JP7266033B2 - ワークピースを機械加工するための工具 - Google Patents

Description

本発明は、ワークピースを機械加工するための工具に関する。この工具は、スリーブと、スリーブに固定され少なくとも１つの刃先が配置された切削要素とを有する切削ヘッドを含む。切削ヘッドは、第１の長手方向軸に沿って延びる。工具は、切削ヘッドを取り外し可能に固定できるホルダも備える。ホルダは、第２の長手方向軸に沿って延びる。

本発明による工具は、一般にワークピースを機械加工するための全てのタイプの工具に関するが、本発明は特にフライス工具、特に好ましくは、ボール軌道フライス装置に関する。

一般的な工具は、国際公開公報2010/012367号に開示されている。

ジョイントピン及びジョイントハブをフライス加工する場合、一般に特定の工具、所謂ボール軌道フライス装置が使用される。これらのボール軌道フライス装置は、異なる噛み合い幅と機械加工深さで前面をカットする。このため、ボール軌道フライス装置は通常、例えば２０°の角度に設定されている。場合によっては、軌道は円筒形の切り欠きに対応するが、場合によっては軌道が湾曲しているため、非常に曲げ剛性の高い工具が必要になる。フライス加工は、軟質材料と硬化材料の両方に行われる。現在、用途に応じて、様々なタイプの工具が使用されている。

例示的なボール軌道フライス装置は、ドイツ公開公報19956592号及びドイツ公開公報19945360号に開示されている。

ボール軌道フライス装置の構築における特定の要件は、機械加工中に存在する力を吸収するために、対応する剛性を備えるホルダと切削ヘッドとの間のインターフェースを提供することである。ボール軌道フライス装置の傾いた設定故に、そのような工具のホルダと切削ヘッドの間の境界面は、高い曲げ応力を受ける。従って、インターフェースは、工具の精度に関連して損失を被ることなく、この曲げ応力を吸収できなければならない。

冒頭で既に引用した国際特許出願公開公報2010/012367号は、ボール軌道フライス装置の前述の要件を満たす複数の適切なインターフェース解決策を開示している。それにも拘わらず、このインターフェイスの改善の余地がある。

本発明の目的は、ホルダと切削ヘッドの間のインターフェースが更に安定し、切削ヘッドのより正確な位置決めが可能であるように、ワークピースを機械加工するための冒頭に記載された工具を改善することである。

冒頭に述べた工具から開始して、この目的はスリーブが、第１の長手方向軸を少なくとも部分的に囲み、第１の長手方向軸に対して直角に延びる第１の軸方向ベアリング面を備えることによって達成され、スリーブは、第１の長手方向軸を少なくとも部分的に取り囲み、第１の長手方向軸に対して対称的に延びる第１の円錐状ベアリング面を備え、スリーブはまた、第１の軸方向ベアリング面と第１の円錐状ベアリング面との間に位置する領域にてスリーブの内側に配置される雌ねじを備え、ホルダは、第２の長手方向軸を少なくとも部分的に囲み、第２の長手方向軸に対して直角に延びる第２のベアリング面を備え、ホルダは、第２の長手方向軸を少なくとも部分的に取り囲み、第２の長手方向軸に対して対称的に延びる第２の円錐状ベアリング面を含み、ホルダはまた、第２の軸方向ベアリング面と第２の円錐状ベアリング面との間に位置する領域内にてホルダ上に配置された雄ねじを含み、工具が組み立てられた状態で、雌ねじは雄ねじに螺合し、第１の長手方向軸は第２の長手方向軸と一致し、第１の軸方向ベアリング面は第２の軸方向ベアリング面を支え、第１の円錐状ベアリング面は第２の円錐状ベアリング面を支える。

国際特許出願公開公報2010/012367号に開示された解決策と同様の方法で、本発明に従った切削ヘッドはホルダ上に螺合する。しかしながら、ホルダに対する切削ヘッドの位置決めのタイプは、国際特許出願公開公報2010/012367号に開示された解決策に対して新規性がある。本発明に従って、切削ヘッド及び/又は切削ヘッドのスリーブの位置決めは、２つの対応する円錐面及び２つの対応する平坦面を介して実行される。

この場合の円錐面は、第１及び第２の円錐状ベアリング面として示され、第１の円錐状ベアリング面は、切削ヘッドに配置され、第２の円錐状ベアリング面は、ホルダに配置される。

この場合の平坦面は、第１及び第２の軸方向ベアリング面として示され、第１の軸方向ベアリング面は、切削ヘッドに配置され、第２の軸方向ベアリング面は、ホルダに配置される。

各場合において、支持ベアリング面、即ち円錐状ベアリング面と軸方向ベアリング面は、雌ねじと雄ねじの反対側に配置されて、切削ヘッドとホルダは、軸方向ベアリング面に沿ってねじの一方の側で互いに支え、円錐状ベアリング面に沿ってねじの他方の側で互いに支える。

このタイプのインターフェースは、非常に安定した支持を保証すると同時に、非常に正確な位置決めを保証する。軸方向ベアリング面は、軸方向の力のみを吸収する。しかしながら、円錐状ベアリング面は、同時に切削ヘッドのセンタリングを改善し、軸方向と半径方向の両方の力を吸収する。

軸方向ベアリング面に加えて、円錐状ベアリング面を使用することは、明らかな利点を提供する。円錐状ベアリング面には、特に円筒形のベアリング面と比較して、切削ヘッドの中心合わせが向上するという利点がある、何故なら継続的なねじ込み工程の間に、製造公差が長手軸に直交する方向に減少するためである。さらに、最終位置決め時にのみ円錐面間に接触が生じるので、円錐面は長手方向軸の方向に改善された方法で一緒にされてもよい。従って、この時点での円筒形の外面の場合よりも、円錐状の外面の摩耗ははるかに少なくなる。さらなる利点は、円筒形ベアリング面の円筒形エンベロープと比較して、円錐状ベアリング面の円錐状エンベロープの表面積が大きいことであり、これにより、円錐状ベアリング面のベアリング面積の割合が増加する。

好ましくは、工具の組立状態で、切削ヘッドとホルダは、雌ねじ及び/又は雄ねじに沿って、及び軸方向と円錐状のベアリング面に沿って排他的に互いに接触する。更に、この好ましい実施形態によれば、ベアリング面又は接触点は存在しない。

更なる好ましい実施形態に従って、第１の軸方向ベアリング面はスリーブの後面に配置され、第１の円錐状ベアリング面はスリーブの内部に配置される。

その結果、第１の円錐状ベアリング面は、損傷から十分に保護される。これは、特に、ホルダに対するスリーブの正確な位置決めにとって有利である。

更なる実施形態に従って、第２の円錐状ベアリング面に隣接する面取りが、ホルダの前面に配置される。

この実施形態は、ホルダが切削ヘッドに挿入されたときに、第１の円錐状ベアリング面が損傷されないという利点を有する。ホルダに配置された面取りが挿入面取りとして機能する。

更なる実施形態に従って、区域がホルダ上にて、雄ねじと第２の軸方向ベアリング面の間に配置される。

この区域は、雄ねじと第２の軸方向ベアリング面との間の移行区域として機能し、特にそれによってノッチ強度が増大するという利点を有する。

更なる実施形態に従って、ホルダは、雄ねじが配置されるシャフトを含み、シャフトは、少なくとも部分的に超硬合金で作られ、スリーブは、少なくとも部分的に鋼で作られる。

超硬合金からホルダシャフトを製造することにより、シャフトの高レベルの剛性及び安定性が保証され、これは、特にボール軌道フライス装置の場合に非常に有利である。従って、鋼で作られたホルダと比較して、超硬合金で作られた本発明によるシャフトは、比較的長い耐用年数を有する。

ホルダは、シャフトが取り外し可能に固定され得るシャフトホルダをさらに含み、シャフトホルダは、少なくとも部分的に鋼から作られる。従って、何れの場合にも、本発明による工具のそれぞれの境界面で、超硬合金から鋼及び/又は鋼から超硬合金への移行が生じ、これは、安定性の理由で有利である。

切削要素は、好ましくは、超硬合金、立方晶窒化ホウ素(ＣＢＮ)又は多結晶ダイヤモンド(ＰＣＤ)から作られる。スリーブ及び切削要素は、好ましくは一緒にはんだ付けされる。しかしながら、原則として、他のタイプの接続、例えばねじ接続も考えられる。

更なる実施形態に従って、第１の円錐状ベアリング面は、第１の長手方向軸に対して第１の傾斜角で傾斜している。第２の円錐状ベアリング面は、第２の長手方向軸に対して第２の傾斜角で傾斜しており、第１の傾斜角及び第２の傾斜角は同じ大きさである。

従って、傾斜角は夫々の円錐の開口角度の半分に対応する。２つの傾斜角は、好ましくは１０°－４５°の範囲、特に好ましくは１５°-３０°の範囲である。

更なる実施形態に従って、各雌ねじと雄ねじは夫々アクメねじとして構成される。

アクメねじは、非常に安定しており、大きな力を伝達するのに適している。

好ましくは、各雌ねじ及び雄ねじは、少なくとも２つのねじピッチを含む。

更なる実施形態に従って、第２の長手方向軸に沿って延びる冷却剤チャネルがホルダに配置されている。複数の分配チャネルがスリーブ内に配置され、前記分配チャネルは、スリーブ内に配置されたキャビティに繋がり、該キャビティは工具が組み立てられた状態で、冷却剤チャネルに対応する。

これにより、切削領域に直接的に、または少なくとも非常に接近して、冷却剤及び潤滑剤を供給することが可能になる。スリーブ内の空洞は、スリーブ内の冷却剤と潤滑剤を個々の分配チャネルに分配する働きをする。

更なる実施形態に従って、第１の長手方向軸に平行に向けられた平坦面が、スリーブの外面に配置される。

この平面は、切削ヘッドをホルダに取り付けるための工具レンチの係合面及び/又はクランプ面として機能する。

言うまでもなく、上記の特徴及び以下でより詳細に説明する特徴は、夫々特定された組み合わせだけでなく、本発明の範囲から逸脱することなく、他の組み合わせでも、または個別に使用することができる。

本発明は、図面に示される例示的な実施形態を参照して、以下でより詳細に説明される。
本発明に従った工具の例示的な実施形態の斜視図である。 図１に示す工具の分解図である。 図１に示す工具の断面図である。 図１に示す工具の切削ヘッドの斜視図である。 図４に示す切削ヘッドの分解図である。 図４に示す切削ヘッドを前方から見た平面図である。 図６に示す切削ヘッドの第１の断面図である。 図６に示す切削ヘッドの第２の断面図である。 第２の例示的な実施形態に従った切削ヘッドの斜視図である。 第３の例示的な実施形態に従った切削ヘッドの斜視図である。

図１乃至図３は、本発明に従った工具の第１の例示的な実施形態を、組立て状態(図１)、分解された状態(図２)、及び断面図(図３)で示す。工具は全体として符号１０で示される。

工具１０は、ボール軌道フライス装置として指定される。工具１０は、切削ヘッド１２と、切削ヘッド１２が取り外し可能に固定されるホルダ１４とを含む。切削ヘッド１２は、スリーブ１６と、スリーブ１６に固定された切削要素１８とを含む。

ホルダ１４は、シャフト２０と、シャフト２０が取り外し可能に固定されるシャフトホルダ２２とを備える。シャフトホルダ２２は、その後端部に工具インターフェース２４を含み、これにより工具１０は工作機械(図示せず)にクランプ(固定)可能である。

切削ヘッド１２のスリーブ１６は、ホルダ１４のシャフト２０に螺合している。シャフト２０は、シャフトホルダ２２内に回転可能に固定されている。好ましくは、シャフト２０は、シャフトホルダ２２に焼きばめされる。しかし、原則として、この時点で、ねじ接続または異なるタイプの回転可能な固定接続も考えられる。

切削ヘッド１２は、実質的に第１の長手方向軸２８に沿って延びる。ホルダ１４は、実質的に第２の長手方向軸３０に沿って延びる。長手方向軸２８、３０の両方は、工具１０が組み立てられるときに一致する。

工具１０の個々の構成要素は、超硬合金及び鋼から交互の順序で製造されるのが好ましい。切削要素１８は、超硬合金で作られるのが好ましい。スリーブ１６は、鋼で作られるのが好ましい。シャフト２０は、超硬合金で作られるのが好ましい。シャフトホルダ２２は、鋼で作られるのが好ましい。

スリーブ１６及び切削要素１８は互いにはんだ付けされる。好ましくは、切削要素１８は、硬はんだによりスリーブ１６に突き合わせはんだ付けされる。切削要素１８(図７参照)の中央に配置された穴３２と、スリーブ１６上に配置された該穴に対応するピン３４は、はんだ付け工程中の位置決めを支援する役割を果たす。しかしながら、スリーブ１６と切削要素１８との間で他のタイプの接続、例えばねじ接続も可能であることには言及すべきである。

本発明は、特に切削ヘッド１２とホルダ１４との間の接続、より具体的には、スリーブ１６とシャフト２０との間の接続に関する。このインターフェイスでは、次のようにして、非常に安定した、曲げ剛性があり、非常に正確に配置された接続が実現される。スリーブ１６は、シャフト２０上に配置された第２の軸方向ベアリング面３８に対応する第１の軸方向ベアリング面３６を含む。さらに、スリーブ１６は、シャフト２０上に配置された対応する雄ねじ４２に対応する雌ねじ４０を含む。さらに、スリーブ１６は、シャフト２０上に配置された第２の円錐状ベアリング面４６に対応する第１の円錐状ベアリング面４４を含む。

好ましくは、工具１０の組立て状態にて、切削ヘッド１２及びスリーブ１６は、雌ねじ４０及び/又は雄ねじ４２に沿って、ならびに軸方向及び円錐状ベアリング面３６、３８及び４４、４６に沿って、単に互いに接触する。周方向に作用する力は、雌ねじ４０及び雄ねじ４２によって吸収される。軸方向の力は、円錐状ベアリング面４４、４６と軸方向ベアリング面３６、３８の両方を介して吸収される。円錐状ベアリング面４４、４６は、それらの傾いた位置故に、半径方向の力をさらに吸収する。円錐状ベアリング面４４、４６は安定した支持に加えて、またシャフト２０に対する切削ヘッド１２の正確な位置決めに役立つ。

第１の軸方向ベアリング面３６は、スリーブ１６の下部後面に配置され、切削ヘッド１２の第１の長手方向軸２８に直交して延びる。第１の軸方向ベアリング面３６は、好ましくは、環状面として構成される。

第２の軸方向ベアリング面３８は、シャフト２０の上面に配置され、ホルダ１４の第２の長手方向軸３０に直交して延びる。第２の軸方向ベアリング面３８も、好ましくは環状面として構成される。

第１の円錐状ベアリング面４４は、スリーブ１６の内部に配置され、切削ヘッド１２の第１の長手方向軸２８に対して横方向に延び、即ち第１の長手方向軸２８に平行ではない。第１の円錐状ベアリング面４４は、好ましくは、第１の長手方向軸２８に対して第１の傾斜角α１で傾斜している(図７参照)。この傾斜角α１は、円錐の開口角の半分に対応し、第１の円錐状ベアリング面４４は、その外面に配置される。第１の傾斜角α１は、好ましくは１０°－４５°の範囲、特に好ましくは１５°-３０°の範囲である。第１の円錐状ベアリング面４４は、第１の長手方向軸２８を、好ましくは完全に取り囲む。

第２の円錐状ベアリング面４６は、シャフト２０の上部前面に、ホルダ１４の第２の長手方向軸３０に対して第１の傾斜角α１と同じ角度だけ傾斜した第２の傾斜角α２で配置される。スリーブ１６のの内部に設けられた雌ねじ４０は、第１の軸方向ベアリング面３６と第１の円錐状ベアリング面４４との間に位置する領域に配置される。同様に、シャフト２０上に配置された雄ねじ４２も、第２の軸方向ベアリング面３８と第２の円錐状ベアリング面４６との間に位置する領域に配置される。

しかしながら、雌ねじ４０が第１の軸方向ベアリング面３６と第１の円錐状ベアリング面４４との間の領域に配置されるという事実は、その２つの端部における雌ねじ４０が、第１の軸方向ベアリング面３６及び第１の円錐状ベアリング面４４に直接隣接していることを意味しない。これは事実であるが、そうである必要はない。何れの場合にも、それらの間にアンダーカット又は明確な間隔を設けることができる。

同様に、第２の軸方向ベアリング面３８及び第２の円錐状ベアリング面４６は、雄ねじ４２の２つの対向する端部に直接隣接していてもよいが、そうである必要はない。何れの場合にも、それらの間にアンダーカット又は明確な間隔を設けることができる。

雌ねじ４０及び雄ねじ４２は、好ましくは、それぞれ少なくとも２つのねじピッチを有するアクメねじとして構成される。

シャフト２０の第２の円錐状ベアリング面４６に面取り４８が配備され、該面取りは、シャフト２０がスリーブ１６に挿入されたときに第１の円錐状ベアリング面４４への損傷を防ぐように構成される。従って、第２の円錐状ベアリング面４６は、この面取り４８と雄ねじ４２との間に配置される。雄ねじ４２の下端、即ち雄ねじ４２と第２の軸方向ベアリング面３８との間には、移行区域(radius)５０が配置される(図２参照)。

図８から見えるように、雌ねじ４０は、第１の円錐状ベアリング面４４に直接隣接していない。雌ねじ４０と第１の円錐状ベアリング面４４との間に内部アンダーカット５２が配置されている。雌ねじ４０の反対側の端部にも内部アンダーカット５４が配置されている。

本発明に従った工具１０はまた、ホルダ１４の内部に延びる冷却剤チャネル５６を備える。冷却剤チャネル５６は、とりわけ、長手方向軸３０に沿ってシャフト２０の内部に延びる。シャフト２０の上面で、冷却剤チャネル５６は、スリーブ１６の内部の空洞５８に供給される。この空洞５８から、冷却剤及び潤滑剤は複数の分配チャネル６０の間で分割され、分配チャネル６０は、スリーブ１６の内部に配置され、その上面でスリーブ１６から出る。

スリーブ１６の外面にも平坦面６２が設けられ、前記平坦面は、切削ヘッド１２を取り付けるための開口端レンチの係合面として機能する。この平坦面６２は、好ましくは切削ヘッド１２の第１の長手方向軸２８に平行に延びる。

図９及び図１０は、切削ヘッド１２'、１２''のさらなる可能な例示的実施形態を示す。これらの切削ヘッドは、刃先の幾何学的形状の点で、第１の例示的な実施形態による切削ヘッド１２とは実質的に異なる。例えば、図９に示される切削体１８''は、ＣＢＮから作られ、スリーブ１６'上に個別にはんだ付けされるプレート形状の切削体である。図１０に示される切削要素１８''は、例えば、スロットフライス加工用のフライス加工工具に適している。

しかし、図９及び図１０に示す例示的な実施形態にて、スリーブ１６とシャフト２０との間の本発明による内部構造及びインターフェースは図１乃至図８に示す実施形態から異ならない、又は少しだけ異なる。これが、関連する実施形態がこの時点でさらに繰り返されない理由である。

Claims (13)

1. ワークピースを機械加工するための工具(１０)であって、
   スリーブ(１６)と、スリーブ(１６)に固定され少なくとも１つの刃先(２６)が配置された切削要素(１８)とを有して、第１の長手方向軸(２８)に沿って延びる切削ヘッド(１２)と、
   切削ヘッド(１２)を取り外し可能に固定でき、第２の長手方向軸(３０)に沿って延びるホルダ(１４)を備え、
   スリーブ(１６)は、第１の長手方向軸(２８)を少なくとも部分的に囲み、第１の長手方向軸(２８)に対して直角に延びる第１の軸方向ベアリング面(３６)を備え、
   スリーブ(１６)は、第１の長手方向軸(２８)を少なくとも部分的に囲み、第１の長手方向軸(２８)に対して対称的に延びる第１の円錐状ベアリング面(４４)を備え、スリーブ(１６)の内側の第１の領域にて雌ねじ(４０)が配置され、該第１の領域は第１の軸方向ベアリング面(３６)と第１の円錐状ベアリング面(４４)の間にて、第１の長手方向軸(２８)に沿って延び、
   ホルダ(１４)は、第２の長手方向軸(３０)を少なくとも部分的に囲み、第２の長手方向軸(３０)に対して直角に延びる第２の軸方向ベアリング面(３８)を備え、ホルダ(１４)は、第２の長手方向軸(３０)を少なくとも部分的に取り囲み、第２の長手方向軸(３０)に対して対称的に延びる第２の円錐状ベアリング面(４６)を含み、
   ホルダ(１４)上の第２の領域にて直線状のねじである雄ねじ(４２)が配備され、該第２の領域は円筒状であって、第２の軸方向ベアリング面(３８)と第２の円錐状ベアリング面(４６)の間にて第２の長手方向軸(３０)に沿って延び、
   工具(１０)が組み立てられた状態で、雌ねじ(４０)は雄ねじ(４２)に螺合し、第１の長手方向軸(２８)は第２の長手方向軸(３０)と一致し、第１の軸方向ベアリング面(３６)は第２の軸方向ベアリング面(３８)を支え、第１の円錐状ベアリング面(４４)は第２の円錐状ベアリング面(４６)を支え、
   前記第１の円錐状ベアリング面(４４)は、第１の長手方向軸(２８)に対して第１の傾斜角(α１)で傾斜し、前記第２の円錐状ベアリング面(４６)は、第２の長手方向軸(３０)に対して第２の傾斜角(α２)で傾斜しており、第１の傾斜角及び第２の傾斜角は同じ大きさであり、
   第１の傾斜角(α１)及び第２の傾斜角(α２)は、１０°以上４５°以下である、工具(１０)。
2. 第１の軸方向ベアリング面(３６)はスリーブ(１６)の後面に配置され、第１の円錐状ベアリング面(４４)はスリーブ(１６)の内部に配置される、請求項１に記載の工具。
3. スリーブ(１６)の内部にて、第１の円錐状ベアリング面(４４)と雌ねじ(４０)との間に内部アンダーカット(５２)が配置されている、請求項２に記載の工具。
4. 第２の円錐状ベアリング面(４６)に隣接する面取り(４８)が、ホルダ(１４)の前面に配置される、請求項１乃至３の何れかに記載の工具。
5. 区域(５０)がホルダ(１４)上にて、雄ねじ(４２)と第２の軸方向ベアリング面(３８)の間に配置される、請求項１乃至４の何れかに記載の工具。
6. ホルダ(１４)は、雄ねじ(４２)が配置されるシャフト(２０)を含み、該シャフト(２０)は、少なくとも部分的に超硬合金で作られ、スリーブ(１６)は、少なくとも部分的に鋼で作られる、請求項１乃至５の何れかに記載の工具。
7. ホルダ(１４)は、シャフト(２０)が取り外し可能に固定され得るシャフトホルダ(２２)を含み、該シャフトホルダ(２２)は、少なくとも部分的に鋼から作られる、請求項６に記載の工具。
8. スリーブ(１６)及び切削要素(１８)は、はんだ付け接続によって互いに接続される、請求項１乃至７の何れかに記載の工具。
9. 各雌ねじ(４０)と雄ねじ(４２)は、夫々アクメねじを備える、請求項１乃至８の何れかに記載の工具。
10. 各雌ねじ(４０)及び雄ねじ(４２)は、少なくとも２つのねじピッチを含む、請求項１乃至９の何れかに記載の工具。
11. 第２の長手方向軸(３０)に沿って延びる冷却剤チャネル(５６)がホルダ(１４)に配置され、複数の分配チャネル(６０)がスリーブ(１６)内に配置され、前記分配チャネル(６０)は、スリーブ(１６)内に配置されたキャビティ(５８)に繋がり、該キャビティは工具(１０)が組み立てられた状態で、冷却剤チャネル(５６)と流体が行き来可能に繋がる、請求項１乃至１０の何れかに記載の工具。
12. 第１の長手方向軸(２８)に平行に向けられた平坦面(６２)が、スリーブ(１６)の外面に配置される、請求項１乃至１１の何れかに記載の工具。
13. 工具(１０)は、フライス加工工具である、請求項１乃至１２の何れかに記載の工具。

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