JP6933165B2

JP6933165B2 - 切削工具用カートリッジの調整機構および切削工具

Info

Publication number: JP6933165B2
Application number: JP2018044427A
Authority: JP
Inventors: 弘章林崎
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2021-09-08
Anticipated expiration: 2038-03-12
Also published as: JP2019155520A

Description

本発明は、例えば４サイクルエンジンのシリンダーヘッドにおけるバルブシートを仕上げ加工する切削工具に取り付けられるカートリッジの先端部に設けられた切刃の角度を微調整する切削工具用カートリッジの調整機構、およびこのような調整機構を備えた切削工具に関するものである。

このような切削工具として、例えば特許文献１には、軸線回りに回転される工具本体の先端部外周に、バルブシート（バルブ穴の開口部）を切削加工する切刃を備えたカートリッジが周方向に間隔をあけて複数（例えば３つ）取り付けられ、これら複数のカートリッジに備えられた切刃は、工具本体の後端側に向かうに従い外周側に向かうように軸線に対して傾斜しており、ただしその軸線に対する傾斜角度は互いに異なる大きさとされ、傾斜角度が小さいものから大きなものの順に工具本体の先端内周側から後端外周側に位置するとともに、軸線回りの回転軌跡が重なり合うように配設されたものが記載されている。従って、このような切削工具によって切削加工することにより、バルブシートには内周側から外周側に向かうに従い軸線に対する傾斜角度が大きくなる多段（例えば３段）のテーパ面が形成される。

特開２０１５−２１３９６８号公報

ところで、このようなバルブシートでは、上記テーパ面の傾斜角度が重要となり、特にバルブヘッドの裏面に当接する中段のテーパ面の傾斜角度がバルブヘッドの裏面の傾斜角度と正確に一致していないと、エンジンで発生した燃焼ガスの吹き抜けを生じるおそれがある。従って、このようなバルブシートを仕上げ加工する上記切削工具では、このようなテーパ面の傾斜角度を決定する切刃の軸線に対する上記傾斜角度が重要となる。

しかしながら、特許文献１には、カートリッジを介して切刃の軸線方向の位置を微調整する調整機構については記載されているものの、このような切刃の軸線に対する傾斜角度を微調整する調整機構については記載が無く、切刃が形成された切削インサートの成形精度やカートリッジの成形精度、取付精度によって正確な切刃の傾斜角度を確保せざるを得なかった。

本発明は、このような背景の下になされたもので、上述のような切削工具において切刃の軸線に対する傾斜角度を微調整することが可能な切削工具用カートリッジの調整機構、およびこのような調整機構を備えた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、本発明の切削工具用カートリッジの調整機構は、軸線回りに回転される工具本体の先端部外周に形成されたカートリッジ取付部に着脱可能に取り付けられて先端部に切刃が設けられたカートリッジの上記切刃の上記軸線に対する傾斜角度を微調整する切削工具用カートリッジの調整機構であって、上記カートリッジは、後端部に形成された取付孔に挿通された取付ボルトが上記カートリッジ取付部に開口するカートリッジ取付ネジ孔にねじ込まれることにより上記工具本体に取り付けられるとともに、上記取付孔よりも先端側の上記カートリッジの工具本体内周側を向く側面には工具回転方向から見て工具本体外周側に凹む溝部が形成され、さらにこの溝部よりも後端側の上記カートリッジの工具本体内周側を向く側面と工具回転方向を向く側面との交差稜線部には面取り部が形成され、上記カートリッジ取付部の工具本体外周側を向く壁面には、上記溝部に挿入されて突端部が該溝部の溝底に当接する突部が形成されるとともに、この突部よりも後端側の上記工具本体には、先端部が上記面取り部に当接する角度調整ネジが工具回転方向からねじ込まれることを特徴とする。

また、本発明の切削工具は、このような構成の切削工具用カートリッジの調整機構を備えて、軸線回りに回転される上記工具本体の先端部外周に形成された上記カートリッジ取付部に、先端部に上記切刃が設けられた上記カートリッジ着脱可能に取り付けられていることを特徴とする。

このように構成された調整機構および切削工具では、カートリッジを取付ボルトによって仮固定した状態で、角度調整ネジを工具回転方向からねじ込んでゆくと、この角度調整ネジの先端部が当接したカートリッジの溝部よりも後端側の面取り部が押圧されることにより、カートリッジは、工具回転方向から見て突部の突端が当接した溝部の溝底の位置を中心として後端部が工具本体外周側に向かうように回転する。

従って、これに伴い、カートリッジに設けられた切刃の工具本体の軸線に対する傾斜角度も微調整されるので、この傾斜角度が所定の角度となったところで、取付ボルトをさらにねじ込んでカートリッジを完全に固定することにより、バルブシート等のテーパ面を正確な傾斜角度で形成することが可能となる。

ここで、上記突部の突端部を工具回転方向から見て凸曲線状に形成されるとともに、上記溝部の溝底は工具回転方向から見て上記突端部がなす凸曲線よりも曲率半径の大きな凹曲線状に形成することにより、突部の突端部と溝部の溝底とは面当たりに近い当接状態となり、カートリッジを安定して回転させることができるとともに、突部の摩耗を抑えることができる。

また、上記面取り部は、上記交差稜線部における上記カートリッジの後端に形成することにより、カートリッジの回転の中心となる溝部の溝底から離れた位置で面取り部を押圧してカートリッジを回転させることができるので、より微妙な切刃の傾斜角度の調整を行うことができる。

さらに、上記角度調整ネジを上記カートリッジの工具回転方向を向く側面に垂直な方向にねじ込むとともに、この角度調整ネジの先端部を、該角度調整ネジの中心線に垂直な平面に対する傾斜角が上記カートリッジの工具回転方向を向く側面に対する上記面取り部の傾斜角と等しい凸円錐面状に形成することにより、角度調整ネジの先端部と面取り部も面当たりに近い当接状態となるので、安定した角度の微調整を行うことが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、切刃の工具本体の軸線に対する傾斜角度を微調整することができ、この切刃によって形成されるテーパ面を正確な傾斜角度で形成することが可能となる。

本発明の切削工具の一実施形態を示す一部破断平面図である。本発明の切削工具用カートリッジの調整機構の一実施形態を備えた図１に示す実施形態の先端部に取り付けられるヘッド部材の平面図である。図２に示すヘッド部材の正面図である。図２に示すヘッド部材の側面図である。図２における（ａ）ＸＸ断面図、（ｂ）ＹＹ断面図、（ｃ）ＺＺ断面図である。図２に示すヘッド部材の切削工具用カートリッジの調整機構が取り付けられていない状態を示す平面図である。図６に示すヘッド部材の一部破断正面図である。図６に示すヘッド部材の側面図である。本発明の切削工具用カートリッジの調整機構の一実施形態を示す平面図である。図９に示す実施形態の背面図である。図９に示す実施形態の正面図である。図９に示す実施形態の右側面図である。図９に示す実施形態の左側面図である。図９に示す実施形態において角度調整ネジをねじ込んで切刃の角度を調整した状態を示す平面図である。図９に示す実施形態において角度調整ネジをねじ込んで切刃の角度を調整した状態を示す背面図である。

図１は、本発明の切削工具の一実施形態を示すものであり、図２ないし図５は、本発明の切削工具用カートリッジの調整機構の一実施形態を備えた図１に示す実施形態の先端部に取り付けられるヘッド部材を示すものであり、図６ないし図８は、このヘッド部材の切削工具用カートリッジの調整機構が取り付けられていない状態を示すものであり、図６ないし図１２は、本発明の切削工具用カートリッジの調整機構の一実施形態を示すものである。

本実施形態の切削工具は、その工具本体１が鋼材等の金属材料により軸線Ｏを中心とした外形が多段の略円柱状に形成されており、この工具本体１の後端部は工作機械の主軸に取り付けられるシャンク部２とされるとともに、先端部中央には軸線Ｏを中心とする小径の円筒壁状の装着部３が形成されている。

この装着部３の内周部には超硬合金等の硬質材料よりなるリーマ４が挿入されるとともに、装着部３の外周部には本発明の切削工具用カートリッジの調整機構の一実施形態を備えた鋼材等からなる円筒状のヘッド部材５の内周部が嵌め入れられる。これらリーマ４とヘッド部材５は、装着部３の円筒壁内に形成された図示されない油圧室内の作動油を加圧して該油圧室を膨らませ、装着部３の内周面を縮径させるとともに外周面を拡径させることにより、軸線Ｏと同軸にチャッキングされて工具本体１に装着される。

このような切削工具は、上記工作機械によって軸線Ｏ回りに工具回転方向Ｔに回転されつつ該軸線Ｏ方向先端側に送り出され、上記リーマ４によってシリンダーヘッドのバルブステムガイド穴等の内周面を軸線Ｏを中心に所定の内径に仕上げ加工するとともに、上記ヘッド部材５にカートリッジ６に着脱可能に取り付けられた切削インサート７の切刃７ａにより、このバルブステムガイド穴の開口部に配設されるバルブシート等の内周面に軸線Ｏを中心としてバルブステムガイド穴側に向かうに従い縮径するテーパ面をバルブステムガイド穴と同軸に形成して仕上げ加工する。

円筒状のヘッド部材５は、図２、図４、図６、および図８に示すように先端面と外周面との交差稜線部が面取りされるとともに、後端部には工具本体１の装着部３の周りの先端面に形成された図示されないキーが嵌まり込むキー溝５ａが形成されている。また、ヘッド部材５の先端外周部は軸線Ｏに垂直な断面においてＬ字状に切り欠かれており、この切り欠かれた部分の工具回転方向Ｔ側はチップポケット５ｂとされるとともに、工具回転方向Ｔとは反対側はカートリッジ取付部８とされる。

このカートリッジ取付部８の工具回転方向Ｔを向く底面８ａには、図６ないし図８に示すようにヘッド部材５の後端側に大径の主カートリッジ取付ネジ孔（カートリッジ取付ネジ孔）８ｂが、また先端側には主カートリッジ取付ネジ孔８ｂよりも小径の副カートリッジ取付ネジ孔８ｃが、いずれも底面８ａに垂直に形成されている。

また、ヘッド部材５の後端部には、カートリッジ取付部８の後端部に連通するとともにヘッド部材５の外周に開口する凹所５ｃが形成されており、この凹所５ｃの底面からヘッド部材５の後端面にかけては軸方向調整ネジ孔５ｄが軸線Ｏに平行に形成されていて、この軸方向調整ネジ孔５ｄには軸方向調整ネジ９が頭部９ａを凹所５ｃ内に位置させてねじ込まれている。

さらに、チップポケット５ｂの後端側の部分は、ヘッド部材５の外周側に突出してカートリッジ取付部８の底面８ａの上に張り出すように形成されており、この突出した部分には底面８ａに垂直にヘッド部材５の外周側から角度調整ネジ孔５ｅが形成されてヘッド部材５の後端内周側の底面８ａの上に開口している。さらにまた、ヘッド部材５の外周側を向くカートリッジ取付部８の壁面８ｄには、底面８ａと間隔をあけるとともに副カートリッジ取付ネジ孔８ｃよりも先端側に突部８ｅ形成されており、この突部８ｅは本実施形態では工具回転方向Ｔ側から見て図６に示すように突端部が半円弧等の凸曲線状に形成されている。

このカートリッジ取付部８に取り付けられるカートリッジ６は、鋼材等により形成されて図９ないし図１５に示すように軸線Ｏ方向に延びる概略直方体形で軸線Ｏに垂直な断面が方形のブロック状をなしている。このカートリッジ６の後端部には、図５（ｂ）に示すように主カートリッジ取付ネジ孔８ｂにねじ込まれる取付ボルト１０が挿通される大径の主取付孔（取付孔）６ａがカートリッジ６の工具回転方向Ｔを向く側面（上面）から反対側の側面（下面）に貫通するように形成されている。

また、カートリッジ６の上記上面の先端部には切削インサート７が取り付けられる凹状のインサート取付座６ｂが形成されている。さらに、このインサート取付座６ｂの工具回転方向Ｔを向く底面から上記下面にかけては、図５（ａ）に示すように副カートリッジ取付ネジ孔８ｃにねじ込まれる取付ネジ１１が挿通される副取付孔６ｃが貫通するように形成されている。

このようなカートリッジ６は、上述のように上面を工具回転方向Ｔに向けるとともに上面とは反対側の下面をカートリッジ取付部８の底面８ａに密着させ、主取付孔６ａに挿通された取付ボルト１０と副取付孔６ｃに挿通された取付ネジ１１とが主カートリッジ取付ネジ孔８ｂと副カートリッジ取付ネジ孔８ｃとにそれぞれねじ込まれることにより、カートリッジ取付部８に取り付けられる。従って、カートリッジ６の上記上面はカートリッジ取付部８の底面８ａと平行となる。

そして、この取付状態においてカートリッジ取付部８の外周側を向く上記壁面８ｄに対向する工具本体１の内周側を向くカートリッジ６の側面には、上記突部８ｅの突端部が収容されて当接する溝部６ｄが形成されている。本実施形態では、この溝部６ｄはインサート取付座６ｂの内周側に形成されて、工具回転方向Ｔから見て溝部６ｄの溝底は突部８ｅの突端部がなす凸曲線よりも曲率半径の大きな凹曲線状に形成され、軸線Ｏ方向において突部８ｅの幅よりも幅広とされている。

また、この溝部６ｄよりも後端側において、工具本体１の内周側を向くカートリッジ６の上記側面と工具回転方向Ｔを向く上面との交差稜線部には、面取り部６ｅが形成されている。この面取り部６ｅは、例えば工具本体１の内周側を向くカートリッジ６の上記側面と工具回転方向Ｔを向く上記上面との交差角が互いに等しくなるように形成されたものであって、本実施形態では、上記交差稜線部におけるカートリッジ６の後端に形成されている。

そして、この角度調整ネジ孔５ｅには、先端部が上記面取り部６ｅに当接する本実施形態の調整機構における角度調整ネジ１２が工具回転方向Ｔからねじ込まれている。なお、この角度調整ネジの先端部は、該角度調整ネジ１２の中心線に垂直な平面に対する傾斜角が上記カートリッジ６の工具回転方向Ｔを向く側面（上面）に対する面取り部６ｅの傾斜角と等しい凸円錐面状に形成されている。

また、このカートリッジ６の上記インサート取付座６ｂに着脱可能に取り付けられる切削インサート７は、本実施形態では正三角形板状のポジティブタイプのものであって、工具回転方向Ｔに向けられてすくい面とされる上面側はＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）とされるとともにインサート取付座６ｂの底面に密着する下面側は超硬合金とされた層状焼結体により形成されている。このうち上面がなす正三角形の３つの辺に上記切刃７ａが形成されている。

このような切削インサート７は、図１に示すようにすくい面に対向する平面視において１つの切刃７ａを工具本体１の後端側に向かうに従い外周側に向かうように傾斜させてインサート取付座６ｂに着座させられる。そして、図５（ｂ）に示したようにインサート取付座６ｂの後端側に配設されてインサート取付座６ｂ上に延びるクランプ駒１３に挿通されたクランプネジ１３ａがカートリッジ６にねじ込まれることにより、このクランプ駒１３によって上面が押圧されてインサート取付座６ｂに固定される。

このように構成された切削工具用カートリッジ６の調整機構および切削工具において、カートリッジ６および切削インサート７を工具本体１のヘッド部材５に取り付け、さらに切削インサート７の切刃７ａの角度調整を行うには、まず上述のようにリーマ４とともにチャッキングされたヘッド部材５のカートリッジ取付部８に切削インサート７が取り付けられていないカートリッジ６を着座させ、突部８ｅの突端部に溝部６ｄの溝底を当接させるとともに、取付ボルト１０と取付ネジ１１を主カートリッジ取付ネジ孔８ｂと副カートリッジ取付ネジ孔８ｃにそれぞれ緩くねじ込んでカートリッジ６が微動可能なように仮固定する。

次いで、切削インサート７をインサート取付座６ｂに着座させ、上記クランプ駒１３によって固定する。このときの切削インサート７の上記１つの切刃７ａが平面視において軸線Ｏに対してなす傾斜角度は、仕上げ加工するテーパ面を形成する所定の傾斜角度の許容範囲の下限値とされる。

次に、図１４および図１５に示すように角度調整ネジ１２をねじ込んで、カートリッジ６の上記面取り部６ｅに当接した先端部により該面取り部６ｅを押圧する。すると、カートリッジ６は、工具回転方向Ｔから見て突部８ｅの突端部がカートリッジ６の溝部６ｄの溝底と当接しているので、この当接した位置を中心としてカートリッジ６の後端部が工具本体１の外周側に向かうように角度θで回転し、これに伴い切削インサート７の上記１つの切刃７ａの平面視における軸線Ｏに対する傾斜角度が大きくなる。

そこで、この傾斜角度が仕上げ加工するテーパ面を形成する所定の傾斜角度に微調整されたところで角度調整ネジ１２のねじ込みを止め、次いで軸方向調整ネジ９を回転させて頭部９ａによってカートリッジ６を先端側に押圧してカートリッジ６を工具本体１の先端側に移動させることにより、上記１つの切刃７ａの軸線Ｏ方向の位置を所定の位置になるように微調整する。こうして１つの切刃７ａの傾斜角度と軸線Ｏ方向の位置が微調整されたなら、取付ボルト１０を完全にねじ込んでカートリッジ６をカートリッジ取付部８に固定する。

このように、上記構成の切削工具用カートリッジ６の調整機構および該調整機構を備えた切削工具では、工具本体１の軸線Ｏに対する切刃７ａの傾斜角度を、仕上げ加工するテーパ面に従った傾斜角度に正確に微調整することができる。このため、上記テーパ面が４サイクルエンジンのシリンダーヘッドにおけるバルブシートに形成されるものである場合に、確実にバルブヘッドに密着させることが可能となり、燃焼ガスの吹き抜けが生じるのを防止することができる。

また、本実施形態では、突部８ｅの突端部が工具回転方向Ｔから見て凸曲線状に形成されるとともに、溝部６ｄの溝底は工具回転方向から見て上記突端部がなす凸曲線よりも曲率半径の大きな凹曲線状に形成されており、これによって突部８ｅの突端部と溝部６ｄの溝底とを面当たりに近い状態で当接させることができる。このため、カートリッジ６を安定して回転させることができるとともに、微調整を繰り返しても突部８ｅの摩耗を抑えることが可能となる。

さらに、本実施形態では、上記面取り部６ｅがカートリッジ６の工具回転方向Ｔを向く側面（上面）と工具本体１の内周側を向く側面との交差稜線部の後端に形成されており、角度調整ネジ１２は、カートリッジ６の回転の中心となる溝部６ｄの溝底から離れた位置で面取り部６ｅを押圧してカートリッジ６を回転させることになる。従って、角度調整ネジ１２のねじ込み量に対するカートリッジ６の回転量を小さくすることができて、より微妙な切刃７ａの傾斜角度の調整を行うことが可能となる。

さらにまた、本実施形態では、上記角度調整ネジ１２がカートリッジ６の工具回転方向Ｔを向く側面（上面）に垂直な方向にねじ込まれるとともに、この角度調整ネジ１２の先端部は、該角度調整ネジ１２の中心線に垂直な平面に対する傾斜角がカートリッジ６の工具回転方向Ｔを向く側面（上面）に対する面取り部６ｅの傾斜角と等しい凸円錐面状に形成されている。このため、角度調整ネジ１２の先端部と面取り部６ｅも面当たりに近い状態で当接するので、一層安定した角度の微調整を行うことが可能となる。

なお、本実施形態の切削工具では、バルブシートにテーパ面を形成する場合に、上記１つの切刃７ａによって仕上げ加工されるテーパ面の内周側と外周側のテーパ面を形成する切刃は備えられていないが、上記１つの切刃７ａを設けたカートリッジ６と周方向に間隔をあけてヘッド部材５にこれらの切刃を備えてもよく、またこれら内周側と外周側のテーパ面を形成する切刃は、別の切削工具に備えて２工程でバルブシートを仕上げ加工するようにしてもよい。

１工具本体
３装着部
４リーマ
５ヘッド部材
５ｅ角度調整ネジ孔
６カートリッジ主
６ａ取付孔（主取付孔）
６ｂインサート取付座
６ｄ溝部
６ｅ面取り部
７切削インサート
７ａ切刃
８カートリッジ取付部
８ｂ主カートリッジ取付ネジ孔（カートリッジ取付ネジ孔）
８e 突部
９軸方向調整ネジ
１０取付ボルト
１２角度調整ネジ
Ｏ工具本体１の軸線
Ｔ工具回転方向

Claims

軸線回りに回転される工具本体の先端部外周に形成されたカートリッジ取付部に着脱可能に取り付けられて先端部に切刃が設けられたカートリッジの上記切刃の上記軸線に対する傾斜角度を微調整する切削工具用カートリッジの調整機構であって、
上記カートリッジは、後端部に形成された取付孔に挿通された取付ボルトが上記カートリッジ取付部に開口するカートリッジ取付ネジ孔にねじ込まれることにより上記工具本体に取り付けられるとともに、上記取付孔よりも先端側の上記カートリッジの工具本体内周側を向く側面には工具回転方向から見て工具本体外周側に凹む溝部が形成され、さらにこの溝部よりも後端側の上記カートリッジの工具本体内周側を向く側面と工具回転方向を向く側面との交差稜線部には面取り部が形成され、
上記カートリッジ取付部の工具本体外周側を向く壁面には、上記溝部に挿入されて突端部が該溝部の溝底に当接する突部が形成されるとともに、この突部よりも後端側の上記工具本体には、先端部が上記面取り部に当接する角度調整ネジが工具回転方向からねじ込まれることを特徴とする切削工具用カートリッジの調整機構。
上記突部の突端部は工具回転方向から見て凸曲線状に形成されるとともに、上記溝部の溝底は工具回転方向から見て上記突端部がなす凸曲線よりも曲率半径の大きな凹曲線状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の切削工具用カートリッジの調整機構。
上記面取り部は、上記交差稜線部における上記カートリッジの後端に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の切削工具用カートリッジの調整機構。
上記角度調整ネジは上記カートリッジの工具回転方向を向く側面に垂直な方向にねじ込まれ、
この角度調整ネジの先端部は、該角度調整ネジの中心線に垂直な平面に対する傾斜角が上記カートリッジの工具回転方向を向く側面に対する上記面取り部の傾斜角と等しい凸円錐面状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の切削工具用カートリッジの調整機構。
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の切削工具用カートリッジの調整機構を備えて、
軸線回りに回転される上記工具本体の先端部外周に形成された上記カートリッジ取付部に、先端部に上記切刃が設けられた上記カートリッジが着脱可能に取り付けられていることを特徴とする切削工具。