(57)【要約】  本発明は、所定の長さＬを有し、少なくとも一つの切削ビット（２）を取り付けるためのロッド状の工具ホルダ（１）に関する。工具ホルダ（１）は、第１の端部で固定されるように構成されると共に、第２の自由端と、固定位置（４）と少なくとも一つの切削ビット（２）との間で任意的に第２のサポートと、を有する。加工中において、工具ホルダは、第１の端部から延びる曲線軸（ｘ）上に配置された少なくとも一つの節（６）の周りを高次の曲げ振動モードで振動する。少なくとも一つの切削ビット（２）は、自由端（３）から第１の端部（４）の方に向かって所定の距離にある節（６）に配置される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の長さＬを有し、加工のための少なくとも一つの切削ビット（２）を取り付けるためのロッド状の工具ホルダ（１）であって、
工具ホルダ（１）は、第１の端部（４）が固定され、第２の端部（３）が自由端となるように構成され、加工中においては、第１の端部（４）から延びる直線軸（ｘ）上に配置された少なくとも一つの節（６）の周りを高次の曲げ振動モードで振動するロッド状の工具ホルダ（１）において、
少なくとも一つの切削ビット（２）が、第２の端部（３）から第１の端部（４）の方に向かって所定の距離にある節（６）に配置されていることを特徴とするロッド状の工具ホルダ（１）。
【請求項２】
第１の端部（４）と少なくとも一つの切削ビットとの間の距離が０．７８Ｌ〜０．９１Ｌであることを特徴とする請求項１に記載のロッド状の工具ホルダ（１）。
【請求項３】
振動ダンパが第２の端部（３）と少なくとも一つの切削ビット（２）との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のロッド状の工具ホルダ（１）。
【請求項４】
少なくとも一つの切削ビット（２）が２次振動の節（６）に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のロッド状の工具ホルダ（１）。
【請求項５】
少なくとも一つの切削ビット（２）が３次振動の節（６）に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のロッド状の工具ホルダ（１）。
【請求項６】
少なくとも一つの切削ビット（２）が４次振動の節（６）に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のロッド状の工具ホルダ（１）。
【請求項７】
工具ホルダが直径Ｄを有し、少なくとも一つの切削ビット（２）が第１の端部（４）から少なくとも１０Ｄの距離に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のロッド状の工具ホルダ（１）。
【請求項８】
少なくとも一つの切削ビット（２）と第１の端部（４）との間で第２のサポート（５）を備えていることを特徴とする請求項１に記載のロッド状の工具ホルダ（１）。
【請求項９】
少なくとも一つの切削ビット（２）は第２のサポート（５）から少なくとも１０Ｄの距離に配置されていることを特徴とする請求項８に記載のロッド状の工具ホルダ（１）。
【請求項１０】
一つ以上の切削ビットが同じ節（６）に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のロッド状の工具ホルダ（１）。
【請求項１１】
高次の撓みモードで機能するように少なくとも２つの節（６）が形成され、
少なくとも一つの切削ビット（２）が、少なくとも２つの節（６）のそれぞれに配置されていることを特徴とする請求項１に記載のロッド状の工具ホルダ（１）。
【請求項１２】
少なくとも２つの切削ビット（２）が、少なくとも２つの節（６）のそれぞれに配置されていることを特徴とする請求項１１に記載のロッド状の工具ホルダ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械、特に、切り屑を除去する加工のための工作機械、本質的には大きなオーバーハングで内径旋削を実施する工作機械に使用される、ロッド状の工具ホルダに関する。
【０００２】
オーバーハングという用語は、工具ホルダの固定位置と切削ビットの位置との間の距離を意味する。例えば、長いオーバーハングは、被削材の深穴内径旋削において必要とされる。
【０００３】
また、本発明は、ロッド状の工具ホルダが使用される他の加工にも適用でき、複数の切削ビットを保持する工具ホルダにも適用できる。
【背景技術】
【０００４】
上記の加工においては、被削材に対して相対的に移動する切削ビットに振動が生じるため、その振動はロッドに伝わる。これは、寸法公差を小さくし、仕上げ面を悪くし、騒音や損傷を生ずることもある。このような加工は、一般的には、自動車産業や、航空機産業や、エネルギー分野や、オイル及びガス回収設備に適用される。
【０００５】
このような振動を減らすために、ロッドにダンパーを使用することが通常行われている。このようなダンパーの使用により、オーバーハング長さを１２Ｄ（Ｄはロッドの直径）まで増加することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特に長いオーバーハングに関し、ロッドには高次の曲げ振動が生じ、このような振動は減衰することを困難にする。高次の曲げ振動は、ロッド状の工具ホルダが中心線の周囲を振動し、個々の振動周期における複数の点でこの中心線を横切ることを意味する。これらの点は節（ノード）として示される。これらの振動は、ｘ軸に沿う位置、時間及び振動モードに依存して工具ホルダの変位ｕω(x, t)を生じ、切削ビットの位置に影響を与える。実際に、これは最大のオーバーハング長を制限するものとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明により提案されたように切削ビットを配置することによって、寸法公差又は加工面の品質を低下させることなく、オーバーハング長を長くすることができる。
ダンパーは、切削ビットの正面に設けることができ、薄肉壁断面内に挿入されることができる。切削ビットは、第２の共振周波数の節又は節の近くに配置される。これに関し、第２の共振周波数の節は、固定位置に続く第１の節を表し、固定位置においてホルダ軸が工具ホルダを通る直線の中心軸の周りを振動する。固定位置は、変位ｕω(x, t)が最小となる点である。これは、長いオーバーハングに関して良い結果を生ずる。ダンパーは、第１の共振周波数及び部分的に高次の振動モードにおいて機能する。切削ビットの取付け位置は、有限要素法により解析され、又はモード解析で計算される。モード解析測定は、切削ビットの取付け位置で正確に節を配置するために実施されることも可能である。
【０００８】
したがって、本発明は、少なくとも一つの切削ビットの取り付けのために、長さＬを有するロッド状の工具ホルダを規定する。工具ホルダは、第１の端部における固定位置と、加工される被削材に対する任意的の第２のサポートと、を有するように構成されると共に、第２の自由端を有する。加工において、工具ホルダは、直線軸（ｘ）上で第１の端部から離れた位置で少なくとも一つの節の周りを高次の曲げモードで振動する。少なくとも一つの切削ビットは、自由端から第１の端部の方に向かって所定の距離にある節に配置される。
【０００９】
工具ホルダの第１の端部と少なくとも一つの切削ビットとの間の距離は、０．７８〜０．９１Ｌである。この距離は均一材料において一般的なものである。しかしながら、工具は、種々の材料を構成材料とすることができ、多くの要素が実際の値に影響する。言い換えると、実際の値は上記の値とは異なることもある。
【００１０】
振動ダンパーをホルダの自由端と少なくとも一つの切削ビットとの間に設けることができる。
【００１１】
第２のサポートを少なくとも一つの切削ビットと固定位置との間に設けることができる。
【００１２】
少なくとも一つの切削ビットを２次振動の節に設けることができる。
【００１３】
少なくとも一つの切削ビットを３次振動の節に設けることができる。
【００１４】
少なくとも一つの切削ビットを４次振動の節に設けることができる。
【００１５】
工具ホルダは直径Ｄを有し、少なくとも一つの切削ビットを、第１の端部又は第２のサポートから少なくとも１０Ｄの距離に配置することができる。
【００１６】
更に、工具ホルダは、少なくとも一つの切削ビットと第１の端部との間に第２のサポートを備える。少なくとも一つの切削ビットを、第２のサポートから少なくとも１０Ｄの距離に配置することができる。
【００１７】
工具ホルダは、個々の節に配置されるように一つ以上の切削ビットを有する。このようなビットを、複数の節に工具の外周で異なる位置に配置することができる。
【００１８】
工具ホルダは、高次の振動モードで機能し、少なくとも２つの節が形成される。切削ビットを、これら複数の節のうち、少なくとも２つの節又はその近傍に配置することができる。例えば、３つの節がある場合、切削ビットを、１つ、２つ又は３つの節の全てに配置することができる。一般に、切削ビットは、最も長いオーバーハングで加工が実施されるように、工具ホルダの自由端に最も近い節に配置される。また、２つ、３つ又はそれ以上の切削ビットを、個々の節に配置することができる。例えば、３つの節を有し、個々の節に３つの切削ビットが配置されるとき、９つの切削ビットが備わることとなる。しかしながら、個々の節で同じ数の切削ビットを有することは必要とされない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による切削ビットを保持する工具ホルダを示す図である。
【図２】第１の横振動モードを示す工具ホルダの図である。
【図３】第２の横振動モードを示す工具ホルダの図である。
【図４】第３の横振動モードを示す工具ホルダの図である。
【図５】第４の横振動モードを示す工具ホルダの図である。
【図６】本発明による第２のサポートを有し、第２の横振動モードを示す工具ホルダの図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１において、ロッド状の工具ホルダ１は、工具ホルダ１が工作機械に取付けられる位置の第１の端部４と、被削材（不図示）とは反対側に位置するサポート５と、工具ホルダが固定されていない自由端３と、の間に延びていることが示されている。図１は、使用していないときの中心軸を有する工具ホルダ１の構成を示す。切削ビット２は、自由端３から内側の位置で工具ホルダ１に取り付けられている。自由端３は、スリーブの形態を有し、振動ダンパを含むこともできる。この場合、切削ビットは、第１の端部４とダンパとの間に取り付けられる。振動ダンパは、弾力性のある固定減衰質量を有するダンパ、例えば、圧電要素又は電気力要素を有するアクティブダンパとすることができる。しかしながら、工具ホルダの自由端は、単に質量を含むこともできる。この質量は、固定された質量とすることができ、または調整又はアセンブリの「調整」のための交換可能な質量としてもよい。自由端３と切削ビットとの間の距離は調整可能であり、切削ビットを動かすこと、又は切削ビットと自由端３との間の距離が調整される。組み立ては、加工中に調整するための手段を含むことができ、また、自由端３と切削ビットとの間で軸に沿って質量を動かすためのアクチュエータを含むことができる。また、切削ビット２と自由端３との間の距離を、一つ以上のアクチュエータによって調整することができる。加速度計、ロードセル又はひずみゲージなどのセンサを、節及び切削ビットの取付け位置を決定するために使用することができる。ロッド状の工具ホルダ１は複数の切削ビットを含むことができる。例えば、工具ホルダが３次の固有振動モードで振動するならば、２つの節が形成され、切削ビットがこれらの節に配置されることができる。
【００２１】
図２は、第１の端部４で固定された一様な片持ち梁として示された工具ホルダ１の図である。工具ホルダ１は、長さＬを有し、第１の撓みモードω１で示されている。この第１の撓みモードにおいては、節を示さないので、本発明を使用することができない。直線軸ｘは、第１の端部４における取付け位置から延びている。
【００２２】
図３は、図２と同様に、自由端３を有し、第１の端部４に取り付けられて長さＬの一様な梁として示された工具ホルダ１の図である。工具ホルダは、０．７８Ｌの位置で節６を表し、第２の撓みモードω２で示されている。節６は、このケースにおいて、切削ビットの適切な位置を表している（距離０．７８Ｌは、工具ホルダが取り付けられた第１の端部４から切削ビット２まで測定された距離である）。工具ホルダ１が異なる材料で構成され、及び／又は異種材料又は第２のサポートを有している場合、節６は０．７８Ｌの位置とは僅かに異なる位置となる。
【００２３】
図４は図２及び図３と同様の工具ホルダ１を示し、第１の端部４に取り付けられた工具ホルダは、自由端３を有し、長さＬである。３次の撓みモードω３において、工具ホルダ１には２つの節６がある。これらの節６は、切削ビットの取付け位置に適する。第１の節は０．５０Ｌに配置され、第２の節は０．８７Ｌに配置されている。一般に、切削ビットは最も外周側の節に配置される。
【００２４】
図５は図２及び図３と同様の工具ホルダ１を示し、第１の端部４に取付けられた工具ホルダは、自由端３を有し、長さＬである。工具ホルダ１は４次の撓みモードω４で示されており、３つのノード６は０．３６Ｌ、０．６４Ｌ及び０．９１Ｌに配置されている。
【００２５】
図６は、２次の横撓みモードにある本発明の工具ホルダ１を示す。工具ホルダ１は、第１の端部４と共に示され、第２のサポート５、第２の自由端３、節６における切削ビット２を有する。図は、工具ホルダ１の形状が加工中にどのように変化するかを強調して示している。被削材の反対側にあるサポート５は、自由端３の方へ節６を移動させる。これは、工具ホルダ１の２次の横撓みモードが、モード形状（実質的に直線）によってあまり影響を受けない第１の端部４とサポート５との間の部分に生じるということを示す。サポート５と自由端３との間で、中心軸は直線から変化する。サポート５は、被削材とサポートとの間、又は工具ホルダ１とサポート５との間の面を支持する構成とすることができる。もちろん、サポート５は必ずしも必要ではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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