JP5781163B2

JP5781163B2 - ホルダおよび切削工具

Info

Publication number: JP5781163B2
Application number: JP2013531181A
Authority: JP
Inventors: 洋司小林; 幸治江波
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2032-07-31
Also published as: JPWO2013031457A1; CN103764324B; CN103764324A; EP2749366A1; US20140377019A1; US9682427B2; WO2013031457A1; EP2749366B1; EP2749366A4

Description

本発明は、インサートを装着して切削工具として用いるホルダおよび切削工具に関する。

従来、内径のボーリング加工や溝入れ加工に用いられる切削工具として、切刃部を有する略棒状のインサート（以下、単にインサートという）をホルダの孔内に挿入し、ボルトで締め込み固定したものが知られている。

例えば、特許文献１、２には、先端に切刃部を有する略棒状のインサートをホルダの先端から孔内に挿入して、ホルダを貫通するネジ部材でインサートの側面を固定した切削工具が開示されている。

特開２００３−０５３６０３号公報特開２０１０−２４０８１７号公報

しかしながら、特許文献１、２のホルダは、図７のように先端側の形状が角部５０を有する形状からなるために、切削加工中、ホルダの先端およびそれに続くインサートに向かってクーラント（切削液）を供給しても、角部５０でクーラントの向きが変わってしまい、効率よくクーラントをインサートの切刃部に供給することができなかった。また、図７の形状では平面部が広い面積で存在するので、インサートの切刃部から排出される切屑がホルダの先端に衝突した際に、うまく後方に流れることができず、ホルダの先端に詰まったり絡まったりしてしまう場合があった。

本発明の目的は、クーラントを効率よくインサートの切刃部に供給できるとともに、切屑排出性が良好なホルダおよび切削工具を提供することにある。

本発明のホルダは、略棒状のシャンク部と切刃部とを有するインサートを、先端部に設けられた挿入孔内に挿入して固定するためのホルダであって、前記先端部が、側面視で、先端から後方に向かって幅広になるとともに、前記挿入孔の開口の縁から後方に向かって延びる曲線、または前記挿入孔の開口の縁から延びる直線と該直線から角部がなく後方に向かって続く曲線とを有する第１曲面部を含んでいる。

また、本発明の切削工具は、略棒状のシャンク部と切刃部とを有するインサートを、上記ホルダに設けられた挿入孔内に、前記切刃部が設けられた端部と反対側の端部から挿入して固定してあるものである。

本発明のホルダおよび切削工具によれば、ホルダの先端形状が、側面視で、後方に向かって幅広になるとともに、インサートの挿入孔の開口の縁から後方に向かって延びる曲線であるか、またはインサートの挿入孔の開口の縁から延びる直線と該直線から角部がなく後方に向かって続く曲線とを有する第１曲面部を含んでいる。これによって、ホルダの先端およびそれに続くインサートに向かってクーラント（切削液）を供給した際に、ホルダの先端でクーラントの向きが変わるような角部が存在しないので、クーラントの向きが所望の方向に流れるか、ホルダの先端からインサートのシャンク部を伝って効率よくクーラントをインサートの切刃部に供給することができる。また、インサートの切刃部から排出される切屑がホルダの先端に衝突した際に、うまく後方に流れて切屑排出性を高めることができる。

本実施態様のホルダにインサートを装着した切削工具についての（ａ）斜視図、（ｂ）平面図、（ｃ）側面図、（ｄ）断面図である。本実施態様の他のホルダにインサートを装着した他の切削工具についての斜視図である。（ａ）図１の切削工具に対してホルダの先端およびそれに続くインサートに向かってクーラントを流した際のクーラントの流れ、（ｂ）従来の切削工具に対してホルダの先端およびそれに続くインサートに向かってクーラントを流した際のクーラントの流れ、（ｃ）図１の切削工具において、切削時に生成する切屑の流れ、（ｄ）従来の切削工具において、切削時に生成する切屑の流れを説明するための図である。本実施態様のホルダにインサートを装着した切削工具についての（ａ）斜視図、（ｂ）側面透視図、（ｃ）先端視図である。（ａ）本実施態様の他のホルダおよび（ｂ）本実施態様のさらに他のホルダにインサートを装着した切削工具についての要部拡大側面透視図である。図４の開口の他の実施態様を説明する模式図である。従来の切削工具２種類（ａ）（ｂ）についての平面図である。

以下、図１〜６を用いて、本発明の切削工具の一実施態様であるホルダ２０にインサート１を装着して使用する内径加工用の切削工具１０について説明する。

図１の切削工具１０において、インサート１は、横断面が略円形の略棒状のシャンク部２と、シャンク部２に続く端部に設けられて切刃稜線４がシャンク２の側方に突出した切刃部３が設けられて、切刃部３のうちの切刃稜線４の外周側のコーナーは、棒状体の外周側に向かって突出している。

一方、ホルダ２０は、図１に示されるように、先端から長尺の挿入孔２１が設けられ、挿入孔２１内には、インサート１を切刃部３が設けられた端部と反対側の端部から挿入することができる。そして、図１、２によれば、ホルダ２０の先端部には、側面視で、先端から後方に向かって幅広になるとともに、最も先端側、すなわち、挿入孔２１の開口２１ａには、開口２１ａの縁から後方に向かって延びる曲線または、開口２１ａの縁から延びる直線２９と該直線２９から角部がなく後方に向かって続く曲線とを有する第１曲面部２８が存在する。言い換えれば、第１曲面部２８は先端視で最外形が略円形状となっており、先端から後方に向かって直径が大きくなっており、ホルダ２０の先端部に角部がない構成となっている。これによって、ホルダ２０の先端およびそれに続くインサート１に向かってクーラント（切削液）を供給した際に、図３（ａ）に示すように、ホルダ２０の先端にはクーラントの向きが変わるような角部が存在しないので、クーラント１５の向きがインサート１の切刃部３に向かう所望の方向に流れるか、ホルダ２０の先端からインサート１のシャンク部２を伝って効率よくクーラント１５をインサート１の切刃部３に供給することができる。これに対して、図３（ｂ）に示すように、ホルダ２０の先端に角部４０を有する従来の切削工具では、クーラント１５の向きが角部４０によって弾かれたりして変化してしまい、クーラント１５がインサート１の切刃部３から外れた向きになって被削材１７の加工孔以外の壁面に衝突してしまい効率よく供給できなくなる。また、切屑の排出性においても、図３（ｃ）に示すホルダ２０の先端に角部が存在しない場合には、切屑１６がスムーズに後方に流れる。これに対して、図３（ｄ）に示すホルダ２０の先端に角部が存在する場合には、切屑１６がホルダ２０よりも先端側に詰まってしまう場合がある。なお、図１〜３では第１曲面部２８が凸曲面となっているが、第１曲面部２８は凹曲面であってもよい。

なお、先端から後方に向かって直径が大きくなる形態には、例えば、第１曲面部２８が直線部２９を有する場合のように、先端からの軸方向の距離が同じ位置で直径が大きくなる場合も含まれる。また、先端部は、先端視で全体が略円形状の棒状であってもよいが、四角柱状等であってもよい。

ここで、ホルダ２０は、先端の挿入孔２１が設けられた部分の強度を高めてインサート１にかかる力によって撓むことを抑制するために、側面視で先端に直線部２９が存在してもよく、この場合、直線部２９の幅Ｌ_１が、ホルダ２０の最大幅Ｌ_２の１／２以下（Ｌ_１／Ｌ_２＜１／２）であることが、クーラント１５の向きの制御が容易であるとともに、切屑排出性を高める点で望ましい。なお、直線部２９はホルダ２０の先端視では外周が円形または楕円形のドーナツ状をなす。また、直線部２９は必ずしも存在する必要はなく、ホルダ２０の先端である挿入孔２１の開口２１ａの縁から曲面が直接設けられるものであってもよい。

なお、本実施態様では、図３（ｃ）に示すように、第１曲面部２８の曲率半径Ｒと、ホルダ２０の第１曲面部の最外形Ａ（すなわち後端）における半径Ｒ_１との比率Ｒ／Ｒ_１が０．２〜１からなる。これによって、クーラントがインサート１の切刃部３に効率よく供給できる。本実施態様では、第１曲面部２８の後方に、後述するネジ孔２４を設けるとともに、これにネジ部材２５を締めこんでインサート１の側面を拘束して固定する構造となっている。この場合、比率Ｒ／Ｒ_１が０．２〜１であると、インサート１の切刃部３からインサート１の側面の拘束される位置までの距離が長くないので、インサート１の側面の拘束力が高く、切刃部３におけるびびりの発生も抑制できる。比率Ｒ／Ｒ_１の望ましい範囲は、０．４〜０．９５である。

また、ホルダ２０は、少なくとも第１曲面部２８が被覆層（図示せず）で被覆されていてもよく、これによって、切屑の溶着を抑制できて切屑排出性をより高めることができる。被覆層は第１曲面部２８以外の他の部分に設けられていてもよい。

さらに、第１曲面部２８の後方に第２曲面部３０が設けられていてもよく、ホルダ２０の最大幅Ｌ_２まで拡径するまでになるべく角部は存在しないことが望ましい。また、第１曲面部２８と第２曲面部３０との間は平面であっても曲面であってもよい。

さらには、図２に示すように、ホルダ２０に、先端視で、第１曲面部２８の一部に、先端側の向きがホルダ２０の軸線と交差するように設けられた溝部３１が設けられているものであってもよく、この溝部３１によって、クーラント１５をより確実にインサート１の切刃部３に当てることができるとともに、切屑の進行方向を制御するガイドとして機能する。溝部３１は挿入孔２１まで延在するものであってもよいが、ホルダ２０の先端における挿入孔２１の周囲の強度を向上させるために、挿入孔２１に達しない位置までとすることが望ましい。

なお、ホルダ２０には、図４〜６に示すようにクーラント孔４１が設けられていてもよい。クーラント孔４１が第１曲面部２８よりも外側に位置する場合には、このクーラント孔４１から供給されるクーラントの流れが、第１曲面部２８によって改善される。また、クーラント孔４１が第１曲面部２８に存在する場合でも、このクーラント孔４１から供給されるクーラントはインサート１の切刃部３に効率よく供給されるし、このクーラント孔４１とは別に第１曲面部２８よりも外側からクーラントを追加で供給した場合でも、外側から供給されるクーラントの流れを改善することができる。また、クーラント孔４１は切刃稜線４が設けられた方向およびその逆方向のいずれか、または両方の２箇所に形成することがクーラント１５をさらに効率よく供給できる点で望ましい。

図４では、クーラント孔４１が、第１曲面部２８の切刃稜線４が設けられた方向およびその逆方向の２か所に設けられたものである。言い換えれば、インサート１のすくい面５側に設けられている。ここで、図４では、先端視において、クーラント孔４１の開口（噴射口）４２が挿入孔２１とは独立して個別に２つ設けられ、かつ、２つの開口４２の中心が挿入孔２１の中心よりも上側に位置する。それゆえ、図５（ａ）（ｂ）に示すように、開口４２の位置は上側の縁が後方で下側の縁が前方とずれた形状となる。この形状によって、ホルダ２０からインサート１に向かってクーラント（切削液）を供給した際に、開口４２から噴射されるクーラントの進行方向が上向きに修正される。その結果、重力によってクーラントの進行方向が下向きにずれるずれ量を低減することができる。

また、内径加工をする際に、被削材の加工する孔の奥が塞がっている止まり孔の加工である場合に、インサート１の上側から供給されたクーラントはインサート１の下側を通って被削材の加工孔外に排出されるので、クーラントの循環性が良い。そのため、切削時に発生した切屑をスムーズに系外へ排出することができる。

なお、本実施態様では、ホルダ２０の先端部は、図４（ａ）、図５（ａ）に示すように、側面視で外側に凸状の第１曲面部２８となっているが、これに限定されるものではない。すなわち、図５（ｂ）に示すように、側面視で、外側に向かって凹状の凹曲面部２９を有するものであってもよい。この場合、図５（ａ）よりも、開口４２の上側が後方で下側が前方のずれ量が大きくなることから、開口４２から噴射されるクーラントの進行方向がより上向きに修正されて、重力によってクーラントの進行方向が下向きにずれるずれ量をより低減することができる。

また、本実施態様では、開口４２の直径ｒｓとインサート挿入孔２１の開口２１ａの直径ｒｉとの比（ｒｓ／ｒｉ）が０．２〜３である。この比率であれば、インサート１の切刃部３に効率的にクーラントを供給することができる。比（ｒｓ／ｒｉ）の望ましい範囲は０．２５〜２である。さらに、本実施態様によれば、開口４２ａ、４２ｂの直径ｒｓは１．５〜５ｍｍである。なお、本実施態様では、開口４２ａ、４２ｂの直径ｒｓとインサート挿入孔２１の開口２１ａの直径ｒｉとは異なるサイズとされる。これによって、インサート１をインサート挿入孔２１に挿入する際に、誤って開口４２に挿入してしまうことを防止できる。

さらに、開口４２の形状は、図６に示すように、（ａ）円形４２Ａ、（ｂ）楕円形４２Ｂ、または（ｃ）複数個の円が重なりながら一列に連なった形状４２Ｃが適応可能である。これらの形状であれば、穴あけ加工によってクーラント孔４１および開口４２を形成することができる。中でも、図６（ａ）の円形４２Ａは穴あけ加工が容易である。

なお、本実施態様では、最も離れた２つの開口４２ａ、４２ｂの中心間の距離ｒｄと、インサート挿入孔２１の開口２１ａの直径ｒｉおよび開口４２の直径ｒｓの和（ｒｉ＋ｒｓ）との比ｒｄ／（ｒｉ＋ｒｓ）が０．８〜１．２である。この距離であれば、互いに噴射されるクーラントの一部同士が合流して、合流したクーラントはより効率よく切刃部３に供給される。なお、本実施態様では、先端視において、開口４２ａ、４２ｂは、インサート挿入孔２１の中心を通る縦線に対して、線対称な位置に配置されているが、この線対称な配置に限定されるものではない。なお、開口４２がインサート１のすくい面５側に３つ以上設けられている場合には、最も離れた２つのクーラント孔４１の開口の中心間の距離をｒｄとすればよい。

また、図１によれば、インサート１の後端には傾斜面８が設けられているとともに、ホルダ２０には挿入孔２１の長手方向に対して垂直な方向に延在する位置決め部材２２が設けられており、傾斜面８を位置決め部材２２に当接して位置決めされている。この構成によれば、インサート１の切刃稜線４の長手方向および回転方向の位置決めが容易で精度が高くなる。

ここで、図１においては、ホルダ２０の側面には、棒状の位置決め部材２２を挿入するための位置決め部材取付孔２３が多数個設けられている。そして、これら位置決め部材取付孔２３のうちの１つの位置決め部材取付孔２３内に棒状の位置決め部材２２が挿通されている。なお、位置決め部材取付孔２３が多数個設けられている理由はインサート１の突き出し量を適宜調整することができる構成とするためである。位置決め部材２２は、例えば、ピンやねじ材といったインサート１の傾斜面８と当接するものであればよく、棒状をなしており、円柱、三角柱等の多角柱等のいずれの形状であってもよく特に制限されない。ピンであれば容易に抜き差しできるので、インサート１の突き出し量を容易に変更することが可能であり、本実施態様においては、位置決め部材２２としてピンが用いられている。

また、位置決め部材２２の固定方法は、円柱状のピンの両端をネジで挟み込んで固定する方法、円柱状のピンの片側端部にネジ切りをつけてこのネジ切り部分をホルダ２０に設けたネジ切り部分に螺合する方法、円柱状のピンの片端を拡径したテーパ状としてこのテーパ部を位置決め部材取付孔２３の所定位置に当接して固定する方法、円柱状のピンを接着剤で固定する方法、円柱状のピンの側面からネジ部材を締めこんで固定する方法が挙げられる。なお、図１では、円柱状のピン（位置決め部材２２）の側面から挿入するとともに、ホルダ２０の上面にネジ孔２６を形成してこれにネジ部材２７を締めこんで位置決め部材２２に当接させて固定する方法を採用している。

位置決め部材２２の挿入孔内の位置は、インサート１の傾斜面８の挿入角度に応じて適宜調整されればよい。インサート１の傾斜面８と位置決め部材２２とが線当たりになるように当接されるが、例えば、位置決め部材２２が円柱状のピンである場合には、インサート１をホルダ２０に装着する際に、傾斜面８の長手方向に垂直な方向と、位置決め部材２２の外周面のホルダ２０の長手方向に垂直な方向とが平行になるように構成される。これによって、安定して強固な拘束が可能である。

ここで、図１によれば、インサート１の脱落やがたつきを抑制するために、位置決め部材２２以外に、位置決め部材２２よりもホルダ２０の先端側で、ホルダ２０の外周面から挿入孔２１に貫通するネジ孔２４を形成して、ネジ孔２４にネジ部材２５を螺合して、ネジ部材２５の先端でインサート１のシャンク部２の外周面を押圧固定している。このとき、ネジ部材２５に当接されるシャンク部２の外周面は曲面であってもよいが、ネジ部材２５の進行方向と垂直な方向に対する傾きが±１°以内の平面であることが望ましい。すなわち、シャンク部２がネジ部材２５に曲面で当接されることにより、製造バラツキの影響でインサート１が回転して取付くことがなく取り付け位置精度が高いが、傾きが±１°以内の平面であればネジ部材２５の締め付け具合を調整することでインサート１の回転を抑制することができるとともに、曲面と比較して締め付け強度が向上する。

また、図１では、傾斜面８を用いてインサート１の位置決めをする構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、後端が挿入孔２１の長手方向に対して垂直な平面でホルダ２０の後方から挿入したネジ部材に当接し、かつ側面をネジ止めして固定するものであってもよい。また、後端に対の切刃部が設けられたものであってもよい。

１インサート
２シャンク部
３切刃部
４切刃稜線
１０切削工具
１５クーラント
１６切屑
２０ホルダ
２１挿入孔
２２位置決め部材
２３位置決め部材取付孔
２４、２６ネジ孔
２５、２７ネジ部材
２８第１曲面部
２９直線部
３０第２曲面部
３１溝部
４０角部
Ｌ_１直線部の幅
Ｌ_２ホルダの最大幅

Claims

略棒状のシャンク部と切刃部とを有するインサートを、先端部に設けられた挿入孔内に挿入して固定するためのホルダであって、前記先端部が、側面視で、先端から後方に向かって幅広になるとともに、前記挿入孔の開口の縁から後方に向かって延びる曲線、または前記挿入孔の開口の縁から延びる直線と該直線から角部がなく後方に向かって続く曲線とを有する第１曲面部を含んでいるとともに、前記第１曲面部に溝部が設けられており、該溝部は先端側の向きが前記ホルダの軸線と交差するように配置されているホルダ。
略棒状であるとともに、前記第１曲面部の前記直線の幅が、前記ホルダの最大幅の１／２以下である請求項１に記載のホルダ。
前記先端部は、先端視で、前記第１曲面部の最外形が略円形状であり、かつ
前記第１曲面部を構成する曲線の曲率半径と、前記第１曲面部の最外形の半径との比率が０．２〜１である請求項１または２に記載のホルダ。
少なくとも前記第１曲面部の表面が被覆層で被覆されている請求項１乃至３のいずれかに記載のホルダ。
前記先端部の前記第１曲面部の後方に第２曲面部を有する請求項１乃至４のいずれかに記載のホルダ。
略棒状のシャンク部と切刃部とを有するインサートを、先端部に設けられた挿入孔内に挿入して固定するためのホルダであって、前記先端部が、側面視で、先端から後方に向かって幅広になるとともに、前記挿入孔の開口の縁から後方に向かって延びる曲線、または前記挿入孔の開口の縁から延びる直線と該直線から角部がなく後方に向かって続く曲線とを有する第１曲面部を含んでおり、クーラント孔が設けられているとともに、前記クーラント孔の開口が前記挿入孔とは独立して個別に少なくとも２つ設けられており、先端視で、前記挿入孔の開口に対して一方側に位置している前記２つ以上のクーラント孔のうち、最も離れた２つのクーラント孔の開口の中心間の距離ｒｄと、前記挿入孔の開口の直径ｒｉおよび前記クーラント孔の開口の直径ｒｓの和（ｒｉ＋ｒｓ）との比ｒｄ／（ｒｉ＋ｒｓ）が０．８〜１．２である請求項１乃至５のいずれかに記載のホルダ。
先端視で、前記クーラント孔の少なくとも２つの開口の中心が前記挿入孔の開口に対して、一方側に位置している請求項６に記載のホルダ。
前記第１曲面部に前記クーラント孔の開口が設けられている請求項６または７に記載のホルダ。
前記クーラント孔の開口の直径ｒｓと前記挿入孔の開口の直径ｒｉとの比（ｒｓ／ｒｉ）が０．２〜３である請求項６乃至８のいずれか記載のホルダ。
前記クーラント孔の開口が、円形、楕円形、または複数個の円の端部同士が重なった状態で一列に連なった形状からなる請求項６乃至９のいずれか記載のホルダ。
略棒状のシャンク部と切刃部とを有するインサートを、請求項１乃至５のいずれか記載のホルダに設けられた挿入孔内に、前記切刃部が設けられた端部と反対側の端部から挿入して固定してある切削工具。
略棒状のシャンク部と切刃部とを有するインサートを、請求項６乃至１０のいずれか記載のホルダに設けられた挿入孔内に、前記切刃部が設けられた端部と反対側の端部から挿入して固定してあり、前記切刃部は切刃とすくい面とを有し、前記挿入孔の開口に対する前記一方側が前記すくい面側である切削工具。