説明

インサートの外周面研削方法

【課題】本発明は、インサートのホルダーへの実装を想定した形態でインサートに外周面研削加工を施すことで、インサートのホルダーへの実装時の刃先位置のバラツキを減らすことである。
【解決手段】平板状のインサートの貫通穴の内面には、第1の加工用治具の基準面が接触する凸形状面が形成され、第1の加工用治具と、駆動装置と連結された回転軸を持つ第2の加工用治具とによって挟み込むように固定され、研削加工用工具との位置関係が決められた状態でインサートの外周面を研削することを特徴とするインサートの外周面研削方法である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、切削工具用インサートの外周面研削加工方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
刃先交換式切削工具用インサートに求められる要素としてインサートの脱着もしくは回転後の再固定時に刃先の位置が変化しないことが挙げられる。従ってインサートへ研削加工を施し成形を行う場合には、ホルダーへの装着状態を再現しつつ研削加工を行うことが望ましい。その中でもインサートの逃げ面、拘束面に相当する外周部分の研削においては、インサートを厚み方向上面、底面から挟み込む形で固定する形態が一般的である。特にインサートが中心部にクランプねじ用貫通穴を持つ場合は、そこにピンを通すことで中心を捉えることはできるが、ピンを貫通させることによる嵌め合い分の隙間を確保する必要があるため完全な中心とは言えない。他にはにインサートの上面と底面に凹形状を設けそこに治具をあてがうことでインサートの中心を捉える方法も存在するが、インサートの中心と加工機軸の中心を合わせることが出来ても、ホルダーへの装着を再現するには不十分である。
【0003】
特許文献1は、インサート本体を工具本体に取り付けるクランプねじを通す挿通穴が形成され、この挿通穴のインサート本体上面側の開口部周縁に、加工用治具の基準面が当接するテーパー面を形成することが記されており、前記テーパー面と基準治具のテーパー面を合わせることでインサートの中心と加工機の回転軸中心を一致させて加工を行う方法について開示している。特許文献1によれば全てのインサートの挿通穴の上面開口部周縁に、加工用治具と接触するためのテーパー面を設けることが必須となる。
【0004】
特許文献1は、実際にインサート本体を工具本体に装着する場合に、インサート本体の挿通穴内面がクランプねじの頭部によって押圧され、インサート本体が着座面側に押圧されることであり、同様にして上面治具の押圧部のテーパー面によって挿通穴上部のテーパー面を押圧した状態でインサート本体を研磨すれば、寸法精度が確保された状態が実装時に再現される、と記載されている。特許文献1ではインサートのホルダーへの実装時に近い形態で研削加工を行うことを示しているが、同じ挿通穴内面であっても加工時に押圧しているインサートの部位は、ホルダーへの装着時にクランプねじが接触する部位とは異なっている。
【0005】
特許文献2は、上面または底面に、円筒状又は半円球体、もしくはその両者を組み合わせた複数個の窪みを設けたインサートを対象としている。チャッキング装置によるクランプ時に、その窪みを利用して位置決めと姿勢調整を行うことで、インサートと加工機軸の位置関係を決めて加工を行う方法を示している。特許文献2は、加工用治具との位置決めを行うための形状を特別にインサートに備えていなければならないことを示している。
【0006】
特許文献2には、中心のピンが先行してインサートの窪みに挿入され芯出しを行った後に、周囲の窪みにピンが挿入され姿勢調整が行われる、という方法も開示されている。特許文献2において窪みにピンを挿入するということはピンの嵌め合い分はクリアランスがあることを意味しており、完全に中心を捉えることを目的とした場合はその同芯度は不十分であるといえる。
【0007】
特許文献3は、インサートの上面または底面中心部に、縁辺の形状がインサートの平面視輪郭と相似形で、縁辺部から中心部に向かって深さが次第に増大する凹みを設け、そこへ先端に同輪郭凸型の錐形状を備えた加工機軸センタリングピンを押圧することで、インサートと加工機軸の位置関係を決めて加工を行う方法を示している。特許文献3は、インサートの中心部を貫通する穴が開いていないので、クランプねじを用いてインサートを固定するのではなく、インサートの輪郭部を基準にホルダーへの装着を行うタイプであり、再現方法が異なる。
【0008】
特許文献3は、インサートの縁辺部から中心部に向かって深さが次第に増大する凹部を設けることが記載されている。しかし特許文献3は、位置決め用治具とインサート側との接点である凹みやテーパーなどの形状にいついて、接触部形状やテーパー角度を規定していない。
【0009】
特許文献4は、インサートの取り付け穴上面開口部周縁の外側に、外周面の研削加工時にインサートを保持するクランプ治具に接触する平坦な面を保持面として開口部周縁に連なるように形成する、という加工時に保持用するための面の位置についての情報を開示している。外周研削の形態の最適化を目的としていることは同様であるが、インサート固定用クランプねじの貫通穴と加工機の回転軸中心を合わせることについては言及していない。
【0010】
特許文献5は、インサートのクランプねじの頭部テーパ角を40〜60°と規定し、クランプねじのテーパーとインサートの接触する位置は、インサート基準底面からねじ径の80%以下と定義しており、これによりホルダーへの取り付け強度を確保しつつねじの折損を防ぐことのできる最適な形状・寸法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特許第4134996号公報
【特許文献2】実開昭62−039902号公報
【特許文献3】実開昭61−178602号公報
【特許文献4】特開2005−342871号公報
【特許文献5】実開平5−49203号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明の課題は、インサートのホルダーへの実装時の刃先位置のバラツキを減らすことのできる、インサートの外周面研削方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明において、平板状のインサートは、下面に着座面、上面にすくい面、前記下面と前記上面との間の外周面に逃げ面と、前記上面から前記下面へ貫通するクランプねじ用の貫通穴を有し、前記すくい面と前記逃げ面との交差稜線部に切れ刃が形成されている前記インサートの外周面研削方法において、前記インサートは、配置溝を有する台座治具上に配置され、前記インサートの貫通穴の内面には、第1の加工用治具の基準面が当接する凸形状面が形成され、前記インサートは、前記第1の加工用治具と回転軸をもつ第2の加工用治具とによって挟み込むように固定され、研削加工用工具との位置関係が決められた状態で前記インサートの外周面を研削することを特徴とするインサートの外周面研削方法である。
本発明を採用することによって、発明の課題を解決することができる。即ち、インサートのホルダーへの実装を想定した形態でインサートに外周研削加工を施すことで、インサートのホルダーへの実装時の刃先位置のバラツキを減らすことができる。
【0014】
本発明のインサートの外周面研削方法において、前記貫通穴の内面にある前記凸形状面は、前記インサートの厚さ方向断面からみたとき、断面が円弧形状であり、前記円弧の半径R(mm)は1.5mmから3.5mmであることが好ましい。
【0015】
本発明のインサートの外周面研削方法において、前記第1の加工用治具は柱状であり先端には前記基準面を有し、前記基準面はテーパー面形状を備えており、前期テーパー面角度θは50度から70度の範囲で形成されていることが好ましい。
【0016】
本発明のインサートの外周面研削方法において、前記第2の加工用治具は柱状であり、前記第2の加工用治具は回転軸でもあり駆動装置と連結されていることが好ましい。
【0017】
本発明のインサートの外周面研削方法において、前記台座治具の本体上には、緩衝材を介してV溝ブロックを備え、前記配置溝はインサート輪郭に沿う形状のV溝であることが好ましい。
【発明の効果】
【0018】
本発明によって、インサートのホルダーへの実装時の刃先位置のバラツキを減らすことのできる、インサートの外周面研削方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】インサートの斜視図を示す。
【図2】第1の加工用治具の正面図を示す。、
【図3】第1の加工用治具の側面図を示す。
【図4】貫通穴内面にある凸形状面をインサートの厚さ方向からみたときの断面を示す。
【図5】台座治具の上にのったV溝ブロックを示す。
【図6】図5に示すV溝ブロック上にインサートがのっている状態を示す。
【図7】第1加工治具、第2加工治具によってインサートを挟み、固定した状態を示す。
【図8】インサートをクランプねじによって工具本体に固定した状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【0020】
本発明においてインサートはまず、配置溝を有する台座治具上に配置される。その理由は、インサートの輪郭形状に沿う配置溝を有する治具へ置くことで、研削加工前のインサートの角度と位置とを概略規定することが可能となるからである。その後、第1の加工治具との接触によってより正確な位置決めを行う。このように段階的に芯出しを行うことで、最終的により正確にインサートの固定中心と加工機回転軸中心を一致させることが可能である。インサートの固定中心と回転軸とを一致させることは、インサートの寸法精度の向上に有効である。
【0021】
本発明では、インサートの貫通穴の内面には、第1の加工用治具の基準面が接触する、凸面形状が形成されていることが必要である。その理由は、芯出しを行う第1の加工治具の研磨されたテーパー面との接触相手であるインサート貫通穴内面の形状が、第1の加工治具と同様のテーパー面であるより、凸面であった方が挟み込んで固定する際に確実に一つの姿勢でインサートを安定な状態に固定することができるからである。
【0022】
本発明においてインサートは、前記基準テーパー面を持つ第1の加工用治具と回転駆動軸をもつ第2の加工用治具とによって挟み込むように固定される。またホルダー実装時の刃先位置のバラツキは、インサートにおける中心穴から外周研削面までの距離を測定することによって評価できる。本発明においては加工中のインサートは加工機回転軸と一致しているクランプねじ穴を中心とした回転運動のみであるため、インサートを挟み込むように固定することは、ホルダー装着時の刃先位置精度の向上に必要である。
【0023】
本発明は、研削加工用工具である砥石の砥粒層面とインサートの固定軸との位置関係を基準とした状態でインサートの外周面を研削する。その理由は、本発明適用時はインサートの固定中心であるクランプねじ用穴中心と加工機回転軸が一致しており、また前記加工軸に対して直角に接近する方向の軸が、加工用工具である砥石の切り込み軸となるからである。これにより前記砥石の切り込み軸方向の移動のみを正確にコントロールすることが、インサートの中心から外周研削面までの距離の寸法精度を高めることに直結するという単純な関係が得られる。従って、被削材インサートと加工用工具である砥石を前記のように配置するこは、インサートのホルダー実装時の刃先位置精度の向上に効果的である。
【0024】
本発明のインサートの外周面研削方法において、貫通穴の内面にある凸形状面は、図4に示すように、インサートの厚さ方向断面からみたとき、インサート貫通穴内面の凸円弧形状部分(11)ような円弧形状であることが好ましい。その理由は、
インサート側の接触部の形状を凸円弧面とすることで、第1の加工治具もしくはクランプねじとの接触形態を線接触とすることが、インサートを加工機上で治具へ固定する際にホルダーへの実装時の刃先位置の再現性を高めることができるからである。
このインサート貫通穴内面の凸円弧形状部分(11)からインサート貫通穴内面の直線部分(12)にかけての部位は、焼結肌であり、少なからず意図しない形状に変形している。一方、接触する相手はクランプねじもしくは研磨されている第1の加工治具のテーパー面である。テーパー面同士の安定した面接触は実際には起こり得ず、接触時は固定が不安定になる。
【0025】
本発明のインサートの外周面研削方法において、インサート貫通穴内面の凸円弧形状部分(11)の円弧形状の半径R(mm)は、1.5mmから3.5mmであることが好ましい。その理由は、R値が1.5mm未満の場合は、第1の加工用治具も直径が細くなるため、強度不足となってしまう。一方、R値が3.5mmを超えて大きい場合は、同時に用いる台座治具のサイズに対してインサートが大きすぎて対応できないからである。
【0026】
本発明のインサートの外周研削方法において、第1の加工用治具は柱状であり先端には基準面を有し、基準面はテーパー面を有していることが好ましい。その理由は、インサートとの接触時にインサートの中心を加工機基軸の中心と円滑に一致させるためである。また加工時とホルダー実装時の形態を可能な限り同一にして加工を行うことを目指している本発明においては、第1の加工用治具の先端基準面をテーパー面とはせずに半球形状とすることは、刃先位置の再現性の低下につながり不都合である。
【0027】
本発明のインサートの外周面研削方法において、第1の加工用治具のテーパー面のテーパー角度θが50度から70度の範囲で形成されていることが好ましい。その理由は、インサートクランプねじのテーパーと同形状とすることが、ホルダーへの実装状態を想定し加工を行うためには好都合だからである。また角度を規定することで、インサート貫通穴内面凸形状と加工用治具のテーパー面との接触で芯出し、固定を行う際に、径方向の分力による芯出しと、軸方向の分力による固定のバランスをとることが出来る。仮に、テーパー角度が50度未満と小さい場合、径方向に大きな力が働くようになってしまう。例えば、第2の加工用治具が前進してインサートを押圧する力が強すぎた場合、インサートを内径から押し広げて破壊してしまうことが想定される。一方、テーパー角度が70度を超えて大きい場合、径方向に働く力が弱まりインサート貫通穴内面と擦れながら芯を合わせる際にスムーズに芯出しが出来ない。そこで、径方向に働く力を適度に保つためにテーパーの角度θは、50度から70度の範囲が好ましい。
【0028】
本発明のインサートの外周面研削方法において、第2の加工用治具は端面が平坦な柱状であり、回転軸は駆動装置と連結されていることが好ましい。その理由は、インサートの外周面全周を研削する際にはインサートを回転させ、研削加工を行う面を加工用工具である砥石の存在する方向に向けるためである。また、端面が平面である第2の加工治具を駆動装置と連結することにより、挟み込んで固定する時に加工用治具とインサートがスリップすることを回避できる。
【0029】
本発明のインサートの外周面研削方法において、台座治具の本体上には、緩衝材を介してV溝ブロックを有し、配置溝はインサートの輪郭に沿うV溝であることが好ましい。その理由は、インサート固定時に第1の加工治具のテーパー面と、インサート内面に存在する円弧面との接触により、加工治具軸線とインサート中心線を一致させる際に片側が、緩衝材を介していることによって、可動であるとスムーズに芯出しを行うことが出来て好都合だからである。
【0030】
以下、本発明を実施例により説明するが、下記の実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【0031】
(1)工具形状
本発明の切削工具用インサートの外周面研削方法について以下に述べる。インサート(8)を実装する刃先交換式切削工具は、刃径が50mmのシャンクタイプのエンドミル形であり、工具本体の外周部には4枚のインサートを等間隔に配置した。
【0032】
(2)インサート形状
図1に、実施例に使用したインサート形状を示す。使用したインサートは、日立ツール株式会社製のJDET150530R型番のインサートであった。インサートの切れ刃は、外周刃(7)からコーナー刃(5)を通って底刃(6)まで連続している。対角に位置する2コーナーが使用可能である。このインサートは切削抵抗を抑えるため、外周刃稜線部は工具回転軸に対してすくい角が大きくなる方向へ傾斜した構造となっている。インサートの厚みを、着座面(2)から上面周縁部のボス面(1)までの距離と定義すると、インサート形状は、コーナー刃が、厚みより高いところに位置した捩れた形状となっている。
【0033】
(3)インサート素材
本発明の実施例では、コバルト含有量が9.5質量%の超硬合金製インサートを使用した。製法は、造粒された超硬合金粉末をプレス金型によるプレス圧力成形にて上面視輪郭が長方形であるインサート素材をプレス成形した。この時点ですくい面など主要な形状は作られ、成形体は真空もしくは不活性ガス雰囲気中にて焼結を行った。
【0034】
(4)下面研削加工
外周面研削加工を行う前に、外周面研削時インサートの固定を正確に行うため、第2の加工用治具と接触する着座面(2)に研削加工を施した。サーボモータを用いてインサートを砥石へ接触させて研削加工を行い、平行度として定義されている両方のコーナー刃(5)での刃先高さの差が0.02mm以内という設計公差を満たす加工を行った。
【0035】
(5)外周面研削に使用した装置と加工条件
外周面研削加工には和井田製作所製AP460Eインサート外周研削盤を用いた。研削加工には粒度#325のダイヤモンド砥粒を含んだレジンボンド砥石を使用した。砥石の形状は直径350mmのカップ砥石であり、砥粒層の幅は8mmである。主軸回転数は、毎分1500回転に設定し、切り込み送り速度は3.0mm/分から0.5mm/分の間で段階的に変更しながから加工を行った。
【0036】
(6)外周面研削の前に行う台座治具の位置調整と段取り
段取りと外周面研削加工で使用される治具で重要なのは、インサート装填用の直交ロボット(図示せず)で加工位置へ装填された際に最初にインサートが置かれる図4の台座治具(13)と、加工時にインサートを挟み込んで固定し、尚且つ割出回転軸を兼ねている第1の加工用治具(9)と第2の加工用治具(20)である。
実施例に於いては図2に示すように、研削加工時に被削材であるインサートを保持する第1の加工治具(9)は、その先端に第1の加工用治具先端の基準面(10)であるテーパー面を有する形状とした。、
次いで図4に示す台座治具を研削盤(図示せず)に取り付けて位置調整を行った。実際にインサートを研削盤(図示せず)内で加工用治具に挟み込んで固定してから台座治具の配置溝ブロックのV溝(19)をインサートへあてがい、インサートの貫通穴中心と研削盤側回転中心を比較して水平方向に0.01mm以下の同芯度に、鉛直方向で0.05mm以上、0.5mm以下の範囲でインサートが高い位置に存在するように台座治具(13)の位置を調整した。
【0037】
(7)外周面研削加工
外周面研削加工を施す部位は、インサートの逃げ面(4)もしくは拘束面と、すくい面(3)と基準となる着座面(2)との間に位置する外周面全てである。直交ロボット(図示せず)によって台座治具(13)に置かれたインサートを第1、第2の加工用治具でインサートの上面と着座面から挟み込んで固定する動作に入ると、第1の加工用治具先端の基準面(10)と、インサートのクランプねじ(22)を通す貫通穴の内面のインサートと第1の加工用治具との接触位置(21)で接触し、インサートのクランプねじを通す貫通穴の中心と、研削盤側回転中心を一致させた。このとき同時にインサートを下方へ押し下げる力が加わることで、インサートの固定時の角度を台座治具(13)のV溝ブロック(18)のV溝(19)の角度と合わせた。
上記のような加工前の芯出し操作によって、インサートクランプねじ用貫通穴の中心と、加工治具の回転中心を正確に一致させ固定したことにより、インサートをホルダー本体(23)へ実装したような状態で加工を行うことが出来た。
【0038】
(8)外周面研削加工後の形状の評価
外周面研削加工後に、インサート貫通穴を中心として外周刃(7)や底刃(6)の位置の対称性の確認を行った。計測には投影機を透過照明モードで使用して、30個加工を行ったインサート全てを対象とした。図4に、測定したインサートの箇所を示す。インサート貫通穴中心と底刃の距離をL1、L3(mm)、インサート貫通穴中心と外周刃の距離をL2、L4(mm)として測定を行い、本発明で規定するインサートの外周面研削方法を適用た本発明例と、適用せずに加工を行った従来例の場合との各々の寸法測定値を表1に示した。ここでの本発明で規定するインサートの外周面研削方法を適用しなかった従来の加工方法とは、第1の加工用治具(9)の先端に基準面(10)にテーパー面を設けたものを使用せず、クランプねじ用貫通穴中心と加工用治具の回転中心を一致させなかった場合を示す。
【0039】
【表1】







【0040】
表1に示すとおり、外周面研削加工を行ったのは2つの切れ刃が点対称位置に存在するインサートであり、表1に示す設計値は、研削加工による該部分の寸法の狙い値である。標準偏差は30個加工されたインサートの貫通穴を中心とした両側の値L1とL3、L2とL4のそれぞれを合わせた合計60個のデータから算出して加工後の寸法のバラツキを示す目安とした。最大最少値差は上記の得られた60個の寸法データに含まれる最大値と最小値の差を確認したものである。L2、L4の寸法のバラつきが減少することは、ホルダー装着時に刃径の振れが小さくなることにつながり、L1、L3の寸法のバラツキが減ることは、ホルダー装着時は底刃の突出し量のバラツキが減少することにつながる。従ってL2、L4の寸法のバラつきで比較を行うと、従来例は標準偏差が0.007mmで最大最小値差が0.024mmであったが、本発明例は、標準偏差0.002mm、最大最小値差が0.006mmであった。以上のように、本発明を適用した加工方法においては、インサートの寸法バラツキを抑えることが出来た。
【0041】
(9)工具としての振れ精度の検証
加工済みのインサート30個中から4個を任意に選出し、刃先の向きを揃えてホルダーへ装着した。この工具をツールプリセッタに装着してからピックテスターで外周刃の振れをダイヤルゲージで底刃の突出し量を測定を行った。この操作を本発明例と比較例でそれぞれ5回づつ行った平均値を表2に示す。
【0042】
【表2】







【0043】
表2に示すとおり、従来例は外周刃の振れが最大値と最小値で0.06mmの差があったが、本発明例は0.04mmへ減少した。
【産業上の利用可能性】
【0044】
本発明にある位置決め方法を用いてインサートの外周面研削を行うこの方法は、上面視で中心に上面、着座面方向への貫通穴を備え、その貫通穴内面に凸面が存在する形状であれば幅広い形状のインサートへ同様の加工を施すことが出来る。
【符号の説明】
【0045】
1 ボス面
2 着座面
3 すくい面
4 逃げ面
5 コーナー刃
6 底刃
7 外周刃
8 インサート本体
9 第1の加工用治具
10 第1の加工用治具先端の基準面
11 インサート貫通穴内面の凸円弧形状部分
12 インサート貫通穴内面の直線部分
13 台座治具
14 基準摺動面
15 第2摺動面
16 緩衝材
17 間隙
18 V溝ブロック
19 配置溝ブロックのV溝
20 第2の加工用治具
21 インサートと第1の加工用治具との接触位置
22 クランプねじ
23 ホルダー本体

【特許請求の範囲】
【請求項1】
平板状のインサートは、下面に着座面、上面にすくい面、前記下面と前記上面との間の外周面に逃げ面と、前記上面から前記下面へ貫通するクランプねじ用の貫通穴を有し、前記すくい面と前記逃げ面との交差稜線部に切れ刃が形成されている前記インサートの外周面研削方法において、前記インサートは、配置溝を有する台座治具上に配置され、前記インサートの貫通穴の内面には、第1の加工用治具の基準面が接触する凸形状面が形成され、前記インサートは、前記第1の加工用治具と、回転軸をもつ第2の加工用治具とによって挟み込むように固定され、研削加工用工具との位置関係が決められた状態で前記インサートの外周面を研削することを特徴とするインサートの外周面研削方法。
【請求項2】
請求項1に記載のインサートの外周面研削方法において、前記貫通穴の内面にある前記凸形状面は、前記インサートの厚さ方向断面からみたとき、断面形状が円弧形状であり、前記円弧の半径R(mm)は1.5mmから3.5mmであることを特徴とする外周面研削加工方法。
【請求項3】
請求項1又は請求項2に記載のインサートの外周面研削方法において、前記第1の加工用治具は柱状であり、その先端にはテーパー面形状をした前記基準面を有し、前記テーパー面の角度θは50度から70度の範囲であることを特徴とするインサートの外周面研削加工方法。
【請求項4】
請求項1から請求項3のいずれかに記載のインサートの外周面研削方法において、前記第2の加工用治具は柱状であり、前記回転軸は駆動装置と連結されていることを特徴とするインサートの外周面研削方法。
【請求項5】
請求項1から請求項4のいずれかに記載のインサートの外周面研削方法において、前記台座治具の本体上には、緩衝材を介してV溝ブロックを備え、前記配置溝はインサート輪郭に沿う形状のV溝であることを特徴とするインサートの外周面研削加工方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2013−18096(P2013−18096A)
【公開日】平成25年1月31日(2013.1.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−154972(P2011−154972)
【出願日】平成23年7月13日(2011.7.13)
【出願人】(000233066)日立ツール株式会社 (299)
【Fターム(参考)】