JP2001096403A

JP2001096403A - 切削工具

Info

Publication number: JP2001096403A
Application number: JP27808899A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Sawada; 義治澤田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2001-04-10
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: JP4313482B2

Abstract

(57)【要約】【課題】工作機械本体に取り付けるためのシャンク部全
体を超硬合金製としたものに匹敵する剛性、防振性能、
加工精度と、十分高い耐衝撃性とを兼備した切削工具を
提供するにある。【解決手段】シャンク部９の先端側に切刃部３を備えた
棒状で合金鋼製工具本体に、後端から先端側に向けて有
底穴４を設け、該有底穴４内に弾性体６を介してヤング
率が２７０ＧＰａ以上の素材からなる軸体５を挿入させ
るとともに前記弾性体６に１０ｋｇｆ以上の圧縮応力が
印加された状態とする。また、前記軸体５を前記有底穴
４の穴壁４ａに圧着させる。前記弾性体６を皿バネで構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中ぐり加工、旋
盤、溝入れ、ねじ切り加工時などのびびり振動や過度の
しなりを防止することができる切削工具に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、工具機械で中ぐり加工、すなわ
ち、すでに工作物に空けられた穴を、切削工具を用いて
所望の寸法に拡げる加工において、シャンク部（柄）の
先端側に切刃部を備えた棒状体をなす切削工具が使用さ
れている。中ぐり加工用の切削工具のシャンク部を構成
する素材として合金鋼、超硬合金が用いられるが、加工
穴直径に比べて穴が深い加工の場合には切削工具を細長
形状とし、工具機械本体から切削工具の切刃部先端まで
の突き出し量Ｌを大きくする必要がある。そのため突き
出し量Ｌ／加工径Ｄの比（Ｌ／Ｄ）が大きくなるので、
シャンク部全体を合金鋼または超硬合金で構成する場
合、次のような問題点があった。

【０００３】まず、合金鋼は剛性が低い（ヤング率が２
００ＧＰａ程度）ので、切削工具が細長形状の場合、び
びり振動や過度のしなりが生じやすく、加工面が粗くな
ったり或いは所望の加工精度を得難かったりする。

【０００４】また、超硬合金は合金鋼に比べて剛性が非
常に大きく（ヤング率が４００〜７２０ＧＰａ程度）、
切削工具が細長形状であっても、びびり振動やしなりが
生じにくい一方、この素材は脆くて衝撃に弱いので破損
しやすく、加えて、材料単価が高く、製作コスト高であ
った。

【０００５】他方、合金鋼製のシャンク部に防振機構を
付加した次のような切削工具が提案されている。

【０００６】まず、特開平７−２８５００２号の発明
は、図２に示すように、合金鋼製のシャンク部２１の軸
線方向に設けたテーパー穴２２に超硬合金からなるテー
パー状の軸体２３を挿入し、該軸体２３を後端からワッ
シャ２４を介して押込ねじ２５により装着するよう構成
した切削工具２０に関するものである。この切削工具２
０によれば、超硬合金製の軸体２３の周囲に高耐衝撃性
の合金鋼（シャンク部２１）を配したので、超硬合金の
脆さが補強される。さらに、合金鋼製のシャンク部２１
の内部に高剛性の超硬合金からなる軸体２３を挿入した
ことにより、合金鋼の剛性が補強される。加えて、軸体
２３とシャンク部２１を圧接状態としたことで、このよ
うな効果を長期的に維持することが記載されている。

【０００７】次に、補強材として超硬合金を一切用い
ず、前記問題点を改善しようとする試みとして特開平８
−１９７３１０号の発明は、図３に示すように、合金鋼
製のシャンク部３１の後端から先端側に向けて設けた有
底穴３２に、複数個の鉛又は鋼製の球体３３を一列に充
填し、複数個の球体３３からなる列の後端をスプリング
３４により弾支する構成とした切削工具３０に関するも
のである。この切削工具３０によれば、補強材として超
硬合金を一切用いないので高耐衝撃性を有する。

【０００８】さらに、前記球体３３とスプリング３４と
からなる機構を備えることによって、防振効果を奏する
ことが記載されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記特開平７−２８５
００２号の発明に係る切削工具２０は、防振性能、加工
精度が全体を合金鋼製としたものと比べて改善されてい
る。しかしながら、全体を超硬合金製としたものと比べ
ると防振性能、加工精度ともに大きく劣っていた。

【００１０】その原因として、前記切削工具２０は補強
材としての超硬合金をシャンク部２１の軸部に配し（前
記軸体２３）ているが、外周部分に比べて切削時の曲げ
モーメントが小さなシャンク部２１の軸部を高剛性の超
硬合金を嵌合しているため剛性補強が効果的でなく、そ
の結果、シャンク部全体を超硬合金製としたものと比べ
ると防振性能、加工精度ともに大きく劣る。

【００１１】次に、特開平８−１９７３１０号の発明に
係る切削工具３０は、防振性能がシャンク部全体を合金
鋼製としたものと比べて改善されたが、しなりが大きく
なり加工精度はかえって悪くなっている。さらに、シャ
ンク部全体を超硬合金製としたものと比べると防振性能
は大きく劣る。

【００１２】これは、前記切削工具３０にはシャンク部
３１の剛性を高める効果がないのに加え、防振効果があ
るのは加工条件が低い場合に限られるためである。すな
わち、前記切削工具３０では、剛性が非常に低い鉛や、
鋼からなる球体３３をシャンク部３１の軸部分に配して
いるので、シャンク部３１の剛性は全体を合金鋼製とし
たものより劣る。したがって、切削時の曲げモーメント
によってシャンク部が大きくしなり加工精度はかえって
悪くなる。

【００１３】さらに、この従来技術では、加工振動に対
してスプリングと球体が振動（揺動）し、加工振動を打
ち消そうとする反作用振動を生じせしめるが、使用する
スプリングの最大荷重は最大でも２．１８４ｋｇｆと小
さいので上記反作用振動も小さい。したがって、加工条
件が低い時は加工振動を打ち消す効果があっても、加工
条件を厳しくした場合には加工振動も大きくなるので、
その結果、防振効果がほとんど無くなるという大きな欠
点も有していた。

【００１４】以上のように前記従来技術は、高剛性、高
防振性能、高加工精度、並びに十分高い耐衝撃性を兼備
しておらず、近年の、加工径の小径化および加工能率の
高度化という要求に十分に対応できるものではなかっ
た。

【００１５】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たもので、その課題とするところは、シャンク部全体を
超硬合金製としたものに匹敵する剛性、防振性能、加工
精度と、十分高い耐衝撃性とを兼備した切削工具を提供
するにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題を
解決するために、次のような手段を講じた。

【００１７】すなわち、工作機械本体に取り付けるため
のシャンク部の先端側に切刃部を備えた棒状の合金鋼製
工具本体に、後端から先端側に向けて有底穴を設け、該
有底穴内に弾性体及びヤング率が２７０ＧＰａ以上の素
材からなる軸体を挿入させるとともに前記弾性体に１０
ｋｇｆ以上の圧縮応力が印加されていることを特徴とし
ている。

【００１８】また、本発明は、前記軸体が前記有底穴の
穴壁に圧着している点に特徴がある。

【００１９】さらに、本発明は、前記弾性体が皿バネで
ある点に特徴がある。

【００２０】

【作用】本発明の切削工具は、有底穴内に弾性体を介し
てヤング率が２７０ＧＰａ以上の素材からなる軸体を嵌
装するとともに、弾性体に１０ｋｇｆ以上の圧縮応力が
印加されていることを特徴とする。この構造では弾性体
の大きな反発力で、シャンク部の外周部分に軸方向の強
力な引っ張り応力が発生する。

【００２１】メカニズムは明らかではないが、この引っ
張り応力は、合金鋼製シャンク部の耐衝撃強度を損なう
ことなく、高剛性軸体により大幅に補強されたシャンク
部の剛性をさらに補強する。この結果、本発明の切削工
具は、十分高い耐衝撃性に加えて、シャンク部全体を超
硬合金製としたものに匹敵する剛性、防振性能、加工精
度を兼備するものとなる。

【００２２】また、前記軸体を前記有底穴の穴壁に圧着
することにより、軸体の周囲のシャンク部にも放射方向
に拡がろうとする応力が発生する。そして、そのメカニ
ズムは明らかでないが、切削加工の振動がこの部分を伝
播しようとする時に、その応力は上記振動を減衰する。
その結果、防振性能が一層向上する。

【００２３】更に、前記弾性体を弾性力の大きな皿バネ
で構成したことにより、皿バネは狭い空間でも大きな弾
性力を発揮することができるので、シャンク部の剛性を
補強する前記効果を十分大きなものとすることができ
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づき説明する。

【００２５】図１において、１は旋盤などの工作機械本
体に取り付けられて切削加工を行う切削工具、２は該切
削工具１が備える工具本体、９は該工具本体２が備える
シャンク部、３は工具本体２が備える切刃部、４は工具
本体２に穿設した有底穴、５は該有底穴４に嵌装した軸
体、６は有底穴４に嵌装した弾性体、８は有底穴４を封
止する埋栓である。

【００２６】各部材の材質は、工具本体２と弾性体６が
合金鋼により構成され、軸体５がハイス、超硬合金やサ
ーメット等のヤング率２７０ＧＰａ以上の高剛性材によ
り構成される。また、埋栓８はアルミニウムなどの軟質
金属で構成することができる。前記工具本体２と弾性体
６を構成する合金鋼の材種は、クロム・モリブデン鋼、
ニッケル・クロム鋼、ニッケル・クロム・モリブデン鋼
等の合金鋼や、鉄にＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ及びＳの５元素
が入った炭素合金鋼をベースにクロム、タングステン、
マンガン、モリブデン、バナジウムなどを添加した合金
鋼などがある。

【００２７】棒状体の工具本体２は、不図示の工作機械
本体に取り付けるためのシャンク部９と該シャンク部９
の先端側に切刃部３とを備える。該切刃部３には、スロ
ーアウェイチップ７が着脱自在に取り付けられる。ま
た、工具本体２には後端から先端側に向けて有底穴４が
穿設され、該有底穴４内に弾性体６と軸体５とを順次挿
入させている。前記有底穴４の入口部はその穴径が若干
大きくなっており、穴を封止するべく埋栓８を圧入する
よう構成されている。

【００２８】弾性体６は、軸体５と有底穴４の穴底４ａ
との間にあって圧縮状態で保持されている。前記弾性体
６として、たわみ量１．８ｍｍ程度の皿バネを複数個重
ねたものを図１に例示するが、この他、弾性体６はコイ
ルバネなど任意の形態とすることができる。皿バネは径
が小さくても弾性力が大きく、したがって、径の小さな
切削工具１の場合でも大きな弾性力を発揮できるので、
弾性体６として好適である。

【００２９】前記弾性体６は、１０ｋｇｆ以上の圧縮応
力が印加されていることが重要である。弾性体６に印加
される圧縮応力値が１０ｋｇｆ未満では、シャンク部９
の軸方向への引っ張り応力が小さく、シャンク部９の剛
性を補強する効果が不十分となる。その結果、シャンク
部９の剛性を補強する効果が不十分となり、ビビリ振動
が発生して被切削物表面の面状態が滑らかでなくなった
り、シャンク部のしなりのため加工精度が不良となる恐
れがある。なお、前記圧縮応力値は、１００ｋｇｆ以上
であることがさらに望ましい。

【００３０】弾性体６の圧縮応力値は、前記軸体５を固
定する前に軸体５で弾性体６を押圧する際の圧縮応力値
を測定することにより求めることができるが、他方、既
に軸体５を固定してしまっている完成品からこれを確認
するには、エンドミル等により工具本体２の一部を切削
除去し、軸体５を単独で取り出し、弾性体６が保持され
ていたところの幅と同一幅まで弾性体６を圧縮すること
により、前記圧縮応力値を測定することができる。

【００３１】前記軸体５は、弾性体６を常時押圧する状
態で有底穴４内に嵌挿されている。

【００３２】そのように軸体５を嵌挿するには、焼き嵌
め法を用いることができる。すなわち、工具本体２を予
め高温に熱して有底穴４を拡げ、この有底穴４内に弾性
体６を挿入した後、軸体５を油圧プレス機により後側よ
り押し込み、工具本体２の熱が冷めて有底穴４が収縮
し、軸体５が有底穴４の穴壁４ａに圧接固着するまでそ
の状態を保持する。以上のような方法でもって、弾性体
６に常時圧縮応力が印加された状態で軸体５を有底穴４
内に嵌挿することができる。この他、軸体５と有底穴４
の穴壁との間に接着材を介在させる方法や、軸体５の後
側の有底穴４内にセメントを充填する方法や、押し込み
ねじなど、任意の方法や部品により軸体５を有底穴４内
に嵌挿すれば良い。

【００３３】前述のように、軸体５はハイス、超硬合
金、サーメット等のヤング率が２７０ＧＰａ以上の高剛
性材により構成されることが重要である。ヤング率が２
７０ＧＰａ未満の場合、軸体５自身の剛性が小さく、そ
の結果、シャンク部９の剛性を補強する効果が不十分と
なり、ビビリ振動が発生して被切削物表面の面状態が滑
らかでなくなったり、シャンク部のしなりのため加工精
度が不良となる恐れがある。なお、上記ヤング率として
は、被切削物表面の面状態を滑らかにする点で５５０以
上であることがさらに好ましい。

【００３４】図１において、前記軸体５および弾性体６
は、いずれも中空状となっている。

【００３５】これは、前記軸体５により弾性体６を有底
穴４の穴底４ｂの方向に押圧し、その状態で有底穴４内
に軸体５と弾性体６を保持する作業の際に、穴底４ｂ側
の圧縮空気を抜くために中空状とし、前記圧縮空気の排
出路を備えるようにしたものである。中空状とする代わ
りに、同じ目的を達成するため、中実の軸体５および弾
性体６を外周に先端から後端に連なる溝を設けても良
い。このように、軸体５および弾性体６を中空状とした
り、或いは、それらに外周溝を設けることの利点とし
て、形成された貫通溝や外周溝を切削油供給路として利
用できる。

【００３６】上述のように構成される前記切削工具１
は、超硬合金などヤング率が２７０ＧＰａ以上の素材か
らなる高剛性の軸体５によって、合金鋼製のシャンク部
９の剛性が大きく補強される。

【００３７】また切削工具１は、有底穴４の穴底４ｂ側
に弾性体６且つ入口側に軸体５を嵌装し、加えて前記弾
性体６に１０ｋｇｆ以上の圧縮応力を印加したことによ
り、弾性体６の大きな反発力で穴底４ｂと軸体５が相半
方向に押圧される。この内圧により、シャンク部９の外
周部分に軸方向の強力な引っ張り応力が発生する。この
引っ張り応力は、合金鋼製のシャンク部９の耐衝撃強度
を損なうことなく、高剛性の軸体５により大幅に補強さ
れたシャンク部９の剛性を、さらに補強する。

【００３８】この結果、前記切削工具１は、十分高い耐
衝撃性に加え、シャンク部全体を超硬合金製としたもの
に匹敵する剛性を兼備する。

【００３９】なお、切削工具１は、前記軸体５を有底穴
４の穴底４ｂ側且つ前記弾性体６を入口側に嵌挿したも
のであってもよい。

【００４０】また、前記軸体５を前記有底穴４の穴壁４
ａに圧着することにより、軸体５の周囲のシャンク部９
にも放射方向に拡がろうとする応力が発生する。そし
て、切削加工の振動がこの部分を伝播しようとする時
に、その応力が上記振動を減衰する。これにより切削工
具１の防振性能を向上させることができる。

【００４１】以上、本発明の実施形態例を説明したが、
本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、発
明の目的を逸脱しない限り任意の形態とすることができ
ることは言うまでもない。例えば、本発明の切削工具１
は旋盤に用いられるもののみではなく、フライスに取り
付けられ軸線回りに回転するエンドミルタイプの切削工
具でも良い。また、本発明はスローアウェイチップ７を
取り付ける切削工具１のみでなく、切刃片（ブレード）
をロウ付けするものや、一体的に切刃を形成したソリッ
ドタイプのものであっても構わない。

【００４２】実験例１図１に示す切削工具１を実施例品として工具機械本体
（旋盤）に装着し、突き出し量Ｌ／加工径Ｄの比（Ｌ／
Ｄ）を７とし、内径切削加工を行った。そして、次に、
加工後の被切削物表面を観察し、仕上面の面状態、加工
精度について評価した。

【００４３】加工条件は以下のとおりである：Ｖ（切削速度）＝１００ｍ／ｍｉｎｄ（切り込み）＝０．５／１．０ｍｍｆ（送り）＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ湿式加工ワーク材質：ＳＣＭ４１５軸体素材のヤング率：５７６ＧＰａ弾性体の圧縮応力値：１００ｋｇｆまた比較例として、前記実施例品と外径形状がほぼ等し
い４種の比較例品、すなわち、合金鋼製で且つシャンク
部を中実状とした切削工具（比較例品１）、図３に示す
ように、合金鋼製のシャンク部３１の後端から先端側に
向けて設けた有底穴３２に、複数個の鋼製の球体３３を
一列に充填し、複数個の球体３３からなる列の後端をス
プリング３４により弾支する構成とした切削工具３０
（比較例品２）、シャンク部全体を超硬合金で構成した
切削工具（比較例品３）および図２に示すように、合金
鋼製のシャンク部２１の軸線方向に設けたテーパー穴２
２に超硬合金からなるテーパー状の軸体２３を挿入し、
該軸体２３を後端からワッシャ２４を介して押込ねじ２
５により装着するよう構成した切削工具２０（比較例品
４）を用い、全く同様の加工および観察・評価を行っ
た。

【００４４】これらの結果を表１に示す。

【００４５】

【表１】

【００４６】表１から明らかなように実施例品はビビリ
振動は発生せず、仕上面の面状態が極めて良好であり、
かつ加工精度も±０．０３ｍｍの範囲に入り良好であっ
た。

【００４７】これに対して、比較例品２，４はビビリ振
動が発生して、仕上面の面状態が悪く、また、加工精度
も±０．４ｍｍとなり不良であった。更に比較例３は加
工途中でシャンク部に欠損が発生し、短時間で使用不可
となってしまった。

【００４８】実施例２次に、前記実施例品においてヤング率の異なるいくつか
の素材で軸体を構成し、前記加工条件により前述の実施
例１と同様の加工および観察・評価を行った。

【００４９】これらの結果を表２に示す。

【００５０】

【表２】

【００５１】表２から明らかなように、軸体素材のヤン
グ率が２７０ＧＰａ未満の試料１はビビリ振動が発生し
て、仕上面の面状態が悪く、また、加工精度も±０．３
ｍｍとなり不良であった。これに対してヤング率が２７
０ＧＰａ以上の試料２乃至５はビビリ振動は発生せず、
仕上面の面状態が良好であり、かつ加工精度も±０．０
３ｍｍの範囲に入り良好であった。特に、ヤング率が５
５０ＧＰａ以上の試料３乃至５は仕上面の面状態が極め
て良好であった。

【００５２】実施例３次に、前記実施例１の実施例品において、弾性体に印加
する圧縮応力を表３のように違え、前記加工条件により
前述の実施例１と同様の加工および観察・評価を行っ
た。

【００５３】これらの結果を表２に示す。

【００５４】

【表３】

【００５５】表３から明らかなように、圧縮応力値が１
０ｋｇｆ未満の試料６はビビリ振動が発生して、仕上面
の面状態が悪く、また、加工精度も±０．３ｍｍとなり
不良であった。これに対して、圧縮応力値が１０ｋｇｆ
以上の試料７乃至試料１０はビビリ振動は発生せず、仕
上面の面状態が良好であり、かつ加工精度も±０．０３
ｍｍの範囲に入り良好であった。特に、圧縮応力値が１
００ｋｇｆ以上の試料８乃至１０は仕上面の面状態が極
めて良好であった。

【００５６】

【発明の効果】本発明は、上述のように、工作機械本体
に取り付けるためのシャンク部の先端側に切刃部を備え
た棒状の合金鋼製工具本体に、後端から先端側に向けて
有底穴を設け、該有底穴内に弾性体を介してヤング率が
２７０ＧＰａ以上の素材からなる軸体を挿入させるとと
もに前記弾性体に１０ｋｇｆ以上の圧縮応力が印加され
ていることを特徴とするものであるから、切削工具の剛
性がシャンク部全体を超硬合金で構成した切削工具に略
匹敵する程度まで高められる。したがって、防振性能が
高く、切削加工振動が軽減され、加工精度も向上すると
ともに、超硬合金からなる軸体の脆さは鋼性の工具本体
によって補強されるので、加工中の衝撃等によって折損
することがなく耐久性が大きい。

【００５７】また、高価な超硬合金の剛体からなる軸体
は、軸芯部のみであるから、材料費を節約でき、安価な
切削工具を得ることができる。

【００５８】本発明は、前記軸体を前記有底穴の穴壁に
圧着することにより、軸体の周囲の工具本体に放射方向
へ拡がろうとする応力が発生し、振動がこの部分を伝播
しようとする時に、この応力がその勢いを減衰すること
ができる。したがって、防振効果をより一層高めること
が可能である。

【００５９】そして、前記弾性体を弾性力の大きな皿バ
ネで構成することにより、前述の防振効果を十分大きな
ものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の切削工具の側面図である。

【図２】従来の切削工具の側面図である。

【図３】従来の別切削工具の側面図である。

【符号の説明】

１切削工具２工具本体３切刃部４有底穴４ａ穴壁４ｂ穴底５軸体６弾性体７スローアウェイチップ８埋栓９シャンク部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工作機械本体に取り付けるためのシャンク
部の先端側に切刃部を備えた棒状の合金鋼製工具本体
に、後端から先端側に向けて有底穴を設け、該有底穴内
に弾性体を介してヤング率が２７０ＧＰａ以上の素材か
らなる軸体を挿入させるとともに前記弾性体に１０ｋｇ
ｆ以上の圧縮応力が印加されていることを特徴とする切
削工具。
【請求項２】前記軸体が前記有底穴の穴壁に圧着してい
ることを特徴とする請求項１記載の切削工具。
【請求項３】前記弾性体が皿バネであることを特徴とす
る請求項１または２記載の切削工具。