JP2001009615A - 切削工具 - Google Patents

切削工具

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JP2001009615A
JP2001009615A JP11177539A JP17753999A JP2001009615A JP 2001009615 A JP2001009615 A JP 2001009615A JP 11177539 A JP11177539 A JP 11177539A JP 17753999 A JP17753999 A JP 17753999A JP 2001009615 A JP2001009615 A JP 2001009615A
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tool shaft
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Hiroshi Shimomura
博 下村
Hidehiko Nagaya
秀彦 長屋
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Mitsubishi Materials Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 工具剛性を高めて取り付け精度を向上させ
る。 【解決手段】 アーバ11の装着部15に超硬合金から
成る工具軸16をろう付けする。工具軸16の先端側に
スチールからなる取付部17をろう付けする。取付部1
7に穴部18を設ける。超硬合金製の刃部12の基端側
に軸部20を形成し、軸部20の外径D2を穴部18の
内径D1より大きくして寸法差(D2−D1)を締め代
にして、軸部20を穴部18と焼き嵌め嵌合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は各種の工作機械の主
軸に装着して先端側に刃部を連結して成る工具ホルダを
備えた切削工具に関する。
【0002】
【従来の技術】このような工具ホルダを備えた切削工具
の一例として、図8に示すようなボールエンドミルなど
の切削工具がある。このボールエンドミル1は工作機械
の回転主軸に装着するための工具ホルダとしてのアーバ
2とこのアーバ2にネジ等で固定された刃部3とで構成
されている。アーバ2は回転主軸に装着するためのテー
パシャンク部4とマニピュレータで把持するための把持
部5とネジ孔6aが形成された嵌合部6とで構成されて
いる。そして刃部3はスチール等で形成されており、そ
の基端部に雄ねじ部3aが形成されており、刃部3の雄
ねじ部3aを嵌合部6のネジ孔6aに螺合させることで
ボールエンドミル1が形成されている。刃部3の先端部
には例えば4分の1円弧状の切刃(図示せず)が装着さ
れている。また他の切削工具として例えば実公平7−3
9526号公報に開示されたものがある。この切削工具
によればアーバに超硬合金製の工具軸の基部をクランプ
スクリューで螺合して固定し、工具軸の先端部にヘッド
ホルダをろう付けしてこのヘッドホルダに刃部15を嵌
挿してクランプスクリューで螺合して固定する構成を備
えている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前者のボー
ルエンドミル1では棒状をなす刃部3がスチールで形成
されているために剛性が小さく、びびり振動等を起こし
やすく切削加工精度が悪いという欠点がある。また後者
の切削工具では工具軸の先端側にクランプスクリューの
ネジ孔を加工するためにスチール等の加工しやすい材質
からなるヘッドホルダがろう付けされており、この場合
ろう付け面積が大きいためにろう付け時の応力でヘッド
ホルダにクラック等が入りやすいという欠点がある。し
かもヘッドホルダにクラックが発生しても交換できない
という欠点もある。本発明は、このような課題に鑑み
て、剛性が高くてびびり振動やクラック等を起こしにく
く刃部の交換の容易な切削工具を提供することを目的と
する。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明による切削工具
は、工作機械に装着するための固定部に高硬度材料から
成る工具軸が設けられ、この工具軸の先端側に刃部が締
まり嵌めで連結されてなることを特徴とする。工具軸を
高硬度材料で構成したことで高剛性となり、切削加工に
際して撓んだりしてびびり振動を起こすおそれもなく、
刃部が締まり嵌めで連結されていることで取付精度が良
くろう付けなどと比較してクラック等が発生しにくく高
精度に切削加工ができ、しかも刃部の交換が容易であ
る。
【0005】尚、工具軸と刃部は連結部材によって締ま
り嵌めで連結されていてもよい。工具軸と刃部を連結部
材で固定することで刃部の材質として高硬度材料等を選
択でき、刃部の耐久性が高い。その際、連結部材を工具
軸や刃部より熱膨張率の大きい材質で構成することが好
ましい。また、刃部は工具軸に直接締まり嵌めで連結さ
れていてもよい。刃部と工具軸の一方に軸部を形成し、
他方に穴部を形成して両者の径の寸法差を締め代とすれ
ば、少ない部材で締まり嵌め嵌合できる。また、刃部は
取付部を介して工具軸に締まり嵌めで連結されていても
よい。
【0006】また、工具ホルダの固定部と工具軸が締ま
り嵌めで連結されていてもよい。工具軸の先端側と基端
側をいずれも締まり嵌めで刃部や固定部と連結すること
になり、取り付け精度が向上してろう付けなどと比較し
てクラック等が発生しにくく強度が高い。この場合、固
定部と工具軸の一方に軸部を形成し、他方に穴部を形成
して両者の径の寸法差を締め代とすればよい。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面により説明する。図1は第一の実施の形態に
よるボールエンドミルの部分断面図、図2はボールエン
ドミルの刃部を分離した部分断面図である。図1及び図
2に示す切削工具、例えばボールエンドミル10は、工
作機械の回転主軸に装着するための工具ホルダとしての
アーバ11とこのアーバ11に固定された刃部12とで
構成されている。アーバ11は基端側に回転主軸に装着
するための固定部としてテーパシャンク部13を備え、
テーパシャンク部13に続いてマニピュレータ等で把持
するために外周面が全周に亘って略V字状凹部を形成す
る把持部14が設けられ、把持部14の先端側にテーパ
状の装着部15が形成されている。把持部14はテーパ
シャンク部13及び装着部15より拡径されており、回
転主軸のキーを嵌合させるためのキー溝14aが形成さ
れている。アーバ11のテーパシャンク部13、把持部
14及び装着部15はスチール等で形成されている。装
着部15にはテーパ状で長軸をなす棒状の工具軸16が
ろう付け等で装着されており、工具軸16は例えば超硬
合金やサーメット等の高硬度材料からなり、工具軸16
の先端には例えばスチール等からなる取付部17がろう
付け等で装着されている。尚、高硬度材料は高剛性でヤ
ング率230GPa(≒23000kgf/mm2)以
上のものをいう。工具軸16は装着部15及び取付部1
7と共に全体に先細のテーパ状に形成されている。
【0008】取付部17にはその先端面17aから内部
に略円柱状の穴部18が同軸に形成されており、穴部1
8は内径をD1とする円筒状の内周面18aと底面18
bとで形成されている。この穴部18には例えば超硬合
金でなる刃部12が焼き嵌め等の締まり嵌めで嵌合され
ている。刃部12は例えば超硬合金等の高硬度材料から
なり、略半球状をなしていて図示しない切刃が形成され
た頭部19と穴部18に焼き嵌め嵌合される略円柱状の
軸部20とで構成されている。軸部20はその外径D2
が常温で穴部18の内径D1より大きく、その寸法差
(D2−D1)が締まり嵌めによる締め代となる。軸部
20の長さL2は穴部18の深さL1より短く、嵌合状
態で頭部19の背面19aが取付部17の先端面17a
に着座する。尚、取付部17の材質についてはスチール
に限定されることはなく、刃部12より熱膨張係数の大
きい材質であれば他の適宜の材質を採用してよい。上述
の構成において、アーバ11のテーパシャンク部13、
把持部14、装着部15、工具軸16及び取付部17、
そして刃部12は回転中心をなす回転軸線Oと同軸にそ
れぞれ形成されている。
【0009】本実施の形態によるボールエンドミル10
は上述の構成を備えており、次に刃部12の嵌合方法に
ついて説明する。図2に示すようにアーバ11と刃部1
2が分離された状態において、取付部17の穴部18を
200℃程度に加熱して内径D1を軸部20の外径D2
以上に拡径した状態で軸部20を穴部18に挿入して冷
却し、径方向に収縮させることで締め代によって取付部
17の穴部18と軸部20とで焼き嵌め嵌合され刃部1
2がアーバ11に強固に連結される。そして、このボー
ルエンドミル10のテーパシャンク部13をマニピュレ
ータ等で工作機械の回転主軸に装着してボールエンドミ
ル10を回転軸線Oを中心に回転させつつ送り切削して
被削材を切削加工する。この時、ボールエンドミル10
はアーバ11の把持部14と刃部12を結ぶ工具軸16
が超硬合金などの高硬度材料で構成されているから高剛
性であり、切削抵抗によって工具軸16が撓んだりして
びびり振動を起こすことがない。しかも刃部12は焼き
嵌めで高精度に取付部17に固定されており、高精度な
切削加工が行え、刃部12の交換も容易である。
【0010】上述のように本実施の形態によれば、アー
バ11の剛性が高く、刃部12は焼き嵌めで嵌合されて
いるから高精度に製作されていて刃部12の交換も容易
であり、切削加工においてびびり振動などを抑制して高
精度に切削加工できる。
【0011】次に本発明の他の実施の形態について説明
するが、上述の第一の実施の形態と同一または同様の部
分、部品については同一の符号を用いて説明する。図3
は本発明の第二の実施の形態によるボールエンドミル2
0に関するものであり、アーバ11において装着部15
に基端側がろう付けされた工具軸21は超硬合金等の高
硬度材料からなり、先端側に向けてテーパ状に先細とさ
れ、その先端では同軸に外径D3をなす円柱状の軸部2
2が突出形成され、軸部22の付け根の周囲はリング状
の肩部22aとされている。工具軸21の軸部22に
は、工具軸21より熱膨張係数の大きい材質、例えばス
チール等からなる刃部23が焼き嵌め嵌合されている。
刃部23は略円柱状をなすと共にその先端が半球状を呈
しており、半球状先端部に例えば略木の葉形チップ24
が装着されている。そして、刃部23の基端側には穴部
25が同軸に形成されており、この穴部25は内径D4
をなす円筒状の内周面25aと底面25bとで形成され
ている。軸部22の外径D3は穴部25の内径D4より
大きく、その寸法差(D3−D4)が焼き嵌め時の締め
代となる。そのため、刃部23を加熱して穴部25を拡
径した状態で軸部22を挿入して穴部25の周面23a
を工具軸21の先端の肩部22aに着座させて焼き嵌め
嵌合すればよい。
【0012】図4は本発明の第三の実施の形態によるボ
ールエンドミル30に関するものであり、アーバ11に
おいて装着部15に基端側がろう付けされた工具軸31
は超硬合金等の高硬度材料からなり、テーパ状に先細と
された先端では同軸に外径D3をなす円柱状の第一軸部
32が突出形成され、第一軸部32の付け根の周囲はリ
ング状の肩部32aとされている。工具軸31と連結さ
れる刃部33は、工具軸31と同一材質である超硬合金
等の高硬度材料からなり、基端側に外径D3をなす略円
柱状の第二軸部34が突出形成され、第二軸部34の付
け根の周囲はリング状の肩部34aとされている。そし
て工具軸31の第一軸部32と刃部33の第二軸部34
を対向させた状態で、両軸部32,34は略円筒状の連
結部材35で焼き嵌め嵌合されている。連結部材35は
工具軸31及び刃部33よりも熱膨張係数の大きいスチ
ール等の材質とされ、その内周面36はその内径D5が
常温で両軸部32,34の外径D3より小さく設定さ
れ、寸法差(D3−D5)が締め代となる。両軸部3
2,34が連結部材35に挿入されて焼き嵌め嵌合され
た状態で、両軸部32,34間に隙間が形成されてもよ
いし、両軸部32,34が互いに当接していてもよい。
【0013】図5は本発明の第四の実施の形態によるボ
ールエンドミル40に関するものであり、アーバ11に
おいて装着部15に基端側がろう付けされた工具軸41
は超硬合金等の高硬度材料からなり、テーパ状に先細と
された先端では同軸に略円柱状の穴部42が形成され、
穴部42は内径D6をなす内周面42aと底面42bと
で形成されている。これに対して刃部43はスチール
等、工具軸41より熱膨張係数の大きい材質からなり、
先端側にチップ24が装着され、基端側に外径D7をな
す円柱状の軸部44が突出形成され、軸部44の付け根
の周囲はリング状の肩部44aとされている。常温で軸
部44の外径D7は穴部42の内径D6より大きくその
寸法差(D7−D6)が冷やし嵌め時の締め代となる。
冷やし嵌めに際して、刃部43を冷却して軸部44を縮
径させて工具軸41の穴部42に挿入して常温に戻せ
ば、軸部44が拡径して冷やし嵌め嵌合される。
【0014】次に図6、図7は上述の各実施の形態によ
るボールエンドミルについて、アーバ11の装着部と工
具軸との接合構成のろう付け以外による他の構成例を示
すものである。図6に示すボールエンドミル16(2
0,30,40)において、アーバ11の装着部50の
先端面51に穴部52が形成され、この穴部52は内径
D8をなす円筒状の内周面52aと底面52bとで形成
されている。工具軸53の基端面54には軸部55が突
出形成され、軸部55は常温で内径D8より大径のD9
の円柱状とされ、その外周側にリング状の肩部56が形
成されている。そして、工具軸53は超硬合金等の高硬
度材料でなり、装着部50はスチール等からなっていて
工具軸53より熱膨張係数の大きい材質とされている。
アーバ11の装着部50と工具軸53との接合に際し
て、装着部50の穴部52を加熱した状態で工具軸53
の軸部55を穴部52内に挿入し、冷却することで焼き
嵌め嵌合する。或いは工具軸53を冷却して冷やし嵌め
してもよい。
【0015】次に図7はアーバ11の装着部と工具軸と
の他の接合構成例を示すものであり、図7において、ア
ーバ11の装着部60の先端面61に外径D10をなす
軸部62が突出形成されている。工具軸63の基端面6
4には穴部65が形成され、穴部65は常温で外径D1
0より小径の内径D11をなす内周面65aと底面65
bとで形成されている。そして、工具軸63は超硬合金
等の高硬度材料でなり、アーバ11はスチール等からな
っていて工具軸63より熱膨張係数の大きい材質とされ
ている。アーバ11の装着部60と工具軸63との接合
に際して、装着部60を冷却した状態で軸部62を工具
軸63の穴部65内に挿入し、常温に戻すことで軸部6
2が拡径するために冷やし嵌め嵌合する。或いは工具軸
63の穴部65を加熱して焼き嵌め嵌合してもよい。
【0016】尚、上述の各実施の形態等では工具軸1
6,21,31,41,53,63をテーパ状としたが
これに限定されることなくストレート形状等適宜の形状
を採用してもよい。また上述の各実施の形態等で、各工
具軸16,21,31,41,53,63を超硬合金等
の高硬度材料とし、アーバ11の装着部15,50,6
0をスチール等の比較的熱膨張係数の大きい材質とし、
刃部12,23,33,43を超硬合金またはスチール
等としたが、各部材の材質はこれに限定されることなく
各種のものを採用できる。また必ずしも互いに異なる熱
膨張係数の材質である必要はなく、同一の材質としても
よい。同一の材質としてもその径の大きさの差異により
焼き嵌め嵌合や冷やし嵌め嵌合が可能である。尚、本発
明の切削工具としてボールエンドミル等の転削工具に限
定されることなくボーリングバー等の旋削工具にも適用
でき、各種切削工具に適用できる。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る切削
工具は、工作機械に装着するための固定部に高硬度材料
から成る工具軸が設けられ、この工具軸の先端側に刃部
が締まり嵌めで連結されているから、工具軸を高硬度材
料で構成したことで高剛性となり切削加工に際して撓ん
だりしてびびり振動を起こすおそれもなく、刃部が締ま
り嵌めで連結されていることで取付精度が良くろう付け
などと比較してクラック等が発生しにくく刃部の交換も
容易であり、高精度に切削加工ができる。
【0018】また、工具ホルダの固定部と工具軸が締ま
り嵌めで連結されているから、取り付け精度が向上して
ろう付けなどと比較してクラック等が発生しにくい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第一の実施の形態によるボールエン
ドミルの要部縦断面図である。
【図2】 図1に示すボールエンドミルの分解断面図で
ある。
【図3】 第二の実施の形態によるボールエンドミルの
分解断面図である。
【図4】 第三の実施の形態によるボールエンドミルの
分解断面図である。
【図5】 第四の実施の形態によるボールエンドミルの
分解断面図である。
【図6】 アーバの装着部と工具軸との接合構成につい
て第一変形例を示す部分断面図である。
【図7】 アーバの装着部と工具軸との接合構成につい
て第二変形例を示す部分断面図である。
【図8】 従来のボールエンドミルの要部側面図であ
る。
【符号の説明】
10,30,40 ボールエンドミル(切削工具) 11 アーバ(工具ホルダ) 13 テーパシャンク部(固定部) 16,21,31,41,53,63 工具軸 18,25,42,52,65 穴部 20,22,44,55,62 軸部 32 第一軸部(軸部) 34 第二軸部(軸部) 35 連結部材

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 工作機械に装着するための固定部に高硬
    度材料から成る工具軸が設けられ、この工具軸の先端側
    に刃部が締まり嵌めで連結されてなる切削工具。
  2. 【請求項2】 前記固定部と工具軸が締まり嵌めで連結
    されてなることを特徴とする請求項1記載の切削工具。
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