(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
軸方向すくい角(アキシャルレーキ)を負の角度(ネガ)にすると、転削工具の先端及び外周のいずれにおいてもすくい角が小さくなり、刃先強度を増すことができる。反面、軸方向すくい角が負の角度にすると、切りくずが転削工具の下方(先端側)に向けて排出されやすくなり、切りくず詰まりや切りくずの被加工面への擦過等が発生しやすくなる。一方で、切削インサートのすくい面を平面で構成し、軸方向すくい角を正の角度にすると、転削工具の先端から離れるに従って真のすくい角が大きくなり、刃先強度が低下してしまう。
【0004】
本発明は、刃先強度及び切りくず排出性のどちらも優れた切削インサートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一態様に係る切削インサートは、回転軸を中心に回転するボデーに装着され、該ボデーとともに刃先交換式の転削工具を構成する切削インサートである。切削インサートは、ボデーの座面に装着される下面と、該下面とは反対側の上面と、下面及び上面の間を接続する周側面と、を備えている。上面と周側面とが交差する稜線部には、切れ刃が形成されている。切れ刃は、内切れ刃と、コーナ刃と、を有している。コーナ刃は、内切れ刃と比較して回転軸から遠い位置に形成されて内切れ刃に接続している。コーナ刃は、上面に対向する方向から見た平面視において、円弧状に形成されている。回転軸に垂直な方向において、コーナ刃の幅は、切削インサートの幅の40%以上かつ50%以下である。上面は、切れ刃に沿って形成され、かつ負の角度を有するネガランドと、該ネガランドに接続し、かつ下面に平行な平坦面と、を有している。ネガランドは、コーナ刃の端部のうち内切れ刃に接続する一方の端部から他方の端部へ向かうに従い角度が大きくなる。
【0006】
この態様によれば、コーナ刃に隣接して形成されるネガランドの角度が、転削工具の先端に位置する部分ほど小さな値になる。転削工具の先端から離れるに従って、徐々にランド角が
正の側に変化するネガランドを設けることで、切りくず排出性を改善しつつ、刃先強度を向上させることができる。
【0007】
上記態様において、切削インサートの切れ刃は、コーナ刃に接続し、かつ回転軸に平行な直線状のさらい刃を更に有している。さらい刃における稜線部では、上面がさらい刃に対して鈍角に交差していることが好ましい。
【0008】
この態様によれば、コーナ刃の加工面をさらい刃がさらうため、加工面粗さが良好になる。直線状の稜線部では、上面とさらい刃とが鈍角に交差しているため、直線状の稜線部がワークの表面に接触して加工面粗さを悪化させることを未然に防ぐことができる。
【0009】
上記態様において、切削インサートは、上面から下面まで貫通する貫通孔を更に備え、上面視したとき、上面から貫通孔を除いた領域における平坦面が占める割合が90%以上であることが好ましい。
【0010】
上面に凹凸があると、切削インサートを研削するとき砥石の動かし方に制約が生じる。この態様によれば、上面の大部分が平坦面で構成されているため、研削加工しやすい。上面にチップブレーカ等が形成された切削インサートと比べて高精度に製造することができる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、刃先強度及び切りくず排出性のどちらも優れた切削インサートを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。本発明の切削インサート10は、切れ刃(10f,10g,10m)が、その全ての部分において下面10bから略一定の高さに配置されている(
図4及び
図5参照)。コーナ刃10fに沿って設けられたネガランド10qは、内切れ刃10gと接続する一方の端部12から他方の端部13にかけて角度がθ1からθ2へ大きくなるように形成されている(
図6及び
図7参照)。転削工具の先端から離れるに従って、徐々にランド角が
正の側に変化するネガランドを設けることで、切りくず排出性を改善しつつ、刃先強度を向上させることができる。以下、
図1乃至
図10を参照して各構成について詳しく説明する。
【0014】
図1及び
図2は、本発明の一実施形態に係る切削インサート10の一例を示す斜視図である。
図1及び
図2に示すように、切削インサート10は、上面10aと、該上面10aとは反対側の下面10bと、上面10a及び下面10bの間を接続する周側面(10d,10d’,10e,10e’)と、を備えている。
【0015】
周側面は、ほぼ平坦な一対の側面部(10d,10d’)と、これら一対の側面部の間を接続する一対の正面部(10e,10e’)と、を備えている。以下の説明において、一対の側面部のうち、一方を第1の側面部10dと呼び、他方を第2の側面部10d’と呼ぶことがある。同様に、一対の正面部のうち、一方を第1の正面部10eと呼び、他方を第2の正面部10e’と呼ぶことがある。
【0016】
図3は、切削インサート10を上面10aから見た上面図である。
図3に示されるように、上面10aと第1の側面部10dとが交差する稜線部は、直線状に形成されている。同様に、上面10aと第2の側面部10d’とが交差する稜線部は、第1の側面部10dにおける稜線部と平行な直線状に形成されている。
図3に示さすように、第1及び第2の側面部10d,10d’において直線状に形成された稜線部の間隔を、切削インサート10の幅Wと定義する。切削インサート10の幅Wは、例えば、4〜4.5mmである。
【0017】
図示した例では、切削インサート10の下面10bが、平面状に形成されている。切削インサート10の中央部には、上面10a及び下面10bを貫通する貫通孔Hが形成されている。この貫通孔Hを貫通するクランプねじを、刃先交換式の転削工具のボデーBの座面に設けられた雌ねじと螺合することによって、切削インサート10はボデーBに固定される。このとき、切削インサート10は、側面部10d側がボデーBの回転軸AXに近く、側面部10d’側がボデーBの回転軸AXから遠くなるようにボデーBに固定される(
図9参照)。ボデーBについては、
図8乃至
図10を参照して後で詳しく説明する。
【0018】
図4は、切削インサート10を周側面のうちの第2の側面部10d’から見た側面図である。
図5は、切削インサート10を周側面のうちの第2の正面部10eから見た側面図である。
図4及び
図5に示されるように、この切削インサート10の周側面(10d,10d’,10e,10e’)は、下面10bに接続し、下面10bに垂直な垂直部10hと、垂直部10hに接続し、下面10bから離れるに従い下面10bに平行に切断した断面積が増加するように広がる接続部10jと、接続部10jに接続し、下面10bから離れるに従い下面10bに平行に切断した断面積が増加するように広がる傾斜部10kと、を備えている。
【0019】
以下の説明において、貫通孔Hの中心軸に対して周側面が傾斜している角度を傾斜角と呼ぶ。なお、貫通孔Hの中心軸と周側面とがなす角度は、中心軸の方向ベクトルと周側面の法線ベクトルとがなす角度の余角(complementary angle)として求められる。
図5に示すように、接続部10jにおける周側面(10d,10d’,10e,10e’)は、垂直部10hにおける周側面よりも大きな傾斜角(第1の傾斜角α)を有している。したがって、断面積の増加率が大きい。一方で傾斜部10kにおける周側面は、垂直部10hにおける周側面よりも小さな傾斜角(第2の傾斜角β)を有している。したがって、断面積の増加率が小さい。
【0020】
また、下面10bに垂直な方向の高さは、垂直部10h、接続部10j、傾斜部10kの順番に大きくなる。そして、垂直部10hの高さh1と接続部10jの高さh2の和h1+h2よりも、傾斜部10kの高さh3の方が大きい。
【0021】
換言すると、切削インサート10は、上面10aから下面10bにわたってくびれた形状を有しており、傾斜部10kにおいて、上面10aから下面10bに向かって緩やかに断面積が減少するように収縮した後、接続部10jにおいて、下面10bに向かって大きく断面積が減少するように収縮し、垂直部10hにおいて、断面積を一定に維持したまま下面10bに接続する構造を有している。なお、接続部10j及び傾斜部10kの各傾斜角は一定である必要はない。ただし、接続部10jの傾斜角の平均値と、傾斜部10kの傾斜角の平均値又は代表値は、大小関係を有している。
【0022】
図1及び
図2に示すように、上面10aと第1の正面部10eとが交差する稜線部の少なくとも一部には、切れ刃が形成されている。切れ刃は、コーナ刃10fと内切れ刃10gとを備えている。同様に、上面10aと第2の正面部10e’とが交差する稜線部には、切れ刃としてコーナ刃10fと内切れ刃10gとが形成されている。切削インサート10は、貫通孔Hの中心軸に対して180°軸対称な構造をしている。つまり、第1の正面部10eと第2の正面部10e’とは、略同一の形状及び機能を有している。そのため、代表して第1の正面部10eを詳しく説明し、第2の正面部10e’については重複する説明を省略する。
【0023】
コーナ刃10fは、切削インサート10のコーナ部に設けられ、上面10aに対向する方向から見た場合に、所定の曲率を有するように形成されている。換言すると、コーナ刃10fは、円弧状に形成されている。このコーナ刃10fの曲率は、加工対象の角Rの仕様にあわせて選択できる。例えば、角Rの仕様が2mmの場合は、コーナ刃の回転軌跡を考慮した加工後の角Rが2mmとなるように、コーナ刃10fが所定の曲率半径(たとえば、2mm弱)を有する切削インサート10を選択すればよい。
【0024】
本実施形態では、
図3に示されるように、通常よりも曲率が大きく、かつ、巨大なコーナ刃10fが形成されている。図示した例では、コーナ刃10fの幅Wfは、ボデーBの回転軸AXに垂直な方向において、切削インサート10の幅Wの40%以上かつ50%以下である。詳しく述べると、上面10aに対向する方向から見たときに、側面部10d’から、幅Wの方向(第1の側面部10dと第2の側面部10d’とを結ぶ方向)において40〜50%の位置までコーナ刃10fが形成され、かつ、その曲率半径が、例えば、幅Wの50%以下に形成されている。
【0025】
また、
図3及び
図5に示した例では、コーナ刃10fに連続して内切れ刃10gが形成されている。内切れ刃10gは、コーナ刃10fと接続する他方の端部12と、上面10aに対向する方向から見たときに、ほぼ直線的に形成された第1の側面部10d,10d’に接続する一方の端部11と、を備えている。
【0026】
図4及び
図5に示すように、上面10aは下面10bに対して平行で平坦に形成されている。換言すると、コーナ刃10f及び内切れ刃10gを含む上面10aの稜線部は、その全周において下面10bから略同一の高さに位置している。詳しく述べると、上面10aは、下面10bからの高さ(距離)が一定の平坦面10pと、該平坦面10pを囲繞するネガランド10qと、を有している。
【0027】
ネガランド10qと周側面(10d,10d’,10e,10e’)とが交差する稜線部は、下面10bからの高さが平坦面10pと略同一の高さであり、平坦面10pよりも僅かに低い。つまり、稜線部に形成された切れ刃(10f,10g,10m)は、上面10aとその全ての部分において下面10bからの距離が略一定である。下面10bからの高さが最も高い位置の切れ刃と、下面10bからの高さが最も低い位置の切れ刃との高さの差は、例えば1mm以内である。
【0028】
図4に示した例では、さらい刃10mが、コーナ刃10fを挟んで内切れ刃10gとは反対側に形成されている。さらい刃10mは、コーナ刃10fや内切れ刃10gと比べて非常に短く形成されている。さらい刃10mの他方の端部は上面10aの直線状の稜線部と接続している。その稜線部とさらい刃10mとは、内角でほとんど180°に近い大きさの鈍角に交差している。
【0029】
図3に示すように、上面10aには、切れ刃に隣接して負の角度(θ1〜θ2)を有するネガランド10qが形成されている。
図6は、
図3中のVI−VI線に沿う断面図である。
図7は、
図3中のVII−VII線に沿う断面図である。
図6及び
図7に示すように、コーナ刃10fに隣接するネガランド10qの角度は、内切れ刃10gに接続する一方の端部12からさらい刃10mに接続する他方の端部13に向うに従って正の値に近づくように漸次に大きくなる。
【0030】
図示した例では、
図6に示された内切れ刃10g側の端部12におけるネガランド10qの角度θ1が−20°である。さらい刃10mに接続する端部13に向うに従ってネガランド10qの角度がθ1から徐々に角度が大きくなる。
図7に示されたさらい刃10m側の端部13におけるネガランド10qの角度θ2は−8°である。
【0031】
また、上面10aは貫通孔H及びネガランド10qを除いた部分の大部分において、チップブレーカ等が形成されていない平坦な面10pで構成されている。この平坦面10pが上面10aに占める割合は90%以上である。
【0032】
図8は、二つの切削インサート10が装着されたエンドミルEの一例を示す斜視図であり、
図9は、このエンドミルEの先端及びその近傍の部分を含む先端部を回転軸AXに垂直な方向から見た図であり、
図10は、このエンドミルEの先端部を回転軸AX方向から見た図である。エンドミルEは、刃先交換式の転削工具の一例である。
図8乃至
図10に示されたエンドミルEは、工具径が8mm〜20mmの細径のエンドミルEであり、例えば金型を加工するために用いることができる。
【0033】
図8乃至
図10に示すように、エンドミルEの先端部において、円筒状のボデーBには、切削インサート10を装着するための2つの座面F及びF’が形成されている。座面F及びF’には、それぞれ雌ねじが形成されている。切削インサート10の貫通孔Hを貫通するクランプねじCSがこの雌ねじと螺合することにより、切削インサート10の下面10bが座面F及びF’に押し付けられ、各切削インサート10は、ボデーBに固定される。先端部とは反対側のエンドミルEの基端部は、図示しない工作機械に固定される。
【0034】
このとき、正面部10eは回転軸AXと同じ方向を向く。前述したように、側面部10dが回転軸AXに近く、側面部10d’が回転軸AXから遠くなるように、切削インサート10は、ボデーBに装着される。このため、エンドミルEの外周側から中心に向かってコーナ刃10f及び内切れ刃10gが存在する。
【0035】
以下、ボデーBの剛性を高める構造について説明する。本実施形態に係る切削インサート10は、ボデーBの剛性を高めることに寄与する。切削インサート10の幅Wは、4〜4.5mmと非常に薄いため、このような切削インサート10が装着されるボデーBも細くなる。ボデーBの体積が減少した分、ボデーBの剛性も低くなる。
【0036】
加えて、切削インサートをボデーに装着する際に、切削インサートの側面とボデーのチップ座の壁面を確実に当接させるために、チップ座の座面と壁面を接続する隅部をえぐってぬすみ(凹部)を形成している。本出願の発明者らは、ぬすみを形成するためにチップ座の隅部を除去することが、ボデーの剛性に影響を与える点に着目した。
【0037】
本実施形態に係る切削インサート10は、傾斜部10k及び接続部10jを設けているため、傾斜部10k及び接続部10jを設けていない通常の切削インサートと比較して、下面10bのエッジが下面10bの中央側に移動する。このため、
図10に示されるように、切削インサート10が装着されるボデーBのチップ座の隅部C及びC’に形成されるぬすみを小さく、すなわちボデーBの断面積を大きくすることが可能になる。したがって、ボデーBの剛性を高めることが可能になる。
【0038】
また、切削インサート10の幅Wは、4〜4.5mmと非常に狭いため、チップ座の座面F及び座面F’との接触面積も限られる。接触面積が小さすぎると、切削インサートを安定的にボデーBに装着することができなくなる。切削インサート10は、傾斜部10kに続いて垂直部10hを設けているため、垂直部10hがない場合と比較して、下面10bの面積を大きくすることが可能になる。このため、チップ座の座面F及び座面F’との接触面積を大きく確保できる。
【0039】
また、傾斜角が比較的小さい傾斜部10kの周側面をチップ座の壁面と当接させることができるため、傾斜角が大きい周側面をチップ座の壁面と当接させる場合よりも、安定して切削インサート10を支持することが可能になる。したがって、本実施形態に係る切削インサート10は、ボデーBの剛性を高めることと、安定的に装着されることの両立を図ることが可能になる。
【0040】
次に本実施形態の効果について説明する。コーナ刃10fに隣接して形成されるネガランド10qの角度(θ1〜θ2)は、転削工具の先端に位置する部分ほど小さな値(例えばθ1)になっている。転削工具の先端から離れるに従って、徐々にランド角が
正の側に変化するネガランドを設けることで、切りくず排出性を改善しつつ、刃先強度を向上させることができる。
【0041】
本実施形態の第2の(副次的な)効果として、切削インサート10が工具ボデーBに正の軸方向すくい角を構成するように配置されているので、高硬度材ではない被削材を切削する場合、切削インサート10を交換してすくい角が正の角度になるようにすれば、高硬度材切削と他の被削材の切削と、工具ボデーBを共通化することができる。
【0042】
また、さらい刃10mがコーナ刃10fに接続されているので、立壁において加工面粗さが良好になる。さらい刃10mに接続する直線状の稜線部と、さらい刃10mとは鈍角に交差しているため、その直線状の稜線部がワークに接触することが回避される。そのため、この直線状の稜線部がワークの表面に接触して、加工面粗さを悪化させる事態を防止できる。
【0043】
また、上面10aにチップブレーカ等の溝や凹凸が形成されず、その大部分が平坦面10pで構成されているため、ネガランド10qを研削により成形するときに、砥石の動かし方の自由度が上がり、製造コストが低下する。つまり、切削インサート10はチップブレーカ等が形成された複雑な形状の切削インサートよりも高精度に製造することができる。
【0044】
本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。例えば、当業者の通常の創作能力の範囲内で、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態に組み合わせることもできる。