JP2012176485A

JP2012176485A - 工具ホルダ、及び工具ホルダと工具を備える工具システム

Info

Publication number: JP2012176485A
Application number: JP2012034578A
Authority: JP
Inventors: Uwe Hobohm; ホボームウヴェ; Heinrich Georg Manner; ゲオルクマンナーハインリッヒ; Werner Zitzmann; ツィツマンヴェルナー
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2012-09-13
Also published as: GB2488431A; GB201203194D0; BR102012002693A2; DE102011012144B4; FR2971962A1; US20120219375A1; DE102011012144A1; KR20120097321A; CN102649179A; CA2766532A1; CN102649179B

Abstract

【課題】工具ホルダ、及び工具ホルダと工具を備える工具システムを提供する。
【解決手段】工具ホルダ（２）は、工作機械に締結するために、かつ可逆的に半径方向工具（４）を受容するために、特にフライスカッターを受容するために実現される。工具ホルダ（２）は、工作機械に可逆的に締結するための可鍛性弾性の工具鋼から作製された後部機械部（６）と、工具（４）を可逆的に受容するための工具鋼から作製された前部クランプ部（１０）と、後部機械部（６）と前部クランプ部（１０）との間に配置された重金属、特に中実硬質金属から作製された中間部（８）とを有する、３つの部分で実現される。工具鋼と比較して重金属の密度がより大きいため、工具ホルダ（２）は、フライス削り作業中に生じる力をより良く吸収することができ、これによって、切削工具の使用を控えめにしたフライス削り作業を実現し、結果として長い寿命を実現する。
【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１の前段の特徴を有する工具ホルダ、及び工具ホルダと工具を備える工具システムに関する。

特にボールシャンク（ｂａｌｌｓｈａｎｋ）フライスカッターを受容するための工具ホルダは、例えば国際公開第２００８／１１６４４６Ａ１号パンフレット（特許文献１）に開示されている。フライスカッター、特にボールシャンクフライスカッターは、溝形状のレースを製造するために使用されることが多く、これは、ボールシャンクフライスカッターの場合においては、いわゆるボールレースを製造するためである。関節式ホイールの締結を実現可能にするために、自動車のホイールサスペンションの分野で特別に使用される。このような場合のボールレースは、円筒状構成要素の円周側面に、円筒状構成要素を横断して、作製される。この場合、部片の数が多いため、高品質で高い処理速度が求められる。

特に、半径方向の前進運動がもたらされるフライス削り作業の場合、大きな力が生じ、この力は、工具ホルダによって吸収されなければならない。工具ホルダによる工具の誘導が不十分だと、機械加工が不十分となるか予定より早く工具が摩耗する。

特許文献１に開示されている工具ホルダは、工作機械に可逆的に締結するための後部結合部分を備える。その前端において、工具ホルダは、ピン接続部を介して工具ホルダの残部に接続される実際の工具を受容するためのクランプ部を有する。このクランプ部は、工具鋼から構成され、中実硬質金属から構成されたボールシャンクフライスカッターを受容するために機能する。別の変形では、クランプ部それ自体は、同様に中実硬質金属から作製される。

国際公開第２００８／１１６４４６号パンフレット

ここから出発して、本発明は、改良された力の吸収容量を示し、工具の使用を控えめに（ｓｐａｒｉｎｇ）することを可能にし、それによって、工具がより長い寿命を有する上で役立つ、特にフライスカッター用の工具ホルダを規定するという目的に基づいている。

上記目的は、本発明に従って請求項１に記載の特徴を有する工具ホルダによって達成される。この場合、工具ホルダは、一般に軸方向に延在し、工作機械のスピンドルに締結するための後部結合部分により実現される。工具ホルダの前端において、工具ホルダは、可逆的に回転工具を受容するために、特に可逆的にフライスカッターを受容するために、特にボールヘッドフライスカッターを受容するために実現される。この場合、それぞれの回転工具は、高精密に工具ホルダに挟持される円形のクランプシャンクを有する。工具ホルダそれ自体は、特に可鍛性弾性の工具鋼から作製された後部機械部を有し、好ましくは同様に可鍛性弾性の工具鋼から作製された前部クランプ部を有し、また機械部とクランプ部との間に配置された重金属から作製された中間部を有する３つの部分で実現される。機械部は、可逆的に工作機械に締結するための後部結合部分を備え、クランプ部は、工具のクランプシャンクを工具ホルダに可逆的に締結するために使用される。この場合、中間部を作製する重金属とは、一般に、機械部用及びクランプ部用の工具鋼よりも大きな密度を有する金属を意味すると理解される。

重金属は、粉末冶金によって製造された（焼結された）材料、特に中実硬質金属であることが好ましい。

本発明の設計は、特にフライス削り作業の場合、大きな力が（特に力のパルスも）生じ、この力を工具ホルダが吸収しなければならないことが考慮される。これは、中間部片が重金属から作製されることで達成されるが、その理由は、密度がより大きいため、このような力、特に力のピークが、従来の設計による工具ホルダと比較してより良く吸収されるからである。特に、重金属から作製された中間部片の配置により、全体的に、同心性が改良されるように、システム全体の振動がより良く防止される。従って、小さな工具への摩耗を減らすこと、およびその結果としてより長い寿命を実現することにおいて相当有用である。

同時に、高い切削速度での金属除去による高精密のワークピースの機械加工のためには、中実硬質金属から作製された工具が使用されることが好ましいが、これは中実硬質金属が耐摩耗性であるためである。

クランプ部は、重金属よりも弾性が大きい（脆弱性がより小さい）工具鋼、特に熱間加工用鋼から作製されるので、工具それ自体のクランプシャンクが控えめに挟持されることを達成しかつ同時に保証することができる。クランプ部が可鍛性弾性を持つことにより、工具ホルダと工具それ自体との間の直接の接続点は、特に力のピークに関してある程度耐性ができ、その結果、全体的に、工具が比較的控えめに挟持されることが保証される。同時に、中間部片が重金属から作製されるため、力のピークは、工具ホルダによって確実にかつ安全に吸収される。

この場合、重金属の密度は、例えば、１２〜１８ｇ／ｃｍ^３の範囲にあり、これに対し、クランプ部用及び機械部用の工具鋼の密度は、典型的には最大で１０ｇ／ｃｍ^３の範囲にあるに過ぎない。機械部及びクランプ部の材料は、例えば、高速度鋼（ＨＳ鋼）のようないわゆる熱間加工用鋼であることが好ましい。

好ましい設計によれば、中間部の材料容積は、クランプ部の材料容積よりも大きく、特に２倍を越えて大きいか、あるいはクランプ部の容積の１．５〜３倍にほぼ対応する。したがって、中間部は、力、振動等を確実に吸収できるように比較的大きな材料容積を有する。

適切な設計では、中間部は、好ましくは材料結合締結によって、特に半田付け接続によって不可逆的に機械部に接続される。この場合、不可逆的接続とは、破壊することなく接続を再び分離することはできないことを意味すると理解される。

半田付け接続の代替として又は補足として、中間部は締結シャンクと共に機械部に適切にねじ込まれる。損失（ｌｏｓｓ）から補助的に守るために、あるいはねじ接続が緩むことを防止するために、接着結合による接続がねじ山領域にさらに設けられる。

適切には、中間部は、締結シャンク及びヘッド領域を備えて実現され、ヘッド領域の下側には、特に円錐形であるように実現される環状面が設けられ、この環状面によって、中間部が平坦にかつ精密な嵌合により、中間部の対応する端面を保持する。円錐形設計のため、センタリング機能が達成される。

クランプ部は、交換可能な（摩耗される）部分として実現されることが好ましく、したがって、可逆的に中間部に締結される。このことにより、クランプ部に対する損傷の場合、工具ホルダ全体の新たな交換を必要とすることなく、工具ホルダの完全な機能を簡単かつ廉価に回復することができる。

このため、適切には、クランプ部は、中間部にねじ接続され、特に中間部にねじ込まれる。このため、適切には、クランプ部は、中間部に締結するための工具係合手段を有する。特に、このため、クランプ部の円周側面は、画定されたキー幅を有する工具キー用の係合面を備えて実現される。

補足的に、適切な発展形態では、クランプ部が、損失から守るために中間部にさらに接着結合される。このことにより、生じる振動の結果としてねじ接続が漸次緩むことが防止される。しかし、この場合、接着接続は、破壊することなくクランプ部を中間部から回して外すことができるように選択される。

力が確実な方法で中間部に導入されることを保証するために、クランプ部は、少なくともその領域で、特に締結脚部によって中間部のポット状の装着部（ｒｅｃｅｉｖｅｒ）に締結される。したがって、クランプ部は、少なくともその脚部領域（締結脚部）で、その全周の周りを重金属によって取り囲まれる。この場合、脚部領域は、軸方向にクランプ部の全長の少なくとも５０％にわたって延在することが好ましい。

クランプ部は、そのヘッド領域によって、好ましくは円周の、特に円錐状に先細りする別の環状面によって、精密な嵌合により中間部の別の端面を保持し、その端面は前記環状面に対応するように実現される。

適切には、クランプ部は、一般に、締結脚部に加えて工具用の装着部を有する（中空の）円筒状スリーブとして実現される。中空円筒状の設計は、冷却剤を中央に供給するためである。

したがって、好ましい設計では、中間部が、クランプ部内に開口する連続的な冷却剤流路を有することも意図される。適切な結合点が、冷却剤を工具内に導入するためにクランプ部に実現される。

中間部の上方に突出するクランプ部の領域は、中間部の外壁と整列することが好ましく、すなわち、中間部及びクランプ部は、それらの分離点において同一の外径を有する。

この場合、中間部それ自体は、クランプ部に向かって円筒状に又は円錐状に先細りするように実現される。

このような工具ホルダは、フライス削り作業用に使用されるのが適切であり、すなわち、フライスカッターが装備されることが好ましい。

上記目的は、さらに、本発明に従って、請求項１３に記載の特徴を有する工具システムによって達成される。この工具システムによれば、好ましい設計では、工具ホルダが２部分の工具と組み合わせて使用されることが意図され、工具は、工具鋼から作製されたクランプシャンクと、クランプシャンクに接続される中実硬質金属から作製された切削部とを有する。

特に、特別に実現された工具ホルダと、このような特別に実現された工具、特にフライス工具、好ましくはボールレースフライスカッターとを組み合わせることにより、特に耐久時間の延長及びワークピース品質の改良という点において、機械加工が著しく改良される。

工具は、請求項１４に記載の特徴を有することが好ましい。使用される工具は、特に、本出願と同時に本出願人によって提出された「Ｍｉｌｌｉｎｇｃｕｔｔｅｒ，ｉｎｐａｒｔｉｃｕｌａｒｂａｌｌｓｈａｎｋｍｉｌｌｉｎｇｃｕｔｔｅｒ」と題する独国特許出願に記載されたような工具である。その点で、この独国出願の内容の全範囲が参照される。

図面を参照して、本発明の例示的な実施形態について以下により完全に説明する。

挿入されたボールシャンクフライスカッターを有する工具ホルダの側面図である。挿入されたボールシャンクフライスカッターなしの図１による工具ホルダの断面図である。工具ホルダに挿入されたボールシャンクフライスカッターの斜視図である。

図では、同等の部分は同一の参照番号によって示されている。

図１と図２に示した工具ホルダ２は、関節式ホイールサスペンションの達成を可能にするためにボールレースを製造するため、特に自動車分野において金属除去による機械加工のため、特に、図３に詳細に示した特別なボールシャンクフライスカッターと組み合わせて使用される。したがって、工具ホルダ２及びボールフライスカッター４は、各々が互いに整合される工具システムを構成する。

この場合の製品とは、大量生産製品であり、短い処理時間での優れた機械加工品質が必要とされる。機械加工中に、高い負荷が生じ、その結果、振動が生じることがあり、これにより、予定より早く工具が摩耗し機械加工品質が低下する可能性がある。特に図３に示したボールシャンクフライスカッター４と組み合わせた次に説明する工具ホルダ２は、現在使用されているシステムと比較して、耐久時間が長く、また高品質で処理を行うことができる。

この場合、工具ホルダ２は３つの部分で実現され、後部機械部６と、中間部８と、クランプ部１０として実現される前部部片とを有する。例示的な実施形態では、機械部６は、その後部に、工具ホルダ２を工作機械のスピンドルに可逆的に締結できるＨＳＫ結合である結合部１２を有する。

工具ホルダ２全体は、長手方向軸線１４の方向に延在すると同時に回転軸線を画定し、機械加工中、この軸線を中心に工具ホルダ２が回転する。工具ホルダ２及び個々の構成要素は、長手方向軸線１４に対し回転対称であるように実現され、円断面を有する。

機械部６及びクランプ部１０は工具鋼から作製されるのに対し、中間部片８は重金属、特に硬質金属から構成される。したがって、中間部片８は、２つの他の部分６、１０と比較してより大きな密度を有する。機械加工工程中に生じる力と振動は、特に中間部片８の密度がより大きいため効果的な方法で吸収される。

中間部片８は、締結シャンク１６を有し、このシャンクによって、中間部片が機械部６の対応する装着部内に締結される。例示的な実施形態では、このためにねじ接続部が設けられる。したがって、締結シャンク１６は外側ねじ山を有し、機械部６の関連の装着部は内側ねじ山を有する。損失から守るために、さらに、締結シャンク１６の領域の、すなわちねじ山付き領域の中間部片８は、機械部６に接着結合されることが意図される。この種の接続の代わり又は補完として、中間部片８は、材料結合締結によって、特に半田付けによって不可逆的にかつ取り外し不可能に機械部６と接続される。

中間部片８それ自体は、その締結シャンク１６に隣接して、円錐状に傾斜した環状面１８を有し、この環状面によって、中間部片８が機械部６の関連の端面２０を平坦に保持する。この設計により、中間部片８が高精密な嵌合により機械部６に確実に締結され、これによって、特に、高精度の同心性が保証されるように、機械部６及び中間部片８のそれぞれの中心軸線が互いに高度に精密に整列することが保証される。

長手方向軸線１４の方向に締結シャンク１６に隣接してヘッド領域２２があり、ヘッド領域は、その前部領域に、クランプ部１０が締結されるポット形状の装着部２４を有する。ヘッド領域２２それ自体は、周囲面側で、機械部６の関連の外側表面と整列する。ヘッド領域２２は、クランプ部１０に向かって円錐状に先細りする。

クランプ部１０それ自体は、その実現において中間部片８と同様であり、外側ねじ山を支承する締結脚部２６を有する。クランプ部１０は、締結脚部２６によってポット状の装着部２４にねじ込まれる。補助的に、ねじ山は、損失から守るために接着剤結合される。同様に、締結脚部２６に隣接して、クランプ部１０はヘッド部２８を有し、その下側に、円錐形であるように同様に実現される別の環状面３０が実現される。この別の環状面３０によって、クランプ部１０は、対応する別の中間部８の端面３２を平坦に保持する。ヘッド部２８の周囲面は、今度は、中間部片８の周囲と整列する。

この場合の別の端面３２は、２５〜４０°の範囲の、特に横断平面（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｐｌａｎｅ）に対し約３０°の範囲の角度で配向されることが好ましい。横方向平面は、長手方向軸線１４が直角を形成する平面を意味すると理解される。

例示的な実施形態では、ヘッド部２８は、工具係合手段３４、すなわち、その円周面に画定されたキー幅を有する平坦表面を有する。

さらに、中間部片８を通過し、長手方向軸線１４に沿って延び、かつクランプ部１０に引き継がれる中央冷却流路３６が存在する。クランプ部１０は、全体として、スリーブの形態で相応して実現される。工具４への冷却剤の確実かつ信頼性の高い供給を保証するために、対応する結合境界面が設けられる。

クランプ部１０は、一般に、工具４のクランプシャンク４０を受容するため、特に、円筒状のクランプシャンク４０を受容するために使用される。クランプシャンクは、クランプ部１０に挟持して保持されることが好ましい。そのような程度まで、クランプ部１０は、クランプシャンク４０用のいわゆるチャックを画定する。例示的な実施形態では、工具４は、クランプ部１０にねじ締結されるように設計される。この代わりとして、クランプ部１０はまた、他の種類の締結用に、例えばクランプによる締結用に実現することができる。

工具ホルダ２は、特に、２部分設計によって区別される特殊工具４と組み合わせて使用される。一例として、図３に示したボールシャンクフライスカッター４によって特別な構造が示されている。このボールシャンクフライスカッター４は、一般に、材料結合、特に半田付けによって、不可逆的にクランプシャンク４０に接続される中実硬質金属の切削部４２を備える。クランプシャンク４０は、工具鋼、特に比較的脆性の中実硬質金属よりも著しく大きな可鍛性弾性（ｄｕｃｔｉｌｅｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ）を有する熱間加工用鋼から構成される。

特に、この場合、工具４は、工具ヘッド４４を有し、この工具ヘッドは、クランプシャンク４０に隣接し、保持部４６とそれに締結された切削部４２を備えることが意図される。保持部４６及びクランプシャンク４０は、単一の構造ユニットを共に構成し、このユニットは、例えば、従来の工具鋼の単一ピースのワークピースから材料を除去することにより機械加工することによって実現される。切削部４２は、半田付けによって保持部４６に締結される。クランプシャンク４０と保持部４６とからなる単一ピースの構成要素は、側面図に観測されるようにほぼＴの形状で実現される。切削部４２は、保持部４６の前端側面に平坦に着座し、センタリングのためのセンタリングピンを有することができる。

切削部４２は、複数の切削歯４８を有し、切削歯の各々の間にはチップ溝５０を備えるクリアランスが実現される。チップ溝の端部において、チップ溝５０は保持部４６内に引き継がれる。保持部４６のこれらのチップ溝５０内に、ここではより詳細に示していない冷却剤流路のオリフィス５２が開口する。切削部４２それ自体は、中実硬質金属から構成され、任意の種類の冷却剤流路等を有しない。

特に図３に示した特別に実現されたボールシャンクフライスカッター４を有する、本明細書に記載した工具ホルダ２は、特殊工具ホルダ２と特殊工具４とを備える工具システムを構成し、このシステムは、信頼性の高いプロセスで及び高品質の機械加工により及び高い切削速度で、ボールレースをフライス削りするために特に使用することができる。切削速度が高いにもかかわらず工具の使用が控えめなフライス削り作業が達成され、結果として寿命が長くなる。

２工具ホルダ
４ボールフライスカッター
６後部機械部
８中間部
１０クランプ部
１２結合部
１４長手方向軸線
１６締結シャンク
１８環状面
２０端面
２２ヘッド領域
２４装着部
２６締結脚部
２８ヘッド部
３０環状面
３２端面
３４工具係合手段
３６中央冷却流路
４０クランプシャンク
４２切削部
４４工具ヘッド
４６保持部
４８切削歯
５０チップ溝
５２オリフィス

Claims

工作機械に締結するために、かつ可逆的に回転工具（４）を受容するために、特にフライスカッターを受容するために実現される工具ホルダ（２）であって、
前記工作機械に可逆的に締結するための工具鋼から作製された後部機械部（６）と、
前記回転工具（４）を可逆的に受容するための工具鋼から作製された前部クランプ部（１０）と、
前記後部機械部（６）と前記前部クランプ部（１０）との間に配置された重金属から作製された中間部（８）と、を有する、少なくとも３つの部分で実現される工具ホルダ（２）。
前記重金属が粉末冶金によって製造される材料であることを特徴とする、請求項１に記載の工具ホルダ（２）。
前記重金属の密度が１２〜１８ｇ／ｃｍ^３の範囲にあることを特徴とする、請求項１又は２に記載の工具ホルダ（２）。
前記中間部（８）の材料容積が前記前部クランプ部（１０）の材料容積よりも大きい、特に２倍を超えて大きいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の工具ホルダ（２）。
前記中間部（８）が、ねじ接続部、及び材料結合、特に半田付けの少なくとも一つによって前記後部機械部（６）に締結されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の工具ホルダ（２）。
前記中間部（８）が締結シャンク（１６）を有し、前記締結シャンクによって前記中間部が前記後部機械部（６）の装着部に配置され、前記中間部が、環状の、特に円錐形の、表面（１８）を有し、前記表面によって、前記中間部が精密な嵌合により前記後部機械部（６）の端面（２０）を保持することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の工具ホルダ（２）。
前記前部クランプ部（１０）が交換可能な部分として実現されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の工具ホルダ（２）。
前記前部クランプ部（１０）が前記中間部（８）にねじ接続されることを特徴とする、請求項７に記載の工具ホルダ（２）。
前記前部クランプ部（１０）を、損失から守るために、前記中間部（８）にさらに接着結合することを特徴とする、請求項８に記載の工具ホルダ（２）。
前記前部クランプ部（１０）が締結脚部（２６）を有し、前記締結脚部によって、前記前部クランプ部が前記中間部（８）のポット状の装着部（２４）に配置され、前記前部クランプ部（１０）が、環状の、特に円錐形の、表面（３０）を有し、前記表面によって、前記前部クランプ部が精密な嵌合により前記中間部（８）の端面（３２）を保持することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の工具ホルダ（２）。
前記前部クランプ部（１０）が中空円筒状スリーブとして実現されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の工具ホルダ（２）。
前記中間部（８）を通して延び、前記前部クランプ部（１０）内に開口する冷却剤流路（３６）が設けられることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の工具ホルダ（２）。
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の工具ホルダ（２）と、
工具鋼から作製されたクランプシャンク（４０）と、前記クランプシャンクに接続される中実硬質金属から作製された切削部（４２）とを有する工具（４）と、
を備える工具システム。
前記工具（４）が、特にボールシャンクフライスカッターとして実現され、好ましくは特に材料結合によって前記切削部（４２）が平坦に締結される保持部（４６）を備える工具ヘッド（４４）を有し、前記クランプシャンク（４０）が前記保持部（４６）と共に単一ピースの構成要素を構成する、請求項１３に記載の工具システム。