JP6966034B2 - 切削インサート - Google Patents

Description

本発明は請求項１の前文に記載の特徴を有する切削インサートに関する。

この種の切削インサートは、いわゆる高速送り切削フライス加工（High Feed Milling）に使用される。これは比較的切削深さが浅く、送り速度が速いフライスである。

高速送り切削フライス加工では、例えば、平面をできるだけ効率よく切削加工するために、高速の送り速度と浅い切削深さで加工される。

これらの切削インサートは、一般的に三角形または四角形のスローアウェイインサートである。

特許文献１から、ほゞ三角形または四角形の底面形状を有し、横側の複数の逃げ面により互いに結合された上面及び底面を有するこの種の切削インサートが知られており、この場合、上面及び／又は底面の、逃げ面との交差により、外向きに凸形に湾曲したそれぞれ３個または４個の切刃が形成されており、これらの切刃はそれぞれ少なくとも１つの円弧および少なくとも１つのほゞ直線状の部分から成り、或るコーナー半径を有するコーナー切刃により互いに結合されている。

オーストリア実用新案出願公開第１２００４Ｕ１号明細書

本発明の課題は、改善された切削インサートを提供することにある。

この課題は、請求項１の特徴を有する切削インサートにより解決される。好適な実施形態は従属請求項に記載されている。

切刃の凸形部の両側が凹形湾曲部と接していることにより、本質的に、従来技術で知られた切削インサートの場合よりも滑らかな切削を達成することができる。

このことは、一つには、公知の切削インサートよりも切刃の接触長さが長くなったことにより説明することができる。本出願の文脈における接触長さとは、ワークピースに実際に食い込む切刃の長さを意味する。凸形部及びこれに接している複数の凹形部におけるこの形状により、例えば直線状の切刃に比べて接触長さが長くなる。長くなった接触長さにより、切削インサートの外側寸法が一定の場合には、局所的により小さい切削力が作用し、より長い区間を排熱のために使用に供することができる。

さらに、本発明による切刃の形状により、切削加工される材料に食い込む切刃のほゞ全長にわたってピーリング切削が可能になる。切刃が移動方向に対して垂直でない場合に、ピーリング切削といわれる。ピーリング切削は、より滑らかな切削力の形成及びより小さい切削力を伴う。

切削インサートの移動方向において前方にある凸形部は犂（すき）のような作用をし、ピーリング切削を行う。これに続く凹形部は、切削力に関して特に有利となるように切屑を形成する：

本出願人の実験により以下のことが判った。すなわち、このように形成された切刃は、ほゞ真直ぐな形を維持する切屑を生じる、すなわち、その切屑は切削インサートの移動方向の反対には巻き上がらない。切屑の巻き上げに必要な力により、切刃の負荷が大きくなる。すなわち、切屑がほゞ真直ぐな形を維持することにより、切刃に作用する力は減少し、切削インサートの寿命が長くなる。

「凸形」および「凹形」という表現はここでは、切刃輪郭の側面図における側面への外観に関する。すなわち、凸形部は切削インサートを基準にして上側外向きに湾曲している。

この切削インサートの底面形状はほゞ三角形または四角形とすることができる。これは好適には四角形である。というのは、この場合、この切削インサートは４回割出し可能に使用することができるからである。

複数の凹形湾曲部が、それぞれに隣接するコーナー切刃まで延びていると好適である。このことは、切刃が常に湾曲していることを意味する。

凸形部から第１の凹形部への移行部、および、凸形部から第２の凹形部への移行部がそれぞれ接線が一致するように形成されていると好適である。

複数の逃げ面から上面への全ての移行部に切刃が形成されていると好適である。これにより、四角形の切削インサートでは４個の、三角形の切削インサートでは３個の、独立した切刃が提供される。第１の場合には、４回割出し可能な切削インサートと言い、三角形の切削インサートの場合には、３回割出し可能な切削インサートと言う。材料の有効利用という理由から、逃げ面から上面への全ての移行部に努めて切刃が形成される。

凸形湾曲部が２つのコーナー切刃の間で中心を外れた位置にあると好適である。すなわち、１つの切刃についてみると、凸形部の頂点はその切刃の中心にはない。そうではなく、凸形湾曲部の頂点は、切削インサート使用時にこの切削インサートの軌道を基準にして半径方向内側に在るコーナー切刃の方にずれている、ないしは、工具ホルダーに関しては、工具ホルダーを基準にして半径方向内側に在るコーナー切刃の方にずれている。これにより、この切削工具使用時に凸形湾曲部が切刃の最初の部位として被切削材料に潜り込むことができる。

凹形湾曲部の湾曲半径が凸形湾曲部の湾曲半径の３から６倍であると好適である。すなわち、凹形部の湾曲が凸形部の湾曲よりも小さいと好適である。

これら切刃が上面を上から見て凸形の形状を有していると好適である。すなわち、これらの切刃は外向きに湾曲している。この場合、これらの切刃の形状が楕円の一部で形成されていると好適である。

１つの工具ホルダーに少なくとも１つの切削インサートを備えた構成についても権利保護を請求する。

以下、図面により本発明を詳細に説明する。

本発明による切削インサートの斜視図 本発明による切削インサートの側面図 本発明による切削インサートの上面図 本発明による切削インサートの上面図、ワークピースに食い込んでいる状態 本発明による切削インサート及び工具ホルダーから成る構成

図１は本発明による切削インサートの斜視図である。この切削インサート１は高速送りフライス、いわゆるHigh Feed Milling、のために形成されている。高速送りフライスの特徴は、浅い切削深さ及び高速の送り速度である。この切削インサート１は、図１の実施例では、四角形の底面形状（いわゆる、Ｓチップ（S−Platte）として）で形成されている。この代わりに、この切削インサート１を三角形の底面形状（Ｔチップ（T−Platte）とも呼ばれる、いわゆる三角形チップとして）で形成することもできる。

切削インサート１は上面２および底面３を有し、これらの間に複数の側面４がある。少なくとも１つの側面４に１つの逃げ面４１が形成されており、これは上面２と接している。逃げ面４１の上面２への移行部に１つの切刃５が形成されており、これは複数のコーナー切刃６の間に延びている。これらのコーナー切刃６は或る湾曲半径で丸みを帯びて形成されている。

さらに、側面４に当接面４２が形成されており、この当接面を介して切削インサート１を（図示されていない）工具ホルダーに嵌め合い結合的に位置決めすることができる。切削インサート１は中心軸Ｍに関して対称である。

好適に、それぞれの逃げ面４１の上面２への移行部に切刃５が形成されている。こうして、四角形の底面形状の場合には、４回割出し可能な切削インサート１が得られる。４回割出し可能とは、或る加工に対して４つの独立な切刃５を使用することができる、ことを意味する。この場合、切削インサート１を９０°回転することにより、新しい加工ポジションが得られる。すなわち、切削インサートの底面形状が四角形の場合には、４つの切刃５があり、これらが４つのコーナー切刃６で隔てられている。

この切削インサート１はさらに締付けねじを収容するための中心孔７を有し、この中心孔を用いて切削インサート１を（図示されていない）工具ホルダーに固定することができる。

逃げ面４１は、９０°よりも小さい角度で上面２と接している。この切削インサート１は上面２から底面３に向かって先細りになっている。

切刃５は凸形の上向き湾曲部５１を有している。この凸形部５１は、左側で第１の凹形部５２ａに、右側で第２の凹形部５２ｂに移行している。これらの凹形部５２ａ、５２ｂはそれぞれ、凸形部５１からそれぞれが接しているコーナー切刃６まで延びている。この方向についての表示は側面図において側面４を基準にしている。

この関係は図２でより明確になる。図２は本発明による切削インサート１の側面４を側面図で示す。

切刃５は、湾曲半径Ｒ_１の凸形部５１を有している。この凸形部５１は切削インサートを基準にして上向き外側に湾曲している。この凸形部５１は、視線方向左側の移行点９において湾曲半径Ｒ_２の第１凹形部５２ａに、視線方向右側の移行点１０において湾曲半径Ｒ_３の第２凹形部５２ｂに、移行する。

この凸形湾曲部５１は好適に、２つのコーナー切刃の間で中心を外した位置に在る。この場合、凸形湾曲部５１の頂点８は、切削インサート１使用時に切削インサート１の軌道を基準にして半径方向内側に在るコーナー切刃６ａの方にずれている。

凸形部５１から第１凹形部５２ａへの移行部、および、凸形部５１から第２凹形部５２ｂへの移行部は、それぞれ接線が一致するように形成されている。換言すれば、凸形部５１の湾曲半径の中心点と、それぞれの凹形部の湾曲半径の中心点、ならびに、それぞれの移行点９、１０が一直線上に在る。

注記すれば、凸形、凹形ならびに移行点の明細書の表記は切削インサート１の垂直方向投影を基準にしている。

凸形部５１および凹形部５２ａ、５２ｂをそれぞれ唯一の湾曲半径で仕様決めしなければならない、ことは決してない。それぞれの輪郭が異なる湾曲形状を有することも考えられる。

使用に際し、切削インサート１は（図示されていない）ワークピースに対して、加工されるワークピース表面にコーナー切刃６ａ（側面図で左側のコーナー切刃６）が最初に当接する、ように配設されている。凸形部５１の頂点８は、切削インサート１の中心軸Ｍに対して、当該切刃５の使用中に、加工されるワークピース表面に最初に当接するコーナー切刃６ａの方にずれている。

凸形部５１の頂点８の位置に関する上述した関係は、右方向に回転する工具による加工のための切削インサート１について当てはまる。この切削インサートが左方向回転使用に用いられる場合には、この構成が鏡面対称にされる。すなわち、凸形部５１の頂点８は切削インサート１の中心軸Ｍに対して右方向にずらされる。

湾曲半径Ｒ_２を有する第１凹形部５２ａは、第１移行点９から、加工されるワークピース表面に最初に当接するコーナー切刃６ａまで延びている。

第２凹形部５２ｂは、第２移行点１０から、切削インサート使用時に半径方向外側に在るコーナー切刃６ｂまで延びている。半径方向外側に在るこのコーナー切刃６ｂは、High Feed Millingでは通常はワークピースに食い込まない。

使用中に凸形部５１は、切削インサート１の移動方向において最も遠くに突き出ている。切削されるワークピースに切削インサートが食い込むときに、凸形部５１が最初に食い込み、犂のようなピーリング切削を行う。時間経過と共に、食い込んでいる切刃５１の長さが連続的に増加する。このことにより、一様な切削力の構成、および、滑らかな切削が得られる。

これに続いている凹形部５２ａ、５２ｂが同様にピーリング切削を行い、さらに、切除された切屑が切削インサートの移動方向とは反対側に巻き上がるのではなく、ほゞ真直ぐな形を保持する、ように作用する。切屑を移動方向とは反対側に巻きあげるには力が必要なので、本発明による切削インサート１を使用する場合に現れる力は、従来の切削インサートの場合よりも小さい。

観察された特に有利な切削力についてさらに説明すると、凸形部の両側に続いている凹形部が切屑の横方向への広がりを防ぎ、それにより切削力を低減する。すなわち、凸形部で切屑が犂のように横方向に広げられるのに対し、凹形部は切屑をそれを妨げるように形成する。これにより、切削力を大きくする切屑の横方向の広がりないし拡大を避ける、ないし、低減することができる。これらの凹形部には特に有利な作用がある。

逃げ面４１は９０°より小さい角度で上面２に接している。これにより、この切削インサート１はチップ特有のプラスの逃げ角γを有する。

図３は本発明による切削インサート１を上面２の上面図で示す。複数の切刃５が凸形に外向きに湾曲し、部分的に楕円形の輪郭を有している。こうして、第１凹形部５２ａ、凸形部５１および第２凹形部５２ｂの輪郭に、それぞれ楕円形の一部を内接させることができる。その代わりに、これらの湾曲部に楕円とは異なる他の形を内接させることができる。

明確にするために繰り返すと、冒頭で述べた、凹形部５２ａ、５２ｂの凹形性および凸形部５１の凸形性は側面４の側面図を基準にしたものである。その外に、さらに、本図に示すように、凹形部５２ａ、５２ｂおよび凸形部５１は上面２の上面図において凸形の（外向きに膨らんだ）形状を示している。この凸形の形状は、中心軸Ｍに対して垂直な湾曲半径により描くことができる。この輪郭を楕円の一部で表示すると好適である。この表示は上面２への垂直方向投影を基準にしている。

上面２から切刃５ないしコーナー切刃６への移行部には、支持斜面１１が形成されている。この支持斜面１１は振動ならびに切刃５の破断の危険を低減する。

さらに上面２に切屑破砕段１２が形成されている。この切屑破砕段１２は、切削インサート１により削り取られた切屑を制御して排出するのに役立つ。

図４は、切削されるワークピース１３に食い込んでいる本発明による切削インサート１を示す。

切削インサート１の送り方向が塗り潰し矢印で示されている。切削インサート１の回転方向は紙面に垂直であり、観察者の方向を示している。破線の補助線により、切削インサート１の次の食い込みで切除されるワークピース１３の切削断面が示唆されている。

この切削インサート１は、ワークピース表面１４に対し切込み角（Einstellwinkel）κで半径方向に傾斜している。この切込み角κは、ワークピース表面１４と、ワークピース表面１４を基準にした切削インサート１の最深部と切刃５のワークピース１３からの脱出点とを結ぶ線との間で決められる。

コーナー切刃６ａは、切削後のワークピース表面１４の面にあり、送り方向に関して後方に在る。ここに表示されていない工具ホルダーを基準にして、コーナー切刃６ａは半径方向内側に在る。

切刃５の第１凹形部５１ａは仕上げ切刃を形成し、凸形部５１および第２凹形部５２ｂは主切刃を形成している。この主切刃は材料の主切削を受け持ち、仕上げ切刃は表面を平滑にする。

この切削インサート１は好適には粉末冶金法で、通常は圧縮及び焼結で作られている。この切削インサート１は好適には硬質金属またはサーメットで作られている。

図５には、高速送り平面フライスのために適切な工具ホルダー１５に取り付けられた本発明により作られた複数の切削インサート１の構成が示されている。この例では５つの切削インサート１が配設されている。１つの工具ホルダーにこれより多い、または、少ない切削インサート１を配設することもできる。

工具ホルダー１５の回転軸Ｒを中心とする回転方向が矢印で示されている。これらの切削インサート１は半径方向に締め付けられている。

この切削インサート１は工具ホルダー１５に、凸形湾曲部５１が切削インサート１の軌道に関して半径方向で内側に在るように配設されている。この構成により、切削されるべきワークピースに凸形湾曲部５１が最初に食い込むことが保証される。

この構成は、高速送りのフライス操作、いわゆるHigh Feed Millingに特に適している。本発明による切削インサート１の特性は、工具ホルダー１５を備えたこの構成と相俟って、回転軸Ｒ（これはスピンドル軸と同じである）方向の主負荷方向を生じさせ、このことにより、特に強い剛性、及び、これに伴い高精度が得られる。

１ 切削インサート
２ 上面
３ 底面
４ 側面
４１ 逃げ面
４２ 当接面
５ 切刃
５１ 切刃の凸形部
５２ａ、５２ｂ 切刃の凹形部
６ コーナー切刃
７ 孔
８ 頂点
９、１０ 移行点
１１ 支持斜面
１２ 切屑破砕段
１３ ワークピース
１４ ワークピースの表面
１５ 工具ホルダー
γ 逃げ角
κ 切込み角
Ｍ 中心軸
Ｒ 回転軸

Claims (8)

1. 側面の複数の逃げ面（４１）により互いに結合された上面（２）および底面（３）を備えた、ほゞ三角形または四角形の底面形状を有する切削インサート（１）であって、少なくとも１つの逃げ面（４１）から上面（２）への移行部に１つの切刃（５）が形成されており、この切刃（５）は複数のコーナー切刃（６）の間に延びており、さらに、この切刃（５）は前記逃げ面（４１）の側面図において凸形である１つの凸形湾曲部（５１）を有しており、
   前記凸形湾曲部（５１）が２つの前記コーナー切刃（６）の間で中心を外れた位置にあり、
   前記切刃（５）は前記上面（２）の上面図において凸形の輪郭を有している切削インサートにおいて、
   前記切刃（５）の前記凸形湾曲部（５１）の両側が凹形湾曲部（５２ａ、５２ｂ）と接しており、
   前記凹形湾曲部（５２ａ、５２ｂ）は、隣り合うそれぞれの前記コーナー切刃（６）まで延伸していること、
   を特徴とする切削インサート。
2. 前記凸形湾曲部（５１）から第１の凹形湾曲部（５２ａ）への移行部および前記凸形湾曲部（５１）から第２の凹形湾曲部（５２ｂ）への移行部が、それぞれ接線が一致するように形成され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（１）。
3. 前記複数の逃げ面（４１）から上面（２）への全ての移行部に切刃（５）が形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の切削インサート（１）。
4. 前記凸形湾曲部（５１）が、前記凸形湾曲部（５１）の頂点（８）が、切削インサート（１）の使用時に前記切削インサート（１）の軌道を基準にして半径方向内側に在るコーナー切刃（６ａ）の方にずれている位置にあるように、２つのコーナー切刃（６）間で中心を外れた位置にあることを特徴とする、請求項１から３の少なくとも１項に記載の切削インサート（１）。
5. 前記凹形湾曲部（５２ａ、５２ｂ）の湾曲半径（Ｒ２、Ｒ３）が、前記凸形湾曲部（５１）の湾曲半径（Ｒ１）の３倍から６倍であることを特徴とする、請求項１から４の少なくとも１項に記載の切削インサート（１）。
6. 前記複数の切刃（５）の前記凸形の輪郭が上面（２）の上面図において楕円の一部で形成されていることを特徴とする、請求項１から５の少なくとも１項に記載の切削インサート（１）。
7. 請求項１から６の少なくとも１項に記載の少なくとも１つの切削インサート（１）および１つの工具ホルダー（１５）を備えた装置。
8. 前記少なくとも１つの切削インサート（１）が前記工具ホルダー（１５）に、前記凸形湾曲部（５１）が前記切削インサート（１）の軌道を基準にして半径方向内側に在るように配設されている、請求項７に記載の装置。

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