JP5197070B2 - 切削インサート及び切削工具、並びに切削方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属部材等の平面加工に用いられる切削インサート及び切削工具、並びに切削方法に関する。

従来から金属部品等のフライス加工用切削工具に用いられる切削インサートとして、例えば特許文献１に示すものが開示されている。

この切削インサートは、上面が略正４角形の板状のインサート本体を備えている。インサート本体は、上面にすくい面を、側面に逃げ面を、下面に工具ホルダと当接する着座面をそれぞれ有している。

この切削インサートには、上面の周縁に沿って、切刃が形成されている。具体的には、まず上面の各コーナに形成された４つのコーナ切刃を備えている。各コーナ切刃の一端と他端には、それぞれ主切刃と副切刃が繋がっており、主切刃と副切刃は、隣り合う２つのコーナ間にそれぞれ１つずつ形成されている。各コーナ間に位置する主切刃と副切刃は、それぞれ補助切刃によって繋がっている。

各補助切刃は、隣接する主切刃との接続点が、隣接する副切刃との接続点に比べ、インサート本体の下面から高い位置に形成されている。また、各コーナ切刃は、隣接する副切刃と繋がる一端から、隣接する主切刃と繋がる他端に向かうにつれて、上方に傾斜している。このため、各主切刃は、各副切刃に比べ、インサート本体の下面から高い位置に配設されている。

上述した切削インサートは、工具ホルダの外周側先端部に取り付けられる際、工具ホルダの回転軸線に対して正のアキシャルレーキ角を持たせて配置されるとともに、工具ホルダの半径方向の軸線に対して負のラジアルレーキ角を持たせて配置される。そして、切削加工の際は、工具ホルダの外周側に位置する主切刃と、これに繋がるコーナ切刃とが被削材を切削する。切削された被削材の加工面、すなわち、加工壁面と加工底面は、互いに略直角な関係となる。

工具ホルダの外周側に位置する副切刃、すなわち、加工壁面側の副切刃を、加工壁面側の主切刃よりも工具ホルダの回転軸側に後退させ、切削加工の際に被削材の加工壁面に干渉しないよう、上述した負のラジアルレーキ角を切削インサートに持たせている。

一方、工具ホルダの先端側に位置する副切刃、すなわち、加工底面側の副切刃は、上述した被削材の加工底面を平滑に仕上げるさらい刃として用いられる。この加工底面側の副切刃と隣接する主切刃、すなわち加工底面側の主切刃を、加工底面側の副切刃よりも工具ホルダの後端側に後退させ、切削加工の際に被削材の加工底面に干渉しないよう、上述した正のアキシャルレーキ角を切削インサートに持たせている。
特開平７−２６６１２０号公報

一般に、フライス加工用の切削工具を用いて切削加工を行う際に切刃に係る切削抵抗は、工具ホルダの先端側に位置する切刃、特に切削に用いられるコーナ切刃において最大となる。これに対し、特許文献１に記載された切削インサートにおいて、各コーナ切刃は、インサート本体の下面からの高さが、隣接する加工底面側の副切刃と繋がる一端から、隣接する壁面側の主切刃と繋がる他端に向かうにつれて高くなるように形成され、このコーナ切刃に沿うすくい面のすくい角が大きく変化するため、刃先角が確保されず、切削加工時におけるコーナ切刃の損傷が生じやすいという問題があった。

また、切削加工時において、加工底面側の主切刃に沿う逃げ面が、被削材の底面と干渉し、切削インサートの工具寿命が短くなりやすいという問題があった。

また、切削加工時において、コーナ切刃及び加工底面側の副切刃により切削された切り屑が、被削材の加工底面と該加工底面側の主切刃との間にかみ込むことにより、加工底面側の主切刃が損傷しやすい、或いは、上記切り屑が、工具ホルダに突き当たることにより、工具ホルダが損傷しやすいという問題があった。

また、加工壁面側の主切刃により切削された切り屑が、切削インサートを乗り越えて、工具ホルダに突き当たることにより工具ホルダの損傷が生じやすいという問題があった。

また、切削加工時において、加工壁面側の主切刃に係る切削抵抗は、隣接するコーナ切刃側で大きいため、この部分では刃先強度が求められており、それ以外の部分では主切刃に係る切削抵抗を低減するために刃先の鋭さが求められている。

また、一般のフライス加工用の切削工具と同様、４コーナ仕様の直角壁面加工用切削インサートにおいても、被削材の加工底面を、より平滑に仕上げることが可能な切削インサートが求められている。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、従来よりも優れた切削性能を備える４コーナ仕様の直角壁面加工用切削インサートを提供することにある。

本発明の一態様に係る切削インサートは、略正４角形の上面を備える板状のインサート本体と、該上面の周縁に沿って形成された切刃部と、を備え、前記切刃部は、前記上面の各コーナに形成された４つのコーナ切刃と、各前記コーナ切刃の一端と他端にそれぞれ繋がるとともに、各前記コーナ切刃間にそれぞれ１つずつ形成された主切刃及び副切刃と、各コーナ切刃間に位置する前記主切刃と前記副切刃とをそれぞれ繋ぐ補助切刃と、を有し、する切削インサートにおいて、各前記補助切刃は、隣接する前記主切刃との接続点における前記インサート本体の下面からの高さが、隣接する前記副切刃との接続点よりも高くなっており、各前記主切刃が、隣接する前記補助切刃との接続点から隣接する前記コーナ切刃との接続点に近づくにつれ前記下面からの高さが低くなるよう形成されるとともに、各前記コーナ切刃は、前記下面からの高さが、略一定となっており、前記補助切刃は、上面視した場合に、隣接する前記主切刃との接続点から隣接する前記副切刃との接続点に近づくにつれて前記上面の反対側の辺に近づくように、前記インサート本体の内側に向かって傾斜していることを特徴とする。

本発明によれば、従来よりも優れた切削性能を備える４コーナ仕様の直角壁面加工用切削インサートを提供することができる。

以下に本発明の実施例を、図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る切削インサートの第一実施例の斜視図である。図２は図１の切削インサートの上面図である。図３は図１の切削インサートの側面図である。図４は、本発明に係る切削インサートを工具ホルダに取り付けた切削工具の斜視図である。図５は、図４のＧ部と被削材の加工面との関係を示す拡大模式図である。

図１に示すように、本実施例の切削インサート１は、上面と下面２４とが略正４角形となる板状に形成されたインサート本体２と、上面の周縁に沿って形成された切刃部３とを備えている。上面には、切刃部３側からインサート本体の内側に延びるすくい面２０が形成されている。また、上面には、すくい面２０よりも内側に位置するボス面２１が形成されている。このボス面２１は、インサート本体２の下面２４と略平行であり、中央に、インサート本体２の上面と下面２４とを略垂直に貫通する取り付け孔２２が形成されている。すくい面２０は、インサート本体２の内側に向かうとともに上方に傾斜する立ち上がり面２０ｅを備えており、この立ち上がり面２０ｅは、ボス面２１の周縁に繋がっている。

図２に示すように、切刃部３は、上面の各コーナに形成された４つのコーナ切刃３０と、各辺に沿って１つずつ、合計４つ形成された主切刃３１及び副切刃３２とを備えている。各コーナ切刃３０の一端には、隣接する主切刃３１が繋がっており、他端には、隣接する副切刃３２が、それぞれ繋がっている。これら主切刃３１と副切刃３２とを繋ぐ補助切刃３３が、各辺に１つずつ形成されている。

インサート本体２の上面には、主切刃３１に沿って形成された主切刃すくい面２０ｂと、補助切刃３３に沿って形成された補助切刃すくい面２０ｄと、副切刃３２に沿って形成された副切刃すくい面２０ｃと、コーナ切刃３０に沿って形成されたコーナ切刃すくい面２０ａとが、それぞれ４つずつ備えられており、これらの面が互いに繋がることにより、上述したすくい面２０が構成されている。

主切刃すくい面２０ｂは、隣接するコーナ切刃すくい面２０ａとの接続部分から隣接する補助切刃すくい面２０ｄに向かうにつれ、上方に傾斜するとともにすくい角が漸次大きくなる凹曲面で形成されている。また、補助切刃すくい面２０ｄは、副切刃すくい面２０ｃとの接続部分から主切刃すくい面２０ｂ側に向かうにつれて、上方に傾斜するように形成されている。したがって、主切刃すくい面２０ｂと補助切刃すくい面２０ｄとの接続部分は、上方に隆起した形状になっている。

図３に示すように、上面の各辺に沿って形成された隣り合う主切刃３１と副切刃３２には段差があり、これらを繋ぐ補助切刃３３は、主切刃３１と繋がる接続点３３ａから副切刃３２と繋がる接続点３３ｂに向かうにつれ、下面２４側に向かって漸次傾斜している。

主切刃３１は、隣接する補助切刃３２との接続点から隣接するコーナ切刃３０との接続点に近づくにつれ下面２４側に向かって傾斜するように形成されている。また、コーナ切刃３０の高さが略一定となっている。なお、本明細書中では、「高さ」とは、インサート２の下面２４を含む平面からの高さをいう。また、「コーナ切刃３０の高さが略一定」とは、切削インサート１の側面視において、切削インサート１の着座面に対するコーナ切刃３０の角度が、±３°の範囲内であることをいう。

インサート本体２の側面には、切刃部３と繋がる逃げ面２３が複数形成されている。具体的には、コーナ切刃３０と下面２４とを繋ぐコーナ逃げ面２３ｃと、主切刃３１及び補助切刃３２に繋がる第一逃げ面２３ａと、第一逃げ面２３ａと下面２４とを繋ぐ第二逃げ面２３ｂと、副切刃３２に繋がるとともに第二逃げ面２３ｂとコーナ切刃３０とを繋ぐ副切刃逃げ面２３ｄとが、それぞれ４つずつ形成されている。なお、図３においては、逃げ面２３のうち、隣り合う２つのコーナ間に沿って形成された第一逃げ面２３ａ、第二逃げ面２３ｂ、副切刃逃げ面２３ｄ、コーナ切刃逃げ面２３ｃを示している。

第一逃げ面２３ａは、インサート本体２の下面２４側に向かうにつれインサート本体２の内側に所定の角度α（逃げ角）で傾斜している。第二逃げ面２３ｂは、インサート本体２の下面２４側に向かうにつれインサート本体２の内側に、第一逃げ面２３ａよりも急な角度β（逃げ角）で傾斜している。また、第一逃げ面２３ａと第二逃げ面２３ｂとの繋がる交線部２３ｅは、高さが略一定となっている。なお、「交線部２３ｅの高さが略一定」とは、切削インサート１の側面視において、切削インサート１の着座面に対する第一逃げ面２３ａと第二逃げ面２３ｂとのなす交線の角度が、±３°の範囲内であることをいう。

主切刃３１と補助切刃３３とは、第一逃げ面２３ａに沿って形成されている。このため、主切刃３１と繋がる接続点３３ａから副切刃３２と繋がる接続点３３ｂに向かうにつれ、下面２４側に向かって漸次傾斜している補助切刃３３は、図２に示すように、上面視においてもインサート本体２の内側に窪んでいる。一方、副切刃３２は、曲線状をなし、上面の各辺においてインサート本体２の外側に突き出ている。

（切削工具）
次に、上記切削インサートが工具ホルダに取り付けられた切削工具について説明する。図４に示すように、切削工具４は、軸線Ｎ周りに回転される工具ホルダ５を有している。工具ホルダ５には、先端側の外周に、切削インサート１を一つずつ取り付け可能な凹部５０が複数形成されている。これらの凹部５０は、それぞれ工具ホルダ５の外側に向けて開口している。また、凹部５０のうち、回転方向Ｏの後方側に切削インサート１を取り付けるためのインサートポケット５１が形成されている。インサートポケット５１には、回転方向Ｏに略垂直な面をなすインサート取り付け座５２が形成されている。インサート取り付け座５２には、ネジ孔が形成されている。工具ホルダ５に切削インサート１を取り付ける際は、インサート取り付け座５２に、切削インサート１の着座面を当接させた状態で、クランプ螺子により、切削インサート１を固定する。

このようにして構成された切削工具４は、アキシャルレーキを正に、ラジアルレーキを負に設定されたフライス工具として、図５に示すように、切削された被削材６の底面と壁面とが互いに略直角な関係にあるように被削材６を切削する。

被削材６の加工壁面を切削するために用いられる切刃は、工具ホルダ５の回転軸Ｎに略平行かつ、外周側に位置する主切刃３１ｂと、これに繋がるコーナ切刃３０である。このとき、負のラジアルレーキ角を切削インサート１に持たせることにより、被削材６の壁面を切削する外周側の主切刃３１ｂと隣り合うとともに工具ホルダ５の後端側に位置する外周側の副切刃３２ｂが、被削材６の壁面に干渉し損傷するのを抑制することができる。

一方、工具ホルダの先端側に位置する副切刃３２ａが、上述した被削材６の加工底面を平滑に仕上げるさらい刃として用いられる。このとき、正のアキシャルレーキ角を切削インサート１に持たせることにより、先端側の副切刃３２ａと隣接する先端側の切削に関与しない主切刃３１ａが、被削材６の加工底面に干渉し損傷するのを抑制することができる。

本実施例において、主切刃３１は、隣接する補助切刃３３との接続点３３ｂから隣接するコーナ切刃３０との接続点３３ａに近づくにつれ下面２４側に向かって傾斜するように形成されている。さらに、コーナ切刃の高さが略一定となっている。これらにより、隣接する副切刃すくい面２０ｃから隣接する主切刃すくい面２０ｂに向かってコーナ切刃すくい面２０ａのすくい角が大きく変化するのを抑制し、コーナ切刃３０における刃先角が確保される。このため、切削加工に使用されるコーナ切刃３０の損傷を抑制することができる。

また、主切刃すくい面２０ｂは、隣接するコーナ切刃すくい面２０ａから隣接する補助切刃すくい面２０ｄに向かうにつれ、すくい角が漸次大きくなる凹曲面で形成されている。これにより、主切刃３１に係る切削抵抗の大きなコーナ切刃３０側における刃先強度を向上させて刃先の損傷を抑制するとともに、補助切刃３３側に向かうにつれて刃先を鋭くし、壁面側の主切刃に係る切削抵抗を低減することができる。

また、補助切刃３３は、上面視でインサート本体２の内側に窪んでいる。これにより、負のラジアルレーキ角を持つように取り付けられた切削インサート１において、外周側の切削に関与しない副切刃３２ｂと被削材６の加工壁面との干渉を回避できる。

また、副切刃３２は、上面視でインサート本体２の外側に向かって突き出ているとともに、側面視で第一逃げ面２３ａと第二逃げ面２３ｂとの交線部２３ｅと略同一の高さに形成されている。これにより、先端側の副切刃３２ａが被削材６の加工底面を切削する位置に取り付けられる際、交線部２３ｅと被削材６の加工底面との干渉を回避できる。

さらに、副切刃３２は、曲線状に形成されている。これにより、切削インサート１のインサート取り付け座５１への取り付け姿勢が角度ずれ等を起こした場合であっても、被削材６の加工底面に対する先端側の副切刃３２ａの接触領域の形状はほとんど変化することがないため、被削材６の加工底面を良好に仕上げることができる。

また、すくい面２０は、インサート本体２の内側に向かうとともに上方に傾斜する立ち上がり面２０ｅを備えており、ボス面２１の周縁は、この立ち上がり面２０ｅに繋がっている。これにより、コーナ切刃３０及び外周側の主切刃３１ｂによって切削された切り屑が、立ち上がり面２０ｅに沿って排出されるため、凹部５０内における切り屑詰まりを抑制することができる。

また、補助切刃すくい面２０ｄは、副切刃すくい面２０ｃから主切刃すくい面２０ｂに向かうにつれて、上方に傾斜するように形成されている。これにより、コーナ切刃３０及び先端側の副切刃３２ａが切削した切り屑が、先端側の主切刃３１ａと被削材６の加工底面との間にかみ込むことによる先端側の主切刃３１ａの損傷、或いは、工具ホルダ５の凹部５０に突き当たることによる工具ホルダ５の損傷等を抑制することができる。

（第二実施例）
次に、本発明の第二実施例について、図面を参照して説明する。なお、第一実施例と略同一の構成については、同一の符号を付し、説明を省略するものとする。

図６は、第二実施例の切削インサートの上面図である。図７は、図４のＧ部に、第二実施例の切削インサートを取り付けた場合の被削材の加工面との関係を示すＧ部拡大模式図である。

第二実施例の切削インサートは、第一実施例の切削インサートが備える副切刃と、形状の異なる副切刃を備えている。具体的には、図６に示すように、副切刃３２は、コーナ切刃３０の一端と、補助切刃３３との接続点３３ｂとを結ぶ直線状に形成されている。これにより、図７に示すように、先端側の副切刃３２ａを被削材６の加工底面と平行に取り付けることができるため、第一実施例と比べ、被削材６の加工底面を平滑に仕上げることができる。

さらに、第一逃げ面２３ａと第二逃げ面２３ｂとの交線部２３ｅと、この副切刃３２の高さは略同一であり、かつ、交線部２３ｅが、副切刃３２の延長線上からインサート本体２の内側に向かって傾斜している。これにより、先端側の副切刃３２ａを被削材６の加工底面と平行に取り付けた際、図７に示すように、第一逃げ面２３ａと第二逃げ面２３ｂとの交線部２３ｅは、被削材６の加工底面と干渉することのない位置に配置される。

（切削方法）
次に、本発明に係る切削工具の第一実施例を用いて被削材を切削する切削方法について図面を参照して説明する。

図８乃至図１０に、本発明に係る第一実施例の切削工具を用いて被削材を切削する切削方法の工程図を示す。まず、工具ホルダ５に切削インサート１を取り付ける。そして、図８に示すように、切削工具４を回転させるとともに、切削工具４を被削材６に近づける。なお、切削工具４と被削材６は、相対的に近づけば良く、例えば、被削材６を切削工具４に近づけても良い。

次いで、図９に示すように、工具ホルダ５の外周側の主切刃及びこれと隣接するコーナ切刃を被削材６に接触させて被削材６を切削する。その後、図１０に示すように被削材６から切削工具４を離間させる。なお、切削加工を継続する場合は、切削工具４を回転させた状態を維持して、被削材６の異なる箇所に工具ホルダ５の外周側の主切刃及びこれと隣接するコーナ切刃を接触させる工程を繰り返す。

以上、本発明の実施例を例示したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることはいうまでもない。

本発明に係る切削インサートの第一実施例の斜視図である。 図１の切削インサートの上面図である。 図１の切削インサートの側面図である。 本発明に係る切削インサートを工具ホルダに取り付けた切削工具の斜視図である。 工具ホルダに第一実施例の切削インサートを取り付けた場合における図４のＧ部と被削材の加工面との関係を示す拡大模式図である。 本発明に係る切削インサートの第二実施例の上面図である。 工具ホルダに第一実施例の切削インサートを取り付けた場合における図４のＧ部と被削材の加工面との関係を示す拡大模式図である。 本発明に係る切削方法の工程図である。 本発明に係る切削方法の工程図である。 本発明に係る切削方法の工程図である。

符号の説明

１・・・切削インサート
２０・・・すくい面
２０ａ・・・コーナ切刃すくい面
２０ｂ・・・主切刃すくい面
２０ｃ・・・副切刃すくい面
２０ｄ・・・補助切刃すくい面
２０ｅ・・・立ち上がり面
２１・・・ボス面
２２・・・取り付け孔
２３・・・逃げ面
２３ａ・・・第一逃げ面
２３ｂ・・・第二逃げ面
２３ｃ・・・コーナ逃げ面
２３ｄ・・・副切刃逃げ面
２３ｅ・・・交線部
２４・・・下面
３０・・・コーナ切刃
３１・・・主切刃
３１ａ・・・先端側の主切刃
３１ｂ・・・外周側の主切刃
３２・・・副切刃
３２ａ・・・先端側の副切刃
３２ｂ・・・外周側の副切刃
３３・・・補助切刃
３３ａ・・・主切刃との接続点
３３ｂ・・・副切刃との接続点
３３ｃ・・・先端側の補助切刃
３３ｄ・・・外周側の補助切刃
４・・・切削工具
５・・・工具ホルダ
５０・・・凹部
５１・・・インサートポケット
５２・・・インサート取り付け座
６・・・被削材

Claims (4)

1. 略正４角形の上面を備える板状のインサート本体と、
   該上面の周縁に沿って形成された切刃部と、
   を備え、
   前記切刃部は、
   前記上面の各コーナに形成された４つのコーナ切刃と、
   各前記コーナ切刃の一端と他端にそれぞれ繋がるとともに、各前記コーナ切刃間にそれぞれ１つずつ形成された主切刃及び副切刃と、
   各前記コーナ切刃間に位置する前記主切刃と前記副切刃とをそれぞれ繋ぐ補助切刃と、
   を有する切削インサートにおいて、
   各前記補助切刃は、隣接する前記主切刃との接続点における前記インサート本体の下面からの高さが、隣接する前記副切刃との接続点よりも高くなっており、
   各前記主切刃が、隣接する前記補助切刃との接続点から隣接する前記コーナ切刃との接続点に近づくにつれ前記下面からの高さが低くなるよう形成されるとともに、各前記コーナ切刃は、前記下面からの高さが、略一定となっており、
   前記補助切刃は、上面視した場合に、隣接する前記主切刃との接続点から隣接する前記副切刃との接続点に近づくにつれて前記上面の反対側の辺に近づくように、前記インサート本体の内側に向かって傾斜していることを特徴とする切削インサート。
2. 前記インサート本体の側面が、主切刃及び補助切刃に繋がる第一逃げ面と、第一逃げ面および下面を繋ぐ第二逃げ面とを有しており、
   前記副切刃が、上面視した場合に外側に向かって突出した形状であるとともに、側面視した場合に前記第一逃げ面と前記第二逃げ面との交線部と略同一の高さに位置していることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
3. 請求項１に記載の切削インサートを、工具ホルダに取り付けた切削工具。
4. 請求項３に記載の切削工具を用いて被削材を切削する切削方法であって、
   前記被削材に前記切削工具を相対的に近づける工程と、
   前記切削工具を回転させ、切刃を前記被削材の表面に接触させて、前記被削材の表面を切削する工程と、
   前記被削材と前記切削工具とを相対的に遠ざける工程と、
   を備えることを特徴とする切削方法。

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