JP7487515B2

JP7487515B2 - 工具、工具ホルダ、切削加工機及び加工方法

Info

Publication number: JP7487515B2
Application number: JP2020056286A
Authority: JP
Inventors: 雄幹清水
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2024-05-21
Anticipated expiration: 2040-03-26
Also published as: JP2021154423A

Description

本発明は、工具、工具ホルダ、切削加工機及び加工方法に関する。

主に金属に対する表面加工や穴あけ加工等として、工作機械の回転軸上に装着される工具による切削加工が広く利用されている。このような切削加工では回転する工具が被加工物と接触するため熱が発生し、この熱による工具の刃の損傷、被加工物における加工部分の熱変形等の不具合を生じることがある。

また、切削加工では、切削によって発生する切粉が工具の刃と被加工物との間に挟まる、いわゆる「噛み込み」による、工具の刃の損傷、加工部分の傷（擦過痕）等が生じ、加工精度を低下させることがある。

切削加工で生じる熱を抑制する工具ホルダが発案されている（国際公開第２０１２／１０１９２９号公報）。この工具ホルダは、工具に向けてクーラントを噴射する噴出口を有するカバーと、このカバーが前記工具ホルダと共回りすることを防止するベアリングとを備える。このため、前記工具ホルダを有する工作機械による加工においては、クーラントを加工部分に精度よく供給できると共に、前記クーラントが遠心力の影響を受けることを抑制できるとされている。

前記工具ホルダによれば、工具がエンドミル等であって、前記加工部分が工具の回転中心軸に平行であれば前記クーラントによる冷却、及び前記クーラントと共に切粉を前記加工部分から流出させることが可能であるが、前記加工部分が工具の回転中心軸に垂直な面に対する加工、特に穴あけ加工や雌ネジ加工等の場合には、加工部分にクーラントを供給すること、及びクーラントと共に切粉を流出させることが十分にできないおそれがある。

国際公開第２０１２／１０１９２９号公報

上述のような事情に鑑みて、本発明は、効果的に工具及び加工部分の発熱を抑制できると共に、切粉を加工部分から除去することができる工具、工具ホルダ、切削加工機及び切削加工方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、切削加工機に装着され、回転することにより被加工物を切削加工する工具であって、一方の端部側に形成され、上記被加工物を切削する刃部と、シャンク部と、他方の端部側に形成され、上記切削加工機が有する工具ホルダに把持される把持部と、径方向の中心を貫通する孔部とを有し、上記把持部が、上記孔部に連通する孔又は切り欠きを有する。

上記課題を解決するためになされた本発明の他の一態様は、筒状の胴部を有し、切削加工機に保持される工具ホルダであって、上記胴部の一端面側に工具を把持する穴部を有し、上記胴部の側面に上記穴部に連通する側孔が少なくとも１つ形成されている。

上記課題を解決するためになされた本発明の別の一態様は、上記工具と、上記工具ホルダとを備える切削加工機である。

上記課題を解決するためになされた本発明のさらに別の一態様は、工具を回転することにより被加工物を切削加工する方法であって、上記工具ホルダを有する切削加工機に上記工具を装着する工程と、上記工具ホルダを介して上記工具の孔部に圧縮空気を送る工程と、上記工具ホルダの側孔にクーラントを供給する工程と、上記工具ホルダの穴部内で上記圧縮空気及び上記クーラントを混合してミストを生成する工程と、上記工具を回転すると共に、上記工具の先端から上記ミストを噴出する工程とを備える。

本発明に係る工具、工具ホルダ、切削加工機及び切削加工方法は、効果的に工具及び加工部分の発熱を抑制できると共に、切粉を加工部分から除去することができる。

図１は、本発明の一実施形態である切削加工機を示す模式的斜視図である。図２は、本発明の他の一実施形態である工具ホルダを示す模式的側面図である。図３は、本発明のさらに他の一実施形態である工具を示す模式的側面図である。図４は、図３の工具の模式的平面図である。図５は、図２の工具ホルダに図３の工具を装着した状態を示す模式的断面図である。

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。なお、以下の説明で、「先端側」とは、被加工物の加工部分に近接する側を意味し、「基端側」とは、その反対側である被加工物の加工部分から離間する側を意味する。

［切削加工機］
本発明の一態様である切削加工機１は、図１で示すように、先端側に被加工物を加工する刃部を有する工具２と、工具２の基端側を把持する工具ホルダ３と、工具ホルダ４を装着するスピンドル４とを主に有する。スピンドル４は、図示されない駆動部によって回転し、スピンドル４の回転と共に工具ホルダ３及び工具２が回転して、被加工物を切削加工する。

また、スピンドル４は、後述する工具２が有する穴部２４に圧縮空気を供給する空気流路４１を有する。上記圧縮空気は、切削加工機１に内蔵され、又は切削加工機１の外部に配設されるコンプレッサ（不図示）等から空気流路４１に供給される。スピンドル４は、工具２が有する穴部２４に上記圧縮空気を効率的に供給するため、空気流路４１の上記圧縮空気の排出口にノズルＮを有することが好ましい。上記圧縮空気は、空気流路４１から排出されると共に、後述する工具ホルダ３に供給されるクーラントＣと混合してミストになる。このミストは、工具２の穴部２４を通過しつつ工具２を冷却する。また、上記ミストは、工具２の先端から噴出されて加工部分の切粉を除去する。さらに上記ミストは、穴あけ加工や雌ネジ加工において、工具２にスパイラル状に形成されている切粉排出溝２９に留まる切粉を排出する。なお、クーラントとは、切削油、冷却剤等、加工において加工部分の冷却及び潤滑に用いられるものを意味する。

切削加工機１は、クーラントＣを工具ホルダ３に供給するための部材を有する。具体的には、クーラントＣを貯蔵するタンク５を切削加工機１が有することが好ましい。タンク５は、スピンドル４と共に回転可能にスピンドル４の外周に備えられることが好ましい。換言すると、タンク５が、工具２及び工具ホルダ３と共に回転することが好ましい。タンク５をスピンドル４の外周に備えることで、簡易な構成とすることができ、既存の設備への取り付けも容易にすることができる。

切削加工機１は、タンク５と共に、タンク５内のクーラントＣを工具ホルダ３に供給するためのクーラント用流路６を備えることが好ましい。クーラント用流路６は、具体的には、タンク側継手６１と、工具ホルダ側継手６２と、タンク側継手６１及び工具ホルダ側継手６２を連通するホース６３を有する。クーラント用流路６は、クーラントＣの流量を調整できるコントロールバルブ等の流量調整機構を有することがより好ましい。

〔工具ホルダ〕
工具ホルダ３は、図２で示すように、筒状の胴部を有し、この胴部の一端面側に工具を把持する穴部３１を有し、他端側がスピンドル４に保持される。工具ホルダ３は、上記胴部の側面に穴部３１に連通する側孔３２が少なくとも１つ形成されている。具体的には、側孔３２は、上記胴部の側面に、工具ホルダ３の回転中心軸に垂直で、外部と工具ホルダ３の穴部３１内とを連通する貫通孔として形成される。この側穴に工具ホルダ側継手６２が配置され、クーラントＣが穴部３１に供給される。工具ホルダ３は、本発明の一態様である。

工具ホルダ３は、外気吸込孔３３として、さらに側穴が上記胴部に形成されていることが好ましい。工具ホルダ３が外気吸込孔３３を有することで、容易に所望する密度のミストを形成することができる。また、外気吸込孔３３を形成すると共にクーラントＣの供給量を増加することで、工具２から噴出されるミストの量を増大することができる。外気吸込孔３３の径としては、特に限定されるものではなく、上記圧縮空気の圧力、流量、クーラントＣの供給量等により、適宜選択することができる。

〔工具〕
工具２は、切削加工機１に装着され、回転することにより被加工物を切削加工する。具体的には、工具２は、図３，４で示すように、基端側が工具ホルダ３に装着され、先端側の側面に形成されている刃部２１で被加工物を切削するものであり、例えば、タップ、ドリル、エンドミル等である。工具２は、刃部２１と、胴部であるシャンク部２２と、基端側に形成され、工具ホルダ３が把持する把持部２３と、径方向の中心を貫通する孔部２４とを有する。工具２は、本発明の一態様である。

孔部２４は、先端側に向けて径が漸増する先端側テーパ部分２５を有することが好ましい。このようにすることで、先端から噴出されるミストを効果的に昇圧することができ、上記ミストを比較的高圧力、広範囲に噴霧することができる。

孔部２４は、基端側に向けて径が漸増する基端側テーパ部分２６を有することが好ましい。このようにすることで、スピンドル４の空気流路４１に配置されるノズルＮとの干渉を回避することができる。基端側テーパ部分２６は、その全周がノズルＮの外周と接するものではなく、全周又はその一部において、上記ミストが通過するための間隙を有するように形成される。

把持部２３は、孔部２４に連通する孔又は切り欠きを有する。具体的には、把持部２３の側面に、工具２の回転中心軸に垂直で、工具ホルダ３の穴部３１内と孔部２４内とを連通する孔又は切り欠きが形成されている。本実施形態では、把持部２３は、切り欠き２７を有する。このようにすることで、工具ホルダ３の穴部３１内で生成された上記ミストを孔部２４に効果的に流入させることができる。

また、工具２の基端部に、工具２の基端と上記孔又は切り欠き２７とを連通する凹部２８を形成することが好ましい。このようにすることで、より効果的に上記ミストを孔部２４に流入させることができる。

工具ホルダ３が外気吸込孔３３を有する場合、図５で示すように、工具２は、上記孔又は切り欠き２７を外気吸込孔３３に向けて工具ホルダ３に装着されることが好ましい。このようにすることで、上記ミストを所望する密度により容易にすることができると共に、上記ミストを孔部２４にさらに効果的に流入させることができる。

［切削加工方法］
以下、本発明の別の一態様である切削加工方法について説明する。当該切削加工方法は、工具２を回転することにより被加工物を切削加工する方法であって、上述の工具ホルダ３を有する切削加工機１に上述の工具２を装着する工程と、工具ホルダ３を介して工具２の孔部２４に圧縮空気を送る工程と、工具ホルダ３の側孔３２にクーラントＣを供給する工程と、工具ホルダ３の穴部３１内で上記圧縮空気及びクーラントＣを混合してミストを生成する工程と、工具２を回転すると共に、工具２の先端から上記ミストを噴出する工程とを備える。

〔工具装着工程〕
工具装着工程は、工具２の把持部２３を把持する穴部３１、及び胴部の側面に穴部３１に連通する側孔３２を有する工具ホルダ３を備える切削加工機１に、径方向の中心を貫通する孔部２４、及び工具ホルダ３に把持される把持部２３に、孔部２４に連通する孔又は切り欠き２７を有する工具２を装着する。

〔圧縮空気供給工程〕
圧縮空気供給工程は、工具ホルダ３を介して工具２の孔部２４に圧縮空気を送る。具体的には、切削加工機１に内蔵され又は切削加工機１の外部に配設されるコンプレッサ等が圧縮空気を生成し、この圧縮空気がスピンドル４に形成された空気流路４１に供給され、空気流路４１から排出された圧縮空気が、工具ホルダ３が把持する工具２の基端側の孔部２４に流入する。

〔クーラント供給工程〕
クーラント供給工程は、工具ホルダ３の筒状胴部の側面に形成されている側孔３２にクーラントＣを供給する。具体的には、切削加工機１が有するタンク５に貯蔵されているクーラントＣが、クーラント用流路６を通じて工具ホルダ３の側孔３２から穴部３１内に供給される。

〔ミスト生成工程〕
ミスト生成工程は、工具ホルダ３の穴部３１内で上記圧縮空気及びクーラントＣを混合してミストを生成する。具体的には、いわゆるエゼクタ構造によって、空気流路４１から排出された圧縮空気が工具２の孔部２４に流入することで、工具ホルダ３の穴部３１内が負圧になり、ここにクーラントＣが吸引されることにより、上記圧縮空気とクーラントＣとで低圧生成される混合物が、孔部２４に高速で吸引されつつ昇圧されてミストが生成される。

〔ミスト噴出工程〕
ミスト噴出工程では、工具２を回転すると共に、工具２の先端から上記ミストを噴出する。具体的には、孔部２４で昇圧されたミストを工具２の先端から噴出しつつ、工具２の回転によって、切削加工が行われる。

［利点］
当該切削加工方法は、圧縮空気とクーラントＣとで生成されるミストが工具２の孔部２４を流通するため、工具２を効果的に冷却することができる。また、上記ミストを工具２の先端から噴出しつつ切削加工するため、加工部分の切粉を除去しつつ切削加工をすることができる。よって、加工部分が工具の回転中心軸に垂直な面に対する加工、特に穴あけ加工や雌ネジ加工において、加工部分が高熱になることを抑制でき、かつ、工具２と加工部分との間で切粉を噛み込むことを抑制することができる。さらに、有底の孔に対する加工であれば、上記ミストが工具２の切粉排出溝２９に留まる切粉を除去するため、上記噛み込みをより効果的に抑制することができる。従って、当該切削加工方法は、工具２の長寿命化を図ることができると共に、効率的かつ高精度に切削加工をすることができる。

また、切削加工機１は、いわゆるエゼクタ構造を利用して上記ミストの生成及び噴出をするため、ミストを生成及び噴出するための部材等を追加することなく、簡易な構成とすることができる。このため、低コストで当該切削加工方法を採用することができる。また、既存の設備であって、クーラントを供給することができない設備であっても、圧縮空気を工具２の孔部２４に供給できる設備であれば、一部を加工することで当該切削加工機１とすることができ、既存の設備で当該切削加工方法を採用することができる。

［その他の実施形態］
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。

上記実施形態では、クーラントＣを貯蔵するタンク５がスピンドル４の外周に備えられる構成で説明したが、タンクが工具ホルダの外周に備えられる構成とすることもできる。

以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。

既存の切削加工方法と、上述の本発明に係る切削加工方法とを比較する目的で、以下の試験を行った。

加工：雌ネジ加工
工具：タップＭ３３細目
工具材種：ハイス
下穴内径：直径３１ｍｍ
加工深さ：完全ネジ部５３ｍｍ止まり穴
加工機：５面加工機

既存の切削加工方法は、比較例として上記条件でセミドライ方式にて雌ネジ加工を行った。

上述の本発明に係る切削加工方法は、実施例として上記条件に加えて、上記加工機のスピンドルにクーラントを貯蔵するタンクを備えさせ、工具ホルダにクーラント供給用の側孔と、空気吸込孔とを形成した。上記工具は、孔部を拡張して直径８ｍｍの孔部とし、把持部に切り欠きを形成した。孔部の先端の開口は、直径１１ｍｍ、４５°の先端側テーパ部分とした。

比較例では、３０箇所目の加工で、加工部分に毟れが発生し、工具の刃部に溶着が見られた。工具を交換して試験を再開し、２００箇所目の加工で交換した工具及び加工部分を確認したところ、工具の損傷、及び加工部分における精度の低下が確認されたため試験を停止した。

実施例では、１０１０箇所目まで問題なく加工することができ、工具の状態もさらに継続して使用可能であると判断できる状態であると共に、加工部分の加工精度も良好であった。

以上の結果から、本発明に係るタップ、工具ホルダ、切削加工機及び切削加工方法は、工具の長寿命化を図ることができると共に、効率的かつ高精度に切削加工できることが確認できた。また、当該切削加工方法によれば、タッピング加工の自動化が可能であることが確認できた。

本発明に係る工具、工具ホルダ、切削加工機及び加工方法は、金属等の切削加工に好適に利用することができる。

１切削加工機
２工具
２１刃部
２２シャンク部
２３把持部
２４孔部
２５先端側テーパ部分
２６基端側テーパ部分
２７切り欠き
２８凹部
２９切粉排出溝
３工具ホルダ
３１孔部
３２側穴
３３外気吸込孔
４スピンドル
４１空気流路
５タンク
６クーラント用流路
６１タンク側継手
６２工具ホルダ側継手
６３ホース
Ｃクーラント
Ｎノズル

Claims

切削加工機に装着され、回転することにより被加工物を切削加工する工具であって、
先端に形成され、上記被加工物を切削する刃部と、
シャンク部と、
基端に形成され、上記切削加工機が有する工具ホルダに把持される把持部と、
径方向の中心を貫通する孔部と
を有し、
上記把持部が、上記孔部に連通する孔又は切り欠きを有し、
上記孔部が、上記先端に向けて径が漸増する先端側テーパ部分と、上記基端に向けて径が漸増する基端側テーパ部分とを有し、
上記径方向の中心に上記先端側テーパ部分の径方向の中心が位置している工具。
筒状の胴部を有し、切削加工機に保持される工具ホルダであって、
上記胴部の一端面側に工具の基端に形成されている把持部を把持する穴部を有し、
上記胴部の側面に、クーラントを内部に供給するための第１側孔と、外気を内部に吸い込むための第２側孔とが形成され
上記工具が、
先端に形成され、被加工物を切削する刃部と、
シャンク部と、
上記把持部と、
径方向の中心を貫通する孔部と
を有し、
上記把持部が、上記孔部に連通する孔又は切り欠きを有し、
上記孔部が、上記先端に向けて径が漸増する先端側テーパ部分と、上記基端に向けて径が漸増する基端側テーパ部分とを有する工具ホルダ。
上記第１側孔に配置され、クーラントを上記穴部内に供給する継手を備える請求項２に記載の工具ホルダ。
工具と、
請求項２に記載の工具ホルダと
を備え、
上記工具が、
先端に形成され、上記被加工物を切削する刃部と、
シャンク部と、
基端に形成され、上記工具ホルダに把持される把持部と、
径方向の中心を貫通する孔部と
を有し、
上記把持部が、上記孔部に連通する孔又は切り欠きを有し、
上記孔部が、上記先端に向けて径が漸増する先端側テーパ部分と、上記基端に向けて径が漸増する基端側テーパ部分とを有する切削加工機。
切削加工時に上記工具及び工具ホルダと共に回転し、上記工具ホルダの穴部内に供給するクーラントを貯蔵するタンクをさらに備える請求項４に記載の切削加工機。
工具を回転することにより被加工物を切削加工する方法であって、
請求項２に記載の工具ホルダを有する切削加工機に工具を装着する工程と、
上記工具ホルダを介して上記工具の孔部に圧縮空気を送る工程と、
上記工具ホルダの第１側孔にクーラントを供給する工程と、
上記工具の孔部内で上記圧縮空気及び上記クーラントを混合してミストを生成する工程と、
上記工具を回転すると共に、上記工具の先端から上記ミストを噴出する工程と
を備え、
上記工具が、
先端に形成され、上記被加工物を切削する刃部と、
シャンク部と、
基端に形成され、上記工具ホルダに把持される把持部と、
径方向の中心を貫通する孔部と
を有し、
上記把持部が、上記孔部に連通する孔又は切り欠きを有し、
上記孔部が、上記先端に向けて径が漸増する先端側テーパ部分と、上記基端に向けて径が漸増する基端側テーパ部分とを有する加工方法。