WO2018083743A1

WO2018083743A1 - 先端交換式切削工具の本体部及び先端交換式切削工具

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Publication number: WO2018083743A1
Application number: PCT/JP2016/082494
Authority: WO
Inventors: 二朗大沢; 保永井
Original assignee: オーエスジー株式会社
Priority date: 2016-11-01
Filing date: 2016-11-01
Publication date: 2018-05-11
Also published as: US20190126365A1; JP6371005B1; KR20190015559A; KR102189450B1; DE112016007405T5; JPWO2018083743A1; US10814408B2; CN109862982A; CN109862982B

Abstract

先端交換式切削工具（１）の本体部（３）は、第一金属材料によって構成され、軸方向に延設された筒状の筒部（３２）と、筒部（３２）の内周（４０）に設けられた、切削ヘッド（２）のおねじ部（２４）と螺合可能なめねじ部（３３）とを備える。めねじ部（３３）は、第一めねじ部（３４）と、第二めねじ部（３５）とを備える。第一めねじ部（３４）は、めねじ部（３５）のめねじ谷底（３６）よりもめねじ山頂（３７）側、且つめねじ部（３３）の有効径に対応する部分よりもめねじ谷底（３６）側の部分から、めねじ部（３３）のめねじ山頂（３７）までの部分である。第一めねじ部（３４）は、第一金属材料とは異なる第二金属材料により構成される。第二めねじ部（３５）は、筒部（３２）の内周（４０）と連続する部分であって、めねじ部（３３）の第一めねじ部（３４）以外の部分である。第二めねじ部（３５）は、第一金属材料により構成される。

Description

先端交換式切削工具の本体部及び先端交換式切削工具

　本発明は、先端交換式切削工具の本体部及び先端交換式切削工具に関する。

　従来より、マシニングセンタ等により回転駆動され、被削材の切削加工を行う切削工具として、切削ヘッドが本体部に対して着脱可能な先端交換式切削工具が知られている。先端交換式切削工具は、切れ刃が欠損した際には、切削ヘッドのみを交換して本体部は再使用できる。先端交換式切削工具は、本体部及び切削ヘッドの双方が超硬合金から構成されている場合、本体部と切削ヘッドとを連結するおねじ部又はめねじ部のねじ山が振動による衝撃で欠損しやすい。これに対し特許文献１には、本体部の端部に形成されるめねじ部に、超硬合金よりも剛性が低いヘリサートを装着し、該ヘリサートに切削ヘッドの端部に形成されるおねじ部を螺合することで、本体部と切削ヘッドとを固定する切削工具が開示されている。

特許第４９９３５２８号公報

　上記従来の切削工具では、切削ヘッドの端部に形成されるおねじ部の径及び本体部の大きさを一定とする場合、めねじ部の径の大きさを、ヘリサートを装着する分大きくする必要がある。その結果、超硬合金で形成される本体部の径方向の厚みが小さくなり、剛性が低下する。

　本発明の目的は、本体部と切削ヘッドとを着脱可能に構成した場合に、本体部の剛性を維持しつつ、切削加工時における振動を抑制できる先端交換式切削工具の本体部及び先端交換式切削工具を提供することである。

　本発明の第一態様に係る先端交換式切削工具の本体部は、先端交換式切削工具の本体部であって、第一金属材料によって構成され、軸方向に延設された筒状の筒部と、前記筒部の内周に設けられた、切削ヘッドのおねじ部と螺合可能なめねじ部であって、前記めねじ部のめねじ谷底よりもめねじ山頂側、且つ前記めねじ部の有効径に対応する部分よりも前記めねじ谷底側の部分から、前記めねじ部の前記めねじ山頂までの部分である、前記第一金属材料とは異なる第二金属材料により構成される第一めねじ部と、前記筒部の内周と連続する部分であって、前記めねじ部の前記第一めねじ部以外の部分である、前記第一金属材料により構成される第二めねじ部とを有するめねじ部とを備える。

　第一態様の先端交換式切削工具の本体部では、切削ヘッドのおねじ部は、第一めねじ部と、第二めねじ部とを有するめねじ部に螺合する。第一めねじ部を剛性が比較的低い金属材料とし、第二めねじ部及び筒部を剛性が比較的高い金属材料とすることで、本体部の剛性を維持することと、本体部と切削ヘッドとを連結するおねじ部又はめねじ部のねじ山が振動による衝撃で欠損する可能性を低減することとを両立できる。

　第一態様に係る先端交換式切削工具の本体部において、前記第一金属材料は、密度が１０ｇ／ｃｍ^３以上の合金であってもよく、前記第二金属材料は、鋼系金属であってもよい。この場合の先端交換式切削工具の本体部は、筒部を密度が１０ｇ／ｃｍ３以上の第一金属材料により構成することで筒部の剛性を確保できる。また先端交換式切削工具の本体部は、第一めねじ部を鋼系金属とすることで、本体部と切削ヘッドとを連結するおねじ部又はめねじ部のねじ山が振動による衝撃で欠損する可能性を低減できる。

　第一態様に係る先端交換式切削工具の本体部において、前記筒部の径方向の厚みは、前記めねじ部の前記径方向の厚みよりも厚くてもよい。この場合の先端交換式切削工具の本体部は、筒部の径方向の厚みが、めねじ部の径方向の厚みよりも厚いので、筒部の剛性を確保できる。

　第一態様に係る先端交換式切削工具の本体部において、前記筒部及び前記めねじ部の先端に、前記第二金属材料で構成され、前記切削ヘッドの前記おねじ部と連続し、前記おねじ部側ほど径が小さいテーパ部を収容する筒状の先端部を更に備えてもよい。この場合の先端交換式切削工具の本体部は、切削ヘッドのおねじ部と連続するテーパ部を、第二金属材料で構成された先端部によって収容できる。このため、先端交換式切削工具の本体部は、先端部がない場合に比べ、本体部と切削ヘッドとを連結するおねじ部又はめねじ部のねじ山が振動による衝撃で欠損する可能性をより低減できる。

　本発明の第二態様に係る先端交換式切削工具の本体部は、第一態様の先端交換式切削工具の本体部と、前記本体部のめねじ部に螺合した場合、前記第一めねじ部と前記第二めねじ部との双方と当接するおねじ部を有する切削ヘッドとを備える。

　第二態様の先端交換式切削工具では、切削ヘッドのおねじ部は、第一めねじ部と、第二めねじ部とを有するめねじ部に螺合する。第一めねじ部を剛性が比較的低い金属材料とし、第二めねじ部及び筒部を剛性が比較的高い金属材料とすることで、本体部の剛性を維持することと、本体部と切削ヘッドとを連結するおねじ部又はめねじ部のねじ山が振動による衝撃で欠損する可能性を低減することとを両立できる。先端交換式切削工具では、切削ヘッドのおねじ部が、第一めねじ部と第二めねじ部との双方と当接する。故に、先端交換式切削工具は、第一めねじ部により、本体部と切削ヘッドとを連結するおねじ部又はめねじ部のねじ山が振動による衝撃を低減しつつ、第二めねじ部により切削ヘッドと本体部とを強固に締結できる。

切削ヘッド２及び本体部３を備える切削工具１の部分断面図である。図１の断面図のおねじ部２４及びめねじ部３３の部分を拡大した図である。本体部３の製造工程の説明図である。実施例の評価試験結果を示すグラフである。比較例の評価試験結果を示すグラフである。

　以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して説明する。図１を参照して本発明の先端交換式切削工具（以下、切断工具という。）１の各部構成について説明する。以下の説明では、切削工具１の軸線をＡＸで示し、軸線ＡＸに沿った軸方向において、本体部３に対して切削ヘッド２の刃部２１が設けられた側を先端側、先端側とは反対側を後端側という。軸方向に垂直な平面上で、軸線ＡＸから離れる方向を径方向という。

［１．切削工具１の物理的構成］
　図１に示すように、切削工具１は、マシニングセンタ等により回転駆動され、被削材の切削加工を行う切削工具である。より詳細には、切削工具１は、切削ヘッド２及び本体部３を備え、切削ヘッド２が本体部３に対して着脱可能な、先端交換式の切削工具である。切削ヘッド２は、タングステンカ―バイト等を加圧焼結した超硬合金から構成されている。切削ヘッド２は、軸方向先端側から後端側にかけて、刃部２１、胴部２２、テーパ部２３及びおねじ部２４をこの順で備える。刃部２１は、被削材の切削加工を行うための部位であり、周知の外周刃、底刃、チップポケット、及びギャッシュ等を有する。胴部２２及びテーパ部２３は、刃部２１とおねじ部２４との間に配置される。胴部２２の径は、テーパ部２３の径よりも大きい。胴部２２が備える面の内の、テーパ部２３と連結する面２５は、軸方向と略垂直な平面である。テーパ部２３は、おねじ部２４側ほど径が小さいテーパ状である。おねじ部２４はテーパ部２３の後端と連結し、外周におねじが螺刻されている。

　図２に示すように、本体部３は、切削ヘッド２を着脱可能な、軸方向に延設された、先端交換式切削工具の本体部である。本体部３は、先端部３１、筒部３２、めねじ部３３、及び底部３９を備える。先端部３１は、軸方向先端側に設けられ、本体部３に切削ヘッド２が装着された際に、切削ヘッド２の面２５と当接する。先端部３１の後端は、筒部３２及びめねじ部３３の先端と連結する。先端部３１は、筒部３２及びめねじ部３３の先端に、第二金属材料で構成され、切削ヘッド２のおねじ部２４と連続するテーパ部２３を収容する、筒状の部位である。

　筒部３２は、第一金属材料によって構成され、軸方向に延設された直径Ｄの筒状の部位である。めねじ部３３は、筒部３２の仮想的な内周４０に設けられた、切削ヘッド２のおねじ部２４と螺合可能なめねじが形成された部位である。めねじ部３３のめねじ内径はＤ３であり、めねじ谷径はＤ１である。

　めねじ部３３は、第一めねじ部３４と、第二めねじ部３５とを備える。第一めねじ部３４は、めねじ部３３のめねじ谷底３６よりもめねじ山頂３７側、且つめねじ部３３の有効径Ｄ２に対応する部分３８よりもめねじ谷底３６側の部分から、めねじ部３３のめねじ山頂３７までの部分である。第一めねじ部３４は、第一金属材料とは異なる第二金属材料により構成される。本例の第一めねじ部３４は、図１に示すように、切削ヘッド２のおねじ部２４が、本体部３のめねじ部３３に締結された状態で、おねじ山頂２６よりもめねじ山頂３７側、且つめねじ部３３の有効径Ｄ２に対応する部分３８よりもめねじ谷底３６側の部分から、めねじ部３３のめねじ山頂３７までの部分である。

　第二めねじ部３５は、筒部３２の仮想上の内周４０と連続する部分であって、めねじ部３３の第一めねじ部３４以外の部分である。筒部３２の仮想上の内周４０は、第二めねじ部３５は、めねじ谷底３６を軸方向に結んだ部位と定義される。第二めねじ部３５は、筒部３２と同じ第一金属材料により構成される。筒部３２の径方向の厚みＴ１は、めねじ部３３の径方向の厚みＴ２よりも厚い。

　底部３９は、めねじ部３３の後端側に設けられた部位である。底部３９は、本体部３の先端部３１とめねじ部３３とにより構成される穴部の底をなす部位である。底部３９は、第一めねじ部３４と同じ第二金属材料により構成される。

　第一金属材料と、第二金属材料とは、切削ヘッド２の材料を考慮して選定される、具体的には、第一金属材料の剛性は、第二金属材料の剛性よりも大きいことが好ましい。本例の切削ヘッド２は超硬合金から構成されているため、本体部３において、例えば、第一金属材料は、例えば、密度が１０ｇ／ｃｍ^３以上の合金とする。密度が１０ｇ／ｃｍ^３以上の合金は、例えば、超硬合金、タングステン合金である。第二金属材料は、鋼系金属とする。鋼系金属は、例えば、構造用鋼、ばね鋼、軸受鋼、工具鋼、ステンレス鋼、クロムモリブデン鋼等が挙げられる。

　切削ヘッド２を本体部３に対して装着する場合、切削ヘッド２のおねじ部２４を、本体部３めねじ部３３に螺合させる。本体部３のめねじ部３３は、第二金属材料で構成された第一めねじ部３４と、第一金属材料で構成された第二めねじ部３５とを備える。本例では、切削ヘッド２のおねじ部２４を、本体部３めねじ部３３に螺合させた時、おねじ部２４は、めねじ部３３の第一めねじ部３４と、第二めねじ部３５との双方と当接する。第二めねじ部３５と、おねじ部２４との間に、第一金属材料よりも剛性が低い鋼から構成される第二金属材料が介在される。これにより、本体部３に対する切削ヘッド２の振動を緩衝できる。めねじ部３３に対しておねじ部２４を強固に締付固定することができる。よって、切削加工時における切削ヘッド２の振動をより抑制できる。これにより、刃部２１に形成される切れ刃の欠損を抑制できるので、切削ヘッド２の耐用期間を長期化して、切削ヘッド２の廃棄量を抑制できる。

［２．切削工具１の本体部３の製造方法］
　図３を参照して、切削工具１の製造方法を説明する。図３に示すように、第一金属材料で構成された部材４１と、第二金属材料で構成された部材４２とを準備し、部材４１に部材４２を嵌合させる（嵌合工程）。部材４１は、直径Ｄの円柱状の部材であり、先端側から後端側に向けて延びる軸線ＡＸを中心とする約Ｄ２の凹部を有する。部材４２は、先端側（図３の上側）が直径Ｄの円柱状であり、後端側に直径Ｄ２の円柱状の凸部を有する。部材４２の凸部を部材４１の凹部に嵌め、部材４１と部材４２とを接合する（接合工程）。部材４１及び部材４２の接合体に、ねじ切りフライス等を用いてめねじ部３３を切削加工する（締結部形成工程）。以上で、めねじ部３３を備える本体部３が製造される。

［３．切削工具１の評価試験］
　上記実施形態の切削工具１を実施例、おねじ部が第一金属材料のみで構成された切削工具を比較例とし、切削加工時における振動を評価する試験を行った。実施例では本体部３の第一金属材料を超硬合金とし、第二金属材料をクロムモリブデン鋼（ＪＩＳで規定されるＳＣＭ４４０）とした。比較例は、本体部を超硬合金のみで構成した。実施例と比較例とでは、本体部のめねじ部の材料のみが異なり、他の構成は互いに同じである。

　実施例と、比較例との試験条件は以下の通りである。被削材はステンレス鋼材（ＪＩＳで規定されるＳＵＳ３０４）である。加工機械は立型マシニングセンタである。工具径は直径１６ｍｍである。工具突出長は５０ｍｍである。切削速度は６００ｍ／ｍｉｎである。回転速度は１１，９５０ｍｉｎ^－１である。送り速度は３，５８０ｍｍ／ｍｉｎである。送りは０．１ｍｍ／ｔである。切込（溝加工）は８ｍｍである。クーラントはエアブローである。

　上記実施例と、比較例の切削工具の各々について、被削材に側面切削加工を行った場合に、切削工具に作用する切削抵抗を測定した。実施例の試験結果を図４に、比較例の試験結果を図５に示す。図４及び図５では、縦軸を切削抵抗（Ｎ）、横軸を加工時間（ｓ）とする。図４及び図５のグラフでは、上から順にＦｘ、Ｆｙ、及びＦｚの試験結果を示す。Ｆｘは、送り分力と垂直な方向に働く垂直分力（主分力）、Ｆｙは、切削工具の送り方向に働く水平分力（送り分力）、Ｆｚは、切削工具の軸方向に働く軸方向分力（背分力）をそれぞれ示す。主分力、送り分力及び背分力は、切削抵抗を互いに直交するｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向に分解した分力である。

　図４及び図５に示すように、主分力Ｆｘの平均値は、実施例では、－４３７Ｎであるのに対し、比較例では、－２７９Ｎであった。送り分力Ｆｙの平均値は、実施例では、－７１８Ｎであるのに対し、比較例では、－６６１Ｎであった。背分力Ｆｚの平均値は、実施例では、－３５５Ｎであるのに対し、比較例では、－２９１Ｎであった。

　一方、主分力Ｆｘの振幅の平均値は、実施例では、２７８Ｎ（即ち、Ｆｘ＝－４３７±１３９Ｎ）であるのに対し、比較例では、５０２Ｎ（即ち、Ｆｘ＝－２７９±２５１Ｎ）であった。送り分力Ｆｙの振幅の平均値は、実施例では、２７４Ｎ（即ち、Ｆｙ＝－７１８±１３７Ｎ）であるのに対し、比較例では、４２２Ｎ（即ち、Ｆｙ＝－６６１±２１１Ｎ）であった。背分力Ｆｚの振幅の平均値は、実施例では、１７８Ｎ（即ち、Ｆｚ＝－３５５±８９Ｎ）であるのに対し、比較例では、２７１Ｎ（即ち、Ｆｚ＝－２９１±１３５Ｎ）であった。

　実施例と比較例とで切削抵抗（Ｎ）の平均値を比較した場合、背分力Ｆｚ及び背分力Ｆｚの平均値は、同等の数値であった。実施例の主分力Ｆｘの平均値は、比較例の主分力Ｆｘの平均値よりも１５８Ｎ小さかった。実施例と比較例とで切削抵抗（Ｎ）の振幅の平均値を比較した場合、実施例の主分力Ｆｘの振幅の平均値は、比較例の主分力Ｆｘの振幅の平均値よりも２２４Ｎ小さく、比較例の主分力Ｆｘの振幅の平均値の約５５％であった。実施例の送り分力Ｆｙの振幅の平均値は、比較例の送り分力Ｆｙの振幅の平均値よりも１６８Ｎ小さく、比較例の送り分力Ｆｙの振幅の平均値の約６２％であった。実施例の背分力Ｆｚの振幅の平均値は、比較例の背分力Ｆｚの振幅の平均値よりも９３Ｎ小さく、比較例の背分力Ｆｚの振幅の平均値の約６７％であった。

　以上より、実施例の切削工具１は、比較例の切削工具に比べ、切削中の振動が小さい（切削抵抗の振幅が小さい）ことが確認された。これは実施例では、比較例に比べ、切削ヘッド２と本体部３とを精度よく締結でき、且つ、第二金属材料で構成された第一めねじ部３４によって、共振が抑えられたためであると考えられる。即ち、実施例の切削工具１のように、めねじ部３３が第二金属材料で構成された第一めねじ部３４及び第一金属材料で構成された第二めねじ部３５を備えることにより、めねじ部が単一の材料で構成される比較例に比べ、切削加工時に発生する振動が抑制されることが確認できた。

　上記実施形態において、切削工具１、切削ヘッド２、及び本体部３は各々、本発明の先端交換式切削工具、切削ヘッド、及び先端交換式切削工具の本体部の一例である。第一めねじ部３４、第二めねじ部３５、及びめねじ部３３は、本発明の第一めねじ部、第二めねじ部、及びめねじ部の一例である。めねじ谷底３６及びめねじ山頂３７は各々、本発明のめねじ谷底及びめねじ山頂の一例である。先端部３１、筒部３２は、本発明の先端部、筒部の一例である。テーパ部及びおねじ部２４は、本発明のテーパ部及びおねじ部の一例である。

　上記実施形態の切削工具１の本体部３では、切削ヘッド２のおねじ部２４は、第一めねじ部３４と、第二めねじ部３５とを有するめねじ部３３に螺合する。第一めねじ部３４を剛性が比較的低い金属材料とし、第二めねじ部３５及び筒部３２を剛性が比較的高い金属材料とすることで、本体部３の剛性を維持することと、本体部３と切削ヘッド２とを連結するおねじ部２４又はめねじ部３３のねじ山が振動による衝撃で欠損する可能性を低減することとを両立できる。

　切削工具１の本体部３において、第一金属材料は、密度が１０ｇ／ｃｍ^３以上の合金であり、第二金属材料は、鋼系金属である。切削工具１の本体部３は、筒部３２を密度が１０ｇ／ｃｍ^３以上の第一金属材料により構成することで筒部３２の剛性を確保できる。切削工具１の本体部３は、第一めねじ部３４を鋼系金属とすることで、本体部３と切削ヘッド２とを連結するおねじ部２４又はめねじ部３３のねじ山が振動による衝撃で欠損する可能性を低減できる。

　切削工具１の本体部３において、筒部３２の径方向の厚みＴ１は、めねじ部３３の方向の厚みＴ２よりも厚い。故に、切削工具１の本体部３は、筒部３２の径方向の厚みＴ１が、めねじ部３３の径方向の厚みＴ２よりも厚いので、筒部３２の剛性を確保できる。

　切削工具１の本体部３において、筒部３２及びめねじ部３３の先端に、第二金属材料で構成され、切削ヘッド２のおねじ部２４と連続し、おねじ部２４側ほど径が小さいテーパ部２３を収容する筒状の先端部３１を備える。故に、切削工具１の本体部３は、切削ヘッド２のおねじ部２４と連続するテーパ部２３を、第二金属材料で構成された先端部３１によって収容できる。このため、本体部３と切削ヘッド２とを連結するおねじ部２４又はめねじ部３３のねじ山が振動による衝撃で欠損する可能性をより良好に低減できる。

　切削工具１の本体部３は、本体部３と、本体部３のめねじ部３３に螺合した場合、第一めねじ部３４と第二めねじ部３５との双方と当接するおねじ部２４を有する切削ヘッド２とを備える。切削工具１では、切削ヘッド２のおねじ部２４が、第一めねじ部３４と第二めねじ部３５との双方と当接する。故に、切削工具１は、第一めねじ部３４により、本体部３と切削ヘッド２とを連結するおねじ部又はめねじ部のねじ山が振動による衝撃を低減しつつ、第二めねじ部３５により切削ヘッド２と本体部３とを強固に締結できる。

　本発明の先端交換式切削工具及びその本体部は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更が加えられてもよい。例えば、以下の変形が適宜加えられてもよい。

　上記実施形態で挙げた数値は一例であり、他の数値が採用されてもよい。切削工具は、エンドミル、ドリル、タップ等の切削工具に適用してよい。おねじ部とめねじ部のねじの種類は、メートルねじ、ユニファイねじ、バットレスねじ等特に限定されない。おねじは、切削ヘッドの切削方向に応じて（切削ヘッドの切削抵抗に対してねじが締まる方向に）螺刻されていればよい。本体部３の先端部３１及び底部３９の少なくとも一方は、第一金属材料で構成されてよい。第二金属材料は、第一金属材料と互いに異なればよい。具体的には、第一金属材料は、密度が１０ｇ／ｃｍ^３以上の合金でなくてもよい。第二金属材料は、鋼系金属でなくてもよい。筒部の径方向の厚みは、めねじ部の径方向の厚みよりも厚くなくてもよい。切削ヘッドのおねじ部は、本体部のめねじ部に螺合した場合、第一めねじ部のみと当接してもよい。

Claims

　先端交換式切削工具の本体部であって、
　第一金属材料によって構成され、軸方向に延設された筒状の筒部と、
　前記筒部の内周に設けられた、切削ヘッドのおねじ部と螺合可能なめねじ部であって、
　　前記めねじ部のめねじ谷底よりもめねじ山頂側、且つ前記めねじ部の有効径に対応する部分よりも前記めねじ谷底側の部分から、前記めねじ部の前記めねじ山頂までの部分である、前記第一金属材料とは異なる第二金属材料により構成される第一めねじ部と、
　　前記筒部の内周と連続する部分であって、前記めねじ部の前記第一めねじ部以外の部分である、前記第一金属材料により構成される第二めねじ部と
を有するめねじ部と
を備えることを特徴とする先端交換式切削工具の本体部。
　前記第一金属材料は、密度が１０ｇ／ｃｍ^３以上の合金であり、
　前記第二金属材料は、鋼系金属であることを特徴とする請求項１に記載の先端交換式切削工具の本体部。
　前記筒部の径方向の厚みは、前記めねじ部の前記径方向の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１又は２に記載の先端交換式切削工具の本体部。
　前記筒部及び前記めねじ部の先端に、前記第二金属材料で構成され、前記切削ヘッドの前記おねじ部と連続し、前記おねじ部側ほど径が小さいテーパ部を収容する筒状の先端部を更に備えたことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の先端交換式切削工具の本体部。
　請求項１から４の何れかに記載の先端交換式切削工具の本体部と、
　前記本体部のめねじ部に螺合した場合、前記第一めねじ部と前記第二めねじ部との双方と当接するおねじ部を有する切削ヘッドと
を備えることを特徴とする先端交換式切削工具。