(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
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又は2に記載の先端交換式切削工具の本体部。
【発明の概要】
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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
り、且つ、超硬合金及びタングステン合金の何れかであり、前記第二金属材料は、鋼系金属であ
る。
第一態様の先端交換式切削工具の本体部は、筒部を密度が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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【発明を実施するための形態】
【0014】
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。
【0015】
[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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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
、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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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
のめねじ部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。
【0023】
[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。
【0024】
[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、
め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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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、
送り分力F
y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1
48N小さく、比較例の送り分力Fyの振幅の平均値の約6
5%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6
6%であった。
【0030】
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。
【0031】
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
23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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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
径方向の厚み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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
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。