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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bohrwerkzeug zur Verwendung
bei der inneren Bearbeitung oder Ähnlichem für ein in einem Werkstück ausgebildetes,
vorbereitetes Loch.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Als
Bohrwerkzeug zur Bearbeitung des Innenrandes eines vorbereiteten
Lochs eines sich drehenden Werkstücks ist z.B. ein Bohrwerkzeug
bekannt, in welchem eine aus einer gehärteten Carbidlegierung bestehende
Spitze abnehmbar auf einen Vorderendabschnitt eines ungefähr zylindrischen Werkzeugkörpers geschraubt
ist.
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Dieses
Bohrwerkzeug wird in ein vorbereitetes Loch eines Werkstücks eingesetzt,
welches von einer Hauptschaft eines Bearbeitungswerkzeugs getragen
wird und sich mit hoher Geschwindigkeit dreht, um so die innere
Randfläche
des vorbereiteten Lochs mit einer in der Spitze ausgebildeten Schneidklinge
zu schneiden. Solche ein Werkzeug ist aus der JP-A-07/276109 bekannt.
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Mit der Erfindung
zu lösende
Aufgabe
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Da
die Bearbeitung mit dem Bohrwerkzeug in einem Zustand durchgeführt wird,
in welchem der als Schaft ausgebildete Werkzeugkörper sich herausstreckend vorspringt,
neigt es zum Flattern (Klappern).
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Aus
diesem Grund wurde das Flattern bisher dadurch verhindert, dass
der Werkzeugkörper
dick gemacht wurde, solange er nicht den Ausstoß von Spänen beeinträchtigte, indem der gesamte
Werkzeugkörper
aus einem Schnelldrehstahl (HSS) hergestellt wurde, oder durch andere
Mittel, um die Steifheit des Werkzeugkörpers zu erhöhen.
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Wie
im japanischen Gebrauchsmuster 4-2505 offenbart, ist ein Bohrwerkzeug
bekannt, welches das Flattern einschränkt, indem es einen Werkzeugkörper zum
Ende hin verdickt, und in welchen eine zweite Spantasche an der äußeren Randfläche des
Werkzeugkörpers
auf der gegenüberliegenden Seite
einer ersten Spantasche geöffnet
ist, um die Spanausstoßeffizienz
zu vergrößern.
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In
diesen Fällen
ist es jedoch unmöglich,
die Amplitude des Flatterns aufgrund der Resonanz am Ansteigen zu
hindern, welche auftritt, wenn die Frequenz der externen Kraft (Schneidwiderstand),
der von dem Werkstück
auf das Werkzeug aufgewandt wird, und die natürliche Frequenz eines das Werkzeug
beinhaltenden Bearbeitungssystems miteinander übereinstimmen. Dies ist ein
Problem in einem Fall, in welchem die innere Randfläche eines
tiefen vorbereiteten Lochs genau feinbearbeitet werden muss, ein
Fall, in welchem eine hohe Dimensionsgenauigkeit notwendig ist,
oder in anderen Fällen.
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Die
vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der obigen Umstände getätigt worden
und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Flattern zu verhindern,
indem das Gewicht eines Bohrwerkzeugs ohne Verringerung der Steifheit
verringert wird, um so die natürliche
Frequenz des Bohrwerkzeugs selbst zu erhöhen.
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Die
vorliegende Erfindung wendet die folgenden Merkmale an, um die oben
genannten Probleme zu lösen.
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D.h.,
dass in einer Ausführungsform
ein Bohrwerkzeug mit einer Schneide am vorderen Ende eines Werkzeugkörpers und
einer Spantasche vorgesehen ist, die in Verbindung mit einer Spanfläche der Schneide
ausgebildet ist, wobei auf der in bezug auf die Längsachse
des Werkzeugkörpers
der Schneide gegenüber
liegenden Seite eine konkave Nut an der äußeren Randfläche des
Werkzeugkörpers
ausgebildet ist, die Nut in Bezug auf beide Seiten einer durch die
Spanfläche
der Schneide definierten Ebene radial offen ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Nut als sich in Längsrichtung
erstreckende Nut ausgebildet ist.
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Da
bei diesem Bohrwerkzeug das Gewicht eines Endabschnitts des Werkzeugkörpers verringert und
die natürliche
Frequenz des Werkzeugs selbst erhöht wird, indem die konkave
Nut in dem Endabschnitt ausgebildet wird, ist es möglich, die
Differenz zwischen der natürlichen
Frequenz eines das Werkzeug beinhaltenden Bearbeitungssystems und der
Frequenz der äußeren Kraft
zu erhöhen,
und dadurch das Flattern einzuschränken. Indem man darüber hinaus
die konkave Nut in einer solchen Position ausbildet, wird eine ausreichende
Dicke entlang der Richtung sichergestellt, in welcher die Hauptkraft
der Schneidekraft wirkt, und ein Teil wird belassen, um als Rippe
für die
Axialkraft der Schneidekraft zu wirken. Daher kann die Steifheit
beibehalten werden.
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Bevorzugt
ist in dem Bohrwerkzeug eine Nebennut zwischen der Spantasche und
der konkaven Nut ausgebildet.
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In
diesem Bohrwerkzeug wird die Nebennut zwischen die konkave Nut und
die Spantasche zusätzlich
zu der in der vorgenannten Position ausgebildeten konkaven Nut hinzugefügt, was
es möglich macht,
weiter das Gewicht des Endabschnitts des Werkzeugkörpers zu
reduzieren und dadurch das Flattern weiter zu beschränken.
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Weiter
ist es vorteilhaft, wenn die konkave Nut am vorderen Ende des Werkzeugkörpers keine Öffnung aufweist.
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Da
die konkave Nut so ausgebildet ist, dass sie bei diesem Bohrwerkzeug
am Vorderende des Werkzeugkörpers
nicht geöffnet ist,
ist es möglich,
einen Rückgang
der Steifheit augrund der Bildung der konkaven Nut im Vergleich
mit einem Fall zu beschränken,
in welchem die konkave Nut am Vorderende des Werkzeugkörpers offen
ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Draufsicht eines Kopfabschnitts eines Bohrwerkzeugs entsprechend
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wie von der Seite einer Spanfläche einer
Spitze her betrachtet.
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2 ist
eine aus der Richtung des Pfeils A der 1 betrachtete
Ansicht.
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3 ist
eine aus der Richtung des Pfeils B der 1 betrachtete
Ansicht.
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4 ist
eine aus der Richtung des Pfeils C der 1 betrachtete
Ansicht.
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5(a) ist eine Querschnittsansicht, genommen
entlang der Linie D-D der 3,
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5(b) ist eine Querschnittsansicht, genommen
entlang der Linie E-E der 3,
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5(c) ist eine Querschnittsansicht, genommen
entlang der Linie F-F der 3, und
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5(d) ist eine Querschnittsansicht, genommen
entlang der Linie G-G der 3.
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6 ist
eine Draufsicht, die die Gesamtgestaltung des in 1 gezeigten
Bohrwerkzeugs zeigt.
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- 1
- Werkzeugkörper
- 2
- Kopfabschnitt
(Endabschnitt)
- 3
- Spitze
- 3a
- Spanfläche
- 4
- Spantasche
- 10
- konkave
Nut
- 11
- Nebennut
- O
- Achse
des Werkzeugkörpers
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Wege zur Ausführung der
Erfindung
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Ein
Bohrwerkzeug entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird im Folgenden unter Bezug auf 1 bis 6 beschrieben.
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1 ist
eine Draufsicht eines Endabschnitts (im Folgenden als "Kopfabschnitt" bezeichnet) eines
Bohrwerkzeugs dieser Ausführungsform,
wie von der Seite einer Spanfläche
einer Spitze gesehen,
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2 ist
eine Ansicht aus der Richtung des Pfeils A der 1, 3 ist
eine Ansicht aus der Richtung des Pfeils B der 1, 4 ist
eine Ansicht aus der Richtung des Pfeils C der 1, 6 ist
eine Draufsicht, die die insgesamte Ausgestaltung des in 1 gezeigten
Bohrwerkzeugs zeigt. In diesen Figuren bezeichnen die Bezugsziffern 1, 2, 3 und 4 jeweils
einen Werkzeugkörper, einen
Kopfabschnitt, eine Spitze und eine Spantasche, und der Buchstabe
O bezeichnet die Achse des Werkzeugkörpers 1.
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Der
Werkzeugkörper 1 weist
eine ungefähr zylindrische
Umrissform auf, und die Spantasche 4 ist im Kopfabschnitt 2 ausgebildet,
welcher den Endabschnitt des Werkzeugkörpers 1 darstellt.
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Die
Spantasche 4 ist um ungefähr ein Drittel des Umfangs
des Kopfabschnitts 2 kreisförmigen Querschnitts in der
radialen Richtung nach innen eingekerbt und erstreckt sich von einer
vorderen Endfläche 2A des
Kopfabschnitts 2 zum hinteren Ende. Ein hinterer Endabschnitt
der Spantasche 4 bildet eine geneigte Fläche, die
sanft mit der äußeren Randfläche des
Werkzeugkörpers 1 verbindet.
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Am
vorderen Ende einer Fläche 4A der Spantasche 4,
welche in Drehrichtung des Werkstücks nach hinten zeigt, ist
eine Spitzenbefestigung 5 ausgebildet, um einen Schritt
tiefer als die Fläche 4a eingekerbt
zu werden, wie in 4 gezeigt. Auf der Spitzenbefestigung 5 wird
die Spitze 3 mit einer aus einer gehärteten Carbidlegierung oder Ähnlichem
bestehenden Schneidklinge aufgesetzt und wird darauf mittels einer
Klemmschraube 6 abnehmbar in einem Zustand befestigt, in
welchem eine Spanfläche 3a der
Spitze 3 und die Spantasche 4 weiter verlaufen.
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Zusätzlich zu
der Spantasche 4 ist ein Kopfabschnitt 2 mit einem
ausgeschnittenen Abschnitt 7 versehen, welcher durch das
Ausschneiden der äußeren Randfläche des
Kopfabschnitts 2 gegenüber von
der Schneidklinge in Bezug auf die Achse O des Werkzeugkörpers 1 ausgebildet
ist.
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Dieser
ausgeschnittene Abschnitt 7 ist ausgebildet, um sich allmählich von
dem hinteren Ende der äußeren Randfläche des
Kopfabschnitts 2 zum vorderen Ende hin in der radialen
Richtung nach innen einzukerben, wie in 1 gezeigt.
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Des
Weiteren ist der ausgeschnittene Abschnitt 7 mit einer
konkaven Nut 10 zu Zwecken der Gewichtsreduzierung des
Kopfabschnitts 2 versehen. Die konkave Nut 10 ist
ausgebildet, um sich um eine vorbestimmte Länge von einer Position x aus
zu erstrecken, welche nach hinten von der vorderen Endfläche 2A des
Kopfabschnitts 2 zur hinteren Seite hin getrennt ist. D.h.,
dass ein Vorderende 10A der konkaven Nut 10 nicht
an der vorderen Endfläche 2A des
Kopfabschnitts 2 offen ist, im Gegensatz zur Spantasche 4,
die an der vorderen Endfläche 2A des Kopfabschnitts 2 offen
ist.
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Die
konkave Nut 10 ist von oberhalb der Spanfläche 3a nach
unten hin offen, wenn aus der axialen Richtung des Werkzeugkörpers 1 betrachtet, d.h.
wenn der Werkzeugkörper 1 von
der Vorderseite zur Rückseite
hin entlang der Achse O betrachtet wird.
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Beim
Kopfabschnitt 2 mit der wie oben beschrieben aufgebauten
konkaven Nut 10 wird eine zufriedenstellende Dicke in der
Richtung sichergestellt, in welcher eine Hauptkraft F1 der Schneidekraft wirkt,
und ein Rippenabschnitt 2A zum Aufnehmen einer axialen
Schlagkraft F2 wird auch gewährleistet, wie
in 5 gezeigt.
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Eine
Nebennut 11 ist zwischen der Spantasche 4 und
der konkaven Nut 10 im Kopfabschnitt 2 ausgebildet.
Die Nebennut 11 wird bereitgestellt, um weiter das Gewicht
des Kopfabschnitts 2 zu reduzieren und verbindet mit dem
Vorderende der Spantasche 4 über die Schrägkante L.
weiter ist die Nebennut 11 von der äußeren Randfläche des
Kopfabschnitts 2 her in ungefähr der Form eines Ventilatorblattes
in Draufsicht eingekerbt (siehe 1), wobei die
Spanfläche 3a der
Spitze 3 direkt von oben betrachtet wird, sodass sie sich
allmählich
von der Vorderseite zur Rückseite
des Kopfabschnitts hin verbreitert.
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Andererseits
ist der Werkzeugkörper 1 auf seiner
Basisendseite mit zwei parallelen flachen Flächen 21 (eine davon
ist nicht gezeigt) versehen, welche durch das Abflachen des äußeren Randes
des Werkzeugkörpers 1 ausgebildet
sind, wie in 6. gezeigt. Diese flachen Flächen 21 sind
vorgesehen, um den Werkzeugkörper 1,
der an einem Werkzeugmast eines Bearbeitungswerkzeugs getragen wird, am
Drehen zu hindern, sodass der Werkzeugkörper 1 nicht durch
einen Schneidwiderstand gedreht wird, welcher von einem Werkstück aufgewendet
wird, das sich mit hoher Geschwindigkeit um die Achse O zusammen
mit dem Hauptschaft des Bearbeitungswerkzeugs dreht.
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Wie
oben beschrieben wird bei dem Bohrwerkzeug dieser Ausführungsform
das Gewicht des Kopfabschnitts 2 reduziert, indem der ausgeschnittene
Abschnitt 7 und die konkave Nut 10 im Kopfabschnitt
getrennt von der Spantasche 4 ausgebildet werden, wodurch
die natürliche
Frequenz erhöht wird.
Des Weiteren wird das Gewicht des Kopfabschnitts 2 weiter
reduziert, indem die Nebennut 11 zusätzlich zum ausgeschnittenen
Abschnitt 7 und der konkaven Nut 10 ausgebildet
wird, wodurch weiter die natürliche
Frequenz erhöht
wird. Dies macht es möglich,
den Unterschied zwischen der natürlichen Frequenz
des das Bohrwerkzeug beinhaltenden Bearbeitungssystems und der Frequenz
der äußeren Kraft
zu vergrößern, und
dadurch Flattern aufgrund von Resonanz einzuschränken.
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Durch
das Ausbilden des ausgeschnittenen Abschnitts 7 und der
konkaven Nut 10 in solchen Positionen wird eine ausreichende
Dicke entlang der Richtung sichergestellt, in welcher die Hauptkraft
F1 der Schneidekraft wirkt, wie in 5a bis 5d gezeigt, wodurch die Verringerung der
Steifheit begrenzt wird.
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In
anderen Worten wird das Flattern unter gleichzeitiger Beschränkung der
Steifheitsverringerung eingeschränkt,
indem zusätzliche
Dicke entfernt wird, während
das zweite Moment der Fläche
in Bezug auf die Achse Y senkrecht zur Hauptkraft F1 aufrecht erhalten
wird.
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Da
der Rippenabschnitt 2a ebenso befestigt ist, um die Schlagkraft
F2 aufzunehmen, wird die Steifheit in Bezug auf die Belastung erhöht, welche
in der Richtung entlang der Schlagkraft F2 wirkt, sodass in dieser
Richtung kaum ein Flattern auftreten kann.
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Da
des Weiteren das Vorderende der konkaven Nut 10 nicht auf
der Vorderendfläche 2a des Kopfabschnitts 2 offen
ist, wird die Verringerung der Steifheit weiter begrenzt.
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Da
aufgrund der obigen Ausführungen,
entsprechend dem Bohrwerkzeug dieser Ausführungsform, das Flattern beschränkt wird,
indem Resonanz während
der Bearbeitung verhindert wird und gleichzeitig die Werkzeugsteifheit
wie bisher beibehalten wird, ist es möglich die Bearbeitungsgenauigkeit
zu erhöhen
und den Bruch der Spitze zu vermeiden. Zusätzlich ist es möglich, den
Betrag des Vorspringens des Werkzeugkörpers zu erhöhen und
dadurch die innere Randfläche
eines vorbereiteten Lochs mit größerer Tiefe
präzise
feinzubearbeiten.
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Während die
Nebennut 11 in der Beschreibung dieser Ausführungsform
zwischen der Spantasche 4 und der konkaven Nut 10 ausgebildet
ist, ist dies nicht immer nötig.
D.h., dass selbst wenn das Bohrwerkzeug nur die konkave Nut 10 mit
dem oben genannten Aufbau auf dem Kopfabschnitt 2 aufweist, ein
Flattern im Vergleich mit einem herkömmlichen Bohrwerkzeug verringert
werden kann, während gleichzeitig
die Werkzeugsteifheit beibehalten wird.
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Vorteile
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Wie
aus der obigen Beschreibung offensichtlich, kann die vorliegende
Erfindung die folgenden Vorteile anbieten:
- (a)
Bei einem Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 kann Flattern eingeschränkt werden,
indem die konkave Nut im Kopfabschnitt ausgebildet wird, um so das
Gewicht des Kopfabschnitts zu reduzieren und dadurch die natürliche Frequenz
des Werkzeugs selbst zu erhöhen.
Da darüber
hinaus die Steifheit daran gehindert wird, sich aufgrund der Bildung
der konkaven Nut zu verringern, indem die konkave Nut auf der äußeren Randfläche auf
der von der Schneidklinge in Bezug auf die Achse des Werkzeugkörpers entgegengesetzten Seite
ausgebildet wird, ist es möglich,
die Bearbeitungsgenauigkeit zu erhöhen und einen Bruch an der
Spitze zu vermeiden, und des Weiteren ist es möglich, den Betrag des Vorspringens
des Werkzeugkörpers
zu erhöhen
und dadurch die innere Randfläche
eins vorbereiteten Lochs mit großer Tiefe präzise feinzubearbeiten.
- (b) Bei dem Bohrwerkzeug nach Anspruch 2 wird das Gewicht des
Kopfabschnitts weiter reduziert, indem die konkave Nut in der oben
genannten Position ausgebildet wird, und die Nebennut ebenso zwischen
der konkaven Nut und der Spantasche ausgebildet wird, wodurch die
natürliche
Frequenz des Werkzeugs selbst erhöht wird. Daher ist es möglich, das
Flattern weiter einzuschränken.
- (c) Da bei dem Bohrwerkzeug nach Anspruch 3 die konkave Nut
so ausgebildet ist, dass sie nicht an dem vorderen Ende des Kopfabschnitts
offen ist, um weiter eine Verringerung der Steifheit aufgrund der
Bildung der konkaven Nut einzuschränken, ist es im Vergleich mit
einem Fall, in welchem die konkave Nut an dem vorderen Ende des
Kopfabschnittes offen ist, möglich,
ein Klappern weiter einzuschränken.