JP2012196729A

JP2012196729A - Rotary cutting tool with vibration-proof function

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Publication number: JP2012196729A
Application number: JP2011061569A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Onozuka; 英明小野塚; Takenao Yoshikawa; 武尚吉川; Masayuki Kyoi; 正之京井; Ippei Kono; 一平河野; Daisuke Tsutsumi; 大輔堤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2012-10-18

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotary cutting tool that effectively damps down the vibration of a tool occurring in a rotating axis direction in a blade edge of the tool to perform a cutting work with high efficiency without causing tool vibrations during the cutting work.SOLUTION: The rotary cutting tool in which cutting edges 13 are mounted to a disc-shaped body 11, is configured such that an annular groove is formed on an end surface side of the disc-shaped body 11; a ring-shaped weight 31 is provided into the groove via viscoelastic bodies 21; and the weight 31 is movable relatively to the body 11 in a rotating axis direction of the tool body.

Description

本発明は、回転する切削工具を走査することで被削材を切削加工する場合、その加工精度の低下や切削工具の破損などの不具合を生じる工具の振動を抑制する技術に関する。また、切削工具を用いて良好な表面粗さ、寸法精度で加工するための技術に関する。 The present invention relates to a technique for suppressing vibration of a tool that causes problems such as a reduction in processing accuracy and breakage of a cutting tool when a workpiece is cut by scanning a rotating cutting tool. Moreover, it is related with the technique for processing with favorable surface roughness and dimensional accuracy using a cutting tool.

回転する切削工具を用いた切削加工において、被削材や工具の動剛性が低い場合、あるいは切削工具と被削材の間に作用する切削力が大きい場合に、切削工具と被削材の間に相対的な振動が生じる。そして発生した振動により加工面にうねりが生じ、また、その表面粗さが増大し、所望の加工精度を得ることが出来なくなる。さらにまた、上記した振動が大きくなると切削工具自身の切れ刃が欠損する、あるいはその摩耗が増大するなどの不具合が生じ、最終的には切削工具自身が寿命にいたることになる。 In cutting using a rotating cutting tool, when the dynamic rigidity of the work material or tool is low, or when the cutting force acting between the cutting tool and the work material is large, between the cutting tool and the work material Relative vibration occurs. The generated vibration causes waviness on the processed surface, and the surface roughness increases, making it impossible to obtain a desired processing accuracy. Furthermore, when the vibration described above becomes large, there arises a problem such that the cutting edge of the cutting tool itself is lost or the wear thereof increases, and the cutting tool itself eventually reaches the end of its life.

深い溝や穴などを切削加工する際は、直径や幅などに比較して突出しの長い長尺工具が用いられる。長尺工具では、長手方向に垂直方向の剛性が低く、加工中は工具先端では長手方向垂直面内で振動変位しやすい。このような長尺切削工具で加工を行うと、加工中の工具先端の振動によって表面粗さや工具寿命の悪化を生じてしまう。このような場合における対応策としては、従来は切込み量を小さくするなど、加工条件を低下させて工具に作用する切削力が小さくなるようにして、振動を抑制する方法しかなかった。しかしこの方法では加工条件を低下させるため、切削加工に要する時間が増大し、生産性を悪化させてしまうという問題がある。 When cutting deep grooves and holes, a long tool with a longer protrusion than the diameter and width is used. The long tool has low rigidity in the direction perpendicular to the longitudinal direction, and during machining, the tip of the tool is likely to vibrate and displace in the longitudinal vertical plane. When processing is performed with such a long cutting tool, surface roughness and tool life are deteriorated due to vibration of the tool tip during processing. As countermeasures in such a case, conventionally, there has been only a method of suppressing vibration by reducing the cutting force acting on the tool by reducing the machining conditions such as reducing the cutting depth. However, this method has a problem in that the processing conditions are lowered, so that the time required for the cutting process increases and the productivity is deteriorated.

このような場合における対応策として、弾性体などを介して錘を工具本体に対して相対運動可能な状態で取付け、ダイナミックダンパを構成することで工具本体の振動を抑制する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、旋削加工用のバイトの外部に錘を取付けてバイト本体の振動を減衰させ、切込み量を減少させずに高い加工能率で切削する方法が提案されている。また特許文献２には、工具を回転させて被削材を切削する場合において、長尺工具に設けた中空部に錘を取付ける事で本体の振動を減衰させ、切込み量を減少させずに高い加工能率で切削する方法が提案されている。 As a countermeasure in such a case, there has been proposed a method of suppressing vibration of the tool main body by mounting a weight in a state capable of relative movement with respect to the tool main body via an elastic body or the like and configuring a dynamic damper. . For example, Patent Document 1 proposes a method in which a weight is attached to the outside of a turning tool to attenuate the vibration of the tool body, and the cutting is performed with high processing efficiency without reducing the cutting amount. Further, in Patent Document 2, when cutting a work material by rotating a tool, the vibration of the main body is attenuated by attaching a weight to a hollow portion provided in a long tool, and the amount of cutting is high without decreasing. A method of cutting with machining efficiency has been proposed.

特開２０００−７９５３３号公報JP 2000-79533 A 特願２００８−１００３３２号公報Japanese Patent Application No. 2008-1003002

上記した特許文献１では、旋削用バイト本体のたわみ振動を抑制するために、バイト本体の外側に錘を配置してダイナミックダンパを構成し、バイト本体の振動を減衰する構造が提案されている。この方式では、錘はバイト本体に対してばね、減衰器を介して接続されており、バイトがその長手方向に対して垂直面内で変位すると、錘はバイト本体に反力を加えることで振動を抑制することが可能になっている。この方式ではバイト本体の外側に錘を配置しているので、バイト本体よりも大きな錘を取付けることができ、ダイナミックダンパの減衰性能を高めることができるという利点がある。しかし、たとえば穴や溝などの狭い部分の加工を行う場合、錘に関しては被削材との干渉を生じない程度の大きさとする必要がある。 In Patent Document 1 described above, in order to suppress the flexural vibration of the turning tool body, a structure is proposed in which a weight is arranged outside the cutting tool body to form a dynamic damper to attenuate the vibration of the cutting tool body. In this system, the weight is connected to the bite body via a spring and an attenuator, and when the bite is displaced in a plane perpendicular to its longitudinal direction, the weight vibrates by applying a reaction force to the bite body. Can be suppressed. In this method, since the weight is disposed outside the bite body, there is an advantage that a larger weight than the bite body can be attached and the damping performance of the dynamic damper can be enhanced. However, for example, when processing a narrow portion such as a hole or groove, the weight needs to be large enough not to interfere with the work material.

また、上記した特許文献２では、長尺回転工具のたわみ振動を抑制するために、工具の内部に設けた中空部に錘を配置してダイナミックダンパを構成し、長尺回転工具本体の振動を減衰する構造が提案されている。この方式においては、錘は長尺工具本体に対して、ばね、減衰器を介して接続されている。長尺回転工具は、回転軸に対して垂直な面内、すなわち工具回転面内で振動しやすい。長尺工具本体が振動変位すると、内蔵された錘が長尺工具本体に対して反力を加えることで振動を抑制することが可能になっている。長尺工具は穴やポケットなど、狭い部分の加工に用いられるが、本方式では錘は工具本体に内蔵されており、加工時に被削材との干渉は生じない。しかし、工具内部に錘を内蔵する必要があるので、錘の大きさには制約が生じる。 Further, in Patent Document 2 described above, in order to suppress the flexural vibration of the long rotary tool, a weight is arranged in a hollow portion provided inside the tool to constitute a dynamic damper, and the vibration of the long rotary tool main body is reduced. Damping structures have been proposed. In this system, the weight is connected to the long tool body via a spring and an attenuator. The long rotary tool tends to vibrate in a plane perpendicular to the rotation axis, that is, in the tool rotation plane. When the long tool body is displaced by vibration, the built-in weight applies a reaction force to the long tool body, thereby suppressing vibration. Long tools are used for processing narrow parts such as holes and pockets. In this method, the weight is built in the tool body, and interference with the work material does not occur during processing. However, since it is necessary to incorporate a weight inside the tool, the size of the weight is limited.

これらの、錘を内蔵してダイナミックダンパを構成し、切削加工中の工具本体の振動を抑制する方法としては、従来は主として長尺工具のたわみ振動を減衰させる構造が用いられてきている。 As a method for configuring a dynamic damper with a built-in weight and suppressing vibration of a tool body during cutting, a structure that mainly attenuates flexural vibration of a long tool has been conventionally used.

しかし一方で、切削加工中に工具と被削材の間に相対的な振動を生じやすい場合として、回転切削工具において、工具長さに対して工具直径が大きい場合がある。このような場合、切削工具の取付け部を中心にした振り子運動や、工具本体の弾性変形によって切削工具の刃先部分では回転軸方向に振動変位が大きくなる。このため、回転軸と垂直面内で工具と錘が相対運動する従来の方式では、効果的に刃先での振動を抑制することができないという課題がある。 However, on the other hand, as a case where relative vibration is likely to occur between the tool and the workpiece during cutting, the tool diameter may be larger than the tool length in the rotary cutting tool. In such a case, the vibration displacement increases in the direction of the rotation axis at the cutting edge portion of the cutting tool due to the pendulum movement around the mounting portion of the cutting tool or the elastic deformation of the tool body. For this reason, in the conventional system in which the tool and the weight move relative to each other in a plane perpendicular to the rotation shaft, there is a problem that vibration at the blade edge cannot be effectively suppressed.

そこで本発明は、これらの課題を解決し、工具の刃先において回転軸方向に生じる工具の振動を効果的に減衰し、切削加工中に工具振動を生じずに高い能率で切削加工することができる回転切削工具を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention solves these problems, effectively attenuates the vibration of the tool that occurs in the direction of the rotation axis at the cutting edge of the tool, and can perform cutting with high efficiency without causing tool vibration during cutting. An object is to provide a rotary cutting tool.

上記の課題を解決するために、本発明では回転切削工具の端面側に錘を配置し、錘が工具本体に対して回転軸方向に相対運動可能な状態で取り付けられていることで、刃先での工具回転軸方向の振動を減衰させることを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problem, in the present invention, a weight is arranged on the end face side of the rotary cutting tool, and the weight is attached in a state of being able to move relative to the tool body in the direction of the rotation axis. It is characterized in that the vibration in the tool rotation axis direction is attenuated.

この発明の一つの態様では、円盤状の本体に切れ刃を取り付けた回転切削工具において、前記円盤状の本体の端面側に円環状の溝を形成し、当該溝に、粘弾性体を介してリング状の錘を設け、工具本体の回転軸方向に前記錘が前記本体と相対的に移動可能に構成する。 In one aspect of the present invention, in a rotary cutting tool in which a cutting blade is attached to a disk-shaped main body, an annular groove is formed on the end surface side of the disk-shaped main body, and the groove is interposed via a viscoelastic body. A ring-shaped weight is provided, and the weight is configured to be movable relative to the main body in the direction of the rotation axis of the tool main body.

上記したように、回転切削工具の端面側に、錘が工具本体に対して回転軸方向に相対運動可能な状態で取り付けられていることで、加工中に生じる刃先と被削材の相対振動を減衰させ、加工面の表面粗さや寸法精度の悪化、工具の欠損などを生じることなく、良好な状態で切削加工することが可能になった。また、切込み量など加工条件を大きくしても、工具と被削材の相対振動を生じずに加工でき、高い効率で切削加工することが可能となった。 As described above, the weight is attached to the end face side of the rotary cutting tool in a state in which the weight can be relatively moved with respect to the tool body in the direction of the rotation axis. It was made possible to perform cutting in a good state without being attenuated and causing the surface roughness and dimensional accuracy of the machined surface to deteriorate and the tool chipping. Further, even if the machining conditions such as the cutting depth are increased, machining can be performed without causing relative vibration between the tool and the work material, and cutting can be performed with high efficiency.

本発明の実施例の防振機構を備えた回転切削工具の構造を説明した図である。It is the figure explaining the structure of the rotary cutting tool provided with the vibration isolating mechanism of the Example of this invention. 本発明が適用される回転切削加工の一例を説明した図である。It is a figure explaining an example of the rotary cutting process to which this invention is applied. 切削工具を取付けたアーバが長い場合に、切削加工時に生じる工具振動の方向を説明した図である。It is a figure explaining the direction of the tool vibration which arises at the time of cutting when the arbor which attached the cutting tool is long. 工具突出し長さに比べて工具直径が大きい場合に生じる工具振動の方向を説明した図である。It is the figure explaining the direction of the tool vibration produced when a tool diameter is large compared with a tool protrusion length. 切削工具と座標系の関係を説明した図である。It is a figure explaining the relationship between a cutting tool and a coordinate system. 従来の切削工具において、ｘ方向に加振した場合の、ｘ，ｙ，ｚそれぞれの方向の変位の応答を示した図である。It is the figure which showed the response of the displacement of each direction of x, y, z at the time of vibrating in the x direction in the conventional cutting tool. 従来の切削工具において、ｚ方向に加振した場合の、ｘ，ｙ，ｚそれぞれの方向の変位の応答を示した図である。It is the figure which showed the response of the displacement of each direction of x, y, z at the time of vibrating in az direction in the conventional cutting tool. 工具直径方向に切削力が作用した場合に生じる、切削工具の本体の振動変位を説明した図である。It is a figure explaining the vibration displacement of the main body of a cutting tool which arises when cutting force acts on a tool diameter direction. 回転軸方向に切削力が作用した場合に、たわみ変形による切削工具の本体の振動を説明した図である。It is the figure explaining the vibration of the main body of the cutting tool by a bending deformation, when the cutting force acts on the rotating shaft direction. 本発明の実施例の防振機構を内蔵した回転切削工具の概要を説明した図である。It is the figure explaining the outline | summary of the rotary cutting tool incorporating the anti-vibration mechanism of the Example of this invention. 本発明の実施例の防振機構を備えた切削工具の断面図である。It is sectional drawing of the cutting tool provided with the vibration proof mechanism of the Example of this invention. 本発明の振動系のモデルを説明する図である。It is a figure explaining the model of the vibration system of this invention. 工具本体と錘の振動状態を解析した図である。It is the figure which analyzed the vibration state of a tool main part and a weight. 工具本体と錘の振動状態を解析した図である。It is the figure which analyzed the vibration state of a tool main part and a weight. 工具本体と錘の振動状態を解析した図である。It is the figure which analyzed the vibration state of a tool main part and a weight. 本発明の防振機構を内蔵した回転切削工具の周波数応答を説明した図である。It is a figure explaining the frequency response of the rotary cutting tool incorporating the vibration isolating mechanism of this invention. 本発明の他の実施例の回転切削工具の構造を説明した図である。It is the figure explaining the structure of the rotary cutting tool of the other Example of this invention. 本発明の他の実施例の回転切削工具の構造を説明した図である。It is the figure explaining the structure of the rotary cutting tool of the other Example of this invention. 本発明の他の実施例の防振機構を備えた回転切削工具の構造を説明した図である。It is the figure explaining the structure of the rotary cutting tool provided with the vibration isolating mechanism of the other Example of this invention.

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

大形の部品を製造するために、回転する切削工具を被削材に切込みながら相対的に移動させることで、被削材を除去して、設計形状、寸法に加工することが行われる。例えば、図２に示したように、切削工具１は、回転しながら工作機械のｘ軸（テーブル移動軸）５１、ｙ軸（水平移動軸）５２、ｚ軸（上下移動軸）５３の駆動によって移動し、テーブル上に取付けられた被削材３を加工する。この際に、図３に示したように、工具１の直径Ｄに対して、アーバ（取付け部）２の長さＬが長い状態では、加工中に被削材３から受ける切削力によってアーバ２にたわみが生じ、図中に示した矢印の方向、すなわち回転工具１の回転面内での振動が生じやすい。加工中に回転面内で工具１の振動が生じると、加工表面の粗さの劣化、寸法精度の劣化、および切れ刃の損傷が生じることになり、良好な状態での切削ができない。一方で、図４に示したように、アーバを用いずに工具の突出し長さＬが短い状態で切削加工する場合においても、工具１１の直径Ｄが大きい場合には、切削加工中に被削材３から受ける切削力によって、図中の矢印の方向、すなわち工具回転軸方向の振動が生じやすい。 In order to manufacture a large part, a rotating cutting tool is relatively moved while being cut into the work material, so that the work material is removed and processed into a design shape and dimensions. For example, as shown in FIG. 2, the cutting tool 1 is rotated by driving an x-axis (table movement axis) 51, a y-axis (horizontal movement axis) 52, and a z-axis (vertical movement axis) 53 of the machine tool. It moves and processes the work material 3 attached on the table. At this time, as shown in FIG. 3, when the length L of the arbor (attachment portion) 2 is longer than the diameter D of the tool 1, the arbor 2 is cut by the cutting force received from the work material 3 during machining. Therefore, vibration in the direction of the arrow shown in the drawing, that is, in the rotation surface of the rotary tool 1 is likely to occur. If the vibration of the tool 1 is generated in the rotating surface during the processing, the processing surface is deteriorated in roughness, the dimensional accuracy is deteriorated, and the cutting edge is damaged, and cutting in a good state cannot be performed. On the other hand, as shown in FIG. 4, even when cutting is performed with the tool protruding length L being short without using an arbor, when the tool 11 has a large diameter D, the workpiece is cut during cutting. The cutting force received from the material 3 tends to cause vibration in the direction of the arrow in the drawing, that is, in the direction of the tool rotation axis.

図５はこのような直径の大きい工具の形態を説明した図である。切削工具の本体１１には、複数の切れ刃、すなわちインサート１３が取付けられている。図５において、この回転切削工具１１の回転軸方向をｚ軸とし、ｘおよびｙ軸で決定する平面内で工具は回転する。工具本体１１は例えば直径が２５０ｍｍで、厚さが５０ｍｍの円盤状になっている。この図５において、インサート１３に、図中に示したｘ軸方向にインパルス波形の切削力を加えたときの、計測する位置１５におけるｘ、ｙ、およびｚ軸方向のコンプライアンス（振動変位と加振力の比）の周波数応答を図６に示している。ここで、計測する位置１５において、ｘ軸方向は半径方向を、ｙ軸方向は接線方向を示す。図６の結果より、ｘ軸方向に切削力を加えているものの、ｘ軸方向よりもｚ軸方向のコンプライアンスの方が大きくなっている。 FIG. 5 is a diagram for explaining the form of such a tool having a large diameter. A plurality of cutting edges, that is, inserts 13 are attached to the main body 11 of the cutting tool. In FIG. 5, the rotation axis direction of the rotary cutting tool 11 is the z axis, and the tool rotates in a plane determined by the x and y axes. The tool body 11 has a disk shape with a diameter of 250 mm and a thickness of 50 mm, for example. In FIG. 5, compliance (vibration displacement and excitation) in the x, y, and z axis directions at the measurement position 15 when an impulse waveform cutting force is applied to the insert 13 in the x axis direction shown in the figure. The frequency response of the force ratio is shown in FIG. Here, at the measurement position 15, the x-axis direction indicates the radial direction, and the y-axis direction indicates the tangential direction. From the results of FIG. 6, although the cutting force is applied in the x-axis direction, the compliance in the z-axis direction is larger than that in the x-axis direction.

図７は、図５においてインサート１３に図中のｚ方向のインパルス波形の切削力を加えたときの、計測する位置１５におけるｘ，ｙ，ｚ軸方向のコンプライアンスの周波数応答を示したものである。この結果より、ｚ軸方向に切削力を加えたことにより、ｚ軸方向に最も大きな変位を生じていることがわかる。 FIG. 7 shows the frequency response of compliance in the x, y, and z axis directions at the measurement position 15 when a cutting force having an impulse waveform in the z direction in FIG. 5 is applied to the insert 13 in FIG. . From this result, it is understood that the largest displacement is generated in the z-axis direction by applying the cutting force in the z-axis direction.

図８に示したように、工具突出し長さと比較して工具直径が大きい場合、工具１１の外径に工具直径方向に力Ｆが作用することにより、図中のＡ点を中心に工具全体が振り子運動すると仮定する。このときに工具の突出し長さと半径が同じであれば、図中に示したように工具中心における工具半径方向すなわちｘ方向の変位δｘと、工具軸方向の変位δｚは等しくなる。工具の突出し長さよりも工具半径の方が大きい場合には、δｚの方が大きくなるため、切削加工によって工具の半径方向、すなわちｘ方向に切削力が作用しても、切れ刃先端においては工具の回転軸方向、すなわちｚ方向に振動変位が大きくなってしまう。一方で図９に示したように、工具の最外径部分に回転軸方向すなわちｚ方向の切削力が作用した場合、本発明で対象としている形状の切削工具では直径が２５０ｍｍ、厚さが５０ｍｍと薄いので、上記の振動変位に加えて工具の本体１１がたわみ変形することによって切れ刃はｚ方向に振動してしまう。このように突出し長さと比較して、直径の大きな工具によって被削材を切削加工すると、切れ刃部分においては回転軸の方向に振動が生じやすくなる。 As shown in FIG. 8, when the tool diameter is larger than the tool overhang length, the force F acts on the outer diameter of the tool 11 in the tool diameter direction, so that the entire tool is centered on the point A in the figure. Assume a pendulum movement. At this time, if the protruding length and radius of the tool are the same, as shown in the drawing, the displacement δx in the tool radius direction at the center of the tool, that is, the displacement δx in the x direction is equal to the displacement δz in the tool axis direction. When the tool radius is larger than the protruding length of the tool, δz becomes larger. Therefore, even if the cutting force acts in the radial direction of the tool, that is, in the x direction by cutting, the tool is applied at the tip of the cutting edge. The vibration displacement increases in the direction of the rotation axis, that is, in the z direction. On the other hand, as shown in FIG. 9, when a cutting force in the rotation axis direction, that is, the z direction is applied to the outermost diameter portion of the tool, the cutting tool having the shape of the present invention has a diameter of 250 mm and a thickness of 50 mm. Therefore, the cutting edge vibrates in the z direction when the tool body 11 is bent and deformed in addition to the vibration displacement described above. When the work material is cut with a tool having a large diameter as compared with the protruding length as described above, vibration tends to occur in the direction of the rotation axis at the cutting edge portion.

そこで本発明では、図１０に示したように切削工具の本体１１の端面側に溝が設けられており、その内部に錘３１が配置されている構造とすることで、本体１１の回転軸方向の振動を減衰することを可能にしている。錘３１は本体１１に対して内蔵されているので、加工中に錘３１が被削材と干渉することなく切削可能になっている。 Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 10, a groove is provided on the end face side of the main body 11 of the cutting tool, and the weight 31 is arranged inside thereof, so that the rotation axis direction of the main body 11 is It is possible to damp vibrations. Since the weight 31 is built in the main body 11, the weight 31 can be cut without interfering with the work material during processing.

図１１は、図１０の断面図を示している。この図に示したように、切削工具の本体１１には切れ刃（インサート）１３が取り付けられている。工具本体１１の端面側には円環状の溝が設けられている。この溝の内部には、リング状の錘３１が配置さており、ボルト２２、および粘弾性体のリング２１を介して工具本体１１に取付けられている。工具本体１１は直径２５０ｍｍ、厚さ５０ｍｍの円盤状であり、端面側の溝は直径１９０ｍｍ、深さ３０ｍｍとなっている。錘３１は直径１８０ｍｍ、厚さ２５ｍｍの円盤状である。錘の質量を大きくすることで、高い減衰性能を得ることが可能であるために、材質は鉄系材料の約２倍の比重を持つタングステン焼結体（比重１５）を用いている。また、粘弾性体は直径２２ｍｍ、厚さ５ｍｍのリング状であり、ヤング率１０００ｋｇｆ／ｍｍ^２、減衰比０．３の防振ゴムを用いている。 FIG. 11 shows a cross-sectional view of FIG. As shown in this figure, a cutting blade (insert) 13 is attached to the main body 11 of the cutting tool. An annular groove is provided on the end face side of the tool body 11. A ring-shaped weight 31 is disposed inside the groove, and is attached to the tool body 11 via a bolt 22 and a viscoelastic ring 21. The tool body 11 has a disk shape with a diameter of 250 mm and a thickness of 50 mm, and the groove on the end face side has a diameter of 190 mm and a depth of 30 mm. The weight 31 has a disk shape with a diameter of 180 mm and a thickness of 25 mm. Since a high damping performance can be obtained by increasing the mass of the weight, a tungsten sintered body (specific gravity 15) having a specific gravity approximately twice that of an iron-based material is used. The viscoelastic body has a ring shape with a diameter of 22 mm and a thickness of 5 mm, and uses a vibration-proof rubber having a Young's modulus of 1000 kgf / mm ² and a damping ratio of 0.3.

図１に示したように錘３１には同心円上に４か所の穴およびざぐりが設けられており、ざぐりの内部にリング状の粘弾性体２１を挿入し、ボルト２２によって錘は本体１１に取付けられる。この際に、錘３１のざぐりの直径と、粘弾性体のリング２１の外径は等しくなっており、また粘弾性体のリング２１の内径とボルト２２の直径は等しくなっているので、錘３１は工具本体１１と同じ回転軸となるように配置される。このことによって、錘の中心位置のずれによるアンバランスを生じることなく錘を工具本体１１の内部に設置することができ、工具回転時の振動を小さくすることができる構造となっている。また、同心円上に設けた４か所をボルト２２で固定する際に、粘弾性体２１を変形させて締め込むことで、工具本体１１、粘弾性体２１、錘３１、ボルト２２には適切な与圧が作用し、変形した状態となっている。すなわち、錘３１が工具の回転軸方向の一方に移動すると、一方の粘弾性体リングは錘に圧迫されて圧縮し、反対側の粘弾性体リングは圧迫が開放されて伸長することになるが、双方の粘弾性体リングともにボルト２２によって予め圧縮された状態であるために、錘の移動によって錘３１、粘弾性体２１、工具本体１１の接触が分離することはない。
図１２は、工具本体１１、錘３１および粘弾性体からなる振動系のモデルを示す。以上の構造となっていることにより、工具本体１１と錘３１の振動のモードは図１２に示したようになっている。工具本体１１は図中のｘ−ｚ平面内で点Ａを中心に振り子運動するモードで振動する。錘３１は、工具本体１１に対して両側でばね２５、減衰器２７を介して接続されている。一方のばね２５および減衰器２７が伸長すると、もう一方のばね２５と減衰器２７は圧縮する振動モードとなることで、錘３１が本体１１と逆の位相で振動する。この作用によって工具本体１１の振り子運動の振動モードを減衰させることができるようになっている。 As shown in FIG. 1, the weight 31 is provided with four holes and counterbore on a concentric circle. A ring-shaped viscoelastic body 21 is inserted into the counterbore, and the weight is attached to the main body 11 by bolts 22. Mounted. At this time, the counterbore diameter of the weight 31 and the outer diameter of the viscoelastic body ring 21 are equal, and the inner diameter of the ring 21 of the viscoelastic body and the diameter of the bolt 22 are equal. Are arranged so as to have the same rotational axis as the tool body 11. As a result, the weight can be installed inside the tool body 11 without causing an unbalance due to the shift of the center position of the weight, and the vibration during tool rotation can be reduced. Further, when the four locations provided on the concentric circles are fixed with the bolts 22, the viscoelastic body 21 is deformed and tightened so that the tool body 11, the viscoelastic body 21, the weight 31, and the bolt 22 are appropriate. The pressure is applied and it is in a deformed state. That is, when the weight 31 moves to one side in the direction of the rotation axis of the tool, one viscoelastic body ring is compressed by being compressed by the weight, and the opposite viscoelastic body ring is expanded by being released from the pressure. Since both the viscoelastic rings are pre-compressed by the bolts 22, the movement of the weight does not separate the contact between the weight 31, the viscoelastic body 21, and the tool body 11.
FIG. 12 shows a vibration system model including the tool body 11, the weight 31, and a viscoelastic body. Due to the above structure, the vibration modes of the tool body 11 and the weight 31 are as shown in FIG. The tool body 11 vibrates in a mode in which the pendulum moves around the point A in the xz plane in the drawing. The weight 31 is connected to the tool body 11 on both sides via a spring 25 and an attenuator 27. When one spring 25 and the attenuator 27 are extended, the other spring 25 and the attenuator 27 are in a vibration mode in which they are compressed, so that the weight 31 vibrates in a phase opposite to that of the main body 11. By this action, the vibration mode of the pendulum motion of the tool body 11 can be attenuated.

図１３、図１４、および図１５は、有限要素法によって工具本体１１と錘３１の振動状態を解析した図である。１３００Ｈｚの周波数において、図１３に示したように工具本体１１の上端がｚ＋方向に移動したときに、錘３１の上端はｚ−方向に移動して、工具本体の運動に対して反対の力を及ぼしている。図１４は振動の中間状態を示しており、図１５は図１３と反対方向に工具本体１１と錘３１が移動した状態を示している。これらの図に示してあるように、本体１１が振動するときに、錘３１は工具本体１１とは逆の位相で振動し、本体の変位に対して反対方向の力を及ぼすことによって振動を減衰することができるのである。 FIGS. 13, 14 and 15 are diagrams in which the vibration states of the tool body 11 and the weight 31 are analyzed by the finite element method. At the frequency of 1300 Hz, as shown in FIG. 13, when the upper end of the tool body 11 moves in the z + direction, the upper end of the weight 31 moves in the z− direction, and exerts a force opposite to the movement of the tool body. It is exerting. FIG. 14 shows an intermediate state of vibration, and FIG. 15 shows a state where the tool body 11 and the weight 31 have moved in the opposite direction to FIG. As shown in these drawings, when the main body 11 vibrates, the weight 31 vibrates in a phase opposite to that of the tool main body 11, and the vibration is attenuated by exerting a force in the opposite direction to the displacement of the main body. It can be done.

図１６は、直径２５０ｍｍの回転切削工具について、以上に説明した防振機構を内蔵したことによる、工具回転軸方向、すなわちｚ軸方向のコンプライアンスを示したものである。従来の切削工具では固有振動数１３００Ｈｚにおいて、コンプライアンスは約６×１０^−８ｍ／Ｎであったが、防振機構を内蔵したことで、コンプライアンス最大値は２×１０^−８ｍ／Ｎと、１／３に小さくすることができている。これにより動剛性を約３倍に向上することができており、切削加工時の切込みを３倍に向上することが可能になったのである。 FIG. 16 shows the compliance in the tool rotation axis direction, that is, the z-axis direction due to the incorporation of the vibration-proofing mechanism described above for the rotary cutting tool having a diameter of 250 mm. In a conventional cutting tool, the compliance was about 6 × 10 ⁻⁸ m / N at a natural frequency of 1300 Hz, but by incorporating a vibration isolation mechanism, the maximum compliance value was 2 × 10 ⁻⁸ m / N, It can be reduced to 1/3. As a result, the dynamic rigidity can be improved by about 3 times, and the depth of cut at the time of cutting can be improved by 3 times.

以上に説明した実施例においては、錘３１はタングステン焼結体を直径１８０ｍｍのリング状に加工したものを用いている。一方で、さらに工具本体の直径が大きい場合には、防振性能を確保するために錘も直径の大きなものを用いる必要が生じる。しかし、大径の焼結体を製作するには、成形金型や、焼結の炉にも大きな寸法のものを用いる必要が生じる。このため、工具本体の直径を大きくすると、錘の製作に関わるコストが増大してしまう課題がある。これを解決するために、本発明では、図１７に示したように、錘を分割して製作し、組立て時に一体化することも可能である。本実施例では、中心角９０°となるように４分割した錘３３をタングステン焼結体で製作し、錘取付け板３４に取付けて図１８に示したように一体化している。一体化に当っては、それぞれの接続面を接着しているが、ボルトでの取付け、ロウ付けなどでも構わない。この構造を採用することにより、大きな寸法の錘であっても安価に製造することが可能となるのである。 In the embodiment described above, the weight 31 is a tungsten sintered body processed into a ring shape having a diameter of 180 mm. On the other hand, when the diameter of the tool main body is larger, it is necessary to use a weight having a large diameter in order to ensure vibration-proof performance. However, in order to manufacture a large-diameter sintered body, it is necessary to use a large-sized sintered mold and a sintering furnace. For this reason, when the diameter of a tool main body is enlarged, there exists a subject which the cost regarding manufacture of a weight will increase. In order to solve this, in the present invention, as shown in FIG. 17, it is also possible to divide and manufacture the weight and to integrate it at the time of assembly. In the present embodiment, the weight 33 divided into four so as to have a central angle of 90 ° is manufactured from a tungsten sintered body, and is attached to the weight mounting plate 34 and integrated as shown in FIG. In the integration, each connection surface is bonded, but it may be attached with a bolt or brazed. By adopting this structure, even a large weight can be manufactured at low cost.

また、本発明の他の実施形態では図１９に示したように粘弾性体のプレート２３を切削工具本体１１と錘３１の間に挿入して用いている。この方法においても、錘３１は工具本体１１に対して相対的に振動することが可能であり、本体の振動を吸収できる構造となっている。この実施形態では粘弾性体のプレート全周が錘と接しているので、振動特性の異方性が少なく、工具回転時の振動抑制効果の安定性が高い。 In another embodiment of the present invention, a viscoelastic plate 23 is inserted between the cutting tool body 11 and the weight 31 as shown in FIG. Also in this method, the weight 31 can vibrate relative to the tool body 11 and has a structure capable of absorbing the vibration of the body. In this embodiment, since the entire plate circumference of the viscoelastic body is in contact with the weight, there is little anisotropy of vibration characteristics, and the stability of the vibration suppression effect during tool rotation is high.

また、先の実施形態では、４か所のボルトで錘を固定しているが、これに限られるものではなく、例えば、工具の回転軸に設けた１つの固定具で、粘弾性体を介して固定するようにしてもよい。 In the previous embodiment, the weight is fixed with four bolts. However, the present invention is not limited to this. For example, a single fixture provided on the rotating shaft of the tool may be used via a viscoelastic body. May be fixed.

また、複数のボルトで錘を固定する場合には、複数のボルトを同心円上において等間隔に設けるのが、振動特性からみて、好ましい。 In addition, when the weight is fixed with a plurality of bolts, it is preferable from the viewpoint of vibration characteristics that the plurality of bolts be provided at equal intervals on a concentric circle.

本発明によれば、長さに対して比較的直径の大きい回転切削工具を用いて、工具の端面側で切削加工を行う際に、工具本体の端面に設けた中空部に、工具回転軸方向に工具本体と相対運動可能な状態で錘を内蔵することで、工具切れ刃において工具回転軸方向の振動を減衰させ、振動を抑制し、効率良く、かつ安定して切削加工する工具を提供することができ、その結果として製品のコスト低減や加工精度の向上、および製造に関わる消費エネルギの低減に寄与することが可能であって、工業産業利用上に貢献するものである。 According to the present invention, when a rotary cutting tool having a relatively large diameter with respect to the length is used to perform cutting on the end surface side of the tool, the hollow portion provided on the end surface of the tool body is provided with the tool rotation axis direction. By providing a built-in weight in a state in which the tool can move relative to the tool body, the tool cutting blade attenuates vibration in the direction of the tool rotation axis, suppresses vibration, and provides a tool that performs cutting efficiently and stably. As a result, it is possible to contribute to the reduction of the cost of the product, the improvement of the processing accuracy, and the reduction of the energy consumption related to the production, which contributes to the industrial industrial use.

１切削工具
２アーバ
３被削材
１１切削工具本体
１２切削工具の取付け部
１３インサート
１５周波数応答を計測する位置
２１粘弾性体Ｏリング
２２ボルト
２３粘弾性体プレート
２５ばね
２７減衰器
３１錘
３３分割した錘
３４錘取付け板
５１工作機械のｘ軸
５２工作機械のｙ軸
５３工作機械のｚ軸 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cutting tool 2 Arbor 3 Work material 11 Cutting tool main body 12 Cutting tool attachment part 13 Insert 15 Position to measure frequency response 21 Viscoelastic body O-ring 22 Bolt 23 Viscoelastic body plate 25 Spring 27 Attenuator 31 Weight 33 Division Weight 34 Weight mounting plate 51 Machine tool x-axis 52 Machine tool y-axis 53 Machine tool z-axis

Claims

円盤状の本体に切れ刃を取り付けた回転切削工具において、
前記円盤状の本体の端面側に、粘弾性体を介してリング状の錘を設け、工具本体の回転軸方向に前記錘が前記本体と相対的に移動可能に構成した回転切削工具。 In a rotary cutting tool with a cutting edge attached to a disk-shaped body,
The rotary cutting tool which provided the ring-shaped weight through the viscoelastic body in the end surface side of the said disk shaped main body, and comprised the said weight so that the said weight could move relatively with respect to the said main body.

請求項１記載の回転切削工具において、
前記円盤状の本体の端面側に円環状の溝を形成し、当該溝に、前記リング状の錘を配置したことを特徴とする回転切削工具。 The rotary cutting tool according to claim 1,
A rotary cutting tool, wherein an annular groove is formed on an end surface side of the disk-shaped main body, and the ring-shaped weight is disposed in the groove.

請求項１または請求項２に記載の回転切削工具において、
工具突き出し長さと比較して工具直径が大きいことを特徴とする回転切削工具。 In the rotary cutting tool according to claim 1 or 2,
A rotary cutting tool characterized in that the tool diameter is larger than the tool protrusion length.

請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の回転切削工具において、
前記リング状の錘を、同心円上に設けた複数のボルトによって、前記本体に取り付けたことを特徴とする回転切削工具。 The rotary cutting tool according to any one of claims 1 to 3,
A rotary cutting tool, wherein the ring-shaped weight is attached to the main body by a plurality of bolts provided on concentric circles.

請求項４に記載の回転切削工具において、
前記複数のボルトのそれぞれに、粘弾性体のリングを介在させたことを特徴とする回転切削工具。 The rotary cutting tool according to claim 4,
A rotary cutting tool characterized in that a viscoelastic ring is interposed in each of the plurality of bolts.

請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載の回転切削工具において、
前記粘弾性体を、リング状のプレートとしたことを特徴とする回転切削工具。 In the rotary cutting tool according to any one of claims 1 to 4,
A rotary cutting tool, wherein the viscoelastic body is a ring-shaped plate.

請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の回転切削工具において、さらに、
前記リング状の錘に穴とざぐりを設け、該ざぐりの内部にリング状の粘弾性体を設け、穴に貫通させたボルトで前記粘弾性体を締め込むことで、前記錘および前記粘弾性体を適切な与圧で固定するように構成したことを特徴とする回転切削工具。 The rotary cutting tool according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
By providing a hole and a counterbore in the ring-shaped weight, providing a ring-shaped viscoelastic body inside the counterbore, and tightening the viscoelastic body with a bolt that penetrates the hole, the weight and the viscoelastic body A rotary cutting tool configured to be fixed at an appropriate pressure.

請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の回転切削工具において、
複数個に分割された部材を取付け板に接続することで一体のリング状の錘を形成することを特徴とする回転切削工具。 The rotary cutting tool according to any one of claims 1 to 3,
A rotating cutting tool characterized in that a ring-shaped weight is formed by connecting a plurality of divided members to a mounting plate.