JP4148779B2 - 輪郭旋削工具 - Google Patents

Description

本発明は、とりわけ軽金属製工作物（被削材）の周面及び平面の粗削り及び仕上げ削りを行う輪郭（プロフィル）旋削工具に関し、この旋削工具は、ダイヤモンド又は立方晶系窒化ホウ等の材料から構成されかつ９０°よりも大きい円周角に対応する弧の長さに亘って延在する切削刃部を備えた丸味をつけた（gerundet）切削ヘッドを有する切削部材の受容部材を備えた棒状ホルダと、該棒状ホルダの長手溝に係合し、かつチップブレーカとして構成される前端部を有すると共に（そっと）締付ネジによって前記切削部材を該棒状ホルダに固定する爪部材とを含む、輪郭（プロフィル）旋削工具に関する。

この種の旋削工具は、ＤＥ１９９３７７３８Ａ１に記載されている。この旋削工具は、特に、軽金属製リムの周面および平面を一工程で加工するのに役立つ。この場合、最大５ｍｍの切削深さおよび高い切削速度における粗削りの場合、丸味をつけた切削ヘッドおよびチップブレーカ（切り屑破砕具）には、１８０°にわたって交番する方向の極めて大きい負荷が現れる。超硬合金製工具は、上記条件下では、２００個のリムの加工後、摩耗する。即ち、１シフト当り２回、工具を交換しなければならない。多結晶ダイヤモンドまたは窒化ホウ素からなる切削インサート（装着部材）を有する工具は、長い有効寿命を有するが、以前は、大きい負荷を加えることはできなかった。なぜならば、締付固定（クランプ）した切削インサートには、振動が生じ、破損してしまっていたからである。

ＤＥ１９９３７７３８Ａ１

ＤＥ１９９３７７３８Ａ１に記載の実施例の場合も、既に、切削インサートおよびチップブレーカ（切り屑破砕具）の全面に亘るあり継ぎ状の形状結合的な固定が達成されてはいるが、その構造は複雑でおおがかりなものとなり、かつ嵩高にもなる。なぜならば、切削ヘッドに対して側方へずらされて配される締付ネジおよびそれより更に側方へずらされて配される案内溝で爪部材（ブラケット）に作用する横方向力の受容を行うからである。かくして、締付ネジおよび案内面から切削ヘッドおよびチップブレーカまでの距離も比較的大きくなり、従って、好ましくない大きさの梃子力が爪部材に生じ、締付着固定状態が幾分弱く（不安定と）なる。

それゆえ、本発明の課題は、切削部材およびチップブレーカの締付固定がより簡単であると同時により強固であるよう、公知の旋削工具を改善することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一視点によれば、切削ヘッドの長手方向中心軸線が、長手溝を通ってその長手方向へ延在し、該長手溝の底面が、長手方向断面に関し凹状に構成され、及び下方部分の係合領域が凸状に湾曲するよう構成されかつ該長手溝の側壁に沿って案内される爪部材のための枢動（回動）軸受を構成することを特徴とする旋削工具を提供する（形態１・基本構成）。

本発明にもとづき、締付ネジ、および爪部材の側部案内面が、切削ヘッドの直後に小さな距離をもって位置するという利点が得られる。爪部材は、本質的により細くてもよい。爪部材は、大面積でホルダに当接し、かくして、固有振動を防止し、しかも、ネジの締付力を前方の切削ヘッドに伝達するための枢動可能なレバーを構成する（レバーたる機能要素として作用する）。レバーアーム（複数）は、短く、既知の構造の場合よりも本質的により良いつり合い状態にある。ホルダの溝および爪部材の共働する丸い、好ましくは、部分円筒形の面は、爪部材のための枢動（転回）支承面を形成し、更に、爪部材のための従来の分離した軸線方向ストッパの代替をなすという二重の機能を有する。

以下に、上記基本構成を形態１として本発明の好ましい実施の形態を示すが、これらは従属請求項の対象でもある。
（１）上記旋削工具において、締付ネジが、前記凸状の湾曲の中心の前方で（前記凸状の湾曲の中心からみて前端部側において）、遊びを以って前記爪部材の孔部を貫通して延在することが好ましい。（形態２）
（２）上記の旋削工具において、前記長手溝の凹状の底面と、該底面上に枢動可能に案内される前記爪部材の下方部分の凸状の湾曲面は、それぞれ、半径に関し適合する部分円筒面から構成されることが好ましい（形態３）。
（３）上記の旋削工具において、前記爪部材の枢動軸線は、前記長手溝の側壁に対し直交方向に配されることが好ましい（形態４）。
（４）上記の旋削工具において、前記棒状ホルダの長手方向に関して測定される前記孔部の中心軸線と前記凸状の湾曲面の中心との間の間隔は、前記爪部材と前記切削部材との間の締付箇所の中心と、該孔部の中心軸線との間の間隔の１／３、好ましくは１／２よりも大きいことが好ましい（形態５）。
（５）上記の旋削工具において、前記孔部の後方において該孔部から所定の距離だけ離れた箇所の前記爪部材の厚さは、最大でも、同一箇所における該爪部材を受容する前記長手溝の深さとほぼ同じ大きさに構成されることが好ましい（形態６）。
（６）上記の旋削工具において、前記爪部材の、前記切削部材に向って押圧可能な前端部は、超硬合金から構成され、かつチップブレーカとして構成されることが好ましい（形態７）。
（７）上記形態７の旋削工具において、前記爪部材の超硬合金製前端部は、少なくとも１つの側面に、チップ逃し凹部を有することが好ましい（形態８）。
（８）上記の旋削工具において、前記切削部材は、切削プレートから構成される切削ヘッドのみから構成され、該切削プレートは、円形に構成されるか、又は前部および側部においては１８０°よりも大きい中心角に対応する長さに亘って延在する円弧状の切削刃部を有し、かつ後部においては平面図で見て該切削刃部の円弧形状とは異なる形状の当接面を有するよう構成されることが好ましい（形態９）。
（９）上記形態９の旋削工具において、前記切削プレートは、超硬合金層上に、多結晶ダイヤモンド層又は立方晶系窒化ホウ素層等の硬質切削材層を有し、かつ前記棒状ホルダの前端部の嵌合受容穴部に嵌合可能な調心突起が、該超硬合金層から構成される円弧状切削刃部と同心をなすよう形成されることが好ましい（形態１０）。
（１０）上記形態１０の旋削工具において、前記切削プレートの受容部材は、前記受容穴部及び場合によっては更に前記当接面と共働する支持面を備えると共に前記棒状ホルダの前端部にはんだ等により接合される超硬合金製装着部材から構成されることが好ましい（形態１１）。

好ましい一実施形態によれば、ホルダの長手方向に関して測定される孔部の中心軸線と凸状の湾曲面の中心との間の間隔は、爪部材と切削部材との間の締付（結合）箇所の中心と該孔部の中心軸線との間の間隔の１／３、好ましくは、１／２よりも大きい。かくして、ネジの締付力の従来よりも実質的により大きい部分を、固定力として切削部材に加えることができる。切削刃部の側部範囲に生ずるチップ（切り屑）が、先端へ向かって斜めに下降するが両側面において切削ヘッドの上面に対し従来では実質的に直角をなすチップブレーカに衝突しないよう、爪部材の超硬合金製端部は、少なくとも１つの側面に、チップ逃し凹部を備えている。

本発明の他の好ましい一実施形態によれば、切削部材は、切削プレートから構成される切削ヘッドのみから構成され、該切削プレートは、円形であるか、前部および側部においては１８０°よりも大きい中心角に対応する弧の長さに亘って延在する円弧状の切削刃部を有し、かつ後部においては平面図で見て該切削刃部の円弧形状とは異なる形状の、切削刃部を空転しないよう保持するための当接面（ストッパ面）を有する。

切削プレートが、超硬合金層上に多結晶ダイヤモンド層または立方晶系窒化ホウ素層等の硬質切削材層を有し、及びホルダの前端部の嵌合受容穴部に嵌合可能な調心突起が、超硬合金層から構成される円弧状切削刃部と同心をなすよう形成されるように、本発明に係る旋削工具が構成されれば実際上好ましい。この場合、切削刃部に作用する軸線方向力および横方向力は、切削刃部のすぐ側方で既にホルダに移行される。この場合に現れる負荷に鑑みて、切削プレートの受容部材は、受容穴部及び場合によっては更に当接面と共働する支持面を備えると共にホルダの前端部にはんだ等により接合される超硬合金製装着部材（インサート）から構成されることが好ましい。

以下に、添付の図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

図１〜図４に示した新規の輪郭旋削工具は、それぞれ、前端部で狭窄して細いタング（舌状突起部）１２を形成すると共に矩形横断面を有する長い棒状ホルダ１０から構成される。ホルダ１０は、このタング１２の範囲において、図１０、又は図１３及び図１４に示した超硬合金製装着部材（インサート）１６ないし１６’がはんだ等により溶着ないし固着される階段状切欠き（段差部）１４（図５及び図６参照）を備えている。この装着部材（インサート）には、切削プレート１８（図１１及び図１２）ないし１８’（図１５及び図１６）が載置・着座されており、爪部材２０によって締付固定されている。この場合、爪部材２０自体は、締付ネジ２２によってホルダ１０に締付られている。図１、図３及び図４に示した如く、この実施例の場合、各部材の形状および配置は、ホルダ１０の長手方向の中心軸線を含む垂直面に対して対称である。この配置の場合、爪部材２０は、締付ネジ２２の頭部よりも幾分幅広に構成するだけでよく、ホルダ１０は、同じく、ホルダに作用する負荷を受けるのに必要な程度だけ更により幅広に構成するだけでよい。これに代わり選択的に使用可能なものとして、図９の平面図に、対応して非対称に配置したタング１２を有するホルダ１０に使用するための非対称の爪部材２０’を示した。

図示の旋削工具の特別な点は、爪部材（ブラケットないし爪状固定具）２０の締付ネジ２２から後方へ（ホルダの基部の方向へ、即ち締付ネジ２２ないしボア２８に対し切削プレート１８を指向する方向と反対方向へ）延在する部分２４が、ホルダ１０の図６の長手方向断面において円弧状底面を有する溝２６に着座するという点にある。締付ネジ２２のための２７で示したネジ穴は、溝２６の前端部に位置する。爪部材２０の後方延在部分２４の幅は、溝２６の幅に（嵌合するよう）適合しており、従って、この溝は、爪部材２０の側面案内に役立つ。溝２６および爪部材２０の後方延在部分２４は、矩形の横断面（ホルダ１０の長手方向中心軸線に対する直交方向の断面）を有していれば好ましい。しかしながら、溝２６および爪部材２０の相互に接する側面は、溝の底面から上方へ向って発散ないし拡開するよう傾斜させることも可能である。

溝２６の底面の部分円筒状の凹形状は、爪部材２０の後方延在部分２４の下面に適合する半径を有する部分円筒状の凸形状と共働して、該爪部材２０の枢動（回動）支承面を構成する。締付ネジ２２は、その締付時、部分円筒状面の中心のまわりに（中心線上で）回転可能に構成される。枢動（ないし旋回）可能性を妨害しないよう、締付ネジ２２は、爪部材２０の締付ネジ２２を受容する段付貫通ボア２８内に半径方向にあそびをもって着座する。図１及び図２の組立状態において、溝２６の部分円筒状底面は、爪部材２０に作用する軸線方向力を受容するための軸線方向ストッパ（当接面）を構成する。横方向力は、溝２６の側面によって受容される。

旋削工具の前部範囲の外形寸法または容積をできる限り小さくするため、爪部材２０には、ボア２８の直後（ボア２８に対し切削プレート１８を指向する方向と反対方向のすぐ近く）に段差部を形成し、図１の組立状態において該段差部の最後部範囲が溝２６の上縁とほぼ一致するか、或いは該上縁より幾分低くなるよう構成して、爪部材２０の最後部範囲が、図１に示した如く、溝２６に完全に受容されるようにする。

爪部材２０ないし２０’は、ボア２８の前で（ボア２８から切削プレート１８を指向する方向において）狭窄（テーパが形成）されて、ホルダ１０の前端部に対応する幅を有し中央に配されるタング３０または非対称に配されるタング３０’を形成する。タング３０ないし３０’の最前端部は、上から下へ斜めに下降する（傾斜面を成す）。タング３０ないし３０’の最前端部は、爪部材２０ないし２０’のその他の部分とはんだ等により接着されると共に旋削中にチップブレーカとして作用する超硬合金製インサート部材３２によって構成される。超硬合金製インサート部材の長手方向中心軸を含む縦断面におけるその前縁の傾きは、例えば、凡そ３５°であってよい。爪部材２０ないし２０’の下部において、超硬合金製インサート部材３２の下端は、図７に示した如く、爪部材２０ないし２０’の主ボデーの前部範囲の下面から幾分下方へ突出し、従って、図２の組立状態において、締付ネジ２２によって引き起こされる爪部材２０ないし２０’の前端部に生じる締付力は、超硬合金製インサート部材３２の下面のみを介して固定力として切削プレート１８ないし１８’に作用する。

選択的に、超硬合金製インサート部材３２は、爪部材２０ないし２０’の前端部の高さ全体に亘って延在し、その前縁を形成する丸いロッドの形状を有することも可能である。

負荷が大きいので、爪部材２０ないし２０’の最前端のみならず、切削プレート１８ないし１８’を担持するホルダ１０の最前端部１６ないし１６’も、超硬合金部材３２から構成される。ホルダ１０のその他の部分とはんだ等により接着される超硬合金製インサート１６は、図１０に示した如く、大部分が丸い前部部分３４と、それより後部に位置しより高い（厚い）直方体状の後部部分３６とを有する。この前部部分３４は、直径に関して、前部範囲において同じく１８０°よりも大きい中心角に対応する弧の長さにわたって延在する円周を有する円形をなす図１１及び図１２に示した切削プレート１８よりも幾分小さい。超硬合金製インサート１６の円形前部部分３４の周壁は、上から下へ、例えば、５°の勾配で狭窄する円錐台を形成するが、この円錐台は、円中心の後方において、所定の移行半径をもって超硬合金製インサート１６の直方体状後部部分３６に移行する。

超硬合金製インサート１６の丸い前部部分３４は、切削プレート１８の下面に形成された調心突起４０を受容するための調心ボアを形成するさらもみ加工された貫通ボア３８を有する。超硬合金製インサート１６の直方体状後部部分３６は、調心突起４０を除いて測定した切削プレート１８の厚さだけ前部部分３４から上方へ突出し、従って、垂直の平坦な支持面３７が形成される。もちろん図１の組立状態において、爪部材２０が切削プレート１８のみに圧力を加えることを保証するために、超硬合金製インサート１６の後部部分３６の上面が、切削プレート１８の上面よりも僅かに低いレベルにあれば目的に適う。

切削プレート１８は、製造プロセスにおいて超硬合金からなる下部層と一体に結合される多結晶ダイヤモンド、窒化ホウ素または他の硬質材料からなる上部層から構成される。この場合、下部層の超硬合金は、調心突起４０が形成されるよう加工される。例えば約８ｍｍの直径を有する前部および側部の（部分）円状周壁は、上方から下方へテーパ状に狭窄されて、調心突起４０の縦（垂直）方向中心軸線に対し例えば約８°の角度をなす傾斜の小さい円錐状の円錐台面を形成する。かくして、上部周縁には、１８０°よりも大きい中心角に対応する弧の長さにわたって延在する切削刃部４２が生ずる。この場合、円弧は、中心から約１ｍｍ後方で、両側において、垂直な縦（長手方向）中心面に対して、例えば、４５°未満の角度で傾斜して延在する傾斜面に移行する。この場合、切削プレート１８は、中心から約２．２５ｍｍ後ろで、横方向へ（長手方向に対する直交方向に）延在する垂直な当接（ストッパ）面４４において終端する。この当接面４４は、超硬合金製インサート１６の後部部分３６の、前部部分３４から上方に突出してこの当接面４４と当接する前部支持面３７と共働して切削プレート１８の回転を阻止する。更に、高さが僅か約１ｍｍの調心突起４０及び切削プレート１８と超硬合金製インサート１６との間の摩擦を介さずに該インサートに伝達される軸線方向力は、後方の当接面４４によって抗支される。

もちろん、特殊な用途に適合して、上述の旋削工具の各部材は、異なる形状を有するか、上述の材料とは異なる材料から構成することも可能である。即ち、例えば、本実施例における比較的小さい切削プレート１８の代わりに、本質的により大きい、例えば、セラミックからなる切削プレートを使用できることは、容易に知られよう。この場合、ホルダ１０の前端部１２および場合によっては更にここに設置される装着部材（インサート）１６の横断面および爪部材の前端部は、切削プレート１８の形状に適合させる必要がある。

更に他の実施例として、図１３及び図１４に、前述の超硬合金製装着部材（インサート）１６に相応する超硬合金製装着部材（インサート）１６’を示した。この場合、直方体状後部部分３６から貫通ボア３８までの距離は、図１４に（一点鎖線で）輪郭を示すと共に、図１５及び図１６に側面図および平面図として示した、周全体に亘って延在する切削刃部４２を有する切削プレート１８’を前部部分３４に嵌合・着座させることができるように、大きい。図２に、この種の切削プレートを備えた旋削工具を示し、更に、他の好ましい実施例として、爪部材２０ないし２０’のチップブレーカとして作用する超硬合金製インサート２２の前部側面のチップ逃し段と称される凹部３３を示した。旋削時の送り方向に応じて、凹部３３は、チップブレーカインサート３２の、図７及び図９に示した如く左側に、あるいは、図３及び図４に示した如く右側に設けることができる。凹部３３は、切削刃部４２の側部範囲に生じたチップが、切削プレート１８ないし１８’の切屑（チップ）面に対して比較的急な角度から垂直までの範囲の角度をなすチップブレーカインサート３２の側壁にぶつかるのを防止するのに役立つ。

本発明に係る旋削工具の一例の斜視図。 図１に対応する旋削工具の前部範囲の拡大側面図。 図１に対応する旋削工具の平面図。 図１に対応する旋削工具の正面図。 図１〜図４の旋削工具のホルダの平面図。 図１〜図４の旋削工具のホルダの長手方向に関する断面図。 図２の旋削工具の、チップブレーカインサートを備えたまたは備えていない爪部材の側面図。 図２の旋削工具の、チップブレーカインサートを備えたまたは備えていない爪部材の平面図。 チップブレーカインサートを備えた、選択的に使用可能な非対称爪部材の平面図。 図５及び図６のホルダの前端部にはんだ等により接合された超硬合金製装着部材（インサート）の斜視図。 図１の旋削工具において図７及び図８の爪部材によって図１０の超硬合金製インサートに押圧され調心される切削プレートの側面図。 図１の旋削工具において図７及び図８の爪部材によって図１０の超硬合金製インサートに押圧され調心される切削プレートの平面図。 図１０の実施例の代わりに使用可能な超硬合金製装着部材（インサート）の側面図。 図１０の実施例の代わりに使用可能な超硬合金製装着部材（インサート）の平面図。 図１３及び図１４の超硬合金製装着部材（インサート）とともに使用される切削プレートの側面図。 図１３及び図１４の超硬合金製装着部材（インサート）とともに使用される切削プレートの平面図。

Claims (11)

1. 周面及び平面の粗削り及び仕上げ削りを行う輪郭旋削工具であって、
   ダイヤモンド又は立方晶系窒化ホウ等の材料から構成されかつ９０°よりも大きい円周角に対応する長さに亘って延在する切削刃部（４２）を備えた丸味をつけた切削ヘッドを有する切削部材（１８）の受容部材（１６）を備えた棒状ホルダ（１０）と、該棒状ホルダ（１０）の長手溝（２６）に係合し、かつチップブレーカとして構成される前端部（３２）を有すると共に、前記切削部材（１８）を該棒状ホルダ（１０）に固定する爪部材（２０）とを含み、該爪部材（２０）は、締付ネジ（２２）によって前記棒状ホルダ（１０）に固定可能である輪郭旋削工具において、
   前記切削ヘッドの長手方向中心軸線は、前記長手溝（２６）を通ってその長手方向へ延在し、該長手溝（２６）の底面は、長手方向断面に関し凹状に構成され、及び下方部分の係合領域が凸状に湾曲するよう構成されかつ該長手溝（２６）の側壁に沿って案内される前記爪部材（２０）のための枢動軸受を構成すること、
   を特徴とする旋削工具。
2. 前記締付ネジ（２２）は、前記凸状の湾曲の中心の前方で遊びを以って前記爪部材（２０）の孔部（２８）を貫通して延在し、前記棒状ホルダ（１０）に螺着可能であることを特徴とする、請求項１に記載の旋削工具。
3. 前記長手溝（２６）の凹状の底面と、該底面上に枢動可能に案内される前記爪部材（２０）の下方部分の凸状の湾曲面は、それぞれ、半径に関し適合する部分円筒面から構成されること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の旋削工具。
4. 前記爪部材（２０）の枢動軸線は、前記長手溝（２６）の側壁に対し直交方向に配されること
   を特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の旋削工具。
5. 前記棒状ホルダ（１０）の長手方向に関して測定される前記孔部（２８）の中心軸線と前記凸状の湾曲面の中心との間の間隔は、前記爪部材（２０）と前記切削部材（１８）との間の締付箇所の中心と、該孔部（２８）の中心軸線との間の間隔の１／３よりも大きいこと
   を特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の旋削工具。
6. 前記孔部（２８）の後方において該孔部（２８）から所定の距離だけ離れた箇所の前記爪部材（２０）の厚さは、最大でも、同一箇所における該爪部材（２０）を受容する前記長手溝（２６）の深さとほぼ同じ大きさに構成されること
   を特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の旋削工具。
7. 前記爪部材（２０）の、前記切削部材（１８）に向って押圧可能な前端部（３２）は、超硬合金から構成され、かつチップブレーカとして構成されること
   を特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の旋削工具。
8. 前記爪部材（２０）の超硬合金製前端部（３２）は、少なくとも１つの側面に、チップ逃し凹部（３３）を有すること
   を特徴とする請求項７に記載の旋削工具。
9. 前記切削部材（１８，１８’）は、切削プレートから構成される切削ヘッドのみから構成され、該切削プレートは、円形に構成されるか、又は前部および側部においては１８０°よりも大きい中心角に対応する長さに亘って延在する円弧状の切削刃部（４２）を有し、かつ後部においては平面図で見て該切削刃部（４２）の円弧形状とは異なる形状の当接面（４４）を有するよう構成されること
   を特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の旋削工具。
10. 前記切削プレート（１８，１８’）は、超硬合金層上に、多結晶ダイヤモンド層又は立方晶系窒化ホウ素層等の硬質切削材層を有し、かつ前記棒状ホルダ（１０）の前端部（１２，１６）の嵌合受容穴部（３８）に嵌合可能な調心突起（４０）が、該超硬合金層から構成される円弧状切削刃部（４２）と同心をなすよう形成されること
    を特徴とする請求項９に記載の旋削工具。
11. 前記切削プレート（１８，１８’）の受容部材は、前記受容穴部（３８）を備えると共に前記棒状ホルダ（１０）の前端部（１２，１４）にはんだ等により接合される超硬合金製装着部材（１６，１６’）から構成されること
    を特徴とする請求項１０に記載の旋削工具。

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