WO2022234755A1 - ホルダ、切削工具及び切削加工物の製造方法 - Google Patents

ホルダ、切削工具及び切削加工物の製造方法 Download PDF

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WO2022234755A1
WO2022234755A1 PCT/JP2022/017230 JP2022017230W WO2022234755A1 WO 2022234755 A1 WO2022234755 A1 WO 2022234755A1 JP 2022017230 W JP2022017230 W JP 2022017230W WO 2022234755 A1 WO2022234755 A1 WO 2022234755A1
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holder
hole
head
cutting tool
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PCT/JP2022/017230
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義仁 池田
智仁 首藤
佑知 権隨
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京セラ株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B27/00Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/002Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor with vibration damping means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B29/00Holders for non-rotary cutting tools; Boring bars or boring heads; Accessories for tool holders
    • B23B29/04Tool holders for a single cutting tool
    • B23B29/12Special arrangements on tool holders
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B2226/00Materials of tools or workpieces not comprising a metal
    • B23B2226/33Elastomers, e.g. rubber

Definitions

  • the present disclosure relates to a cutting tool holder, a cutting tool, and a method of manufacturing a cut product used when cutting a work material such as metal.
  • the cutting tool described in Patent Document 1 has a holder and a cutting insert.
  • the holder has a cylindrical body having a cavity, a head that closes the entrance of the cavity, a weight that is a damping member inserted into the cavity, and an O-ring positioned between the head and the weight.
  • a cutting insert with a cutting edge is attached to the tip of the head. If the amount of protrusion L of the tip of the cutting edge from the end face of the main body is increased relative to the diameter D of the main body, the rigidity of the main body made of steel is low. Accuracy worsens. Vibration of the holder can be reduced by accommodating a weight having a different natural frequency from that of the main body in the main body and vibrating the main body and the weight at different frequencies.
  • One non-limiting example holder in the present disclosure is a rod-shaped holder extending from a first end to a second end along a central axis, comprising a body extending along the central axis and a body extending from the first end relative to the body. It has a head located at one end and to which a cutting insert can be attached, and a resilient member abutting against the body and the head.
  • the body has a recess located on the side of the first end and recessed toward the second end, and a first hole extending from the recess toward the second end.
  • the head includes a convex portion located on the second end side and protruding toward the second end and fitted into the concave portion, and extending from the convex portion toward the first end, and , and a second hole connected to the first hole.
  • the recess has a bottom surface orthogonal to the central axis, an inner peripheral surface, and a first recess that connects the inner peripheral surface and the bottom surface and is inclined toward the first end with respect to the bottom surface. and a connecting surface.
  • the convex portion connects a top surface perpendicular to the central axis, an outer peripheral surface, and the outer peripheral surface and the top surface, and is inclined with respect to the top surface toward the first end side. and a second tie surface.
  • the elastic member abuts on the first connecting surface and the second connecting surface.
  • FIG. 1 is a perspective view of a cutting tool in a non-limiting embodiment of the present disclosure
  • FIG. FIG. 2 is a plan view of the cutting tool shown in FIG. 1
  • 3 is a cross-sectional view taken along line III-III of FIG. 2
  • FIG. 4 is an enlarged view of the first end face side of FIG. 3
  • FIG. 5 is an enlarged view of a connecting portion between the head and the lid shown in FIG. 4
  • 4 is an enlarged view of the second end face side of FIG. 3
  • FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a connecting portion between the head and the lid of the holder of Modification 1;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a connecting portion between the head and the lid of the holder of Modified Example 2;
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a connecting portion between the head and the lid of the holder of Modified Example 3;
  • 1 is a schematic diagram illustrating one step in a method for manufacturing a machined workpiece in one non-limiting example;
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating one step in a method for manufacturing a machined workpiece in one non-limiting example;
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating one step in a method for manufacturing a machined workpiece in one non-limiting example;
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating one step in a method for manufacturing a machined workpiece in one non-limiting example;
  • each drawing referred to below shows only the main members necessary for explaining the embodiment in a simplified manner. Accordingly, the holder and cutting tool may comprise optional components not shown in the referenced figures. Also, the dimensions of the members in each drawing do not faithfully represent the actual dimensions of the constituent members, the dimensional ratios of the respective members, and the like.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a cutting tool 10 according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a plan view showing the cutting tool 10.
  • FIG. A cutting tool 10 is a tool in which a head 2 is attached to the tip side of a main body 1a of a round bar-shaped holder 1 extending in the X-axis direction in FIG.
  • a cutting insert (hereinafter referred to as an insert) 3 is attached to the head 2 .
  • the cutting tool 10 is, for example, a turning tool, and specific examples include an outer diameter machining tool, an inner diameter machining tool, a grooving tool, and a cut-off tool.
  • the cutting tool 10 may be a milling tool whose tool side rotates.
  • the side of the cutting tool 10 on which the head 2 is located is referred to as the front end (first end) side, and the side opposite to the front end side is referred to as the rear end (second end) side.
  • the head 2 includes a mounting portion 21 having a substantially cylindrical shape, and a mounting portion 22 having a polyhedral shape and protruding from the front end surface of the mounting portion 21 in the X-axis direction.
  • the attachment portion 21 is attached to the distal end portion of the holder 1 with its axis aligned with the central axis L of the holder 1 .
  • Serrations are provided on the end face of the mounting portion 21 on the holder 1 side, and are fitted with serrations formed on the end face of the tip end side of the cover body 12 of the holder 1, which will be described later.
  • a head 2 is attached to the holder 1 .
  • a jetting portion 23 having an opening from which coolant is jetted is provided on the tip surface of the mounting portion 21 .
  • a cylindrical convex portion 24 having a second hole 25 (to be described later) is provided in a central portion of the end face on the rear end side of the mounting portion 21 so as to protrude toward the lid body 12 .
  • the second hole 25 extends toward the distal end side with its axis aligned with the central axis L (see FIG. 4).
  • the tip of the second hole 25 and the ejection part 23 are connected (not shown).
  • a pocket 22a is provided at one end in the Y-axis direction when the mounting portion 22 is viewed from the Z-axis direction.
  • the pocket 22a has a seat surface (not shown) on which the bottom surface of the insert 3 is placed, and a constraining side surface against which the two side surfaces of the insert 3 abut and are constrained.
  • the shape of the insert 3 is not limited to any particular configuration.
  • the shape of the insert 3 may be a rod-shaped, polygonal plate-shaped or polygonal prism-shaped configuration.
  • the insert 3 is in the form of a rhombic plate, as shown in FIG. One corner of the rhombic shape of the insert 3 is cut out to form a cutting edge 3a.
  • Materials for the insert 3 include cemented carbide and cermet.
  • a through hole is provided in the center of the insert 3, and the insert 3 is fixed to the pocket 22a by placing the rhombic bottom surface on the seat surface and inserting a screw through the through hole and screwing it to the seat surface. .
  • Compositions of cemented carbide include, for example, WC--Co, WC--TiC--Co and WC--TiC--TaC--Co.
  • WC—Co is produced by adding cobalt (Co) powder to tungsten carbide (WC) and sintering it.
  • WC--TiC--Co is obtained by adding titanium carbide (TiC) to WC--Co.
  • WC--TiC--TaC--Co is obtained by adding tantalum carbide (TaC) to WC--TiC--Co.
  • cermet is a sintered composite material that combines metal with ceramic components.
  • the cermet there is a cermet having a titanium compound such as titanium carbide (TiC) or titanium nitride (TiN) as a main component.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III--III in FIG. 4 is an enlarged view of the first end face side of FIG. 3.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the connecting portion between the head 2 and the lid body 12 in FIG. 6 is an enlarged view of the second end face side of FIG. 3.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III--III in FIG. 4 is an enlarged view of the first end face side of FIG. 3.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the connecting portion between the head 2 and the lid body 12 in FIG. 6 is an enlarged view of the second end face side of FIG. 3.
  • the holder 1 of the cutting tool 10 has a stem 11, a lid body 12, a first elastic member 14, and a fixing member 16.
  • a main body 1 a of the holder 1 is composed of the stem 11 and the lid body 12 .
  • Materials for the stem 11 include steel such as stainless steel, cast iron, aluminum alloy, and the like. In particular, when steel is used among these materials, the toughness of the holder 1 can be enhanced.
  • the stem 11 may have a round bar shape extending in the X-axis direction, and the first end face 11a on the head 2 side and the second end face 11b on the rear end side may each have a structure in which the central portion is opened.
  • the stem 11 internally has a through hole 11c extending from the first end surface 11a toward the second end surface 11b along the central axis (axial center) L of the holder 1 (in the X-axis direction).
  • the through-hole 11c is composed of a large-diameter portion 11d located on the first end surface 11a side and a small-diameter portion 11e that continues to the large-diameter portion 11d and extends toward the second end surface 11b.
  • the through hole 11c is provided by drilling a columnar base material made of the above material.
  • the inner diameter of the small diameter portion 11e is smaller than the inner diameter of the large diameter portion 11d.
  • Each of the large diameter portion 11d and the small diameter portion 11e has a cylindrical shape, and the large diameter portion 11d is thinner than the small diameter portion 11e.
  • the large diameter portion 11d is about 2/3 the length of the holder 1
  • the small diameter portion 11e is about 1/3 the length of the holder 1.
  • the height ratio is not limited to this case.
  • the lid 12, the weight 13, the first elastic member 14, and the fixing member 16 are accommodated in the large diameter portion 11d.
  • the lid body 12 is press-fitted from the first end surface 11a of the stem 11 into the large diameter portion 11d to close the opening formed in the first end surface 11a.
  • Materials for the lid 12 include steel, cast iron, and aluminum alloys.
  • the lid 12 has a substantially cylindrical shape with a first hole 12c, and is press-fitted into the large-diameter portion 11d with its axis aligned with the central axis L. As shown in FIG.
  • the lid body 12 has a collar portion 12a, a recessed portion 12b, a first hole 12c, and a projecting portion 12d.
  • the flange portion 12a is provided on the outer peripheral portion of the front end side of the lid body 12 so as to protrude outward in the radial direction. Collar portion 12 a abuts against first end surface 11 a to restrict lid body 12 from entering inside stem 11 . Serrations are provided on the end surface of the lid 12 facing the head 2 .
  • the concave portion 12b is formed in a circular hole shape from the central portion of the end surface of the lid 12 facing the head 2 toward the rear end side.
  • the convex portion 24 of the head 2 is inserted into the concave portion 12b.
  • the recessed portion 12b has a bottom surface 12e orthogonal to the central axis L, an inner peripheral surface 12f, and a first connecting surface 12g that obliquely connects the bottom surface 12e and the inner peripheral surface 12f. That is, the first connecting surface 12g is inclined toward the tip side with respect to the bottom surface 12e (Z direction).
  • the inclination angle of the first connecting surface 12g with respect to the bottom surface 12e is, for example, 20 degrees to 60 degrees.
  • W1 which is the dimension in the Z direction of the first connecting surface 12g in the cross section shown in FIG. 5, is, for example, 0.05 to 0.3 times the diameter of the first hole 12c.
  • the protruding part 12d is provided so as to protrude from the end face on the rear end side of the lid body 12 toward the rear end, and has a cylindrical shape with the central axis L as the axis.
  • the first hole 12c extends from the bottom surface 12e of the recessed portion 12b toward the rear end side with its axial center aligned with the central axis L, and penetrates the protrusion 12d. As shown in FIG. 4, the rear end side of the first hole 12c may be larger in diameter than the front end side.
  • the convex portion 24 of the head 2 includes a top surface 24a orthogonal to the central axis L, an outer peripheral surface 24b, and a second connecting surface 24c that obliquely connects the top surface 24a and the outer peripheral surface 24b.
  • the second connecting surface 24c is inclined toward the tip side with respect to the top surface 24a (Z direction).
  • the inclination angle of the second connecting surface 24c with respect to the top surface 24a is, for example, 20 degrees to 60 degrees.
  • W2 which is the dimension in the Z direction of the second connecting surface 24c in the cross section shown in FIG.
  • a ring-shaped second elastic member 15 is interposed between the concave portion 12b and the convex portion 24 .
  • the second elastic member 15 is, for example, an annular O-ring or a spring, and is made of rubber such as NBR (acrylonitrile butadiene rubber), AU (polyester urethane rubber), synthetic resin, or the like.
  • the convex portion 24 is fixed to the concave portion 12b via the second elastic member 15.
  • the inner diameter of the second elastic member 15 is smaller than the inner diameter of the first hole 12c, and the outer diameter of the second elastic member 15 is larger than the inner diameter of the first hole 12c.
  • the second elastic member 15 is positioned between the bottom surface 12e, the first connecting surface 12g, and the inner peripheral surface 12f of the concave portion 12b of the lid 12 and the top surface 24a and the second connecting surface 24c of the convex portion 24 of the head 2.
  • the convex portion 24 is fixed to the concave portion 12b by its repulsive force.
  • the second elastic member 15 is sandwiched between the slanted first connecting surface 12g and the second connecting surface 24c, and is in close contact with the first connecting surface 12g and the second connecting surface 24c.
  • the positional deviation of the second elastic member 15 is less likely to occur both in the direction along the central axis L and in the direction orthogonal to the central axis L.
  • positional displacement of the holder 1 with respect to the main body 1a is reduced even during processing.
  • Weight 13 is housed in the stem 11 in order to reduce the vibration of the holder 1 that occurs along the radial direction of the holder 1 .
  • Weight 13 is a damping member.
  • the weight 13 has a substantially cylindrical shape with a third hole 13c, and is arranged adjacent to the lid body 12 with its axis aligned with the central axis L within the large-diameter portion 11d.
  • the weight 13 is accommodated in the large-diameter portion 11d with a slight gap from the inner peripheral surface of the large-diameter portion 11d.
  • Materials for the weight 13 include high-rigidity materials such as high-speed steel, cemented carbide, and cermet.
  • the weight 13 has a recess 13a, a recess 13b, and a third hole 13c.
  • the concave portion 13a is formed in a circular hole shape in the center portion of the end face of the weight 13 on the tip side.
  • the concave portion 13b is formed in the shape of a round hole in the central portion of the end face of the weight 13 on the rear end side.
  • the third hole 13c is provided so as to communicate the recess 13a and the recess 13b.
  • a circulation pipe 19 through which coolant flows is inserted into the third hole 13c.
  • materials for the flow pipe 19 include metal and resin.
  • metals include copper, steel, stainless steel, and aluminum.
  • resins include polyethylene, polypropylene, polystyrene and polyvinyl chloride.
  • coolant include water-insoluble oils such as oil-based, inert extreme-pressure type, and active extreme-pressure cutting oils, and water-soluble oils such as emulsion-type, soluble-type, and solution-type cutting oils.
  • a fixing member 16 is arranged on the rear end side of the weight 13 in the large diameter portion 11d of the through hole 11c.
  • the fixing member 16 fixes the weight 13 to the inner peripheral surface of the large-diameter portion 11 d via the first elastic member 14 .
  • the fixing member 16 has a substantially cylindrical shape having a hollow portion into which the flow pipe 19 is inserted, and is arranged in the large-diameter portion 11d with its axis center aligned with the central axis L. As shown in FIG.
  • Examples of materials for the fixing member 16 include metal and resin.
  • Examples of metals include steel, cast iron, and aluminum alloys.
  • Resins include, for example, polyethylene, polypropylene, polystyrene and polyvinyl chloride.
  • the fixing member 16 has a protrusion 16a and a groove 16b.
  • the projecting portion 16a is provided so as to protrude toward the weight 13 from the central portion of the end surface of the fixing member 16 facing the weight 13, and has a cylindrical shape.
  • the groove 16b is provided in a circumferential direction on the outer peripheral surface of the fixing member 16 facing the inner peripheral surface of the large diameter portion 11d.
  • the first elastic member 14 is fitted in the groove 16b of the fixing member 16. As shown in FIG.
  • the first elastic member 14 is an O-ring, for example, and may have the same material as the second elastic member 15 .
  • the protruding portion 12d of the lid 12 is inserted inside the concave portion 13a of the weight 13 with the ring-shaped third elastic member 17 fitted thereon. Further, as shown in FIG. 6, the projecting portion 16a of the fixing member 16 is inserted inside the concave portion 13b with the ring-shaped fourth elastic member 18 fitted thereon.
  • the third elastic member 17 and the fourth elastic member 18 may have the same material as the second elastic member 15 .
  • the tip side of the weight 13 is fixed to the lid 12 by the repulsive force. (See FIG. 4).
  • the fourth elastic member 18 is crushed between the outer peripheral surface of the protrusion 16a of the fixing member 16 and the inner peripheral surface of the concave portion 13b of the weight 13, thereby fixing the rear end side of the weight 13 to the fixing member 16 (Fig. 6).
  • the lid 12, weight 13, and fixing member 16 are integrated.
  • the tip of the flow pipe 19 enters the first hole 12c, and the first hole 12c and the third hole 13c are connected.
  • the first elastic member 14 contacts the inner peripheral surface of the large-diameter portion 11d of the through-hole 11c, and by the repulsive force caused by being crushed, the weight 13 integrated with the fixing member 16 is moved to the inner peripheral surface of the large-diameter portion 11d. Fix against a surface. That is, the weight 13 is press-fitted into the stem 11 so that both ends thereof are held by the lid body 12 fixed to the stem 11 and the fixing member 16 fixed to the stem 11 via the first elastic member 14 . Therefore, it is fixed to the stem 11 .
  • the diameter of the opening of the second end surface 11b of the stem 11 substantially matches the diameter of the small diameter portion 11e. Coolant is injected into the small diameter portion 11e through the opening. The opening is closed by plug 20 . The injected coolant passes through the flow pipe 19 and is ejected from the ejection portion 23 of the head 2 during machining.
  • the internal space of the flow pipe 19 communicates with the ejection part 23 through the first hole 12c and the second hole 25 of the lid 12.
  • the coolant injected into the small diameter portion 11e flows through the second hole 25 in the convex portion 24 via the flow pipe 19, and is jetted from the jet portion 23 toward the work material during machining.
  • the first joint surface 12g and the second joint 24c make it difficult for the head 2 to be misaligned with respect to the main body 1a of the holder 1, and the connectivity between the first hole 12c and the second hole 25 is good.
  • liquid leakage is less likely to occur at the location where the first hole 12c and the second hole 25 are connected.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a connecting portion between the head 2 and the lid body 12 of the holder 1 of Modification 1.
  • the concave portion 12b of the lid body 12 of Modification 1 has a third connecting surface 12h between the bottom surface 12e and the first hole 12c, which is inclined from the front end side toward the rear end side. have more.
  • the second elastic member 15 when the second elastic member 15 is crushed, it also bites into the third connecting surface 12h, and both the direction along the central axis L and the direction orthogonal to the central axis L cause the second elastic member 15 to move. 15 misalignment is further reduced.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a connecting portion between the head 2 and the lid body 12 of the holder 1 of Modification 2.
  • the outer diameter of the second elastic member 15 in Modification 2 is made larger than the outer diameter of the second elastic member 15 in FIG. Therefore, the second elastic member 15 is also in contact with the outer peripheral surface 24b of the convex portion 24, and the displacement of the second elastic member 15 is further reduced.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a connecting portion between the head 2 and the lid body 12 of the holder 1 of Modification 2.
  • the first connecting surface 12g of Modification 3 is parallel to the second connecting surface 24c.
  • the second elastic member 15 is sandwiched between the first connecting surface 12g and the second connecting surface 24c without being distorted, and is stretched both in the direction along the central axis L and in the direction orthogonal to the central axis L. positional deviation is further reduced.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating one step in a method of manufacturing a machined workpiece 103 in one non-limiting example.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating one step in a method for manufacturing a machined workpiece 103 in one non-limiting example.
  • FIG. 12 is a schematic diagram illustrating one step in a method of manufacturing a machined workpiece 103 in one non-limiting example.
  • the workpiece 103 is produced by cutting the workpiece 101 .
  • outer diameter machining is exemplified as cutting.
  • the manufacturing method of the cut workpiece 103 in the embodiment includes the following steps. i.e. (1) a step of rotating the work material 101; (2) contacting the rotating work material 101 with the cutting tool 10 represented by the above embodiment; (3) separating the cutting tool 10 from the work material 101; including.
  • the work material 101 is rotated around the axis D in the D1 direction. Also, by moving the cutting tool 10 in the D2 direction, the cutting tool 10 is brought relatively close to the work material 101 . Next, as shown in FIG. 11 , the cutting edge 3 a of the cutting tool 10 is brought into contact with the work material 101 to cut the work material 101 .
  • outer diameter machining can be performed by cutting the work material 101 while moving the cutting tool 10 in the D3 direction. Then, as shown in FIG. 12, by moving the cutting tool 10 in the D4 direction, the cutting tool 10 is moved away from the work material 101 relatively.
  • the cutting tool 10 is approached while the shaft D is fixed and the work material 101 is rotated.
  • the work material 101 is cut by bringing the cutting edge 3 a of the insert 3 into contact with the rotating work material 101 .
  • the cutting tool 10 is moved away while the work material 101 is being rotated.
  • the positional deviation of the head 2 with respect to the main body 1a of the holder 1 is reduced, so the machining accuracy is good.
  • the coolant does not leak from the joint between the head 2 and the lid body 12 during machining.
  • the cutting tool 10 is brought into contact with the cut material 101 by moving the cutting tool 10 . Further, the cutting tool 10 is separated from the work piece 101 by moving the cutting tool 10 .
  • the manufacturing method of the embodiment is not limited to this case.
  • step (1) the work material 101 may be brought closer to the cutting tool 10 .
  • step (3) the work material 101 may be kept away from the cutting tool 10 .
  • the cutting tool 10 is held in a rotating state, and the step of bringing the insert 3 into contact with different portions of the work material 101 may be repeated.
  • Representative examples of the material of the work material 101 include carbon steel, alloy steel, stainless steel, cast iron and non-ferrous metals.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

本体に対する頭部の位置ずれが低減されたホルダを提供する。ホルダは、中心軸Lに沿って延びた本体、本体よりも先端側に位置し、切削インサートを取り付ける頭部、及び本体の蓋体及び頭部に当接する弾性部材を有する。蓋体は、後端に向かって窪んだ凹部、凹部の底面から延びた第1孔を有する。頭部は、後端に向かって突出し、凹部に嵌合された凸部、凸部の頂面から延び、第1孔と繋げられた第2孔を有する。凹部は、底面に接続され、第1端側に傾斜した第1つなぎ面を有し、凸部は、頂面に接続され、第1端側に傾斜した第2つなぎ面を有する。弾性部材は、第1つなぎ面及び第2つなぎ面にそれぞれ当接する。

Description

ホルダ、切削工具及び切削加工物の製造方法
 本開示は、金属等の被削材を切削加工する際に用いられる切削工具のホルダ、切削工具、及び切削加工物の製造方法に関する。
 金属等の被削材を切削加工する際に用いられる切削工具として、例えば特許文献1に記載の切削工具が知られている。特許文献1に記載の切削工具はホルダ及び切削インサートを有する。ホルダは、空洞を有する筒状の本体と、空洞の入り口を塞ぐ頭部と、空洞に挿入された減衰部材である錘と、頭部及び錘の間に位置するOリングとを有する。
 頭部の先端部に、切刃を有する切削インサートが取り付けられている。切刃の先端部の本体端面からの突き出し量Lを本体の直径Dに対して大きくした場合、鋼材からなる本体は剛性が低いことから、本体の径方向での振動がホルダに生じやすく、加工精度が悪くなる。ホルダの振動は、本体内に本体とは固有振動数の異なる錘を収容して本体と錘とを異なる振動数で振動させることで、減少させることができる。
国際公開第2020/049167号
 本開示における限定されない一例のホルダは、心軸に沿って第1端から第2端にかけて延びた棒形状のホルダであって、前記中心軸に沿って延びた本体と、前記本体よりも前記第1端の側に位置し、切削インサートを取り付け可能である頭部と、前記本体及び前記頭部に当接する弾性部材と、を有する。前記本体は、前記第1端の側に位置して前記第2端に向かって窪んだ凹部と、前記凹部から前記第2端に向かって延びた第1孔と、を有する。前記頭部は、前記第2端の側に位置して前記第2端に向かって突出し、且つ、前記凹部に嵌め合わされた凸部と、前記凸部から前記第1端に向かって延び、且つ、前記第1孔と繋げられた第2孔と、を有する。前記凹部は、前記中心軸に対して直交する底面と、内周面と、前記内周面と前記底面とを接続し、且つ、前記底面に対して前記第1端の側に傾斜した第1つなぎ面とを、有する。前記凸部は、前記中心軸に対して直交する頂面と、外周面と、前記外周面と前記頂面とを接続し、且つ、前記頂面に対して前記第1端の側に傾斜した第2つなぎ面とを、有する。前記弾性部材が、前記第1つなぎ面及び前記第2つなぎ面にそれぞれ当接する。
本開示の限定されない実施形態における切削工具を示す斜視図である。 図1に示す切削工具の平面図である。 図2のIII-III線矢視断面図である。 図3の第1端面側の拡大図である。 図4のヘッドと蓋体との接続部の拡大図である。 図3の第2端面側の拡大図である。 変形例1のホルダのヘッドと蓋体との接続部を示す断面図である。 変形例2のホルダのヘッドと蓋体との接続部を示す断面図である。 変形例3のホルダのヘッドと蓋体との接続部を示す断面図である。 限定されない一例における切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。 限定されない一例における切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。 限定されない一例における切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。
 以下、本開示の一例である実施形態のホルダ、切削工具、及び切削加工物の製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、実施形態を説明する上で必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、ホルダ及び切削工具は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
 (切削工具)
 図1は実施形態1に係る切削工具10を示す斜視図である。図2は切削工具10を示す平面図である。切削工具10は、図1のX軸方向に延びる丸棒状のホルダ1の本体1aの先端側にヘッド(頭部)2を取り付けた工具である。ヘッド2には、切削インサート(以下、インサートと称する)3が取り付けられている。
 切削工具10は例えば旋削工具であり、具体例としては、外径加工用の工具、内径加工用の工具、溝入れ加工用の工具、及び、突っ切り加工用の工具等が挙げられる。切削工具10は、工具側が回転する転削工具であってもよい。以下の説明では、切削工具10の、ヘッド2が位置する側を先端(第1端)側と称し、先端側とは反対側を後端(第2端)側と称する。
 (ヘッド)
 図1~図3に示すように、ヘッド2は、略円柱形状をなす取付部21と、取付部21の先端面からX軸方向に突出するように設けられ、多面体状をなす装着部22とを有する。取付部21は、軸心をホルダ1の中心軸Lに合わせた状態で、ホルダ1の先端部に取り付けられる。取付部21のホルダ1側の端面にはセレーションが設けられており、ホルダ1の後述する蓋体12の先端側の端面に形成されたセレーションと嵌め合わせると共に、ネジ(不図示)等を用いてヘッド2がホルダ1に取り付けられる。
 取付部21の先端面には、開口部を有し、該開口部からクーラントが噴出する噴出部23が設けられている。取付部21の後端側の端面の中央部には、後述する第2孔25を有する円筒状の凸部24が、蓋体12に向けて突出した状態で設けられている。第2孔25は、軸心を中心軸Lに合わせた状態で、先端側に延びる(図4参照)。第2孔25の先端部と噴出部23とは接続されている(不図示)。
 装着部22をZ軸方向から平面視した場合のY軸方向の一方の端部にはポケット22aが設けられている。ポケット22aは、インサート3の底面を載置する座面(不図示)と、インサート3の2側面が当接して拘束される拘束側面とを有する。インサート3の形状は特定の構成に限定されない。例えば、インサート3の形状は、棒形状、多角板形状または多角柱形状の構成であってもよい。本実施形態においてインサート3は、図1に示すように、菱形板状である。インサート3の菱形状の一角は切り欠かれ、切刃3aとされている。
 インサート3の材質としては、超硬合金、及びサーメット等が挙げられる。インサート3の中央部には貫通孔が設けられ、菱形の底面を座面に載置し、該貫通孔にネジを挿通して座面にネジ止めすることによってインサート3がポケット22aに固定される。
 超硬合金の組成としては、例えば、WC-Co、WC-TiC-Co及びWC-TiC-TaC-Coが挙げられる。WC-Coは、炭化タングステン(WC)にコバルト(Co)の粉末を加えて焼結して生成される。WC-TiC-Coは、WC-Coに炭化チタン(TiC)添加したものである。WC-TiC-TaC-Coは、WC-TiC-Coに炭化タンタル(TaC)を添加したものである。
 また、サーメットは、セラミック成分に金属を複合させた焼結複合材料である。具体的には、サーメットとして、炭化チタン(TiC)又は窒化チタン(TiN)等のチタン化合物を主成分としたものが挙げられる。
 (ホルダ)
 図3は図2のIII-III線矢視断面図である。図4は図3の第1端面側の拡大図である。図5は図4のヘッド2と蓋体12との接続部の拡大図である。図6は、図3の第2端面側の拡大図である。
 図3に示すように、切削工具10のホルダ1は、ステム11と、蓋体12と、第1弾性部材14と、固定部材16とを有する。ステム11と蓋体12とによりホルダ1の本体1aが構成される。ステム11の材質としては、ステンレス鋼等の鋼、鋳鉄、及びアルミニウム合金等が挙げられる。特に、これらの材質の中で鋼が用いられた場合には、ホルダ1の靱性を高めることができる。
 ステム11の外観はX軸方向に延びた丸棒状であり、ヘッド2側の第1端面11a及び後端側の第2端面11bは夫々、中央部が開口した構造であってもよい。ステム11は、内部に、第1端面11aから第2端面11bに向かい、ホルダ1の中心軸(軸心)Lに沿って(X軸方向に)延びた貫通孔11cを有する。
 貫通孔11cは、第1端面11a側に位置する大径部11dと、大径部11dに連なり、第2端面11bに向かって延びた小径部11eとから構成される。貫通孔11cは、円柱状の上述の材質からなる基材を穿孔することにより設けられている。小径部11eの内径は、大径部11dの内径より小さい。大径部11d及び小径部11eは夫々、円筒形状であり、小径部11eと比較して大径部11dは薄肉である。図2においては、大径部11dはホルダ1の略2/3の長さ、小径部11eはホルダ1の略1/3の長さであるが、大径部11dと小径部11eとの長さの比は、この場合に限定されない。
 大径部11d内に、蓋体12、錘13、第1弾性部材14、及び固定部材16が収容されている。
 蓋体12はステム11の第1端面11aから大径部11d内に圧入され、第1端面11aに形成された開口を閉塞する。蓋体12の材質としては、鋼、鋳鉄、及びアルミニウム合金等が挙げられる。図4に示すように、蓋体12は第1孔12cを有する略円筒形状をなし、大径部11d内に、軸心を中心軸Lに合わせた状態で圧入されている。
 蓋体12は、鍔部12aと、凹部12bと、第1孔12cと、突起部12dとを有する。鍔部12aは、蓋体12の先端側の外周部に径方向の外側に突出するように設けられている。鍔部12aが第1端面11aに突き当たることで、蓋体12がステム11の内部に入り込むことが規制されている。蓋体12のヘッド2に対向する端面にはセレーションが設けられている。
 図4及び図5に示すように、凹部12bは、蓋体12のヘッド2に対向する端面の中央部から後端側に向かって丸孔状に設けられている。凹部12bには、ヘッド2の凸部24が挿入される。凹部12bは、中心軸Lに対して直交する底面12eと、内周面12fと、底面12eと内周面12fとを斜めにつなぐ第1つなぎ面12gとを有する。即ち、第1つなぎ面12gは、底面12e(Z方向)に対し、先端側に傾斜している。第1つなぎ面12gの底面12eに対する傾斜角度は、例えば20度~60度である。図5に示す断面における第1つなぎ面12gのZ方向の寸法であるW1は、例えば第1孔12cの直径の0.05倍~0.3倍である。
 突起部12dは、蓋体12の後端側の端面から後端に向かって突出するように設けられ、中心軸Lを軸心とする円筒形状をなす。第1孔12cは、軸心を中心軸Lに合わせた状態で、凹部12bの底面12eから後端側に向かって延び、突起部12dを貫通する。図4に示すように、第1孔12cは、後端側が先端側より大径であってもよい。
 図5に示すように、ヘッド2の凸部24は、中心軸Lに対して直交する頂面24aと、外周面24bと、頂面24aと外周面24bと斜めにつなぐ第2つなぎ面24cとを有する。即ち、第2つなぎ面24cは、頂面24a(Z方向)に対し、先端側に傾斜している。第2つなぎ面24cの頂面24aに対する傾斜角度は、例えば20度~60度である。図5に示す断面における第2つなぎ面24cのZ方向の寸法であるW2は、例えば第2孔25の直径の0.1倍~0.4倍である。
 凹部12bと凸部24との間に、リング状の第2弾性部材15が介在する。第2弾性部材15は例えば円環形状のOリング、又はバネであり、材質としては、NBR(acrylonitrile butadiene rubber)、AU(polyester urethane rubber)等のゴム、合成樹脂等が挙げられる。凸部24は第2弾性部材15を介し凹部12bに固定される。第2弾性部材15の内径は第1孔12cの内径より小さく、第2弾性部材15の外径は第1孔12cの内径より大きい。
 第2弾性部材15が、蓋体12の凹部12bの底面12e、第1つなぎ面12g、及び内周面12fと、ヘッド2の凸部24の頂面24a、及び第2つなぎ面24cとの間で押しつぶされることにより、その反発力で凸部24が凹部12bに固定される。特に、本実施形態においては、第2弾性部材15が傾斜している第1つなぎ面12g及び第2つなぎ面24cによって挟まれており、第1つなぎ面12g及び第2つなぎ面24cに密着する。これにより、中心軸Lに沿った方向及び中心軸Lに直交する方向のいずれにおいても第2弾性部材15の位置ずれが生じにくい。ヘッド2は、ホルダ1の本体1aに対する位置ずれが、加工時においても低減されている。
 図3に戻ると、錘13は、ホルダ1の径方向に沿って生じるホルダ1の振動を低減するためにステム11に収容されている。錘13は減衰部材である。錘13は、第3孔13cを有する略円筒形状をなし、大径部11d内に、軸心を中心軸Lに合わせた状態で、蓋体12に隣接するように配置されている。錘13は、大径部11d内に、大径部11dの内周面との間にわずかに隙間を有する状態で収容されている。錘13の材質としては、ハイス(高速度鋼:high-speed steel)、超硬合金、及びサーメット等の高剛性材が挙げられる。
 錘13は、凹部13aと、凹部13bと、第3孔13cとを有する。凹部13aは、錘13の先端側の端面の中央部に丸穴状に設けられている。凹部13bは、錘13の後端側の端面の中央部に丸穴状に設けられている。第3孔13cは、凹部13aと凹部13bとを連通するように設けられている。
 第3孔13cには、内部をクーラントが通流する通流管19が挿入されている。通流管19の材質としては、例えば、金属及び樹脂が挙げられる。金属としては、例えば、銅、鋼、ステンレス及びアルミニウム等が挙げられる。樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピエン、ポリスチレン及びポリ塩化ビニル等が挙げられる。クーラントとしては、例えば油性型、不活性極圧型、及び活性極圧型の切削油等の不水溶性油剤、エマルジョン型、ソリューブル型、及びソリューション型の切削油等の水溶性油剤が挙げられる。
 図6に示すように、貫通孔11cの大径部11d内において、錘13の後端側に、固定部材16が配置されている。固定部材16は、第1弾性部材14を介して、錘13を大径部11dの内周面に対して固定する。固定部材16は、通流管19が挿入される空洞部を有する略円筒形状をなし、軸心を中心軸Lに合わせた状態で大径部11d内に配置されている。
 固定部材16の材質としては、例えば、金属及び樹脂が挙げられる。金属としては、例えば、鋼、鋳鉄、及びアルミニウム合金等が挙げられる。樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピエン、ポリスチレン及びポリ塩化ビニルが挙げられる。
 固定部材16は、突起部16aと、凹溝16bとを有する。突起部16aは固定部材16の、錘13と対向する端面の中央部から、錘13に向かって突出するように設けられ、円筒形状をなす。凹溝16bは、大径部11dの内周面に対向する、固定部材16の外周面に周方向に一巡して設けられている。
 固定部材16の凹溝16bに、第1弾性部材14が嵌められている。第1弾性部材14は例えばOリングであり、第2弾性部材15と同様の材質を有していてもよい。
 図4に戻ると、錘13の凹部13aの内側には、リング状の第3弾性部材17を外嵌めした状態で、蓋体12の突起部12dが挿入されている。また、図6に示すように、凹部13bの内側には、リング状の第4弾性部材18を外嵌めした状態で、固定部材16の突起部16aが挿入されている。
 第3弾性部材17及び第4弾性部材18は、第2弾性部材15と同様の材質を有していてもよい。第3弾性部材17が蓋体12の突起部12dの外周面と、錘13の凹部13aの内周面との間で押しつぶされることにより、その反発力で錘13の先端側が蓋体12に固定される(図4参照)。
 第4弾性部材18が固定部材16の突起部16aの外周面と錘13の凹部13bの内周面との間で押しつぶされることにより、錘13の後端側が固定部材16に固定される(図6参照)。その結果、蓋体12、錘13、及び固定部材16が一体化される。図4に示すように、通流管19の先端部は第1孔12c内に進入し、第1孔12cと第3孔13cとは接続されている。
 第1弾性部材14は、貫通孔11cの大径部11dの内周面と接触し、押しつぶされたことによる反発力により、固定部材16と一体化された錘13を大径部11dの内周面に対して固定する。即ち、錘13は、ステム11に圧入されることでステム11に固定された蓋体12と、第1弾性部材14を介してステム11に固定された固定部材16とに両端部を保持されることで、ステム11に対して固定されている。
 図3に示すように、ステム11の第2端面11bの開口の直径は、小径部11eの直径と略一致する。該開口からクーラントが小径部11eに注入される。該開口は栓20により閉塞される。注入されたクーラントは通流管19を通って、加工時に、ヘッド2の噴出部23から噴出する。
 通流管19の内部空間は、蓋体12の第1孔12c及び第2孔25を介して噴出部23と連通している。小径部11eに注入されたクーラントは、通流管19を介し凸部24内の第2孔25を流れ、加工時に、噴出部23から被削材に向けて噴出される。
 上述したように、第1つなぎ面12g及び第2つなぎ24cによりホルダ1の本体1aに対するヘッド2の位置ずれが生じにくく、第1孔12c及び第2孔25の接続性が良好である。第1孔12c及び第2孔25にクーラントを流す場合において、第1孔12c及び第2孔25がつながる箇所において液漏れが生じにくい。
 (変形例1)
 図7は、変形例1のホルダ1のヘッド2と蓋体12との接続部を示す断面図である。変形例1の蓋体12の凹部12bは、図5に示す構成に加えて、底面12eと第1孔12cとの間に、先端側から後端側に向けて傾斜した第3つなぎ面12hをさらに有する。変形例1においては、第2弾性部材15は、押しつぶされたときに、第3つなぎ面12hにも食い込み、中心軸Lに沿った方向及び中心軸Lに直交する方向の両方において第2弾性部材15の位置ずれがより低減される。
 (変形例2)
 図8は、変形例2のホルダ1のヘッド2と蓋体12との接続部を示す断面図である。変形例2の第2弾性部材15の外径は、図5の第2弾性部材15の外径より大きくしている。従って、第2弾性部材15は、凸部24の外周面24bにも当接しており、第2弾性部材15の位置ずれがより低減されている。
 (変形例3)
 図9は、変形例2のホルダ1のヘッド2と蓋体12との接続部を示す断面図である。変形例3の第1つなぎ面12gは第2つなぎ面24cと平行である。変形例3においては、第2弾性部材15は、歪むことなく、第1つなぎ面12gと第2つなぎ面24cとに挟まれ、中心軸Lに沿った方向及び中心軸Lに直交する方向の両方において位置ずれがより低減される。
 (切削加工物の製造方法)
 次に、実施形態の切削加工物の製造方法について図面を用いて説明する。図10は、限定されない一例における切削加工物103の製造方法の一工程を示す概略図である。図11は、限定されない一例における切削加工物103の製造方法の一工程を示す概略図である。図12は、限定されない一例における切削加工物103の製造方法の一工程を示す概略図である。
 切削加工物103は、被削材101を切削加工することによって作製される。実施形態においては、切削加工として外径加工を例示する。実施形態における切削加工物103の製造方法は、以下の工程を含む。すなわち、
 (1)被削材101を回転させる工程と、
 (2)回転している被削材101に上記の実施形態に代表される切削工具10を接触させる工程と、
 (3)切削工具10を被削材101から離す工程と、
を含む。
 より具体的には、まず、図10に示すように、被削材101を軸Dの周りでD1方向に回転させる。また、切削工具10をD2方向に動かすことによって、被削材101に切削工具10を相対的に近付ける。次に、図11に示すように、切削工具10における切刃3aを被削材101に接触させて、被削材101を切削する。
 このとき、切削工具10をD3方向に動かしながら被削材101を切削することによって外径加工を行うことができる。そして、図12に示すように、切削工具10をD4方向に動かすことによって、切削工具10を被削材101から相対的に遠ざける。
 図10においては、軸Dを固定するとともに被削材101を回転させた状態で切削工具10を近付けている。また、図11においては、回転している被削材101にインサート3の切刃3aを接触させることによって被削材101を切削している。また、図12においては、被削材101を回転させた状態で切削工具10を遠ざけている。
 上述したように、本実施形態においては、ヘッド2のホルダ1の本体1aに対する位置ずれが低減されているので、加工精度が良好である。加工時に、クーラントがヘッド2と蓋体12との接続部から漏れることもない。
 実施形態の製造方法における切削加工では、切削工具10を動かすことによって、切削工具10を被削材101に接触させている。さらに、切削工具10を動かすことによって、切削工具10を被削材101から離している。しかしながら、実施形態の製造方法は、この場合に限定されない。
 例えば、(1)の工程において、被削材101を切削工具10に近付けてもよい。(3)の工程において、被削材101を切削工具10から遠ざけてもよい。切削加工を継続する場合には、切削工具10を回転させた状態を保持して、被削材101の異なる箇所にインサート3を接触させる工程を繰り返せばよい。
 被削材101の材質の代表例としては、炭素鋼、合金鋼、ステンレス、鋳鉄及び非鉄金属等が挙げられる。
 以上、本開示に係る発明について、諸図面及び実施形態に基づいて説明してきた。しかし、本開示に係る発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。すなわち、本開示に係る発明は本開示で示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示に係る発明の技術的範囲に含まれる。
 つまり、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。また、これらの変形または修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、上記した実施形態においては、切削工具10のホルダ1が丸棒状である場合につき説明しているが、ホルダ1は角棒状であってもよい。
 1 ホルダ
 1a 本体
 11 ステム
 12 蓋体
 12b 凹部
 12c 第1孔
 12d 突起部
 12e 底面
 12f 内周面
 12g 第1つなぎ面
 12h 第3つなぎ面
 13 錘
 14 第1弾性部材
 15 第2弾性部材
 17 第3弾性部材
 18 第4弾性部材
 16 固定部材
 2 ヘッド(頭部)
 21 取付部
 22 装着部
 22a ポケット
 24 凸部
 24a 頂面
 24b 外周面
 24c 第2つなぎ面
 25 第2孔
 3 インサート
 3a 切刃
 10 切削工具

Claims (9)

  1.  中心軸に沿って第1端から第2端にかけて延びた棒形状のホルダであって、
     前記中心軸に沿って延びた本体と、
     前記本体よりも前記第1端の側に位置し、切削インサートを取り付け可能である頭部と、
     前記本体及び前記頭部に当接する弾性部材と、を有し、
     前記本体は、
      前記第1端の側に位置して前記第2端に向かって窪んだ凹部と、
      前記凹部から前記第2端に向かって延びた第1孔と、を有し、
     前記頭部は、
      前記第2端の側に位置して前記第2端に向かって突出し、且つ、前記凹部に嵌め合わされた凸部と、
      前記凸部から前記第1端に向かって延び、且つ、前記第1孔と繋げられた第2孔と、を有し、
     前記凹部は、
      前記中心軸に対して直交する底面と、
      内周面と、
      前記内周面と前記底面とを接続し、且つ、前記底面に対して前記第1端の側に傾斜した第1つなぎ面と、を有し、
     前記凸部は、
      前記中心軸に対して直交する頂面と、
      外周面と、
      前記外周面と前記頂面とを接続し、且つ、前記頂面に対して前記第1端の側に傾斜した第2つなぎ面と、を有し、
     前記弾性部材が、前記第1つなぎ面及び前記第2つなぎ面にそれぞれ当接する、ホルダ。
  2.  前記弾性部材は、前記底面に当接する、請求項1に記載のホルダ。
  3.  前記弾性部材は、前記頂面に当接する、請求項1又は2に記載のホルダ。
  4.  前記弾性部材は、前記内周面に当接する、請求項1又は2に記載のホルダ。
  5.  前記弾性部材は、前記外周面に当接する、請求項1又は2に記載のホルダ。
  6.  前記中心軸に沿った断面において、前記第1つなぎ面が、前記第2つなぎ面と平行である、請求項1又は2に記載のホルダ。
  7.  前記弾性部材が円環形状であって、
     前記弾性部材の内径が前記第1孔の内径よりも小さく、且つ、前記弾性部材の外径が前記第1孔の内径よりも大きい、請求項1又は2に記載のホルダ。
  8.  請求項1又は2に記載のホルダと、
     前記ホルダにおける前記頭部に取り付けられた切削インサートと、を有する切削工具。
  9.  被削材を回転させる工程と、
     回転している前記被削材に請求項8に記載の切削工具を接触させる工程と、
     前記切削工具を前記被削材から離す工程と、を備えた切削加工物の製造方法。
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