JP2018525237A - 特には孔を精密加工するためのリーマ工具である機械工具 - Google Patents

Abstract

本発明は、工具軸（１２）を有し加工されるべき部材に対して相対回転する工具保持部（１４）、及び、工具保持部（１４）に交換可能に取り付けられた複数の切削プレート（１８）を備えており、切削プレート（１２）の作動状態にある切削エッジ（２０）は工具軸（１２）に対して同軸な共通の１つの切削円を有している、機械工具に関するものである。本発明に従い、工具保持部（１４）が、複数の切削プレート（１８）を半径方向で位置決めするための、工具軸（１２）の周りを取り囲むシリンダ状のプレート座周面（２４）を有しており、複数の切削プレート（１８）は少なくとも１つのプレート座周面（２４）との接触状態へもたらされ得る当接側部（２６）を有することが提案される。

Description

本発明は、特には孔を精密加工するためのリーマ工具である機械工具に関するものであり、当該機械工具は、工具軸を有し加工されるべき部材に対して相対回転する１つの工具保持部（工具ホルダ）、及び、工具保持部に交換可能に取り付けられた複数の切削プレート（切削インサート）を備えており、切削プレートの作動状態にある切削エッジ（アクティブな切削エッジ）は工具軸に対して同軸な共通の１つの切削円を有している。

リーマ加工は、形状的に確定した刃（ブレード）を用いた、機械的な加工方法であって、その際、貫通加工又は穴あけ加工とは異なり、小さな応力断面のみを用いて、常に予加工（プリ加工）された孔内で加工が行われる。直径でのリーマ代或いは取り除かれるべき取代は、通常０．１ｍｍから０．５ｍｍの範囲にある。リーマ工具は、孔部の形状、位置、粗さ、並びに直径について可能な限り僅かな公差と共に、複数の部材に渡る高い孔部の質を保証するべきである。孔部の数マイクロメートル範囲での寸法精度を達成するために、リーマ工具は加工タスクに個別に適応される。この精度は一般に、工具保持部と固定的に接続された切削体の研磨を正確に定義することによって達成され得る。パフォーマンスを向上させるためには、切削体をコーティングすることが有効であった、その際、取り外し可能な切削体は研磨後にコーティングのために再び取り除かれ、またその後、その元々のプレート座に取り付けられる、そしてそれは必要な公差を維持することを目的としていた。寿命の後には、上述の工程に従い、新たな切削体を用いて、機械工具の新たに取り付けを行わなければならない。それにより、取扱コスト、クリーニングコスト、及び、物流コストは、非常に高い。個別に調節可能なプレート座は公差を補うことが出来るものであろうが、その種の調整装置の製造費用及び切削プレートの個々別々の調整はコスト高である。

それに起因して、本願発明は、従来技術において知られている機械工具を更に改良し、正確且つ比較的安価なコストで交換可能な切削プレートの位置決めを可能とするという課題に基いている。

この課題を解決するために、請求項１に記載の特徴の組み合わせが提案される。本発明の有利な実施形態及び発展形態は、従属請求項からもたらされる。

本発明は、個別に形成されたプレート座に代えて、全ての切削プレート用の形状的に簡潔な１つのベース形状部を提供するという着想に基いている。それに応じ本発明に従い、工具保持部は、工具軸の周りを取り囲むシリンダ状のプレート座周面にして、切削プレートの半径方向での位置決めのためのプレート座周面を有しており、その際、切削プレートは、プレート座周面との接触状態へもたらすことが可能な少なくとも１つの接触側部を有していることが提案される。シリンダ状のプレート座周面により、切削プレートと接触させるための、周囲を取り囲み同心に湾曲された柱面（シリンダ面）が提供される。それにより、切削プレートとそれらの元々のプレート座（ホームプレート座）の間での個別の割り当てを必要とせずに、リーマ加工用の機械工具のためにも僅かな位置決め公差を維持することが可能である。

有利には、プレート座周面は、歪まずに平面へと展開され得る一般的な柱面の幾何学的な形状を有している。その種の一般的な柱面は、１本の直線の準線に沿っての平行移動によって、定義される。

別の有利な構成は、プレート座周面が不均一に湾曲された環状輪郭を有することを企図している。それにより、環状輪郭に沿った周方向での移動によって、直径公差を調整することが可能である。代替的に、プレート座周面が均一に湾曲された環状輪郭（円形輪郭）を有するである場合も有利である。この場合は、角位置或いはその誤りとは無関係に正確な切削円を維持することが可能である。

プレート座周面が研削面として、特には円研削によって、形成されている場合は特に有利であり、その結果、製造技術的に、μｍ範囲の公差を維持することが出来る。

有利には、プレート座周面は、均一な位置決め表面として、その周囲に分配された切削プレート用の複数のプレート座を形成しており、その際、切削プレートはプレート座上へ固定的に割り当てられてはおらず、選択的に分配可能である。

製造技術的な更なる簡素化は、複数の切削プレートがそれらの切削エッジと共に、工具保持部とは別々に製造されていること、を企図している。

複数の切削プレートのそれぞれが複数の切削エッジを有している場合もまた有利であり、その結果寿命が相応に向上され得る。

定義された位置保持を簡潔な手段を用いて保証するためには、複数の切削プレートが螺合接続部（締め付け接続部）の力の作用下でプレート座周面へ押し付けられている場合が有利である。

この関連においては、螺合接続部の少なくとも１つの分力（力成分）が、ネジ穴及びクランプボルト（クランプスクリュー）のネジ山の間での軸方向変位によって、発生されている場合も有利であり、その結果、多軸的な固定が可能である。

特に簡潔なバリエーションは、複数の切削プレートのそれぞれが、１つのクランプボルトを用いて直接工具保持部に締付け固定（ネジ固定）されていることを、企図している。

代替として、複数の切削プレートが工具保持部にネジ固定されたクランプ部材によってプレート座周面に対して挟み付けられることも可能である。この場合は、切削プレートにおける貫通孔も必要ない。

簡潔な様態でトルクの伝達をも可能とするためには、プレート座周面の周方向で交互に配設された切削プレート及びクランプ部材が１つの環状構造を補完し合う場合が有利である。

クランプ部材が切削プレートと係合状態にあるクランプ面に、複数刃の切削プレートの作動状態にない切削エッジ（アクティブでない切削エッジ）を収容するためのポケット部を有していることによって、追加機能が実現され得て、その結果、使用されない切削エッジもまた加工時に発生する削りくずから保護され続ける。

別の使用上の利点は、クランプ部材が切削プレートへ冷却剤を案内するための流路を有していることによって、もたらされる。

正確に定義されたグラつきのない支持を保証するためには、複数の切削プレートがそれらの当接側部（接触側部）に、プレート座周面との接触のためのそれぞれ２つの当接位置（当接箇所）にして、工具軸に関連して１つの角度間隔で互いに並んでいる当接位置を有している場合が有利であり、当該当接位置は好ましくは点形状又は線形状である。

そのような互いに間隔を置かれた接触位置は、切削プレートがその当接側部に工具軸に対して平行に延伸するそれぞれ１つのリセス部（除去部）にして、特にはノッチ状のリセス部を有していることによって、周りの空間を空けられ得る。

トルクを伝えるために或いは切削力を伝達するために、複数の切削プレートが、工具保持部に固定又は形成されている少なくとも１つのサポート部にてそれぞれプレート座周面の外側で個別に支持されている場合が、有利である。

更なる改良は、切削プレートの軸方向での支持のために、工具保持部が、プレート座周面を取り囲み工具軸の半径方向平面にある環状肩部を、有していること、を企図している。

製造技術的に特に有利な構成においては、プレート座周面は、工具保持部の円柱状又は円筒状の端部突出部によって、形成されている。

以下において、本発明は図中で概略的に示されている実施例を用いて、より詳細に説明される。

シリンダ状のプレート座周面を備えるリーマ工具及びそこに位置決めされた複数の切削プレートを斜視図で示す。 図１のリーマ工具の切削プレートを拡大図で示す。 切削プレートの別の実施例を示す。 切削プレートの別の実施例を示す。 リーマ工具の第２の実施例を部分斜視図で示す。 図５の破線で示された領域を部分拡大図で示す。 リーマ工具の第３の実施例を部分斜視図で示す。 切削プレート及びクランプ部材なしの状態の図７のリーマ工具の工具保持部を示す。 リーマ工具の第４の実施例を斜視図で示す。 図９のリーマ工具の工具保持部を端面図で示す。

図中に示されている複数のリーマ工具１０は、１つの部材内にプリ成形された孔部の仕上げ加工（精密加工）ために、工具機械を用いて工具軸１２の周りで回転駆動され得て、またその際軸方向に変位され得る。その目的は、リーマ代を機械加工的に取り除き、高い表面品質（十分な表面仕上げ）で、高精度で調整された孔部を作製することである。工具軸はしかしながら、部材のための回転軸であってもよく、当該部材は静止した機械工具を用いて加工するために当該回転軸の周りで回転移動される。

図１に示されているように、リーマ工具１０は基本形状に関してシリンダ状の工具保持部１４を有しており、当該工具保持部１４はその後方端部にて連結部１６を介してマシンスピンドルに接続可能な収容部に接続可能である。工具保持部１４或いは工具本体１４の前方端部には、複数の切削プレート（切削インサート）１８が周方向に分配されて取り付けられている。これらの切削プレート１８の半径方向外側の作動状態にある切削エッジ２０は、工具軸１２に対して同心の１つの共通の切削円上を回転する。切削プレート１８を半径方向で正確に位置決めするため、工具保持部１４には端部突出部２２が設けられており、当該端部突出部２２は周面側で工具軸１２の周りを取り囲むシリンダ状のプレート座周面２４を形成しており、当該プレート座周面２４は連続的に凸状に湾曲された柱面（シリンダ面）を有している。切削プレート１８は、その際、以下で詳述されるように、当接側部２６でプレート座周面２４或いはその柱面に当接している。

図１ではプレート座周面２４は円柱形状を有している。基本的には、複数の一般的な柱面もプレート座周面２４として使用可能であり、例えば、それによりもたらされる曲線或いは準線が段階的に異なって湾曲されている柱面、又は、多角形である柱面も、プレート座周面２４として使用可能である。柱面の幾何学的な特徴は、一般に、柱面が歪まずに平面へと展開され得る線織面であることである。また、基本形状ではシリンダ状のプレート座周面２４が、設けられている複数のプレート座の間に、複数のリセス部（凹部、切り欠き部、除去部）を備えていることも考えられ、その目的は例えば、作動状態にない切削エッジの周りの空間を空けることである。

図示されている垂直な円柱の例では、プレート座周面２４は研削面として円研削によって高精度に定義された直径へ至らしめられ得る。従って、プレート座周面２４は、部分的に切削プレート１８用のプレート座を形成し、当該切削プレート２４は、固定的には割り当てられず、選択的にプレート座へ分配可能である。合目的には、予製造された切削プレート１８が呼び寸法保持部に位置決めされ、それらの切削エッジ２０にて定義された１つの直径へと研磨される。

図１から更に明らかであるように、工具保持部１４は、切削プレート１８を軸方向で支持するためのベース支持面として、プレート座周面２４を取り囲み工具軸１２の半径平面に存する環状肩部２８を有している。それらの切削エッジ２０の近傍には、クズを排出するためのクズノッチ（クズ溝）３０が工具保持部１４の周面へもたらされている。

切削工程の際に発生するトルク及びねじり力を伝えることが出来るように、プレート座周面２４の外側には、環状肩部２８に固定されたピン形状のサポート部３２が設けられており、当該サポート部３２は、割り当てられた切削プレート１８の側部プレート面のための重ね面として作用する。

正確な位置保持のために、切削プレート１８は螺合接続部３４によって、プレート座周面２４、環状肩部２８及び割り当てられたサポート部３２に対して、同時に押し付けられる。螺合接続部３４はそれぞれ、１つの皿頭ネジ３６を有しており、当該皿頭ネジ３６はそれぞれの切削プレート１８の貫通孔３８を貫通しており、また、予め設定された軸方向のオフセットと共に環状肩部２８におけるネジ穴内へ、以下のようにねじ込まれ得る、即ち、プレート座周面２４に対してまた関連するサポート部３２に対して切削プレート１８を側方で押し付けるための所望の分力も加えられるように、ねじ込まれ得る。

図２からも見て取れるように、複数の切削プレート１８はそれらの当接側部２６に、プレート座周面２４と接触するための、側部の平面によって形成されるそれぞれ２つの側方の当接位置４０を有している。それらの当接位置４０は製造技術的に有利には平面によって形成されているが、凸の輪郭を有していてもよい。複数の切削プレート１８が取り付けられた状態では、これらの接触位置４０は工具軸１２に関して互いに１つの角度間隔で存在しまた直線的に軸平行に延伸しているので、その結果、明確に特定された半径方向での支持が達成される。この目的のために、工具軸１２に対して平行に直行する中央のリセス部（除去部）４２が、接触位置４０の間に設けられており、当該リセス部４２は凹の断面輪郭、特にはノッチ状又は溝状の断面輪郭を有している。

以下の実施例においては、同一の又は類似の部分には上述の記載と同じ符号が付されている。

図３は両刃式の切削プレート１８の実施例を示しており、当該両刃式の切削プレート１８はインサートチップとして貫通孔３８に対して水平方向に延びる対称軸に関して点対称に形成されている。その際両方の切削エッジ２０のためにそれぞれ１つの当接側面２６が設けられている。切削エッジ２０は、反対方向に向かって貫通孔３８を取り囲む端面から突出している。用いられない第２の切削エッジ２０はその際、底部支持面或いは環状肩部におけるプレート座周面２４と接触する環状の穴内に収容され得る。第２の切削エッジ２０が使用されるべきである場合には、切削プレート１８が取り外され、対称軸４４の周りで１８０°回転される。

図４は、代替的な３刃式の切削プレート１８の実施例を示している。これは３つの接触側部２６を有しており、刃を交換するため開口部軸４６の周りで１２０°回転され得る。

図５に示されているリーマ工具１０の実施例は、切削プレート１８が孔部なしで設計されており直接的にネジ固定されているのではなくクランプ部材４８によって間接的にプレート座周面２４に対してクランプ（挟持）されている点で、実質的に図１の例とは異なっている。クランプ部材４８のそれぞれは、半径方向で端部突出部２２内へねじ留めされるボルト３６によって固定されている。その際、プレート座周面２４の周方向で互い違いに配設される切削プレート１８及びクランプ部材４８は、形状に基づく拘束状態で１つのリング構造を補完し合い、その結果、追加のサポート部（図１におけるピン３２）は用いられない。

図６から最もよく見て取れるように、プレート座周面２４には軸方向に延伸する複数の空の丸溝５０が組み込まれており、それらは作動状態にない第２の切削エッジ２０のための開放空間をもたらす。同様にクランプ部材４８も、切削プレート１８と係合状態にあるそのクランプ面にて、使用されない切削エッジ２０を保護するためにポケット部或いはリセス部５２を有することが出来る。更なる機能の拡張として、クランプ部材は冷却剤を案内するために作動状態にある切削エッジ２０の範囲に合流する流路５４を有していてもよい。

図７及び図８に示されている実施例においては、プレート座周面２４は円筒（中空シリンダ）状の環状凸部２２によって形成されており、当該環状凸部２２はその周囲に渡って複数の長穴５６を備えている。この場合もまた、切削プレート１８及びクランプ部材４８は周方向で交互に配設されている。但しクランプ部材４８はボルト３６を用いて、環状凸部２２の内側に接するスそれぞれ１つのロットナット５８に固定される。それにより、切削プレート１８の位置、その数、並びに、均一或いは不均一な分布が、大幅に自由に選択可能である。切削プレート１８を不均一な分布を達成するためには、クランプ部材４８の長さを対応的に変更してもよい。

図９及び図１０は、部分的に異なって湾曲されたプレート座周面２４を有する実施例が示されている。これらの周囲部分の数は、設けられている切削プレート１８の数に依存しており、図９においてはそれらのうち２つのみが図示されている。プレート座周面２４に沿って切削プレート１８を変位させることによって、複数の異なる切削径を、好ましくはμｍ範囲で、実現することが可能である。更に、この変位によって、製造公差又は切削エッジの摩耗を補うことが出来る。トルクを共に伝えるために、この場合、それぞれのプレート座用に、工具保持部１４の環状肩部２８には複数の孔部６０が設けられており、当該孔部内にはサポート部３２及びクランプボルト３６が選択的に位置決め可能である。

１２ 工具軸
１４ 工具保持部
１８ 切削プレート（切削インサート）
２０ 切削エッジ
２２ 端部突出部
２４ プレート座周面
２６ 当接側部
３２ サポート部
３４ 螺合接続部
３６ クランプボルト（締付けネジ、皿頭ネジ）
４０ 当接位置
４２ リセス部
４８ クランプ部材
５２ ポケット部、リセス部
５４ 流路

Claims (19)

1. 特には孔を精密加工するためのリーマ工具である機械工具であって、工具軸（１２）を有し加工されるべき部材に対して相対回転する工具保持部（１４）、及び、前記工具保持部（１４）に交換可能に取り付けられた複数の切削プレート（１８）を備えており、前記切削プレート（１８）の作動状態にある切削エッジ（２０）が前記工具軸（１２）に対して同軸な共通の１つの切削円を有している、機械工具において、
   前記工具保持部（１４）は、前記複数の切削プレート（１８）を半径方向で位置決めするための、前記工具軸（１２）の周りを取り囲むシリンダ状のプレート座周面（２４）を有しており、前記複数の切削プレート（１８）が少なくとも１つの前記プレート座周面（２４）との接触状態へもたらされ得る当接側部（２６）を有していること、
   を特徴とする機械工具。
2. 請求項１に記載の機械工具において、
   前記プレート座周面（２４）が、歪まずに平面へと展開され得る一般的な柱面の幾何学的な形状を有していること、
   を特徴とする機械工具。
3. 請求項１又は２に記載の機械工具において、
   前記プレート座周面（２４）が、不均一に又は均一に湾曲された環状輪郭を、特には円形状の環状輪郭を有していること、
   を特徴とする機械工具。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載の機械工具において、
   前記プレート座周面（２４）が研削面として、特には円研削によって、形成されていること、
   を特徴とする機械工具。
5. 請求項１から４の何れか一項に記載の機械工具において、
   前記プレート座周面（２４）が、その周囲に渡って分配された前記複数の切削プレート（１８）用の複数のプレート座を形成しており、その際前記複数の切削プレート（１８）が前記複数のプレート座に固定的には割り当てられておらず選択的に分配可能であること、
   を特徴とする機械工具。
6. 請求項１から５の何れか一項に記載の機械工具において、
   前記複数の切削プレート（１８）がそれらの切削エッジ（２０）と共に、前記工具保持部（１４）とは別々に製造されていること、
   を特徴とする機械工具。
7. 請求項１から６の何れか一項に記載の機械工具において、
   前記複数の切削プレート（１８）のそれぞれが、複数の切削エッジ（２０）を有していること、
   を特徴とする機械工具。
8. 請求項１から７の何れか一項に記載の機械工具において、
   前記複数の切削プレート（１８）が螺合接続部（３４）の力の作用下で前記プレート座周面（２４）に押し付けられていること、
   を特徴とする機械工具。
9. 請求項８に記載の機械工具において、
   前記螺合接続部（３４）の少なくとも１つの分力が、ネジ穴及びクランプボルト（３６）のネジ山の間での軸方向変位によって、発生されていること、
   を特徴とする機械工具。
10. 請求項１から９の何れか一項に記載の機械工具において、
    前記複数の切削プレート（１８）のそれぞれが、１つのクランプボルト（３６）を用いて直接前記工具保持部（１４）に締付け固定されていること、
    を特徴とする機械工具。
11. 請求項１から１０の何れか一項に記載の機械工具において、
    前記複数の切削プレート（１８）が前記工具保持部（１３）に締付け固定されたクランプ部材（４８）によって前記プレート座周面（２４）に対して挟持されてこと、
    を特徴とする機械工具。
12. 請求項１１に記載の機械工具において、
    前記プレート座周面（２４）の周方向で交互に配設されている切削プレート（１８）及びクランプ部材（２８）が１つのリング構造を補完し合っていること、
    を特徴とする機械工具。
13. 請求項１１又は１２に記載の機械工具において、
    前記複数のクランプ部材（４８）が、前記複数の切削プレート（１８）と係合状態にあるクランプ面に、複数刃式の切削プレート（１８）の作動状態にない切削エッジ（２０）を収容するためのポケット部（５２）を有していること、
    を特徴とする機械工具。
14. 請求項１１から１３の何れか一項に記載の機械工具において、
    前記クランプ部材（４８）が前記切削プレート（１８）へ冷却剤を案内するための流路（５４）を有していること、
    を特徴とする機械工具。
15. 請求項１から１４の何れか一項に記載の機械工具において、
    前記切削プレート（１８）がそれらの当接側部（２６）にて、前記プレート座周面（２４）に当接するためのそれぞれ２つの当接位置（４０）にして、前記工具軸（１２）に関して１つの角度間隔で互いに並んでいる、特には点形状又は線形状の、当接位置（４０）を有していること、
    を特徴とする機械工具。
16. 請求項１から１５の何れか一項に記載の機械工具において、
    前記複数の切削プレート（１８）がそれらの当接側部（２６）にて、前記工具軸（１２）に対して平行に延伸するそれぞれ１つのリセス部（４２）にして、特にはノッチ状のリセス部（４２）を有していること、
    を特徴とする機械工具。
17. 請求項１から１６の何れか一項に記載の機械工具において、
    前記切削プレート（１８）が、前記工具保持部（１４）に固定又は形成されたそれぞれ少なくとも１つのサポート部（３２）にて、前記プレート座周面（２４）の外側で、トルクを伝えるために追加的に支持されていること、を特徴とする機械工具。
18. 請求項１から１７の何れか一項に記載の機械工具において、
    前記工具保持部（１４）が、前記切削プレート（１８）を軸方向で支持するための、前記プレート座周面（２４）を取り囲み前記工具軸（１２）の半径方向平面にある環状肩部（２８）、を有していること、を特徴とする機械工具。
19. 請求項１から１８の何れか一項に記載の機械工具において、
    前記プレート座周面（２４）が、前記工具保持部（１４）の円柱状又は円筒状の端部突出部（２２）によって、形成されていること、を特徴とする機械工具。

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