JP5110928B2 - 旋削工具用ホルダ及びそれを用いた旋削工具並びに切削方法 - Google Patents

Description

本発明は、切削インサートが取り付けられる前方部と、シャンクとして機能する後方部とを接合してなる旋削工具用ホルダ及び当該ホルダに切刃を備える切削インサートを取り付けた旋削工具並びに切削方法に関する。

従来から、超硬合金からなる後方部と、鋼からなる前方部とをロウ付け接合したボーリングバー等の旋削工具や、エンドミル等の転削工具が知られている（例えば特許文献１又は特許文献２）。

ここで、後方部と前方部とを異なる部材を用いて別体構造としているのは、工具本体となる後方部には、高い防振性能が要求され、切削インサートが取り付けられるインサートポケットを形成する必要がある前方部には、高い加工性が要求されるためである。

特許文献１に記載の切削工具においては、前方部と後方部のいずれか一方に円錐形の凸部を形成するとともに、前記凸部に嵌まり合う円錐孔状の凹部を他方に形成し、これらがロウ付けにより接合されている。

特許文献２に記載の切削工具においては、前方部に形成されたＶ溝と後方部に形成されたＶ山とが楔状の面でロウ付け接合されている。

上記特許文献１および特許文献２に記載の構造においては、前方部および後方部に凹凸を設けず平面同士で接合するのに比べて接合面積を向上させることができるため、前方部と後方部との接合強度を向上させることができる。

また、特許文献１に記載の切削工具においては、接合位置が決まりやすいという利点があるが、切削加工時における前方部の軸心に対するねじれが発生しやすいという欠点がある。即ち、切削加工時に前方部に取り付けられた切削インサートの切刃には大きな応力がかかるが、特許文献１のような円錐形状の場合は、軸心を基準点として切刃にかかる力のモーメントを支える部分がなく前方部がねじれ易くなってしまう。

これに対し、特許文献２に記載の切削工具では、前方部のＶ溝と後方部のＶ山とが楔状の面でロウ付けされており、Ｖ山を構成する平面によって回転を抑制できるため、上記のようなねじれが発生しにくい構成となっている。
特開２００３−１１７７０３号 特開平８−１４２５号

しかしながら、特許文献１や特許文献２のような前方部に切削インサートを取り付けた切削工具においては、切削工具を固定する箇所が、後方部に位置する。そのため、切削加工時に応力がかかり力点となる切削インサートの切刃と、支点となる切削工具の固定箇所が離れているため、切削加工時におけるホルダのびびり振動が大きい。このように、ホルダのびびり振動が大きい場合は、加工精度が低下するという問題があった。

当該びびり振動を抑制するため、着座面より下方のホルダの肉厚を確保し、切刃先端側をホルダの外周側が低位になるように、着座面をホルダの挟持面に対して傾いて形成することが考えられるが、それだけでは十分な効果をえることができなかった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑み、切削加工時の応力を、剛性の高い後方部にて補強することにより、ホルダ全体としての剛性を向上させた旋削工具用ホルダおよびそれを用いた旋削工具並びに切削方法を提供することを目的とする。

本発明における旋削工具用ホルダは、切削インサートが載置される着座面を有するインサートポケットが形成された前方部と、該前方部の後方に位置する後方部とを備え、前記後方部は、前記前方部に向かうにつれて肉厚が薄くなるように傾斜する少なくとも１つの傾斜面を備えており、前記前方部の後端側には、凹部が形成されており、該凹部と、前記後方部の傾斜面とが接合された旋削工具用ホルダであって、前記傾斜面の前方端は、一端が他端よりも前方に位置しており、前記着座面は、前記一端側に偏って形成されていることを特徴する。

また、上記発明において、傾斜面は、第１傾斜面と第２傾斜面とを備えており、前記傾斜面の前方端が、前記第１傾斜面と第２傾斜面との交差稜線部であることが好ましい。

また、上記発明において、傾斜面の前方端は、前記一端側の端部から前記他端側の端部にかけて一定の角度で前方に向かって突出していることが好ましい。

また、上記発明において、傾斜面の前方端は、前記一端側の端部から前記他端側の端部に向かう間に、段部を有することが好ましい。

また、上記発明において、先端透視における前記傾斜面の前方端は、先端透視における前記着座面と略平行であることが好ましい。

また、上記発明において、後方部は、少なくとも１箇所に平面部を備えていることが好ましい。

また、上記発明において、着座面および前記傾斜面の前方端は、先端透視における前記平面部を基準に、前記他端から前記一端に向かうにつれてホルダの厚み方向に低位となることが好ましい。

また、上記発明において、前方部は、鋼からなり、また、後方部は、超硬合金からなることが好ましい。

本発明における他の旋削工具用ホルダは、切削インサートが載置される着座面を有するインサートポケットが形成された前方部と、該前方部の後方に位置する後方部とを備え、前記後方部は、前記前方部に向かうにつれて肉厚が薄くなるように傾斜する少なくとも１つの傾斜面を備えており、前記前方部の後端側には、凹部が形成されており、該凹部と、前記後方部の傾斜面とが接合された旋削工具用ホルダであって、先端透視において、前記着座面は、その一端が前方部の外周に位置し、他端が前方部の外周より内側に位置しており、前記傾斜面の前方端は、前記一端側が前記他端側に比べて前方に位置している部分を有することを特徴とする。

また、本発明にかかる旋削工具は、上記旋削工具用ホルダのインサートポケットに切削インサートを取り付けたことを特徴とする。

さらに、本発明にかかる切削方法は、上記旋削工具を用いて被削材を切削する切削方法であって、前記被削材に旋削工具を相対的に近づける近接工程と、前記被削材を回転させ、前記切刃を被削材の表面に接触させて、被削材の表面を切削する切削工程と、前記被削材と前記旋削工具とを相対的に遠ざける退避工程とを、備えることを特徴とする。

本発明を用いることにより、切削工程時に応力が集中する前方部の切刃先端側を、強度
が高い後方部にて補強することができる。そのため、切削加工時におけるホルダのびびり振動を抑制することができ、加工精度を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面により説明する。

図１乃至図３は、本発明の実施形態を示すものであり、図１は本発明の第一の実施形態による旋削工具用ホルダに切削インサートを取り付けた旋削工具の分解斜視図、図２は図１における前方部の拡大図、図３は図１における後方部の（ａ）平面図、（ｂ）側面図、（ｃ）正面図である。

図１乃至図３において、本実施例による旋削工具用ホルダ１は、切削インサート２が載置される着座面３を有するインサートポケット４が形成された前方部５と、前方部５の後方に位置する棒状の後方部６とを備えている。なお、本発明において、前記着座面とは、切削工具の技術に属する当業者における着座面と同意であり、図１および図２においては、切削インサート２が載置されてネジ止めされている、切削インサート２との接触面積が最も広い面を着座面３としている。

図２に示すように、インサートポケット４は、着座面３と該着座面３に垂直な複数の壁面とで構成されており、前方部５の上面と一方の側面に開口している。そして、切削インサート２が、該インサートポケット４の側方に切刃部１３を突出させて取付けられる。即ち、前記着座面は、その一端がホルダの外周まで形成されている。

ホルダ１の後方部は、前方部よりも剛性が高い材料から形成されている。具体的には、前方部は鋼からなり、後方部は超硬合金からなる。なお、本発明における剛性とは変形に対する抵抗を示すものである。鋼としては、機械構造用合金鋼等が使用可能であり、実施例においてはクロムモリブデン鋼ＳＣＭ４４０を用いている。また、超硬合金とは、タングステンカーバイトとコバルトを主成分とするものである。

このように、ホルダ１を前方部５と後方部６の異なる部材に分けた別体構造としているのは、インサートポケット４が形成される前方部５には高い加工性が要求される一方、工具本体の保持部となる後方部６には高い剛性と防振性能が要求されるからである。

図１に示すように、後方部６の上方及び下方には、互いに平行な第１平面部７が形成されている。この平面部７は、ホルダ１を切削装置に取り付け、保持する際の狭持面となるものである。なお、後方部６の側方には第２平面部８が形成されているが、この第２平面部８はホルダ１の型番等を印字するための表示面であり、狭持面となるものではない。

後方部６の先端側には、平面部７を基準として、後方側から前方側に向かって傾斜する、換言すると前方に向かうにつれて厚み方向において低位となる、更に換言すると前方に向かうにつれて肉厚が薄くなるように傾斜する上側傾斜面９及び下側傾斜面１０とを備えている。なお、本発明における第１傾斜面と第２傾斜面に、前記上側傾斜面９と下側傾斜面１０がそれぞれ対応する。

傾斜面の前方端（上側傾斜面９と下側傾斜面１０の交差稜線）は、ホルダの外周の二点を結ぶ一端と他端を有しており、一端が他端よりも前方に位置している。また、着座面は、傾斜面の前方端の中点を基準に一端側に偏って形成されている。なお、偏って形成されているとは、着座面の重心が傾斜面の前方端が前方の位置している一端側にずれていること意味する。

他の観点で本発明の旋削工具用ホルダを見た場合、ホルダ１の先端透視において、前記着座面３は、その一端が前方部５の外周に位置し、他端が前方部５の外周より内側に位置しており、前記傾斜面の前方端は、前記一端側が前記他端側に比べて前方に突出している部分を有している。換言すると、ホルダ１の後方部６の上側傾斜面（第１傾斜面）９と下側傾斜面（第２傾斜面）１０との交差稜線部が、後方部６の先端側に向かうにつれ、切削インサート２の切刃部１３の突出する方向と同じ方向に突出するよう構成されている。

さらに、着座面３は、先端透視における着座面３の前方部５の外周に位置する一端とは反対方向となる他端側（切削インサート２の切刃部１３の突出する方向とは反対の方向）に向かうにつれてホルダの厚み方向に高くなるように傾斜している。換言すれば、取り付けられる切削インサートの切刃部１３の突出する方向に向かって、下方に傾斜させて形成されている。また、前述の上側傾斜面９と下側傾斜面１０との交差稜線部（後方部６の前方端）もまた、該着座面３と同じように切刃部１３の突出する方向に向け、下方に傾斜させて形成されている。

すなわち、ホルダ１の先端透視において、上側傾斜面９と下側傾斜面１０の交差稜線部である前方端は、ホルダ１の先端透視における着座面と略平行である。また、ホルダの先端透視における前記前方端を基準として、ホルダの先端透視における着座面３の傾きが略等しくなるように形成されている。

なお、略平行および略等しい角度の範囲としては、上側傾斜面９の前方端を基準として、前記着座面３の傾斜角度が±１０°、更に好ましくは±５°の範囲内であることを意味する。

なお、本発明における先端透視とは、前方部の前方より後方部に向かう方向（図１及び図２における矢印Ａの方向）に見た場合に、対象となる着座面３および上側傾斜面９（後方部）の前方端）以外の部分を透視することを意味する。また、着座面３がねじれた形状となっているなど平らな形状でない場合は、前方部から後方部に向かう方向において、着座面３の中心を通るように、前記方向と直行する断面で切断したものによって判別することができる。また、着座面３と傾斜面の前方端の傾きを判断する方法としては、前方部と後方部との接合を外して、傾斜面の前方端と、着座面３とを先端視することにより比較する方法などによって判別することができる。

一方、前方部５の後端側には、後方部６の上側傾斜面９と下側傾斜面１０とに面当接すべく形成された凹部１１が備えられている。そして、該凹部１１において、前方部５と後方部６とをロウ付けし、接合することにより、ホルダ１を形作るよう構成されている。なお、前方部５と後方部６の内部には、切削油剤の経路としてのオイルホール１２が形成されており、上側傾斜面９と下側傾斜面１０との交差稜線部から凹部１１を経由して、インサートポケット４に隣接する前方部５の側面に開口するよう構成されている。

なお、実施例においては、上側傾斜面９と下側傾斜面１０とが後方部６の前方端において交差した楔形状となっているが、本発明においては、当該形状に限定されず、少なくとも１つの傾斜面を備えていれば良く、例えば、後方部６の前方端において上側傾斜面９と下側傾斜面１０とが離間しており、その間が平面や球面でつながっている形状であっても良い。

また、前記凹部１１は、前方部５の後端側に上側傾斜面９及び下側傾斜面１０の一部と接触する部分を備える凹み形状であれば良く、例えば、後方部６の前方端が凹部と非接触となっていても良い。なお、実施例のように、Ｖ溝状に形成し、上側傾斜面９と下側傾斜面１０の全面を凹部と接合する場合は、後方部６との接触面積が増加し、前方部５と後方部６との接合強度が向上するため好ましい。

上記本実施例における旋削用工具は、例えば、円筒状の被削材内面に溝入れ加工をする、内径加工用の溝入れ工具として用いることができる。すなわち、被削材を回転させ、回転する円筒の内部に工具を挿入し、切刃部１３を円筒の内壁に接触させて押し込むことにより、被削材内面に溝を形成することができる。

一般に、溝入れ加工においては、切刃部１３の上方から下方にかけて切削の負荷が集中して加わるため、インサートポケット４の着座面３に大きな応力が発生する。一方、内径加工用の工具では、工具ホルダを円筒状の被削材の内部に挿入した状態で加工しなければならないため、工具ホルダの直径を必要以上に大きくすることができないという制約がある。そのため、内径加工用の溝入れ工具では、切削時にインサートポケット４の着座面３のコーナー部にクラックが発生したり、当該コーナー部から破損しやすいなどの問題がある。

これに対し、本実施例では、傾斜面の前方端（上側傾斜面９と下側傾斜面１０の交差稜線）は、一端が他端よりも前方に位置しており、着座面３は、傾斜面の前方端の中点を基準に一端側に偏った形状となっている。他の観点で見た場合、先端透視において、前記着座面は、その一端が前方部の外周に位置し、他端が前方部の外周より内側に位置しており、前記傾斜面の前方端は、前記一端側が前記他端側に比べて前方に突出している部分を有する形状となっている。このような構成としたことにより、切屑排出用傾斜面１４に接合面を追従させ、切刃部１３により近い位置までを剛性の高い後方部６で形成することができるので、ホルダの剛性が向上する。これにより、切削加工時におけるホルダのびびり振動を抑制することができ、加工精度を向上させることができる。

また、本実施例のように、一端側の端部から他端側の端部にかけて一定の角度で前方に向かって突出している形状においては、従来品と比べて上側傾斜面９および下側傾斜面１０の面積を増加させることができる。その結果、前方部５と後方部６との接合強度を高めることができる。

本実施例の旋削工具では、着座面３は、先端透視における着座面３の前方部５の外周に位置する一端とは反対方向となる他端側（切削インサート２の切刃部１３の突出する方向とは反対の方向）に向かうにつれてホルダの厚み方向に高くなるように傾斜させていることにより、着座面３の下側の肉厚が大きくなるよう構成しているので、インサートポケット４の強度が高められ、上記のような問題が生ずるのを低減することができる。

また、従来の前方部と後方部とをロウ付け等で接合する切削工具においては、上側傾斜面９と下側傾斜面１０との交差稜線部（後方部６の前方端）が、ホルダ１の狭持面（平面部７）と平行となるように形成され、接合されている。そのため、上記のような構造を着座面３のインサートポケットの開口する側面とは反対方向に向かうにつれてホルダの厚みが増すように上側に傾斜された構造の内径加工用の溝入れ工具に単に取り入れた場合、切削時に下側傾斜面１０の切刃部１３側の前方端に応力が集中することとなり、接合が損なわれたり、破損が生じるなどの恐れがある。

これに対し、本実施例においては、上述したように上側傾斜面９と下側傾斜面１０との交差稜線部（後方部６の前方端）を着座面３と同じように切刃部１３の突出する方向に向け下方に傾斜させており、後方部６の前方端を着座面３と平行となるように構成している。その結果、切削時に発生する応力を特定の箇所に集中させることなく、上側傾斜面９と下側傾斜面１０とに均一に分散させることができるので、接合が損なわれたり、破損が生じるのを低減することができる。

また、その他の実施例として、傾斜面の前方端の一端側の端部から他端側の端部に向かう間に、位置決め用の段部を形成することにより、前方部５と後方部６が左右にスライドして位置ずれするのを防止することができる。

次に、本発明の切削方法について図面を参照して説明する。

図４から図６に本発明の切削方法の工程図を示す。まず、旋削用工具ホルダ１に切削インサート２を取り付ける。そして、図４に示すように、被削材２０を回転させて旋削工具１５の切刃１３を被削材２０に近づける。なお、切刃１３と被削材２０は、相対的に近づけば良く、例えば、被削材１０を旋削工具１５に近づけても良い。

次いで、図５示すように、切刃１３を被削材２０に接触させて被削材２０を切削する。その後、図６に示すように被削材２０から旋削工具１５を離間させる。なお、切削加工を継続する場合は、被削材２０を回転させた状態を保持して、被削材２０の異なる箇所に旋削工具１５の切刃１３を接触させる工程を繰り返す。

上記切削方法としては、外径加工、具体的には横引き加工を例に説明したが、内径加工等その他の旋削加工に用いることができる。

以上、本発明の実施形態を例示したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の目的を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。

本発明の第一の実施形態による旋削工具用ホルダに切削インサートを取り付けた旋削工具の分解斜視図である。 図１における前方部の拡大図である 図１における後方部の（ａ）平面図、（ｂ）側面図、（ｃ）正面図である。 本発明の切削方法の工程図である。 本発明の切削方法の工程図である。 本発明の切削方法の工程図である。

符号の説明

１ 旋削工具用ホルダ
２ 切削インサート
３ 着座面
４ インサートポケット
５ 前方部
６ 後方部
７ 第１平面部
８ 第２平面部
９ 上側傾斜面（第１傾斜面）
１０ 下側傾斜面（第２傾斜面）
１１ 凹部
１２ オイルホール
１３ 切刃部
１４ 切屑排出用傾斜面
１５ 旋削工具
２０ 被削材

Claims (12)

1. 切削インサートが載置される着座面を有するインサートポケットが形成された前方部と、
   該前方部の後方に位置する後方部とを備え、
   前記後方部は、前記前方部に向かうにつれて肉厚が薄くなるように傾斜する少なくとも１つの傾斜面を備えており、
   前記前方部の後端側には、凹部が形成されており、該凹部と、前記後方部の傾斜面とが接合された旋削工具用ホルダであって、
   前記傾斜面の前方端は、一端が他端よりも前方に位置しており、
   前記着座面は、前記一端側に偏って形成されていることを特徴する旋削工具用ホルダ。
2. 前記傾斜面は、第１傾斜面と第２傾斜面とを備えており、
   前記傾斜面の前方端が、前記第１傾斜面と第２傾斜面との交差稜線部であることを特徴とする請求項１に記載の旋削工具用ホルダ。
3. 前記傾斜面の前方端は、前記他端から前記一端にかけて一定の角度で前方に向かって突出していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の旋削工具用ホルダ。
4. 前記傾斜面の前方端は、前記他端から前記一端に向かう間に、段部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の旋削工具用ホルダ。
5. 先端透視における前記傾斜面の前方端は、先端透視における前記着座面と略平行であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の旋削工具用ホルダ。
6. 前記後方部は、外周面の少なくとも１箇所に平面部を備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の旋削工具用ホルダ。
7. 前記着座面および前記傾斜面の前方端は、前記平面部を基準に、前記他端から前記一端に向かうにつれてホルダの厚み方向に低位となることを特徴とする請求項６に記載の旋削工具用ホルダ。
8. 前記前方部は、鋼からなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の旋削工具用ホルダ。
9. 前記後方部は、超硬合金からなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の旋削工具用ホルダ。
10. 切削インサートが載置される着座面を有するインサートポケットが形成された前方部と、
    該前方部の後方に位置する後方部とを備え、
    前記後方部は、前記前方部に向かうにつれて肉厚が薄くなるように傾斜する少なくとも１つの傾斜面を備えており、
    前記前方部の後端側には、凹部が形成されており、該凹部と、前記後方部の傾斜面とが接合された旋削工具用ホルダであって、
    先端透視において、前記着座面は、その一端が前方部の外周に位置し、他端が前方部の外周より内側に位置しており、
    前記傾斜面の前方端は、前記一端側が前記他端側に比べて前方に位置している部分を有することを特徴とする旋削工具用ホルダ。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の旋削工具用ホルダのインサートポケットに切刃を備える切削インサートを取り付けた旋削工具。
12. 請求項１１に記載の旋削工具を用いて被削材を切削する切削方法であって、
    前記被削材に旋削工具を相対的に近づける近接工程と、
    前記被削材を回転させ、前記切刃を被削材の表面に接触させて、被削材の表面を切削する切削工程と、
    前記被削材と前記旋削工具とを相対的に遠ざける離間工程とを、備えることを特徴とする切削方法。

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