JP2005118992A - 切削工具、切削工具の部品、及び切削工具を製造する方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 切削工具を改良する。
【解決手段】 セレーション面(3、4)を介して解放可能に相互接続でき、かつ互いに機械的に係合可能な2つの部品(1、2)を具備する切削工具において、2つの部品の少なくとも1つ(1)は、第1のボディ(21)と、部品(1)のセレーション面(3)が形成されかつ永久接合部を介して第1のボディ(21)に強固に接合された補完用第2のボディ(22)とを備えている。
【選択図】 図2

Description

本発明は、一態様において、セレーション面を介して解放可能に相互接続でき、かつ互いに機械的に係合可能な2つの部品を具備する種類の切削工具に関する。
切削又は切屑除去加工の最新技術内の3つの主要分野すべてで得られる工具のなかで圧倒的な市場占有率を持つのは、相互に解放可能な2又はそれ以上の部品から組み立てられるものである。例えば、フライス及びドリル等の回転工具が関係するときには、切削インサート及び他の種類の硬質加工部材を多種多様な基本ボディ又は連結部に取り付ける。旋盤用バイトには、インサートを担持する又は縁部を担持する加工部品、例えば、突切り又は溝立削り作業用立削り盤用バイトを有する刃部を解放可能に接続する連結部又はアダプタを含むことが最も多い。2つ又はそれ以上の部品から成る、あらゆる種類の切削工具に広く求められるのは、部品の1つの取り外しと交換それぞれを頻繁に実施するか否かに関係なく、1つ又はそれ以上の切屑除去切れ刃の空間における位置が常に同一であるように、当該部品間、例えば、基本ボディと工具ホルダーに締結された切削インサートとの間に良好な精度を保持しながら、部品の取り付け及び取り外しを繰り返し実施できるようにすべきであるということである。部品間の接合部の剛性及び形状安定性に関しては、このような位置精度に対する要求も高い。このため、この接合部は、切れ刃をその所定の幾何学的に正確な位置から外さずに、所定の負荷に耐えなければならない。
上記の背景に対して、解放可能に接続された工具部品間で、各々の部品上のいわゆるセレーション面によって実現される接合部が近年次第に普及してきた。当業者が使用するセレーション面(時には、「セレーション」のみとする)の概念は、広範かつある程度曖昧であり、このため、多数の異なる実施例を包含している。しかし、その最も単純な形態において、セレーション面とは、中間折線又は縦溝によって離間されかつ第2のセレーション面における類似の稜線間に存在する折線に係合することを意図された複数の直線かつ相互に平行な稜線を含むものであり、この稜線と第2のセレーション面が協働する。旧式のセレーション面の稜線は、断面形状が純粋な台形であり、個々の稜線の外形は、互いに約60°の角度を形成する、全体的に平面状又は滑らかな逃げ面を備えて形成される。しかし、近年、逃げ面間の接触を向上させることを目的として、稜線が部分的に湾曲した形状を有するセレーション面も開発された(特許文献1参照)。さらに、当該種類のセレーション面又は接続面の特徴として、稜線の上端又は頂部が付属折線の底部に接触しない。このようにして、稜線の逃げ面のみが互いに対して押し付けられ、この稜線は相互に着実に固定されることが保証される。直線かつ相互に平行な稜線を単独で使用するセレーション面は、(回転の他に)各々の部品間の直線相対運動を一方向、即ち、稜線の長さ方向に直交する方向にのみ防止するという意味で単動式のものである。しかし、直線相対運動を稜線に平行な方向には防止しない。このため、後者の相対運動を防止するという目的は、別の方法、例えば、ネジ、クランプ等のさまざまな種類の締結要素による固定又は各々の部品の当て盤と肩部との間の協働によって達成する必要がある。工具部品の一方における1つの直線稜線と第2の部品におけるその相補的な折線とを含む基本実施例を単動式セレーション面の分類に入れることもよくある。
スウェーデン特許第0100052-0号
単動式セレーション面の他に、2つの結合された部品間での互いに直交する2方向への相対運動を防止するために、複動式セレーション面があり、このような面の種類の1つとして、同一面上で他方の1又はそれ以上の稜線/折線に対して、特定の角度、例えば、直角で延びる1又はそれ以上の稜線/折線を使用する、いわゆる交差セレーションがある。このような面の下位分類として、折線及び稜線の第1の集合における複数の平行な折線が、第1の集合における折線/稜線に対して直角又はそれ以外の角度で延びる稜線及び折線の第2の集合における稜線に交差することによって作成されるハニカム模様によって形成されるのもがある。
別の特許文献では、近年開発された種類のセレーション面がさらに説明され、そこでは、稜線及び折線は概ね直線形状ではなく湾曲形状を有する。互いに直交する2方向への並進運動を防止するので、これらも複動式セレーション面の分類に属する(例えば、特許文献2)。
スウェーデン特許第0200867-0号
例えば、圧縮成形され(かつ焼結された)超硬インサート上にセレーション面がある場合、その面を設計する上でそれ程困難なことはない。しかし、対応するセレーション面を基本ボディ、連結部、アダプタ等のもう一方の協働部品に形成しなければならない場合、克服するのが困難な問題が時には発生する。このような部品は主に鋼材で作成され、そのセレーション面は、フライス削り、研削、ホビング、スパーキング等の鋼材に適切な加工方法によって形成される。時にはかなり複雑である、個々の工具部品の物理的形状によっては、まさにセレーションを作成したい表面領域上に、所望の形状を有するセレーション面を形成することが困難になり、時には不可能になることがある。セレーション面を備えて形成することが困難な工具の例としては、発明を図示することを目的とする添付図面に示された立削り盤用バイトが挙げられる。しかし、旋盤用バイトの他に、ドリル及びフライス等、回転工具にも多数の例があり、例えば、セレーション面をフライス削りするためのフライスで当該表面に接近するのが困難である。この点においては、単動式セレーション面、即ち、一方向かつ同一方向にすべてが延びる稜線を含む面を実現するために、基本ボディ等の当該表面領域は本来接近可能であってもよいが、フライスは一方向に動くだけなので当該領域に複動式セレーション面を設けることは不可能であることを指摘しておく。セレーション面を障害物から望ましい状態よりも離して、フライスに対して配置することから成る平凡な妥協に頼ることもよくあり、その結果、切削工具が必要よりも長くなるか不恰好になることがある。
本発明は、上記問題を解消することを目的とし、かつ、種類、形状又はセレーション面の工具上の配置に関係なく、セレーション面を適宜有する切削工具を形成するかどうかに関してさらに柔軟に対応することを目的とする。このため、本発明の主目的は、その部品自体に所望のセレーション面を組み込むことを目的とするフライス削り等の加工を必要としない部品から形成可能な切削工具を提供することである。この他の目的は、必要に応じて、例えば、剛性、強度及び耐磨耗性に関して、工具部品固有の材料によって決まる特性以外の特性を与えられる、工具の少なくとも1つの部品上に形成されるセレーション面を有する切削工具を提供することである。
本発明によれば、少なくとも主目的は、請求項1の特徴記載部分に定義された特徴によって達成される。本発明による切削工具の好ましい実施例が従属請求項2〜9にさらに定義される。
また、他の態様では、本発明は、他方の工具部品の類似のセレーション面に機械的に係合するセレーション面を具備する種類の切削工具に属する部品に関する。この工具部品の特徴は、請求項10に記載される。
また、さらに他の態様では、本発明は、当該種類の切削工具を製造する方法を提供することを目的とする。この方法の特徴は、独立請求項11に記載される。
発明の概要
本発明は、第1のボディの他に、セレーション面が形成されかつ永久接合部を介して第1のボディに強固に接合された補完用第2のボディからもセレーション面を担持すべき、切削工具の1又はそれ以上の部品を組み合わせるという意図に基づいている。セレーション面を担持するこの補完用ボディは、例えば、一方の面が全体的又は部分的にセレーション面に占められ、他方の面が、当該工具部品の主要構成要素を形成し、通常は鋼材から製造される第1のボディ又は本体に恒常的に接続される、比較的薄い板の形状でもよい。工具部品の2つのボディ間の永久接合部は、多数の異なる方法で実現可能であり、複数の異なる種類の部品接合部を含んでもよい。このため、概括的視点からセレーション面担持ボディを本体に保持するために、溶接接合部又は接着接合部が実現されてもよい。しかし、同時に、永久接合部がボディ間の回転の他に並進運動を防止又は抑制するための手段を含んでもよい(溶接接合部又は接着接合部を除く)。
この点においては、切削工具では、2つの向かい合う面の少なくとも1つ(時には両面)にセレーション面を有する板状シムを使用することは既知であることを指摘しておく。このようなシムは、切削インサートと基本ボディとの間で用いられることがきわめて普通である。しかし、このような場合、シムは付属基本ボディに恒常的に接合されないが、切削インサートと同一の方法で解放可能である。
発明の好適な実施形態の詳細な記載
図1及び2に図示された切削工具は、解放可能に接続されるか、あるいはセレーション面3、4を介して互いに結合可能な2つの部品1、2を有している。このセレーション面3、4が互いに係合したとき、この面3、4は、部品1及び2間の参照番号5で示されるインターフェイス(図1参照)に含まれる。選択した実施例では、この工具は、旋盤用バイト、さらに明確には、突切り又は溝立削り作業に使用される種類の、いわゆる立削り盤用バイトで構成されている。このため、部品1は、後側の連結ピース6と前側の比較的に粗いヘッド7とを含むアダプタ又は連結部を備えている。
次に、部品2は、一般に刃部と称されることの多い機械加工部を有する。この機械加工部は、比較的頑強なボディ8の他に、取替え可能な薄い立削り盤用バイト又は切削インサート10を締結可能な葉形状部9とを有する。この工具の使用状態では、セレーション面3は、アダプタ1に一体化され、その一方で、セレーション面4は、解放可能なインサート担持加工部2に含まれている。なお、図2を参照して、切削インサート10は、ボディ8において上部弾性部12に含まれており、かつ締付けネジ13によってボディの下部に対して締結できるノーズ11により付随した座部に締結されていることを指摘しておく。さらに、部品2は、アダプタ1のネジ孔15に締付け可能でありかつ部品1と部品2とを互いに固定することを目的とする、3つの横方向に突出するネジ14を含む。
また、通常は、ノズル又は出口16が、冷却液などを切削インサート10に対して噴射する工具に含まれる。このような冷却液は、アダプタ1内部の導管を介して、さらに明確には、連結ピース6が固定された工具ホルダー(図示しない)から前方に送られる。この例では、ノズル16は、締結装置19によって解放可能に穴18に設置される横スリーブ17を有している。
示している工具は、これまで説明した限りにおいて、全ての主要点において公知である。
既知の工具では、セレーション面3は、通常は鋼材で構成されかつアダプタ1を形成するボディ、さらに明確には、図1及び2に参照番号20で示される側面に直接形成されてきた。この設計がフライス削りに有効であるには、側面20の後方の限界から突出する横壁から十分に離間した面を配置することがこの横壁からフライスを自由に動作させるために必要であった。
本発明の特徴は、工具部品1が第1のボディ21と、セレーション面3が形成される補完用第2のボディ22とで構成されることであり、この2つのボディは、種々の方法で実現可能であるが以後では永久接合部と称する接合部を介して互いに永久的に接合さる。ボディ21、22に関しては、第1のボディ21は実際には第2のボディ又は補完ボディ22よりも概ね大きい、主本体を形成すると概ね言うことができる。
ここで、セレーションを担持している補完ボディ22の性質をさらに詳細に図示する図3及び4を参照する。ここに示す好ましい実施例では、当該ボディは、厚さが様々でよい板の形状を有する。しかし、板22の厚さは、いかなる場合でも、そのセレーション面3の最小の範囲よりも小さくなければならない。絶対数で表すと、板の厚さは、1〜6mm、適切には2〜4mmの範囲内であるべきである。板の2つの向かい合う側面又は主要面23、24は、必ずしもそうでなくともよいが、平坦でかつ相互に平行であるのが有利である。この例では、セレーション面3は単動式であり、即ち、この面3は複数の直線かつ相互に平行な稜線を有し、この稜線間では類似の形状を有する折線が形成されている。この場合、セレーションが占める表面の領域は円形状を有し、板の全体的な外形とは異なる。さらに明確には、この板は、部分的に円形かつ部分的に三角の形状を有し、この板は、互いに鋭角に延びるとともに、直線かつ想像上の三角形の底辺を形成する後縁面27で終端する、2つの平坦かつ直線状の縁面26へと変形する部分的筒状縁面25によって境界が定められている。
上記のように、板22と本体21との間の永久接合部は、種々の方法で実現可能である。実現可能な方法の1つは、板22の裏面24を主本体の平坦な側面20に接着することである。しかしながら、示された実施例では、この構成要素間に溶接接合部を用いるのが好ましい。さらに明確には、最近開発された、「切削工具とその製造方法」という名称の、本出願人による同時の特許出願に詳細に記載されているレーザー溶接技術による溶接を実施してもよい。簡単に説明すると、この技術は、溶接すべき2つの工具部品間の隙間にシムを当て嵌める意図に基づいている。このシムは、冷たい状態で、少なくとも1つのレーザービームによってその周囲に沿って溶接され、このレーザービームはかなりの速度でシムの周囲に沿って移動する。レーザービームは、シム及び工具部品の周辺部に対する移動中に、非常に限られた、ほとんど点状の領域でシム及び工具部品の金属をそれぞれ溶かし、この領域の寸法はレーザービームの直径によって定められる。このように、溶接とそれに続く放熱がシムに沿って迅速に移動する点状領域で非常に局所的に発生する。これにより、熱変形や熱脆化等がシムと工具部品との間のインターフェイス又は接触面に発生しないようになる。
図3及び4では、リング形状でありかつ板22の外形に実質的に対応する外形を有する溶接シム28が示されている。さらに、このシムは、薄くかつ平坦であり、それぞれ面24及び20に対して押し付けられる2つの平面29、30によって形成されている。シムの厚さは実際には0.5〜1.0mmの範囲内でよく、参照番号31で示されるシムの孔の直径は、板22内部の筒状肩部32と実質的に同一である。この肩部32上の平面33が面20に押し付けられる。この肩部32は、シム28と実質的に同一の厚さを有し、これにより、シムは、ボディ21、22の組み立てと同時に面20、24間に形成されるリング形状隙間を実質的に完全に埋めることになる。
実際には、例示されたアダプタの主本体21は、炭素鋼、例えば、炭素含有量が0.35〜0.42%の範囲内である、THG2000型の鋼材、クロム-モリブデン-バナジウム-合金鋼で製造されてもよい。また、補完ボディ又は板22では、特定の炭素含有量、例えば、332541又は332230を有する鋼材を使用してもよい。このような場合、シム28は、オーステナイト鋼、特に、ステンレスタイプのオーステナイト鋼、即ち、適切な量のクロム及びニッケルと混合して合金にされた材料で作ることが有利であると思われる。
なお、本発明は、別個の補完ボディにセレーション面を形成している方法により、本体21の材料とは完全に異なる特性を有する材料から形成される補完ボディを形成できるという有利さを提供していることを指摘しておく。特に、本体の材料よりもかなり強固かつ衝撃、熱及び磨耗に対して高い耐性のある材料から補完ボディを作る可能性がもたらされる。この点で特に有利であるのは、補完ボディを本体の製造方法以外の方法、例えば、鋼材を加工する代わりに圧縮成形することで製造できることである。
肩部32の中央から、本体21の雌状座部35と協働することを意図するスピゴットの形状で雄部材34が延びている。この雄スピゴット34は、筒状又は回転対称な包絡面36を有し、この面36の直径は、座部35を形成していうる筒状面の内径よりもある程度(0.01〜0.03mm)大きい。スピゴットを座部に挿入するとき、それに応じて、接触面間に圧力嵌めが確立される。
上記の溶接接合部(又は、択一的に接着接合部)自体は、ボディ21、22間の移動又は相対運動を抑制するが、スピゴット34と座部35とによって形成される雌雄形接合部もまた、相互に対するボディの固定に大きく貢献する。このため、板22に作用する力がセレーション面3で稜線及び折線に平行であるか直交するかに関わらず、雌雄形接合部は、主本体21に対する板22の安定した固定を保証する。しかし、雌雄形接合部は、スピゴットと座部とによって定められた幾何学的中央軸Cを中心とする板の回転を防止することには貢献しない。ここでも、溶接又は接着接合部は、板が角度的に移動する傾向を抑制するが、ねじり応力に対して接合部をさらに補強するために発明が想定しているのは、機械的特徴のある、特別な追加部分の接合部であるということが該当する。したがって、主本体21は、面20に対して、特定の角度、適切には直角に延びかつ板22の直線状の後縁面27と協働することを目的とする肩部面37を備えて形成されている。面20と面37との角度が直角である場合、板22の平坦な後縁面27は、板22の平面に直交して延びている。また、縁面27とスピゴット34の幾何学的中央軸Cとの間の半径又は半径方向距離は、座部35の同一幾何学的中央軸Cと横方向面37との間の距離と少なくとも同じ大きさである。前者の距離が後者の距離よりも幾分又は百分の数ミリメートル大きい場合、面27、37は、スピゴット34を座部35に押し込んだときに、一定の圧力嵌めによって互いに対して押し付けられる。このようにして、本体21に対する板の別個の機械的固定を提供し、この固定は、本体に対して板が回転する危険を実際に解消するものである。
図5では、セレーションを担持している補完ボディ22の別の実際の好ましい実施例を示す。この場合、補完ボディの後方縁は、長手方向に離間している2つの突起38を備えて形成される。2つの突起38は、本体21の肩部面37に対して当接する支持平面27’を有している。このようにして、支持面27’の面積とこの面相互間の距離とを減少させることにより、2点支持を提供し、これにより、肩部面37に対して補完ボディを強固に押し付ける条件が向上する。また、直線状の後縁面27を補完ボディ22上に保持すると同時に、2点支持を肩部面37における中央の皿穴によって提供してもよい。
図6では、本発明を適用しうる別の切削工具の例を示す。この工具は、最近開発され、工具ホルダーに締結可能な連結部1’を有する、いわゆる複合工具で構成されている。この連結部1’は、複数の加工部2’を適用可能でありかつセレーション面3、4の協働部品によって固定可能なヘッド39を有している。本発明によれば、このセレーション面は、付属の工具部品、とりわけ、連結部のヘッド39において皿穴の開いた別個のさらなるボディ又は板上に形成される。
工具部品の主本体にセレーション面を備えて形成された追加板又はボディに皿穴を開けられる可能性自体が板の回転を固定できる可能性につながるのは興味深い。即ち、板及びその板を収容する皿穴に完全な円ではない、例えば、多角形形状が与えられる場合、単純な機械的方法で板と本体との間に回転運動を発生させるのは不可能になる。
発明の実現可能な修正
本発明は、以上で説明されかつ図面に示される実施例のみに限定されない。このため、本発明は、図1及び図6それぞれに示された種類の旋盤用バイト及び複合工具に限定されるものではなく、それぞれフライス削り用及び穴あけ用工具の形状である、この他の旋盤用バイト及び回転工具等、この他のあらゆる切削工具に適用してもよい。この点において、一体化された構成単位をともに形成する本体及びセレーションを担持する補完ボディの物理的形状は、それ程重要ではない。レーザー技術によって提供される溶接接合部が問題の工具部品の2つの部品ボディ間に必須の永久接合部として好ましいが、接着接合部等、この他の接合部を使用してもよい。さらに、必ずしもそうでなくともよいが永久接合部に含まれているのが有利であり、かつ、ボディ間の回転運動及び平行移動それぞれを抑制することを目的とする機械的固定手段を例示した方法以外で実現してもよい。特に、回転を回避する手段を本発明の概念の範囲内の複数の方法において変更してもよい。これは、問題のセレーション面の設計の点でも有効である。(稜線及び折線である)1種類のみの直線セレーションを有する単動式セレーション面の代わりに、問題の面又は結合手段が任意の形状を有してもよい。不可欠なことは、2つの協働面が、2つの結合された工具部品間の相対運動を抑制することを目的として機械的に互いに係合可能な雄部材と雌状部材とを含むことである。即ち、将来開発されるであろうセレーション面に関しても本発明を適用できるものとする。
突切り又は溝立て削りを意図しかつ解放可能に互いに結合された2つの部品、即ち、立削り盤用バイトを適用するアダプタ及び刃部を含む旋盤用バイトの形で例示された切削工具の斜視図である。 アダプタから分離された刃部と、その他に実際のアダプタボディから分離されたセレーション面を備えて形成された板とを示す展開斜視図である。 セレーション板及びシムを挟設するアダプタボディを示す展開斜視図。 セレーション板及びシムの裏面を示す展開斜視図である。 セレーション板のこの他の実施例を図示する平面図である。 多機能切削工具に適用された本発明を示す展開斜視図である。
符号の説明
1 機械的に係合可能な部品
2 機械的に係合可能な部品
3 セレーション面
4 セレーション面
21 第1のボディ
22 補完用第2のボディ

Claims (11)

  1. セレーション面(3、4)を介して解放可能に相互接続でき、かつ互いに機械的に係合可能な2つの部品(1、2)を具備する切削工具において、
    前記2つの部品の少なくとも1つ(1)は、第1のボディ(21)と、前記部品(1)の前記セレーション面(3)が形成されかつ永久接合部を介して前記第1のボディ(21)に強固に接合された補完用第2のボディ(22)とを備えていることを特徴とする切削工具。
  2. 前記補完ボディは、いかなる場合も厚さが前記セレーション面(3)の最小の範囲よりも小さい板(22)で構成されることを特徴とする請求項1に記載の切削工具。
  3. 前記永久接合部は、前記第1及び第2のボディ(21、22)間のインターフェイス(5)に溶接接合部を具備することを特徴とする請求項1又は2に記載の切削工具。
  4. 前記インターフェイス(5)では、前記2つのボディの少なくとも1つに周辺開口隙間が形成され、該隙間には、予め定められたかつ前記隙間の形状に対応する形状を有しかつ前記溶接接合部の形成中にその外側に露出した周辺部に沿って前記2つのボディに対してレーザー溶接される独立した金属シム(28)が当て嵌められることを特徴とする請求項3に記載の切削工具。
  5. 前記ボディ(21、22)の少なくとも1つが炭素鋼から製造され、前記シム(28)はオーステナイト鋼で構成されていることを特徴とする請求項4に記載の切削工具。
  6. 前記シムは、互いに向き合う2つのリング形状接触面(23、24)に対して前記2つのボディ(21、22)に溶接される継目のない平坦なリング(28)の形状を有することを特徴とする請求項4又は5に記載の切削工具。
  7. 前記永久接合部は、前記補完ボディ(22)に含まれている雄部材(34)から形成される雌雄形接合部を含み、該雄部材は、前記第1のボディ(21)の雌状座部(35)に圧入によって挿入され、前記ボディ間の直線相対運動を抑制することを目的とすることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の切削工具。
  8. 前記永久接合部は、前記第1のボディ(21)に対する前記補完ボディ(22)の回転を抑制する手段(27、37)を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の切削工具。
  9. 前記手段は、前記補完ボディ(22)上にあり、かつ完全な丸みではない基本形状を有し、前記第1のボディ(21)に含まれかつ類似かつ相補的な形状を有する肩部(37)に対して押し付けるように配置された縁(27)で構成されることを特徴とする請求項8に記載の切削工具。
  10. もう1つの工具部品の類似のセレーション面に機械的に係合するセレーション面(3)を具備する前記種類の切削工具に属する部品(1)において、
    前記部品は、第1のボディ(21)と、前記セレーション面(3)とが形成されており、永久接合部を介して前記第1のボディ(21)に強固に接合された補完用第2のボディ(22)とで構成されることを特徴とする部品。
  11. セレーション面(3、4)を介して解放可能に相互接続でき、かつ互いに機械的に係合可能な2つの部品(1、2)を具備する前記種類の切削工具を製造する方法において、
    前記部品(1)の少なくとも1つが第1のボディ(21)と、前記セレーション面(3)が形成され、永久接合部を介して前記第1のボディ(21)に強固に接合された補完用第2のボディ(22)とから組み立てられることを特徴とする方法。
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