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発明の名称 回転切削工具
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−217025
公開日 平成10年(1998)8月18日
出願番号 特願平9−35588
出願日 平成9年(1997)2月4日
代理人
発明者 小杉 明 / 加藤 昌孝
要約 目的
本願発明は鋼、超硬の特性を利用し、固有振動数を減衰・調整できるような手段を設けることにより、高剛性をたもちつつ、振動を制御する回転切削工具を提供することを目的とする。

構成
円柱状のシャンク部の1端に切刃をもつ刃体保持部と、工作機械本体に保持されるシャンク部とから構成された切削工具であって、前記機械本体に保持されるシャンク部に応力の変動する領域を設けるか、または、シャンクの一部に減衰材を充填乃至挿入することにより構成する。
特許請求の範囲
【請求項1】 円柱状のシャンク部の1端に切刃をもつ刃体保持部と、工作機械本体に保持される超硬合金製のシャンク部とから構成される切削工具であって、前記シャンク部に物理蒸着皮膜を設けることにより圧縮応力を付与した領域を設けたことを特徴とする回転切削工具。
【請求項2】 円柱状のシャンク部の1端に切刃をもつ刃体保持部と、工作機械本体に保持される超硬合金製のシャンク部とから構成された切削工具であって、前記シャンク部を中空とし、前記中空部に減衰材を充填乃至挿入したことを特徴とする回転切削工具。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スローアウェイエンドミルの振動、ビビリ等の制御に関する。
【0002】
【従来の技術】スローアウェイエンドミル、超硬ソリッドエンドミル等は、その用途において突き出し量が径の数倍〜十数倍で使用されるものがある。その用途としては、部品形状による干渉から長い突き出し量を要する場合や軸方向切削を伴う3次元的な加工であり、最も深い部分が加工できる突き出し量で他の加工を行わなければならないため、加工能率が低下してしまう。それに伴い、シャンク部の改良として、実開平5−12002号、特開平8−1425号の様な、その一部を超硬合金のような高いヤング率を有する材料を用いて剛性を高めた例がある。また、鋼製のホルダーでは実用新案登録2528476号にショットピーニング等を用いて圧縮応力を付与した例がある。
【0003】長い突き出し量における切削においては、振動、ビビリの様な切削に対する悪影響を減少させるため、切削諸元、例えば切削速度や送り量を調整して振動を減少させるようなことが一般的にトラブルシューテイングとして行われている。このような方法は、切削に伴う抵抗、特に送り分力に対するホルダーの抵抗を調節する事により効果を上げている。しかし、長い突き出し量での切削加工において、防振性に富む材料のみでシャンク部を製作した場合には、剛性が低下するためにかえってビビリを生じやすくなり、マイナスの結果となってしまう。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】そのためには高剛性を生かしたまま、切削に伴う振動を吸収、あるいは減衰させなければならず、従来より使用されている鋼と超硬合金を組み合わせたホルダーではヤング率が高い超硬により剛性は向上するものの振動等の防止には限度がり、また、一般的に用いられている超硬合金のみからなるホルダーでは、突き出し量が小さい場合には剛性、振動とも満足の行く性能を示すが、突き出し量が大きくなるにつれて、高いヤング率ゆえ、高い周波数の振動を生じやすく、振動により工具性能がいちじるしく落ちる問題があった。
【0005】
【本発明の目的】そのため、本願発明では鋼、超硬の特性を利用し、更に剛性は十分であり、固有振動数を減衰・調整できるような手段を設けることにより、高剛性をたもちつつ、振動を制御する回転切削工具を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の如く、本願発明は、円柱状のシャンク部の1端に切刃をもつ刃体保持部と、工作機械本体に保持されるシャンク部とから構成された切削工具であって、前記機械本体に保持されるシャンク部に物理蒸着皮膜を設けることにより圧縮応力を付与した領域を設けることにより伝達を防止し、また、前記機械本体に保持されるシャンク部を中空とし、前記中空部に減衰材を充填乃至挿入することにより吸振したものである。
【0007】
【作用】本願発明は、振動の伝播は剛性の高い材料ほどその伝播も良く、減衰も少ないが、回転切削工具であるため、軸方向の一部断面の全部を別の材料とすることは出来ない。そのため、超硬製ホルダーの剛性に着目し、従来技術に記載したような単体では、剛性は十分すぎるほどであり、しかも超硬の特性が振動を招くことになっているため、その一部または特定方向に振動の伝達を妨げるような構成としたものである。以下、限定した理由に付き説明する。
【0008】まず、シャンク部に応力の変動する領域を設けることによりその伝達を減少させる。応力を変動させるには、イオン注入や物理蒸着等により皮膜を設けることにより残留圧縮応力を付与することが出来る。残留する応力は引張、圧縮のどちらでも良いが、回転切削工具では総合的に圧縮応力が優れている。また、その領域は工作機械本体にチャッキングする部分はハメアイ公差の関係もあり調整する必要があるが、特にその部分に行った場合でも効果はある。圧縮応力の程度は皮膜の質や厚さ等により変化させることが出来るので調節することができる。さらに、振動の伝達を防止するためには、一定間隔で皮膜を設けても良い。応力の異なる部分を設けることにより振動の伝達を低減することができる。
【0009】次に、減衰という面からは回転切削工具であるためホルダー本体には用いることはできないが、部分的には吸振材の様なものを、例えば、部分的に充填または挿入することにより、振動の伝達を防止することができる。そのため、その場所としては、軸方向に設けるには前記ホルダーを中空とし、中空とした部分に充填しても良く、また、部分的に例えば減衰性に優れた丸棒のようなものを複数箇所に挿入させても良い。減衰材としては鉛の粒状物のような固体、ゴム、有機物等を組み合わせた減衰材料、が良いが、液体状のものと併用しても効果がある。以下、実施例に基づき本願発明を詳細に説明する。
【0010】
【実施例】図1に本発明のホルダーの一部断面図を示す。図1は、刃径42mmの例で、刃体保持部1と円柱状のシャンク部2が有り、前記シャンク部1は超硬合金製で、刃体保持部側1/2にTiN膜を被覆し、圧縮応力を付与し、刃体保持部と固着した。尚、本実施例の刃型として、汎用に供されている丸チップを用いたラジアスボールエンドミル形状のものを使用した。
【0011】次に、切削諸元は、切削速度100m/min、1刃あたりの送り量0.05mm/刃、軸方向切り込み量5mm、径方向切り込み量2mm、被削材S50C(HB220)で実施した。共振を評価するため、被削材の長さ300mmの間の切削音を騒音計を用いて計測し、切削初期から終了までの切削音の変化(dB)を測定した。尚、比較のため鋼シャンク、超硬シャンクの同形状のものも同様に試験した。切削初期にはビビリが生じないため静かであるが、ある程度切削していくと共振のため音が大きく、高い音が生ずるようになりビビリが生じてくる。そのまま切削を継続すると切れ刃がチッピングしたり、チップの欠損を生じたりして更に大きな高い音となっていく。その様子を図2に示す。図2より、本発明例では切削初期から若干大きくなるものの安定した切削が得られたのに対し、鋼シャンクのものは振動が大きくなり切削が出来ない状態であり、超硬シャンクのものはビビリ特有の「キーン」という高い音が発生したためdB値が大きくなった。
【0012】次に、送り量を変化させて、より切削時の負荷が加わるようにして切削を行った。その結果を図3に示す。本実施例の圧縮応力ではでは、0.1mm/刃、0.15mm/刃の送りで共振がやや大きくなるものの何とか使用できる状態であるが、0.2mm/刃では共振が大きくなり切削を中途で停止せざるを得ない状態であった。同じ送り量で、被覆する厚さ、場所、及び、被覆する物質を変化させて圧縮応力の状態を変化させて試験を行った。尚、物理蒸着法でTiN等を被覆し、その膜厚を変化させて残留圧縮応力を様々に変えたシャンクの応力は、円柱状のためそのものの残留応力は測定出来ないが、通常用いられる試験片で残留応力を測定した結果、TiN被覆で、膜厚を0.5〜2ミクロンとすることにより50〜120kgf/mm2 程度の応力を付与することが出来、TiCN被覆1〜3ミクロンの膜厚とすることにより200〜400kgf/mm2 程度の応力を付与することが出来だ。共振は減少し、図3に示すように負荷を加えるほど安定した状態で切削が行える。
【0013】次に、応力の伝達をより減少させるため減衰材を一部に充填または挿入する。まず、軸方向に行う場合を図4に、径方向に行う場合を図5に示す。図4はシャンクを中空とした場合であり、その中空部4に減衰性の高い材料を充填または挿入等して振動を吸収したものである。減衰性の高い材料としては粒状の鉛を用いた。実施例1同様の試験を行った結果、切削初期から若干大きくなるものの安定した切削が得られた。
【0014】
【発明の効果】本願発明を適用することにより、高剛性で、突き出し量が大きい場合にビビリ難く、切削性能、振動とも満足の行く性能が得られた。更には、3次元加工等に用いられる場合には干渉に伴い生ずる大きな突き出し量でも送りを高く設定することができ、高能率な加工を行うことが出来る。




 

 


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