JP4993528B2 - 切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、本体部と切削ヘッドとを着脱可能に構成した切削工具に関し、特に、本体部および切削ヘッドの廃棄量を抑制できると共に、切削加工時における振動を抑制できる切削工具に関するものである。

従来より、マシニングセンタ等により回転駆動され、被削材の切削加工を行う切削工具として、超硬合金から構成されるものが知られている。超硬合金から構成される切削工具は、高速度工具鋼から構成される切削工具と比べ、剛性が大きく、撓みが少ないので、切削加工における加工精度において優れている。

しかしながら、超硬合金は高速度工具鋼に比べ、靭性が低く切れ刃の欠損が生じやすい。そのため、超硬合金から構成されるソリッドタイプ（シャンク一体型）の切削工具では、切れ刃が欠損する度に切削工具全体を交換する必要があるため、切削工具の廃棄量が多くなり、無駄が大きい。

これに対し、超硬合金から構成される切削ヘッドが、超硬合金から構成される本体部に対して着脱可能な連結式の切削工具が知られている。この連結式の切削工具であれば、切れ刃が欠損した際には、切削ヘッドのみを交換して本体部は再使用できるので、ソリッドタイプの切削工具に比べ、廃棄量を抑制できる。

例えば、実用新案登録第３１３２１２５号公報には、タングステン鋼（超硬合金）から構成されるロッド１０（本体部）の先端に設けられたねじ孔１１（めねじ部）に、タングステン鋼から構成されるツールビット２０（切削ヘッド）の底端に突出されたねじ杵２１（おねじ部）が螺着されることで、ロッド１０とツールビット２０とが互いに連結される連結式の切削工具が開示されている。

実用新案第３１３２１２５号公報（第３図など）

しかしながら、上述した従来の連結式の切削工具は、本体部および切削ヘッドの双方が超硬合金から構成されているので、本体部と切削ヘッドとを連結するおねじ部またはめねじ部のねじ山が振動による衝撃で欠損しやすい。おねじ部またはめねじ部のねじ山が欠損した場合には、欠損したねじ山を有する本体部または切削ヘッドを交換する必要があるため、廃棄量の抑制効果が不十分であるという問題点があった。さらに、連結式の切削工具では、ソリッドタイプと比べて、切削工具全体の剛性が低くなるため、切削加工時において切削ヘッドの振動が発生しやすいという問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、本体部と切削ヘッドとを着脱可能に構成した場合に、本体部および切削ヘッドの廃棄量を抑制できると共に、切削加工時における振動を抑制できる切削工具を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段および発明の効果

請求項１記載の切削工具によれば、本体部または切削ヘッドのいずれか他方の端部に形成されるめねじ部に、超硬合金よりも剛性が低いヘリサートを装着し、そのヘリサートに本体部または切削ヘッドのいずれか一方の端部に形成されるおねじ部を螺合することで、本体部と切削ヘッドとを固定する。これにより、超硬合金から構成されるおねじ部およびめねじ部の間に、その超硬合金よりも剛性が低いヘリサートが介在されるので、おねじ部およびめねじ部が互いに接触することを防止して、おねじ部およびめねじ部のねじ山の欠損を抑制できる。その結果、ねじ山の欠損に起因する本体部および切削ヘッドの交換頻度を低減して、本体部および切削ヘッドの廃棄量を抑制できるという効果がある。

さらに、超硬合金よりも剛性が低いヘリサートを、おねじ部およびめねじ部の間に介在させることで、本体部に対する切削ヘッドの振動をヘリサートにより緩衝させることができる。その結果、切削加工時における振動を抑制できるという効果がある。

なお、ヘリサートは、従来より、アルミダイキャストや樹脂等のヘリサートよりも軟質な素材に形成されためねじに装着することで、反復使用によるめねじの摩耗を修繕または防止することを目的として使用される部材である。これに対し、請求項１では、ヘリサートよりも硬質の超硬合金から構成される本体部または切削ヘッドのいずれか他方に形成されるめねじに装着されることを特徴とする。即ち、請求項１は、おねじ部およびめねじ部よりも軟質のヘリサートをおねじ部およびめねじ部の間に介在させることで、上述した請求項１の効果を奏することができるものである。

請求項２記載の切削工具によれば、請求項１記載の切削工具の奏する効果に加え、ヘリサートが所定の剛性を有する鋼から構成されているので、ヘリサートに対しておねじ部を強固に締付固定することができる。よって、切削加工時における切削ヘッドの振動をより抑制できるという効果がある。

（ａ）は、本発明の一実施の形態における切削工具を構成する本体部の側面図であり、（ｂ）は、ヘリサートの側面図であり、（ｃ）は、切削ヘッドの側面図である。 切削工具の側面図である。 切削試験の試験結果を示すグラフである。

１００ 切削工具
１０ 本体部
１１ めねじ部
２０ ヘリサート
３０ 切削ヘッド
３２ おねじ部
Ｏ 軸心

以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して説明する。まず、図１を参照して本発明の一実施の形態における切削工具１００の各部構成について説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施の形態における切削工具１００を構成する本体部１０の側面図であり、図１（ｂ）は、ヘリサート２０の側面部であり、図１（ｃ）は、切削ヘッド３０の側面図である。なお、図１（ａ）では、本体部１０のめねじ部１１を断面視して図示し、図１（ｂ）では、図面を簡素化して理解を容易とするため、ヘリサートを模式的に図示すると共に、ヘリサート２０の一部（図１（ｂ）上側）を断面視して図示している。

図１（ａ）に示すように、本体部１０は、タングステンカ―バイト（ＷＣ）等を加圧焼結した超硬合金から構成されている。また、本体部１０は、軸心Ｏを中心軸とした円柱状に形成されており、一側の端部（図１（ａ）左側）には、内周にめねじが螺刻されためねじ部１１が凹設されている。なお、このめねじは、ヘリサート専用のハンドタップを用いて螺刻されたものであり、本実施の形態では、めねじのねじ山１２の谷の径が６．０４ｍｍ、めねじのねじ山１２の有効径の最大が５．５９６ｍｍ、有効径の最小が５．５２０ｍｍに設定されている。

図１（ｂ）に示すように、ヘリサート２０は、断面菱形形状のステンレス鋼線から構成されるコイル状の部材である。また、ヘリサート２０は、めねじ部１１に装着可能に構成されており、本実施の形態では、自由外径（ヘリサート２０をめねじ部１１に挿入する前の外径）の最大が６．６２ｍｍ、自由外径の最小が６．３６ｍｍ、内径の最大が４．２９４ｍｍ、内径の最小が４．１３４ｍｍ、自由巻数が７．１２５に設定されている。

図１（ｃ）に示すように、切削ヘッド３０は、タングステンカ―バイト等を加圧焼結した超硬合金から構成されている。切削ヘッド３０は、被加工物の切削加工を行うための刃部３１と、その刃部３１の一側の端部（図１（ｃ）右側）に凸設されるおねじ部３２とを備えており、そのおねじ部３２の外周にはおねじが螺刻されている。また、おねじは、ヘリサート２０に螺合可能に形成されており、本実施の形態では、おねじの呼びがＭ５×０．８、呼び長さが７．５０ｍｍに設定されている。

次に、図１（ａ）から図１（ｃ）を参照して、切削工具１００（図２参照）の連結方法について説明する。具体的には、まず、ヘリサート２０を専用の工具（図示せず）を用いてめねじ部１１に装着する。次に、切削ヘッド３０に形成されたおねじ部３２をめねじ部１１に挿入する。このとき、おねじ部３２を、めねじ部１１に装着されたヘリサート２０に螺合させることで、切削ヘッド３０を本体部１０に固定させる。

次に、図２を参照して、切削工具１００の全体構成について説明する。図２は、切削工具１００の側面図である。なお、図２では、めねじ部１１、ヘリサート２０及びおねじ部３２を断面視して図示している。

図２に示すように、切削工具１００は、マシニングセンタ等の加工機械（図示せず）から伝達される回転力により、被加工物の切削加工を行うための連結式のエンドミルである。本体部１０がホルダ（図示せず）を介して加工機械に取り付けられ、ホルダを介して加工機械の回転力が本体部１０に伝達される。さらに、この回転力が本体部１０に連結される切削ヘッド３０に伝達されることで、切削ヘッド３０に形成された刃部３１による切削加工を行う。

これに対し、切削工具１００は、おねじ部３２及びめねじ部１１の間に、超硬合金よりも剛性が低い鋼から構成されるヘリサート２０が介在されている。これにより、おねじ部３２及びめねじ部１１が互いに接触することを防止して、おねじ部３２のねじ山３３及びめねじ部１１のねじ山１２の欠損を抑制できる。その結果、おねじ部３２のねじ山３３及びめねじ部１１のねじ山１２の欠損に起因する本体部１０および切削ヘッド３０の交換頻度を低減して、本体部１０及び切削ヘッド３０の廃棄量を抑制できる。

また、鋼は超硬合金よりも剛性が低いため、おねじ部３２およびめねじ部１１の間にヘリサート２０を介在させることで、本体部１０に対する切削ヘッド３０の振動を緩衝することができる。さらに、ヘリサート２０が一定以上の剛性を有する鋼から構成されているので、ヘリサート２０に対しておねじ部３２を強固に締付固定することができる。よって、切削加工時における切削ヘッド３０の振動をより抑制できる。これにより、刃部３１に形成される切れ刃の欠損を抑制できるので、切削ヘッド３０の耐用期間を長期化して、切削ヘッド３０の廃棄量を抑制できる。

なお、本発明では、ヘリサート２０が、鋼で構成されるヘリサート２０よりも剛性が高い超硬合金から構成される本体部１０に装着されていることを特徴とする。即ち、本発明は、おねじ部３２およびめねじ部１１よりも剛性が低いヘリサート２０をおねじ部３２及びめねじ部１１の間に介在させることで、上述した効果を奏することができるものである。

次に、図３を参照して、切削試験の試験結果について説明する。図３（ａ）及び図３（ｂ）は切削試験の試験結果を示すグラフであり、図３（ａ）は、本発明品である切削工具１００を使用した試験の試験結果を、図３（ｂ）は、従来品の切削工具を使用した試験の試験結果を示している。この試験は、上述のように構成される切削工具によって、下記の詳細諸元で被加工物に側面切削加工を行った場合に、切削工具に作用する切削抵抗を測定する試験である。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）は、縦軸を切削抵抗、横軸を加工時間としたグラフであり、Ｆｙは、切削工具の送り方向に働く水平分力（送り分力）、Ｆｘは、送り分力と垂直な方向に働く垂直分力（主分力）、Ｆｚは、切削工具の軸方向に働く軸方向分力（背分力）をそれぞれ示している。即ち、主分力、送り分力および背分力は、切削抵抗を互いに直交するｘ軸、ｙ軸およびｚ軸方向に分解した分力である。

なお、切削試験の詳細諸元は、被削材：ＳＵＳ３０４、加工機械：立型マシニングセンタ、クーラント：水溶性クーラント、切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ、回転速度：４８００回転／分、送り速度：２０００ｍｍ／ｍｉｎ、送り：０．０７ｍｍ／ｔ、切込み深さ：１５ｍｍ、切り込み幅：１ｍｍである。

また、切削試験には、本実施の形態で説明した、切削ヘッド３０がヘリサート２０を介して本体部１０に連結される切削工具１００（ラジアスエンドミル、φ１０×Ｒ１）と、切削ヘッドが直接、本体部に連結される切削工具（以下「従来品」と称す）とを用いて行った。但し、従来品は、本発明品と同一構成の切削ヘッド３０と、その切削ヘッド３０が螺合可能なめねじが形成されためねじ部を有する本体部とを備えて構成されている。また、本発明品の本体部１０と従来品の本体部とは、めねじ部がおねじ部に螺合可能（即ち、おねじと同じＭ５×０．８）に構成されている点のみが異なり、他の構成については同一構成とされている。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、切削試験の試験結果によれば、背分力Ｆｚの平均値は、本発明品および従来品のいずれも−４００Ｎであった。また、主分力Ｆｘの平均値は、本発明品では、−１１５０Ｎであるのに対し、従来品では、−１０００Ｎであった。さらに、送り分力Ｆｙの平均値は、本発明品および従来品のいずれも、−１６５０Ｎであった。

一方、背分力Ｆｚの振幅の平均値は、本発明品では、６０Ｎ（即ち、Ｆｚ＝−４００±６０Ｎ）であるのに対し、従来品では、１４０Ｎ（即ち、Ｆｚ＝−４００±１４０Ｎ）であった。また、主分力Ｆｘの振幅の平均値は、本発明品では、１００Ｎ（即ち、Ｆｘ＝−１１５０±１００Ｎ）であるのに対し、従来品では、２５０Ｎ（即ち、Ｆｘ＝−１０００±２５０Ｎ）であった。さらに、送り分力Ｆｙの振幅の平均値は、本発明品では、１３０Ｎ（即ち、Ｆｙ＝−１６５０±１３０Ｎ）であるのに対し、従来品では、２１０Ｎ（即ち、Ｆｙ＝−１６５０±２１０Ｎ）であった。

以上の通り、本発明品は、従来品と比べ、送り分力Ｆｙ及び背分力Ｆｚの平均値は、同等の数値で差がなかった。また、本発明品は、主分力Ｆｘの平均値が、従来品の主分力Ｆｘの平均値よりも１５０Ｎ小さく、従来品における主分力Ｆｘの平均値に対して１５％小さかった。

これに対し、本発明品における背分力Ｆｚの振幅の平均値は、従来品における背分力Ｆｚの振幅の平均値よりも８０Ｎ小さく、従来品における背分力Ｆｚの振幅の平均値の略４３％であった。また、本発明品における主分力Ｆｘの振幅の平均値は、従来品における主分力Ｆｘの振幅の平均値よりも１５０Ｎ小さく、従来品における主分力Ｆｘの振幅の平均値の４０％であった。さらに本発明品における送り分力Ｆｙの振幅の平均値は、従来品における送り分力Ｆｙの振幅の平均値よりも８０Ｎ小さく、従来品における送り分力Ｆｙの振幅の平均値の略６２％であった。即ち、いずれの方向における切削抵抗においても、切削抵抗の振幅が小さくなっており、切削加工時における振動の低減が確認された。これは、本発明品では、めねじ部１１にヘリサート２０が装着されることで、切削ヘッド３０の振動をヘリサート２０により緩衝させることができたと考えられる。

即ち、本実施の形態における切削工具１００のように、超硬合金から構成されるおねじ部３２及びめねじ部１１の間に、おねじ部３２及びめねじ部１１よりも剛性が低い鋼から構成されるヘリサート２０が介在されることで、切削加工時に発生する振動の抑制を達成することができた。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

例えば、上記実施の形態で挙げた数値は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。

さらに、上記実施の形態では、本発明がエンドミルに適用される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、ドリル、タップ等の切削工具に適用してもよい。また、超硬合金から構成されると共にめねじが螺刻されたホルダと、超硬合金から構成されると共にめねじが螺刻されたチップと、ホルダに螺刻されためねじに装着されるヘリサートとを備え、ホルダにチップを超硬合金から構成されるおねじで固定するスローアウェイ式のバイトに適用しても良い。

また、上記実施の形態では、ヘリサート２０がステンレス鋼で構成される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の鋼またはりん青銅等の超硬合金よりも剛性が低い素材から構成されていてもよい。

さらに、上記実施の形態では、本体部１０にめねじ部１１が凹設されると共に、切削ヘッド３０におねじ部３２が凸設される場合を 説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、本体部１０におねじ部が凹設されると共に、切削ヘッド３０にめねじ部が凸設されてもよい。

また、上記実施の形態では、おねじが螺刻されたおねじ部３２が切削ヘッド３０の後端から凸設される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、切削ヘッド３０の一側の端部におねじ部を形成してもよい。なお、この場合、ヘリサートは、おねじ部に螺合可能な寸法に形成されると共に、本体部のめねじ部は、そのヘリサートが装着可能な寸法に形成される。

また、上記実施の形態では、おねじ部３２に螺刻されるおねじが右ねじである場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、おねじ部に螺刻されるおねじが左ねじであってもよい。即ち、おねじが切削ヘッドの切削方向に応じて（切削ヘッドの切削抵抗に対してねじが締まる方向に）螺刻されていればよい。

Claims (2)

1. 超硬合金から構成される本体部と、その本体部の先端に着脱可能に取り付けられ被加工物の切削加工を行うと共に超硬合金から構成される切削ヘッドとを備えた切削工具において、
   前記本体部および前記切削ヘッドのいずれか一方の端部に形成されると共に外周におねじが螺刻されるおねじ部と、
   前記本体部および前記切削ヘッドのいずれか他方の端部に形成されると共に内周にめねじが螺刻されるめねじ部と、
   前記めねじ部に装着され超硬合金よりも剛性が小さいコイル状のヘリサートとを備え、
   前記ヘリサートにおねじ部が螺合されることで、前記本体部に前記切削ヘッドが固定されることを特徴とする切削工具。
2. 前記ヘリサートが鋼から構成されていることを特徴とする請求項１記載の切削工具。

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