JP2012512755A - 細長い着座パッドを備えた工具ホルダおよび工具ホルダアセンブリ - Google Patents
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Abstract
工具ホルダ(10)は、両面オンエッジ型切削インサート(25)を受け入れるように適合されたポケット(20)を有し、インサートの各側面(37a〜37d)のコーナー(39a〜39d)は互いに対して半径方向にシフトしており、工具ホルダ(10)は、好ましくは切削インサートの側面の周囲に取り付けられた取付パッド(78、80)を有する。インサート(25)のコーナー(39a〜39d)に対する逃げ領域が、工具ホルダ(10)のポケット(20)内の支持パッド(78、80)の長さを最大限にするように選択的に作製される。
Description
本発明は、金属加工作業用の工具ホルダに関し、特に、細長い着座パッドを備えたポケットを有し、着座パッドがポケット内に取り付けられた切削インサートの適合する着座パッドを受け入れる、工具ホルダに関する。
大部分の金属加工作業の目的は、最短の時間でかつ早期の工具破損をもたらすことのない方法で所要の機械加工作業を行うことである。特に、フライス盤のポケット内でオンエッジ型(on−edge)切削インサートを用いるフライス加工作業では、これらインサートをポケット内に確実に取り付ける必要がある。通常、こうしたオンエッジ型インサートは、支持されるためにポケット内の着座パッドと接触する側面を有している。しかしながら、工具ホルダのポケット内に取り付けられるオンエッジ型切削インサートを例示する米国特許第3,490,117号明細書に示すように、固有の問題が発生する。複数の切削エッジを備えた両面切削インサートを提供するために、単一のコーナーに対し、インサートの一方の面の切削エッジが、他方の面のそれらの切削エッジに対して角度がシフトしている。これにより、オフセット切削エッジを備えたコーナーがもたらされ、工具ホルダのポケットを、これらコーナーに対してクリアランスを提供するように形成しなければならない。これにより、切削インサートのコーナーに対して適切なクリアランスが提供されるが、工具ホルダポケットの着座面が短くなるという犠牲を払うことになり、それによって、切削インサートに対し本来提供され得るほどの支持が提供されない。
工具ホルダのポケット内の着座面の長さを犠牲にすることなく、こうしたオンエッジ型インサートを収容する設計が必要とされている。
本発明の一実施形態は、金属加工作業で使用される工具ホルダに関し、本工具ホルダは、深さを有しかつ中心面を中心に第1セグメントおよび対向する第2セグメントを有し、中心軸がそれらを貫通する、オンエッジ型切削インサートを保持するように適合される。インサートの各セグメントは、少なくとも3つの側面と、端部切削エッジを画定する関連するコーナーとを有し、各セグメントは、互いに対して半径方向にずれている。本工具ホルダは、長手方向軸に沿って延在しかつ第1端部を有する本体と、第1端部内に延在するポケットとを有し、ポケットは、少なくとも2つの側面と、その内部に保持されるように意図された切削インサートの全体的な形状および深さとを有し、少なくとも2つの側面は、ポケットコーナーを画定するように交差する。ポケットは、ポケットコーナー内に位置しかつ第1セグメントのセグメントコーナーに関連する主深逃げ領域を有し、主深逃げ領域は、ポケット内に保持されるように意図された切削インサートの深さまで実質的に延在する。ポケットはまた、同じポケットコーナー内に位置しかつ第2セグメントのセグメントコーナーに関連する主浅逃げ領域も有し、主浅逃げ領域は、第2セグメントのセグメントコーナーのみを収容するように適合され、第2セグメントの深さまでしか延在しない。支持パッドが、第1セグメントと第2セグメントとの間に第3セグメントを画定するポケットの少なくとも2つの側面の各々から延在する。
図1は、長手方向軸15に沿って延在しかつ第1端部17を有する本体12を有する工具ホルダ10を示す。工具ホルダ本体12の外周には複数のポケット20が延在しており、これらポケット20の各々の中に切削インサート25が取り付けられている。切削インサート25はオンエッジ型切削インサートであり、それにより、切削インサート25の両面30とは対照的に端部27に主切削エッジが配置されている。オンエッジ型切削インサートの場合、各面の表面積は、端部27のうちのいずれの表面積よりも著しく大きい。
フライス盤によっては、異なるポケット内に異なるタイプの切削インサートが挿入される場合もあるが、説明の目的で且つ本明細書に示すように、切削インサート25のすべてが同一であり、ポケット20は同一であり、それにより、他のものも同一であると理解して、単一切削インサート25および単一ポケット20のみについて説明する。
図3に注意を向けると、本工具ホルダ10で使用することができる典型的なオンエッジ型切削インサート25は、深さDを有し、中心面55を中心に第1セグメント35および対向する第2セグメント45を有しており、中心軸57がそれらを貫通している。特に、インサート25が中心面55に沿って半分に切断され、セグメント45が裏返されてセグメント35に隣接して配置された場合、2つのセグメントは同一であるように見える。説明のために、図1〜図3に、共通のコーナーAをマークした。図2および図3に示すように、下部セグメントと想定することができる第1セグメント35は、4つの側面37a、37b、37c、37d(図2)と、端部切削エッジ40a、40b、40c、40dを画定する関連するコーナー39a、39b、39c、39dとを有している。これらの面を識別するのを容易にするために、各側面の参照番号を2つの位置で使用している。対応して、上部セグメントと想定することができる第2セグメント45は、4つの側面47a、47b、47c、47dと、端部切削エッジ50a、50b、50c、50dを画定する関連するコーナー49a、49b、49c、49dとを有している。
図2に示すように、第1セグメント35は、中心軸57を中心に第2セグメント45に対して角度X、半径方向にずれている。Xは、1〜4度の範囲であってもよく、本明細書に示すように、およそ2.5度である。
60として識別し図2Bに拡大している丸で囲んだ部分に注意を向けると、本発明の重要な特徴は、工具ホルダが、互いにずれている第1セグメント35のコーナー39aと第2セグメント45のコーナー49aとを収容する方法である。
図3に示すように、切削インサート25の第1セグメント35は、全体深さDの半分である深さD/2を有している。第2セグメント45もまた、全体深さDの半分である深さD/2を有している。
インサート25は、ポケット20内に3つの位置で支持されている。この第1面は、平面64と同一であるがインサートの反対側にある平面であり、ポケット20の床部70に支持されている。さらに、切削インサート25上に4つの取付面75a、75b、75c、75dがあり、それらは、他の2つの面を提供するように、ポケット20の第1側面82および第2側面84から延在する支持パッド78、80に取り付けられるのに適している。支持パッド80を軸方向支持パッドと呼ぶことも可能であり、それは、それがフライス盤10の長手方向軸15に沿って負荷を支持するためである。さらに、支持パッド78を接線方向支持パッドと呼ぶことも可能であり、それは、それが長手方向軸15に対して接線方向の負荷を支持するためである。切削インサート25の取付面75a、75b、75c、75dは、第1セグメント35と第2セグメント45との間に位置する第3セグメント76を画定する。
ポケット70は、その中に保持されるように意図されている切削インサート25の全体的な形状および深さを有しており、2つの側面78、80は交差してポケットコーナー86を画定している。上述したように、インサート25に対するポケット20内の支持面は、ポケット床部70、支持パッド78および支持パッド80である。工具ホルダが図1に示すフライス盤である場合、機械加工作業中に生成される力の大部分は、コーナー49cを介して支持パッド78に伝達され、二次的な力は支持パッド80に伝達される。
ポケット20の床部70内に、インサート25の中心ボア90内を通過するインサート保持ねじ(図示せず)を受け入れるためのねじ切りボア88(図3)があることが留意されるべきである。概して、インサートねじは、インサート25をポケット20内に配置するように意図されており、金属加工作業によってもたらされる著しい力を吸収するようには意図されていない。その結果、切削作業中に生成される力の大部分は、支持パッド78、80に加えられ、これら支持パッド78、80の各々が、インサート25の関連する取付面75a、75bの可能な限り広い表面積に接触することが非常に重要である。言い換えれば、2つの支持パッド78、80が可能な限り長く、同時に、切削インサート35のコーナー39aおよび49a等のインサートコーナーに必要なクリアランスが提供されることが重要である。
図3に注意を向けると、切削インサート25がポケット内に取り付けられ、支持パッド78および支持パッド80が切削インサート25の適切な取付面75a、75bに係合するために、ポケット20は、切削インサート25のコーナー(50aを図示)に対して逃げ領域を有している必要がある。1つのコーナー86をすでに識別している。図2Bは、ポケット20のコーナー86内に位置する切削インサート25の部分を示す。
第1セグメント35のコーナー39aは切削インサートの下半分のみに存在し、第2セグメント45のコーナー49aは切削インサート25の上半分のみに存在するため、図3に示すように、工具ホルダ20のコーナー86を、支持パッド80の長さに対する影響を最小限にして、インサートのこの一意のコーナー形状に一致するように彫刻することができる。特に、ポケットコーナー86内に主深逃げ領域100が位置し、それは、第1セグメント35のセグメントコーナー39a(図2B)と関連し、切削インサート25の深さDまで実質的に延在している。これを図6にも示す。重要なことには、セグメント45のコーナー49a(図2B)を収容するために主深逃げ領域100を拡大するのではなく、同じポケットコーナー86内に主浅逃げ領域110が配置され、コーナー49aと関連している。これを図7にも示す。この主浅逃げ領域110は、第2セグメント45のコーナー49aのみを収容するように彫刻されており、図3に示すようにインサート25全体の深さの半分であるコーナー49aの深さまでしか延在していない。
このように、第2支持パッド80の長さが最大化され、同時に、コーナー49aに対して逃げ領域110が提供される。主浅逃げ領域110の深さが、支持パッド80の長さを最大化するために支持パッド80までしか延在していないことが理解されるべきである。こうした収容部がない場合、主浅逃げ領域110はポケット20の深さ全体に延在し、主浅逃げ領域110の真下の支持パッドの部分を除去することになる。
その結果、コーナー86は、実質的にインサート25の深さ全体に延在する主深逃げ領域100と、インサート25の部分的な深さまで延在する、主深逃げ領域100に隣接する主浅逃げ領域110とを有する、二重逃げ領域を有する。
図3に注意を向けると、各支持パッド78、80は、長さに沿って延在し、ポケット20のそのそれぞれの側面82、84から突出してパッド78、80に隣接する凹部104a、104b、106a、106bを画定することにより、切削インサート25に対して追加のクリアランスを提供する。
図4に注意を向けると、主浅逃げ領域110は、支持パッド80と距離Nだけ重なっており、距離Nは、支持パッド80の長さLのおよそ10〜20パーセントである。好ましい実施形態では、主浅逃げ領域110は、支持パッド80の長さLのおよそ15パーセントにわたって支持パッド80と重なっている。
図4に示すように、支持パッド80の長さLは、主浅逃げ領域110を越えて主深逃げ領域100まで延在している。主深逃げ領域100は、工具ホルダ10の本体12内まで延在する略円筒状ボア102であり、ドリルを利用して単純に製造することができる。一方、主浅逃げ領域110は広がった形状を有しており、エンドミルを用いて製造することができる。
簡単に図2に戻ると、第1セグメント35および第2セグメント45は互いに対して角度がずれているが、さらに、関連する取付面75cから測定して角度X/2だけ第3セグメント76に対して角度がずれている。
本明細書に示すように、ポケット20は、4つの壁を有する切削インサート25に適合する2つの壁78、80を有している。本発明は、4つの側面を有する切削インサートに限定されず、適切に変更して、少なくとも3つの側面を有するインサートに適合することも可能であることが理解されるべきである。
ここまで説明したことは、ポケット20内に第1セグメント35のコーナー37aおよび第2のセグメント45のコーナー49aを収容することであるが、本工具ホルダ設計は、インサートコーナーの2つの追加の対を収容することも可能である。特に、図3および図4に焦点を合わせると、二次深逃げ領域120が、ポケット20内で、ポケットコーナー86の反対側で支持パッド80に隣接して延在している。二次深逃げ領域120は、ポケット20内に保持されるように意図された切削インサート25の全体深さDに実質的に延在する。
さらに、二次浅逃げ領域130が、工具ホルダ10内でポケットコーナー86の反対側で支持パッド78に隣接して延在している。二次浅逃げ領域130は、第2セグメント45の深さD/2までしか延在していない。
二次浅逃げ領域130は、支持パッド78の長さL’のおよそ10〜20パーセントである距離N’だけ支持パッド78に重なっている。好ましくは、二次浅逃げ領域130は、およそ15パーセント重なっている。
図5は、図1に示す第1端部17からポケット20内を上方に見ている、フライス盤10の一部の端面図である。支持パッド80を、支持パッド82に対して略垂直であるように示しており、ポケット床部20内をねじ切りボア88が貫通している。凹部104aおよび凹部104bを、凹部106aおよび106bとともに示す。主浅逃げ領域110の深さに対する主深逃げ領域100の深さを、この図からより理解することができる。
図6は、図4と類似しているが、ポケット20内に切削インサート25が取り付けられている図を示す。図6はまた、図3に示す平面55に沿った切削インサート25の断面も示す。その結果、切削インサート25の第1セグメント35のみを示す。特に重要なのは、切削インサート25のセグメント35のコーナー39aに、主深逃げ領域100によって適切なクリアランスが提供されているということである。
図7に注意を向けると、ポケット20内に切削インサート25全体を示しており、側面47aのコーナー49aを、主深逃げ領域100のみでは収容することができず、追加の逃げ領域が必要であることが明らかとなる。この理由で、主浅逃げ領域110が存在し、さらに、主浅逃げ領域110の深さは、図3に示すように支持パッド80の側面まで延在する。
工具ホルダ10を、フライス盤に関して説明したが、本明細書で説明する設計を、回転応用に用いられる固定式工具ホルダのポケットに容易に適合させることができることが理解されるべきである。
ここまで述べてきたように、概して平面である取付面75a、75b、75c、75dは、それぞれの支持パッド78、80と接触するように設計されており、平面64(反対側)は、ポケット20の床部70と接触するように設計されている。製造公差のために、それぞれの取付面75a、75b、75c、75dと支持パッド78、80との間の完全な接触を達成することは困難である。したがって、本発明の別の実施形態は、支持パッド78、80とインサート25の側面47a、47b、47c、47dのそれぞれの取付面75a、75b、75c、75dとの間に3点接触を提供する設計に関する。特に、図8に注意を向けると、長手方向軸15に対して垂直な支持パッド180は、支持パッド180の2つの端部184、185間に窪み182を有している。窪み182の位置を、2つの端部184、185の間の中心に配置することができる。しかしながら、窪み182の主な目的は、ここで窪み182によって画定される支持パッド部分187、189において強制的に接触させることである。そうすることにより、切削インサート25の関連する取付面75a、75b、75c、75d(図3)が、支持パッド180の2つの所定位置で支持されることになる。さらに、長手方向軸15に対して平行な支持パッド190は、***したままである単一支持パッド部分197を越えてパッド190の大部分に沿って延在する窪み192を有している。このように、支持パッド180および支持パッド190は、切削インサート25の取付面75a、75b、75c、75dに3点接触を提供する。
図9は、切削インサート225の異なる実施形態を示し、そこでは取付面275a、275b、275c、275dが分割されている。特に、取付面275a、275b、275c、275dのすべてを代表する取付面275cに関して、取付面部分277cと別の取付面部分279cとそれらの間の窪み281cとがある。取付面277c、279c間に窪み281cを設けることにより、切削インサート225の取付面275cとポケット20の関連する支持パッド78、80(図3)との接触が取付面277c、279cで発生する。実際には、取付面275aおよび275bが支持パッド78、80と接触するが、取付面275cが見えるためそれについて説明することを留意されたい。これにより、ポケット20内でインサート225が振動する原因となり得る切削インサート225とポケット20との間の不均一な表面接触の可能性が最小限になる。
本発明の特定の実施形態について詳細に説明したが、当業者には、本開示の全教示に鑑みてそれら詳細に対するさまざまな変更形態および代替形態を発展させることができることが理解されよう。本明細書に記載した目下好ましい実施形態は、本発明の範囲に関して限定するものではなく単に例示するものであることが意図されており、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそのありとあらゆる等価物の完全な範囲に与えられる。
Claims (25)
- 金属加工作業で使用される工具ホルダであって、深さを有しかつ中心面を中心に第1セグメントおよび対向する第2セグメントを有し、中心軸がそれらを貫通するオンエッジ型切削インサートを保持するように適合され、各セグメントが、少なくとも3つの側面と、端部切削エッジを画定する関連するコーナーとを有し、各セグメントが互いに対して半径方向にずれている、工具ホルダであって、
a)長手方向軸に沿って延在しかつ第1端部を有する本体と、
b)前記第1端部内に延在するポケットであって、少なくとも2つの側面と、その内部に保持されるように意図された前記切削インサートの全体的な形状および深さとを有し、前記少なくとも2つの側面がポケットコーナーを画定するように交差するポケットと、
c)前記ポケットコーナー内に位置しかつ前記第1セグメントのセグメントコーナーに関連する主深逃げ領域であって、前記ポケット内に保持されるように意図された前記切削インサートの深さまで実質的に延在する主深逃げ領域と、
d)同じポケットコーナー内に位置しかつ前記第2セグメントのセグメントコーナーに関連する主浅逃げ領域であって、前記第2セグメントの前記セグメントコーナーのみを収容するように適合され、前記第2セグメントの深さまでしか延在しない主浅逃げ領域と、
e)前記第1セグメントと前記第2セグメントとの間に第3セグメントを画定する前記ポケットの前記少なくとも2つの側面の各々から延在する支持パッドと、
を具備する工具ホルダ。 - 各支持パッドが、長さに沿って延在し、かつ前記切削インサートのセグメントにクリアランスを提供するように、前記パッドに隣接する凹部を画定するように側面から突出する、請求項1に記載の工具ホルダ。
- 前記主浅逃げ領域の深さが、前記支持パッドまで延在する、請求項1に記載の工具ホルダ。
- 前記主浅逃げ領域が、前記主深逃げ領域とともに、前記第2セグメントコーナーを収容するような形状である、請求項1に記載の工具ホルダ。
- 前記主浅逃げ領域が、前記支持パッドの長さのおよそ10〜20パーセントにわたって前記支持パッドに重なる、請求項1に記載の工具ホルダ。
- 二次浅逃げ領域が、前記支持パッドの長さのおよそ15パーセントにわたって前記支持パッドに重なる、請求項5に記載の工具ホルダ。
- 前記支持パッドの長さが、前記主浅逃げ領域を越えて前記主深逃げ領域まで延在する、請求項1に記載の工具ホルダ。
- 前記主深逃げ領域が、前記工具ホルダ本体内に延在する略円筒状ボアである、請求項1に記載の工具ホルダ。
- 前記第1セグメントおよび前記第2セグメントが、前記第3セグメントに対して1〜4度の角度で半径方向にずれている、請求項1に記載の工具ホルダ。
- 前記第1セグメントおよび前記第2セグメントが、前記第3セグメントに対して2.5度の角度で半径方向にずれている、請求項9に記載の工具ホルダ。
- 前記ポケットが、4つの側面を有する切削インサートを収容するように2つの壁を有する、請求項1に記載の工具ホルダ。
- 前記支持パッドに沿って前記主浅逃げ領域の反対側に二次深逃げ領域をさらに有し、前記二次深逃げ領域が、前記ポケット内に保持されるように意図された切削インサートの深さ全体に実質的に延在する、請求項1に記載の工具ホルダ。
- 前記支持パッドに沿って前記主深逃げ領域の端部の反対側に二次浅逃げ領域をさらに有し、前記二次浅逃げ領域が前記第2セグメントの深さまでしか延在しない、請求項12に記載の工具ホルダ。
- 前記二次浅逃げ領域が、前記支持パッドの長さのおよそ10〜20パーセントにわたって前記支持パッドに重なる、請求項13に記載の工具ホルダ。
- 前記二次浅逃げ領域が、前記支持パッドの長さのおよそ15パーセントにわたって前記支持パッドに重なる、請求項14に記載の工具ホルダ。
- 前記長手方向軸に対して垂直な前記支持パッドが2つの端部間に窪みを有し、それにより前記2つの端部が前記切削インサートに対する支持を提供する、請求項1に記載の工具ホルダ。
- 前記長手方向軸に対して垂直な支持パッドが、前記2つの端部の間の中心に位置する窪みを有する、請求項16に記載の工具ホルダ。
- 前記長手方向軸に対して平行な支持パッドが、前記ポケットコーナーに最も近い前記端部に窪みを有し、それにより前記ポケット内に固定される切削インサートに3点接触を提供する、請求項17に記載の工具ホルダ。
- 前記ポケット内に前記切削インサートを保持する取付ねじを受け入れる、前記ポケットの床部内に延在するねじ切りボアをさらに有する、請求項1に記載の工具ホルダ。
- フライス盤である、請求項2に記載の工具ホルダ。
- 金属加工作業で使用される工具ホルダであって、
a)第1端部を有する本体であって、長手方向軸に沿って延在する本体と、
b)前記第1端部内に延在するポケットであって、その内部に保持されるように意図されたオンエッジ型切削インサートの全体的な形状および深さを有し、ポケット床部と、前記ポケット床部から上方に延在する少なくとも第1内壁および第2内壁とを有するポケットと、
を具備し、
c)前記第1内壁および前記第2内壁が、コーナー領域を形成するように交差し、前記コーナー領域が、内部に取り付けられかつ2つの半径方向にずれた切削エッジを有する切削インサートのコーナーに対して逃げを提供するように、前記ポケットの深さ内に延在する二重逃げ領域を有し、
d)前記二重逃げ領域が、前記インサートの深さ全体に実質的に延在する第1逃げ領域と、前記インサートの深さの一部まで延在する前記第1逃げ領域に隣接する第2逃げ領域とを有し、
e)前記第1セグメントと前記第2セグメントとの間の第3セグメントであって、前記第1セグメントの側面および前記第2セグメントの側面に対応する側面を有し、前記第1セグメントおよび前記第2セグメントが前記第3セグメントに対して半径方向にずれており、前記側面が前記切削インサートの適合する取付面と係合するように適合された支持パッドを画定する第3セグメント
を具備する工具ホルダ。 - フライス盤である、請求項2に記載の工具ホルダ。
- 金属加工作業で使用される工具ホルダアセンブリであって、
a)深さを有しかつ中心面を中心に第1セグメントおよび対向する第2セグメントを有し、中心軸がそれらを貫通する、オンエッジ型切削インサートであって、各セグメントが、少なくとも3つの側面と、切削エッジを画定する関連するコーナーとを有し、各セグメントが互いに対して半径方向にずれている切削インサートと、
b)長手方向軸に沿って延在しかつ第1端部を有する本体と、
c)前記第1端部内に延在するポケットであって、少なくとも2つの側面と、その内部に保持されるように意図された前記切削インサートの全体的な形状および深さとを有し、前記少なくとも2つの側面がポケットコーナーを画定するように交差するポケットと、
d)前記ポケットコーナー内に位置しかつ前記第1セグメントのセグメントコーナーに関連する主深逃げ領域であって、前記ポケット内に保持されるように意図された前記切削インサートの深さまで実質的に延在する主深逃げ領域と、
e)同じポケットコーナー内に位置しかつ前記第2セグメントのセグメントコーナーに関連する主浅逃げ領域であって、前記第2セグメントの前記セグメントコーナーのみを収容するように適合され、前記第2セグメントの深さまでしか延在しない第2逃げ領域と、
f)前記第1セグメントと前記第2セグメントとの間に第3セグメントを画定する前記ポケットの前記少なくとも2つの側面の各々から延在する支持パッドと、
を具備する工具ホルダアセンブリ。 - 前記工具ホルダ支持パッドが、既知の位置で切削インサートとの接触を提供するように窪みを有する、請求項23に記載の工具ホルダアセンブリ。
- 前記切削インサート取付面が、既知の位置で前記工具ホルダの前記ポケットとの接触を提供するように窪みを有する、請求項23に記載の工具ホルダアセンブリ。
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