JP6102025B2 - 回転切削工具 - Google Patents

Description

この発明は、工夫された切削インサートのクランプ機構を有するフライスカッタなどの回転切削工具に関する。

首記の回転切削工具に採用される切削インサートのクランプ機構として、例えば、下記特許文献１，２に記載されたものなどが知られている。

特許文献１に開示されたクランプ機構は、取付け溝にくさび（クランプ駒）を挿入し、そのくさびで切削インサートを押圧して固定する。

また、特許文献２のクランプ機構は、取付けねじとその取付けねじのほかに別途設ける止めねじの２者で切削インサートを押圧して固定する。止めねじは、切削インサートを工具周方向と工具径方向の２方向に押しつけるようになっており、その止めねじによって切削インサートの遠心力によるシフトや飛散を防止している。

特開平１１−１０４３５号公報 特開２００２−１１３６０９号公報

アルミニウムなどの軟質金属の加工では、鋼材などの加工に比べて１刃当りの切削負荷が小さいため、刃数の多い工具を用いて高速回転での切削を行なうことが多くなってきている。工具の刃数が多いほど、また、工具の回転速度が速いほど加工能率が高まるからである。刃数が多くて刃振れ精度の管理された工具を用いれば、加工面の面粗さも向上させることができる。

ところが、特許文献１，２に記載されたようなクランプ機構を採用した回転切削工具は、クランプ機構の構成部品が占めるスペースが多くなることから同一カッタボディに対する切削インサート装着数を増加させる要求に応えるのが難しい。

この発明は、回転切削工具について、工具本体に対する切削インサートの装着数増加が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、工具本体と、その工具本体の先端外周に装着する切削インサートと、その切削インサートを工具本体に固定するクランプ機構を備える回転切削工具を以下のように構成する。

即ち、前記クランプ機構が、クランプ部材と、このクランプ部材に工具軸方向の推進力を付与する締付け具と、前記クランプ部材の工具軸方向への推進運動を回転運動に変換する運動変換部を具備し、
前記クランプ部材が、前記締付け具に締付けられる被締付け部と、その被締付け部を支点にした回転によって前記切削インサートを工具本体が備える支持座の座底面に向けて押えつける押圧部を有し、前記被締付け部が切削インサートよりも工具本体の中心側、かつ、工具本体の中心よりも径方向外側に配置されたものにした。

この発明の回転切削工具は、クランプ機構のクランプ部材を工具軸方向に推進させ、このクランプ部材の回転によって切削インサートを固定するので、工具本体に対するクランプ機構の設置数を増加させて切削インサートの設置数を増やすことが可能になる。

この発明の回転切削工具の一例を示す側面図である。 図１の回転切削工具の正面図である。 図１の回転切削工具の切削インサートとクランプ機構の位置関係を簡略化して示す断面図である。 図３の切削インサートとクランプ機構を拡大して示す側面図である。 クランプ機構のポケット部と運動変換部のガイド面を工具本体の外周側から見た斜視図である。 図１のVI−VI線に沿った位置の拡大断面図である。 図１の回転切削工具に用いたクランプ部材の斜視図である。 図１の回転切削工具に用いたクランプ部材の図７Ａの矢視方向側面図である。 図１の回転切削工具に用いたクランプ部材の端面図である。 図６の回転切削工具に用いた切削インサートの斜視図である。 図６の回転切削工具に用いた切削インサートの平面図である。 図６の回転切削工具に用いた切削インサートの側面図である。 図６の回転切削工具に用いた切削インサートの端面図である。 この発明の回転切削工具に用いる切削インサートの変形例を示す斜視図である。 図１０Ａの切削インサートのすくい面を上にした平面図である。

以下、添付図面の図１〜図９に基づいて、この発明の回転切削工具の実施の形態を説明する。

図１〜図６に示した回転切削工具１は、工具本体２と、その工具本体の先端外周に周方向に所定の間隔をあけて装着される切削インサート１０と、その切削インサート１０を工具本体２に固定するクランプ機構２０を備えている。

工具本体２は、切削インサート１０を着座させる支持座３を先端外周に有している。その支持座３は周方向に複数設けられており、各支持座３に対面させた切屑ポケット４と、クランプ機構２０の一部を構成する部材挿入溝２１（図１，図２，図５参照）
及び各部材挿入溝の底に開口したねじ孔２２（図６参照）をさらに有している。

例示のクランプ機構２０は、前記部材挿入溝２１と、その部材挿入溝に挿入するクランプ部材２３と、このクランプ部材を工具軸方向（図示の工具では支持座３の傾斜方向と同方向に傾いた方向）に推進させる締付け具２４と、クランプ部材２３の工具軸方向への推進運動を回転運動に変換する運動変換部２５を組み合わせて構成されている。

クランプ部材２３は、図７に詳しく示すように、締付け具２４に締付けられる円筒状の被締付け部２３ａと、その被締付け部２３ａを支点にした回転によって切削インサート１０を押圧して支持座３の座底面に向けて押しつける押圧部２３ｂと、運動変換部２５を構成する摺動面２５ｂを有している。

摺動面２５ｂは、図７Ｂに示すように、クランプ部材２３を推進させる方向、すなわち、クランプ部材２３に貫通して設けられたねじ孔２６（図６、図７参照）の軸心Ｏに対して所定の傾斜角αで傾いている。その摺動面２５ｂの傾斜角αは、５度程度で十分であったが、これに限定されるものではない。

クランプ部材２３の被締付け部２３ａは、図２に示すように、部材挿入溝２１にクランプ部材２３を挿入した状態において、切削インサート１０よりも工具本体２の中心側、かつ、工具本体２の中心（回転中心）よりも径方向外側にあるように設計されている。

このように被締付け部２３ａを切削インサート１０よりも工具本体の中心側に配置すると、クランプ部材２３の工具周方向寸法が工具径方向に引き込まれるくさびに比べて小さくて済み、これにより、クランプ機構の設置スペースが減少して切削インサートの設置数を増加させることが可能になる。

また、クランプ部材２３の被締付け部２３ａの外周には突出部２３ｃ（図７Ａ，図７Ｃ参照）が設けられ、さらにその突出部から切削インサート１０側に延びだすアーム２３ｄが設けられ、そのアームの先端に押圧部２３ｂが設けられている。

図示のクランプ部材２３には、押圧部２３ｂの押圧面に突起２３ｅが設けられている。一方、図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｄに示すように、切削インサート１０のすくい面にはそのすくい面の端部から工具軸方向に延びる縦長の係止用凹部１２が形成されている。

１１は、切削インサート１０のすくい面と側面の交差部の稜線で形成される切れ刃である。図示の切削インサート１０は、その切れ刃１１に正のアキシャルレーキが付与される方向に傾斜させて工具本体２に装着される。そのために、使用時に工具の先端におかれる端面１５に（図８Ｃ参照）の傾斜角γを付与して工具本体への装着状態で先端に必要な逃げ角が確保されるようにしている。

その係止用凹部１２とクランプ部材の押圧面の突起２３ｅを凹凸嵌合させることで切削インサート１０の遠心力による飛散を防止する構造になっている。

係止用凹部１２は、切削インサート１０の端面から工具軸方向に延びる縦長の溝であり、クランプ部材２３の締付け時に突起２３ｅはその係止用凹部１２内で工具軸方向に移動することができる。

その係止用凹部１２に対する突起２３ｅの係合により切削インサート１０がクランプ部材２３によって工具径方向に引き留められ、これにより、工具高速回転時の切削インサート１０の遠心力による飛散防止が確実化されている。

なお、クランプ部材２３による切削インサート１０の工具径方向の引き留めは、切削インサート１０にインサート厚み方向の段差面を形成してその段差面のクランプ部材の押圧部を係合させるなどの方法でも行える。

また、この発明で用いるクランプ機構２０は、後述するように、クランプ部材２３が回転して切削インサート１０を押圧するので、単純に圧入されるくさびよりも強い押圧力を得ることができる。従って、係止用凹部１２と突起２３ｅなどによる機械的な引き留め部がなくても、遠心力による切削インサートの飛散防止の効果が高まる。

図３，図４，図６に示した例示の切削工具の締付け具２４は、一端側と他端側に逆向きの雄ねじを形成した工具の先端から回転操作のできるねじ部材（いわゆるダブルねじ）である。このねじ部材の一端側がクランプ部材の被締付け部２３ａに設けられた前述のねじ孔２６にねじ込まれ、他端側が部材挿入溝２１の溝底に設けられたねじ孔２２（図６参照）にねじ込まれる。

締付け具２４は、例示のダブルねじがクランプ部材２３の小型化などが図りやすくて好ましいが、これに限定されない。クランプ部材２３を工具軸方向に推進させ得るものであればよく、一般的な頭部付きボルトなどであっても構わない。

部材挿入溝２１は、工具本体２の前面に開放させた溝であって、その部材挿入溝２１に
クランプ部材２３が挿入される。図示の工具の支持座３は、切削インサート１０の切れ刃１１に正のアキシャルレーキが付与される方向に前記傾斜角αと同角度傾けており、部材挿入溝２１もその支持座３の傾斜方向と同方向に傾いている。

その部材挿入溝２１には、クランプ部材２３の被締付け部２３ａを収納するポケット部２１ａ（図５，図６参照）が設けられている。そのポケット部２１ａは、図２、図５からわかるように、工具の端面視で一部分が支持座３の工具径方向内側に入り込んでいる。

そのポケット部２１ａに被締付け部２３ａが挿入されるため、クランプ部材２３の工具
外周側への飛び出しが起こり難く、クランプ機構２０が高速加工に適したものになっている。

運動変換部２５は、部材挿入溝２１に設けたガイド面２５ａ（図１，図２，図５参照）と、そのガイド面に案内される摺動面２５ｂ（図４，図７Ａ，図７Ｂ参照）を組み合わせたものを設けた。

ガイド面２５ａは、工具の軸心に対して所定の傾きをもっている。工具本体２の先端から遠ざかるにつれてクランプ部材２３に、アーム２３ｄが切削インサート１０に近づく方向の回転力を付与する帯状の面をねじったようなねじれた斜面である。

なお、クランプ部材２３の切削インサート締め付け時の回転量はさほど大きくない。従って、ガイド面２５ａのねじれ量は、目視では判別し辛いぐらいに小さい。

クランプ部材２３を軸方向に推進させたときにそのガイド面２５ａと摺動面２５ｂの接触部に分力が発生する。その分力によってクランプ部材２３が被締付け部２３ａを支点にして回転し、これにより、押圧部２３ｂによる切削インサート１０の押圧がなされる。

この運動変換部２５は、省スペースの観点からは図示の形態が有利であるが、クランプ部材２３の工具軸方向推進運動を回転運動に変換できるものであればよく、例示の形態に限定されない。

図３、図４の２７は、切削インサート１０の工具軸方向位置を調整するアジャストスクリューである。これは好ましい要素に過ぎない。

以上の如く構成された図１の回転切削工具１は、クランプ部材２３を締付け具２４で工具軸方向に締付ける作業とクランプ部材２３の軸方向推進運動を回転運動に変換してクランプ部材２３を切削インサート１０に押しつける作業が、工具本体２の前面側から締付け具２４を回転させることによって行われる。

締付け具２４を回転させるとクランプ部材２３が部材挿入溝２１に引き込まれ、これによるクランプ部材２３の工具軸方向推進運動が運動変換部２５によって回転運動に変換されて切削インサート押圧用の回転力が生じ、その力でクランプ部材２３が被締付け部２３ａを支点にして回転し、押圧部２３ｂによる切削インサート１０の押圧がなされる。

このように、被締付け部２３ａを切削インサートよりも工具本体の中心側に配置し、その被締付け部２３ａを支点にしたクランプ部材２３の回転によって切削インサート１０を固定するので、クランプ機構２０の工具周方向設置スペースが従来の回転切削工具に比べて小さくなり、これにより、切削インサート１０の装着数を増加させることができる。

また、くさび状のクランプ駒を圧入して切削インサートを固定するクランプ機構では工具回転時の遠心力による切削インサートのシフトや飛散の防止効果が十分に得られないが、例示の工具のクランプ機構２０は、クランプ部材２３が回転して切削インサート１０を押圧するので、くさび圧入方式よりも強い固定力が得られ、切削インサートの固定も安定する。

図示の工具のように、クランプ部材の押圧部に設けた突起２３ｅを切削インサート１０の凹部などに係止させてその切削インサートを機械的に引き留める形態のものは、遠心力による切削インサートの飛散防止に関して特に顕著な効果が発揮される。

また、前掲の特許文献１は、切削インサートの飛散防止を目的として切削インサートの被押圧面に凹陥部を設け、その凹陥部にくさびの押圧面を入り込ませているが、径方向に推進させるくさびを使ってこのような構造にすると、切削インサートを着脱する際のくさびの推進量を大きくせざるを得なくなり、着脱の作業性などが悪化する。

特許文献２のように、取付けねじと止めねじの２者を使用するものも、切削インサートの着脱作業が面倒になる。

これに対し、図示の回転切削工具は、締付け具２４を少し緩めるだけでクランプが解除され、この状態で切削インサート１０を着座部から軸方向に引き抜いたり、逆の手順で着座部に挿入したりすることができるため、着脱の作業も複雑にならない。

刃数の多い回転切削工具では、切削インサートの装着、交換時にツールプリセッタなどの治具を使用して刃振れ調整を行うことがなされている。その作業は、工具を機上から一旦取り外し、工具の正面を上に向けて行われるため、クランプ、アンクランプの作業を工具の側面から行う従来の回転切削工具よりも作業性が良くなる。

なお、部材挿入溝２１に設けるガイド面２５ａは、工具本体２の先端から遠ざかるにつれてねじれ角が大きくなる面であってもよい。ガイド面２５ａがそのような面であると、運動変換部２５による直進運動の回転運動への変換効率が、クランプ部材２３が部材挿入溝２１の奥に引き込まれるに従って増大し、切削インサート１０を押圧する力が増す。

工具本体に装着する切削インサートは、図９Ａ、図９Ｂに示すようなものも使用できる。

図９の切削インサート１０Ａは、１８０°の回転によるコーナチェンジによって対角位置の２コーナを使用する刃先交換式の切削インサートであって、すくい面となす上面１３と側面１４及び上面１３と端面１５との間の稜線で構成された切れ刃１１を有する。

例示の切削インサート１０Ａには、クランプ部材２３によって加圧される平坦部１６と縦長の係止用凹部１２を設けている。係止用凹部１２は、切削インサート１０Ａの１８０°の回転によって互いの位置が入れ替わるものを２個設けたが、その係止用凹部を切削インサート１０Ａの幅方向中央部に1個設けて切れ刃の２コーナ使用において共用することも可能である。

１ 回転切削工具
２ 工具本体
３ 支持座
４ 切屑ポケット
１０，１０Ａ 切削インサート
１１ 切れ刃
１２ 係止用凹部
１３ 上面
１４ 側面
１５ 端面
１６ 平坦部
２０ クランプ機構
２１ 部材挿入溝
２１ａ ポケット部
２２，２６ ねじ孔
２３ クランプ部材
２３ａ 被締付け部
２３ｂ 押圧部
２３ｃ 突出部
２３ｄ アーム
２３ｅ 突起
２４ 締付け具
２５ 運動変換部
２５ａ ガイド面
２５ｂ 摺動面
２７ アジャストスクリュー
Ｏ クランプ部材に設けたねじ孔の軸心
α クランプ部材に設けた摺動面の傾斜角
γ 切削インサートの先端側端面の傾斜角

Claims (7)

1. 工具本体と、その工具本体の先端外周の支持座に装着する切削インサートと、その切削インサートを工具本体に固定するクランプ機構を備える回転切削工具であって、
   前記クランプ機構が、クランプ部材と、このクランプ部材に工具軸方向の推進力を付与する締付け具と、前記クランプ部材の工具軸方向推進運動を回転運動に変換する運動変換部を具備し、
   前記クランプ部材が、前記締付け具に締付けられる被締付け部と、その被締付け部を支点にした回転によって前記切削インサートを前記支持座の座底面に向けて押えつける押圧部を有し、前記被締付け部が切削インサートよりも工具本体の中心側、かつ、工具本体の中心よりも径方向外側に配置された回転切削工具。
2. 前記工具本体の先端に部材挿入溝が設けられ、その部材挿入溝に前記クランプ部材が挿入され、クランプ部材の前記被締付け部を収納する前記部材挿入溝のポケット部が工具の端面視で前記支持座の工具径方向内側に入り込んでいる請求項１に記載の回転切削工具。
3. 前記締付け具が前記クランプ部材の被締付け部を工具軸方向に貫通し、この締付け具の回転によって前記クランプ部材が前記部材挿入溝に引き込まれ、前記クランプ部材の工具軸方向推進運動が前記運動変換部によって回転運動に変換されて前記クランプ部材に切削インサート押圧用の回転力が生じるように構成された請求項１又は請求項２に記載の回転切削工具。
4. 前記締付け具が、一端側と他端側に逆向きの雄ねじを形成したねじ部材であり、工具の先端側から回転操作可能となっている請求項３に記載の回転切削工具。
5. 前記クランプ部材の前記被締付け部の外周に突出部が設けられ、その突出部に摺動面が設けられ、工具本体の前記部材挿入溝には、工具本体の先端から遠ざかりながらねじれるガイド面が設けられ、このガイド面とそのガイド面に案内される前記摺動面によって前記運動変換部が構成されている請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の回転切削工具。
6. 前記クランプ部材の前記被締付け部の外周に前記突出部から切削インサート側に延びだすアームが設けられ、そのアームの先端に前記押圧部が設けられ、その押圧部の押圧面に突起が設けられ、前記切削インサートのすくい面にはそのすくい面の端部から工具軸方向に延びる縦長の係止用凹部が形成され、その係止用凹部と前記クランプ部材の押圧面の突起が凹凸嵌合している請求項５に記載の回転切削工具。
7. 前記ガイド面が、工具本体の先端から遠ざかるにつれてねじれ角が増大する面として構成された請求項５又は請求項６に記載の回転切削工具。

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