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発明の名称 切削加工工具
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10−328921
公開日 平成10年(1998)12月15日
出願番号 特願平9−142705
出願日 平成9年(1997)5月30日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】田代 烝治 (外1名)
発明者 原 輝夫 / 山津 精一 / 関口 隆幸 / 今泉 康夫
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】回転駆動する機械加工装置の主軸に設けられるアーバに装着されて被加工物を切削加工する切削加工工具において、上記主軸に設けられるアーバに装着可能なシャンク及びこのシャンク先端に同軸上で一体的に延設されかつ先端に工具装着孔が開口する工具保持部を具備するホルダーと、エンドミルと、上記ホルダーの工具装着孔の内周面と上記エンドミルの基端部との間に介在してエンドミルをホルダーに保持するコレットと、を有することを特徴とする切削加工工具。
【請求項2】少なくとも上記工具保持部の先端外径が、上記アーバの外径に対して小径であることを特徴とする請求項1に記載の切削加工工具。
【請求項3】上記ホルダーが、シャンク頂部の基端に開口して上記工具装着孔に連通する基端孔を有し、エンドミルがその基端から刃先先端に至る冷却空気供給用連通孔が形成され、かつコレットには上記ホルダーに形成される工具装着孔とエンドミルに形成される冷却空気供給用連通孔とを連通する開口部が形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の切削加工工具。
【請求項4】上記工具保持部が、先端に移行するに従って次第に小径となるテーパ状に形成されることを特徴とする請求項1から3に記載の切削加工工具。
【請求項5】上記ホルダーに形成される工具装着孔が先端方向に移行するに従って次第に拡径して先端に開口するテーパ孔を有し、コレットが上記工具装着孔に嵌合可能でボールエンドミルの基端部の嵌入を許容する工具挿入孔を有する略円筒状でかつ先端方向に移行するに従って次第に拡径してテーパ孔に嵌合可能なテーパ部及び先端に一端が開口して軸芯に沿ってスリットが形成されることを特徴とする請求項1から4に記載の切削加工工具。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プレス金型加工等の2次元加工或いは3次元加工を必要とする被加工物の切削加工に用いられる切削加工工具に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、特開平7ー132407号公報に開示されるように被加工物であるプレス金型の製品成形面は、ボールエンドミルをNCフライス盤に取り付け、ボールエンドミルを回転駆動せしめ、予め設定されたプレス金型の製品成形面の加工形状に関する数値制御データに基づいて制御されるボールエンドミルによりプレス金型の素材を切削加工することにより製品成形面を成形している。
【0003】このプレス金型の切削加工は、プレス金型の各部分における加工形状に適した種々のボールエンドミルをその部分に応じて選択してNCフライス盤の主軸に設けられたアーバに取り付けることにより、加工形状に対応したボールエンドミルによって切削加工が行われる。
【0004】例えば、図9に要部断面を示すように、加工すべきプレス金型100の切削加工すべき加工面の内、周囲にその切削加工の作業に影響を及ぼす突出部等のない加工範囲100aは、切削加工の際反りの発生が少ない高い剛性を有する最も短い長さLaのボールエンドミル101aを用いて切削加工を行い、プレス金型の抜き勾配に相応して傾斜する縦壁100b及び縦壁100bの低部近傍範囲100c、は縦壁100bとアーバ102との当接を回避するために充分に大きな長さLbのボールエンドミル101bにより切削加工する。
【0005】また、比較的低い突出部100dの近傍範囲100eは突出部100dとの当接を回避し得るに充分な比較的短い長さLcのボールエンドミル101cによって、更に比較的高い突出部100fの近傍範囲100gは、突出部100fとの当接を回避し得るに充分な長さLdのボールエンドミル101dを用いて効率的に行われる。
【0006】更に、ボールエンドミル101a、101b・・・等の冷却や切削加工性の向上を図るため加工面及び刃先にノズル103からの切削油の吹き付け或いはグリース104の塗布を行っている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術によると、被加工物の加工部の形状に相応して長さの異なる複数のボールエンドミルを適宜選択して切削加工を行うことから予め設定された加工形状が得られる。
【0008】しかし、加工条件に相応した異なる長さを有する複数のエンドミルを予め準備する必要があり工具費用の高騰を招き、またその工具の交換作業が厄介であると共に、交換作業のため加工作業を中断することから効率的な切削作業が妨げられるおそれがある。
【0009】更に、ボールエンドミル等の冷却や切削加工性の向上を図るため加工部にノズルからの切削油の吹き付け或いはグリースの塗布が行われることからその作業が厄介でかつ煩雑になり、かつ切削油やグリースの飛散により作業環境の悪化を招くと共に、吹き付けられる切削油が加工面の凹凸形状やボールエンドミル及び切粉等に妨げられて必要とする加工部に充分に供給されないことがある。
【0010】また、仮に長いボールエンドミルのみを用いて交換作業を省略すると、アーバから突出するボールエンドミルの先端、換言すると刃先先端までの長さが大となり、ボールエンドミルに過大な曲げ応力が作用してボールエンドミルの破損や縦壁等の傾斜する加工面を切削加工する際、傾斜する加工面からのボールエンドミルの軸芯方向に対して傾斜する方向からのボールエンドミル先端に作用する反力によってボールエンドミルに反りが生じる。このボールエンドミルの反りに起因して刃先が加工面から逃げて加工面の要求加工精度が得られず、またボールエンドミルの反りに伴う加工面への押圧力によって切刃が加工面に食い込み、加工面にムシレが発生して手仕上げによる仕上げ加工が要求される。
【0011】一方、短いボールエンドミルによる切削加工によると、回転するアーバが縦壁や突出部に当接して被加工物の損傷が生じると共に傾斜する縦壁の低部及び縦壁乃至突出部近傍範囲の切削加工が困難である等の不具合がある。
【0012】従って、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、工具破損の低減が得られ単一の加工工具での切削加工が可能になり切削加工作業の効率化が達成できると共に、高品質の被加工物が得られる切削加工工具を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発明による切削加工工具は、回転駆動する機械加工装置の主軸に設けられるアーバに装着されて被加工物を切削加工する切削加工工具において、上記主軸に設けられるアーバに装着可能なシャンク及びこのシャンク先端に同軸上で一体的に延設されかつ先端に工具装着孔が開口する工具保持部を具備するホルダーと、エンドミルと、上記ホルダーの工具装着孔の内周面と上記エンドミルの基端部との間に介在してエンドミルをホルダーに保持するコレットとを有することを特徴とする。
【0014】従ってこの切削加工工具によると、工具保持部を具備するホルダーにエンドミルをコレットを介して取り付け、そのホルダーのシャンクを機械加工装置の主軸の先端に設けられたアーバに装着することから、エンドミルが工具保持部及びコレットによって支持される工具保持部を小径に形成することによって被加工物の比較的平坦な範囲は勿論、傾斜する縦壁や突出部及びその底部近傍範囲であっても工具保持部の長さを適宜設定することによってこれら縦壁及び突出部等とホルダー及びアーバとの当接が回避され、エンドミルを切削加工形状に応じて交換することなく1種類のホルダー、コレット及びボールエンドミルによって構成される1種類の切削加工工具のみでの切削加工が可能になり、切削工具の交換やその調整が簡素化されて作業効率が大幅に向上が得する。
【0015】またエンドミルがホルダーの工具保持部及びコレットによって補剛されると共に、ホルダー乃至コレットから突出するエンドミルの刃先の突出量を比較的少なく設定することが可能になることと相俟ってエンドミルに作用する曲げ応力が軽減されてエンドミルの破損が回避されて工具交換や工具研磨作業が省略できて切削加工効率が向上する。
【0016】更に、切削加工に伴う加工面からの反力、特に傾斜する縦壁や突出部を切削加工する際その加工面からの反力がエンドミルの刃先に生じても、その反力に伴う刃先の偏倚が抑制されて加工面から刃先が逃げることなく充分な要求加工精度が確保できると共に加工面に刃先が食い込むことが回避されてムシレの発生がなく高品質な被加工物が得られる。
【0017】またホルダーにシャンク頂部の基端面に開口して上記工具装着孔に連通する基端孔を設け、エンドミルにその基端から刃先先端に至る冷却空気供給用連通孔を形成し、かつコレットには工具装着孔と冷却空気供給用連通孔とを連通する開口部を形成することも可能であり、この構成により機械加工装置の主軸に形成される冷却空気供給孔から供給される冷却空気をホルダーの基端孔、工具装着孔及びコレットの開口部等を介してエンドミルに形成される冷却空気供給用連通孔に導き、エンドミルの先端から冷却空気を噴出することが可能になり、加工面の形状に影響されることなくエンドミル先端から噴出する冷却空気によって刃先及び被加工部が直接的に冷却されかつ切粉等が除去され、切削加工性能が向上し、高品質の被加工物が得られると共に切削油やグリースの飛散により作業環境の悪化が回避される。
【0018】
【発明の実施の形態】以下本発明による切削加工工具の一実施の形態を図1乃至図7によって説明する。
【0019】図1は、本実施の形態による切削加工工具1の一部破断側面図であって、この切削加工工具1はホルダー10と、コレット20と、切削工具、例えばボールエンドミル30によって構成されている。
【0020】ホルダー1は、剛性の高い金属材料、例えばSCM4製であって、機械加工装置、例えば後述するNCフライス盤の主軸51の先端に設けられるアーバ52に取り付けられる円柱状に形成されたシャンク11と、シャンク11の先端にシャンク11と同軸上で先端に移行するに従って次第に小径となり先端10bが少なくともアーバ52の外径より小径に形成される断面円形のテーパ状の工具保持部12とが一体的に構成された略円柱状に形成されている。
【0021】更にホルダー10内には、その軸芯aと同軸上にシャンク11の頂部に形成される基端10aから先端10bに亘って貫通する貫通孔13が形成され、貫通孔13は、基端10aに一端が開口する比較的大径の基端孔14と、先端10bに一端が開口する工具装着孔15と、これら基端孔14及び工具装着孔15の各々の他端に形成される段部14a、15a間に形成されて基端孔14と工具装着孔15とを連通する比較的小径の連通孔16を有している。
【0022】ホルダー10の先端10bに開口する工具装着孔15は円筒孔15bと図2に図1のA部の要部拡大断面図を示すように円筒孔15bの先端に連続して形成されて先端方向に移行するに従って次第に拡径して先端10bに開口する断面円形のテーパ孔15cによって形成されている。
【0023】ホルダー1の上記工具装着孔15内には、コレット20を介してボールエンドミル30の基端部31が保持されている。
【0024】コレット20は図1に断面図を示し、図3に側面図を、図4に図3の矢印B方向からの正面図を示すように略円筒状であって上記工具装着孔15の円筒孔15bに嵌入可能な基端部21と、基端部21に連続形成されて先端方向に移行するに従って次第に拡径してテーパ孔15cに嵌合可能なテーパ部22と、テーパ部22の先端に形成される大径のフランジ部23とにより一体形成され、基端部21の長さL2は上記円筒孔15bの長さL1に比べ小なるように、またテーパ部22の長さL4はテーパ孔15cの長さL3より大なるように設定されている。フランジ部23には、その外周が相対向して平行に切り欠かれて形成された工具係合部24が設けられている。
【0025】更にコレット20には、その軸芯と同軸上で先端20aに一端が開口してフランジ部23からテーパ部22を貫通して基端部21の基端20bの近傍にまで達して上記ボールエンドミル30の基端部31の嵌入を許容する工具挿入孔25が形成されている。
【0026】そして基端部21には一端が基端20bに開口して他端が工具挿入孔25に開口する開口部が形成され、この開口部にネジを形成したいわゆるネジ孔26が形成されと共に、軸芯に沿って先端20aに一端が開口してフランジ部23からテーパ部22を介して基端部21の基端20bの近傍に達する複数、本実施の形態では3個のスリット27が形成されてコレット20の先端が拡径可能に、換言すると先端20aに開口する工具挿入孔25の先端が拡径可能に形成されている。
【0027】ボールエンドミル30はコレット20の工具挿入孔25に嵌入する基端部31と基端部31に連続形成される刃先32を有し、その軸芯と同軸上に基端から先端近傍に至る比較的大径の冷気供給孔33及び冷気供給孔33の先端に一端が連通し、他端が刃先32の先端となる軸芯上とその側面に各々他端が開口する複数、本実施の形態では3個の比較的小径の冷気噴出孔34からなる冷却空気供給用連通孔35が穿設されている。
【0028】図5は、ボールエンドミル30をコレット20を介してホルダー10に装着する際用いられるボルト40であって、ホルダー10に形成される連通孔16に挿入可能で先端にコレット20の基端部21に形成されるネジ孔26に螺合可能なネジ部41を有し、基端孔14側から挿入する際段部14aに係止可能な外径を有する頭部42が設けられ、頭部42には締付工具、例えば6角レンチが嵌合可能な6角穴42aが形成されている。
【0029】次に、このように構成されるボールエンドミル30をコレット20を介してホルダー10に装着する組立て作業について図6に示す組立作業説明図に従って説明する。
【0030】先ず、コレット20の先端20aに開口する工具挿入孔25の一端からボールエンドミル30の基端部31を工具挿入孔25に所定量嵌入させる。
【0031】続いて、工具挿入孔25にボールエンドミル30の基端部31が挿入されたコレット20の基端部21を、ホルダー10の先端10bに開口する工具装着孔15に挿入し、コレット20に形成されるテーパ部22をテーパ孔15cに当接せしめる。
【0032】次に、コレット20のフランジ部23に切り欠き形成された工具係合部24に工具、例えばスパナ等(図示せず)を係合させてコレット20を固定し、固定した状態でホルダー10の基端10aに開口する基端孔14から上記ボルト40を挿入し、ボルト40のネジ部41を連通孔16から工具装着孔15内に突出させてコレット20の基端部21に形成されるネジ孔26に螺合せしめる。そしてボルト40の頭部42が段部14aに当接した状態で更に頭部42に形成した6角孔42aに六角レンチ等の締付工具を挿入し、ボルト40を締め付けることにより互いに螺合するネジ孔26とネジ部41によってコレット20の基端部21がホルダー10のシャンク11方向に引き寄せられて図1及び図6に示す矢印C方向に移動する。
【0033】従って、コレット20のC方向への移動に伴ってテーパ部22がホルダー10のテーパ孔15cの内周面に圧接し、かつ僅か摺動して互いに圧接するテーパ部22とテーパ部22との傾斜面に従ってスリット27によって分岐したコレット20の先端が内方に押しやられて、ボールエンドミル30の基端部31が挿入された工具挿入孔25、特にその先端部近傍が縮径されてホルダー10のテーパ孔15cの内周面とボールエンドミル30の基端部31との間に楔状に嵌入し、コレット20によってボールエンドミル30はホルダー10に強固に保持される。
【0034】このボールエンドミル30がホルダ10に保持された状態でコレット20のフランジ部23はホルダー10の工具保持部12の外周面延長線上から外方に突出しないよう寸法形成されることが好ましい。
【0035】しかる後、ボルト40を締付工具により緩めてホルダー10の基端孔14より取り出すことによりボールエンドミル30をホルダー10に装着する取り付け作業を完了する。
【0036】このようにしてボールエンドミル30をホルダー10に取り付けた切削加工工具1は、ボールエンドミル30をコレット20によって一体的に結合することから特にボールエンドミル30の取付部周辺、即ちホルダー10の先端部を含む工具保持部12及びコレット20のフランジ部23の外径を小径に形成できると共に、ボールエンドミル30は高剛性のホルダー10及びコレット20によって保護され、かつボールエンドミル30に形成された冷却空気供給連通孔35は、ホルダー10に穿設された工具装着孔15及び貫通孔13を介してホルダー10の基端10aに開口する基端孔14に連通される。
【0037】次にこのように構成される切削加工工具1による切削加工をプレス金型の製品成形面を加工する場合を例に図7によって説明する。
【0038】ボールエンドミル30をコレット20を介してホルダー10に取り付けた切削加工工具1は、図7に示すようにホルダー10のシャンク11をNCフライス盤の主軸51に取り付けられたアーバ52に装着することによってNCフライス盤に取り付けられ、ホルダー10の基端孔14はアーバ52及び主軸51を介して冷却空気供給源(図示せず)に接続される。
【0039】NCフライス盤の主軸51にアーバ52を介して取り付けられた切削加工工具1は回転駆動せしめられると共に、冷却空気供給源からの冷却空気がホルダー10の基端孔14に供給され、貫通孔13、工具装着孔15を介してコレット20のネジ孔26より工具挿入孔25に導入されて、ボールエンドミル30の冷却空気供給孔33によって冷却空気噴出孔34に導かれて冷却空気噴出孔34が開口する刃先32の先端から冷却空気が噴出するように構成される。
【0040】そして冷却空気噴出孔34から冷却空気を噴出して刃先32を直接的に冷却すると共に切削加工部の切粉等を吹き飛ばして除去しつつ、予め設定されたプレス金型60の加工形状に関する数値制御データに従ってホルダー10にコレット20を介して保持されたボールエンドミル30の刃先32によりプレス金型60の素材を切削加工することによりプレス金型60の製品成形面61を成形する。
【0041】この切削加工工具1によると、比較的小径に形成される工具保持部12を具備するホルダー10にボールエンドミル30をコレット20を介して取り付け、そのホルダー10のシャンク11を主軸51の先端に設けられたアーバ52に装着することから、ボールエンドミル30が比較的小径の工具保持部12及びコレット20によって支持され、図7に示すような比較的平坦な範囲60aは勿論、プレス金型の抜き勾配を考慮して設定される傾斜する縦壁60bや突出部60c及びその底部近傍範囲60dであってもテーパ状に形成される工具保持部12の外周面と軸心aとの傾斜角α及び工具保持部12の長さLを適宜設定することによってこれら縦壁60b及び突出部60c等とホルダー10及びアーバ52との当接が回避される。
【0042】従って、ボールエンドミル30を切削加工形状に応じて交換することなく1種類のホルダー10、コレット20及びボールエンドミル30によって構成される1種類の切削加工工具1のみでの切削加工が可能になり、切削工具の交換やその調整が簡素化されて作業効率が大幅に向上が得られ、かつ工具費用と工具種類の削減が図れると共に工具管理の簡素化が可能になる。
【0043】またボールエンドミル30が高剛性材料製のホルダー10の工具保持部12及びコレット20によって補剛されると共に、ホルダー10乃至コレット20から突出するボールエンドミル30の刃先32の突出量を比較的少なく設定することが可能になることと相俟ってボールエンドミル30に作用する曲げ応力が軽減されてボールエンドミル30の破損が回避されて工具交換や工具研磨作業が省略できて切削加工効率が向上する。
【0044】更に、ボールエンドミル30が高剛性材料製のホルダー10の工具保持部12によって補剛され、ホルダー10等から突出するボールエンドミル30の刃先32の突出量が少なく設定されることから切削加工に伴う加工面からの反力、特に傾斜する縦壁60bや突出部60cを切削加工する際その加工面からの反力がボールエンドミル30の刃先32に生じても、その反力に伴う刃先32の偏倚が確実に抑制されて加工面から刃先32が逃げることが回避される。
【0045】よって充分な要求加工精度が確保できると共に加工面に刃先32が食い込むことが回避されてムシレの発生がなく手仕上げによる仕上げ加工の大幅な軽減が得られる。
【0046】更に、ボールエンドミル30の先端に開口する冷気噴出孔34から噴出する冷却空気によって刃先32及び加工部が直接的に冷却され、かつ切粉等が除去されることから刃先32及び加工部が充分に冷却されてより切削加工性の向上が得られて高品質のプレス型が得られる。このようにして得られたプレス型によるとプレス型の調整及び調整に要する調整時間の軽減が得られる。また切削油やグリースの飛散により作業環境の悪化が回避される。
【0047】以上説明した実施の形態では、ホルダー1の工具保持部12をシャンク11と同軸上で先端に移行するに従って次第に小径となる断面円形でテーパ状に形成したが、図8に図1と対応する部分に同一符号を付することで詳細な説明は省略するが、工具保持部12を円筒状に形成したり、またボールエンドミルに換えてストレートエンドミルを用いる等本発明は上記の実施例に限定されることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【0048】
【発明の効果】以上説明した本発明の切削加工工具によると、工具保持部を具備するホルダーにエンドミルをコレットを介して取り付け、そのホルダーのシャンクを機械加工装置の主軸の先端に設けられたアーバに装着することから、エンドミルが工具保持部及びコレットによって支持され、工具保持部を小径に形成することが可能になり、傾斜する縦壁や突出部及びその底部近傍範囲であっても工具保持部の長さを適宜設定することによってこれら縦壁及び突出部等とホルダー及びアーバとの当接が回避され、1種類の切削加工工具のみでの切削加工が可能になり、切削工具の交換やその調整が簡素化され、エンドミルに作用する曲げ応力が軽減され、エンドミルの破損が回避されて工具交換や工具研磨作業が省略できることと相俟って作業効率が大幅に向上が得られる。
【0049】更に、切削加工に伴う加工面からの反力、特に傾斜する縦壁や突出部を切削加工する際その加工面からの反力がエンドミルの刃先に生じても、その反力に伴う刃先の偏倚が抑制されて加工面から刃先が逃げることなく充分な要求加工精度が確保できると共に加工面に刃先が食い込むことが回避されてムシレの発生がなく高品質な被加工物が得られる。
【0050】またエンドミル先端から噴出する冷却空気によって刃先及び被加工部が直接的に冷却されかつ切粉等が除去されて、切削加工性の向上が得られて高品質の被加工物が得られると共に切削油やグリースの飛散により作業環境の悪化が回避される等本発明特有の効果を有し被加工物を切削加工する機械加工の分野に貢献すること大なるものである。




 

 


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