JPS63278706A - 切削工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、工作機械に装着され、固定あるいは回転し
て被加工物を切削する切削工具に関する。

（従来の技術） 旋盤、マシニングセンタ、形削盤、自動盤、シェーパ、
歯切盤、ボール盤等の工作機械の刃物台や主軸に装着さ
れる切削工具は、一般に、ベース部とこのベース部に固
定された刃先部とから構成されている。そして、この刃
先部は、被加工物の物理的、化学的性質に対応し、切削
精度および工具寿命の面でも優れた最適な材種が選定さ
れる。

また、ベース部は、工具の動特性の優れたものが用いら
れているが、特に吸振性が良く１周波数応答が高く、機
械的、熱的変形の少ないものが使用され、切削精度を満
足したかたちで工具寿命の長い材質が選定されている。

いわゆる刃先部とベース部の開発は別々に、独立的に行
っているのが実情であり、通常はベース部に対して刃先
部を銀ろう付は等によって結合している。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、前述したように、ベース部に対して刃先部を
銀ろう付げによって結合したろう付は工具は、ろう付け
に高い熟練度と長い作業時間が求められているが、刃先
部が折損したり、摩耗したときに、ろう付けをいちいち
取り外す大変な時間と技術を要している。また、銀ろう
付は工具のように単に接合性と耐熱性が良い金属を用い
てろう付けを施すだけでは、ややもすると刃先部とベー
ス部の材質の物理的、化学的特性をも損うことになりか
ねない。

この発明は前記事情に着目してなされてもので、その目
的とするところは、ベース部に対して刃先部を容易に結
合することができ、また刃先部が折損したり、摩耗した
場合、その刃先部をベース部から取り外して再生するこ
とが容易に行なえ、切削加工中に刃先部に加わる振動を
吸振することができる切削工具を提供することにある。

（問題点を解決するための手段及び作用）この発明は、
ベース部と刃先部との間に、たとえばエポキシを主成分
とするエポキシポリアミド系接着剤からなる制振結合層
を介在して結合し、この制振結合層によって加工中に加
わる振動を吸振するようにしたことにある。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は旋盤等の工作機械の刃物台に装着される切削工
具を示すもので、これはベース部１と刃先部２とから構
成されている。すなわち、ベース部１の先端部における
片側番とは取付凹部３が設けられ、この取付凹部３に後
述する制振結合層４によって前記刃先部２が結合されて
いる。したがって、ベース部１と刃先部２との間には制
振結合層４が介在され１両者は直接接触しない状態にあ
る。

前記ベース部１と刃先部２は、同材質の場合もあるが、
多くの場合、異種材料の組合せとなる。

そして、刃先部２は、高速度鋼、超硬、セラミックス、
サーメット、ＣＢＮ、ダイヤモンド等が用いられている
。また、前記ベース部１は、一般に機械構造用炭素鋼、
炭素鋼、軸受鋼、高速度鋼。

鋳鉄が用いられているが、中でもＦＣＩＯ１ＦＣ３０、
オーステナイト系Ｎ１−Ｇｏ合合金銑鉄スーパーインバ
ー合金、ＦＣＤ４５、ＳＫ５、ＡＱ−（５〜５５）％Ｚ
ｎ、ＡＡ規格４０３２、Ａ３９０．　Ｎ　ｉ合金、ＣＵ
金合金ＡＱ金合金の振動減衰材料を任意に選択して使用
することができる。また、実験によれば。

特に、Ｃ；０．８〜３．０％、Ｓ　ｉ　；　１．０〜３
．０％、Ｎｉ；２５−４０％、Ｃｏ　；　４．０〜６．
０％、　Ｍ　ｎ　；　Ｏ〜２．０％、Ｓ　；　Ｏ〜１．
０％、Ｐ　；　Ｏ〜１．５％、残Ｆｅよ１りなるオース
テナイト系Ｎ　ｉ　−Ｇ　ｏ合金鋳鉄を使用するのが好
ましく、さらに熱膨張係数（０〜２０℃）→（２〜３　
）　Ｘ　１０−＠／℃、エネルギー損失率→２５〜３０
％の物理的性質を有するものが特に好ましい。

また、前記は制振結合層４は、一般的に接着性を有する
高分子材料を使用することができるが、特にエポキシを
主成分とするエポキシポリアミド系樹脂で、つぎの物理
的性質を示すものが好ましい。

引張せん断強さτｔ→１０〜２０ＭＰａ硬化前の粘度（
常温）→３０〜４０Ｐａ−８硬化時の体積収縮率→約２
．４％ 硬化物の横弾性率→Ｇ　＝０．０５〜０．２０　Ｐａ減
衰係数→Ｃ＝３〜５ＭＰａ−８ 接合層部分のばね定数→に＝７０〜１３０ＯＮ／ｍそし
て、この制振結合層４の厚さは、好ましくは２００μｍ
ｌ〜１μｍの範囲であり、特に好ましくは３０〜３μｍ
である。

つぎに、前述のように構成された異種材料複合切削工具
の特性を実験結果にもとづいて説明する。

すなわち、つぎに示す範囲の材料を用いて第１図に示し
た構造のベース部を有する切削バイト（以下Ｄｏ−Ｈと
いう）を１０個製作し、実際に被加工物（ＪＩＳ　　Ｓ
ＵＳ　　３０４）を切削し、そのフランク摩耗の最大摩
耗幅Ｖｃと平均摩耗幅ＶＢを潤定してみた。

〔ベース部の材料〕

組成：　Ｃ；　２．０〜３．０％、Ｓ　ｉ　；　２．０
〜３．０％、Ｎｉ；２５〜４０％、Ｃｏ　；　５．０〜
６．０％物理的性質： 熱膨張係数（０〜２０℃）→（２〜３）ＸＩＯ−”／’
Ｃエネルギー損失率→２７％ 引張せん断強さ→１０〜２０ｋｇｆ／ｎｏ”ブリネル硬
さＨＢ→１５０〜１７０ 縦弾性係数−＋８０００〜９０００ｋｇｆ／　ｆｆ１１
１”伸び→８％以下 比重→７．８ 〔制振結合層の材料〕　− 組成：エポキシを主成分としたエポキシポリアミド系樹
脂 物理的性質： 引張せん断強さでｔ　−４１０〜１５　Ｍ　Ｐ　ａ硬化
前の粘度（常温）→３０〜４０Ｐａ−８硬化時の体積収
縮率→約２．４％ 硬化物の横弾性率→Ｇ＝０．ＩＧＰａ 減衰係数−＊　Ｃ＝４．５Ｍ　Ｐａ−８接合層部分のば
ね定数→Ｋ　＝　１００ＯＮ　／　ｍ比較のため、下記
の切削バイトＡ（以下ＤＯ−２０Ｈという、結合層厚み
２０μｍ）、切削バイトＢ（以下Ｄ○−１００Ｈという
、結合層厚み１ｏｏ　μｍ　）および切削バイトＮｏｒ
ｍａｌ（市販品の工具）を用意し、同じように同一の被
加工物（Ｊ　Ｉ　ＳＳ　Ｕ　Ｓ　　３０４）を切削し、
同様にフランク摩耗を測定した。このとき使用した切削
バイトは、ＪＩＳ　　Ｐ２Ｏの超硬製チップで、刃先形
状はＪＩＳ３３−２型用のものである。

切削バイトＡ　（Ｄｏ−２０Ｈ）： 前述のベース部の材料を用い、このベース部に制振結合
層を２０μｍとして刃先部を結合した切削バイト。

切削バイトＢ　（ＤＯ−１００Ｈ）　：切削バイトＡと
同一構成で切削バイトを作るが、制振結合層の厚みを１
００μｍとして前記と同一の刃先部（ＪＩＳ　　Ｐ２Ｏ
）を結合したもの。

切削バイトＮ　ｏ　ｒ　ｍ　ａ　ｌ　：ＪＩＳ規格の炭
素鋼をベース部として使用している市販品（ＪＩＳ３３
−２型）で、刃先部（ＪＩＳ　　Ｐ２Ｏ）は銀ろう付け
されているもの。

第２図はその測定結果を示したものである。

この切削実験は、前記切削バイトＡ、Ｂおよび−Ｎｏｒ
ｍａｌについて切削時間に対して最大フランク摩耗幅Ｖ
ｃおよび平均フランク摩耗幅ＶＢを追跡したものである
。

切削バイトＮ　ｏ　ｒ　ｍ　ａ　ｌのＶｃ、ＶＢは切削
時間が１０ｍ１ｎから１５ｍ１ｎの間で急増し、切削時
間が２０ｎ＋ｉｎ辺りに至ると、Ｄｏ−２０Ｈ，ＤＯ−
１００Ｈより摩耗量が大きくなり、これ以降時間経過に
伴って順位は変わらず、切削バイトＮｏ　ｒｍａ　ｌが
最も大きなフランク摩耗を示す。

また、従来は接着剤の種類によっては、切削中に切削抵
抗や切削温度によって接着層が繰返し疲労したり、熱疲
労によって剥離や破壊を起こすことが心配されていたが
、この発明においては、その現象が起こることはなかっ
た。また、切削バイトの疲れ試験が行われ、切削時・に
作用する引張せん断路力を制振総合層にかけて疲労応力
Ｓおよび破壊繰返し回数Ｎを調べ、Ｓ−Ｎ曲線を描いた
ところ、一般の切削抵抗や切削温度作用条件では問題に
なることはないとの結果が得られた。

第３図は切削バイトＮｏ　ｒｍａ　１．第４図はＤＯ−
２０Ｈ切削バイトの自由振動の減衰曲線をそれぞれ示す
。

切削バイトが切削振動によってチッピングやビビリ振動
が起こしやすい条件を判別する評価特性値λが、λ＝ｋ
ｔ（δ＋δ２）によって決定できることを理論解析によ
ってこの発明に至るまでに示しているが、その特性値λ
は以下のとおりとなる。

ただし、δは減衰比で、第３図、第４図から求まる。ま
たｋｔは切削剛性である。

切削バイトＮｏｒｍａｌ　　λ＝５．８４Ｄ○−２０Ｈ
切削バイト　　λ＝　８．５２ＤＯ−２０Ｈ切削バイト
は、理論的には約５０％程度のチッピングやビビリ振動
が起り難いことが認められる。また、切削バイトＮｏ　
ｒｍａ　ｌの減衰比を約５ｍｓの減衰時間に亘って平均
的に算出すると、約２．２％に対してＤｏ−２０Ｈ切削
バイトは約３．２％となる。この比較においても明らか
なように、市販品の銀ろう付バイトに対して異種材料複
合切削工具Ｄｏ−２０Ｈは約５０％程度早く振動が減衰
することがわかる。

第５図は切削時間Ｔ＝７ｍｉｎのとき切削された表面の
仕上げ面粗さを示す。Ｔ　＝　３０ｍ１ｎに至るまでそ
の経過を調べたが、Ｄｏ−１００Ｈが比較的大きな変化
を示し、仕上げ面粗さの値が大きくなったり１時には小
さくなる時もあるが、値としては５μ！１１〜１２μｍ
範囲での変化であった。切削バイトＮｏ　ｒｍａ　ｌあ
るいはＤｏ−２０Ｈは８〜１２μｍの範囲での変化で、
Ｄｏ−１００Ｈに比べ幾何学的な仕上げ面形状を規則的
で、より安定な値をとって変化する。いずれにしても切
削バイトＮｏ　ｒｍａｌとＤｏ−２０Ｈは同等の値を示
し、安定な切削精度が得られる。

第６図は切削バイトＮ　ｏ　ｒ　ｍ　ａ　ｌ、Ｄｏ−２
０ＨおよびＤｏ−１００Ｈについて切削時間２８ｍ１ｎ
までの主分力Ｆｔおよび送り分力Ｆｔの切削抵抗の変化
を示す。

切削バイトＤｏ−２０Ｈが最も小さい値を示し、その変
動も小さい。つぎにＤｏ−１００Ｈは、切削時間１４ｍ
１ｎ辺りまではＤｏ−２０Ｈについで低いが、しかしこ
の時間を過ぎた辺りから変動が大きくなり、特に主分力
Ｆｔにおいては３種の切削バイトの中で最も大きくなる
。つまり３種の切削バイトの中ではＤ　Ｏ−１００Ｈが
最も大きな変動をする。

このように本実施例によれば、切削工具のベース部１に
制振減衰材料を使用し、さらに制振結合Ｍ４として高減
衰性をもつ高分子材料の接着剤を介在させることによっ
て加工抵抗を確実に吸収減衰させる。これによって切削
工具に作用する加工振動を小さく押さえることができ、
精度も改善させた上に、工具寿命を延ばすことができる
。また、従来、ろう付けに頼っていたベース部への刃先
部の結合が、接着剤を用いて短時間の作業で簡単に取付
けることができ、また接着剤は化学的に剥難することも
でき、再研磨は刃先部が切削に関与能力があるまで有効
に使用でき、大幅なコストダウンにつながる。

なお、前記一実施例においては、旋盤に装着する切削バ
イト、つまり固定工具について説明したが、この発明は
ボール盤等に装着する回転工具においても採用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、切削時に生じ
る振動および断続切削時に生じる衝撃を制振結合層によ
って吸収することができ、切削精度および切削能率の向
上を図ることができる。また、ベース部に前記制振結合
層を介して刃先部を接着することにより、従来のような
銀ろう付けと異なり、結合に熟練度が要求されることが
なく、着脱も簡単であるため、刃先部の再生も容易に行
なえ、大幅なコストダウンを図ることがゼきる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の切削工具の一実施例を示す斜視図、
第２図は切削時間に対する最大フランク摩耗幅および平
均フランク摩耗幅を示す線図、第３図は切削バイトＮｏ
　ｒｍａ　ｌの振動減衰線図、第４図はＤｏ−２０Ｈ切
削バイトの振動減衰線図、第５図は切削時間における異
なる切削バイトの仕上げ面粗さを示す線図、第６図は異
なる切削バイトの切削抵抗の主分力および送り分力を示
す線図である。 １・・・ベース部　　２・・・刃先部 ３・・・取付凹部　　４・・・制振結合層特許出願人　
江　　　１）　　弘 澗１図 第５図 第３図 第４図 手続補正書 昭和６２年６月９日 １、事件の表示 昭和６２年特許願第１１１４４０　号 ２゜発明の名称　　　切削工具 ３、　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ４、代理人 住　所　東京都中央区銀座６丁目７番１６号岩月ビル６
、補正の対象

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）刃先部とベース部とを具備した切削工具において
   、前記ベース部と刃先部との間に両者を結合する制振結
   合層を介在させたことを特徴とする切削工具。
2. （２）ベース部は、Ｃ；０．８〜３．０％、Ｓｉ；１．
   ０〜３．０％、Ｎｉ；２５〜４０％、Ｃｏ；４．０〜６
   ．０％、Ｍｎ；０〜２．０％、Ｓ；０〜１．０％、Ｐ；
   ０〜１．５％、残Ｆｅを成分とした振動減衰材料からな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の切削工
   具。
3. （３）制振結合層は、引張せん断強さτｔ＝１０〜２０
   ＭＰａ、硬化前の粘度ηが常温でη＝３０〜４０Ｐａ・
   Ｓ、硬化物の横弾性率Ｇ＝０．０５〜０．２ＧＰａ、減
   衰係数Ｃ＝３〜５ＭＰａ・Ｓ、接合層部分のばね定数７
   ０〜１３０ＧＮ／ｍで構成されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の切削工具。
4. （４）制振結合層は、エポキシンを主成分とするエポキ
   シポリアミド系接着剤であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の切削工具。