JP4224214B2 - 切削用インサート - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は切削用インサート（cutting inset）であるが、作動切れ刃（operative cutting edge）の付随する前部切削部分（front cutting portion）と切削ツールに該インサートを設置するための後方設置部分（trailing mounting portion）とを有する型の切削用インサートに関する。
【０００２】
【発明の背景】
本発明は中にインサート受け用ポケット（inset receiving pockets）を配置するために利用可能な空間が限られている切削ツール上でのその設置用にコンパクトに設計された切削用インサートに関する。これは特にエンドミリング（end milling）、ドリリング（drilling）及びプランジング（plunging）動作などで使用される種類の回転切削ツールに関するが、それは複数のチップ除去用溝（chip evacuation flutes）を有する様に形成されそして該フルート間その前面上に切削用インサートを支えている。
【０００３】
この様な切削ツールの前面の表面に該切削ツールを設置するために利用可能な空間を効率よく使用するために、実質的に減少した寸法の後方設置部分を有しながらそれらに比較的長い切れ刃を持たせるために該切削用インサートの形状を最適化することが望ましい。
【０００４】
特許出願第ＰＣＴ／ＩＬ９７／００２７０号はエンドミリング用カッターに於ける上記問題を解決するよう設計された切削用インサートを開示している。該切削用インサートは、上部及び下部円弧切れ刃（upper and lower arcuate cutting edge）とそれら間の側部縁（side edge）が付随する動作前部表面を有する前部切削部分と、上部、下部及び側部壁（upper, lower and side walls）の全てが該前部切削部分のそれぞれの刃から離れるよう延びており、該側部壁は該前部切削部分から離れる方向に収斂しており、そして各円弧切れ刃の端部点間の距離より短い様な、上部、下部及び側部壁を有する後方設置部分と、を備えている。該インサートは該後方設置部分の該上部及び下部壁を通過するクランプ用ねじ孔（clamping screw bore）を有して形成されており、そしてこの孔の軸線が該カッターの回転軸線に対し実質的に直角になるように該カッター上に設置される。
【０００５】
米国特許第４、７６８、９０１号はドリル用ツールの前面上に設置される切削用インサートを開示している。該切削用インサートは切れ刃に付随された前部切削部分と上部、下部及び側部壁とそれら間に延びる後部壁を有する後方設置部分とを備えている。該切削用インサートは該後方設置部分の該上部及び下部壁を通過するクランプ用ねじ孔を有しており、該インサートは該クランプ用ねじ孔の軸線が該ドリル用ツールの回転軸線に平行になるように設置される。該後方設置部分の後部壁は該切れ刃に比較的近い後方設置部分の側部壁に隣接して配置された階段状横隣接面と、該横隣接面間に配置され該クランプ用ねじ孔の後部部分付近に延びる半円筒状中央面とを備えている。
【０００６】
本発明の目的は上記種類の切削用ツール内へのその設置に関し、とりわけ、有利な新しい切削用インサートを提供することである。
【０００７】
【発明の概要】
本発明の１つの側面に依れば、
少なくとも１つの切れ刃が付随する動作前面を有する前部切削部分と、そして
上部、下部及び側部壁を有する後方設置部分とを具備しており、該上部、下部及び側部壁は前記前部切削部分から前記動作前面と概ね同方向に配向された該後方設置部分の後部隣接壁（rear abutment wall）まで延びており、該後方設置部分の該側部壁は後部縁で前記後部隣接壁に会合しており、
前記後部隣接壁は２つの横面（lateral surfaces）とその間の中央面（central surface）とを含んでおり、前記横面は前記後部縁から該前部切削部分に向かう方向に収斂しており、そして前記中央面は該横面の隣接部分（adjacent portion）から前記前部切削部分を離れる方向に外方へ突出し、そして合体縁領域（merging edge region）でそれらに会合している。
【０００８】
本発明のもう１つの側面に依れば、回転の長手方向軸線と、動作切れ刃を有する切削用インサートをその中に支持するために少なくとも１つのインサート受けポケットを有して形成された前面と、を備えるツールホルダーが提供されるが、
該インサート受けポケットはポケット基壁（pocket base wall）と、該ツールホルダーが回転するよう設計された回転方向に対して規定された該ポケットの後端に配置されそして該ポケット基壁に対し横断的にそして前記回転軸線に対し横断的に配向されポケット後壁と、を備えており、
該ポケット後壁は２つの横部分と、その間の、該横部分の隣接領域に対し後方へ押し下げられておりそしてそれらに合体縁領域を介して会合する中央部分と、を有しており、該ポケット後壁の前記横部分はその外端から該切削用インサートの切れ刃に向かう方向に収斂している。
【０００９】
本発明に依る切削用インサートの後部隣接壁と該ポケット後壁の設計を用いて、特に該切削用インサートの後部隣接壁の横面と該ポケット後壁の横部分との特定の配向を用いて、切削動作中該ツールホルダーのボデイ上に印加される反作用力の有利な方向が達成される。これにより、応力集中とその結果の局部的変形とは、この視点から最もクリチカルである該ツールホルダーのこの領域から取り除かれる。
【００１０】
好ましくは、該切削用インサートはインサート受けポケット内にクランプ用ねじにより取り付けられるのがよい。この場合、該切削用インサートはクランプ用ねじ孔を有して形成され、該ポケット基壁はその中に該クランプ用ねじを受けるためにポケットねじ孔を有して形成される。該切削用インサートのクランプ用ねじ孔はそれに対し実質的に直角なその後方設置部分の上下壁間を通過する。
【００１１】
本発明の１実施例では、該ポケットねじ孔は該ツールホルダーの長手方向軸線と概ね同方向に向けられている。本発明のもう１つの実施例では、該ポケットねじ孔は該ツールホルダーの長手方向軸線に対し横断的に向けられている。
【００１２】
【詳細な説明】
図１から４は本発明の切削用インサート１を図解しているが、該切削用インサートは動作前面３を有する前部切削部分２と、それと一体に形成され該前部切削部分２から該切削用インサート１の後部方向に延びる後方設置部分４と、を具備している。該切削用インサートはそれの切削ツール上への設置用にクランプ用ねじ孔５を有して形成されている。該切削用インサート１はインデックス可能であり、そして該動作前面３の中央点Ｏ（図４）を通過するそして該クランプ用ねじ孔５の軸線Ｓを通過し、それと直角である、対称軸線Ａ（図２）の周りに１８０度対称性を有するよう設計されている。該インサートは、該対称軸線が中にありそして該クランプ用ねじ孔５の軸線Ｓに直角である基準面Ｐを有している。
【００１３】
図１，２，３及び４で見られるように、該前部切削部分２の動作前面３は該切削用インサートの基準面Ｐを実質的に横断している。該動作前面３は該基準面Ｐに概ね平行な大型上下切れ刃（major cutting edges）６と、該基準面Ｐを横断しそしてインサート前部隅部（inset front corner）８でそれに会合する該大型切れ刃６の間に延びる小型側部切れ刃（minor cutting edge）７と、を境にしている。該動作前面３は該大型切れ刃６，小型切れ刃７及び前部隅部８から内側へ傾斜しておりそして更に、それから外方に突出する中央に配置されたチップブレーカー（chip breaker）９に向かって立ち上がっている。それにより、該切れ刃６と７は適当なチップ制御手段を有するチップレーキ面（chip rake surfaces）を備えている。
【００１４】
切削用インサート１の各大型切れ刃６は、それらの付随するインサート前部隅部８から基準面Ｐに向かってそして切削用インサート１から外方に延びる２つの要素切れ刃（component cutting edge）１１を有する。図２に示す様に、各大型切れ刃６の要素切れ刃１１はその間に内部鈍角（interior obtuse angle）θを規定する。
【００１５】
後方設置部分４は切削用インサートの該基準面Ｐに概ね平行に配向された上下部壁１２と該基準面Ｐに横断的に配向された側部壁１３とを有するプリズム形状を有する。該上下部壁１２と側部壁１３は前部切削部分２のそれぞれの上下切れ刃６及び側部縁７から後方設置部分４の後部隣接壁１４まで延びている。該後部隣接壁１４はインサート後部隅部１６間に延びるインサート後部縁１５で該側部壁１３と会合する。該後部隣接壁１４は該上部、下部及び側部壁１２及び１３に実質的に横断的に向けられている。クランプ用ねじ孔５は上部及び下部壁１２を通過している。
【００１６】
図３で見られる様に、該後方設置部分４の該上下部壁１２は後部隣接壁１４に向かって収斂し、そして側部壁１３もそに様になっているがそれは図２で最もはっきり見られる。該上下部壁１２と側部壁１３はそれぞれのレリーフ面（relief surfaces）１７と１８を介してそれぞれの上下切れ刃６と側部切れ刃７と合体する。
【００１７】
図２及び５で見られる様に、後部隣接壁１４は、後部縁（rear edges）１５に隣接して配置された２つの横面（lateral surfaces）２０と、その間にあり該横面から後方にそして外方に突出し合体縁領域（merging edge regions）２３でそれに会合する中央面２２とを有している。該横面２０は後部縁１５から前部切削部分２の方向へ収斂し、そして、図５で見られる様に、合体縁領域２３を通過する仮想面（imaginary plane）Ｑが後部縁１５より前部切削部分２（図示せず）に近くそして、好ましくは、前部切削部分２からクランプ用ねじ孔５の軸線Ｓより遠くなるように、配向される。図５で示される様に、該横面２０の配向はそれらの付随された後部縁１５と合体縁領域２３とを両者が通過する仮想面Ｔ１とＴ２とにより規定され、そして要素切れ刃１１により形成される該角度θと実質的に等しい角度τをその間で形成している。図５で見られる様に、合体縁領域２３間の距離は該クランプ用ねじ孔５の最大直径よい大きいことが好ましい。
【００１８】
図５で見られる様に、該横面２０は、該切削用インサート１の外方に、その後部の方に、位置する軸線（図示せず）を有する第１の円筒状弧２５上に実質的に乗っており、そして中央面２２は該切削用インサート１の内方へ位置する軸線（図示せず）を有する第２の円筒状弧２６上に実質的に乗っている。該弧２５と２６の軸線は平行であり該クランプ用ねじ孔５の軸線Ｓと同一平面上にある。第２円筒状弧２６の半径ｒは第１円筒状弧２５の半径Ｒより実質的に小さい。代わって、該横面２０は平面状であるか他の何等かの適当な形状を有してもよい。
【００１９】
図６は本発明の切削用インサートが設置されるべきツールホルダー２７を図解している。見られる様に、該ツールホルダー２７は切削ヘッド３０を有しそして該切削ヘッド３０の前面３４から該ツールホルダーの回転の長手方向軸線Ｘに沿って延びるチップ除去用溝（chip evacuation flute）３２を有して形成されている。該ツールホルダー２７は、切削ヘッド３０のボデイ部分４０上に該長手方向軸線Ｘに近く配置された１対の同一のインサート受けポケット３８ａと、該切削ヘッド３０のボデイ部分４２上で該長手方向軸線Ｘから遠くに配置された１対の同一のインサート受けポケット３８ｂとをその前面３４に有して、そして該インサート受けポケット３８ａと同じボデー部分４０上であるがその周辺に配置された１対の同一のインサート受けポケット３８ｃを有して形成されている。
【００２０】
該インサート受けポケット３８ａ、３８ｂ、３８ｃは全て上記説明の切削用インサート１と同一切削用インサートを受けるよう設計されておりそして、その結果、全て該切削用インサート１の形状と概ね対応した形状を有するので、１つのインサート受けポケットだけを、３８と一般的に呼称して、図７を参照して以下で詳細に説明する。
【００２１】
図７に示す様に、該インサート受けポケット３８はポケットねじ孔（pocket threaded bore）４５を有して形成されたポケット基壁（pocket base wall）４４と、該ツールホルダーが回転するよう設計された回転方向Ｄに対して規定された、ポケット３８の後端４９に配置されたポケット後壁（pocket rear wall）４８とを有する。該ポケット後壁４８は該ポケット基壁４４に実質的に直角にそして回転方向Ｄに実質的に直角に配向されている。
【００２２】
該ポケット後壁４８は該切削用インサート１の後部隣接壁（rear abutment wall）１４の形状に概ね対応する形状を有する。特に、該ポケット後部壁４８は１対の横部分５０とその間の、それぞれの横部分５０の隣接領域に対し後方に押し下げられそれらに合体縁領域５３で会合する円弧状中央部分５２とを有する。ポケット後部壁４８の該横部分５０はその外端６０から該ポケットねじ孔４５に向かって収斂するので該合体縁領域５３は回転方向Ｄに対して該横部分５０の該外端６０より前に配置されている。
【００２３】
図８ａと８ｂは、図６に示すツールホルダー２７と、その長手方向軸線Ｘから異なる距離でそして異なる仕方で該ツールホルダー２７のそれぞれのインサート受けポケット３８ａ、３８ｂ、３８ｃ内に設置された、本発明の、図１から４に示す切削用インサート１ａ、１ｂ及び１ｃと、を含むプランジ動作用切削ツール組立体を図解している。
【００２４】
見られる様に、該切削用インサート１ａと１ｂとは、それらのそれぞれのクランプ用ねじ６４ａと６４ｂとが該切削ツールの長手方向軸線Ｘに実質的に平行に配向され、それによりそれらの下部大型切れ刃６ａと６ｂが動作位置にあるように設置されている。該切削用インサート１ｃは、それらのクランプ用ねじ６４ｃが該長手方向軸線Ｘに実質的に直角でありそれによりそれらの小型切れ刃７ｃが動作切れ刃として存在するように設置されている。
【００２５】
該切削用インサート１ａ、１ｂ及び１ｃのそれらのそれぞれのインサート受けポケット３８ａ、３８ｂ及び３８ｃ内での支持は該ポケットの基壁４４に対する該インサートの上部壁１２の隣接により、そして該ポケットの後部壁４８に対する該インサートの後部隣接壁１４の隣接により提供されるが、後者の隣接は図９ａ、９ｂ及び９ｃで特に図解される様に横部隣接範囲７２と７６そして中央隣接範囲７４で行われる。これらの図は、それぞれ、切削用インサート１ａ、１ｂ及び１ｃと、それぞれ７２ａ，７４ａ及び７６ａ；７２ｂ、７４ｂ及び７６ｂ；そして７２ｃ、７４ｃ及び７６ｃと呼称されるそれらの隣接範囲７２，７４及び７６とを示している。各切削用インサートでの該隣接範囲の位置そして、特に中央隣接範囲７４の位置は、該切削ツール内での該切削用インサートの位置に依るが、該切削用インサートが切削動作中それに印加される切削力に対し適切に支持されることを保証するようなものになっている。
【００２６】
加えて、本発明に依る、該切削用インサートの後部隣接壁の横面と該ポケット後部壁の横部分の特定の配向のために、切削動作中該ツールホルダーのボデイ上に印加される反作用力の有利な方向性が達成される。これにより、この視点から最もクリチカルな該ツールホルダーボデイのこれらの領域、例えば、図８ｂを参照すると、その後部隣接壁１４ｂの最外縁で該切削用インサート１ｂを支える、該ポケット６４ｂのポケット後部壁４８ｂの最外縁に隣接する該ボデイ部分４２の領域で、応力集中とその結果としての局部変形とが取り除かれる。
【００２７】
本発明の切削用インサートと特にその前部切削部分とその後方設置部分は上記で説明されてないそして図に示されてない代替えの設計を有してもよい。かくして該インサートの前部切削部分は該切削ツール組立体が使用されるべき切削動作に依りどんな適当な形状も、そしてその切れ刃のどんな適当な形状も有してもよい。例えば、該切削用インサートの大型切れ刃は唯１つの要素切れ刃を有してもよく或いは各々が直線状又はカーブした２つより多くの要素切れ刃から成ってもよい。該インサート後方部分の後部隣接壁の横及び中央面と該ポケット後部壁の横及び中央部分はそれらの隣接範囲の予め決められた位置を保証するどんな形状を有してもよい。かくして、例えば、該インサート後部隣接壁と該ポケット後部壁の横面は異なる曲率半径を有してもよく、或いはそれらの何れかの横面は円弧形でなくてもよい。該切削ツールは種々の数のチップ除去用溝とその中に設置される種々の数の切削用インサートを有してもよい。該切削用インサートはプランジ動作の他の切削動作用に設計された切削ツールで使用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の切削用インサートの斜視図である。
【図２】 図１に示す切削用インサートの平面図である。
【図３】 図１に示す切削用インサートの側面図である。
【図４】 図１に示す切削用インサートの正面図である。
【図５】 Ｖ−Ｖ線に沿って取られた図３に示す切削用インサートの後方設置部分の拡大部分断面図である。
【図６】 本発明のツールホルダーの斜視図である。
【図７】 図６に示すツールホルダー内に形成されたインサート受けポケットの斜視図である。
【図８Ａ】 図６に示すツールホルダーと図１に示す様な切削用インサートとを含む切削ツール組立体の斜視図である。
【図８Ｂ】 図８Ａに示す切削ツール組立体の正面図である。
【図９Ａ，９Ｂ及び９Ｃ】 図８Ａ及び８Ｂに示す切削ツールのツールホルダー上に設置された時のそれぞれの切削用インサート１ａ、１ｂ及び１ｃの断面図である。
【符号の説明】
１ 図１から５の切削用インサート
１ａ、１ｂ、１ｃ 図８ａ、８ｂの切削用インサート
２ 前部切削部分
３ 動作前面
４ 切削用インサート１の後方設置部分
５ クランプ用ねじ孔
６ 切削用インサート１の大型切れ刃
６ａ、６ｂ 切削用インサート１ａ及び１ｂの下部大型切れ刃
７ 切削用インサート１の小型切れ刃
７ｃ 切削用インサート１ｃの小型切れ刃
８ インサート前部隅部
９ チップブレーカー
１１ 切削用インサート１の要素切れ刃
１２ 後方設置部分の上部及び下部壁
１３ 後方設置部分の側部壁
１４ 切削用インサート１の後方設置部分の後部隣接壁
１５ 後方設置部分４の後部縁
１６ インサート後部隅部
１７，１８ レリーフ面
２０ 切削用インサート１の後部隣接壁の横面
２２ 切削用インサート１の後部隣接壁の中央面
２３ 後部隣接壁１４の合体縁領域
２５ 第１円筒状弧
２６ 第２円筒状弧
２７ ツールホルダー
３０ ツールホルダーの切削ヘッド
３２ チップ除去用溝
３４ 切削ツールの前面
３８ インサート受けポケットの総称
３８ａ、３８ｂ、３８ｃ インサート受けポケット
４０，４２ 切削ヘッドのボデイ部分
４４ インサート受けポケット３８の基壁
４５ インサート受けポケット３８のポケットねじ孔
４８ インサート受けポケット３８の後壁
４９ インサート受けポケット３８の後端
５０ 後壁４８の横部分
５２ 後壁４８の中央部分
５３ 後壁４８の隣接隅部
６０ 横部分５０の外端
６４ａ、６４ｂ、６４ｃ クランプ用ねじ
７２，７６ 横隣接範囲の総称
７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７６ａ、７６ｂ、７６ｃ それぞれの切削用インサート１ａ、１ｂ、１ｃの横隣接範囲
７４ 中央隣接範囲の総称
７４ａ、７４ｂ、７４ｃ それぞれの切削用インサート１ａ、１ｂ、１ｃの中央隣接範囲
θ 要素切れ刃１１間の角度
τ 横面２０の仮想面Ｔ１とＴ２の間の角度
Ａ 対称軸線
Ｄ 回転方向
Ｏ 動作前面３の中央点
Ｐ 基準面
Ｑ 隣接隅部２３を通過する仮想面
Ｒ、ｒ それぞれ第１及び第２円筒状弧２５及び２６の半径
Ｓ クランプ用ねじ孔５の軸線
Ｔ１，Ｔ２ 横面２０の仮想面
Ｘ 切削ツールの長手方向軸線

Claims (11)

1. 少なくとも１つの切れ刃が付随する動作前面を備える前部切削部分と、そして上部、下部及び側部壁を有する後方設置部分とを具備しており、該上部、下部及び側部壁は前記前部切削部分から前記動作前面と概ね同方向に配向された該後方設置部分の後部隣接壁まで延びており、該後方設置部分の該側部壁は後部縁で前記後部隣接壁に会合しており、
   前記後部隣接壁は２つの横面とそれらの間の中央面とを有しており、前記横面は前記後部縁から該前部切削部分に向かう方向に収斂しており、そして前記中央面は前記前部切削部分から離れる方向に、該横面の隣接部分から外方へ突出しそしてそれに、合体縁領域で会合しており、
   該前部切削部分の該切れ刃はそれが付随する該インサートの前部隅部から該後方設置部分を離れその外方へ延び、相互で以て内部鈍角を規定する２つの要素切れ刃を有しており、該後方設置部分の前記横面は前記内部鈍角と実質的に等しい角度で収斂する仮想面に実質的に沿って配向されていることを特徴とする切削ツール上に設置するための切削用インサート。
2. 請求項１の切削用インサートに於いて、該後方設置部分の該側部壁がその後部隣接壁に向かって収斂することを特徴とする切削用インサート。
3. 請求項１の切削用インサートに於いて、該後方設置部分の前記側部壁は後部縁で前記後部隣接壁に会合し、そして前記中央面は、該前部切削部分に対して、該後方設置部分の後部縁の前方側に配置された合体縁領域で該横面の前記隣接部分に会合することを特徴とする切削用インサート。
4. 請求項１の切削用インサートに於いて、該切削用インサートはその後方設置部分の該上部及び下部壁間を通過しそれらに対し実質的に直角な軸線を有するクランプ用ねじ孔を有して形成されることを特徴とする切削用インサート。
5. 請求項４の切削用インサートに於いて、前記合体縁領域を通過する仮想面が後部縁より前部切削部分に近くそして前部切削部分から前記クランプ用ねじ孔の該軸線より遠くなるように配置されることを特徴とする切削用インサート。
6. 請求項４の切削用インサートに於いて、該合体縁領域間の距離が前記クランプ用ねじ孔の最大直径より大きいことを特徴とする切削用インサート。
7. 回転の長手方向軸線と、動作切れ刃を有する切削用インサートを中に支持するための少なくとも１つのインサート受けポケットを備えて形成された前面とを具備するツールホルダーに於いて、
   該インサート受けポケットはポケット基壁と、該ツールホルダーが回転するよう設計された回転方向に対し規定された該ポケットの後端に配置されそして該ポケット基壁に対し横断的にそして前記回転の方向に対し横断的に配向されたポケット後壁と、を有しており、
   該ポケット後壁は２つの横部分と、その間の、該横部分の隣接領域に対し後方へ押し下げられておりかつそれらに合体縁領域を介して会合している中央部分とを有しており、該インサート受けポケット内に設置された時、該ポケット後壁の前記横部分はその外端から該切削用インサートの切れ刃に向かう方向に収斂していることを特徴とするツールホルダー。
8. 請求項７のツールホルダーに於いて、前記中央部分は前記回転方向に対して該ポケット後壁のその外端の前方側に配置された合体縁領域で該横部分の前記隣接領域に会合することを特徴とするツールホルダー。
9. 請求項７のツールホルダーに於いて、該ポケット基壁は前記インサート受けポケット内に該切削用インサートを取り付けるためのクランプ用ねじを中に受けるためにポケットねじ孔を有して形成されていることを特徴とするツールホルダー。
10. 請求項９のツールホルダーに於いて、該ポケットねじ孔は該ツールホルダーの長手方向軸線と概ね同方向に向けられていることを特徴とするツールホルダー。
11. 請求項９のツールホルダーに於いて、該ポケットねじ孔が該ツールホルダーの長手方向軸線に対し横断的に向けられていることを特徴とするツールホルダー。

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