JP5109485B2 - 旋削用スローアウェイチップ - Google Patents

Description

本発明は、切削工具の切刃として用いられるスローアウェイチップに関し、特に長尺のシャフトの旋削加工に好適なスローアウェイチップに関する。

旋削加工において、シャフトのような多種多様な形状をもつ長尺の被削材を丸棒素材から削り出し成形する場合、切込みの変動が大きくなる。また、長尺ゆえに十分な被削材剛性を有していない。したがって、一時的に高切込みとなったとき切屑詰まりを起因とした被削材のびびりが生じて加工精度や加工面粗度の悪化が引き起こされてしまう。このような問題を解決するため、すくい面のコーナ部から勝手方向に横切刃に沿って延びる凹状のブレーカ溝が形成されたスローアウェイチップが用いられている（例えば、特許文献１参照）。

あるいは、高切込みにおける切屑処理性を重視したチップブレーカをもつ旋削用スローアウェイチップが用いられる。この種の旋削用スローアウェイチップとして、例えば多角形平板状のチップ本体の多角形面にすくい面を形成し、この多角形面の辺稜部にそのコーナ部からそれぞれ延びる一対の切刃を形成し、このコーナ部の２等分線上に凸球面状のブレーカ突起を形成したものがある（例えば、特許文献２参照）。
実開昭６１−０６４９０２号公報 特開２００３−２２０５０３号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたスローアウェイチップにおいては、切削抵抗を軽減し高切込み高送り条件での切屑詰まりを抑制する反面、切屑が伸びやすく、特に低切込み低送り条件の旋削加工では、切屑がシャフトや旋削工具に伸び絡むため、切屑を除去するため加工の中断を強いられたり、加工面の面粗度の悪化を引き起こしたりするおそれがあった。特許文献２に記載されたスローアウェイチップにおいては、高送り高送り条件での切屑処理性は良好であるが、切削抵抗の軽減効果が小さく、低切込み低送り条件では特許文献１と同様の問題があった。このスローアウェイチップにおいて、低切込み低送りにおける切屑処理性を高めるため、ブレーカ突起をコーナ部の２等分線方向でコーナの先端に接近させた場合、高切込み高送り条件では切屑詰まりにより被削材にびびりを生じさせてしまうため加工精度や加工面の面粗度が悪化するおそれがあった。

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、切屑処理性および加工精度に優れ、特に長尺のシャフトの旋削加工に好適な旋削用スローアウェイチップ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、多角形板状をなし、対向する多角形面の少なくともいずれか一方にすくい面が形成され、前記多角形面間に延びる側面に逃げ面が形成され、これらすくい面と逃げ面との交差稜線に切刃が形成されてなる旋削用スローアウェイチップにおいて、すくい面となる多角形面に直交する方向からみて、前記多角形面のコーナ部には、このコーナからそれぞれ延びる横切刃および前切刃が形成され、前記すくい面には、前記横切刃から内側に向かって凹状をなし該横切刃に沿って延びるブレーカ溝が、前記コーナ又は前記前切刃を突き抜けかつ前記コーナの２等分線と交差して形成され、前記ブレーカ溝表面から隆起する少なくとも１つのブレーカ突起が、前記２等分線より前記前切刃寄りに形成されていることを特徴とする旋削用スローアウェイチップである。

請求項１に係る発明によれば、横切刃に沿って延びる凹状のブレーカ溝がコーナ又は前切刃を突き抜けかつコーナの２等分線と交差して形成されることから、特に高切込み高送り条件において、横切刃から生成する切屑がブレーカ溝内で強制的にカールすることなく円滑に流れるため、切削抵抗の増大が防止される。そのため、比較的剛性の低い長尺のシャフトを高切込み旋削加工した際において、びびりが抑制され優れた加工精度が実現される。

さらに、ブレーカ溝の表面から隆起するブレーカ突起がコーナの２等分線より前切刃寄りに形成されていることから、低切込み低送り条件において、主にコーナから生成する切屑が前記ブレーカ突起に拘束されて細かくカールする。そのため、すくい面のコーナ部から勝手方向に横切刃に沿って延びる凹状のブレーカ溝をもつ従来のスローアウェイチップやコーナの２等分線上にブレーカ突起を設けた従来のスローアウェイチップにくらべ、切屑が被削材又は旋削工具に伸び絡むことが防止され、優れた切屑処理性が実現される。

請求項２に係る発明は、前記ブレーカ溝内には、前記横切刃から内側へ延びるポジのすくい角をもつ傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の旋削用スローアウェイチップである。
請求項２に係る発明によれば、横切刃から内側へ延びるポジのすくい角をもつ傾斜面により切削抵抗が低減するとともにブレーカ溝内の切屑の流れが円滑となるため、長尺のシャフトの高切込み加工において、びびりがさらに抑制され、特に加工精度の向上がはかられる。

請求項３に係る発明は、前記ブレーカ突起が凸球面状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の旋削用スローアウェイチップである。
請求項３に係る発明によれば、凸球面状に形成したブレーカ突起により該ブレーカ突起の表面と切屑との接触面積が限定的に狭くなるので、切屑のブレーカ突起への衝突による被削材への負荷および切屑詰まりが軽減するため、びびりがさらに抑制され、加工精度のさらなる向上が実現する。

請求項４に係る発明は、前記コーナおよび前記横切刃が、前記コーナの先端を最高位とし、これより遠ざかるにつれ漸次低位となるように傾斜して形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の旋削用スローアウェイチップである。
請求項４に係る発明によれば、コーナおよび横切刃に沿う方向で下り傾斜となっていることから、特に高切込みにおける切削抵抗の低減がはかられる。

本発明によれば、シャフトの旋削加工において、高切込み時では切削抵抗の増大および切屑詰まりを防止し、低切込み時では優れた切屑処理性が実現される。そのため、特に長尺のシャフトの旋削加工では、切屑処理性および加工精度の向上がはかられる。

本発明を適用した実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明を適用した旋削用スローアウェイチップを説明する図面であり、（ａ）はコーナ部の拡大正面図であり、（ｂ）はコーナ部拡大平面図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＳ１−Ｓ１線断面図である。図２の（ａ）および（ｂ）は、ブレーカ突起の他の態様を示すコーナ部の拡大平面図である。図３は、本発明を適用した他の実施形態のコーナ部斜視図である。図４は、従来スローアウェイチップのコーナ部斜視図である。図５は、他の従来スローアウェイチップのコーナ部斜視図である。

本実施形態に係る旋削用スローアウェイチップは、全体形状を図示していないが、頂角が５５°の略菱形板状をなすチップ本体１の対向する一対の菱形面の少なくともいずれか一方がすくい面３とされるとともに他方が着座面とされ、一対の菱形面間に延びる各側面が逃げ面とされ、これらすくい面と逃げ面との交差稜線が切刃とされてなる（図１参照）。

図１の（ａ）および（ｂ）からわかるようにすくい面３となる菱形面のコーナ部２には、平面視円弧状をなすコーナ５ａからそれぞれ延びる直線状の横切刃５ｂおよび前切刃５ｃが形成されている。さらに、すくい面３には、横切刃５ｂから内側に向かって凹状をなし該横切刃５ｂに沿って延びるブレーカ溝６が形成されている。図１の（ｃ）に図示するように、このブレーカ溝６は、横切刃５ｂに直交する断面で、横切刃から内側に向かって順に下り傾斜面６ａ、平坦面６ｂ、上り傾斜面６ｃが形成された凹状をなし、平面視でコーナ５ａ又は前切刃５ｃを突き抜け、かつコーナの２等分線Ｂと交差して形成されている。

さらに、すくい面３には、少なくとも１つのブレーカ突起７がブレーカ溝６の表面から隆起して形成されている。平面視において、このブレーカ突起７は、その中心がコーナの２等分線Ｂより前切刃５ｃ寄りの位置にあるように形成されている（図１の（ａ）および（ｂ）参照）。

以上の構成を有する旋削用スローアウェイチップは、例えばバイトホルダ（図示しない）の所定の位置に固定手段を利用して固定されて被削材の旋削加工に用いられる。本スローアウェイチップにおいて、送り方向前方側に配置されて主に切削を担う横切刃５ｂから生成する切屑は、ブレーカ溝６内を流れ、自発的にカールするか、上り傾斜面６ｃに接触してカールする。ここで、ブレーカ溝６がコーナ５ａ又は前切刃５ｃに突き抜け、かつコーナの２等分線Ｂと交差して形成されていることから、ブレーカ溝６の切刃直交断面でみたブレーカ幅Ｗおよびブレーカ溝６の容積が十分に確保される。そのため、例えばシャフトの旋削加工における一時的な高切込み高送り条件においても、切屑がブレーカ溝６内で詰まることなく円滑に排出されるため、切削抵抗の増大が防止され、比較的剛性の低い長尺のシャフトを旋削加工した場合であってもびびりの発生が抑制され、優れた加工精度が実現される。

さらに、該スローアウェイチップの平面視において、ブレーカ溝６内には、このブレーカ溝６の表面から隆起するブレーカ突起７が、その中心がコーナの２等分線Ｂより前切刃５ｃ寄りの位置にあるように形成されている。すなわち、前記ブレーカ突起７は、コーナの２等分線Ｂを基準として非対称的に形成され、横切刃５ｂからブレーカ突起７の中心までの距離が前切刃５ｃから前記中心までの距離より大きくなるように配置されている。そのため、低切込み低送り条件において、主にコーナ５ａから生成しコーナ５ａのほぼ法線方向に流れる切屑は、このブレーカ突起７に確実に拘束されて、規則性のあるカール状に変形させられ一定方向に流出させられるか、又は細かく分断させられる。このようにブレーカ突起７が切屑処理性の向上に大きく寄与する結果、切屑が被削材やバイトホルダ等に伸び絡むことがなく、加工面への切屑擦過による面粗度の悪化、切屑の除去作業による加工能率の低下といった問題が解消される。

一方、高切込み高送り条件においては、切屑の流れる方向が横切刃５ｂに直角な方向に近づくため、前記ブレーカ突起７が切屑を拘束する作用は小さくなることに加え、ブレーカ溝の上り傾斜面６ｃが前記ブレーカ突起７より横切刃５ｂから遠距離に配置されているので、切屑をカール状に変形させる際に被削材およびスローアウェイチップへ作用する力が大幅に軽減し、切屑詰まりや被削材のびびりが防止されるため、優れた加工精度と良好な面粗度が得られる。上記効果をさらに高めることに配慮して、前記ブレーカ突起７の最高点を前記ブレーカ溝の上り傾斜面６ｃの最高点より低位とするのが望ましい。

前記ブレーカ突起７は、主に低切込み低送り条件における切屑処理性に貢献するものであり、少なくとも１つ設けられていればよく、例えば図２の（ａ）に図示するように、例えば平面視楕円状を呈した２つのブレーカ突起７ａ、７ｂが、その中心がコーナの２等分線Ｂより前切刃５ｃ寄りの位置にあるように設けられてもよい。この場合においても、先の実施形態と同様に、各ブレーカ突起７ａ、７ｂは、コーナの２等分線Ｂを基準として非対称的に形成され、横切刃５ｂから各ブレーカ突起７ａ、７ｂの中心までの距離が前切刃５ｃから前記中心までの距離より大きくなるように配置されている。さらに、図２の（ｂ）に図示するように、補助ブレーカ突起８がコーナの先端Ｃから離間しかつコーナの２等分線Ｂより横切刃５ｂ寄りの位置に設けられてもよい。この補助ブレーカ突起８を追加することは、高切込み高送り条件における切屑処理性の向上にきわめて有効となる。このように、従来の一般的な３次元ブレーカ付きスローアウェイチップでは、ブレーカ突起がコーナの２等分線上あるいは２等分線を基準として対称的な位置に設けられていたのに対し、本スローアウェイチップでは、ブレーカ突起７、７ａ、７ｂおよび補助ブレーカ突起８がコーナの２等分線Ｂを基準として非対称な位置に設けられるという特徴を有するため、低切込み条件および高切込み条件のいずれにも切屑処理性の向上が可能となる。

このスローアウェイチップにおいて、ブレーカ溝６内には、横切刃５ｂから内側へ延びるポジのすくい角をもつ下り傾斜面６ａが形成されてもよい。この場合、図１の（ｃ）に図示するように、前記下り傾斜面６ａは、横切刃５ｂから直接又は水平方向に延びる平坦なランド面（図示しない）を介して内側かつ下方へ傾斜した平面状又は曲面状として形成されている。このように下り傾斜面６ａを横切刃５ｂに連なって形成した場合には、このスローアウェイチップを装着した旋削工具のバックレーキが増加するため切削抵抗が軽減する。さらに、横切刃５ｂから生成する切屑の流れが促進されるため切屑処理性が向上する。

図１に図示するスローアウェイチップにおいて、ブレーカ突起７は、ブレーカ溝６の表面から凸球面状に隆起して形成されている。これは、凸球面状に形成したブレーカ突起の表面と切屑の剪断面との接触面積を限定的に狭くすることにより、前記接触による被削材への負荷および切屑詰まりを軽減させることに配慮したものである。その結果、被削材のびびりが抑制され、さらなる加工精度の向上が実現する。ブレーカ突起は、凸球面状に限らず、図２の（ａ）に例示したように平面視楕円状を呈した凸曲面状、図示しないが平面視多角形状を呈した凸多面状をなすものに変更可能である。

本スローアウェイチップにおいて、図１の（ｂ）に図示するようにコーナ５ａおよび横切刃５ｂが、コーナの先端Ｃを最高位とし、これより遠ざかるにつれ漸次低位となるように傾斜して形成されていることが望ましい。このような構成をもつスローアウェイチップを装着した旋削工具においては、切刃傾き角が増加し切削抵抗の主分力および背分力が低減するため、被削材のびびりを防止する効果が顕著となる。該スローアウェイチップを側面視した図１の（ｂ）において、コーナ５ａおよび横切刃５ｂは、下方に向かって凸曲線状に傾斜する態様となっているが、これに限らず、コーナ５ａから遠ざかる方向で下り傾斜となっていれば、上方に向かって凸曲線状をなす態様（図示しない）あるいは直線状をなす態様（図示しない）としてもかまわない。

次に、本発明を適用した旋削用スローアウェイチップおよび比較品である従来のスローアウェイチップを用いてシャフトを旋削加工したときの切屑処理性について説明する。

図６は、図３に図示する本発明を適用した旋削用スローアウェイチップ（発明品）を用いて旋削加工した際の切屑形状を示す図である。図７および図８は、図４に図示する比較品１および図５に図示する比較品２を用いて旋削加工した際の切屑形状をそれぞれ示す図である。これらの図において、横軸は送りｆ（ｍｍ／ｒｅｖ）であり、縦軸は切込みａｐ（ｍｍ）である。また、太い線で囲んだ領域が実用可能な切屑処理性を得られた領域を示す。これらの図からわかるように発明品は、コーナの２等分線Ｂより前切刃５ｃ寄りの位置でブレーカ溝６の表面から隆起するブレーカ突起７を設けたことにより、ａｐ＝０．５ｍｍの低切込み条件において、比較品１および比較品２でみられた切屑の伸び絡みが改善され、低送り条件側へ実用可能な領域が広がるという結果となった。一方、高切込み条件では、比較品２が切屑詰まりを発生したのに対し、発明品は、切屑詰まりが生じにくいため実用可能領域が高送り条件側へ広がるという結果となった。

同じスローアウェイチップを用いて切削抵抗を測定した結果を図９に図示する。機械構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃ（ＪＩＳ Ｇ ４０５１）からなるシャフトを被削材とし、切削速度Ｖｃ＝２００ｍ／ｍｉｎ、切込みａｐ＝２．０ｍｍ、送りｆ＝０．３ｍｍ／ｒｅｖの条件で旋削加工を行った。図９は、この旋削加工における各スローアウェイチップの切削抵抗の平均値、最小値、最大値を示している。この図からわかるように発明品は、ブレーカ溝６及びブレーカ突起７および補助突起ブレーカ８の独特な構成により、図５に図示する比較品２にくらべ切削抵抗の大幅な低減効果が得られ、また図４に図示する比較品１にくらべ切削抵抗の増加を僅少に抑えつつ切屑処理性の大幅な改善がはかられた。

本発明を適用した旋削用スローアウェイチップを説明する図面であり、（ａ）はコーナ部の拡大正面図であり、（ｂ）はコーナ部拡大平面図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＳ１−Ｓ１線断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、ブレーカ突起の他の態様を示すコーナ部の拡大平面図である。 本発明を適用した他の実施形態のコーナ部斜視図である。 従来スローアウェイチップのコーナ部斜視図である。 他の従来スローアウェイチップのコーナ部斜視図である。 発明品の切屑形状を示す図である。 比較品１の切屑形状を示す図である。 比較品２の切屑形状を示す図である。 発明品、比較品１及び比較品２の切削抵抗を示す図である。

符号の説明

１ チップ本体
２ コーナ部
３ すくい面
４ 逃げ面
５ａ コーナ
５ｂ 横切刃
５ｃ 前切刃
６ ブレーカ溝
６ａ 下り傾斜面
６ｂ 平坦面
６ｃ 上り傾斜面
７、７ａ、７ｂ ブレーカ突起
８ 補助ブレーカ突起
Ｂ コーナの２等分線
Ｃ コーナの先端

Claims (4)

1. 多角形板状をなし、対向する多角形面の少なくともいずれか一方にすくい面が形成され、前記多角形面間に延びる側面に逃げ面が形成され、これらすくい面と逃げ面との交差稜線に切刃が形成されてなる旋削用スローアウェイチップにおいて、
   すくい面となる多角形面に直交する方向からみて、前記多角形面のコーナ部には、このコーナからそれぞれ延びる横切刃および前切刃が形成され、
   前記すくい面には、前記横切刃から内側に向かって凹状をなし該横切刃に沿って延びるブレーカ溝が、前記コーナ又は前記前切刃を突き抜けかつ前記コーナの２等分線と交差して形成され、
   前記ブレーカ溝表面から隆起する少なくとも１つのブレーカ突起が、前記２等分線より前記前切刃寄りに形成されており、
   前記ブレーカ突起の高さは前記ブレーカ溝の高さよりも低く形成されていることを特徴とする旋削用スローアウェイチップ。
2. 前記ブレーカ溝内には、前記横切刃から内側へ延びるポジのすくい角をもつ傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の旋削用スローアウェイチップ。
3. 前記ブレーカ突起が凸球面状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の旋削用スローアウェイチップ。
4. 前記コーナおよび前記横切刃が、前記コーナの先端を最高位とし、これより遠ざかるにつれ漸次低位となるように傾斜して形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の旋削用スローアウェイチップ。
   

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