JP2009528175A - 工具ホルダ組立体 - Google Patents

Abstract

工作機械に固定されるように適合された工具ホルダ部材と、切削インサートをクランプし支持する切削インサート支持体／クランプと、を含む工具ホルダ組立体。支持体／クランプ部材は、複数のセレーションを含み、それらは、工具ホルダの相補的に形成されたセレーションと係合可能であり、それにより、取外し可能締結具を用いて締り嵌め係合が達成される。支持体／クランプは、支持体基部に向かうようにかつそこから離れるように弾力的に移動可能なクランプアームと、ねじ式クランプボルトからクランプ力を受容するように適合される接続アームに接続されたクランプブロックと、を含む。クランプボルトは、第１面に位置する力印加面を画定し、一方、クランプブロックは、第２面に位置する力受容面を画定し、第１面および第２面は、互いに対してずれた角度に位置する。クランプブロックは、クランプアームから間隔が空けられた工具ホルダの段部と係合可能な縁部分を含む。互いにずれた平面とクランプブロックの段状部分との係合とにより、クランプボルトの所与の調整に対しクランプアームにより切削インサートに印加される力が増大し、インサートの転がりが阻止される。

Description

本発明は、一般に金属切削装置および方法に関し、特に、工作機械内の機械加工位置に切削インサートを支持し締め付ける工具ホルダ組立体に関する。

当該技術分野において、部品が交換可能な切除および溝削りシステムが知られており、それは、旋盤および他の旋削機器で使用される。交換可能な部品を使用することにより、工具ホルダ全体の交換よりコストがかからない支持部材およびクランプ部材の交換が可能となることによって、溝削りまたは切除システムの全体のコストが低減する。既存のシステムには、支持部材またはクランプ部材の別々の交換が可能なものがある。在庫管理を簡略化するために、これら２つの部品を結合して１つの部材にしたシステムもある。

一般に、これら既存のシステムは、シャンク一体型の同等のものに比べてより経済的ではあるが、性能が低下する。それは、切削インサートを最適に支持し締め付けるように、各部品を工具ホルダに個々に締結し嵌合させなければならないためである。これは特に、工具ホルダ高さ全体が縮小するため部品を有効に支持する能力が大幅に低減する、よりシャンク高さが小さいシステムに当てはまる。

工具ホルダに交換可能部品を嵌合させる１つの既存の方法は、工具ホルダおよび部品の２つの当接面夫々にセレーションを用いることによる。この方法は、「交換可能ヘッド」を有する内部機械加工工具ホルダに関連して使用する場合、十分であることが分かった。それはまた、多種多様の金属除去機能を行う種々の異なる「ヘッド」を特徴とする独自のシャンク構成を有する工具ホルダに有用であることも分かった。セレーション状嵌合面を特徴とする既存の部品式切除および溝削りシステムは、上述した内部加工工具ホルダの適応であるが、かさばり、シャンク高さの小さい工具一式に対応するタレットを有する工作機械に使用するのは困難である。それらにはまた、部品位置特定の目的で円柱状中心部材も必要であり、システムのコストおよび複雑性が増大する。

本発明は、切削インサートを、動作する機械加工位置において回転加工物に対して支持し締め付けることができる、新しい改良された工具ホルダ組立体を提供する。

本発明の目的は、部品タイプのシステムのコスト上の利益を依然として実現しながら、一体型システムに可能な限り近く機能する、部品式切削インサート支持体／クランプシステムを提供することである。

本発明によれば、切削インサートを工作機械内の動作位置にクランプし支持する支持体／クランプを開示する。支持体／クランプは、支持体基部に向かってかつそこから離れるように弾力的に移動可能なクランプアームを含む。クランプアームには、クランプ力を受容する構造が接続され、その構造は、ねじ式クランプ部材によって印加されるクランプ力を受容するように適合される。

一特徴によれば、クランプ部材は、第１平面に位置する力印加面を画定する。クランプ力受容構造は、第２平面に位置する力受容面を画定する。第２平面はクランプ部材の力印加面の一部のみが最初に力受容面に係合するように、第１平面に対してずれた(diverging)角度に位置することが好ましい。この構成により、クランプ部材によりクランプ力受容構造に印加される力ベクトルとクランプアームとの間に、クランプアームとクランプ部材の軸との間の距離より短いモーメントアームが画定される。この構成により、クランプアームにより支持体／クランプによって保持される切削インサートに加えられる力が増大する。

本発明の別の特徴によれば、クランプ力受容構造は、クランプアームから間隔が空けられた当接部によって係合可能な領域を含む。この構成により、クランプアームにより支持体／クランプ部材によって保持される切削インサートに加えられる力が、クランプ部材の所与の調整に対して増大する。

円柱状部材を使用することなく段状構成においてセレーション状嵌合面を使用するより簡単なシステムにより、セレーション状面に沿った工具ホルダと嵌合部品との間の接触面積が増大するため、既存のシステムに比較して、コストが低減し、優れた支持が提供される。段状構成により、工具ホルダおよび部品が嵌合する広い接触面積が可能となることによって、この設計が小型シャンクホルダに対してより有効に作用することも可能である。開示するシステムはまた、インサートのクランプ中に発生する可能性のある過度な転がり(rollover)モーメントを低減するために、クランプ力に優先的に仕向けられている。

本発明は、これらの問題をいくつかの手段によって解決するよう提案する。開示する切削インサート支持体／クランプは、溝削りまたは切除インサートに対する支持およびクランプを提供する。インサート支持体／クランプは、セレーション状嵌合面の面積を最大限にする支持部分の断面高さにおける段を特徴とする。部品強度および完全性を維持するために、締結穴も同様に段状である。部品の低減した断面高さ部分は、それが取り付けられる可能性のある最小工具ホルダシステムの高さに等しい。

クランプ力を注意深く方向づけることは、特徴の組合せによって達成される。１つは、インサートホルダのクランプ力受容面の構成である。それは、クランプボルトの力印加面に対して２つの方向に角度が付けられる。開示する角度では、クランプボルトは、クランプ顎部により近いクランプ面の領域に優先的に接触する。これにより、クランプ力が、インサートホルダの質量の中心に沿う等、制御された方法で方向づけられることになる。

クランプ面とクランプボルト力印加面との間の角度付き平面の第１目的は、それが、インサートに係合するクランプ部材または顎部の部分を１つの平面のみにおいて移動させることを確実にする、ということである。クランプがそのように方向づけられると、クランプ作用は、クランプ部分の本体が、転がる傾向になく、切削インサートに対して実質的に垂直な力を加えるようなものになる。第２に、クランプ部分は、通常切除および溝削り適用においてもたらされる転がりモーメントに対抗する既存の技術による工具で目下見られるより広い部分を利用する。クランプ領域は、締結具の締付工程中にクランプ部分の転がりを防止する、外部の位置決めパッドを採用する。これにより、部品全体の転がりに加わる可能性がある追加の力成分が導入されないことが保証される。最後に、クランプ締付の最終段階の間に工具ホルダと接触する第２クランプゾーンパッドが採用される。これにより、クランプ工程全体を通してクランプ領域の転がりが防止されることがさらに保証される。

本発明のさらなる特徴および本発明のより十分な理解は、添付図面に関連する以下の詳細な説明を読むことによって得られるであろう。

図１は、本発明の好ましい実施形態によって構成される工具ホルダ組立体１０の全体構成を示す。工具ホルダ組立体１０は、切削インサート１２を機械加工位置において加工物（図示せず）に対して支持するために使用される。工具ホルダ組立体は、工作機械に適当に取り付けられる棒状工具ホルダ１０ａを含む。通常、工具ホルダ１０ａは、工作機械の一部を形成するタレットの「ポケット」に固定される。これにより、工具ホルダ組立体１０、故に関連する切削インサート１２を、バーストックまたはチューブストック（図示せず）等の回転する加工物に対し切削動作を行うために、さまざまな位置まで移動させることができる。

本発明によれば、概して参照符号１０ｂで示す切削インサート支持体／クランプは、一対のソケットボルト１６によって工具ホルダ１０ａに取外し可能に固定される。図２および図３も参照すると、インサート支持体／クランプ１０ｂは、ブレード型であり、支持体／クランプ１０ｂの取付部分２２から横方向に延在する、横方向に延在するブレード状基部２０を含む。好ましい実施形態では、基部ブレード２０は、切削インサート１２の底部に画定されるＶ字型面１２ａを受容するように適合されるＶ字型溝２４を画定する。

インサート支持体／クランプ１０ｂはまた、支持体基部２０に対して、位置合せされた対峙する場所に位置する、弾力的に移動可能な上顎部またはクランプアーム２６も画定する。上顎部２６と支持ブレード２０との間に、切削インサート１２を受容するように寸法が決められかつ構成される間隙ｇ（図４にもっともよく示す）が画定される。上顎部は、切削インサート１２の上部分１２ｂに画定される逆Ｖ字型面に相補的に係合するように適合された逆Ｖ字型凹部２８の形状のクランプ面を含むことが好ましい。ここで、支持ブレード２０およびクランプ顎部２６は、Ｖ字型面または逆Ｖ字型凹部のいずれを有してもよく、切削インサートは、顎部２６のクランプ面２８の形状に応じて、相補的に形成されるＶ字型凹部または逆Ｖ字型面を含む。米国意匠特許第Ｄ５０２，４７３号は、支持ブレードクランプ面２４および顎部クランプ面２８によってクランプされるように構成された面を有する切削インサートを示し、参照により本明細書に援用される。

図示する実施形態では、切削インサート支持体／クランプ１０ｂはまた、隣接する平面当接面３０、３２も画定し、そのうちの１つは、切削インサート１２によって画定される端面１２ｃによって係合可能である。これら平面３０、３２の構成と、これら面の切削インサートによる係合と、については、参照により本明細書に援用される２００４年４月２９日に公開された国際公開ＷＯ２００４／０３５２５５７Ａ２号パンフレットに、より完全に記載されている。図示する当接面３０、３２と、これら面と切削インサート１２との間に係合を達成する手段と、は、本発明の一部を形成するものではない。

図４もまた参照すると、支持ブレード２０およびクランプアームまたは顎部２６は、単一体の材料から一体的に形成される。図４からもっともよく分かるように、インサート支持体／クランプ１０ｂにおいて、一端において間隙ｇに通じ穴３８において終端するスロット３６が画定される。この構成により、クランプ顎部２６をインサート支持体／クランプ１０ｂの取付部分２２に相互接続する弾性ヒンジ状領域４０が画定される。開示した構成により、クランプアーム２６は、基部ブレード２０に向かってかつそこから離れるように弾力的に移動することができる。

ねじ締結具５０によって、間隙に位置する切削インサート１２にクランプ力が印加される。ねじ締結具５０は、インサート支持体／クランプ１０ｂに一体的に形成される、力を受容するブロック状要素５２内を延在する、ソケットヘッドボルトであってもよい。図６にもっともよく示すように、ブロック５２は、上部クランプアームまたは顎部２６に隣接して位置し、また部分的にスロット３６を画定する。スロット３６の上方でありかつ参照符号５２ａによって示すブロック５２の部分は、上部クランプアーム２６と一体的に形成されかつそれとともに移動する。説明の目的でクランプボルトと呼んでもよい、ねじクランプ締結具５０は、ブロック５２に形成される穴５６内を延在し、工具ホルダ１０ａに画定されるねじボア５８（図２および図３にもっともよく示す）によってねじ式に受容される。図５にもっともよく示すように、クランプボルト５０は、引き下ろされると、傾斜したクランプ面６０に接触する。クランプボルト５０がさらに回転することにより、クランプブロック５２が下方に付勢され、それは上部クランプアーム２６と一体的に形成されているため、クランプアームの同時の下方移動をもたらす。切削インサート１２が間隙ｇに取り付けられると、クランプボルト５０によってクランプブロック５２に加えられるクランプ力は、クランプアーム２６に伝達され、その結果、切削インサート１２にクランプ力が加えられ、それにより、上顎部２６と基部２０との間でインサートがクランプされる。本発明の特徴によれば、ブロッククランプ面６０の平面６０ａは、クランプボルト５０の下面６２が位置する平面５０ａに対して２つの方向にわずかに角度が付けられている。言い換えれば、クランプボルト５０の下側面６２は、クランプブロック５２のクランプ面６０と平行ではない。これら面６０、６２の間の角度を、図５では角度「ａ」によって示し、図６では角度「ｂ」によって示す。好ましい実施形態では、角度は２度の範囲にあることが好ましい。この構成により、クランプボルト５０のヘッド５０ａによって加えられるクランプ力は、まず、クランプボルト５０の中心線からずれているクランプ面の領域において加えられる。

図６および図７を参照すると、最初に角度が付いたクランプ面６０と接触するクランプボルト５０の底面６２の部分７０ａを、図７に示す弧７０によって示す。好ましい実施形態では、この弧はおよそ５０°である。クランプボルト５０が締め付けられると、弧７０によって示すようなボルトヘッド５０ａの底面６２の部分が、まずクランプ面６０に接触し、クランプボルト５０の中心線からずれているクランプ力を加える。クランプボルト５０によって加えられている力の軌跡を、図６において力矢印７１によって示す。力ベクトル７１は、それ自体と上顎部／クランプアーム２６の中心面との間のモーメントアーム「ＭＡ」を画定する。このモーメントアームＭＡは、クランプ面６０がクランプボルト５０の下側６２と平行である、すなわち、クランプボルト５０の中心線とクランプアーム２６の中心面との間にモーメントアームが延びる場合に存在するモーメントアームより短い、ということが留意されよう。このモーメントアームＭＡが低減することにより、インサート支持体／クランプ１０ｂ内の切削インサート１２の長手方向のねじれまたは「転がり」の傾向が低減する。

この特徴のさらなる態様によれば、工具ホルダ１０ａは、「転がり」の傾向をさらに低減する段状面を含む。特に図２、図３、図６および図７を参照すると、工具ホルダ１０ａは、第１凹面７６と隣接する隆起段面７８とを画定する。特に図７を参照すると、クランプブロック５２が、引き下ろされるクランプボルト５０によって下方に移動する際、底縁５２ｃの一部が、隆起段面７８に当接係合する。段状面７８とクランプブロック５２の底縁５２ｃとの間の接触の領域を、参照符号７９によって示す。図６に示すように、これによって、底縁５２ｃの他の部分と凹面７６との間に間隙８１がもたらされる。段状面７８と底縁部７９との間が最初に接触した後にクランプボルト５０をさらに締め付けることは、クランプボルト５０によって印加される力の軌跡を、それがクランプアーム２６に近づくようにシフトさせるのにさらに役立つ。この力軌跡のシフトにより、支持体基部２０とクランプアーム２６との間に保持されるインサートのねじれまたは「転がり」の発生がさらに低減する。開示した構成により、クランプボルト５０によって加えられるクランプ力が右方に（図５に示すように）かつ図６に示すようにクランプボルト５０の軸に対して右方にシフトする。上述したように力ベクトルをシフトさせることにより、モーメントアームＭＡの長さが低減し、その結果、インサート支持体／クランプ１０ｂ内の切削インサート１２の長手方向のねじれまたは「転がり」が低減する。

再び図２および図３を参照すると、本発明の別の特徴が示されている。この特徴によれば、切削インサート支持体／クランプ１０ｂは、工具ホルダ１０ａとは無関係に交換可能である。多くの従来技術による構成では、工具ホルダは単体構成である。切削インサートを取り付けるホルダの部分に損傷が発生する場合、工具ホルダ全体を交換しなければならない。図示する実施形態では、損傷した部分のみを交換すればよい。

この特徴を達成するために、工具ホルダ１０ａの側面に、図２において概して参照符号８０によって示す複数のセレーションまたはリブ／溝が形成される。切削インサート支持体／クランプ１０ｂの取付部分２２の側面には、図３において概して参照符号８２によって示す、複数の相補的に形成されるセレーションまたはリブ／溝が形成される。セレーション８０、８２をそれらの係合とともに構成する個々の表面要素を、図６にもっともよく示し、参照符号８０ａ、８２ａによって示す。

セレーション８０、８２は、締り嵌め関係で互いに相互係合するように構成され、それにより、取付ボルト１６が固定されると、切削インサートホルダ１０ｂが工具支持体１０ａに堅く固定される。図示する実施形態では、固定ボルト１６は、工具ホルダ支持体１０ａに形成された穴９０内に延在し、インサート支持体／クランプ１０ｂに形成されたねじボア９２にねじ係合する（図２および図３を参照）。ここで、工具ホルダ１０ａおよび切削インサート支持体／クランプ１０ｂにおけるセレーション８０、８２の代りに、畝、平行溝および縦溝等、工具ホルダ１０ａと切削インサート支持体／クランプ１０ｂとの間の締り嵌め関係を画定するように相互係合可能である他の構造を用いてもよい、ということが留意されるべきである。

本発明は、他のタイプの工具ホルダ構成およびインサート支持体／クランプに適応可能である、ということが留意されるべきである。たとえば、本発明により、円柱状工具ホルダが企図される。内側にまたは外側に掃引する湾曲顎部および／または湾曲基部ブレードを備えたインサート支持体／クランプもまた、本発明を利用してもよい。

本発明を、ある程度の特定性をもって説明したが、当業者は、下に請求するような本発明の精神または範囲から逸脱することなく、それに対してさまざまな変更を行うことができる、ということが理解されるべきである。

本発明の好ましい実施形態によって構成される工具支持組立体の斜視図である。 図１に示す工具支持組立体の組立分解図である。 図２に示す位置から９０度回転した工具支持組立体の別の組立分解図である。 工具支持組立体の側面図である。 工具支持組立体の部分側面図である。 図４において線６−６によって示す平面から見た工具支持組立体の端面図である。

Claims (12)

1. 工具ホルダ組立体であって、
   ａ）工作機械に固定されるように適合される工具ホルダ部材と、
   ｂ）切削インサートを前記工作機械内の動作位置にクランプし支持する切削インサート支持体／クランプと、を具備し、
   ｃ）前記支持体／クランプ部材が、前記工具ホルダ部材に取外し可能に固定され、
   ｄ）前記切削インサート支持体／クランプが、支持体基部に向かってかつそこから離れるように弾力的に移動可能なクランプアームを含み、
   ｅ）前記クランプアームに接続され、ねじ式クランプ部材からクランプ力を受容するように適合されるクランプブロックを具備し、
   ｆ）前記クランプ部材が、第１平面に位置する力印加面を画定し、
   ｇ）前記クランプブロックが、第２平面に位置する力受容面を画定し、前記第２平面が、前記クランプ部材の前記力印加面の一部のみが最初に前記クランプブロックの前記力受容面と係合するように、前記第１平面に対してずれた角度に位置し、それにより、前記クランプ部材により前記クランプブロックに印加される力ベクトルと前記クランプアームとの間に、前記クランプアームと前記クランプ部材の軸との間の距離より短いモーメントアームが画定される、工具ホルダ組立体。
2. 前記クランプ部材が、前記工具ホルダによってねじ式に受容される、請求項１に記載の工具ホルダ組立体。
3. 前記工具ホルダが段状面を含み、前記段状面が、前記クランプブロックの縁の一部によって、前記クランプブロック縁の別の部分と前記工具ホルダによって画定される凹面との間に間隙が画定されるように係合可能である、請求項１に記載の工具ホルダ組立体。
4. 前記インサート支持体／クランプが、前記工具ホルダの相補的に形成された構造と係合可能である工具ホルダ係合構造を含み、それにより、前記工具ホルダと前記インサート支持体／クランプとの間に締り嵌め係合が達成される、請求項１に記載の工具ホルダ組立体。
5. 前記係合構造が複数のセレーションである、請求項４に記載の工具ホルダ組立体。
6. 工作機械内の動作位置に切削インサートをクランプし支持する支持体／クランプ部材であって、
   ａ）支持体基部に向かってかつそこから離れるように弾力的に移動可能なクランプアームと、
   ｂ）前記クランプアームに接続された、調整可能なクランプ部材からクランプ力を受容する構造と、を具備し、
   ｃ）前記クランプ部材が、第１平面に位置する力印加面を画定し、
   ｄ）前記力受容構造が、第２平面に位置する力受容面を画定し、前記第２平面が、前記クランプ部材の前記力印加面の一部のみが最初に前記構造の前記力受容面に係合するように、前記第１平面に対してずれた角度に位置し、それにより、前記支持体／クランプによって保持されるインサートの転がりが阻止される、支持体／クランプ部材。
7. 前記力受容構造に、前記クランプアームから間隔が空けられた当接部と係合可能な領域をさらに含み、それにより、前記クランプ部材によって前記支持体／クランプによって保持されるインサートに印加される力が増大する、請求項６に記載の支持体／クランプ部材。
8. 前記当接部が、前記支持体／クランプが固定される工具ホルダ部材の一部を形成する、請求項７に記載の装置。
9. 工具ホルダ組立体であって、
   ａ）工作機械に固定されるように適合される工具ホルダ部材と、
   ｂ）切削インサートを前記工作機械内の動作位置にクランプし支持する切削インサート支持体／クランプと、を具備し、
   ｃ）前記切削インサート支持体／クランプが、支持体基部に向かってかつそこから離れるように弾力的に移動可能なクランプアームを含み、
   ｄ）前記クランプアームに接続され、調整可能クランプ部材からクランプ力を受容するように適合される、クランプ力受容構造を具備し、
   ｅ）前記クランプ部材が、前記構造にクランプ力を印加する力印加面を画定し、それにより、前記クランプアームが、前記クランプアームと前記支持体基部との間に保持される切削インサートとクランプ係合するように移動し、
   ｆ）前記構造が、前記クランプアームから間隔が空けられた当該工具ホルダ組立体の一部を形成する当接部と係合可能な領域を画定し、それにより前記クランプ部材により前記切削インサートに加えられるクランプ力が増大する、工具ホルダ組立体。
10. 前記クランプ部材によって画定される前記力印加面が第１平面に位置し、前記力受容構造が、第２平面に位置する力受容面を画定し、前記第２平面が、前記第１平面に対してずれた角度に位置する、請求項９に記載の装置。
11. 前記当接部が前記工具ホルダ部材の一部を形成する、請求項９に記載の装置。
12. 工具ホルダ組立体であって、
    ａ）工作機械に固定されるように適合される工具ホルダ部材と、
    ｂ）切削インサートを前記工作機械内の動作位置にクランプし支持する切削インサート支持体／クランプと、を具備し、
    ｃ）前記支持体／クランプ部材が、前記工具ホルダ部材に取外し可能に固定され、前記工具ホルダの相補的に形成されたセレーションと係合可能な複数のセレーションを含み、それにより、前記工具ホルダと前記インサート支持体／クランプとの間に締り嵌め係合が達成され、
    ｄ）前記切削インサート支持体／クランプが、支持体基部に向かってかつそこから離れるように弾力的に移動可能なクランプアームを含み、
    ｅ）前記クランプアームに接続され、ねじ式クランプボルトからクランプ力を受容するように適合されるクランプブロックを具備し、
    ｆ）前記クランプボルトが、第１平面に位置する力印加面を画定し、
    ｇ）前記クランプブロックが、第２平面に位置する力受容面を画定し、前記第２平面が前記第１平面に対してずれた角度で位置し、
    ｈ）前記クランプブロックが、前記クランプアームから間隔が空けられた前記工具ホルダの段部分と係合可能な縁部分を含む、工具ホルダ組立体。

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