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JP7496970B2 - Machining Tools - Google Patents
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Description

本発明は、円筒状物の内周面を切削加工する際に用いるボーリングバーなどの加工工具に関する。 The present invention relates to a machining tool such as a boring bar used to cut the inner surface of a cylindrical object.

例えば、円筒状物の内周面を切削加工するときには、加工工具としてボーリングバーが用いられている。このボーリングバーは、例えばNC旋盤などの加工装置の工具取付部に取り付けられる取付支持部と、この取付支持部から延びるシャンク部と、このシャンク部の先端部に設けられた切れ刃取付部とを備え、この切れ刃取付部に加工用チップが取り付けられる。このようなボーリングバーを用いた場合、シャンク部が取付支持部から突出しているので、加工用チップを円筒状物の内側奥部まで挿入することが可能となり、従って、加工用チップによって、円筒状物の内周面を切削加工することができる。 For example, when cutting the inner circumferential surface of a cylindrical object, a boring bar is used as a processing tool. This boring bar has a mounting support part that is attached to the tool mounting part of a processing device such as an NC lathe, a shank part that extends from the mounting support part, and a cutting blade mounting part provided at the tip of the shank part, and a processing tip is attached to the cutting blade mounting part. When such a boring bar is used, since the shank part protrudes from the mounting support part, it is possible to insert the processing tip all the way to the inside of the cylindrical object, and therefore the inner circumferential surface of the cylindrical object can be cut by the processing tip.

しかし、このようなボーリングバーを用いた加工では、切削加工時の切削抵抗によってびびり振動(自励振動現象)が発生しやすくなり、特に細長い円筒状物の内周面を加工する場合においては、加工工具のシャンク部も細長くなり、びびり振動がより発生しやすくなる。 However, when machining using such a boring bar, chatter vibrations (self-excited vibration phenomenon) are likely to occur due to the cutting resistance during cutting, and when machining the inner surface of a long, thin cylindrical object in particular, the shank portion of the machining tool also becomes long and thin, making chatter vibrations more likely to occur.

そこで、このびびり振動を抑えるようにした構造のボーリングバーが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このボーリングバーにおいては、シャンク部の基部側に一対の第1窪み面が設けられ、その先端側に第2窪み面が設けられ、一対の第1窪み面は、第1軸方向に向いて互いに背向配置され、また一対の第2窪み面は、第2軸方向に向いて互いに背向配置されている。尚、切れ刃の径方向の外端とシャンク部の中心軸とを通る軸を基準軸としたときに、第1軸とは、シャンク部の中心軸を通り且つこの基準軸との間に所定の傾斜角を形成して延びる軸であり、第2軸とは、シャンク部の中心軸を通り且つ第1軸に直交して延びる軸である。 A boring bar with a structure designed to suppress this chatter vibration has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this boring bar, a pair of first recessed surfaces is provided on the base side of the shank, and a second recessed surface is provided on the tip side thereof, with the pair of first recessed surfaces arranged back to back facing each other in the first axial direction, and the pair of second recessed surfaces arranged back to back facing each other in the second axial direction. When an axis passing through the radial outer end of the cutting edge and the central axis of the shank is taken as a reference axis, the first axis is an axis that passes through the central axis of the shank and extends at a predetermined inclination angle with this reference axis, and the second axis is an axis that passes through the central axis of the shank and extends perpendicular to the first axis.

特開2018-167347号公報JP 2018-167347 A

しかしながら、このボーリングバーにおいても、シャンク部がソリッド構造(中実構造)であるために、加工時に発生するびびり振動を効果的に抑えることが難しいという問題がある。即ち、このびびり振動を抑えるためには、加工時(例えば、切削加工時)に発生する加工抵抗(切削抵抗)の背分力方向における振動振幅を小さくして加工抵抗の変動を少なくし、この振動振幅の増幅を抑える必要があり、ソリッド構造では、このような条件を満たすボーリングバーを製作するのが容易でない。 However, even with this boring bar, because the shank portion has a solid structure, there is a problem in that it is difficult to effectively suppress the chatter vibration that occurs during machining. In other words, in order to suppress this chatter vibration, it is necessary to reduce the vibration amplitude in the thrust force direction of the machining resistance (cutting resistance) that occurs during machining (e.g., during cutting), reduce the fluctuation of the machining resistance, and suppress the amplification of this vibration amplitude, and with a solid structure, it is not easy to manufacture a boring bar that meets these conditions.

このようなびびり振動の問題は、ボーリングバーだけでなく、その他の加工工具においても同様に発生するおそれがある。 This type of chatter vibration problem can occur not only with boring bars, but also with other machining tools.

本発明の目的は、加工抵抗の背分力方向における振動振幅を小さくすることで加工抵抗の変動を少なくし、これにより、びびり振動の発生を抑えることができる加工工具を提供することである。 The object of the present invention is to provide a machining tool that reduces the vibration amplitude in the thrust direction of the machining resistance, thereby reducing the fluctuation of the machining resistance and thereby suppressing the occurrence of chatter vibration.

本発明の加工工具は、加工装置の工具取付部に取り付けられる取付支持部、前記取付支持部から延びるシャンク部及び前記シャンク部の先端部に設けられた切れ刃取付部を有する工具本体と、前記工具本体の前記切れ刃取付部に取り付けられた加工用チップとを備えた加工工具において、
前記シャンク部は、ソリッド構造であるソリッド構造部と、ラティス構造であるラティス構造部と、中空空間である中空構造部とから構成され、前記シャンク部の前記ラティス構造部の体積は、前記シャンク部の前記ソリッド構造部及び前記ラティス構造部の合計体積の20~40%であり、
また、前記シャンク部の軸方向中心部を基準として前記切れ刃取付部側である前部において、前記ソリッド部の体積が20~40%、前記ラティス構造部の体積が25~45%、前記中空構造部の体積が25~45%であることを特徴とする。
The machining tool of the present invention is a machining tool including a tool body having a mounting support part attached to a tool mounting part of a machining device, a shank part extending from the mounting support part, and a cutting blade mounting part provided at a tip part of the shank part, and a machining tip attached to the cutting blade mounting part of the tool body,
the shank portion is composed of a solid structure portion which is a solid structure, a lattice structure portion which is a lattice structure, and a hollow structure portion which is a hollow space, and the volume of the lattice structure portion of the shank portion is 20 to 40% of the total volume of the solid structure portion and the lattice structure portion of the shank portion,
Furthermore, in the front part on the cutting edge mounting side with respect to the axial center of the shank portion, the volume of the solid part is 20 to 40%, the volume of the lattice structure part is 25 to 45%, and the volume of the hollow structure part is 25 to 45% .

このような加工工具においては、加工工具のシャンク前部の重量が、シャンク後部の重量の60%以下であることが好ましく、このように構成することにより、シャンク前部の重量が軽くなり、シャンク部の動剛性をより大きくすることができる。 In such a machining tool, it is preferable that the weight of the front part of the shank of the machining tool is 60% or less of the weight of the rear part of the shank. By configuring it in this manner, the weight of the front part of the shank is reduced, and the dynamic rigidity of the shank portion can be increased.

また、シャンク前部におけるラティス構造部の体積は、シャンク前部におけるソリッド構造部及びラティス構造部の合計体積の40%以上であり、このシャンク前部においては、ラティス構造部の体積が占める割合は、切れ刃取付部に向けて漸増していることが好ましく、このように構成することにより、シャンク前部においては切れ刃取付部側ほど軽量になり、シャンク部の動剛性を高めることができる。 The volume of the lattice structure at the front of the shank is preferably 40% or more of the combined volume of the solid structure and lattice structure at the front of the shank, and the proportion of the volume of the lattice structure at this front of the shank increases gradually toward the cutting edge attachment section. By configuring the shank in this way, the weight of the front of the shank becomes lighter toward the cutting edge attachment section, and the dynamic rigidity of the shank can be increased.

更に、この加工工具においては、切れ刃取付部側からシャンク部を見て、シャンク前部の中心軸を中心として切込み方向を基準に反時計方向に4分割して第1~第4領域としたときに、第1領域においては、ラティス構造部の体積が最も大きく、第2領域においては、中空構造部の体積が最も大きく、第3領域においては、ソリッド構造部の体積が最も大きく、第4領域においては、ラティス構造部の体積が最も大きくするのが好ましく、また、第1領域においては、ソリッド構造部の体積が20~40%で、ラティス構造部の体積が30~50%であり、第2領域においては、ソリッド構造部の体積が0~20%で、ラティス構造部の体積が10~30%であり、第3領域においては、ソリッド構造部の体積が40~60%で、ラティス構造部の体積が30~50%であり、第4領域においては、ソリッド構造部の体積が20~40%で、ラティス構造部の体積が30~50%であるのが好ましく、これらのように構成することにより、加工抵抗(その主分力、背分力及び送り分力)に対して充分な強度を有するものを提供することができる。 Furthermore, in this machining tool, when the shank portion is viewed from the cutting blade attachment side and divided into four portions counterclockwise around the central axis of the front portion of the shank with the cutting direction as the reference, into first to fourth regions, it is preferable that the volume of the lattice structure portion is the largest in the first region, the volume of the hollow structure portion is the largest in the second region, the volume of the solid structure portion is the largest in the third region, and the volume of the lattice structure portion is the largest in the fourth region, and further that the volume of the solid structure portion is 20-40% in the first region, and the volume of the lattice structure portion is 20-40% in the first region. In the first region, the volume of the solid structure is 30-50%, in the second region, the volume of the solid structure is 0-20% and the volume of the lattice structure is 10-30%, in the third region, the volume of the solid structure is 40-60% and the volume of the lattice structure is 30-50%, and in the fourth region, the volume of the solid structure is 20-40% and the volume of the lattice structure is 30-50%, and by configuring in this way, it is possible to provide a product that has sufficient strength against processing resistance (its main force, thrust force, and feed force).

更にまた、シャンク部におけるソリッド構造部とラティス構造部との境界面は、自由曲面形状であるのが好ましく、このように構成することにより、ソリッド構造部及びラティス構造部を最適な配置にすることができ、またシャンク部におけるソリッド構造部、ラティス構造部及び中空構造部を含む形状は、トポロジー最適化解析を用いて導出し、トポロジー最適化解析において、びびり振動を励起する加工工具の振動モードにおける切込み方向の振幅を最小化するようにすることにより、びびり振動の発生の少ない加工工具を提供することができる。 Furthermore, it is preferable that the boundary surface between the solid structure and the lattice structure in the shank portion has a free-form surface shape . By configuring in this manner, the solid structure and the lattice structure can be optimally arranged. Furthermore, the shape including the solid structure, lattice structure and hollow structure in the shank portion is derived using topology optimization analysis, and by minimizing the amplitude in the cutting direction in the vibration mode of the machining tool that excites chatter vibration in the topology optimization analysis, it is possible to provide a machining tool that generates less chatter vibration.

更に、シャンク部のラティス構造部の各ラティス構造は、固体占有率が30~70%であり、その格子間隔は0.5~5.0mmであるのが好ましく、このようなラティス構造を採用することにより、シャンク部の強度を保つことができ、またシャンク部のラティス構造部を液体流路の一部とすることによって、例えば加工液の通路としての専用の流路を設けることなく、加工液などの流路として利用することができる。 Furthermore, each lattice structure of the lattice structure part of the shank part preferably has a solid occupancy rate of 30 to 70% and a lattice spacing of 0.5 to 5.0 mm. By adopting such a lattice structure, the strength of the shank part can be maintained. Also, by making the lattice structure part of the shank part a part of the liquid flow path, it can be used as a flow path for processing fluid, etc., without having to provide a dedicated flow path for the processing fluid.

本発明の加工工具によれば、加工工具のシャンク部は、ソリッド構造部、ラティス構造部及び中空構造部とから構成され、このシャンク部のラティス構造部の体積は、シャンク部のソリッド構造部及びラティス構造部の合計体積の20~40%であるので、このソリッド部の強度を保ちながら軽量化することができ、これによって、シャンク部の動剛性を高めることができ、その結果、加工時のびびり振動の発生を抑えることができる。このラティス構造部が40%を超えると強度が低下するおそれがあり、また20%以下であると充分に質量を減らせず、結果として動剛性を高めることができない。
また、シャンク部の軸方向中心部を基準として切れ刃取付部側である前部において、ソリッド部の体積が20~40%、ラティス構造部の体積が25~45%、中空構造部の体積が25~45%であるので、軽量化を図りながら加工抵抗に対して充分な強度を保つことができる。
According to the machining tool of the present invention, the shank portion of the machining tool is composed of a solid structure portion, a lattice structure portion, and a hollow structure portion, and the volume of the lattice structure portion of the shank portion is 20 to 40% of the total volume of the solid structure portion and the lattice structure portion of the shank portion, so that the solid portion can be made lighter while maintaining its strength, thereby increasing the dynamic rigidity of the shank portion and, as a result, suppressing the occurrence of chatter vibration during machining. If the lattice structure portion exceeds 40%, there is a risk of a decrease in strength, and if it is 20% or less, the mass cannot be reduced sufficiently, and as a result, the dynamic rigidity cannot be increased.
Furthermore, in the front part on the cutting edge attachment side with respect to the axial center of the shank portion, the volume of the solid part is 20 to 40%, the volume of the lattice structure part is 25 to 45%, and the volume of the hollow structure part is 25 to 45%, so that it is possible to maintain sufficient strength against machining resistance while achieving weight reduction.

本発明に従う加工工具をNC旋盤に取り付けた状態を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a state in which a machining tool according to the present invention is attached to an NC lathe. 図1の加工工具を示す平面図。FIG. 2 is a plan view showing the machining tool of FIG. 1 . 図2の加工工具を示す縦端面図。FIG. 3 is a vertical end view showing the machining tool of FIG. 2 . 図4(a)は、図3におけるA-A線によるシャンク部の端面図、図4(b)は、図3におけるB-B線によるシャンク部の端面図、図4(c)は、図3におけるC-C線によるシャンク部の端面図。4(a) is an end view of the shank portion taken along line A-A in FIG. 3, FIG. 4(b) is an end view of the shank portion taken along line B-B in FIG. 3, and FIG. 4(c) is an end view of the shank portion taken along line CC in FIG. 図5(a)は、シャンク部の突き出し位置P1における端面図、図5(b)は、シャンク部の突き出し位置P2における端面図、図5(c)は、シャンク部の突き出し位置P3における端面図。5(a) is an end view at protruding position P1 of the shank portion, FIG. 5(b) is an end view at protruding position P2 of the shank portion, and FIG. 5(c) is an end view at protruding position P3 of the shank portion. シャンク部の突き出し位置とラティス構造部の体積割合との関係を示す図。13 is a diagram showing the relationship between the protruding position of the shank portion and the volume ratio of the lattice structure portion. シャンク部における第1~4領域を説明するための図。FIG. 4 is a diagram for explaining first to fourth regions in the shank portion. 第1~第4領域におけるソリッド構造部、ラティス構造部及び中空構造部の割合を示す図。FIG. 13 is a diagram showing the ratio of solid structure portions, lattice structure portions, and hollow structure portions in the first to fourth regions. シャンク部における切込み方向の振幅を説明するための図。FIG. 4 is a diagram for explaining the amplitude in the cutting direction in the shank portion. シャンク部のラティス構造部における一つのラティス構造を示す斜視図。FIG. 2 is a perspective view showing one lattice structure in the lattice structure portion of the shank portion. 加工工具のシャンク部の最適化を説明するための図。FIG. 13 is a diagram for explaining optimization of a shank portion of a machining tool. 実施例の加工実験において発生したびびり振動を示し、図12(a)は、L=54mmであるときの振動を示す図、図12(b)は、L=60mmであるときの振動を示す図、図12(c)は、L=66mmであるときの振動を示す図、図12(d)は、L=72mmであるときの振動を示す図。12(a) shows the chatter vibrations that occurred in the machining experiment of the embodiment, where FIG. 12(a) shows the vibrations when L = 54 mm, FIG. 12(b) shows the vibrations when L = 60 mm, FIG. 12(c) shows the vibrations when L = 66 mm, and FIG. 12(d) shows the vibrations when L = 72 mm. 比較例1の加工実験において発生したびびり振動の大きさを示し、図13(a)は、L=36mmであるときの振動を示す図、図13(b)は、L=42mmであるときの振動を示す図、図13(c)は、L=48mmであるときの振動を示す図、図13(d)は、L=52mmであるときの振動を示す図。13(a) shows the magnitude of chatter vibrations that occurred in the machining experiment of Comparative Example 1, with FIG. 13(a) showing the vibrations when L = 36 mm, FIG. 13(b) showing the vibrations when L = 42 mm, FIG. 13(c) showing the vibrations when L = 48 mm, and FIG. 13(d) showing the vibrations when L = 52 mm. 比較例2の加工実験において発生したびびり振動の大きさを示し、図14(a)は、L=54mmであるときの振動を示す図、図14(b)は、L=60mmであるときの振動を示す図、図14(c)は、L=66mmであるときの振動を示す図。14A shows the magnitude of chatter vibrations that occurred in the machining experiment of Comparative Example 2, with FIG. 14A showing the vibrations when L = 54 mm, FIG. 14B showing the vibrations when L = 60 mm, and FIG. 14C showing the vibrations when L = 66 mm. 実施例並びに比較例1及び2の加工実験における加工工具のL/Dと加工時の加速度のRMS値を示す図。1 is a diagram showing the L/D of a machining tool and the RMS value of acceleration during machining in machining experiments of an embodiment and comparative examples 1 and 2. FIG. 実施例並びに比較例1及び2の加工実験の結果をまとめたグラフ。Graph summarizing the results of processing experiments of the Example and Comparative Examples 1 and 2.

以下、添付図面を参照して、本発明に従う加工工具の一実施形態について説明する。尚、この実施形態では、加工工具として円筒状物の内周面の加工(所謂、中ぐり加工)に用いるボーリングバーに適用して説明するが、ボーリングバー以外の他の加工工具にも同様に適用することができる。 One embodiment of a machining tool according to the present invention will be described below with reference to the attached drawings. Note that in this embodiment, the machining tool will be described as a boring bar used for machining the inner surface of a cylindrical object (so-called boring processing), but the present invention can be similarly applied to machining tools other than boring bars.

図1において、加工装置の一例としての図示のNC旋盤は旋盤本体2を備え、この旋盤本体2の一端側(図1において左側)に主軸部4が設けられている。この主軸部4に主軸(図示せず)が回転自在に支持され、この主軸にはチャック手段6が装着され、加工すべき加工物(図示せず)は、このチャック手段6に着脱自在に装着される。 In Figure 1, the NC lathe shown as an example of a processing device has a lathe body 2, and a spindle section 4 is provided at one end side (left side in Figure 1) of this lathe body 2. A spindle (not shown) is rotatably supported by this spindle section 4, and a chuck means 6 is attached to this spindle, and a workpiece (not shown) to be processed is detachably attached to this chuck means 6.

この旋盤本体2の他端側には、往復テーブル12がZ軸方向(図1において左右方向)に移動自在に配設され、この往復テーブル12には、支持テーブル14がX軸方向(図1において紙面に対して垂直な方向)に移動自在に装着され、この支持テーブル14には、タレット16が取り付けられている。タレット16は、支持テーブル14に取り付けられた支持台18と、この支持台18に所定回転角度毎に回転自在に支持されたタレット本体20とを備えている。タレット本体20は多角形状(例えば、八角形状)であり、このタレット本体20の多角形状の各面に対応して工具取付部22が設けられている。この実施形態では、工具取付部22の一つに、工具保持具24を介して加工工具26(本発明に従う加工工具の一実施形態のもの)が取り付けられている。 At the other end of the lathe body 2, a reciprocating table 12 is arranged so as to be movable in the Z-axis direction (left and right direction in FIG. 1), and a support table 14 is attached to the reciprocating table 12 so as to be movable in the X-axis direction (direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1), and a turret 16 is attached to the support table 14. The turret 16 includes a support base 18 attached to the support table 14, and a turret body 20 supported by the support base 18 so as to be rotatable at a predetermined rotation angle. The turret body 20 is polygonal (e.g., octagonal), and a tool attachment portion 22 is provided corresponding to each face of the polygonal shape of the turret body 20. In this embodiment, a machining tool 26 (one embodiment of a machining tool according to the present invention) is attached to one of the tool attachment portions 22 via a tool holder 24.

次に、図2~図8を参照して、加工工具26の一実施形態について説明する。図示の加工工具26は、加工物としての円筒状物(図示せず)の内周面を切削加工する際に用いられるものである。例えば、図1のNC旋盤を用いて加工するときには、円筒状物はチャック手段6に取り付けられ、また加工工具26はタレット16の工具取付部22に工具保持具24を介して取り付けられ、所定方向に回転する加工物(円筒状物)の内周面に加工工具26を作用させて切削加工(所謂、中ぐり加工)を行う。 Next, one embodiment of the machining tool 26 will be described with reference to Figures 2 to 8. The illustrated machining tool 26 is used when cutting the inner surface of a cylindrical object (not shown) as a workpiece. For example, when machining using the NC lathe of Figure 1, the cylindrical object is attached to the chuck means 6, and the machining tool 26 is attached to the tool attachment portion 22 of the turret 16 via the tool holder 24, and the machining tool 26 is applied to the inner surface of the workpiece (cylindrical object) rotating in a predetermined direction to perform cutting (so-called boring).

この加工工具26(この実施形態では、「ボーリングバー」とも称する。)は棒状の工具本体28を備え、この工具本体28は、取付支持部30(参照番号31で示す領域)と、この取付支持部30から延びるシャンク部32(参照番号33で示す領域)と、このシャンク部32の先端部に設けられた切れ刃取付部34(参照番号35で示す領域)とを備えている。 This machining tool 26 (also referred to as a "boring bar" in this embodiment) has a rod-shaped tool body 28, which has an attachment support portion 30 (region indicated by reference number 31), a shank portion 32 (region indicated by reference number 33) extending from the attachment support portion 30, and a cutting edge attachment portion 34 (region indicated by reference number 35) provided at the tip of the shank portion 32.

取付支持部30は、例えばタレット16の工具取付部22に取り付けられた工具保持具24(図1参照)に取り付けられ、この取付支持部30は充分な強度を確保するためにソリッド構造(中実構造)で構成される。この取付支持部30は、外形が略円筒状に形成される。 The mounting support part 30 is attached to, for example, a tool holder 24 (see FIG. 1) attached to the tool mounting part 22 of the turret 16, and this mounting support part 30 is constructed with a solid structure to ensure sufficient strength. This mounting support part 30 is formed with an outer shape that is approximately cylindrical.

シャンク部32は、ソリッド構造(中実構造)、ラティス構造(格子状構造)及び中空構造(空間構造)から構成され、このような構造にすることにより、加工の際に発生する振動振幅の周波数応答を小さくすることができる。このシャンク部32についても、その外形が取付支持部30から連続して続く略円筒状に形成される。 The shank portion 32 is composed of a solid structure, a lattice structure, and a hollow structure, and by using such a structure, it is possible to reduce the frequency response of the vibration amplitude generated during processing. The shank portion 32 is also formed into an approximately cylindrical shape whose outer shape continues from the mounting support portion 30.

また、切れ刃取付部34は、取付支持部30と同様に、ソリッド構造から構成され、加工の際の切込み方向(矢印36で示す方向)に対して所定の角度をもって平らに拡がる取付面38が設けられ、この取付面38に取付ねじ(図示せず)などによって加工用チップ40(例えば、切削用チップ)が取り付けられ、加工物に対する加工は、この工具本体28に取り付けられた加工用チップ40によって行われる。 The cutting blade mounting part 34, like the mounting support part 30, is constructed from a solid structure and is provided with a mounting surface 38 that extends flat at a predetermined angle to the cutting direction during machining (the direction indicated by the arrow 36). A machining tip 40 (e.g., a cutting tip) is attached to this mounting surface 38 by a mounting screw (not shown) or the like, and machining of the workpiece is performed by the machining tip 40 attached to this tool body 28.

次いで、この加工工具26のシャンク部32の構成について説明する。このシャンク部32においては、図3及び図4から理解されるように、ラティス構造部42(ラティス構造による部位)の体積は、ラティス構造部42及びソリッド構造部44(ソリッド構造による部位)の合計体積の15~85%の割合となるように設けられ、このラティス構造部42の体積割合は20~40%であるのが好ましい。ラティス構造部42の体積が小さくなる(例えば、これらの合計体積の15%より小さくなる)と、ラティス構造を採用したことによる軽量化の効果が少なく、またラティス構造部42の体積が大きくなる(例えば、これらの合計体積の85%より大きくなる)と、ラティス構造部42の占める割合が大きくなり、シャンク部32の強度が低下するおそれがある。尚、参照番号46は、中空構造部(中空構造による部位)である。 Next, the configuration of the shank portion 32 of the machining tool 26 will be described. In the shank portion 32, as can be seen from FIG. 3 and FIG. 4, the volume of the lattice structure portion 42 (part with a lattice structure) is set to be 15-85% of the total volume of the lattice structure portion 42 and the solid structure portion 44 (part with a solid structure), and the volume ratio of the lattice structure portion 42 is preferably 20-40%. If the volume of the lattice structure portion 42 is small (for example, less than 15% of the total volume), the effect of weight reduction due to the adoption of the lattice structure is small, and if the volume of the lattice structure portion 42 is large (for example, more than 85% of the total volume), the proportion of the lattice structure portion 42 will be large, and the strength of the shank portion 32 may be reduced. Reference numeral 46 denotes a hollow structure portion (part with a hollow structure).

このシャンク部32では、その軸方向(図2及び図4において左右方向、図3において紙面に対して垂直な方向)中心部(即ち、軸方向の中心線E)を基準にして、切れ刃取付部34側のシャンク前部50(参照番号51で示す領域)の重量は、取付支持部30側のシャンク後部52(参照番号53で示す領域)の重量の60%以下であるのが好ましく、例えば40~60%であるのが好ましく、このように構成することにより、シャンク前部50の重量がシャンク後部52の重量に比して4割程度軽くなり、この軽量化によって、シャンク部32の動剛性を高めてびびり振動の発生を抑えることができる。 In this shank portion 32, the weight of the shank front portion 50 (region indicated by reference number 51) on the cutting blade mounting portion 34 side, based on the center (i.e., axial centerline E) in the axial direction (left-right direction in Figs. 2 and 4, direction perpendicular to the paper surface in Fig. 3), is preferably 60% or less of the weight of the shank rear portion 52 (region indicated by reference number 53) on the mounting support portion 30 side, and is preferably 40 to 60%, for example. By configuring it in this way, the weight of the shank front portion 50 is about 40% lighter than the weight of the shank rear portion 52, and this weight reduction increases the dynamic rigidity of the shank portion 32 and suppresses the occurrence of chatter vibrations.

このシャンク部32については、図3~図6を参照して理解される如く、シャンク前部50におけるラティス構造部42の体積は、このシャンク前部50におけるソリッド構造部44及びラティス構造部42の合計体積の40%以上であるのが好ましく、例えば40~70%であるのが好ましく、このように構成することにより、シャンク前部50の強度を維持しながらその軽量化を図ることができる。 As can be seen from Figures 3 to 6, the volume of the lattice structure 42 in the shank front 50 is preferably 40% or more of the total volume of the solid structure 44 and the lattice structure 42 in the shank front 50, for example 40% to 70%. By configuring the shank front 50 in this way, it is possible to reduce its weight while maintaining its strength.

図4(a)は、図3におけるA-A線によるシャンク部32の端面図であり、図4(b)は、図3におけるB-B線によるシャンク部32の端面図であり、図4(c)は、図3におけるC-C線によるシャンク部32の端面図であり、これら図4(a)~(c)から理解されるように、シャンク部32のシャンク前部50の前端側の方がよりラティス構造部42が多く設けられている。尚、矢印36で示す切込み方向を基準にして、図4(a)のA-A線のシャンク部32の端面は、図3において反時計方向に36度の角度位置におけるものであり、図4(b)のB-B線のシャンク部32の端面は、図3において反時計方向に81度の角度位置におけるものであり、また図4(c)のC-C線によるシャンク部32の端面は、図3において反時計方向に126度の角度位置におけるものである。 Figure 4(a) is an end view of the shank portion 32 taken along line A-A in Figure 3, Figure 4(b) is an end view of the shank portion 32 taken along line B-B in Figure 3, and Figure 4(c) is an end view of the shank portion 32 taken along line C-C in Figure 3. As can be seen from Figures 4(a) to (c), the lattice structure portion 42 is more provided on the front end side of the shank front portion 50 of the shank portion 32. Note that, based on the cutting direction indicated by the arrow 36, the end face of the shank portion 32 taken along line A-A in Figure 4(a) is at an angle of 36 degrees counterclockwise in Figure 3, the end face of the shank portion 32 taken along line B-B in Figure 4(b) is at an angle of 81 degrees counterclockwise in Figure 3, and the end face of the shank portion 32 taken along line C-C in Figure 4(c) is at an angle of 126 degrees counterclockwise in Figure 3.

このシャンク部32のシャンク前部50では、図4及び図5から理解されるように、ソリッド構造部44及びラティス構造部42の合計体積のうちラティス構造部42の占める割合は、切れ刃取付部34側(即ち、先端側)に向けて漸増するように構成するのが好ましく、このように構成することにより、シャンク前部50の強度低下を抑えながら軽量化を図ることができる。 As can be seen from Figures 4 and 5, in the shank front portion 50 of the shank portion 32, it is preferable to configure the proportion of the lattice structure portion 42 in the total volume of the solid structure portion 44 and the lattice structure portion 42 so that it gradually increases toward the cutting edge attachment portion 34 side (i.e., the tip side). By configuring it in this way, it is possible to reduce the weight of the shank front portion 50 while suppressing a decrease in strength.

この実施形態では、図5(a)は、シャンク部32の突き出し位置の0.6倍の部位P1(換言すると、シャンク前部50の1/5の部位)の端面図であり、図5(b)は、シャンク部32の突き出し位置の0.75倍の部位P2(換言すると、シャンク前部50の1/2の部位)の端面図であり、図5(c)は、シャンク部32の突き出し位置の0.9倍の部位P3(換言すると、シャンク前部50の4/5の部位)の端面図であり、部位P3においては、中間構造(空間構造)である空間構造部46の割合が大きく、大きな内部空間が存在するようになる。 In this embodiment, FIG. 5(a) is an end view of a portion P1 that is 0.6 times the protruding position of the shank portion 32 (in other words, 1/5 of the shank front portion 50), FIG. 5(b) is an end view of a portion P2 that is 0.75 times the protruding position of the shank portion 32 (in other words, 1/2 of the shank front portion 50), and FIG. 5(c) is an end view of a portion P3 that is 0.9 times the protruding position of the shank portion 32 (in other words, 4/5 of the shank front portion 50). In portion P3, the proportion of the spatial structure portion 46, which is an intermediate structure (spatial structure), is large, resulting in a large internal space.

図6は、この加工工具26のシャンク部32のシャンク前部50におけるシャンク部32の突き出し位置とラティス構造部42の体積割合(ソリッド構造物44及びラティス構造部42の合計体積に対するラティス構造部42の体積割合)を示しており、シャンク前部50の基部(例えば、シャンク部32の突き出し位置の0.55倍の部位)においてはラティス構造部42の体積割合が約30%程度であるが、その先端側(例えば、その突き出し位置の0.95倍の部位)においてはこの体積割合が約80%程度に増加し、この体積割合の増加は、先端側(即ち、切れ刃取付部34側)に向けて漸増するように構成されている。 Figure 6 shows the protruding position of the shank 32 at the shank front 50 of the shank 32 of this machining tool 26 and the volume ratio of the lattice structure 42 (the volume ratio of the lattice structure 42 to the total volume of the solid structure 44 and the lattice structure 42). At the base of the shank front 50 (e.g., a portion 0.55 times the protruding position of the shank 32), the volume ratio of the lattice structure 42 is about 30%, but at the tip side (e.g., a portion 0.95 times the protruding position), this volume ratio increases to about 80%, and this increase in volume ratio is configured to gradually increase toward the tip side (i.e., the cutting edge attachment portion 34 side).

この加工工具26においては、シャンク前部50に関連して、更に、次のように構成するのが好ましい。図7及び図8を参照して、切れ刃取付部34側からシャンク部32を見たときに、シャンク前部50をその中心軸Oを中心として切込み方向を基準に反時計方向に4分割し、0~90度の範囲を第1領域Z1、90~180度の範囲を第2領域Z2、180~270度の範囲を第3領域Z3、270度から360度の範囲を第4領域Z4とする。このように第1~第4領域Z1~Z4としたときに、第1領域Z1においては、ラティス構造部42の体積が最も大きく、第2領域Z2においては、中空構造部46の体積が最も大きく、第3領域Z3においては、ソリッド構造部44の体積が最も大きく、第4領域Z4においては、ラティス構造部42の体積が最も大きくなるように構成するのが好ましく、このように構成することにより、軽量化を図りながら加工抵抗(その主分力、背分力及び送り分力)に対して充分な強度を有する構造とすることができる。 In this machining tool 26, it is preferable to further configure the shank front portion 50 as follows: With reference to Figures 7 and 8, when the shank portion 32 is viewed from the cutting blade attachment portion 34 side, the shank front portion 50 is divided into four portions counterclockwise with respect to the cutting direction about its central axis O, with the range of 0 to 90 degrees being the first region Z1, the range of 90 to 180 degrees being the second region Z2, the range of 180 to 270 degrees being the third region Z3, and the range of 270 to 360 degrees being the fourth region Z4. When the first to fourth regions Z1 to Z4 are defined in this manner, it is preferable to configure the first region Z1 so that the lattice structure portion 42 has the largest volume, the second region Z2 so that the hollow structure portion 46 has the largest volume, the third region Z3 so that the solid structure portion 44 has the largest volume, and the fourth region Z4 so that the lattice structure portion 42 has the largest volume. By configuring in this way, it is possible to achieve a structure that has sufficient strength against machining resistance (the main force, thrust force, and feed force) while achieving weight reduction.

また、このシャンク部32のシャンク前部50においては、ソリッド構造部44、ラティス構造部42及び中空構造部46の体積割合を、図8に示す配分割合となるように構成するのが好ましい。即ち、上述の4分割した第1~第4領域Z1~Z4に関し、第1領域Z1においては、ソリッド構造部44の体積が20~40%で、ラティス構造部42の体積が30~50%で、ラティス構造部42の割合の方が大きくなるように構成するのが好ましく、第2領域Z2においては、ソリッド構造部44の体積が0~20%で、ラティス構造部42の体積が10~30%で、ラティス構造部42の割合の方が大きくなるように構成するが、このラティス構造部42の割合よりも更に中空構造部46の割合の方が大きくなるように構成するのが好ましい。 In addition, in the shank front portion 50 of the shank portion 32, the volume ratios of the solid structure portion 44, the lattice structure portion 42, and the hollow structure portion 46 are preferably configured to have the distribution ratios shown in FIG. 8. That is, in the first region Z1, with respect to the above-mentioned four divided first to fourth regions Z1 to Z4, it is preferable to configure the volume of the solid structure portion 44 to be 20 to 40%, the volume of the lattice structure portion 42 to be 30 to 50%, and the proportion of the lattice structure portion 42 to be greater, and in the second region Z2, the volume of the solid structure portion 44 is 0 to 20%, the volume of the lattice structure portion 42 is 10 to 30%, and the proportion of the lattice structure portion 42 is greater, but it is preferable to configure the proportion of the hollow structure portion 46 to be even greater than the proportion of the lattice structure portion 42.

また、第3領域Z3においては、ソリッド構造部44の体積が40~60%で、ラティス構造部42の体積が30~50%で、ソリッド構造部44の割合の方が大きくなるように構成するのが好ましく、更に第4領域Z4においては、ソリッド構造部44の体積が20~40%で、ラティス構造部42の体積が30~50%で、ラティス構造部42の割合の方が大きくなるように構成するのが好ましい。このように構成しても、上述したと同様に、軽量化を図りながら加工抵抗(その主分力、背分力及び送り分力)に対して充分な強度を有する構造とすることができる。 In the third region Z3, it is preferable to configure the volume of the solid structure portion 44 to be 40-60% and the volume of the lattice structure portion 42 to be 30-50%, so that the proportion of the solid structure portion 44 is greater, and furthermore, in the fourth region Z4, it is preferable to configure the volume of the solid structure portion 44 to be 20-40% and the volume of the lattice structure portion 42 to be 30-50%, so that the proportion of the lattice structure portion 42 is greater. Even with this configuration, it is possible to achieve a structure that has sufficient strength against machining resistance (its main force, thrust force, and feed force) while achieving weight reduction, as described above.

このシャンク部32では、図3~図5及び図7に示すように、ソリッド構造部44(中実構造部)とラティス構造部42(格子状構造部)との境界面は自由面形状となっており、このように構成することにより、ソリッド構造部44とラティス構造部42との境界が単純な形状とならず、これによって、最適に配置されたソリッド構造部44及びラティス構造部42を有する加工工具として提供することができる。 As shown in Figures 3 to 5 and 7, in this shank portion 32, the boundary surface between the solid structure portion 44 (solid structure portion) and the lattice structure portion 42 (lattice structure portion) has a free surface shape. By configuring it in this way, the boundary between the solid structure portion 44 and the lattice structure portion 42 does not have a simple shape, and this makes it possible to provide a machining tool with an optimally arranged solid structure portion 44 and lattice structure portion 42.

この加工工具26のシャンク部32(ラティス構造を有する部分)の形状は、トポロジー最適化解析を用いて導出するのが好ましく、このような解析方法を用いることにより、比較的容易に最適化形状を導き出すことができる。そして、このトポロジー最適化解析を用いる際に、図9に示すように、加工工具26の切込み方向36の振幅(図9において両矢印62で示す方向の振幅)が最小化されるようにするのが好ましく、このように解析処理することにより、加工工具26のシャンク部32は、例えば、上述したような構造となる。 The shape of the shank portion 32 (the portion having a lattice structure) of the machining tool 26 is preferably derived using topology optimization analysis, and by using such an analysis method, the optimized shape can be derived relatively easily. When using this topology optimization analysis, it is preferable to minimize the amplitude of the cutting direction 36 of the machining tool 26 (amplitude in the direction indicated by the double arrow 62 in FIG. 9) as shown in FIG. 9, and by performing the analysis process in this manner, the shank portion 32 of the machining tool 26 has a structure, for example, as described above.

このことを図11を参照して説明すると、最適化しない場合(換言すると、従来の構造の加工工具を用いた場合)、加工工具のシャンク部全体がソリッド構造であるために、加工時に発生するびびり振動は曲線Qで示すように、加工抵抗により生じる背分力方向の振動振幅が大きく、それに伴い、更に加工抵抗の変動も大きくなり、振動振幅が増幅し、びびり振動に発展しやすくなる傾向にある。これに対して、トポロジー最適化解析を用いて最適化した場合(換言すると、上述した実施形態の加工工具26を用いた場合)、加工工具26のシャンク部32がソリッド構造(ソリッド構造部44)、ラティス構造(ラティス構造部42)及び中空構造(中空構造部46)を含んでいるので、加工時に発生するびびり振動は曲線Rで示すように、加工抵抗により生じる背分力方向の振動振幅が小さく、従って振動振幅が増幅し難くなる傾向にあり、その結果、上述した加工工具26では、びびり振動の発生を抑えることができる。 To explain this with reference to FIG. 11, when not optimized (in other words, when a machining tool with a conventional structure is used), the entire shank of the machining tool is a solid structure, so that the chatter vibration generated during machining has a large vibration amplitude in the thrust force direction caused by machining resistance, as shown by curve Q, and accordingly, the fluctuation of the machining resistance also becomes larger, the vibration amplitude is amplified, and it tends to develop into chatter vibration. On the other hand, when optimized using topology optimization analysis (in other words, when the machining tool 26 of the above-mentioned embodiment is used), the shank 32 of the machining tool 26 includes a solid structure (solid structure portion 44), a lattice structure (lattice structure portion 42), and a hollow structure (hollow structure portion 46), so that the chatter vibration generated during machining has a small vibration amplitude in the thrust force direction caused by machining resistance, as shown by curve R, and therefore the vibration amplitude tends to be difficult to amplify, and as a result, the above-mentioned machining tool 26 can suppress the occurrence of chatter vibration.

このシャンク部32のラティス構造については、それ自体周知の種々のラティス構造を採用することができ、例えば、図10に示す構造を採用するようにしてもよい。ラティス構造部42を構成する一つのラティス構造70(格子状構造)は、各ラティス構造70の基準となる基準立方体72の天面74及び底面76の中央部に上接続面78及び下接続面80が設けられ、上下方向に隣接する一対のラティス構造70は、上側のラティス構造70の下接続面80と下側のラティス構造70の上接続面78により接合される。また、基準立方体70の側面82には一対の横接続面84,86が設けられ、これら横接続面84,86と上接続面78とは上傾斜格子状部88,90により接続されているとともに、これら一対の横接続面84,86と下接続面80とは下傾斜格子状部92,94により接続されている。 The lattice structure of the shank portion 32 may employ various known lattice structures, for example, the structure shown in FIG. 10. In one lattice structure 70 (lattice structure) constituting the lattice structure portion 42, an upper connection surface 78 and a lower connection surface 80 are provided at the center of the top surface 74 and the bottom surface 76 of a reference cube 72 that is the reference for each lattice structure 70, and a pair of adjacent lattice structures 70 in the vertical direction are joined by the lower connection surface 80 of the upper lattice structure 70 and the upper connection surface 78 of the lower lattice structure 70. In addition, a pair of horizontal connection surfaces 84, 86 are provided on the side surface 82 of the reference cube 70, and these horizontal connection surfaces 84, 86 and the upper connection surface 78 are connected by upper inclined lattice portions 88, 90, and these pair of horizontal connection surfaces 84, 86 and the lower connection surface 80 are connected by lower inclined lattice portions 92, 94.

基準立方体72の一つの側面82の横接続面84,86について説明したが、他の三つの側面96,98,100についても同様に構成されており、従って、横方向に隣接するラティス構造70は、例えば一方のラティス構造の側面82の一対の横接続面84,86と例えば他方のラティス構造70の対向する側面98の横接続面(図示せず)により接合される。 Although the horizontal connecting surfaces 84, 86 of one side 82 of the reference cube 72 have been described, the other three sides 96, 98, 100 are similarly configured, and therefore laterally adjacent lattice structures 70 are joined, for example, by a pair of horizontal connecting surfaces 84, 86 of the side 82 of one lattice structure and, for example, a horizontal connecting surface (not shown) of the opposing side 98 of the other lattice structure 70.

隣接するラティス構造70は、上述したようにして上下方向及び横方向に接合されるので、このラティス構造70の集合体(ラティス構造部42)は、このラティス構造70を三次元的に結合されたものとなる。 Since adjacent lattice structures 70 are joined vertically and horizontally as described above, the assembly of lattice structures 70 (lattice structure portion 42) is a three-dimensional combination of lattice structures 70.

このラティス構造70の各々は、固体占有率が30~70%であるのが好ましく、その固体占有率が30%より小さくすると、ラティス構造物42の強度が低下するおそれがあり、またその固体占有率が70%より大きくなると、ソリッド構造に近くなり、充分な軽量化を図ることが難しくなる。尚、この実施形態のラティス構造70における固体占有率を説明すると、この固体占有率とは、基準立方体70の体積に対するラティス構造の格子状部(上傾斜格子状部88,90及び下傾斜格子状部92,94)の占める割合をいう。 Each of the lattice structures 70 preferably has a solid occupancy of 30 to 70%. If the solid occupancy is less than 30%, the strength of the lattice structure 42 may decrease, and if the solid occupancy is greater than 70%, it becomes closer to a solid structure, making it difficult to achieve sufficient weight reduction. The solid occupancy in the lattice structure 70 of this embodiment refers to the proportion of the volume of the reference cube 70 occupied by the lattice portions of the lattice structure (upper inclined lattice portions 88, 90 and lower inclined lattice portions 92, 94).

また、各ラティス構造70の格子間隔は、0.5~5.0mmであるのが好ましく、小さい部材であると格子間隔も小さくなり、この加工工具26のようなものであると1.0~3.0mm程度とするのが好ましい。 The lattice spacing of each lattice structure 70 is preferably 0.5 to 5.0 mm, and for smaller components, the lattice spacing will be smaller, so for a machining tool like this 26, it is preferable to set it to about 1.0 to 3.0 mm.

この加工工具26においては、シャンク部32内のラティス構造部42及び中空構造部46を加工液などの液体を切れ刃取付部34(これに取り付けられた加工用チップ40)に向けて送給する液体流路として用いることができる。この場合、ラティス構造部42の連続した隙間が液体流路の一部として機能し、専用の液体流路を設けることなく、加工液などの液体を切れ刃取付部34に向けて送給し、加工工具26による加工域に加工液などを供給することができる。 In this machining tool 26, the lattice structure 42 and hollow structure 46 in the shank 32 can be used as a liquid flow path to feed a liquid such as machining fluid toward the cutting blade attachment 34 (the machining tip 40 attached thereto). In this case, the continuous gaps in the lattice structure 42 function as part of the liquid flow path, and the machining fluid can be fed toward the cutting blade attachment 34 without providing a dedicated liquid flow path, thereby supplying the machining fluid to the machining area of the machining tool 26.

以上、本発明に従う加工工具の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更乃至修正が可能である。 Although one embodiment of the machining tool according to the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment, and various changes and modifications are possible without departing from the scope of the present invention.

この加工工具による効果を確認するために加工実験を行った。この実験の加工装置として高松機械工業株式会社が製造販売するNC旋盤(櫛刃型6インチNC旋盤、型式:TOP-TURNII)を用い、このNC旋盤の櫛刃型工具取付テーブルに工具ホルダを介して加工工具を取り付けて加工実験を行った。実施例の加工工具のシャンク部を鉄鋼粉末(所謂、鉄鋼材の粉末)を用いて3Dプリンタで製作した。加工工具のシャンク部は、上述した形態であり、ラティス構造部、ソリッド構造部及び中空構造部を有するものであった。 A machining experiment was conducted to confirm the effect of this machining tool. An NC lathe (6-inch comb-tooth NC lathe, model: TOP-TURN II) manufactured and sold by Takamatsu Machinery Co., Ltd. was used as the machining device for this experiment, and the machining tool was attached to the comb-tooth tool mounting table of this NC lathe via a tool holder to conduct the machining experiment. The shank portion of the machining tool in the example was produced with a 3D printer using steel powder (so-called powder of steel material). The shank portion of the machining tool was of the above-mentioned form, and had a lattice structure portion, a solid structure portion, and a hollow structure portion.

このシャンク部のシャンク前部の構造比率は、次の通りであった。シャンク前部の第1領域においては、ソリッド構造部31%、ラティス構造部38%、中空構造部31%であり、その第2領域においては、ソリッド構造部12%、ラティス構造部16%、中空構造部72%であり、その第3領域においては、ソリッド構造部47%、ラティス構造部40%、中空構造部13%であり、その第4領域においては、ソリッド構造部34%、ラティス構造部38%、中空構造部28%であった。 The structural ratios of the front of the shank were as follows: In the first region of the front of the shank, the solid structure was 31%, the lattice structure was 38%, and the hollow structure was 31%; in the second region, the solid structure was 12%, the lattice structure was 16%, and the hollow structure was 72%; in the third region, the solid structure was 47%, the lattice structure was 40%, and the hollow structure was 13%; and in the fourth region, the solid structure was 34%, the lattice structure was 38%, and the hollow structure was 28%.

被削材としてS45C(直径53~59mm、長さ88mm)を用い、この加工実験において、加工物の回転数:486rpm(加工物の直径60mmで周速度90m/minとなるように調整した)、送り速度:0.15mm/rev、切込み量:0.2mm、切込む場所:加工物の外周、ドライ加工の切削加工条件でもって切削加工した。 The workpiece was S45C (diameter 53-59 mm, length 88 mm), and in this machining experiment, the cutting conditions were as follows: workpiece rotation speed: 486 rpm (adjusted so that the workpiece diameter was 60 mm and the peripheral speed was 90 m/min), feed rate: 0.15 mm/rev, depth of cut: 0.2 mm, cutting location: outer periphery of workpiece, dry machining.

実施例においては、加工工具の突き出し量Lを変化させ、L=54mm(L/D=4.5)、L=60mm(L/D=5.0)、L=66mm(L/D=5.5)及びL=72mm(L/D=6.0)のときに発生した振動を記録した。尚、L/Dは、直径(Dmm)に対する長さ(Lmm)の比率(長さ/直径)であり、また加工工具の突き出し量とは、刃先から支持治具(工具ホルダー)までの距離である。この加工実験において切削加工時に発生した振動(びびり振動など)は、ブリューエル・ケアー社製の振動測定器(型番:4507 B 001)を用いて計測した。 In the examples, the protrusion amount L of the machining tool was changed, and the vibrations that occurred when L = 54 mm (L/D = 4.5), L = 60 mm (L/D = 5.0), L = 66 mm (L/D = 5.5), and L = 72 mm (L/D = 6.0) were recorded. Note that L/D is the ratio (length/diameter) of the length (L mm) to the diameter (D mm), and the protrusion amount of the machining tool is the distance from the cutting edge to the support jig (tool holder). In this machining experiment, the vibrations (chatter vibrations, etc.) that occurred during cutting were measured using a vibration measuring device (model number: 4507 B 001) manufactured by Brüel & Kjær.

実施例1の加工実験結果は、図12、図15及び図16に示す通りであり、L=54mm及びL=60mmであるときには、図12(a)及び図12(b)で示すように、発生する振動は小さかったが、L=66mm及びL=72mmと突き出し量を大きくすると、図12(c)及び図12(d)で示すように、発生する振動が大きく増幅され、びびり振動が発生した。 The results of the machining experiment in Example 1 are shown in Figures 12, 15, and 16. When L = 54 mm and L = 60 mm, the vibration generated was small, as shown in Figures 12(a) and 12(b). However, when the protrusion amount was increased to L = 66 mm and L = 72 mm, the vibration generated was greatly amplified, and chatter vibration occurred, as shown in Figures 12(c) and 12(d).

比較例1として、一般的な鋼製シャンク部を備えた加工工具を用い、実施例と同じ切削加工条件でもって同じ加工物を切削加工し、この切削加工時に発生した振動(びびり振動など)を上述の振動測定器(型番:4507 B 001)を用いて計測した。 As Comparative Example 1, a machining tool with a general steel shank was used to cut the same workpiece under the same cutting conditions as in the Example, and the vibrations (such as chatter vibrations) that occurred during this cutting were measured using the vibration measuring device described above (model number: 4507 B 001).

この比較例1においては、加工工具の突き出し量Lを変化させ、L=36mm(L/D=3.0)、L=42mm(L/D=3.5)、L=48mm(L/D=4.0)及びL=52mm(L/D=4.5)のときに発生した振動を記録した。 In this comparative example 1, the protrusion amount L of the machining tool was changed, and the vibrations that occurred when L = 36 mm (L/D = 3.0), L = 42 mm (L/D = 3.5), L = 48 mm (L/D = 4.0), and L = 52 mm (L/D = 4.5) were recorded.

比較例1の加工実験結果は、図13、図15及び図16に示す通りであり、L=36mm及びL=48mmであるときには、図13(a)及び図13(c)で示すように、発生する振動は小さかったが、L=42mm及びL=52mmであるときには、図13(b)及び図13(d)で示すように、発生する振動が大きく増幅され、びびり振動が発生し、L=42mmとL=52mmのときに二つの大きな山となってびびり振動が発生した。 The results of the machining experiment for Comparative Example 1 are shown in Figures 13, 15, and 16. When L = 36 mm and L = 48 mm, the vibration generated was small, as shown in Figures 13(a) and 13(c). However, when L = 42 mm and L = 52 mm, the vibration generated was greatly amplified, generating chatter vibration, as shown in Figures 13(b) and 13(d). When L = 42 mm and L = 52 mm, chatter vibration occurred in the form of two large peaks.

また、比較例2として、超硬合金製シャンク部を備えた加工工具を用い、実施例と同じ切削加工条件でもって同じ加工物を切削加工し、この切削加工時に発生した振動(びびり振動など)を上述の振動測定器(型番:4507 B 001)を用いて計測した。 In addition, as a comparative example 2, a machining tool equipped with a shank made of cemented carbide was used to cut the same workpiece under the same cutting conditions as in the example, and the vibrations (such as chatter vibrations) generated during this cutting were measured using the vibration measuring device described above (model number: 4507 B 001).

この比較例2においても、加工工具の突き出し量Lを変化させ、L=54mm(L/D=4.5)、L=60mm(L/D=5.0)及びL=66mm(L/D=5.5)のときに発生した振動を記録した。 In this comparative example 2, the protrusion amount L of the machining tool was also changed, and the vibrations that occurred when L = 54 mm (L/D = 4.5), L = 60 mm (L/D = 5.0), and L = 66 mm (L/D = 5.5) were recorded.

比較例2の加工実験結果は、図14~図16に示す通りであり、L=54mm及びL=60mmであるときには、図14(a)及び図14(b)で示すように、発生する振動は小さかったが、L=66mmであるときには、図14(c)で示すように、発生する振動が大きく増幅され、びびり振動が発生した。 The results of the machining experiment for Comparative Example 2 are shown in Figures 14 to 16. When L = 54 mm and L = 60 mm, the vibration generated was small, as shown in Figures 14(a) and 14(b). However, when L = 66 mm, the vibration generated was greatly amplified, and chatter vibration occurred, as shown in Figure 14(c).

実施例並びに比較例1及び2の実験結果をまとめると、図15及び図16に示す通りである。比較例1では加工工具の突き出し量が42mm(L/D=3.5)付近でもびびり振動が発生するが、実施例の加工工具では加工工具の突き出し量が66mm付近までびびり振動が発生せず、びびり振動が発生するこの突き出し量は、比較例2とほぼ同様であり、実施例の加工工具(即ち、ラティス構造を有する鉄鋼製シャンク部を備えたものは、超硬合金製シャンク部を備えたものとほぼ同等の動剛性特性を有し、びびり振動の発生を抑えることができることを確認できた。 The experimental results of the Example and Comparative Examples 1 and 2 are summarized as shown in Figures 15 and 16. In Comparative Example 1, chatter vibration occurs even when the protrusion amount of the machining tool is about 42 mm (L/D = 3.5), but in the machining tool of the Example, chatter vibration does not occur until the protrusion amount of the machining tool is about 66 mm, and this protrusion amount at which chatter vibration occurs is almost the same as in Comparative Example 2. It was confirmed that the machining tool of the Example (i.e., one equipped with a steel shank portion having a lattice structure) has dynamic rigidity characteristics almost equivalent to those equipped with a shank portion made of cemented carbide, and can suppress the occurrence of chatter vibration.

2 旋盤本体
16 タレット
24 工具保持具
26 加工工具
28 工具本体
30 取付支持部
32 シャンク部
34 切れ刃取付部
40 加工用チップ
42 ラティス構造部
44 ソリッド構造部
46 中空構造部
50 シャンク前部
52 シャンク後部
70 ラティス構造

2 lathe body 16 turret 24 tool holder 26 machining tool 28 tool body 30 attachment support portion 32 shank portion 34 cutting blade attachment portion 40 machining tip 42 lattice structure portion 44 solid structure portion 46 hollow structure portion 50 shank front portion 52 shank rear portion 70 lattice structure

Claims (9)

加工装置の工具取付部に取り付けられる取付支持部、前記取付支持部から延びるシャンク部及び前記シャンク部の先端部に設けられた切れ刃取付部を有する工具本体と、前記工具本体の前記切れ刃取付部に取り付けられた加工用チップとを備えた加工工具において、
前記シャンク部は、ソリッド構造であるソリッド構造部と、ラティス構造であるラティス構造部と、中空空間である中空構造部とから構成され、前記シャンク部の前記ラティス構造部の体積は、前記シャンク部の前記ソリッド構造部及び前記ラティス構造部の合計体積の20~40%であり、
また、前記シャンク部の軸方向中心部を基準として前記切れ刃取付部側である前部において、前記ソリッド構造部の体積が20~40%、前記ラティス構造部の体積が25~45%、前記中空構造部の体積が25~45%であることを特徴とする加工工具。
A machining tool including a tool body having a mounting support portion attached to a tool mounting portion of a machining device, a shank portion extending from the mounting support portion, and a cutting blade mounting portion provided at a tip portion of the shank portion, and a machining tip attached to the cutting blade mounting portion of the tool body,
the shank portion is composed of a solid structure portion which is a solid structure, a lattice structure portion which is a lattice structure, and a hollow structure portion which is a hollow space, and the volume of the lattice structure portion of the shank portion is 20 to 40% of the total volume of the solid structure portion and the lattice structure portion of the shank portion,
The machining tool is also characterized in that, in the front part on the cutting edge mounting portion side with respect to the axial center of the shank portion, the volume of the solid structure portion is 20 to 40%, the volume of the lattice structure portion is 25 to 45%, and the volume of the hollow structure portion is 25 to 45% .
前記シャンク部は、軸方向中心部を基準にして前記取付支持部側のシャンク後部と、前記軸方向中心部を基準にして前記切れ刃取付部側のシャンク前部とから構成され、前記シャンク前部の重量は、前記シャンク後部の重量の60%以下であることを特徴とする請求項に記載の加工工具。 The machining tool according to claim 1, characterized in that the shank portion is composed of a rear shank portion on the mounting support portion side with respect to the axial center, and a front shank portion on the cutting blade mounting portion side with respect to the axial center, and the weight of the front shank portion is 60% or less of the weight of the rear shank portion . 前記シャンク前部における前記ラティス構造部の体積は、前記シャンク前部における前記ソリッド構造部及び前記ラティス構造部の合計体積の40%以上であり、前記シャンク前部においては、前記ソリッド構造部及び前記ラティス構造部の合計体積のうち前記ラティス構造部の体積が占める割合は、前記切れ刃取付部に向けて漸増していることを特徴とする請求項に記載の加工工具。 The machining tool described in claim 2, characterized in that the volume of the lattice structure portion at the front of the shank is 40% or more of the total volume of the solid structure portion and the lattice structure portion at the front of the shank, and in the front of the shank, the proportion of the volume of the lattice structure portion to the total volume of the solid structure portion and the lattice structure portion gradually increases toward the cutting edge attachment portion. 前記切れ刃取付部側から前記シャンク部を見て、前記シャンク前部をその中心軸を中心として加工工具の切込み方向を基準に反時計方向に4分割して第1~第4領域としたときに、前記第1領域においては、前記ラティス構造部の体積が最も大きく、前記第2領域においては、前記中空構造部の体積が最も大きく、前記第3領域においては、前記ソリッド構造部の体積が最も大きく、前記第4領域においては、前記ラティス構造部の体積が最も大きいことを特徴とする請求項に記載の加工工具。 The machining tool described in claim 2, characterized in that when looking at the shank portion from the cutting blade attachment portion side, the front portion of the shank is divided into four regions in a counterclockwise direction around its central axis with the cutting direction of the machining tool as a reference, into first to fourth regions, the volume of the lattice structure portion is the largest in the first region, the volume of the hollow structure portion is the largest in the second region, the volume of the solid structure portion is the largest in the third region, and the volume of the lattice structure portion is the largest in the fourth region. 前記切れ刃取付部側から前記シャンク部を見て、前記シャンク前部をその中心軸を中心として加工工具の切込み方向を基準に反時計方向に4分割して第1~第4領域としたときに、前記第1領域においては、前記ソリッド構造部の体積が20~40%で、前記ラティス構造部の体積が30~50%であり、前記第2領域においては、前記ソリッド構造部の体積が0~20%で、前記ラティス構造部の体積が10~30%であり、前記第3領域においては、前記ソリッド構造部の体積が40~60%で、前記ラティス構造部の体積が30~50%であり、前記第4領域においては、前記ソリッド構造部の体積が20~40%で、前記ラティス構造部の体積が30~50%であることを特徴とする請求項に記載の加工工具。 3. The machining tool according to claim 2, characterized in that, when viewing the shank portion from the cutting blade attachment portion side, the shank front portion is divided into four portions counterclockwise around its central axis with respect to the cutting direction of the machining tool to define first to fourth regions, in the first region, the volume of the solid structure portion is 20 to 40% and the volume of the lattice structure portion is 30 to 50%, in the second region, the volume of the solid structure portion is 0 to 20% and the volume of the lattice structure portion is 10 to 30%, in the third region, the volume of the solid structure portion is 40 to 60% and the volume of the lattice structure portion is 30 to 50%, and in the fourth region, the volume of the solid structure portion is 20 to 40% and the volume of the lattice structure portion is 30 to 50%. 前記シャンク部における前記ソリッド構造部と前記ラティス構造部との境界面は、自由曲面形状であることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の加工工具。 6. The machining tool according to claim 1, wherein a boundary surface between the solid structure portion and the lattice structure portion in the shank portion has a free-form surface shape. 前記シャンク部における前記ソリッド構造部、前記ラティス構造部及び前記中空構造部を含む形状は、トポロジー最適化解析を用いて導出し、前記トポロジー最適化解析において、びびり振動を励起する加工工具の振動モードにおける切込み方向の振幅を最小化することを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の加工工具。 A machining tool according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a shape including the solid structure, the lattice structure and the hollow structure in the shank portion is derived using a topology optimization analysis, and in the topology optimization analysis, an amplitude in the cutting direction in a vibration mode of the machining tool that excites chatter vibration is minimized. 前記シャンク部の前記ラティス構造部を構成する各ラティス構造は、固体占有率が30~70%であり、その格子間隔は0.5~5.0mmであることを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載の加工工具。 A machining tool according to any one of claims 1 to 7, characterized in that each lattice structure constituting the lattice structure portion of the shank portion has a solid occupancy rate of 30 to 70% and a lattice spacing of 0.5 to 5.0 mm. 前記シャンク部の内部には、前記切れ刃取付部側に液体を送給するための液体流路が設けられ、前記ラティス構造部は前記液体流路の一部を構成することを特徴とする請求項1~8のいずれかに記載の加工工具。 A machining tool as described in any one of claims 1 to 8, characterized in that a liquid flow path is provided inside the shank portion for supplying liquid to the cutting edge mounting portion side, and the lattice structure portion forms part of the liquid flow path.
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