JP2012218083A - 切削工具およびそれを用いた加工物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な切削面を得ることができる切削工具を提供する。
【解決手段】第一横切れ刃２３ａおよび第二横切れ刃２３ｂはＸ軸に沿って延在し、第一前切れ刃２２ａおよび第二前切れ刃２２ｂは、Ｙ軸に沿って延在し、第一横切れ刃２３ａおよび第二横切れ刃２３ｂはＸ軸に対して横切れ刃後退角θ１を有し、第一前切れ刃２２ａおよび第二前切れ刃２２ｂは、Ｙ軸に対して前切れ刃傾斜角θ２を有する。第一前切れ刃および第一Ｒ状切れ刃のＸ軸方向の最大ｘ座標値ｘ１と、第二前切れ刃２２ｂおよび第二Ｒ状切れ刃２４ｂのＸ軸方向の最大ｘ座標値ｘ２との間の差は５０μｍ以下である。
【選択図】図３

Description

この発明は、切削工具およびそれを用いた加工物の製造方法に関し、より特定的には、超硬質工具材料からなるチップを備えた切削工具に関するものである。特に、ターニングセンタやＣＮＣ(Computerized Numerical Control)旋盤を用いた旋削加工により、工作物に対して倣って切削工具を移動させながら加工することに用いる切削工具に関するものである。

従来、倣い加工では、凸Ｒ型バイトが用いられている。

しかしながら、従来の倣い加工に用いられる凸Ｒ型バイトでは、逃げ面を切れ刃全周に亘って形成する必要がある。両側面の横切れ刃まで逃げ面を形成しなければならない。したがって台金は逃げ面が設けられるために台金厚みが薄くなる。このような形状のバイトは剛性の低下が避けられないので、切削加工に際して撓みが発生し、ビビリ振動が発生して、加工能率が低下する虞がある。このような理由により、従来の倣い加工に用いられる凸Ｒ型バイトは、ビビリ振動が原因で良好な工作物の表面粗さが得られない問題や、ビビリ振動が原因で切れ刃にチッピングを生じてバイト寿命が短くなるという問題があった。

また、別の例では、先端に平坦部からなる切れ刃を形成し、さらに、横切れ刃と両側のコーナー部にＲ切れ刃を形成したバイトでは、超硬質工具材料からなるチップが大型化する。この場合、工具の幅寸法は十分であるので、台金の剛性も十分に高く、ビビリ振動が発生する虞も殆どなく、良好な工作物の表面粗さが期待できる。しかしながら、超硬質工具材料そのものが高価であるので、工具の初期費用が高額になるという問題があった。なお、単結晶ダイヤモンド工具の場合、前切れ刃傾斜角は設けられていない。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、高精度の加工が可能な切削工具を提供することを目的とする。

この発明に従った切削工具は、台金と、台金に固着された超硬質工具材料からなる第一および第二チップとを備えた切削工具であって、第一チップは第一すくい面を有し、かつ、第一すくい面を囲む第一前切れ刃、第一Ｒ状切れ刃および第一横切れ刃を有し、第一Ｒ状切れ刃は鋭角をなす第一前切れ刃と第一横切れ刃との間に設けられ、第二チップは第二すくい面を有し、かつ、第二すくい面を囲む第二前切れ刃、第二Ｒ状切れ刃および第二横切れ刃を有し、第二Ｒ状切れ刃は鋭角をなす第二前切れ刃と第二横切れ刃との間に設けられ、第一および第二横切れ刃は、工作物の移動方向であるＺ軸に直交するＸ軸に沿って延在し、第一および第二前切れ刃はＸ軸およびＺ軸に直交するＹ軸に沿って延在し、第一および第二横切れ刃は、Ｘ軸に対して横切れ刃後退角θ１を有し、第一および第二前切れ刃は、Ｙ軸に対して前切れ刃傾斜角θ２を有し、第一前切れ刃および第一Ｒ状切れ刃のＸ軸方向の最大ｘ座標値ｘ１と、第二前切れ刃および第二Ｒ状切れ刃のＸ軸方向の最大ｘ座標値ｘ２との間の差は５０μｍ以下である。

好ましくは、Ｙ軸に対する前切れ刃傾斜角は、０．１度以上２０度以下である。
好ましくは、Ｘ軸に対する横切れ刃後退角は、０．１度以上２０度以下である。

好ましくは、第一および第二Ｒ状切れ刃の半径Ｒは０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。

好ましくは、第一および第二チップの各々は第一および第二前逃げ面を有し、第一および第二前逃げ面の前逃げ角は０．１度以上２０度以下であり、第一および第二チップの各々は第一および第二横逃げ面を有し、第一および第二横逃げ面の横逃げ角は０．１度以上２０度以下である。

好ましくは、第一および第二すくい面のＸ軸に対するすくい角は、−２０度以上＋２０度以下であり、第一および第二すくい面のＹ軸に対するすくい角は、−２０度以上＋２０度以下である。

好ましくは、超硬質工具材料は、超硬合金、サーメット、セラミックス、ＣＢＮ焼結体、単結晶ダイヤモンド、およびダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれた少なくとも一つである。

好ましくは、切削工具はバイトである。
好ましくは、回転している工作物を略凸状に旋削する。

この発明に従った加工物の製造方法は、上記のいずれかの切削工具を用いて回転している工作物を第一および第二チップのいずれか一方で加工して略凸状に旋削加工する。

好ましくは、工作物は金属で環状である。

この発明の実施の形態に従った切削工具の平面図である。 図１で示す切削工具の側面図である。 図１で示す切削工具の先端部分を拡大して示す平面図である。 図３中のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 図３中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 第二チップのＲ部を拡大して示す斜視図である。 実施の形態に従った切削工具による加工方法を説明するための図である。 実施の形態に従った切削工具による加工方法を説明するための図である。 比較例に従った切削工具による加工方法を説明するための図である。 比較例に従った切削工具による加工方法を説明するための図である。

以下、この発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態に従った切削工具の平面図である。図２は、図１で示す切削工具の側面図である。図３は、図１で示す切削工具の先端部分を拡大して示す平面図である。図４は、図３中のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。図５は、図３中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。

図１から５を参照して、切削工具１において工具ホルダ３０に切削工具１が取付けられている。切削工具１はチップであり、台金１０と、台金１０に設けられた第一チップ２０ａおよび第二チップ２０ｂとを備える。台金１０はボルト４０により工具ホルダ３０に固定されている。

第一チップ２０ａおよび第二チップ２０ｂには、第一および第二すくい面２１ａ，２１ｂが設けられている。第一および第二すくい面２１ａ，２１ｂは、第一および第二前切れ刃２２ａ，２２ｂならびに第一および第二横切れ刃２３ａ，２３ｂで囲まれた領域である。切削工具１の中心軸に沿った軸をＸ軸、工作物の移動方向をＺ軸、Ｘ軸およびＺ軸に直交する軸をＹ軸とする。第一チップ２０ａと第二チップ２０ｂの各々の突出部のＸ軸方向の位置の差ｄであり、この差は５０μｍ以下である。

図３で示す面において、第一および第二前切れ刃２２ａ，２２ｂとＹ軸とのなす角度θ２が前切れ刃傾斜角である。第一および第二横切れ刃２３ａ，２３ｂとＸ軸とのなす角度θ１が横切れ刃後退角である。図４において、Ｚ軸と、第一前逃げ面２５ａとのなす角度θ３が前逃げ角である。なお、第一チップ２０ａにも、同様の前逃げ角θ３が存在する。

図５において、Ｚ軸と、第一横逃げ面２６ａとのなす角度θ４が横逃げ角である。なお、第二チップ２０ｂにも、図５と同様の横逃げ角θ４が存在する。

図６は、第二チップのＲ部を拡大して示す斜視図である。図６を参照して、第二前切れ刃２２ｂと第二横切れ刃２３ｂの間が第二Ｒ状切れ刃２４ｂとなっている。この部分の半径はＲであり、長さＲ１で示す部分がＲ形状となっている。第二前逃げ面２５ｂと第二横逃げ面２６ｂとの間がＲ面となっている。

すなわち、この発明に従った切削工具１は、台金１０と、台金１０に固着された超硬質工具材料からなる第一チップ２０ａおよび第二チップ２０ｂを備える。第一チップ２０ａは第一すくい面２１ａを有し、かつ、第一すくい面２１ａを囲む第一前切れ刃２２ａ、第一Ｒ状切れ刃２４ａおよび第一横切れ刃２３ａを有し、第一Ｒ状切れ刃２４ａは鋭角をなす第一前切れ刃２２ａと第一横切れ刃２３ａとの間に設けられる。第二チップ２０ｂは、第二すくい面２１ｂを有し、かつ第二すくい面２１ｂを取囲む第二前切れ刃２２ｂ、第二Ｒ状切れ刃２４ｂおよび第二横切れ刃２３ｂを有し、第二Ｒ状切れ刃２４ｂは鋭角をなす第二前切れ刃２２ｂと第二横切れ刃２３ｂとの間に設けられる。第一横切れ刃２３ａおよび第二横切れ刃２３ｂはＸ軸に沿って延在し、第一前切れ刃２２ａおよび第二前切れ刃２２ｂは、Ｙ軸に沿って延在し、第一横切れ刃２３ａおよび第二横切れ刃２３ｂはＸ軸に対して横切れ刃後退角θ１を有し、第一前切れ刃２２ａおよび第二前切れ刃２２ｂは、Ｙ軸に対して前切れ刃傾斜角θ２を有する。第一前切れ刃および第一Ｒ状切れ刃のＸ軸方向の最大ｘ座標値ｘ１と、第二前切れ刃２２ｂおよび第二Ｒ状切れ刃２４ｂのＸ軸方向の最大ｘ座標値ｘ２との間の差は５０μｍ以下である。

前切れ刃傾斜角θ２は０．１度以上２０度以下であることが好ましい。横切れ刃後退角θ１は０．１度以上２０度以下であることが好ましい。

第一Ｒ状切れ刃２４ａおよび第二Ｒ状切れ刃２４ｂの半径は０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。

第一および第二チップ２０ａ，２０ｂの各々は第一および第二前逃げ面２５ａ，２５ｂを有し、第一および第二前逃げ面２５ａ，２５ｂの前逃げ角θ３は０．１度以上２０度以下であり、第一および第二チップ２０ａ，２０ｂの各々は第一および第二横逃げ面２６ａ，２６ｂを有し、第一および第二横逃げ面２６ａ，２６ｂの横逃げ角θ４は０．１度以上２０度以下である。

第一および第二すくい面２１ａ，２１ｂのＸ軸に対するすくい角θ５は−２０度以上＋２０度以下であり、第一および第二すくい面２１ａ，２１ｂのＹ軸に対するすくい角θ６は−２０度以上＋２０度以下である。

超硬質工具材料は、超硬合金、サーメット、セラミックス、ＣＢＮ焼結体、単結晶ダイヤモンド、およびダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれた少なくとも一種である。

切削工具はバイトである。そして回転している工作物を略凸状に旋削する。
なお、Ｘ軸方向のすくい角θ５およびＹ軸方向のすくい角θ６は工作物の種類、工作機械の種類、切削条件、要求精度および要求表面粗さなどにより、最適条件に設定する。工作物に倣って切削工具を移動しながら切削加工する際には、Ｘ軸方向のすくい角およびＹ軸方向のすくい角は共にゼロ度に設定することが好ましい。

また工作物の種類、工作物の要求精度および要求平面粗さなどにより、最適な超硬質工具材料を選択する。たとえば、アルミニウム、銅、金、銀、白金、およびこれらの合金、その他の非鉄金属材料を鏡面切削する際には、単結晶ダイヤモンドを選択するのが好ましい。

また「略凸状」とは、工作物の両端よりも中央部または中央部付近で窪んでいないことを意味しており、中央部または中央部付近が回転軸に対して平行になっていてもよい。

本発明は、回転している工作物を２つのチップのいずれか一方が加工に作用して略凸状に旋削する切削加工法による。回転している工作物に倣って切削工具を移動しながら切削加工する際には、２つのチップのいずれか一方が切削加工に作用して略凸状に旋削する切削加工法を提供することができる。なお、２つのチップとしての第一チップ２０ａおよび第二チップ２０ｂについて、Ｘ軸方向の相互の段差が僅かにあっても、工作物には段差が生じる。このようなときの対処法としては、工作物の段差を測定して、切削工具を移動しながら切削加工すればよい。

以上のような発明では、台金の剛性が高いので、工作物の良好な表面粗さを安定して長期間に亘って得ることができる。さらに、工具の初期費用およびランニングコストを低減できる効果も得ることができる。

図７および図８は、実施の形態に従った切削工具による加工方法を説明するための図である。図７を参照して、シャフト１１０に工作物１２０が取付けられており、シャフト１１０が回転することで工作物１２０も回転する。このような状態で、工作物１２０の左コーナー１２１に第一チップ２０ａを当接させる。そして矢印１２１Ｒで示す範囲を第一チップ２０ａで加工する。次に図８を参照して、第二チップ２０ｂを右コーナー１２２に接触させ矢印１２２ｒで示す範囲を加工する。これにより、工作物１２０の左右のコーナーを確保することができる。

図９および図１０は、比較例に従った切削工具による加工方法を説明するための図である。図９および図１０では、チップ２０が１つのチップであり、前切れ刃２２には前切れ刃傾斜角が設けられていない。このようなチップ２０において図９および図１０で示すような加工を施した場合には、矢印１２１Ｒおよび矢印１２２Ｒで示す加工の幅が狭くなる。その結果十分な加工を行なえない可能性がある。

焼入れ鋼からなる台金１０に、多結晶ダイヤモンド焼結体（ＰＣＤという）第一チップ２０ａおよび第二チップ２０ｂをロウ付けにより固着した。次に、工具研削盤を用いて、第一チップ２０ａおよび第二チップ２０ｂを加工して、第一および第二前切れ刃２２ａ，２２ｂ、第一および第二横切れ刃２３ａ，２３ｂ、第一および第二Ｒ状切れ刃２４ａ，２４ｂを形成しＰＣＤバイトを完成した。ＰＣＤバイトの刃先の詳細は、前切れ刃傾斜角θ２が７度、横切れ刃後退角θ１が７度、コーナーＲは０．５ｍｍ、前逃げ角θ３が５度、横逃げ角θ４が５度、Ｘ軸方向すくい角θ５がゼロ度、Ｙ軸方向すくい角θ６がゼロ度であった。第一チップ２０ａと第二チップ２０ｂとの位置の差ｄは１０μｍであった。

このＰＣＤバイトを用いて、ゴム製の円盤状の工作物の外周を半径１０ｍｍの凸型の半Ｒ形状に旋削加工した。加工中にＰＣＤバイトがビビリ振動する現象もなく、良好な工作物の表面粗さが得られた。

焼入れ鋼からなる台金１０に、単結晶ダイヤモンドからなる第一チップ２０ａおよび第二チップ２０ｂを、ロウ付けにより固着した。次に、工具研削盤を用いて、第一および第二チップ２０ａ，２０ｂを加工して、第一および第二前切れ刃２２ａ，２２ｂ、第一および第二横切れ刃２３ａ，２３ｂ、第一および第二Ｒ状切れ刃２４ａ，２４ｂを形成し単結晶ダイヤモンドバイトを完成した。単結晶ダイヤモンドバイトの刃先の詳細は、前切れ刃傾斜角θ２が７度、横切れ刃後退角θ１が７度、コーナーＲ（図６）が０．５ｍｍ、前逃げ角θ３が５度、横逃げ角θ４が５度、Ｘ軸方向のすくい角θ５がゼロ度およびＹ軸方向すくい角θ６がゼロ度であった。２つの第一および第二チップ２０ａ，２０ｂのＸ軸方向の差ｄは５μｍであった。

この単結晶ダイヤモンドバイトを用い、アルミニウム合金製の円盤状の工作物の外周部を半径１０ｍｍの凸型の半Ｒ形状に旋削加工した。加工中に単結晶ダイヤモンドバイトがビビリ振動する現象もなく、良好な工作物の表面粗さが得られた。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 切削工具、１０ 台金、２０ａ 第一チップ、２０ｂ 第二チップ、２１ａ 第一すくい面、２１ｂ 第二すくい面、２２ａ 第一前切れ刃、２２ｂ 第二前切れ刃、２３ａ 第一横切れ刃、２３ｂ 第二横切れ刃、２４ａ 第一Ｒ状切れ刃、２４ｂ 第二Ｒ状切れ刃、２５ａ 第一前逃げ面、２５ｂ 第二前逃げ面、２６ａ 第一横逃げ面、２６ｂ 第二横逃げ面、３０ 工具ホルダ、４０ ボルト、１１０ シャフト、１２０ 工作物。

Claims (11)

1. 台金と、
   前記台金に固着された超硬質工具材料からなる第一および第二チップとを備えた切削工具であって、
   前記第一チップは第一すくい面を有し、かつ、前記第一すくい面を囲む第一前切れ刃、第一Ｒ状切れ刃および第一横切れ刃を有し、前記第一Ｒ状切れ刃は鋭角をなす前記第一前切れ刃と前記第一横切れ刃との間に設けられ、
   前記第二チップは第二すくい面を有し、かつ、前記第二すくい面を囲む第二前切れ刃、第二Ｒ状切れ刃および第二横切れ刃を有し、前記第二Ｒ状切れ刃は鋭角をなす前記第二前切れ刃と前記第二横切れ刃との間に設けられ、
   前記第一および第二横切れ刃は、工作物の移動方向であるＺ軸に直交するＸ軸に沿って延在し、前記第一および第二前切れ刃は前記Ｘ軸および前記Ｚ軸に直交するＹ軸に沿って延在し、
   前記第一および第二横切れ刃は、前記Ｘ軸に対して横切れ刃後退角θ１を有し、
   前記第一および第二前切れ刃は、前記Ｙ軸に対して前切れ刃傾斜角θ２を有し、
   前記第一前切れ刃および前記第一Ｒ状切れ刃のＸ軸方向の最大Ｘ座標値ｘ１と、前記第二前切れ刃および前記第二Ｒ状切れ刃のＸ軸方向の最大ｘ座標値ｘ２との間の差は５０μｍ以下である、切削工具。
2. 前記Ｙ軸に対する前記前切れ刃傾斜角は、０．１度以上２０度以下である、請求項１に記載の切削工具。
3. 前記Ｘ軸に対する前記横切れ刃後退角は、０．１度以上２０度以下である、請求項１または２に記載の切削工具。
4. 前記第一および第二Ｒ状切れ刃の半径は０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の切削工具。
5. 前記第一および第二チップの各々は第一および第二前逃げ面を有し、前記第一および第二前逃げ面の前逃げ角は０．１度以上２０度以下であり、前記第一および第二チップの各々は第一および第二横逃げ面を有し、前記第一および第二横逃げ面の横逃げ角は０．１度以上２０度以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の切削工具。
6. 前記第一および第二すくい面のＸ軸に対するすくい角は、−２０度以上＋２０度以下であり、前記第一および第二すくい面のＹ軸に対するすくい角は、−２０度以上＋２０度以下である、請求項１から５のいずれか１項に記載の切削工具。
7. 前記超硬質工具材料は、超硬合金、サーメット、セラミックス、ＣＢＮ焼結体、単結晶ダイヤモンド、およびダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれた少なくとも一つである、請求項１から６のいずれか１項に記載の切削工具。
8. 前記切削工具はバイトである、請求項１から７のいずれか１項に記載の切削工具。
9. 回転している工作物を略凸状に旋削する、請求項１から８のいずれか１項に記載の切削工具。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の切削工具を用いて回転している工作物を前記第一および第二チップのいずれか一方で加工して略凸状に旋削加工する、加工物の製造方法。
11. 前記工作物は金属で環状である、請求項１０に記載の加工物の製造方法。

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