JP5555259B2 - クランプ機構を有する切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、クランプ機構、より詳細にはホルダとシャンクの間のクランプ機構を有する切削工具の分野に関する。

クランプ機構の使用は、切削工具業界では広く行き渡っている。幅広い用途に合わせて多くのタイプのクランプ機構が存在している。

一部の切削工具では、通常、超硬合金または他の硬質の材料製の切削インサートが、通常は鋼製のインサートホルダ内に保持される。大きいオーバーハングにおいて、切削工具の長さと直径の比が、比較的大きいとき、切削工具の全体剛性を増大させるために、超硬合金シャンクを使用することが有利である。しかし、超硬合金シャンクのそのような使用は、より短いオーバーハングを有する切削工具にも有利である。そのようなタイプの切削工具では、１つの切削インサートまたは複数の切削インサートが、鋼製のインサートホルダ内に保持され、インサートホルダは、超硬合金シャンクに対して保持される。

インサートホルダを超硬合金シャンクに取り付けるための機構には、いくつかのタイプが存在する。一部の機構においては、インサートホルダは、シャンク内の貫通孔に沿って延びるクランプボルトを用いることによって後方に引っ張られる。インサートホルダのシャンクへのクランプ締めは、シャンクの後側からクランプボルトを締め付けることによって行われる。そのような形態のクランプ締めの欠点は、インサートホルダを取り換えるためには、クランプボルトを緩めることができるようにするために、シャンクを工作機械におけるその位置から取り外す必要があることである。そのような作業は、当然ながら、手がかかり、時間がかかる。

他の機構では、インサートホルダの締め付けは、インサートホルダの前側または周囲側を通過するクランプボルトによって実施される。クランプボルトは、インサートホルダまたはシャンク内に係合することができる。そのようなクランプ締めは、追加のねじ山を作製する、すなわち超硬合金シャンクにおいては比較的コストがかかる作業を必要とする。さらに、インサートホルダ内に穴を追加することにより、機械切削中に生成されるチップを円滑に取り除く能力が低減される。

他の切削工具では、鋼インサートホルダ後端が、超硬合金シャンク前端にろう付けされる。そのような連結の欠点は、硬合金シャンクと、機械切削中、切削インサート上に力を及ぼす地点との間に比較的大きな距離があることである。切削インサート上に及ぼされた力が、主に径方向であるとき、そのような比較的大きい距離は、剛性シャンクを有するという利点を低減し、歪みおよび振動をインサートホルダ内で発生させる可能性を与える。

Ｇｕｙの特許文献１は、挿入部材（９、２７、３８）をシャンク部分に解放可能にクランプ締めするためのクランプ装置（１、２５、３５）について開示している。クランプ装置は、アクセス孔部分（１９Ａ、３１Ａ、４１Ａ）および把持孔部分（１９Ｂ、３１Ｂ、４１Ｂ）の結合によって形成された挿入孔（１１、２６、４０）であって、アクセス孔部分に関するシャンク部分内への自由な摺動挿入およびそこからの後退、ならびにアクセス孔部分から把持孔部分内への強制変位時の把持孔部分のクランプ表面によるクランプ締めのための挿入孔（１１、２６、４０）を有するクランプ部材を備える。長手方向軸（２０Ａ、２０Ｂ；３２Ａ、３２Ｂ；４３Ａ、４３Ｂ）を有するアクセス孔部分および把持孔部分は、少なくとも長手方向軸の一部分に沿って間隔をあけて配置されている。

米国特許第６、３９４、４６５号明細書

特許文献１のクランプ装置は、把持孔部分によるシャンク部分のしっかりしたクランプ締めを可能にする。しかし、このしっかりしたクランプ締めは、スリーブ、クランプねじまたはレンチ（１７、２９、３５）などの付加装置によって及ぼされた外部力を用いることによって維持される。この外部力が、シャンクが把持孔部分に押さえ付けられ続けることを保証する。付加装置が存在しない場合、特許文献１のクランプ装置は、そのようには機能できないが、その理由は、把持されたシャンク上にかけられた、シャンクの長手方向に対して直角の方向のあらゆる外部力が、シャンクを把持孔部分から引き抜いてしまうためである。

本発明の目的は、上述した欠点を大幅に緩和または克服するクランプ機構を提供することである。

本発明の別の目的は、いかなる付加装置も必要とすることなく安全に係止され続けるクランプ機構を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、使用が容易かつ簡単であるクランプ機構を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、雄部分による、特に超硬合金シャンクによる雌部分への拡張された支持を備えたクランプ機構を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、いかなる付加装置も必要とすることなく安全に係止され続けるクランプ機構を有する切削工具を提供することである。そのような切削工具は、使用が容易かつ簡単であるクランプ機構を提供し、シャンクの拡張された支持によって切削ヘッドに対してさらなる支持を有するという利点をもたらす。これらの利点は、鋼インサートホルダを支持する超硬合金シャンクを使用するときに特に適用可能である。

本発明によれば、雄部分および雌部分を備えるクランプ機構が提供され、
雄部分が、
シャンク前面をその前部内に有する本体部分と、
シャンク前面から前方に延びる係止突起部であって、係止突起部軸の周りの回転対称と、係止突起部軸に対して垂直な所与の第１の断面における係止突起部直径および係止突起部半径と、係止突起部の前部内の係止突起部前面とを有する、係止突起部と、
係止突起部前面に対して前方に延びる位置合わせ突起部であって、位置合わせ突起部軸周りの回転対称を有し、所与の第２の断面における位置合わせ突起部直径を有する、位置合わせ突起部と
を備え、
雌部分が、
ホルダ後面をその後部に有する雌本体と、
係止孔前端をその前部に有するホルダ後面から前方に延びる係止孔であって、
所与の第３の断面における挿入孔半径および挿入孔軸を有する挿入孔部分と、
所与の第３の断面における把持孔半径および把持孔軸を有する把持孔部分であって、把持孔軸が、挿入孔軸から非ゼロの第１の距離で離間して配置された、把持孔部分とを備える係止孔と、
係止孔前端に対して前方に延びる位置合わせ孔であって、把持孔軸から第２の距離で離間して配置された位置合わせ孔軸および所与の第４の断面における位置合わせ孔直径を有する、位置合わせ孔と
を備え、
クランプ機構のクランプ締めされない位置では、把持孔半径は、係止突起部半径より小さく、
所与の第１の断面の軸方向の場所は、クランプ機構のクランプ締めされた位置において所与の第３の断面の軸方向の場所と一致しており、
所与の第２の断面の軸方向の場所は、クランプ機構のクランプ締めされた位置において所与の第４の断面の軸方向の場所と一致している。

有利には、クランプ機構のクランプ締めされた位置では、係止突起部は、把持孔部分と、その把持表面において１８０°より大きい把持角度拡張部に沿って当接し、位置合わせ突起部は、位置合わせ孔の一部分と当接する。

通常、把持角度拡張部は、１８０°より大きく、１９０°より小さい。

クランプ機構を組み立てるとき、第１の組み立てるステップでは、雌部材が、位置合わせ孔が、位置合わせ突起部上で自由に軸方向に誘導され、かつ挿入孔部分が、係止突起部上を自由に軸方向に誘導されるように雄部材に向かって軸方向に移動され、
第２の組み立てるステップでは、挿入孔部分が、把持孔が係止突起上に強制配置されるように、位置合わせ孔軸に対して回転される。

有利には、雌部分の把持孔部分は、いかなる付加装置も必要とすることなく雄部分の係止突起部上に係止され続ける。

所望であれば、クランプ締めされた位置では、ホルダ後面は、シャンク前面と当接する。

１つの実施形態では、係止突起部は、係止突起部軸に対して第１の突起部角度で後方に収束し、
係止孔は、把持孔軸に対して第１の孔角度で後方に収束し、
第１の孔角度は、第１の突起部角度と類似してよく、またはそれからわずかに大きくてよい。

通常、第１の突起部角度は、１°から２０°の範囲内にある。

所望であれば、クランプ締めされた位置では、ホルダ後面は、シャンク前面と当接する。

１つの実施形態では、位置合わせ突起部は、第２の突起部角度で前方に収束し、
位置合わせ孔は、第２の孔角度で前方に収束し、
第２の孔角度は、第２の突起部角度に類似してよく、またはそれからわずかに大きくよい。

通常、第２の突起部角度は、２°から３０°の範囲内にある。

１つの実施形態では、クランプ締めされた位置では、ホルダ後面は、シャンク前面から当接されないままである。

通常、第１の距離は、０．２ｍｍから２ｍの範囲内にある。

さらに一般的には、係止突起部は、係止突起部長さを有し、
位置合わせ突起部は、位置合わせ突起部長さを有し、
位置合わせ突起部長さは、係止突起部長さより大きい。

別の態様では、本発明は、２つの構成要素を形成する雄部材および雌部材を備えるクランプ機構を有する切削工具を対象とする。切削工具は、切削インサートをさらに含むことができ、位置合わせ突起部は、切削インサートに対して概ね径方向に内側の地点まで前方に延びることができる。

本発明をより良好に理解するため、かつ本発明を実際にどのように実施できるかを示すために、次に、添付の図を参照する。

本発明によるクランプ機構によってクランプ締めされた切削工具の斜視図である。 図１の切削工具の分解斜視図である。 図１の切削工具の分解された後部斜視図である。 シャンクの前面図である。 シャンクの部分的な側部図である。 インサートホルダの後面図である。 図６の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿って切り取られた、インサートホルダの側部断面図である。 図７の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿って切り取られた、インサートホルダの断面図である。 図１０の線ＩＸ−ＩＸに沿って切り取られた、組み立てられたシャンクおよびインサートホルダの長手方向断面図である。 図９の線Ｘ−Ｘに沿って切り取られた、組み立てられたシャンクおよびインサートホルダの断面図である。 本発明の別の実施形態による、組み立てられたシャンクおよびインサートホルダの長手方向断面図である。 本発明の別の実施形態による、組み立てられたシャンクおよびインサートホルダの長手方向断面図である。

最初に、図１から５に注目する。図１から３は、本発明によるクランプ機構１２によってクランプ締めされた切削工具１０を示している。切削工具１０は、切削工具軸Ａを有し、シャンク１４と、シャンク１４に着脱可能に連結されたインサートホルダ１６とを備える。本開示は、クランプ機構の雄部分をシャンク１４として、かつクランプ機構の雌部分をインサートホルダ１６として説明する。しかし、全般的には、雄部分は、第１の構成要素にすぎず、一方で雌部分は、第２の構成要素であることが理解される。

本発明によるシャンク１４は、超硬合金製である。しかし、本発明は、超硬合金製のシャンクに限らず、硬鋼、工具鋼、または同様のものなどの他のシャンク材料も同様に適用されてよい。

本発明によるインサートホルダ１６は、工具鋼製である。しかし、本発明は、工具鋼製のインサートホルダに限らず、他の材料も同様に適用されてよいが、インサートホルダ材料は、シャンク材料より軟質であることが有利である。

インサートホルダ１６には、第２の構成要素本体１７が設けられ、インサートホルダ１６の前部２０内にインサートポケット１８が設けられる。切削インサート２２が、クランプねじ２４を用いることによってインサートポケット１８内に固定して保持される。機械切削中に生成されたチップを適切に除去するために、チップ刃溝２６が、切削インサート２２から後方に延びている。機械切削中、冷却材を切削インサート２２に供給するために、インサートホルダ冷却孔２７が、チップ刃溝２６のところに設けられる。

インサートポケット１８、ならびにインサートポケット１８に対して切削インサート２２を保持する形態は、本発明の本質的特徴を構成するものではないため、さらなる説明はしない。さらに、切削インサート２２は、クランプねじ２４を用いることによってインサートホルダ１６に対して保持される必要はなく、他の保持方法も同様に適用されてよい。たとえば、切削インサート２２は、留め具を用いることによって保持されてよい。或いは、切削インサートを、インサートポケットにろう付けしてよく、またはインサートホルダと一体的に形成して単一の一体品構造を有することもできる。そのような場合、ホルダ全体が、事実上、取り換え可能なインサートを構成する。

図２に明確に示すことができるように、シャンク軸Ｂを有するシャンク１４は、シャンク本体直径Ｄ１を有する縦長のシャンク本体２８を有する。機械切削中、シャンク本体２８は、アダプタを用いることによってまたは直接切削機（図示せず）によって保持される。本発明の１つの実施形態によれば、シャンク本体２８は、円筒形である。そのような場合、シャンク本体２８には、シャンク本体２８を切削機に固定するのを容易にするために、シャンク切欠部３０を設けることができる。シャンク本体２８の他の形状が可能であることが理解される。たとえば、シャンク本体２８は、円錐形、四角形、六角形、または任意の他の所望の形態のものでよい。

シャンク本体２８の前部３２には、環状のシャンク前面３４が設けられる。シャンク前面３４は、平面かつシャンク軸Ｂに対して垂直になり得る。

係止突起部３６が、シャンク前面３４から前方に延びる。係止突起部３６は、係止突起部直径Ｄ２を有する円筒形であり、シャンク軸Ｂと一致する係止突起部軸Ｃを有する。係止突起部半径ｒ２を有する係止突起部直径Ｄ２は、シャンク本体直径Ｄ１より小さい。係止突起部３６は、シャンク前面３４から前方に係止突起部長さＬ１だけ延び、係止突起部前面３８で終端する。係止突起部前面３８は、平面かつ係止突起部軸Ｃに対して垂直になり得る。

位置合わせ突起部４０が、係止突起部前面３８から前方に延びる。位置合わせ突起部４０は、位置合わせ突起部直径Ｄ３を有する円筒形であり、位置合わせ突起部軸Ｅを有する。図４および５に示すことができるように、位置合わせ突起部直径Ｄ３は、係止突起部直径Ｄ２よりかなり小さい。

位置合わせ突起部軸Ｅは、係止突起部軸Ｃに対して平行になり得る。しかし、位置合わせ突起部軸Ｅは、係止突起部軸Ｃと一致せず、そこから軸距離Ｌだけ離間して配置されている。位置合わせ突起部４０は、係止突起部前面３８から前方に位置合わせ突起部長さＬ２だけ延び、位置合わせ突起部前面４２で終端する。１つの実施形態では、図５に示すように、位置合わせ突起部長さＬ２は、係止突起部長さＬ１より大きい。しかし、他の実施形態では、位置合わせ突起部長さＬ２は、係止突起部長さＬ１と等しくてよく、またはこれより小さくてよい。

１つの実施形態では、位置合わせ突起部４０には、係止突起部前面３８に隣接する補強された部分４４が設けられる。同じようにして、係止突起部３６には、シャンク前面３４に隣接する第２の補強された部分４６が設けられてよい。一部の実施形態では、シャンク１４には、シャンク１４のシャンク後面５０から係止突起部前面３８まで延びるシャンク冷却孔４８がさらに設けられる。

次に、インサートホルダ１６を示す図６から８に注目する。図示するように、インサートホルダ１６は、インサートホルダ１６のホルダ後端に開口する係止孔５２を備える。ホルダ後端は、平面かつホルダ軸Ｇに対して垂直になり得るホルダ後面５４を有する。

係止孔５２は、２つの孔部分を備え、すなわち把持孔部分５６および挿入孔部分５８を備える。図６に最適に示すことができるように、把持孔部分５６は、挿入孔部分５８と同化している。把持孔部分５６は、ホルダ軸Ｇと一致する把持孔軸Ｈと、把持孔半径Ｒ１とを有する。把持孔部分５６の周囲包絡線は、把持表面６０を構成する。係止孔５２は、ホルダ後面５４から前方に係止孔長さＬ３だけ延び、係止孔前端６２のところで終端する。係止孔前端６２は、平面かつホルダ軸Ｇに対して垂直になり得る。

把持孔半径Ｒ１は、係止突起部半径ｒ２よりわずかに小さく、すなわちＲ１＜ｒ２である。通常、把持孔半径Ｒ１は、係止突起部半径ｒ２より約０．００１ｍｍから０．０５ｍｍだけ小さい。１つの実施形態によれば、把持孔半径Ｒ１は、係止突起部半径ｒ２より０．００５ｍｍだけ小さい。

把持孔部分５６は、１８０°より大きい把持角度拡張部αを有する。通常、把持角度拡張部αは、１８０°より大きく、１９０°より小さい。１つの実施形態によれば、把持角度拡張部αは、±０．５°の偏差を備えた１８４°である。

挿入孔部分５８は、ホルダ軸Ｇに対して平行になり得る挿入孔軸Ｋと、挿入孔半径Ｒ２とを有する。挿入孔半径Ｒ２は、係止突起部半径ｒ２より大きく、把持孔半径Ｒ１より大きく、すなわちＲ２＞ｒ２＞Ｒ１である。通常、挿入孔半径Ｒ２は、係止突起部半径ｒ２より０．０１ｍｍから１ｍｍだけ大きい。１つの実施形態によれば、挿入孔半径Ｒ２は、係止突起部半径ｒ２より０．１ｍｍだけ大きい。

図６に示すように、挿入孔軸Ｋは、把持孔軸Ｈから非ゼロの第１の距離Ｍだけ離間して配置される。挿入孔軸Ｋと把持孔軸Ｈを連結する線は、インサートホルダ１６の後面図で示すように、把持角度拡張部αの二等分線を形成することができる。第１の距離Ｍは、通常、０．２ｍｍから２ｍｍの範囲内にある。しかし、切削工具１０のサイズに応じて、この第１の距離Ｍは、より大きい距離もより小さい距離も選択することができる。１つの実施形態によれば、第１の距離Ｍは、約０．９ｍｍである。

位置合わせ孔６４が、係止孔５２から前方に位置合わせ孔長さＬ４だけ延び、位置合わせ孔前端６６で終端する。図７に示すように、位置合わせ孔長さＬ４は、係止孔長さＬ３より大きい。しかし、他の実施形態では、位置合わせ孔長さＬ４は、係止孔長さＬ３と等しくてよく、またはこれより小さくてよい。

位置合わせ孔６４は、位置合わせ孔軸Ｎと、位置合わせ孔半径Ｒ３を有する位置合わせ孔直径Ｄ４とを有する。位置合わせ孔直径Ｄ４は、位置合わせ孔６４内への位置合わせ突起部４０の自由な挿入を可能にするために、位置合わせ突起部直径Ｄ３よりわずかに大きい。一部の実施形態では、位置合わせ孔直径Ｄ４は、位置合わせ突起部直径Ｄ３より０．００５ｍｍから０．５ｍｍだけ大きい。

位置合わせ孔軸Ｎは、把持孔軸Ｈに対して平行になり得る。図６に示すように、位置合わせ孔軸Ｎは、把持孔軸Ｈと一致せず、そこから第２の距離Ｑだけ間隔を離して配置される。

１つの実施形態では、位置合わせ孔６４には、その後部内に、孔拡大部６８が設けられる。孔拡大部６８は、２つの目的で働く。第１には、孔拡大部６８は、位置合わせ孔６４内への位置合わせ突起部４０の容易な挿入を円滑に進める。第２に、孔拡大部６８は、係止突起部３６と位置合わせ突起部４０の間の補強された部分４４と対合する。

通常、インサートホルダ１６には、インサートホルダ１６をシャンク１４内に最終的に締め付けるためにレンチ（図示せず）を使用することを容易にするために、少なくとも１つのホルダ切欠部７０が設けられ得る。

クランプ機構１２の使用方法、すなわちシャンク１４上へのインサートホルダ１６の組み付けを次に説明する。

第１に、インサートホルダ１６は、位置合わせ突起部４０が、位置合わせ孔６４内に挿入され、位置合わせ突起部軸Ｅが、位置合わせ孔軸Ｎと概ね一致するようにシャンク１４と軸方向に位置合わせされる。用語「概ね一致する」は、位置合わせ突起部軸Ｅが、位置合わせ突起部４０と位置合わせ孔６４の間の製造クリアランスまで位置合わせ孔軸Ｎと一致することができるという事実を示している。

第２に、係止突起部３６が、挿入孔部分５８と軸方向に位置合わせされる。

次の段階において、インサートホルダ１６は、ホルダ後面５４がシャンク前面３４に当接するまでシャンク１４に向かって線形移動で軸方向に押される。この段階まで、インサートホルダ１６とシャンク１４の間には張力が伴わないことが理解される。

次に、インサートホルダ１６は、シャンク１４に対して、位置合わせ突起部軸Ｅ周りで、インサートホルダ１６の係止方向に偏心して回転され、それにより、位置合わせ孔６４は、位置合わせ突起部４０を心棒として保持し、その一部分と当接し、係止突起部３６が、把持孔部分５６内に強制的に挿入される。把持孔半径Ｒ１は、係止突起部半径ｒ２よりわずかに小さいため、インサートホルダ１６を、たとえばホルダ切欠部７０を掴むレンチによって、把持孔部分５６がインサートホルダ１６の弾性によりわずかに拡大されるように強制回転させる必要がある。インサートホルダ１６は、係止突起部３６が把持孔部分５６の把持面６０に完全に当接するまで、偏心して回転され、それによって、係止突起部３６の円周方向の外面が把持孔部分５６の円周方向の内面と当接する円周方向の締まりばめが形成される。

この位置において、位置合わせ突起部が位置合わせ孔の一部と当接するために、インサートホルダ１６とシャンク１４の間の相対回転が停止され、外側の締め付けレンチが取り外されてよく、把持孔部分５６の把持角度拡張部αが１８０°より大きいために、係止突起部３６は、把持孔部分５６によって独立かつ安全に保持される。

したがって、切削工具１０は、いかなる付加装置を必要とすることなく安全に係止され続けるクランプ機構１２を提供するため、２つの部材１４、１６は、インサートホルダ１６を係止突起部３６もしくは位置合わせ突起部４０に固定する保持ねじまたは他の機構を有することなく互いに固定される。さらに、当業者によってより明確に理解され得るように、円周方向の締まりばめを達成するには、係止されない位置から係止される位置、およびその反対に進むために、インサートホルダ１６とシャンク１４の間で通常は約２°の非常に小さい相対回転移動しか必要とされないため、クランプ機構１２は、使用が容易かつ簡単である。

インサートホルダ１６がその後部から表される図３および６に示すように、インサートホルダ１６をシャンク１４に対して係止された位置に移動させるために、インサートホルダ１６は、係止方向７２によって示す半時計回り方向に偏心して回転される。それに対応して、インサートホルダ１６をシャンク１４に対して係止されない位置に移動させるために、インサートホルダ１６は、非係止方向７４によって示すように時計回り方向に偏心して回転される。

切削工具１０が、切削プロセスで作動可能であるとき、機械切削中に切削インサート２２上に作用する接線力ＦＴが、インサートホルダ１６をシャンク１４に締め付けて保つ傾向があり、したがってクランプ機構１２の締め付けの強さに寄与している。機械切削中、切削インサート２２上に作用する径方向力ＦＲおよび軸方向力ＦＡもまた、インサートホルダ１６をシャンク１４に締め付けて保つ傾向があることが、当業者によって理解され得る。

切削ヘッド１６をシャンク１４に簡単かつ容易にクランプ締めすることにより、シャンク１４が切削機にクランプ締めされたままでインサートホルダ１６を容易に取り換えることが可能になる。したがって、インサートホルダ１６の取り換え中、時間および労力を節約することができる。

インサートホルダ１６をシャンク１４から取り外すには、インサートホルダ１６を、レンチを用いてシャンク１４に対して非係止方向７４に偏心して回転させるだけである。これにより、心棒として働く位置合わせ突起部４０が位置合わせ孔６４内で回転し、係止突起部３６が把持孔部分５６から係合解除され、挿入孔部分５８内に自由に置かれる。この段階では、インサートホルダ１６とシャンク１４の間に張力は存在せず、インサートホルダ１６は、線形的に前方に自由に引っ張られ、シャンク１４から取り外され得る。

さらに、係止された位置では、係止突起部３６は、位置合わせ突起部が位置合わせ孔の一部分と当接しながら把持孔部分５６内にしっかりと当接するため、インサートホルダ１６の位置、したがって切削インサート２２の作動中の切れ刃の位置が、許容差内で良好に規定される。したがって、シャンク１４が切削機にクランプ締めされたままで、インサートホルダ１６だけが取り換えられるとき、新しいインサートホルダ１６は、切削インサート２２の同じ場所および方向的配向でシャンク１４上にクランプ締めされることになり、良好な反復性が得られる。したがって、インサートホルダ１６の迅速かつ経済的な取り換えが達成され、新しい切削インサート２２の切れ刃を調整するという時間がかかる作業が、有利に回避される。

インサートホルダ１６を係止されない位置から係止される位置に移動させるには、わずかな角度移動だけが必要とされるため、本発明によるクランプ機構１２を使用する切削工具１０は、インサートホルダ１６の取り外しに利用できる空間が幾分限定される到達が難しい場所において特に有用である。

インサートホルダ１６を取り換えることが容易であるため、必要であれば、インサートホルダのいくつかのタイプを使用することが有利であり、すなわち、所与のインサートホルダの使用後、このホルダは、別の機能を有し、異なる種類の切削インサートを中に保持することができる別のインサートホルダによって容易に取り換えられ得る。したがって、単一のシャンク１４と係合するための同じクランプ締め部分を有する、いくつかの、いわゆる「ブランク」のインサートホルダを製造することが経済的になり得る。このとき、インサートホルダの各々の前部は、特有の機能の要件を満たすように容易に機械加工され得る。

図７に示すように、位置合わせ孔６４の位置合わせ孔前端６６は、前方に、インサートホルダ１６のほとんど前部２０のところまで延びる。一部の実施形態では、たとえば図７および９に示すように、位置合わせ孔６４は、インサートポケット１８の一部であるインサートポケット逃げ孔７６に開口する。この特徴は、実際には、インサートホルダ１６がシャンク１４上に係止された位置では、位置合わせ突起部４０が、切削インサート２２に関して径方向内方の地点まで、またはほとんどその地点まで前方に延びることを意味している。

この特徴は、図１１および１２に示す実施形態にもあてはまる。すなわち、位置合わせ孔は、インサートポケット逃げ孔７６に開口してはいないが、依然として位置合わせ突起部は、切削インサート２２に関して径方向内方の地点まで、またはほとんどその地点まで前方に延びる。

シャンク１４の材料は通常、たとえば工具鋼に対する超硬合金など、インサートホルダ１６の材料よりかなり硬質であるため、位置合わせ突起部４０による位置合わせ孔６４の支持は、インサートホルダ１６の全体剛性を実質的に増大させる。したがって、本発明は、シャンクの拡張された支持を備えたクランプ機構を提供する。シャンクの拡張された支持は、シャンクが超硬合金製であるときに特に有利である。

このようにして、切削工具１０は、２つの側面において利益を得る。第１に、工具鋼からのインサートホルダ１６の構造により、製造が比較的安価で容易になり、取り換えが容易になる。第２には、超硬合金シャンクの拡張された支持により、切削工具１０に、すべてが超硬合金製であった場合に有していたであろう剛性に類似する高い剛性が与えられる。したがって、切削工具１０の剛性を増大させることにより、曲がりおよび振動に影響されにくくなり、したがってより高度な正確性で機能することができる。

図９は、本発明によるクランプ機構１２によってクランプ締めされた、組み立てられたシャンク１４およびインサートホルダ１６の長手方向断面図である。図示するように、クランプ締めされた位置では、係止突起部３６は、係止孔５２内に保持され、位置合わせ突起部４０は、位置合わせ孔６４内に保持され、ホルダ後面５４は、シャンク前面３４に当接している。

図１０は、インサートホルダ１６がシャンク１４上に組み付けられたときの係止突起部３６および係止孔５２を貫通する断面を示している。

図１０に示すように、係止突起部３６のクランプ締めされた位置では、これは、把持孔部分５６によってクランプ締めされ、１８０°より大きい把持角度拡張部αに沿って把持表面６０に完全に当接している。この位置では、挿入孔部分５８は、当接されないままである。すでに述べたように、位置合わせ突起部は、位置合わせ孔の一部分（この図では図示せず）に当接し、インサートホルダ１６は、いかなる付加装置または関連する力を有することなくシャンク１４にクランプ締めされ続ける。したがって、インサートホルダ１６をシャンク１４に対してクランプ締めされない位置に移動させるには、インサートホルダ１６をシャンク１４に対して非係止方向７４に偏心的に回転させる目的で、レンチを使用する必要がある。

図１１は、本発明によるクランプ機構の別の実施形態によってクランプ締めされた、組み立てられたシャンクおよびインサートホルダの長手方向断面図である。この実施形態では、図１から１０に示す実施形態に対して使用された同じ参照番号は、同じ参照番号であるが、１００ずらして示される。

この実施形態では、インサートホルダ１１６が、シャンク１１４上にクランプ締めされる。シャンク１１４は、シャンク前面１３４を備える。係止突起部１３６が、シャンク前面１３４から前方に延びる。位置合わせ突起部１４０が、係止突起部１３６から前方に延びる。係止突起部１３６は、後方に収束し、シャンク軸Ｂに対して第１の突起角度βで傾斜される。第１の突起部角度βは、１°から２０°の範囲内でよい。本発明の特有の実施形態によれば、第１の突起部角度βは、１０°である。

インサートホルダ１１６は、ホルダ後面１５４を有する。係止孔１５２が、ホルダ後面１５４から前方に延びる。係止孔１５２は、後方に収束し、ホルダ軸Ｇに対して第１の孔角度γで傾斜される。第１の孔角度γは、第１の突起部角度βに類似してよく、またはそれからわずかに大きくてよい。位置合わせ孔１６４が、係止孔１５２から前方に延びる。

係止孔１５２の構造は、それが第１の孔角度γで後方に収束する以外は、図１から１０に示した実施形態を参照して説明した係止孔５２の構造に類似する。したがって、係止孔１５２は、その断面において、図１０に示す断面に類似する把持孔部分および挿入孔部分を備える。

シャンク１１４上へのインサートホルダ１１６の係止は、図１から１０に示す実施形態を参照して説明したのと同じ方法で実施される。しかし、係止突起部１３６および係止孔１５２が後方に収束しているため、インサートホルダ１１６は、シャンク１１６上に確実に係止される。したがって、インサートホルダ１１６が、機械切削中、インサートホルダ１１６をそのポケットから引き抜く傾向がある大きい軸方向力にさらされる場合であっても、インサートホルダ１１６は、シャンク１１４から取り外されるようになることに抵抗する。

図１２は、本発明によるクランプ機構のさらに別の実施形態によってクランプ締めされた、組み立てられたシャンクおよびインサートホルダの長手方向断面図である。この実施形態では、図１から１０に示す実施形態に対して使用された同じ参照番号は、同じ参照番号であるが、２００ずらして示される。

この実施形態では、インサートホルダ２１６が、シャンク２１４上にクランプ締めされる。シャンク２１４は、シャンク前面２３４を備える。係止突起部２３６が、シャンク前面２３４から前方に延びる。係止突起部２３６は、後方に収束し、図１１に対して説明した第１の突起角度βと同じようにシャンク軸Ｂに対して第１の突起部角度βで傾斜される。

位置合わせ突起部２４０が、係止突起部２３６から前方に延びる。位置合わせ突起部２４０は、前方に収束し、位置合わせ突起部軸Ｅに対して第２の突起部角度δで傾斜される。第２の突起部角度δは、２°から３０°の範囲内でよい。本発明の特有の実施形態によれば、第２の突起部角度δは、１０°である。

インサートホルダ２１６は、ホルダ後面２５４を有する。係止孔２５２が、ホルダ後面２５４から前方に延びる。係止孔２５２は、後方に収束し、図１１に対して説明した第１の孔角度γと同じようにホルダ軸Ｇに対して第１の孔角度γで傾斜される。位置合わせ孔２６４が、係止孔２５２から前方に延びる。位置合わせ孔２６４は、前方に収束し、第２の孔角度φで傾斜される。第２の孔角度φは、第２の突起部角度δに類似してよく、またはそれからわずかに大きくてよい。

係止孔２５２の構造は、それが第１の孔角度γで後方に収束する以外は、図１から１０に示した実施形態を参照して前に説明した係止孔５２の構造に類似する。したがって、係止孔２５２は、その断面において、図１０に示す断面に類似する、把持孔部分および挿入孔部分を備える。

インサートホルダ２１６をシャンク２１４とのクランプ締めされた位置に移動させるために、インサートホルダ２１６は、シャンク２１４と軸方向に位置合わせされる。次いで、インサートホルダ２１６は、位置合わせ孔２６４が位置合わせ突起部２４０に当接するまでシャンク２１４に向かって軸方向に動かされる。この位置ならびに最終のクランプ締めされた位置では、ホルダ後面２５４は、シャンク前面２３４から間隔をあけて配置されたままである。

シャンク２１４上へのインサートホルダ２１６の係止は、図１から１０に示す実施形態を参照して説明したのと同じ方法で実施される。しかし、係止突起部２３６および係止孔２５２が後方に収束しているため、インサートホルダ２１６は、シャンク２１６上に確実に係止される。したがって、インサートホルダ２１６が、機械切削中、インサートホルダ２１６をそのポケットから引き抜く傾向がある大きい軸方向力にさらされる場合であっても、インサートホルダ２１６の係合解除は防止される。さらに、位置合わせ孔２６４は、その相互の前方収束によって位置合わせ突起部２４０に対してしっかりと当接しているため、位置合わせ突起部２４０と位置合わせ孔２６４の間のわずかな隙間も回避されるので、さらなる支持が、機械切削中に切削インサートに施されることになる。

本発明を、ある程度具体的に説明してきたが、特許請求される本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、さまざまな変形および改変を加えることができることを理解されたい。

たとえば、係止方向７２および非係止方向７４は、図に示す通りである必要はなく、シャンクに対してインサートホルダを反対に向けて係止するように反対に設計されてよい。

クランプ機構１２は、雌部分を構成するインサートホルダを、雄部分を構成するシャンクにクランプ締めするためにだけ使用される必要はない。したがって、クランプ機構１２は、アダプタ、拡張ロッド、および同様のものの２つの雄部分および雌部分、すなわち相補的構成要素を備える雄部分および雌部分を互いにクランプ締めするために使用されてよい。

図示するように、係止突起部ならびに係止孔は、概ね円筒形または円錐形でよい。同様に、位置合わせ突起部ならびに位置合わせ孔は、概ね円筒形または円錐形でよい。すなわち、これらはすべて、所与の長手方向軸に対して回転対称を有する。

したがって、シャンク突起部およびその対応するホルダ孔が円錐形である場合にそれらのそれぞれの間の直径関係を説明するために、その関係は、それぞれの長手方向軸に対して垂直な所与の断面に関して測られ、シャンク突起部の所与の断面は、クランプ機構のクランプ締めされた位置におけるホルダ孔のそれぞれの断面と一致している。

Claims (17)

1. クランプ締めされない位置とクランプ締めされる位置との間で互いに対して調整可能である雄部分（１４、１１４、２１４）および雌部分（１６、１１６、２１６）を備えるクランプ機構（１２）であって、
   前記雄部分が、
   前後方向を規定する第１の構成要素の軸（Ｂ）および第１の構成要素前面（３４）を有する第１の構成要素本体（２８）と、
   前記第１の構成要素前面（３４）に対して前方に延びる係止突起部（３６、１３６、２３６）であって、係止突起部半径（ｒ２）、係止突起部軸（Ｃ）および係止突起部前面（３８）を有する、係止突起部（３６、１３６、２３６）と、
   前記係止突起部前面（３８）に対して前方に延びる位置合わせ突起部（４０、１４０、２４０）であって、前記係止突起部（Ｃ）から非ゼロの距離だけ離間して配置された位置合わせ突起部軸（Ｅ）、および位置合わせ突起部前面（４２）を有する、位置合わせ突起部（４０、１４０、２４０）と
   を備え、
   前記雌部分が、
   前後方向を規定する第２の構成要素の軸（Ｇ）および第２の構成要素後面（５４、１５４、２５４）を有する第２の構成要素本体（１７）と、
   前記第２の構成要素後面（５４、１５４、２５４）に対して前方に延び、係止孔前端（６２）を有する係止孔（５２、１５２、２５２）であって、
   挿入孔半径（Ｒ２）および挿入孔軸（Ｋ）を有する挿入孔部分（５８）と、
   把持孔半径（Ｒ１）および前記挿入孔軸（Ｋ）から非ゼロの第１の距離（Ｍ）だけ離間して配置された把持孔軸（Ｈ）を有する把持孔部分（５６）であって、前記挿入孔部分と一体に結合する、把持孔部分（５６）と
   を備える、係止孔（５２、１５２、２５２）と、
   前記係止孔前端（６２）に対して前方に延びる位置合わせ孔（６４、１６４、２６４）であって、前記把持孔軸（Ｈ）から非ゼロの第２の距離（Ｑ）だけ離間して配置された位置合わせ孔軸（Ｎ）を有する、位置合わせ孔（６４、１６４、２６４）と
   を備える、クランプ機構（１２）において、
   前記把持孔半径（Ｒ１）は、前記係止突起部半径（ｒ２）より小さく、
   前記クランプ締めされない位置では、
   前記位置合わせ突起部は、前記位置合わせ孔を占有し、
   前記係止突起部は、前記係止孔の前記挿入孔部分を占有し、
   前記係止突起部と前記係止孔の間には、締まりばめは形成されず、
   前記雄部材を、前記雌部材から取り外すことができ、
   前記クランプ締めされた位置では、
   前記位置合わせ突起部は、前記位置合わせ孔の一部分に当接し、
   前記係止突起部は、前記係止孔の前記把持孔部分を占有し、
   前記係止突起部は、前記把持孔部分の把持面（６０）に当接し、
   前記係止突起部と前記係止孔の間には、締まりばめが形成され、
   前記把持孔部分（５６）は、いかなる付加装置も必要とすることなく前記係止突起部（３６）上で係止され続けることを特徴とするクランプ機構（１２）。
2. 前記クランプ締めされた位置では、前記係止突起部（３６）は、１８０°より大きい把持角度拡張部（α）に沿って前記把持面（６０）に当接することを特徴とする請求項１に記載のクランプ機構（１２）。
3. 前記把持角度拡張部（α）は、１８０°より大きく、１９０°より小さいことを特徴とする請求項２に記載のクランプ機構（１２）。
4. 前記クランプ締めされた位置では、前記第２の構成要素後面（５４、１５４）は、前記第１の構成要素前面（３４、１３４）に当接することを特徴とする請求項１に記載のクランプ機構。
5. 前記係止突起部（１３６、２３６）は、第１の突起部角度（β）で後方に収束し、
   前記係止孔（１５２、２５２）は、第１の孔角度（γ）で後方に収束し、
   前記第１の孔角度（γ）は、前記第１の突起部角度（β）に類似することを特徴とする請求項１に記載のクランプ機構。
6. 前記第１の突起部角度（β）は、１°から２０°の範囲内にあることを特徴とする請求項５に記載のクランプ機構。
7. 前記クランプ締めされた位置では、前記第２の構成要素後面（１５４）は、前記第１の構成要素前面（１３４）に当接することを特徴とする請求項５に記載のクランプ機構。
8. 前記位置合わせ突起部（２４０）は、第２の突起部角度（δ）で前方に収束し、
   前記位置合わせ孔（２６４）は、第２の孔角度（φ）で前方に収束し、
   前記第２の孔角度（φ）は、前記第２の突起部角度（δ）に類似することを特徴とする請求項７に記載のクランプ機構。
9. 前記第２の突起部角度（δ）は、２°から３０°の範囲内にあることを特徴とする請求項８に記載のクランプ機構。
10. 前記クランプ締めされた位置では、前記第２の構成要素後面（２５４）は、前記第１の構成要素前面（２３４）から当接されないままであることを特徴とする請求項８に記載のクランプ機構。
11. 前記第１の距離（Ｍ）は、０．２ｍｍから２ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載のクランプ機構。
12. 前記係止突起部（３６）は、係止突起部長さ（Ｌ１）を有し、
    前記位置合わせ突起部（４０）は、位置合わせ突起部長さ（Ｌ２）を有し、
    前記位置合わせ突起部長さ（Ｌ２）は、前記係止突起部長さ（Ｌ１）より大きいことを特徴とする請求項１に記載のクランプ機構。
13. 前記雄部分は、超硬合金で形成され、前記雌部分は、鋼で形成されることを特徴とする請求項１に記載のクランプ機構。
14. 前記雄部分は、切削工具（１０）のシャンク（１４、１１４、２１４）を備え、前記雌部分は、前記切削工具のインサートホルダ（１６、１１６、２１６）を備えることを特徴とする請求項１に記載のクランプ機構。
15. 前記インサートホルダは、切削インサート（２２）を備えることを特徴とする請求項１４に記載のクランプ機構。
16. 前記切削インサート（２２）は、前記インサートホルダに取り外し可能に固定された取り換え可能な切削インサートであることを特徴とする請求項１５に記載のクランプ機構。
17. 前記位置合わせ突起部は、前記切削インサート（２２）の径方向内側の地点へと前方に延びることを特徴とする請求項１５に記載のクランプ機構。

Images