JP3822576B2 - 回転切削加工用工具及び工具本体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は回転切削加工用の工具及び工具本体に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
異なるタイプの切削加工用工具チップで相互交換可能な切刃を使用することは既知である。しかしながら、この技法は工具中心軸線に関して回転するフライス工具とドリル工具に適用する場合に強度技術上の理由から、実際上の限界を有している。
【0003】
US-A-4,684,298を通じて既知なものに、ドリル中心線の両側に対立状に配設された2本のネジによって固定確保される着脱可能な切削部を備えたドリルがある。この既知ドリルにおいては、ネジは穿削の際に生まれる捩じれをドリル本体に転移する。この種のネジは多数の欠陥を有しており、その1つは、決められた位置を越えて静止することになること(ネジを取り巻く弾性スリーブによって解決されるが)であり、その1つはネジがクラック生成の傾向を高めるスペースを必要とするが故に、切削部が含有超硬合金量を相対的に少量に抑えざるを得ないことである。それに加え、ネジは剪断力を受け、そして切削部の交換が厄介である。
【0004】
更には、EP-B1-0 358 901 を通じて、ドリルの回転軸線に対して偏心配位した少なくとも1本のネジによってドリル本体に固定確保される着脱可能な切削部を備えたドリルを提供することは既に知られている。その切削部は2つの割付け可能(インデキシャブル)インサート(植刃)を担持し、パイロット・ドリルが中心で貫通延在している。この既知ドリルは上述のものと同じ欠陥を有している。
【0005】
本発明は工作機械から工具を取り外すことなく工具の切削部を交換可能なフライス工具又はドリル工具の実施態様を提供する目的を有している。
【0006】
本発明の他の目的は先行工具の問題を解消する態様の相互交換可能な切刃をフライス(ミリング)工具又はドリル(穿削)工具を提供することにある。
【0007】
本発明の別の目的は、剛性工具、好ましくは穿削加工やフライス加工のための剛性工具として、その切削部が送り力の増大と共に締結力を増大させるように、工具本体と楔作用で共同するようにした剛性工具を提供することにある。
【0008】
本発明の別の目的は、剛性工具、好ましくは穿削加工やフライス加工のための剛性工具として、その切削部が中央固定手段によって強固に保持されている剛性工具を提供することにある。
【0009】
本発明の別の目的は、剛性工具、好ましくは穿削加工やフライス加工のための剛性工具として、その切削部が容易に交換可能である剛性工具を提供することにある。
【0010】
本発明の別の目的は、工具と、当該工具において溝の利点が射出成形超硬合金の製造と複合されている切削部とを提供することにある。
【0011】
更に、本発明の別の目的は、工具と、当該工具において切削部が共同する溝面の1つが摩耗したとしても斜めに位置付けられることがありえない切削部とを提供することにある。
【0012】
更に、本発明の別の目的は、工具と、当該工具において切削部の破壊する危険が減じられるように軸方向或いは接線方向の切削力を大きな面に分布させている切削部とを提供することにある。
【0013】
更に、本発明の別の目的は、工具と、当該工具において切削部と工具本体の間の相対運動(ガタ付き)が工具本体の摩滅後でさえ無視出来る切削部とを提供することにある。
【0014】
更に、本発明の別の目的は、外形的様相の自由度が実質的に制限されない切削部又は工具チップを製造する方法を提供することにある。
【0015】
これらの目的並びにその他の目的は、図面を参照している添付の請求項に規定された工具及び工具本体によって達成される。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明は、工具本体と、該工具本体に取り付けられる切削部と、固定確保手段とを備え、工具本体が前面を有し、切削部が支承面を有し、前面及び支承面が互いに着脱可能に当接するように設けられており、工具本体がシャンク部分を有し、切削部が少なくとも1つの一体的な切刃を有し、固定確保手段が前面へ向かう方向に切削部に作用を及ぼすように設けられている、被加工物に対して回転切削加工を行うための回転切削加工用工具において、固定確保手段が、少なくとも部分的に前記工具の中心部内を通って延びる長尺プルロッドを備え、該プルロッドが、工具本体に設けられた孔に螺入されるネジと協働するように前方外側を向いた傾斜面を有し、該孔が工具の回転軸線に対して傾いており、前記ネジの頭が概略前記切削部側へ向いている回転切削加工用工具を提供する。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1に示す本発明に係る工具の態様は、切削部10、プル(引張り)ロッド11、ドリル本体12及びナット13を含んで成る所謂螺旋(ヘリックス)ドリルである。
【0018】
切削部10は少なくとも1つの切刃19をドリル本体12に対して反対向きの端面に具備しており、当該切刃は使用分野に依存した設計になっている。従って、工具がエンドミルの場合には、単一の切刃或いは複数の切刃は実質的に真直ぐで且つ切削部の中心縦軸線に平行であるが、ボールノーズエンドミルの場合には、切刃は円形である。切削部10の前端は図においては穿削用の切刃19を表している。工具の外観と使用分野は幾つかのやり方で変わり得る。
【0019】
切削部10は硬質材、好ましくは超硬合金、更に好ましくは射出成形超硬合金で造られており、そして2つの上位逃げ面15、支承面16及びこれらを接続する第1、第2湾曲面17、18を含んで成る。これらの面と接続された端縁は全て同じ材料、好ましくは射出成形超硬合金で造られている。第2湾曲面、即ちチップフルート(切屑溝)18と逃げ面15の交差線は、好ましくは図示されていない補強チャンファを介して、主切刃19を形成している。このチップフルートは別の態様として、直線チップフルートを備えたドリル本体に適用することもできる。切削部は、好ましくは更に、除芯面21として、切削部の中心に達し且つ工具の回転軸線22と角度δをなしている除芯面を含んで成る。この角度δは40〜50°の範囲にあり、好ましくは45°である。切削部の最大径は副切刃20の半径方向極端点の間の直径方向の距離Dである。切削部の高さYは、切削部とドリル本体の接合個所のチップ(切屑)による摩滅を最小限度に抑えるために、距離Dと実質的に同じである。支承面16の最大直径は好ましくは、加工の際の逃げを得るために直径Dより小さい。洗浄(フラッシイング)孔23は回転軸線22と実質的に平行であるが、これは支承面16から夫々の逃げ面15にあるオリフィスまで切削部を通じて延在している。洗浄孔は軸線22の各側にあるラインl上に配設されている。
【0020】
支承面16は実質的に同一且つ平行な多数の個別の溝或いは畝30を具備している。畝30は図8に斯ゝる断面において実質的にサインカーブを形成し、当該カーブが図9を参照して記述される平坦面29A、29Bに実質的に配位した線(ライン)のあたりで変動している。畝は長尺で、支承面16に沿って延在している。畝30は、更に、底面31と境を接する2つの側面 (フランク) 32A、32Bを有している。底面は約0.2 〜0.4mm の半径によって描き得る。側面は互いに相手と鋭角度εをなす。この角度εは40〜80°、好ましくは55〜60°の範囲にある。クレスト、即ち湾曲面33A、33Bは畝30の各側に配設されている。各面はゆるやかな(ソフトな)遷移部分を介して関連するフランク(側面)と境を接している。各畝はラインlと実質的に平行であるか、或いは鋭角をなす。各畝は、支承面16の切刃の側にあるチップフルートの半径方向極限点と交差するラインkと角度φをなす。角度φは約0°〜90°、好ましくは30°〜60°である。畝は高さhと最大幅wを有している。多数の畝30は切削部の直径Dに間接的に依存しており、畝の数は2〜20の間で変動し、例えば約9本の畝が直径18mmのドリルに配設される。
【0021】
切削部はドリル本体12に面した端部に支承面16を備えており、当該支承面は第1の係合手段14を具備しており、当該手段は図示例ではネジ穴(凹所)と円錐台形案内面35を含んで成る。
【0022】
切削部の方に向いているプルロッド11の他端は追加の外ネジ部分36を具備しており、当該ネジ部分には第1係合手段14と共同するように企図された円錐状拡張面部37が軸後方に引き続いている。作動状態では、ネジ穴(凹所)34が他のネジ部分36と共同する。
【0023】
プルロッド11の他端には、キーグリップ38を具えた円筒ナット13と共同する外ネジ部分が更に配設されている。このナットはドリル本体のシャンク部分40に設けた軸穴39に挿入されるが、当該ナットとシャンク部分は、41に、共同する半径接触面を含む。この接触面41は締付けの際にナットに軸方向支持を与える。軸孔はドリル本体にある中央の相対的に小さいチャンネルに同心的に接続しており、当該チャンネルは前方にドリル本体の前面24へ向って延び、当該前面の中央で終端している。ドリル本体は洗浄チャンネル23Aを具備しており、当該チャンネルは回転軸線22から実質的に一定の距離にある螺旋経路に沿ってドリルの突出ランドに後続している。ドリル本体はネジ形のチップフルート18A或いは直線形のチップフルートを有しており、これらは本体或いはその局部を貫通延在することが可能である。
【0024】
ドリル本体12は切削部10に対面した端部に前面24を備えており、当該前面は切削部10の支承面に対して当接するように配設される。前面の最大直径は切削部の最大直径Dより小さいが、好ましくは切削部の最小直径と同じにものにする。
【0025】
前面は断面において実質的に台形の経路を描いている多数の等しい個別の凹所或いは溝26を具備している。溝は長尺で、前面の本質的に全体に沿って延在している。各溝はラインlと実質的に平行であり得るし、ラインlと鋭角度をなすことも出来る。各溝は前面24の切刃側のチップフルートの半径方向極限点と交差するラインkと角度φをなす。この角度φは約0°〜90°、好ましくは30°〜60°である。各溝26は底面27に鋭い或いは丸い遷移部分を介して接続している2つのフランク(側面)28A、28Bを有している。両フランクは互いに鋭角度αをなしている。角度αは40°〜80°、好ましくは55°〜60°の範囲にある。平坦面29A,29Bは溝26の各側に配設されている。各面は好ましくは平坦に形造られ、関連する側面(フランク)に鈍角のゆるやかな或いは鋭い内位遷移部分を介して接続している。溝26の数は切削部の支承面の形成のされ方に依存していて、結果的に支承面が有する畝の数と同じとなり、その数は2〜20の本数の範囲で選定される。溝は深さd1 と最大幅 zを有する。底面は約 0.2〜 0.4mmの半径によって描くことも出来る。
【0026】
畝の高さは溝26の深さの50%〜95%であり、畝の最大幅は溝の最大幅zより大きい。この結果、装着時にクレスト(山部)33Aと底面(谷部)27の隙間Pを、切削インサートをホルダに装着するときに、生ぜしめる。この隙間は、フランクが互いに係合して底面が切削インサートを支承しないことを確実にし、それ故に傾きが回避される。平坦面29A,29Bの上にも対応する隙間が生じる。装着状態において、畝と溝は多数の楔作用連結子を備えた継手として、これらが送り力の増大に応じて摩擦力を高める継手を構成する。当該継手の別の利点は、これが装着の初期段階に関連して畝と溝の相手に対する特定の相対的傾斜位置を許容するので、畝と溝の両者が連続的圧縮の状態において継手の外形によって正しく案内されるということにある。この継手は穿削の際に、通常はドリル孔の中に配位させられる。畝と溝は結果的に出来る限り多くの数の長い畝と溝が得られるように夫々の支承面に配設される。畝或いは溝の両端は最良のモーメント転移のために出来る限り互いに遠ざけるべきである。
【0027】
ドリル本体12への切削部10の搭載は次のように行う。プルロッド11を軸孔39に対して、プルロッドの軸方向後端に連結されているナット13が接触面41に当接するに至るまで、ドリル本体12の中心孔を通って挿入する。それによって、前部分36と円錐状拡大面部37は前面24からその中心において突出する。次に、ネジ付きの前部分36を切削部の凹所(穴)14に入れ、そして面部35、37が互いに当接するに至るまで切削部をその回動によってプルロッドに螺結する。次いで、前面に対して切削部の支承面16を手によって接触させる。キーグリップ38と係合させた状態のキーを介してナット13を回動させることによって、切削部10を前面に対して堅い状態になるまで引き込む、即ち図1に係る位置が達成される。今や、切削部10はドリル本体に満足な状態で継留されたことになる。この位置において、プルロッドは加工穴から工具を引き出す際に切削部を保持、即ち保留するように実質的に企図されている、即ち畝と溝が切削加工によって生まれる力とモーメントを受けている間に、プルロッドが送り力だけを転移するように実質的に企図されている。しかしながら、プルロッドから切削部と本体の間の継手に作用する力は工具引き出し時のルーズフイットを回避するために十分な大きさのものである。畝と溝は本質的に共通の半径方向セグメント或いは半径方向面においてチップフルート18、18Aと交差し、チップフルートは当該半径方向セグメントの場合には、両側で軸方向へ延在する。
【0028】
この関係から、切削部とプルロッドのネジ連結部は2種の目的、即ち切削部10を搭載時にドリル本体の固定位置に設置すること、並びに切削工具の使用中に切削部10が常にその固定位置に確実に保留されること、を達成すことが出来ると指摘出来る。
【0029】
共同する畝と溝により、両者のフランク同士の共同が行われ、各面接触或いは接触線において次の式に従った力の相互作用が誘起される。
【0030】
T'= P/n[sin(α/2)/μ−cos(α/2)]
但し、T'は n本の溝の1方のフランク28A或いは28Bに作用する剪断力、μは摩擦係数、P は送りから結果的に生じた力である。この式から、相対的に小さいフランク角が穿削モーメントによって引き起こされるはめ歯外れ(cogging over) 作用を打ち消すように作用する相対的に大きな剪断力T'を与えると解し得る。本発明に係るドリルは静的に確定されたものとなり、そして多量の超硬合金を含有し、そしてプルロッドを半径方向と軸方向の両方へ取外す。
【0031】
切削力を相対的に大きな面に広げることによって、切削部の支持面が割れる危険が減少される。装着後に畝30と溝26は接触面として、半径方向平面R(図11)と多数回、好ましくは少なくとも4回、プルロッドの終端36から半径方向外側で交差する接触面を有することになる。畝と溝の接触面は半径方向平面Rに実質的に配位している、即ち接触面は最大の場合にプロフィールの高さhの半分となる振幅で以って半径方向平面Rに関して振動している。プロフィールの高さは切削部の高さYの最大20%である。総接触面積は従来の平坦接触面より5〜10%大きくなる。従って、切削部10はプルロッド11の前面24に対し着脱可能に連結したり、或いはプルロッドの端部36を螺結解除したときに、即ち当該端部が第1の軸方向前位から第2の軸方向後位に移動させられたときに、取り外すことが出来る。
【0032】
切削部10を交換するときは、取付け、即ち装着は逆の仕方で行われ、そして切削部10はドリル本体12から外され、次いで交換される。
【0033】
図12、13には、本発明に斯かる工具の別に採り得る態様が示されており、当該態様は工具チップ或いは切削部10’、プルロッド11’、ドリル本体12’、調節ネジ50’、スプリング51’及び制止ネジ52’を含んで成る。この工具では、ドリル本体は機械に固定されているが、切削部の取外しと交換は可能である。
【0034】
切削部10’とドリル本体12’は夫々上述のものと実質的に同じである。しかしながら、ドリル本体は固定確保端部とチップフルートの間の遷移部分に斜め内方且つ後方へ仕向けられたネジ付き軸孔53’と、軸孔39’に軸後位ネジ54’とを有している。
【0035】
プルロッド11’の軸前位端部は同心的拡大案内面部55’と、先に図8との関連で記述された面部36’、37’とを含んで成る。プルロッドの軸後位端部は円錐状拡大面部56’を有し、当該拡大面部は、直径が軸孔39’の直径より幾分小さい円筒形案内面部57’に後続されている。
【0036】
穿削工具はプルロッドを軸孔39’に入れ、ドリル本体の中心孔に通すことによって装着される。次いで、スプリング51’を軸孔39’に挿入し、その後に外ネジ付き制止ネジ52’をネジ部54’にねじ込み、それによってスプリングが圧縮されて、プルロッドを制止部(ストップ)に至るまで前方へ押す。それにより、プルロッドは軸方向前位の位置を占め、切削部の中とプルロット上のネジ部が共同する。そして、切削部は、調節ネジ50’がネジ部53’を介して拡大面部56’を押圧してプルロットを後方へ押すことが出来るように、プルロットに固く螺結され得る。切削部の交換は以下のように行う。先ず、調節ネジ50’をドリルシャンクの側面から取り出し、そしてプルロット11’をスプリング51’の蓄えられた弾性エネルギーにより約2mmに亘って前方へ押す。使用済みの切削部を螺結解除し、好ましくは手動作で解除し、そして新しい切削部を凹所の円錐部分がプルロットの前位円錐部分に対して当接するまでプルロットに堅く螺結する。この時点で、2つの異なる仕方の何れかで続けることが出来る。即ち、1の仕方では切削部をドリル本体の前面に畝と溝が互いに係合するように当接させ、その後に調節ネジ50’を締めることによって切削部を作業位置に固定させる。他の仕方では、調節ネジ50’だけで畝と溝が互いに係合するように切削部を含めてプルロッドを押すようにし、それによって切削部が作業位置に固定するようにする。円錐面部56’はネジ50’を螺結解除したときに、軸孔39’の前端の対応する面部に対して当接することが出来る。それによって、円錐面部間の摩擦が切削部の螺結解除の際のプルロッドの回動に対して抵抗する。摩擦が小さ過ぎると、ネジ50’は円筒面部56’の方へねじ込まれ、従って更にプルロッドの回転を抑制することが出来る。
【0037】
上述の両実施例では、切削部は締結力や摩擦力、即ち工具本体に対する切削部の半径方向移動に抗する抵抗が送り力に従って増大するようするために工具本体と楔作用で共同する手段と有している。それに加えて、穿削の際の送り力と同じ方向に切削部を動かすための固定確保手段が配設される、即ちプルロッドが切削部を送り力が働く方向と同じ方向の軸後方へ引張る。
【0038】
共同する畝と溝の外形、即ちジオメトリ、は本発明の精神の範囲内で請求の範囲を逸脱することなく変更することが出来る。その結果、これらの外形は例えば、両方の共同する両面が殆ど台形のネジ断面(しかし、重複度が最大95%)の形態をとるようにすることが出来る。本発明はフライス(ミリング)カッタのために使用出来る。切削部は好ましくは、例えば Al2O3、TiN 及び/或いはTiCNの層で被覆される。或る場合には、切刃に CBN或いは PCD等の超硬質材料をろう付けすことは有益である。
【0039】
同様に、中心プルロッド以外の他の締結手段を利用することも出来る。例えば、切削部を回転軸線に対して直角に移動可能な楔によって維持させることが可能である。
【0040】
更には、上述の事例は工具縦軸線或いは被加工物の中心線に関して回転する工具に関したものであり、そして保留手段が工具と共に回転するものであることを指摘することが出来る。実施例は静止状態で、或いは回転被加工物との組合せで以って使用することが出来る。
【0041】
全体的に射出成形超硬合金等の硬質材料から成る工具チップの場合、本発明を金属加工用の旋削、フライス削り、穿削或いはブローチ削りのインサート、或いはロック穿削や鉱物フライス削りのための切削インサートや衝撃インサートに適用することが出来る。金属加工のために本発明を利用する場合には、工具チップ、即ち切削インサートは、固定装置のための中心貫通孔或いは非貫通穴(凹所)14を含んで成り、当該凹所は切削インサートと一体成形されたネジ34を有している。それによって、切削インサートをその大きな上面が切刃、即ち切屑(チップ)形成手段を受け入れられるように切削インサート下面から例えばネジによって締結され得るように企図されている。これは過去には使用することが出来なかった。当該ネジは加工の際に緩まなくなるようなものに選定される。
【0042】
工具チップ、即ち切削部は以下の通りに作られる。超硬合金と担体(ベリア)、例えばプラスチック、を混合し、これをペレット或いは顆粒に成形し、その後に混合物をそれに適した温度に予め加熱した成型機に導入し、この混合物を高圧と約180°の高温の下で切削部、即ち工具チップの設計に対応した特定の形態を備えた正確に形作られた金型に射出される。それ故に、金型は少なくとも1つの切刃、少なくとも1つの逃げ面及び非平坦支承面のための先行条件を直接的或いは間接的に設定するための部分、並びに切削部即ち工具チップにネジと洗浄チャンネルの設計を写す意図で配設された当該ネジとチャンネル用の1以上のコアを含む。射出後に、射出成型された超硬合金を金型内で固化し、その後に引き出す。次に、これを焼結させると、逃げ面の研磨等の可能な加工が実行出来るようになる。この方法のお陰で、切削部、即ち工具チップの外形を従来の射出成型方法の限界に関係なく選定することが出来る。例えば、チップブレーカを今までは研磨しか出来なかった面に対して形作ることが出来る。
【0043】
本発明は上述の実施例に限定されず、添付の請求の範囲内で自在に変更することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は部分断面斜視図で本発明に係るドリル工具を示している。
【図2】図2は斜視図で本発明に係る切削部を示している。
【図3】図3は側面図で切削部を示している。
【図4】図4は頂面図で切削部を示している。
【図5】図5は底面図で切削部を示している。
【図6】図6は図4の線A−Aに沿った断面図である。
【図7】図7は図4の線B−Bに沿った断面図である。
【図8】図8は図1に係るドリルチップを拡大して示している。
【図9】図9は図8の共同する支承面の拡大断面図である。
【図10】図10は図8の共同する支承面の拡大断面図である。
【図11】図11は図8の共同する支承面の拡大断面図である。
【図12】図12は本発明に係る工具の別に採り得る態様を示している。
【図13】図13は本発明に係る工具の別に採り得る態様を示している。
【符号の説明】
10’…切削部
11’…プルロッド
12’…工具本体
16’…支承面
19…切刃
22’…回転軸線
24’…前面
40’…シャンク部分
50’…調節ネジ
53’…ネジ付き軸孔
56’…拡大面部
Claims (6)
- 工具本体(12’)と、該工具本体に取り付けられる切削部(10’)と、固定確保手段(11’、50’)とを備え、該工具本体が前面(24’)を有し、該切削部が支承面(16’)を有し、該前面及び該支承面が互いに着脱可能に当接するように設けられており、該工具本体がシャンク部分(40’)を有し、該切削部が少なくとも1つの一体的な切刃(19)を有し、該固定確保手段(11’、50’)が該前面へ向かう方向に該切削部に作用を及ぼすように設けられている、被加工物に対して回転切削加工を行うための回転切削加工用工具において、
前記固定確保手段が、少なくとも部分的に前記工具の中心部内を通って延びる長尺プルロッド(11’)を備え、該プルロッドが、前記工具本体に設けられた孔(53’)に螺入されるネジ(50’)と協働するように前方外側を向いた傾斜面(56’)を有し、該孔(53’)が前記工具の回転軸線(22’)に対して傾いており、前記ネジ(50’)の頭が概略前記切削部側へ向いていることを特徴とする回転切削加工用工具。 - 前記支承面(16’)と前記前面(24’)は、それぞれ、複数の突起(30)と凹所(26)を含み、前記支承面及び前記前面が前記プルロッド(11’)の半径方向外側において接触表面を形成している、請求項1に記載の回転切削加工用工具。
- 前記切削部(10’)は該切削部(10’)と一体的に形成されている少なくとも1つの切刃(19)を備え、前記プルロッド(11’)は前記切削部(10’)の凹所(14)に接続する部分(36’)を備えており、前記切削部(10’)は、前記プルロッド(11’)が第1軸方向位置から第2軸方向位置へ動かされたときに、前記前面(24’)に対して着脱可能に接続する又は前記前面から取り外すことが出来るように配設されている、請求項1又は請求項2に記載の回転切削加工用工具。
- 前記プルロッドの半径方向外側に、洗浄チャンネル(23’、23’A)が設けられている、請求項1から請求項3の何れか一項に記載の回転切削加工用工具。
- 前記プルロッド(11’)に対して前方へ力を及ぼすために、前記プルロッド(11’)の後方側において、前記工具本体(12’)の孔(39’)にバネ(51’)が設けられている、請求項1から請求項4の何れか一項に記載の回転切削加工用工具。
- 請求項1に記載の回転切削加工用工具の一部として使用される工具本体。
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