JP2010533594A - モジュール形式の工具システム - Google Patents

Abstract

本発明は、クランプ装置を通じて固定可能であり、切削加工のための、特に工作物の旋削のための切削インサートを有する、工具支持体のシャフトのための少なくとも１つの収容穴を備える工具基礎ホルダからなるモジュール形式の工具システムに関するものであり、供給配管を介して工具基礎ホルダと工具支持体に冷却剤配管が通っており、圧力下で、特に高圧下で投入される冷却剤をこの冷却剤配管を通じてそのつど作動中の切削エッジの場所へと案内可能である。本発明によると、各々の平坦面で互いに当接する工具システムの２つのコンポーネントの間のそれぞれの接続個所は、好ましくはねじ結合を介して両側で各コンポーネントの中で固定されるパイプ本体によって橋渡しされており、パイプ本体はそれぞれ各コンポーネントの既存の穴へ外部に対して密封された状態で連通している。

Description

本発明は、クランプ装置を通じて固定可能であり、切削加工のための、特に工作物の旋削のための切削インサートを有する、工具支持体のシャフトのための少なくとも１つの収容穴を備える工具基礎ホルダからなるモジュール形式の工具システムに関するものであり、供給配管を介して工具基礎ホルダと工具支持体に冷却剤配管が通っており、圧力下で、特に高圧下で投入される冷却剤をこの冷却剤配管を通じてそのつど作動中の切削エッジの場所へと案内可能である。

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。

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、高い冷却潤滑剤圧力で作業を行うのに適した、冒頭に述べた種類のモジュール形式の工具システムをさらに改良することであり、この場合、冷却剤流を漏れの危険なしに切削場所へ的確に誘導することができる。

この課題は請求項１に記載の工具システムによって解決され、本発明によるとこの工具システムでは、各々の平坦面で互いに当接する工具システムの２つのコンポーネントの間のそれぞれの接続個所は、好ましくはねじ結合を介して両側で各コンポーネントの中で固定されるパイプ本体によって橋渡しされており、パイプ本体はそれぞれ各コンポーネントの既存の穴へ外部に対して密封された状態で連通している。

従来技術で知られている解決法とは異なり、普通ならばシール材が冷却液の流出を妨げるべき場所で、ねじ結合を介して穴の長軸方向で確実に固定される圧密のパイプ本体が用いられる。このようにして、工作機械側から工具基礎ホルダへ、およびそこから工具ホルダへ、そしてさらに流入開口部まで、供給冷却剤の全体を誘導することが可能であり、基礎ホルダならびに工具ホルダはそれぞれ多部分で構成されていてよく、個々のコンポーネントの結合部で封止に関して特別に高い要求が課されることがない。特に工具基礎ホルダの領域では、冷却剤を通過させるための穴をそれ自体として有する、クランプ装置を備えるカセットを使用することができる。

使用するパイプ本体は、個々のコンポーネントの対応するねじ穴へ容易にねじ込むことができる、逆向きの雄ねじをそれぞれ端部側に有しているのが好ましい。すでに述べたとおり、本発明の１つの実施形態では、クランプ装置は別個のタンク型のコンポーネントに配置されており、このコンポーネントは外部からクランプねじを介して操作可能な個々のクランプ部材、特にボールと、パイプ本体が両側の端部でねじ込まれる冷却剤穴とを有しているのが好ましい。

さらに工具基礎ホルダは、好ましくは工作機械にある出口開口部と接続可能である高圧冷却剤供給のための別個の接続部をそれぞれ有する、少なくとも２つの収容穴を有しているのが好ましい。この実施形態は、切削工具の近傍で高圧接続配管を全面的に省略できるという利点がある。従来技術では必要となっていたこのような接続配管は、飛散する切り屑あるいは場合により生じる長くもつれた切り屑によって悪影響をうける。工作機械側から基礎ホルダを介して工具ホルダへ入るまで全面的に内部にある冷却剤案内により、漏れが生じることがほぼなくなる。

別個の接続部は高圧冷却剤供給用として設計されており、別々に制御ないし調節することができる。

別の実施形態では、栓によって閉止可能な別の低圧冷却剤接続部が工具基礎ホルダに追加的に設けられており、その１つまたは複数の穴はすでに説明した（高圧）冷却剤配管へ連通しており、それにより冷却剤を低圧または高圧のもとで選択的に供給することができる。高圧冷却剤が流入する場合、低圧冷却剤接続部は栓によって閉止される。逆に、栓による高圧供給配管の閉止は必要ない。そこでは高圧動作に合わせて設計された単純な逆止め弁で十分だからである。低圧冷却剤供給とは、圧力が最大８０×１０⁵Ｐａであるものを指している。

冷却剤出口は、原則として、特許文献４または特許文献３から基本的に公知となっている形状で選択することができる。ただし、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。高温の切り屑が比較的長い区間にわたって工具と接触し、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。この目的のために、本発明のさらに別の構成では、工具ホルダは、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、小さい複数の出口通路とを有しており、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ならびに利点について、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。 クランプ爪が取り付けられた工具ホルダを示す図である。

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供給を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、最終的にこの穴は、栓１８により端部側で閉止される横穴１６ないし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やそれに続く管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体３５（図４参照）またはクランプ爪３６の下方に連通している。クランプ体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５に示す実施形態は、基本的に、クランプ体がクランプ爪３６として構成されていることによって相違している。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るとともに、クランプフィンガ４６を有しており、このクランプフィンガは切削インサート４７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体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５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 (10)

1. クランプ装置を通じて固定可能であり、切削加工のための、特に工作物の旋削のための切削インサート（４２，４８）を有する、工具支持体(２９）のシャフトのための少なくとも１つの収容穴（１２，１３)を備える工具基礎ホルダ(１０）からなるモジュール形式の工具システムであって、供給配管を介して前記工具基礎ホルダ（１０）と前記工具支持体（２９）に冷却剤配管が通っており、圧力下で、特に高圧下で投入される冷却剤をこの冷却剤配管を通じてそのつど作動中の切削エッジの場所へと案内可能である、そのような工具システムにおいて、
   各々の平坦面で互いに当接する前記工具システムの２つのコンポーネントの間のそれぞれの接続個所は、好ましくはねじ結合を介して両側で前記コンポーネント（１０，２２，２９）の中で固定されるパイプ本体（２６）によって橋渡しされており、前記パイプ本体（２４，２６）はそれぞれ前記コンポーネントの既存の穴へ外部に対して密封された状態で連通していることを特徴とする工具システム。
2. 前記パイプ本体（２６）はそれぞれ端部側に逆向きの雄ねじを有していることを特徴とする、請求項１に記載のモジュール形式の工具システム。
3. 前記クランプ装置は別個のタンク型のコンポーネント（２２）に配置されており、このコンポーネントは、好ましくは外部からクランプねじを介して操作可能な個々のクランプ部材、特にボールと、前記パイプ本体（２４，２６）が両側の端部でねじ込まれる冷却剤穴とを有していることを特徴とする、請求項１または２に記載のモジュール形式の工具システム。
4. 前記工具基礎ホルダ（１０）は、好ましくは工作機械にある出口開口部と接続可能である高圧冷却剤供給のための別個の接続部（１５）をそれぞれ有する、少なくとも２つの収容穴（１２，１３）を有していることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載のモジュール形式の工具システム。
5. 栓によって閉止可能な別の低圧冷却剤接続部(２７）が前記工具基礎ホルダ（１０）に追加的に設けられており、その１つまたは複数の穴(３２）は前記冷却剤配管（２０，２１）へ連通しており、それにより冷却剤を低圧または高圧のもとで選択的に供給可能であることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載のモジュール形式の工具システム。
6. 冷却剤供給のための既存の別個の前記接続部は別々に制御可能または調節可能であることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載のモジュール形式の工具システム。
7. 前記工具ホルダ（２９）は、冷却剤入口開口部（３４）を備える取外し可能に取り付けられたクランプカバー（３５，３６）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（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）とを有しており、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（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、請求項１から６までのいずれか１項に記載のモジュール形式の工具システム。
8. 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７に記載のモジュール形式の工具システム。
9. 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固定可能である、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７または８に記載のモジュール形式の工具システム。
10. 前記出口通路（４１，４９，５０）の直径は０．５ｍｍから２ｍｍであり、好ましくは１ｍｍであることを特徴とする、請求項７から９までのいずれか１項に記載のモジュール形式の工具システム。

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