JP3822506B2

JP3822506B2 - 工具保持具、切刃部材および切削工具

Info

Publication number: JP3822506B2
Application number: JP2002053551A
Authority: JP
Inventors: 康博木内
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2022-02-28
Also published as: JP2003251540A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超硬合金製シャンク部に鋼部が固着された工具保持具、その先端に着脱自在に装着される切刃部材及び工具保持具の先端に切刃部材が装着された切削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、フライス加工においては、加工機の主軸に、先端に切刃部材（例えば、カッタ）を有する工具保持具を備えた切削工具（エンドミル）を取り付け、主軸を回転させることにより被削材に所定の加工が行われる。上記工具保持具を、例えばＳＣＭ材などの合金鋼で形成した場合は、低価格であっても、突き出し長が長くなると、剛性が不足するために狭い範囲の切削条件でしか加工を行えないという欠点があり、また工具保持具を超硬合金のみで形成すると、剛性は大であるが、価格高となる。その対策として特開平９−１５５６０５号には、シャンク部の首下に設けられたアーバの外周にその軸方向に沿って超硬筋金を添設することが提案されている。しかしこの構造では、アーバの剛性がアップするので、加工中のビビリや撓みを抑制できるが、アーバに溝加工を施すこと及びそこに超硬筋金を埋め込むことが必要となるため、材料費は低減されても、製作工数は増大する。また特開平８−１４２５号には、シャンク部を超硬合金で形成すると共に、シャンク部にろう付けされたチップホルダー部を鋼製とするフライス加工用工具が提案されている。この工具では、シャンク部が超硬合金を主体として構成されているため、高剛性でビビリが起きにくいという利点があり、またアーバの外周に超硬筋金を添設したものより、低価格で製作することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに上記のフライス加工用工具は、シャンク部は超硬合金で形成されているが、チップホルダー部を鋼製としているので、長期の使用ではチップホルダー部が損耗し、またチップホルダー部はシャンク部にろう付けされているので、シャンク部は正常であってもその工具を使用することができず、結果として工具寿命が短くなるという問題がある。従って本発明の第１の目的は、工具寿命を長くすることができかつ低価格で製作することができる工具保持具を提供することである。また、本発明の第２の目的は、前記工具保持具に着脱自在に装着される切刃部材を提供することである。また、本発明の第３の目的は、切削領域の広い切削工具を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記第１、第２の目的を達成するために、工具保持具の先端に切刃部材が装着された切削工具において、前記工具保持具は、超硬合金からなるシャンク部に鋼部が固着され、前記鋼部の前記切刃部材が着脱自在に装着される側の端面にインロー部を、その奥に軸方向に固定する受容部を形成し、前記切刃部材の一端側にインサートを保持する基体部を設け、その他端側に前記インロー部に装入される第１突出部と、前記受容部に固定される第２突出部とを有する接続部とが形成され、前記鋼部は少なくとも表面の硬さがＨＲＣ３５以上を有するＳＫＤ６１相当の合金鋼で形成され、且つ、前記切刃部材は、前記工具保持具の鋼部より低硬度の材料で形成されたことを特徴とする工具保持具、切刃部材である。この構成によれば、切刃部材が装着される側の端面にインロー部が形成され、その奥に軸方向に固定する受容部が形成されているので、鋼部の拘束面の損耗を低減し、寿命を長くすることができる。本発明の工具保持具においては、寿命の点から、前記鋼部は、表面の硬さがＨＲＣ４０以上を有するクロム・モリブデン鋼で形成されていることが好ましい。本発明の工具保持具においては、前記シャンク部は、ＪＩＳＶ４０相当材で形成することが好ましい。本発明の工具保持具においては、前記シャンク部は、前記鋼部に差し込まれる円錐状に形成された先端部を有することが好ましい。本発明の工具保持具においては、前記受容部は例えば雌ねじで形成し、そこに切刃部材を螺合することができる。本発明の工具保持具においては、前記シャンク部は、クーラント穴を有することが好ましい。本発明の工具保持具においては、前記シャンク部の外径（Ｄ）に対する全長（Ｌ）の比率（Ｌ／Ｄ）が５以上であることが好ましい。
【０００５】
上記第３の目的を達成するために、本発明の切削工具は、前記工具保持具の先端に、前記インロー部に装入される第１突出部とその先端の第２突出部とを有する接続部が形成された切刃部材が着脱自在に装着されることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の詳細を添付図面により説明する。
図１は本発明の実施例に係わる工具保持具及びそこに装着される切刃部材を示す正面図で、工具保持具は一部を破断して示されている。
図１に符号１で示す切削工具は、加工機の主軸に装着される工具保持具２と、その先端に図示矢印方向からねじ込まれる切刃部材、例えばカッタ８を有する。工具保持具２は、超硬合金、例えばＮＣ６０材（ＪＩＳＶ４０相当材）で作成されたシャンク部３とその円錐状の先端部３ａに接合された鋼部４を含む。鋼部４の端面には、インロー部５が形成され、その奥側にカッタ８を軸方向に固定するための受容部（雌ねじ部）６が形成され、またシャンク部に接合される側には円錐状の溝４ａが設けられている。このシャンク部３には、その中心部にエアー、ミストあるいは切削液等の冷却媒体の通路となるクーラント穴７が穿孔されている。カッタ８は、基体部９の一端側にチップ１４が装着されるインサート座１３を有するとともに、基体部９の他端側にインロー部５に嵌装される第１突出部１１と雌ねじ部６に螺合される第２突出部（雄ねじ部）１２とを有する接続部１０が形成されている。本発明では、工具保持具２とカッタ８との結合手段としては、着脱自在な結合手段であれば、上記ねじ結合に限らず、焼嵌め、テーパ嵌合あるいはサイドロック等の他の手段を用い得る。エンドミルの場合、通常、上記工具保持具は、シャンク部の外径Ｄ（シャンク径）に対して全長Ｌが５倍以上になる細長い円筒体であり、図１では、加工時に被削材との干渉を防ぐためにシャンク部の途中（１／３Ｌ〜１／２Ｌ程度）で数ｍｍ程度縮径されているが、このような干渉が無い場合は全長に亘って等径に形成してもよい。シャンク径Ｄは、カッタ径と同等もしくはそれより多少小径に形成される。
【０００７】
上記鋼部４の端面にカッタ８が奥までねじ込まれて、カッタ８の基体部９の端面が鋼部４の端面５ａに当接すると、第１突出部１１の外周面もインロー部５の内周面５ｂに当接するため、鋼部４の端面５ａに作用する切削力が低減され、端面５ａの外縁部が殆ど損耗せず、その結果カッタ８の取付け精度を高いレベルに維持することができる。仮にインロー部５が無い場合は、鋼部４の端面５ａのみで切削力を受けるで、端面５ａの外縁部が損耗して、カッタ８の取付け精度が低下する。上記第１突出部１１は、円筒状に限らず例えば円錐台状等他の形状でもよい。なお、図示しないが、カッタ８の内部には、一端側が上記クータント穴７に連通しかつ他端側が各インサート座１３に通ずるクーラント穴が穿孔されている。
【０００８】
またシャンク部３と鋼部４との接合部においては、シャンク部３の先端部３ａが円錐状に形成され、一方鋼部４の内周面も円錐状に形成されているので、全周に沿って均一な接合強度が得られ、また接合面の面積を広くすることができ（例えばＶ字形の場合の２倍以上）、高い接合強度が得られるため、その剛性を大きくすることができる。また鋼部４の内周面が円錐状に形成されていることにより、接合面における重量バランスが良好であり、振動やビビリを伴わずに高速で回転することができる。なおシャンク部３の先端部は、正確な円錐状に限らず多面錐状であっても、全周に沿って略均一な接合強度が得られ、また接合面の面積は広くなるので、本発明に適用することができる。
【０００９】
上記鋼部４は例えばろう付けによりシャンク部３に固着されるが、その場合効率よくろう付け作業を行うためには、鋼部４はシャンク部３とともに高温に加熱することが必要となる。そこで鋼部４を高温に加熱しても、軟化しない材質とするために、例えば少なくとも表面の硬さがＨＲＣ３５以上を有する合金鋼で形成することが好ましい。このような合金鋼の内では、特に表面の硬さがＨＲＣ４０以上を有する、例えばＳＫＤ６１材（質量比で、Ｃ：０．３２〜０．４２％、Ｓｉ：０．８〜１．２％、Ｍｎ：０．５％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：４．５０〜５．５０％、Ｍｏ：１．００〜１．５０％、Ｖ：０．８０〜１．２０％、残部Ｆｅ及び不可避の不純物）が好適で、この鋼種は主成分としてＣｒを含むので、耐食性が向上し、使用条件によっては黒染め処理あるいはめっき処理等の表面処理を省略することが可能である。また上記鋼部４は、カッタ８の基体部９及び接続部１０に当接し、切削力を受けるので、カッタ８の基体部９及び接続部１０を鋼部４よりも低硬度の材料（例えばＨＲＣ３５未満のＳＣＭ材）で形成しておくことにより、鋼部４の損耗を低減することができる。
【００１０】
【実施例】
図１において、超硬合金［日立ツール（株）製ＷＢ６０］で作成したシャンク部［シャンク径（Ｄ）３２ｍｍ、首下径２９ｍｍ、シャンク長さ（Ｌ）３００ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝９．３］の先端にＨＲＣ５２のＳＫＤ６１材をろう付けし、その先端に、基体部及び接続部をＨＲＣ４０のＳＣＭ材で形成したインサート式ラジアスカッタ（インサート：直径１０ｍｍの丸駒、刃先径３２ｍｍ、３枚刃）をねじ込んで、全長が３４０ｍｍの切削工具を準備した。上記切削工具をフライス盤の主軸に装着し、被削材としてＳ５０Ｃを用いてフライス加工を行った。切削条件は、切削速度を２００ｍ／ｍｉｎ、主軸の回転数を１９８９ｒｐｍ、１刃の送りを０．３ｍｍ／刃、テーブル送りを１７９０ｍｍ／ｍｉｎとして、軸方向切り込み深さ（Ａｄ）及び径方向切り込み深さ（Ｒｄ）を変化させて、びびりが発生せずに切削が行える領域（切削領域）を求め、その結果を図２に実線で示す。比較のために、シャンク部を合金鋼（ＨＲＣ４０のＳＣＭ材）で形成した以外は上記と同様の切削工具を準備し、上記と同様の条件でフライス加工を行い、切削領域を求め、図２に破線で示す。図２から、本発明の切削工具によれば、従来の切削工具よりも切削領域を広くできることがわかる。また上記ＳＣＭ材の代わりに上記ＳＫＤ６１材で形成したインサート式ラジアスカッタを、先端にＨＲＣ５２のＳＫＤ６１材をろう付けした上記シャンク部にねじ込んで形成した切削工具を用いて、上記と同様の条件でフライス加工を行い、切削領域を求めた結果、図２の実線で示すと同様に広い切削領域を得ることができた。
【００１１】
【発明の効果】
以上に記述の如く、本発明の工具保持具によれば、超硬合金からなるシャンク部の先端に固着された鋼部の端面にインロー部が形成されその奥に軸方向に固定する受容部が形成されているので、鋼部の損耗が低減されて工具保持具の寿命が長くなる。また本発明の切刃部材は、工具保持具に着脱自在に装着されるので、切刃部材の一部が損傷しても、その補修（交換）だけで済み、工具寿命を長くすることができる。さらに本発明の切削工具によれば、シャンク部と鋼部との接合部が全周にわたって均一な強度を保ち剛性が高く、しかも重量バランスがよいので、切削領域を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係わる工具保持具及び切刃部材を示す正面図である。
【図２】本発明及び従来の切削工具の切削領域を示す図である。
【符号の説明】
１：切削工具
２：工具保持具
３：シャンク部
３ａ：頂部
４：鋼部
４ａ：接合面
５：インロー部
５ａ：端面
５ｂ：内周面
６：受容部
７：クーラント穴
８：カッタ
９：基体部
１０：接続部
１１：第１突出部
１２：第２突出部
１３：インサート座
１４：チップ

Claims

工具保持具の先端に切刃部材が装着された切削工具において、前記工具保持具は、超硬合金からなるシャンク部に鋼部が固着され、前記鋼部の前記切刃部材が着脱自在に装着される側の端面にインロー部を、その奥に軸方向に固定する受容部を形成し、前記切刃部材の一端側にインサートを保持する基体部を設け、その他端側に前記インロー部に装入される第１突出部と、前記受容部に固定される第２突出部とを有する接続部とが形成され、前記鋼部は少なくとも表面の硬さがＨＲＣ３５以上を有するＳＫＤ６１相当の合金鋼で形成され、且つ、前記切刃部材は、前記工具保持具の鋼部より低硬度の材料で形成されたことを特徴とする工具保持具、切刃部材。
前記鋼部は、表面の硬さがＨＲＣ４０以上を有することを特徴とする請求項１記載の工具保持具。
前記シャンク部は、ＪＩＳＶ４０相当材で形成されていることを特徴とする請求項１記載の工具保持具。
前記シャンク部は、前記鋼部に差し込まれる円錐状に形成された先端部を有することを特徴とする請求項１記載の工具保持具。
前記受容部は雌ねじ部であり、切刃部材が螺合されることを特徴とする請求項１記載の工具保持具。
前記シャンク部は、クーラント穴を有することを特徴とする請求項１記載の工具保持具。
前記シャンク部の外径Ｄに対する全長Ｌの比率Ｌ／Ｄが５以上であることを特徴とする請求項１記載の工具保持具。
工具保持具の先端に切刃部材が装着された切削工具において、前記工具保持具は、請求項１乃至７のいずれかに記載の工具保持具の先端に、請求項１記載の切刃部材が装着されていることを特徴とする切削工具。