WO2020217846A1

WO2020217846A1 - 回転工具

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Publication number: WO2020217846A1
Application number: PCT/JP2020/013839
Authority: WO
Inventors: 前田　淳一
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2020-10-29
Anticipated expiration: 2021-10-26
Also published as: JP2020182979A; JP6768111B1

Abstract

切れ刃（３１）を外周側に有する回転工具（１００）であって、切れ刃（３１）の形成されたチップ（３２）が固定されたカートリッジ（３３）と、カートリッジ（３３）を保持するポケット（１５）を有する本体（１０）と、回転軸線（Ｒａ）に関する切れ刃（３１）の半径方向の位置を調整する楔（４０）と、本体（１０）に締結されたシャンク部（５０）と、を具備しており、本体（１０）が、基部（２１）と、ポケット（１５）が形成された可動部（１６）であって、楔（４０）からの圧力に基づいて基部（２１）に対して半径方向へ並進移動するように形成された可動部（１６）と、可動部（１６）の半径方向内側に隣接して形成された楔挿入孔（２２）とを有する。

Description

回転工具

　本発明は、外周面に切れ刃を有する回転工具に関する。

　加工すべき穴の内径よりも細い回転工具を自転させつつ穴の中心に対して公転させることによってワークに穴あけを行う、いわゆるコンタリング（contouring）加工が従来行われている。これにより、穴あけ工具の種類の削減、及び相当に大きな径の穴あけが可能になる。ただし、コンタリング加工に回転工具を用いる場合、工具の回転軸線に対する切れ刃の平行度を維持しつつ、通常は複数ある切れ刃の半径方向の位置を揃える必要があるが、そのための調整に長い時間を要していた。

　回転工具に固定される複数の切削インサートの切れ刃の半径方向の位置の調整機構に関する発明が特許文献１に記載されている。そこでは、複数の切削インサートの各々が、弾性変形可能なそれぞれの片持壁に固定され、その片持壁が、一本の調整用ボルトのくさび効果によって弾性変形させられ、結果として複数の切削インサートの半径方向の位置が一括して調整される。

特表２００３－５１１２５２号公報

　特許文献１に示される調整機構によると、複数の切れ刃の半径方向の位置を個別に調整することはできず、また回転軸線に対する切れ刃の平行度が、片持壁の弾性変形に基づく前記位置調整により変化する。そのため、特許文献１に示される回転工具はコンタリング加工には不適当である。

　本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、切れ刃の姿勢を変化させることなく、切れ刃の半径方向の位置の調整を容易に実施できる回転工具を提供することを目的としている。

　上述の目的を達成するために、本発明によれば、外周側に配置された切れ刃を有する回転工具であって、前記切れ刃の形成されたチップが固定されたカートリッジと、前記カートリッジを保持するポケットを有する本体と、該回転工具の回転軸線に関する前記切れ刃の半径方向の位置を調整する楔と、前記本体に締結されたシャンク部と、を具備しており、前記本体が、基部と、前記ポケットが形成された可動部であって、前記楔からの圧力に基づいて前記基部に対して前記半径方向へ並進移動するように形成された可動部と、前記可動部の前記半径方向内側に隣接して形成された楔挿入孔と、を有する回転工具が提供される。

　本発明によると、楔挿入孔に挿入される楔の作用によって本体の可動部が半径方向に移動し、したがって可動部が保持するカートリッジのチップの切れ刃の半径方向の位置を容易に調整することが可能になる。また、可動部の移動は並進移動であるので、切れ刃の位置を調整することによって、回転軸線に対する切れ刃の平行度に変化が生じることはない。

本発明の実施形態による回転工具の正面図である。前記回転工具の側面図である。図２の部分拡大図であるが、カートリッジが取り除かれた部分拡大図である。図２のＡ～Ａ断面図である。前記回転工具の本体の第１プレートの部分縦断面図である。

　以下、本発明の実施形態について図１～図５を参照しつつ説明する。
　図１及び図２に示される回転工具１００は、外周側に複数の切れ刃３１を有するものであり、円盤状の第１プレート１１及び第２プレート１２からなる本体１０と、切れ刃３１の形成されたチップ３２が固着された複数のカートリッジ３３と、各切れ刃３１の半径方向の位置を調整する複数の楔４０と、本体１０に締結されたシャンク部５０とを具備する。複数のカートリッジ３３は、本体１０に設けられた複数のポケット１５にそれぞれ保持されている。回転工具１００は、その回転軸線Ｒａを中心にして図２の矢印Ｂで示される方向に回転する。なお、本明細書における「半径方向」及び「円周方向」は、回転軸線Ｒａに関する半径方向及び円周方向を意味する。

　本実施形態では、回転工具１００は、４つの互いに同一のカートリッジ３３を具備する。４つのカートリッジ３３は同一のものであるので、以下の説明では、１つのカートリッジ３３だけが説明される。これは、第１プレート１１の後述する可動部１６や楔４０等についても同様である。

　第１プレート１１と第２プレート１２は互いに等しい外径を有するものであって、第１ボルト１３によって同軸に互いに結合されている。第２プレート１２には、第２ボルト１４によってシャンク部５０が結合される。シャンク部５０は、工作機械の主軸（図示せず）に装着可能であるように形成された公知のテーパ部５１及び主軸側フランジ部５２、並びに本体基準面１０ａに取り付けられる本体側フランジ部５３を有している。また、シャンク部５０の内部では、回転軸線Ｒａに沿って、図示しないクーラント供給路が貫通している。

　カートリッジ３３は、柱状のものであって、図２に示されるように、その横断面形状が、第１プレート１１のポケット１５に嵌合する略台形あるいは蟻ほぞ形に形成されている。前記略台形の短辺側にチップ３２が、本実施形態では、ろう付けによって固定されている。カートリッジ３３がポケット１５に収容されて第３ボルト３４によって固定されたとき、チップ３２の切れ刃３１は本体１０の外周よりも半径方向外側に突出する。チップ３２は、図４の方向で見たとき平行四辺形を呈し、その平行四辺形の一対の長辺の一方に直線状の切れ刃３１が形成されている。

　カートリッジ３３がポケット１５に収容されて固定されたとき、切れ刃３１と回転軸線Ｒａとの間の高い平行度を得るために、切れ刃３１は、カートリッジ３３の前記台形の底辺側の面に対して高い平行度を有している。また、カートリッジ３３の前記台形の底辺側の面が接するポケット１５すなわち蟻溝の底面（以下、「取付基準面」という）１５ａは、回転軸線Ｒａとの間に高い平行度が得られるように機械加工されたものである。

　第１プレート１１は、カートリッジ３３を保持するためのポケット１５をそれぞれが有する複数の可動部１６と、可動部１６以外の不動の基部２１とを有する。複数の可動部１６は、図２に示されるように、円周方向に等角度間隔で配置されており、本実施形態では９０度間隔で４つ配置されている。可動部１６は、カートリッジ３３と楔４０を取り除いた図３によく示されるように、半径方向に延びる基線Ｌ０に対して対称に形成されていて、ポケット１５の形成された中央部１７と、中央部１７の外周側から円周方向反対向きに延びる一対の腕１８とを有する。可動部１６は、その２つの腕１８がＣ部においてのみ基部２１に接続されるように、鎌状の２つのスリット１９及び後述する楔挿入穴２２により基部２１から分離されている。スリット１９及び楔挿入穴２２は、第１プレート１１の一方の端面から他方の端面まで、図３の紙面に垂直な方向へ貫通している。可動部１６は、このように形成されているので、その中央部１７に半径方向の力が作用すると、半径方向に並進移動する。本実施形態では、腕１８の変位が弾性変形の範囲を超えないように設計されている。

　第１プレート１１の可動部１６の中央部１７に形成されるポケット１５は、カートリッジ３３の横断面形状に対応する蟻溝として形成されている。このようにポケット１５を蟻溝として形成することにより、カートリッジ３３の第３ボルト３４による固定が不十分であった場合にも、回転工具１００の回転中にカートリッジ３３が遠心力により飛び出すといった事態を回避することが可能になる。また、ポケット１５は、第１プレート１１の一方の端面から他方の端面まで通して延びている。この構造により、カートリッジ３３を取り付けるためのポケット１５内の取付基準面１５ａを、回転軸線Ｒａに対する高い平行度で加工する事が可能になる。

　第１プレート１１の第２プレート１２に隣接する側の面には、可動部１６に対応する領域よりやや広い領域に浅い凹部２４が形成されている。この凹部２４によって、可動部１６と第２プレート１２との接触が回避される。

　第１プレート１１の楔挿入孔２２は、回転軸線Ｒａと可動部１６との間の基部２１に設けられている。楔挿入孔２２は、平面視ではほぼ矩形の孔であるが、図５の第１プレートだけの縦断面で見たとき、一方の側が傾斜壁２１ａにより画成される。より詳しくは、楔挿入孔２２は、図４の縦断面で見たとき、回転軸線Ｒａに平行な半径方向外側の、可動部１６の中央部１７の鉛直壁１７ａと、回転軸線Ｒａに非平行な半径方向内側の基部２１に形成された傾斜壁２１ａとにより区切られた空間として成されている。傾斜壁２１ａは、図５の下方に行くに従って楔挿入孔２２が小さくなるように傾斜している。

　楔４０は、第１プレート１１の楔挿入孔２２を画成する鉛直壁１７ａ及び傾斜壁２１ａにそれぞれ当接する鉛直面４０ａ及び傾斜面４０ｂを有する。楔４０の全長は、その底面が第２プレート１２の上面に接することがないように、第１プレート１１の回転軸線方向の厚さよりも短く形成されている。楔４０の鉛直面４０ａには、図４における、その上部と下部だけが可動部１６の鉛直壁１７ａに当接するように凹部４０ｃが設けられている。楔４０の内部では、調整ボルト４１が傾斜面４０ｂに平行に貫通している。第２プレート１２には、調整ボルト４１の先端側のねじ部が螺合するねじ穴２５が設けられている。

　カートリッジ３３に固定されたチップ３２の切れ刃３１の半径方向の位置を調整するためには、調整ボルト４１を操作すればよい。これについて図４及び図５を参照して説明すると、調整ボルト４１を締める方向に回せば、楔４０は第２プレート１２に近づく方向へ移動し、その結果第１プレート１１の可動部１６が半径方向外側に移動する。このとき、楔４０から可動部１６の垂直壁に作用する力は、楔４０の鉛直面４０ａの凹部４０ｃ以外の上部と下部から均等に作用するので、図４の紙面に垂直な軸線まわりの回転モーメントが可動部１６に生じることはなく、したがって、可動部１６及びそれに固定されたカートリッジ３３のチップ３２の切れ刃３１は半径方向外側に並進移動する。それゆえ、本発明の実施形態の回転工具１００においては、切れ刃３１の半径方向の位置を調整したことによって、回転軸線Ｒａに対する切れ刃３１の平行度が悪化することはない。

　また、楔４０による調整時に、回転軸線Ｒａに平行な軸線まわりの回転モーメントも可動部１６に生じないことは、図３における基線Ｌ０に関する可動部１６の対称性から明らかであろう。

　本実施形態の回転工具１００は、カートリッジ３３の回転軸線方向の位置を調整するための高さ調整部６０も具備する。高さ調整部６０は、第２プレート１２に形成された溝に挿入されて第４ボルト６２により固定されるブロック部６１と、ブロック部６１の、図４における上端面にねじ込まれ、上端面から突出してカートリッジ３３の底面に接する調整ネジ６３とを具備する。ブロック部６１が挿入される溝の横断面形状は図示されないが、その溝は第１プレート１１のポケット１５と同様の蟻溝として形成されている。したがって、ブロック部６１の横断面形状は、カートリッジ３３と同様に台形又は蟻ほぞ状を呈する。

　ブロック部６１の上端面からの調整ネジ６３の突出長さは、調整ネジ６３を回転することによって変えることができるので、カートリッジ３３の回転軸線方向の位置の調整が可能になる。

　本実施形態の回転工具１００は、クーラントを各チップ３２の方へ供給するために、円板状のクーラント分配プレート７０も具備する。クーラント分配プレート７０は、その内部にクーラント流路を有する。クーラント分配プレート７０のクーラント流路は、第２ボルト１４の中心を貫通するクーラント流路からのクーラントを受け入れるための入口を有する中心流路７１と、中心流路７１から放射状に４方向に分岐するとともに各チップ３２の方に向いた出口を有する放射状流路７２を備える。クーラント分配プレート７０は、第５ボルト７３によって第１プレート１１に固定されている。

　ところで、本発明の実施形態の回転工具１００は、切れ刃３１と回転軸線Ｒａとの間の平行度は調整されない。したがってその平行度が所定の公差内に入るように関連する各構成要素の幾何公差が厳しく管理されている。具体的には、カートリッジ３３の前記台形の底辺側の面と切れ刃３１との間の平行度、及びポケット１５内の取付基準面１５ａと回転軸線Ｒａとの間の平行度が高い精度で得られるように機械加工される。なお、実際的には、取付基準面１５ａは、第１プレート１１と第２プレート１２とを結合した状態で第２プレート１２の底面である本体基準面１０ａに対して所定の高い直角度で機械加工される。本体基準面１０ａには、回転軸線Ｒａに対して高い直角度を有するシャンク部５０の本体側フランジ部５３の取付面が結合されるので、回転軸線Ｒａと取付基準面１５ａとの間の高い平行度が得られる。

　コンタリング加工に用いられる回転工具１００の複数のチップ３２の切れ刃３１の半径方向の位置を揃えるのに必要な調整量は、一般的に５μｍ～１００μｍであるのに対して、本発明の実施形態による回転工具１００の可動部１６は、約２倍のマージンをもって２００μｍの最大移動量が得られるように設計されている。最大移動量は、可動部１６の移動により腕１８に生じる応力により制限されるので、可動部１６の腕１８の長さあるいは厚さを変えたり、又は応力集中が緩和するようにスリットの形を変えたりすることによって変えることができる。

　前述の実施形態における可動部１６の移動は弾性変形に基づくものである。ただし、可動部１６の移動が弾性変形だけでなく塑性変形も加えた変形に基づく実施形態も本発明において可能である。

　前述の実施形態では、回転工具１００は４つのカートリッジ３３を有するものであったが、本発明においてはカートリッジ３３の数は、５以上でも３以下であってもよい。また、唯１つのカートリッジ３３を具備する実施形態も本発明において可能である。

　１０　　本体
　１１　　第１プレート
　１２　　第２プレート
　１５　　ポケット
　１６　　可動部
　１７　　中央部
　１８　　腕
　２１　　基部
　２２　　楔挿入孔
　３１　　切れ刃
　３２　　チップ
　３３　　カートリッジ
　４０　　楔
　５０　　シャンク部
　１００　　回転工具

Claims

　外周側に配置された切れ刃を有する回転工具であって、
　前記切れ刃の形成されたチップが固定されたカートリッジと、
　前記カートリッジを保持するポケットを有する本体と、
　該回転工具の回転軸線に関する前記切れ刃の半径方向の位置を調整する楔と、
　前記本体に締結されたシャンク部と、
　を具備しており、
　前記本体が、基部と、前記ポケットが形成された可動部であって、前記楔からの圧力に基づいて前記基部に対して前記半径方向へ並進移動するように形成された可動部と、前記可動部の前記半径方向内側に隣接して形成された楔挿入孔と、を有することを特徴とした回転工具。
　前記可動部が、前記基部に対して前記半径方向へ弾性変形により並進移動する、請求項１に記載の回転工具。
　前記本体の前記可動部は、前記ポケットが形成された中央部と、前記中央部から円周方向反対向きに延びる一対の腕とを有し、前記一対の腕によって前記基部に接続されている、請求項１に記載の回転工具。
　前記ポケットは、前記カートリッジを取り付けるための、前記回転軸線に平行な取付基準面を有する、請求項１に記載の回転工具。
　前記ポケットが蟻溝として形成されており、前記カートリッジが、前記ポケットの前記蟻溝に嵌合する蟻ほぞ状に形成されている、請求項１に記載の回転工具。
　前記本体が、前記回転軸線の一方側の第１プレートと、他方側の第２プレートであって前記第１プレートに締結された第２プレートとから構成され、
　前記可動部及び前記楔挿入孔は前記第１プレートに形成され、前記シャンク部は前記第２プレートに締結される、請求項１に記載の回転工具。
　前記カートリッジの前記回転軸線方向の位置を調整する高さ調整部をさらに具備しており、
　前記高さ調整部は前記第２プレートに固定されている、請求項６に記載の回転工具。