JP2004223627A

JP2004223627A - インサート及び刃先交換式回転工具

Info

Publication number: JP2004223627A
Application number: JP2003011713A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kiuchi; 康博木内
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】高硬度材を高能率に切削加工する正面フライス及びインサートを提供する。
【解決手段】正多角形板状のインサートにおいて、切刃は、直線状の主切刃、該主切刃に繋がる円弧状の面取りコーナ刃及び該面取りコーナ刃に繋がる直線状の副切刃、とから構成され、正面視で、該主切刃は該インサートの内接円に接し、該内接円の中心を通る直線が該副切刃と直角に交わる交点をＰ１、該直線が該内接円の中心Ｏに対して該交点Ｐ１と対向する側で該内接円と交わる交点をＰ２とし、該交点Ｐ１とＰ２間の距離をｂとしたとき、１≦ｂ／ａ≦１．１、該円弧状の面取りコーナ刃の半径Ｒが１．６ｍｍ≦Ｒ≦３．５ｍｍ及び該主切刃の逃げ角が１１度≦Ｇ≦３０度、としたことを特徴とするインサートであり、上記インサートを用い刃先交換式回転工具に装着したとき、該工具の切込み角αが４０度≦α≦６０度であることを特徴とする刃先交換式回転工具である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、正面フライス等の刃先交換式回転工具に用いられるインサート、特に、高硬度材の加工に適するインサート及び刃先交換式回転工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高硬度の被削材を正面フライスを使用して高送り加工する場合には、インサートの各切刃にかかる切削抵抗が増大するために、切刃が欠損し易くなってインサートが短寿命になるという不具合がある。そこで、これらの問題点を対策し、高送り加工における加工能率を改善した刃先交換式正面フライス工具が、例えば、下記の非特許文献１に提案されている。
【非特許文献１】ツールエンジニア（Ｖｏｌ．４３、Ｎｏ．５、頁４２−４５、２００２）
非特許文献１記載の正面フライス工具は、仕上げ面粗さが切削条件を適正化し、例えば、１刃当りの送り量を従来並みの量にすることや、或いは基体材種にサーメット材を用いるなどの配慮によって良好な仕上げ面粗さが得られることが記載されている。また、そのインサートは、図１０、図１１より、切刃稜線をなす４辺が夫々外側に凸の円弧状であり、逃げ面の略中央に平坦部が設けられ、該平坦部は切れ刃稜線から後退した位置よりインサート底面まで設けられ、該平坦部がインサートを工具本体に拘束する時の拘束面となっている。また、主切刃の切込み角は３５度以下となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
非特許文献１に記載のインサートを用いて切削加工を行うと、
１）インサートを工具本体の取付座に装着した時に、インサートを工具本体に拘束する拘束面が短く、高精度な位置決めが難しいという課題がある。
２）主切刃の切込み角が３５度以下であるため、切込み深さを大きく設定できないという課題がある。
３）インサート自体の形状が特殊であるため、工具本体も特殊形状となり、従来の正面フライス工具本体に装着できない、等の課題がある。
【０００４】
近年、工具径が１６０ｍｍ程度の正面フライスが広く使用されており、このような正面フライスを用いて、高硬度材を高送りで切削加工しても欠損が発生しないようなインサートが望まれている。本発明の目的は、高硬度材を高能率に切削加工し、非特許文献１記載のインサートよりも主切刃が長く、これによってインサートを工具本体に拘束する拘束面も長くすることにより、高精度な位置決めが可能となり、インサートの拘束力を高めたことにより、加工面の良好な加工面粗さが得られ、しかも従来の正面フライス工具が使用できるインサートを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、正多角形板状のインサートにおいて、切刃は、直線状の主切刃、該主切刃に繋がる円弧状の面取りコーナー刃及び該面取りコーナー刃に繋がる直線状の副切刃、とから構成され、正面視で、該主切刃は該インサートの内接円に接し、該内接円の中心を通る直線が該副切刃と直角に交わる交点をＰ１、該直線が該内接円の中心Ｏに対して該交点Ｐ１と対向する側で該内接円と交わる交点をＰ２とし、該交点Ｐ１とＰ２間の距離をｂとしたとき、１≦ｂ／ａ≦１．１、該円弧状の面取りコーナー刃の半径Ｒが１．６ｍｍ≦Ｒ≦３．５ｍｍ及び該主切刃の逃げ角が１１度≦Ｇ≦３０度、としたことを特徴とするインサートであり、上記インサートを用い刃先交換式回転工具に装着したとき、該工具の切込み角αが４０度≦α≦６０度であることを特徴とする刃先交換式回転工具である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１〜図３に基いて説明する。図１より、本発明のインサート１は、正面視で多角形板状をなし、底面２、底面２と対向する上面３、底面２と上面３との間には側面４が形成された平板状をなしている。上面３と側面４が交わる稜線部には切刃５が形成されている。尚、底面２はフライス工具本体の取付座にインサート１を装着するときの着座面になり、上面３はすくい面となり、側面４は逃げ面となり、角度Ｇの逃げ角が設けられている。図１より、主切刃６は、中心Ｏに対して対向する側の切刃５上にも形成され、隣どうしの主切刃６はその向きが直交するように形成されている。更に、これら４つの主切刃６は、正面視で仮想の内接円１０に接するように構成され、主切刃６、面取りコーナ刃７、副切刃９、面取りコーナ刃８は、それぞれ内接円１０の中心Ｏに対して、対称となるように切刃５上に形成される。図１より、正面視で内接円１０の直径をａ、内接円１０の中心Ｏを通る直線Ｌが副切刃９と直角に交わる交点をＰ１、この直線Ｌが内接円１０の中心Ｏに対して交点Ｐ１と対向する側においてこの内接円１０と交わる交点をＰ２とし、これら交点Ｐ１と交点Ｐ２間の距離をｂとしたとき、１≦ｂ／ａ≦１．１であり、１≦ｂ／ａ≦１．１に限定した理由は、ｂ／ａが１未満になると、直線状の主切刃が存在しなくなり、ｂ／ａが１．１を超えて大きくなると、直線状の副切刃の長さが短くなって、この副切刃により良好な仕上げ面粗さを有する加工面が得られなくなるからである。
【０００７】
次に、面取りコーナ刃７、８は、図３より、本発明インサート１は、主切刃６と副切刃９との間に、それぞれ円弧状の面取りコーナ刃７、８を形成し、該円弧状の面取りコーナ刃７、８は、半径Ｒの円弧から構成され、主切刃６、面取りコーナ刃７、副切刃９、面取りコーナ刃８の順に滑らかに繋がれている。円弧状の面取りコーナ刃７、８の半径Ｒを、１．６≦Ｒ≦３．５ｍｍに設けることにより、高硬度材でも高送りの切削加工が可能なインサートとなる。円弧状の面取りコーナ刃の半径Ｒを、１．６ｍｍ≦Ｒ≦３．５ｍｍに限定した理由は、円弧状の面取りコーナ刃は切削加工時に被削材への食付き作用を行うが、半径Ｒが１．６ｍｍ未満となると、この面取りコーナ刃に切削抵抗負荷が集中してその強度が低下し、チッピングや欠損が発生し易くなり、半径が３．５ｍｍを超えて大きくなると、面取りコーナ刃の強度は向上するが切削抵抗が増大してビビリ振動が発生し易くなり、主切刃は短くなるので、正面フライス工具本体の取付座にインサートを装着したときの拘束長さが小さくなり、インサートの固定が不安定になるので、面取りコーナ刃の半径Ｒは、１．６ｍｍ≦Ｒ≦３．５ｍｍとなる円弧状の形状とした。
【０００８】
更に、主切刃６の逃げ角Ｇを１１度≦Ｇ≦３０度に限定した理由は、Ｇが１１度未満では、主切刃の強度は向上するが、逆に切削抵抗が高くなって切れ味が悪く、Ｇが３０度を超えると、主切刃の強度が低下し、構造用鋼や合金工具鋼等からなる鉄系被削材の切削加工には適さないインサートになるからである。
【０００９】
本発明のインサート１を刃先交換式回転工具正面本体に装着するときには、図４、図５の正面フライス１１のインサート取付座１２に取付け、主切刃６の１つがインサート取付座１２の側壁に拘束されるように位置決めした後、止めねじ、或いはクランプ具１３等を用いて正面フライス１１に装着し、固定する。装着されたとき、インサート１の副切刃９の１つが工具本体１１の先端部に位置する。上記正面フライスを用いて切削加工を行うと、主切刃６と面取りコーナ刃７は、加工機の主軸方向に対して一定の切込み量分の被削材を切削除去する切刃としての作用を行い、副切刃９は被削材の加工面粗さを向上させる。本発明インサート１は、従来例の円弧状切刃に相当する面取りコーナ刃の長さを短くすることができるので、面取りコーナ刃の耐欠損性を向上させることができる。上記刃先交換式回転工具の切込み角αを４０度≦α≦６０度とした理由は、Ｚ軸方向にかかる切削抵抗が高くなるのを防ぎ、主切刃を直線状とすることによって拘束面を長くすることにより、高精度な位置決めが可能となり、インサートの拘束力を高めることができ、加工面の良好な面粗さが得られる。
【００１０】
【実施例】
（実施例１）
ＪＩＳ−Ｋ１０相当材の超硬合金製から成る基体にＰＶＤ被膜を被覆した本発明例１、従来例２のインサートを製作した。表１にそのサイズを示す。
【００１１】
【表１】

【００１２】
図４に示す、工具径１６０ｍｍ、８枚刃の正面フライス工具に装着して、ＨＲＣ５５の高硬度材であるＳＫＤ１１からなる被削材を切削加工して切刃の摩耗状態及びチッピングの発生状況について試験した。切削諸元は、切削速度：７０ｍ／分、軸方向切込み深さ（Ａｄ）：１ｍｍ、半径方向切込み幅（Ｒｄ）：１３０ｍｍ、１刃当たりの送り量（ｆｚ）：０．１５ｍｍ／刃、である。その結果を図７に示す。図７は、被削材の切削加工長さとインサートの主切刃の逃げ面最大摩耗幅（ＶＢｍａｘ）との関係を示している。図７より、本発明例１は、切削長さが５ｍに達しても、逃げ面の最大摩耗幅は０．０６ｍｍであり継続して切削加工が可能であった。従来例２は、切削長さが５ｍに達した時、逃げ面にチッピングが発生し、最大摩耗幅は０．１２ｍｍであった。チッピングが発生した理由は、インサートの拘束力が十分でないために、インサートが振動して、切削抵抗の部分的な集中によりチッピングが発生したものと考えられる。
【００１３】
（実施例２）
円弧状の面取りコーナ刃の半径Ｒを変えた本発明例４、５、６と比較例３、７の超硬合金製インサートを製作した。表１にそのサイズを併記する。上記インサートを図４に示す正面フライス工具に装着し、ＨＲＣ５５からなるＳＫＤ１１の被削材について、ｆｚ：０．１５ｍｍ／刃、で切削加工を行い、加工機のＺ軸方向にかかる切削抵抗値を測定した。尚、Ｚ軸方向にかかる切削抵抗値は、マシニングセンターのテーブルに多分力測定器を取付けて測定した。切削諸元は、切削速度：７０ｍ／分、軸方向切込み深さ（Ａｄ）：１ｍｍ、半径方向切込み幅（Ｒｄ）：９０ｍｍ、である。その結果を図８に示す。図８より、ｆｚを一定の０．１５ｍｍ／刃として切削加工を行った場合、円弧状の面取りコーナ刃の半径Ｒが大きくなるに従い、Ｚ軸方向の切削抵抗値は大きくなるが、面取りコーナ刃にはチッピング、欠損等は発生しなかった。このことは、円弧状の面取りコーナ刃の半径Ｒを大きく設定すれば、ｆｚを上げることが可能になること、即ち、面取りコーナ刃の強度が高くなることを示している。しかし、面取りコーナ刃の半径Ｒの値を大きくし過ぎると、Ｚ軸方向の切削抵抗が高くなり過ぎ、ビビリ振動が発生する。従って、高硬度材を高送りで切削加工するためのインサートとして、主切刃と副切刃との間に形成する面取りコーナ刃の半径Ｒは、適切な範囲値を設定することが可能であることが判明した。
【００１４】
続いて、上記本発明例４、５、６と比較例３、７のインサートを用いて切削試験を行った。ｆｚを０．１ｍｍ〜０．２５ｍｍに変化させ、ＨＲＣ５５のＳＫＤ１１材の切削加工を行った時に、円弧状の面取り刃のチッピング、欠損の発生状況について観察した。こ切削諸元は、切削速度：７０ｍ／分、軸方向切込み深さ（Ａｄ）：１ｍｍ、半径方向切込み幅（Ｒｄ）：１３０ｍｍ、である。その結果を図９に示す。図９より、比較例３は、ｆｚを０．１３ｍｍに上げると面取りコーナ刃に欠損が発生した。本発明例４〜６は、ｆｚを０．１５ｍｍより大きくして加工を行ってもチッピングや欠損が発生せず、ｆｚを０．２２ｍｍ／刃としてもチッピングや欠損は発生しなかった。比較例７は、ｆｚが０．１７ｍｍ／刃を越えるとビビリ振動の発生が確認された。本発明例４〜６の面取りコーナ刃の半径Ｒを１．６ｍｍ〜３．５ｍｍに設定したインサートを装着すれば、ＨＲＣ５５程度の高硬度材でも、ｆｚを０．１５ｍｍ〜０．２２ｍｍの高送りでフライス加工できることが確認できた。
【００１５】
本発明のインサートは、図１に示す形状の他に、切刃５の稜線部に沿ってすくい面３にブレーカ溝を設けた形状としてもよい。ブレーカ溝を設けると、ブレーカ溝は切削加工により発生した切屑を分断又はカールさせて、切屑がすくい面と接触する衝撃力を緩和させることができるので、一層、高硬度材を高送りで切削加工を行うことができるようになる。次に、図２に示す側面図において、切刃５を底面２方向に凹円弧状の形状としたインサートにしてもよい。このように、切刃５を底面２方向に凹円弧状の形状にすると、切削加工時に切刃５が被削材に滑らかに当たるので、主切刃６、面取りコーナ刃７、８に欠損が発生することを防止することができる。また、正面視でインサートの中央部に、回転工具本体の取付座に装着・固定するためのねじ孔を有するインサートとしてもよい。
【００１６】
【発明の効果】
本発明を適用することにより、インサートの取り付け精度が向上し、工具寿命も長くすることが可能になる。これにより、高硬度材を高送りで切削加工するのに適した刃先交換式回転工具用のインサートを提供することができる。また、本発明のインサートは、従来の正面フライス工具をそのまま使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明例の正面図を示す。
【図２】図２は、図１の側面図を示す。
【図３】図３は、図１のＡ部における切刃の構成を示す。
【図４】図４は、本発明例の正面フライスの正面図を示す。
【図５】図５は、図４の側面の断面図を示す。
【図６】図６は、被削材を切削加工しているときの状態を示す。
【図７】図７は、切削長さと逃げ面最大摩耗量との関係を示す。
【図８】図８は、面取りコーナ刃の半径ＲとＺ軸方向の切削抵抗値との関係を示す。
【図９】図９は、切刃の欠損の発生状態を説明するための図を示す。
【図１０】図１０は、従来例のインサートの正面図を示す。
【図１１】図１１は、図１０のＡの矢視方向の側面図を示す。
【符号の説明】
１：インサート
２：底面
３：上面
４：側面
５：切刃
６：主切刃
７、８：面取りコーナ刃
９：副切刃
１０：内接円
１１：刃先交換式回転工具
１２：取付座
１３：クランプ具
α：切込み角

Claims

正多角形板状のインサートにおいて、切刃は、直線状の主切刃、該主切刃に繋がる円弧状の面取りコーナー刃及び該面取りコーナー刃に繋がる直線状の副切刃、とから構成され、正面視で、該主切刃は該インサートの内接円に接し、該内接円の中心を通る直線が該副切刃と直角に交わる交点をＰ１、該直線が該内接円の中心Ｏに対して該交点Ｐ１と対向する側で該内接円と交わる交点をＰ２とし、該交点Ｐ１とＰ２間の距離をｂとしたとき、１≦ｂ／ａ≦１．１、該円弧状の面取りコーナー刃の半径Ｒが１．６ｍｍ≦Ｒ≦３．５ｍｍ及び該主切刃の逃げ角が１１度≦Ｇ≦３０度、としたことを特徴とするインサート。
請求項１記載のインサートを刃先交換式回転工具に装着したとき、該工具の切込み角αが４０度≦α≦６０度であることを特徴とする刃先交換式回転工具。