(57)【要約】【課題】刃部を高精度に取り付けることが可能であり、連続切削加工の条件においても、取り付け精度変化による加工精度低下のなく、高強度な刃部交換式切削工具を提供することである。【解決手段】刃部１と工具本体２とを刃部固定用部材３を介して連結してなる刃部交換式切削工具において、該刃部１と該刃部固定用部材３とは、連結部７と連結部８とによって連結し、該工具本体２と該刃部固定用部材３とは、ネジ部１２とネジ部９とが螺合し、該接続部６と該ガイド部１３とは軸線方向と略平行に当接し、該刃部１の断面における該軸方向位置決め面５と、軸線と垂直な線とのなす角度をθ１度とし、該工具本体２の断面における該軸方向位置決め面１７と、軸線と垂直な線とのなす角度をθ２度としたとき、０＜θ１≦４５、θ１≦θ２、であることを特徴とする刃部交換式切削工具である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
刃部１と工具本体２とを刃部固定用部材３を介して連結してなる刃部交換式切削工具において、該刃部１は、軸線方向位置決め面５、接続部６と該接続部６の端部に連結部７を有し、該刃部固定用部材３は、端部に連結部８、他方の端部にネジ部９を有し、該工具本体２は、端部に孔１１と軸線方向位置決め面１７を有し、該孔１１の浅部にガイド部１３、深部にネジ部１２を有し、該刃部１と該刃部固定用部材３とは、連結部７と連結部８とによって連結し、該工具本体２と該刃部固定用部材３とは、ネジ部１２とネジ部９とが螺合し、該接続部６と該ガイド部１３とは軸線方向と略平行に当接し、該刃部１の断面における該軸方向位置決め面５と、軸線と垂直な線とのなす角度をθ１度とし、該工具本体２の断面における該軸方向位置決め面１７と、軸線と垂直な線とのなす角度をθ２度としたとき、０＜θ１≦４５、θ１≦θ２、であることを特徴とする刃部交換式切削工具。
【請求項２】
請求項１記載の刃部交換式切削工具において、該刃部固定用部材３は高強度材料であることを特徴とする刃部交換式切削工具。
【請求項３】
請求項１、２のいずれかに記載の刃部交換式切削工具において、該刃部１に貫通孔１４、該工具本体２に貫通孔１５、該刃部固定用部材３に貫通孔１６を有し、該貫通孔１４、１５、１６が軸線と平行な方向に連結していることを特徴とする刃部交換式切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、刃部とそれを支持する工具本体と刃部固定用部材を含んでなる刃部交換式切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
刃部交換式切削工具において、刃部と工具本体とを固定する方法が特許文献１から３に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６４−２０９１０号公報
【特許文献２】特表２００１−５０５１３７号公報
【特許文献３】特開２００６−５５９８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、２は、小さい寸法のフライス工具等について交換式切刃の設計上の問題点を解決する技術を開示している。即ち、切刃を有する切削ヘッドを、保持手段を介して工具本体に固定して用いる工具であり、該工具本体の端部に、内面が後方へ先細りしたテーパ状の円錐台形になっている刃部挿入孔を形成し、フック型手段によって連結された該切削ヘッドの端部と該保持手段とを、該刃部挿入孔内に固定して用いる金属切削用工具やフライス工具を提案している。しかし、このような刃部をテーパ形状の当接面のみにて位置決めする構成では、工具軸線上の刃部から工具本体方向に加わる切削背分力と切削トルクによるネジの軸力により、刃部が刃部挿入孔内のテーパ面を押し広げ、刃部の位置が工具本体方向に変動するため、切削時の加工精度が低下してしまう欠点がある。更に、切削加工時に発生する切削熱により、刃部挿入孔が膨張、開口するため、刃部が工具本体側に押し込まれ、加工精度が低下してしまう欠点がある。特許文献３に開示されている刃部交換式切削工具は、軸方向位置決め面を付加した上で、刃部挿入孔をテーパ形状当接面にて押し広げて刃部と工具本体の同軸度を保つ為、刃部の交換を繰り返すうちに刃部挿入孔の弾性力が弱まってしまい、刃部の取り付け精度が低下してしまう欠点がある。更に、切削加工時に発生する切削熱により、刃部挿入孔が膨張、開口するため、刃部の軸心が定まらず工具寿命が低下してしまう欠点がある。
そこで本願発明が解決しようとする課題は、刃部を高精度に取り付けることが可能であり、連続切削加工の条件においても、取り付け精度変化による加工精度低下のなく、高強度な刃部交換式切削工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明は、刃部１と工具本体２とを刃部固定用部材３を介して連結してなる刃部交換式切削工具において、該刃部１は、軸線方向位置決め面５、接続部６と該接続部６の端部に連結部７を有し、該刃部固定用部材３は、端部に連結部８、他方の端部にネジ部９を有し、該工具本体２は、端部に孔１１と軸線方向位置決め面１７を有し、該孔１１の浅部にガイド部１３、深部にネジ部１２を有し、該刃部１と該刃部固定用部材３とは、連結部７と連結部８とによって連結し、該工具本体２と該刃部固定用部材３とは、ネジ部１２とネジ部９とが螺合し、該接続部６と該ガイド部１３とは軸線方向と略平行に当接し、該刃部１の断面における該軸方向位置決め面５と、軸線と垂直な線とのなす角度をθ１度とし、該工具本体２の断面における該軸方向位置決め面１７と、軸線と垂直な線とのなす角度をθ２度としたとき、０＜θ１≦４５、θ１≦θ２、であることを特徴とする刃部交換式切削工具である。この構成を採用することによって、刃部を高精度に取り付けることが可能であり、連続切削加工の条件においても、取り付け精度変化による加工精度低下のなく、且つ高強度な刃部交換式切削工具を提供することができる。
【０００６】
本願発明の刃部交換式切削工具は、該刃部固定用部材３が高強度材料であることが好ましい。また、該刃部１に貫通孔１４、該工具本体２に貫通孔１５、該刃部固定用部材３に貫通孔１６を有し、該貫通孔１４、１５、１６が軸線と平行な方向に連結していることが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本願発明により、刃部を高精度に取り付けることが可能であり、連続切削加工の条件においても、取り付け精度変化による加工精度低下のなく、高強度な刃部交換式切削工具を提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１に本発明例１の刃部交換式切削工具について、部分断面形状を示す。本発明例１は１つ以上の切刃を有する刃部１と工具本体２とが刃部固定用部材３を介して連結されている。図２に刃部１を、図３に刃部固定用部材３を、図４に工具本体２を夫々図示する。図１、２に示すように、刃部１は工具本体２と接続する側の端部４に、略円柱形状を含む接続部６が形成されている。連結部７は鍵形に形成されている。また、図３に示すように、刃部固定用部材３の工具回転軸方向の一端にも連結部８が連結部７とかみ合う様に鍵形に形成されており、他端に雄ネジ部９が形成されている。一方、工具本体２には、刃部１の少なくとも接続部６と連結部７及び刃部固定用部材３を挿入する挿入孔１１が形成されている。挿入孔１１の深部には、刃部固定用部材３の雄ネジ部９に対応する雌ネジ部１２が形成されており、挿入孔１１の浅部には、該刃部１の接続部６に当接するガイド部１３が形成されている。そして、鍵形をした連結部７と連結部８とを掛けることにより、刃部１と刃部固定用部材３とが工具の軸方向に連結され、雄ネジ部９を雌ネジ部１２に挿入し、ネジ締めすることにより、刃部固定用部材３と刃部１とが工具本体２に固定される構造になっている。即ち、刃部１を回転させることにより、鍵形をした連結部７、８により連結された刃部固定用部材３も連動して回転し、ネジ部９、１２の締め付け軸力により、刃部固定用部材３を介して、刃部１を挿入孔１１に引き込み工具本体２に固定する構造となっている。
本願発明の特徴は、第１に、刃部１を、刃部固定用部材３を介して工具本体２に固定する場合、接続部６を略円柱形状とし、工具本体２の挿入孔１１内に設定されたガイド部１３と接続することによって、刃部１と工具本体２の軸線を同一線上に固定して、更に円周方向の位置を固定することである。こうすることによって、刃部１は、刃部１から工具本体２に加わる工具軸線に平行に働く切削背分力と、切削トルクによるネジの軸力によって、工具本体２の挿入孔１１を押し広げることなく、取り付け精度が高い刃部交換式切削工具を実現できる。第２に、刃部１の端部１４の外周部に設けた軸方向位置決め面５と、工具本体２の端部に設けた軸方向位置決め面１７とが当接することで、刃部１の工具軸線方向の位置を固定することである。第３に、軸方向位置決め面５と、軸線と垂直な線とのなす角度をθ１度とし、軸方向位置決め面１７と、軸線と垂直な線とのなす角度をθ２度としたとき、０＜θ１≦４５、θ１≦θ２、に設定することである。軸方向位置決め面５を、外周側に向かうにつれて工具本体２の方向に突出し、θ１値を０度＜θ１≦４５度、θ１≦θ２、とすることで、刃部１は、刃部１から工具本体２に加わる工具軸線に平行に働く切削背分力と、切削トルクによるネジの軸力によって、工具本体２の挿入孔１１を絞り込むのことができる。こうすることによって、工具本体２の挿入孔１１が押し広げられるのを妨げ、更に、円柱形状を含む接続部６とガイド部１３の間に設定される取り付けにおける嵌め合いの間隙を解消し、接続部６を工具本体２の挿入孔１１が締め付けて固定するため、高強度且つ取り付け精度が高い刃部交換式切削工具を実現できる。一方、θ１＞４５とした場合、連続使用において軸方向位置決め面５に欠損等が発生する不都合が生じる。特に、刃部１を高硬度で熱膨張係数の小さい超硬合金で作製することにより、刃部挿入孔１１が切削熱により膨張開口することを妨げ、連続切削加工に使用しても、取り付け精度変化による加工精度低下のない刃部交換式切削工具を実現できて好ましい。
このように本願発明は第１、第２、第３の特徴を有しており、これらが相乗的に機能することによって、軸線方向と軸垂直方向の位置変動が少なく、格段に優れた加工精度を有した高強度な刃部交換式切削工具を実現できるのである。
【０００９】
本願発明の刃部交換式切削工具は、刃部固定用部材３が、例えば熱間ダイス鋼以上の硬さを有する鋼材や高速度工具鋼等の鋼材による高強度材料であることにより、切削耐久性に優れた刃部交換式工具を実現でき好ましい。刃部１の少なくとも１部は、例えば超硬合金、サーメット、セラミックス、ｃＢＮなどの高硬度材料であることが好ましい。また、刃部１に貫通孔１４、工具本体２に貫通孔１５、刃部固定用部材３に貫通孔１６を形成するとともに、貫通孔１４、１５、１６を連結することにより、切刃の近傍に切削油剤や圧縮空気、オイルミスト等を刃部先端から直接供給することができ、切屑除去性と刃部冷却性に優れ、高硬度材をより高能率に切削することが可能な刃部交換式切削工具を実現でき、好ましい。本願発明の刃部交換式切削工具は、第１から第３の特徴を有するものであり、微細部分を適宜変形しても良い。また、刃部１の切刃形状を変更することにより、ドリル、リーマ等の様々な刃部交換式切削工具に適用できる。以下、本願発明の実施例の１形態を説明する。
【実施例】
【００１０】
図５は本発明例２の刃部交換式エンドミルの例を示す。刃部１は工具径８ｍｍの３枚刃ボール形エンドミル形状を有する。刃部１の材質は、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金から作製し、アークイオンプレーティング法を用いて、（ＴｉＳｉ）Ｎ系皮膜の被覆処理を施した。工具本体２と刃部固定用部材３はＨＲＣ４５のＳＫＤ６１材から作製した。刃部１の接続部６はφ６の円柱形状とし鍵形をした連結部７を形成した。また、刃部固定用部材３は工具回転軸方向の一端に、連結部７と同様な鍵形をした連結部８を備え、その他端にＭ５の雄ネジ部９を形成した。一方、工具本体２の刃部挿入孔１１内には、刃部１の接続部６と当接する円柱状ガイド部１３における嵌め合いの間隙を８μｍで浅部に形成し、深部には刃部固定用部材３の雄ネジ部９に対応するＭ５の雌ネジ部１２を形成した。そして、連結部７と連結部８とを掛けることにより、刃部１と刃部固定用部材３とを工具の軸方向に連結し、雄ネジ部９を雌ネジ部１２に挿入し、締め付けることにより、接続部６を挿入孔１１内に引き込み、刃部１を工具本体２に固定する構造にした。刃部１の軸方向位置決め面５は、外周に向かうにつれて、工具本体２方向に、θ１を３０度、θ２を３２度に設定した。軸方向位置決め面５と軸方向位置決め面１７との当接面は、外周部から接触する略相対形状にして、両者を当接させた。
【００１１】
本願発明の刃部交換式切削工具の性能を確認するため、比較例３、４を作製した。比較例３、４は、本発明例２の寸法、形状を基本として特許文献１、２で開示されているテーパ型刃部交換式工具を参考に作製した。作製した本発明例２と比較例３、４を用いて、切削加工前後の工具長変化と刃部の振れ精度とを測定し、工具特性を評価した。評価方法は、切削加工前後の工具長変化を、評価工具をマシニングセンタの主軸に取り付け、加工前と、切削加工５分後、切削加工３０分後で夫々工具長を測定し、寸法変化量ΔＬを評価した。工具長測定部の基準となる工具先端を使用しないように肩削り加工とし、切り込み深さ量づつ掘り下げた。刃先振れ精度は、レーザー式工具径測定器を使用し、３枚の刃それぞれの工具径を測定し、そのバラツキを工具振れとして評価した。
（加工条件）
被削材：Ｓ５０Ｃ
加工方法：肩削り加工
切削速度：２２０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：２６００ｍｍ／ｍｉｎ
切り込み幅：ａｅ＝３ｍｍ
切り込み深さ：ａｐ＝１．０ｍｍ
基準の工具突き出し長さ：４０ｍｍ
切削加工時間に対する工具長変化の測定結果を図６に示す。図６より、本発明例２は切削加工５分後にΔＬ値は４μｍ短くなり、３０分後でも６μｍ短くなるのにとどまり、高精度に連続加工を行うことができた。これは、刃部１に上記の軸方向位置決め面５を形成し、軸方向位置決め面５を、外周に向かうにつれて、θ１を３０度、θ２を３２度に形成することにより、工具本体２に設けた刃部１の挿入孔１１が、力学的及び熱的に開口することを妨げたためである。一方、比較例品３、４は、夫々、切削加工５分後にΔＬ値は２０μｍと１７μｍ短くなり、３０分後には３４μｍ、２６μｍと大きく工具長が変化を示し、取り付け精度変化や加工精度低下を招いた。また表１に、図６における連続切削３０分後に測定した刃部の振れ精度を示す。刃部は３枚刃であることから、夫々Ａ刃、Ｂ刃、Ｃ刃とした。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
表１より、本発明例２における刃部の振れの最大値は、１０μｍ以下に留まり、高精度に被削材を加工できた。これは、刃部１の接続部６と、工具本体２のガイド部１３の間に形成される取り付けにおける嵌め合いの間隙を最小限にし、接続部６を工具本体２の挿入孔１１で締め付けて固定する構造にしたためである。一方、比較例３、４は刃部が約２３、３２μｍと大きく振れたため、高精度に加工できなかった。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明例１を正面視した部分断面図を示す。
【図２】図２は、図１に示した刃部１の部分断面図を示す。
【図３】図３は、図１に示した刃部固定用部材３の断面図を示す。
【図４】図４は、図１に示した工具本体２の断面図を示す。
【図５】図５は、本発明例２を正面視した断面図を示す。
【図６】図６は、工具長変化量ΔＬを示す。
【符号の説明】
【００１５】
１：刃部
２：工具本体
３：刃部固定用部材
４：刃部の端部
５：刃部の軸方向位置決め面
６：刃部の接続部
７：刃部の連結部
８：刃部固定用部材の連結部
９：刃部固定用部材の雄ネジ部
１０：工具本体の端部
１１：刃部固定用部材の挿入孔
１２：工具本体の雌ネジ部
１３：工具本体のガイド部
１４：刃部の貫通孔
１５：工具本体の貫通孔
１６：刃部固定用部材の貫通孔
１７：工具本体の軸方向位置決め面
【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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