JP3539210B2 - ヘッド交換式切削工具及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシャンク部に対してヘッド部を着脱交換可能に装着したヘッド交換式切削工具及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の切削工具の一例として、図１０及び図１１に示すようなボーリングバーがある。
このボーリングバー１は、図示しないマシニングセンタなどに保持されるシャンク部２に対してスローアウェイチップ３が取り付けられたヘッド部４が着脱交換可能に嵌合されて形成されている。この場合、シャンク部２は例えば剛性が高く高価な超硬合金で形成され、ヘッド部４は切屑の擦過などで摩耗や損傷しやすいために低廉なスチール等を用いて着脱交換可能とされている。
またヘッド部４を交換可能とすることで異なる種類の切刃を備えたヘッド部を装着できるようにしている。
このようなボーリングバー１のヘッド部４とシャンク部２の嵌合部５の構造は、例えばシャンク部２の先端面６の中央部に形成された凸部６ａを角柱形状に形成すると共に、ヘッド部４の基端面７の穴部７ａを角柱状凹部に形成して、凸部６ａを穴部７ａに嵌合させて先端面６と基端面７を当接させた状態でその周囲をろう付けするようになっている。
或いは、凸部６ａを略円柱状に形成して雄ねじを切り、穴部７ａを略円柱状の凹部に形成して凸部６ａの雄ねじと螺合する雌ねじを形成して嵌合するようにしていた。
また他の嵌合構造として、凸部６ａと穴部７ａを焼き嵌めしたものもあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような嵌合部５の構造では、スローアウェイチップ３の切刃で回転する被削材の穴加工を行う際、切削抵抗の主分力が切刃に略直交する方向にかかり、これを主として凸部６ａ及び穴部７ａで受けるために比較的剛性の小さい鋼製のヘッド部４にかかる負荷が大きく、前者の場合には角柱状の穴部７ａの角に亀裂が入り、後者の場合には雌ねじと雄ねじの螺合部分が損傷しやすい等の欠点があり、ボーリングバー１の剛性が小さく、工具寿命が短かった。
また焼き嵌めの場合においても、ヘッド部４の穴部７ａを加熱して凸部６ａに嵌合した後、穴部７ａが常温まで温度低下して収縮すると、収縮誤差によってヘッド部４の基端面７がシャンク部２の先端面６から離間することがあり、そのためにボーリングバー１の保持強度と剛性が小さく、工具寿命が短かった。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、工具の剛性が高く工具寿命を向上できるヘッド交換式切削工具を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によるヘッド交換式切削工具は、切刃を備えたヘッド部とシャンク部とが嵌合されてなり、前記ヘッド部を交換可能としたヘッド交換式切削工具において、前記ヘッド部とシャンク部の一方に軸部とテーパ面を備え、他方に前記軸部に嵌合する穴部と前記テーパ面に嵌合するテーパ状部とを備え、
前記テーパ部が前記工具本体の中心軸線に対して傾斜させられると共に、 前記軸部と穴部、前記テーパ面とテーパ状部のそれぞれ少なくともいずれか一方に締め代が設けられ、前記軸部と前記穴部の一方にはキーが設けられ、他方には前記キーに嵌合するキー溝が形成されているともに、前記キー溝の長手方向の面である側面が前記切刃の前切刃と略平行となるように形成されていることを特徴とする。
ヘッド部とシャンク部とを焼き嵌め嵌合して構成されているために、軸部と穴部、そしてテーパ面とテーパ状部が締め代圧によってそれぞれ押圧固定され、しかも２面で互いに拘束されるために互いの保持強度が高く、工具剛性が向上する。また切削抵抗による送り分力と主分力を受けて動剛性も向上する。
【０００６】
また軸部と穴部の一方にキーが設けられ、他方にキーに嵌合するキー溝が形成されていてもよい。
切刃による切削抵抗の主分力や送り分力がヘッド部を捻るようにかかっても、互いに嵌合するキーとキー溝によってその一部を受けることができて切削時の回転防止機能と工具の動剛性を強化でき、焼き嵌めによる二面拘束とキー及びキー溝嵌合とでシャンク部とヘッド部の一体化を高めて工具剛性を向上できる。
また、キー及びキー溝は、ヘッド部の切刃にかかる切削抵抗の主分力に略直交する方向に延在するようにしてもよい。
特にボーリングバーなどの旋削工具においては、工作機械等へのシャンク部の取り付け位置に対して切刃の位置決めをキーとキー溝とによって行うことができ、また切削抵抗の主分力を略直交する方向に配置されたキー及びキー溝で受けることになるために切削時の動剛性が一層向上する。
【０００７】
本発明によるヘッド交換式切削工具の製造方法は、切刃を備えたヘッド部とシャンク部とが嵌合されてなり、前記ヘッド部を交換可能としたヘッド交換式切削工具において、前記ヘッド部とシャンク部の一方に軸部とテーパ面を備え、他方に前記軸部に嵌合する穴部と前記テーパ面に嵌合するテーパ状部とを備え、前記軸部と穴部、前記テーパ面とテーパ状部のそれぞれ少なくともいずれか一方に締め代が設けられていて、前記軸部と穴部の一方にはキーが設けられ、他方には前記キーに嵌合するキー溝が形成されているともに前記キー溝の長手方向の面である側面が前記切刃の前切刃と略平行となるように形成され、前記穴部及び前記テーパ状部を加熱して前記軸部及び前記テーパ面と焼き嵌めするとともに前記キーと前記キー溝とを嵌合することを特徴とする。
穴部と軸部、そしてテーパ状部とテーパ面をそれぞれ焼き嵌めすることで締め代圧によって二面拘束することができ、工具の剛性を高めることができる。尚、焼き嵌めに際して、同時に軸部及びテーパ面を常温より冷却することとすれば、嵌合がより容易且つ確実になる。
【０００８】
また、穴部及びテーパ状部を軸部及びテーパ面に焼き嵌めする際、テーパ状部は収縮が進行する状態でテーパ面に嵌合させるようにしてもよい。
常温に戻った際に収縮寸法の誤差が生じることがあるが、テーパ状部とテーパ面は、ずれた状態でもずれが締め代寸法の範囲内であれば互いに当接して締め代圧が作用するから、両者の間に隙間が形成されることなく面拘束を確保できる。
尚、穴部と軸部の一方にキーが設けられ、他方にキーと嵌合するキー溝が設けられていることで焼き嵌め時に嵌合でき、切刃の位置決めと切削抵抗に対する回転防止機能が働き、工具剛性が一層向上する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面により説明する。図１乃至図５は第一の実施の形態によるボーリングバーに関するものであり、図１はボーリングバーの一部を断面で示す要部平面図、図２は図１に示すボーリングバーのＢ−Ｂ線断面図、図３は図１に示すボーリングバーのＣ部拡大図、図４はシャンク部を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は底面図、図５はヘッド部を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は底面図である。
図１乃至図３に示すボーリングバー１０は、シャンク部１１とヘッド部１２が嵌合部１３で焼き嵌め嵌合されて一体化されてなるものである。
特に図４に示すシャンク部１１は例えば超硬合金で構成され、略円柱状で、その外周面１１ａには図示しないマシニングセンタ等の工作機械に所定位置で保持されるための平面状の保持部１４が長手方向に沿って形成されている。
嵌合部１３の一方を成すシャンク部１１の（ヘッド部１２側の）先端部１５には、外周面１１ａより小径とされた同心で略円柱状の軸部１６が形成され、この軸部１６は円筒形状の周面１６ａと円形の先端面１６ｂとを有し、先端面１６ｂには略板状のキー１７が突出形成されている。キー１７はその長手方向の側面１７ａが保持面１４と略平行な位置に設けられ、ヘッド部１２の切刃の位置決めに用いられる。
また軸部１６と外周面１１ａとの間にはテーパ面１８がリング状に形成されている。テーパ面１８の傾斜角度θはシャンク部１１の中心軸Ｏに対する適宜の鋭角とされ、９０°に近い角度の方が好ましい（図３及び図４参照）。
【００１０】
特に図５に示すヘッド部１２は例えばスチール製とされ、略円柱状に形成されると共に先端部が切り欠かれて凹部２０とされ、その先端角部に凹状のチップ取付座２１が形成されてスローアウェイチップ２２がボルト等で固定されている。スローアウェイチップ２２の上面２３の先端側の稜辺は前切刃２３ａと横切刃２３ｂとされている。
ヘッド部１２の基端部２５は嵌合部１３の他方をなし、基端部２５にはシャンク部１１の軸部１６を焼き嵌め嵌合するための同心状に形成された略円筒状の穴部２６が形成されている。この穴部２６はヘッド部１２の外周面をなす円筒部によって概略構成され、内周面２６ａと底面２６ｂとを備え、底面２６ｂにはシャンク部１１のキー１７と嵌合するキー溝２７が形成されている。また穴部２６の開口部をなす自由端部は断面テーパ状とされたリング状のテーパ状部２８が形成されている。
このテーパ状部２８は図３に示すようにシャンク部１１のテーパ面１８と焼き嵌め嵌合されており、テーパ状部２８の中心軸Ｏに対する傾斜角度はテーパ面１８とほぼ同一の角度θに設定されている。
【００１１】
また穴部２６の内周面２６ａについて、軸部１６の外周面１６ａと焼き嵌めするために、常温において焼き嵌めの締め代分（例えば３０μｍ）だけ軸部１６の外径よりも小さい内径寸法に設定されている。また穴部２６のテーパ状部２８についても同様に軸部１６のテーパ面１８の対応する外径寸法よりも焼き嵌めの締め代分（例えば３０μｍ）だけ小さい内径寸法に設定されている。
尚、これとは逆に軸部１６の外周面１６ａとテーパ面１８の外形寸法を、穴部２６の内周面２６ａ及びテーパ状部２８の対応する内径寸法よりも締め代分だけ大きく形成してもよく、或いは両方に締め代を形成してもよい。
【００１２】
また、ヘッド部１２のキー溝２７は略板状の溝とされ、ボーリングバー１０で回転する被削材Ｗの穴加工を行う際、スローアウェイチップ２２の前切刃２３ａ及び横切刃２３ｂで受ける切削抵抗の主分力に直交する方向に、キー溝２７の長手方向の面である側面２７ａが位置している。換言すれば、図１に示すように前切刃２３ａ及び横切刃２３ｂによる被削材Ｗの切削加工ポイントにおける被削材Ｗの加工穴ｈの接線方向に主分力が生じ、この主分力に直交する方向にキー溝２７の側面２７ａが位置している。
またキー溝２７の側面２７ａと前切刃２３ａが略平行に位置することで、シャンク部１１に対する切刃２３ａ，２３ｂの位置決めがされている。
これによって、シャンク部１１の先端部１５とヘッド部１２の基端部２５が焼き嵌め嵌合された状態で、互いに嵌合する略板状のキー１７及びキー溝２７の各側面１７ａ，２７ａで切削抵抗の主分力を受けることができるようになっている。
【００１３】
本実施の形態によるボーリングバー１０は上述のように構成されており、次にその製造方法について説明する。
図４及び図５に示すようにヘッド部１２とシャンク部１１が分離された状態において、常温よりもヘッド部１２を加熱すると共にシャンク部１１を冷却した状態で、キー１７とキー溝２７の側面１７ａ，２７ａを一致させてヘッド部１２の基端部２５とシャンク部１１の先端部１５を焼き嵌め嵌合する。この場合、キー１７がキー溝２７と嵌合することで、ヘッド部１２の切刃２３ａ，２３ｂはシャンク部１１の保持部１４に対して周方向に位置決めされることになる。
そして、シャンク部１１の軸部１６がヘッド部１２の穴部２６内に嵌合される際、ヘッド部１２とシャンク１１が徐々に常温に戻ると、穴部２６は収縮して縮径され軸部１６は拡径されるために、穴部２６の内周面２６ａに設けられた締め代の締め代圧によって軸部１６は穴部２６と強固に焼き嵌めされる。
【００１４】
これと同時に、ヘッド部１２の穴部２６の収縮が進行する状態で、穴部２６のテーパ状部２８がテーパ面１８に押しつけられ、締め代圧によって焼き嵌めされる。
この時、常温に戻る際の、ヘッド部１２の収縮とシャンク部１１の膨張による寸法誤差によって、テーパ状部２８とテーパ面１８との当接面が設計時と比較して若干の位置ずれを生じても、締め代寸法の範囲であれば、互いにテーパ状の面をなすためにずれた位置で面接触して締め代圧によって互いに面拘束される。この場合の締め代圧は位置ずれの分だけ設計時の締め代圧より小さくなるが、軸部１６と穴部２６との面拘束と合わせて二面拘束を実現できてボーリングバー１０全体の剛性を高くできる。
このようにして図１乃至図３に示すボーリングバー１０が製造される。
尚、上述の製造方法に代えてヘッド部１２の収縮が進行する前にシャンク部１１と焼き嵌めさせて、嵌合終了後に収縮させるようにしてもよい。
【００１５】
次にこのボーリングバー１０を用いて図１に示すように被削材Ｗの中ぐり加工を行う。
回転する被削材Ｗの下穴ｈが前切刃２３ａ及び横切刃２３ｂで切削されて穴加工される。この時、切刃２３ａ，２３ｂに作用する切削抵抗の主分力は切削加工ポイントにおける接線方向（図１において紙面に略直交する方向であって上から下方向）、例えば切刃２３ａ，２３ｂに略直交する方向に発生する。
そのため、主分力を受けるヘッド部１２がシャンク部１１に対して捻れる方向に応力が働くが、この主分力は嵌合部１３における主分力に略直交するキー１７及びキー溝２７の当接する各側面１７ａ，２７ａで受けることができる。同時に切削抵抗によるヘッド１２の回転防止機能を果たすこともできる。
また被削材Ｗ（または）ボーリングバー１０の送り方向に働く送り分力Ｆによっても、ヘッド１２を水平方向に捻る応力が働くが、これについては主分力と共に、穴部２６の内周面２６ａ及び軸部１６の外周面１６ａの拘束面と、テーパ状部２８及びテーパ面１８の拘束面とによって受けることができ、この点でもボーリングバー１０の動剛性が高くなる。
【００１６】
上述のように本実施の形態によれば、ヘッド部１２とシャンク部１１を、穴部２６の内周面２６ａ及び軸部１６の外周面１６ａと、テーパ状部２８及びテーパ面１８とで焼き嵌めしたから、ヘッド部１２の着脱交換が可能であり、異なる種類の刃先を備えたヘッド部１２やヘッド部１２の損傷に対応できる。
しかも、焼き嵌めによって二面拘束でき、切削抵抗の主分力や送り分力を受けることができてボーリングバー１０の剛性及び動剛性を向上できる。また嵌合部１３にキー及びキー溝嵌合を付加したことで、シャンク部１１の平面状の保持部１４に対して切刃２３ａ，２３ｂの位置決め精度を確保でき、更に切削抵抗の主分力受けと回転防止機能を強化でき、動剛性を一層向上できる。
また焼き嵌めによる二面拘束のうち、一の面拘束をテーパ状部２８とテーパ面１８とで行うために、ヘッド部１２及びシャンク部１１の収縮または膨張誤差によってテーパ状部２８とテーパ面１８の当接位置がずれても締め代圧によって互いに焼き嵌め結合でき、確実に工具剛性を向上できる。
【００１７】
次に本発明の第二の実施の形態を図６乃至図９により、上述の第一の実施の形態と同一の部分には同一の符号を用いて説明する。
図６はボーリングバーの一部破断正面図、図７は図６のＥ部拡大図、図８はシャンク部を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は先端面図、図９はヘッド部を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
本実施の形態によるボーリングバー３０では、図６及び図８に示すシャンク部１１の先端部１５において、外周面１１ａと軸部１６の接続面３１は中心軸Ｏに略直交するリング状の平面とされている。一方、軸部１６とキー１７との間には全周に亘ってテーパ面３２が形成され、テーパ面３２につづく小径の先端面３２ａ上に略板状のキー１７が形成されている。
また図６及び図９に示すヘッド部１２の基端部２５には穴部２６が形成され、その自由端部３３は中心軸Ｏに略直交するリング状の平面とされている。また穴部２６の内周面２６ａと底面２６ｂとの間にリング状のテーパ状部３４が形成されており、このテーパ状部３４はテーパ面３２と焼き嵌め嵌合されるようになっている。この場合、テーパ状部３４（またはテーパ面３２もしくは両方）に締め代が形成され、対応する内径がテーパ面３２の外径より締め代分だけ小さく設定されている。
穴部２６のテーパ状部３４と軸部１６のテーパ面３２は、図７に示すようにそれぞれ中心軸Ｏに対する傾斜角θが設定されている。
そして、底面２６ｂに略板状のキー溝２７が形成されている。
【００１８】
本実施の形態においても、穴部２６の内周面２６ａと軸部１６の外周面１６ａ、そしてテーパ状部３４とテーパ面３２について、焼き嵌めによって二面拘束できる。この場合、ヘッド部１２とシャンク部１１を焼き嵌めする際、ヘッド部１２の穴部２６の自由端部３３とシャンク部１１の接続面３２とに収縮誤差または膨張誤差が生じて隙間が生じても、上述のように二面拘束を達成できるから、確実に工具の剛性を向上できる。
【００１９】
尚、上述の実施の形態では、ヘッド部１２の材質をスチール、シャンク部１１の材質を超硬合金としたが、各部材の材質はこれに限定されることなく各種のものを採用できる。また必ずしも互いに異なる材質である必要はなく、同一の材質としてもよい。
また上述の説明では、シャンク部１１に軸部１６及びテーパ面１８，３２、ヘッド部１２に穴部２６及びテーパ状部２８，３４を形成したが、これとは逆にシャンク部１１に穴部２６及びテーパ状部２８，３４を形成し、ヘッド部１２に軸部１６及びテーパ面１８，３２を形成して互いに焼き嵌めするようにしてもよい。
また、上述の実施の形態では、ボーリングバー１０について説明したが、これに限定されることなく、各種の切削工具、例えばバイト等他の旋削工具や、エンドミルやドリルなどの各種転削工具等にもに本発明を採用できる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るヘッド交換式切削工具は、ヘッド部とシャンク部の一方は軸部とテーパ面を備え、他方は軸部に嵌合する穴部とテーパ面に嵌合するテーパ状部とを備え、軸部と穴部、テーパ面とテーパ状部のそれぞれ少なくともいずれか一方に締め代が設けられているから、ヘッド部とシャンク部とを焼き嵌め嵌合して、軸部と穴部、そしてテーパ面とテーパ状部が締め代圧によってそれぞれ押圧固定され、しかも二面で互いに拘束されるために互いの保持強度が高く、工具剛性が向上する。また切削抵抗による送り分力と主分力を受けて工具の動剛性も向上する。
【００２１】
また軸部と穴部の一方にキーが設けられ、他方にキーに嵌合するキー溝が形成されているから、切刃による切削抵抗の主分力や送り分力がヘッド部を捻るようにかかっても、互いに嵌合するキーとキー溝によって受けることができて切削時の回転防止機能と工具の動剛性を強化でき、焼き嵌めによる二面拘束とキー及びキー溝嵌合とでシャンク部とヘッド部の一体化を高めて嵌合強度を向上できる。また、キー及びキー溝は、ヘッド部の切刃にかかる切削抵抗の主分力に略直交する方向に延在するようにしたから、 特にボーリングバーなどの旋削工具においては、工作機械等へのシャンク部の取り付け位置に対して切刃の位置決めをキーとキー溝とによって行うことができ、また切削抵抗の主分力を略直交する方向のキー及びキー溝で受けることになるために切削時の動剛性が一層向上する。
【００２２】
本発明によるヘッド交換式切削工具の製造方法は、ヘッド部とシャンク部の一方は軸部とテーパ面を備え、他方は軸部に嵌合する穴部とテーパ面に嵌合するテーパ状部とを備え、軸部と穴部、テーパ面とテーパ状部のそれぞれ少なくともいずれか一方に締め代が設けられていて、穴部及びテーパ状部を加熱して軸部及びテーパ面と焼き嵌めするから、穴部と軸部、そしてテーパ状部とテーパ面とをそれぞれ焼き嵌めすることで締め代圧によって二面拘束することができ、工具の剛性を高めることができる。
【００２３】
また、穴部及びテーパ状部を軸部及びテーパ面に焼き嵌めする際、テーパ状部は収縮が進行する状態でテーパ面に嵌合させるようにしたから、常温に戻った際に収縮寸法の誤差が生じることがあっても、テーパ状部とテーパ面はずれた状態でも、ずれが締め代寸法の範囲内であれば互いに当接して締め代圧が作用するから、両者の間に隙間が形成されることなく面拘束を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態によるボーリングバーの一部を断面で示す要部正面図である。
【図２】図１に示すボーリングバーのＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】図１に示すボーリングバーのＣ部拡大図である。
【図４】第一の実施の形態によるボーリングバーのシャンク部を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は底面図である。
【図５】ボーリングバーのヘッド部を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は底面図である。
【図６】第二の実施の形態によるボーリングバーの一部破断正面図である。
【図７】図６に示すボーリングバーのＥ部拡大図である。
【図８】第二の実施の形態によるボーリングバーのシャンク部を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は先端面図である。
【図９】ボーリングバーのヘッド部を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
【図１０】従来のボーリングバーの一部破断正面図である。
【図１１】図１０におけるＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
１０，３０ ボーリングバー
１１ シャンク部
１２ ヘッド部
１６ 軸部
１７ キー
１８，３２ テーパ面
２６ 穴部
２７ キー溝
２８，３４ テーパ状部
２３ａ 前切刃
２３ｂ 横切刃
【発明の属する技術分野】
本発明はシャンク部に対してヘッド部を着脱交換可能に装着したヘッド交換式切削工具及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の切削工具の一例として、図１０及び図１１に示すようなボーリングバーがある。
このボーリングバー１は、図示しないマシニングセンタなどに保持されるシャンク部２に対してスローアウェイチップ３が取り付けられたヘッド部４が着脱交換可能に嵌合されて形成されている。この場合、シャンク部２は例えば剛性が高く高価な超硬合金で形成され、ヘッド部４は切屑の擦過などで摩耗や損傷しやすいために低廉なスチール等を用いて着脱交換可能とされている。
またヘッド部４を交換可能とすることで異なる種類の切刃を備えたヘッド部を装着できるようにしている。
このようなボーリングバー１のヘッド部４とシャンク部２の嵌合部５の構造は、例えばシャンク部２の先端面６の中央部に形成された凸部６ａを角柱形状に形成すると共に、ヘッド部４の基端面７の穴部７ａを角柱状凹部に形成して、凸部６ａを穴部７ａに嵌合させて先端面６と基端面７を当接させた状態でその周囲をろう付けするようになっている。
或いは、凸部６ａを略円柱状に形成して雄ねじを切り、穴部７ａを略円柱状の凹部に形成して凸部６ａの雄ねじと螺合する雌ねじを形成して嵌合するようにしていた。
また他の嵌合構造として、凸部６ａと穴部７ａを焼き嵌めしたものもあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような嵌合部５の構造では、スローアウェイチップ３の切刃で回転する被削材の穴加工を行う際、切削抵抗の主分力が切刃に略直交する方向にかかり、これを主として凸部６ａ及び穴部７ａで受けるために比較的剛性の小さい鋼製のヘッド部４にかかる負荷が大きく、前者の場合には角柱状の穴部７ａの角に亀裂が入り、後者の場合には雌ねじと雄ねじの螺合部分が損傷しやすい等の欠点があり、ボーリングバー１の剛性が小さく、工具寿命が短かった。
また焼き嵌めの場合においても、ヘッド部４の穴部７ａを加熱して凸部６ａに嵌合した後、穴部７ａが常温まで温度低下して収縮すると、収縮誤差によってヘッド部４の基端面７がシャンク部２の先端面６から離間することがあり、そのためにボーリングバー１の保持強度と剛性が小さく、工具寿命が短かった。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、工具の剛性が高く工具寿命を向上できるヘッド交換式切削工具を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によるヘッド交換式切削工具は、切刃を備えたヘッド部とシャンク部とが嵌合されてなり、前記ヘッド部を交換可能としたヘッド交換式切削工具において、前記ヘッド部とシャンク部の一方に軸部とテーパ面を備え、他方に前記軸部に嵌合する穴部と前記テーパ面に嵌合するテーパ状部とを備え、
前記テーパ部が前記工具本体の中心軸線に対して傾斜させられると共に、 前記軸部と穴部、前記テーパ面とテーパ状部のそれぞれ少なくともいずれか一方に締め代が設けられ、前記軸部と前記穴部の一方にはキーが設けられ、他方には前記キーに嵌合するキー溝が形成されているともに、前記キー溝の長手方向の面である側面が前記切刃の前切刃と略平行となるように形成されていることを特徴とする。
ヘッド部とシャンク部とを焼き嵌め嵌合して構成されているために、軸部と穴部、そしてテーパ面とテーパ状部が締め代圧によってそれぞれ押圧固定され、しかも２面で互いに拘束されるために互いの保持強度が高く、工具剛性が向上する。また切削抵抗による送り分力と主分力を受けて動剛性も向上する。
【０００６】
また軸部と穴部の一方にキーが設けられ、他方にキーに嵌合するキー溝が形成されていてもよい。
切刃による切削抵抗の主分力や送り分力がヘッド部を捻るようにかかっても、互いに嵌合するキーとキー溝によってその一部を受けることができて切削時の回転防止機能と工具の動剛性を強化でき、焼き嵌めによる二面拘束とキー及びキー溝嵌合とでシャンク部とヘッド部の一体化を高めて工具剛性を向上できる。
また、キー及びキー溝は、ヘッド部の切刃にかかる切削抵抗の主分力に略直交する方向に延在するようにしてもよい。
特にボーリングバーなどの旋削工具においては、工作機械等へのシャンク部の取り付け位置に対して切刃の位置決めをキーとキー溝とによって行うことができ、また切削抵抗の主分力を略直交する方向に配置されたキー及びキー溝で受けることになるために切削時の動剛性が一層向上する。
【０００７】
本発明によるヘッド交換式切削工具の製造方法は、切刃を備えたヘッド部とシャンク部とが嵌合されてなり、前記ヘッド部を交換可能としたヘッド交換式切削工具において、前記ヘッド部とシャンク部の一方に軸部とテーパ面を備え、他方に前記軸部に嵌合する穴部と前記テーパ面に嵌合するテーパ状部とを備え、前記軸部と穴部、前記テーパ面とテーパ状部のそれぞれ少なくともいずれか一方に締め代が設けられていて、前記軸部と穴部の一方にはキーが設けられ、他方には前記キーに嵌合するキー溝が形成されているともに前記キー溝の長手方向の面である側面が前記切刃の前切刃と略平行となるように形成され、前記穴部及び前記テーパ状部を加熱して前記軸部及び前記テーパ面と焼き嵌めするとともに前記キーと前記キー溝とを嵌合することを特徴とする。
穴部と軸部、そしてテーパ状部とテーパ面をそれぞれ焼き嵌めすることで締め代圧によって二面拘束することができ、工具の剛性を高めることができる。尚、焼き嵌めに際して、同時に軸部及びテーパ面を常温より冷却することとすれば、嵌合がより容易且つ確実になる。
【０００８】
また、穴部及びテーパ状部を軸部及びテーパ面に焼き嵌めする際、テーパ状部は収縮が進行する状態でテーパ面に嵌合させるようにしてもよい。
常温に戻った際に収縮寸法の誤差が生じることがあるが、テーパ状部とテーパ面は、ずれた状態でもずれが締め代寸法の範囲内であれば互いに当接して締め代圧が作用するから、両者の間に隙間が形成されることなく面拘束を確保できる。
尚、穴部と軸部の一方にキーが設けられ、他方にキーと嵌合するキー溝が設けられていることで焼き嵌め時に嵌合でき、切刃の位置決めと切削抵抗に対する回転防止機能が働き、工具剛性が一層向上する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面により説明する。図１乃至図５は第一の実施の形態によるボーリングバーに関するものであり、図１はボーリングバーの一部を断面で示す要部平面図、図２は図１に示すボーリングバーのＢ−Ｂ線断面図、図３は図１に示すボーリングバーのＣ部拡大図、図４はシャンク部を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は底面図、図５はヘッド部を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は底面図である。
図１乃至図３に示すボーリングバー１０は、シャンク部１１とヘッド部１２が嵌合部１３で焼き嵌め嵌合されて一体化されてなるものである。
特に図４に示すシャンク部１１は例えば超硬合金で構成され、略円柱状で、その外周面１１ａには図示しないマシニングセンタ等の工作機械に所定位置で保持されるための平面状の保持部１４が長手方向に沿って形成されている。
嵌合部１３の一方を成すシャンク部１１の（ヘッド部１２側の）先端部１５には、外周面１１ａより小径とされた同心で略円柱状の軸部１６が形成され、この軸部１６は円筒形状の周面１６ａと円形の先端面１６ｂとを有し、先端面１６ｂには略板状のキー１７が突出形成されている。キー１７はその長手方向の側面１７ａが保持面１４と略平行な位置に設けられ、ヘッド部１２の切刃の位置決めに用いられる。
また軸部１６と外周面１１ａとの間にはテーパ面１８がリング状に形成されている。テーパ面１８の傾斜角度θはシャンク部１１の中心軸Ｏに対する適宜の鋭角とされ、９０°に近い角度の方が好ましい（図３及び図４参照）。
【００１０】
特に図５に示すヘッド部１２は例えばスチール製とされ、略円柱状に形成されると共に先端部が切り欠かれて凹部２０とされ、その先端角部に凹状のチップ取付座２１が形成されてスローアウェイチップ２２がボルト等で固定されている。スローアウェイチップ２２の上面２３の先端側の稜辺は前切刃２３ａと横切刃２３ｂとされている。
ヘッド部１２の基端部２５は嵌合部１３の他方をなし、基端部２５にはシャンク部１１の軸部１６を焼き嵌め嵌合するための同心状に形成された略円筒状の穴部２６が形成されている。この穴部２６はヘッド部１２の外周面をなす円筒部によって概略構成され、内周面２６ａと底面２６ｂとを備え、底面２６ｂにはシャンク部１１のキー１７と嵌合するキー溝２７が形成されている。また穴部２６の開口部をなす自由端部は断面テーパ状とされたリング状のテーパ状部２８が形成されている。
このテーパ状部２８は図３に示すようにシャンク部１１のテーパ面１８と焼き嵌め嵌合されており、テーパ状部２８の中心軸Ｏに対する傾斜角度はテーパ面１８とほぼ同一の角度θに設定されている。
【００１１】
また穴部２６の内周面２６ａについて、軸部１６の外周面１６ａと焼き嵌めするために、常温において焼き嵌めの締め代分（例えば３０μｍ）だけ軸部１６の外径よりも小さい内径寸法に設定されている。また穴部２６のテーパ状部２８についても同様に軸部１６のテーパ面１８の対応する外径寸法よりも焼き嵌めの締め代分（例えば３０μｍ）だけ小さい内径寸法に設定されている。
尚、これとは逆に軸部１６の外周面１６ａとテーパ面１８の外形寸法を、穴部２６の内周面２６ａ及びテーパ状部２８の対応する内径寸法よりも締め代分だけ大きく形成してもよく、或いは両方に締め代を形成してもよい。
【００１２】
また、ヘッド部１２のキー溝２７は略板状の溝とされ、ボーリングバー１０で回転する被削材Ｗの穴加工を行う際、スローアウェイチップ２２の前切刃２３ａ及び横切刃２３ｂで受ける切削抵抗の主分力に直交する方向に、キー溝２７の長手方向の面である側面２７ａが位置している。換言すれば、図１に示すように前切刃２３ａ及び横切刃２３ｂによる被削材Ｗの切削加工ポイントにおける被削材Ｗの加工穴ｈの接線方向に主分力が生じ、この主分力に直交する方向にキー溝２７の側面２７ａが位置している。
またキー溝２７の側面２７ａと前切刃２３ａが略平行に位置することで、シャンク部１１に対する切刃２３ａ，２３ｂの位置決めがされている。
これによって、シャンク部１１の先端部１５とヘッド部１２の基端部２５が焼き嵌め嵌合された状態で、互いに嵌合する略板状のキー１７及びキー溝２７の各側面１７ａ，２７ａで切削抵抗の主分力を受けることができるようになっている。
【００１３】
本実施の形態によるボーリングバー１０は上述のように構成されており、次にその製造方法について説明する。
図４及び図５に示すようにヘッド部１２とシャンク部１１が分離された状態において、常温よりもヘッド部１２を加熱すると共にシャンク部１１を冷却した状態で、キー１７とキー溝２７の側面１７ａ，２７ａを一致させてヘッド部１２の基端部２５とシャンク部１１の先端部１５を焼き嵌め嵌合する。この場合、キー１７がキー溝２７と嵌合することで、ヘッド部１２の切刃２３ａ，２３ｂはシャンク部１１の保持部１４に対して周方向に位置決めされることになる。
そして、シャンク部１１の軸部１６がヘッド部１２の穴部２６内に嵌合される際、ヘッド部１２とシャンク１１が徐々に常温に戻ると、穴部２６は収縮して縮径され軸部１６は拡径されるために、穴部２６の内周面２６ａに設けられた締め代の締め代圧によって軸部１６は穴部２６と強固に焼き嵌めされる。
【００１４】
これと同時に、ヘッド部１２の穴部２６の収縮が進行する状態で、穴部２６のテーパ状部２８がテーパ面１８に押しつけられ、締め代圧によって焼き嵌めされる。
この時、常温に戻る際の、ヘッド部１２の収縮とシャンク部１１の膨張による寸法誤差によって、テーパ状部２８とテーパ面１８との当接面が設計時と比較して若干の位置ずれを生じても、締め代寸法の範囲であれば、互いにテーパ状の面をなすためにずれた位置で面接触して締め代圧によって互いに面拘束される。この場合の締め代圧は位置ずれの分だけ設計時の締め代圧より小さくなるが、軸部１６と穴部２６との面拘束と合わせて二面拘束を実現できてボーリングバー１０全体の剛性を高くできる。
このようにして図１乃至図３に示すボーリングバー１０が製造される。
尚、上述の製造方法に代えてヘッド部１２の収縮が進行する前にシャンク部１１と焼き嵌めさせて、嵌合終了後に収縮させるようにしてもよい。
【００１５】
次にこのボーリングバー１０を用いて図１に示すように被削材Ｗの中ぐり加工を行う。
回転する被削材Ｗの下穴ｈが前切刃２３ａ及び横切刃２３ｂで切削されて穴加工される。この時、切刃２３ａ，２３ｂに作用する切削抵抗の主分力は切削加工ポイントにおける接線方向（図１において紙面に略直交する方向であって上から下方向）、例えば切刃２３ａ，２３ｂに略直交する方向に発生する。
そのため、主分力を受けるヘッド部１２がシャンク部１１に対して捻れる方向に応力が働くが、この主分力は嵌合部１３における主分力に略直交するキー１７及びキー溝２７の当接する各側面１７ａ，２７ａで受けることができる。同時に切削抵抗によるヘッド１２の回転防止機能を果たすこともできる。
また被削材Ｗ（または）ボーリングバー１０の送り方向に働く送り分力Ｆによっても、ヘッド１２を水平方向に捻る応力が働くが、これについては主分力と共に、穴部２６の内周面２６ａ及び軸部１６の外周面１６ａの拘束面と、テーパ状部２８及びテーパ面１８の拘束面とによって受けることができ、この点でもボーリングバー１０の動剛性が高くなる。
【００１６】
上述のように本実施の形態によれば、ヘッド部１２とシャンク部１１を、穴部２６の内周面２６ａ及び軸部１６の外周面１６ａと、テーパ状部２８及びテーパ面１８とで焼き嵌めしたから、ヘッド部１２の着脱交換が可能であり、異なる種類の刃先を備えたヘッド部１２やヘッド部１２の損傷に対応できる。
しかも、焼き嵌めによって二面拘束でき、切削抵抗の主分力や送り分力を受けることができてボーリングバー１０の剛性及び動剛性を向上できる。また嵌合部１３にキー及びキー溝嵌合を付加したことで、シャンク部１１の平面状の保持部１４に対して切刃２３ａ，２３ｂの位置決め精度を確保でき、更に切削抵抗の主分力受けと回転防止機能を強化でき、動剛性を一層向上できる。
また焼き嵌めによる二面拘束のうち、一の面拘束をテーパ状部２８とテーパ面１８とで行うために、ヘッド部１２及びシャンク部１１の収縮または膨張誤差によってテーパ状部２８とテーパ面１８の当接位置がずれても締め代圧によって互いに焼き嵌め結合でき、確実に工具剛性を向上できる。
【００１７】
次に本発明の第二の実施の形態を図６乃至図９により、上述の第一の実施の形態と同一の部分には同一の符号を用いて説明する。
図６はボーリングバーの一部破断正面図、図７は図６のＥ部拡大図、図８はシャンク部を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は先端面図、図９はヘッド部を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
本実施の形態によるボーリングバー３０では、図６及び図８に示すシャンク部１１の先端部１５において、外周面１１ａと軸部１６の接続面３１は中心軸Ｏに略直交するリング状の平面とされている。一方、軸部１６とキー１７との間には全周に亘ってテーパ面３２が形成され、テーパ面３２につづく小径の先端面３２ａ上に略板状のキー１７が形成されている。
また図６及び図９に示すヘッド部１２の基端部２５には穴部２６が形成され、その自由端部３３は中心軸Ｏに略直交するリング状の平面とされている。また穴部２６の内周面２６ａと底面２６ｂとの間にリング状のテーパ状部３４が形成されており、このテーパ状部３４はテーパ面３２と焼き嵌め嵌合されるようになっている。この場合、テーパ状部３４（またはテーパ面３２もしくは両方）に締め代が形成され、対応する内径がテーパ面３２の外径より締め代分だけ小さく設定されている。
穴部２６のテーパ状部３４と軸部１６のテーパ面３２は、図７に示すようにそれぞれ中心軸Ｏに対する傾斜角θが設定されている。
そして、底面２６ｂに略板状のキー溝２７が形成されている。
【００１８】
本実施の形態においても、穴部２６の内周面２６ａと軸部１６の外周面１６ａ、そしてテーパ状部３４とテーパ面３２について、焼き嵌めによって二面拘束できる。この場合、ヘッド部１２とシャンク部１１を焼き嵌めする際、ヘッド部１２の穴部２６の自由端部３３とシャンク部１１の接続面３２とに収縮誤差または膨張誤差が生じて隙間が生じても、上述のように二面拘束を達成できるから、確実に工具の剛性を向上できる。
【００１９】
尚、上述の実施の形態では、ヘッド部１２の材質をスチール、シャンク部１１の材質を超硬合金としたが、各部材の材質はこれに限定されることなく各種のものを採用できる。また必ずしも互いに異なる材質である必要はなく、同一の材質としてもよい。
また上述の説明では、シャンク部１１に軸部１６及びテーパ面１８，３２、ヘッド部１２に穴部２６及びテーパ状部２８，３４を形成したが、これとは逆にシャンク部１１に穴部２６及びテーパ状部２８，３４を形成し、ヘッド部１２に軸部１６及びテーパ面１８，３２を形成して互いに焼き嵌めするようにしてもよい。
また、上述の実施の形態では、ボーリングバー１０について説明したが、これに限定されることなく、各種の切削工具、例えばバイト等他の旋削工具や、エンドミルやドリルなどの各種転削工具等にもに本発明を採用できる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るヘッド交換式切削工具は、ヘッド部とシャンク部の一方は軸部とテーパ面を備え、他方は軸部に嵌合する穴部とテーパ面に嵌合するテーパ状部とを備え、軸部と穴部、テーパ面とテーパ状部のそれぞれ少なくともいずれか一方に締め代が設けられているから、ヘッド部とシャンク部とを焼き嵌め嵌合して、軸部と穴部、そしてテーパ面とテーパ状部が締め代圧によってそれぞれ押圧固定され、しかも二面で互いに拘束されるために互いの保持強度が高く、工具剛性が向上する。また切削抵抗による送り分力と主分力を受けて工具の動剛性も向上する。
【００２１】
また軸部と穴部の一方にキーが設けられ、他方にキーに嵌合するキー溝が形成されているから、切刃による切削抵抗の主分力や送り分力がヘッド部を捻るようにかかっても、互いに嵌合するキーとキー溝によって受けることができて切削時の回転防止機能と工具の動剛性を強化でき、焼き嵌めによる二面拘束とキー及びキー溝嵌合とでシャンク部とヘッド部の一体化を高めて嵌合強度を向上できる。また、キー及びキー溝は、ヘッド部の切刃にかかる切削抵抗の主分力に略直交する方向に延在するようにしたから、 特にボーリングバーなどの旋削工具においては、工作機械等へのシャンク部の取り付け位置に対して切刃の位置決めをキーとキー溝とによって行うことができ、また切削抵抗の主分力を略直交する方向のキー及びキー溝で受けることになるために切削時の動剛性が一層向上する。
【００２２】
本発明によるヘッド交換式切削工具の製造方法は、ヘッド部とシャンク部の一方は軸部とテーパ面を備え、他方は軸部に嵌合する穴部とテーパ面に嵌合するテーパ状部とを備え、軸部と穴部、テーパ面とテーパ状部のそれぞれ少なくともいずれか一方に締め代が設けられていて、穴部及びテーパ状部を加熱して軸部及びテーパ面と焼き嵌めするから、穴部と軸部、そしてテーパ状部とテーパ面とをそれぞれ焼き嵌めすることで締め代圧によって二面拘束することができ、工具の剛性を高めることができる。
【００２３】
また、穴部及びテーパ状部を軸部及びテーパ面に焼き嵌めする際、テーパ状部は収縮が進行する状態でテーパ面に嵌合させるようにしたから、常温に戻った際に収縮寸法の誤差が生じることがあっても、テーパ状部とテーパ面はずれた状態でも、ずれが締め代寸法の範囲内であれば互いに当接して締め代圧が作用するから、両者の間に隙間が形成されることなく面拘束を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態によるボーリングバーの一部を断面で示す要部正面図である。
【図２】図１に示すボーリングバーのＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】図１に示すボーリングバーのＣ部拡大図である。
【図４】第一の実施の形態によるボーリングバーのシャンク部を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は底面図である。
【図５】ボーリングバーのヘッド部を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は底面図である。
【図６】第二の実施の形態によるボーリングバーの一部破断正面図である。
【図７】図６に示すボーリングバーのＥ部拡大図である。
【図８】第二の実施の形態によるボーリングバーのシャンク部を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は先端面図である。
【図９】ボーリングバーのヘッド部を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
【図１０】従来のボーリングバーの一部破断正面図である。
【図１１】図１０におけるＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
１０，３０ ボーリングバー
１１ シャンク部
１２ ヘッド部
１６ 軸部
１７ キー
１８，３２ テーパ面
２６ 穴部
２７ キー溝
２８，３４ テーパ状部
２３ａ 前切刃
２３ｂ 横切刃
Claims (2)
- 切刃を備えたヘッド部とシャンク部とが嵌合されてなり、前記ヘッド部を交換可能としたヘッド交換式切削工具において、
前記ヘッド部とシャンク部の一方に軸部とテーパ面を備え、他方に前記軸部に嵌合する穴部と前記テーパ面に嵌合するテーパ状部とを備え、
前記テーパ部が前記工具本体の中心軸線に対して傾斜させられると共に、 前記軸部と穴部、前記テーパ面とテーパ状部のそれぞれ少なくともいずれか一方に締め代が設けられ、
前記軸部と前記穴部の一方にはキーが設けられ、他方には前記キーに嵌合するキー溝が形成されているともに、
前記キー溝の長手方向の面である側面が前記切刃の前切刃と略平行となるように形成されていることを特徴とするヘッド交換式切削工具。 - 切刃を備えたヘッド部とシャンク部とが嵌合されてなり、前記ヘッド部を交換可能としたヘッド交換式切削工具において、
前記ヘッド部とシャンク部の一方に軸部とテーパ面を備え、他方に前記軸部に嵌合する穴部と前記テーパ面に嵌合するテーパ状部とを備え、
前記軸部と穴部、前記テーパ面とテーパ状部のそれぞれ少なくともいずれか一方に締め代が設けられていて、
前記軸部と穴部の一方にはキーが設けられ、他方には前記キーに嵌合するキー溝が形成されているともに
前記キー溝の長手方向の面である側面が前記切刃の前切刃と略平行となるように形成され、
前記穴部及び前記テーパ状部を加熱して前記軸部及び前記テーパ面と焼き嵌めするとともに前記キーと前記キー溝とを嵌合することを特徴とするヘッド交換式切削工具の製造方法。
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