JP5218838B2 - 切屑回収式切削工具 - Google Patents

Description

この発明は、ボールエンドミルなどの切削工具、特に、切れ刃を有するヘッドピースを、中空シャンクの先端に着脱自在に接合してそのヘッドピースの交換を可能ならしめ、同時に切屑の強制回収を行えるようにした切屑回収式切削工具に関する。

切屑の強制回収機能を有する首記の切削工具の従来例として、下記特許文献１に開示されたものがある。同文献に開示された切削工具ユニット（ボールエンドミル）は、切れ刃と切屑溝を有する切削工具を筒状ホルダに焼きばめによって取り付けており、前記切屑溝とホルダとの間に吸引路を形成し、その吸引路を通じて切れ刃により削り取られた切屑を吸引回収しながら切削を進める。

特開２００８−１７３７０５号公報

上記特許文献１が開示している切削工具ユニットは、全長に渡って径変化のない本体部を備えた切削工具を使用し、その切削工具の本体部の長さをある程度長くし、その本体部をホルダの孔に挿入し、その挿入部を焼きばめによりホルダで締付けて両者の連結状態を保持するようにしている。

この切削ユニットは、ホルダと切削工具の本体部の連結が両者の嵌合部の摩擦力のみに依存してなされるので、ホルダによる本体部の保持安定性に問題があり、切削工具にスラスト力が加わる加工では本体部がホルダから外れる虞がある。

また、ホルダに対する本体部の挿入量が安定せず、使用中のスリップによる挿入量の変動も起こりうる。そのために、挿入量変動後の工具が挿入量変動前と同一条件で使用されたときに加工精度が低下する懸念がある。

さらに、ホルダに挿入される本体部の長さが長いため、切屑溝とホルダとの間の吸引路の長さも必然的に長くなり、吸引の抵抗が大きくなって吸気効率が低下し、切屑の回収効率が低下する。

この発明は、切れ刃を形成する部分（この発明ではヘッドピースと称す）とシャンクの結合が安定してなされる構造にして切削の安定化、それによる加工精度の向上を可能となし、併せて、切屑の回収効率向上も図れるようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、本体部の先端に切れ刃を設け、さらに、本体部の外周に前記切れ刃に沿った位置から本体部の背面に至る切屑溝を設けたヘッドピースを有しており、そのヘッドピースを、切屑排出用の気流が内部に通される中空シャンク（ホルダ）の先端に連結した切屑回収式切削工具を改善の対象にしてその切削工具の前記ヘッドピースに、前記切屑溝を回転中心対称の配置にして２条設け、さらに、そのヘッドピースに、本体部の後部外径を変化させる段部とその段部よりも後方に配置される小径部を設け、
前記切屑溝の軸直角断面での溝幅を工具の有効径をＤとして、０．６Ｄ〜０．８Ｄに設定し、前記小径部のランド部の幅を、０．６Ｄ〜０．８Ｄに設定し、前記本体部（１１）の芯厚を、０．２Ｄ〜０．５Ｄに設定し、
前記小径部を前記中空シャンクの先端部でシャンクの貫通孔に嵌合させ、さらに、前記段部を前記中空シャンクの先端に当接させた。切屑の回収は、吸引回収、圧送回収のどちらでなされてもよい。要は人為的に発生させた気流で切屑を強制排出できる構造であればよい。

この切屑回収式切削工具の好ましい形態を以下に列挙する。
（１）工具の有効径をＤとして、前記小径部の軸方向長さを１．０Ｄ以下に設定したもの。
（２）前記小径部の先端に、小径部よりもさらに小径のインロー部を形成したもの。
なお、この発明はボール刃を備えたボールエンドミルなどに好適に利用することができる。

この発明の切屑回収式切削工具は、ヘッドピースの後部外周に段部と小径部を設け、前記小径部を中空シャンクの先端の内側に嵌合させ、かつ、前記段部を中空シャンクの先端に当接させたので、中空シャンクによるヘッドピースの軸方向の位置決めと拘束がなされ、シャンクとの連結が安定する。

これにより、加工の安定性が増し、シャンクに対する本体部の挿入量の変動もなくなってスラスト力が加わるような加工でも安定した切削がなされる切屑回収式切削工具を得ることが可能になる。また、シャンクに対する本体部の挿入量の変動が起こらないため加工条件が一定し、加工条件の変動による加工精度の低下がなくなって精度の良い加工面が得られる。

さらに、スラスト力の受け止めが機械的な当接部によってなされるので、シャンクに挿入する小径部の長さが短くて済み、切屑排出用の気流が切屑溝とシャンクとの間に形成される通路を通過するときの抵抗の増加が抑えられて切屑の回収効率も高まる。

このほか、ヘッドピースを軸方向に拘束したことによってシャンクとヘッドピースの芯出しが容易になり、シャンクとヘッドピースの同軸性も確保しやすい。

ヘッドピースの一部をシャンクに嵌合させて連結を行う工具（焼きばめ工具も含まれる）は、嵌合部の隙間が微小に管理されており、シャンクの軸心に対してヘッドピースが傾いたまま両者が互いに仮固定されことがある。このとき、段部の突合せ箇所が無いものは微小な傾きの確認ができないため傾きの修正を行えない。これに対し、段部の突合せ箇所が有るものは、ヘッドピースが傾いていることを突合せ部に生じる隙間によって確認することができ、傾きの修正が可能である。その修正により、ヘッドピースをシャンクに真っ直ぐに連結することができ、このことも加工の安定化と加工精度向上に寄与する。

以下、添付図面の図１〜図５に基づいて、この発明の切削工具の実施の形態を説明する。図１〜図４は、ボールエンドミルへの適用例を表したものである。この切屑回収式切削工具１は、中空シャンク２と切れ刃を有するヘッドピース１０とで構成している。

中空シャンク２は、刃具用素材に比べて安価な鋼材などで構成されており、軸心部に貫通孔３を有する。例示の中空シャンク２は、小径筒部４の後方にテーパ部５を介して大径筒部６を連設しており、小径筒部４の先端にヘッドピース１０が連結される。

この中空シャンク２は、先端の外径を工具の有効径よりも大きくすると切屑の取り込み性がよくなる。そのときにシャンクが障害物となる加工規制をなくするために、必要強度が損なわれない範囲で先端側の肉厚ｔを極力薄くするのがよい。

ヘッドピース１０は、超硬合金や表面に硬質材をコーティングした素材で形成しており、本体部１１の先端外周に切れ刃１２を有する。図示の工具の切れ刃１２は、略１／４円をなすボール刃であり、２枚の刃を回転中心対称に配置している。

本体部１１の外周には、各切れ刃１２に対応させて２条の切屑溝１３を設けている。その切屑溝１３は、各切れ刃１２に沿った位置から本体部１１の背面（図３の右端）に至っている。

本体部１１の外周には、さらに、本体部の後部外径を変化させる段部１４と、その段部１４よりも後方に配置される小径部１５と、この小径部１５よりもさらに小径のインロー部１６を設けており、小径部１５を中空シャンク２の先端の孔に嵌合させ、さらに、段部１４を中空シャンク２の先端に当接させて中空シャンク２にヘッドピース１０を連結して取り付けている。この状態で、中空シャンク２と切屑溝１３との間に切屑排出路１７が形成される。また、中空シャンク２によりヘッドピース１０が軸方向に拘束されて両者の軸方向相対変位が防止され、さらに、段部１４を中空シャンク２の先端に当接させることでヘッドピース１０が中空シャンク２に真っ直ぐに連結される。

中空シャンク２に対するヘッドピース１０の連結は、ここでは焼き嵌めによって行っている。この焼きばめによる連結は、中空シャンク２をヘッドピース１０よりも熱膨張係数の大きい材料で形成して行うと、工具使用時の締付けの緩みが防止されて好ましい。

中空シャンク２に対するヘッドピース１０の連結は、例示の焼きばめに限定されない。鑞付け、ねじ込み結合、バヨネット嵌合による連結なども可能である。焼きばめによる連結は、中空シャンク２とヘッドピース１０の材質制限があるが、焼きばめ以外の方法はその制限がないので、材質制限の可否などを考慮して適当な連結構造を採用すればよい。

インロー部１６は、中空シャンク２に設けられた貫通孔３の内径よりも０．０２ｍｍ~０．０３ｍｍ程度小さい。この値は、焼きばめのための締代よりも大きく、焼きばめ時に加熱された中空シャンク２が冷却されて収縮してもインロー部１６には締付力は働かない。このインロー部１６は、この部分をチャックなどで掴んで小径部１５を加工するのに利用される。また、インロー部１６を設けることにより、貫通孔３への挿入が容易になり、ヘッドピース１０を精度良く製作することが可能となる。

ヘッドピース１０の中空シャンク２に対する嵌合長さ（＝本体部１１に形成された小径部１５の長さ）Ｌは、１．０Ｄ以下に設定すると好ましい。この長さが短いほど、切屑排出路の長さが短縮されて切屑の排出効率が高まる。

図のように、切屑溝１３を回転中心対称の配置にしてヘッドピース１０に２条設ける工具は、工具の有効径をＤとして、軸直角断面での切屑溝１３の溝幅Ｗ１を０．６Ｄ〜０．８Ｄに設定し、さらに、前記小径部のランド部１８の幅Ｗ２を、０．６Ｄ〜０．８Ｄに設定することで、本体部１１の必要強度を維持しながら切屑排出路１７の通路面積を十分に確保することができる。

本体部１１の芯厚Ｗ３は、０．２Ｄ〜０．５Ｄに設定する。芯厚Ｗ３が０．２Ｄ以下では本体部１１の強度が、０．５Ｄ以上では切屑排出性が犠牲になることが懸念される。

以上のように構成した切屑回収式切削工具は、通常の回転切削工具と同様に、加工機の主軸や主軸にセットされた工具ホルダで保持して使用する。このとき、中空シャンク２の貫通孔３を主軸や工具ホルダを介して集塵室に連通させ、中空シャンク２の内部にシャンクの先端から後部に向う気流を発生させて加工時に発生した切屑をその気流に乗せて搬送して集塵室に回収する。

中空シャンク２の内部に発生させる気流は、吸引やエアーの吹き込みによって生じさせることができる。図示の工具は、エンドミルであるので吸引による切屑回収が適しているが、加工部周辺へのエアー噴射が許容される場合には、噴射したエアーを中空シャンク２の内部に通して排出することで、圧送回収を行うこともできる。

なお、上の説明はボールエンドミルを例に挙げて行ったが、この発明では気流を利用して切屑の強制回収を行うので、被削材が細かく分断されて排出される鋳物などであれば、ドリルへの適用も可能である。ヘッドピースの先端に複数の切れ刃を有するスクエアエンドミルやラジアスエンドミルやドリルに適用することも可能である。図５はその例を示したものであって、ドリル刃１９を設けたヘッドピース１０を中空シャンク２の先端に連結している。この発明をドリルに適用する場合には、中空シャンク２は、少なくとも先端側が工具の有効径Ｄよりも小径のシャンクを使用する。

この発明の効果の確認のために評価試験を行った。
評価に使用した切削工具は、ヘッドピースを中空シャンクに焼きばめして連結した有効径Ｄ＝φ１０ｍｍ、ヘッドピースと中空シャンク（先端側外径１１ｍｍ、厚みｔ＝０．５ｍｍ）の嵌合長さＬ＝４ｍｍのボールエンドミルである。ヘッドピースの本体部の外周に段部を設け、その段部を中空シャンクの先端に突き当てて軸方向の拘束を行った図１の構造の発明品と、本体部の外周に段部が無く、ヘッドピースの機械的軸方向拘束がなされていない比較品を用意し、その発明品と比較品のボールエンドミルを用いて下記の条件で切削を行った。
被削材：鋳物（ＦＣ２５０）及び鋼（Ｓ５０Ｃ）
−切削条件−
切削速度Ｖｃ：５０ｍ／ｍｉｎ
一刃当たり送り量ｆｚ：０．０５ｍｍ／刃
切込みａｐ：２ｍｍ
切削幅ａｅ：１ｍｍ
ダウンカット
ドライ切削
評価は、切削長５ｍの時点で行った。表１にその試験の結果を示す。

この発明の切屑回収式切削工具の実施の形態を示す側面図 図１の切削工具の正面図 図１の切削工具の先端部の部分破断拡大側面図 図１のＡ−Ａ線に沿った部分の拡大断面図 この発明の切屑回収式切削工具の他の実施の形態を示す側面図

符号の説明

１ 切屑回収式切削工具
２ 中空シャンク
３ 貫通孔
４ 小径筒部
５ テーパ部
６ 大径筒部
１０ ヘッドピース
１１ 本体部
１２ 切れ刃
１３ 切屑溝
１４ 段部
１５ 小径部
１６ インロー部
１７ 切屑排出路
１８ ランド部
１９ ドリル刃
Ｄ 工具の有効径
Ｗ１ 溝幅
Ｗ２ ランド部の幅
Ｗ３ 芯厚
ｔ 中空シャンクの先端側の肉厚
Ｌ 中空シャンクとヘッドピースの嵌合長

Claims (4)

1. 本体部（１１）の先端に切れ刃（１２）を設け、さらに、本体部（１１）の外周に前記切れ刃（１２）に沿った位置から本体部（１１）の背面に至る切屑溝（１３）を設けたヘッドピース（１０）を有しており、そのヘッドピース（１０）を、切屑排出用の気流が内部に通される中空シャンク（２）の先端に連結した切屑回収式切削工具において、
   前記ヘッドピース（１０）に、前記切屑溝（１３）を回転中心対称の配置にして２条設け、さらに、そのヘッドピース（１０）に、本体部（１１）の後部外径を変化させる段部（１４）とその段部（１４）よりも後方に配置される小径部（１５）を設け、
   前記切屑溝（１３）の軸直角断面での溝幅（Ｗ１）を工具の有効径をＤとして、０．６Ｄ〜０．８Ｄに設定し、
   前記小径部（１５）のランド部（１８）の幅（Ｗ２）を、０．６Ｄ〜０．８Ｄに設定し、
   前記本体部（１１）の芯厚（Ｗ３）を、０．２Ｄ〜０．５Ｄに設定し、
   前記小径部（１５）を前記中空シャンク（２）の先端側で貫通孔（３）に嵌合させ、さらに、前記段部（１４）を前記中空シャンク（２）の先端に当接させた切屑回収式切削工具。
2. 工具の有効径をＤとして、前記小径部（１５）の軸方向長さを１．０Ｄ以下に設定した請求項１に記載の切屑回収式切削工具。
3. 前記小径部（１５）の先端に、小径部（１５）よりもさらに小径のインロー部（１６）を形成した請求項１又は２に記載の切屑回収式切削工具。
4. 前記切れ刃（１２）として略１／４円をなすボール刃を備えたボールエンドミル、前記ヘッドピース（１０）の先端に複数の切れ刃を有するスクエアエンドミル又はラジアスエンドミル、もしくは、前記ヘッドピース（１０）の先端部の外径を前記中空シャンク（２）の外径よりも大きくしてその先端部に前記切れ刃（１２）を形成した２枚刃ドリルとして構成した請求項１〜３のいずれかに記載の切屑回収式切削工具。

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