JP2015521549A - 切削加工用工具 - Google Patents

Abstract

本発明は、切削加工用工具（１）であって、ベース保持体（１１）と、チップシート（５）と、クランプアーム（７）及び端部側のクランプヘッド（８）を備えるクランプ（４）と、チップ（１０）とを有しているものに関する。一方ではチップの使用可能時間若しくは耐用年数を向上させ、且つ他方では切削時に生じる長い切りくずを破断する、若しくは短く保持するために、クランプ（４）は、ベース保持体（１１）に結合されており、当該工具（１）内で前記ベース保持体（１１）と前記クランプ（４）とを通って前記クランプヘッド（８）に至るまで、少なくとも１つの冷却液導管（６）が案内されており、該冷却液導管（６）は、前記クランプヘッド（８）に設けられた少なくとも１つの注出ノズル（３）に開口していることを提案する。

Description

本発明は、ベース保持体と、チップシートと、クランプと、チップとを備える、切削加工用工具に関する。

この工具若しくは工具システムは、金属材料、特に切削し難い延性材料の切削加工に、特に適している。

公知の工具では、チップが複数の別個の構成部材（クランプ又は緊締フィンガとも云う）によって位置固定される。更に、内部冷却媒体供給部を有する工具が公知である。しかしながら、これらの公知の工具において、注出ノズルはチップの刃先から大きく離れており、且つノズル横断面は比較的大きく形成されているので、これらの注出ノズルは高圧には適さない。

更に、ベース保持体とチップシートとが１つの構成部材から成る工具が公知である。

本発明の課題は、請求項１の上位概念に記載の工具を改良して、一方ではチップの使用可能時間若しくは耐用年数を向上させ、且つ他方では切削時に生じる長い切りくずを破断するか、若しくは短く保つようにすることにある。

この課題は本発明に基づき、請求項１の特徴部に記載の構成によって解決される。

クランプがベース保持体に結合されており、且つ工具内でベース保持体とクランプとを通りクランプヘッドまで、少なくとも１つの冷却液導管が案内されており、該冷却液導管は、クランプヘッドに設けられた少なくとも１つの注出ノズルに開口していることによって、一方ではクランプを通って案内されている冷却液により、チップの使用可能時間若しくは耐用年数が向上され、且つ他方では、流出する冷却液が、切削時に生じる長い切りくずを破断するか、若しくは短く保つように、注出ノズルを方向付けることができるようになっている。

好適には、クランプは、ベース保持体と一体的に形成されている。但しクランプ（緊締フィンガとも云う）は、交換可能な構成部材として（つまり非一体的に）形成されていてもよい。この場合、クランプは、冷却液導管が互いに接続されているように、ベース保持体に固定されている必要がある。

好適には、クランプヘッドは少なくとも１つの端面を有しており、この場合、少なくとも１つの端面に、単数／複数の注出ノズルが配置されている。複数の端面の場合、これらの端面は、好適には互いに角度を付けられている。

有利な構成において、単数／複数の注出ノズルは、上方及び／又は下方の注出ノズル列に配置されており、この場合、「上方」及び「下方」は、チップ表面に対する位置を表している。これにより、下方の注出ノズル列に設けられた単数／複数の注出ノズルから流出する冷却液は、直接にチップの刃先に向けられ、且つ上方の注出ノズル列に設けられた単数／複数の注出ノズルから流出する冷却液は、発生する切りくずに向けられるようになっている。

１つの構成では、２つの注出ノズルが上方の注出ノズル列に配置されており、且つ４つの注出ノズルが下方の注出ノズル列に配置されている。既存のスペースに応じて、多数の注出ノズルが任意に配置され得る。

注出ノズルは任意に配置され得る。好適な構成では、下方の注出ノズル列に設けられた単数／複数の注出ノズルは、チップの刃先に向けられており、且つ／又は上方の注出ノズル列に設けられた単数／複数の注出ノズルは、加工すべきワーク、特に切削時に発生する切りくずに向けられている。このようにして、切りくずは小さく保たれる。

両注出ノズル列は、要求に応じて方向付けることができる。好適には、両注出ノズル列は、８０°よりも大きく１６０°よりも小さな角度βを成している。特に好適には、角度βは１２０°〜１６０°である。これにより、注出ノズルはねらいを定めて方向付けられることになる。

チップの刃先までの、単数／複数の注出ノズルの間隔ａは、好適には１．５〜１０ｍｍ、特に３〜５ｍｍの範囲内である。これにより、冷却液は単数／複数の注出ノズルから流出した後、すぐに刃先と切りくずとに当たるようになっている。

冷却液導管の直径は、好適には０．５〜３．０ｍｍ、特に１．０〜１．５ｍｍである。これにより、高い圧力を維持し且つ十分な量の冷却液を、単数／複数の注出ノズルまで送ることができるようになっている。

クランプは、好適には鋼から成っており、クランプヘッドは、硬質材料、特にセラミック又は超硬合金から成っており、且つ取付け部品として好適にはクランプアームに交換可能に固定されている。クランプヘッドは、硬質材料、特にセラミック又は超硬合金から成る端面保護部を有していてもよい。このことは、使用可能時間を延長する。

好適には、クランプアーム、特にクランプヘッドは、チップが緊締されていない状態では、好適にはベース保持体に至る移行部に設けられた材料凹部に基づいて、ベース保持体に対してばね弾性的に形成されている。このことは、チップの緊締を容易にする。

本発明の１つの構成では、チップシートは、１つのチップシート中間区分と、このチップシート中間区分の両端部にそれぞれ配置された２つのチップシート脚部とを備えて一体的にＵ字形に形成されており、この場合、一方のチップシート脚部は、端部にフックが配置されたＬ字形のチップシート脚部として形成されており、フックは、チップシート脚部に対して実質的に垂直に形成されている。この構成は、ベース保持体におけるチップシートの交換を可能にする。

フック状の構成は、とがっていてもよいが、曲線として規定されてもよい。

本発明の１つの構成では、アンダカットが傾斜面又は曲線を有しており、この傾斜面又は曲線に適合された対応傾斜面又は対応曲線を、フックが有していて、チップシートが取り付けられた状態では、対応傾斜面が傾斜面に当接しているか、又は曲線が対応曲線に当接している。これにより、チップシートがねじによってベース保持体に固定されていなくても、チップシートが前方に向かって、ワークの方向に滑り出る恐れはない。このことは、チップシートの保持及び正確な位置決めを促進する。

ベース保持体にチップシートを更に固定するためには、クランプアームと、Ｌ字形のチップシート脚部とに、それぞれ互いに合致する第１の孔が設けられており、この第１の孔に合致する第１のねじ山付き穴が、ベース保持体内に配置されている。これにより、チップシートの上側の、クランプに面した側の端部は、ねじによって固定され得る。

追加的に、又は単独でも、非Ｌ字形のチップシート脚部には、ベース保持体に設けられた第２のねじ山付き穴と合致するように形成された、第２の孔が配置されていてよい。これにより、チップシートの下側の、クランプとは反対の側の端部は、ねじによって固定され得る。この下側の端部は、楔形に形成されていてもよい。

本発明による工具１の１つの態様の断面図である。 クランプアーム７の端部側の部分を示した図である。 ベース保持体に固定されたクランプを備えた本発明による工具１の断面図である。 取り付け部品としてのクランプヘッドを備えた本発明による工具１の断面図である。 フック若しくはアンダカットに曲線及び対応曲線を備えた本発明による工具１の断面図である。 本発明による択一的な工具１の断面図である。 図６に示したクランプヘッドの範囲Ｘを拡大して示した図である。

以下に、本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。

図１には、本発明による工具１の一部が断面されて示されている。この工具１はベース保持体１１から成っており、ベース保持体１１には、チップシート５に設けられたチップ１０が、クランプ４を介して固定されている。

クランプ４は、ベース保持体１１と一体的に形成されていて、クランプアーム７から成っており、クランプアーム７は、一方の側の端部でベース保持体１１に移行しており且つ他方の側の端部にクランプヘッド８を有している。クランプアーム７は、容易に弾性変形する程度の長さを有している。クランプヘッド８は、チップ１０が挿入されて固定された状態では、チップ１０に載置されていて、チップ１０を、交換可能なチップシート５（後で詳しく説明する）に対して押圧している。クランプアーム７には、緊締ねじ２７を用いてチップ１０を緊締するための、第１の孔２２が配置されている。これについては後で詳しく説明する。

クランプヘッド８は載置面２８を有しており、該載置面２８は、チップ１０の挿入状態において、該チップ１０に載置される。更に、クランプヘッド８は、クランプアーム７の長手方向軸線２６（図２参照）に対して実質的に垂直に配置された端面９を有している。このことは図２に拡大されて図示されている。

前記端面９には複数の注出ノズル３が配置されており、これらの注出ノズル３は、クランプ４内の少なくとも１つの冷却液導管６に接続されている。この冷却液導管６を通って、冷却液がチップ１０まで直接に案内される。冷却液導管６は、ベース保持体１１とクランプアーム７とを通って、クランプヘッド８の端面９に設けられた注出ノズル３まで延在している。

個々の注出ノズル３は、０．５〜３．０ｍｍ、特に１．０〜１．５ｍｍの横断面／直径範囲を有している。これにより、注出ノズル３は高圧に適している。

工具１は、冷却液導管６を通る冷却液が、高圧下（３０〜４００ｂａｒ）で工具１を通って、チップ１０の刃先２の直ぐ近くにまで流通するように設計されている。注出ノズル３の、刃先２までの間隔ａ（図１参照）は、１．５〜１０ｍｍ、好適には３〜５ｍｍの範囲内である。

クランプヘッド８の端面９には、好適には少なくとも３つの注出ノズル３が設けられており、この場合常に、下方の注出ノズル列１３と、上方の注出ノズル列１２とが形成される。「上方」及び「下方」は、チップ表面に対する位置を表している。最小数の３つの注出ノズルが設けられている場合は、２つの注出ノズル３が下方に配置されており且つ１つの注出ノズル３が上方に配置されている。３つよりも多くの注出ノズル３がクランプヘッド８の端面９に位置している場合は、用途に応じて組み合わせ可能な任意の態様を、下方の注出ノズル３の数と、上方の注出ノズル３の数とによって規定することができる。

本発明の特徴は、冷却液が、ベース保持体１１とクランプ４とを通って案内される、という点にある。ベース保持体１１とクランプ４とは、特に単一のユニットを形成しているが、ベース保持体１１と別個のクランプというような、２つ以上の構成部材から成っていてもよい。クランプの固定に際しては、両構成部材の冷却液導管６が、互いに内外で移行するように気を配る必要がある。

下方の注出ノズル列１３に設けられた単数／複数の注出ノズル３は、好適にはチップ１０の刃先２に向かって方向付けられており、上方の注出ノズル列１２に設けられた単数／複数の注出ノズル３は、好適には加工すべきワークに向けられており、特に切削時に発生する切りくずに向けられている。

本発明の別の特徴は、好適にはチップシート５（スローアウェイチップシートとも云う）は交換可能である、という点にある。チップ１０は、好適にはスローアウェイチップである。チップシート５を交換することができるようにするために、ベース保持体１１はクランプ４の下側に、Ｌ字形の凹部１８をアンダカット１９と共に有している。このアンダカット１９には傾斜面２０が配置されている。

チップシート５は、チップシート中間区分１４を備え、且つチップシート中間区分１４の２つの端部に、チップシート中間区分１４から実質的に垂直に延びているチップシート脚部１５を備えてＵ字形に形成されている。チップシート中間区分１４には、チップ１０を直接的に又は中間部材を介して間接的に取り付けるための凹部が設けられている。チップ１０は、その下面に好適には角柱体を有しており、この角柱体は、チップシート５又はチップシート取付け部３３に設けられた、角柱体に適合された凹部に配置されている。この角柱体によって、チップは横方向力が発生しても確実に固定されている。この角柱体構成は、想定されるあらゆる実施形態にとって有利である。しかしながら本発明では、種々様々な形状及び大きさの、別のタイプのスローアウェイチップが使用されてもよい。

チップシート５を、緊締ねじにより固定しなくとも、ベース保持体１１に固定することができるようにするために、一方のチップシート脚部１５は、Ｌ字形のチップシート脚部１６として形成されている。Ｌ字形とは、チップシート脚部１５の端部に、実質的に直角に延びているフック１７が配置されていることを意味する。チップシート脚部１５は、フック１７と共に、Ｌ字形のチップシート脚部１６を形成している。フック１７は、ベース保持体１１に面した側に、アンダカット１９の傾斜面２０に適合された対応傾斜面２１を有している。

チップシート５は、クランプ４の長手方向軸線２６に対して垂直な横方向（図２の図平面に対して垂直な方向）で、ベース保持体１１のＬ字形の凹部１８に挿入可能であり、この場合、Ｌ字形のチップシート脚部１６に設けられたフック１７は、アンダカット１９に噛み合うようになっている。この噛み合わせによって、チップシート５が前方に向かって、つまり加工すべきワークに向かって滑り出ることはなくなっている。

チップシート５にチップ１０を更に固定、特に緊締するためには、クランプアーム７と、Ｌ字形のチップシート脚部１６とに、互いに合致する第１の孔２２が設けられており、この場合、ベース保持体１１内に、合致する第１のねじ山付き穴２３が配置されている。第１の孔２２を通して第１のねじ山付き穴２３に螺入された緊締ねじ２７によって、クランプ４若しくはクランプアーム７がチップ１０に向かって押圧され、これにより、チップ１０又はチップシート取付け部３３が、チップシート５に対して押圧されて緊締されることになる。

付加的に、好適には第２の孔２４が非Ｌ字形のチップシート脚部に設けられていてよく、第２の孔２４は、第２のねじ山付き穴２５に合致するように移行している。このようにして、チップシート５は別の緊締ねじ２９によって、追加的に固定され得る。

図２には、クランプアーム７の一部の拡大横断面図が示されている。見やすさを保証するために、図２に冷却液導管６は図示していない。但し、端面９に注出ノズル３を備えるクランプヘッド８は図示されている。注出ノズル３が、２つの注出ノズル列１２，１３に配置されていることがよく判る。図示の実施形態では、上方の注出ノズル列１２に２つの注出ノズル３が配置されており、且つ下方の注出ノズル列１３に１つの注出ノズル３が配置されている。両注出ノズル列１２，１３は、要求に応じて方向付けられる。図１に示した実施形態において、両注出ノズル列１２，１３は、β＝１５０°の角度を成している。好適なのは、８０°よりも大きく１６０°よりも小さな角度βである。特に好適なのは、１２０°〜１６０°の角度βである。これにより、注出ノズル３はねらいを定めて方向付けられるようになっている。

図３には、ベース保持体１１に固定されたクランプ４を備えた、本発明による工具１の断面図が示されている。この実施形態では、クランプ４は別個の構成部材であり、図１に示した実施形態のように、ベース保持体１１と一体的に形成されてはいない。ベース保持体１１にクランプ４を固定する際に気をつけねばならないのは、冷却液導管６が互いに接続されている、という点である。図１に示した実施形態に対する別の相違点は、本実施形態では傾斜面２０が曲線３０により代替されており、且つ対応傾斜面２１が対応曲線３１により代替されている点である。その他の点において、図１に示した実施形態との相違点はない。同じ符号は、同じ構成部材を示している。

図４には、ベース保持体１１に固定されたクランプ４を備えた、本発明による工具１の断面図が示されており、クランプ４は、図１に示した実施形態のように、ベース保持体１１と一体的に形成されている。クランプ４が弾性変形するように、クランプアーム７からベース保持体１１に至る移行部には、材料凹部３２が配置されている。この実施形態では、材料凹部３２は半球形に形成されている。その他の点において、この実施形態は、クランプヘッド８が例えばセラミックから成る別個の構成部材として、クランプアーム７に結合されている、という点において相違している。図１に示した実施形態に対する別の相違点は、本実施形態では傾斜面２０が曲線３０によって代替されており、且つ対応傾斜面２１が対応曲線３１によって代替されている点である。その他の点において、図１に示した実施形態との相違点はない。同じ符号は、同じ構成部材を示している。

図５には、ベース保持体１１に固定されたクランプ４を備えた、本発明による工具１の断面図が示されている。この実施形態では、非Ｌ字形のチップシート脚部３４は、ベースホルダ１１の接触している領域３５と同様に、楔形に形成されている。

図示の全ての実施形態において、チップ１０はチップシート取付け部３３に着座しており、チップシート取付け部３３はチップシート５に着座している。図示の全ての実施形態において、チップ１０はその下面に楔３６を有しており（図６参照）、チップシート取付け部３３は、楔３６に適合された凹部を有している。この楔３６は、角柱体とも云う。

図６には、特別なクランプヘッド８を備えた、本発明による工具１の断面図が示されている。図７は、図６に示した範囲Ｘを、図６に示したクランプヘッド８と共に拡大して示す図である。

図６及び図７に示すクランプヘッド８は、互いに角度を付けられた複数の端面９を有している。手前側の端面９ａからは、側方端面９ｂと９ｃとが、それぞれ延びている。これらの端面９ａと、側方端面９ｂ及び９ｃとには、４つの注出ノズル３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが配置されており、これらの注出ノズルは、下方の注出ノズル列１３に配置されている。この下方の注出ノズル列１３は、チップ１０の上面３８に対して平行に延在している。下方の注出ノズル列１３の上方には、上方の注出ノズル列１２が延在しており、この上方の注出ノズル列１２には、２つの注出ノズル３が配置されている。この上方の注出ノズル列１２も、チップ１０の上面３８に対して平行に延在している。図７においてよく判るように、４つの注出ノズル３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄはチップ１０に向けられており、好適にはチップ１０の刃先に向けられている。上方の注出ノズル列１２の２つの注出ノズル３は、発生する切りくず３７に向けられている。このようにして切りくずは小さく保たれる。

本発明は、
イ）チップ１０の耐用年数が向上され、
ロ）長いチップが短く保たれ、且つ
ハ）必要な場合はチップシート５が個別に、部分的に交換され得る
ように、切削動作が最適化されている、という点において優れている。

チップは一般にインサート刃物のことであり、反対にインサート刃物はチップのことである。

Claims (17)

1. 切削加工用工具（１）であって、ベース保持体（１１）と、チップシート（５）と、クランプアーム（７）及び端部側のクランプヘッド（８）を備えるクランプ（４）と、チップ（１０）とを有しているものにおいて、
   前記クランプ（４）は、前記ベース保持体（１１）に結合されており、当該工具（１）内で前記ベース保持体（１１）と前記クランプ（４）とを通って前記クランプヘッド（８）に至るまで、少なくとも１つの冷却液導管（６）が案内されており、該冷却液導管（６）は、前記クランプヘッド（８）に設けられた少なくとも１つの注出ノズル（３）に開口していることを特徴とする、切削加工用工具。
2. 前記クランプ（４）は、前記ベース保持体（１１）と一体的に形成されている、請求項１記載の工具。
3. 前記クランプヘッド（８）は、少なくとも１つの端面（９）を有しており、該少なくとも１つの端面（９）には、単数／複数の注出ノズル（３）が配置されている、請求項１又は２記載の工具。
4. 前記端面（９）が複数の場合、これらの端面（９）は互いに角度付けられている、請求項３記載の工具。
5. 前記単数／複数の注出ノズル（３）は、上方の注出ノズル列（１２）及び／又は下方の注出ノズル列（１３）に配置されており、前記「上方」及び前記「下方」は、チップ表面に対する位置を表している、請求項１から４までのいずれか１項記載の工具。
6. 前記上方の注出ノズル列（１２）には２つの注出ノズル（３）が配置されており、且つ前記下方の注出ノズル列（１３）には４つの注出ノズル（３）が配置されている、請求項５記載の工具。
7. 前記下方の注出ノズル列（１３）に設けられた前記単数／複数の注出ノズル（３）は、前記チップ（１０）の刃先（２）に向けられており、前記上方の注出ノズル列（１２）に設けられた前記単数／複数の注出ノズル（３）は、加工すべきワーク、特に切削時に生じる切りくずに向けられている、請求項５又は６記載の工具。
8. 前記チップ（１０）の刃先（２）までの、前記単数／複数の注出ノズル（３）の間隔ａは、１．５〜１０ｍｍ、特に３〜５ｍｍの範囲内である、請求項１から７までのいずれか１項記載の工具。
9. 前記冷却液導管（６）の直径は、０．５〜３．０ｍｍ、特に１．０〜１．５ｍｍである、請求項１から８までのいずれか１項記載の工具。
10. 前記クランプ（４）は鋼から成っており、前記クランプヘッド（８）は硬質材料、特にセラミック又は超硬合金から成っており且つ取付け部品として前記クランプアーム（７）に固定されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の工具。
11. 前記クランプアーム（７）、特に前記クランプヘッド（８）は、前記チップ（１０）が緊締されていない状態では、好適には前記ベース保持体（１１）に至る移行部に設けられた材料凹部（３２）に基づいて、前記ベース保持体（１１）に対してばね弾性的に形成されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の工具。
12. 前記チップシート（５）は、１つのチップシート中間区分（１４）と、該チップシート中間区分（１４）の両端部にそれぞれ配置された２つのチップシート脚部（１５）とを備えて一体的にＵ字形に形成されており、一方のチップシート脚部（１５）は、端部にフック（１７）が配置されたＬ字形のチップシート脚部（１６）として形成されており、前記フック（１７）は、前記チップシート脚部（１５）に対して実質的に垂直に形成されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の工具。
13. 前記ベース保持体（１１）は、前記クランプ（４）の下側に、Ｌ字形の凹部（１８）をアンダカット（１９）と共に有しており、前記チップシート（５）は、前記クランプ（４）の長手方向軸線に対して垂直な横方向で、前記Ｌ字形の凹部（１８）に挿入されるようになっており、前記Ｌ字形のチップシート脚部（１６）に設けられた前記フック（１７）は、前記アンダカット（１９）と噛み合うようになっている、請求項１２記載の工具。
14. 前記アンダカット（１９）は、傾斜面（２０）又は曲線（３０）を有しており、前記フック（１７）は、前記傾斜面（２０）又は曲線（３０）に適合された対応傾斜面（２１）又は対応曲線（３１）を有しており、前記チップシート（５）が取り付けられた状態では、前記対応傾斜面（２１）は前記傾斜面（２０）に当接しているか、又は前記曲線（３０）は前記対応曲線（３１）に当接している、請求項１３記載の工具。
15. 前記クランプアーム（７）と、前記Ｌ字形のチップシート脚部（１６）には、それぞれ互いに合致する第１の孔（２２）が設けられており、前記ベース保持体（１１）には、前記第１の孔（２２）に合致する第１のねじ山付き穴（２３）が配置されている、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の工具。
16. 非Ｌ字形のチップシート脚部（３４）に第２の孔（２４）が配置されており、前記ベース保持体（１１）に、前記第２の孔（２４）に合致するように第２のねじ山付き穴（２５）が形成されている、請求項１２から１５までのいずれか１項記載の工具。
17. 前記非Ｌ字形のチップシート脚部（３４）は、楔形に形成されている、請求項１２から１６までのいずれか１項記載の工具。

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