JP4256045B2

JP4256045B2 - センサ付きスローアウェイチップ用ホルダ

Info

Publication number: JP4256045B2
Application number: JP34524899A
Authority: JP
Inventors: 英明片岡
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-12-03
Filing date: 1999-12-03
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2019-12-03
Also published as: JP2001162413A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、損耗センサ付きスローアウェイチップを保持するためのホルダに関する。特に、スローアウェイチップの損耗センサと電気的に接続可能なプローブを有するホルダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、切削工具の切刃稜部分の摩耗量を検知することによって、工具寿命を自動的に判定することが提案されている。
たとえば、実開平３−１２０３２３号公報には、スローアウェイチップの逃げ面に、切刃稜に沿って導電膜でセンサラインを設けることが開示されている。センサラインの幅は、摩耗許容幅に対応させることも開示されている。従って、この公報に開示のスローアウェイチップによれば、切刃稜の摩耗に伴いセンサラインも摩耗し、センサラインが途切れたときに切刃稜が寿命に達したと判別することができる。
【０００３】
また、特開平９−３８８４６号公報には、スローアウェイチップでない通常の切削工具において、その逃げ面に薄膜回路を設け、逃げ面の摩耗に伴って薄膜回路が摩耗することに伴い電気抵抗が変化することを検知して、切削工具の寿命を自動的に判定する方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
逃げ面に切刃稜に沿って導電性膜のセンサラインを形成し、そのラインの抵抗値の変化を検出するというやり方は、切刃稜の摩耗を検知するやり方としては好ましい。
ところが、このやり方をスローアウェイチップに採用しようとした場合、切刃稜に沿ってセンサラインを設けても、そのセンサラインを外部の検知回路等に接続するのが実際上困難であるという課題に遭遇する。
【０００５】
より具体的に説明すると、スローアウェイチップは使い捨てのチップであり、その大きさは１ｃｍ³にも満たない小さなものである。当該チップは、切削液（水や油）および切り屑にさらされながら切削加工を行う。このような環境下で、小さなスローアウェイチップに形成されたセンサラインを外部の検知回路等に支障なく接続するという技術は実現されていない。
【０００６】
また、スローアウェイチップのホルダに、スローアウェイチップのセンサラインから信号を取り出すリード線を設けるにしても、リード線が加工中の切り屑と接触しないように、かつ、リード線が断線しないように設けなければならず、かかるホルダは実用化されていない。
この発明は、上記課題を解決し、損耗センサ付きスローアウェイチップを良好に保持することのできるホルダを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１記載の発明は、刃物台に取り付けられるシャンクおよびシャンクの先端に備えられたチップ取付部を有するホルダであって、チップ取付部には、センサ付きスローアウェイチップを固定保持するためのポケットが形成され、このポケットは、チップ取付部に対して、上面、スローアウェイチップの前逃げ面に連なる前面およびスローアウェイチップの横逃げ面に連なる一方側面が開放し、その底面は、スローアウェイチップの下面が載置される着座面、その後面および他方側面は、それぞれ、スローアウェイチップの側面が当接される拘束面となっており、前記チップ取付部には、着座面に開口する一対のプローブ挿入孔が、その前面寄りに形成されており、前記一対のプローブ挿入孔に、先端がセンサ付きスローアウェイチップのセンサに接触される一対のプローブが設けられており、前記プローブの後端には、ホルダに形成された溝内に配線されたリード線が接続されていて、前記チップ取付部には、取り外し可能なカバーが備えられ、カバーを取り外すと、プローブとリード線との接続部が露出することを特徴とする、センサ付きスローアウェイチップ用ホルダである。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記ポケットには、着座面とチップとの間に配置されるシートが備えられていることを特徴とする、請求項１に記載のセンサ付きスローアウェイチップ用ホルダである。
請求項３記載の発明は、前記一対のプローブを固定するために、絶縁材で形成され、シートに嵌合されたプローブ固定具が設けられていることを特徴とする、請求項２記載のセンサ付きスローアウェイチップ用ホルダである。
【００１０】
請求項１の構成では、一対のプローブ挿入孔は、チップ取付部の前面寄りに形成されている。プローブ挿入孔をチップ取付部の前面寄りに形成すると、切削加工中にスローアウェイチップが割れたりしても、プローブにまで被害が及ぶことが少ないという効果がある。
というのは、ホルダに取り付けられたスローアウェイチップは、その頂部および横逃げ面が使用されて切削加工が行われる。このため、スローアウェイチップの横逃げ面に主として応力がかかる。スローアウェイチップを保持するホルダのチップ取付部においても、スローアウェイチップの横逃げ面に連なる一方側面側に最も応力が集中する。このため、プローブ挿入孔をチップ取付部の一方側面寄りに形成した場合、そこに集中する応力により、スローアウェイチップが破損した場合等に、プローブ挿入孔内のプローブにも影響が及ぶことが多い。
【００１１】
これに対し、請求項１の構成のように、プローブ挿入孔をチップ取付部の前面寄りに形成すれば、プローブ挿入孔に応力がかかりにくい。従ってスローアウェイチップが割れた場合等でも、プローブまでが壊れることが少ない。
また、請求項１の構成では、リード線はホルダに形成された溝内に配線されているから、リード線はホルダから露出しておらず、リード線が切り屑の排出方向を変えたり、排出を妨げる等、切り屑の排出性に悪影響を与えることがない。
【００１２】
さらに、請求項１の構成では、カバーを取り外すことにより、プローブとリード線との接続部が露出するので、プローブとリード線との接続を行いやすい。また、プローブやリード線に対するメンテナンスが容易になるといった効果がある。カバーは、チップ取付部に対してたとえばボルト等で固定されており、切削加工中にがたついたり外れたりすることのないようにされている。
【００１３】
請求項２の構成では、切削加工中にスローアウェイチップに大きな欠損が生じても、その欠損が生じた際の衝撃や、欠損が生じた影響がチップ取付部まで及ばない。なぜなら、スローアウェイチップに生じた欠損は、シートで防護されるからである。シートの材質は、主として超硬合金が用いられる。シートを超硬合金で形成すると、切削加工の応力や振動によってシートが変形せず、シートの変形に起因するスローアウェイチップのがたつきが生じないからである。
【００１４】
請求項３の構成では、シートに嵌合されたプローブ固定具で一対のプローブが固定されるから、プローブの固定が容易で、しかも互いに、かつ、チップ取付部に対して絶縁状態で固定することができる。
さらに、シートに嵌合されたプローブ固定具が、ホルダ着座面に形成されたプローブ挿入孔と係合することにより、ホルダの着座面に対してシートを正しい位置に容易に載置することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下には、図面を参照して、この発明の一実施形態について具体的に説明をする。
図１は、この発明の一実施形態にかかるスローアウェイチップ用のホルダ１を示す。図２は、図１に示すホルダ１の分解斜視図である。図１および図２を参照して、このホルダ１は、スローアウェイチップ２を保持するためのものである。ホルダ１は図示しない刃物台に取り付けられるシャンク３と、シャンク３の先端にシャンク３と一体形成されたチップ取付部４とを有する。シャンク３は図１，２において右方向に長手に延びているが、ここでは説明の便宜上後方部が省略されている。
【００１６】
ホルダ１は合金鋼により形成され、その材種としてクロム・モリブデン鋼、ニッケル・クロム鋼、ニッケル・クロム・モリブデン鋼等の合金鋼や、鉄にＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，ＰおよびＳの５元素が入った炭素合金鋼をベースに、クロム、タングステン、マンガン、モリブデン、バナジウム等を添加した合金鋼等で構成することができる。
【００１７】
チップ取付部４には、ポケット５が形成されている。ポケット５は、チップ取付部４に対して、上面、前面および一方側面（図において手前側側面）が開放した凹欠部である。ポケット５の底面６はスローアウェイチップ２がシート４２を介して載置される着座面となっている。また、ポケット５の後面７および他方側面（図において奥側側面）８は、それぞれ、スローアウェイチップ２の側面が当接する拘束面となっている。
【００１８】
ポケット５には、さらに、その底面６にレバー溝９が形成されている。この溝９には側面形状がＬ字状のレバー１０が収容される。レバー１０は、上方へ延びる円筒状の作用部１１と、作用部１１の下方から横方向に延びた力点部１２とを有し、作用部１１と力点部１２との境界が支点部１３となっている。
チップ取付部４には、ポケット５に隣接して、より具体的には後面７と側面８との交差部に隣接してクランプ孔１４が形成されている。クランプ孔１４はチップ取付部４を上面から下面に貫通する孔で、孔の上方内周面にねじが切られている。また、その途中部はレバー溝９と連通している。クランプ孔１４には、下方からクランプボルト１５がねじ込まれる。クランプボルト１５は、周面にねじが切られたねじ胴１６と、ねじの切られていない柱胴１７とを有し、ねじ胴１６と柱胴１７とは小径胴１８で上下につながっている。
【００１９】
クランプ孔１４にクランプボルト１５がねじ込まれた状態で、レバー溝９へレバー１０が納められると、その力点部１２はクランプ孔１４内の小径胴１８により生じる空隙に嵌まる。そしてクランプボルト１５をねじ螺合によって上下動させれば、小径胴部１８に係合したレバー１０の力点部１２が上下動される。これにより、レバー１０は支点部１３を中心に揺動し、レバー１０の作用部１１が、側面５および後面７との間でスローアウェイチップ２を挟み込むように固定する状態と、スローアウェイチップ２を取り換え可能な状態とに変位する。
【００２０】
チップ取付部４には、さらに、底面６に開口する一対のプローブ挿入孔１９が形成されている。プローブ挿入孔１９は、チップ取付部４の前面４０Ａ寄りに形成されている。そしてプローブ挿入孔１９内には、一対のプローブ４１が収容されている。
ポケット５には、また、シート４２が備えられている。シート４２は、スローアウェイチップ２に大きな欠損が生じた際に、その欠損がホルダ１まで及ばないようにするための防護用部材である。シート４２は、前述したように、超硬合金でつくられている。シート４２は、スローアウェイチップ２の平面形状とほぼ等しく、その平面形状が略正方形状をしており、中央部にレバー１０の作用部１１が突出可能な孔４３が形成されている。シート４２には、また、プローブ固定具４４が嵌合可能になっている。そのために嵌合凹部４５が形成されている。
【００２１】
プローブ固定具４４は、たとえば耐熱・絶縁性の樹脂で形成されていて、嵌合凹部４５に嵌合したとき、その下方部はシート４２から下方へ突出する。プローブ固定具４４に下方から一対のプローブ４１が嵌め込まれることによって、プローブ４１は固定される。かくして、プローブ固定具４４を嵌合し、このプローブ固定具４４にプローブ４１を固定したシート４２は、シート４２の下方側へ突出したプローブ固定具４４を底面６に形成したプローブ挿入孔１９と嵌合させることで、ホルダ１の取付部４の適切な位置に保持させることができる。
【００２２】
チップ取付部４には、さらに、その前面４０Ａの下方側が、一部分割されて取り外し可能なカバー４６となっている。カバー４６は、チップ取付部４に対してたとえばボルト４７によって固定されている。カバー４６内には凹欠部４８が形成されている。凹欠部４８は、プローブ固定具４４の下方部およびプローブ４１の下方部を収納するための空間である。カバー４６をチップ取付部４から取り外した状態では、プローブ挿入孔１９の下方からプローブ４１の下端部が突出している。一方、ホルダ１の下面側にはリード線用の溝または孔４９が形成されていて、この溝または孔４９にリード線が配線されている。それゆえ溝または孔４９の先端部からリード線が引き出され、そのリード線をプローブ４１の下端部に電気的に接続する場合、カバー４６を取り外すことによってその作業が容易に行えるという利点がある。
【００２３】
カバー４６をボルト４７でチップ取付部４に固定することにより、プローブ４１とリード線との接続部は完全に隠され、切削作業に何ら支障はない。
図３は、プローブ固定具４４の拡大斜視図であり、図４は、プローブ固定具４４の縦断面図およびこのプローブ固定具４４に嵌合されるプローブ４１が例示されている。
【００２４】
図３および図４に示すように、プローブ固定具４４には、一対のプローブ４１を一定の間隔で保持するための２つのプローブ挿入孔５０が形成されている。プローブ挿入孔５０は、下方がプローブ４１を挿入しやすいようにテーパ状に広がっている。プローブ挿入孔５０の内径は、プローブ４１の最も太い外径と一致されており、プローブ挿入孔５０にプローブ４１を緩くかしめるように挿入して固定することができる。
【００２５】
プローブ固定具４４にプローブ４１が挿入された状態では、プローブ４１はシート４２およびチップ取付部４に対して絶縁状態で取り付けられる。
図１を再び参照して、プローブ４１の先端は、シート４２から上方へわずかに突出している。プローブ４１の先端は、プローブ４１に内蔵されたばね等で上方へ弾力付勢されている。このため、シート４２の上にスローアウェイチップ２が載置されると、スローアウェイチップ２の下面に設けられたセンサ接触部にプローブ４１の先端が弾力的に接触する。これによりスローアウェイチップ２の損耗センサの抵抗を、プローブ４１およびプローブ４１に接続されたリード線５１により外部の抵抗測定器５２へと取り出すことができる。
【００２６】
ところで、上述した実施例では、スローアウェイチップ２に対して、被削物（切削加工される金属ワーク）が側面４０Ｂの方向より回転しながら切削されると共に、ホルダ１を前面４０Ａ方向へ送っていくことで切削加工が行われる。この場合、スローアウェイチップ２の、図１において左手前側に位置するノーズ部２００および横逃げ面２０１の上端縁に形成された切刃２０２が主として切削加工に使用される。このため、切削に直接寄与している切刃２０２や切削加工時生じる切りくずが衝突する切刃２０２に隣接したスローアウェイチップ２のすくい面２０３に主として応力が生じ、高温が発生する。同様に、ホルダ１の取付部４においても、スローアウェイチップ２のすくい面２０３の下方に位置する側面４０Ｂ側に応力が集中する。スローアウェイチップ２に発生した応力により、切刃２０２と共にすくい面２０３が摩耗していくが、ときとして欠損が生じたり、欠損に伴ってスローアウェイチップ２が破損してしまうことがある。このため、プローブ挿入孔１９をスローアウェイチップ２と同様に応力が集中している底面６の側面４０Ｂ側に形成した場合には、上述したスローアウェイチップ２の破損に伴って、スローアウェイチップ２の下面に接触しているプローブ４１にも影響が出る恐れが十分に考えられる。
【００２７】
そこでこの実施例では、プローブ挿入孔１９が、スローアウェイチップ２の前逃げ面２０４に連なるチップ取付部４の前面４０Ａ寄りに形成されている。
このようにチップ取付部４の前面４０Ａ寄りにプローブ挿入孔１９が形成されていると、プローブ挿入孔１９に応力がかかりにくい。従って、スローアウェイチップ２が割れた場合でも、プローブ挿入孔１９内のプローブ４１までが壊れる等のおそれが少ない。これがこの実施形態の特徴である。
【００２８】
この実施形態の特徴をより一般的に説明すれば、スローアウェイチップを固定保持するためのホルダにおいて、スローアウェイチップが取り付けられた場合に、スローアウェイチップの切削加工に使用される逃げ面に連なる面とは異なる位置に、プローブ挿入孔を形成したことが特徴である。換言すれば、ホルダにおける切削加工時の応力のかかりにくい位置に、プローブ挿入孔を形成したことがこの発明の特徴の１つである。
【００２９】
図５および図６は、スローアウェイチップ２を示し、図中、２０は窒化珪素系セラミックの母材、２１は母材２２に被着形成した導電膜回路からなる損耗センサ、２２は損耗センサ２１の端部、２３はスローアウェイチップ２の上面、２４は下面、２５は逃げ面、２６，２７は切刃稜である。
なお、このスローアウェイチップ２は上下両面（２３，２４）の切刃稜２６，２７を使用可能なネガタイプのものであり、上下は本来区別されない、８コーナ、８箇所のノーズ部２８を使用可能なものであるが、便宜上、一方を上面２３、他方を下面２４とする。
【００３０】
図６は、１つの上記損耗センサ２１のパターンをわかりやすく示した説明図であり、スローアウェイチップ２の内部を透視することにより上記パターンを立体的に示している。同図に示すように、たとえば下面２４に一対の端部２２を有する損耗センサ２１は、端部２２から逃げ面２５に導出するとともに、逃げ面２５を縦断して上面２３と逃げ面２５との境界をなす切刃稜２６まで達し、そこから、この切刃稜２６に沿って延びている。
【００３１】
実際のスローアウェイチップ２は、下面２４に端部２２，２２を備えた損耗センサ２１が４つあり、それらが、上面２３の４つのノーズ部２８で切刃稜２６まで到達している。他方、上面２３も下面２４と同一構成となっており、この上面２３に端部２４，２４を備えた損耗センサ２１が４個あり、それらが、下面２３の４個のノーズ部２８で切刃稜２７まで到達している。
【００３２】
このように構成されるスローアウェイチップ２をホルダ１に装着し、図６に示す使用中の切刃稜２６に対して形成された損耗センサ２１の端部２２とプローブ４１の先端とを圧接される。これにより、導電膜回路２１がプローブ４１を介して抵抗計に接続する。
そして、スローアウェイチップ２が切削加工中に摩耗し、損耗センサ２１の使用中の切刃稜２６に沿った部分で遂に摩耗が損耗センサ２１の幅部まで進むと、損耗センサ２１が断線状態となり、電気抵抗が無限大となる。損耗センサ２１の切刃稜２６に沿った部分の幅は、使用限界摩耗幅とほぼ一致させてあり、従って、使用限界摩耗幅まで摩耗が進行したりあるいは欠損に至った瞬間に損耗センサ２１の電気抵抗が無限大となる。この時点で、切削加工を停止することができるように抵抗計と図示しない工作機械を接続・設定しておくことで、使用限界を超えて切刃稜２６の使用やあるいは欠損したままでの使用を防止することができる。
【００３３】
導電膜回路２１とプローブ４１との接触部分は、上述のように外部に露出しておらず、またリード線も外部に露出していないので、切り屑の排出性が阻害されることはない。
なお、損耗センサ２１の端部２２とプローブ４１とを圧接させる理由は以下の通りである。すなわち、損耗センサ２１とプローブ４１の接触が弱いと、切削加工中の振動による影響で瞬間的に両者が離れることがあり、それにより誤検出をされることを防止するためである。
【００３４】
以上説明した実施形態では、Ｌ字状のレバー１０を用いた例を示したが、Ｌ字状レバー１０に代えてクランパやクランプボルトでスローアウェイチップ２をホルダに固定するものであってもよい。
この発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態にかかるスローアウェイチップ用のホルダを示す図である。
【図２】図１に示すホルダの分解斜視図である。
【図３】プローブ固定具の拡大斜視図である。
【図４】プローブ固定具の縦断面図およびこのプローブ固定具に嵌合されるプローブの一例を示す図である。
【図５】この発明の一実施形態にかかるホルダにより保持されるスローアウェイチップの側面図および平面図である。
【図６】スローアウェイチップの損耗センサのパターンを説明するためのスローアウェイチップの図解的な斜視図である。
【符号の説明】
１ホルダ
２スローアウェイチップ
３シャンク
４チップ取付部
５ポケット
６底面（着座面）
７後面（拘束面）
８側面（拘束面）
１９プローブ挿入孔
４０Ａチップ取付部４の前面
４１プローブ
４２シート
４４プローブ固定具
２０２切刃
２０３すくい面
２０４前逃げ面

Claims

刃物台に取り付けられるシャンクおよびシャンクの先端に備えられたチップ取付部を有するホルダであって、
チップ取付部には、センサ付きスローアウェイチップを固定保持するためのポケットが形成され、
このポケットは、チップ取付部に対して、上面、スローアウェイチップの前逃げ面に連なる前面およびスローアウェイチップの横逃げ面に連なる一方側面が開放し、その底面は、スローアウェイチップの下面が載置される着座面、その後面および他方側面は、それぞれ、スローアウェイチップの側面が当接される拘束面となっており、
前記チップ取付部には、着座面に開口する一対のプローブ挿入孔が、その前面寄りに形成されており、
前記一対のプローブ挿入孔に、先端がセンサ付きスローアウェイチップのセンサに接触される一対のプローブが設けられており、
前記プローブの後端には、ホルダに形成された溝内に配線されたリード線が接続されていて、
前記チップ取付部には、取り外し可能なカバーが備えられ、カバーを取り外すと、プローブとリード線との接続部が露出することを特徴とするセンサ付きスローアウェイチップ用ホルダ。
前記ポケットには、着座面とチップとの間に配置されるシートが備えられていることを特徴とする、請求項１に記載のセンサ付きスローアウェイチップ用ホルダ。
前記一対のプローブを固定するために、絶縁材で形成され、シートに嵌合されたプローブ固定具が設けられていることを特徴とする、請求項２記載のセンサ付きスローアウェイチップ用ホルダ。