JP4689909B2 - 切屑を切断する機械加工用の装置及びこのような装置のための切削工具 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明の技術分野
第１の態様における本発明は、切屑を切断する機械加工特に金属加工を目的とする装置に関し、このタイプの装置は、少なくとも一つの切削インサートを有する前部と、並びに装置の常備ホルダに着脱可能に固定される後部とが備わる。この切削工具は、複数のノズルが備わり、このノズルは、高圧力冷却流体の噴流を切削インサートに向けて吹き付ける目的を有し、切削インサートは、少なくとも一つの流体供給源から具体的には工具内側の導管手段を介して、加圧された冷却流体を供給する。
【０００２】
本発明と先行技術の一般的背景
冷却の実施は、切削工具例えば旋削加工用の工具の切削インサートだけでなく、長い間既知であった工具によって機械加工される金属から成る加工物にも実施される。切削加工または切屑を切断する機械加工に対する今日の主な技術目的は、冷却流体を可能な限り高圧力で使用可能にすること、及び互いに非常に絞り込んだ一つまたはそれ以上の微細噴流の形にして切削インサートとそれらから放出する切屑に向けて主に配向して冷却流体を供給することである。流体噴流に使用される圧力が高くなればなるほど、この流体噴流を使用する可能性は増し、有利な方法においては、単に冷却するだけでなく、工作物から切屑の放出を機械的に達成することであり（切屑に噴流の力を付加することによって）、具体的には、切屑をさらに小さな部片に破砕すること及び／または制御された状態で工具から切屑を取り去って案内することを目的とする。当業者の間で、低圧力流体と高圧力流体に関連して種々の意見がある。しかしながら、一般的に、次の間隔で分類することができる。すなわち、
低圧力：＜１０バール
中間圧力：１０〜１００バール、及び
高圧力：＞１００バール
本発明は、実質的に高圧力流体冷却技術に関し、具体的には、個々の切削工具における複数のノズルの使用に関する。
【０００３】
初期に述べられたタイプの装置用の切削工具は、国際出願第９９/３９８５２号に初めて記載された。この場合は、切削工具は複数のノズルを含み、それらの一つは低圧力流体ノズルからなり、一方２またはそれ以上のノズルのセットが高圧力流体ノズルからなる。低圧力流体ノズルは、装置内の別々の流体供給源から供給され、具体的には工具を貫通して、並びに工具と協働する締結ユニットを貫通して延在する導管を介して供給される。この工具は装置内にしっかりと装着され、且つこの装置はホルダとして作用し、ホルダ内に工具は着脱可能に装着される。高圧力流体ノズルは、締結ユニットと工具とを貫通して延在する別々の分離導管を介して別々の流体供給源と連絡し、具体的には工具内側の高圧力流体ノズル全てに共通の空隙まで連絡する。実際には、この空隙は、着脱可能な板の後ろ側に形成され、この板の中に高圧力流体ノズルが装着される。高圧力冷却流体ノズルまで高圧力冷却流体を供給するための導管をこれらのノズルのための共通空間まで排気することが、実際には、冷却流体が共通空間まで供給されるときに全ての高圧力流体ノズルが活動的になることを意味する。換言すれば、全ての高圧力流体ノズルが、同時に、ノズルの個数に対応する噴流の数が、切削インサートの向かって吹き付けられる。これらの噴流は、ノズルが種々の配置に調整可能であることによって、切削インサートに種々の衝撃点を与えることができる。
【０００４】
本発明の基本となる最近の開発研究は、切削インサートの切れ刃に関する個々の高圧力流体噴流の方向が、冷却効果に対してだけでなく、とりわけて放出された切屑の破断及び/案内を最適方法において可能性することも重要である。具体的には、高圧力流体噴流が切れ刃に対して垂直に向けられるときに、冷却及び切屑案内に関する最適結果（四辺形状切削インサートにおいては真っ直ぐな切れ刃に対して、丸型切削インサートにおいては無限切れ刃の任意点の接線に対してほぼ９０°）が得られることを確立した。直角から、噴流角度が鋭角になればなるほど、噴流角度がゼロに接近した場合の点まで、冷却と切屑案内との効果が減少しつづける。しかしながら、噴流の角度が重要であるという見識でもって実行される場合は、この現象はそれ自体の存在を制御することが困難であり、すなわち、切削インサートの作用部が機械加工作業の際に移動可能である。したがって、倣い旋削の際に、例えば、切削インサートが工作物の切り込み深さの変化による移動通路にしたがう場合、四辺形上切削インサートの初期の切れ刃とその後に別の切れ刃とが、活動可能となる。無限切れ刃を備える丸型切削インサートでは、限定された切れ刃の活動部分が、機械加工作業の際に、切削インサートの移動パターンに依存して切れ刃に沿って後方及び前方へと移り変わる。
【０００５】
国際出願第９９/３９８５２号で既知の切削工具を備える高圧力流体ノズルは、高圧力流体噴流を切削インサート状の種々の衝撃点に配向するために調整可能であるとはいえ、この工具は上記現象を制御するためには適切でない。すなわち、作業中は、これらのノズルは所定の固定位置に調整可能であり、噴流は全てのノズルから同時に吹き付けられる。個々のノズルが切れ刃に関して可能な限り大きな角度すなわち可能な限り９０度に近い角度を達成するために調整されたならば、この噴流は互いに交差するという明白な危険が存在する。非常に集中され絞り込まれた噴流が切れ刃に到達するのではなくて、むしろそれ以前にカスケードに衝突することを含むことがよいことである。一方で、これらのノズルが衝突の危険が取り除かれた方法で装着されたならば、個々の噴流と切削インサートとの間の角度は必然的に小さくなる。
【０００６】
本発明の目的及び特徴
本発明は、上記課題を解決すること、及び改良された装置並びに上記の種類の装置用の改良された切削工具を提供することを目的とする。したがって、本発明の第１の目的は高圧力冷却流体噴流を同一の切削インサートの一つまたはそれ以上の切れ刃に向かって配向するとともに噴流角度を達成することができる切削工具を提供することであり、この噴流角度は、それぞれ所定の幾何学形態に対して、機械加工作業中に作用する個々の切れ刃部分に最適となる。別の目的は、最大限可能な冷却と切屑の破砕とのそれぞれの効果が達成でき、一方で同時に冷却流体消費量を最小に減少する切削工具を提供することである。また、構造的に簡単な切削工具を提供することを目的とし、この切削工具は、作業中に冷却流体の吹き付けに関して信頼できる方法で調整可能である。
【０００７】
本発明にしたがい、少なくとも切削工具の第１の目的は、請求項４の特徴部分に記載された構成によって達成する。本発明にしたがう切削工具の好ましい実施態様は、従属請求項５にさらに定義する。
【０００８】
このような切削工具に付随して、また、本発明は、切屑を切断する機械加工用の装置に関し、この種の装置は上記のような切削工具を一つまたはそれ以上備える。本発明のこの装置の特徴を、請求項１の特徴部分に記載する。本発明にしたがう装置の好ましい実施態様は、従属請求項２及び３に定義する。
【０００９】
記載した請求項の二つの範疇に関しては、切屑を切断して機械加工する装置用の個々の切削工具は、通常製造してそして所定の製造業者に流通されることを指摘する必要がある。一方、このような装置すなわち切削工具を含む装置は、製造してそして別の製造業者に流通され、その製造業者ははじめ述べた製造業者から工具を購入してそして最終引渡しに関連して装置に工具を装着する。しかしながら、例外的な場合は、同一製造業者が装置並びにそれらの切削工具を製造することもある。
【００１０】
先行技術の追加説明
二つまたはそれ以上の離間配置切削インサートを含むこのような工具を製造すること自体は既知であり、この装置はノズルの個数に対応した切削インサートの数を備え、このノズルは分離導管を介して冷却流体が供給され、そしてこの導管は一つを除き全ての導管が閉じられることによって同時に活動することができる。しかしながら、この場合、個々のノズルは流体噴流を協働する切削インサート状の所定の点に向けて配向するために調整される。
【００１１】
本発明の好ましい実施態様の詳細な説明
図１は、切屑を切断する機械加工用の装置を参照符号１で輪郭を示す。具体的には、この装置を、特に複数の種々の工具が備える回転可能なターレットプレートの部分形状で図示する。このような一つの工具は、一般的には２で図示され、いわゆる切削ユニット形式であり、この切削ユニットは締結ユニット３の形式のホルダと協働する。切削ユニット２は、締結ユニット３の固定位置に着脱可能に締結することができる。切削ユニット２は着脱可能な切削インサート６を備えた前部５に備えられ、図１及び図２にしたがう実施態様においては、切削インサートは丸形式切削のインサートで例示されている。切削ユニット２の後部７は、雄型素子の形状であり、締結ユニット３の空隙８に挿入可能である。切削工具と締結ユニットとの結合はCOROMANT CAPTO形式が都合良く、雄型素子７並びに空隙８は多角形であるが、滑らかな丸みを帯びた横断面形状とともに雄型素子は後方に向かう方向にテーパ-形状を成す。空隙部８の内側領域において、図示しないが、締結機構が存在し、この締結機構は引張目的でもって雄型素子７の内側の結合手段（図示せず）と嵌合することができ、すなわち挿入する際に空隙内で雄型素子を固定し、且つ取り外しする際には同様に取り出す。雄型素子７の包囲面を図９で示し、一方空隙８を規定する内面を１０で示す。
【００１２】
上記のように、切削工具が締結機構を備える締結ユニットに挿入可能である切削ユニット形式であるときは、このシステムを当業者は標準寸法工具システム(modular tool system)と呼ぶ。以下に示されるように、しかしながら本発明は単純切削工具にも適用可能である。
【００１３】
切削ユニット２のそれぞれ前部５と後部７は、横断板状部分１１によって離間配置され、横断板状部分の前側にいわゆるノズル板１２が添付され、それは取り外し可能な板であり、この取り外し可能な板に複数のノズル１３が装着され、このノズルは流体噴流４を切削インサート６に向けて吹き付ける目的を有する。図示された実施例では、この板１２は４個のノズルを有する。ネジ用の穴（図示せず）は参照符号１４で示され、この穴でもってノズルプレートは板状部分１１の前側に固定することができる。
【００１４】
図１及び図２に示される工具に限り従来記載されたものであり、この工具は、上記国際出願第９９／３９８５２号から既知である工具と本質的に同一である。
【００１５】
本発明の特徴は、冷却流体をノズル１３に供給するために必要な導管システムが、ノズルの個数と等しい個数の互いに離間配置された導管を含むことであり、一度に１つの噴流だけで吹き付けを可能にするために、別々に個々の導管を閉じることを可能にする。すなわち、図２及び図３では、切削インサート６とノズル板１２を除いて、切削ユニット２が４個の互いに離間配置した導管１５を含む連続した固体金属ボディーからなることが明らかになる。このような導管の一方の端部は、板状部分１１の前面まで、すなわちノズル１６の後方の空間１６まで通じる。このポートは１７で示される。導管反対側端部の第２のポート１８は、雄型素子７の包囲面９に配置される。導管の４個のポート１８は、包囲面９に沿って予め決められた互いに離間配置した点に位置する。締結ユニット３の内側の対応する数の第２の導管は、切削ユニット２の導管と協働する。図５に模式的に表され且つ１９で示されたこれらの導管は、空隙８の内側を規定する面１０に開口される前ポート２０を備える。これらのポート２０の位置は第１の導管１５のポート１８の位置に対応する。具体的には、工具の雄型素子７が後方に引き込まれたときに、これらのポートが互いに向き合うように位置して、締結ユニットの端部位置に固定されるようになる。
【００１６】
本発明の実施態様にしたがえば、各々の導管ポート１８、２０が、工具の長さ方向の軸に対して実質的に放射状に延在する。この方法においては、非常に高圧力の冷却流体が、締結ユニット３の各導管１９から切削ユニット２の対応導管１５に対して放射状に伝達することができ、切削ユニットを締結ユニットから押出す傾向のある軸方向の力が切削ユニットに及ぼすことない。
【００１７】
締結ユニット３の導管１９と、切削ユニットの導管１５からなる個々の連続する導管は、遮断弁２１によって個々に閉じることができる。これらの弁を締結ユニット３の内側（または切削ユニット２の内側であっても）に配置することが本質的に可能であっても、適切な方法でこれらの弁を装置１の内部または隣接して配置することが好ましい。すなわち、図５において、この弁２１が締結ユニット３から離れていることが分かる。有利にソレノイドからなる上記弁２１は、ポンプ２４と流体のタンク２５に接続する主導路に対するブランチ導路に配列される。さらに、この弁は、通常の制御ユニット２６例えばコンピュータユニットに電気的に接続され、このコンピュータユニットが、従来の方法で装置の工具操作を制御するために使用できる形式の適切なプログラムで作動させる。個々に任意の弁が、他の弁が残りのブランチ導路を閉じたと同時に開かれた付属のブランチ導路２２を保持することができる。時には、遮断弁２１の調整は、付随する工具からかなりの距離に配置することができ、すなわち、個々の弁と締結ユニット３との間に延在する各ブランチ導路の部分（例えばホースの形で）をかなり長くすることができる。弁が閉じられたときにこのブランチ導路を空にしないために、バネで作用する弁２７が各ブランチ導路に配置され、この弁は予め決められたかなり低い流体圧力で開放される。図５に概略を示すように、これらの弁２７は、弁とノズル１３との間の最短で可能な方法を保証するために締結ユニットの極近くに配置される。これは、個々のソレノイド弁２１が開放されたとき、できるだけ早く冷却流体をノズルに供給することを保証する。
【００１８】
ノズル１３に関しては、これら自体は、国際出願第９９／３９８５２号に記載する方法で形成され、すなわち、この流体噴流の衝撃点の調整を可能にするために再調整を可能にする。図２に、この噴流が、空間１６からの流体をノズルの微細穴２８を貫通させることによって如何に達成されるかを示す。しかしながら、さらに簡単な形式の固定ノズルを使用することも可能であり、それは、ノズル板の製造にかかわることであるが、噴流の方向を一度調整したノズルである。これに関連して、ノズル１３は、図１に示されるように普通の垂直の板に配置する必要はないことを指摘する。すなわち、所定のノズル、例えば、中央に位置しているノズルが、外側のノズルより高いレベルに位置することができることである。換言すれば、ノズル板の表面に沿ったノズルの正確な位置は重要ではない。しかしながら、本質的なことは、ノズルの穴２８がノズル板のノズル位置に関連した方法で調整することであり、種々の噴流が切削インサートの切れ刃領域の種々の衝撃点に向けられる。
【００１９】
本発明の機能及び利点
図４において、切削インサート６の移動経路は、回転する工作物２９例えばシャフト及びそのようなものの倣い旋削中を模式的に想像することができる。図４の右側で、切削インサートは軸方向に送られているときを示し、具体的には工作物に沿って左方向に送られている。切り込み深さに依存して、切削インサートの比較的長い切れ刃が工作物に接触して機械加工する。これらの状況のもとは、二つの高圧力流体噴流４を、切れ刃の作用部分に向かって都合よく向けることができる。このことは、工具の二つの（上と背後から見て）右側ノズルが、開放された付随弁を維持することによって冷却流体を供給されること、同時に別の二つの弁が閉じたまま保持されることによってもたらされることである。第２の工程においては、切削インサートは作業中に半径方向に送ることができ、切れ刃の比較的短い部分のみが作用して、この切れ刃部分は図４の中間に示されるように、縁に沿って移動する。この状況においては、一つの流体噴流のみで切削インサートを十分に冷却する。この噴流を切れ刃に対して最適な角度にするために、すなわち、機械加工する点において切れ刃の接線に対してほぼ９０度にするために、工具における横に離間配置した４個のノズルの別のものを、例えば、さらに左に配置されたノズル（上または後から見て）を作用させる。この場合、噴流４は、ほぼ２時の方向に噴出する。図４の左側では、右のノズルからの単一噴流がほぼ１０時の方向に限定された切れ刃部分に噴出する際の、別の状況を示す。
【００２０】
本発明の主な利点は、高圧力冷却流体噴流を、互いに干渉することなく、同一切削インサートの異なる衝撃点に個々に配向することができるとともに、工作物を機械加工する切れ刃部分を機敏に往復運動させることに関連して、角度を最適にすることができることである。噴流を一度に活動させることができることにより、一つまたは複数の有効に作用しているノズルを除き、全てのノズルを活動停止にすることができるために、冷却流体の消費量がさらに最小に減少される。
【００２１】
図６に別の実施態様を模式的に示す。この図における切削インサート６は、互いに関して鋭角に延びる二つの切れ刃を備えた多角形、特に菱形の形状を備える。この場合においては、工具は二つだけのノズル１３を有する。これらはノズル板１２’に装着され、このノズル板は部分的に楔状であり且つ互いに鈍角で延在する二つの部分面３０を備えた前面を有し、二つのノズルの各々が部分面に備えられる。この方法においては、ノズルは互いに鋭角で配向された冷却流体噴流を吹き付ける、具体的には、左側のノズルが切削インサートの右側切れ刃に向かって噴流を吹き付け、且つ右側ノズルが切れ刃の左を吹き付ける。この実施態様においては二つのノズルが示されるが、当然ながらさらに多くのノズルを備えることができる。
【００２２】
本発明の好ましい改良
本発明は、上記の実施態様及び図に示された実施例に限定されない。すなわち、本発明は、これらの工具が標準寸法の工具を装着する装備に備えられ、特に締結ユニットと協働するか、または単一タイプであるかにかかわらず、種々の切削工具に適用可能である。この工具は簡単な後方シャンクを備えることができ、このシャンクは付随する機械工具の簡単な従来のホルダに適用される。さらに、ノズルの個数及びそれらの配置は、特許請求の範囲内で種々の方法に変形することができる。また、切削インサートの形状及び個数は重要でないことを指摘しておく。また、本発明は２個またはそれ以上の切削インサートを備える工具に適用可能である。これに関しては、工具は複数のノズルを備えて形成され、切削インサートの数に対応して調整され、それぞれのノズルの調整は、個々に活動が可能である二つまたはそれ以上のノズルを含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明にしたがう装置の一部と切削工具とを示す部分分解斜視図である。
【図２】 図２は、工具を備えた切削ユニットを示す部分切断面図である。
【図３】 図３は、図２のＡ−Ａ横断面である。
【図４】 図４は、倣い旋削加工の際の、被加工物を貫く長さ方向を概略的に示す部分断面図である。
【図５】 図５は、工具に装備される４個のノズルが、装置に備えられる流体供給源から高圧力冷却流体をどのように供給するかを示す概略図である。
【図６】 図６は、別の実施態様にしたがう工具を示す平面図である。

Claims (4)

1. 少なくとも一つの切削インサート（６）を備える前部（５）と、並びに協働する装置（１）の常備ホルダ（３）に着脱可能に固定される後部（７）と、を備える一つまたは複数の切削工具（２）を備える切屑を切断する機械加工用の装置であって、
   前記切削工具が、高圧力冷却流体の吹き付け噴流（４）を切削インサート（６）に向かわせる目的を有し、且つ少なくとも一つの流体供給源（２４）から具体的には前記切削工具内の導管手段を経由して加圧された冷却流体を供給する複数のノズル（１３）を備える切屑を切断する機械加工用の装置において、
   前記導管手段が、ノズル（１３）の数と同じで等しい大きさで互いに離間した複数の導管（１５）を備え、
   少なくとも前記工具の作用状態においては、前記ノズルが、ノズルの噴流（４）を同一切削インサート（６）の種々の衝撃点に向かって配向するために調整され、且つ、
   個々の前記導管（１５）が、付随する衝撃点に向かうとともに一つの噴流の吹き付けだけを可能にするために、個々の工具内で個々の導管を閉じることが可能であり、
   導管の数に対応する複数の弁（２１）が、切削工具（２）内の前記流体導管（１５）の開閉のために、工具と流体供給源として働くポンプ（２４）との間の前記装置（１）の内部または装置に隣接して配置される、
   ことを特徴とする切屑を切断する機械加工用の装置。
2. 前記複数の弁（２１）はソレノイド弁（２１）からなり、前記ソレノイド弁は個々の工具（２）の加工作業を制御する同一制御ユニット（２６）によって制御されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 少なくとも一つの切削インサート（６）を備える前部（５）と、並びに協働する装置（１）の常備ホルダ（３）に着脱可能に固定される後部（７）とを備える切屑を切断する機械加工用の装置の切削工具であって、
   高圧力冷却流体の吹き付け噴流（４）を切削インサート（６）に向かわせる目的を有する複数のノズル（１３）と、並びに流体吹き付け供給源から加圧された冷却流体を前記ノズルに輸送するための導管手段とを備える切屑を切断する機械加工用の装置の切削工具において、
   前記導管手段が、ノズル（１３）の数と同じで等しい大きさで互いに離間した複数の導管（１５）を備え、
   少なくとも前記工具の作用状態においては、前記ノズルが、ノズルの噴流を同一切削インサート（６）の種々の衝撃点に向かって配向するために調整され、且つ、
   個々の前記導管（１５）が、付随する衝撃点に向かうとともに一つの噴流の吹き付けだけを可能にするために、個々の工具内で個々の導管を閉じることが可能であり、
   導管の数に対応する複数の弁（２１）が、切削工具（２）内の前記流体導管（１５）の開閉のために、工具と流体供給源として働くポンプ（２４）との間の前記装置（１）の内部または装置に隣接して配置される、
   ことを特徴とする切屑を切断する機械加工用の装置の切削工具。
4. 雄型素子（７）を収容する空隙（８）を備えてホルダとして作用し、且つ切削工具（２）の後部を形成する締結ユニット（３）と協働する切削工具であって、
   前記締結ユニット（３）の第２の導管（１９）が、前記切削工具の第１の導管（１５）の個数に対応し、
   前記第１の導管と第２の導管が対で協働し、具体的には前記切削工具内の個々の第１の導管（１５）が、実質的に半径方向に開口しているポート（１８）で終了し、
   前記ポート（１８）が前記雄型素子（７）の外側包囲面（９）に沿った所定の位置に配置され、並びに前記締結ユニット（３）内の協働する第２の導管（１９）がポート（２０）で終了し、
   前記ポート（１９）が、前記空隙を限定する内側面（１０）において半径方向に開口し、且つ前記内側面に沿って対応する位置に配置される請求項３に記載の切削工具。

Images