JP6703879B2 - 切屑吸引式切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、軸線回りに回転される工具本体の外周側に、この工具本体の外周部を覆うカバーを備えたケーシングが配設された切屑吸引式切削工具に関するものである。

このような切屑吸引式切削工具として、例えば特許文献１には、外周部に切屑排出溝が螺旋状に形成された工具本体の外周をカバーで覆うとともに、工具本体内には切屑排出溝に連通する気体吐出通路を形成し、工具本体先端部の切刃によって生成されて切屑排出溝に誘導された切屑を、基体吐出通路から吐出した気体によって工具本体の後端側に搬送して排出するようにしたものが提案されている。

また、特許文献２にも、このような切屑吸引式切削工具として、工具本体の切屑排出溝が形成された外周部を筒状の工具ホルダによって覆うとともに、この工具ホルダの中間部外周に設けたフランジ部に形成された吸引孔を、吸引ダクト部材を介して吸引装置に接続し、切刃によって生成された切屑を切屑排出溝から吸引孔、吸引ダクト部材を通して吸引するようにしたものが提案されている。

特許第４５５２６０２号公報 特開２００２−２８３１７６号公報

しかしながら、これら特許文献１、２に記載された切屑吸引式切削工具では、カバーや筒状の工具ホルダが工具本体に取り付けられて一体に回転するように構成されており、特許文献１に記載された切屑吸引式切削工具のように切屑排出溝が螺旋状に形成されたものであっても、切屑排出溝内での気体の流れはこの螺旋に沿ったものだけであり、工具本体の回転による切屑の吸引排出効果は限定的なものとならざるを得ない。

本発明は、このような背景の下になされたもので、軸線回りの工具本体の回転によって切屑を確実に吸引して効率的に排出することが可能な切屑吸引式切削工具を提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、軸線回りに回転される円柱状の工具本体の外周部に、この工具本体の先端面に開口して後端側に向かうに従い工具回転方向とは反対側に向かうように捩れる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝の工具回転方向を向く壁面の先端には切刃が配設されるとともに、上記工具本体の外周側には、上記切屑排出溝の後端部に連通する切屑排出室が形成されたダクトと、このダクトから上記切刃の後端部まで延びて上記工具本体の外周部を覆う上記軸線を中心とした円筒状のカバーとを備えたケーシングが、上記工具本体に対して上記軸線回りに相対的に回転可能に配設されており、上記カバーの外径は、上記切刃の外周端が上記軸線回りになす円の直径よりも小さいことを特徴とする。

このように構成された切屑吸引式切削工具によって切削加工を行う場合には、工具本体は工作機械の主軸に把持されて回転させられ、ケーシングは工具本体の回転を許容するように工作機械の機上で固定される。そして、こうして工具本体が回転すると、切屑排出溝内には、切屑排出溝の捩れによる工具本体後端側への気体（空気）の流れとともに、遠心力によって切屑排出溝内の気体が外周側に押し出されることにより、固定されたケーシングのカバー内周面と接触することによる摩擦に伴う旋回流が形成される。

そして、この旋回流も切屑排出溝の捩れに沿って工具本体の後端側に向かうので、切屑排出溝内の切屑を効率的にケーシングのダクト内に排出することが可能となる。また、こうして切屑とともに切屑排出溝内の気体が排出されると切屑排出溝内は負圧となるので、切刃によって生成された切屑を工具本体先端の切屑排出溝の開口部から確実かつ連続的に吸引することが可能となる。

また、上記切屑排出溝を、上記工具本体の先端側における捩れ角が後端側における捩れ角よりも大きくなるように形成することにより、先端側では強い捩れによって切屑を後端側に押し出しつつ、後端側では切屑排出溝の長さを短くして一層効率的な排出を図ることができる。しかも、工具本体の後端側で切屑排出溝の捩れ角が小さいことにより、切屑排出溝によって工具本体が切り欠かれる部分を小さくすることもでき、高い工具剛性を確保することもできる。

さらに、本発明では、上記カバーの外径を、上記切刃の外周端が上記軸線回りになす円の直径よりも小さくしているので、例えば被削材に凹所を彫り込むような加工を行う場合でも、切刃によって形成された凹所の壁面にカバーが干渉するのを避けることができる。なお、上記切屑排出溝の工具回転方向とは反対側を向く壁面の先端部に、上記切刃と間隔をあけてガイド部材を配設すれば、切屑排出溝の先端開口部を狭めることができるので、吸引力を高めてさらに効率的な切屑吸引を促すことができる。

以上説明したように、本発明によれば、切屑排出溝内に形成される旋回流により、切刃によって生成された切屑を確実に切屑排出溝に吸引して効率的に排出することが可能となる。

本発明の一実施形態を示す外観側面図である。 図１におけるＺＺ部分断面図である。 図１に示す実施形態の底面図である。 図１に示す実施形態の分解斜視図である。 図１に示す実施形態の工具本体の先端部におけるカッタの斜視図である。 図５に示すカッタの側面図である。 図５に示すカッタの底面図である。 図５に示すカッタの分解斜視図である。 図５に示すカッタの変形例の斜視図である。 図１に示す実施形態の工具本体の後端部におけるアーバ部材の斜視図である。

図１ないし図１０は、本発明の一実施形態を示すものである。本実施形態において工具本体１は、鋼材等の金属材料により軸線Ｏを中心とした概略多段円柱状に形成され、先端部（図１および図２において下側部分）のカッタ２と後端部（図１および図２において上側部分）のアーバ部材３とから構成されている。このような工具本体１は、アーバ部材３後端部のシャンク部３ａが工作機械の主軸に把持されて軸線Ｏ回りに工具回転方向Ｔに回転されつつ、通常は軸線Ｏに垂直な方向に送り出され、カッタ２の先端に設けられた切刃４によって被削材に切削加工を行う。

アーバ部材３には、その後端部から先端部に向けて順に、上記シャンク部３ａ、フランジ部３ｂ、軸受け取付部３ｃ、雄ネジ部３ｄ、および溝付き軸部３ｅとが同軸に一体形成されている。シャンク部３ａは本実施形態ではテーパシャンクであり、フランジ部３ｂはアーバ部材３において最も大径であって工作機械のＡＴＣ（自動工具交換装置）に把持される環状溝を有している。軸受け取付部３ｃは円柱状であり、この軸受け取付部３ｃよりも雄ネジ部３ｄは僅かに小径で、溝付き軸部３ｅは雄ネジ部３ｄよりもさらに僅かに小径で軸線Ｏ方向の長さがアーバ部材３において最も長い円柱状である。

さらに、この溝付き軸部３ｅの外周部には、その先端面に開口して後端側に向かうに従い工具回転方向Ｔとは反対側に向かうように軸線Ｏ回りに捩れるアーバ側切屑排出溝５ａが形成されている。このアーバ側切屑排出溝５ａは、軸線Ｏに垂直な断面において円弧状をなしており、その捩れ角が溝付き軸部３ｅの先端で最も大きく、後端側に向かうに従い漸次小さくなるように形成され、溝付き軸部３ｅの後端部では軸線Ｏに略平行に延びて雄ネジ部３ｄの手前で外周側に切れ上がっている。本実施形態では、このようなアーバ側切屑排出溝５ａが周方向に複数条（３条）形成されている。

また、溝付き軸部３ｅの先端面には、軸線Ｏを中心とした円筒状の取付部３ｆが形成されており、この取付部３ｆの内周部には雌ネジ部が形成されている。さらに、取付部３ｆの後端部外周から溝付き軸部３ｅの外周面にかけては、溝付き軸部３ｅの先端面から突出するキー３ｇが、アーバ側切屑排出溝５ａの開口部を避けるようにして軸線Ｏに対する直径方向に延びるように植設されている。

カッタ２は、先端部の外径がアーバ部材３の溝付き軸部３ｅより僅かに大きく、これよりも後端側は溝付き軸部３ｅと等しい外径の円筒状に形成され、その内周部は後端側に向けて一段縮径した後に拡径する段付き穴状に形成されるとともに、カッタ２の後端面には上記キー３ｇと嵌合可能なキー溝２ａが、やはり軸線Ｏに対する直径方向に延びるように形成されている。このようなカッタ２は、その内周部の後端面側の拡径した部分をアーバ部材３先端の上記取付部３ｆに嵌合させるとともに、キー溝２ａをキー３ｇに嵌合させ、図４に示すように内周部に先端側から挿入されるカッタクランプネジ６が取付部３ｆ内周の雌ネジ部にねじ込まれることによりアーバ部材３の先端に着脱可能に取り付けられる。

また、カッタ２の外周部には、アーバ側切屑排出溝５ａの先端における捩れ角と等しい捩れ角で後端側に向かうに従い工具回転方向Ｔとは反対側に捩れるカッタ側切屑排出溝５ｂが、アーバ側切屑排出溝５ａと同数条周方向に等間隔に形成されている。このカッタ側切屑排出溝５ｂは、カッタ２の後端側において、その軸線Ｏに直交する断面もアーバ側切屑排出溝５ａの断面と等しい大きさの円弧状に形成され、カッタ２が上述のようにアーバ部材３の先端に取り付けられた状態でアーバ側切屑排出溝５ａと位相が一致して連通し、工具本体１における切屑排出溝５を形成する。この切屑排出溝５は、カッタ側切屑排出溝５ｂも含めて、先端側の捩れ角が後端側よりも大きくなるように形成されている。

さらに、カッタ２の先端側においては、カッタ側切屑排出溝５ｂがＬ字状に切り欠かれており、その工具回転方向Ｔを向く壁面にはインサート取付座２ｂが形成されている。このインサート取付座２ｂには、カッタ２やアーバ部材３よりも高硬度の超硬合金等からなる略三角形板状の切削インサート４ａが、そのすくい面４ｂを工具回転方向Ｔに向けてインサートクランプネジ７ａおよびクランプ駒７ｂにより着脱可能に取り付けられており、本実施形態における上記切刃４は、カッタ２の先端外周部に突出したこの切削インサート４ａのすくい面４ｂの辺稜部に形成されている。従って、この切刃４の直径、すなわち切刃４の外周端が軸線Ｏ回りになす円の直径は、カッタ２の後端側部分やアーバ部材３の溝付き軸部３ｅの直径よりも大きい。

また、カッタ側切屑排出溝５ｂの工具回転方向Ｔとは反対側を向く壁面の先端部には、ネジ孔２ｃとキー溝２ｄとを有するガイド取付座２ｅが形成されており、このガイド取付座２ｅにはガイド部材８が配設されている。ガイド部材８は、本実施形態では鋼材等によりＬ字の円弧板状に形成されて、上記キー溝２ｄに嵌合可能なキー８ａと、キー８ａをキー溝２ｄに嵌合した状態でネジ孔２ｃに連通する取付孔８ｂとを有しており、この嵌合状態で図８に示すように取付孔８ｂに挿通したガイドクランプネジ９をネジ孔２ｃにねじ込むことにより、ガイド取付座２ｅに着脱可能に取り付けられる。

こうしてガイド取付座２ｅに取り付けられた状態で、ガイド部材８は、円弧板状部分をカッタ２の先端側に向けて、図７に示すようにその外周縁がカッタ２の先端部の外周縁と一致した円弧をなすように形成され、さらにガイド部材８の工具回転方向Ｔとは反対側を向く端縁８ｃは、切削インサート４ａの上記切刃４と周方向に僅かな間隔をあけて配置される。なお、この間隔を大きくする場合には、図９に示す変形例のように円弧板状部分の外周縁を除いてカッタ２の先端側に向けられた部分を開口したガイド部材８を用いてもよい。

一方、アーバ部材３の上記軸受け取付部３ｃには、先端側から軸受け部材１０が嵌挿されて雄ネジ部３ｄにねじ込まれるナット１１により取り付けられている。本実施形態における軸受け部材１０は、内環１０ａと外環１０ｂとの間に複数の球体１０ｃが転動自在に介装されたボール軸受けであって、このような軸受け部材１０が２つ軸線Ｏ方向に重ねられて内環１０ａが上記ナット１１によって軸受け取付部３ｃに固定されることにより取り付けられており、外環１０ｂは内環１０ａおよび工具本体１に対して軸線Ｏ回りに回転自在である。

そして、工具本体１の外周側に位置するこの軸受け部材１０の外環１０ｂには、アーバ部材３のアーバ側切屑排出溝５ａの後端部に連通する切屑排出室１２ａが形成されたダクト１２ｂと、このダクト１２ｂからカッタ２の先端における上記切刃４の後端部まで延びてアーバ部材３の溝付き軸部３ｅとカッタ２の切刃４よりも後端側部分の外周部を覆う軸線Ｏを中心とした円筒状のカバー１２ｃとを備えたケーシング１２が取り付けられている。従って、このケーシング１２は、工具本体１に対しては、外環１０ｂとともに軸線Ｏ回りに相対的に回転可能に配設される。

本実施形態のケーシング１２は、図１ないし図４に示すように外形が多段の略円筒状に形成されており、図２に示すようにダクト１２ｂの後端部内周には軸受け部材１０の外環１０ｂが嵌挿される段付き孔部が形成されていて、この段付き孔部に２つの軸受け部材１０の外環１０ｂを収容した状態で、同じく外環１０ｂが嵌挿される段付き孔部が形成された蓋体１２ｄが後端側からケーシングクランプネジ１２ｅによってダクト１２ｂに取り付けられることにより、外環１０ｂを軸線Ｏ方向に挟み込んだ状態でケーシング１２は軸受け部材１０の外環１０ｂに固定される。ダクト１２ｂおよび蓋体１２ｄとアーバ部材３、軸受け部材１０の内環１０ａおよびナット１１との間には軸線Ｏに対する径方向に間隔があけられている。

また、切屑排出室１２ａは、本実施形態では軸線Ｏ方向においてナット１１の先端面から溝付き軸部３ｅ後端部の切屑排出溝５が切れ上がる部分の手前までに延在する、ダクト１２ｂの内周にコ字状に開口した環状の空間として形成されている。なお、ダクト１２ｂの先端外周部には円筒状の切屑排出管１２ｆが軸線Ｏに直交する方向に延びるように形成されていて、その内周部が切屑排出室１２ａに連通している。さらに、円筒状のカバー１２ｃは、その内径が、互いに等しいアーバ部材３の溝付き軸部３ｅとカッタ２の切刃４よりも後端側部分の外径よりも僅かに大きく、外径は上記切刃４の直径よりも僅かに小さく形成されていて、やはりその内周部が切屑排出室１２ａに連通している。

このような切屑吸引式切削工具は、上述のようにアーバ部材３のシャンク部３ａが工作機械の主軸に把持されて取り付けられるとともに、ケーシング１２の切屑排出管１２ｆには吸引装置の吸引管が接続されて、ケーシング１２が工作機械の機上に固定される。そして、吸引装置により切屑排出管１２ｆおよび切屑排出室１２ａを介してカバー１２ｃ内の気体（空気）を吸引しながら、工具本体１を回転させつつ送りを与えて切削を行うと、切刃４によって生成された切屑は切屑排出溝５内を通って切屑排出室１２ａに排出され、さらに切屑排出管１２ｆから吸引装置に吸引される。

このとき、上記構成の切屑吸引式切削工具では、切屑排出溝５が後端側に向かうに従い工具回転方向Ｔとは反対側に捩れているので、吸引装置による吸引に加えて切屑排出溝５内には先端から後端側に向かう気体の流れが生じる。さらに、これと併せて、回転する工具本体１の切屑排出溝５内の気体には外周側に向けて遠心力が作用するが、この工具本体１に対してケーシング１２は工具本体１の回転を許容するように機上に固定されているので、工具本体１の外周側における切屑排出溝５の開口部で気体がカバー１２ｃの内周面に接触することと、切屑排出溝５自体の内周面に接触することとにより、切屑排出溝５内の気体は軸線Ｏに垂直な断面において切屑排出溝５内で回転するような旋回流を形成する。

そして、この旋回流も切屑排出溝５の捩れに沿って工具本体１の後端側に向かうので、上記構成の切屑吸引式切削工具によれば、切刃４によって生成されて切屑排出溝５内に導入された切屑を、この旋回流に乗せて効率的にケーシング１２の後端側のダクト１２ｂ内における切屑排出室１２ａに排出し、さらに切屑排出管１２ｆから吸引装置に吸引して処理することができる。その一方で、こうして切屑排出溝５内の気体が切屑とともに排出されることによって切屑排出溝５内は負圧となるので、切刃４によって新たに生成された切屑を工具本体１先端の切屑排出溝５開口部から確実に吸引して連続的に後端側に排出することができる。

また、本実施形態では、切屑排出溝５の捩れ角が工具本体１の先端側で後端側よりも大きくなるように形成されており、先端側では強い切屑排出溝５の捩れによって切屑を気体とともに後端側に確実に押し出して新たな切屑を確実に吸引することができるとともに、後端側では切屑排出溝５の長さを短く抑えてより効率的な切屑排出を図ることができる。しかも、このように工具本体１の後端側で切屑排出溝５が短いことにより、切屑排出溝５によって工具本体１の肉厚が切り欠かれる部分を小さくすることができ、撓みが生じ易い工具本体１の溝付き軸部３ｅ後端部の剛性を確保することができるので、本実施形態によれば高精度の切削加工を行うことも可能となる。

さらに、本実施形態では、工具本体１の溝付き軸部３ｅとカッタ２の後端部を覆うケーシング１２のカバー１２ｃの外径が、カッタ２の先端部の切刃４の直径よりも小さく形成されているので、この切刃４によって被削材に凹所を彫り込むランピング加工を行うような場合でも、彫り込まれた凹所の壁面にカバーが干渉するのを避けることができる。しかも、上述のように工具本体１の剛性を確保することができて溝付き軸部３ｅに撓みが生じるのを抑えることができるので、撓んだ溝付き軸部３ｅに押し出されてカバー１２ｃが凹所壁面に接触するようなこともない。

さらにまた、本実施形態では、切屑排出溝５を工具回転方向Ｔとは反対側を向く壁面の切刃４と対向する先端部に、この切刃４と間隔をあけてガイド部材８が配設されており、このガイド部材８によって切屑排出溝５の先端側の開口部を狭めることができるので、この開口部から吸引される切屑の吸引力を高めることができ、さらに効率的な切屑吸引を行うことができる。また、このガイド部材８は切刃４と同じくケーシング１２のカバー１２ｃよりも先端側に位置することになるので、図９に示した変形例のようなガイド部材８に交換して吸引力を調整する場合でも、交換作業が容易である。

これと同様に、本実施形態では工具本体１も、工作機械に取り付けられるアーバ部材３の溝付き軸部３ｅ先端部に、切刃４が設けられたカッタ２が着脱可能に取り付けられた構成とされている。そして、このカッタ２の着脱も、先端側からねじ込まれたカッタクランプネジ６によるものであるので、カッタ２を交換するような場合でもケーシング１２を取り外したりする必要はなく、容易に交換が可能である。そして、例えば用途や形状が異なる切刃４を備えたカッタ２に交換することもできるので、切削加工のバリエーションを広げることができる。

１ 工具本体
２ カッタ
３ アーバ部材
３ｅ 溝付き軸部
４ 切刃
４ａ 切削インサート
５ 切屑排出溝
５ａ アーバ側切屑排出溝
５ｂ カッタ側切屑排出溝
６ カッタクランプネジ
８ ガイド部材
１０ 軸受け部材
１１ ナット
１２ ケーシング
１２ａ 切屑排出室
１２ｂ ダクト
１２ｃ カバー
Ｏ 工具本体１の軸線
Ｔ 工具回転方向

Claims (3)

1. 軸線回りに回転される円柱状の工具本体の外周部に、この工具本体の先端面に開口して後端側に向かうに従い工具回転方向とは反対側に向かうように捩れる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝の工具回転方向を向く壁面の先端には切刃が配設されるとともに、
   上記工具本体の外周側には、上記切屑排出溝の後端部に連通する切屑排出室が形成されたダクトと、このダクトから上記切刃の後端部まで延びて上記工具本体の外周部を覆う上記軸線を中心とした円筒状のカバーとを備えたケーシングが、上記工具本体に対して上記軸線回りに相対的に回転可能に配設されており、
   上記カバーの外径は、上記切刃の外周端が上記軸線回りになす円の直径よりも小さいことを特徴とする切屑吸引式切削工具。
2. 上記切屑排出溝は、上記工具本体の先端側における捩れ角が後端側における捩れ角よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の切屑吸引式切削工具。
3. 上記切屑排出溝の工具回転方向とは反対側を向く壁面の先端部には、上記切刃と間隔をあけてガイド部材が配設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の切屑吸引式切削工具。

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