JP2008296326A - 切削ホルダ、及び切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】切削インサートやホルダを交換することなくビビリを的確に抑制することができ、切削加工を効率よく高精度に行うことができる切削ホルダを提供すること。
【解決手段】切削ホルダ１４は、ホルダ本体１５と、ホルダ本体１５の先端側に配置され、切削インサート１２が取り付け可能なヘッド部１６と、ホルダ本体１５の中心軸に配置され、ホルダ本体１５とヘッド部１６とを連結する中心ピン１７とを備える。中心ピン１７は、ホルダ本体１５から突出する中心ピン先端部２０に雄ネジ部２１を有し、その先端部２０は、ヘッド部１６に設けられたネジ穴２２に螺着される。イモネジ２３がホルダ本体１５の径方向に沿って挿通され、そのイモネジ２３により、ヘッド部１６がホルダ本体１５に回動不能に固定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、切削加工を行うための切削インサートを取り付ける切削ホルダ、及び切削工具に関するものである。

旋盤加工機では、切削加工を行うための切削インサート４２と、その切削インサート４２を取り付けるための切削ホルダ４４とを備える切削工具４６（図７参照）が使用されている。

この種の切削工具４６を用い、例えば円筒状の被削物の内径切削を行う場合、被削物の直径・長さ・肉厚（特に、薄肉の場合）や、使用する加工機の機械剛性によっては、加工時に切削工具４６が振動しそのビビリによって被切削面が荒れてしまう。そのため、被削物の内径を精度良く加工できないといった問題が生じることがある。

この対策としては、切削工具４６の刃先のすくい角を変え、切削抵抗を変化させることでビビリを抑える手法が考えられている。しかしながら、刃先のすくい角を変えるためには、刃先の形状（すくい角）が異なる切削インサート４２に変更するか、切削インサート４２の取り付け角度を変更する必要がある。この場合、多種類の切削インサート４２や切削ホルダ４４を準備しなくてはならず、そのコストが嵩んでしまうため工業的な方法ではない。

このように刃先のすくい角を変えてビビリを抑える具体的な手法として、例えば、特許文献１においてヘッド交換式の切削ホルダが開示されている。

また、特許文献２では、分割タイプの切削ホルダを用いてビビリを抑制した切削工具が開示されている。さらに、特許文献３では、切削ホルダ内に制振ピースを挿入してビビリを抑えるように構成した切削工具が開示されている。
特開平６−１７０６１５号公報 特開２００５−３２９５０９号公報 特開２００６−１０２８３７号公報

ところで、上述した特許文献１の切削ホルダでは、すくい角の調整機能は備えておらず、加工時において切削工具にビビリが発生した場合、ビビリが発生しないよう適切なヘッド及び切削インサートを付け替えながら選定する必要があり、作業効率が悪いといった問題がある。また、ヘッドの交換によってビビリを抑えることができたとしても、多数個の被削物を連続加工する場合、その切削加工中にインサートの刃先が磨耗し切削抵抗が変化することによりビビリが発生することがある。この場合、被削物の連続加工を行うことが困難となり、その加工精度が低下してしまう。

また、特許文献２や特許文献３の切削ホルダを用いた場合でも、切削インサートの材質や加工条件を変更すると、ビビリが発生することが確認されている。この場合でも、ビビリが発生しないよう適切な切削インサートや切削ホルダを付け替えながら選定する必要があり、作業効率が悪くなるといった問題が生じてしまう。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、切削インサートやホルダを交換することなくビビリを的確に抑制することができ、切削加工を効率よく高精度に行うことができる切削ホルダ、及び切削工具を提供することにある。

そして上記課題を解決するための手段（手段１）としては、ホルダ本体と、前記ホルダ本体の先端側に配置され、切削インサートが取り付け可能なヘッド部と、前記ホルダ本体の長手方向の中心軸に配置され、前記ホルダ本体と前記ヘッド部とを連結する中心ピンと、前記ホルダ本体の長手方向の中心軸に配置された中心ピンを基準とする複数の異なる回動位置にて、前記ヘッド部を選択的にかつ回動不能状態となるように保持するための回り止め機構とを備えたことを特徴とする切削ホルダがある。

従って、手段１の切削ホルダによると、ホルダ本体の長手方向の中心軸に中心ピンが配置され、その中心ピンによって切削ホルダの剛性を高めることができる。また、切削ホルダをホルダ本体とヘッド部とに分割することにより、その分割箇所で切削加工時の振動を緩和することができる。その結果、切削加工時のビビリの発生を抑制することができ、加工精度を向上させることができる。また、回り止め機構により、ホルダ本体において中心ピンを基準とする複数の異なる回動位置にてヘッド部を選択的にかつ回動不能状態となるように保持することができる。従って、切削インサートの刃先が磨耗してビビリが発生した場合、旋盤加工機に切削工具を装着したままの状態で、ヘッド部の回動位置を変更することにより、切削インサートにおける刃先の角度調整を容易に行うことができる。これによって、ビビリの発生を防止してより多くの被削物を連続加工することが可能となり、作業効率を高めることができる。

前記中心ピンは、前記ホルダ本体よりも高弾性率のセラミック粒子を主体とした硬質材料からなることが好ましい。具体的には、中心ピンは、例えば、窒化珪素、炭化珪素、酸化アルミニウムなどを主成分とするセラミック焼結体により形成される。また、前記中心ピンとしては、前記ホルダ本体の形成材料よりもヤング率が高い材料で形成されていることが好ましく、セラミック製以外に、超硬製、サーメット製などの中心ピンを用いてもよい。この場合、切削ホルダの剛性をより高めることができ、切削加工時のビビリの発生を確実に抑制することができる。

前記中心ピンは、前記ホルダ本体から突出する中心ピン先端部に雄ネジ部を有し、その中心ピン先端部は、前記ヘッド部に設けられたネジ穴に螺着されていることが好ましい。このように構成すれば、ホルダ本体において中心ピンを基準としてヘッド部を容易に回動させることができる。

また、前記ヘッド部とホルダ本体との連結部には、周方向に目盛りが表示されていてもよい。この場合、その目盛りを確認しながらヘッド部の回動位置を正確に調整することができる。

前記中心ピンは、前記ホルダ本体から突出する断面非円形状の中心ピン先端部を有し、その中心ピン先端部は、前記ヘッド部に設けられた断面非円形状の嵌合穴に嵌着されていることが好ましい。前記断面非円形状の具体例としては、スプライン形状や多角形状などを挙げることができ、中心ピンの軸心を対象軸とした回転対象形状であれば、その周方向に突出した突起を有する形状であってもよい。このように構成すれば、ホルダ本体においてその中心軸に配置された中心ピンを基準とする複数の異なる回動位置にて、ヘッド部を回動不能状態に固定することができる。

前記回り止め機構は、前記ヘッド部と前記ホルダ本体とを固定すべく前記ホルダ本体の径方向に沿って挿通された回り止めピンであることが好ましい。この回り止めピンによって、ホルダ本体に対してヘッド部を回動不能状態に固定することができる。

また、上記課題を解決するための他の手段（手段２）としては、上記手段１の切削ホルダと、前記切削ホルダに取り付けられた切削インサートとを備えた切削工具がある。

従って、上記手段２の切削工具によれば、切削加工時のビビリの発生を抑制することができ、加工精度を向上させることができる。また、切削インサートの刃先が磨耗してビビリが発生した場合、切削ホルダを取り替えることなく、ヘッド部の回動位置を変更することにより、切削インサートのすくい角を容易に調整することができる。これによって、ビビリを発生させることなく多数個の被削物を連続加工することが可能となり、作業効率を高めることができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１に示されるように、本実施の形態の切削工具１０は、切削加工を行うための切れ刃１１を有する切削インサート１２と、その切削インサート１２を取り付けるための切削ホルダ１４とを備える。切削ホルダ１４は、略円柱棒状のホルダ本体１５と、そのホルダ本体１５の先端側に配置され、切削インサート１２が取り付け可能なヘッド部１６と、ホルダ本体１５の長手方向の中心軸に配置され、そのホルダ本体１５とヘッド部１６とを連結する中心ピン１７とを備える。なお、本実施の形態の切削ホルダ１４は、直径が４０ｍｍであり、長さが３００ｍｍ（ヘッド部１６の長さは６０ｍｍ、ホルダ本体１５の長さは２４０ｍｍ）である。また、切削ホルダ１４において、ホルダ本体１５及びヘッド部１６は、例えば、クロムモリブデン鋼（具体的には、ＪＩＳ規格のＳＣＭ４４０）からなる。中心ピン１７は、ホルダ本体１５の形成材料よりもヤング率が高い材料を用いて形成することが好ましく、超硬製、サーメット製、セラミック製（例えば、窒化珪素製）などであることが好ましい。

切削インサート１２は、酸化アルミニウムを主成分とするセラミック製のチップであり、ＩＳＯ規格でＣＮＧＡ４３３の形状を有する。具体的には、切削インサート１２は、すくい面側における内接円がφ１２．７ｍｍ、厚さが４．７６ｍｍのひし形のチップである。本実施の形態の切削インサート１２は、切削ホルダ１４のヘッド部１６と一体構造となっている。

ホルダ本体１５の外周面には、その一部が面取りされた平坦面１８が形成されている（図２参照）。その平坦面１８に図示しない旋盤加工機側の固定部材が当接した状態でホルダ本体１５を挟み込むことにより、その旋盤加工機に切削工具１０が装着されるようになっている。

図１及び図３に示されるように、本実施の形態の中心ピン１７は、ホルダ本体１５から突出する先端部２０（中心ピン先端部）に雄ネジ部２１を有し、その先端部２０は、ヘッド部１６に設けられたネジ穴２２に螺着されている。さらに、ホルダ本体１５の外周面の複数個所には、ホルダ本体１５とヘッド部１６とを固定するためのイモネジ２３（回り止めピン）が径方向に沿って挿通されている。

より詳しくは、ホルダ本体１５とヘッド部１６との連結部分において、ホルダ本体１５の端面には円形の凹部２５が形成され、ヘッド部１６の端面にはその凹部２５に嵌め込まれる凸部２６が形成されている。このヘッド部１６における凸部２６の中心部分にネジ穴２２が開口しており、このネジ穴２２に中心ピン１７が螺着されている。また、ホルダ本体１５の外周面において、凹部２５に対応する位置にイモネジ２３が挿通され、そのイモネジ２３の先端が凹部２５の内周面から突出してヘッド部１６における凸部２６の外周面に当接される。このように、イモネジ２３の先端がヘッド部１６に接触することにより、ホルダ本体１５に対するヘッド部１６の周方向の回転が防止される。

また、図１に示されるように、ホルダ本体１５とヘッド部１６との連結部分には、その周方向に目盛り２８が表示されている。この目盛り２８によって、ホルダ本体１５に対するヘッド部１６の回動位置が調整される。具体的には、各イモネジ２３を一旦緩め、ホルダ本体１５に対してヘッド部１６を回動可能状態とし、目盛り２８を確認しながらヘッド部１６を回してその回動位置を調整する。その後、各イモネジ２３を締めてその回転位置でヘッド部１６を回動不能状態とする。このようにすれば、切削ホルダ１４を旋盤加工機（図示略）に装着したままの状態で切削インサート１２のすくい角や逃げ角を変えることができる。

本願発明者は、本実施の形態の切削工具１０を旋盤加工機（図示略）に装着し、複数の被削物の内径切削加工を連続的に行うことにより、ビビリの抑制効果を確認した。その結果を表１に示している。なお、表１において、実施例１〜実施例４は、中心ピン１７の材質を変更した切削工具１０であり、中心ピン１７がホルダ本体１５と同じ材質であるクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４４０）製のものを実施例１とし、中心ピン１７が超硬製のものを実施例２としている。また、中心ピン１７がサーメット製のものを実施例３とし、中心ピン１７が窒化珪素製のものを実施例４としている。さらに、図７に示すように、中心ピン１７がなく一体型の切削ホルダ４４からなる従来の切削工具４６（従来品１，２）を比較例として示している。

ここで、切削条件は、周速Ｖ＝４５０ｍ／ｍｉｎ、送り速度ｆ＝０．４ｍｍ／ｒｅｖ、切り込みｄ＝１．５ｍｍ、ドライ加工である。また、被削物は、直径φが１００ｍｍ、長さＬが１３０ｍｍの円筒材であり、その材質は、鋳鉄（具体的には、ＪＩＳ規格のＦＣ２００）である。そして、上記の切削条件でその被削物に対して直径φが９０ｍｍの内径加工を施した。

なお、実施例１において、切削インサート１２の刃先が磨耗して切削工具１０のビビリが発生したときには、一旦旋盤加工機を止めて切削インサート１２の角度調整を行う。その調整後、旋盤加工機を再稼動させて、被削物の内径加工を継続し、ビビリのない状態で加工できた個数を加工数としてカウントした。

表１に示されるように、実施例１〜実施例４の切削工具１０では、切削ホルダ１４を２分割構造（ホルダ本体１５とヘッド部１６とからなる構造）とし、さらに中心ピン１７を有する構造としたので、切削工具１０のたわみが分割箇所で緩和され、ビビリが発生しない状態でより多くの被削物を連続加工することができた。具体的には、実施例１の切削工具１０では、従来品１の切削工具４６（加工数＝５５個）や従来品２の切削工具４６（加工数＝３７個）よりも多い８７個の被削物を加工することができた。さらに、初期時の加工面の面粗度（Ｒａ）は、１６．９μｍであり、良好な加工精度が得られた。

また、実施例２〜実施例４の切削工具１０では、中心ピン１７をホルダ本体１５よりも硬い材料（超硬、サーメット、窒化珪素）で形成したので、切削工具１０のたわみがより一層低減され、１５０個以上の被削物を連続加工してもビビリは発生しなかった。さらに、加工面の面粗度も良好であり、十分な加工精度が得られた。

従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施の形態の切削ホルダ１４では、ホルダ本体１５の中心軸に中心ピン１７が配置されるので、その中心ピン１７によって切削ホルダ１４の剛性を高めることができる。また、切削ホルダ１４をホルダ本体１５とヘッド部１６とに分割することにより、その分割箇所で切削加工時の振動を緩和することができる。その結果、切削加工時のビビリの発生を抑制することができ、加工精度を向上させることができる。また、切削ホルダ１４では、ホルダ本体１５の複数の異なる回動位置においてヘッド部１６を選択的にかつ回動不能状態となるように保持することができる。従って、切削インサート１２の刃先が磨耗してビビリが発生した場合、旋盤加工機に切削工具１０を装着したままの状態で、ヘッド部１６の回動位置を変更することにより、切削インサート１２における刃先のすくい角を容易に調整することができる。これによって、ビビリの発生を防止してより多くの被削物を連続加工することが可能となり、作業効率を高めることができる。

（２）本実施の形態の切削ホルダ１４では、実施例２〜実施例４のように、中心ピン１７をホルダ本体１５の形成材料よりもヤング率が高い材料（超硬、サーメット、窒化珪素）で形成することにより、切削ホルダ１４の剛性をより高めることができ、切削加工時のビビリの発生を確実に抑制することができる。またこの場合、ホルダ全体（ホルダ本体１５及びヘッド部１６）をヤング率が高い材料（超硬、サーメット、窒化珪素）で形成する場合と比較して、その製造コストを抑えることができる。

（３）本実施の形態の切削ホルダ１４において、中心ピン１７は、ホルダ本体１５から突出する先端部２０に雄ネジ部２１を有し、その先端部２０がヘッド部１６のネジ穴２２に螺着されている。また、ホルダ本体１５の径方向に沿って挿通されたイモネジ２３によってヘッド部１６を回動不能状態に固定されている。このように切削ホルダ１４を構成すれば、ホルダ本体１５に対するヘッド部１６の回動位置を微調整することができ、実用上好ましいものとなる。

（４）本実施の形態の切削ホルダ１４では、ホルダ本体１５とヘッド部１６との連結部分に目盛り２８が表示されているので、その目盛りを確認しながらヘッド部１６の回動位置を正確に調整することができる。

なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。

・上記実施の形態の切削ホルダ１４では、ホルダ本体１５から突出する中心ピン先端部２０に雄ネジ部２１を有し、ヘッド部１６に設けられたネジ穴２２にその中心ピン先端部２０が螺着されるものであったが、これに限定されるものではない。例えば、ホルダ本体１５から突出する中心ピン先端部を断面非円形状に形成し、ヘッド部１６に設けられた断面非円形状の嵌合穴にその中心ピン先端部を嵌着するよう中心ピン１７を構成してもよい。

その具体例を図４〜図６に示している。すなわち、図４（ａ）に示すように、中心ピン先端部３０は、スプライン形状となっており、図４（ｂ）に示すように、そのスプライン形状に対応した嵌合穴３１に嵌着される。また、図５（ａ）に示すように、中心ピン先端部３２は、多角形状（例えば、六角形状）となっており、図５（ｂ）に示すように、その多角形状に対応した嵌合穴３３に嵌着される。さらに、図６（ａ）に示すように、中心ピン先端部３４は、外周面に突起３５を有する形状となっており、図６（ｂ）に示すように、その形状に対応した嵌合穴３６に嵌着される。このように構成した場合でも、ホルダ本体１５において中心ピン１７を基準とする複数の異なる回動位置にて、ヘッド部１６を選択的にかつ回動不能状態となるように保持することができる。

・上記実施の形態では、切削ホルダ１４は、ホルダ本体１５とヘッド部１６とで２分割される構成であったが、３分割以上の構成（例えば、ホルダ本体１５が複数部材からなる構成）としてもよい。

・上記実施の形態では、回り止めピンとしてのイモネジ２３を用いて、ホルダ本体１５にヘッド部１６を回転不能状態に保持するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、カップリングや固定フックなどの他の回り止め機構によりヘッド部１６を回転不能状態に保持するよう構成してもよい。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）ホルダ本体と、前記ホルダ本体の先端側に配置され、切削インサートが取り付け可能なヘッド部と、前記ホルダ本体の長手方向の中心軸に配置され、前記ホルダ本体と前記ヘッド部とを連結する中心ピンと、前記ホルダ本体の長手方向の中心軸に配置された中心ピンを基準とする複数の異なる回動位置にて、前記ヘッド部を選択的にかつ回動不能状態となるように保持するための回り止め機構とを備え、前記中心ピンは、前記ホルダ本体の形成材料よりもヤング率が高い材料で形成されていることを特徴とする切削ホルダ。

（２）上記（１）において、前記中心ピンは、前記ホルダ本体から突出する中心ピン先端部を有し、前記中心ピン先端部は、その軸心を対象軸とした回転対象形状であり、前記ヘッド部に設けられた嵌合穴に嵌着されていることを特徴とする切削ホルダ。

（３）上記（１）または（２）において、前記ヘッド部とホルダ本体との連結部分には、周方向に目盛りが表示されていることを特徴とする切削ホルダ。

本発明を具体化した一実施の形態の切削工具を示す側面図。 図１のＡ−Ａ線における断面図。 図１のＢ−Ｂ線における断面図。 （ａ）は別の実施の形態における中心ピン先端部を示す斜視図、（ｂ）はその中心ピン先端部の嵌着状態を示す断面図。 （ａ）は別の実施の形態における中心ピン先端部を示す斜視図、（ｂ）はその中心ピン先端部の嵌着状態を示す断面図。 （ａ）は別の実施の形態における中心ピン先端部を示す斜視図、（ｂ）はその中心ピン先端部の嵌着状態を示す断面図。 従来の切削ホルダを示す側面図。

符号の説明

１０…切削工具
１２…切削インサート
１４…切削ホルダ
１５…ホルダ本体
１６…ヘッド部
１７…中心ピン
２０，３０，３２，３４…中心ピン先端部
２１…雄ネジ部
２２…ネジ穴
２３…回り止めピンとしてのイモネジ
３１，３３，３６…嵌合穴

Claims (6)

1. ホルダ本体と、
   前記ホルダ本体の先端側に配置され、切削インサートが取り付け可能なヘッド部と、
   前記ホルダ本体の長手方向の中心軸に配置され、前記ホルダ本体と前記ヘッド部とを連結する中心ピンと、
   前記ホルダ本体の長手方向の中心軸に配置された中心ピンを基準とする複数の異なる回動位置にて、前記ヘッド部を選択的にかつ回動不能状態となるように保持するための回り止め機構と
   を備えたことを特徴とする切削ホルダ。
2. 前記中心ピンは、前記ホルダ本体よりも高弾性率のセラミック粒子を主体とした硬質材料からなることを特徴とする請求項１に記載の切削ホルダ。
3. 前記中心ピンは、前記ホルダ本体から突出する中心ピン先端部に雄ネジ部を有し、その中心ピン先端部は、前記ヘッド部に設けられたネジ穴に螺着されていることを特徴とする請求項１または２に記載の切削ホルダ。
4. 前記中心ピンは、前記ホルダ本体から突出する断面非円形状の中心ピン先端部を有し、その中心ピン先端部は、前記ヘッド部に設けられた断面非円形状の嵌合穴に嵌着されていることを特徴とする請求項１または２に記載の切削ホルダ。
5. 前記回り止め機構は、前記ヘッド部と前記ホルダ本体とを固定すべく前記ホルダ本体の径方向に沿って挿通された回り止めピンであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の切削ホルダ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の切削ホルダと、前記切削ホルダに取り付けられた切削インサートとを備えた切削工具。

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