JP2019123023A - 刃先交換式切削工具用ホルダおよび刃先交換式切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な強度を保ちつつ軽量化を図ることができる刃先交換式切削工具用ホルダおよび刃先交換式切削工具。【解決手段】金属材料から構成される本体部と、本体部を補強する補強部と、を備え、本体部は、軸方向と直交する面に沿って延びる円板部と、円板部の径方向外縁に位置し切削インサートを支持するインサート支持部と、を有し、円板部は、軸方向一方側を向く第１面と軸方向他方側を向く第２面とを有し、円板部には、本体部を工作機械に固定する固定ボルトが挿通される第１の挿通孔が設けられ、円板部には、第２面側に開口し径方向に沿って延び工作機械のキー部に嵌るキー溝が設けられ、補強部は、繊維強化樹脂材料から構成され、円板部の第１面に接着固定され、補強部には、軸方向から見て第１の挿通孔と重なり固定ボルトの頭部より大径の第２の挿通孔が設けられる、刃先交換式切削工具用ホルダ。【選択図】図３

Description

本発明は、刃先交換式切削工具用ホルダおよび刃先交換式切削工具に関する。

特許文献１には、繊維強化樹脂材料で成形したボディ本体の内部に、チップ（切削インサート）を保持するカッタプレートを埋め込むことで、軽量化を図ったフライスカッタボディが開示されている。

特開昭６２−１３０１１３号公報

一般的に繊維強化樹脂材料は、引張方向と比較して圧縮方向に対する強度が低い。特許文献１に記載の構造では、切削インサートが被削材から受ける応力によって、繊維強化樹脂材料からなるボディ本体に圧縮方向の応力が加わる。このため、従来構造では、ボディ本体に損傷が生じやすいという問題があった。

本発明は、このような背景の下になされたものであって、十分な強度を保ちつつ軽量化を図ることができる刃先交換式切削工具用ホルダおよび刃先交換式切削工具の提供を目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明の一態様の刃先交換式切削工具用ホルダは、円盤状をなし、先端外周部において間隔をあけて複数の切削インサートを支持し、工具軸周りに回転させられる刃先交換式切削工具用ホルダであって、金属材料から構成され工作機械の軸方向一方側に固定される本体部と、前記本体部を補強する補強部と、を備え、前記本体部は、軸方向と直交する面に沿って延びる円板部と、前記円板部の径方向外縁に位置し前記切削インサートを支持するインサート支持部と、を有し、前記円板部は、軸方向一方側を向く第１面と軸方向他方側を向く第２面とを有し、前記円板部には、前記本体部を前記工作機械に固定する固定ボルトが挿通される第１の挿通孔が設けられ、前記円板部には、前記第２面側に開口し径方向に沿って延び前記工作機械のキー部に嵌るキー溝が設けられ、前記補強部は、繊維強化樹脂材料から構成され、前記円板部の第１面に接着固定され、前記補強部には、軸方向から見て前記第１の挿通孔と重なり前記固定ボルトの頭部より大径の第２の挿通孔が設けられる。

上述の構成によれば、金属材料からなる本体部が繊維強化樹脂材料から構成された補強部により補強されることで、刃先交換式切削工具用ホルダ全体として軽量化を図りつつ本体部の変形を抑制することができる。
また、上述の構成によれば、円板部の第１面に補強部が接着固定される。補強部の繊維強化樹脂材料は、軸方向と直交する方向が繊維方向とされるため、切削加工時の円板部の撓みを効果的に抑制できる。
また、上述の構成によれば、補強部には、円板部の第１の挿通孔に挿入される重なる第２の挿通孔が設けられる。第２の挿通孔は、第１の挿通孔に挿通される固定ボルトの頭部より大径である。したがって、固定ボルトによって円板部を工作機械に固定する応力が、補強部に加わることがなく、補強部に損傷が生じることを抑制できる。

上述の刃先交換式切削工具用ホルダにおいて、前記円板部の第１面には、前記第２の挿通孔の内側に配置される円筒状のカラー部が設けられ、前記カラー部は、金属材料から構成されていてもよい。

上述の構成によれば、カラー部の円板部と反対側の端面を固定ボルトの頭部を着座させる面とすることができる。これにより、固定ボルトの頭部に締結工具がとどきやすくなり、固定ボルトの締結時の作業性を高めることができる。

上述の刃先交換式切削工具用ホルダにおいて、前記カラー部は、前記第２の挿通孔の内周面に接着固定される構成としてもよい。

上述の構成によれば、カラー部が補強部に接着固定されているため、カラー部が刃先交換式切削工具用ホルダから脱落することを抑制できる。
なお、カラー部は、本体部の一部であっても、本体部と別部材であってもよい。

上述の刃先交換式切削工具用ホルダにおいて、前記インサート支持部は、前記円板部の径方向外縁から軸方向他方側に筒状に延び、前記補強部は、前記インサート支持部の内周面に接着固定される構成としてもよい。

上述の構成によれば、補強部が円板部の第１面およびインサート支持部の内周面に固定されることで、補強部を本体部に強固に固定することができる。加えて、補強部によってインサート支持部を補強することができる。これにより、切削時のインサート支持部の変形を抑制して、加工精度を高めることができる。

上述の刃先交換式切削工具用ホルダは、前記インサート支持部の軸方向一方側の端部にネジ固定される押さえ部材を備え、前記補強部は、軸方向において前記円板部と前記押さえ部材の間に挟み込まれる構成としてもよい。

上述の構成によれば、押さえ部材と円板部との間に補強部を挟み込んで保持する構造を実現することができる。結果的に、補強部が本体部に対して強固に固定され、本体部による補強部の保持の確実性を高めることができる。

本発明の一態様の刃先交換式切削工具用ホルダは、前記刃先交換式切削工具用ホルダと、前記刃先交換式切削工具用ホルダに保持された複数の切削インサートと、を備える。

この構成によれば、冷却効率を高めたクーラント供給路を備えた刃先交換式切削工具を提供できる。

本発明によれば、十分な強度を保ちつつ軽量化を図ることができる刃先交換式切削工具用ホルダおよび刃先交換式切削工具の提供が可能となる。

図１は、一実施形態の切削工具の正面図である。 図２は、一実施形態の切削工具の底面図である。 図３は、図２のIII−III線に沿う断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る切削工具（刃先交換式切削工具）１について説明する。以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。

図面においては、図示される切削工具の姿勢を明確にするために、Ｚ軸を示す。また、以下の説明においては、Ｚ軸方向の負の側（−Ｚ側，軸方向一方側）を「下側」と呼び、Ｚ軸方向の正の側（＋Ｚ側，軸方向他方側）を「上側」と呼ぶ。なお、本明細書における上下方向は、切削工具の使用時の姿勢の一例であり、刃先交換式切削工具の姿勢を限定するものではない。また、特に断りのない限り、刃先交換式切削工具の工具軸Ｏに平行な方向を単に「軸方向」又は「上下方向」と呼び、工具軸Ｏを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、工具軸Ｏを中心とする周方向、すなわち、中心軸）の軸周りを単に「周方向」と呼ぶ。

＜切削工具（刃先交換式切削工具）＞
図１および図２は、それぞれ切削工具１の正面図および底面図である。また、図３は図２のIII−III線に沿う断面図である。

本実施形態の切削工具１は、正面フライスカッタである。切削工具１は、切刃３１により金属材料等からなる被削材にフライス加工を施す。切削工具１は、回転する工作機械９の主軸部の下端に取り付けられる。切削工具１は、その工具軸Ｏを工作機械９の回転軸と一致するように工作機械９に固定され、工作機械９によって工具軸Ｏを中心として回転させられる。

図１に示すように、切削工具１は、ホルダ（刃先交換式切削工具用ホルダ）１０と、ホルダ１０に着脱可能に取り付けられる複数の切削インサート３０と、を備える。

切削インサート３０は、超硬合金等の硬質材料からなる。切削インサート３０は、ホルダ１０の先端外周部１０ａに工具軸Ｏ周りに互いに間隔をあけて設けられる台座面４７にクランプネジ３５によって着脱可能に取り付けられる。切削インサート３０は、多角形板状をなす。切削インサート３０の多角形状の主面と側面と交差稜線部には、切刃３１が設けられている。切削インサート３０は、切刃３１が工具軸Ｏの軸方向に沿って延びるように、ホルダ１０に取り付けられている。

＜ホルダ（刃先交換式切削工具用ホルダ）＞
ホルダ１０は、工具軸Ｏを中心とする円盤状をなす。ホルダ１０は、工作機械９に取り付けられて工具軸Ｏ周りに回転させられる。ホルダ１０は、先端外周部１０ａにおいて間隔をあけて複数の切削インサート３０を保持する。

図３に示すように、ホルダ１０は、本体部４０と、補強部５０と、複数のカラー（カラー部）６０ａ、６０ｂと、押さえ部材（押さえ板）７０と、を備える。

＜本体部＞
本体部４０は、金属材料から構成される。本体部４０を構成する金属材料としては、例えば鉄鋼材料が例示される。本体部４０は、工作機械の工作機械９の下側（軸方向一方側）に固定される。

本体部４０は、軸方向と直交する面に沿って延びる円板部４１と、円板部の径方向外縁に位置するインサート支持部４５と、を有する。

（円板部）
円板部４１は、軸方向から見て円形の板状に形成される。円板部４１は、下側（軸方向一方側）を向く下面（第１面）４１ｑと、上側（軸方向他方側）を向く上面（第２面）４１ｐと、を有する。

円板部４１には、工具軸Ｏを中心として軸方向に貫通する中央孔４１ａが設けられる。中央孔４１ａには、工作機械９の下端に設けられたボス部９ｂが嵌る。ボス部９ｂは、工作機械９の回転軸を中心とする円柱である。ボス部９ｂに中央孔４１ａを嵌ることで、工作機械９の回転軸と切削工具１の工具軸Ｏとを一致させることができる。

円板部４１には、周方向に沿って並ぶ複数の第１の挿通孔４１ｂ、４１ｃが設けられる。図２に示すように、複数の第１の挿通孔４１ｂ、４１ｃは、４つの第１の大径孔４１ｂと４つの第１の小径孔４１ｃとに分類される。第１の小径孔４１ｃは、第１の大径孔４１ｂより小径である。４つの第１の大径孔４１ｂは、周方向に沿って等間隔に並ぶ。４つの第１の小径孔４１ｃは、第１の第１の大径孔４１ｂの径方向内側において周方向に沿って等間隔に並ぶ。

第１の大径孔４１ｂおよび第１の小径孔４１ｃには、本体部４０を工作機械９に固定するための固定ボルト８ａ、８ｂが挿通される。固定ボルト８ａ、８ｂは、例えば六角穴付きボルトである。固定ボルト８ａ、８ｂは、大径ボルト８ａと軸部および頭部ともに大径ボルト８ａより小径の小径ボルト８ｂとに分類される。大径ボルト８ａは、第１の大径孔４１ｂに挿通され、小径ボルト８ｂは、第１の小径孔４１ｃに挿通される。

円板部４１には、径方向に沿って直線状に延びるキー溝４１ｄが設けられる。図３に示すように、キー溝４１ｄは、工作機械９の下端に設けられたキー部９ａに嵌る。これにより、ホルダ１０は、工作機械９に対し周方向に位置決めされる。また、ホルダ１０は、工作機械９による回転トルクをキー溝４１ｄの内周面を介して受ける。本実施形態のキー溝４１ｄは、上面４１ｐ側および下面４１ｑ側に開口する貫通孔である。しかしながら、キー溝４１ｄは、少なくとも上面４１ｐ側に開口していればよい。

（インサート支持部）
図３に示すように、インサート支持部４５は、円板部４１の径方向外縁から軸方向他方側に筒状に延びる。インサート支持部４５の下端部には、径方向外側に突出する複数の台座部４６が設けられる。台座部４６は、工具軸Ｏ周りに略等間隔に設けられている。台座部４６同士の間にはチップポケット４８が設けられている。台座部４６の工具回転方向を向く壁面には、切削インサート３０を取り付けるための台座面４７が設けられる。インサート支持部４５は、台座面４７に切削インサート３０を固定することで切削インサート３０を支持する。

インサート支持部４５は、径方向内側を向く内周面４５ａを有する。内周面４５ａは、軸方向から見て円形である。内周面４５ａは、一様な直径で軸方向に沿って延びる。
インサート支持部４５の下側を向く端面である下面４５ｂには、軸方向に沿って延びる複数のネジ孔４５ｃが設けられる。

（補強部）
補強部５０は、本体部４０を補強するために設けられる。補強部５０は、軸方向から見て工具軸Ｏを中心とする円形である。補強部５０の直径は、インサート支持部４５の内周面４５ａの直径と略同じである。補強部５０の軸方向の寸法は、インサート支持部４５の内周面４５ａの軸方向寸法と略同じである。

補強部５０は、インサート支持部４５の内周面４５ａにはめ込まれる。補強部５０は、円板部４１の下面４１ｑに接着固定される。また、補強部５０は、インサート支持部４５の内周面４５ａに接着固定される。

補強部５０は、繊維強化樹脂材料から構成される。本実施形態において、補強部５０を構成する繊維強化樹脂材料の繊維は、炭素繊維である。すなわち、本実施形態の補強部５０は、炭素繊維強化樹脂材料から構成される。補強部５０を構成する繊維強化材料は、積層されたプリプレグを圧縮しながら加熱して成形される。

本実施形態において、補強部５０の内部には、編み込まれた繊維が軸方向に沿って積層されて配置されている。したがって、本実施形態の補強部５０を構成する繊維強化樹脂材料は、軸方向と直交する方向を繊維方向とする。それぞれの繊維方向は、軸方向と直交する平面内において、様々な方向を向く。したがって、補強部５０は、軸方向と直交する平面内の各方向の応力に対して同等の強度を発揮する。

なお、補強部５０を構成する繊維強化樹脂材料の繊維方向は、本実施形態に限定されない。例えば、繊維強化樹脂材料において、繊維方向を、軸方向と一致させてもよい。繊維方向を、工具軸Ｏを中心とする円周方向としてもよく、工具軸Ｏを中心とする螺旋状としてもよい。
また、軸方向、周方向および螺旋方向の繊維方向を有する繊維強化樹脂材料を組み合わせた構成としてもよい。このような繊維強化樹脂材料は、それぞれ軸方向、周方向および螺旋方向を繊維方向とするプリプレグを工具軸Ｏ周りに多層に巻き付けた後に硬化することで形成できる。
さらに、軸方向と直交する方向を繊維方向とする繊維強化樹脂材料の外周に、軸方向、周方向および螺旋方向を繊維方向とするプリプレグを巻き付けて硬化させた構成としてもよい。

また、本実施形態のホルダ１０において、インサート支持部４５の外周面にプリプレグを巻き付けた後に硬化させることで、ホルダ１０の強度および剛性を更に高めてもよい。

本実施形態によれば、金属材料からなる本体部４０が、繊維強化樹脂材料から構成された補強部５０により補強されることで、ホルダ１０全体として軽量化を図りつつ本体部４０の変形を抑制することができる。本体部４０は、切削インサート３０を支持するため、本体部４０の変形を抑制することで切削工具１による加工精度を高めることができる。

本実施形態によれば、円板部４１の下面４１ｑに補強部５０が接着固定される。補強部５０の繊維強化樹脂材料は、軸方向と直交する方向が繊維方向とされるため、切削加工時の円板部４１の撓みを効果的に抑制できる。

本実施形態によれば、補強部５０が円板部４１の下面４１ｑに加えてインサート支持部４５の内周面４５ａに固定される。これにより、補強部５０を本体部４０に強固に固定することができる。加えて、補強部５０によってインサート支持部４５を補強することができる。すなわち、補強部５０がインサート支持部４５に接着固定されることで、インサート支持部４５の剛性を高めることができる。結果的に、切削時のインサート支持部４５の変形を抑制して、被削材の加工精度を高めることができる。

補強部５０には、周方向に沿って並ぶ複数の第２の挿通孔５０ａ、５０ｂが設けられる。第２の挿通孔５０ａ、５０ｂには、本体部４０を工作機械９に固定するための固定ボルト８ａ、８ｂが挿通される。図２に示すように、複数の第２の挿通孔５０ａ、５０ｂは、４つの第２の大径孔５０ａと４つの第２の小径孔５０ｂとに分類される。第２の小径孔５０ｂは、第２の大径孔５０ａより小径である。

第２の大径孔５０ａの中心軸は、円板部４１に設けられた第１の大径孔４１ｂの中心軸と一致する。同様に、第２の小径孔５０ｂの中心軸は、円板部４１に設けられた第１の小径孔４１ｃの中心軸と一致する。すなわち、第２の挿通孔（第２の大径孔５０ａおよび第２の小径孔５０ｂ）は、軸方向から見て第１の挿通孔（第１の大径孔４１ｂおよび第１の小径孔４１ｃ）と重なる。
また、図３に示すように、第２の大径孔５０ａは、第１の大径孔４０ｂより大径である。同様に、第２の小径孔５０ｂは、第１の小径孔４１ｃより大径である。

第２の大径孔５０ａは、大径ボルト８ａの頭部より大径である。また、第２の小径孔５０ｂは、小径ボルト８ｂの頭部より大径である。すなわち、本実施形態によれば、第２の挿通孔（第２の大径孔５０ａおよび第２の小径孔５０ｂ）は、それぞれ挿通される固定ボルト（大径ボルト８ａおよび小径ボルト８ｂ）の頭部より大径である。したがって、固定ボルト８ａ、８ｂの頭部座面が、補強部５０に接触することがない。円板部４１を工作機械に固定する応力が、補強部５０に加わることがなく、補強部５０に損傷が生じることを抑制できる。

カラー６０ａ、６０ｂは、金属材料から構成される。カラー６０ａ、６０ｂは、軸方向に沿って延びる円筒状である。カラー６０ａ、６０ｂの上端面は、円板部４１の下面４１ｑと接触する。すなわち、カラー６０ａ、６０ｂは、円板部４１の下面４１ｑに設けられる。

カラー６０ａ、６０ｂは、４つの大径カラー６０ａと、内径および外径ともに大径カラー６０ａより小径の４つの小径カラー６０ｂとに分類される。大径カラー６０ａは、第２の大径孔５０ａの内側に配置され、第２の大径孔５０ａの内周面に接着固定される。また、小径カラー６０ｂは、第２の小径孔５０ｂの内側に配置され、第２の小径孔５０ｂの内周面に接着固定される。カラー（大径カラー６０ａおよび小径カラー６０ｂ）の内径は、それぞれ挿通される固定ボルト８ａ、８ｂの軸部の直径より大きく、頭部の直径より小さい。

本実施形態によれば、カラー６０ａ、６０ｂの下端面を固定ボルト８ａ、８ｂの頭部を着座させる面とすることができる。これにより、固定ボルト８ａ、８ｂの頭部をホルダ１０の下端面に近づけることができる。結果的に、固定ボルト８ａ、８ｂの頭部に、締結工具がとどきやすくなり、固定ボルト８ａ、８ｂの締結時の作業性を高めることができる。

また、本実施形態によれば、カラー６０ａ、６０ｂが補強部５０に接着固定されているため、カラー６０ａ、６０ｂがホルダ１０から脱落することを抑制できる。
なお、本実施形態において、カラー６０ａ、６０ｂは、本体部４０と別部材であるが、カラー６０ａ、６０ｂは、本体部４０の一部であってもよい。すなわち、本体部４０とカラー６０ａ、６０ｂとは、一体的に形成されていてもよい。

（押さえ板（押さえ部材））
押さえ板７０は、軸方向と直交する方向に延びる板材である。押さえ板７０は、軸方向から見て工具軸Ｏを中心とする円環形状である。押さえ板７０は、本体部４０および補強部５０の下側に位置する。

図２に示すように、押さえ板７０には、複数の固定孔７１が設けられる。固定孔７１は、周方向に沿って等間隔に並ぶ。図３に示すように、固定孔７１は、上側に向かうに従い直径を小さくするテーパ状に形成されている。固定孔７１には、頭部座面がテーパ状の固定ネジ７５が挿通される。固定ネジ７５は、インサート支持部４５の下面４５ｂに設けられたネジ孔４５ｃにネジ止めされる。これにより、押さえ板７０は、インサート支持部４５の下側（軸方向一方側）の端部にネジ固定される。

押さえ板７０の上面７０ａは、補強部５０の下面５０ｃに接触する。このため補強部５０は、軸方向において円板部４１と押さえ板７０の間に挟み込まれる。すなわち、本実施形態によれば、押さえ板７０と円板部４１との間に補強部５０を挟み込んで保持する構造を実現できる。結果的に、補強部５０が本体部４０に対して強固に固定され、本体部４０による補強部５０の保持の確実性を高めることができる。
なお、補強部５０は、本体部４０に接着固定されている。このため、接着強度を十分に確保することで、押さえ板７０は、省略することができる。

以上に、本発明の様々な実施形態を説明したが、各実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

また、各実施形態では、切刃交換式の切削工具として正面フライスカッタを例示して説明した。しかしながら切削工具は、正面フライスカッタに限らず、工具軸Ｏを中心として回転する刃先交換式切削工具であれば、サイドカッタなどであってもよい。

１…切削工具（刃先交換式切削工具）、８ａ…固定ボルト、９…工作機械、９ａ…キー部、１０…ホルダ（刃先交換式切削工具用ホルダ）、１０ａ…先端外周部、３０…切削インサート、４０…本体部、４１…円板部、４１ｂ，４１ｃ…第１の挿通孔、４１ｄ…キー溝、４１ｑ…下面（第１面）、４１ｐ…上面（第２面）、４５…インサート支持部、４５ａ…内周面、５０…補強部、５０ａ，５０ｂ…第２の挿通孔、６０ａ，６０ｂ…カラー（カラー部）、７０…押さえ部材（押さえ部材）、Ｏ…工具軸

Claims (7)

1. 円盤状をなし、先端外周部において間隔をあけて複数の切削インサートを支持し、工具軸周りに回転させられる刃先交換式切削工具用ホルダであって、
   金属材料から構成され工作機械の軸方向一方側に固定される本体部と、
   前記本体部を補強する補強部と、を備え、
   前記本体部は、
   軸方向と直交する面に沿って延びる円板部と、
   前記円板部の径方向外縁に位置し前記切削インサートを支持するインサート支持部と、を有し、
   前記円板部は、軸方向一方側を向く第１面と軸方向他方側を向く第２面とを有し、
   前記円板部には、前記本体部を前記工作機械に固定する固定ボルトが挿通される第１の挿通孔が設けられ、
   前記円板部には、前記第２面側に開口し径方向に沿って延び前記工作機械のキー部に嵌るキー溝が設けられ、
   前記補強部は、繊維強化樹脂材料から構成され、前記円板部の第１面に接着固定され、
   前記補強部には、軸方向から見て前記第１の挿通孔と重なり前記固定ボルトの頭部より大径の第２の挿通孔が設けられる、
   刃先交換式切削工具用ホルダ。
2. 前記円板部の第１面には、前記第２の挿通孔の内側に配置される円筒状のカラー部が設けられ、
   前記カラー部は、金属材料から構成される、
   請求項１に記載の刃先交換式切削工具用ホルダ。
3. 前記カラー部は、前記第２の挿通孔の内周面に接着固定される、
   請求項２に記載の刃先交換式切削工具用ホルダ。
4. 前記インサート支持部は、前記円板部の径方向外縁から軸方向他方側に筒状に延び、
   前記補強部は、前記インサート支持部の内周面に接着固定される、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の刃先交換式切削工具用ホルダ。
5. 前記インサート支持部の軸方向一方側の端部にネジ固定される押さえ部材を備え、
   前記補強部は、軸方向において前記円板部と前記押さえ部材の間に挟み込まれる、
   請求項４に記載の刃先交換式切削工具用ホルダ。
6. 前記補強部は、軸方向と直交する方向を繊維方向とする繊維強化樹脂材料から構成される、
   請求項１〜５の何れか一項に記載の刃先交換式切削工具用ホルダ。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の刃先交換式切削工具用ホルダと、
   前記刃先交換式切削工具用ホルダに保持された複数の切削インサートと、を備える、
   刃先交換式切削工具。

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