JP2021154423A - Tool, tool holder, machining machine and working method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工具、工具ホルダ、切削加工機及び加工方法に関する。 The present invention relates to tools, tool holders, cutting machines and machining methods.
主に金属に対する表面加工や穴あけ加工等として、工作機械の回転軸上に装着される工具による切削加工が広く利用されている。このような切削加工では回転する工具が被加工物と接触するため熱が発生し、この熱による工具の刃の損傷、被加工物における加工部分の熱変形等の不具合を生じることがある。 Cutting with a tool mounted on the rotating shaft of a machine tool is widely used mainly for surface processing and drilling of metal. In such cutting, heat is generated because the rotating tool comes into contact with the workpiece, and this heat may cause problems such as damage to the tool blade and thermal deformation of the workpiece in the workpiece.
また、切削加工では、切削によって発生する切粉が工具の刃と被加工物との間に挟まる、いわゆる「噛み込み」による、工具の刃の損傷、加工部分の傷(擦過痕)等が生じ、加工精度を低下させることがある。 In addition, in cutting, chips generated by cutting are caught between the tool blade and the workpiece, so-called "biting" causes damage to the tool blade and scratches (scratch marks) on the machined part. , Processing accuracy may be lowered.
切削加工で生じる熱を抑制する工具ホルダが発案されている(国際公開第2012/101929号公報)。この工具ホルダは、工具に向けてクーラントを噴射する噴出口を有するカバーと、このカバーが前記工具ホルダと共回りすることを防止するベアリングとを備える。このため、前記工具ホルダを有する工作機械による加工においては、クーラントを加工部分に精度よく供給できると共に、前記クーラントが遠心力の影響を受けることを抑制できるとされている。 A tool holder that suppresses heat generated by cutting has been proposed (International Publication No. 2012/101929). The tool holder includes a cover having a spout that injects coolant toward the tool, and a bearing that prevents the cover from rotating together with the tool holder. Therefore, in machining by a machine tool having the tool holder, it is said that the coolant can be accurately supplied to the machined portion and the coolant can be suppressed from being affected by the centrifugal force.
前記工具ホルダによれば、工具がエンドミル等であって、前記加工部分が工具の回転中心軸に平行であれば前記クーラントによる冷却、及び前記クーラントと共に切粉を前記加工部分から流出させることが可能であるが、前記加工部分が工具の回転中心軸に垂直な面に対する加工、特に穴あけ加工や雌ネジ加工等の場合には、加工部分にクーラントを供給すること、及びクーラントと共に切粉を流出させることが十分にできないおそれがある。 According to the tool holder, if the tool is an end mill or the like and the machined portion is parallel to the rotation center axis of the tool, cooling by the coolant and chips can be discharged from the machined portion together with the coolant. However, when the machined part is machined on a surface perpendicular to the rotation center axis of the tool, especially when drilling or female threading, the coolant is supplied to the machined part and chips are discharged together with the coolant. May not be enough.
上述のような事情に鑑みて、本発明は、効果的に工具及び加工部分の発熱を抑制できると共に、切粉を加工部分から除去することができる工具、工具ホルダ、切削加工機及び切削加工方法を提供することを課題とする。 In view of the above circumstances, the present invention provides a tool, a tool holder, a cutting machine, and a cutting method capable of effectively suppressing heat generation of a tool and a machined portion and removing chips from the machined portion. The challenge is to provide.
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、切削加工機に装着され、回転することにより被加工物を切削加工する工具であって、一方の端部側に形成され、上記被加工物を切削する刃部と、シャンク部と、他方の端部側に形成され、上記切削加工機が有する工具ホルダに把持される把持部と、径方向の中心を貫通する孔部とを有し、上記把持部が、上記孔部に連通する孔又は切り欠きを有する。 One aspect of the present invention made to solve the above problems is a tool that is mounted on a cutting machine and cuts a work piece by rotating, and is formed on one end side of the work piece. It has a blade portion for cutting a workpiece, a shank portion, a grip portion formed on the other end side and held by the tool holder of the cutting machine, and a hole portion penetrating the center in the radial direction. However, the grip portion has a hole or a notch that communicates with the hole portion.
上記課題を解決するためになされた本発明の他の一態様は、筒状の胴部を有し、切削加工機に保持される工具ホルダであって、上記胴部の一端面側に工具を把持する穴部を有し、上記胴部の側面に上記穴部に連通する側孔が少なくとも1つ形成されている。 Another aspect of the present invention made to solve the above problems is a tool holder having a tubular body portion and being held by a cutting machine, and a tool is placed on one end surface side of the body portion. It has a hole to be gripped, and at least one side hole communicating with the hole is formed on the side surface of the body.
上記課題を解決するためになされた本発明の別の一態様は、上記工具と、上記工具ホルダとを備える切削加工機である。 Another aspect of the present invention made to solve the above problems is a cutting machine provided with the above-mentioned tool and the above-mentioned tool holder.
上記課題を解決するためになされた本発明のさらに別の一態様は、工具を回転することにより被加工物を切削加工する方法であって、上記工具ホルダを有する切削加工機に上記工具を装着する工程と、上記工具ホルダを介して上記工具の孔部に圧縮空気を送る工程と、上記工具ホルダの側孔にクーラントを供給する工程と、上記工具ホルダの穴部内で上記圧縮空気及び上記クーラントを混合してミストを生成する工程と、上記工具を回転すると共に、上記工具の先端から上記ミストを噴出する工程とを備える。 Yet another aspect of the present invention made to solve the above problems is a method of cutting a work piece by rotating a tool, in which the tool is mounted on a cutting machine having the tool holder. The step of sending compressed air to the hole of the tool through the tool holder, the step of supplying coolant to the side hole of the tool holder, and the compressed air and the coolant in the hole of the tool holder. A step of mixing the above tools to generate mist, and a step of rotating the tool and ejecting the mist from the tip of the tool.
本発明に係る工具、工具ホルダ、切削加工機及び切削加工方法は、効果的に工具及び加工部分の発熱を抑制できると共に、切粉を加工部分から除去することができる。 The tool, tool holder, cutting machine and cutting method according to the present invention can effectively suppress heat generation of the tool and the machined portion and can remove chips from the machined portion.
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。なお、以下の説明で、「先端側」とは、被加工物の加工部分に近接する側を意味し、「基端側」とは、その反対側である被加工物の加工部分から離間する側を意味する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In the following description, the "tip side" means a side close to the processed portion of the workpiece, and the "base end side" is separated from the processed portion of the workpiece on the opposite side. Means the side.
[切削加工機]
本発明の一態様である切削加工機1は、図1で示すように、先端側に被加工物を加工する刃部を有する工具2と、工具2の基端側を把持する工具ホルダ3と、工具ホルダ4を装着するスピンドル4とを主に有する。スピンドル4は、図示されない駆動部によって回転し、スピンドル4の回転と共に工具ホルダ3及び工具2が回転して、被加工物を切削加工する。
[Cutting machine]
As shown in FIG. 1, the cutting machine 1 according to one aspect of the present invention includes a
また、スピンドル4は、後述する工具2が有する穴部24に圧縮空気を供給する空気流路41を有する。上記圧縮空気は、切削加工機1に内蔵され、又は切削加工機1の外部に配設されるコンプレッサ(不図示)等から空気流路41に供給される。スピンドル4は、工具2が有する穴部24に上記圧縮空気を効率的に供給するため、空気流路41の上記圧縮空気の排出口にノズルNを有することが好ましい。上記圧縮空気は、空気流路41から排出されると共に、後述する工具ホルダ3に供給されるクーラントCと混合してミストになる。このミストは、工具2の穴部24を通過しつつ工具2を冷却する。また、上記ミストは、工具2の先端から噴出されて加工部分の切粉を除去する。さらに上記ミストは、穴あけ加工や雌ネジ加工において、工具2にスパイラル状に形成されている切粉排出溝29に留まる切粉を排出する。なお、クーラントとは、切削油、冷却剤等、加工において加工部分の冷却及び潤滑に用いられるものを意味する。
Further, the
切削加工機1は、クーラントCを工具ホルダ3に供給するための部材を有する。具体的には、クーラントCを貯蔵するタンク5を切削加工機1が有することが好ましい。タンク5は、スピンドル4と共に回転可能にスピンドル4の外周に備えられることが好ましい。換言すると、タンク5が、工具2及び工具ホルダ3と共に回転することが好ましい。タンク5をスピンドル4の外周に備えることで、簡易な構成とすることができ、既存の設備への取り付けも容易にすることができる。
The cutting machine 1 has a member for supplying the coolant C to the
切削加工機1は、タンク5と共に、タンク5内のクーラントCを工具ホルダ3に供給するためのクーラント用流路6を備えることが好ましい。クーラント用流路6は、具体的には、タンク側継手61と、工具ホルダ側継手62と、タンク側継手61及び工具ホルダ側継手62を連通するホース63を有する。クーラント用流路6は、クーラントCの流量を調整できるコントロールバルブ等の流量調整機構を有することがより好ましい。
The cutting machine 1 preferably includes, together with the
〔工具ホルダ〕
工具ホルダ3は、図2で示すように、筒状の胴部を有し、この胴部の一端面側に工具を把持する穴部31を有し、他端側がスピンドル4に保持される。工具ホルダ3は、上記胴部の側面に穴部31に連通する側孔32が少なくとも1つ形成されている。具体的には、側孔32は、上記胴部の側面に、工具ホルダ3の回転中心軸に垂直で、外部と工具ホルダ3の穴部31内とを連通する貫通孔として形成される。この側穴に工具ホルダ側継手62が配置され、クーラントCが穴部31に供給される。工具ホルダ3は、本発明の一態様である。
[Tool holder]
As shown in FIG. 2, the
工具ホルダ3は、外気吸込孔33として、さらに側穴が上記胴部に形成されていることが好ましい。工具ホルダ3が外気吸込孔33を有することで、容易に所望する密度のミストを形成することができる。また、外気吸込孔33を形成すると共にクーラントCの供給量を増加することで、工具2から噴出されるミストの量を増大することができる。外気吸込孔33の径としては、特に限定されるものではなく、上記圧縮空気の圧力、流量、クーラントCの供給量等により、適宜選択することができる。
It is preferable that the
〔工具〕
工具2は、切削加工機1に装着され、回転することにより被加工物を切削加工する。具体的には、工具2は、図3,4で示すように、基端側が工具ホルダ3に装着され、先端側の側面に形成されている刃部21で被加工物を切削するものであり、例えば、タップ、ドリル、エンドミル等である。工具2は、刃部21と、胴部であるシャンク部22と、基端側に形成され、工具ホルダ3が把持する把持部23と、径方向の中心を貫通する孔部24とを有する。工具2は、本発明の一態様である。
〔tool〕
The
孔部24は、先端側に向けて径が漸増する先端側テーパ部分25を有することが好ましい。このようにすることで、先端から噴出されるミストを効果的に昇圧することができ、上記ミストを比較的高圧力、広範囲に噴霧することができる。
The
孔部24は、基端側に向けて径が漸増する基端側テーパ部分26を有することが好ましい。このようにすることで、スピンドル4の空気流路41に配置されるノズルNとの干渉を回避することができる。基端側テーパ部分26は、その全周がノズルNの外周と接するものではなく、全周又はその一部において、上記ミストが通過するための間隙を有するように形成される。
The
把持部23は、孔部24に連通する孔又は切り欠きを有する。具体的には、把持部23の側面に、工具2の回転中心軸に垂直で、工具ホルダ3の穴部31内と孔部24内とを連通する孔又は切り欠きが形成されている。本実施形態では、把持部23は、切り欠き27を有する。このようにすることで、工具ホルダ3の穴部31内で生成された上記ミストを孔部24に効果的に流入させることができる。
The
また、工具2の基端部に、工具2の基端と上記孔又は切り欠き27とを連通する凹部28を形成することが好ましい。このようにすることで、より効果的に上記ミストを孔部24に流入させることができる。
Further, it is preferable to form a
工具ホルダ3が外気吸込孔33を有する場合、図5で示すように、工具2は、上記孔又は切り欠き27を外気吸込孔33に向けて工具ホルダ3に装着されることが好ましい。このようにすることで、上記ミストを所望する密度により容易にすることができると共に、上記ミストを孔部24にさらに効果的に流入させることができる。
When the
[切削加工方法]
以下、本発明の別の一態様である切削加工方法について説明する。当該切削加工方法は、工具2を回転することにより被加工物を切削加工する方法であって、上述の工具ホルダ3を有する切削加工機1に上述の工具2を装着する工程と、工具ホルダ3を介して工具2の孔部24に圧縮空気を送る工程と、工具ホルダ3の側孔32にクーラントCを供給する工程と、工具ホルダ3の穴部31内で上記圧縮空気及びクーラントCを混合してミストを生成する工程と、工具2を回転すると共に、工具2の先端から上記ミストを噴出する工程とを備える。
[Cutting method]
Hereinafter, a cutting method which is another aspect of the present invention will be described. The cutting method is a method of cutting an object to be machined by rotating a
〔工具装着工程〕
工具装着工程は、工具2の把持部23を把持する穴部31、及び胴部の側面に穴部31に連通する側孔32を有する工具ホルダ3を備える切削加工機1に、径方向の中心を貫通する孔部24、及び工具ホルダ3に把持される把持部23に、孔部24に連通する孔又は切り欠き27を有する工具2を装着する。
[Tool mounting process]
The tool mounting process is centered in the radial direction on a cutting machine 1 having a
〔圧縮空気供給工程〕
圧縮空気供給工程は、工具ホルダ3を介して工具2の孔部24に圧縮空気を送る。具体的には、切削加工機1に内蔵され又は切削加工機1の外部に配設されるコンプレッサ等が圧縮空気を生成し、この圧縮空気がスピンドル4に形成された空気流路41に供給され、空気流路41から排出された圧縮空気が、工具ホルダ3が把持する工具2の基端側の孔部24に流入する。
[Compressed air supply process]
In the compressed air supply step, compressed air is sent to the
〔クーラント供給工程〕
クーラント供給工程は、工具ホルダ3の筒状胴部の側面に形成されている側孔32にクーラントCを供給する。具体的には、切削加工機1が有するタンク5に貯蔵されているクーラントCが、クーラント用流路6を通じて工具ホルダ3の側孔32から穴部31内に供給される。
[Coolant supply process]
In the coolant supply step, the coolant C is supplied to the side holes 32 formed on the side surface of the cylindrical body of the
〔ミスト生成工程〕
ミスト生成工程は、工具ホルダ3の穴部31内で上記圧縮空気及びクーラントCを混合してミストを生成する。具体的には、いわゆるエゼクタ構造によって、空気流路41から排出された圧縮空気が工具2の孔部24に流入することで、工具ホルダ3の穴部31内が負圧になり、ここにクーラントCが吸引されることにより、上記圧縮空気とクーラントCとで低圧生成される混合物が、孔部24に高速で吸引されつつ昇圧されてミストが生成される。
[Mist generation process]
In the mist generation step, the compressed air and coolant C are mixed in the
〔ミスト噴出工程〕
ミスト噴出工程では、工具2を回転すると共に、工具2の先端から上記ミストを噴出する。具体的には、孔部24で昇圧されたミストを工具2の先端から噴出しつつ、工具2の回転によって、切削加工が行われる。
[Mist ejection process]
In the mist ejection process, the
[利点]
当該切削加工方法は、圧縮空気とクーラントCとで生成されるミストが工具2の孔部24を流通するため、工具2を効果的に冷却することができる。また、上記ミストを工具2の先端から噴出しつつ切削加工するため、加工部分の切粉を除去しつつ切削加工をすることができる。よって、加工部分が工具の回転中心軸に垂直な面に対する加工、特に穴あけ加工や雌ネジ加工において、加工部分が高熱になることを抑制でき、かつ、工具2と加工部分との間で切粉を噛み込むことを抑制することができる。さらに、有底の孔に対する加工であれば、上記ミストが工具2の切粉排出溝29に留まる切粉を除去するため、上記噛み込みをより効果的に抑制することができる。従って、当該切削加工方法は、工具2の長寿命化を図ることができると共に、効率的かつ高精度に切削加工をすることができる。
[advantage]
In the cutting method, the mist generated by the compressed air and the coolant C flows through the
また、切削加工機1は、いわゆるエゼクタ構造を利用して上記ミストの生成及び噴出をするため、ミストを生成及び噴出するための部材等を追加することなく、簡易な構成とすることができる。このため、低コストで当該切削加工方法を採用することができる。また、既存の設備であって、クーラントを供給することができない設備であっても、圧縮空気を工具2の孔部24に供給できる設備であれば、一部を加工することで当該切削加工機1とすることができ、既存の設備で当該切削加工方法を採用することができる。
Further, since the cutting machine 1 uses the so-called ejector structure to generate and eject the mist, the cutting machine 1 can have a simple configuration without adding a member or the like for generating and ejecting the mist. Therefore, the cutting method can be adopted at low cost. Further, even if the existing equipment cannot supply coolant, if the equipment can supply compressed air to the
[その他の実施形態]
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
[Other Embodiments]
The above embodiment does not limit the configuration of the present invention. Therefore, in the above-described embodiment, the components of each part of the above-described embodiment can be omitted, replaced or added based on the description of the present specification and common general technical knowledge, and all of them are construed as belonging to the scope of the present invention. Should be.
上記実施形態では、クーラントCを貯蔵するタンク5がスピンドル4の外周に備えられる構成で説明したが、タンクが工具ホルダの外周に備えられる構成とすることもできる。
In the above embodiment, the
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on Examples, but the present invention is not limitedly interpreted based on the description of this Example.
既存の切削加工方法と、上述の本発明に係る切削加工方法とを比較する目的で、以下の試験を行った。 The following tests were conducted for the purpose of comparing the existing cutting method with the above-mentioned cutting method according to the present invention.
加工:雌ネジ加工
工具:タップ M33 細目
工具材種:ハイス
下穴内径:直径31mm
加工深さ:完全ネジ部53mm 止まり穴
加工機:5面加工機
Machining: Female thread Machining Tool: Tap M33 Fine Tool Grade: Heiss Pilot hole inner diameter: 31 mm in diameter
Machining depth: Complete thread 53 mm Blind hole Machining machine: 5-sided machining machine
既存の切削加工方法は、比較例として上記条件でセミドライ方式にて雌ネジ加工を行った。 In the existing cutting method, as a comparative example, female threading was performed by a semi-dry method under the above conditions.
上述の本発明に係る切削加工方法は、実施例として上記条件に加えて、上記加工機のスピンドルにクーラントを貯蔵するタンクを備えさせ、工具ホルダにクーラント供給用の側孔と、空気吸込孔とを形成した。上記工具は、孔部を拡張して直径8mmの孔部とし、把持部に切り欠きを形成した。孔部の先端の開口は、直径11mm、45°の先端側テーパ部分とした。 In the above-mentioned cutting method according to the present invention, as an example, in addition to the above conditions, the spindle of the processing machine is provided with a tank for storing coolant, and the tool holder is provided with a side hole for supplying coolant and an air suction hole. Was formed. In the above tool, the hole portion was expanded to form a hole portion having a diameter of 8 mm, and a notch was formed in the grip portion. The opening at the tip of the hole was a tapered portion on the tip side having a diameter of 11 mm and 45 °.
比較例では、30箇所目の加工で、加工部分に毟れが発生し、工具の刃部に溶着が見られた。工具を交換して試験を再開し、200箇所目の加工で交換した工具及び加工部分を確認したところ、工具の損傷、及び加工部分における精度の低下が確認されたため試験を停止した。 In the comparative example, in the processing at the 30th position, the machined portion was damaged and welding was observed on the blade portion of the tool. The test was restarted after exchanging the tool, and when the tool and the machined part replaced at the 200th place were confirmed, the test was stopped because damage to the tool and a decrease in accuracy at the machined part were confirmed.
実施例では、1010箇所目まで問題なく加工することができ、工具の状態もさらに継続して使用可能であると判断できる状態であると共に、加工部分の加工精度も良好であった。 In the examples, it was possible to machine up to the 1010th place without any problem, the state of the tool was in a state where it could be judged that the tool could be used continuously, and the machining accuracy of the machined portion was also good.
以上の結果から、本発明に係るタップ、工具ホルダ、切削加工機及び切削加工方法は、工具の長寿命化を図ることができると共に、効率的かつ高精度に切削加工できることが確認できた。また、当該切削加工方法によれば、タッピング加工の自動化が可能であることが確認できた。 From the above results, it was confirmed that the tap, the tool holder, the cutting machine and the cutting method according to the present invention can extend the life of the tool and can cut efficiently and with high accuracy. In addition, it was confirmed that the tapping process can be automated according to the cutting method.
本発明に係る工具、工具ホルダ、切削加工機及び加工方法は、金属等の切削加工に好適に利用することができる。 The tool, tool holder, cutting machine and processing method according to the present invention can be suitably used for cutting metal and the like.
1 切削加工機
2 工具
21刃部
22 シャンク部
23 把持部
24 孔部
25 先端側テーパ部分
26 基端側テーパ部分
27 切り欠き
28 凹部
29 切粉排出溝
3 工具ホルダ
31 孔部
32 側穴
33 外気吸込孔
4 スピンドル
41 空気流路
5 タンク
6 クーラント用流路
61 タンク側継手
62 工具ホルダ側継手
63 ホース
C クーラント
N ノズル
1 Cutting
Claims (6)
一方の端部側に形成され、上記被加工物を切削する刃部と、
シャンク部と、
他方の端部側に形成され、上記切削加工機が有する工具ホルダに把持される把持部と、
径方向の中心を貫通する孔部と
を有し、
上記把持部が、上記孔部に連通する孔又は切り欠きを有する工具。 A tool that is mounted on a cutting machine and cuts a work piece by rotating.
A blade that is formed on one end side and cuts the work piece,
Shank part and
A grip portion formed on the other end side and gripped by the tool holder of the cutting machine, and a grip portion.
It has a hole that penetrates the center in the radial direction and has a hole.
A tool in which the grip portion has a hole or notch that communicates with the hole portion.
上記胴部の一端面側に工具を把持する穴部を有し、
上記胴部の側面に上記穴部に連通する側孔が少なくとも1つ形成されている工具ホルダ。 A tool holder that has a cylindrical body and is held by a cutting machine.
A hole for gripping a tool is provided on one end surface side of the body portion.
A tool holder in which at least one side hole communicating with the hole is formed on the side surface of the body.
請求項2に記載の工具ホルダと
を備える切削加工機。 The tool according to claim 1 and
A cutting machine provided with the tool holder according to claim 2.
請求項2に記載の工具ホルダを有する切削加工機に請求項1に記載の工具を装着する工程と、
上記工具ホルダを介して上記工具の孔部に圧縮空気を送る工程と、
上記工具ホルダの側孔にクーラントを供給する工程と、
上記工具ホルダの穴部内で上記圧縮空気及び上記クーラントを混合してミストを生成する工程と、
上記工具を回転すると共に、上記工具の先端から上記ミストを噴出する工程と
を備える加工方法。 It is a method of cutting a work piece by rotating a tool.
The process of mounting the tool according to claim 1 on the cutting machine having the tool holder according to claim 2.
The process of sending compressed air to the hole of the tool via the tool holder, and
The process of supplying coolant to the side holes of the tool holder and
A process of mixing the compressed air and the coolant in the hole of the tool holder to generate mist, and
A processing method including a process of rotating the tool and ejecting the mist from the tip of the tool.
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