JP7015832B2 - 加工工具 - Google Patents

Description

本発明は、中心軸を中心に回転可能であり、中心軸の方向に伸びる本体と、本体に固定された少なくとも１つの切削要素と、中心軸の外側で本体に沿って延在し、中心軸が通る、本体のコアによって内側に区画された少なくとも１つの切屑除去チャネルとを備える、回転切削動作用工作機械における使用のための、特には、ソリッドドリリング工具、リボーリング工具、カウンターボーリング工具、またはリーマー工具である、加工工具に関する。

従来の加工工具、例えば、ソリッドドリル工具、リボーリング工具、カウンターボーリング工具、またはリーマー工具においては、切屑溝は径方向外側に開いている。遠心力の結果として、切屑は孔壁に対して投げ飛ばされ、この壁を損傷し、および／または部品における凹部内に残留し得る。さらに、本体の安定性が、開いた切屑用スペースによって低下する。基本的には、閉鎖され、さらにねじられた切屑用スペースはミーリングによって作ることは可能でない。必要であれば、非常に短い工具を実現できるかもしれないが、その外形は、利用可能な加工工具に応じて変わってくる。より長い工具はドリリングによって製造することが可能であるが、切屑用スペースをねじることはここでは実現可能ではない。

次に、本発明の目的は、特に切屑の選択的除去のために、かつ一般的には高水準の製造品質を実現するために、上記欠点がないようにし、かつ、安定性の向上と、可変的な断面幾何学的形態とを可能にするために従来技術において知られている加工工具をさらに改善することである。本発明のさらなる目的は、切屑が孔に再び落ちないようにすることである。

この目的を達成するために、請求項１に示す構成の組み合わせを提案する。本発明の効果的な実施形態および展開形態は従属請求項において見出すことが可能である。

本発明は、切屑除去チャネルの少なくとも１つの軸部が環状に区画されているという前提に基づいている。したがって、本発明によれば、切屑除去チャネルが、コアに隣接し、かつコアと一体に形成された本体の切屑用スペース外側壁により、少なくとも長手方向部分に亘って径方向外側に環状に閉じていることを提案している。本体の剛性は、閉鎖された断面を有する切屑除去チャネルによって増加する。同時に、切屑が、切屑除去チャネルからランダムに流出すること、および、製造品質を低下させることを防止する。

効果的には、切屑用スペース外側壁は、全体的に均質な工具本体が実現されるように、閉鎖されるように中心軸を取り囲む本体の外面の一部を形成する。

特に好ましい実施形態では、切屑用スペース外側壁は、付加製造プロセスにより、特に、選択的レーザー溶融法により、粉末材料によって形成される。付加製造プロセスのおかげで、アブレーション製造プロセスを使用して実現可能でない自由度が切屑用スペースの設計において存在している。切屑用スペースのサイズおよび形状は、最適化された、切屑の幾何学的形態および切屑除去を実現するために可変的に適合させることが可能である。特に、切屑用スペースの種々のピッチおよび切屑用スペース内の変更可能なピッチは実現することが簡単である。これらの代替案は、工具の長さにわたる、断面に対する変更を含むが、比較的長い工具も製造することが可能である。

この関係で、切屑用スペース外側壁と、コアの少なくとも一部が付加プロセスにおいて一部品として一体的に形成される場合にも効果的である。よって、本体の均質な切削部を３Ｄプリント部品として作ることが可能である。

さらなる機能的適合のために、円周方向でみると切屑用スペース外側壁の壁厚が可変である場合に効果的である。

最適化された切屑除去のために、切屑除去チャネルは、コイル状に巻かれ、またはねじられるように、本体に沿って、任意には、可変のピッチを伴って、延在することが可能である。

さらなる改善形態において、切屑除去チャネルの経路は、可変であり、好ましくは後方に向かって拡大する断面サイズを有する。

切屑の除去をサポートし、閉塞がないようにするために、切屑除去チャネルが、円形でない断面形状を有していることが想定される。

異ならせて配置された切削要素に関して、複数の切屑除去チャネルが、異なる経路を有するように、特に、異なるピッチを有するように、本体において配置される場合にも効果的であり得る。

切屑の流入を妨げることのないように、関連している切屑除去チャネルの外方向に開いている切屑導入外形の領域内に切削要素が配置されている場合に効果的である。

切屑除去チャネルが、切屑用スペース外側壁と隔てられた切屑排出口を備える場合にも好適である。

特に効果的な実施形態では、少なくとも１つの冷却材チャネルがコアを通る。

冷却材の供給を工具の幾何学的形態に、特に、切屑用スペースの経路に、適合させるために、少なくとも部分的に空間的に湾曲するように冷却材チャネルが延在する場合に効果的である。

例えば、締め付けねじの領域において、冷却潤滑剤の使用を最適化し、構造的な弱点がないようにするために、冷却材チャネルが、複数の排出孔を形成するように、端部において分岐することが好適である。

基本的には、切削要素が、はんだ付け、糊付け、クランプ、ねじ締め、もしくは焼結によって本体に直接的に接続されるか、または、カートリッジによって本体に間接的に保持されることが可能である。

本発明の具体的な態様は、本体が、好ましくは、ラジアル面に位置し、供給方向の前方に配向された前端壁を備え、該端壁が少なくとも１つの切屑除去チャネルの断面領域を被覆するというものである。その結果、端面の被覆は、工具を撤収する際に望ましくない方法で切屑が切屑除去チャネルから再び落ちないようにするので、残留切屑はもう加工物に残留しない。便宜上、切屑除去チャネルの５０％超の断面領域を被覆すべきである。一般に、閉鎖された切屑チャネル形状が孔壁を切屑から保護し、したがって、表面粗さが低減するという利点も存在している。

関連したさらなる改善形態では、端壁は、切削要素に対して、切屑除去チャネルに通じる端ギャップを区画し、よって、発生した切屑は、その根元のそばでギャップを通って切屑除去チャネルへと流れなければならないが、全体の片としてはそこからもう流出できない。

端ギャップのクリアランスは、供給速度および切屑厚によって決まってくるものであり、効果的には、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内であるべきである。

エンドカバーおよび／または端壁と、加工物のベースとの間の衝突を防ぐが、確かな切屑流入を確実にするために、切削要素は、端壁を越えて前方に突出する端切削エッジを有するべきであり、端切削エッジの突出は効果的には、０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の範囲内である。

孔壁上の案内またはその加工のために、切削要素が、径方向外側を向くラジアルカッターまたは円柱状の研削ベベルを備えており、ラジアルギャップが、切屑用スペース外側壁と切削要素との間で隔てられている場合に効果的である。端ギャップとラジアルギャップは併せて、角度が付けられたギャップ開口を形成する。

効果的には、切屑用スペース外側壁は、工具の回転方向における切削要素の上流に、径方向外側に突出する壁突起を有する。よって、発生した切屑は、切屑除去チャネルの内部に流入し、エッジに沿ってさらに外方向に案内されない。

切屑除去および搬送容量を改善するために、切屑除去チャネルに通じ、かつ、切屑除去方向に配向されている、すなわち、後方に向かって配向されている、排出口の開口まで、少なくとも１つの冷却材チャネルがアーチ状に曲がって延在する場合に効果的である。

切屑の成形を最適化し、切屑の搬送を最適化するために、少なくとも１つの切屑除去チャネルはらせん形態である。したがって、関連した冷却材チャネルが、らせん形態であるように中心軸を中心に延在する場合にも効果的である。

加工プロセスに対する改善形態は、中心軸に対して傾斜がついているように所定のシャフト角度だけ、切削要素を傾斜させることによっても実現可能である。

孔壁上で動かなくなることがないようにするため、本体の外面の直径が前端部においてのみ拡大し、よって、後方に向かって先細りする場合に効果的である。

完全なドリリングプロセスが可能であるように、少なくとも１つの切削要素が、中心軸まで径方向内側に延在する一端切削エッジを備える場合に好適である。

より複雑な孔に対する設計上のさらなる代替案は、本体が、異なる直径を有する、軸方向に段差を有する外形を有し、少なくとも１つの切削要素が前記段差を有する外形の領域内に配置されるというものである。

本発明は、図面において概略的に示す実施形態を基に以下にさらに詳細に説明する。

径方向に閉じられた切屑除去チャネルを有する、ソリッドドリル用穿孔機工具の側面図である。 図１の線２－２に沿った断面図である。 ９０°だけ回転させた、図１による穿孔機工具の側面図である。 穿孔機工具の正面図である。 図１の線５－５に沿った径方向断面図である。 端面で被覆された径方向に閉じられた切屑除去チャネルを有するドリル工具の斜視図である。 図６による、ドリル工具の切削位置の拡大図である。 図７の切削要素の領域における拡大された詳細図である。 切屑除去チャネルの領域における、図６によるドリル工具の断面図である。 冷却材チャネルを示した、図６によるドリル工具の切削部の側面図である。

図面に示したドリル工具１０は、中心軸１２を中心に回転させることが可能であり、中心軸の方向に伸びる本体１４と、１８０°の角距離を開け、互いに径方向にオフセットするように本体１４の前端面に固定された２つの切削要素１６、１８とを備え、それらの切削要素の下流に、切屑用スペース外側壁２２によって径方向外側に閉じられた切屑除去チャネル２４がそれぞれのケース内に配置されている。

図１ないし図３において分かるように、本体１４は、工作機械のスピンドルにおけるクランプに適したクランプ部２６（例えばＡＢＳインタフェース）をその後部に有する。したがって、ドリル工具１０は、その中心軸１２を中心に回転駆動することが可能であり、供給プロセスにおいて中心軸１２の方向に移動することが可能である。

本体１４は、少なくともその外側の円筒状前方シャフト部２８において、例えば、選択的レーザー溶融法により、切屑用スペース外側壁２２を含み、成形鋼部として付加製造され、または生成的に製造される。この３Ｄ成形プロセスでは、薄層の粉末材料が構築プラットフォームに加えられる。その後、粉末材料は、凝固後に固体材料層が形成されるようにレーザーを使用して局所的に再溶融される。上記材料が凝固すると、層厚に応じて構築プラットフォームを下げ、新たな粉末層が加えられる。このようにして、工具も型も使用しなくてよく、高い幾何学的自由度を伴って成形用板紙生地を製造することが可能である。したがって、選択的レーザー溶融法（ＳＬＭ）は、従来の減算的な加工製造プロセスとの比較では、付加プロセスである。

切削要素１６、１８はそれぞれ、中心軸１２に対して略垂直に延在する端切削エッジを有する。図示した実施形態では、切削要素１６、１８は、締め付けねじ３０により、それぞれのインサート座においてインデックス可能なカッターインサートの形態で締め付けられる。しかし、上記切削要素は、ＰＣＤ切削エッジとして本体１４上にはんだ付けすることも可能である。

図４において分かるように、端面において開放した切屑導入外形部３２は切削要素１６、１８に隣接し、除去された切屑を個別の切屑除去チャネル２４に排出する。その後端において、切屑除去チャネルは、切屑用スペース外側壁２２と隔てられた切屑排出口３４を備える。上記切屑排出口は、後方に向かって拡大する本体１４の円錐部３６内にある。

図５において最もよく分かるように、本体１４は、中心軸１２が通り、切屑用スペース外側壁２２に向けて径方向外側に伸張する隔壁状コア３８を有する。よって、上記コア３８は、一体的に形成された切屑用スペース外側壁２２が切屑除去チャネル２４を径方向外側に閉じている一方で、その２つの側壁４０により、切屑除去チャネル２４を区画している。その過程で、円形形状と異なる略楕円形断面領域は、切屑の除去のために隔てられる。

図５においても分かるように、切屑用スペース外側壁２２は面一になるようにコア３８の外面に隣接する部分的に円筒状の外側外形を備える可変壁厚を有しており、よって、本体１４は閉じられるように中心軸１２を取り囲む外面４２によって囲まれる。よって、切屑除去チャネル２４は完全に環状に閉じられている。その結果、生成された切屑は加工物の自由空間にも、部品の孔壁内にも到達することができず、上記切屑はその全体が、開放した切屑排出口３４に案内され、その中で、加工物と隔てられて外方向に移送される。

図示された実施形態では、切屑除去チャネル２４は本体１４を通って直線状に中心軸１２外側に延在する。切屑の流れが最適化されることを確実にするために、付加的な構築のおかげで、切屑除去チャネル２４のサイズおよび／または形状を、例えば、供給方向とは逆方向に、後方に向かって増大する断面サイズを有するように、かつ、任意的には、可変ピッチでコイル状に巻かれるように、最適化された切屑の幾何学的形態および切屑除去に可変的に適合させることも可能である。切屑用スペースのピッチが互いに異なること、および各切屑用スペース内のピッチが可変であることも想定される。

図３および図５は、工具の最適化された剛性に適合させるように、コア３８の壁セクションを通り、空間的に湾曲した経路をたどる２つの冷却材チャネル４４を示す。上記冷却材チャネル４４は分岐して複数の排出孔４６、４８を形成する。図２によって分かるように、冷却材または冷却潤滑剤は、本体１２の中央供給チャネル５０を介して工具１０の後方側に供給される。そこから、湾曲された分岐５２は個別の冷却剤チャネル４４に向かって延びる。冷却材供給手段のそうした幾何学的に複雑な成形は、実際的には、付加製造プロセスによってのみ可能である。

図６ないし図１０に示すドリル工具１０では、同一または同様の部分には上述したものと同じ参照符号を付している。ここでは、一体型の３Ｄプリント部品の形態で付加的に構築された本体１４としての正面切削部およびクランプ部２６としての円筒状後方シャフトを有するシャンク工具を示す。

特徴的な構成は、本体１４が、供給方向を向き、端面において２つの切屑除去チャネル２４の広い範囲を覆い、よって、作られた孔に切屑が再び落ちないようにする前端壁５４を有するというものである。切屑の切屑除去チャネルへの流れを可能にするために、上記端壁５４の該当する端ギャップ５６は切削要素１６、１８と隔てられる。図８によって最もよく分かるように、切屑用スペース外側壁２２のラジアルギャップ５８は端ギャップ５６に隣接している。切削要素１６、１８の端切削エッジは、１ｍｍ未満だけ、端壁５４を越えて突出し、円柱状の研削ベベル６２がラジアル切削要素に設けられ、孔壁上での案内を可能にする。

便宜上、ラジアルギャップ５８は、上記切屑用スペース壁２２から径方向に突出し、切屑の残留物が通過可能でないようにする壁突起６４によって区切られている。前端部６６が、後方において隣接する部分６８に対して拡大した直径を有していることも好適である（図６および図７を参照されたい）。段差をつけられたドリルプロセスの場合、本体が後方に向けて段階的に拡大し、少なくとも１つのさらなる切削要素（図示せず）が段差をつけられた外形の領域内に配置されることも想定される。

図７によれば、１つのみを破線で示す切屑除去チャネル２４がコイル状に巻かれるように延在することも、切削要素１６、１８、および切屑排出口の開口３４の位置付けから分かる。図９によっても分かるように、内壁７０は円周方向に交錯するように成形される。

図１０に示すように、中央供給チャネル５０から枝分かれする冷却材チャネル４４は、それぞれのケース内で、中心軸１２を中心としたらせん状になるように、かつ、個々の流出口の開口７２に対してアーチ状に曲がるように延在する。該開口は、後方に向かって配向され、個別の切屑除去チャネル２４に通じ、その結果、切屑の流れは冷却材の流れによって助長される。図７は、切削要素１６、１８が、切削動作を改善するために中心軸に対して所定のシャフト角、例えば、１０°だけ、斜めに傾斜していることも示している。

Claims (26)

1. 中心軸（１２）を中心に回転可能であり、前記中心軸（１２）の方向に延びる本体（１４）と、前記本体（１４）に固定された少なくとも１つの切削要素（１６、１８）と、前記中心軸（１２）の外側で前記本体（１４）に沿って延在し、前記中心軸（１２）が通る、前記本体（１４）のコア（３８）によって内側に区画された少なくとも１つの切屑除去チャネル（２４）とを備え、前記切屑除去チャネル（２４）は、前記コア（３８）に隣接する切屑用スペース外側壁（２２）により、少なくとも長手セクションに沿って外方向で閉じられており、前記切屑用スペース外側壁（２２）と、前記コア（３８）の少なくとも一部が付加製造により、粉末材料によって一体部品として形成され、少なくとも複数の部分において空間的に湾曲するように延在する少なくとも１つの冷却材チャネル（４４）が前記コア（３８）を通り、前記本体（１４）は、前記切屑用スペース外側壁（２２）を含み、成形鋼部として付加製造されている、回転切削動作用工作機械における使用のための、加工工具。
2. 前記切屑用スペース外側壁（２２）が、閉じられるように前記中心軸（１２）を取り囲む、前記本体（１４）の外面（４２）の一部を形成する、請求項１に記載の加工工具。
3. 前記切屑用スペース外側壁（２２）が、選択的レーザー溶融法により、粉末材料によって形成される、請求項１または２に記載の加工工具。
4. 前記切屑用スペース外側壁（２２）の壁厚が、円周方向において変化する、請求項１～３のいずれか１項に記載の加工工具。
5. 前記切屑除去チャネル（２４）が、コイル状に巻かれ、またはねじられるように、前記本体（１４）に沿って延在する請求項１～４のいずれか１項に記載の加工工具。
6. 前記切屑除去チャネル（２４）の経路は、後方に向かって拡大する断面サイズを有する、請求項１～５のいずれか１項に記載の加工工具。
7. 前記切屑除去チャネル（２４）が、円形形状とは異なる断面形状を有する、請求項１～６のいずれか１項に記載の加工工具。
8. 複数の切屑除去チャネル（２４）が、異なる経路を有するように、前記本体（１４）において配置される請求項１～７のいずれか１項に記載の加工工具。
9. 関連している切屑除去チャネル（２４）の外方向に開放した切屑導入外形（３２）の領域内に前記切削要素（１６、１８）が配置されている、請求項１～８のいずれか１項に記載の加工工具。
10. 前記切屑除去チャネル（２４）が、前記切屑用スペース外側壁（２２）と隔てられた切屑排出口（３４）を備える、請求項１～９のいずれか１項に記載の加工工具。
11. 前記冷却材チャネル（４４）が、複数の排出孔（４６、４８）を形成するように、端部において分岐する、請求項１～１０のいずれか１項に記載の加工工具。
12. 前記切削要素（１６、１８）が、はんだ付け、糊付け、クランプ、ねじ締め、もしくは焼結によって前記本体（１４）に直接的に接続されるか、または、カートリッジによって前記本体（１４）に間接的に保持される、請求項１～１１のいずれか１項に記載の加工工具。
13. 前記本体が、前端壁を備え、当該前端壁が少なくとも１つの前記切屑除去チャネルの断面領域を被覆する、請求項１～１２のいずれか１項に記載の加工工具。
14. 前記前端壁が、前記切削要素に対して端ギャップを区画し、前記端ギャップは前記切屑除去チャネルに通じる、請求項１３に記載の加工工具。
15. 前記端ギャップが、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内のクリアランスを有する請求項１４に記載の加工工具。
16. 前記切削要素が前記前端壁を越えて前方に突出する端切削エッジを有し、前記端切削エッジの突出が０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の範囲内である、請求項１３～１５のいずれか１項に記載の加工工具。
17. 前記切削要素が、径方向外側を向くラジアル切削エッジまたは円柱状の研削ベベルを有し、ラジアルギャップが、前記切屑用スペース外側壁と前記切削要素との間で隔てられている、請求項１３～１６のいずれか１項に記載の加工工具。
18. 前記切屑用スペース外側壁が、当該工具の回転方向における前記切削要素の上流に、径方向外側に突出する壁突起を備える、請求項１～１７のいずれか１項に記載の加工工具。
19. 前記少なくとも１つの冷却材チャネルが、前記切屑除去チャネルに通じ、かつ、切屑除去方向に配向されている、流出口の開口までアーチ状に曲がって延在する、請求項１～１８のいずれか１項に記載の加工工具。
20. 前記少なくとも１つの切屑除去チャネルがらせん形態であるように前記中心軸を中心に延在する、請求項１～１９のいずれか１項に記載の加工工具。
21. 前記切削要素が前記中心軸に対して所定のシャフト角度で斜めに傾斜された、請求項１～２０のいずれか１項に記載の加工工具。
22. 前記本体の前記外面の直径が前端部において拡大されている、請求項２～２１のいずれか１項に記載の加工工具。
23. 少なくとも１つの切削要素（１６、１８）が、前記中心軸まで径方向内側に延在する端切削エッジを有する、請求項１～２２のいずれか１項に記載の加工工具。
24. 前記本体が異なる直径を有する、軸方向に段差を有する外形を有し、少なくとも１つの切削要素が前記段差を有する外形の領域内に配置される、請求項１～２３のいずれか１項に記載の加工工具。
25. 前記加工工具が、ソリッドドリリング工具、リボーリング工具、カウンターボーリング工具、またはリーマー工具である、請求項１～２４のいずれか１項に記載の加工工具。
26. 回転切削動作用工作機械における使用のための加工工具の製造方法であって、前記加工工具は、中心軸（１２）を中心に回転可能であり、前記中心軸（１２）の方向に延びる本体（１４）と、前記本体（１４）に固定された少なくとも１つの切削要素（１６、１８）と、前記中心軸（１２）の外側で前記本体（１４）に沿って延在し、前記中心軸（１２）が通る、前記本体（１４）のコア（３８）によって内側に区画された少なくとも１つの切屑除去チャネル（２４）とを備え、前記切屑除去チャネル（２４）は、前記コア（３８）に隣接する切屑用スペース外側壁（２２）により、少なくとも長手セクションに沿って外方向で閉じられており、少なくとも複数の部分において空間的に湾曲するように延在する少なくとも１つの冷却材チャネル（４４）が前記コア（３８）を通り、前記製造方法は、前記切屑用スペース外側壁（２２）と、前記コア（３８）の少なくとも一部を付加製造プロセスにより、粉末材料によって一体部品として形成する工程を含み、前記工程において、前記切屑用スペース外側壁（２２）を含む前記本体（１４）を成形鋼部として付加製造する、加工工具の製造方法。

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