JP4741276B2 - 切り屑除去加工のための回転工具 - Google Patents

Description

本発明は、切り屑を除去する加工又は切り屑を形成する加工のために適用され、交換可能な切削要素と本体とを備える形態をなす回転可能な工具に関し、切削要素は雄雌結合によって本体に堅固に連結されるものであり、雄雌結合は、一方において、本体の前端面に形成された雌型の溝であって、底面と２つの側面によって範囲が定められ溝と、他方において、溝に挿入可能で、かつ、切削要素から後方に突出する雄部分であって、端面と２つの側面を有する雄部分とを含み、本体の前端部には、前向きに開口を有するスロットが形成され、スロットは、溝にクランプされた雄部分を保持するために、２つの弾性変形可能な脚部を分離し、前記端面及び底面の一方の面には、他方の面の凸部を受け入れるための座部が形成されている。

分離交換可能な切削要素と本体とを使用する形態の切削工具は、実際に、変化する形態を持つことができ、例えば、エンドミル、溝入れカッタ、ねじ切りカッタなどのドリル、フライスからなっている。通常、本体は、円柱状を基本形とする細長いシャフトからなっている。昨今の加工工具において、本体は、非常に複雑化され、かつ、高価である。経済的な理由のために、それらは、工具の摩耗部分を構成し、制限された有用な寿命を有する切削要素と一体化されることができない。言い換えると、当業者によって”交換式頭部”と称され、摩耗が生じた後に交換することができる分離交換可能なユニットの形態で実際の切削要素を作ることが有効である。その一方で、高価な本体はより長い時間使用することが可能となる（通常は、１０〜２０の交換）。実際に、交換式頭部は、硬く、耐摩耗性に優れる超硬合金又は同種の材料などから全体的又は部分的に作られる。一方、本体は、例えば、鋼のような高弾性を有する材料から作られる。また、−必要でないけれども−対象となっているこの種の工具は、被削材の加工のために意図されているということが指摘されるべきである。

交換式頭部を有する工具の開発は、特に、ドリルの分野において非常に興味が持たれている。穴あけのために、簡易なボール盤又は多機能機械の両方が使用され、両方の場合において、強く堅固に取り付けられた機械主軸又はホルダが含まれ、主軸又はホルダには切削工具の本体の後端が固定可能であり、同時に、対象被削材の切削作業又は切り屑除去作業を行う交換式頭部の取り付け及び取り外しのために、本体の前端が自由に利用可能である。完全に理想的な条件下、本体の幾何学的中心軸だけでなく、交換式頭部の中心軸もまた、被削材の位置と形状に対して最良の正確さを有する孔を形成するために、機械主軸の幾何学的中心軸の正確な延長上の直線に沿って配置されるべきである。しかしながら、実際には、周知のように、異なる工程と異なる材料から個々に作られる交換式頭部と本体との間の境界面での避けられない公差のためだけでなく、交換式頭部と本体中の種々の形態欠陥のために、とりわけ、最良の正確さに達することは難しい。したがって、実際に、ドリルが被削材に進入することに関連してがたつきを生じることは珍しくはない。すなわち、交換式頭部の先端は、故意にではなく、形成される孔の幾何学的位置を決定する機械主軸の幾何学的中心軸の延長上の直線のそばに配置される。したがって、被削材の中へ直線的に移動する代わりに、交換式頭部の先端は、動きの意図された軌跡から大なり小なり離れて配置される直線軌跡内で、最終的に安定するために、最初は旋回又は触れ回り動作をする。

最初に述べた形態の切削工具は、従前のスウェーデン王国特許第０１０３７５２−２号公報によって知られている。しかしながら、この切削工具の不利な点は、交換式頭部の雄部分が、本体中の受け溝に端から挿入されて形成されるということである。この不利な点を未然に防ぐために、開発された工具は、スウェーデン王国特許第０４０００５６−８号公報に記載されている。この工具は、交換式頭部の雄部分を本体の溝の中へ軸方向から挿入することを可能にする。この場合、交換式頭部の雄部分は、回転対称に形成された芯出し凸部と共に形成されている。芯出し凸部は、溝の底面内で同じように回転対称に形成された座部に係合するために配置されている。芯出し凸部の目的は、本体に対して交換式頭部を芯出しすることである。そして、この目的のために、芯出し凸部は、最も大きい直径と最も小さい直径とで調整されている円錐状の包絡面を有し、線接触が、芯出し凸部の包絡面と座部の開口を規定する略円形の縁との間で生じる。このような構成は、超硬工具から作られる交換式頭部の凸部と関係するばかりでなく、鋼からなる本体の凸部とも関係し、極めて精密な加工を必要とする。さらに、実際に交換式頭部が、本体に対して正確に芯出しされたとしても、加工が精密に行われる保障はない。したがって、本体中の小さい形態欠陥でさえ、機械主軸の中心軸の延長上の直線のそばに配置されている交換式頭部の中心軸にガイドされることがある。

本発明は、従来の知られた切削工具の上述した欠点を未然に防止し、改良された切削工具を提供することを目的とする。したがって、本発明の第１の目的は、殊に、ドリルについて適用される切削工具を提供することである。ドリルの交換式頭部は、機械主軸の中心軸に対して非常に正確な方法で芯出しされることができる。本発明の他の目的は、簡易で費用のかからない方法で、改良された精密加工を実現することである。また、交換式頭部と本体との間の境界部分に関して、交換式頭部の取り付けに関係する使用者／作業者に、交換式頭部が本体の溝内に別の信頼できる方法で確実に固定されると認められる安心感を与えられる性質がある工具を提供することを目的とする。

本発明によれば、少なくとも第１の目的は、請求項１の特徴部分に記載によって達成される。本発明による工具のより好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている。

図１において、符号１はドリルの形態をなす切削工具を示し、ドリルは、ホルダ２に装着され、次に回転可能な機械主軸３に装着される。ドリルは、交換可能な切削要素又は交換式頭部５と、想像図に示されている本体４とから構成されている。この場合、本体４は、後端部においてホルダ２に固定可能な厚肉部６を有する相対的に細い円柱状のシャフトからなっている。前記ホルダは、順に主軸３の取付孔７に固定可能である。ドリルに対して回転モーメントを伝える目的のため、２つの肩部９が、主軸３の前面に配置され、肩部はホルダ２の溝に係合する。シャフト４において、螺旋状の切り屑排出溝１０が形成されている。図１に明らかに示されているように、交換式頭部５は、シャフト４の前端に自在に取り付けられている。

図１において、Ｃは想像幾何中心線を表し、中心線は主軸３の後端から交換式頭部５の前端に延びる１点鎖線の形態で示されている。しかしながら、実際に、各構成要素２，３，４，５は、自身の幾何中心軸を有している。したがって、主軸３はＣ３で示される中心軸を有し、一方、ホルダ２、本体４及び交換式頭部５の個々の中心軸は、それぞれＣ２、Ｃ４及びＣ５で示されている。工具の精密加工に関する実体的部分は、交換式頭部５の中心軸Ｃ５が、主軸３の中心軸Ｃ３と同心になるということである。したがって、発明の目的は、交換式頭部５の中心軸Ｃ５が、主軸３の中心軸Ｃ３の延長線上に配置されるということ保障する。一方、中心軸Ｃ２及びＣ４が、軸Ｃ３及びＣ５と完全に同心であるかどうかは、付随的である。

図２を参照する。図２では、本発明の第１の実施形態に対応して、ドリル又は本体４と交換式頭部５との間の境界の図案が図示されている。本体４の前端に溝１１が形成され、溝の中でスロット１２が開口し、２つの弾性変形可能な脚部１３を分離する。溝１１は底面１４と２つの側面１５によって範囲が定められ、前方向（図では上方向）に楔状に先細りする形状の顎を規定する。脚部１３の一つには、締付けねじ（図示しない）の孔１６がある。締付けねじによって、２つの脚部が、互いを変形によって遠ざけることができる。

交換式頭部５は、円柱状又は後方に向かって僅かに円錐状をなす包絡面１７に隣接する円状の外形を有するところまで、回転対称基本形状を有している。交換式頭部の先端面１８（図４又は５参照）は円錐状であり、中心刃１９に端がある。一般に、交換式頭部は、本体４の直径よりやや大きい外径を有している。包絡面１７において、２つの凹んだ曲線で制限されている面２０が形成されている。面２０は面１０に接続し、交換式頭部の切り屑排出溝を形成する。交換式頭部の前部において、切れ刃２１は、切り屑排出溝２０に隣接して形成され、径方向で互いに対向している。すなわち、１８０゜で等間隔に離れている。言い換えると、交換式頭部は、対照的な基本幾何学形状を有している。後端又は内端において、交換式頭部は、その全体的に、溝１１に係合するための雄部分を有している。前記雄部分は、端面２３と２つの側面２４によって範囲が定められている。側面２４は、溝が傾いている側面によって限定されているように、楔形状の溝に対応して傾けられている。雄部分２２の両側において、溝１１の両側の一様な面２６と相互作用する軸力作用面２５としての平坦面がある。

雄部分２２の端面２３において、凸部２７は、溝１１の底面１４内の座部２８に係合することを目的として形成されている。

交換式頭部５は、完全に又は部分的に超硬合金又は他の耐摩耗材料から作られている。一方、本体４は、かなり大きい弾性を有する材料、例えば鋼から作られている。鋼は、固有の弾性又は可撓性を有することによって好まれており、スロット１２によって分離された脚部１３を弾性変形可能にする。

示された工具はこれまで述べられてきた限りにおいて、このような工具は、全て本質的に以前から知られている。以前から知られている工具の特徴は、凸部２７が本体に関して移動可能な状態で交換式頭部を芯出しするものであった。より正確には、そのような形状をもつことによって、座部２８内の挿入物が、同じく密接な関係を得る。

本発明による工具の特徴は、座部２８が凸部２７より大きく、交換式頭部５の雄部分が溝１１の中で往復運動でき、そのような方法で交換式頭部５が自己調心作用を許容するということである。より正確には、交換式頭部５は、中心に芯出しされることが許容される。中心位置において、本体４の中心軸Ｃ４が必ずしも−全長に沿って−中心軸Ｃ３の延長線に一致することなく、中心軸Ｃ５は主軸３の中心軸Ｃ３の仮想延長線に一致する。

図２〜７による実施形態において、凸部２７と座部２８は四角の基本形をなしている。したがって、凸部２７は、平らな下端面３０と、４つの平らな側面２９とによって規定されている。図６及び図７に明らかに示されるように、側面２９は雄部分の端面２３に対して傾けられている。より正確には、凸部は端面２３から伸びる方向で通常のテーパに形成されているため、側面２９は互いの方向に内向きで傾斜している。座部２８は、一般的に、４つの平坦で傾いた側面３１と平坦な底面３２とによって範囲が定められている限り、凸部と同じ形状を持つことが好都合である。しかしながら、一般に座部は、凸部より大きいものである。この点について、交換式頭部５と本体４との間の接触面は、端面２５，２６及び、溝の側面１５と雄部分の側面２４との間にそれぞれ形成されるということが指摘されるであろう。これは、雄部分の端面２３が、図６及び図７に明らかに示されているように、溝１４の底面から遠ざかっているということを意味する。さらに、凸部２７の高さは、座部２８の深さに対して適合し、面３０と面３２とは互いに接触しない。言い換えると、凸部は座部に底を付けていない。

図６において、凸部２７は座部２８の中間位置に示されている。すなわち、凸部の２つの側面２９が、座部の対応する側面３１から離れている。基準線Ｒによって規定されるこの中間位置から、凸部２７は溝１１によって規定される平面内を、すなわち、溝の側面１５に平行に往復移動可能である。しかしながら、凸部は平面に垂直に動くことはできない。なぜならば、変形可能な脚部１３は、雄部分２２の側面２４に押され、直線的に雄部分を案内するためである。この点について、溝１１内の凸部２７の移動性は、凸部が自由に移動できるということを意味しないということが強調されるであろう。反対に、変形可能な脚部１３は、凸部及び交換式頭部が取り付けに関係していると考えられる任意の位置において凸部の加圧を保障する。したがって、交換式頭部の横変位は、交換式頭部が被削材の中心に位置決めされたときや、相当の切削力を受けたときに起きる。言い換えると、ドリルが被削材の中に入ることなく回転している限り、脚部は任意の与えられた位置で凸部をクランプする。

図７において、−切削力を受けた後−凸部２７が、右側の端に移動した状態が示されている。右側の端では、右側面２９が座部の右側面３１に対して接している。凸部が図６による位置から図７による位置まで動く距離ｄは、座部と凸部との間の寸法差を構成する。言い換えると、寸法ｄは、交換式頭部の半径方向の移動を規定するものと見なされることができる（移動性は直径２ｄ）。

溝の縦方向に見られる座部２８の幅と凸部の幅との間の差は、実際にドリルの直径に依存して変化する。より正確には、小径のドリルでは差が小さくなり、大径のドリルでは差が大きくなる。しかしながら、全ての場合において、座部の幅と凸部の幅との間の差を０．０２ｍｍにすべきである（ｄ＝０．０１ｍｍ）。他方、座部の幅は、凸部（ｄ＝０．１０ｍｍ）の幅よりも大きい約０．２ｍｍにすべきである。実際に、座部の幅と凸部の幅との間の差は、都合良くは０．０４〜０．１６ｍｍの範囲内にすることができ、好ましくは０．０７〜０．１３ｍｍにすることができる。

交換式頭部は、長さ２ｄによって決定された範囲内で半径方向に移動可能であるという事実によって、交換式頭部の自動調心が、被削材の芯出しに関係して可能となる。したがって、一つの理由又は他の理由、例えば、境界面の公差及び／又は小さい欠陥のため、交換式頭部に対する境界面の領域内における本体４の中心軸Ｃ４は、主軸３の中心軸と同心にならず、交換式頭部が、主軸の中心軸Ｃ３の伸びる方向で、直線によって規定されている中心に、芯出しされるだろう。これは、交換式頭部が被削材に入ったときや、交換式頭部の雄部分に対する脚部１３によって加圧されている力よりもかなり大きい力である切削力を受けたときに生じる。

図２〜７による工具において、座部２８はそっくりそのままスロット１２の一方の側に位置する底面１４の半分に配置され、凸部２７はこれに対応して横方向に配置されている。

図８を参照する。図８には、延長した座部２８がスロット１２を超えている他の実施形態が図示されている。より正確には、この場合の座部は、２つの同形の部分である凹みによって作られており、凹みはスロットの口元で上向きに開口形成されている。交換式頭部５の凸部２７は、側面２９間の凸部の幅が、側面３１間の座部の幅より小さいけれども、座部２８と同じような細長い基本形状をなしている。座部とともに細長い凸部は、交換式頭部５の動きの半径方向に対して垂直方向を向いているという事実によって、交換式頭部の２つの外側位置で止め具を形成する接触面２９，３１が拡大されている。

前に述べた実施形態と図８による実施形態の他の違いは、最後に述べる一つとして脚部１３の変形のための締付けねじを欠いているということである。その代わりに、断面視長円形状のキー孔が、脚部を曲げて離すことができる断面視長円形状のキーのためにスロット１２に隣接して形成されている。

図９では、発明の追加の他の実施形態が示されている。この場合に、座部２８は交換式頭部５の雄部分２２に形成されている。より正確には、座部２８は、細長い、断面視Ｖ形の溝の形態であり、面２３内の角さらであり、かつ、雄部分の全幅に跨って伸びている。凸部２７は、本体４の溝内に形成されている。より正確には、凸部は、断面視Ｖ形の隆起又は尾根の形状を成しており、溝の底面から突出している。都合が良いことに、尾根は、スロットによって分離されるけれども、溝の全幅に跨って延びている。上述したように、溝２８の幅は、雄部分２２が溝の中で短い距離を往復移動できるようにするために、尾根２７の幅より大きくなっている。

図１０〜１３を参照する。これらの図には、平面Ｐ内に向けられている本体４の溝１１が図示されている。図１３には、２つに等距離に分離した対称形の交換式頭部が示されている。すなわち、径方向に対向している切れ刃２１が、ＥＰで示される半径方向の面内に配置されている。平面ＥＰ内に交換式頭部の雄部分２２を向けることが理想的である。しかし、幾何学的構造の理由により、これは、難しく又は不可能である（切り屑排出溝１０，２０の構成に依存している）。したがって、通常は、雄部分が、半径方向面内ＥＰに対して一定の角度αで傾けられている。図１２の例では、約１５゜になるこの角度αは、できるだけ小さくすべきであり、全てのケースにおいて３０゜を超えることはない。適切には、この角度αは２０゜〜２５゜より小さくされるべきである。

図１３は、交換式頭部の他の実施形態を示す。この場合、雄部分２２は、図１２による雄部分に対して時計方向に回転している。また、この場合、角度αは３０゜を超えないようにすべきである。

本発明は、単に、上述され、図面で示された実施形態に制限されるものではない。したがって、付属の座部と同じ凸部の幾何学的形状は、次にクレームの範囲内でいろいろな方法により変えることができる。例えば、凸部と座部は、それぞれに、円柱状又は略円錐状の基本形状などの回転対称の基本形状とすることができる。

本発明によるドリルの形態をなし、想像線で示された工具本体を回転可能な機械主軸に取り付けている切削工具の斜視図である。 本発明による工具の第１の実施形態から分離された切削要素又は交換式頭部と本体の一部を示す拡大された分解斜視図である。 図２に示す本体の端面図である。 図２に示す交換式頭部の端面図である。 組み立てた状態における工具のＡ−Ａ線に沿って切断した縦断面図である。 交換式頭部と本体との間の境界部分、より正確には、座部に受け入れられる凸部の領域内で、座部に関して芯出しされている凸部を極端に拡大した断面図である。 図６に対応し、座部の中で後方に移動した位置にある凸部を示す断面図である。 図２に対応し、本発明による工具の第２の別の実施形態を示す分解斜視図である。 本発明の第３の別の実施形態を示す分解斜視図である。 本体の側面図である。 同じく本体の端面図である。 図１０及び図１１による本体と協働する交換式頭部の端面図である。 交換式頭部の他の実施形態の端面図である。

符号の説明

４ 本体
５ 交換式頭部（切削要素）
１１ 溝
１２ スロット
１３ 脚部
１４ 底面
１５ 側面
１９ 中心刃
２１ 切れ刃
２２ 雄部分
２３ 端面
２７ 凸部
２８ 座部

Claims (8)

1. 交換可能な切削要素（５）と本体（４）とを備え、
   前記切削要素は、雄／雌結合によって前記本体に対して堅固に連結可能であり、
   前記雄／雌結合は、一方において、本体の前端面に形成された雌型の溝（１１）であって、底面（１４）及び２つの側面（１５）によってその範囲が定められている該溝と、他方において、前記溝に挿入可能で、かつ、前記切削要素から後方に突出する雄部分（２２）であって、端面（２３）及び２つの側面（２４）を有する該雄部分とを含み、
   前記本体の前端面には前向きに開口を有するスロット（１２）が形成され、
   該スロットは、前記溝（１１）にクランプされた雄部分（２２）を保持するために、２つの弾性変形可能な脚部（１３）を分割し、
   前記端面及び底面（２３，１４）の一方の面には、他方の面上の凸部（２７）を受け入れるための座部（２８）が形成され、
   前記座部（２８）が前記凸部（２７）より大きく、前記溝（１１）の側面（１５）と前記雄部分（２２）の側面（２４）とに平行な方向で前記切削要素（５）が前記本体（４）に対して動くように、前記切削要素（５）の前記雄部分（２２）が前記本体（４）の前記溝（１１）の中で切削中において前記側面（１５）と前記側面（２４）とに平行な方向に往復移動可能とし、それによって前記切削要素（５）自身の芯出しを許容することを特徴とする、
   切り屑除去加工のための回転可能な工具。
2. 前記溝（１１）の長手方向に示される前記座部（２８）の幅が、前記凸部（２７）の幅より少なくとも０．０２ｍｍ大きいことを特徴とする、請求項１記載の切り屑除去加工のための回転可能な工具。
3. 前記溝（１１）の長手方向に示される前記座部（２８）の幅が、前記凸部（２７）の幅よりも略０．２０ｍｍ大きいことを特徴とする、請求項１又は２記載の切り屑除去加工のための回転可能な工具。
4. 前記切削要素（５）は、中心刃（１９）と、該中心刃から略半径方向に伸びる複数の切れ刃（２１）であって、互いに等間隔で離れている該切れ刃とによって、幾何学的な対称性を有していることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の切り屑除去加工のための回転可能な工具。
5. 前記凸部（２７）は前記雄部分（２２）の前記端面（２３）に形成され、一方、前記座部（２８）は前記溝（１１）の前記底面（１４）に形成されていることを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の切り屑除去加工のための回転可能な工具。
6. 前記座部（２８）は、全体的に、前記本体の前記２つの変形可能な脚部（１３）を分離する前記スロット（１２）のそばに配置されていることを特徴とする、請求項５記載の切り屑除去加工のための回転可能な工具。
7. 前記座部（２８）は、前記スロットの両側の部分的な凹みで形成されることによって、前記スロット（１２）に跨ることを特徴とする、請求項５記載の切り屑除去加工のための回転可能な工具。
8. 前記座部及び前記凸部は、細長い基本形状であり、前記溝（１１）及び前記雄部分（２２）の長手方向に垂直にそれぞれ延びていることを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載の切り屑除去加工のための回転可能な工具。

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