JP3165192U - 切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】本体部の剛性の確保と有効な制振効果を両立させて、安定した切削性能を得ることができる切削工具を提供することを目的とする。【解決手段】工作機械に着脱自在に装着され切刃部４によって被加工物を切削する切削工具１において、工具台座にクランプ固定される本体部２の長手方向において切刃保持部３を除いた範囲に設定される制振対象領域Ｒに、長手方向と直交し且つクランプ固定の状態で切刃部４に作用する切削外力の作用方向と直交する方向に本体部２を貫通して上下２箇所にスリット状の貫通溝部２ａを形成し、この貫通溝部２ａ内に制振合金より成る嵌着部材６を嵌着させる構成とする。これにより、本体部２の剛性を減少させることなく制振部材を本体部２に組み込むことが可能となり、本体部２の剛性の確保と有効な制振効果を両立させて、安定した切削性能を得ることができる。【選択図】図１

Description

この考案は、旋盤加工などの切削加工に用いられる切削工具に関するものである。

金属部品などの被切削物を切削する旋盤などの工作機械には、超硬合金などの硬質素材よりなる切刃部を矩形断面の棒状部材である本体部に保持させた切削工具が用いられる。このような切削工具は、工作機械の工具台座にクランプされる本体部の先端に、交換自在に切刃部を保持させて構成され、使用状態では本体部の一部が工具台座から片持ち状態で突出する。切削加工時には切刃部が回転状態の被加工物と接触することによる曲げ外力が作用し、この曲げ外力により本体部には振動が誘起される。

このような振動は正常な切削作業を損なう要因となり、切削面荒れ、騒音、切り刃欠損などの不具合を誘発する。このため従来より、切削工具として振動抑止機能を有する制振合金を一部分に組み込んだ切削工具が知られている（特許文献１，２参照）特許文献１では、切刃部を除く少なくとも一部分に制振合金を用い、制振合金によって振動を吸収するようにした例が記載されている。さらに特許文献２では、本体部を上下２つの対向する構成部品とし、構成部品の間に制振合金を介在させる構成とすることにより、より有効な制振作用を得るようにした例が記載されている。

特開２００４−２０２６４８号公報 特開２００４−２０２６４９号公報

上述の用途に用いられる切削工具には、安定した切削性能を確保するうえで高い剛性を有することが必要とされる。しかしながら上述の特許文献例に示す先行技術例では、制振合金を本体部に組み込む際の形態に起因して、切削外力に対する曲げ剛性を担う断面における断面２次モーメントが減少して曲げ剛性が低下するという課題が生じている。すなわち上述例では、制振合金を本体部に貼り付けるか、また本体部を分割して挟み込む構成を用いていることから、本体部自体の断面積が減少して曲げ剛性が低下することが避けられない。

また制振合金としては双晶型のものが多用されており、この双晶型の制振合金に双晶変形を生じさせて有効な制振作用を果たさせるためには、制振合金に適正な予圧を与えて応力レベルを高めておくことが望ましい。しかしながら上述の先行技術例では、単に制振合金を本体部に貼り合わせるか挟み込む構成となっていることから制振合金に予圧を与えることはできず、この結果として有効な制振効果を得ることが困難であるという課題があった。

そこで本考案は、本体部の剛性の確保と有効な制振効果を両立させて、安定した切削性能を得ることができる切削工具を提供することを目的とする。

本考案の切削工具は、工作機械に着脱自在に装着され切刃部によって被加工物を切削する切削工具であって、矩形断面を有する棒状部材より成り前記工作機械の工具台座にクランプ固定される本体部と、前記本体部の先端に設けられ前記切刃部を着脱自在に保持する切刃保持部と、前記本体部の長手方向において前記切刃保持部を除いた範囲に設定される制振対象領域に、前記長手方向と直交し且つ前記クランプ固定の状態で前記切刃部に作用する切削外力の作用方向と直交する方向に前記本体部を貫通して上下２箇所に形成されたスリット状の貫通溝部と、前記貫通溝部内に嵌着された制振合金より成る嵌着部材とを備え、前記制振対象領域は、前記切削外力によって誘起される曲げ応力の応力分布において所定の応力レベル以上の範囲として定義され、前記貫通溝部は、前記本体部の上面および下面からそれぞれ前記応力分布に基づいて規定される所定厚みだけ内側に隔てた位置に形成され、さらに前記制振合金の対数減衰率が、０．１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの周波数において、０．１〜０．７５の範囲内である。

本考案によれば、工具台座にクランプ固定される本体部の長手方向において切刃保持部を除いた範囲に設定される制振対象領域に、長手方向と直交し且つクランプ固定の状態で切刃部に作用する切削外力の作用方向と直交する方向に本体部を貫通して上下２箇所にスリット状の貫通溝部を形成し、この貫通溝部内に制振合金より成る嵌着部材を嵌着させる構成とすることにより、本体部の剛性を減少させることなく制振部材を本体部に組み込むことが可能となり、本体部の剛性の確保と有効な制振効果を両立させて、安定した切削性能を得ることができる

本考案の実施の形態１の切削工具の構造説明図 本考案の実施の形態１の切削工具の断面図 本考案の実施の形態１の切削工具における各部寸法の説明図 本考案の実施の形態２の切削工具の構造説明図 本考案の実施の形態２の切削工具の断面図

（実施の形態１）
図１を参照して、本実施の形態１の切削工具１の全体構成を説明する。切削工具１は、旋盤などの工作機械に着脱自在に装着され、超硬合金などを用いた切刃部によって被加工物を切削する用途に使用されるものである。なお図１（ｃ）は、図１（ｂ）におけるＡ−Ａ断面を示している。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、切削工具１は、矩形断面を有する棒状部材より成り工作機械の工具台座にクランプ固定される本体部２と、本体部２の先端に設けられ切刃部４を着脱自在に保持する切刃保持部３より構成される。切刃部４は切刃保持部３の先端に設けられた装着用の切欠部に嵌着され、切刃保持部３に設けられた切刃固定ボルト５を絞め込むことによって切刃保持部３に固定される。

本体部１の長手方向（第１方向）において、切刃保持部３を除いた所定範囲には、制振対象領域Ｒが設定されている。制振対象領域Ｒには、長手方向（第１方向）と直交し且つ本体部２が工具台座にクランプ固定の状態で切刃部４に作用する切削外力（図３（ｃ）に示す切削外力Ｆ参照）の作用方向（第３方向）と直交する方向（第２方向）に、本体部２を貫通して上下２箇所にスリット状の貫通溝部２ａが形成されている。

図１（ｃ）に示すように、貫通溝部２ａは、本体部２の上面２ｂ、下面２ｃからそれぞれ所定の厚み寸法ｔ１だけ内側に隔てた位置に形成されており、それぞれの貫通溝部２ａには、制振合金よりなる嵌着部材６が嵌着されている。ここで用いられる制振合金の種類としては、Ｍ２０５２合金（Ｍｎ−２０Ｃｕ−５Ｎｉ−２Ｆｅ）などの双晶型の制振合金が望ましい。さらにここでは対数減衰率が、０．１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの周波数において、０．１〜０．７５の範囲内であるものを用いる。ここで対数減衰率の範囲特定において周波数を上述範囲に限定しているのは、一般に制振合金の対数減衰率は周波数によって変動するからであり、通常使用される切削工具の共振周波数に該当する周波数範囲である０．１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚにおける対数減衰率を規定している。

なお制振合金とは、通常対数減衰率が０．０５以上の合金を指すものであり、対数減衰率の数値のみ考えれば、純鉄や純ニッケルなどの純金属で同程度の対数減衰率を示すものが存在する。しかしながらこのような純金属は合金には該当しないことから、本考案における嵌着部材６の素材としては用いられない。

図２は、貫通溝部２ａのスリット幅寸法と嵌着部材６の厚み寸法との関係を示している。すなわち図２（ａ）に示すように、スリット幅寸法ｂで形成された貫通溝部２ａに対し、嵌着部材６の厚み寸法ｔ２は、スリット幅寸法ｂに対して所定の圧入代δだけ大きく設定されている。したがって嵌着部材６を貫通溝部２ａに嵌着させた状態においては、嵌着部材６には圧入代δの大きさに応じた圧縮方向の予圧が与えられ、制振合金には予歪みを生じている。これにより、双晶型の制振合金を用いた場合において、嵌着部材６には初期状態から双晶が生じることとなり、切削外力が小さい使用状態にあっても高い制振作用を発揮することができる。なお圧入代δは、切削工具１の種類や切削形態に応じて最適値を試行などにより選定する。

次に図３を参照して、切削工具１の各部寸法および使用状態における嵌着部材６の制振作用について説明する。図３（ａ）に示すように、本体部２および切刃保持部３を含めた切削工具１の全長Ｌは、一般に８０〜２００ｍｍの範囲であり、ここでは全長Ｌが１５０ｍｍである場合を例示している。図３（ｂ）に示すように、切削工具１の使用状態においては、本体部２は工具台座によって工具クランプ範囲Ｃの範囲を挟み込まれてクランプ固定される。そして切削加工時には、切刃部４の先端部には切削外力Ｆが作用する。

嵌着部材６が嵌着される貫通溝部２ａの長手方向寸法Ａは、図３（ｃ）に示す制振対象領域Ｒ、すなわち切削外力Ｆによって誘起される曲げ応力の応力分布において、所定の応力レベル以上の範囲として定義される制振対象領域Ｒを包含するように設定される。本実施の形態においては、２５〜４０ｍｍの範囲で適宜設定される。また切刃部４の先端部から貫通溝部２ａの端部までの寸法を示す非制振部寸法Ｂは、クランプ位置、すなわち本体部２を工具台座に固定する工具クランプ範囲Ｃによって決定されるが、クランプ位置が不定の場合には、３０ｍｍ程度に設定される。

そして本体部２における貫通溝部２ａの厚み方向の位置を示す厚み寸法ｔ１は、貫通溝部２ａが図３（ｃ）に示す高応力ゾーンＺ、すなわち切削外力Ｆによって誘起される引張り・圧縮の曲げ応力が所定の応力レベル以上となる範囲として設定される高応力ゾーンＺ内に貫通溝部２ａが位置するように設定される。すなわち貫通溝部２ａは、本体部２の上面２ｂおよび下面２ｃからそれぞれ切削外力Ｆによる曲げ応力の応力分布に基づいて規定される所定厚みだけ内側に隔てた位置に形成される。具体的には、厚み寸法ｔ１が１〜４ｍｍの範囲内となるよう適宜選定される。

切削加工時には、切削外力Ｆによって誘起される曲げ応力により、切削工具１には振動が生じる。このとき、制振対象領域Ｒに形成された貫通溝部２ａ内に嵌着部材６が嵌着されていることにより、振動による微小変位が嵌着部材６の双晶変形によって吸収され、振動を低減する制振効果が生じる。このとき、嵌着部材６は本体部２において応力レベルが高い制振対象領域Ｒにのみ嵌着されていることから、本体部２の全長にわたって板状の制振部材を配置する従来技術における問題、すなわち制振部材を貼り合わせた分だけ本体部２の厚みが減少することによる曲げ剛性の低下が生じることがない。また制振対象領域Ｒにおいても、嵌着部材６は貫通溝部２ａ内に圧入されて本体部２と一体的に曲げ外力に対して作用することから、曲げ剛性の低下が有効に防止される。

さらに制振部材を本体部の表面に貼り合わせる従来技術では、振動による両振り変位において本体部が制振部材から離れる方向に変位する場合には、制振部材には変位が伝達されず制振効果が生じない。これに対し、本考案における嵌着部材６は本体部２の表面ではなく本体部２の長手方向に直交する断面において曲げ応力が高い高応力ゾーンＺ内に埋め込まれた形で配置されていることから、切削工具１の振動時における両振り方向の変位に完全に追従し、常に良好な制振効果を発揮する。

（実施の形態２）
上記実施の形態１においては、嵌着部材６の寸法設定において、貫通溝部２ａに対して予め圧入代を設定することにより、嵌着部材６に圧縮方向の予圧を与える方式を示したが、本実施の形態２はこの方式に代えて、貫通溝部２ａおよび嵌着部材６をテーパ形状とすることにより、嵌着部材６に予圧を与えるようにしている。

図４を参照して、本実施の形態２の切削工具１０の全体構成を説明する。なお図４（ｃ）は、図４（ｂ）におけるＡ−Ａ断面を示している。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、切削工具１０は実施の形態１に示す切削工具１と同様に、本体部１２と本体部１２の先端に設けられ切刃部４を着脱自在に保持する切刃保持部１３より構成される。切刃部４は切刃保持部１３の先端に設けられた装着用の切欠部に嵌着され、切刃保持部１３に設けられた切刃固定ボルト５を絞め込むことによって切刃保持部１３に固定される。

本体部１０の長手方向（第１方向）において、切刃保持部３を除いた所定範囲には、実施の形態１と同様に定義される制振対象領域Ｒが設定されている。制振対象領域Ｒには、長手方向（第１方向）と直交し且つ本体部１２が工具台座にクランプ固定の状態で切刃部４に作用する切削外力（図３（ｃ）に示す切削外力Ｆ参照）の作用方向（第３方向）と直交する方向（第２方向）に本体部１２を貫通して、上下２箇所にスリット状の貫通溝部１２ａが形成されている。

図１（ｃ）に示すように、貫通溝部１２ａは、本体部１２の上面１２ｂ、下面１２ｃからそれぞれ所定の厚み寸法ｔ３だけ内側に隔てた位置に形成されており、それぞれの貫通溝部１２ａには、実施の形態１における嵌着部材６と同様材質の制振合金よりなる嵌着部材１６が嵌着されている。この厚み寸法ｔ３は、実施の形態における厚み寸法ｔ１と同様に設定される。

図５は、貫通溝部１２ａの断面形状と、嵌着部材１６の断面形状との関係を示している。すなわち図５（ａ）に示すように、貫通溝部１２ａは、本体部１２の一方側の側面１２ｄにおけるスリット幅寸法ｂ１が他方側の側面１２ｄにおけるスリット幅寸法ｂ２よりも小さくなるように断面形状が設定されている。すなわち貫通溝部１２ａは、本体部１２を貫通する方向にスリット幅寸法が漸減するテーパ形状となっている。

また図５（ｂ）に示すように、嵌着部材１６の厚み寸法は、本体部１２の側面１２ｄに対応する端部側の厚み寸法ｔ４が、他方側の側面１２ｄに対応する端部側の厚み寸法ｔ５よりも小さくなるように断面形状が設定されている。すなわち、嵌着部材１６の厚み寸法は、貫通溝部１２ａのテーパ形状に応じて本体部１２を貫通する方向に、漸減する形状となっている。

嵌着部材１６の装着状態においては嵌着部材１６は厚みが小さい端部側から貫通溝部１２ａ内に挿入され、嵌着部材１６の厚みが大きい側の端部には板状の押込み部材１７が当接する。押込み部材１７には予圧調整ボルト１８が挿通しており、本体部２に設けられたボルト孔１９に予圧調整ボルト１８を螺合させて予圧調整ボルト１８を締め込むことにより、嵌着部材１６は押込み部材１７によって貫通溝部１２ａ内に押し込まれる。これにより、貫通溝部１２ａ内で嵌着部材１６に予圧が与えられる。そして予圧調整ボルト１８の締め付けトルクを制御することにより、嵌着部材１６を貫通溝部１２ａ内に押し込む押し込み力を調整することができる。

このとき、貫通溝部１２ａ、嵌着部材１６のテーパ率を適切に設定し、嵌着部材１６の嵌入代を調整することにより、嵌着部材１６に対して所望の大きさの圧縮応力を予圧として与えることができる。すなわち、本実施の形態２においては、嵌着部材１６の貫通溝部１２ａへの嵌入代を調節することにより、嵌着部材１６に与えられる圧縮方向の予圧を調整するようにしている。なお貫通溝部１２ａ、嵌着部材１６のテーパ率の設定は、実施の形態１における圧入代δと同様に、最適値を試行などにより選定する。

上述構成において、押込み部材１７、予圧調整ボルト１８およびボルト孔１９は、嵌着部材１６に与えられる圧縮方向の予圧を調整する予圧調整手段となっている。このような構成によれば、実施の形態１において述べた効果に加えて、嵌着部材１６に与えられる予圧を調整することにより使用対象に応じて適正な予圧を設定することができ、より良好な制振効果を得ることが可能となる。

本考案の切削工具は、本体部の剛性の確保と有効な制振効果を両立させて、安定した切削性能を得ることができるという効果を有し、金属素材などの被加工物を旋削加工などによって切削する技術分野に利用可能である。

１，１０ 切削工具
２，１２ 本体部
２ａ，１２ａ 貫通溝部
３ １３ 切刃保持部
４ 切刃部
６、１６ 嵌着部材
１７ 押込み部材
１８ 予圧調整ボルト
Ｃ 工具クランプ範囲
Ｒ 制振対象領域

Claims (3)

1. 工作機械に着脱自在に装着され切刃部によって被加工物を切削する切削工具であって、
   矩形断面を有する棒状部材より成り前記工作機械の工具台座にクランプ固定される本体部と、
   前記本体部の先端に設けられ前記切刃部を着脱自在に保持する切刃保持部と、
   前記本体部の長手方向において前記切刃保持部を除いた範囲に設定される制振対象領域に、前記長手方向と直交し且つ前記クランプ固定の状態で前記切刃部に作用する切削外力の作用方向と直交する方向に前記本体部を貫通して上下２箇所に形成されたスリット状の貫通溝部と、
   前記貫通溝部内に嵌着された制振合金より成る嵌着部材とを備え、
   前記制振対象領域は、前記切削外力によって誘起される曲げ外力の応力分布において所定の応力レベル以上の範囲として定義され、
   前記貫通溝部は、前記本体部の上面および下面からそれぞれ前記応力分布に基づいて規定される所定厚みだけ内側に隔てた位置に形成され、
   さらに前記制振合金の対数減衰率が、０．１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの周波数において、０．１〜０．７５の範囲内であることを特徴とする切削工具。
2. 前記嵌着部材の厚み寸法は、前記貫通溝部のスリット幅寸法に対して所定の圧入代だけ大きく設定されており、前記嵌着部材を前記貫通溝部に嵌着させた状態において前記嵌着部材には圧縮方向の予圧が与えられていることを特徴とする請求項１記載の切削工具。
3. 前記貫通溝部は前記本体部を貫通する方向にスリット幅寸法が漸減するテーパ形状となっており、前記嵌着部材の厚み寸法は前記本体部を貫通する方向に前記テーパ形状に応じて漸減する形状となっており、さらに前記嵌着部材の前記貫通溝部への嵌入代を調節することにより、前記嵌着部材に与えられる圧縮方向の予圧を調整する予圧調整手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の切削工具。

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