JP7049340B2 - 切削ツールのための曲線通路を備えたアンビル - Google Patents

Description

本発明は、全体として、切削ツールのためのアンビルに関し、より詳細には、流体通路を内部に有するかかるアンビルに関する。

現在の金属切断および他の機械加工作業用の切削ツールは、一般的に、交換可能な切削インサートを備えたツールホルダを含む。切削インサートは、一般的に、焼結超硬合金など、ツールホルダよりもはるかに硬い材料で作られる。切削インサートは、一般的に、切削インサートのためにツールホルダに設けられた陥凹部内で圧締めされる。多くの場合、アンビル（シムと呼ばれる場合がある）は、陥凹部の下面と切削インサートの下面との間で陥凹部内に提供される。アンビルを提供する１つの目的は、切削インサートの切刃をツールホルダに対して所望の方式で位置決めすることである。

切断作業中に高温が発生するので、切削インサートの切刃の付近に、冷却および／または潤滑用の流体を提供するのが望ましい場合が多い。また、切断作業によって工作物に発生する切り屑を除去する流体を提供するのが望ましい場合が多い。冷却、潤滑、および／または洗浄のための流体を提供する１つの技法は、流体を切刃へと方向付けることができるように、切刃の上方にノズルを位置決めするというものである。この配置は、追加の機器を要し、小さいツールまたは工作物が関与する用途に使用するのが困難であるという点で不利である。また、ツールが回転しない旋削用途に大きく限定され、ミリング作業などの用途に使用するのは困難であるか、または不可能である。

冷却、潤滑、および／または洗浄のための流体を提供する別の技法は、ツールホルダ内の通路を通して、また場合によっては切削インサート内の通路を通して、流体を方向付けるというものである。ＥＰ２９４６８５７Ａ１は、流体を切刃まで導入する通路が中を通っている、旋削ツールホルダと、アンビルを備えた切削インサートとを示している。

アンビルを通して流体を提供するのを容易にする、複雑な幾何学形状を有する通路を備えた、切削ツールのためのアンビルを提供することが望ましい。また、単純で精密な技法によって、かかるアンビルを製造できることが望ましい。

本発明の一態様によれば、切削ツールのためのアンビルはアンビル本体を備え、曲線通路がアンビル本体の入口開口部からアンビル本体の出口開口部まで延在する。

アンビルの曲線通路は、通路が直線に沿って延在している場合、不可能であるか、または複雑な幾何学形状を有するアンビルの通路を介してのみ可能である、切削インサートを冷却および／または潤滑する、ならびに／あるいは工作物から切り屑を洗い流す流体を提供するという選択肢を提供する。アンビルは、冷却液／潤滑／洗浄ビームを、高度な穿孔またはブラインドプラギング作業なしで、切削インサートの下方から提供する、追加の幾何学形状の選択肢を提供する。

アンビル自体は、ほとんどの切削インサート圧締めシステムに適用可能である。アンビルは、切削インサートの形状に何が最も適しているかに応じて、異なる厚さで製造することができる。アンビルは、所望であれば、ツールホルダの下面まで、切削ツールホルダ全体を通って延在することができる。

本発明の別の態様によれば、アンビルは、上面と、下面と、上面と下面との間の側面とを備え、側面は、少なくとも３つの側面部分と少なくとも３つの角部分とを備え、少なくとも３つの角部分のうち各角部分は、少なくとも３つの側面部分のうちそれぞれの側面部分対の間に配設され、少なくとも３つの角部分のうち少なくとも１つの角部分は、少なくとも３つの側面部分のうちそれぞれの側面部分対の延長部に対して、アンビルの中心軸から径方向外向きに延在する表面を備え、中心軸は、上面と下面との間に延在する。かかる構造を提供することによって、アンビルの上面の限定された部分が切削インサートの下面を越えて延在して、露出範囲を画定することができ、出口開口部を露出範囲に設けて、切刃に向けて流体を方向付けるのを容易にすることができる。

本発明の更に別の態様によれば、切削ツールのためのアンビルを作成する方法は、アンビル本体の入口開口部からアンビル本体の出口開口部まで延在する曲線通路を有する、アンビル本体を形成することを含む。

方法は、通路が直線に沿って延在している場合、不可能であるか、または複雑な幾何学形状を有するアンビルの通路を介してのみ可能である、切削インサートを冷却および／または潤滑する、ならびに／あるいは工作物から切り屑を洗い流す流体を提供するという選択肢を提供する。方法は、冷却液／潤滑／洗浄ビームを、高度な穿孔またはブラインドプラギング作業なしで、切削インサートの下方から提供する、追加の幾何学形状の選択肢を提供する。

なお更なる態様によれば、アンビル本体は、付加的な製造プロセスによって形成することができる。付加的な製造プロセスによってアンビルを形成することにより、複雑な形状を有する、特に、曲線通路を含むなど、複雑な内部の幾何学形状を有する、アンビルを形成することができる。更に、かかるアンビルを最小限のコストで形成することができる。

更に別の態様によれば、記載したようなアンビルを含む切削ツールが提供される。

本発明の特徴および利点は、以下の詳細な説明を図面と併せ読むことによって十分に理解される。図面中、類似の番号は同様の要素を示す。

本発明の一態様によるアンビルを示す斜視図である。 本発明の一態様によるアンビルを示す上面図である。 本発明の一態様によるアンビルを示す側面図である。 本発明の一態様によるアンビルを示す下面図である。 本発明の一態様によるアンビルを含む切削ツールを示す斜視図である。 図５の一部分の拡大図である。 本発明の一態様によるアンビルを含む切削ツールを示す上面図である。 図７の一部分の拡大図である。 本発明の更なる態様によるアンビルを示す側面図である。 本発明の更なる態様によるアンビルを示す側面図である。 本発明の別の態様によるアンビルを示す斜視図である。 本発明の更に別の態様によるアンビルを示す斜視図である。 本発明のなお更なる別の態様によるアンビルを示す斜視図である。 本発明のなお更なる別の態様によるアンビルを示す上面図である。 本発明の尚更なる別の態様によるアンビルを示す側面図である。

しかしながら、ＥＰ２９４６８５７Ａ１は、直線であるアンビルを通る流体通路のみを提供している。直線構造を有する通路では、切刃によって流体を提供するのに利用可能な選択肢が限られる。例えば、アンビルが、アンビルの穴を通って延在するボルトまたは他の構造によって、ツールホルダに固定されている場合、穴により、直線に沿って延在する通路を提供するのが不可能になることがある。穴を迂回する通路を形成するには、高度な穿孔および／またはブラインドプラギング作業など、いくつかの製造ステップを要することがあり、切削インサートのコストが増大する。

本特許明細書の図１～４は、図５～８に示されるタイプの切削ツール２３向けのアンビル２１を示している。図５～８に示される切削ツール２３は旋削ツールであるが、本発明は旋削ツールに限定されず、ミリングツールなどの回転ツールなど、アンビル（シムとも呼ばれる）を使用する他のツールに適用可能であってもよい。例えば、図５に示されるように、切削ツール２３は、陥凹部２７が設けられたツール本体またはツールホルダ２５を有する。陥凹部２７は、当接下面２９と、２つの当接側面３１および３３とを含むことができる。切削インサート３５は、アンビル２１の頂部にある陥凹部２７に装填される。一般的に、切削インサート３５の支持側面３７および３９は陥凹部２７の当接側面３１および３３に当接し、切削インサートの支持下面４１は、アンビル２１の当接上面４３（図１）とも呼ばれる、上面に当接する。アンビル２１の支持側面４５および４７とも呼ばれる側面は、一般的に、陥凹部の当接側面３１および３３に当接し、アンビルの支持下面４９（図４）とも呼ばれる下面は、陥凹部２７の当接下面２９に当接する。クランプ５１は、切削インサート３５を陥凹部２７内で圧締めするために提供される。クランプ５１はまた、アンビル２１を陥凹部２７内で圧締めしてもよい。あるいは、アンビル２１は、切削インサート３５を圧締めするクランプ５１とは別個の圧締め装置によって、陥凹部２７内で圧締めされてもよい。例えば、アンビル２１は、アンビルの中央開口部５３を通って延在するねじまたはボルトによって、陥凹部２７内で圧締めされてもよく、インサートは、図示されるカンチレバー式の圧締めアセンブリなど、別個のクランプ５１によって圧締めされてもよい。

図１～４に見られるように、アンビル２１は、アンビル本体５５と、アンビル本体の入口開口部５９からアンビル本体の出口開口部６１まで延在する曲線通路５７とを備える。図１～４に示される実施形態では、曲線通路５７は、アンビル２１の下面４９の入口開口部５９から、アンビルの上面４３の出口開口部６１まで延在する。「曲線通路」という表現は、本明細書では、それらの長さ全体にわたって直線ではない通路を指すものとして明示的に定義され、特に、１つの直線部分、または１つを超える接続された直線部分のみで構成される通路と対比させている。通常、「曲線通路」は数学的に連続する曲率を有するが、図９Ａに示されるような曲線通路５７１を形成する互いに隣接した複数の曲線構成要素５７ａおよび５７ｂと、図９Ｂに示されるような曲線通路５７２を形成する、直線構成要素５７ｃ’によって分離された複数の曲線構成要素５７ａ’および５７ｂ’とを含む、図９Ａおよび９Ｂに示されるような、複数の不連続の数学的に連続して曲線状にされた構成要素を備えてもよい。「曲線通路」は、詰まりおよび／または著しい圧力降下のリスクを最小限に抑えるように、十分に滑らかに遷移する。通路の断面積は変化することがあり、一般的に、その入口開口部５９からその出口開口部６１まで通路が遷移するにしたがってより小さくなる。曲線通路５７の入口開口部５９は、一般的に、ツールホルダ２５の通路（図示なし）または別の位置に接続し、それによって流体が通路に入り、出口開口部６１まで通過することができ、通常、切削インサート３５の切刃から切り屑を洗い流し、および／または切刃を冷却する。

アンビル２１’’の下面４９の入口開口部からアンビルの上面４３の出口開口部まで延在する、曲線通路を有することに加えて、またはその代わりに、曲線通路５７’は、図１０に見られるように、アンビルの側面４５’および／または４７’の入口開口部５９’から延在してもよい。アンビル２１’の下面４９の入口開口部からアンビルの上面４３の出口開口部まで延在する、曲線通路を有することに加えて、またはその代わりに、曲線通路５７’’は、図１１に見られるように、アンビルの側面７５’’および／または７７’’の出口開口部６１ａ’’または６１ｂ’’まで延在してもよい。１つまたは複数の曲線通路を有するアンビル２１に加えて、アンビルはまた、１つまたは複数の直線通路（図示なし）を含んでもよい。

図１～４に見られるように、通路５７は少なくとも２つの分岐を有することができる。アンビル２１は中央穴５３を備え、通路５７は複数の分岐６３および６５を備え、入口開口部５９は複数の入口開口部６９および７１をそれぞれ備える。第１の分岐６３の第１の入口開口部６９は、中央穴５３の第１の側に配設され、第２の分岐６５の第２の入口開口部７１は、第１の分岐とは反対側の、中央穴の第２の側に配設される。

所望の場合、流体が中央穴を通って入口開口部に流れ込み、次に曲線通路を通ることができるように、１つまたは複数の入口開口部（図示なし）は、中央穴に設けられてもよい。

図１０に示されるアンビル２１’では、通路５７’は複数の分岐６３’および６５’を備え、入口開口部５９’は複数の入口開口部６９’および７１’を備える。第１の分岐６３’の第１の入口開口部６９’は、アンビルの第１の側面４５’に配設され、第２の分岐６５’の第２の入口開口部７１’は、第１の側面とは異なる、アンビルの第２の側面４７’に配設される。

様々な可能な曲線通路構成を例示するため、図１１に示されるアンビル２１’’では、通路５７’’は複数の分岐６３’’、６５’’、および６７’’を備え、入口開口部５９’’は複数の入口開口部６９’’、７１’’、および７３’’を備える。第１の分岐６３’’の第１の入口開口部６９’’はアンビルの側面４５’’に配設され、第２の分岐６５’’の第２の入口開口部７１’’はアンビルの下面４９’’に配設され、第３の分岐６７’’の第３の入口開口部７３’’は側面４７’’に配設される。出口開口部６１ａ’’および６１ｂ’’はそれぞれ側面７５’’および７７’’に配設されるが（角部分８５’’の部分がこれらの側面の一部であるものと見なす）、別の方法としてまたは加えて、上面４３’’に配設されてもよい。入口開口部とは異なる数の出口開口部があってもよく、入口開口部よりも多数または少数の出口開口部があってもよい。出口開口部は通常、側面および上面の少なくとも一方に配設され、入口開口部は通常、下面および側面の少なくとも一方に配設されるが、出口開口部が下面に配設されてもよく、入口開口部が上面に配設されてもよい。

考察のために図１を参照すると、アンビル２１は複数の側面４５および４７を有し得ることが分かる。一般的に、複数の側面があるアンビルは、角または角部分によって規定される少なくとも３つの側面を有し、即ち、実質的に三角形となるか、または図１のアンビルに示される４つの側面など、より多数の側面を有する。アンビル２１では、４つの真っ直ぐな側面４５、４７、７５、および７７と、側面部分の対の間に配設された４つの角部分７９、８１、８３、および８５とがある。少なくとも３つの角部分のうち少なくとも１つの角部分８５は、角部分８５によって分離された側面部分の対７５および７７の延長部に対して、アンビル２１の中心軸ＣＡ（図１）から径方向外向きに延在する表面８７を備え、中心軸は、上面と下面との間に延在する。「側面部分の対７５および７７の延長部」によって、図２において側面部分７５および７７が終わるものとして示され角部分８５が始まる位置を超えて側面部分を延長した場合に規定されるであろう、表面を指すことが意図され、２つの破線の直線Ｅ７５およびＥ７７によって示される。破線の直線は、アンビルの周囲内で交差してもよい。このような形で外向きに延在する表面部分８７を有する角部分８５を設けることによって、アンビル２１の上面４３の一部分は、図５～８に示されるように、切削インサート３５の支持下面４１を超えて延在することができる。出口開口部６１を上面４３のこの部分に設けて、冷却／洗浄流体をカバー部分８５の上方にある切刃に提供するのを容易にすることができる。

図１２～１４は、アンビルの突出した角１８５に中間面２００が設けられた、本発明の別の態様によるアンビル１２１を示している。出口開口部１６１を中間面２００に設けることができる。入口開口部（図示なし）および他の出口開口部（図示なし）を、所望に応じて他の任意の表面に設けることができる。中間面２００は、上面１４３の下方および下面１４９の上方に配設されるが、中間面は上面および／または下面まで延在してもよい。図示されるように、中間面２００の面は上面１４３の面および下面１４９の面（図３）に平行であるが、中間面は、上面または下面の面と非ゼロの角度を形成してもよく、ならびに／あるいは曲線状であってもよい。出口開口部１６１を上面および下面１４３および１４９の間に、より詳細には上面の下方に設けることができる、中間面２００を提供することによって、アンビル１２１を、より薄い切削インサート、ネガティブインサート、あるいはすくい角および／または傾斜角が小さいツールホルダと共に使用したときに、工作物のクリアランスを提供するのを容易にすることができる。突出した角１８５の表面１８７は、アンビルの側面の残りの一部または全てとは異なる傾斜角の、アンビルの側面の残りと同じ傾斜角であってもよい。

ツールの寿命は、一般に、冷却液の供給圧力の増加に伴って増加する。これは、高圧の冷却液が切り屑を持ち上げ、切削界面のより近くにアクセスできることによるとすることができる。この働きは、焼付き領域の低減に結び付き、それによって摩擦係数が低下し、ひいては切削温度および切削力の低減をもたらす。好ましくは、考察する実施形態において使用される圧力は３０バール超過、より好ましくは１００バール超過の冷却液圧力である。

本発明の別の態様では、切削ツール２３のためのアンビル２１を作成する方法は、アンビル本体の入口開口部５９からアンビル本体の出口開口部６１まで延在する曲線通路５７を有する、アンビル本体５５を形成することを含む。アンビル本体５５は、結合剤を使用する金属３Ｄ印刷プロセス、または選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）もしくは直接金属レーザー焼結（ＤＭＬＳ）などの完全稠密金属プロセス（fully dense metal processes）など、複数の異なる付加的な製造プロセスのうち任意の適切な１つによって形成することができる。ＤＭＬＳ技術は、例えば、高出力レーザーを使用して金属粉末の小さい粒子を溶解して、所望の三次元形状を有するシムまたはアンビルにする。レーザービームは粉末上に直接線で描くので、粉末の選択された部分のみが固化される。粉末はレーザーによって「スキャンされる」と言われる。このようにレーザーを使用することによって、異なる形状の層を簡単かつ迅速に溶解することが可能になって、入り組んだ内部構造を有する複雑な物体を作成することができる。レーザーは、三次元モデリングプログラムによって粉末床の表面に生成された断面（または層）をスキャンすることによって、粉末状金属を選択的に溶解する。各断面がスキャンされた後、粉末床は一層の厚さ分下に下がる。次に、新しい材料層が頂部に適用され、シムが完成するまでプロセスが繰り返される。かかるプロセスによって、曲線通路などの形状を有する複雑なアンビルを作成することが可能になる。したがって、曲線通路は、噴流工学の観点から最適化され、例えば、付加的な製造プロセスを用いて作成することができる、連続する進路を呈する。付加的な製造に続く機械加工も実施されてもよい。

本出願では、「～を含む」などの用語の使用はオープンエンドであり、「～を備える」などの用語と同じ意味を有すると共に、他の構造、材料、または動作が存在することを除外しないものとする。同様に、「～できる」または「～してもよい」などの用語の使用はオープンエンドであり、その構造、材料、または動作が必須ではないことを反映するものとするが、かかる用語を使用しないことが、その構造、材料、または動作が必須であることを反映するものではない。その構造、材料、または動作が必須であると現在見なされている範囲において、そのように特定される。

曲線通路は、アンビルの表面にある溝または曲線状の溝とは区別されるべきものである。曲線通路は、その長さに沿って湾曲しており、曲線通路の１つまたは複数の壁が通路の長手方向軸線の全周囲に延在するという点において管状である。

本発明を好ましい実施形態にしたがって例示し記載してきたが、特許請求の範囲に記載するような本発明から逸脱することなく、変形および変更が行われてもよいことが認識される。

Claims (9)

1. 陥凹部（２７）を有するツールホルダ（２５）と、
   前記陥凹部（２７）内に装填され、アンビル本体（５５）を備える、アンビル（２１、２１’、２１’’）と、
   前記アンビル（２１、２１’、２１’’）の頂部にある前記陥凹部内に装填された、切削インサート（３５）とを備え、
   前記アンビルは、上面（４３、４３’’）と、下面（４９、４９’’）と、
   前記上面（４３、４３’’）と前記下面（４９、４９’’）との間に延在する中心軸（ＣＡ）と、
   前記上面（４３、４３’’）と前記下面（４９、４９’’）との間の側面（４５、４７、７５、７７；４５’、４７’、７５’、７７’；４５’’、４７’’、７５’’、７７’’）とを備え、前記側面（４５、４７、７５、７７；４５’、４７’、７５’、７７’；４５’’、４７’’、７５’’、７７’’）が、少なくとも３つの側面部分と少なくとも３つの角部分（７９、８１、８３、８５；７９’、８１’、８３’、８５’；７９’’、８１’’、８３’’、８５’’）とを備え、少なくとも３つの角部分のうち各角部分が、前記少なくとも３つの側面部分のうちそれぞれの側面部分対の間に配設され、
   曲線通路（５７、５７’、５７’’）が、前記アンビル本体（５５）の入口開口部（５９、５９’、５９’’）から前記アンビル本体（５５）の出口開口部（６１、６１’、６１ａ’’、６１ｂ’’）まで延在し、
   前記少なくとも３つの角部分のうち少なくとも１つの角部分（８５、８５’’）が、前記少なくとも３つの側面部分のうちそれぞれの側面部分対の延長部に対して、前記アンビルの中心軸（ＣＡ）から径方向外向きに延在する表面（８７）を備え、
   前記アンビルの上面（４３、４３’’）の限定された部分が切削インサート（３５）の下面を越えて延在して、露出範囲を画定し、前記出口開口部（６１）を前記露出範囲に設けて、切刃に向けて流体を方向付ける、ことを特徴とする切削ツール（２３）。
2. 前記入口開口部（５９、５９’’）は、前記下面（４９、４９’’）に配置されている、請求項１に記載の切削ツール（２３）。
3. 前記入口開口部（５９、５９’’）は、前記側面（４５’、４７’；４５’’、４７’’）に配置されている、請求項１に記載の切削ツール（２３）。
4. 前記曲線通路（５７、５７’、５７’’）が少なくとも複数の分岐を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の切削ツール（２３）。
5. 前記入口開口部（５９、５９’、５９’’）は、複数の入口開口部を備える、請求項４に記載の切削ツール（２３）。
6. 前記アンビル（２１）が中央穴を備え、前記複数の分岐のうち第１の分岐の第１の入口開口部が、前記中央穴の第１の側に配設され、前記複数の分岐のうち第２の分岐の第２の入口開口部が、前記第１の分岐とは反対側の前記中央穴の第２の側に配設される、請求項５に記載の切削ツール（２３）。
7. 前記複数の分岐のうち第１の分岐の第１の入口開口部が、前記アンビルの第１の側面（４５’；４５’’）に配設され、前記複数の分岐のうち第２の分岐の第２の入口開口部が、前記第１の側面（４５’；４５’’）とは異なる前記アンビルの第２の側面（４７’；４７’’）に配設される、請求項５に記載の切削ツール（２３）。
8. 前記複数の分岐のうち第１の分岐の第１の入口開口部が、前記アンビルの下面（４９’’）に配設され、前記複数の分岐のうち第２の分岐の第２の入口開口部が、前記アンビルの側面（４５’’、４７’’）に配設される、請求項５に記載の切削ツール（２３）。
9. アンビル本体（５５）の入口開口部（５９、５９’、５９’’）からアンビル本体（５５）の出口開口部（６１、６１’、６１ａ’’、６１ｂ’’）まで延在する、曲線通路（５７、５７’、５７’’）を有するアンビル本体（５５）を形成することを含み、
   前記アンビルは、上面（４３、４３’’）と、下面（４９、４９’’）と、
   前記上面（４３、４３’’）と前記下面（４９、４９’’）との間に延在する中心軸（ＣＡ）と、
   前記上面（４３、４３’’）と前記下面（４９、４９’’）との間の側面（４５、４７、７５、７７；４５’、４７’、７５’、７７’；４５’’、４７’’、７５’’、７７’’）とを備え、前記側面（４５、４７、７５、７７；４５’、４７’、７５’、７７’；４５’’、４７’’、７５’’、７７’’）が、少なくとも３つの側面部分と少なくとも３つの角部分（７９、８１、８３、８５；７９’、８１’、８３’、８５’；７９’’、８１’’、８３’’、８５’’）とを備え、少なくとも３つの角部分のうち各角部分が、前記少なくとも３つの側面部分のうちそれぞれの側面部分対の間に配設され、
   前記少なくとも３つの角部分のうち少なくとも１つの角部分（８５、８５’’）が、前記少なくとも３つの側面部分のうちそれぞれの側面部分対の延長部に対して、前記アンビルの中心軸（ＣＡ）から径方向外向きに延在する表面（８７）を備え、
   前記出口開口部（６１）が、前記アンビルの前記上面の部分に設けられ、前記アンビルの前記上面の部分は、前記少なくとも３つの側面部分のうちそれぞれの側面部分対の延長部に対して、前記中心軸（ＣＡ）から径方向外向きに延在するように設けられ、
   前記アンビルの上面（４３、４３’’）の限定された部分が切削インサート（３５）の下面を越えて延在して、露出範囲を画定し、前記出口開口部（６１）を前記露出範囲に設けて、切刃に向けて流体を方向付け、
   前記アンビル本体（５５）は、付加製造プロセスを用いて形成する、
   請求項１から８のいずれかに記載の切削ツール（２３）のためのアンビル（２１、２１’、２１’’）を作成する方法。

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