KR20140071415A

KR20140071415A - 헤드 교환식 절삭 공구

Info

Publication number: KR20140071415A
Application number: KR1020147009026A
Authority: KR
Inventors: 다카유키 아제가미; 다로 아베
Original assignee: 미츠비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2014-06-11
Also published as: CN103717335B; KR101496107B1; JP5664506B2; EP2754519A1; US9517514B2; CN103717335A; WO2013035619A1; US20140205389A1; JP2013056404A; EP2754519B1; EP2754519A4

Abstract

공구 본체와 연결 부재의 접합 강도의 가일층의 향상을 도모하면서도, 압입 부재의 수명의 단축을 초래하는 일 없이 대량 생산을 가능하게 한다. 경질 재료를 포함하는 공구 본체(1A)에 형성된 내주면에 오목부(16a)를 갖는 설치 구멍(16)에, 이 경질 재료보다도 경도가 낮은 금속 재료를 포함하는 연결 부재(2)의 원통 형상의 설치부(21)가 삽입되어, 이 설치부(21)가 직경 확장되도록 소성 변형되고, 설치부(21)의 외주면이 설치 구멍(16)의 내주면과 밀착되어 오목부(16a)와 결합됨으로써, 이들 공구 본체(1A)와 연결 부재(2)가 접합된 헤드 교환식 절삭 공구이며, 설치부(21)의 내주부에는 연결 부재(2)보다도 경도가 높은 직경 확장 부재(4)가 압입되어 고정되어 있고, 이 직경 확장 부재(4)에 의해 설치부(21)가 소성 변형되어 있다.

Description

헤드 교환식 절삭 공구 {EXCHANGEABLE HEAD CUTTING TOOL}

본 발명은 날부를 갖고 홀더에 연결되는 절삭 헤드나 이 절삭 헤드를 연결하여 보유 지지하는 홀더와 같은 헤드 교환식 절삭 공구에 관한 것이다.

이와 같은 헤드 교환식 절삭 공구로서, 예를 들어 특허문헌 1에는, 초경합금에 의해 일체 형성된 절삭 헤드의 후단부에 수나사부가 형성되고, 이 수나사부를, 홀더에 형성된 암나사부에 비틀어 넣어 연결하도록 한 것이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 초경합금을 포함하는 생크부에 강부가 납땜에 의해 고착되어, 이 강부의 절삭 헤드가 장착되는 측보다도 안쪽에, 절삭 헤드를 고정하기 위한 암나사부가 형성된 것이 제안되어 있다.

일본 특허 출원 공개 평7-164234호 공보 일본 특허 출원 공개 제2003-251540호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재된 헤드 교환식 절삭 공구와 같이, 고경도이지만 경취재이기도 한 초경합금을 포함하는 절삭 헤드에 수나사부를 직접 형성한 것에서는, 나사산에 절결부가 생기기 쉬워져 홀더와 확실히 연결할 수 없다. 또한, 특허문헌 2와 같이 초경합금을 포함하는 생크부와 암나사부가 형성된 강부를 납땜에 의해서 고착된 홀더에서는, 이들 생크부와 강부의 접합부의 강도를 확보하는 것이 어려워, 절삭 저항에 의해 강부가 생크부로부터 분리되어 버릴 우려가 있다.

따라서, 본 발명의 발명자들은, 우선 일본 특허 출원 제2010-72765나 일본 특허 출원 제2010-218643에 있어서, 절삭 헤드나 홀더와 같은 헤드 교환식 절삭 공구의 초경합금 등의 경질 재료를 포함하는 공구 본체에, 소정의 표면 거칠기의 요철면과 같은 오목부를 내주면에 갖는 설치 구멍을 형성하고, 이 설치 구멍에, 상기 경질 재료보다 경도가 낮은 금속 재료를 포함하는 연결 부재의 원통 형상의 설치부를 삽입하여, 이 설치부의 내주부에, 상기 설치부의 내경보다도 큰 외경의 압입 부재(펀치)를 압입하여 인발함으로써 설치부를 직경 확장되도록 소성 변형시키고, 설치부의 외주면을 설치 구멍의 내주면과 밀착시켜 상기 오목부와 결합시킴으로써, 이들 공구 본체와 연결 부재를 접합하는 것을 제안하고 있다.

따라서, 이와 같은 헤드 교환식 절삭 공구에서는, 경도가 낮은 반면, 인성은 높아 절결되기 어려운 상기 금속 재료를 포함하는 연결 부재에 절삭 헤드나 홀더의 연결용 나사부를 형성함으로써, 이들 절삭 헤드와 홀더를 확실히 연결할 수 있다. 또한, 설치부는 압입 부재에 의해 직경 확장되도록 소성 변형되고, 그 외주면이 설치 구멍 내주면과 밀착함과 함께 오목부와 결합되어 있으므로, 공구 본체와 연결 부재의 접합 강도가 높아, 절삭 저항에 의해 이들 공구 본체와 연결 부재가 분리되어 절삭 헤드가 탈락해 버리는 경우도 없다.

그런데, 이와 같은 헤드 교환식 절삭 공구에 있어서는, 공구 본체와 연결 부재의 접합 강도를 더 높이기 위해, 연결 부재를 공구 본체보다는 저경도이지만, 비교적 경도가 높은 금속 재료에 의해 형성하거나, 혹은 압입 부재의 외경과 설치부의 내경의 차를 크게 하여 설치부의 소성 변형량을 크게 하면, 압입 부재에 과대한 부하가 작용하여 마모가 촉진되거나, 연결 부재를 형성하는 금속 재료가 압입 부재에 용착을 일으켜, 압입 부재의 수명을 단축해 버릴 우려가 있다. 이로 인해, 이와 같이 하여 공구 본체와 연결 부재의 접합 강도를 더 높인 헤드 교환식 절삭 공구를 대량으로 생산하는 것은 곤란했다.

본 발명은, 이와 같은 배경 하에 이루어진 것으로, 공구 본체와 연결 부재의 접합 강도의 가일층의 향상을 도모하면서도, 압입 부재의 수명의 단축을 초래하는 일 없이 대량 생산이 가능한 헤드 교환식 절삭 공구를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 과제를 해결하여, 이와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 경질 재료를 포함하는 공구 본체에 형성된 내주면에 오목부를 갖는 설치 구멍에, 상기 경질 재료보다도 경도가 낮은 금속 재료를 포함하는 연결 부재의 원통 형상의 설치부가 삽입되어, 이 설치부가 직경 확장되도록 소성 변형되고, 상기 설치부의 외주면이 상기 설치 구멍의 내주면과 밀착되어 상기 오목부와 결합됨으로써, 이들 공구 본체와 연결 부재가 접합된 헤드 교환식 절삭 공구이며, 상기 설치부의 내주부에는 상기 연결 부재보다도 경도가 높은 직경 확장 부재가 압입되어 고정되어 있고, 이 직경 확장 부재에 의해 상기 설치부가 소성 변형되어 있는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 헤드 교환식 절삭 공구에 있어서는, 상술한 바와 같이 압입 부재(펀치)의 압입, 인발에 의해 연결 부재의 설치부를 소성 변형시켜 직경 확장시키는 것이 아니라, 연결 부재보다 경도가 높은 직경 확장 부재가 설치부의 내주부에 압입되어 상기 설치부를 직경 확장되도록 소성 변형시키고, 이 직경 확장 부재를, 그대로 상기 내주부 내에 남겨두도록 하여 설치부에 고정하고 있고, 이로 인해 직경 확장 부재를 압입하기 위한 펀치 등의 압입 부재는 설치부의 내주부에 접촉시킬 필요가 없다.

따라서, 공구 본체와 연결 부재의 접합 강도를 더 높이기 위해, 연결 부재를 비교적 경도가 높은 금속 재료로 형성하거나, 혹은 직경 확장 부재의 외경과 설치부의 내경의 차를 크게 하여 설치부의 소성 변형량을 크게 해도, 압입 부재에 손상 등이 생기는 일은 없어, 대량 생산에 대응하는 것이 가능해진다. 또한, 이와 같이 연결 부재를 고경도의 금속 재료로 형성하거나, 설치부의 소성 변형량을 크게 하지 않아도, 연결 부재보다도 고경도의 직경 확장 부재가 설치부의 내주부에 압입되어 남겨지므로, 공구 본체와 연결 부재의 접합 강도의 향상을 도모할 수도 있다.

여기서, 상기 직경 확장 부재는, 적어도 상기 설치부의 내주부로의 상기 직경 확장 부재의 압입 방향측을 향하는 부분이, 이 압입 방향을 향함에 따라 외경이 점차 작아지도록 형성되어 있는 것이, 직경 확장 부재의 원활한 압입을 도모하기 위해 바람직하다. 이와 같은 직경 확장 부재로서는, 예를 들어 구형의 것이나 테이퍼 핀 형상의 것이어도 되고, 혹은 펀치의 선단면에서 압입하기 쉽도록 압입 방향의 후방측에 평탄면을 갖는 구 형상의 것이어도 된다.

또한, 이와 같은 헤드 교환식 절삭 공구에 있어서, 상기 연결 부재의 설치부의 내주부는, 절삭 헤드의 날부에 쿨런트를 공급하기 위한 쿨런트 구멍으로서 이용되는 경우가 있지만, 이 설치부의 내주부가 직경 확장 부재의 압입에 의해 밀봉되어 있으면 쿨런트를 공급할 수 없다. 따라서, 이와 같은 경우에는, 상기 설치부의 내주부에, 상기 내주부에 고정된 상기 직경 확장 부재에 있어서 상기 설치부가 이루는 원통의 중심 축선에 직교하는 단면에 있어서의 외경이 최대로 되는 위치를, 상기 중심 축선 방향에 걸쳐서 연장되는 홈을 형성함으로써, 이 홈을 통해 쿨런트를 공급하는 것이 가능해진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 공구 본체와 연결 부재의 접합 강도의 향상을 도모하기 위해, 연결 부재를 고경도의 금속 재료에 의해 형성하거나, 소성 변형량을 크게 해도, 손상 등에 의한 압입 부재의 수명의 단축을 초래하는 일 없이, 대량 생산을 실시할 수 있음과 함께, 직경 확장 부재가 압입되어 연결 부재의 설치부에 남겨짐으로써도, 공구 본체와 연결 부재의 접합 강도의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 헤드 교환식 절삭 공구의 일 실시 형태인 절삭 헤드를 홀더에 설치한 상태를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 실시 형태의 절삭 헤드의 도면으로, (a)는 사시도, (b)는 측면도, (c)는 정면도이다.
도 3은 도 1에 도시하는 실시 형태의 절삭 헤드에 제조되는 절삭 헤드 소재의 도면으로, (a)는 측면도, (b)는 (a)에 있어서의 ZZ 측단면도, (c)는 (b) 중 공구 본체 소재(헤드 본체 소재) 부분의 측단면도이다.
도 4는 도 1에 도시하는 실시 형태의 소성 변형 전의 연결 부재의 도면으로, (a)는 사시도, (b)는 측면도, (c)는 정면도, (d)는 측단면도이다.
도 5는 도 3에 도시하는 절삭 헤드 소재에 연결 부재를 접합할 때의 도면으로, (a)는 의 직경 확장 부재의 압입 전의 측단면도, (b)는 직경 확장 부재의 압입 후의 측단면도이다.
도 6은 도 3에 도시하는 절삭 헤드 소재에 있어서 직경 확장 부재의 변형예를 압입한 상태를 도시하는 측단면도이다.
도 7은 도 3에 도시하는 절삭 헤드 소재의 변형예의 도면으로, (a)는 측면도, (b)는 (a)에 있어서의 ZZ 측단면도, (c)는 (b) 중 공구 본체 소재(헤드 본체 소재) 부분의 측단면도이다.
도 8은 도 7에 도시하는 변형예의 소성 변형 전의 연결 부재의 도면으로, (a)는 사시도), (b)는 측면도, (c)는 정면도, (d)는 측단면도이다.
도 9는 도 7에 도시하는 절삭 헤드 소재에 있어서 직경 확장 부재의 변형예를 압입한 상태를 도시하는 측단면도이다.

도 1 내지 도 5는, 헤드 교환식 절삭 공구로서 홀더에 착탈 가능하게 설치되어 엔드 밀을 구성하는 절삭 헤드에 본 발명을 적용한 경우의 일 실시 형태를 도시하는 것이다. 이 절삭 헤드는, 도 2에 도시한 바와 같이, 초경합금이나 서멧, 세라믹스 등의 경질 재료에 의해 일체 형성된 본 실시 형태에 있어서의 공구 본체로서의 헤드 본체(1)에, 이 헤드 본체(1)를 형성하는 상기 경질 재료보다도 경도가 낮은 스테인리스강이나 다이스강 등의 강재와 같은 소성 변형 가능한 금속 재료를 포함하는 연결 부재(2)가 접합되어 구성되어 있다.

이와 같은 엔드 밀을 구성하는 절삭 헤드는, 상기 연결 부재(2)를 통해 도 1에 도시한 바와 같이 원통축 형상의 홀더(3)의 선단부에 헤드 본체(1)의 중심 축선(O)(본 실시 형태에서는 후술하는 원통 형상의 설치부의 중심 축선)이 동축이 되도록 연결되어 설치되고, 이 홀더(3)가 공작 기계의 주축에 설치되어 상기 축선(O) 주위로 엔드 밀 회전 방향(T)으로 회전되면서 상기 축선(O)에 교차하는 방향으로 송출됨으로써, 피삭재에 절삭 가공을 실시한다.

헤드 본체(1)에는, 도 2에 도시한 바와 같이 선단측[도 2의 (b)에 있어서 좌측]으로부터 후단부측[도 2의 (b)에 있어서 우측]을 향해 순서대로, 절삭날이 형성되는 날부(11)와, 절삭 헤드의 교환 시에 렌치 등이 걸림 결합되는 걸림 결합부(12)와, 이들 날부(11) 및 걸림 결합부(12)보다 외경이 한단계 작고, 또한 이 외경이 후단부측을 향함에 따라 점차 작아지도록 된 축선(O)을 중심으로 하는 원추대 형상의 테이퍼 축부(13)가 형성되어 있다. 또한, 이 테이퍼 축부(13)의 외주면이 축선(O)에 대해 이루는 경사 각도는 1° 내지 20°의 범위 내로 되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1° 내지 5°의 범위 내, 더욱 바람직하지는 1° 내지 3°의 범위 내로 되고, 본 실시 형태에서는 2°로 되어 있다.

날부(11)의 외주에는, 헤드 본체(1)의 선단으로부터 후단부측을 향해 축선(O) 주위로 엔드 밀 회전 방향(T)의 후방측으로 비틀어지는 절삭칩 배출 홈(14)이 주위 방향으로 등 간격으로 복수조(본 실시 형태에서는 4조) 형성되고, 이들 절삭칩 배출 홈(14)의 외주측 변릉부에는 상기 절삭날로서 외주날(15a)이, 또한 선단측 변릉부에는 마찬가지로 절삭날로서 밑날(15b)이 형성되어 있다. 또한, 본 실시 형태의 엔드 밀은 래디어스 엔드 밀이며, 이들 외주날(15a)과 밑날(15b)이 교차하는 코너부에는, 1/4 원호 등의 볼록 곡선 형상을 이루는 코너날(15c)이 형성되어 있고, 따라서 이들 외주날(15a), 밑날(15b) 및 코너날(15c)을 포함하는 복수 조(4조)의 절삭날이 헤드 본체(1)에 형성된다.

도 3의 (c)는 이와 같은 절삭칩 배출 홈(14)이나 외주날(15a), 밑날(15b), 및 코너날(15c)이 형성되기 전의 헤드 본체(1)의 소재로 되는 헤드 본체 소재(1A)를 도시하는 것이고, 상술한 바와 같은 경질 재료의 소결 등에 의해 제조된 이와 같은 헤드 본체 소재(1A)에, 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이 상기 연결 부재(2)가 접합된 후에, 날부(11)의 절삭칩 배출 홈(14)이나 외주날(15a), 밑날(15b) 및 코너날(15c)이 형성되어 헤드 본체(1)에 제조된다.

이 헤드 본체 소재(1A)에는, 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이 테이퍼 축부(13)의 후단부면에 개방되어 선단측으로 연장되는 설치 구멍(16)과, 이 설치 구멍(16)의 더욱 선단측에 연통하여 상기 설치 구멍(16)보다 한단계 소경으로 된 바닥이 있는 쿨런트 구멍(17)이 축선(O)을 따라 형성되어 있고, 이 쿨런트 구멍(17)의 내주면으로부터는 더욱 소경으로 된 복수의 분기 구멍(18)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 절삭날과 동수의 4개의 분기 구멍(18)이 주위 방향으로 간격을 두고 선단측을 향함에 따라 외주측을 향하도록 연장되어, 헤드 본체 소재(1A)에 있어서의 헤드 본체(1)의 날부(11)에 닿는 부분의 외주면에 개방되어 있다.

또한, 설치 구멍(16)은, 그 저면, 즉 쿨런트 구멍(17)과의 경계부가, 축선(O) 방향에 있어서 헤드 본체 소재(1A)에 있어서의 헤드 본체(1)의 날부(11)와 걸림 결합부(12)의 경계부에 대략 위치하도록 되어 있다. 또한, 이 설치 구멍(16)의 내주면에는, 본 실시 형태에 있어서의 오목부로서, 축선(O)을 따른 단면이 원호 등의 오목 곡선 형상을 이루어 축선(O) 주위로 주회하는 환상 홈(16a)이, 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이 테이퍼 축부(13)의 후단부면과 상기 저면으로부터 간격을 두고 복수조(본 실시 형태에서는 6조) 형성되어 있고, 다만 적어도 선단측의 환상 홈(본 실시 형태에서는 선단측의 2조의 환상 홈)(16a)은 축선(O) 방향에 있어서 헤드 본체 소재(1A)에 있어서의 헤드 본체(1)의 걸림 결합부(12)에 닿는 위치에 형성되어 있다.

연결 부재(2)는, 도 4에 도시한 바와 같이 선단측에 축선(O)을 중심으로 한 대략 원통 형상의 설치부(21)가 형성됨과 함께, 후단부측에는 이 설치부(21)보다도 대경의 수나사부(22)가 동축으로 일체로 형성된 것으로, 설치부(21)의 외경은 소성 변형 전의 상태에 있어서 설치 구멍(16)의 내경보다 약간 작게 되고, 또한 수나사부(22)의 외경은 설치 구멍(16)의 내경보다 크고, 테이퍼 축부(13)의 후단부면의 외경보다는 작게 되어 있다. 또한, 이 수나사부(22)의 비틀어짐의 방향은 상기 엔드 밀 회전 방향(T)의 반대 방향으로 된다.

또한, 원통 형상의 설치부(21)의 내주부는 도 4의 (d)에 도시한 바와 같이 이 수나사부(22)도 관통하여 연결 부재(2)의 후단부면에 개방되어 있다. 단, 이 연결 부재(2)의 내주부는, 적어도 도 4에 도시한 소성 변형 전의 상태에 있어서, 상기 설치부(21)의 부분에서 수나사부(22)의 부분보다 내경이 약간 한단계 소경으로 되어 있다. 또한, 설치부(21)의 축선(O) 방향의 길이는, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이 설치 구멍(16)의 깊이보다는 짧고, 다만 수나사부(22)의 선단면을 테이퍼 축부(13)의 후단부면에 접촉시킨 상태로 최첨단의 환상 홈(16a)을 초과하는 길이로 되어 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 설치부(21)의 선단부에, 축선(O) 방향으로 연장되는 홈(21a)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에 있어서의 이 홈(21a)은, 설치부(21)의 선단으로부터 축선(O)을 포함하는 평면을 따라서 후단부측을 향하게 하고, 설치부(21)의 내외주부를 직경 방향으로 관통하도록 형성된 슬릿 형상의 것으로, 이와 같은 홈(21a)이 주위 방향으로 간격을 두고 복수(본 실시 형태에서는 주위 방향으로 등간격으로 4개) 형성되어 있다. 또한, 이 홈(21a)의 설치부(21) 선단으로부터의 길이는, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이 수나사부(22)의 선단면을 테이퍼 축부(13)의 후단부면에 접촉시킨 상태에서, 홈(21a)의 후단부가 축선(O) 방향에 있어서 헤드 본체 소재(1A)에 있어서의 헤드 본체(1)의 걸림 결합부(12)와 테이퍼 축부(13)의 경계부에 대략 위치하도록 되어 있다.

그리고, 이와 같은 연결 부재(2)는, 설치부(21)가 헤드 본체 소재(1A)에 있어서의 설치 구멍(16)에 삽입되고, 상술한 바와 같이 수나사부(22)의 선단면이 테이퍼 축부(13)의 후단부면에 접촉된 상태에서, 그 내주부에, 도 5에 도시한 바와 같이 직경 확장 부재(4)가 압입되어 고정됨으로써 설치부(21)가 직경 확장되도록 소성 변형됨으로써, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이 헤드 본체 소재(1A)에 접합되어 설치된다.

여기서, 본 실시 형태에서는, 직경 확장 부재(4)는, 연결 부재(2)보다도 고경도이고, 헤드 본체(1)의 경도 이하의 경도를 갖는, 예를 들어 공구강이나 베어링강 등의 금속 재료에 의해 형성된 것이며, 헤드 본체(1)와 마찬가지로 초경합금이나 서멧, 세라믹스 등의 경질 재료에 의해 형성되어 있어도 된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 직경 확장 부재(4)는, 연결 부재(2)의 소성 변형 전의 설치부(21)에 있어서의 내주부의 내경보다도 크고, 수나사부(22)에 있어서의 내주부의 내경보다는 작은 직경을 갖는 구형상으로 되어 있다.

이와 같은 직경 확장 부재(4)는, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이 수나사부(22)의 선단면이 테이퍼 축부(13)의 후단부면에 접촉된 상태의 연결 부재(2) 내주부에 후단부측으로부터 삽입되고, 이 직경 확장 부재(4)의 직경보다도 약간 작은 외경의 선단 축부를 갖는 펀치(P)에 의해 축선(O) 방향 선단측을 향한 압입 방향(F)으로 압박됨으로써, 설치부(21)를 외주측으로 밀어 직경 확장시키도록 소성 변형시키면서 압입되고, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이 설치부(21)로부터 발출되는 일 없이 이 설치부(21)에 있어서의 연결 부재(2)의 내주부 내에 남겨져 고정된다.

따라서, 이와 같이 하여 설치부(21)가 직경 확장되도록 소성 변형됨으로써, 설치부(21) 내주부의 내경은, 직경 확장 부재(4)의 압입 방향(F)측[축선(O) 방향 선단측]의 부분보다도 직경 확장 부재(4)를 사이에 두고 압입 방향(F) 후방측[축선(O) 방향 후단부측]의 부분의 쪽이 커지고, 설치부(21)의 외주면은 설치 구멍(16)의 내주면에 강하게 밀착되어 압박되고, 이 설치부(21) 외주면의 일부가 설치 구멍(16) 내주면에 형성된 오목부로서의 상기 환상 홈(16a) 내에 소성 변형에 의해 들어가도록 하여 걸림 결합된다. 이로 인해, 연결 부재(2)는 헤드 본체 소재(1A) 및 헤드 본체(1)에 대해 축선(O) 방향으로 빠짐 방지됨과 함께, 설치부(21) 외주면과 설치 구멍(16) 내주면의 밀착에 의해 축선(O) 주위의 상대 회전도 구속되어 강고하게 일체화된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 직경 확장 부재(4)는, 상술한 바와 같이 설치부(21)에 있어서의 연결 부재(2)의 내주부에 고정된 상태에서, 축선(O)에 직교하는 단면에 있어서의 외경이 최대로 되는 위치가, 축선(O) 방향에 있어서 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 헤드 본체 소재(1A)에 대해서는 헤드 본체(1)에 있어서의 상기 걸림 결합부(12)에 위치하도록 되어 있고, 또한 연결 부재(2)에 대해서는 설치부(21) 선단의 상기 홈(21a)이 형성된 부분에 위치하도록 되어 있다. 또한, 이 홈(21a)은, 그 축선(O) 방향의 선단과 후단부가 이와 같이 고정된 직경 확장 부재(4)보다도 상기 축선(O) 방향의 선단측과 후단부측에 위치하여 설치 구멍(16) 내와 설치부(21)의 내주부에 각각 개방되도록 되어 있고, 즉 고정된 직경 확장 부재(4)의 축선(O)에 직교하는 단면에 있어서의 외경이 최대로 되는 상기 위치를 축선(O) 방향으로 걸치도록 형성되어 있다.

이와 같이 하여 연결 부재(2)가 설치된 헤드 본체 소재(1A)는, 상술한 바와 같이 절삭칩 배출 홈(14)과 외주날(15a), 밑날(15b) 및 코너날(15c)을 포함하는 절삭날이 형성되어 헤드 본체(1)에 제조된다. 또한, 이때 쿨런트 구멍(17)으로부터 분기된 상기 분기 구멍(18)은, 상기 절삭날을 향해 도 2에 도시한 바와 같이 각 절삭칩 배출 홈(14)의 저면에 각각 개방된다.

또한, 이와 같이 하여 제조된 헤드 본체(1)는, 연결 부재(2)의 수나사부(22)가, 원통축 형상의 상기 홀더(3)의 내주부에 형성된 도시되지 않는 암나사부에 비틀어 넣어짐으로써, 걸림 결합부(12)의 후단부면이 홀더(3)의 선단면에 접촉됨과 함께, 테이퍼 축부(13)의 외주면이 상기 암나사부와 홀더(3)의 선단면 사이에 형성된 선단측을 향함에 따라 점차 직경 확장되는 도시되지 않은 테이퍼 구멍 부분의 내주면에 밀착되어 홀더(3)와 연결되어, 상술한 바와 같이 절삭 가공에 사용된다.

이와 같이 구성된 헤드 교환식 절삭 공구인 절삭 헤드에 있어서는, 공구 본체인 헤드 본체(1)의 헤드 본체 소재(1A)에 형성된 설치 구멍(16)에 연결 부재(2)를 설치하는 데, 이 연결 부재(2)의 설치부(21) 내주부에 그 내경보다 큰 외경의 펀치를 압입하여 인발함으로써 설치부(21)를 직경 확장시키도록 소성 변형시키는 것이 아니라, 펀치(P)와는 별체의 직경 확장 부재(4)를 상기 펀치(P)에 의해 설치부(21) 내주부에 압입하여 설치부(21)를 소성 변형시키고 있으므로, 펀치(P)의 선단 축부의 외경을 직경 확장 부재(4)의 직경보다도 작게 함으로써, 펀치(P) 자체가 설치부(21) 내주부에 접촉하는 것을 피할 수 있다.

따라서, 예를 들어 헤드 본체(1)와 연결 부재(2)의 접합 강도를 높이기 위해, 연결 부재(2)를 소성 변형 가능한 재질 중에서도 상기 금속 재료보다 고경도의 재질로 형성하거나, 또는 상기 금속 재료 중에서도 보다 경도가 높은 것으로 형성하거나, 혹은 설치부(21)의 소성 변형량을 보다 크게 설정해도, 이 연결 부재(2)의 설치부(21) 내주부에 펀치(P)가 접촉함으로써 펀치(P)에 마모 등의 손상이 생기는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 펀치(P)의 수명의 연장을 도모할 수 있고, 이와 같이 헤드 본체(1)와 연결 부재(2)의 접합 강도가 높은 절삭 헤드를 연속적으로 대량 생산하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 구성의 절삭 헤드(헤드 교환식 절삭 공구)에서는, 펀치(P)에 의해 압입된 직경 확장 부재(4)가 그대로 연결 부재(2)의 설치부(21) 내주부에 남겨진다. 그리고, 이 직경 확장 부재(4)는, 연결 부재(2)의 설치부(21)를 직경 확장하도록 소성 변형시키기 위해 연결 부재(2)를 구성하는 재질보다 고경도의 재질에 의해 형성되어 있으므로, 이와 같은 직경 확장 부재(4)가 설치부(21) 내주부에 남겨짐으로써, 상기 절삭 헤드에 있어서는, 단순히 설치부(21)가 직경 확장된 만큼의 절삭 헤드에 비해 헤드 본체(1)와 연결 부재(2)의 접합 강도의 가일층의 향상을 도모할 수 있어, 절삭 가공 시에 비록 과대한 절삭 부하가 작용해도 헤드 본체(1)가 분리되어 버리거나 하는 사태가 생기는 것을 확실히 방지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 이와 같이 하여 남겨지는 직경 확장 부재(4)는, 그 축선(O)에 직교하는 단면에 있어서의 외경이 최대로 되는 위치가, 소성 변형에 의한 설치부(21)의 직경 확장 후에는, 축선(O) 방향에 있어서 헤드 본체(1)의 걸림 결합부(12)에 위치하도록 되어 있다. 그리고, 이 걸림 결합부(12)는, 헤드 본체(1) 후단부측의 소경으로 된 테이퍼 축부(13)보다도 한단계 대경으로 되도록 형성되어 고강성으로 되어 있으므로, 직경 확장 부재(4) 사이에서 소성 변형된 설치부(21)를 강고하게 보유 지지할 수 있고, 또한 가일층의 접합 강도의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시 형태에서는 직경 확장 부재(4)가 구형으로 되어 있고, 펀치(P)에 의한 직경 확장 부재(4)의 압입 방향(F)측[축선(O) 방향 선단측]을 향하는 부분이, 이 압입 방향(F)을 향함에 따라 외경이 점차 작아지도록 되어 있다. 그런데, 이와 같은 직경 확장 부재로서는, 예를 들어 소성 변형 전의 연결 부재(2)의 수나사부(22) 내주부보다는 소경이고 설치부(21) 내주부보다는 대경인 직경을 갖는 원주 형상의 것을 펀치(P)의 압박력으로 압입하는 것도 가능하기는 하지만, 그와 같은 직경 확장 부재에서는 압입 시의 저항이 지나치게 커지는 데 반해, 상술한 본 실시 형태와 같은 압입 부재(4)에서는 원활한 압입을 도모하여 압입 저항이 지나치게 커지는 것을 방지할 수 있어, 펀치(P)로의 부담을 한층 경감시키는 것이 가능해진다.

또한, 이와 같은 직경 확장 부재(4)로서는, 상술한 바와 같은 구형의 것 이외에, 예를 들어 도 6에 도시하는 변형예와 같은 구체의 직경 확장 부재(4)의 압입 방향(F) 후방측[축선(O) 방향 후단부측]을 향하는 부분이 축선(O)에 수직인 평탄면에 의해 절결된 것이어도 된다. 직경 확장 부재(4)가 완전한 구형인 경우에는, 펀치(P)의 선단면이 평탄면이면 직경 확장 부재(4)와 점접촉으로 되는 데 반해, 이와 같이 하여 압입 방향(F) 후방측에 평탄면이 형성되어 있으면 면접촉으로 되어, 보다 안정적인 압입을 도모할 수 있다. 또한, 구 형상의 직경 확장 부재(4)의 압입 방향(F) 후방측이 압입의 과정에서 펀치(P)에 의해 찌부러져 이와 같은 평탄면이 형성되어도 된다. 또한, 후술하는 압입 방향(F)을 향함에 따라 외경이 점차 작아지는 원추대 형상의 테이퍼 핀으로 되어 있어도 되고, 혹은 포탄 형상으로 되어 있어도 된다.

그런데, 상기 실시 형태의 헤드 교환식의 엔드 밀과 같은 절삭 공구에서는, 원통축 형상의 홀더(3)의 내주부에, 상기 홀더(3)가 설치된 공작 기계의 주축으로부터 절삭유제나 압축 공기, 미스트 등의 쿨런트를 공급하여, 연결 부재(2)의 내주부로부터 설치 구멍(16), 쿨런트 구멍(17) 및 분기 구멍(18)을 통해 절삭날로 분출함으로써 절삭날이나 피삭재의 냉각, 윤활을 도모하는 경우가 있지만, 상술한 바와 같이 직경 확장 부재(4)가 연결 부재(2)의 내주부에 남겨져 밀봉되어 있으면 이와 같은 쿨런트의 공급을 행할 수 없게 되어 버린다.

따라서, 이와 같이 헤드 본체(1)(공구 본체)의 내부를 통해 쿨런트를 공급하는 경우에 있어서는, 본 실시 형태와 같이 연결 부재(2)의 설치부(21) 내주부에, 이 내주부에 고정된 직경 확장 부재(4)의 축선(O)에 직교하는 단면에 있어서의 외경이 최대로 되는 상기 위치를 축선(O) 방향에 걸쳐서 연장되는 홈(21a), 즉 축선(O) 방향의 선단과 후단부가 직경 확장 부재(4)보다도 선단측과 후단부측의 설치부(21) 내주부에 개방되어 연통하는 홈(21a)을 형성하여, 이 홈(21a)을 통해 쿨런트를 공급하면 된다. 이 경우에 있어서, 홈(21a)은, 본 실시 형태와 같이 설치부(21)의 내외주를 직경 방향으로 관통하는 슬릿 형상의 것이어도 되고, 또한 압입된 직경 확장 부재(4)에 의해 찌그러져 밀봉되지 않으면, 설치부(21)의 내주부에만 축선(O) 방향으로 연장되도록 형성된 것이어도 된다.

단, 이와 같이 헤드 본체(1)의 내부를 통해 쿨런트를 공급하지 않는 경우에는, 도 7 내지 도 9에 도시하는 상기 실시 형태의 변형예와 같이, 헤드 본체(1)[헤드 본체 소재(1A)]에는 쿨런트 구멍(17) 및 분기 구멍(18)을 형성하지 않고, 연결 부재(2)에 있어서도 도 8에 도시한 바와 같이 홈(21a)을 형성하지 않도록 구성해도 된다. 이 경우에 있어서 연결 부재(2)의 설치부(21)는 도 8에 도시한 바와 같이 대략 완전한 원통 형상으로 된다.

또한, 도 9는, 이와 같이 쿨런트를 내부 공급하지 않는 경우에 있어서, 직경 확장 부재(4)를 상술한 바와 같은 테이퍼 핀으로 한 변형예이다. 물론, 이 도 9에 도시하는 테이퍼 핀을 도 1 내지 도 6에 도시한 쿨런트 구멍(17)을 갖는 실시 형태의 직경 확장 부재(4)로 해도 되고, 또한 반대로 도 6에 도시한 평탄면을 갖는 구 형상의 직경 확장 부재(4)를 도 7 내지 도 9에 도시하는 쿨런트 구멍이 없는 실시 형태의 직경 확장 부재(4)로 해도 된다.

그런데, 상기 실시 형태 및 그 변형예에서는, 헤드 본체(1)[헤드 본체 소재(1A)]의 설치 구멍(16) 내주부의 오목부로서 축선(O) 주위로 주회하는 환상 홈(16a)을 형성하고 있지만, 이와 같은 환상 홈(16a) 대신에, 혹은 이것과 더불어, 이 설치 구멍(16)의 내주면에 연마 등을 실시하는 일 없이, 이 내주면을, 상기 초경합금 등의 분말 소결 재료를 소결하여 헤드 본체 소재(1A)를 형성했을 때의 소결 표면의 상태로 하여, 예를 들어 JIS　B　0601:2001(ISO　4287:1997)에 규정된 최대 높이 거칠기 Rz로 5㎛ 내지 200㎛의 범위 내의 표면 거칠기(단, 기준 길이 0.8㎜, 컷 오프값 λs=0.0025㎜, λc=0.8㎜)의 요철면으로 하고, 이것에 연결 부재(2)의 설치부(21)의 소성 변형된 외주면을 들어가게 함으로써, 축선(O) 주위의 회전과 축선(O) 방향의 이동을 구속하도록 해도 된다.

또한, 이와 같은 요철면이나 환상 홈(16a) 대신에, 혹은 이들과 더불어, 축선(O) 방향에 있어서 직경 확장 부재(4)가 남겨져 고정되는 헤드 본체(1)의 걸림 결합부(12)에서 설치 구멍(16)의 내경이 극히 약간 커지도록 형성해 두고, 이 부분에 소성 변형에 의해 직경 확장된 연결 부재(2)의 설치부(21) 외주면이 걸림 결합하여, 연결 부재(2)가 설치되도록 해도 된다. 또한, 설치 구멍(16)의 내주면에 축선(O) 방향으로 연장되는 홈이나 나선 홈, 혹은 점재하는 홈 등을 형성해 오목부로 해도 된다.

한편, 상기 실시 형태에서는, 헤드 교환식 절삭 공구의 헤드 본체(1)를 공구 본체로 하여 연결 부재(2)를 접합하는 경우에 대해 설명했지만, 이 헤드 본체(1)가 설치되는 홀더(3)의 홀더 본체를 경질 재료를 포함하는 공구 본체로 하여, 이 홀더(3)에 설치되는 상기 암나사부를 연결 부재에 형성하여 상기 홀더 본체에 접합하는 데 본 발명을 적용하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 홀더 본체에 형성된 설치 구멍에 삽입되는 연결 부재의 설치부의 내주부의 내경이 암나사부의 내경보다 작게 되고, 이 설치부 내주부에 직경 확장 부재가 압입되어 고정됨으로써, 설치부가 소성 변형되어 연결 부재가 홀더 본체에 접합된다.

1 : 헤드 본체(공구 본체)
1A : 헤드 본체 소재
2 : 연결 부재
3 : 홀더
4 : 직경 확장 부재
11 : 날부
12 : 걸림 결합부
13 : 테이퍼 축부
14 : 절삭칩 배출 홈
15a : 외주날
15b : 밑날
15c : 코너날
16 : 설치 구멍
16a : 환상 홈(오목부)
17 : 쿨런트 구멍
18 : 분기 구멍
21 : 설치부
21a : 홈
22 : 수나사부
O : 헤드 본체(공구 본체)(1)의 축선[원통 형상의 설치부(21)의 중심 축선]
T : 엔드 밀 회전 방향
P : 펀치(압입 부재)
F : 압입 방향

Claims

경질 재료를 포함하는 공구 본체에 형성된 내주면에 오목부를 갖는 설치 구멍에, 상기 경질 재료보다도 경도가 낮은 금속 재료를 포함하는 연결 부재의 원통 형상의 설치부가 삽입되어, 이 설치부가 직경 확장되도록 소성 변형되고, 상기 설치부의 외주면이 상기 설치 구멍의 내주면과 밀착되어 상기 오목부와 결합됨으로써, 이들 공구 본체와 연결 부재가 접합된 헤드 교환식 절삭 공구이며, 상기 설치부의 내주부에는 상기 연결 부재보다도 경도가 높은 직경 확장 부재가 압입되어 고정되어 있고, 이 직경 확장 부재에 의해 상기 설치부가 소성 변형되어 있는 것을 특징으로 하는, 헤드 교환식 절삭 공구.
제1항에 있어서, 상기 직경 확장 부재는, 적어도 상기 설치부의 내주부로의 상기 직경 확장 부재의 압입 방향측을 향하는 부분이, 이 삽입 방향을 향함에 따라 외경이 점차 작아지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 헤드 교환식 절삭 공구.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 설치부의 내주부에는, 상기 내주부에 고정된 상기 직경 확장 부재에 있어서 상기 설치부가 이루는 원통의 중심 축선에 직교하는 단면에 있어서의 외경이 최대로 되는 위치를, 상기 중심 축선 방향에 걸쳐서 연장되는 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 헤드 교환식 절삭 공구.