JP5295271B2 - 切削インサートおよび切削工具、並びにそれを用いた被削材の切削方法 - Google Patents

Description

本発明は、切削インサート、この切削インサートを装着した切削工具、およびそれを用いた被削材の切削方法に関する。

従来、正面フライスやエンドミル等の切削工具（例えば、転削工具）として、経済性に優れたスローアウェイ式の切削工具が多用されている。切削工具は、切削インサートがホルダに装着されてなる。

切刃長さの長い切削インサートは、切削時に大きな負荷を受ける。この負荷を低減するために、例えば、特開平９−５７５１９号公報には、上面と側面との交差部に位置する切刃と、該切刃を分断するよう側面に設けられた溝部と、を備える切削インサートが開示されている。この切削インサートを切削工具に用いると、切屑は幅方向に細かく分断された状態で生じるため、切削インサートが切削時に受ける切削抵抗の低減を図る事ができる。そして、前記溝部の数を増やすほど、分断された各々の切刃の長さが小さくなるため、より切屑の幅が小さくなり、切削抵抗の低減を図ることができる。

しかしながら、幅が小さい切屑は、カールされ難く、伸びた状態で排出されるため、被削材と切刃との間に詰まり易い傾向がある。その結果、被削材の加工表面を傷つけたり、切削インサートを損傷させる等の問題を生じるおそれがあった。
そこで、切削時の切削抵抗を低減するとともに、優れた切屑排出性を有する切削インサートが求められていた。

本発明の課題は、切削時の切削抵抗を低減するとともに、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である。本発明の他の課題は、前記切削インサートを装着した耐久性に優れた切削工具、およびそれを用いた被削材の切削方法を提供することである。

本発明の実施形態に係る切削インサートは、上面と、側面と、前記側面に位置し且つ一端が前記上面に達する溝部と、前記上面と前記側面との交線部に位置し且つ前記溝部によって分断された複数の分割切刃と、を有する本体部を備えている。前記上面には、前記交線部から離れるにしたがって高位となる傾斜部が、前記分割切刃に対応して設けられている。前記傾斜部の下方端部は、上面視において、対応する前記分割切刃の端部から中央部に向かうに従って、対応する前記分割切刃からの距離が大きくなる。

本発明の実施形態に係る切削工具は、ホルダと、前記ホルダの先端側外周部に装着される前記切削インサートと、を備え、前記分割切刃の少なくとも一部が前記ホルダの先端側外周部から外方へ突出している。

本発明の実施形態に係る被削材の切削方法は、前記切削工具を用いて被削材を切削する方法であって、前記切削工具を回転させる工程と、回転している前記切削工具の前記複数の分割切刃の少なくとも一部を前記被削材の表面に接触させる工程と、前記被削材と前記切削工具とを離隔する工程と、を備える。

前記切削インサートによれば、切削時の切削抵抗を低減することができるとともに、カールさせるのに十分な剛性を有しない、幅が小さい切屑であっても、幅方向に圧縮させて適度な剛性を与え、カールさせることが可能である。したがって、前記切削インサートによれば、切削時の切削抵抗を低減することができ、かつ切屑幅が小さい場合であっても、優れた切屑排出性を示すことができる。前記切削工具によれば、優れた耐久性を示すことができる。前記被削材の切削方法によれば、加工精度の高い切削加工を、長期に渡って安定して行うことができる。

本発明の一実施形態に係る切削インサートを示す全体斜視図である。 図１のインサートの（ａ）平面図および（ｂ）側面図である。 図２（ａ）の要部拡大図である。 図３の（ａ）Ａ−Ａ線断面図、（ｂ）Ｂ−Ｂ線断面図、（ｃ）Ｃ−Ｃ線断面図、および（ｄ）Ｄ−Ｄ線断面図である。 本発明の一実施形態に係る切削工具を示す全体斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る被削材の切削方法を示す工程図である。

＜切削インサート＞
以下、本発明に係る切削インサートの一実施形態について、図１〜図４を参照して詳細に説明する。図１および図２に示すように、本実施形態に係る切削インサート（以下、「インサート」と言う。）１は、上面２と、側面３と、下面９とを有する本体部からなる。上面２の中央部には、上面２と下面９とを略垂直に貫通する貫通穴８が形成されている。該貫通穴８は、インサート１を後述するホルダ１１に固定するネジ部材２１を挿通するためのものである。

上面２と側面３との交線部には、切刃４が形成されている。また、側面３には、上面２に達するとともに、切刃４を分断するような溝部５が複数形成されている。切刃４は溝部５によって分断された複数の分割切刃４１からなる。さらに、上面２上には、切刃４から内方に、すなわち交線部から離れるにしたがって高位となる傾斜部６が分割切刃４１に対応して設けられている。前記「内方」とは、切刃４に対してインサート１の内方側であり、貫通穴８側のことを意味する。

インサート１の本体部は、略多角形の板状である。具体的には、前記本体部は、上面視において、略四角形の板状である。したがって、インサート１は、４つの切刃４を有している。なお、前記多角形の形状は、例えば三角形、四角形、五角形、六角形、八角形等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。

上面２のうち切刃４に沿う領域は、すくい面として機能する。側面３のうち切刃４に沿う領域は、逃げ面として機能する。また、下面９は、ホルダ１１に装着するための着座面として機能する。なお、本実施形態においては、側面３は、下面９に向かうにつれて内方に位置するよう傾斜している。すなわち、インサート１は、逃げ面として機能する側面３に正の逃げ角αが付与されたポジ型のインサートである。逃げ角αとしては、通常、５〜３０度の範囲であり、この範囲内で適宜選択される。

切刃４は、側面３に並設された複数の溝部５により分断されてなる複数の分割切刃４１からなる。本実施形態においては、切刃４は、５つの分割切刃４１からなる。また、インサート１のコーナー部における上面２と側面３との交線部には、切刃４に接続するコーナー切刃４２が形成されている。

溝部５は、上述のように、切刃４を分断するように形成されている。これにより、分割された切刃４により生成される切屑は小さくなるため、切削時の切削抵抗を低減させることができる。このような複数の分割切刃４１を有するインサート１は、重切削加工する場合に特に好適である。

溝部５の形状は、上面２に達するように形成されていればよく、特に制限されない。例えば、側面視において、直線状であってもよいし、あるいは図２（ｂ）に示すように、溝部５の一部が幅広の形状であってもよい。溝部５の幅および深さについても特に制限されない。例えば、切削の際にかかる負荷を考慮して、溝部の途中の幅が最大となるように形成してもよい。

溝部５の数は、使用する被削材の種類に応じて適宜設定すればよい。一般に、溝部５の数が多いほど、切削抵抗は小さくなるが、一方で、得られる切屑の幅は小さくなる。そのため、従来のインサートでは、溝部の数を多くすると、切屑をカールするための十分な剛性が得られない場合があり、切屑排出性が悪くなる。そのため、切屑排出性を考慮する場合、一つの側面に対する溝部の数は、実質的には制限される。

本実施形態においては、後述するように、分割切刃４１の端部から中央部に向かうに従って、対応する分割切刃４１からの距離が大きくなるような立ち上がり部（すなわち傾斜部６の下方端部）６ａ、を有する傾斜部６が備えられている。この下方端部６ａは、上面視において湾曲している。そのため、幅の小さい切屑であっても幅方向に圧縮することによって、切屑に適度な剛性を付与しカールさせることが可能である。したがって、従来に比べて、溝部５の数を多く備える場合であっても、優れた切屑排出性を発揮する。

本実施形態においては、溝部５は、一つの側面３に対して４つ設けられている。なお、溝部５は、通常、一つの側面３に対して２〜５個程度形成される。また、溝部５は、各側面３に対して同数形成されているが、異なる数で形成されていてもよい。

溝部５は、例えば本体部の厚み方向に垂直に延びる中心線に対して回転対称となるように、各側面３に配置されることが好ましい。

傾斜部６は、上面２上において、分割切刃４１に沿ったすくい面の内方に形成されている。また、傾斜部６は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、分割切刃４１から離れるに従って下面９（着座面）からの高さが高くなるように設けられている。

傾斜部６は、分割切刃４１によって生成される切屑をカールさせる目的で形成されている。したがって、傾斜部６は、図１および図２に示すように、各分割切刃４１に対応しており、また分割切刃４１に沿って複数形成されている。

傾斜部６は、図３に示すように、上面視において、下方端部６ａが、分割切刃４１の両端から中央に向かうに従って、対応する分割切刃４１から離れるように形成されている。すなわち、分割切刃４１の両端から中央に向かうに従って、対応する分割切刃４１からの距離が大きくなる。例えば、図４（ａ）に示す下方端部６ａと分割切刃４１との距離をＸ₁、図４（ｂ）に示す下方端部６ａと分割切刃４１との距離をＸ₂としたとき、前記Ｘ₁およびＸ₂が、Ｘ₁＞Ｘ₂の関係を有している。下方端部６ａは、図３に示すように、上面視において凹状に形成されている。このような構成により、分割切刃４１により生成された切屑は、まず幅方向の端部から傾斜部６の下方端部６ａに接触し、これにより切屑が絞られ（幅方向に圧縮され）、幅の小さい切屑にカールさせるのに十分な剛性を切屑に付与することできる。

傾斜部６は、例えば、図４（ｃ），（ｄ）に示すように、さらに上面視で分割切刃４１に平行な線における断面、例えば、分割切刃４１に平行な鉛直方向の断面（以下、単に「平行断面」と言う。）において、凹状をなす第１凹部を有することが好ましい。すなわち、傾斜部６は、交線部に直交する方向に延びる凹状面を有している。これにより、下方端部６ａにより幅方向に圧縮された切屑が、その圧縮状態を保持しつつカールされる。

この凹状の傾斜部６は、平行断面において、図４（ｃ），（ｄ）に示すように、第１凹部は、一部に平坦部６ｂを有していてもよい。傾斜部６は、具体的には、対応する分割切刃４１の中央部から端部に向かうにしたがって高さ位置が略一定の平坦面６ｂを有している。図４（ｃ），（ｄ）においては、この平坦部６ｂの幅が、分割切刃４１から離れるに従って大きくなるように形成されている。すなわち、平坦部６ｂは、図３に示すように、略三角形の形状を有している。これにより、カールされた切屑を傾斜部内に滞留させることなく、外部への排出（切屑排出性）が良好となる。

なお、上記の場合、平坦部６ｂに隣接する曲面の曲率は、傾斜部６の形状に応じて適宜設定される。例えば、図４（ｃ），（ｄ）に示す平坦部６ｂは、傾斜部６の中央部に位置している。図４（ｄ）は、図４（ｃ）より分割切刃４１から離れた断面を示す。図４（ｃ）の平坦部６ｂに隣接する曲面の曲率は、図４（ｄ）の平坦部６ｂに隣接する曲面の曲率に比べて小さくなるように形成されている。

また、傾斜部６は、図３および図４に示すように、下方端部６ａを含む第１の傾斜部６１と、該第１の傾斜部６１より高位にあり、かつ水平面（下面９）に対して傾斜角度が大きい第２の傾斜部６２とを含むことが好ましい。前記「高位」とは、インサート１の厚み方向において高位に位置することを意味する。より具体的には、下面９を着座面としてインサート１を静置したとき、切刃４を基準として、より高位に第２の傾斜部６２が位置することを意味する。

このような水平面に対する傾斜角度が異なる少なくとも２つの傾斜面を傾斜部６が有すると、種々の厚み範囲の切屑をカールすることが可能になる。例えば、切削工具の送り速度によって、厚みの異なる切屑が生成される。本実施形態においては、厚みが大きな切屑に対しては傾斜角度の小さな第１の傾斜部６１でカールすることができ、厚みが小さい切屑に対しては、傾斜角度の大きな第２の傾斜部６２でカールすることが可能である。さらにカール半径の制御、切屑の排出の制御も可能である。上記の効果は、例えば、前記傾斜部６を、水平面に対する傾斜角度が異なる傾斜面が多数連続した湾曲部、すなわち前記分割切刃４１に直交する断面視において凹状をなる第２凹部とすることによっても得ることができる。

インサート１の上面上には、さらに、傾斜部６と交互に位置するような隆起部７が形成されている。この隆起部７は、分割切刃４１によって生成された切屑同士が互いに衝突しないように切屑の排出方向を安定させるとともに、切屑を傾斜部６に誘導させるためのガイドの役割を果たす。これにより、切屑を確実にカールさせることができる。図２においては、各溝部５から内方に向かって延びるように隆起部７が複数形成されている。

また、隆起部７は、一対の傾斜側面を有している。一対の傾斜側面は、隆起部７の頂部から、上面２のうち溝部５の両端に位置する２つの分割切刃４１に各々対応するすくい面に向かって傾斜している。隆起部７が、このような一対の側面を備えることによって、分割切刃４１で形成された切屑の排出方向が左右に振れることを抑制することができる。

＜切削工具＞
次に、図５を用いて、本発明の切削工具の一実施形態について説明する。図５に示すように、切削工具１０は、上述したインサート１をホルダ１１の先端側外周部に装着してなる。

本実施形態では、ホルダ１１は、円盤状であるが、ホルダの形状は、例えば棒状、円柱状等であってもよい。ホルダ１１は、インサート１を装着するインサートポケット１２を８個有している。したがって、切削工具１０は、８個のインサート１を備えてなる。

インサート１は、分割切刃４１を、ホルダ１１の外周面から突出するよう装着される。各インサート１は、ネジ部材２１によって、インサートポケット１２にネジ止めされている。

切削工具１０は、上述したインサート１を備えてなるため、幅方向に細かく分断された複数の切屑が互いに衝突することを抑制することができる。そのため、切屑排出性が向上し、工具寿命の向上が図れる。

本実施形態においては、インサート１は、シート部材１３を介してインサートポケット１２に装着されている。これにより、インサート１の切刃４等の欠損が生じた場合であっても、該切刃４の欠損部分に位置するホルダ１１部分はシート部材１３によって保護されるため、ホルダ１１の損傷を抑制することができる。したがって、ホルダ１１の寿命を長くすることができる。

本実施形態のインサート１では、分割切刃４１は、ホルダ１１の軸線Ｓに対して、先端から後端に向かうにつれて遠ざかるように傾斜して配置されている。すなわち、インサート１は、分割切刃４１が正のアキシャルレーキ角を有してホルダ１１に装着されてなる。これにより、さらなる切削抵抗の低減が図ることができる。そのため、特に切込み量等が大きい重切削加工のように、より厳しい切削条件下においても、優れた切削性能を発揮させることができる。

なお、本実施形態においては、インサートポケット１２にインサート１を装着する際、インサート１とインサートポケット１２との間にシート部材１３を介した形態を例示したが、インサート１がインサートポケット１２に直接当接された形態であってもよい。また、本実施形態の切削工具では、正面フライスを例示したが、これに限らず、エンドミル等にも適用することができる。

＜被削材の切削方法＞
図６を用いて、本発明の一実施形態に係る被削材の切削方法について、切削工具１０を用いた場合を例示して説明する。本実施形態に係る被削材の切削方法は、以下の（i）〜（iii）の工程を備える。

（i）図６（ａ）に示すように、切削工具１０をホルダ１１の軸線Ｓを中心に矢印Ａ方向に回転させる工程、矢印Ｂ方向に動かし、被削材１００に切削工具１０の切刃を近づける工程。
（ii）図６（ｂ）に示すように、インサート１の切刃４を被削材１００の表面に接触させ、切削工具１０を矢印Ｃ方向に動かし、被削材１００の表面を切削する工程。
（iii）図６（ｃ）に示すように、切削工具１０を矢印Ｄ方向に動かし、被削材１００から切削工具１０を離隔させる工程。

このように、本実施形態では、優れた切屑排出性を備え、かつ工具寿命の長い切削工具１０を用いて上記（i）〜（iii）の工程を行うため、加工効率および仕上げ面精度の向上が図れる。すなわち、分割切刃４１で生成された切屑が被削材１００と切刃４との間に詰まることを抑制することができ、かつ切刃４および溝部５の欠損を抑制することができる。その結果、加工精度の高い切削加工を、長期に渡って安定して行うことができる。

なお、切削工具１０と被削材１００とは相対的に近づけばよく、例えば被削材１００を切削工具１０に近づけてもよい。これと同様に、前記（iii）の工程では、被削材１００と切削工具１０とは相対的に遠ざかればよく、例えば被削材１００を切削工具１０から遠ざけてもよい。切削加工を継続する場合には、切削工具１０を回転させた状態を保持して、被削材１００の異なる箇所にインサート１の切刃４を接触させる工程を繰り返せばよい。使用している切刃４が摩耗した際には、インサート１を貫通穴８の中心軸に対して９０度回転させ、未使用の切刃４を用いればよい。

以上、本発明に係るいくつかの実施形態を例示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の目的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。例えば、前記した実施形態では、溝部が複数形成されている場合について説明したが、本発明に係る溝部は、少なくとも１つであればよい。

Claims (10)

1. 上面と、側面と、前記側面に位置し且つ一端が前記上面に達する溝部と、前記上面と前記側面との交線部に位置し且つ前記溝部によって分断された複数の分割切刃と、を有する本体部を備え、
   前記上面には、前記交線部から離れるにしたがって高位となる傾斜部が、前記分割切刃に対応して設けられ、
   前記傾斜部の下方端部は、上面視において、対応する前記分割切刃の端部から中央部に向かうに従って、対応する前記分割切刃からの距離が大きくなり、
   前記傾斜部は、対応する前記分割切刃の中央部から端部に向かうにしたがって高位となり且つ前記交線部に直交する方向に延びる凹状面を有し、
   該凹状面は、前記傾斜部の中央部に位置して、対応する前記分割切刃の中央部から端部に向かうにしたがって高さ位置が略一定である平坦面と、該平坦面に隣接して前記傾斜部の端部に位置して、対応する前記分割切刃の端部に向かうにしたがって高位となる曲面と、を有し、
   前記平坦面の幅は、前記交線部から離れるに従って大きくなり、かつ、前記曲面の曲率は、前記交線部から離れるに従って大きくなる、切削インサート。
2. 上面と、側面と、前記側面に位置し且つ一端が前記上面に達する溝部と、前記上面と前記側面との交線部に位置し且つ前記溝部によって分断された複数の分割切刃と、を有する本体部を備え、
   前記上面には、前記交線部から離れるにしたがって高位となる傾斜部が、前記分割切刃に対応して設けられ、
   前記傾斜部の下方端部は、上面視において、対応する前記分割切刃の端部から中央部に向かうに従って、対応する前記分割切刃からの距離が大きくなり、
   前記傾斜部は、第１傾斜部と、前記第１傾斜部よりも前記下方端部から離れて位置するとともに、第１傾斜部よりも高位にあり且つ傾斜角度が大きい第２傾斜部とを有する、切削インサート。
3. 前記傾斜部は、対応する前記分割切刃の中央部から端部に向かうにしたがって高位となり且つ前記交線部に直交する方向に延びる凹状面を有する、請求項２に記載の切削インサート。
4. 前記傾斜部は、対応する前記分割切刃中央部から端部に向かうにしたがって、高さ位置が略一定の平坦面を有し、前記平坦面の幅は、前記交線部から離れるに従って大きくなる
   、請求項３に記載の切削インサート。
5. 前記傾斜部は、前記分割切刃に直交する断面視において凹状である、請求項１〜４のいずれかに記載の切削インサート。
6. 前記上面は、複数の前記傾斜部と、前記傾斜部間に位置するような隆起部とを有する、請求項１〜５のいずれかに記載の切削インサート。
7. 前記隆起部が、前記溝部に対応して形成される、請求項１〜６のいずれかに記載の切削インサート。
8. ホルダと、前記ホルダの先端側外周部に装着される請求項１〜７のいずれかに記載の切削インサートと、を備え、
   前記分割切刃の少なくとも一部が前記ホルダの先端側外周部から外方へ突出している、切削工具。
9. 前記切削インサートは、前記分割切刃が正のアキシャルレーキ角を有するように前記ホルダに装着されている、請求項８に記載の切削工具。
10. 請求項８または９に記載の切削工具を用いて被削材を切削する方法であって、
    前記切削工具を回転させる工程と、
    回転している前記切削工具の前記複数の分割切刃の少なくとも一部を前記被削材の表面に接触させる工程と、
    前記被削材と前記切削工具とを離隔する工程と、
    を備える、被削材の切削方法。

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