面上部（４ａ）と無研磨面で構成される側面下部（４ｂ）の位相のずれが１５′以下である請求項１又は２に記載の刃先交換式チップ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の刃先交換式チップの前記側面上部（４ａ）を研磨するときの加工方法であって、
   研磨する前の刃先交換式チップ（１）を位置決めブロック（３０）で位置決めした後、チャック治具（３２）で保持し、次いで、保持された刃先交換式チップ（１）の研磨する前の側面上部（４ａ）の正常姿勢からの角度ずれ量を測定し、その測定結果から求めた補正値を取り込んで側面上部（４ａ）の研磨を行なう刃先交換式チップの加工方法。
5. 前記側面上部（４ａ）の角度ずれ量の測定を、チャック治具で保持した刃先交換式チップ（１）の研磨する前の側面上部（４ａ）と研磨用の砥石（３３）との間のギャップ（ｇ）を検出し、検出したギャップ（ｇ）の基準ギャップからのずれ量を求めてそのずれ量を角度換算する方法で行なう請求項４に記載の刃先交換式チップの加工方法。
6. 前記ギャップの検出を、チャック治具で保持した刃先交換式チップ（１）を、チップ中心を支点にして定位置で左回り方向と右回り方向に回転させ、このときの、側面上部（４ａ）の一端と他端が研磨用の砥石（３３）に接触するまでの回転角からチップ中心の座標を演算し、演算したその座標と前記側面上部（４ａ）の一端又は他端の回転角をチップ中心の正常位置での座標及び正常姿勢のときの回転角と照合して行なう請求項５に記載の刃先交換式チップの加工方法。

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