JP3803548B2 - 切粉除去機械加工用の工具 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の技術分野
本発明は、切粉除去機械加工用の工具に関し、第１の材料の盤状のインサートホルダーと異なるより硬質の材料より作製したインサートを含み、上記インサートはホルダーの外向きに開口している凹部に取り付け可能であり、上記凹部はインサートを凹部にクランプすることを意図した下方の形状に剛性のあるホルダーの前方部と上部の弾性があり可撓性のあるアームとの間で規定され、上記インサートは上部と下部の界面(interface) を介してホルダーに機械的に連結可能であり、界面の少なくとも１つは、概してＶ型断面の雄手段であって、上記雄手段が互いに鈍角で延びる２つの横方向に分割された第１の接触面を有するものと、同様に概してＶ型断面の雌手段であって、インサートが凹部に挿入されたときに第１の接触面と接触し、かつ雄手段が雌手段と係合するように、上記雌手段が同様に互いに鈍角で延びる２つの横方向に分割された第２の接触面を有するものとを含む。
発明の背景
概して先に説明したように規定される種類の工具は、通常切断、溝削り及び溝入れフライスに用いられる。そのような機械加工作業、及び現代工業における他の切粉除去機械加工に関連して、機械加工部材の公差に関して非常に困難な要求がよく生じる。このことは、次にインサートが、インサートホルダーの凹部（いわゆるインサート台座）の予定した非常に正確な位置に取り付け可能であり、また外部の作用に関係なくこの正確な位置を維持することもできるということが要求される。従って、インサートがそれに対して中心向き又は接線方向に（すなわちインサートホルダーの平面に平行に）作用する理想的な主要な力を受けるときだけでなく、インサートを凹部又はインサート台座に対して横方向に変位させようとする第２の横方向の力に関連して、インサートはホルダーに対してその予定した位置に静止して固定されているべきである。インサートの少量の横方向の変位が最終製品に許容できない公差の変動をもたらす可能性がある。
【０００２】
安全性及びインサートホルダーにインサートを正確にクランプすることに関する要件に関して基本的に正反対である他の要件が、インサートとインサートホルダーのいずれの製造にも関連してある。製造の観点のみから考慮すると、特に２つの部品が異なるプロセスで、また互いに異なる特性を有する異なる材料で製造されるという背景から、最も緩い公差要件が望ましい。現代のインサートは超硬合金又はセラミックスのような硬質な材料より製造される。そのような切削体の最も顕著な特性は、高い硬度及び高い耐摩耗性を有するということであり、比較的靭性のある金属のような材料の機械加工に関して長期の寿命を意味するものである。しかしながら、実際において望ましくない硬質体の特性は脆性であり、好ましくない負荷(loading) に関連して割れる又は裂ける危険をその物体が冒すことを特に意味するものである。最適の製造条件を常に求めるとしても、公差に関する製造結果は実際においては非常に著しく変化する可能性がある。インサートホルダーは通常鋼から製造され、これは超硬合金より本質的に軟質かつ靭性のある材料である。インサートホルダーを製造するときにも、実際における結果は達成された公差に関して変化する。
【０００３】
理論上、インサート台座へのインサートの絶対的な最大の固定は、初期のできる限り大きなインサート及びインサート台座の面が互いに堅く接したまま維持できれば達成される。しかしながら実際上の一連の製造に関して先に説明した理由により、インサートとインサートホルダーとの間の界面での協働する外形面が互いに完全に適合するような高い精度で、全てのインサートと全てのインサートホルダーを別々に製造することは不可能である。従って現実的には、各界面でのインサートとインサートホルダーとの間の接触が、２又は多くても３個の点又は接触箇所を断面方向に間隔を開けて設けられていることが見られる（３個以上の接触箇所があれば、いわゆる不静定の配置が生じ、インサートは初期において不安定であり、異なる位置の間で傾く）。
【０００４】
本質的にはインサートの位置の決定に直接的に不利でない環境は、運転負荷をある時間、大抵の場合短時間かけた後に、インサートがインサートホルダーにある量で塑性変形することを含むことであり、上記塑性変形はインサートを「安定(settle)」させる。しかしながら、この変形はインサートが中央の予定した位置から横方向に離れることを顕著にすべきでない。また、塑性変形と関連してインサートとインサートホルダーとの間の相対的な運動は、より脆いインサートが割れる又は裂ける危険を冒すようになるまで大きくすべきでない。
先行技術
最近の10年間に、先に説明した問題をうまく処理する試行、及び問題の加工部材が作製されたときにインサートが安定して固定されていることを可能にし、従って適当な精度を可能にする工具、及びインサートとインサートホルダーが作製されるときにそれらの公差に関して緩い要件にする工具を作製する試行がなされてきた。今までに提案された解決法は雄手段及び雌手段を使用することで共通し、インサートとクランプアーム及びホルダーのそれぞれとの間の上部及び下部の界面の少なくとも１つにおいて、この手段はＶ型断面である。これらの公知の解決法について、この雄手段と雌手段のＶ型側面又は接触面は、比較的平坦であるという特徴を有する。従って接触面の間の鈍角は120 〜179 °の範囲にある。この比較的大きな鈍角が、インサートに対する高い半径方向の力又は中心の主要な力を吸収する表面の能力を満足すること、及びインサートが裂ける危険を最小化することを保証する。この先行技術による工具の実施例は、例えばEP 0 059 602, SE 8601533-6, US 5 054 967, US 4 738 570, SE 9201323-4及びSE 9404266-0に見られる。EP 0 417 862より、インサートとインサートホルダーとの間の界面において、表面の間で直線状の接触のみをもたらすいくつかの湾曲した凸状面を有する溝と係合する円筒状の凸状面を含む工具が更に知られている。
【０００５】
導入部分において規定される従来より知られている工具についての一般的な不利な点は、横方向の力の作用により、所望の位置から容易に外れるため、インサートの横方向の安定性が不十分であることである。
本発明の目的及び特徴
本発明は、従来より知られている工具に関する先に説明した不利益を克服し、改良した工具を作製することを目的とする。本発明の主要な目的は、インサートとインサートホルダーの製造に関する精度の要件が緩いと同時に、インサートが初期に安定性が良好であり安全に固定されている工具を作製することである。本発明の更なる目的はインサートが割れる又は裂ける危険が最小である工具を作製することである。
【０００６】
本発明によると、少なくとも主要な目的は、請求項１の特徴部分に規定された特徴により成し遂げられる。本発明の好ましい実施態様は更に従属項に規定されている。
従来技術の詳細な説明
GB 21 297 より、支持体を除いて、界面において本体に連結している複数の取り外し可能な刃を含む工具が従来より知られていて（この工具は溝入れフライスカッタ又は円形のこ刃の形状である）、中央の隆起部とその隆起部に対応する溝を含み、この隆起部がこの溝に係合する。しかしながらこの場合、本発明により規定される種類の雄手段及び雌手段のそれぞれを形成する隆起部及び溝の側面に傾斜した側面がなく、この手段はＶ型の断面である。公知の解決法に関して、堅い表面接触が、隆起部の外側と溝の内側との間だけでなく、隆起部及び溝のそれぞれの両側にあり本体の平面に垂直に延びる接触面の対の間にも要求される。そのような表面接触は、先の説明の導入部分に示した理由で現代工業の製造技術に関連してうまく成し遂げられないであろう。
本発明の好ましい実施態様の詳細な説明
図１に示した工具は、少なくとも一部が盤状のインサートホルダー１と交換可能な切削インサート２とを含む。切削インサートは、下方がホルダーの下部の形状に剛性のある前方部４であり、上方がインサートをインサート台座にクランプすることを意図した上部の弾性があり可撓性のあるアーム５により規定される、凹部又はインサート台座３に取り付け可能である。インサート台座の内側端部において、インサートが動作した運転状態において接触することを意図した突き合わせ面６がある。必ずしも必要ではないが好ましくは、反対側に切れ刃7,7'を含むため、インサートは向きを変えて取り付けられる型のものである。切削インサートは、インサートホルダーの材料より硬質な材料で作製されている。実際には、超硬合金が切削インサート２に、鋼がインサートホルダー１に好ましい。
【０００７】
インサートは、上部と下部の界面を介してホルダーに取り付け、開示した実施態様においては、それらは断面において概してＶ型の雄手段と断面において同様に概してＶ型の雌手段とを含む。これらの手段は図３及び４を参照してより詳細に説明される。図１及び２による実施例において、上部の界面でのこの雄手段は、切削インサートの上部側でＶ型の雌手段と協働するために、クランプアーム５の下部側に形成されている。下部の界面において雄手段は、切削インサートの下部側での対応する雌手段と協働するために前方部４の上部側に配置されている。この点に関して、「上部」及び「下部」の界面という表現は、本発明の定義を簡単にする目的にのみ使用していることを指摘すべきである。従って、運転において、ホルダー１は前方部の上のクランプアーム５に垂直に配置する必要はない。言い換えれば、図１による工具は、任意の空間位置に配向することができる。
【０００８】
インサートとインサートホルダーとの間の２つの界面の１つ、すなわち下部の界面を拡大して示している図３及び４をここで参照する。図３より、互いに鈍角αで延びている２つの横方向に間隔を開けた第１の接触面8,8'により、先に説明した雄手段がいかに形成されているかが明らかになる。実施例において、形成されているこれらの第１の接触面はインサートホルダー１上に備わっている。インサート２の対応する雌手段は、同様に互いに鈍角で、すなわち面8,8'の間と同じ角度αで延びている２つの第２の接触面9,9'により形成されている。このことは、インサートがインサート台座に挿入されたときに、第１と第２の接触面8,9 及び8',9' の対が互いに堅く接触することを意味する。本質的に鈍角αは変化することもできるが、本発明によりそれは120 〜179 °、好ましくは150 〜170 °の範囲であるべきである。開示した実施態様においては、角度αは160 °である。インサートホルダーを通る中央平面Ｃに垂直な横断面に関連して、各接触面は比較的平坦な角度で傾斜している。このことは、接触面8,8'が中央平面Ｃと平行な主要な負荷方向の比較的大きい力に耐えると同時に、このインサートが横方向の力を受けるときに限られた量だけ接触面が傾斜していることがインサートの横方向の変位を妨げるのに助けとなることを保証している。
【０００９】
先に説明したようにそれぞれ雌手段及び雄手段を有するインサート及びインサートホルダーを設計することについて、Ｖ型断面で大きな鈍角を有するこれらの手段は、導入部分に説明したように従来技術よりよく知られている。
本発明によると、隆起部10は２つの第１の接触面8,8'の間の中央の領域に設計され、この隆起部10の目的は、同様の上記の接触面9,9'の間の中央の溝又は凹部11に係合することである。この隆起部は頂部面12と２つの側面13,13'により規定され、その側面は互いに鋭角βで延びている。次に溝11は、２つの側面15,15'の間の底部面14により規定される。開示した好ましい実施態様においては、隆起部の頂部面12は平坦であり、凸状で球状の変位部16,16'を介して側面13,13'に変化する。それらの下部位置において、側面13,13'は、凹状で球状の変位部17,17'を介して第１の接触面8,8'に変化する。
【００１０】
実施例において、溝11の底部面14は、断面において弧状、例えば側面15,15'の上部の間の全距離の部分的な円筒である。隆起部10の高さH₁は、溝の深さH₂より小さい。この深さH₂は溝の底面14からそれぞれ面9,15及び9',15'の間の仮想の交点（図示せず）まで測定される。隆起部と溝との間の差により、頂部面12と底部面14との間にあそび18が形成される。言い換えれば隆起部は溝の底部に達しない。
【００１１】
第２の接触面9,9'と側面15,15'との各対の間には、面取り面19,19'がある。これらの２つの面取り面19,19'の間の角度は、接触面9,9'の間の鈍角より小さく、同様な角度βが本質的に鋭角である側面15,15'の間の角度より大きい。面取り面19,19'は、この面取り面の内側に位置する遷移面17,17'と共に、第２の（三日月状断面の）あそび20を規定し、そこではインサートはインサートホルダーとの接触がない。
【００１２】
隆起部の側面13,13'及び溝の側面15,15'はいずれも平坦である。しかしながら２つの協働する面の１つを設計することも可能であり、例えば溝の側面15及び15' をそれぞれ、わずかに凸状に湾曲させ、他方の面を平坦のままにする。
初期状態において、すなわちインサートが運転の負荷を受ける前に、側面13,13'の領域における隆起部10の幅は、側面15,15'の間の溝の幅より少なくともいくらか小さい。接触面8,8'が、図４に示したように接触面9,9'に対して堅く接触した状態にされると、非常に細い間隔21が、側面13と15（及び13' と15' ）との間で形成され、この間隔21は表面接触がない。
【００１３】
示した界面における構造の残りに関して、角度βは好ましくは20〜60°、便利には35〜45°であることを指摘すべきである。図３による具体的な実施態様においては角度βは40°である。遷移面17,17'の領域における基部の幅Ｂとして測定した隆起部10の幅は、全ての状況においてインサートホルダーの幅又は厚み（すなわちホルダー１の反対向きの側面の間の距離）の70％より小さくなければならない。実際において、幅Ｂはインサートホルダーの幅の20〜50、好ましくは25〜45、適当には30〜35％にあるべきである。隆起部10の高さH₁は、幅Ｂの40〜70％、適当には50〜60％にあるべきである。溝11の高さH₂は高さH₁より少なくとも10％大きいべきである。
【００１４】
初期状態において、クランプアーム５からのばね作用以外の他の力を受けることなくインサートがインサート台座に取り付けられたとき、接触が各界面における２つの位置で形成され、すなわち第１と第２の接触面８と９及び8'と9'の協働する対の間の表面接触が形成される。インサートがその後運転モードに置かれ、加工部材からの力、すなわち平面Ｃにおける主要な力及び横方向の力を受けると、隆起部10は係合する。初期状態において、ある塑性変形がインサートホルダー４の軟質材料で起こる。このことは、隆起部が図４に示した状態を超えて溝11に更に入り込む効果を有する。従って、安定な３点接触を確立するように、隆起部の一方の側面で、隆起部及び溝の側面13,15 を互いに接触するようにもたらすことによりこの横方向の力が吸収される。隆起部及び溝が異なる高さを有し、側面が互いに鋭角βで延びているという事実により、インサートがその初期状態から明らかに変位しないことが保証され、このことは加工部材が機械加工されるとき、高い質の精度が維持されることを意味する。深い溝への高い隆起部の効果的な係合に関わらず、インサートが裂ける危険性は、隆起部に制限された幅を与えることでかなりの程度回避され、このことは、くさび力のモーメントアームが限定されることを保証し、このくさび力は、隆起部の外側側面から溝の協働する内側側面に向かって作用する。このことと関連して、インサートホルダーの塑性変形が著しい場合にも、隆起部の溝への入り込みは、側面13,15 の間に初期間隔21があることにより制限されることも指摘すべきである。
本発明の可能な変更例
本発明は、説明し図面に示した実施態様のみに制限されない。従って２つの上部及び下部の界面の１つのみに隆起部と溝の組合せを介してインサートをインサートホルダーに連結することが可能である。Ｖ型断面の雄手段を共に形成する２つの第１の接触表面の間に中央の溝を形成することも可能であり、隆起部は対応する雌手段を形成する２つの他の接触面との間の中心に形成される。示した実施態様において２つの中央の溝がインサートに形成され（図１及び２に示したように）、対応する隆起部がインサート台座に形成されているが、インサート台座の隆起部及び溝と協働するために、溝及び隆起部をインサートに形成することも更に可能である。隆起部は本質的に２又はそれ以上の間隔を開けた突起からなり、これは空間又は凹部により果たされ、この突起はインサート及びインサートホルダーの内側及び外側の端部に配置されることも言及すべきである。インサート台座及び台座（従って隆起部及び溝）は、必ずしも直線状である必要はないことも指摘すべきである。従って、それらはわずかに湾曲しているか、「バナナ形状」であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、インサートホルダーとそれから間隔を開けたインサートとを含む工具の分解した斜視図である。
【図２】 図２は、図１によるインサートの拡大した端面図である。
【図３】 図３は、インサートとインサートホルダーとの間の界面における本発明の特徴的な構造を示した、模式的な拡大した断面図であり、このインサートはインサート台座からいくらか間隔を開けて示してある。
【図４】 図４は、同じ界面の左半分を示した更に拡大した平行な断面図である。

Claims (6)

1. 切粉除去機械加工用の工具であって、第１の材料の盤状のインサートホルダー（１）と異なるより硬質の材料で作製したインサート（２）とを備え、上記インサートは前記ホルダーの外向きに開口している凹部（３）に取り付け可能であり、上記凹部（３）は、下部の形状に剛性のある前記ホルダーの前方部（４）と、前記インサートを前記凹部にクランプすることを意図した上部の弾性があり可撓性のあるアーム（５）との間で規定され、上記インサートは上部と下部の界面を介して前記ホルダーに機械的に連結可能であり、前記界面の少なくとも１つは、概してＶ型断面の雄手段であって、互いに鈍角（α）で延びる２つの横方向に分割された第１の接触面（８，８’）を有する上記雄手段と、同様に概してＶ型断面の雌手段であって、前記インサートが前記凹部に挿入されたときに前記第１の接触面（８，８’）と接触し、かつ前記雄手段が前記雌手段と係合するために、同様に互いに鈍角で延びる２つの横方向に分割された第２の接触面（９，９’）を有する上記雌手段とを含む切粉除去機械加工用の工具において、
   前記第１の接触面（８，８’）の間の中央の領域に隆起部（１０）が、又は溝が、上記第２の接触面（９，９’）の間の中央の領域にある溝（１１）と、又は隆起部と、機械的に協働するために形成され、上記隆起部（１０）が互いに鋭角（β）で延びる２つの側面（１３，１３’）の間に頂部面（１２）を有し、前記溝（１１）が同様に互いに鋭角で延びる２つの側面（１５，１５’）の間に底部面（１４）を有し、前記隆起部（１０）の高さが前記溝（１１）の深さより小さいことで、上記頂部面（１２）と上記底部面（１４）との間で表面接触のないあそび（１８）を形成し、前記隆起部及び前記溝の両側の協働する側面と接触面との隣接する対の間の遷移領域に、表面接触のない第２のあそび（２０）が規定され、上記側面（１３，１３’）の領域での前記隆起部の公称幅が同一の領域における前記溝の公称幅より少なくともいくらか小さいことで、対向する側面の対の間に前記インサートが負荷を受けない限り表面接触のない２つの極めて細い間隔（２１）を形成し、協働する側面の対の１つの間に明確な接触を形成する横方向の力を加工中のインサートが受けると、上記間隔の１つは存在しなくなり、それにより加工中の前記インサートが、少なくとも初期状態で、問題となっている前記界面で３点接触により、すなわち上記の第１及び第２の接触面の対（８，９；８’，９’）の形態の２つの横方向に分割された接触箇所と前記隆起部の一方の側面に集中した第３の接触箇所とで、概して固定されることを特徴とする、切粉除去機械加工用の工具。
2. 前記第１の接触面の間の前記鈍角（α）及び前記第２の接触面（９、９’）の間の鈍角が１２０〜１７９°の範囲にあることを特徴とする、請求項１に記載の工具。
3. 前記隆起部及び前記溝のいずれの前記側面（１３，１３’；１５，１５’）の間の前記鋭角（β）が２０〜６０°の範囲にあることを特徴とする、請求項２に記載の工具。
4. インサートホルダー（２）の遷移面（１７，１７’）の領域での前記隆起部（１０）の前記幅（Ｂ）が、前記インサートホルダーの幅の７０％より小さくすることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の工具。
5. 前記隆起部（１０）の側面（１３，１３’）及び前記溝（１１）の側面（１５，１５’）のいずれか一方の側面が平坦であり、他方の側面がわずかに湾曲しかつ前記平坦な面に面する凸状側面を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の工具。
6. 各第２のあそび（２０）が、前記隆起部における第１の接触面と側面との間の凹状に湾曲した遷移面（１７，１７’）、及び前記溝の第２の接触面と側面との間に延びる平坦な面取り面（１９，１９’）により規定されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の工具。

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