JP4068967B2 - 工作機械用カッタヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は工作機械に使用される中ぐり棒や類似工具のホルダのためのカッタヘッドに関する。これらは内面旋削に使用される。特に、本発明はアダプタが今日一般的であるものよりも長くしうるように該アダプタにより高い固有周波数を提供する特に軽量のカッタヘッドに関する。
【０００２】
内面旋削の間、最低の固有周波数が旋削が行われている箇所でのせん断力または切削力における自然発生の振動と同じ領域であるため、簡単に振動、ブロッキング（ｂｌｏｃｋｉｎｇ）が発生する。それは機械加工面の品質を劣悪にしたり、騒音を発生させたり、加工物の精度を落とす。工具の長さを中ぐり棒の直径の１４倍までとした工作機械となるように、そのような振動を緩衝する技術が開発されてきた。
【０００３】
中ぐり棒の振動緩衝装置の例が米国特許第５，５５８，４７７号（ＵＳ Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ．５，５５８，４７７）に示されており、そこでは圧電反応質量アクチュエータ（ｐｉｅｚｏ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｍａｓｓ ａｃｔｕａｔｏｒ）を備えた能動的なマイナス静電容量分岐回路（ａｃｔｉｖｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｓｈｕｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ）が使用されている。この特許には中ぐり棒からの振動を緩衝するための電気回路に基づく複雑な装置を記載されている。
【０００４】
欧州特許第０３４２６９２号(ＥＰ−０３４２６９２)は切削工具を示しているが、振動を緩衝しうる方法、あるいは中ぐり棒の長さを増大しうる方法については記載していない。
【０００５】
国際特許公開番号第ＷＯ ９４／０４３００号（ＷＯ ９４／０４３００）は冷却流体が工具ホルダから流出する態様の工具ホルダを示している。
【０００６】
上に示した刊行物のいずれも、長い中ぐり棒またはロッドを使用した場合に発生する振動に関わる問題を簡単な方法で解決していない。したがって、より長い中ぐり棒が使用できるように振動のない機械加工面積を広げるための経済的で、かつ簡単な方法に対する要求が存在している。
【０００７】
このことは、特許請求の範囲の請求項１に記載の本発明によって達成される。
【０００８】
本発明は重量と強度との間の関係が最適化されたカッタヘッドに関する。５０％のカッタヘッドの重量が減少することによって、機械の孔（ｍａｃｈｉｎｅ ｈｏｌｅ）の長さをアダプタの直径の０．５倍から１倍までの分を増大させうる程度にまで本装置の固有周波数を増すことができる。カッタヘッドが高度の動的剛性を有しているという事実は結果的に有害な振動を発生させることなく工作物中へ工具をより進入させることになる。
【０００９】
本発明はアダプタまたは中ぐり棒に固定するように設計されたカッタヘッドを提供する。カッタヘッドは結合面においてアダプタに対して当接する。前記結合面は、例えば鋸歯状切込み（ｓｅｒｒａｔｉｏｎｓ）、案内ピン、あるいはガセット（ｇｕｓｓｅｔｓ）のような位置合わせ手段を備えている。カッタヘッドはアダプタに固定あるいは取付けられるようにされたフランジ部分を有している。取り付けはフランジを貫通してアダプタへねじ込まれるねじあるいはボルトによるか、磁気によるか、バヨネット継ぎ手（ｂａｙｏｎｅｔ ｊｏｉｎｔ）とするか、クランプで止めるか、あるいは何らかの方法でアダプタに固定させることができる。代替的に、アダプタとカッタヘッドとは一体構成としてもよい。
【００１０】
アダプタは通常、断面は円形であり、カッタヘッドはアダプタに対応して概ね円形断面を有している。
【００１１】
カッタヘッドとアダプタとは２個の部分からなることが好ましく、カッタヘッドとアダプタとはアダプタの長手方向軸線に対して概ね垂直の境界面すなわち結合面を画成している。この結合面は通常円形である。アダプタには、交換可能な切削インサート（ｃｕｔｔｉｎｇ ｉｎｓｅｒｔ）あるいは一般的なタイプの旋削工具を備えることが好ましい切削ユニットが固定されている。切削ユニットは、例えばチップブレーカ、交換可能な切削インサート、ベーススクリューおよびベースを含みうる。切削インサートはカッタヘッドにねじ込むか、一つのクランプ装置やクランプねじにより固定することができる。代替的に、切削インサートはカッタヘッドの一体部分とするか、あるいは何らかの他の方法でカッタヘッドに固定することができる。
【００１２】
切削インサートはカッタヘッドの一体部分である突起に固定される。
【００１３】
カッタヘッドは、結合面によって画成された概ね円形のフランジの部分と、該フランジの反対側にあり、結合面とはそれる方向に向いた自由面とを含む。前記結合面が第１の平面を画成し、前記自由面が第２の平面を画成する。第１と第２の平面とは、これらの平面が平行とならないようにある角度をつけている。前記自由面は、第１の平面に対して角度をつける新しい平面を形成する諸々の部分を有するようにしてもよい。
【００１４】
前記フランジの自由面または平面から突起が延在している。この突起は前述した切削ユニットを担持する。前記突起とフランジとは一体物である。
【００１５】
カッタヘッドにおける応力集中を阻止し、強度、剛性および重量との間の最適な関係を達成するために、前記面あるいは傾斜面を備えたフランジと突起との間の遷移部分（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）は該突起と傾斜面との間で漸次的な遷移部が形成されるように１個あるいは数個の凹形曲線を画成している。切削インサートの固定平面に対して平行の平面において、突起はランプ（ｒａｍｐ：傾斜部）を画成している。フランジと突起との間の遷移部分は前述のように凹形面を形成しており、前記突起の端部すなわち終り部分は、フランジから切削インサートに向かって外方へ、前記ランプに対して垂直に見て概ねＳ字形を形成するように凸面を形成している。
【００１６】
切削インサートの固定面すなわちランプによって画成される面の上に切削流体を提供するようノズルを備えた孔を設けることができる。
【００１７】
前記ランプもフランジの自由面に対して凸形曲線の遷移部分を有している。該ランプは切削工程において発生した切りくず（チップ）用の空間を提供する。
【００１８】
このことはフランジが結合面からそれる方向の二種類の異なった傾斜面を有しうることを意味する。
【００１９】
このような構造は、組み合わされて重量と、剛性と、強度との間の最適な関係をもたらし、カッタヘッドの応力を良好に分散させ、良好な熱伝導性を提供する。このように、本発明によると、既知の技術による類似のカッタヘッドに対して重量が約５０％であるカッタヘッドを構成することが可能である。従って、カッタヘッドおよびアダプタの固有周波数は増大し、最大片持ち長さを増大させる。この増大分の大きさは中ぐり棒の直径の約０．５から１倍までの程度のものである。
【００２０】
本発明を以下の例を通して以下詳細に説明する。
【００２１】
図１は、鋸歯状切込み１１を備えた結合面４と、上面すなわちランプ１２を備えた突起８とを備えたカッタヘッドの側面図であり、前記カッタヘッドは更に、切削インサート５と該切削インサートの固定面とを含む。更に、前記結合面に関連して、前記突起８のランプ１２への凹形曲線部Ｒ３中へ進入している傾斜した自由面１Ｂが示されている。突起８は切削インサート５を固定するための要素（図示せず）を含む。切削インサートを固定する方法は当該技術分野において周知であり、ここでは詳細には説明しない。
【００２２】
図２は図１に示すアダプタの正面図であり、ねじおよびボルトによってカッタヘッドをアダプタに固定するための孔が示されている。同図はまた、２個の傾斜面Ａ１，１Ｂおよび突起８上の切削インサート５とを示している。
【００２３】
図３はフランジとランプ１２との間の遷移部が曲率半径Ｒ３によって形成されていることを示している。同図は更に、切削インサート５を備えた切削インサートホルダと、切削流体をくり出すノズルを備えた孔７と、曲率半径Ｒ２を備える凹面と凸面とからなるＳ字形２を含む、フランジと突起８との間の遷移部と、結合面４からそらす方向に向いた傾斜した面１Ａであって、その平面が結合面４の平面に対して、角度Ｖ１を形成している面１Ａと、カッタヘッドをアダプタに固定する孔６とを示している。
【００２４】
図４は図１に示す図に対して垂直の図であって、アダプタに向いた結合面４における鋸歯状切込み１１と、傾斜面１Ａと、角度Ｖ１を有するフランジの前記傾斜面と突起８との間の曲率半径Ｒ２を備える凹面と凸面とからなるＳ字形の遷移部２と、切削流体をくり出す孔７と、ランプ１２と、切削インサート５とが示されている。
【００２５】
図５はボルト１０によって中ぐり棒９に固定されている、図１、図２、図３および図４に示すカッタヘッド１３を示す。
【００２６】
図６は図５に示すカッタヘッド１３、ボルト１０およびアダプタ９を分解図で示しており、ここではアダプタの鋸歯状切込み１１が明確に示されている。
【００２７】
この構造により重量を５０％低減し、これによって片持ち長さがアダプタの直径の０．５から１倍までの分増大しうるような要領で本装置の固定周波数を増大させている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例によるカッタヘッドの側面図である。
【図２】 図１に示す本発明の正面図である。
【図３】 図１および図２に示すカッタヘッドの斜視図である。
【図４】 図１、図２および図３に示すカッタヘッドに対して垂直に見た図である。
【図５】 アダプタに固定された本発明によるカッタヘッドの図である。
【図６】 本発明によるカッタヘッドとアダプタとの分解斜視図である。

Claims (4)

1. 切り粉を除去しながら機械加工する工作機械においてアダプタ（９）に固定されるカッタヘッド（１３）であって、アダプタ（９）に固定するようにされた結合面（４）を形成する第１の側と、反対の側に位置し、外方へ延在している突起（８）を備えた少なくとも１個の面（１Ａ）を形成する他方の側とを備え、少なくとも１個の刃先を備えた切削インサート（５）を固定するようにされた固定手段とを備えたフランジを含むカッタヘッド（１３）において、
   前記の少なくとも１個の面（１Ａ）が結合面（４）に対して平行の平面に対して傾斜角度（Ｖ１）を形成する平面を形成しており、それによりフランジの断面厚さが第１の横方向側からその反対に位置する他方の横方向側まで増し、；
   フランジの前記の少なくとも１個の面（１Ａ）と前記突起（８）との間の曲率半径（Ｒ２）を備えた凹面が前記フランジと前記突起（８）との間で滑らかな遷移部を形成し、該突起（８）が増加された厚みを有するフランジの一部から延びており、；
   この突起（８）と結合面（４）に平行な面に対し傾斜角度（Ｖ１）を有する少なくとも一個の面（１Ａ）を備えるフランジが一つの一体的な部品であり、そうすることによって、カッタヘッド（１３）の強度と対比して該カッタヘッド（１３）の重量が低減され、カッタヘッド（１３）がアダプタ（９）に固定された場合該カッタヘッド（１３）の固有周波数が増大し、
   この突起（８）は、前記切削インサート（５）に向かって遷移部を形成する前記凹面の一終端から延びる凸形に湾曲した面を有し、この凹面およびこの凸形に湾曲した面は、切り粉を良好に除去するための空間を形成するＳ字形の面を定めるために互いに協同することを特徴とするカッタヘッド（１３）。
2. 前記フランジの他方の側が前記結合面（４）の平面に対して２個の傾斜した平面を画成する２個の面（１Ａ，１Ｂ）を含んでいる請求項１に記載のカッタヘッド。
3. カッタヘッドにおける応力集中を低減するために、前記フランジの２個の傾斜した面（１Ａ，１Ｂ）と突起（８）との間の遷移部が画成された曲率半径（Ｒ２，Ｒ３）を備えた滑らかな遷移部を画成する請求項１に記載のカッタヘッド。
4. 切削流体をくり出すためのノズル（７）を備えた孔を含む請求項１に記載のカッタヘッド。

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