JP2007216378A

JP2007216378A - 刃部交換式切削工具

Info

Publication number: JP2007216378A
Application number: JP2007005420A
Authority: JP
Inventors: Hisanori Mura; 尚則村
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2027-01-15
Also published as: JP5056019B2

Abstract

【課題】刃部の交換が容易で、刃部を高強度且つ、高精度に取り付けられる刃部交換式切削工具を提供する。
【解決手段】本願発明は、刃部１と工具本体２とを着脱自在に固着して成る刃部交換式切削工具において、該刃部１は、工具回転軸方向に延在する接続部３と刃部固定用部材４によって該工具本体２と装着され、該刃部固定用部材４は、雄ネジ１３が形成され、且つ、工具回転軸方向に開口部１８を設けたことを特徴とする刃部交換式切削工具である。
【選択図】図３

Description

本願発明は、刃部交換式切削工具に関する。

刃部交換式切削工具において、刃部と工具本体とを固定する方法が特許文献１から５に開示されている。

特開平７−２７６１２７号公報特開２００５−３４９３９号公報特表平１１−５００９６７号公報特表２００２−５０１４４１号公報特許第２６５６９４９号公報

特許文献１は、刃部に設けられた貫通孔にボルトを通し工具本体と固定する構成を開示している。しかし、この構成では貫通孔が刃部の強度を大きく低下させるとともに、刃部形状が制約される為、ボールエンドミル等の複雑形状を形成できない欠点がある。特許文献２は、刃部自体の端部にネジを形成し工具本体と螺合する構成を開示している。しかし、この構成では硬質材料からなる刃部自体にネジを形成するため、その加工が困難であり高精度化ができないとともに、ネジの谷部に応力が集中し低応力で破損してしまう欠点がある。一方、これらの欠点を改善するため、特許文献３は、工具本体の側面にネジ穴を設け、このネジ穴に通したボルトにより、工具本体に挿入された刃部後端の側面を押し付け固定する構成を開示している。しかし、工具本体に挿入された刃部後端の側面をボルトにて押し付け固定するといった構成では、刃部が簡便に交換できるという利点があるものの、刃部と工具本体との中心軸を一致させることが難しく、高精度の加工ができない欠点がある。また、刃部にかかる切削トルクを支える拘束面が小さく、しかも、工具軸線の近傍に形成されているため、刃部を把握する力が小さく、重切削に使用できない欠点がある。特許文献４は、ホルダの弾性変形を利用して刃部を固定する構成を開示している。しかし、工具本体の弾性変形を利用して刃部を固定する構造では、良好な作業性を維持しつつ刃部と工具本体との中心軸を一致させることが可能ではあるが、工具本体の弾性変形作用だけで刃部を固定しているため、刃部の交換を繰り返すうちに工具本体の特定部位に無理な力が繰り返し加わり、その結果、ホルダの弾性力が弱まってしまい、刃部が工具本体から脱落したり、破損したりする問題がある。特許文献５は、フック型手段を用いて刃部を工具本体に引き込む構成を開示している。しかし、フック型手段を用いて刃部を工具本体に引き込む構成では、フック部が刃部を工具本体側に引き込む力が工具軸線に平行でなく、刃部と工具本体の間に偏心を生じる方向に作用してしまう。しかも、刃部に設けられたフック部が、刃部と工具本体の同軸装着を目的とするテーパー部の中に形成されているため、刃部のテーパー部外周面が取付け孔のテーパー孔内周面を押圧する力も大きく偏ることとなり、上記刃部の偏心がより顕著になってしまう。この為、高精度の加工ができない欠点がある。また、刃部にかかる切削トルクと刃部を工具本体に引き込む力を支える拘束面はフック部単一であり、その面積は小さいため応力集中が大きく、脆弱なフック部が変形、破損する問題がある。
そこで、本願発明が解決しようとする課題は、刃部の交換が容易で、刃部を高強度且つ、高精度に取り付けられる刃部交換式切削工具を提供することである。

本願発明は、刃部１と工具本体２とを着脱自在に固着して成る刃部交換式切削工具において、該刃部１は、工具回転軸方向に延在する接続部３と刃部固定用部材４によって該工具本体２と装着され、該刃部固定用部材４は、雄ネジ１３が形成され、且つ、工具回転軸方向に開口部１８を設けたことを特徴とする刃部交換式切削工具である。上記の構成を採用することによって、刃部の交換が容易で、刃部を高強度且つ、高精度に取り付けられる刃部交換式切削工具が実現できる。

本願発明の刃部交換式切削工具は、該工具本体２の刃部側端部に設けた取付け孔５に設けた雌ネジ部と該刃部固定用部材４とを螺合し、該刃部１を該工具本体２に装着されることが好ましい。該接続部３の工具回転軸線と垂直な断面形状は、平坦領域１０、１０を有する略Ｕ字形状に設けることが好ましい。該接続部３の該刃部固定用部材４と接する面を平坦に設けることが好ましい。該刃部固定用部材４の内径側は、該接続部３と嵌合する、平坦領域１０、１０及び１１を設けることが好ましい。該接続部３の該平坦領域の工具本体２側に、該刃部固定用部材４よりも径の大きな円筒部を設けたことが好ましい。該刃部１と該工具本体２との当接面６が、テーパー形状であることが好ましい。該刃部１の少なくとも１部が、例えば超硬合金、サーメット、セラミックス、ＣＢＮなどの高硬度材料であり、該刃部固定用部材４が、例えば高速度工具鋼や他の鋼材等の高強度材料であることが好ましい。該刃部１に貫通孔７を有し、該工具本体２に貫通孔８を有し、該貫通孔７と該貫通孔８とが接続していることにより、切刃の近傍に切削油剤又は圧縮空気を直接供できるため、好ましい。

本願発明により、刃部の交換が容易で、刃部を高強度、且つ高精度に取り付けられる刃部交換式切削工具を実現できた。

本願発明の刃部交換式切削工具は、刃部を刃部本体とその固定部材とに分離し、刃部１の接続部３の周辺に着脱可能な刃部固定用部材４を略対称に取り付けた後、刃部固定用部材４を介して刃部１を工具本体２に固定することで、刃部１の交換が容易で、刃部１を高強度且つ高精度に工具本体２に取り付けられることができる。図１に本願発明の刃部交換式切削工具の１例として、その断面形状を示す。１つ以上の切刃を有する刃部１を工具本体２に固定するために接続部３に刃部固定用部材４を装着した後、これらを、刃部固定用部材４を介して、工具本体２に押込んで固定する構造である。従って、刃部、刃部固定用部材と工具本体は、夫々最適な材質を選択することが可能となる。これに反して、刃部と刃部固定用部材とが一体で形成されていると、刃部の高硬度化を優先することによって刃部固定部の強度が犠牲となり、刃部の固定強度が低下する欠点が現れる。刃部固定用部材４の軸線に垂直な断面形状が、開口部１８を有する非円形状にすることで、刃部固定用部材４を接続部３に容易に着脱することができる。これに反して、刃部固定用部材４の軸線に垂直な断面形状が開口部１８を有する非円形状でなく閉じた形であると、刃部固定用部材４を接続部３に任意に着脱することが困難になる欠点が現れる。ここに言う、開口部１８を有する非円形状とは、刃部固定用部材４を接続部３に着脱するための開口部１８が円周方向に形成されているという意味である。また、接続部３の外径部と刃部固定用部材４の内径部の接触面を軸線周りに非円形とすることで、接続部３の回りに、刃部固定用部材４が不要に回転することをより物理的に防止できる。非円形とは１部に平坦領域を有する直線乃至は滑らかな凹、凸が形成されているという意味であり、多角形にして拘束面積を大きくすることで、刃部１をより強固に拘束することができる。特に、刃部固定用部材４の軸線に垂直な断面形状の内径の包絡線が、平坦領域を有する略Ｕ字状であり、１部に直線乃至は滑らかな凹、凸が形成されていると、接続部３の周りに、刃部固定用部材４が不要に回転することを防止できる。断面形状を略Ｕ字状にして、接続部３を面状で覆うことにより、内径では切削トルク、端面では刃部の押込み力と言うように、負荷を分散して受けることが可能となり、好ましい。更に相互の拘束面積が夫々大きいことから応力集中が発生することなく、刃部１と工具本体２を高トルク、高強度に固定できるようになり、刃部の拘束力が飛躍的に優れる刃部交換式切削工具が実現できて好ましい。

本願発明の刃部交換式切削工具は、刃部固定用部材４の外周に雄ネジを形成し、取付け孔５に付与した雌ネジ部と螺合し、接続部３と刃部固定用部材４をともに取付け孔５にねじ込む構成にすることで、工作機械上での刃部交換が容易となり、作業能率に優れ好ましい。該接続部３の平坦領域の工具本体２側に、該刃部固定用部材４よりも径の大きな円筒部を設けることにより、刃部固定用部材４を工具軸線方向に移動させないように作用し、刃部固定用部材４が不要に軸線方向に移動することを物理的に防止できて好ましい。また、該接続部３の円筒部には外径の異なる凹及び／又は凸部が形成することも可能である。例えば、刃部固定用部材４と押し込み凸部９の接触面１６を軸線と垂直な同一平面内に形成し、刃部固定用部材が押し込み凸部を押し込む力を軸線と平行にすることで高精度な刃部１の取付けができる。接続部３の凹及び／又は凸部と刃部固定用部材４の押込み時における接触部を、工具軸線に対して実質的に軸対称とすることで、刃部固定用部材４による押込み力がより工具軸線と平行に作用し、取付け精度及び繰り返し精度が高く、高精度加工が可能となり好ましい。刃部１と工具本体２の接触部を当接面６とし、該当接面６をテーパー形状とすることで、刃部１をより高強度且つ、高精度に取り付けられるため好ましい。更に、刃部１と工具本体２を工具本体端面１７とテーパー形状の当接面６の２面拘束とすることで、高強度且つ、高精度な刃部の取付けができて好ましい。該刃部１の少なくとも１部が、例えば超硬合金、サーメット、セラミックス、ＣＢＮなどの高硬度材料であり、該刃部固定用部材４が、例えば高速度工具鋼等の鋼材の高強度材料であることが好ましい。特に本願発明では、刃部１と工具本体２とが、例えば超硬合金、サーメット、セラミックス、ＣＢＮなどの高硬度材料同士の場合、この両者を高強度材料の刃部固定用部材４によって取り付けることにより、高硬度の刃部、工具本体が高強度の刃部固定用部材を介して高強度に取り付けることができて、より好ましい形態である。刃部１に貫通孔７を形成し、工具本体２の貫通孔８と接続することで、切刃の近傍に切削油剤又は圧縮空気を直接供給することができる。これにより、切屑除去性と刃部冷却性に優れ、高硬度材をより高能率に切削することが可能となり好ましい。

本願発明の刃部交換式切削工具は、刃部１の１部に接続部３を設け、接続部３の外周部分に着脱可能に装着された刃部固定用部材４を介して、工具軸線と平行に作用させた押込み力によって固定することが本質であり、刃部固定用部材４の略Ｕ字部分を軸対称に補足する形で、補足材をセットしても良く、軸対称性が高まることで動バランスに優れ、より高精度加工が可能となり好ましい。刃部固定用部材４を接続部３の外周に取り付けた後、両者を伴に工具本体２の端部の取付け孔５に挿入し、工具軸線と平行に作用させた押込み力によって装着することで、取付け精度及び繰り返し精度が高く、高精度加工が可能な刃部交換式切削工具を実現できる。本願発明は、刃部１の切刃形状を変更することにより、ドリル、リーマ等の様々な刃部交換式切削工具へ応用が可能である。また、刃部１を射出成型法によって形成することにより、刃部１の小径化が可能である。以下、本願発明の実施の１形態を添付図面により説明する。本願発明は該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ものとすることができる。

本願発明の刃部交換式エンドミルの１例、本発明例１を、図２、図３、図４に示す。刃部１は工具径６ｍｍのスクエア形エンドミル形状を有する。刃部１の材質は、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金から作製し、アークイオンプレーティング法を用いて、（ＴｉＳｉ）Ｎ系皮膜の被覆処理を施した。工具本体２もＷＣ−Ｃｏ系超硬合金材から作製した。本実施例では、工具本体２にＷＣ−Ｃｏ系超硬合金材を選択したが、ＨＲＣ４５のＳＫＤ６１材等も選択できる。工具本体２への同軸装着を目的とする当接面６は、５°テーパー形状を有する。接続部３は、工具本体２への押し込み力を受ける凸部９を設けた。軸線に垂直な断面形状を略Ｕ字状とすることで接続部３に容易に着脱可能とした。刃部固定用部材４はＨＲＣ４５のＳＫＤ６１材で作製し、刃部固定用部材４が装着する接続部３は、軸線方向の長さを８ｍｍとした。図５に示すように、刃部固定用部材４の軸断面は、内径に直線形状の平坦領域１０と１１とは軸線周りに９０°の位置関係を有する。これにより、接続部３と刃部固定用部材４の装着方向を白抜き矢印１２のみに限定することで、繰り返し取付け精度が向上した。同時に接続部３と刃部固定用部材４の軸線周りの相対回転を平坦領域面１０、１１の３面で強固に拘束した。刃部固定用部材４を凸部９と当接面６の間に装着したことで、刃部１と刃部固定用部材４の軸線方向への相対移動は制限される。刃部固定用部材４を連結した接続部３を工具本体２に設けた取付け孔５に挿入することで、刃部１を工具本体２に拘束した。刃部１の押込み力には刃部固定用部材４の外周に形成した雄ネジ部１３と、工具本体２の取付け孔５に形成した雌ネジ部１４との螺合による軸力を利用し、刃部１に形成したレンチ掛け１５を使用することで容易に刃部１の着脱が可能となった。
更に、工具径の異なる点以外は本発明例１に準じた構造を有する本発明例２〜６を作製した。従来例７〜１０には、フック型刃部交換式工具を用意した。
本発明例１〜６と従来例７〜１０との評価項目は、刃部の振れ精度、これを繰り返し行った場合の取付け精度と取付け強度とした。評価方法は、レーザー式工具径測定器を使用し、刃部の振れ精度を測定した。また、これを１０回繰り返し取り付けた場合の精度を評価した。刃部の取付け強度は、トルクレンチを用いて所定トルクまで締め付けを行い評価した。評価基準は、各締め付けトルクにおける接合部を観察し、損傷や破損の有無を評価した。損傷や破損が無く、評価結果として表１に示す。

表１より、本発明例１から６は、刃部の振れ精度が１０μｍ以下となり、高精度に取り付けることができた。これは特に、刃部固定用部材と押し込み凸部の接触面１６を軸線と垂直な同一平面内に形成し、刃部固定用部材が押し込み凸部を押し込む力を軸線と平行にすることが有効であった。また、操作性に優れる刃部交換が可能であった。しかし、従来例は本発明例と比較すると、刃部の振れ精度が略４倍の大きな値となり、精度面で劣る結果となった。本発明例の繰り返し取付け精度は８μｍ以下を示し、高精度に取り付けることができた。刃部１と工具本体２を工具本体端面１７とテーパー形状の当接面６の２面拘束としたことで、高強度且つ、高精度な刃部の取付けができた。しかし、従来例を本発明例と比較すると、約３倍の大きな値を示し精度面で劣る結果となった。本発明例の締め付けは、接合部には損傷の無い状態であった。しかし、従来例はフック部の破損が生じた。従って、本発明例は従来例と比較すると、強い締め付けが可能であった。このことは、高送り加工又は深切込み加工において、切れ刃の震動を小さくできることから工具寿命が長く、被加工物の加工面が良好な状態となることを示す。

図１は、本発明の刃部交換式切削工具の１例を示した断面図を示す。図２は、本発明の刃部交換式エンドミルの斜視図を示す。図３は、刃部、刃部固定用部材、工具本体の斜視図を示す。図４は、図３の断面図を示す。図５は、図４におけるＡ−Ａの断面図を示す。

符号の説明

１：刃部
２：工具本体
３：接続部
４：刃部固定用部材
５：取付け孔
６：当接面
７：刃部の貫通孔
８：工具本体の貫通孔
９：接続部３の円筒部
１０：平坦領域
１１：平坦領域
１２：接続部と刃部固定用部材の装着方向
１３：雄ネジ部
１４：雌ネジ部
１５：レンチ掛け
１６：接触面
１７：工具本体端面
１８：開口部

Claims

刃部１と工具本体２とを着脱自在に固着して成る刃部交換式切削工具において、該刃部１は、工具回転軸方向に延在する接続部３と刃部固定用部材４によって該工具本体２と装着され、該刃部固定用部材４は、雄ネジ１３が形成され、且つ、工具回転軸方向に開口部１８を設けたことを特徴とする刃部交換式切削工具。
請求項１に記載の刃部交換式切削工具において、該工具本体２の刃部側端部に設けた取付け孔５に設けた雌ネジ部と該刃部固定用部材４とを螺合し、該刃部１を該工具本体２に装着したことを特徴とする刃部交換式切削工具。
請求項１、２のいずれかに記載の刃部交換式切削工具において、該接続部３の工具回転軸線と垂直な断面形状は、平坦領域１０、１０を有する略Ｕ字形状に設けたことを特徴とする刃部交換式切削工具。
請求項３記載の刃部交換式切削工具において、該接続部３の該刃部固定用部材４と接する面を略平面に設けたことを特徴とする刃部交換式切削工具。
請求項３又は４記載の刃部交換式切削工具において、該刃部固定用部材４の内径側は、該接続部３と嵌合する、平坦領域１０、１０及び１１を設けたことを特徴とする刃部交換式切削工具。
請求項１乃至４のいずれかに記載の刃部交換式切削工具において、該接続部３の該平坦領域の工具本体側に、該刃部固定用部材４よりも径の大きな円筒部を設けたことを特徴とする刃部交換式切削工具。
請求項１乃至６のいずれかに記載の刃部交換式切削工具において、該刃部１と該工具本体２との当接面６が、テーパー形状であることを特徴とする刃部交換式切削工具。
請求項１乃至７のいずれかに記載の刃部交換式切削工具において、該刃部１の少なくとも１部が高硬度材料、該刃部固定用部材４が高強度材料、であることを特徴とする刃部交換式切削工具。
請求項１乃至８のいずれかに記載の刃部交換式切削工具において、該刃部１に貫通孔７を有し、該工具本体２に貫通孔８を有し、該貫通孔７と該貫通孔８とが接続したことを特徴とする刃部交換式切削工具。