JP5441615B2

JP5441615B2 - 切削インサートおよび切削工具ならびに被削加工物の製造方法

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Publication number: JP5441615B2
Application number: JP2009249354A
Authority: JP
Inventors: 永波徐
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2029-10-29
Also published as: JP2011093043A

Description

本発明は、切削インサートおよび切削工具ならびに被削加工物の製造方法に関する。

従来、切削インサートにおいて、切屑排出性の向上の観点から、被削材を切削する主切刃に対して、その内方にブレーカ溝が形成されている。例えば、特許文献１には主切刃に対してすくい面と立ち上がり面とからなるブレーカ溝を有する切削インサートが開示されている。しかし、このような立ち上り面を有する切削インサートは、難削材を切削する場合においては、生成される切屑が立ち上がり面によりカールされ、切屑の先端が切刃と被削材との間に絡まる場合がある。特に、このような現象は、送り量が高い条件下において特に顕著である。

特開平８−３２３５１０号公報

本発明の課題は、優れた切屑排出性を有する切削インサートを提供することにある。

本発明の一実施形態における切削インサートは、第１側面と上面との交差部に位置する主切刃と、前記第１側面に隣接する第２側面と前記上面との交差部に位置する副切刃と、前記第２側面に隣接する第３側面と前記上面との交差部に位置するさらい刃と、前記上面であって、前記主切刃、前記副切刃及び前記さらい刃の内方側に位置するすくい面と、を備え、前記すくい面は、前記主切刃及び前記副切刃の内方側に位置して、すくい角αを成す第１すくい面と、該第１すくい面の内方側に位置して前記第１すくい面と接続し且つ前記すくい角αより小さいすくい角βを成す第２すくい面とを有し、前記第１すくい面の幅は、前記第１すくい面の外方に位置する前記副切刃に隣接する前記さらい刃から離れるに従って広くなる。

本発明の一実施形態における切削工具は、上記切削インサートと、該切削インサートが複数装着されるホルダとを備える。

本発明の一実施形態における被削加工物の製造方法は、上記切削工具を回転させて被削材に近づける工程と、被削材の表面に前記切削工具の切刃を接触させて前記被削材を切削する工程と、前記被削材から前記切削工具を離間させる工程と、を包含する。

本発明の切削インサートによれば、すくい面が、すくい角αを成す第１すくい面と、すくい角αより角度の小さいすくい角βを成す第２すくい面とを有し、第１すくい面がさらい刃から離れるに従って幅広になっているため、生成される切屑が切刃前方に向かうような急激なカールとなることが抑制され、第１すくい面から第２すくい面、および着座面を通って排出される。したがって、切刃と被削材との間に切屑が絡まることが低減され、切屑排出性に優れる。

本発明の切削インサートの一実施形態を示す斜視図である。図１の切削インサートの平面図である。図１の切削インサートの側面図である。（ａ）および（ｂ）はそれぞれ図２のＡ−Ａ線拡大断面図およびＢ−Ｂ線拡大断面図である。本発明の切削工具の一実施形態を示す斜視図である。図５の切削工具の要部拡大図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ本発明の切削方法の実施形態を工程順に示す斜視図である。

＜切削インサート＞
以下、図１〜図４を用いて、本発明の一実施形態である切削インサート１（以下、単にインサート１と略す）について説明する。

図１において、インサート１は、略多角形板状の本体部を備えている。この本体部の形状は、上面視において、例えば、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形などの当業者が通常インサートに使用する形状であればよく、特に制限されない。本実施形態においては、５つの長辺を有する略五角形の形状が用いられている。

インサート１は、すくい面として機能する上面２と、着座面として機能する下面３と、上面２および下面３に連続し、逃げ面として機能する側面４とを備えている。上面２と側面４の交差部には、切刃５が形成されている。さらに上面２から下面３に向かって、取付ねじを通すための貫通孔６が形成している。上面２の貫通孔６の内部の段部は取付ねじの頭部が係合する当接部７である。当接部７はインサート１を反転して固定できるように上下に形成されている。また、インサート１の上面２には、切刃５に沿って幅が狭い平坦面からなるランド部８が形成され、さらに切刃５に対応するすくい面（傾斜面）９が形成されている。

図１に示すインサート１は、側面４が上面２および下面３に対して垂直に形成されている（図３参照）。すなわちインサート１は、上面２および下面３の両面をそれぞれすくい面として使用することが可能な、ネガティブ型の切削インサートである。したがってこのインサート１は、片面５個所、上下面で、１０個所のコーナを切削に使うことができる。この場合、下面３と側面４との交差稜線部においても切刃５が形成されており、下面側の切刃５を用いる場合、下面３をすくい面とし、上面２を着座面として使用することが可能である。なお、下面側に切刃５を形成しなくてもよい。その場合でも５個所のコーナを切削に使用できる。また、本発明の切削インサートにおいては、側面４に逃げ角が付与された、いわゆるポジティブ型の切削インサートであってもよい。

切刃５は、図１に示すように、具体的には、第１側面４１と上面２との交差部に形成される主切刃５１、第２側面４３と上面２との交差部に形成される副切刃５３、および第３側面４２と上面２との交差部に形成されるさらい刃５２とを有している。本実施形態においては、第１側面４１、第２側面４３、および第３側面４２はコーナ面４４、４５を介して隣接し、主切刃５１、副切刃５３、およびさらい刃５２は、コーナ切刃５４、５５を介して接続されている。第３側面４２の反対側にはコーナ面４６を介してつぎの第１側面４１が連続している。そのコーナ面４６の上端はコーナ切刃５６である。

主切刃５１は、切削作用において、切屑生成に主な役割を果たす刃である。この主切刃５１は、他の切刃、すなわちさらい刃５２や副切刃５３よりも長く形成されている。そして主切刃５１は、図３から分かるように、上向きに凸となる緩い湾曲線とされている。この実施形態では、後述する頂点Ｐが主切刃５１のうち副切刃５３の側に寄っている。すなわち、この実施形態では、主切刃５１の途中に頂点Ｐを設けるため、主切刃５１の副切刃５３側の端部近辺では、副切刃５３から離れるに従って上面に近づくように傾斜し、頂点Ｐに至る。そしてその後は、副切刃５３から離れるに従って下面に近づくように傾斜している。

さらい刃５２は、被削材の仕上げ面精度の向上の目的で形成される。さらい刃５２は上面視においてほぼ直線状であり（図２参照）、側面視では副切刃５３に近づくに従って下面から離れるように傾斜している。この実施形態では、その傾斜は主切刃５１の端部近辺の傾斜より急角度である。

前述の副切刃５３は、主切刃５１より外周切刃角の大きい切刃であり、例えば、主切刃５１の切削抵抗を低減する、あるいは主切刃の損傷を抑制するなどの主切刃５１による切削を補助するといった目的で設けられる。「外周切刃角」とは、インサートをホルダに取り付けた場合に、ホルダの回転中心軸に対する切刃の傾斜角をいう。例えば、図６の切削工具２０において、ホルダ１０の回転中心（図５の符号Ｓ参照）と平行な線Ｌと主切刃５１のなす角θ１が、主切刃５１の外周切刃角である。同様に、線Ｌと副切刃５３のなす角θ２が、副切刃５３の外周切刃角である。主切刃５１の外周切刃角は例えば０〜６０度程度で設定され、副切刃５３ｂの外周切刃角はそれより大きい角度、例えば６０〜８０度程度で設定される。また、切刃の損傷・欠損を考慮すると、副切刃５３の外周切刃角が、主切刃５１の外周切刃角より大きくなるように設定される。具体的には、、副切刃５３の外周切刃角が、主切刃５１の外周切刃角に対して１．２倍、好ましくは１．５倍以上の大きさに設定することが好ましい。副切刃５３は、主切刃５１とさらい刃５２との間にあればよく、両者の間に複数の副切刃を設けてもよい。

図３に示すように、副切刃５３は、さらい刃５２と主切刃５１をつなぐように設けられ、この実施形態では主切刃５１に向かうにしたがって下面３から離れるように傾斜している。

さらい刃５２、副切刃５３および主切刃５１を含む上側の切刃５の全体は、図３に示すように上に凸となる緩やかな湾曲線である。切刃５の全体を見れば、第３のコーナ切刃５６とさらい刃５２との境界近辺（点Ｖ参照）で最も低く、そこから円周方向（図２の反時計方向）にさらい刃５２、第２のコーナ切刃５５、副切刃５３、第１のコーナ切刃５４、主切刃５１と進むに従って次第に上昇していく。そして前述の頂点Ｐで最も高くなり、その頂点Ｐからさらに円周方向に進むと、しだいに下降していき、つぎの第３のコーナ切刃５６とつぎのさらい刃５２との境界近辺で再び最も低くなる。

下側の切刃５は、切削インサート１を上下反転させた状態で使用できるように、上側の切刃５を反転させた形状となっている。すなわち、図３の紙面に直角の線を中心とする回転対称となっている。この場合、図３の右側に示すように、第１側面４１の下端に主切刃５１が形成されるが、第３側面４２の下端にはさらい刃ではなく、副切刃５３が形成される。同様に第２側面４３の下端には副切刃ではなく、さらい刃５２が形成される。それぞれの切刃５１、５２、５３の間には、各コーナ切刃５６、５５、５４が形成される。そのため、第３側面４２の長さと第２側面４３の長さは実質的に同一の長さにするのが好ましい。同様に、第１側面４１の左側に連続するコーナ面４４と反対側に連続するコーナ面４６の長さも実質的に同一にするのが好ましい。

主切刃５１、さらい刃５２、副切刃５３の長さは、上記の点を除けばとくに制限されない。たとえば、主切刃５１と副切刃５３の長さの割合は、２：１〜１０：１、好ましくは２：１〜６：１程度に設定される。また、さらい刃５２と副切刃５３の長さについてもとくに制限がないが、上下反転して使用する場合は、長さの比はほぼ１：１となる。ネガティブ型のインサートを設計する場合、あるいはポジティブ型でも反転使用を前提としない場合は長さの比を１：１〜１：６にするなど、比較的自由に設定することができる。

コーナ切刃５４、５５、５６は図２に示すように、上面視で曲線状である。これらのコーナ切刃の曲率半径は特に制限されない。例えば、第１のコーナ切刃５４と第３のコーナ切刃５６の長さおよび曲率半径はほぼ同一であり、第２のコーナ切刃５５はさらい刃５２と副切刃５３の間に挟まれているのでなだらかである。このような構成によって、主切刃５１および副切刃５３によって生成される切屑間の厚みの大幅な変動が抑制され、切屑の形状のコントロールが可能である。

例えば、コーナー切刃５４により、副切刃５３と主切刃５１とが連続する場合、切削時に副切刃と主切刃との境界にかかる負荷が分散されるので、該境界における欠損を抑制することができる。また、切屑をスムーズに逃がすことができる。

ランド部８は、上述のように、それぞれの切刃５１、５２、５３とそれらに対応するすくい面９との間の狭い領域をいう。ランド部８の幅は、主に対応する切刃５１〜５６の強度の点から適宜設定される。通常はランド部８の幅はほぼ一定に設定される。

すくい面９は、主切刃５１および副切刃５３の内方側に位置している。このすくい面９は、本実施形態のように切刃５全体に沿って形成されていてもよい。すくい面９は、さらに主切刃５１および副切刃５３に対応する第１すくい面９１と、この第１すくい面９１と接続する第２すくい面９２とを有している。そして、第１すくい面９１のすくい角は、第２すくい面９２のすくい角に比べて大きくなるように設定される。ここで、すくい角とは、下面３（着座面）に平行な面とすくい面とのなす角を意味する。具体的には、図４（ａ）に示すように、第１すくい面のすくい角をすくい角α、第２すくい面をすくい角βとして表される。すくい角αおよびすくい角βの範囲は、特に制限されないが、切屑排出性が良好な観点から、５°＜α、β＜３０°であることが好ましく、１０°＜α、β＜２５°であることがより好ましい。

すくい角αおよびすくい角βはそれぞれ一定であってもよいし、あるいは変化（徐変）していてもよい。すくい角αがさらい刃から離れるにつれて大きくなるように設定した場合、切削抵抗が低減され得る。またすくい角βについてもさらい刃から離れるにつれて大きくする場合は、切屑がらせん状となり、切屑排出性が向上し得る。

本実施形態においては、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、切刃に対して垂直な断面において、すくい角αがすくい角βより大きくなるように設定される。具体的には、すくい角αとすくい角βとの差が３°を超えるように設定されている。このような構成によって、生成される切屑が円滑に第１のすくい面および第２のすくい面を通過するとともに、緩やかにカールし、切屑排出性が向上する。

さらに、本実施形態において、第１すくい面９１のすくい角αの最大値αMaxと、第２すくい面９２のすくい角βの最小値βMinとが10°より大きくなるように設定されている。このような構成により、切削抵抗の低減を実現できる。

第１すくい面９１の幅（主切刃５１または副切刃５３と垂直な方向の長さ）は、さらい刃５２から離れるに従って広くなるように形成されている。このように、第１すくい面が副切刃５２から離れるに従って幅広となることにより、生成される切屑が第１すくい面から第２すくい面に円滑に排出される。本実施形態においては、第１すくい面９１の幅が、副切刃５２から離れるに従って一定の割合で増加するように形成されている。さらに、本実施形態においてはすくい面９の幅（主切刃５１と垂直な方向の長さ）が略一定となるように形成されている。すなわち、第２すくい面９２において、主切刃５１と垂直な方向の長さは、副切刃から離れるに従って短くなるように形成されている。このような構成によって、平坦面２（着座面として機能する面）の面積を大きく確保することが可能となる。

第１すくい面および第２のすくい面は平面状であってもよいし、曲面状であってもよい。また平面状の第１すくい面と平面状の第２のすくい面とを曲面状の中間すくい面を介して接続されていてもよい。

なお、本実施形態においては、断面視で、内方の平坦面２（着座面として機能）が、すくい面９より低い部位に位置されている。また平坦面２は、第１側面に略平行の壁面を介して、すくい面９と接続されている。このような構成によって、座面の面積が確保され、切削時、チップの安定性が向上される。

＜切削工具＞
図５、図６に示す切削工具２０は、先述のインサート１を公知のホルダ１０に取り付けたものである。ホルダ１０の外周先端部には、周方向に互いに間隔をあけて複数個の切屑ポケット１３が形成されている。切屑ポケット１３は平面視で略Ｖ字状に切り欠いた部分であり、それによって形成される複数の取り付け面１４にそれぞれインサート１を取り付ける。インサート１は、矢印Ａで示す回転方向の前側に上面２を向けて、ホルダ１０の外周から主切刃５１を突出させて装着する。切削工具２０は回転中心Ｓまわりに矢印Ａ方向に回転させることにより、主切刃５１、副切刃５３およびさらい刃５２による切削が行われる。

＜切削方法＞
つぎに図７ａ〜ｃを参照して、切削工具（転削工具）２０を用いて被削材を切削する手順を説明する。切削を開始するに先立って、図５に示すように、ホルダ１０にインサート１を装着しておく。このとき、ホルダ１０の同一円周上に沿ってインサート１を取り付ける。取り付け方法は、例えば、インサート１の貫通孔６にボルトを挿入し、そのボルトをホルダ１０の取り付け面１４に形成した雌ねじに螺合する。あるいはホルダ１０に形成した貫通孔にボルトを通し、反対側からナットで締め付ける。この実施形態では、切削工具１１の回転中心Ｓは図６に示す被削材１００の表面に対して略直角に配置する。そのとき、主切刃５１は、被削材１００に対して約４５度程度の角度で傾斜している。

ついで図７ａに示すように、被削材１００をフライス盤のベッドなどに固定し、ホルダ１０を矢印Ｂ方向に移動させて適切な切り込み量を設定する。ついで図７ｂに示すように、ホルダ１０を回転中心Ｓまわりに矢印Ａ方向に回転させながら、矢印Ｃ方向に移動させる。それにより、主切刃５１と副切刃５３が、送り方向前方の円弧状の部分と当接し、切り込み量に応じた分を切削する。そのとき、複数個のインサート１が順に切削領域に入ってきて切削していくので、表面１６に円弧状の筋（切削痕）が残る。しかしさらい刃５２が被削材１００の表面１６に残る円弧状の筋を切削していくので、表面１６は平滑になる。なお、図６で分かるように、主切刃５１のうち、実際には副切刃５３に近い部分（下側の部分）だけが所定の切り込み量Ｋで被削材１００に切り込まれる。

そして図７ｃに示すように切削工具２０が被削材１００を通過した後、切削工具２０を矢印Ｄ方向に引き上げ、被削材１００から切削工具２０を離間する。切削加工を継続する場合は、切削工具２０を回転させた状態を保持して、被削材１００の同一個所あるいは異なる個所に接触させ、前述の切削工程を繰り返せばよい。使用している切刃が摩耗したときは、インサート１を孔（図１の符号６）の中心軸まわりに回転させ、あるいは上下面を裏返しにして、未使用の切刃を用いる。

上記の切削方法では、それぞれのインサート１が被削材１００に当たり、切削し、次いで被削材１００から離れるという作用が順に繰り返される。

前記実施形態では、切削工具を回転させながら送っているが、切削工具を回転させて被削材を送り走行させることもできる。さらに旋盤のように、回転させない切削工具を回転させている被削材に当接させて切削することもできる。加工機械としては、正面フライス、エンドミル、ミーリング、ドリルなど、種々の加工機械のホルダやチャックに取り付けて使用することができる。

１切削インサート
２上面
３下面
４側面
４１第１側面
４２第３側面
４３第２側面
４４、４５、４６コーナ面
５切刃
５１主切刃
５２さらい刃
５３副切刃
５４、５５、５６コーナ切刃
Ｐ頂点
θ１主切刃の外周切刃角
θ２副切刃の外周切刃角
６貫通孔
７当接部
８ランド部
９すくい面
９１第１すくい面
９２第２すくい面
１０ホルダ
２０切削工具
３０切削工具
３１ホルダ
１００被削材

Claims

第１側面と上面との交差部に位置する主切刃と、
前記第１側面に隣接する第２側面と前記上面との交差部に位置する副切刃と、
前記第２側面に隣接する第３側面と前記上面との交差部に位置するさらい刃と、
前記上面であって、前記主切刃、前記副切刃及び前記さらい刃の内方側に位置するすくい面と、を備え、
前記すくい面は、前記主切刃及び前記副切刃の内方側に位置して、すくい角αを成す第１すくい面と、該第１すくい面の内方側に位置して前記第１すくい面と接続し且つ前記すくい角αより小さいすくい角βを成す第２すくい面とを有し、
前記第１すくい面の幅は、前記第１すくい面の外方に位置する前記副切刃に隣接する前記さらい刃から離れるに従って広くなる、切削インサート。
前記第２すくい面の幅は、前記第２すくい面の外方に位置する前記副切刃に隣接する前記さらい刃から離れるに従って短くなる、請求項１に記載の切削インサート。
前記第１すくい面及び前記第２すくい面はそれぞれ平面状である、請求項１または２に記載の切削インサート。
前記第１すくい面は、曲面状の中間すくい面を介して、前記第２すくい面と接続する、請求項３に記載の切削インサート。
前記第１すくい面及び前記第２すくい面はそれぞれ曲面状である、請求項１または２に記載の切削インサート。
前記主切刃または前記副切刃に対して垂直な断面視において、前記すくい角αと前記すくい角βとの差は３°より大きい、請求項１から５のいずれかの項に記載の切削インサート。
前記すくい角αは、前記第１すくい面の外方に位置する前記副切刃に隣接する前記さらい刃から離れるに従って大きくなる、請求項１から６のいずれかの項に記載の切削インサート。
前記すくい角βは、前記第２すくい面の外方に位置する前記副切刃に隣接する前記さらい刃から離れるに従って大きくなる、請求項１から７のいずれかの項に記載の切削インサ
ート。
前記すくい面の幅は、前記副切刃から前記主切刃まで略一定である、請求項１から８のいずれかの項に記載の切削インサート。
前記すくい面の内方側に、平坦面を備え、前記平坦面は、断面視で、前記すくい面より低い部位に位置する、請求項１に記載の切削インサート。
前記平坦面は、前記第１側面に略平行の壁面を介して、前記すくい面と接続する、請求項１０に記載の切削インサート。
前記主切刃と前記すくい面との間に位置するランドをさらに有する、請求項１に記載の切削インサート。
請求項１から１２のいずれかに記載の切削インサートと、該切削インサートが複数装着されるホルダとを備える、切削工具。
前記ホルダの回転中心軸に対して、前記主切刃および前記副切刃が正のアキシャルレーキを有するように、前記切削インサートが前記ホルダに装着される、請求項１３に記載の切削工具。
請求項１３または１４に記載の切削工具を回転させて被削材に近づける工程と、
前記被削材の表面に前記切削工具の切刃を接触させて前記被削材を切削する工程と、
前記被削材から前記切削工具を離間させる工程と、
を包含する、被削加工物の製造方法。