CN101484260A - 镗削工具及其保持器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种镗削工具及其保持器。本发明的一个目的在于提高对具有由套筒形成的保持器的切削工具进行固定的稳定性以及提高使用该保持器的镗削工具的加工精度并防止切削刃的碎裂。在通过将杆状切削工具(10)接纳在套筒(2)的中心孔(6)内并用夹紧元件(3)将其夹紧来保持该杆状切削工具的镗削工具用保持器(1)中，该套筒(2)设置有狭缝(7)，该狭缝从套筒(2)的前端到纵向中间部分沿纵向切开从套筒(2)的中心孔(6)到该套筒的外周面的区域，该套筒(2)还设置有紧固件(4)，该紧固件收紧套筒(2)的形成狭缝的部分以改变该中心孔的内径。

Description

镗削工具及其保持器
技术领域
本发明涉及用于镗削小零件的镗削工具以及由套筒形成的镗削工具用保持器。
背景技术
下述专利文献1中披露了适合于镗削极小内径的小直径镗削工具。
在日本专利号No.2784530(专利文献1)中披露的镗削工具是通过将杆状末端与套筒组合而形成，并且该镗削工具具有这样的结构，即：杆状末端的柄部插入套筒的中心孔内，并且该柄部用拧入保持器中的螺钉紧固以将该杆状末端保持在该套筒中。套筒的中心孔形成为贯通孔。杆状末端在其要插入套筒的中心孔内的部分的外周面上具有切面部分，并且在中心孔的内表面和该末端的外周面上的切面部分之间产生的空隙用作冷却剂的通道。
作为常规技术，类似的镗削工具还在日本专利号No.3330085(专利文献2)中有所描述。
专利文献1：日本专利号No.2784530
专利文献2：日本专利号No.3330085
发明内容
本发明要解决的问题
在专利文献1所披露的镗削工具中，使用下述方法夹紧杆状末端，即：用拧入套筒中的两个螺钉在一个方向上紧固该末端。然而，对于这种方法来说，用螺钉紧固的末端与中心孔的内表面线接触，从而导致末端的固定不稳定。在杆状末端和套筒的中心孔的内表面之间存在用于插入和取出末端的间隙。在这些间隙之中，紧固方向上的间隙通过拧紧螺钉而被消除，而与紧固方向垂直的方向上的间隙即使在固定之后仍然存在并引起末端的晃动。因此，末端被不充分地保持，从而导致在与紧固方向垂直的方向上施加的力的作用下刚度的降低。因此，在加工过程中出现所谓的镗削工具的“颤动”，从而导致切削刃的碎裂。
近来，存在日益明显的趋势，即：采用以烧结金刚石或烧结CBN(立方氮化硼)作为切削刃的材料的镗削工具来加工具有高硬度的材料。在使用这种镗削工具加工具有高硬度的材料时，切削阻力较大，特别容易出现会导致加工精度降低和切削刃碎裂的颤动。
在作为常规技术披露于专利文献2中的镗削工具中，尽管专利文献2没有描述固定末端的方法，然而看起来是采用与专利文献1中用于镗削工具的方法相同的方法来固定末端的。因此，专利文献2中的镗削工具具有与专利文献1中的镗削工具相同的问题。
本发明的一个目的在于提高固定专利文献1和2中所披露的具有由套筒形成的保持器的切削工具的稳定性以及提高使用保持器的镗削工具的加工精度并防止切削刃的碎裂。
解决问题的技术方案
为解决上述问题，在本发明中，在通过将杆状切削工具接纳在套筒的中心孔内并用夹紧元件将其夹紧来保持该杆状切削工具的镗削工具用保持器中，该套筒设置有狭缝，该狭缝从套筒的前端到纵向中间部分沿纵向切开从套筒的中心孔到套筒的外周面的区域，该套筒还设置有紧固件，该紧固件收紧套筒的形成狭缝的部分以改变中心孔的内径。
下面列举保持器的优选方式。
(1)狭缝在套筒的一个侧面位置设置成沿着径向横贯该套筒。
(2)从套筒的中心孔的中心到紧固件的安装点的中心的长度11以及从中心孔的中心到狭缝在径向上的外端的长度12设定为满足条件20％≤11/12≤80％。
(3)设置有至少一个紧定螺钉作为夹紧元件，该紧定螺钉与杆状切削工具的柄部接触以沿着与轴线垂直的方向紧固该柄部。
(4)中心孔具有抓握杆状切削工具的抓握表面，该抓握表面具有以粗糙度轮廓十点高度表示的不小于0.5μm且不大于12.5μm的表面粗糙度。
(5)套筒在其前端部和后部具有不同的外径。具体来说，套筒的前端部的外径大于或小于套筒的后部的外径。
本发明还提供通过用上述本发明的保持器保持杆状切削工具而形成的镗削工具，该杆状切削工具包括由烧结金刚石或烧结CBN制成的前端部，该前端部设置有切削刃。
有益效果
在本发明的保持器中，当收紧套筒的形成狭缝的部分时，套筒的中心孔的内径减小。从而，中心孔的内表面在较宽范围内牢固地贴在杆状切削工具的柄部的外周面上，并且不会在该内表面和杆状切削工具之间形成引起镗削工具晃动的间隙。因此，减少了加工过程中杆状切削工具的颤动，从而抑制了加工精度的降低和由于颤动而导致的切削刃的碎裂。
在具有设置于套筒的一个侧面位置的狭缝的保持器中，只在中心孔的圆周上的一个位置处沿着径向切开套筒，从而抑制了由于设置狭缝而导致的套筒刚度的降低。另外，只需要一组紧固件来收紧套筒的形成狭缝的部分。此外，可以容易地加工设置为从套筒的端面看去沿着径向横贯套筒的狭缝。
此外，在收紧套筒的形成狭缝的部分的紧固件安装在满足条件20％≤11/12≤80％的位置的保持器中，在适当位置收紧形成狭缝的部分，并且与不满足该条件的情况相比，增大了保持杆状切削工具的力(保持力)并提高了保持稳定性，这使得容易固定杆状切削工具。
此外，由于通过收紧套筒的形成狭缝的部分的紧固件进行收紧不足以防止杆状切削工具在中心孔内部转动或沿轴向移动，所以除紧固件之外，本发明的保持器还设置有固定杆状切削工具的夹紧元件。在设置有至少一个紧定螺钉作为夹紧元件并且该紧定螺钉与杆状切削工具的柄部接触以沿着与轴线垂直的方向紧固该柄部的保持器中，可以直接地紧固杆状切削工具从而可靠地固定该切削工具。在这里，“与轴线垂直的方向”是指与杆状切削工具的柄部的轴向垂直的方向，并且“沿着与轴线垂直的方向紧固该柄部”是指放置紧定螺钉以便将该紧定螺钉的轴向设置为沿着与轴线垂直的方向，将紧定螺钉的前端挤压在柄部上从而固定该柄部。
另外，在套筒的中心孔具有内表面(抓握表面)并且该内表面具有以粗糙度轮廓十点高度表示的不小于0.5μm且不大于12.5μm的表面粗糙度的保持器中，增大了与杆状切削工具的接触面积，从而增大了通过摩擦产生的用于保持切削工具的保持力而进一步稳定切削工具的固定。
此外，对于套筒的前端部的外径大于套筒的后部的外径的保持器来说，当用加工机床的工具架支撑保持器时，可以利用位于套筒的前端的大直径部分使套筒插入工具架中的长度恒定。相反，对于套筒的前端部的外径小于套筒的后部的外径的保持器来说，放松了由工件的尺寸决定的加工限制，并且根据套筒的前端直径的尺寸允许套筒的前端部进入工件的内部来进行加工。当能够进行这样的加工时，可以减小切削工具从套筒的前端的伸出量以便更有效地抑制加工过程中镗削工具的颤动。
在本发明的镗削工具中，由于上述保持器的功能和效果，使得
加工稳定性和加工精度得到提高，并且可以延长切削工具的寿命。
附图说明
图1是示出本发明的保持器的实施例的透视图。
图2是图1所示保持器的平面图。
图3是图1所示保持器的主视图。
图4是使用图1所示保持器的镗削工具的透视图。
图5是在沿着图4中线V-V的位置处的横截面视图。
图6是在沿着图4中线VI-VI的位置处的横截面视图。
图7是示出本发明的保持器的另一实施例的透视图。
附图标记说明
1：保持器，2：套筒，2a：大直径部分，2b：小直径部分，2c：台阶部分，3：夹紧元件，4：紧固件，5：切面部分，6：中心孔，7：狭缝，8、9：螺纹孔，10：杆状切削工具，11：柄部，12：头部，13：硬烧结体，14：切削刃，15：前刀面，16：切面部分，20：镗削工具
具体实施方式
在下文中，参照附图图1至7对本发明的保持器的实施例以及使用该保持器的镗削工具进行说明。图1是示出保持器的实施例的透视图，图2是保持器的平面图，图3是保持器的主视图。所示保持器1包括套筒2、夹紧元件3和紧固件4。
如图1和图2所示，套筒2是台阶状套筒，其具有位于前端侧的大直径部分2a以及形成为小直径部分2b的后部，该后部由加工机床的工具架保持。套筒2设置有切面部分5，该切面部分5在套筒2的由加工机床的工具架夹住的外周面上具有钳口宽度。套筒2还设置有中心孔6，该中心孔6在套筒2的中心处沿轴向穿过。此外，狭缝7沿纵向切开从套筒2的前端侧部的中心孔6到套筒2的外周面的区域，该狭缝7设置为从图3所示端面看去沿径向横贯上述区域。狭缝7设置在从套筒2的前端到纵向中间部分的范围内，以便沿径向在一个位置切开套筒2的中心孔6的周面。
中心孔6是直径基本上与图4至图6所示杆状切削工具10的柄部11的外径相同的孔(即直径略大于柄部11的外径以便顺利插入和取出该柄部的孔)。中心孔6具有内表面(抓握杆状切削工具的抓握表面)，该内表面形成为具有以粗糙度轮廓十点高度表示的不小于0.5μm且不大于12.5μm更优选不小于0.5μm且不大于3.2μm的表面粗糙度。在这里，根据JIS(日本工业标准)B0601-2001的附录1，将粗糙度轮廓十点高度(Rzjis)确定为具有基准长度的粗糙度曲线上五个最高的峰值的高度的平均值和五个最低的谷值的深度的平均值之和(单位：μm)。
当套筒2用作保持器时，夹紧元件3设置在位于上侧的位置。所示夹紧元件3是拧入螺纹孔8(见图6)中的紧定螺钉，该螺纹孔8沿径向穿过套筒2。夹紧元件3的前端进入套筒的中心孔6内并直接地紧固插入中心孔6中的杆状切削工具的柄部，从而将该柄部挤压在中心孔6的内表面上。在所示保持器中，夹紧元件3紧固切削工具的方向与使用镗削工具时施加的主要分力的方向一致，这对于防止主要分力使切削工具移动是非常有效的。在本发明的保持器中，由于还用中心孔6抓握切削工具，所以一个夹紧元件3就足够了。然而，夹紧元件3的数目不限于一个，也可以设置多个夹紧元件3。
紧固件4设置为收紧套筒2的形成狭缝的部分，在这里使用的是沉头螺钉。当将紧固件4拧入图5所示螺纹孔9中并将其拧紧时，将套筒2的在狭缝7置于其间的状态下彼此相对的部分向彼此拉近，从而减小了中心孔6的内径。
为了在适当位置收紧形成狭缝的部分，紧固件4安装在满足条件20％≤11/12≤80％的位置，其中，11表示从中心孔6的中心到紧固件的安装点的中心的长度(见图2)，12表示从中心孔6的中心到狭缝7在径向上的外端的长度。从而，可以在适当位置收紧形成狭缝的部分，这样便提供了保持杆状切削工具的良好保持力和良好的稳定性。
图4至图6示出了通过用上述保持器1保持杆状切削工具(杆状末端)10而形成的镗削工具20。杆状切削工具10在柄部11的前端具有头部12。头部12具有由硬烧结体(烧结金刚石或烧结CBN)13形成的部分，并且硬烧结体13设置有切削刃14和前刀面15。此外，切面部分16沿着柄部的整个长度设置在柄部的外周面上。切面部分16设置为由夹紧元件3紧固从而可靠地防止杆状切削工具10旋转。
杆状切削工具10的柄部11插入保持器1的中心孔6内。当在这种状态下拧紧紧固件4时，中心孔6的直径减小，并且中心孔6的内表面牢固地贴在柄部11的外周面上。此外，通过拧紧夹紧元件3，可以防止杆状切削工具10旋转并将其固定，并且消除了柄部的外周面上引起杆状切削工具10的晃动的间隙，从而有效地抑制加工过程中的颤动。
在所示镗削工具20中，套筒2的大直径部分2a和小直径部分2b之间的台阶部分2c可以用作定位止动部。从而，当将镗削工具20固定在加工机床的工具架中时，可以使套筒2插入工具架中的长度恒定，从而便于定位。
还可以设想如图7所示的套筒2的前端部的外径小于套筒的后部的外径的保持器1。在具有这种结构的保持器中，套筒2的前端部设置为小于工件中的孔的直径，从而该前端部能够进入工件中的孔来进行加工。从而，可以减小切削工具从套筒2的前端的伸出量以更有效地抑制加工过程中镗削工具的颤动。
在研究夹紧元件3和紧固件4的适当安装点、狭缝7的适当长度、狭缝7的适当宽度等因素之后，本申请的发明人发现：图1所示保持器1稳定地保持切削工具，并且当采用图2所示各个部分具有如下所述设定的尺寸的套筒2时，该保持器1是特别优选的。
(1)至少一个夹紧元件3设置为这样，即：该夹紧元件的中心位于与套筒2的前端相距不小于2mm且不大于40mm的位置。
(2)至少一个紧固件4设置为这样，即：该紧固件的中心位于与套筒2的前端相距不小于5mm且不大于50mm的位置。
(3)狭缝7在套筒的轴向上具有不小于5mm且不大于50mm的长度。
(4)狭缝7具有不小于0.2mm且不大于3mm的宽度W(见图3)。
套筒2的规格
材料：热处理钢(JIS SCM440)，总长度L4＝100mm，大直径部分2a的长度L3＝20mm，大直径部分2a的外径φD2＝18mm，小直径部分2b的外径φD1＝16mm，大直径部分2a的钳口宽度W1＝15mm，中心孔6的内径＝φ3.0mm
在图1至图6所示保持器中，在上述规格条件下，将从套筒2的前端到夹紧元件3的中心的距离L2设定为16mm，并将从套筒2的前端到紧固件4的中心的距离L1设定为4mm。
在下文中，说明对本发明的保持器进行的性能评价试验。
评价试验1
使用以下两种镗削工具在后述条件下进行切削试验：一种镗削工具是通过将杆状切削工具与本发明的保持器组合而形成，本发明的保持器使用具有上述段落中所述的规格的套筒；另一种镗削工具是通过将杆状切削工具与常规的保持器组合而形成的，在常规的保持器中，使用用拧入套筒中的螺钉沿着一个方向紧固切削工具的方法以将杆状切削工具(杆状末端)固定(夹紧)在不具有狭缝的套筒中。使进给率变化来进行试验，以判断在加工过程中是否存在镗削工具的颤动。表1示出其结果。
切削条件
加工材料：渗碳JIS SCM415(洛氏C级硬度(HRC)60)
镗削直径：4.1mm
切削速度：50m/min
切削量：0.02mm
[表1]
 
进给率(mm/转) 0.005 0.01 0.02 0.04
使用本发明的保持器的镗削工具     无颤动 无颤动 无颤动 无颤动
使用常规保持器的镗削工具 无颤动 出现颤动 出现颤动 出现颤动
在该试验中，使用本发明的套筒保持器的镗削工具具有较高的保持杆状切削工具的保持力和稳定性，并且即使在进给率增大时也不会出现颤动。相比之下，在使用常规套筒保持器的镗削工具中，当进给率增大时会出现颤动。
评价试验2
使用与评价试验1中所使用的工具相同的两种镗削工具，即采用本发明的保持器的镗削工具和采用常规保持器的镗削工具，在后述条件下使杆状切削工具的切削刃从保持器的前端的伸出量L(或其与杆状切削工具的直径D之比)变化来进行切削试验，以判断在当时是否存在镗削工具的颤动。表2示出其结果。
切削条件
加工材料：渗碳JIS SCM415(洛氏C级硬度(HRC)60)
镗削直径：4.1mm
切削速度：70m/min
进给率：0.002mm/转
切削量：0.02mm
[表2]
 
伸出量(L/D)  2 2.5 3 3.5
使用本发明的保持器的镗削工具     无颤动 无颤动 无颤动 无颤动
使用常规保持器的镗削工具 无颤动 出现颤动 出现颤动 出现颤动
L/D：伸出量/杆状工具的直径
在该试验中，即使当L/D的值增大到3.5时，使用本发明的套筒保持器的镗削工具也没有颤动。相比之下，在使用常规的套筒保持器的镗削工具中，当比值L/D增大到大于2时，会出现颤动。应当注意到，可以对其设定较高的L/D值的镗削工具还能够用于加工相对于其直径的深度更深的孔，从而该镗削工具可以用于更广的应用范围。
可以从评价试验1和2看出，当使用本发明的具有带狭缝的套筒的保持器时，提高了用该保持器保持杆状切削工具的保持力和稳定性，从而抑制了加工过程中镗削工具的颤动。从而，减少了由于颤动而导致的切削刃的碎裂，提高了加工精度。

Claims (7)

1.一种镗削工具用保持器，其通过将杆状切削工具(10)的柄部(11)接纳在套筒(2)的中心孔(6)内并用夹紧元件(3)夹紧所述柄部来用所述套筒(2)保持所述杆状切削工具(10)，
其中，所述套筒(2)设置有狭缝(7)，所述狭缝(7)从所述套筒的前端到纵向中间部分沿纵向切开从所述套筒的所述中心孔(6)到所述套筒的外周面的区域，并且所述套筒(2)还设置有紧固件(4)，所述紧固件收紧所述套筒(2)的形成狭缝的部分以改变所述中心孔(6)的内径。
2.根据权利要求1所述的镗削工具用保持器，其中，
所述狭缝(7)在所述套筒(2)的一个侧面位置设置成沿径向横贯所述套筒。
3.根据权利要求1所述的镗削工具用保持器，其中，
从所述中心孔(6)的中心到所述紧固件(4)的安装点的中心的长度11以及从所述中心孔(6)的中心到所述狭缝(7)在径向上的外端的长度12设定为满足条件20％≤11/12≤80％。
4.根据权利要求1所述的镗削工具用保持器，其中，
设置有至少一个紧定螺钉作为所述夹紧元件(3)，所述紧定螺钉与所述杆状切削工具的所述柄部接触以沿着与轴线垂直的方向紧固所述柄部(11)。
5.根据权利要求1所述的镗削工具用保持器，其中，
所述中心孔(6)具有抓握所述杆状切削工具(10)的抓握表面，所述抓握表面具有以粗糙度轮廓十点高度表示的不小于0.5μm且不大于12.5μm的表面粗糙度。
6.根据权利要求1所述的镗削工具用保持器，其中，
所述套筒(2)在其前端部和后部具有不同的外径。
7.一种镗削工具，其使用根据权利要求1所述的保持器(1)来保持杆状切削工具(10)，所述杆状切削工具(10)包括头部(12)，所述头部(12)具有由金刚石或CBN制成的硬烧结体(13)形成的部分，所述硬烧结体(13)设置有切削刃(14)。
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