切削工具

本発明は、中心長手軸を備えた工具シャフトと工具ヘッドとを有する、特に工作機械の工具チャックで使用するための切削工具に関する。

たとえばフライス工具または回転のみのような、切削または粉砕切削する工具は、幾つかの場合において複数の部分から構成されており、大体において工具シャフトおよびそれと結合された工具ヘッドを有している。 その場合、工具ヘッドは、工作物の本来の加工、すなわち材料を除去する加工のために用いられ、これに応じて少なくとも１つの切刃または切削インサートを有している。 それに対して工具シャフトは、通常、工作機械の工具チャック内で使用するために形成されており、更にある種の延長部として機能することも多く、その延長部によって工具ヘッドをそれぞれ望ましい位置に、たとえば凹部またはドリル穴の中に位置決めすることができる。

したがって、切削工具は、典型的には細長い形状を有し、更に、作動準備のできた状態において片側で挟持されている。 これによりこの工具は、工作物を加工する場合にカンチレバーまたは片側で挟持された曲げビームと同様に働き、その自由端部に曲げ力またはねじり力が作用する。

したがって、切削工具に適した材料を選択する場合、その材料ができるだけ高い曲げ力またはねじり力に耐え、更に衝撃にもできるだけ影響を受けにくいものであることに注意しなければならない。 このことは、いわゆる高速度鋼などに該当し、それゆえ多様に使用される。 しかし、使用頻度が非常に多い場合、この種の高速度鋼の硬度は十分ではないことから、このようなケースでは、好ましくはいわゆる超硬合金が使用される。 超硬合金は、高速度鋼に比較してより高い硬度を有しているため、超硬合金からなる切削工具を使うことによって、より硬い材料の工作物も加工することができる。 更に、こうした超硬合金の場合は、摩耗によって発生する損耗がより少ない。 しかしながら、硬度が増大するにつれて、通常は材料の脆さも増大するので、こうした超硬合金は衝撃または振動に対して比較的影響を受けやすい。

脆い材料も、切削作用に問題となることもある。 というのも、そのような材料は弾性限界に達しても最初に塑性変形せず、ほぼ即座に破断するからである。 このことは、特に、超硬合金製のいわゆる切削システム工具の場合に重要である。 こうしたシステム工具においては、超硬合金から形成された工具交換ヘッド、たとえばフライス交換ヘッドがプレストレスを伴って工具シャフト内へねじ込まれている。 超硬合金と超硬合金の結合に問題があるのは、この応力のためである。

できる限り磨耗に強く、かつ衝撃、振動および曲げ力にもできる限り影響を受けない切削工具を得るために、異なる材料を互いに組み合わせて、該当する切削工具をいわば複数の部品で形成することが知られている。 たとえば、特許文献１には、工作機械の工具チャックで使用するための切削工具が記載されており、その工具は工具シャフトと工具ヘッドとを有し、工具ヘッドと工具シャフトを形成するために、異なる硬度とそれに伴って異なる脆さを有する異なる金属が使用される。 次に、切削工具を形成する場合、工具ヘッドと工具シャフトとが、たとえば鑞付けによって材料結合で互いに結合され、工具シャフトと工具ヘッドの互いに鑞付けされた両端部は、相補的に形成されたＶ字形状のプロフィールを有している。

このコンセプトは、切削システム工具についても同様な形式で利用され、完全に超硬合金から形成された工具交換ヘッドと、同様に完全に超硬合金からなる工具シャフトとの間に、工具鋼からなるカップリング部材または結合部材が挿入される。 その場合、工具シャフトとカップリング部材も、鑞付けによって材料結合で互いに結合され、工具シャフトとカップリング部材の互いに鑞付けされた両端部は、相補的に形成されたＶ字形状のプロフィールを有している。 工具交換ヘッドは、カップリング部材内に螺合され、工具シャフト内には螺合されない。

しかしながら、このように形成されている切削工具で問題となるのは、より高い負荷がかかった場合、該当する鑞付結合が破断するという状況である。

これに基づいて、本発明の課題は、有利に形成された切削工具を提供することである。

この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴を有する切削工具によって解決される。 好ましい発展形態は、従属請求項に記載されている。

この場合、該当する切削工具は、特に工作機械の工具チャックで使用するために形成されており、中心長手軸を備えた工具シャフトと工具ヘッドとを有している。 工具ヘッドは工作物の実際の加工、すなわち材料を除去する加工のために用いられ、それに応じて少なくとも１つの切刃または切削インサートを有している。 工具ヘッドと工具シャフトとは、中心長手軸の方向の移動を阻止するポジティブロックと、ポジティブロックを補足する材料結合、特に鑞付結合とを介して結合されている。 このようにして、工具ヘッドと工具シャフトの間で、特に安定した、かつねじりに強い結合が実現されているので、切削工具は比較的高い曲げ力および／またはねじり力にも耐える。 したがって、具体的には、作用する力によって工具ヘッドと工具シャフトの間の結合がこじ開けられることが回避される。

この場合、切削工具は、作動中に回転しない工具チャックのための工具として、すなわち、たとえば回転のみとして形成されているか、好ましくは、作動中に回転する工具チャックのための工具として、すなわち、たとえばフライス工具またはドリルとして形成されている。

更に好ましくは、ポジティブロックが、プロフィールを有するほぞとそれに対して相補的なプロフィールを有するほぞ孔との間のほぞ−ほぞ孔結合の形式に従って形成されており、更に好ましくは、工具シャフトがプロフィールを備えたほぞを有している。 更に、ほぞとほぞ孔のプロフィールは、特に、一方では、少なくとも簡単なＶ字形状のプロフィールに関して、ほぞとほぞ孔との間に拡大された接触面があり、他方では、中心長手軸の方向の移動がポジティブロックによって阻止されるように、形成されている。 拡大された接触面は、材料結合を強化するために用いられ、すなわち、たとえばより広い面積の鑞付けを可能にし、特殊なポジティブロックによって、引っ張り力、曲げ力およびねじり力に対する切削工具の抵抗力を高めることができる。

更に、ほぞが、ほぞ孔へ向いた屋根状部とほぞ孔とは逆の脚部とを備えたＴ字形状のプロフィールを有している実施変形例が好ましい。 この場合、屋根状部は、ある種のリアグリップ部材として作用し、ほぞ孔内で中心長手軸に対して横方向に延びる材料突出部の後方に嵌まり込み、それによってポジティブロックの中心長手軸の方向への阻止作用が得られる。 このとき、ほぞに一種のハンマー形状を与える、Ｔ字形状のプロフィールまたはＴ字形状の横断面は、たとえばフライス加工によって比較的簡単に形成される。

有利な発展形態では、脚部が横断面で見て、ほぞ孔の方向に先細りになっており、言い換えれば、脚部は、屋根状部からの距離が増すにつれて拡幅する。 それによって、ほぞは、中心長手軸に対して斜めになった接触面を有しており、その接触面は曲げ力を吸収するために設けられている。 このとき、中心長手軸と表面法線との間の角度により、発生する曲げ力の成分の大きさが決定され、この成分は、この斜めになったほぞ接触面と、添接するほぞ孔の接触面との間の圧接力または押圧力としての成分である。 この成分が大きくなればなるほど、表面法線に対して垂直に作用し、それに応じて具体的には材料結合に負荷をかける残りの方向成分は少なくなる。

代替的に、ほぞは、矩形の基本幾何学配置と中心長手軸に対して横に張り出す歯とを備えたプロフィールまたは横断面を有している。 この場合、張り出す歯は、リアグリップ部材として用いられ、したがって中心長手軸の方向の移動を阻止するために用いられる。 このとき、歯は、好ましくはほぞの２つの対向する側に位置決めされており、更に、中心長手軸の方向の位置決めに関して、対をなして配置されている。 すなわち、ほぞの２つの対向する側では、それぞれ２つの歯が、中心長手軸に関して同一の高さで互いに対向している。 更に、２つの歯は、好ましくは面取りされて破断しにくい形状を有しており、更に、好ましくは中心長手軸に対して斜めにされているので、これらの歯はほぞ孔からやや離れる方向を向いている。 したがって、この斜め位置によって、Ｔ字形状のプロフィールにおける脚部の傾斜した接触面と同様の効果が得られる。

やや変形された例によれば、ほぞは、プロフィールにおいて矩形の基本幾何学形状の代わりに、中心長手軸に対して横に張り出した歯を備える角錐台形状の基本幾何学形状を有しているので、ほぞのプロフィール即ち横断面は、ある種のクリスマスツリー状の幾何学配置を示している。

ポジティブロックと材料結合との組み合わせによって、目的に合ったやり方で２つの異なる物質または材料が互いに結合され、好ましくは工具シャフトがいわゆる超硬合金から形成されており、更に好ましくは該当する超硬合金がポジティブロックと材料結合とを介して工具鋼、詳細には高速度鋼と結合されている。 このとき、材料結合は、好ましくは鑞付けによって形成され、この場合、ほぞとほぞ孔との間には、鑞のための充填空間または収容空間として、プロフィール全体にわたって均一なあそびが設けられているように、ほぞとほぞ孔とが形成されている。 更に、ほぞは、好ましくは工具の超硬合金コンポーネント、すなわち、詳細には工具シャフトに配置されており、それに対してほぞ孔は、工具の工具鋼コンポーネント内に形成されるか、あるいはそれに位置決めされている。

実施変形例によれば、工具ヘッドがほぞ−ほぞ孔結合を介して工具シャフトと直接結合されており、それが製造の手間を比較的少なくする。

或いは、工具ヘッドと工具シャフトの間にカップリング部材が配置されており、カップリング部材は、ほぞ−ほぞ孔結合を介して工具シャフトと直接結合されている。 すなわち、工具ヘッドは、カップリング部材を介して間接的に工具シャフトに固定されている。 この場合、工具ヘッドは、たとえばねじ結合またはクランプ結合を介して脱着可能にカップリング部材に装着されているか、あるいは取り外しできない結合を介して、詳細には材料結合を介してカップリング部材と結合されている。 工具ヘッドは、好ましくは超硬合金から成る。 カップリング部材を利用する場合、好ましいのは、工具シャフトとカップリング部材を異なる材料から形成するか、あるいは工具シャフト、カップリング部材および工具ヘッドを異なる材料から形成することである。 更に、好ましくはカップリング部材ができるだけ短く形成され、設けられている工具の全長、すなわち中心長手軸の方向における広がりは、工具シャフトの長さを適合させることによって設定される。

特に、カップリング部材と工具ヘッドとの間に脱着可能な結合を有する形態の場合、工具ヘッドは、好ましい実施変形例によれば、フライス交換ヘッドとして、詳細にはフル超硬合金フライス交換ヘッドとして形成されている。

別の実施変形例によれば、工具ヘッドが、工具シャフトおよびカップリング部材と比べると硬度の一番低い材料から形成された基体、言い換えれば支持体と、基体即ち支持体に脱着可能に装着された少なくとも１つの切削インサートと、を有している。 代わりに、工具ヘッドは、単一部品の、あるいは一体形成の構成部分として形成されている。

したがって、工具ヘッドないし少なくとも基体即ち支持体および／またはカップリング部材は、好ましくは、工具シャフトに比較して硬度が低く、そのためさほど脆くない材料から形成されており、それに応じて、これらは、衝撃、曲げ力および振動にあまり影響を受けない。 これらは、通常、より高い弾性を有していることから、発生する力、衝撃または振動を比較的良好に吸収するため、工具ヘッドおよび／またはカップリング部材は緩衝作用を有しており、これによって、それと比較して脆い材料から形成されている工具シャフトが過負荷から保護される。

切刃または切削インサートは別にして、磨耗は、まず工具ヘッドおよび／またはカップリング部材に発生し、対する工具シャフトは磨耗現象をほとんど示さない。 この理由から、該当する使用済みの切削工具を再生するのが好ましく、その際、材料結合、すなわち鑞付結合などは分解する。 磨耗したコンポーネント、すなわち工具ヘッドおよび／またはカップリング部材は廃棄し、工具シャフトは磨耗または損傷を検査し、もっとも有利な場合には複数回再利用し、新しい工具ヘッドまたはカップリング部材と鑞付けする。

それぞれ使用目的に応じて、ここで提案される切削工具は、更に、少なくとも１つの冷却液導管を有しており、この冷却液導管は切削工具内に一体化されており、かつこの冷却液導管を通して冷却液および／または潤滑剤が送られる。

切削工具が円柱状である場合は、更に、８ｍｍ〜３２ｍｍの工具直径が効果的である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

工具シャフト、カップリング部材およびフライス交換ヘッドを有するフライス工具を組立方向に見た横断面図である。

フライス交換ヘッドを組立方向に見た側面図である。

工具シャフトとカップリング部材との間の結合領域を示す、フライス工具の部分側面図である。

工具シャフトとカップリング部材との間の結合を外した状態での、フライス工具の部分側面図である。

結合が外れている状態で、カップリング部材を中心長手軸の方向に見た上面図である。

他の工具シャフトと他のカップリング部材との間の結合領域を示す、他のフライス工具の部分側面図である。

結合が外れている状態で、他の工具シャフトと他のカップリング部材との間の結合領域を示す、他のフライス工具の部分側面図である。

結合が外れている状態で、他のカップリング部材を中心長手軸の方向に見た上面図である。

すべての図において、互いに相当する部分には、それぞれ同一の参照符号が付けられている。

以下で例として説明し、かつ図１に略図で示す切削工具は、複数の部分から成るフライス工具２として形成されており、工具シャフト４、カップリング部材６およびフライス交換ヘッド８を有している。 このとき、工具シャフト４とフライス交換ヘッド８はそれぞれ超硬合金から形成されており、それに対してカップリング部材６は工具鋼から形成されている。

カップリング部材６とフライス交換ヘッド８は、ねじ結合を介して脱着可能に互いに結合されているので、原理的に種々のフライス交換ヘッド８をカップリング部材６と組み合せることができ、あるいはまたフライス交換ヘッド８が磨耗した場合には、これを簡単に交換することができる。 その場合、フライス交換ヘッド８は、図２に示されるように、ねじボルト１０を有しており、そのねじボルト１０がねじ結合を形成するために、カウンターねじを有する凹部１２内へ螺合される。

それとは異なり、図示されていない工作機械の工具チャック用に形成されている工具シャフト４とカップリング部材６は、取り外しできない結合を介して互いに固定されている。 その場合、この結合は、ポジティブロックと材料結合との組合せであって、材料結合が鑞付けによって形成され、ポジティブロックがほぞ−ほぞ孔結合の形式に従って形成されている。

ここでは該当するほぞ−ほぞ孔結合が、プロフィールのあるほぞ１４を、フライス工具２の中心長手軸１８に対して横方向の組立方向１６に沿って、相補的なプロフィールを有するほぞ孔２０内へ挿入することによって形成される。 ほぞ１４とほぞ孔２０の実施形態は、ポジティブロックと材料結合とを組み合わせた結合のねじり強度と負荷耐性にとって極めて重要であって、変形例が図３から図５に示されている。 図３と図４は、工具シャフト４とカップリング部材６との間の結合領域を示しており、図４ではほぞ１４とほぞ孔２０が互いに分離されているが、図３ではほぞ−ほぞ孔結合が形成されている。

ほぞ１４の形状は、ほぞ孔２０へ向いた平坦な屋根状部２２とそれに連続する脚部２４とを備えたＴ字形状の横断面を有しており、その脚部の、中心長手軸１８に対して横方向かつ組立方向１６に対して横方向の広がりが、工具シャフト４の方向に拡大しているので、中心長手軸１８を中心に中央に配置されている脚部２４は、角錐台形状のプロフィールを示している。 このようにして、ほぞ１４とほぞ孔２０との間に、その表面法線が中心長手軸１８に対して平行、中心長手軸１８に対して垂直、および中心長手軸１８に対して傾斜して方向づけされている接触面が与えられる。 このとき、該当する接触面は、圧力、ねじり力および曲げ力を吸収するために用いられる。 更に、屋根状部２２は、ほぞ孔２０内の補足的な材料突出部２６の後方に嵌まり込む、リアグリップ部材として作用する。 それによって中心長手軸１８の方向における移動が阻止され、その結果、屋根状部２２と材料突出部２６とは、特に引っ張り力を吸収する役割を果たす。 したがって、ポジティブロックは、発生する異なる種類の力を吸収するように設計されているので、これらの力が材料結合に加える負荷の程度がより小さくなる。

ほぞ１４とほぞ孔２０の代替的な形態が、図６、図７および図８に示されており、この場合、ほぞ１４とほぞ孔２０は横断面の形状に関してのみ、上述した実施例とは異なっている。 ここに示す横断面は、中心長手軸１８に対して横に張り出した歯２８を備えた矩形の基本幾何学形状を有しており、バウムクーヘンの典型的な形状を想起させる。 歯２８は、ほぞ１４の２つの対向する側に対をなして配置されているので、常に２つの歯２８が中心長手軸１８に関して同一の高さに位置決めされている。 中心長手軸１８の方向には、１つまたは複数の歯２８、たとえば２つから４つの歯２８が形成されている。 更に、歯２８は面取りされた形状を有し、更に中心長手軸１８の方向に軽く傾斜しているので、この歯２８も、上述した例の脚部２４の場合と同様に、その表面法線が中心長手軸１８に対して傾斜した接触面を有している。

更に、図３から図８の表示において、フライス工具２内に一体化された冷却液導管３０も示されており、フライス工具２の作動中にこの冷却液導管３０を通して冷却液および／または潤滑剤が送られる。

本発明は、上述した実施例に限定されるものではない。 むしろ本発明の対象を逸脱することなしに、当業者によって本発明の他の変形例も導き出すことができる。 特に、更に、実施例に関連して説明されたすべての個別の特徴は、本発明の対象を逸脱することなしに、他のやり方で互いに組み合わせることもできる。