JP4313482B2

JP4313482B2 - Cutting tools

Info

Publication number: JP4313482B2
Application number: JP27808899A
Authority: JP
Inventors: 義治澤田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: JP2001096403A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中ぐり加工、旋盤、溝入れ、ねじ切り加工時などのびびり振動や過度のしなりを防止することができる切削工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工具機械で中ぐり加工、すなわち、すでに工作物に空けられた穴を、切削工具を用いて所望の寸法に拡げる加工において、シャンク部（柄）の先端側に切刃部を備えた棒状体をなす切削工具が使用されている。中ぐり加工用の切削工具のシャンク部を構成する素材として合金鋼、超硬合金が用いられるが、加工穴直径に比べて穴が深い加工の場合には切削工具を細長形状とし、工具機械本体から切削工具の切刃部先端までの突き出し量Ｌを大きくする必要がある。そのため突き出し量Ｌ／加工径Ｄの比（Ｌ／Ｄ）が大きくなるので、シャンク部全体を合金鋼または超硬合金で構成する場合、次のような問題点があった。
【０００３】
まず、合金鋼は剛性が低い（ヤング率が２００ＧＰａ程度）ので、切削工具が細長形状の場合、びびり振動や過度のしなりが生じやすく、加工面が粗くなったり或いは所望の加工精度を得難かったりする。
【０００４】
また、超硬合金は合金鋼に比べて剛性が非常に大きく（ヤング率が４００〜７２０ＧＰａ程度）、切削工具が細長形状であっても、びびり振動やしなりが生じにくい一方、この素材は脆くて衝撃に弱いので破損しやすく、加えて、材料単価が高く、製作コスト高であった。
【０００５】
他方、合金鋼製のシャンク部に防振機構を付加した次のような切削工具が提案されている。
【０００６】
まず、特開平７−２８５００２号の発明は、図２に示すように、合金鋼製のシャンク部２１の軸線方向に設けたテーパー穴２２に超硬合金からなるテーパー状の軸体２３を挿入し、該軸体２３を後端からワッシャ２４を介して押込ねじ２５により装着するよう構成した切削工具２０に関するものである。この切削工具２０によれば、超硬合金製の軸体２３の周囲に高耐衝撃性の合金鋼（シャンク部２１）を配したので、超硬合金の脆さが補強される。さらに、合金鋼製のシャンク部２１の内部に高剛性の超硬合金からなる軸体２３を挿入したことにより、合金鋼の剛性が補強される。加えて、軸体２３とシャンク部２１を圧接状態としたことで、このような効果を長期的に維持することが記載されている。
【０００７】
次に、補強材として超硬合金を一切用いず、前記問題点を改善しようとする試みとして特開平８−１９７３１０号の発明は、図３に示すように、合金鋼製のシャンク部３１の後端から先端側に向けて設けた有底穴３２に、複数個の鉛又は鋼製の球体３３を一列に充填し、複数個の球体３３からなる列の後端をスプリング３４により弾支する構成とした切削工具３０に関するものである。この切削工具３０によれば、補強材として超硬合金を一切用いないので高耐衝撃性を有する。
【０００８】
さらに、前記球体３３とスプリング３４とからなる機構を備えることによって、防振効果を奏することが記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開平７−２８５００２号の発明に係る切削工具２０は、防振性能、加工精度が全体を合金鋼製としたものと比べて改善されている。しかしながら、全体を超硬合金製としたものと比べると防振性能、加工精度ともに大きく劣っていた。
【００１０】
その原因として、前記切削工具２０は補強材としての超硬合金をシャンク部２１の軸部に配し（前記軸体２３）ているが、外周部分に比べて切削時の曲げモーメントが小さなシャンク部２１の軸部を高剛性の超硬合金を嵌合しているため剛性補強が効果的でなく、その結果、シャンク部全体を超硬合金製としたものと比べると防振性能、加工精度ともに大きく劣る。
【００１１】
次に、特開平８−１９７３１０号の発明に係る切削工具３０は、防振性能がシャンク部全体を合金鋼製としたものと比べて改善されたが、しなりが大きくなり加工精度はかえって悪くなっている。さらに、シャンク部全体を超硬合金製としたものと比べると防振性能は大きく劣る。
【００１２】
これは、前記切削工具３０にはシャンク部３１の剛性を高める効果がないのに加え、防振効果があるのは加工条件が低い場合に限られるためである。すなわち、前記切削工具３０では、剛性が非常に低い鉛や、鋼からなる球体３３をシャンク部３１の軸部分に配しているので、シャンク部３１の剛性は全体を合金鋼製としたものより劣る。したがって、切削時の曲げモーメントによってシャンク部が大きくしなり加工精度はかえって悪くなる。
【００１３】
さらに、この従来技術では、加工振動に対してスプリングと球体が振動（揺動）し、加工振動を打ち消そうとする反作用振動を生じせしめるが、使用するスプリングの最大荷重は最大でも２．１８４ｋｇｆと小さいので上記反作用振動も小さい。したがって、加工条件が低い時は加工振動を打ち消す効果があっても、加工条件を厳しくした場合には加工振動も大きくなるので、その結果、防振効果がほとんど無くなるという大きな欠点も有していた。
【００１４】
以上のように前記従来技術は、高剛性、高防振性能、高加工精度、並びに十分高い耐衝撃性を兼備しておらず、近年の、加工径の小径化および加工能率の高度化という要求に十分に対応できるものではなかった。
【００１５】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、シャンク部全体を超硬合金製としたものに匹敵する剛性、防振性能、加工精度と、十分高い耐衝撃性とを兼備した切削工具を提供するにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記課題を解決するために、次のような手段を講じた。
【００１７】
すなわち、工作機械本体に取り付けるためのシャンク部の先端側に切刃部を備えた棒状の合金鋼製工具本体に、後端から先端側に向けて有底穴を設け、該有底穴内に弾性体およびヤング率が２７０ＧＰａ以上の素材からなる軸体の順に挿入させるとともに前記弾性体に圧縮荷重が印加されており、前記軸体および前記弾性体はいずれも、中空状をなし、貫通溝を形成している、又は、前記軸体および前記弾性体のいずれも、中実の本体の外周に先端から後端まで連なる溝を有していることを特徴としている。
【００１８】
また、本発明は、前記軸体が前記有底穴の穴壁に圧着している点に特徴がある。
【００１９】
さらに、本発明は、前記弾性体が皿バネである点に特徴がある。
【００２０】
【作用】
本発明の切削工具は、有底穴内に弾性体およびヤング率が２７０ＧＰａ以上の素材からなる軸体の順に嵌装するとともに、弾性体に圧縮荷重が印加されていることを特徴とする。この構造では弾性体の大きな反発力で、シャンク部の外周部分に軸方向の強力な引っ張り応力が発生する。
【００２１】
メカニズムは明らかではないが、この引っ張り応力は、合金鋼製シャンク部の耐衝撃強度を損なうことなく、高剛性軸体により大幅に補強されたシャンク部の剛性をさらに補強する。この結果、本発明の切削工具は、十分高い耐衝撃性に加えて、シャンク部全体を超硬合金製としたものに匹敵する剛性、防振性能、加工精度を兼備するものとなる。
【００２２】
また、前記軸体を前記有底穴の穴壁に圧着することにより、軸体の周囲のシャンク部にも放射方向に拡がろうとする応力が発生する。そして、そのメカニズムは明らかでないが、切削加工の振動がこの部分を伝播しようとする時に、その応力は上記振動を減衰する。その結果、防振性能が一層向上する。
【００２３】
更に、前記弾性体を弾性力の大きな皿バネで構成したことにより、皿バネは狭い空間でも大きな弾性力を発揮することができるので、シャンク部の剛性を補強する前記効果を十分大きなものとすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
【００２５】
図１において、１は旋盤などの工作機械本体に取り付けられて切削加工を行う切削工具、２は該切削工具１が備える工具本体、９は該工具本体２が備えるシャンク部、３は工具本体２が備える切刃部、４は工具本体２に穿設した有底穴、５は該有底穴４に嵌装した軸体、６は有底穴４に嵌装した弾性体、８は有底穴４を封止する埋栓である。
【００２６】
各部材の材質は、工具本体２と弾性体６が合金鋼により構成され、軸体５がハイス、超硬合金やサーメット等のヤング率２７０ＧＰａ以上の高剛性材により構成される。また、埋栓８はアルミニウムなどの軟質金属で構成することができる。前記工具本体２と弾性体６を構成する合金鋼の材種は、クロム・モリブデン鋼、ニッケル・クロム鋼、ニッケル・クロム・モリブデン鋼等の合金鋼や、鉄にＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ及びＳの５元素が入った炭素合金鋼をベースにクロム、タングステン、マンガン、モリブデン、バナジウムなどを添加した合金鋼などがある。
【００２７】
棒状体の工具本体２は、不図示の工作機械本体に取り付けるためのシャンク部９と該シャンク部９の先端側に切刃部３とを備える。該切刃部３には、スローアウェイチップ７が着脱自在に取り付けられる。また、工具本体２には後端から先端側に向けて有底穴４が穿設され、該有底穴４内に弾性体６と軸体５とを順次挿入させている。前記有底穴４の入口部はその穴径が若干大きくなっており、穴を封止するべく埋栓８を圧入するよう構成されている。
【００２８】
弾性体６は、軸体５と有底穴４の穴底４ａとの間にあって圧縮状態で保持されている。前記弾性体６として、たわみ量１．８ｍｍ程度の皿バネを複数個重ねたものを図１に例示するが、この他、弾性体６はコイルバネなど任意の形態とすることができる。皿バネは径が小さくても弾性力が大きく、したがって、径の小さな切削工具１の場合でも大きな弾性力を発揮できるので、弾性体６として好適である。
【００２９】
前記弾性体６は、１０ｋｇｆ以上の圧縮荷重が印加されていることが重要である。弾性体６に印加される圧縮荷重値が１０ｋｇｆ未満では、シャンク部９の軸方向への引っ張り応力が小さく、シャンク部９の剛性を補強する効果が不十分となる。その結果、シャンク部９の剛性を補強する効果が不十分となり、ビビリ振動が発生して被切削物表面の面状態が滑らかでなくなったり、シャンク部のしなりのため加工精度が不良となる恐れがある。なお、前記圧縮荷重値は、１００ｋｇｆ以上であることがさらに望ましい。
【００３０】
弾性体６の圧縮荷重値は、前記軸体５を固定する前に軸体５で弾性体６を押圧する際の圧縮荷重値を測定することにより求めることができるが、他方、既に軸体５を固定してしまっている完成品からこれを確認するには、エンドミル等により工具本体２の一部を切削除去し、軸体５を単独で取り出し、弾性体６が保持されていたところの幅と同一幅まで弾性体６を圧縮することにより、前記圧縮荷重値を測定することができる。
【００３１】
前記軸体５は、弾性体６を常時押圧する状態で有底穴４内に嵌挿されている。
【００３２】
そのように軸体５を嵌挿するには、焼き嵌め法を用いることができる。
すなわち、工具本体２を予め高温に熱して有底穴４を拡げ、この有底穴４内に弾性体６挿入した後、軸体５を油圧プレス機により後側より押し込み、工具本体２の熱が冷めて有底穴４が収縮し、軸体５が有底穴４の穴壁４ａに圧接固着するまでその状態を保持する。以上のような方法でもって、弾性体６に常時圧縮荷重が印加された状態で軸体５を有底穴４内に嵌挿することができる。この他、軸体５と有底穴４の穴壁との間に接着材を介在させる方法や、軸体５の後側の有底穴４内にセメントを充填する方法や、押し込みねじなど、任意の方法や部品により軸体５を有底穴４内に嵌挿すれば良い。
【００３３】
前述のように、軸体５はハイス、超硬合金、サーメット等のヤング率が２７０ＧＰａ以上の高剛性材により構成されることが重要である。ヤング率が２７０ＧＰａ未満の場合、軸体５自身の剛性が小さく、その結果、シャンク部９の剛性を補強する効果が不十分となり、ビビリ振動が発生して被切削物表面の面状態が滑らかでなくなったり、シャンク部のしなりのため加工精度が不良となる恐れがある。なお、上記ヤング率としては、被切削物表面の面状態を滑らかにする点で５５０以上であることがさらに好ましい。
【００３４】
図１において、前記軸体５および弾性体６は、いずれも中空状となっている。
【００３５】
これは、前記軸体５により弾性体６を有底穴４の穴底４ｂの方向に押圧し、その状態で有底穴４内に軸体５と弾性体６を保持する作業の際に、穴底４ｂ側の圧縮空気を抜くために中空状とし、前記圧縮空気の排出路を備えるようにしたものである。中空状とする代わりに、同じ目的を達成するため、中実の軸体５および弾性体６を外周に先端から後端に連なる溝を設けても良い。このように、軸体５および弾性体６を中空状としたり、或いは、それらに外周溝を設けることの利点として、形成された貫通溝や外周溝を切削油供給路として利用できる。
【００３６】
上述のように構成される前記切削工具１は、超硬合金などヤング率が２７０ＧＰａ以上の素材からなる高剛性の軸体５によって、合金鋼製のシャンク部９の剛性が大きく補強される。
【００３７】
また切削工具１は、有底穴４の穴底４ｂ側に弾性体６且つ入口側に軸体５を嵌装し、加えて前記弾性体６に１０ｋｇｆ以上の圧縮荷重を印加したことにより、弾性体６の大きな反発力で穴底４ｂと軸体５が相半方向に押圧される。この内圧により、シャンク部９の外周部分に軸方向の強力な引っ張り応力が発生する。この引っ張り応力は、合金鋼製のシャンク部９の耐衝撃強度を損なうことなく、高剛性の軸体５により大幅に補強されたシャンク部９の剛性を、さらに補強する。
【００３８】
この結果、前記切削工具１は、十分高い耐衝撃性に加え、シャンク部全体を超硬合金製としたものに匹敵する剛性を兼備する。
【００３９】
なお、切削工具１は、前記軸体５を有底穴４の穴底４ｂ側且つ前記弾性体６を入口側に嵌挿したものであってもよい。
【００４０】
また、前記軸体５を前記有底穴４の穴壁４ａに圧着することにより、軸体５の周囲のシャンク部９にも放射方向に拡がろうとする応力が発生する。そして、切削加工の振動がこの部分を伝播しようとする時に、その応力が上記振動を減衰する。これにより切削工具１の防振性能を向上させることができる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態例を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、発明の目的を逸脱しない限り任意の形態とすることができることは言うまでもない。例えば、本発明の切削工具１は旋盤に用いられるもののみではなく、フライスに取り付けられ軸線回りに回転するエンドミルタイプの切削工具でも良い。また、本発明はスローアウェイチップ７を取り付ける切削工具１のみでなく、切刃片（ブレード）をロウ付けするものや、一体的に切刃を形成したソリッドタイプのものであっても構わない。
【００４２】
実験例１
図１に示す切削工具１を実施例品として工具機械本体（旋盤）に装着し、突き出し量Ｌ／加工径Ｄの比（Ｌ／Ｄ）を７とし、内径切削加工を行った。そして、次に、加工後の被切削物表面を観察し、仕上面の面状態、加工精度について評価した。
【００４３】
加工条件は以下のとおりである：
Ｖ（切削速度）＝１００ｍ／ｍｉｎ
ｄ（切り込み）＝０．５／１．０ｍｍ
ｆ（送り）＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ
湿式加工
ワーク材質：ＳＣＭ４１５
軸体素材のヤング率：５７６ＧＰａ
弾性体の圧縮荷重値：１００ｋｇｆ
また比較例として、前記実施例品と外径形状がほぼ等しい４種の比較例品、すなわち、合金鋼製で且つシャンク部を中実状とした切削工具（比較例品１）、図３に示すように、合金鋼製のシャンク部３１の後端から先端側に向けて設けた有底穴３２に、複数個の鋼製の球体３３を一列に充填し、複数個の球体３３からなる列の後端をスプリング３４により弾支する構成とした切削工具３０（比較例品２）、シャンク部全体を超硬合金で構成した切削工具（比較例品３）および図２に示すように、合金鋼製のシャンク部２１の軸線方向に設けたテーパー穴２２に超硬合金からなるテーパー状の軸体２３を挿入し、該軸体２３を後端からワッシャ２４を介して押込ねじ２５により装着するよう構成した切削工具２０（比較例品４）を用い、全く同様の加工および観察・評価を行った。
【００４４】
これらの結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】

【００４６】
表１から明らかなように実施例品はビビリ振動は発生せず、仕上面の面状態が極めて良好であり、かつ加工精度も±０．０３ｍｍの範囲に入り良好であった。
【００４７】
これに対して、比較例品２，４はビビリ振動が発生して、仕上面の面状態が悪く、また、加工精度も±０．４ｍｍとなり不良であった。更に比較例３は加工途中でシャンク部に欠損が発生し、短時間で使用不可となってしまった。
【００４８】
実施例２
次に、前記実施例品においてヤング率の異なるいくつかの素材で軸体を構成し、前記加工条件により前述の実施例１と同様の加工および観察・評価を行った。
【００４９】
これらの結果を表２に示す。
【００５０】
【表２】

【００５１】
表２から明らかなように、軸体素材のヤング率が２７０ＧＰａ未満の試料１はビビリ振動が発生して、仕上面の面状態が悪く、また、加工精度も±０．３ｍｍとなり不良であった。これに対してヤング率が２７０ＧＰａ以上の試料２乃至５はビビリ振動は発生せず、仕上面の面状態が良好であり、かつ加工精度も±０．０３ｍｍの範囲に入り良好であった。特に、ヤング率が５５０ＧＰａ以上の試料３乃至５は仕上面の面状態が極めて良好であった。
【００５２】
実施例３
次に、前記実施例１の実施例品において、弾性体に印加する圧縮荷重を表３のように違え、前記加工条件により前述の実施例１と同様の加工および観察・評価を行った。
【００５３】
これらの結果を表２に示す。
【００５４】
【表３】

【００５５】
表３から明らかなように、圧縮荷重値が１０ｋｇｆ未満の試料６はビビリ振動が発生して、仕上面の面状態が悪く、また、加工精度も±０．３ｍｍとなり不良であった。これに対して、圧縮荷重値が１０ｋｇｆ以上の試料７乃至試料１０はビビリ振動は発生せず、仕上面の面状態が良好であり、かつ加工精度も±０．０３ｍｍの範囲に入り良好であった。特に、圧縮荷重値が１００ｋｇｆ以上の試料８乃至１０は仕上面の面状態が極めて良好であった。
【００５６】
【発明の効果】
本発明は、上述のように、工作機械本体に取り付けるためのシャンク部の先端側に切刃部を備えた棒状の合金鋼製工具本体に、後端から先端側に向けて有底穴を設け、該有底穴内に弾性体およびヤング率が２７０ＧＰａ以上の素材からなる軸体の順に挿入させるとともに前記弾性体に圧縮荷重が印加されていることを特徴とするものであるから、切削工具の剛性がシャンク部全体を超硬合金で構成した切削工具に略匹敵する程度まで高められる。したがって、防振性能が高く、切削加工振動が軽減され、加工精度も向上するとともに、超硬合金からなる軸体の脆さは鋼性の工具本体によって補強されるので、加工中の衝撃等によって折損することがなく耐久性が大きい。加えて、前記軸体および前記弾性体はいずれも、中空状をなし、貫通溝を形成している、又は、前記軸体および前記弾性体のいずれも、中実の本体の外周に先端から後端まで連なる溝を有していることを特徴とするものであるから、圧縮空気の排出が可能であったり切削油供給路を確保したりすることができる。
【００５７】
また、高価な超硬合金の剛体からなる軸体は、軸芯部のみであるから、材料費を節約でき、安価な切削工具を得ることができる。
【００５８】
本発明は、前記軸体を前記有底穴の穴壁に圧着することにより、軸体の周囲の工具本体に放射方向へ拡がろうとする応力が発生し、振動がこの部分を伝播しようとする時に、この応力がその勢いを減衰することができる。したがって、防振効果をより一層高めることが可能である。
【００５９】
そして、前記弾性体を弾性力の大きな皿バネで構成することにより、前述の防振効果を十分大きなものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の切削工具の側面図である。
【図２】従来の切削工具の側面図である。
【図３】従来の別切削工具の側面図である。
【符号の説明】
１切削工具
２工具本体
３切刃部
４有底穴
４ａ穴壁
４ｂ穴底
５軸体
６弾性体
７スローアウェイチップ
８埋栓
９シャンク部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cutting tool capable of preventing chatter vibration and excessive bending during boring, lathe, grooving, and threading.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a boring process with a tool machine, that is, in a process of expanding a hole already drilled in a workpiece to a desired dimension using a cutting tool, a rod-like shape having a cutting edge on the tip side of the shank (handle) Cutting tools that make up the body are used. Alloy steel and cemented carbide are used as the material constituting the shank part of boring cutting tools. However, if the hole is deeper than the drilled hole diameter, the cutting tool is made into an elongated shape. It is necessary to increase the protrusion amount L from the cutting tool to the tip of the cutting tool. Therefore, since the ratio of the protruding amount L / the processed diameter D (L / D) becomes large, there are the following problems when the entire shank portion is made of alloy steel or cemented carbide.
[0003]
First, alloy steel has low rigidity (Young's modulus is about 200 GPa), so if the cutting tool is elongated, chatter vibration and excessive bending are likely to occur, and the machining surface becomes rough or it is difficult to obtain the desired machining accuracy. Or
[0004]
In addition, cemented carbide has a very high rigidity compared to alloy steel (Young's modulus is about 400-720 GPa), and even if the cutting tool is slender, chatter vibration and bending are less likely to occur, but this material is brittle. In addition, it is vulnerable to impacts, so it is easy to break. In addition, the material cost is high and the production cost is high.
[0005]
On the other hand, the following cutting tools in which a vibration isolating mechanism is added to the alloy steel shank have been proposed.
[0006]
First, in the invention of JP-A-7-285002, as shown in FIG. 2, a tapered shaft body 23 made of cemented carbide is inserted into a tapered hole 22 provided in the axial direction of the shank portion 21 made of alloy steel. The cutting tool 20 is configured so that the shaft body 23 is attached from the rear end by a push screw 25 through a washer 24. According to this cutting tool 20, since the high impact resistance alloy steel (shank portion 21) is arranged around the shaft body 23 made of cemented carbide, the brittleness of the cemented carbide is reinforced. Furthermore, the rigidity of the alloy steel is reinforced by inserting the shaft body 23 made of a cemented carbide with high rigidity into the shank portion 21 made of alloy steel. In addition, it is described that the shaft body 23 and the shank portion 21 are brought into a pressure contact state to maintain such an effect for a long time.
[0007]
Next, as an attempt to improve the above-mentioned problem without using any cemented carbide as a reinforcing material, the invention of Japanese Patent Laid-Open No. 8-197310 is shown in FIG. A structure in which a plurality of lead or steel spheres 33 are filled in a row in a bottomed hole 32 provided from the end toward the tip side, and the rear end of the row of the plurality of spheres 33 is elastically supported by a spring 34. This relates to the cutting tool 30. This cutting tool 30 has high impact resistance because no cemented carbide is used as a reinforcing material.
[0008]
Further, it is described that a vibration-proof effect can be obtained by providing a mechanism including the spherical body 33 and the spring 34.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The cutting tool 20 according to the invention of Japanese Patent Laid-Open No. 7-285002 has improved vibration proofing performance and processing accuracy compared to those made entirely of alloy steel. However, both the anti-vibration performance and processing accuracy were significantly inferior to those made entirely of cemented carbide.
[0010]
The reason is that the cutting tool 20 has a cemented carbide as a reinforcing material disposed on the shaft portion of the shank portion 21 (the shaft body 23). The shank portion has a smaller bending moment during cutting than the outer peripheral portion. Since the 21 shafts are fitted with high-rigidity cemented carbide, rigidity reinforcement is not effective. As a result, both the anti-vibration performance and machining accuracy are compared to those in which the entire shank is made of cemented carbide. Greatly inferior.
[0011]
Next, in the cutting tool 30 according to the invention of Japanese Patent Laid-Open No. 8-197310, the vibration isolating performance is improved as compared with the whole shank part made of alloy steel, but the bending becomes large and the machining accuracy is rather poor. It has become. Furthermore, the anti-vibration performance is greatly inferior compared with the case where the entire shank is made of cemented carbide.
[0012]
This is because the cutting tool 30 does not have an effect of increasing the rigidity of the shank portion 31 and has a vibration-proofing effect only when the processing conditions are low. That is, in the cutting tool 30, since the sphere 33 made of lead or steel having very low rigidity is arranged on the shaft portion of the shank portion 31, the rigidity of the shank portion 31 is made entirely of alloy steel. Inferior. Therefore, the shank portion becomes larger due to the bending moment at the time of cutting, and the machining accuracy is rather deteriorated.
[0013]
Further, in this prior art, the spring and the sphere vibrate (oscillate) with respect to the machining vibration, and a reaction vibration is generated to cancel the machining vibration. However, the maximum load of the spring to be used is 2.184 kgf at the maximum. Therefore, the reaction vibration is small. Therefore, even if there is an effect of canceling the processing vibration when the processing conditions are low, the processing vibration becomes large when the processing conditions are severe, and as a result, there is also a great disadvantage that the vibration-proofing effect is almost lost. .
[0014]
As described above, the conventional technology does not have high rigidity, high vibration isolation performance, high processing accuracy, and sufficiently high impact resistance, and in recent years, there has been a demand for reducing the processing diameter and increasing the processing efficiency. It was not enough to cope with.
[0015]
The present invention has been made in view of such circumstances, and the problem is that the entire shank portion is made of cemented carbide and has rigidity, vibration isolation performance, processing accuracy, and sufficiently high resistance to resistance. It is in providing the cutting tool which has impact property.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, the following measures are taken.
[0017]
That is, a bottomed hole is provided in the rod-shaped alloy steel tool body provided with a cutting edge on the front end side of the shank portion to be attached to the machine tool body from the rear end toward the front end side, and the bottomed hole is elastic. The body and the shaft made of a material having a Young's modulus of 270 GPa or more are inserted in this order, and a compressive load is applied to the elastic body. The shaft body and the elastic body are both hollow and form a through groove. It is, or none of the shaft body and the elastic body, is characterized by having a groove continuous from the tip to the outer periphery of a solid body to the rear end.
[0018]
Further, the present invention is characterized in that the shaft body is crimped to the hole wall of the bottomed hole.
[0019]
Furthermore, the present invention is characterized in that the elastic body is a disc spring.
[0020]
[Action]
The cutting tool of the present invention is characterized in that an elastic body and a shaft body made of a material having a Young's modulus of 270 GPa or more are fitted in the bottomed hole in this order, and a compression load is applied to the elastic body. In this structure, a strong tensile stress in the axial direction is generated in the outer peripheral portion of the shank portion due to the large repulsive force of the elastic body.
[0021]
Although the mechanism is not clear, this tensile stress further reinforces the rigidity of the shank portion that is greatly reinforced by the high-rigidity shaft without impairing the impact strength of the alloy steel shank portion. As a result, in addition to sufficiently high impact resistance, the cutting tool of the present invention has rigidity, vibration proofing performance, and processing accuracy comparable to those obtained by making the entire shank portion made of cemented carbide.
[0022]
In addition, by crimping the shaft body to the hole wall of the bottomed hole, a stress that tends to spread in the radial direction is also generated in the shank portion around the shaft body. And the mechanism is not clear, but when the vibration of the cutting process tries to propagate through this part, the stress attenuates the vibration. As a result, the vibration isolation performance is further improved.
[0023]
Furthermore, since the elastic body is constituted by a disk spring having a large elastic force, the disk spring can exert a large elastic force even in a narrow space, so that the effect of reinforcing the rigidity of the shank portion is made sufficiently large. be able to.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a cutting tool attached to a machine tool body such as a lathe for cutting, 2 a tool body provided in the cutting tool 1, 9 a shank portion provided in the tool body 2, and 3 a tool body 2. 4 is a bottomed hole drilled in the tool body 2, 5 is a shaft body fitted into the bottomed

hole

4, 6 is an elastic body fitted into the bottomed

hole

4, and 8 is bottomed. It is a plug that seals the hole 4.
[0026]
As for the material of each member, the tool body 2 and the elastic body 6 are made of alloy steel, and the shaft body 5 is made of a high-rigidity material having a Young's modulus of 270 GPa or more such as high speed steel, cemented carbide or cermet. The plug 8 can be made of a soft metal such as aluminum. Alloy steels constituting the tool body 2 and the elastic body 6 are alloy steels such as chromium / molybdenum steel, nickel / chromium steel, nickel / chromium / molybdenum steel, iron, C, Si, Mn, P and There are alloy steels in which chromium, tungsten, manganese, molybdenum, vanadium, etc. are added to a carbon alloy steel containing five elements of S.
[0027]
The rod-shaped tool main body 2 includes a shank portion 9 for attachment to a machine tool main body (not shown) and a cutting edge portion 3 on the tip side of the shank portion 9. A throwaway tip 7 is detachably attached to the cutting blade portion 3. Further, a bottomed hole 4 is formed in the tool body 2 from the rear end toward the front end side, and an elastic body 6 and a shaft body 5 are inserted into the bottomed hole 4 in order. The inlet portion of the bottomed hole 4 has a slightly larger hole diameter, and is configured to press-fit the plug 8 to seal the hole.
[0028]
The elastic body 6 is between the shaft body 5 and the hole bottom 4a of the bottomed hole 4 and is held in a compressed state. As the elastic body 6, a plurality of disc springs having a deflection amount of about 1.8 mm are illustrated in FIG. 1, but the elastic body 6 may have any form such as a coil spring. The disc spring is suitable as the elastic body 6 because it has a large elastic force even if it has a small diameter, and therefore can exert a large elastic force even in the case of the cutting tool 1 having a small diameter.
[0029]
It is important that the elastic body 6 is applied with a compressive load of 10 kgf or more. When the compressive load value applied to the elastic body 6 is less than 10 kgf, the tensile stress in the axial direction of the shank portion 9 is small, and the effect of reinforcing the rigidity of the shank portion 9 becomes insufficient. As a result, the effect of reinforcing the rigidity of the shank portion 9 becomes insufficient, chatter vibrations may occur and the surface state of the workpiece surface may not be smooth, or the processing accuracy may be poor due to the bending of the shank portion. There is. The compressive load value is more preferably 100 kgf or more.
[0030]
The compressive load value of the elastic body 6 can be obtained by measuring the compressive load value when the elastic body 6 is pressed by the shaft body 5 before the shaft body 5 is fixed. In order to confirm this from the finished product that has been fixed, the part of the tool body 2 is cut and removed by an end mill or the like, the shaft body 5 is taken out alone, and the width where the elastic body 6 is held The compression load value can be measured by compressing the elastic body 6 to the same width.
[0031]
The shaft body 5 is inserted into the bottomed hole 4 in a state where the elastic body 6 is always pressed.
[0032]
In order to insert the shaft body 5 in such a manner, a shrink fitting method can be used.
That is, the tool body 2 is preheated to a high temperature to widen the bottomed hole 4, and after inserting the elastic body 6 into the bottomed hole 4, the shaft body 5 is pushed in from the rear side by a hydraulic press machine. The bottomed hole 4 contracts and the shaft 5 is held in pressure contact with the hole wall 4a of the bottomed hole 4. With the above-described method, the shaft body 5 can be inserted into the bottomed hole 4 in a state where a compression load is always applied to the elastic body 6. In addition, a method of interposing an adhesive between the shaft body 5 and the hole wall of the bottomed hole 4, a method of filling cement in the bottomed hole 4 on the rear side of the shaft body 5, a push screw, What is necessary is just to insert the shaft body 5 in the bottomed hole 4 by arbitrary methods and components.
[0033]
As described above, it is important that the shaft body 5 is composed of a high-rigidity material having a Young's modulus of 270 GPa or higher, such as high speed steel, cemented carbide, or cermet. When the Young's modulus is less than 270 GPa, the rigidity of the shaft body 5 itself is small. As a result, the effect of reinforcing the rigidity of the shank portion 9 is insufficient, chatter vibration occurs, and the surface state of the surface of the workpiece is smooth. There is a risk that the processing accuracy will be poor due to loss or bending of the shank. The Young's modulus is more preferably 550 or more in terms of smoothing the surface state of the workpiece surface.
[0034]
In FIG. 1, the shaft body 5 and the elastic body 6 are both hollow.
[0035]
This is because the shaft body 5 presses the elastic body 6 in the direction of the bottom 4b of the bottomed hole 4, and the shaft body 5 and the elastic body 6 are held in the bottomed hole 4 in this state. In order to remove the compressed air on the hole bottom 4b side, it is hollow and has a discharge passage for the compressed air. Instead of being hollow, in order to achieve the same purpose, the solid shaft body 5 and the elastic body 6 may be provided on the outer periphery with a groove extending from the front end to the rear end. Thus, as an advantage of making the shaft body 5 and the elastic body 6 hollow, or providing them with outer peripheral grooves, the formed through grooves and outer peripheral grooves can be used as a cutting oil supply path.
[0036]
In the cutting tool 1 configured as described above, the rigidity of the shank portion 9 made of alloy steel is greatly reinforced by a highly rigid shaft body 5 made of a material having a Young's modulus of 270 GPa or more such as a cemented carbide.
[0037]
Further, the cutting tool 1 is elastic by fitting the elastic body 6 on the hole bottom 4b side of the bottomed hole 4 and the shaft body 5 on the inlet side, and applying a compressive load of 10 kgf or more to the elastic body 6. The hole bottom 4b and the shaft body 5 are pressed in the half direction by the large repulsive force of the body 6. Due to this internal pressure, a strong axial tensile stress is generated in the outer peripheral portion of the shank portion 9. This tensile stress further reinforces the rigidity of the shank portion 9 reinforced greatly by the high-rigidity shaft body 5 without impairing the impact strength of the alloy steel shank portion 9.
[0038]
As a result, in addition to sufficiently high impact resistance, the cutting tool 1 has rigidity comparable to that of the cemented carbide made entirely of the shank.
[0039]
The cutting tool 1 may be one in which the shaft body 5 is inserted into the bottom 4 b side of the bottomed hole 4 and the elastic body 6 is inserted into the inlet side.
[0040]
Further, when the shaft body 5 is pressure-bonded to the hole wall 4 a of the bottomed hole 4, a stress that tends to spread in the radial direction is also generated in the shank portion 9 around the shaft body 5. Then, when the vibration of the cutting process tries to propagate through this portion, the stress attenuates the vibration. Thereby, the vibration-proof performance of the cutting tool 1 can be improved.
[0041]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and it goes without saying that the present invention can be in any form without departing from the object of the invention. For example, the cutting tool 1 of the present invention is not limited to one used for a lathe, but may be an end mill type cutting tool that is attached to a milling cutter and rotates about an axis. Further, the present invention is not limited to the cutting tool 1 to which the throw-away tip 7 is attached, but may be one that brazes a cutting edge piece (blade) or a solid type that integrally forms a cutting edge.
[0042]
Experimental example 1
The cutting tool 1 shown in FIG. 1 was mounted on a tool machine main body (lathe) as an example product, and the ratio of protrusion L / processing diameter D (L / D) was set to 7 to perform internal diameter cutting. Then, the surface of the workpiece after processing was observed, and the surface state of the finished surface and the processing accuracy were evaluated.
[0043]
The processing conditions are as follows:
V (cutting speed) = 100 m / min
d (cut) = 0.5 / 1.0 mm
f (feed) = 0.1 mm / rev
Wet processed workpiece material: SCM415
Young's modulus of shaft body material: 576 GPa
Compression load value of elastic body: 100kgf
Further, as comparative examples, four types of comparative example products having substantially the same outer diameter shape as the above-described example products, that is, cutting tools (comparative product 1) made of alloy steel and having a solid shank portion are shown in FIG. Thus, the bottomed holes 32 provided from the rear end to the front end side of the shank portion 31 made of alloy steel are filled with a plurality of steel spheres 33 in a row, and a row of a plurality of spheres 33 is formed. As shown in FIG. 2, the cutting tool 30 (comparative example product 2) having a structure in which the rear end is elastically supported by a spring 34, the cutting tool (comparative example product 3) made of cemented carbide as the whole shank portion, and alloy steel as shown in FIG. A tapered shaft body 23 made of a cemented carbide is inserted into a tapered hole 22 provided in the axial direction of the made shank portion 21, and the shaft body 23 is mounted by a push screw 25 through a washer 24 from the rear end. Using the configured cutting tool 20 (Comparative Example Product 4), the exact same Processing and observation and evaluation were carried out.
[0044]
These results are shown in Table 1.
[0045]
[Table 1]

[0046]
As is apparent from Table 1, the example products did not generate chatter vibration, the surface state of the finished surface was extremely good, and the machining accuracy was also well within the range of ± 0.03 mm.
[0047]
On the other hand, in Comparative Examples 2 and 4, chatter vibration was generated, the surface state of the finished surface was poor, and the processing accuracy was ± 0.4 mm, which was poor. Further, in Comparative Example 3, the shank part was broken during processing, and became unusable in a short time.
[0048]
Example 2
Next, the shaft body was composed of several materials having different Young's moduli in the product of the above example, and the same processing, observation and evaluation as in Example 1 were performed according to the above processing conditions.
[0049]
These results are shown in Table 2.
[0050]
[Table 2]

[0051]
As can be seen from Table 2, the sample 1 having a Young's modulus of the shaft body material of less than 270 GPa caused chatter vibration, the surface state of the finished surface was poor, and the processing accuracy was ± 0.3 mm, which was poor. . In contrast, Samples 2 to 5 having a Young's modulus of 270 GPa or more did not generate chatter vibration, had a good surface condition on the finished surface, and had good machining accuracy within a range of ± 0.03 mm. In particular, Samples 3 to 5 having a Young's modulus of 550 GPa or more had a very good surface finish.
[0052]
Example 3
Next, in the example product of Example 1, the compressive load applied to the elastic body was changed as shown in Table 3, and the same processing, observation and evaluation as in Example 1 were performed according to the processing conditions.
[0053]
These results are shown in Table 2.
[0054]
[Table 3]

[0055]
As is apparent from Table 3, Sample 6 with a compressive load value of less than 10 kgf generated chatter vibration, the surface state of the finished surface was poor, and the processing accuracy was poor at ± 0.3 mm. On the other hand, Samples 7 to 10 having a compressive load value of 10 kgf or more do not generate chatter vibration, have a good surface finish, and have a machining accuracy within a range of ± 0.03 mm. It was. In particular, samples 8 to 10 having a compressive load value of 100 kgf or more had a very good surface finish.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, the present invention provides a bottomed hole in the rod-shaped alloy steel tool body provided with a cutting edge portion on the front end side of the shank portion to be attached to the machine tool main body from the rear end toward the front end side. The rigidity of the cutting tool is characterized in that an elastic body and a shaft made of a material having a Young's modulus of 270 GPa or more are inserted into the bottomed hole in this order and a compressive load is applied to the elastic body. However, the height of the shank can be increased to a level comparable to that of a cutting tool in which the entire shank is made of cemented carbide. Therefore, vibration-proof performance is high, cutting vibration is reduced, machining accuracy is improved, and the brittleness of the shaft body made of cemented carbide is reinforced by the steel tool body. High durability without breakage. In addition, both the shaft body and the elastic body are hollow and have a through groove , or both the shaft body and the elastic body are arranged on the outer periphery of the solid main body from the front end. Since it has a groove that continues to the end, it is possible to discharge compressed air or to secure a cutting oil supply path.
[0057]
Moreover, since the shaft body made of an expensive cemented carbide rigid body is only the shaft core portion, the material cost can be saved and an inexpensive cutting tool can be obtained.
[0058]
In the present invention, when the shaft body is crimped to the hole wall of the bottomed hole, a stress is generated in the tool body around the shaft body so as to spread in the radial direction, and vibration tends to propagate through this portion. Sometimes this stress can damp that momentum. Therefore, it is possible to further enhance the vibration isolation effect.
[0059]
And the above-mentioned anti-vibration effect can be made large enough by comprising the elastic body with a disk spring with a large elastic force.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a cutting tool of the present invention.
FIG. 2 is a side view of a conventional cutting tool.
FIG. 3 is a side view of another conventional cutting tool.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cutting tool 2 Tool main body 3 Cutting edge part 4 Bottomed hole 4a Hole wall 4b Hole bottom 5 Shaft body 6 Elastic body 7 Throw away tip 8 Plug 9 Shank part

Claims

A rod-shaped alloy steel tool body provided with a cutting edge on the front end side of the shank portion to be attached to the machine tool main body is provided with a bottomed hole from the rear end to the front end side, and an elastic body and A shaft is made of a material having a Young's modulus of 270 GPa or more, and a compression load is applied to the elastic body,
The shaft body and the elastic body are both hollow and have a through groove , or both the shaft body and the elastic body are continuous from the front end to the rear end of the solid body. A cutting tool having a groove.

The cutting tool according to claim 1, wherein the shaft body is pressure-bonded to a hole wall of the bottomed hole.

The cutting tool according to claim 1, wherein the elastic body is a disc spring.