JP2010533593A - 切削インサートを備える工具ホルダ - Google Patents

Abstract

本発明は、取外し可能に取り付けられた切削インサート（４２、４８）と冷却潤滑剤供給部（２８）とを備える工具ホルダに関するものであり、この工具ホルダは、工具ホルダの冷却潤滑剤供給部が連通する冷却剤入口開口部（３４）と、直接的に接続された、または交差して配置された横穴（３８、３９）を介して間接的に接続された、直径に関して小さい複数の出口通路（４１；４９、５０）とを備えるクランプカバー（３５、３６）を有しており、これらの出口通路は、工作物加工のときに切削をするように工作物に作用する切削インサート（４２、４８）の前側の切削エッジが切削加工の作用長さ全体にわたって冷却剤の噴射をうけるように向いていることを特徴とする。

Description

本発明は、取外し可能に取り付けられた切削インサートと冷却潤滑剤供給部とを備える工具ホルダに関する。

冷却剤ないし冷却潤滑剤には、切削加工プロセスにおいて多大な意義がある。旋削、フライス削り、穴あけなどをするための切削加工では、切り屑を工作物から削り取る作動中の切削エッジのところで、工具（切削インサート）の磨耗を促進する高い温度が生じる。工具切れ刃での温度上昇の原因は、発生する摩擦熱を十分な程度に放散するのに、切削インサート材料の比熱と熱伝導性が十分でないことにある。これに加えて、チタン工作物を切削加工する場合には、素材であるチタンが工具と溶着しようとする傾向を示す。こうした「接着傾向」も、同じく冷却潤滑剤（以下、短く冷却剤と呼ぶ）によって防止し、ないしは最低限に抑えることができる。冷却剤を十分な量だけ切削加工場所へ運ぶために、さまざまな方策がすでに提案されている。

たとえば特許文献１では、工具ホルダと切削インサートが、切削インサートの切削領域とすくい面領域の冷却剤湿潤のために、これら両方の構成部分の当接面の内部で互いに連通する冷却剤通路を備えており、切削インサートの少なくとも１つの冷却剤通路は、切削位置にある切れ刃のすぐ近傍ですくい面に連通することが提案されている。これを実現するために、切削インサートのすくい面それ自体が溝を備えており、この溝を介して、工具ホルダから作動中の切削エッジの方向へ冷却剤が案内されることが提案される。同文献のこれに代わる提案によれば切削インサート自体が、すくい面に連通する穴の形態の冷却剤通路を有している。このような構成の欠点は、こうした冷却溝によって切削インサートのすくい面ジオメトリーが損なわれ、場合により、比較的短い切り屑の破断につながるべきであるチップフローが妨げられるという点にある。さらに、切削インサートにある穴等の溝は、切削インサート本体それ自体が脆弱化するという欠点がある。最後に、このような構成は、冷却剤が十分な量だけ切削加工部位へ案内されることを保証することもできない。

たとえば特許文献２に記載されている別の解決法は、冷却と潤滑をするための薬剤の噴射がノズル口金から圧力と高い速度のもとで、工具の逃げ面と工作物との間の空間で切れ刃に吹き付けられることを提案している。それによっては実質的に工具の逃げ面しか冷却剤の作用をうけず、すくい面や削り取られた切り屑は作用をうけないという点を度外視するとしても、このようなノズルは、工具ないし工具ホルダと連結されていないために調節するのが難しい別個の保持装置に配置されるという欠点がある。

特許文献３では、冷却剤の最大限可能な高い圧力の適用を可能にし、冷却剤を１つまたは複数の細かい噴射の形態で、主として切削インサートおよび切削インサートにより切り離される切り屑のほうに向けることが提案されている。流体噴射で適用される圧力が高く選択されるほど、流体噴射を純然たる冷却のために利用するだけでなく、特に切り屑をできる限り小さい粒子に砕く目的で、工作物から切り離された切り屑へ機械的に影響を及ぼすためにも利用できる可能性が高くなるとされている。冷却剤は１００バール（１０⁷Ｐａ）を上回る定義された高い圧力で、切削個所に向けられる。そのために工具ホルダは、切削インサートのための着座部と、ノズルインサートの一部である少なくとも１つのノズルを有するねじ止めされたプレートとを有しており、このノズルインサートは独自の中心軸を中心として回転することができ、また、流体噴射がこのノズルを起点として切削インサートのすくい面に向けられるような位置で固定可能であるとされている。冷却剤は、工具基礎ホルダにある１つまたは複数の通路を介して工具ホルダの多角形シャフトの穴へ、さらには、そこから前述したプレートにあるノズルへとさらに案内される。冷却剤案内に関して具体的には何も説明されていない。穴の出口部分にシールリングが使用されるのであれば、１０⁷Ｐａを上回る高い流体圧力では、これらの穴が不十分にしか封止されない危険が生じるという欠点がある。そのほか、ノズルの調整は比較的高いコストがかかり、その固定は十分に確実ではないために、特に高い圧力が供給されるときに噴射方向が変わってしまう可能性がある。

特許文献４では、冷却剤流のための貫通孔を有する本体が切削インサートから離れたところにねじ止めされる、切削インサートのための工具ホルダが提案されている。この貫通孔は、一方では冷却剤入口を備える工具ホルダシャフトに通じるとともに、もう一方では小さい冷却剤出口に通じており、この冷却剤出口によって冷却剤を切削インサートの作動中の切削エッジの方向へ噴射円錐状に吹き付けることができる。噴射円錐方向を調整できるようにするために、偏心ヘッドを備える調節用ねじが設けられている。この場合にも、選択された設定が変わってしまい、そのために冷却剤が明らかに最大１０バールの圧力までしか供給されなくなるという危険がある。しかし特にチタン素材を切削加工する場合、切削エッジの高い温度の結果として、工具（切削インサート）と削り取られた切り屑との間に溶着現象が生じてしまう。高温の切り屑は、比較的長い区間にわたって工具と接触しており、その個所で状況によっては、まず最初に切削エッジのところで堆積が生じ、その後に比較的大きい切削エッジ断片の破断が生じる恐れがある。その意味で、チタンの切削加工では特別に優れた冷却ないし熱放散が必要である。

ドイツ特許出願公開第３７４０８１４Ａ１号明細書 ドイツ特許第９３０７９０Ｃ２号明細書 欧州特許出願公開第１０７３５３５Ｂ１号明細書 米国特許第５，３４０，２４２号明細書

本発明の課題は、そのつど切削加工のときに作動する切削エッジへ冷却剤流を最善の仕方で向けるのに適している、冒頭に述べた種類の工具ホルダを開発することにある。特に本発明は、チタン素材を切削加工するときに利点を有しているのが望ましい。

この課題は、冷却剤入口開口部を備える取外し可能に取り付けられたクランプカバーと、これと直接的に接続された、または交差して配置された横穴を介して間接的に接続された、直径に関して小さい複数の出口通路とを有する請求項１に記載の工具ホルダによって解決され、これらの出口通路は、工作物加工のとき切削をするように工作物に作用する切削インサートの前側の切削エッジが切削加工の作用長さ全体にわたって冷却剤の噴射をうけるように向いている。このように、ただ１つの噴射に代えて、切削エッジにむかって針を刺したように進む複数の細い噴射が切削加工部位に向けられるので、周囲に飛散する切り屑も切削加工部位で気化する冷却液も、冷却の低下につながることがない。少なくとも２つのこのような出口通路、好ましくは３つまたは４つの出口通路が設けられる。

本発明の別の実施形態では、クランプカバーは、切削インサート固定窪みに係合するクランプフィンガを介して工具ホルダに固定される、切削インサートのためのクランプ爪として構成される。クランプ溝とクランプフィンガの構成は、相互の配置と同様に、基本的に従来技術から公知であり、クランプ爪が締め付けられると、クランプフィンガはその前側の先端部が、固定窪みの接触個所を介して工具ホルダの工具着座部へ押し込まれる。クランプカバーないしクランプ爪それ自体は、１つまたは複数のクランプねじによって取り付けられる。

上述した出口通路は、０．５ｍｍから２ｍｍ、好ましくは１ｍｍの直径をもつ出口開口部を有している。

本発明の詳しい実施例について、図面を参照しながら説明する。

工具基礎ホルダを示す斜視図である。 冷却剤配管の領域の切断平面で工具基礎ホルダを示す部分破断図である。 冷却剤配管の領域の切断平面で工具基礎ホルダを示す部分破断図である。 工具ホルダを示す部分破断図である。 クランプカバーがそれぞれ取り付けられた工具ホルダを示す図である。 クランプカバーがそれぞれ取り付けられた工具ホルダを示す図である。 クランプカバーがそれぞれ取り付けられた工具ホルダを示す図である。 工具ホルダをそれぞれ示すさまざまな図である。 工具ホルダをそれぞれ示すさまざまな図である。 工具ホルダをそれぞれ示すさまざまな図である。

図１に示す工具基礎ホルダ１０は、保持シャフト１１と、工具支持シャフトのための差込用として構成された２つの収容穴１２、１３とを有している。ここでは、特に図３から図５に見られるような中空シャンクテーパが考慮の対象となる。シャフト１１は上面に格子状刻み目１４を有している。

部分的に図２ｂから明らかなように、工具基礎ホルダ１０の裏面には相並んで位置する２つの開口部１５が設けられており、これらの開口部に機械側から冷却剤を供給するための高圧配管を接続することができる。接続部１５ならびに後で説明する冷却剤供給部は、＞１００バール（１０⁷Ｐａ）の圧力用として設計されている。先に進むにつれて直径は入口開口部１５に比べて狭まって小さい寸法になっていき、最終的にこの穴１６は、栓１８により端部側で閉止される横穴１７に連通している。横穴は、クランプ装置の領域から側方へ冷却剤流を導き出すために必要なものである。この横穴１７は、クランプ装置を支持するタンク２２を通るように案内される縦穴２０へ連通しており、このクランプ装置では、たとえばクランプねじ２５を介して円錐状区域を介在させながら操作可能であるボールがクランプ部材として利用され、これらのボールは、工具基礎ホルダの収容部１２、１３の周りのそれぞれの平坦な当接面と、工具ホルダの環状の平坦な当接面３１とが互いに当接するように、ないしはクランプ時に互いに案内されるように、シャフト３０をクランプする役目を果たす。

冷却剤穴２０は端部側でパイプ本体２４と接続されており、パイプ本体は雄ねじを介して工具基礎ホルダ１０ともタンク２２とも結合されている。パイプ本体２４は穴２１へ連通しており、さらにこの穴は別のパイプ本体２６へ連通しており、このパイプ本体は、工具基礎ホルダ１０と工具ホルダ２９にある穴の該当する雌ねじにねじ込まれる雄ねじを備えている。このようにして、冷却剤配管２０においてはタンク２２への移行部で、ないしはタンク２２から工具ホルダ２９への移行部で、既存の高い冷却剤圧力が受けとめられるので、たとえばタンクで市販の構成部品を使用することができる。

一方、工具基礎ホルダ１０は、冷却剤案内部２１ないし相応の管状部２４へ横穴３２を介して連通する、低圧冷却剤供給のための別の接続部２７をさらに有している。接続部２７は栓によって閉止可能である。

冷却剤入口開口部１５には相応の冷却剤高圧をそれぞれ別々に作用させることができ、それにより、冷却剤圧力を利用目的に合わせて調節することができる。

横方向の案内を含めた冷却剤案内部２０、２１の形状は、基本的に、図示しないクランプねじが「迂回」されなければならないことによって規定される。このようにして、工具基礎ホルダをコンパクトに構成することができる。

工具ホルダ２９では、冷却剤配管２８ならびに横穴を介して冷却剤が出口３４へと誘導され、この出口はクランプカバー３５（図４参照）またはクランプ爪３６の下方に連通している。クランプカバー３５は４つのクランプねじ３７によって工具支持体に取り付けられている。クランプ体は、共通の交差点で交わる、互いに交差する２つの穴３８、３９を有しており、これらの穴は出口開口部３４と接続されているので、そこで外に出る冷却剤は穴３８および３９へ入ることができる。製造工学上の理由により、穴の「行き止まりの端部」は栓４０によってそれぞれ閉じられている。穴３８および３９から直径１ｍｍの細い通路４１が分岐しており、これらの通路の長軸は、切削インサート４２の切削コーナーの領域で延長線が収束するように向いており、それにより、作動中の切削加工場所にある切削コーナー４３の領域で、切削エッジが冷却剤液によって均等に作用をうけるようになっている。切削インサート４２は、公知の仕方で、クランプねじ４４により取り付けられている。このように冷却剤供給部は、工作機械から工具基礎ホルダと工具ホルダとを介して、切削インサート４２の切削コーナー４３まで防護されながら到達しており、そこで冷却剤流は直径の小さい３つの噴射に分割される。これらの冷却剤噴射は切削エッジで温度を最低限に抑えるばかりでなく、切り屑の進路の調節ないし切り屑の破断をする役目も果たす。

図５ａ、ｂ、ｃに示す実施形態は、基本的に、クランプカバーがクランプ爪３６として構成されていることによって相違している。図５ａは、本発明による工具ホルダ２９を平面図で示している。それに対して図５ｂと図５ｃは、工具ホルダ２９を側面図（図５ｂ参照）および斜視図（図５ｃ参照）として分解図で示している。この実施形態では、クランプ爪はクランプねじ４５によって工具ホルダに取り付けられており、クランプ爪３６はクランプフィンガ４６を有しており、クランプフィンガは切削インサート４８の固定窪みへ係合して、これを切削インサートの着座部へ押圧する。互いに交差する通路３８および３９は、本例では円形の切削エッジを有する切削インサート４８のほうを向いている側で、２組の通路４９、５０へ連通しており、これらの通路は、出口開口部に対して小さい角度で若干発散してそれぞれ離れていくように延びている。全体として、クランプ爪３６にある前側の出口開口部４９、５０を介して、約９０から１３０°の円弧状の領域をカバーする４つの冷却剤噴射が生成される。

通路４１ないし４９および５０の向きは、外に出ていく冷却剤噴射が、使用されるべき切削インサートのジオメトリーに依存して、切り屑が形成される場所へ的確に到達するようにそれぞれ選択されている。クランプ爪ないしクランプカバーは工具ホルダと固定的に結合されているので、冷却剤噴射の誤った向きが生じることはありえない。

工具ホルダ２９は、特に、図４ａから図４ｃに示すクランプ体か、または図５ａから図５ｃに示すクランプ爪３６のいずれかを選択的に組み付けることができるように構成されていてよい。

Claims (4)

1. 取外し可能に取り付けられた切削インサート（４２、４８）と冷却潤滑剤供給部（２８）とを備える工具ホルダであって、
   前記工具ホルダの前記冷却潤滑剤供給部が連通する冷却剤入口開口部（３４）と、直接的に接続され、または交差して配置された横穴（３８、３９）を介して間接的に接続された、直径に関して小さい複数の出口通路（４１；４９、５０）とを備えるクランプカバー（３５、３６）を有しており、これらの出口通路は、工作物加工のときに切削をするように工作物に作用する前記切削インサート（４２、４８）の前側の切削エッジが切削加工の作用長さ全体にわたって冷却剤の噴射をうけるように向いていることを特徴とする工具ホルダ。
2. 少なくとも２つ、好ましくは３つまたは４つの前記出口通路が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の工具ホルダ。
3. 前記クランプカバーは、切削インサート固定窪みに係合するクランプフィンガを介して前記工具ホルダに取外し可能に固定される、前記切削インサート（４８）のためのクランプ爪（３６）として構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の工具ホルダ。
4. 前記出口通路（４１；４９、５０）の直径は０．５ｍｍから３ｍｍであり、好ましくは１ｍｍであることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の工具ホルダ。

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