JP2019166601A - 転削工具用ホルダ、転削工具および転削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転する主軸に取り付けて工具単体で転削加工の状態を計測可能な転削工具用ホルダの提供を目的の一つとしている。【解決手段】切刃を有する切削インサート又は切刃を有する交換式切削ヘッドを保持する転削工具用ホルダであって、工具軸に沿って延び前記切削インサート又は交換式切削ヘッドが装着され前記工具軸周りに回転する工具本体と、前記工具本体に内蔵される電気モジュールと、を備え、前記電気モジュールは、センサ部と、前記センサ部に電力を供給する電池部と、を有する、転削工具用ホルダ。【選択図】図２

Description

本発明は、転削工具用ホルダ、転削工具および転削方法に関する。

従来から、工作機械に保持される転削工具において、切削工具の回転を利用して発電する構成が知られている。
特許文献１には、工作機械の主軸から供給される回転力によって発電する発電機を有し発電機の電力によって工具の回転数を表示させる工具が記載されている。
特許文献２には、主軸と一体的に回転する回転部と、回転部の回転によって発電する発電機と、発電機の発電した電力によって回転駆動される電動機と、電動機によって回転駆動され、加工具を保持する加工具保持部とを備える、工具が記載されている。
特許文献３には、温度測定部と、温度測定部に電力を供給する電源供給部を有する工具が記載されている。

特開２００３−１５９６２６号公報 特開２００７−５４９１６号公報 特開２０１５−３６１７４号公報

特許文献１および２に記載の工具は、工作機械に対して静止する部分（アーバー）と回転する部分との相対的な回転を利用して発電を行う。このため、回転する主軸に直接的に取り付けることができない。したがって、特許文献１および２に記載の工具を、導入する場合、アーバーから刃先までの全体を交換する必要があった。同様に、特許文献３の工具は、電源供給が、アーバーに収容されるため、特許文献３に記載の工具を、導入する場合アーバーから刃先までの全体を交換する必要があった。すなわち、従来の工具は、設置する工作機械に特別な環境を要求するため、汎用性が低く既存設備への導入が困難であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、回転する主軸に取り付けて工具単体で転削加工の状態を計測可能な転削工具用ホルダの提供を目的の一つとしている。

本発明の一態様の転削工具用ホルダは、切刃を有する切削インサート又は切刃を有する交換式切削ヘッドを保持する転削工具用ホルダであって、工具軸に沿って延び前記切削インサート又は交換式切削ヘッドが装着され前記工具軸周りに回転する工具本体と、前記工具本体に内蔵される電気モジュールと、を備え、前記電気モジュールは、センサ部と、前記センサ部に電力を供給する電池部と、を有する。

上述の構成によれば、転削工具用ホルダに、センサ部とセンサ部に電力を供給する電池部とが設けられる。このため、切刃による被削材の加工状態を、転削工具単体で計測することができる。したがって、取り付ける工作機械および加工環境に依存することなく、転削工具による加工状態をセンサ部において計測することができる。すなわち、上述の構成によれば、汎用性の高い転削工具を提供できる。

上述の転削工具用ホルダにおいて、前記電気モジュールは、発電部を有し、前記発電部は、前記工具本体に対し前記工具軸周りに回転するロータと、前記工具本体に固定され前記ロータに対向するステータと、を有し、前記発電部は、前記工具本体の回転に伴う慣性力により前記ロータを回転させて発電し、前記電池部を充電する又は前記センサ部に電力を供給する、構成としてもよい。

上述の構成によれば、発電部は、工具本体に内蔵されており、工具本体の回転に伴う慣性力により発電する。このため、転削工具用ホルダを工作機械の主軸に取り付けて主軸を回転させることで、工具単体で転削加工の状態を計測することができる。
また、上述の構成によれば、発電部は、電池部を充電するため、慣性力が働かなくなった後においても、センサ部に電力を供給することができる。

上述の転削工具用ホルダにおいて、前記センサ部が、前記工具本体の振動を計測を検知する振動センサである、構成としてもよい。

上述の構成によれば、センサ部によって工具本体の振動を計測することができる。
センサ部が工具本体の振動を計測することで、切刃による被削材の加工状態を間接的に計測できる。一般的に、被削材の回転速度を増加させると、工具本体の振動が大きくなることが知られている。センサ部によって工具本体の振動を計測することで、被削材の最適な回転数を判断することができる。
また、センサ部が振動を計測することで、ビビリ振動を検知できる。工具本体にビビリ振動が発生すると、切刃によって形成される被削材の加工面が荒れる。また、ビビリ振動が続くと、切刃に損傷が生じる虞がある。上述の構成によれば、転削工具用ホルダがビビリ振動を検知する機能を有するため、ビビリ振動を検知した際に、切刃を被削材から離間させることができる。

上述の転削工具用ホルダにおいて、前記センサ部が、前記工具本体の温度を検知する温度センサである、構成としてもよい。

上述の構成によれば、センサ部によって工具本体の温度を計測することができる。また、工具本体を介して、刃先の温度を測定することができる。温度センサとしては、サーミスタを採用できる。

上述の転削工具用ホルダにおいて、前記電気モジュールは、前記センサ部に接続されるブザー素子を有し、前記ブザー素子は、前記電池部から電力を供給され前記センサ部からの信号に応じてブザー音を発する、構成としてもよい。

上述の構成によれば、転削工具用ホルダは、センサ部における計測結果を、ブザー音によって作業者に知らせることができる。一例として、センサ部が、工具本体のビビリ振動を検知する振動センサである場合には、ビビリ振動が生じた際にブザー素子がブザー音を発し、作業者にビビリ振動を知らせる。これにより、作業者は、切刃を被削材から一旦離間させることができる。また、他の例として、センサ部が、切刃の摩耗を計測し切刃の交換時期を検知する摩耗センサである場合には、切刃の摩耗が顕著となった際にブザー素子がブザー音を発し、作業者に切刃の交換を促すことができる。

上述の転削工具用ホルダにおいて、前記電気モジュールは、前記センサ部に接続される発光素子を有し、前記発光素子は、前記電池部から電力を供給され前記センサ部からの信号に応じて発光する、構成としてもよい。

上述の構成によれば、転削工具用ホルダは、センサ部における計測結果を、発光によって作業者に知らせることができる。一例として、センサ部が、工具本体のビビリ振動を検知する振動センサである場合には、ビビリ振動が生じた際に発光素子が発光し、作業者にビビリ振動を知らせる。これにより、作業者は、切削インサートの切刃を被削材から一旦離間させることができる。また、他の例として、センサ部が、切削インサートの摩耗を計測し切削インサートの交換時期を検知する摩耗センサである場合には、切削インサートの摩耗が顕著となった際に発光素子が発光し、作業者に切削インサートの交換を促すことができる。

上述の転削工具用ホルダにおいて、前記電気モジュールは、前記センサ部に接続される通信部を有し、前記通信部は、前記電池部から電力を供給され前記センサ部における計測データを外部に送信する、構成としてもよい。

上述の構成によれば、転削工具用ホルダは、センサ部における計測結果を外部に送信することができる。これにより、通信部から送信した計測データを転削工具用ホルダの外部で受信して、転削加工の状態をリアルタイムでモニタリングすることができる。

上述の転削工具用ホルダにおいて、前記工具本体に収容穴が設けられ、前記電気モジュールが、前記収容穴に収容される、構成としてもよい。

上述の構成によれば、電気モジュールが工具本体の収容穴に収容されるため、転削工具用ホルダを小型化することができる。

上述の転削工具用ホルダにおいて、前記収容穴が、前記工具本体の後端に開口し、前記電気モジュールは、前記工具本体の後端から前記収容穴に挿入される、構成としてもよい。

上述の構成によれば、工具本体の後端から電気モジュールが収容されるため、工具本体の先端側に位置する台座部の剛性を確保しつつ、電気モジュールを工具本体の内部に収容できる。

本発明の一態様の転削工具は、上述の転削工具用ホルダと、前記工具本体に装着される前記切削インサートと、を備える。

上述の構成によれば、取り付ける工作機械および加工環境に依存することなく、転削工具による加工状態を計測する、転削工具を提供できる。

本発明の一態様の転削工具は、上述の転削工具用ホルダと、前記工具本体に装着される交換式切削ヘッドと、を備える。

上述の構成によれば、取り付ける工作機械および加工環境に依存することなく、転削工具による加工状態を計測する、転削工具を提供できる。

本発明の一態様の転削方法は、上述の転削工具を用いた転削方法であって、前記工具本体を前記工具軸周りに回転させて前記切刃を被削材に接触させて前記被削材を加工し、前記センサ部において前記切刃による前記被削材の加工状態を計測する。

上述の構成によれば、切刃による被削材の加工状態の計測を、加工と同時に行うことができる。

上述の転削方法において、前記電気モジュールが通信部を有し、前記通信部が、前記センサ部における計測データを外部に送信する、構成としてもよい。

上述の構成によれば、通信部における計測データを転削工具の外部で受信して、転削加工の状態を外部でモニタリングすることができる。

上述の転削方法において、前記通信部は、前記センサ部における計測データを、前記工具本体を回転させる数値制御工作機械に送信し、前記数値制御工作機械は、前記計測データを基に前記工具本体の回転速度を変化させる、構成としてもよい。

上述の構成によれば、センサ部における計測データを基に、工具本体の回転速度を調整して、最適な転削状態を実現することができる。

上述の転削方法において、前記センサ部が、前記工具本体の振動を計測する振動センサであり、前記数値制御工作機械は、前記センサ部で検知した振動の振幅が、第１の閾値より小さい場合に、前記工具本体の回転速度を増加させ、前記数値制御工作機械は、前記センサ部で検知した振動の振幅が、第２の閾値より大きい場合に、前記工具本体の回転速度を減少させる、構成としてもよい。

上述の構成によれば、センサ部で検知した振動の振幅が、第１の閾値より小さい場合に、工具本体の回転速度を増加させることで、加工工程に要する時間が短くなるため、高効率な転削加工が可能となる。
上述の構成によれば、センサ部で検知した振動の振幅が、第２の閾値より大きい場合に、工具本体の回転速度を減少させることで、工具本体の振動を抑制した転削加工が可能となる。

上述の転削方法において、前記センサ部が、前記工具本体の振動を計測する振動センサであり、前記数値制御工作機械は、前記センサ部で検知した振動の振幅が、第３の閾値より大きい場合に、前記切刃を前記被削材から離間させる、構成としてもよい。

上述の構成によれば、センサ部で検知した振動の振幅が、第３の閾値より大きい場合に、切刃を被削材から離間させることで、ビビリ振動が発生した場合に、被削材の加工面が荒れることを抑制できる。また、切刃が、ビビリ振動によって損傷を受けることを抑制できる。

上述の転削方法において、前記通信部は、前記センサ部における前記計測データを携帯情報端末に送信する、構成としてもよい。

上述の構成によれば、通信部から送信されたデータを携帯情報端末により直後に確認することができる。

上述の転削方法において、前記通信部から送信された前記計測データをネットワークを介して外部サーバに蓄積させる、構成としてもよい。

上述の構成によれば、計測データを外部サーバに蓄積することで、より好ましい加工条件に計測データを活用することができる。

上述の転削方法において、前記外部サーバは、ネットワークを介して複数の前記転削工具に繋がっている、構成としてもよい。

上述の構成によれば、外部サーバが複数の転削工具に繋がっていることで、複数の転削工具から様々なデータを収集することができる。

本発明によれば、回転する主軸に取り付けて工具単体で転削加工の状態を計測可能な転削工具用ホルダを提供できる。

図１は、一実施形態の転削工具の平面図である。 図２は、一実施形態の転削工具の分解斜視図である。 図３は、一実施形態の給電部の断面模式図である。 図４は、一実施形態の電気モジュールのブロック図である。 図５は、ＩｏＴを実現した転削工具の構成例を示す模式図である。 図６は、一実施形態の転削工具を用いた転削加工において、振動センサにおける振動測定の結果の第１の例を示すグラフである。 図７は、一実施形態の転削工具を用いた転削加工において、振動センサにおける振動測定の結果の第２の例を示すグラフである。 図８は、変形例の転削工具の分解斜視図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る転削工具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。

＜転削工具＞
図１は、本実施形態の転削工具１の平面図である。また、図２は、転削工具１の分解斜視図である。
本実施形態の転削工具１は、正面フライスカッタである。転削工具１は、切削インサート２０の切刃２２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。転削工具１は、工作機械の主軸部８に取り付けられる。より具体的には、転削工具１は、工作機械の主軸部８に取り付けられたミーリングチャック８ａに挿入され固定される。転削工具１は、その工具軸Ｊを工作機械の回転軸と一致するように工作機械の主軸部８に固定され、工作機械によって工具軸Ｊを中心として回転させられる。

転削工具１は、切削インサート２０と、切削インサート２０を保持する転削工具用ホルダ２と、を有する。また、転削工具用ホルダ２は、工具本体１０と、工具本体１０に内蔵される電気モジュール３０と、を備える。
なお、本実施形態の転削工具１は、４つの切削インサート２０を有する。しかしながら、転削工具１の切削インサート２０の数は限定されない。転削工具１は、１つの切削インサート２０を有していても、複数の切削インサート２０を有していてもよい。

切削インサート２０は、超硬合金等の硬質材料からなる。切削インサート２０は、切刃２２を有する。切削インサート２０は、工具本体１０の先端外周部１０ａに工具軸Ｊ周りに互いに間隔をあけて設けられる台座部１８にクランプネジ１６によって着脱可能に取り付けられる。切削インサート２０は、多角形板状をなす。切削インサート２０の多角形状の主面と側面と交差稜線部には、切刃２２が設けられている。

工具本体１０は、軸状に延びる棒体である。ここで、工具本体１０の延びる方向に沿って工具軸Ｊを設定する。すなわち、工具本体１０は、工具軸Ｊに沿って延びる。
なお、以下の説明において特に断りのない限り、工具軸Ｊに平行な方向を単に「軸方向」と呼び、工具軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、工具軸Ｊを中心とする周方向、すなわち、工具軸Ｊの軸周りを単に「周方向」と呼ぶ。

工具本体１０は、軸方向から見て略円形である。すなわち、工具本体１０は、円柱形状をなす。工具本体１０は、鉄鋼などの金属材料から構成される。工具本体１０の工具軸Ｊ方向に沿う両端部のうち、一端部（先端部）は、転削加工時において被削材の加工面に接近配置され、他端部を含む前記一端部以外の部位は、工作機械の主軸部８に着脱可能に取り付けられる。

工具本体１０の先端外周部１０ａには、複数の台座部１８が設けられる。台座部１８は、工具軸Ｊ周りに略等間隔に設けられている。台座部１８同士の間にはチップポケット１７が設けられている。台座部１８の工具回転方向を向く壁面には、切削インサート２０を取り付けるための台座面１８ａが設けられる。台座面１８ａには、切削インサート２０を固定するクランプネジ１６が挿入されるネジ孔（図示略）が設けられる。転削工具用ホルダ２は、台座面１８ａに切削インサート２０を固定することで、切削インサート２０を保持する。すなわち、工具本体１０には、切削インサート２０が装着される。

図２に示すように、工具本体１０の後端１０ｂには、軸方向に沿って延びる収容穴１１が設けられる。収容穴１１には、電気モジュール３０が収容される。また、工具本体１０は、収容穴１１の開口を塞ぐ閉塞部材１２を有する。

収容穴１１は、工具本体１０の内部を工具本体１０の先端まで延びる。本実施形態において、収容穴１１は、工具本体１０の先端に開口しない。しかしながら、収容穴１１は、工具本体１０の先端において開口していてもよい。

収容穴１１は、後端１０ｂ側から見て円形である。収容穴１１の開口近傍には、メネジ部１１ａが設けられる。また、閉塞部材１２は、円柱形状を有する。閉塞部材１２の外周面には、オネジ部１２ａが設けられる。収容穴１１のメネジ部１１ａに閉塞部材１２のオネジ部１２ａが挿入されることで、収容穴１１の開口が閉塞される。

電気モジュール３０は、ケース部材３１と、給電部３７と、基板３６と、発光素子３２と、通信部３３と、振動センサ（センサ部）３４と、ブザー素子３５と、を有する。

ケース部材３１は、軸方向に沿って延びる円柱形状である。すなわち、ケース部材３１は、軸方向から見て円形である。ケース部材３１の直径は、収容穴１１の直径に対して若干小さい。ケース部材３１は、収容穴１１に収容される。また、ケース部材３１は、図示略の固定ボルトにより、収容穴１１の内周面に固定される。固定ボルトは、収容穴１１の内外を径方向に貫通するメネジ（図示略）に挿入されている。なお、ケース部材３１は、接着剤によって収容穴１１の内周面に固定されていてもよい。

本実施形態によれば、工具本体１０に収容穴１１が設けられ、電気モジュール３０が、収容穴１１に収容されるため、転削工具用ホルダ２を小型化することができる。また、収容穴１１は、工具本体１０の後端１０ｂに開口し、電気モジュール３０は、工具本体１０の後端１０ｂから収容穴１１に挿入される。このため、工具本体１０の先端側に位置する台座部１８の剛性を確保しつつ、電気モジュール３０を工具本体１０の内部に収容できる。

ケース部材３１は、給電部３７、基板３６、発光素子３２、通信部３３、振動センサ３４およびブザー素子３５を収容する。ケース部材３１は、工具軸Ｊに沿って２分割された蓋部３１ａおよびベース部３１ｂを有する。ケース部材３１は、樹脂材料から構成される。

蓋部３１ａおよびベース部３１ｂは、それぞれ軸方向から見て半円状である。蓋部３１ａおよびベース部３１ｂは、互いに向かい合い接触する対向面３１ａａ、３１ｂａを有する。給電部３７、基板３６、発光素子３２、通信部３３、振動センサ３４およびブザー素子３５は、対向面３１ａａ、３１ｂａに設けられた凹部に嵌ることで、ケース部材３１に収容される。また、給電部３７、基板３６、発光素子３２、通信部３３、振動センサ３４およびブザー素子３５は、接着剤などの固定手段により、ケース部材３１に固定される。

給電部３７は、工具軸Ｊに沿って延びる円柱状である。ブザー素子３５は、工具軸Ｊに沿って延びる円柱状である。給電部３７は、基板３６およびブザー素子３５に接続される。また、ブザー素子３５は、基板３６に接続される。基板３６は、蓋部３１ａおよびベース部３１ｂの対向面３１ａａ、３１ｂａと平行に配置される。基板３６には、発光素子３２、通信部３３および振動センサ３４が実装される。発光素子３２、通信部３３および振動センサ３４は、基板３６に設けられた回路パターン（図示略）によって、給電部３７に接続される。また、振動センサ３４は、基板３６に設けられた回路パターンによって、ブザー素子３５に接続される。給電部３７は、発光素子３２、通信部３３、振動センサ３４およびブザー素子３５に電力を供給する。

図３は、給電部３７の模式図である。
給電部３７は、発電部３７ａと電池部３７ｂとホルダ部３７ｃとを有する。すなわち、電気モジュール３０は、発電部３７ａと電池部３７ｂとを有する。ホルダ部３７ｃは、工具軸Ｊに沿って延びる円筒状である。ホルダ部３７ｃは、発電部３７ａおよび電池部３７ｂを収容する。

発電部３７ａは、一対のベアリング４９と、ロータ４０と、ステータ５０と、ブラシ４６と、を有する。本実施形態において、発電部３７ａは、いわゆるＤＣモータである。なお、本実施形態の発電部３７ａの構成は、一例であり、発電部３７ａは、ロータおよびステータを有してれいば、他の構成であってもよい。一例として、発電部３７ａは、ブラシレスモータであってもよい。

ロータ４０は、シャフト４１と複数のティース部４３とコイル４２と整流子４５を有する。シャフト４１は、工具軸Ｊに沿って延びる。また、シャフト４１の中心軸は、工具軸Ｊと一致する。シャフト４１の両端部は、それぞれベアリング４９により支持されている。ティース部４３は、シャフト４１の外周面から径方向外側に突出する。複数のティース部４３は、工具軸Ｊの周方向に沿って等間隔に並ぶ。コイル４２は、ティース部４３に巻き付けられる。コイル４２は、シャフト４１の外周面に固定される整流子４５に接続される。また、整流子４５は、ブラシ４６と接触する。

ステータ５０は、ハウジング５１と複数のマグネット５２とを有する。ハウジング５１は、工具軸Ｊに沿って延びる円筒状である。ハウジング５１の中心軸は、工具軸Ｊと一致する。マグネット５２は、ハウジング５１の内周面に固定される。ハウジング５１は、工具軸Ｊの周方向に沿って並ぶ。周方向において互いに隣り合うマグネット５２の磁極は、互いに異なる。マグネット５２は、径方向においてコイル４２に対向する。

ベアリング４９の外輪は、ケース部材３１を介して工具本体１０に固定されている。また、ベアリング４９は、内輪がシャフト４１の外周面に固定されている。これにより、一対のベアリング４９は、ロータ４０のシャフト４１を支持する。また、ロータ４０は、工具本体１０に対して回転可能に支持されている。すなわち、ロータ４０は、工具本体１０に対して工具軸Ｊ周りに回転する。

ハウジング５１の外周面は、ケース部材３１を介して工具本体１０に固定されている。したがって、ステータ５０は、工具本体１０に固定される。また、ステータ５０は、径方向においてロータ４０に対向する。ロータ４０がステータ５０に対して回転すると、コイル４２を通過する磁界が反転しコイル４２に電流が流れる。これにより、発電部３７ａは、発電する。

発電部３７ａは、工具本体１０の回転に伴う慣性力によりロータ４０を回転させて発電する。工具本体１０の回転速度が増加する際、又は工具本体１０の回転速度が減少する際に、工具本体１０に内蔵される発電部３７ａには、工具本体１０の回転方向と反対方向に慣性力が働く。発電部３７ａのステータ５０は、工具本体１０に固定されているため、工具本体１０とともに工具軸Ｊ周りに回転する。一方で、発電部３７ａのロータ４０は、ベアリング４９によって工具本体１０に対し回転可能に支持されるため、工具本体１０の回転に伴う慣性力により工具軸Ｊ周りに回転する。結果的に、ロータ４０はステータ５０に対して回転してロータ４０に電流が流れる。すなわち、本実施形態の発電部３７ａは、工具本体１０の回転に伴う慣性力によりロータ４０を回転させて発電する。

電池部３７ｂは、導線４６ａを介してブラシ４６に接続される。電池部３７ｂには、発電部３７ａで発電された電力が充電される。電池部３７ｂに充電された電力は、発光素子３２、通信部３３、振動センサ３４およびブザー素子３５に供給される。すなわち、電力は、発電部３７ａで発電され、電池部３７ｂを充電する又は電池部３７ｂを介して、発光素子３２、通信部３３、振動センサ３４およびブザー素子３５に供給される。

工具本体１０の回転速度が一定となった際、又は工具本体１０の回転が停止した際に、ロータ４０には、慣性力が働かず、発電部３７ａは、発電しない。しかしながら、本実施形態によれば、本実施形態によれば、給電部３７が発電された電力を充電する電池部３７ｂを有ため、ロータ４０に慣性力が働かなくなった後においても、発光素子３２、通信部３３、振動センサ３４およびブザー素子３５に電力を供給することができる。

本実施形態によれば、センサ部（本実施形態の振動センサ３４）に電力を供給する給電部３７（すなわち、発電部３７ａおよび電池部３７ｂ）が転削工具用ホルダ２に設けられる。このため、切削インサート２０の切刃２２による被削材の加工状態を、転削工具１単体で計測することができる。したがって、取り付ける工作機械および加工環境に依存することなく、転削工具１による加工状態をセンサ部において計測することができる。

また、本実施形態によれば、給電部３７（すなわち、発電部３７ａおよび電池部３７ｂ）は、工具本体１０に内蔵されており、工具本体１０の回転に伴う慣性力により発電する。このため、転削工具用ホルダ２を工作機械の主軸に取り付けて主軸を回転させることで、工具単体で転削加工の状態を計測することができる。すなわち、本実施形態によれば、汎用性の高い転削工具１を提供できる。

振動センサ３４は、振動を計測する素子である。振動センサ３４は、基板３６を介して工具本体１０に固定される。振動センサ３４は、工具本体１０の振動を計測する。これにより、振動センサ３４は、切削インサート２０の切刃２２による被削材の加工状態を間接的に計測できる。

一般的に、工具本体１０の回転速度を増加させると、工具本体１０の振動が大きくなることが知られている。振動センサ３４が工具本体の振動を計測することで、工具本体１０の最適な回転数を判断することができる。

また、振動センサ３４は、工具本体１０のビビリ振動を検知する。工具本体１０にビビリ振動が発生すると、切削インサート２０によって形成される被削材の加工面が荒れる。また、ビビリ振動が続くと、切削インサート２０に損傷が生じる虞がある。本実施形態によれば、転削工具用ホルダ２がビビリ振動を検知する機能を有するため、ビビリ振動を検知した際に、切削インサート２０の切刃２２を被削材から離間させることができる。

なお、本実施形態では、電気モジュール３０に備えられるセンサ部として、振動センサ３４が採用される場合について説明した。しかしながら、電気モジュール３０には、振動センサ３４に加えて他のセンサが設けられていてもよく、また振動センサ３４に変わって他のセンサが設けられていてもよい。すなわち、電気モジュール３０は、切削インサート２０による被削材の加工状態を計測するセンサ部を有していればよい。

一例として、電気モジュール３０は、センサ部として切削インサート２０の摩耗を計測し切削インサート２０の交換時期を検知する摩耗センサを有していてもよい。この場合、摩耗センサが、切削インサート２０の摩耗が顕著となったことを検知して、作業者に切削インサート２０の交換を促すことができる。

また、他の例として、電気モジュール３０は、センサ部として、工具本体１０の温度を検知する温度センサ３８であってもよい。温度センサ３８としては、基板３６に実装されるサーミスタを採用できる。

温度センサ３８は、工具本体１０の温度を介して、切削インサート２０の切刃２２の温度を間接的に計測する。なお、切削インサート２０の温度は、温度センサ３８による実測値を演算部（図示略）においてパラメータ変換することで求められる。切刃２２の温度は、切刃２２による被削材の加工状態、加工時間等に依存して変化する。したがって、センサ部として温度センサ３８を採用することで、切刃２２による被削材の加工状態を間接的に計測できる。

ブザー素子３５は、ブザー音を発することができるスピーカである。ブザー素子３５は、振動センサ３４に接続される。ブザー素子３５は、振動センサ３４からの信号に応じてブザー音を発する。

発光素子３２は、発光ダイオード（ＬＥＤ: light emitting diode）などの光を発する素子である。発光素子３２は、振動センサ３４に接続される。発光素子３２は、振動センサ３４からの信号に応じて発光する。

ケース部材３１の蓋部３１ａには、発光素子３２の光軸Ｌと重なる部分に貫通孔３１ｃが設けられる。同様に、工具本体１０には、発光素子３２の光軸Ｌと重なる部分に貫通孔１０ｃが設けられる。蓋部３１ａの貫通孔３１ｃと工具本体１０の貫通孔１０ｃとは、光軸Ｌ方向から見て互いに重なる。発光素子３２は、貫通孔３１ｃ、１０ｃを介して外部に露出する。

振動センサ３４が工具本体１０のビビリ振動を検知した際に、ブザー素子３５および発光素子３２には振動センサ３４から信号が送られる。ブザー素子３５は、振動センサ３４から受信した信号を基にブザー音を発し、作業者にビビリ振動を知らせる。また、発光素子３２は、振動センサ３４から受信した信号を基に発光し、作業者にビビリ振動を知らせる。すなわち、本実施形態によれば、センサ部（本実施形態において振動センサ３４）における計測結果を、ブザー素子３５によるブザー音および発光素子３２による発光によって作業者に知らせることができる。これにより、作業者は、切削インサート２０の切刃２２を被削材から一旦離間させることができる。

なお、本実施形態では、電気モジュール３０が、ブザー素子３５および発光素子３２の両方を有する場合について説明した。しかしながら、電気モジュール３０は、ブザー素子３５および発光素子３２のうち、何れか一方を有していてもよい。

通信部３３は、転削工具用ホルダ２の外部に設けられた外部装置３９（図５参照）に電磁波により無線でデータを送信する。通信部３３は、振動センサ３４に接続される。通信部３３は、振動センサ３４における計測データを外部（外部装置３９）に送信する。

工具本体１０には、径方向から見て通信部３３と重なる部分に、開口部１０ｅが設けられる。また、工具本体１０には、開口部１０ｅを覆う、被覆部１０ｄが設けられる。被覆部１０ｄは、接着などの固定手段により工具本体１０の外周面に固定されている。被覆部１０ｄは、樹脂材料から構成される。被覆部１０ｄは、開口部１０ｅから工具本体１０の内部に、切屑およびクーラントが侵入することを抑制する。通信部３３から送信される電磁波は、開口部１０ｅおよび被覆部１０ｄを通過して外部装置３９に送信される。

本実施形態の転削工具用ホルダ２は、振動センサ３４と、振動センサ３４に接続されて振動センサ３４における計測データを無線で送信する通信部３３と、を有する。このため、通信部３３から送信した計測データを転削工具用ホルダ２の外部で受信して、転削加工の状態をリアルタイムでモニタリングすることができる。

図４は、電気モジュール３０の各構成の相互の関係を示すブロック図である。
図４に示すように、電気モジュール３０には、制御回路３０ａが設けられる。制御回路３０ａは、電気モジュール３０の発光素子３２と、通信部３３と、振動センサ３４と、ブザー素子３５を制御する。

また、給電部３７は、発電部３７ａおよび電池部３７ｂに加えて、充放電監視部３７ｅおよび電源回路３７ｄを有する。充放電監視部３７ｅは、電池部３７ｂの放電電圧を監視する。また、充放電監視部３７ｅは、電池部３７ｂに対して充電を行う際に電池部３７ｂに付与される電圧を制御する。

電源回路３７ｄは、電池部３７ｂから供給される電力の電圧を安定させる。電源回路３７ｄは、制御回路３０ａ、発光素子３２、通信部３３、振動センサ３４およびブザー素子３５への電力供給において、発電部３７ａと電池部３７ｂとの電力の供給のバランスを取る。すなわち、電源回路３７ｄは、発電部３７ａによる発電量が不足する場合に、電池部３７ｂから電力を供給させる。また、電源回路３７ｄは、発電部３７ａによる発電量が供給するべき電力量を上回る場合に、充放電監視部３７ｅを介して電池部３７ｂを充電させる。

次に、転削工具用ホルダ２をインターネットに繋いで計測データを活用してＩｏＴ（Internet of Things、もののインターネット）を実現する構成について説明する。
図５は、ＩｏＴを実現した転削工具用ホルダ２の構成例を示す模式図である。

本実施形態の転削工具１を用いた転削方法では、工具本体１０を工具軸Ｊ周りに回転させて切削インサート２０を被削材に接触させて被削材を加工し、振動センサ３４において切削インサート２０による被削材の加工状態を計測する。また、この転削方法では、通信部３３が、振動センサ３４における計測データを外部に送信する。

上述したように、転削工具１は、通信部３３を介して外部装置３９に無線接続される。外部装置３９は、液晶画面などの表示装置を有していてもよい。この場合、外部装置３９は、転削工具１による転削加工の状態を示す計測データを転削工具１の外部で受信して表示する。したがって、作業者は、転削工具１による転削加工の状態を外部装置３９でモニタリングすることができる。外部装置３９は、例えば、専用のアプリケーションをインストールしたスマートフォン又はタブレットなどの携帯情報端末であってもよい。すなわち、本実施形態の転削方法では、通信部３３は、携帯情報端末（外部装置３９）に振動センサ３４における計測データを送信してもよい。
なお、通信部３３と外部装置３９との無線通信としては、Bluetooth（登録商標）、Wi-Fi（登録商標）, ZigBee（登録商標）などの一般的な無線通信を採用することができる。

外部装置３９は、ネットワーク４を介して外部サーバ５に接続されている。すなわち、転削工具１は、外部装置３９を介して外部サーバ５に接続されている。本実施形態の転削方法において、通信部３３から送信された計測データをネットワーク４を介して外部サーバ５に蓄積させる。これにより、外部サーバ５に蓄積された計測データを用いて、より好ましい加工条件の解析を行うことができる。

本実施形態において、転削工具１は、マシニングセンタ（数値制御工作機械）９の刃物台（図示略）に取り付けられる。マシニングセンタ９は、数値制御装置を有する工作機械である。マシニングセンタ９は、転削工具１を保持して転削工具１（すなわち、工具本体１０）を主軸周りに回転させる。マシニングセンタ９は、転削工具１（すなわち、工具本体１０）の回転速度を調整できる。また、マシニングセンタ９は、転削工具１を移動させることができる。これにより、マシニングセンタ９は、転削工具１の切刃２２を被削材に接触又は離間させる。

本実施形態の転削方法では、通信部３３は、振動センサ３４における計測データを、工具本体１０を回転させるマシニングセンタ９に送信する。マシニングセンタ９は、通信部３３から送信された計測データを受信する受信部９ａを有する。

マシニングセンタ９は、受信部９ａで受信した計測データを基に、工具本体１０の回転速度を変化させる。本実施形態において、受信部９ａで受信する計測データは、振動センサ３４で検知した転削工具１の振動である。

一般的に、転削工具１（すなわち、工具本体１０）の回転速度を増加させると、工具本体１０の振動の振幅が大きくなることが知られている。また、切削インサート２０の切刃２２の摩耗が進むと、工具本体１０の振動の振幅が大きくなることが知られている。したがって、切削インサート２０の交換直後では、転削工具１の回転速度を大きくした場合であっても、工具本体１０の振動の振幅はわずかである。しかしながら、切削インサート２０の使用時間が長くなった場合、回転速度を大きくすると工具本体１０の振幅が大きくなりやすく、振動が被削材の加工面に影響を与えやすくなる。

本実施形態の転削方法において、マシニングセンタ９は、振動センサ３４で検知した振動の振幅が、第１の閾値より小さい場合に、工具本体１０の回転速度を増加させる。工具本体１０の回転速度の増加は、振動センサ３４で検知する振動の振幅が、第１の閾値を超えるまでなされる。工具本体１０の回転速度を増加させることで、加工工程に要する時間が短くなるため、高効率な転削加工が可能となる。

本実施形態の転削方法において、マシニングセンタ９は、振動センサ３４で検知した振動の振幅が、第２の閾値より大きい場合に、工具本体１０の回転速度を減少させる。工具本体１０の回転速度の減少は、振動センサ３４で検知する振動の振幅が、第１の閾値より小さくなるまでなされる。これにより、工具本体１０の振動の抑制を抑制した転削加工が可能となる。

本実施形態において、マシニングセンタ９は、振動センサ３４で検知した振動の振幅が、第３の閾値より大きい場合に、転削工具１を移動させて切削インサート２０の切刃２２を被削材から離間させる。これにより、ビビリ振動が発生した場合に、被削材の加工面が荒れることを抑制できる。また、切削インサート２０の切刃２２が、ビビリ振動によって損傷を受けることを抑制できる。

なお、上述した第１の閾値、第２の閾値および第３の閾値は、予めマシニングセンタ９に記憶された値である。第１の閾値、第２の閾値および第３の閾値は、作業者が、マシニングセンタ９に入力して記憶させることができる。また、マシニングセンタ９が、外部サーバ５と接続される場合には、第１の閾値、第２の閾値および第３の閾値は、外部サーバ５からマシニングセンタ９に送信されてもよい。

また、本実施形態の転削方法において、１つの外部サーバ５は、ネットワーク４を介して複数の転削工具１に接続されている。このため、外部サーバ５には、複数の転削工具１による転削加工時のデータが集積される。したがって、外部サーバ５は、複数の転削工具１から様々なデータを収集することができる。

（第１の例）
図６は、本実施形態の転削工具１を用いた転削加工において、振動センサ３４における振動測定の結果の第１の例を示すグラフである。図６において、横軸は、切削累積時間である。

第１の例では、切削速度（すなわち、主軸の回転数）を５０００ｒｐｍ（回転／分）の一定に保っている。第１の例では、切削加工の累積時間が長くなるに従い、振動センサ３４において計測する振動の加速度が徐々に高まっている。第１の例では、振動の加速度が０．０４ｍ／ｓ^２に達した段階で、切削を中止している。すなわち、第１の例における第３の閾値は、０．０４ｍ／ｓ^２である。

第１の例では、振動の加速度が、第３の閾値を超えた瞬間に、切削を中止するとともに、ブザー素子３５においてブザーを発し、発光素子を発光させ、さらに通信部３３において外部装置にビビリ振動の発生を通知する。

（第２の例）
図７は、本実施形態の転削工具１を用いた転削加工において、振動センサ３４における振動測定の結果の第２の例を示すグラフである。第１の例と同様に、図７において、横軸は、切削累積時間である。

第２の例では、切削速度（すなわち、主軸の回転数）を１００００ｒｐｍ（回転／分）の一定に保っている。第２の例では、切削加工の累積時間が５００時間に近づくと、振動センサ３４において計測する振動の加速度が急激に高まっている。第２の例では、振動の加速度が０．０５ｍ／ｓ^２に達した段階で、切削を中止している。すなわち、第２の例における第３の閾値は、０．０５ｍ／ｓ^２である。

第２の例では、振動の加速度が、第３の閾値を超えた瞬間に、切削を中止するとともに、ブザー素子３５においてブザーを発し、発光素子を発光させ、さらに通信部３３において外部装置にビビリ振動の発生を通知する。

＜変形例＞
図８に、上述の実施形態の変形例の転削工具１０１の分解斜視図である。
以下、図８を基に、変形例の転削工具１０１について説明する。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。

本変形例の転削工具１０１は、正面フライスカッタである。転削工具１０１は、切削インサート２０の切刃２２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。

転削工具１０１は、交換式切削ヘッド１１９と、交換式切削ヘッド１１９を保持する転削工具用ホルダ１０２と、を有する。また、転削工具用ホルダ１０２は、工具本体１１０と、工具本体１０に内蔵される電気モジュール３０と、を備える。

工具本体１１０の先端１１０ａには、ネジ穴１１０ｈが設けられる。ネジ穴１１０ｈは、工具軸Ｊに沿って延びる。ネジ穴１１０ｈは、工具本体１１０に設けられる収容穴１１に繋がる。ネジ穴１１０ｈの内周面には、メネジが形成される。ネジ穴１１０ｈは、交換式切削ヘッド１１９が取り付けられる。すなわち、工具本体１１０には、交換式切削ヘッド１１９が装着される。

交換式切削ヘッド１１９は、ヘッド本体１１３と、複数の切削インサート２０と、を有する。ヘッド本体１１３は、切削インサート２０を保持する。ヘッド本体１１３の基端部１１９ｂには、ネジ部１１９ａが設けられる。ネジ部１１９ａは、工具軸Ｊに沿って延びる。ネジ部１１９ａには、オネジが形成される。ネジ部１１９ａは、工具本体１１０のネジ穴１１０ｈに挿入される。

本実施形態の交換式切削ヘッド１１９は、切削インサート２０と、切削インサート２０を保持するヘッド本体１１３と、を有する。しかしながら、交換式切削ヘッド１１９は、ヘッド本体１１３に直接的に切刃が形成されていてもよい。

以上に、本発明の実施形態を説明したが、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。

例えば、上述の実施形態では、転削工具として正面フライスカッタおよびを例示した。しかしながら、転削工具は、工具本体が回転して被削材を加工するものであればよく、例えばドリルであってもよい。

上述の実施形態では、切刃が、切削インサートに設けられる構成について説明した。しかしながら、切刃が工具本体に設けられていてもよい。すなわち、転削工具は、工具本体に切刃が設けられたソリッド工具であってもよい。

１…転削工具
２…転削工具用ホルダ
４…ネットワーク
５…外部サーバ
１０…工具本体
１０ａ…先端外周部
１０ｂ…後端
１１…収容穴
１８…台座部
２０…切削インサート
３０…電気モジュール
３２…発光素子
３３…通信部
３４…振動センサ
３４…振動センサ（センサ部）
３５…ブザー素子
３７…給電部
３７ａ…発電部
３７ｂ…電池部
３８…温度センサ（センサ部）
３９…外部装置
４０…ロータ
５０…ステータ
Ｊ…工具軸

Claims (28)

1. 切刃を有する切削インサート又は切刃を有する交換式切削ヘッドを保持する転削工具用ホルダであって、
   工具軸に沿って延び前記切削インサート又は交換式切削ヘッドが装着され前記工具軸周りに回転する工具本体と、
   前記工具本体に内蔵される電気モジュールと、を備え、
   前記電気モジュールは、センサ部と、前記センサ部に電力を供給する電池部と、を有する、
   転削工具用ホルダ。
2. 前記電気モジュールは、発電部を有し、
   前記発電部は、前記工具本体に対し前記工具軸周りに回転するロータと、前記工具本体に固定され前記ロータに対向するステータと、を有し、
   前記発電部は、前記工具本体の回転に伴う慣性力により前記ロータを回転させて発電し、前記電池部を充電する又は前記センサ部に電力を供給する、
   請求項１に記載の転削工具用ホルダ。
3. 前記センサ部が、前記工具本体の振動を計測する振動センサである、
   請求項１又は２に記載の転削工具用ホルダ。
4. 前記センサ部が、前記工具本体の温度を検知する温度センサである、
   請求項１又は２に記載の転削工具用ホルダ。
5. 前記電気モジュールは、前記センサ部に接続されるブザー素子を有し、
   前記ブザー素子は、前記電池部から電力を供給され前記センサ部からの信号に応じてブザー音を発する、
   請求項１〜４の何れか一項に記載の転削工具用ホルダ。
6. 前記電気モジュールは、前記センサ部に接続される発光素子を有し、
   前記発光素子は、前記電池部から電力を供給され前記センサ部からの信号に応じて発光する、
   請求項１〜５の何れか一項に記載の転削工具用ホルダ。
7. 前記電気モジュールは、前記センサ部に接続される通信部を有し、
   前記通信部は、前記電池部から電力を供給され前記センサ部における計測データを外部に送信する、
   請求項１〜６の何れか一項に記載の転削工具用ホルダ。
8. 前記工具本体に収容穴が設けられ、
   前記電気モジュールが、前記収容穴に収容される、
   請求項１〜７の何れか一項に記載の転削工具用ホルダ。
9. 前記収容穴が、前記工具本体の後端に開口し、
   前記電気モジュールは、前記工具本体の後端から前記収容穴に挿入される、
   請求項８に記載の転削工具用ホルダ。
10. 請求項１〜９の何れか一項に記載の転削工具用ホルダと、
    前記工具本体に装着される前記切削インサートと、を備える、
    転削工具。
11. 請求項１〜９の何れか一項に記載の転削工具用ホルダと、
    前記工具本体に装着される交換式切削ヘッドと、を備える、
    転削工具。
12. 工具軸に沿って延び、切刃を有し、前記工具軸周りに回転する工具本体と、
    前記工具本体に内蔵される電気モジュールと、を備え、
    前記電気モジュールは、センサ部と、前記センサ部に電力を供給する電池部と、を有する、
    転削工具。
13. 前記電気モジュールは、発電部を有し、
    前記発電部は、前記工具本体に対し前記工具軸周りに回転するロータと、前記工具本体に固定され前記ロータに対向するステータと、を有し、
    前記発電部は、前記工具本体の回転に伴う慣性力により前記ロータを回転させて発電し、前記電池部を充電する又は前記センサ部に電力を供給する、
    請求項１２に記載の転削工具。
14. 前記センサ部が、前記工具本体の振動を計測する振動センサである、
    請求項１２又は１３に記載の転削工具。
15. 前記センサ部が、前記工具本体の温度を検知する温度センサである、
    請求項１２又は１３に記載の転削工具。
16. 前記電気モジュールは、前記センサ部に接続されるブザー素子を有し、
    前記ブザー素子は、前記電池部から電力を供給され前記センサ部からの信号に応じてブザー音を発する、
    請求項１２〜１５の何れか一項に記載の転削工具。
17. 前記電気モジュールは、前記センサ部に接続される発光素子を有し、
    前記発光素子は、前記電池部から電力を供給され前記センサ部からの信号に応じて発光する、
    請求項１２〜１６の何れか一項に記載の転削工具。
18. 前記電気モジュールは、前記センサ部に接続される通信部を有し、
    前記通信部は、前記電池部から電力を供給され前記センサ部における計測データを外部に送信する、
    請求項１２〜１７の何れか一項に記載の転削工具。
19. 前記工具本体に収容穴が設けられ、
    前記電気モジュールが、前記収容穴に収容される、
    請求項１２〜１８の何れか一項に記載の転削工具。
20. 前記収容穴が、前記工具本体の後端に開口し、
    前記電気モジュールは、前記工具本体の後端から前記収容穴に挿入される、
    請求項１９に記載の転削工具。
21. 請求項１０〜２０の何れか一項に記載の転削工具を用いた転削方法であって、
    前記工具本体を前記工具軸周りに回転させて前記切刃を被削材に接触させて前記被削材を加工し、
    前記センサ部において前記切刃による前記被削材の加工状態を計測する、
    転削方法。
22. 前記電気モジュールが通信部を有し、
    前記通信部が、前記センサ部における計測データを外部に送信する、請求項２１に記載の転削方法。
23. 前記通信部は、前記センサ部における計測データを、前記工具本体を回転させる数値制御工作機械に送信し、
    前記数値制御工作機械は、前記計測データを基に前記工具本体の回転速度を変化させる、
    請求項２２に記載の転削方法。
24. 前記センサ部が、前記工具本体の振動を計測する振動センサであり、
    前記数値制御工作機械は、前記センサ部で検知した振動の振幅が、第１の閾値より小さい場合に、前記工具本体の回転速度を増加させ、
    前記数値制御工作機械は、前記センサ部で検知した振動の振幅が、第２の閾値より大きい場合に、前記工具本体の回転速度を減少させる、
    請求項２３に記載の転削方法。
25. 前記センサ部が、前記工具本体の振動を計測する振動センサであり、
    前記数値制御工作機械は、前記センサ部で検知した振動の振幅が、第３の閾値より大きい場合に、前記切刃を前記被削材から離間させる、
    請求項２３又は２４に記載の転削方法。
26. 前記通信部は、前記センサ部における前記計測データを携帯情報端末に送信する、
    請求項２２〜２５のいずれか一項に記載の転削方法。
27. 前記通信部から送信された前記計測データをネットワークを介して外部サーバに蓄積させる、
    請求項２２〜２６の何れか一項に記載の転削方法。
28. 前記外部サーバは、ネットワークを介して複数の前記転削工具に繋がっている、
    請求項２７に記載の転削方法。

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