JP5689893B2 - 切削工具用カバー、切削用ホルダ及び切削装置 - Google Patents
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Description
本発明は、切削工具用カバー、切削用ホルダ及び切削装置に係り、特にＦＲＰ等の表面を切削するための切削工具用カバー、切削用ホルダ及び切削装置に関する。
従来、例えば金属等を切削する場合に発生する切削粉を回収すべく、切削工具の軸芯に吸引口を設け、当該吸引口から切削粉を吸引・回収する切削装置が知られている（例えば特許文献１参照）。近年においては、繊維強化樹脂複合材（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）を切削する場合もあるが、金属と比して切削粉が細かいために、切削工具の周辺に切削粉がまき散らされるという弊害があった。このため、切削工具の周囲に、切削粉が撒き散らされることを防止するカバーを設ける技術が開発されている。
ところで、切削時においては、切削工具のインサートと切削対象であるワークとは接しているものの、カバーとワークとの間には隙間を形成する必要がある。この隙間があるため、カバーを設けていたとしても結局微少な切削粉が切削工具周辺に撒き散らされてしまうという問題があった。また、切削時に発生する切削熱が切削工具本体へと蓄熱され、インサート切れ刃とワーク（ＦＲＰ）との接触部で温度上昇を促進し、その影響からＦＲＰ自体にデラミネーション（層間剥離）を発生させてしまう場合もあるという問題もあった。
このため、本発明の課題は、切削粉が撒き散らされてしまうことを防止することである。また、本発明の他の課題は、工具本体へと蓄熱される熱量を効果的に冷却し、切削時におけるインサートの温度上昇を抑制することである。
このため、本発明の課題は、切削粉が撒き散らされてしまうことを防止することである。また、本発明の他の課題は、工具本体へと蓄熱される熱量を効果的に冷却し、切削時におけるインサートの温度上昇を抑制することである。
請求項１記載の発明は、
中空の軸体を有し、少なくとも一つのインサートが前記軸体の一端面に取り付けられ、当該軸体を回転させつつ前記インサートをワークに当接させることで切削を行う切削工具に対してセットされる切削工具用カバーであって、
前記軸体の先端部に固定される本体部と、
前記本体部の先端部における全周に対して、該本体部の周縁から外側に延出し、前記ワークの表面を覆う延出部とを有することを特徴としている。
中空の軸体を有し、少なくとも一つのインサートが前記軸体の一端面に取り付けられ、当該軸体を回転させつつ前記インサートをワークに当接させることで切削を行う切削工具に対してセットされる切削工具用カバーであって、
前記軸体の先端部に固定される本体部と、
前記本体部の先端部における全周に対して、該本体部の周縁から外側に延出し、前記ワークの表面を覆う延出部とを有することを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の切削工具用カバーにおいて、
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、前記軸体の回転軸に対して直交する平面に平行な平面であることを特徴としている。
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、前記軸体の回転軸に対して直交する平面に平行な平面であることを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の切削工具用カバーにおいて、
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、外側に向けて徐々に前記ワークから離れるテーパー面であることを特徴としている。
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、外側に向けて徐々に前記ワークから離れるテーパー面であることを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の切削工具用カバーにおいて、
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、外側に向けて徐々に前記ワークに近づくテーパー面であることを特徴としている。
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、外側に向けて徐々に前記ワークに近づくテーパー面であることを特徴としている。
請求項５記載の発明に係る切削用ホルダは、
中空の軸体を有し、少なくとも一つのインサートが前記軸体の一端面に取り付けられ、当該軸体を回転させつつ前記インサートをワークに当接させることで切削を行う切削工具と、
前記切削工具に対してセットされる切削工具用カバーとを備え、
前記切削工具用カバーは、
前記軸体の先端部に固定される本体部と、
前記本体部の先端部における全周に対して、該本体部の周縁から外側に延出し、前記ワークの表面を覆う延出部とを有することを特徴としている。
中空の軸体を有し、少なくとも一つのインサートが前記軸体の一端面に取り付けられ、当該軸体を回転させつつ前記インサートをワークに当接させることで切削を行う切削工具と、
前記切削工具に対してセットされる切削工具用カバーとを備え、
前記切削工具用カバーは、
前記軸体の先端部に固定される本体部と、
前記本体部の先端部における全周に対して、該本体部の周縁から外側に延出し、前記ワークの表面を覆う延出部とを有することを特徴としている。
請求項６記載の発明は、請求項５記載の切削用ホルダにおいて、
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、前記軸体の回転軸に対して直交する平面に平行な平面であることを特徴としている。
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、前記軸体の回転軸に対して直交する平面に平行な平面であることを特徴としている。
請求項７記載の発明は、請求項５記載の切削用ホルダにおいて、
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、外側に向けて徐々に前記ワークから離れるテーパー面であることを特徴としている。
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、外側に向けて徐々に前記ワークから離れるテーパー面であることを特徴としている。
請求項８記載の発明は、請求項５記載の切削用ホルダにおいて、
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、外側に向けて徐々に前記ワークに近づくテーパー面であることを特徴としている。
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、外側に向けて徐々に前記ワークに近づくテーパー面であることを特徴としている。
請求項９記載の発明に係る切削装置は、
中空の軸体を有し、少なくとも一つのインサートが前記軸体の一端面に取り付けられ、当該軸体を回転させつつ前記インサートをワークに当接させることで切削を行う切削工具と、
前記切削工具に対してセットされる切削工具用カバーと、
前記切削工具の切削により発生した切削粉を、前記切削工具の中空部分を介して吸引する吸引部とを備え、
前記切削工具用カバーは、
前記軸体の先端部に固定される本体部と、
前記本体部の先端部における全周に対して、該本体部の周縁から外側に延出し、前記ワークの表面を覆う延出部とを有することを特徴としている。
中空の軸体を有し、少なくとも一つのインサートが前記軸体の一端面に取り付けられ、当該軸体を回転させつつ前記インサートをワークに当接させることで切削を行う切削工具と、
前記切削工具に対してセットされる切削工具用カバーと、
前記切削工具の切削により発生した切削粉を、前記切削工具の中空部分を介して吸引する吸引部とを備え、
前記切削工具用カバーは、
前記軸体の先端部に固定される本体部と、
前記本体部の先端部における全周に対して、該本体部の周縁から外側に延出し、前記ワークの表面を覆う延出部とを有することを特徴としている。
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の切削装置において、
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、前記軸体の回転軸に対して直交する平面に平行な平面であることを特徴としている。
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、前記軸体の回転軸に対して直交する平面に平行な平面であることを特徴としている。
請求項１１記載の発明は、請求項９記載の切削装置において、
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、外側に向けて徐々に前記ワークから離れるテーパー面であることを特徴としている。
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、外側に向けて徐々に前記ワークから離れるテーパー面であることを特徴としている。
請求項１２記載の発明は、請求項９記載の切削装置において、
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、外側に向けて徐々に前記ワークに近づくテーパー面であることを特徴としている。
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、外側に向けて徐々に前記ワークに近づくテーパー面であることを特徴としている。
本発明によれば、本体部の先端部における全周に対して、該本体部の周縁から外側に延出し、前記ワークの表面を覆う延出部が切削工具用カバーに設けられているので、切削粉がインサートの切れ刃から外周側に向けて排出されたとしても、延出部で抑えることができる。
また、切削工具の中空部分から吸引が行われている場合には、その吸引による空気の流れは延出部とワークとの隙間を通過して中空部分に到達する。このため、インサートの切れ刃から排出された切削粉が前記隙間から外周側へ向かおうとしても、吸引による空気の流れによって抑制される。したがって、切削粉が撒き散らされてしまうことを防止することができる。
また、延出部を設けたことによって、切削工具用カバーの表面積も大きくすることができるので、工具本体へと蓄熱される熱量を効果的に冷却し、切削時におけるインサートの温度上昇を抑制することも可能となる。
また、切削工具の中空部分から吸引が行われている場合には、その吸引による空気の流れは延出部とワークとの隙間を通過して中空部分に到達する。このため、インサートの切れ刃から排出された切削粉が前記隙間から外周側へ向かおうとしても、吸引による空気の流れによって抑制される。したがって、切削粉が撒き散らされてしまうことを防止することができる。
また、延出部を設けたことによって、切削工具用カバーの表面積も大きくすることができるので、工具本体へと蓄熱される熱量を効果的に冷却し、切削時におけるインサートの温度上昇を抑制することも可能となる。
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
図１は本実施形態に係る切削装置の概略構成を示す斜視図である。図１に示すように切削装置１は、ベッド２と、該ベッド２の奥部分に立設されたコラム３と、該コラム３の前面に上下方向（Ｚ軸方向）に移動自在に支持された主軸頭４と、前記ベッド２の手前部分に前後方向（Ｙ軸方向）に移動自在に支持されたサドル５と、該サドル５上に左右方向（Ｘ軸方向）に移動自在に支持されたテーブル６とを備えている。テーブル６には、例えばＦＲＰ等から形成された被切削物であるワークＷが載置されている。
主軸頭４内には、主軸７が回転自在に支持され、該主軸７は主軸頭４に内蔵された駆動モータ（不図示）により回転駆動される。主軸７の下端部には、着脱自在の切削用ホルダ１０が取り付けられるようになっている。また、主軸頭４の上部には、切削用ホルダ１０に連通する配管８が設けられている。この配管８の他端部には、切削用ホルダ１０によって発生した切削粉を吸引する吸引部９が接続されている。
次に、切削用ホルダ１０について詳細に説明する。
図２は切削用ホルダ１０の一部の概略構成を示す斜視図である。図２に示すように切削用ホルダ１０には、ワークＷを切削するための切削工具１１と、切削工具１１に対してセットされた切削工具用カバー１２とが備えられている。
図２は切削用ホルダ１０の一部の概略構成を示す斜視図である。図２に示すように切削用ホルダ１０には、ワークＷを切削するための切削工具１１と、切削工具１１に対してセットされた切削工具用カバー１２とが備えられている。
図３〜図５は、切削工具１１の概略構成を示す説明図であり、図３は正面図、図４は一端面図、図５は他端面図である。この図３〜５に示すように切削工具１１には、軸体１１１と、軸体１１１の先端面に設けられたインサート１１２及び補助ブロック１１３とが設けられている。本実施形態では、インサート１１２と補助ブロック１１３とが４組設けられている場合を例示して説明するが、インサート１１２と補助ブロック１１３とは何組設けられていてもよい。
軸体１１１は、主軸頭４に固定される固定軸１１４と、固定軸１１４の先端部側に設けられたインサート固定部１１５とを備えている。そして、軸体１１１には、その軸芯上に形成された中空部分１１６が全長にわたって設けられている。中空部分１１６のインサート固定部１１５側の端部は開放されていて、中空部分１１６の固定軸１１４側の端部は配管８に接続されている。つまり中空部分１１６は配管８を介して吸引部９と連通している。
固定軸１１４における先端部側外周には、切削工具用カバー１２を固定するための固定穴１１７が形成されている。また、インサート固定部１１５の先端部には、インサート１１２を取り付けるためのインサート取付座１１８と、補助ブロック１１３を収容するブロック用収容凹部１１９とが形成されている。インサート取付座１１８は、インサート固定部１１５の先端面を四分割する直線上にそれぞれ配置されている。ブロック用収容凹部１１９は、各インサート取付座１１８における回転方向先方側に配置されている。
インサート取付座１１８に収容されたインサート１１２は、その一側面１１２ａが回転方向に対して直交する面に略平行であって、当該回転方向の先方側を向くように配置されている。そして、インサート取付座１１８に収容されたインサート１１２は、その先端部がワークＷに接触するようにインサート固定部１１５の先端から先方に向けて突出している。つまり、インサート１１２が回転してワークＷを切削すると、インサート１１２の一側面１１２ａ上に切削粉が溜まることになる。
一方、ブロック用収容凹部１１９に収容された補助ブロック１１３と、インサート固定部１１５とには、外周から中空部分１１６まで空気を案内するための流路１２０（図４においては斜線部）が形成されている。この流路１２０は、インサート１１２の一側面１１２ａ上を通過するように空気を案内する。
一方、ブロック用収容凹部１１９に収容された補助ブロック１１３と、インサート固定部１１５とには、外周から中空部分１１６まで空気を案内するための流路１２０（図４においては斜線部）が形成されている。この流路１２０は、インサート１１２の一側面１１２ａ上を通過するように空気を案内する。
図６及び図７は、切削工具用カバー１２の概略構成を示す説明図であり、図６は正面図、図７は一端面図である。この図６及び図７に示すように切削工具用カバー１２には、本体部１２１と、本体部１２１の周縁から外側に向けて延出する延出部１２２とが設けられている。本体部１２１と延出部１２２とは金属等によって一体的に形成されている。
切削工具用カバー１２の本体部１２１と延出部１２２とをなす金属等は、前記切削工具１１よりも高い熱伝導率を有している材質であり、切削工具用カバー１２は、切削工具１１と接触し、熱的に連通していることが好ましい。ここで、熱的に連通しているとは、切削工具１１から切削工具用カバー１２へと熱伝導することができるということである。
これによって、切削工具１１本体へと蓄熱される熱量を切削工具用カバー１２へ伝導させて逃がすことにより効果的に冷却し、切削時におけるインサート１１２の温度上昇を抑制することができる。
ここで、切削工具用カバー１２をなす前記金属等の材質は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銀、金、銅タングステン合金などから選択された物質であることが好ましい。なお、切削工具用カバー１２の材質は、金属以外にも代替的にグラファイトを含むことができる。
これによって、切削工具１１本体へと蓄熱される熱量を切削工具用カバー１２へ伝導させて逃がすことにより効果的に冷却し、切削時におけるインサート１１２の温度上昇を抑制することができる。
ここで、切削工具用カバー１２をなす前記金属等の材質は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銀、金、銅タングステン合金などから選択された物質であることが好ましい。なお、切削工具用カバー１２の材質は、金属以外にも代替的にグラファイトを含むことができる。
実施形態の１例として、インサート１１２の材質が、結合相のＣｏ含有量が２〜２０質量％、残部がＷＣからなるグレードのＷＣ基超硬合金を使用するとき、この熱伝導率は、約９０Ｗ／ｍ・Ｋから１０５Ｗ／ｍ・Ｋの範囲内の値を有している。
また、切削工具１１の材質が、例えば、ＳＫＤ６１材、ＳＣＭ４３５材、ＳＣＭ４４０材等の汎用合金工具鋼であるとき、約１５〜５０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有していることから、切削工具用カバー１２の材質は、蓄熱を回避するために、切削工具１１の２倍以上の熱伝導率を有していることが好ましい。より好ましくは１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率、更に、より好ましくは２５０Ｗ／ｍＫ以上の高い熱伝導率を有していることが好ましい。
また、切削工具１１の材質が、例えば、ＳＫＤ６１材、ＳＣＭ４３５材、ＳＣＭ４４０材等の汎用合金工具鋼であるとき、約１５〜５０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有していることから、切削工具用カバー１２の材質は、蓄熱を回避するために、切削工具１１の２倍以上の熱伝導率を有していることが好ましい。より好ましくは１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率、更に、より好ましくは２５０Ｗ／ｍＫ以上の高い熱伝導率を有していることが好ましい。
そこで、切削工具用カバー１２をなす前記金属等の材質は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銀、金、銅タングステン合金などから選択された物質であることが好ましいこれらの材質の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）については、アルミニウム（Ａｌ）は約２３７Ｗ／ｍ・Ｋ、銅（Ｃｕ）は約３９８Ｗ／ｍ・Ｋ、銀（Ａｇ）は約４２０Ｗ／ｍ・Ｋ、金（Ａｕ）は約３２０Ｗ／ｍ・Ｋ、タングステン（Ｗ）は約１７８Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有している。
また、切削工具用カバー１２の材質は、上記金属以外にも代替的に１１９〜１６５Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有しているグラファイトを含むことができる。
また、切削工具用カバー１２の材質は、上記金属以外にも代替的に１１９〜１６５Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有しているグラファイトを含むことができる。
アルミニウムやアルミニウム合金は、密度が２．７〜２．９ｇ／ｃｍ３と鋼に比べて約１／３と軽く、熱伝導率が２３７Ｗ／ｍ・Ｋ（純アルミの値）と優れているのが特徴である。耐食性は表面の不働態皮膜が有効に効く場合、優れている。銅は、アルミニウムやアルミニウム合金に比べて熱伝導率は１．７倍、比重は３．３倍であることから、アルミニウムやアルミニウム合金に比べて熱伝導率が優れているものの、重量が重く、コスト的にも高価となる。
そこで、切削工具用カバー１２の材質には、軽量化も可能で比較的安価となり、加工の容易性等を考慮して、アルミニウム又はアルミニウム合金が好ましい。
そこで、切削工具用カバー１２の材質には、軽量化も可能で比較的安価となり、加工の容易性等を考慮して、アルミニウム又はアルミニウム合金が好ましい。
切削工具１１に熱伝導性の良い材質からなる切削工具用カバー１２を装着することによって、インサート１１２から切削工具１１を通って切削工具用カバー１２へ熱を迅速に伝えることかできる。従って、切削工具１１での熱の蓄積や、インサート１１２の切れ刃における熱亀裂の開始を阻止することが期待できる。熱伝導率の改良は、インサート１１２の切れ刃の耐摩耗性を改善し、長寿命化をはかることができる。
図１に示すように、インサート１１２は切削工具１１に取り付けられ、切削工具用カバー１２も切削工具１１に取り付けられている。切削工具１１は、インサート固定部１１５の先端部に設けられたインサート取付座１１８を有していることから、このインサート取付座１１８にインサート１１２が固定される。インサート１１２の固定方法には、例えばネジ、クランプピンなどの固定部材を用いた固定方法が挙げられる。
本体部１２１は、略円筒形状であり、切削工具１１の軸体１１１に固定されて、軸体１１１の先端部であるインサート固定部１１５を覆うものである。本体部１２１の基端部側には、固定軸１１４の固定穴１１７に係合するための係合部１２３が形成されている。この係合部１２３と固定穴１１７とを重ねて図示しないネジを固定穴１１７に螺入することで、切削工具用カバー１２が切削工具１１に取り付けられる。
切削工具用カバー１２の固定方法は、ネジを固定穴１１７に螺入する以外の選択肢として、例えばクランプピンなどの固定部材による固定、圧入、熱嵌め、金属ロウ付け、半田付け、接着剤などの機械的な取り付け方法が考えられる。ここで、金属ロウ付け、半田付け、接着剤に使用する材質は、切削工具１１よりも高い熱伝導率を有していることが好ましい。
本体部１２１は、略円筒形状であり、切削工具１１の軸体１１１に固定されて、軸体１１１の先端部であるインサート固定部１１５を覆うものである。本体部１２１の基端部側には、固定軸１１４の固定穴１１７に係合するための係合部１２３が形成されている。この係合部１２３と固定穴１１７とを重ねて図示しないネジを固定穴１１７に螺入することで、切削工具用カバー１２が切削工具１１に取り付けられる。
切削工具用カバー１２の固定方法は、ネジを固定穴１１７に螺入する以外の選択肢として、例えばクランプピンなどの固定部材による固定、圧入、熱嵌め、金属ロウ付け、半田付け、接着剤などの機械的な取り付け方法が考えられる。ここで、金属ロウ付け、半田付け、接着剤に使用する材質は、切削工具１１よりも高い熱伝導率を有していることが好ましい。
延出部１２２は、ワークＷの表面を覆うものであり、その外周形状が円形となるように、本体部１２１の先端部における全周に設けられている。なお、延出部１２２の大きさは、切削時の回転速度や、ワークＷの材料、大きさ等に基づいて、各種シミュレーションや実験を行うことにより最適な値が求められている。
そして、本体部１２１及び延出部１２２におけるワークＷに対向する面１２４は、軸体１１１の回転軸に対して直交する平面に平行な平面に形成されている。
そして、本体部１２１及び延出部１２２におけるワークＷに対向する面１２４は、軸体１１１の回転軸に対して直交する平面に平行な平面に形成されている。
次に、本実施形態の作用について説明する。
まず、切削前には、吸引部９を駆動させて中空部分１１６の先端部から空気を吸引させておき、吸引が維持された状態で切削を開始する。
図８は切削時における切削用ホルダ１０とワークＷとの関係を模式的に示す説明図である。なお図８においては切削用ホルダ１０の右半分は内部形状を示している。図８に示すように、切削加工は横送りのフライス加工（平面加工）で行われる。このとき、ワークＷの表面と切削工具用カバー１２との間には、クリアランスが設けられている。吸引部９による吸引が行われていると、中空部分１１６だけでなく、ワークＷの表面と切削工具用カバー１２との間にも吸引による気流が発生する。ここで、延出部１２２の外周部での気流が通過する面積（外周部の直径×π×クリアランス）よりも、延出部１２２の内周部での気流が通過する面積（内周部の直径×π×クリアランス）の方が小さくなるため、内側に向かうほど気流の流速は徐々に高まることになる。つまり、インサート１１２の切れ刃から排出される切削粉に対しては、流速の速い気流が作用することになり、切削粉は中空部分１１６に吸い込まれる。
まず、切削前には、吸引部９を駆動させて中空部分１１６の先端部から空気を吸引させておき、吸引が維持された状態で切削を開始する。
図８は切削時における切削用ホルダ１０とワークＷとの関係を模式的に示す説明図である。なお図８においては切削用ホルダ１０の右半分は内部形状を示している。図８に示すように、切削加工は横送りのフライス加工（平面加工）で行われる。このとき、ワークＷの表面と切削工具用カバー１２との間には、クリアランスが設けられている。吸引部９による吸引が行われていると、中空部分１１６だけでなく、ワークＷの表面と切削工具用カバー１２との間にも吸引による気流が発生する。ここで、延出部１２２の外周部での気流が通過する面積（外周部の直径×π×クリアランス）よりも、延出部１２２の内周部での気流が通過する面積（内周部の直径×π×クリアランス）の方が小さくなるため、内側に向かうほど気流の流速は徐々に高まることになる。つまり、インサート１１２の切れ刃から排出される切削粉に対しては、流速の速い気流が作用することになり、切削粉は中空部分１１６に吸い込まれる。
以上のように、本実施形態によれば、切削工具用カバー１２の本体部１２１の先端部における全周に対して、該本体部１２１の周縁から外側に延出し、ワークＷの表面を覆う延出部１２２が設けられているので、切削粉がインサート１１２の切れ刃から外周側に向けて放出されたとしても、延出部１２２で抑えることができる。
また、切削工具１１の中空部分１１６から吸引が行われている場合には、その吸引による空気の流れは延出部１２２とワークＷとの隙間を通過して中空部分１１６に到達する。このため、インサート１１２の切れ刃から排出された切削粉が前記隙間から外部へ向かおうとしても、吸引による空気の流れによって抑制される。したがって、切削粉が撒き散らされてしまうことを防止することができる。
また、延出部１２２を設けたことによって、切削工具用カバー１２の表面積も大きくすることができるので、切削工具１１本体へと蓄熱される熱量を効果的に冷却し、切削時におけるインサート１１２の温度上昇を抑制することも可能となる。
また、切削工具１１の中空部分１１６から吸引が行われている場合には、その吸引による空気の流れは延出部１２２とワークＷとの隙間を通過して中空部分１１６に到達する。このため、インサート１１２の切れ刃から排出された切削粉が前記隙間から外部へ向かおうとしても、吸引による空気の流れによって抑制される。したがって、切削粉が撒き散らされてしまうことを防止することができる。
また、延出部１２２を設けたことによって、切削工具用カバー１２の表面積も大きくすることができるので、切削工具１１本体へと蓄熱される熱量を効果的に冷却し、切削時におけるインサート１１２の温度上昇を抑制することも可能となる。
切削時の摩擦によるインサート１１２の温度上昇を抑制することや、切削工具１１本体へと蓄熱される熱量を効果的に冷却するには、切削時に摩擦によってインサート１１２の切れ刃で発生した熱を、インサート１１２から切削工具１１本体を通って切削工具用カバー１２の延出部１２２へと伝えることが好ましい。
切削時の摩擦によるインサート１１２の温度上昇を抑制することによって、切れ刃の加熱と冷却とを繰り返す熱サイクルを低減することができる。この熱サイクルは、切れ刃の亀裂の発生やその進行を促進させ、切れ刃の耐摩耗性や耐欠損性の劣化を招くことなどから、インサート１１２の温度上昇を抑制することは、長寿命化に有効である。
また、被削材が、例えばＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）、ＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）材等の複合材料の場合は、加工後の被削材表面を高品質に維持することが望まれており、そのためにも切削時の摩擦による切れ刃の温度上昇を抑制することによって、被削材の切粉が切れ刃へ溶着するのを防ぐことができる。
切削時の摩擦によるインサート１１２の温度上昇を抑制することによって、切れ刃の加熱と冷却とを繰り返す熱サイクルを低減することができる。この熱サイクルは、切れ刃の亀裂の発生やその進行を促進させ、切れ刃の耐摩耗性や耐欠損性の劣化を招くことなどから、インサート１１２の温度上昇を抑制することは、長寿命化に有効である。
また、被削材が、例えばＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）、ＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）材等の複合材料の場合は、加工後の被削材表面を高品質に維持することが望まれており、そのためにも切削時の摩擦による切れ刃の温度上昇を抑制することによって、被削材の切粉が切れ刃へ溶着するのを防ぐことができる。
なお、本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能である。以下の説明においては、上記実施形態と同一部分においては同一符号を付し、その説明を省略する。
例えば、上記実施形態では、切削工具用カバー１２の延出部１２２の外形形状が円形である場合を例示して説明したが、延出部１２２の外形形状は如何なる形状であってもよく、好ましくは、回転軸を中心とした点対称の形状である。回転軸を中心とした点対称の形状としては、円形以外にも、例えば正多角形状や、楕円形状等が挙げられる。
また、切削工具１１や切削工具用カバー１２は、それぞれの好適な素材を５軸制御マシニングセンター等を用いたＮＣ制御による加工に基づいて製造することができる。
例えば、上記実施形態では、切削工具用カバー１２の延出部１２２の外形形状が円形である場合を例示して説明したが、延出部１２２の外形形状は如何なる形状であってもよく、好ましくは、回転軸を中心とした点対称の形状である。回転軸を中心とした点対称の形状としては、円形以外にも、例えば正多角形状や、楕円形状等が挙げられる。
また、切削工具１１や切削工具用カバー１２は、それぞれの好適な素材を５軸制御マシニングセンター等を用いたＮＣ制御による加工に基づいて製造することができる。
また、上記実施形態では、切削工具用カバー１２の本体部１２１及び延出部１２２におけるワークＷに対向する面１２４が、軸体１１１の回転軸に対して直交する平面に平行な平面に形成されている場合を例示して説明したが、切削工具１１周縁のワークＷの表面を覆うことのできる形状であれば如何様であってもよい。
［変形例１］
変形例１では、図９に示す切削工具用カバー１２Ａのように、本体部１２１ａ及び延出部１２２ａにおけるワークＷに対向する面１２４ａを、外側に向けて徐々にワークＷから離れるテーパー面としている。この場合、ワークＷと面１２４ａとのクリアランスが内側に向かって徐々に小さくなっていくため、延出部１２２ａの外周部での気流が通過する面積（外周部の直径×π×クリアランス）と、延出部１２２の内周部での気流が通過する面積（内周部の直径×π×クリアランス）との差が一段と大きくなる。故に、内側に向かうほど気流の流速は、上記実施形態の場合と比しても急速に高まる。したがって、インサート１１２の切れ刃から排出される切削粉に対しては、より流速の速い気流が作用することになり、切削粉をより確実に吸引することが可能となる。
また、曲面加工の場合、ワークＷの曲面形状に応じて、切削工具１１を傾けなければならないが、上記実施形態の切削工具用カバー１２であると切削工具１１を傾けることによって延出部１２２の外周縁がワークＷに接触してしまい、曲面加工自体が困難なものとなる。しかしながら、外側に向けて徐々にワークＷから離れるテーパー面を有する切削工具用カバー１２Ａであれば、切削工具１１を傾けたとしても、延出部１２２ａの外周縁がワークＷに触れるまでは余裕がある。このため、曲面加工が容易に行うことができる。
なお、テーパー面の傾斜角度は、曲面加工時における切削工具１１の最大傾き角度に応じて設定されていることが好ましい。
変形例１では、図９に示す切削工具用カバー１２Ａのように、本体部１２１ａ及び延出部１２２ａにおけるワークＷに対向する面１２４ａを、外側に向けて徐々にワークＷから離れるテーパー面としている。この場合、ワークＷと面１２４ａとのクリアランスが内側に向かって徐々に小さくなっていくため、延出部１２２ａの外周部での気流が通過する面積（外周部の直径×π×クリアランス）と、延出部１２２の内周部での気流が通過する面積（内周部の直径×π×クリアランス）との差が一段と大きくなる。故に、内側に向かうほど気流の流速は、上記実施形態の場合と比しても急速に高まる。したがって、インサート１１２の切れ刃から排出される切削粉に対しては、より流速の速い気流が作用することになり、切削粉をより確実に吸引することが可能となる。
また、曲面加工の場合、ワークＷの曲面形状に応じて、切削工具１１を傾けなければならないが、上記実施形態の切削工具用カバー１２であると切削工具１１を傾けることによって延出部１２２の外周縁がワークＷに接触してしまい、曲面加工自体が困難なものとなる。しかしながら、外側に向けて徐々にワークＷから離れるテーパー面を有する切削工具用カバー１２Ａであれば、切削工具１１を傾けたとしても、延出部１２２ａの外周縁がワークＷに触れるまでは余裕がある。このため、曲面加工が容易に行うことができる。
なお、テーパー面の傾斜角度は、曲面加工時における切削工具１１の最大傾き角度に応じて設定されていることが好ましい。
［変形例２］
変形例２では、図１０に示す切削工具用カバー１２Ｂのように、本体部１２１ｂ及び延出部１２２ｂにおけるワークＷに対向する面１２４ｂを、外側に向けて徐々にワークＷに近づくテーパー面としている。このような形状であると、インサート１１２の切れ刃から排出された切削粉が面１２４ｂで反射したとしても、平面である場合よりも内側に反射させることができ、切削粉が撒き散らされてしまうことをより防止することができる。
変形例２では、図１０に示す切削工具用カバー１２Ｂのように、本体部１２１ｂ及び延出部１２２ｂにおけるワークＷに対向する面１２４ｂを、外側に向けて徐々にワークＷに近づくテーパー面としている。このような形状であると、インサート１１２の切れ刃から排出された切削粉が面１２４ｂで反射したとしても、平面である場合よりも内側に反射させることができ、切削粉が撒き散らされてしまうことをより防止することができる。
［変形例３］
変形例３では、図１１に示す切削工具用カバー１２Ｃのように、本体部１２１ｃ及び延出部１２２ｃにおけるワークＷに対向する面１２４ｃを、外側に向けて徐々にワークＷに近づく放物面としている。このような形状であると、インサート１１２の切れ刃から排出された切削粉が面１２４ｃで反射したとしても、平面である場合よりも内側に反射させることができ、切削粉が撒き散らされてしまうことをより防止することができる。
変形例３では、図１１に示す切削工具用カバー１２Ｃのように、本体部１２１ｃ及び延出部１２２ｃにおけるワークＷに対向する面１２４ｃを、外側に向けて徐々にワークＷに近づく放物面としている。このような形状であると、インサート１１２の切れ刃から排出された切削粉が面１２４ｃで反射したとしても、平面である場合よりも内側に反射させることができ、切削粉が撒き散らされてしまうことをより防止することができる。
また、放熱効率を高めるため、切削工具用カバー１２の表面に対して溝形状のフィンを形成して表面積を増大させることが好ましい。例えば、切削工具用カバー１２の延出部１２２の表面に、略等間隔で併設されたフィンを設けることが好ましい。隣り合うフィンの間には、溝が形成されているため当該溝に空気が通ることにより、切削工具用カバー１２を介して切削工具１１を好適に冷却することができる。
［変形例４］
図１２はフィンを有する切削工具用カバーの一例を示す部分断面図である。この図１２に示すように、切削工具用カバー１２Ａの外周面には、本体部１２１ａから延出部１２２ａにかけて軸方向に沿う断面視Ｌ字状の溝１３１ａが周方向に略等間隔で複数形成されている。この複数の溝１３１ａによってフィン１３２ａが形成されている。
図１２はフィンを有する切削工具用カバーの一例を示す部分断面図である。この図１２に示すように、切削工具用カバー１２Ａの外周面には、本体部１２１ａから延出部１２２ａにかけて軸方向に沿う断面視Ｌ字状の溝１３１ａが周方向に略等間隔で複数形成されている。この複数の溝１３１ａによってフィン１３２ａが形成されている。
［変形例５］
また、図１３はフィンを有する切削工具用カバーの他の一例を示す部分断面図である。図１３に示すように切削工具用カバー１２Ｂにおける本体部１２１ｂの外周面には、回転軸を中心とした同心円状の溝１３１ｂが軸方向に略等間隔で複数形成されている。この複数の溝１３１ｂによってフィン１３２ｂが形成されている。
これら複数のフィン１３２ａ，１３２ｂのように等間隔に設けられていれば、工具回転時のバランスを維持することができ、好ましい。
また、図１３はフィンを有する切削工具用カバーの他の一例を示す部分断面図である。図１３に示すように切削工具用カバー１２Ｂにおける本体部１２１ｂの外周面には、回転軸を中心とした同心円状の溝１３１ｂが軸方向に略等間隔で複数形成されている。この複数の溝１３１ｂによってフィン１３２ｂが形成されている。
これら複数のフィン１３２ａ，１３２ｂのように等間隔に設けられていれば、工具回転時のバランスを維持することができ、好ましい。
また、切削工具用カバー１２と切削工具１１との接触面積を大きくして熱伝導効率を高めることが好ましい。接触面積を大きくする変形例として変形例６と、変形例７とを例示する。
［変形例６］
図１４に示す切削工具用カバー１２Ｃと切削工具１１Ｃとにおいては、切削工具用カバー１２Ｃにおける本体部１２１ｃの内周面が先細りになるテーパー面１２５ｃに形成されていて、切削工具１１Ｃの先端部の外周面も先細りになるテーパー面１１５ｃに形成されている。切削工具用カバー１２Ｃと切削工具１１Ｃとが組み付けられると、互いのテーパー面１１５ｃ，１２５ｃが重なりあって熱伝導が発生する。
［変形例６］
図１４に示す切削工具用カバー１２Ｃと切削工具１１Ｃとにおいては、切削工具用カバー１２Ｃにおける本体部１２１ｃの内周面が先細りになるテーパー面１２５ｃに形成されていて、切削工具１１Ｃの先端部の外周面も先細りになるテーパー面１１５ｃに形成されている。切削工具用カバー１２Ｃと切削工具１１Ｃとが組み付けられると、互いのテーパー面１１５ｃ，１２５ｃが重なりあって熱伝導が発生する。
［変形例７］
図１５に示す切削工具用カバー１２Ｄと切削工具１１Ｄとにおいては、切削工具用カバー１２Ｄにおける本体部１２１ｄの内周面が雌ねじ１２５ｄとなっていて、切削工具１１Ｃの先端部の外周面が雄ねじ１１５ｄとなっている。切削工具用カバー１２Ｃに切削工具１１Ｃが螺合すると、雌ねじ１２５ｄと雄ねじ１１５ｄが密着するため、熱伝導が発生する。
図１５に示す切削工具用カバー１２Ｄと切削工具１１Ｄとにおいては、切削工具用カバー１２Ｄにおける本体部１２１ｄの内周面が雌ねじ１２５ｄとなっていて、切削工具１１Ｃの先端部の外周面が雄ねじ１１５ｄとなっている。切削工具用カバー１２Ｃに切削工具１１Ｃが螺合すると、雌ねじ１２５ｄと雄ねじ１１５ｄが密着するため、熱伝導が発生する。
［実施例］
以下、実施例によって本発明の実施形態の詳細を説明するが、本発明は、以下の実施例によって限定されるものではない。
以下、実施例によって本発明の実施形態の詳細を説明するが、本発明は、以下の実施例によって限定されるものではない。
本発明に係る切削工具ホルダ１０を作製して切削試験を行い、同時に切削粉を吸引する吸引効率を評価した。この試験により、本発明の切削工具ホルダ１０が、切削時に切削粉のまき散らされるのを防止していることを確認した。
本発明に係る切削工具ホルダ１０は、図２〜図７に示すように切削工具１１と、切削工具１１に装着された切削工具用カバー１２とから構成されている。
本発明に係る切削工具ホルダ１０は、図２〜図７に示すように切削工具１１と、切削工具１１に装着された切削工具用カバー１２とから構成されている。
試作した切削工具１１の基材は、ＳＣＭ４４０相当の合金工具鋼を用いて旋盤加工により外観形状を整えて表面硬度ＨＲＣ４０〜４３に調質した後、切削工具用カバー１２部との取付け面を研磨加工により仕上げた。また、切削工具１１のインサート固定部１１５である着座面、側壁面は、マシニングセンターにてフライス加工により作製した。更に、切削工具用カバー１２を固定するためのネジ固定穴１１７を形成した。
切削工具用カバー１２の基材は、アルミニウム金属材を用いて旋盤加工により外観形状を整えた。切削工具用カバー１２の延出部１２２の外周部の直径は、切削工具１１の工具刃径のおよそ２倍程度となるように作製した。また、延出部１２２のワークに対抗する面１２４は、図８に示すように、工具回転軸に対して直交する平面に平行な平面とし、ワークとのクリアランスを保った。
切削工具１１に装着した４枚のインサートは、切れ刃も含む全てを超硬合金製とし、これら全てのインサートの表面にはダイヤモンド皮膜を被覆した超硬合金製のインサートとした。
以下、この切削試験の方法とその結果について説明する。
以下、この切削試験の方法とその結果について説明する。
［被削材の切削試験］
切削試験は、切削工具とＮＣ工作機械を用いて、被削材の平面切削加工を行い、その吸引効率を評価する切削試験を実施した。この平面の切削試験においては、作製した切削工具１１に切削工具用カバー１２を装着した実施例と、切削工具用カバー１２を装着していない切削工具１１だけの比較例を使用した切削加工を実施した。
この切削試験に用いた被削材の材質は、炭素繊維強化樹脂複合材（ＣＦＲＰ）とし、この被削材の平面加工による切削試験を行った。
ここで吸引効率の算出方法は、切削除去した被削材の体積より算出した被削材重量Ｗ１（ｇ）と、切削試験後に図１の吸引部９に回収された切削粉の重量Ｗ２（ｇ）との比（Ｗ２／Ｗ１）を求めて、これを吸引効率とした。今回の切削試験では、Ｗ１値は３１１（ｇ）に設定した。
以下に、この切削試験の内容とその結果について説明する。切削試験の切削条件については、下記に示す。
切削試験は、切削工具とＮＣ工作機械を用いて、被削材の平面切削加工を行い、その吸引効率を評価する切削試験を実施した。この平面の切削試験においては、作製した切削工具１１に切削工具用カバー１２を装着した実施例と、切削工具用カバー１２を装着していない切削工具１１だけの比較例を使用した切削加工を実施した。
この切削試験に用いた被削材の材質は、炭素繊維強化樹脂複合材（ＣＦＲＰ）とし、この被削材の平面加工による切削試験を行った。
ここで吸引効率の算出方法は、切削除去した被削材の体積より算出した被削材重量Ｗ１（ｇ）と、切削試験後に図１の吸引部９に回収された切削粉の重量Ｗ２（ｇ）との比（Ｗ２／Ｗ１）を求めて、これを吸引効率とした。今回の切削試験では、Ｗ１値は３１１（ｇ）に設定した。
以下に、この切削試験の内容とその結果について説明する。切削試験の切削条件については、下記に示す。
＜切削条件＞
加工方法 ： 平面切削、乾式切削
回転数ｎ ： 毎分２０００から１００００回転
加工方法 ： 平面切削、乾式切削
回転数ｎ ： 毎分２０００から１００００回転
図１６は、実施例と比較例との切削試験の結果を示すグラフである。図１６において、送り速度Ｖｆが速くなるほど、両者伴に吸引効率は低下する傾向を示したものの、特に送り速度Ｖｆが中程度の場合において、実施例の吸引効率は、７５．３％、比較例の吸引効率は、３８．６％となり、両者の差は３６．７ポイントと最大値になった。従って、本発明によって切削粉の吸引効率をおよそ２倍と大幅に改善でき、本発明の切削工具が切削時に切削粉のまき散らされるのを防止していることを確認できた。
一方、送り速度Ｖｆが極端に遅い場合と速い場合とでは、両者の吸引効率はほぼ同程度であった。
一方、送り速度Ｖｆが極端に遅い場合と速い場合とでは、両者の吸引効率はほぼ同程度であった。
１ 切削装置
２ ベッド
３ コラム
４ 主軸頭
５ サドル
６ テーブル
７ 主軸
８ 配管
９ 吸引部
１０ 切削用ホルダ
１１ 切削工具
１２ 切削工具用カバー
１１１ 軸体
１１２ インサート
１１２ａ 一側面
１１３ 補助ブロック
１１４ 固定軸
１１５ インサート固定部
１１６ 中空部分
１１７ 固定穴
１１８ インサート取付座
１１９ ブロック用収容凹部
１２０ 流路
１２１ 本体部
１２２ 延出部
１２３ 係合部
１２４ 面
Ｗ ワーク
２ ベッド
３ コラム
４ 主軸頭
５ サドル
６ テーブル
７ 主軸
８ 配管
９ 吸引部
１０ 切削用ホルダ
１１ 切削工具
１２ 切削工具用カバー
１１１ 軸体
１１２ インサート
１１２ａ 一側面
１１３ 補助ブロック
１１４ 固定軸
１１５ インサート固定部
１１６ 中空部分
１１７ 固定穴
１１８ インサート取付座
１１９ ブロック用収容凹部
１２０ 流路
１２１ 本体部
１２２ 延出部
１２３ 係合部
１２４ 面
Ｗ ワーク
Claims (12)
- 中空の軸体を有し、少なくとも一つのインサートが前記軸体の一端面に取り付けられ、当該軸体を回転させつつ前記インサートをワークに当接させることで切削を行う切削工具に対してセットされる切削工具用カバーであって、
前記軸体の先端部に固定される本体部と、
前記本体部の先端部における全周に対して、該本体部の周縁から外側に延出し、前記ワークの表面を覆う延出部とを有することを特徴とする切削工具用カバー。 - 請求項１記載の切削工具用カバーにおいて、
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、前記軸体の回転軸に対して直交する平面に平行な平面であることを特徴とする切削工具用カバー。 - 請求項１記載の切削工具用カバーにおいて、
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、外側に向けて徐々に前記ワークから離れるテーパー面であることを特徴とする切削工具用カバー。 - 請求項１記載の切削工具用カバーにおいて、
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、外側に向けて徐々に前記ワークに近づくテーパー面であることを特徴とする切削工具用カバー。 - 中空の軸体を有し、少なくとも一つのインサートが前記軸体の一端面に取り付けられ、当該軸体を回転させつつ前記インサートをワークに当接させることで切削を行う切削工具と、
前記切削工具に対してセットされる切削工具用カバーとを備え、
前記切削工具用カバーは、
前記軸体の先端部に固定される本体部と、
前記本体部の先端部における全周に対して、該本体部の周縁から外側に延出し、前記ワークの表面を覆う延出部とを有することを特徴とする切削用ホルダ。 - 請求項５記載の切削用ホルダにおいて、
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、前記軸体の回転軸に対して直交する平面に平行な平面であることを特徴とする切削用ホルダ。 - 請求項５記載の切削用ホルダにおいて、
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、外側に向けて徐々に前記ワークから離れるテーパー面であることを特徴とする切削用ホルダ。 - 請求項５記載の切削用ホルダにおいて、
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、外側に向けて徐々に前記ワークに近づくテーパー面であることを特徴とする切削用ホルダ。 - 中空の軸体を有し、少なくとも一つのインサートが前記軸体の一端面に取り付けられ、当該軸体を回転させつつ前記インサートをワークに当接させることで切削を行う切削工具と、
前記切削工具に対してセットされる切削工具用カバーと、
前記切削工具の切削により発生した切削粉を、前記切削工具の中空部分を介して吸引する吸引部とを備え、
前記切削工具用カバーは、
前記軸体の先端部に固定される本体部と、
前記本体部の先端部における全周に対して、該本体部の周縁から外側に延出し、前記ワークの表面を覆う延出部とを有することを特徴とする切削装置。 - 請求項９記載の切削装置において、
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、前記軸体の回転軸に対して直交する平面に平行な平面であることを特徴とする切削装置。 - 請求項９記載の切削装置において、
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、外側に向けて徐々に前記ワークから離れるテーパー面であることを特徴とする切削装置。 - 請求項９記載の切削装置において、
前記本体部及び前記延出部における前記ワークに対向する面が、外側に向けて徐々に前記ワークに近づくテーパー面であることを特徴とする切削装置。
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