JP4941085B2 - 深切込み高送り用切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、切削工具に関し、特に深切込み高送り加工に好適な切削工具に関する。

従来、複数のスローアウェイチップをもつ高送りスローアウェイ式回転工具において、前記スローアウェイチップが主切刃と外周切刃とを有し、主切刃の切込み角が３度以上３５度以下で円弧又は円弧状をなし、外周切刃が工具中心軸に対しバックテーパがつくよう直線もしくは円弧、円弧状として構成したものがあった（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−５９２１号公報（図１参照）

しかしながら、特許文献１に記載された高送りスローアウェイ式回転工具においては、外周切刃が作用するような深切込み加工を行った場合、外周切刃が高送り加工による大きな負担に耐えきれず欠損を生じるおそれがあった。そのため、高送り加工できないという事態を招いていた。

本発明は、上述した問題に鑑みなされたものであり、その目的は、高送り加工の性能を損うことなく深切込み加工を実現することが可能な深切込み高送り用切削工具を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を有する。
請求項１に係る発明は、切込み方向で最も先端側に位置しコーナ角が５５〜８７°の範囲に設定された第１主切刃を有する第１切刃チップと、前記第１主切刃に対して切込み方向で一部が重複して後端側まで延びるとともに送り方向前方側に位置しかつコーナ角が０〜１５°の範囲に設定された第２主切刃を有する第２切刃チップとを工具本体にそれぞれ装着してなることを特徴とする深切込み高送り用切削工具である。

請求項１に係る発明によれば、コーナ角が５５〜８７°の範囲に設定された第１主切刃においては、実質切取り厚みが小さくなり切刃の各位置における負荷が軽減されるため、高送り加工での欠損等のトラブルがなく安定した加工が可能となる。この第１主切刃より切込み方向後端側かつ送り方向前方側に位置するとともにコーナ角が０〜１５°の範囲に設定された第２主切刃においては、第１主切刃を超える切込みを分担することから深切込み加工が可能となる。なお、第２主切刃は、第１主切刃が過大な切込みを負わないことに配慮して、第１主切刃より送り方向前方側に位置しており、第２主切刃と第１主切刃との間の送り量より送り方向前方側に位置するのが望ましい。また、第２主切刃は、コーナ角が０〜１５°の範囲に設定されていることから、旋削加工用工具では送り方向に、回転切削工具では工具径方向に張り出すことがなく被削材への干渉を防止する。

請求項２に係る発明は、第２切刃チップの切削方向における厚さが、第１切刃チップの切削方向における厚さより大きいことを特徴とする請求項１に記載の深切込み高送り用切削工具である。
第１主切刃にくらべ実質切取り厚みが大きく切刃の各位置における負荷が高くなる第２主切刃においては、第２切刃チップの切削方向の厚さを大きくして強度が高められているので、高送り加工時の欠損が防止される。

請求項３に係る発明は、第２切刃チップの個数が、第１切刃チップの個数以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の深切込み高送り用切削工具である。
請求項３に係る発明によれば、第２主切刃の送り量が第１主切刃の送り量以下に抑えられるので、第２主切刃の欠損が防止される。

本発明に係る深切込み高送り用切削工具によれば、高送り加工での欠損等のトラブルを防止する第１主切刃と、深切込み加工を可能とする第２主切刃とを備えることから、高送り加工の性能を損うことなく深切込み加工が実現可能である。

本発明を適用した第１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る正面フライスの要部斜視図である。図２および図３は、それぞれ図１に示す正面フライスの正面図および側面図である。図４の（ａ）および（ｂ）は、第１主切刃および第２主切刃の回転軌跡を説明する図である。図５は、第１切刃チップを説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図６は、第２切刃チップを説明する図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

図１〜図３に図示するように第１の実施形態に係る正面フライスは、工具軸線ＣＬまわりに回転させられる略円盤状の工具本体１０の先端外周部に、その円周方向に沿って第１切刃チップ２０と第２切刃チップ３０とが交互に同数装着されてなる。工具本体１０の中央には工具軸線ＣＬに沿ってフライス穴が形成されるとともに、後端側の端面にはアーバの端面、スピンドルの端面等に当接する取付け面および端面キー溝が形成される（図示しない）。

図５に図示するように第１切刃チップ２０は、略正方形板状をなし、一方の正方形面がすくい面２０ａとされ、他方の正方形面が着座面２０ｂとされ、すくい面２０ａとなる正方形面の４辺が主切刃２１とされ、各隅部に形成された面取り部が副切刃２２とされてなる。主切刃２１および副切刃２２から着座面２０ｂに向かって延びる側面はそれぞれ主切刃逃げ面２１ｃおよび副切刃逃げ面２２ｃとされ、着座面２０ｂに近づくにつれ内側に向かって傾斜するポジの逃げ面とされている。

図６に図示するのは第２切刃チップ３０であり、これは、菱形板状をなし、一対の側面が選択的にすくい面３０ａとされ、一対の菱形面が主切刃逃げ面３１ｃとされ、すくい面３０ａとなる側面と主切刃逃げ面３１ｃとなる菱形面とのなす角度が９０°とされ、両者が交差する稜線が主切刃３１とされる。また、すくい面３０ａとなる各側面に鋭角で交差する一対の側面が副切刃逃げ面３２ｃとされ、すくい面３０ａと副切刃逃げ面３２ｃとが交差する稜線が副切刃３２とされる。さらに、主切刃逃げ面３１ｃとなる一対の菱形面の中央部には取付け穴が貫通して形成されている。

図２および図３に図示するように第１切刃チップ２０は、そのすくい面２０ａが工具回転方向Ｋに向けられるとともに、その主切刃２１が工具本体１０の先端面および外周面から突出させられるように、工具本体１０の所定の位置に設けられたチップ座１２に装着される。さらに、第１切刃チップの主切刃２１は、コーナ角ψ１が５５〜８７°の範囲に設定されかつ切込み方向（工具軸線ＣＬ方向）で最も先端側に位置する第１主切刃２１となる。また、第１主切刃２１の内周側に隣接する副切刃２２は、工具軸線ＣＬに直交するように延在して加工面を仕上げる仕上げ刃となる。

一方、第２切刃チップ３０は、そのすくい面３０ａが工具回転方向Ｋに向けられるとともにその主切刃３１が工具本体１０の外周面から突出させられるように、工具本体の所定の位置に設けられたチップ座１３に装着される。第２切刃チップの主切刃３１は、コーナ角ψ２が０〜１５°の範囲に設定されかつ切込み方向（工具軸線ＣＬ方向）で第１主切刃２１に一部重複し第１主切刃２１よりも後端側まで延びる第２主切刃３１となる。

さらに、図４に図示するように第２主切刃３１は、第１主切刃２１に対して工具径方向で外側に配されており、第１主切刃２１よりも先行して被削材を切削する。また、切削方向となる工具本体１０の接線方向において、第２切刃チップ３０の厚さは、第１切刃チップ２０の厚さより大きくなっている。

本実施形態では、第１切刃チップ２０は、工具本体１０の先端外周面に形成された切欠き溝にボルト等の固定手段で固着されたカートリッジ（ロケータ）１１に切欠き形成されたチップ座１２に載置されて、楔部材１４からなるクランプ手段により工具本体１０に着脱自在に固定されている。一方、第２切刃チップ３０は、工具本体１０の外周面に直接切欠き形成されたチップ座１３に載置されて、取付け穴に挿通されたボルト等のクランプねじ１５を利用して工具本体１０に着脱自在に固定されている。クランプ手段は、特に限定されるものではなく、公知のクランプ手段で代替されてもよい。チップ座に関しても、工具本体に直接形成するか、カートリッジやシムシート等を介して形成するかは適宜選択可能である。

以上の構成を有する正面フライスによれば、例えば表面の凹凸が大きい粗材を正面フライス加工する際において、断続的かつ突発的に第１主切刃２１の切込み限界を超える領域を第２主切刃３１が先行切削し、その後、第１主切刃２１が主たる切削を担うことになる。あるいは、表面の凹凸が小さい被削材を正面フライス加工する際において、定常的に第１主切刃２１の切込み限界を超える領域を第２主切刃３１が先行切削し、その後、第１主切刃２１が主たる切削を担うことになる。したがって、第１主切刃２１の切込み限界を超える深切込みの正面フライス加工が可能となる。第１主切刃２１に隣接しかつ第１主切刃の外周側端部から工具軸線ＣＬ方向後端側に延びる副切刃２２および主切刃２１が切削に関与しなくなるため、欠損等を生じることがなく第１切刃チップ２０の１個につき４回使用することができる。さらに、第１主切刃２１のコーナ角ψ１が５５〜８７°の範囲に設定されることから、実質切取り厚みが小さくなり、この第１主切刃２１の各位置における負荷が軽減されるため、高送り加工での欠損等のトラブルがなく安定した加工を可能にする。

第１主切刃２１より切込み方向後端側かつ送り方向前方側に位置するとともにコーナ角ψ２が０〜１５°の範囲に設定された第２主切刃３１においては、第１主切刃２１を超える切込みを分担することから深切込み加工が可能となる。なお、第２主切刃３１は、第１主切刃２１が過大な切込みを負わないことに配慮して、第１主切刃２１より工具径方向外側に位置しており、第１主切刃２１の送り量より工具径方向外側に位置するのが望ましい。また、第２主切刃３１においては、コーナ角ψ２が０〜１５°の範囲に設定されていることから、第２切刃チップ３０を大型化することなく切込み方向の長さが確保できるうえに、工具径方向外側に大きく張り出すことがないので被削材への干渉が回避できる。

第２主切刃３１においては、前述したとおり、コーナ角ψ２が０〜１５°の範囲に設定されていることから、第１主切刃２１にくらべ実質切取り厚みが大きくなり高送り加工には不利となる。しかしながら、切削方向となる工具本体１０の接線方向において、第２切刃チップ３０の厚さが第１切刃チップ２０の厚さより大きくなっていることから、第２主切刃３１は、工具回転方向Ｋ後方側の十分な肉厚によって高い切刃強度が確保されているので、高送り加工時の欠損が防止され、安定して長い切刃寿命を実現する。

第１切刃チップ２０と第２切刃チップ３０とは、工具本体１０の円周方向に沿って交互に同一個数装着されていることから、第２主切刃３１の送り量が第１主切刃２１の送り量と同等となるので、第２主切刃３１は、過大な負荷を受けることがなく、欠損等の損傷が防止されて切刃寿命が長くなる。特に、第２切刃チップ３０を第１切刃チップ２０より多数装着して、第２主切刃３１の有効刃数を第１主切刃２１の有効刃数より多くすることが望ましい。そうすれば、第２主切刃３１の送り量を小さくして負荷をさらに軽減することができる。

あるいは、図４の（ｂ）に図示するように複数の第２主切刃３１の回転軌跡を、切込み方向先端側から後端側へ向かうにつれ工具径方向内側から外側へ向かうようにずらして配設する、いわゆるステップ型とすることも第２主切刃３１の負荷を軽減するのに有効である。

次に、第２の実施形態である旋削加工用工具について図面を参照しながら説明する。図７および図８は、それぞれ本旋削加工用工具の要部の正面図および平面図である。なお、第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図７および図８に図示するように本旋削加工用工具は、略棒状をなす工具本体１０の先端部上面に形成された一対のチップ座１２、１３に、第１切刃チップ２０および第２切刃チップ３０がそれぞれ着脱自在に装着されてなる。図示しないが工具本体１０の後端部は、旋盤等の工作機械の刃物台に取付けるためのシャンク部となっている。

第１切刃チップ２０は、６角形板状をなし、上方を向く６角形面がすくい面２０ａとされ、下方を向く６角形面が着座面２０ｂとされる。そして、すくい面２０ａとなる６角形面は、その中心を基準として回転対称的に、鋭角コーナと鈍角コーナが交互に配されている。鋭角コーナから鈍角コーナへ延びる一対の辺のうち一方の辺に主切刃２１が形成され、この主切刃２１の鈍角コーナ側端部に隣接して、比較的短い直線状の副切刃２２が形成されている。主切刃２１および副切刃２２から着座面２０ｂに向かって延びる各側面はポジの逃げ面とされている。また、厚み方向に対向する６角形面の中央には取付け穴が貫通して形成されている。第２切刃チップ３０は、第１の実施形態に使用されたものと同一であるため説明を省略する。

第１切刃チップ２０は、取付け穴に挿通されたボルト等のクランプねじ１４ａおよびクランプ駒１４ｂからなるクランプ手段を利用して対応するチップ座１２に着脱自在に装着されており、すくい面２０ａとなる６角形面が上方に向けられ、さらに主切刃２１が工具本体１０の先端面から突出させられかつコーナ角ψ１が５５〜８７°の範囲となるように配設されている。

第２切刃チップ３０は、取付け穴に挿通されたボルト等のクランプねじ１５を利用して対応するチップ座１３に着脱自在に装着されており、第１切刃チップ２０に対して送りＦ方向前方側かつ切込み方向（工具本体の長手方向）後端側に位置し、すくい面３０ａとなる側面が上方に向けられて、さらに主切刃３１が工具本体１０の一側面から突出させられかつコーナ角ψ２が０〜１５°の範囲となるように配設されている。さらに、切削方向Ｃにおいて、第２切刃チップ３０の厚さは、第１切刃チップ２０の厚さより大きくなっている。

第２主切刃３１は、最も先端側に位置する第１主切刃２１と一部重複しかつさらに後端側へ延びていて、切込みを第１主切刃２１とともに分担して深切込み加工を可能にする。さらに、第２主切刃３１は、第１主切刃２１よりも送りＦ方向前方側に位置しているので、被削材を先行して切削する。

以上の構成を有する旋削加工用工具によれば、例えば表面の凹凸が大きい粗材を旋削加工する際において、断続的かつ突発的に第１主切刃２１の切込み限界を超える領域を第２主切刃３１が先行切削し、その後、第１主切刃２１が主たる切削を担うことになる。あるいは、表面の凹凸が小さい被削材を旋削加工する際において、定常的に第１主切刃２１の切込み限界を超える領域を第２主切刃３１が先行切削し、その後、第１主切刃２１が主たる切削を担うことになる。このように第２主切刃３１が被削材を先行切削した後、その加工面を第１主切刃２１が切削することから、第１主切刃２１の切込み限界を超える深切込みの旋削加工が可能となる。さらに、第１主切刃２１のコーナ角ψ１が５５〜８７°の範囲に設定されることから、実質切取り厚みが小さくなり、この第１主切刃２１の各位置における負荷が軽減されるため、高送り加工での欠損等のトラブルがなく安定した加工を可能にする。

第１主切刃２１より切込み方向（工具本体の長手方向）後端側かつ送りＦ方向前方側に位置するとともにコーナ角ψ２が０〜１５°の範囲に設定された第２主切刃３１においては、第１主切刃２１を超える切込みを分担することから深切込み加工が可能となる。なお、第２主切刃３１は、第１主切刃２１が過大な切込みを負わないことに配慮して、第１主切刃２１より送りＦ方向前方側に位置しており、第１主切刃２１の送り量より送りＦ方向前方側に位置するのが望ましい。また、第２主切刃３１においては、コーナ角ψ２が０〜１５°の範囲に設定されていることから、第２切刃チップ３０を大型化することなく切込み方向（工具本体の長手方向）の長さが確保できるうえに、送りＦ方向前方側に張り出すことがないので被削材への干渉が回避できる。

第２主切刃３１においては、前述したとおり、コーナ角ψ２が０〜１５°の範囲に設定されていることから、第１主切刃２１にくらべ実質切取り厚みが大きくなり高送り加工には不利となる。しかしながら、切削方向Ｃにおいて、第２切刃チップ３０の厚さが第１切刃チップ２０の厚さより大きくなっていることから、第２主切刃３１は、切削方向Ｃの十分な肉厚によって高い切刃強度が確保されているので、高送り加工時の欠損が防止され、安定して長い切刃寿命を実現する。

本発明を適用した第１の実施形態に係る正面フライスの要部斜視図である。 図１に示す正面フライスの正面図である。 図１に示す正面フライスの平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、第１主切刃および第２主切刃の回転軌跡を説明する図である。 第１切刃チップを説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 第２切刃チップを説明する図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 本発明を適用した第２の実施形態に係る旋削加工用工具の要部正面図である。 図７に示す旋削加工用工具の要部平面図である。

符号の説明

１０ 工具本体
２０ 第１切刃チップ
２０ａ 第１切刃チップのすくい面
２１ 第１主切刃
３０ 第２切刃チップ
３０ａ 第２切刃チップのすくい面
３１ 第２主切刃
ψ１ 第１主切刃のコーナ角
ψ２ 第２主切刃のコーナ角

Claims (2)

1. 切込み方向で最も先端側に位置しコーナ角が５５〜８７°の範囲に設定された第１主切刃を有する第１切刃チップと、
   前記第１主切刃に対して切込み方向で一部が重複して後端側まで延びるとともに送り方向前方側に位置しかつコーナ角が０〜１５°の範囲に設定された第２主切刃を有する第２切刃チップとを工具本体にそれぞれ装着してなり、
   前記第２切刃チップの切削方向における厚さが、前記第１切刃チップの切削方向における厚さより大きいことを特徴とする深切込み高送り用切削工具。
2. 工具本体に装着される第２切刃チップの個数が、第１切刃チップの個数以上である
   ことを特徴とする請求項１に記載の深切込み高送り用切削工具。
   

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