CN101389432B - 非轴对称刃钻头 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供可获得圆度高的切削孔的钻头。一种非轴对称刃钻头，其特征在于在该钻头的前端中间部，并且按照钻头轴心和横刃部中心重合的方式形成横刃部，上述多个切削刃中的至少1个切削刃与另一个切削刃在以上述钻头轴心为中心轴的场合，非轴对称地设置，钻头刃的外缘形成以钻头轴心为中心的圆的弧。

Description

非轴对称刃钻头

技术领域

本发明涉及可获得高圆度的切削孔的钻头的刃的形状。

背景技术

钻头加工作为在金属等的固体中，不进行预孔加工而直接开孔的开孔加工法，广泛地被一般使用。

在钻头为具有最一般的2个切削刃的麻花钻头的场合，在钻头的前端部，具有横刃部和切削刃，在主体中，具有用于将切削屑排出的螺旋槽。

上述横刃部为设置于钻头前端中心部的棱线部分，上述切削刃为由作为螺旋槽的内面的前面和后面夹持的部分。一般，钻头直径越大，上述横刃部越大。

图1表示给出过去的具有2个切削刃的麻花钻头中的设置切削刃的端面的图。在图1中，2个切削刃1夹持位于钻头前端部的中心的横刃部2，设置于0°的位置。

即，2个切削刃相互设置于以钻头的旋转轴为中心轴的轴对象处。另外，在切削刃具有3个以上的场合，通常，按照将1个切削刃的两端连接的线的延长线，与将另一切削刃的两端连接的线的延长线之间的夹角θ为(360°/N)的方式设置(其中，N表示切削刃的数量)。

另外，钻头的前端角度以118°为标准，但是，如果工件的材质为软质，则钻头的前端角度小于118°，在较硬材料、较脆的材 料的场合，钻头的前端角度大于118°。

在普通的2个刃的钻头加工中，因钻头本身的振动、安装的振动等，左右的切削刃产生非平衡，由此，在切入时，在钻头前端部的横刃部产生滑动，旋转中心移动，产生称为“步行现象”的现象，经常产生具有三、五、七边形等的奇数的形变的圆。人们认为产生该钻头的“步行现象”的原因在于：没有产生等于钻头的2个切削刃的压力、挠曲(比如，津枝正介  長谷川嘉雄  木村熙  ドリの步行現象について，日本機械学会論文集，50～453，1984)。

在切削的加工中，作为解决该问题，提高孔的圆度的具体方法，人们提出缩短从钻头固定部到前端的长度，提高抗弯弹性的方法，或采用作为精加工工具的铰刀，使铰刀和钻头形成一体，在钻头加工时，精加工也可同时进行的带抛光钻头、钻铰复合刀具、铰刀的钻头等(比如，日本特开平5-301109号文献，日本特开平8-155715号文献，日本特开2002-361509号文献)。

另外，为了切削以麻花钻头贯通的孔的通孔周边部存在的毛刺、连续地进行开孔和毛刺去除，公开有下述的麻花钻头，其中，相对钻头轴心，切削刃非对称地设置，钻头轴心和横刃部的中心错开(比如，日本特开2005-246577号文献)。

在日本特开2005-246577号文献中公开的麻花钻头中，由于横刃部中心和钻头轴心错开，故对以横刃部中心为中心的孔进行切削，形成通孔，在抽出钻头时，通过形成以钻头轴心为中心的孔为目的的钻头的旋转，进行毛刺去除。

即，在日本特开2005-246577号文献中公开的麻花钻头中，由于要开设具有2个不同的中心的孔，故具有该通孔为其圆度低于通过普通的麻花钻头获得的通孔的孔的问题。

为了减小切削时的发热，公开有下述的麻花钻头，钻头轴心和横刃部的中心不同，在钻头轴心为中心轴的场合，切削刃处于非轴 对称的状态(比如，日本特表平11-510103号文献)。

日本特表平11-510103号文献中公开的麻花钻头也与日本特开2005-246577号文献中公开的麻花钻头相同，由于横刃部的中心和钻头轴心错开，故在切削软质的被切削体的场合，没有问题，但是，在切削硬质的被切削体的场合，在横刃部的中心形成切削时的切削孔的中心，抽出麻花钻头时，要进行以钻头轴心为中心的旋转。由此，在日本特表平11-510103号文献中公开的麻花钻头也具有下述的问题，即，其圆度低于通过普通的麻花钻头获得的孔。

为了获得圆度高的切削孔，公开下述麻花钻头，其为在麻花钻头的切削刃以钻头轴心为中心轴的场合，是非轴对称的，在钻头主体上设置缺口，通过3个旋转支承部，使钻头的旋转稳定(比如，US4913603号专利文献)。

为了提高切削孔的圆度，在US4913603号专利文献中公开的麻花钻头的发明人在使切削刃为非轴对称状态时，必须要求上述旋转支承部。但是，如果在钻头主体中设置缺口，则具有切削屑堵塞于缺口部分，对钻头的旋转造成妨碍等的问题。

发明内容

如果缩短钻头的长度，则抑制步行现象，但是，在该方法中，不能够进行深孔加工。另外，如果采用铰刀进行精加工，则由于加工步骤增加，加工时间增加。另外，还具有即使在铰刀加工时，由于与钻头的场合相同的原因，产生形变圆的报告，即使在进行铰刀加工的情况下，仍未必获得较高的圆度。

同样对于钻铰复合刀具，也未必获得较高的圆度。另外，在即使增加钻头的刃，沿圆周方向安装有规则的刃的场合，仍会产生步行现象造成的多边形形状。

由此，在切削加工中，人们要求获得较高的圆度的具有切削刃的形状的钻头。

本发明人发现下述的情况而完成了本发明，该情况指作为钻头的步行现象的原因，钻头的切削刃对称地设置于同一圆周上，在因作用于该钻头前端的不平衡力而产生的振动相互同步，因没有规则的所谓的步行现象，形成奇数多边形的形变圆，故考虑因作用于钻头前端的不平衡力而产生的振动可不相互同步，在钻头中的非对称地设置切削刃的部位，没有步行现象，切削圆的圆度提高，抑制形变圆。

即，具体来说，本发明具有下述的方案。

(1)涉及一种非轴对称刃钻头，其中，至少2个切削刃以钻头轴心为中心旋转，进行加工面的切削加工，其特征在于该钻头的横刃部按照钻头轴心和横刃部中心重合的方式形成在该钻头的前端中间部，上述多个切削刃中的至少1个切削刃与另一个切削刃在以上述钻头轴心为中心轴的场合，非轴对称地设置，钻头刃的外缘形成以钻头轴心为中心的圆的弧。

(2)涉及上述(1)所述的非轴对称刃钻头，其为切削刃为2个的钻头，在该钻头中的设置切削刃的端面，将一个切削刃的两端连接的线的延长线与将另一切削刃的两端连接的线的延长线之间的夹角在5°～175°的范围内。

(3)涉及上述(1)所述的非轴对称刃钻头，该钻头为切削刃在3个以上的钻头，在该钻头中的设置切削刃的端面，将一个切削刃的两端连接的线的延长线与将至少另一切削刃的两端连接的线的延长线的夹角θ在由下述式(1)或下述式(2)表示的范围内。

0°＜θ≤{(360/N)-5}°        (1)

其中，在式(1)中，N表示切削刃的数量

{(360/N)+5}°≤θ＜180°      (2)

其中，在式(2)中，N表示切削刃的数量

(4)涉及(1)～(3)中的任何一项所述的非轴对称刃钻头，其中，切削刃弯曲。

(5)涉及上述(1)～(3)中的任何一项所述的非轴对称刃钻头，其特征在于多个切削刃中的至少1个切削刃呈凸V字形。

(6)涉及上述(5)所述的非轴对称刃钻头，其中，在凸V字形的切削刃中，形成上述凸V字形的切削刃的夹角为140°。

在切削加工中，可通过仅用钻头的加工，形成圆度高的形状的切削圆，深孔加工也可以较高的圆度进行。另外，由于不必通过铰刀进行精加工，故可缩短加工时间，为了获得较高的精度的圆度，不必开设不必要的较大的孔。

附图说明

图1为表示在普通的麻花钻头中，设置切削刃的端面的图；

图2为以示意方式表示在本发明的非轴对称刃钻头中，设置切削刃的端面的图；

图3为以示意方式表示在本发明的非轴对称刃钻头中，设置切削刃的端面的图，另外，图3(B)为在一个切削刃部分，设置狭槽的非轴对称刃钻头；

图4为在本发明中，作为比较例而加工的，单刃钻头的侧视图(A)和主视图(B)；

图5为在本发明中，作为比较例的较短地加工横刃部的横刃加工钻头的侧视图(A)和主视图(B)；

图6为本发明所采用的实验装置的外观结构图；

图7为角度θ改变的钻头和测定通过这些钻头切削的孔的圆度的曲线图；

图8为采用数控铣床，通过本发明的非轴对称刃钻头的角度θ改变的钻头、普通的麻花钻头、以及比较例的钻头，加工被切削加工件的厚度为10mm的板，测定孔的圆度的曲线图；

图9为采用数控铣床，通过本发明的非轴对称刃钻头的角度θ改变的钻头、普通的麻花钻头、以及比较例的钻头，加工被切削加工件的厚度为1mm的板，测定孔的圆度的曲线图；

图10为表示本发明的具有呈凸状弯曲的切削刃的非轴对称刃钻头的端面的形状的印象图；

图11为表示本发明的具有呈凹状弯曲的切削刃的非轴对称刃钻头的端面的图；

图12为本发明的非轴对称刃钻头的例视图；

图13为表示本发明的具有呈凸V字形切削刃的非轴对称刃钻头中的设置切削刃的端面的图；

图14为测定采用本发明的实施例和比较例的钻头，切削1mm的黄铜板时的切削孔的圆度的结果的曲线图；

图15为测定采用本发明的实施例和比较例的钻头，切削1mm的黄铜板时的切削孔的圆度的结果的曲线图；

图16为测定采用本发明的实施例和比较例的钻头，切削1mm的黄铜板时的切削孔的圆度的结果的曲线图。

具体实施方式

普通的钻头为具有右刃右螺旋的槽刃形的麻花钻头，但是，如果为铰孔钻头等的具有横刃部和切削刃的钻头，则本发明可适用于任意的钻头。

横刃部的长度、尺寸并没有特别限定，可对应于钻头直径、用途，采用各种的长度、尺寸。其中，必须按照切削时和钻头的抽出时的钻头的旋转中心未变化的方式，横刃部中心和钻头轴心重合。

本发明特别是对于被切削体为像金属、陶瓷等的无机物质那样的硬质物质的场合是有用的。其原因在于：在硬质物质的场合，不将钻头轴心，而将横刃部中心作为中心进行切削。

如果切削刃的数量在2个以上，则没有特别限制。

在切削刃为2个的场合，在设置钻头的切削刃的端面，将一个切削刃的两端连接的线的延长线，与将另一切削刃的两端连接的线的延长线之间的夹角θ必须在5°～175°的范围内。从切削孔的圆度的方面来说，最好，上述角θ在15°～170°的范围内。

在切削刃的数量在3个以上的场合，在钻头中的设置切削刃的端面，将一个切削刃的两端连接的线的延长线与至少将另一切削刃的两端连接的线的延长线之间的交叉的角度θ必须在由式(1)或(2)表示的范围内。

0°＜θ≤{(360/N)-5}°           (1)

其中，在式(1)中，N表示切削刃的数量

{(360/N)+5}°≤θ＜180°         (2)

其中，在式(2)中，N表示切削刃的数量

另外，在本发明的非轴对称刃钻头中，全部切削刃不必满足上述式(1)或(2)。比如，在切削刃具有3个的场合，3个切削刃中的2个将切削刃的两端连接的线的各延长线之间的夹角为120°，在剩余的1个切削刃与上述2个中的1个切削刃之间，上述式(1)或(2)的关系成立即可。

图2表示在本发明的钻头中，钻头中的设置切削刃的端面的示意图。

在钻头外缘4中，设置2个切削刃1。上述2个切削刃1按照夹持横刃部2的方式设置，将2个切削刃1的两端连接的线的延长线3之间的夹角为θ。另外，在图2中，标号5表示螺旋槽和切削刃部分之间的边界，符号A表示钻头的旋转方向。

切削刃的形状也可像图2的示意图那样，呈直线状，还可像图10所示的那样，呈凸状弯曲的形状，或呈凹状弯曲的形状。通过使切削刃呈凸状弯曲的形状，具有高速旋转的切削稳定等的效果。另外，通过像图11那样，使切削刃呈凹状弯曲的形状，具有将切削屑良好地卷曲，切削屑的排出性良好等的效果。

另外，切削刃的形状也可像图13所示的那样，呈凸V字形。在图13中，凸V字形的切削刃9由形成该凸V字形的切削刃部分D和切削刃部分E构成。也可像图13所示的那样，在切削刃1，9为2个时，形成上述凸V字形的切削刃部分D与不呈凸V字形的切削刃1平行地设置。此外，在切削刃为3个以上的场合，将形成凸V字形的切削刃部分D的两端连接的线的延长线与将另外的切削刃的两端连接的线的延长线之间的夹角也可为(360/N)°(其中，N表示切削刃的数量)。

一般，在钻头中，设置用于排出切削屑的螺旋槽。在本发明的非轴对称刃钻头中，对应于切削刃的配置，既可以螺旋槽均是非轴对称的，也可以螺旋槽是轴对称的。

于是，本发明的非轴对称刃钻头也可通过对过去的轴对称钻头的切削刃进行切削而加工的方式制造。

一般的钻头为右刃右螺旋的槽刃形的麻花钻头，前端的形状像图1所示的那样，切削刃呈轴对称而形成。对于后述的实施例中所采用的非轴对称刃钻头，对前端的切削刃为轴对称的市场销售的金属加工用钻头进行加工，制作本发明的非轴对称刃钻头。

本发明的钻头为像图2的印象图和表示前端部的图所示的那样，切削刃以非轴对称(以钻头轴心为中心轴的场合，即使围绕中心轴而使一个切削刃旋转的情况下，仍与另外的切削刃不一致。)的方式形成的钻头。另外，本发明的钻头为像图3(B)所示的那样，构成具有2个切削刃部分的非轴对称切削刃钻头，也可为像图3(A)所示的那样，在一个切削刃部分，设置狭槽，制作切削刃1，形成非轴对称切削刃钻头。

由于人们认为，产生普通的钻头的“步行现象”的原因在于：2个切削刃为了在形成、移动交替地具有形变的圆的顶点的同时进行切削，旋转中心产生偏移，故针对旋转中心的偏移小的钻头，对市场上销售的金属加工用钻头进行加工，制作下述的2个钻头，用作比较例。

(1)在加工时，仅仅通过一个推力而进行加工的将一个刃完全刮掉的单刃钻头(图4)；

(2)缩短前端的横刃部分的短横刃钻头(图5)；

在图4中，图4(A)为单刃钻头的前端部的侧视图。存在右侧的切削刃，但是，左侧去除了切削刃。图4(B)为表示在单刃钻头中，设置切削刃的端面的图。

在图5中，图5(A)为短横刃钻头的前端部的侧视图。另外，图5(B)为表示在短横刃钻头中，设置切削刃的端面的图。

在本发明中，采用钻床，在被切削件中进行开孔加工。为了观察形成于被切削外面的切削圆，未开设贯通孔，而针对已形成的切削圆的形状进行比较。

实施例

通过本发明的钻头中的，将一个切削刃的两端连接的线的延长线与将另一切削刃的两端连接的线的延长线之间的夹角θ在5°～40°的范围内变化的非轴对称刃钻头，分别进行圆加工。

另外，像图3(B)所示的那样，通过将直径为10mm的NACHISTANDARD麻花钻头(在具有直线状切削刃，设置切削刃的端面中，2个切削刃平行地设置。)中的一个切削刃刮掉，在剩余一个切削刃部分，设置狭槽，制作切削刃1，将一个切削刃1的两端连接的线的延长线3与将另一切削刃1的两端连接的线的延长线3之间的夹角θ在158°～173°的范围内变化的非轴对称刃钻头，分别进行圆加工。

另外，采用作为比较例，直径为10mm的NACHI STANDARD麻花钻头(在具有直线状的切削刃，设置切削刃的端面中，2个切削刃平行地设置。)，图4的单刃钻头，图5的短横刃钻头，进行加工。

作为被切削件，使用具有硬度差的AAG/铝合金JIS A5052H112(在后面称为铝合金)与JIS C28016/4黄铜，使用钻床(NAMIKIMACHINE制NBD-340LR SENSITIVE BENCH DRILL)，以转数500rpm，为以一定荷载形成同等的加工圆，通过图6的示意图所示的装置中，在铝合金的场合，施加29.4N，在黄铜的场合，施加49.0N的一定荷载，按照加工时间25秒，进行切削加工。

图6表示进行切削加工的装置的外观结构。在三成分动力仪8上，夹持转矩传感器7，固定被切削件6，沿B的方向进行切削。另外，钻头的旋转方向为C。

分别测定通过上述各自的钻头形成的切削孔的圆度。

上述圆度的测定采用3维测定器(东京精密社生产，Xyana116D)而进行。通过切削孔的入口，按照10点接触，测定圆度5次，取得平均值，得出圆度。

本发明的圆度通过该圆的最大半径和最小半径的差表示，单位采用毫米。

图7表示施加一定负荷，进行切削加工的孔的圆度的测定结 果。横轴表示将钻头的一个切削刃的两端连接的线的延长线与将另一切削刃的两端连接的线的延长线之间的夹角θ，纵轴表示圆度。

如果圆度θ＝0°的场合为基准，则知道，伴随对于铝合金、黄铜角度θ增加的情况，圆度的值减小，更接近圆。可推测产生该情况的原因在于非轴对称的切削刃使加工的推力具有不规则性。

如果仅仅通过圆度观察，则通过特殊加工的单刃钻头进行切削的角度α的圆度最好，通过短横刃钻头切削的角度β圆度不太好。

在实际的加工的场合，通过一定的荷载的加工较少，多数场合是通过人的荷载的操作或数控铣床、加工中心等的一定的运送进行加工。于是，采用数控铣床，被切削件采用铝合金(厚度为10mm和1mm)和黄铜(厚度为10mm和1mm)，分别按照转数500rmp，运送速度30mm/min，编制程序而进行自动加工，在被切削件上进行通孔加工，测定该孔的圆度。

图8表示将厚度10mm的铝合金和黄铜作为被切削件的场合的圆度的测定结果。横轴表示将钻头的一个切削刃的两端连接的线的延长线与将另一切削刃的两端连接的线的延长线之间的夹角θ，纵轴表示圆度。α表示通过单刃钻头切削的角度，β表示通过短横刃钻头切削的角度。

根据图8而知道，如果圆度以θ＝0°的场合为基准，则铝合金、黄铜都伴随θ的增加，圆度变小，更接近圆。另外知道，在θ≥10°的场合，特别是切削孔的圆度小，接近圆。

将厚度为1mm的铝合金和黄铜作为被切削材而使用的场合的圆度的测定结果示于图9。横轴表示将钻头的一个切削刃的两端连接的线的延长线，和将另一个切削刃的两端连接的线的延长线所成的角θ，纵轴表示圆度。α表示单刃钻头切削的角度，β表示短横刃钻头切削的角度。

根据图9可知，圆度以标准钻头为基准的话，则每当铝合金、黄铜的θ增加时，圆度变好。另外知道，在θ≥10°的场合，特别是切削孔的圆度变小，接近圆。

另外，在厚度为1mm的薄板中，采用单刃钻头的场合的圆度非常大，切削孔的形状呈变形的形状。人们认为其是由于完全没有一侧的刃，在结束加工之后，在进行切削的部分，刃挂住被切削件，按照一定的运送的状态下进行加工，这样，产生变形。在短横刃钻头中，在铝合金的场合，为与标准钻头基本相同的圆度，但是，在黄铜的场合，圆度减小。

按照上述方式，在薄板的场合，如果θ≥10°，则圆度减小。特别是在θ＝15°～40°的场合知道，在到标准钻头的约1/10之前，圆度减小。另外知道，在单刃的场合，出现已变形的孔。

此外，对直径为10mm的NACHI STANDARD麻花钻头进行加工，制作具有呈凸状弯曲的切削刃的非轴对称刃钻头(图10)与具有呈凹状弯曲的切削刃的非轴对称刃钻头(图11)。

采用数控铣床，被切削件采用黄铜(厚度为1mm)，分别按照转数500rpm，运送速度30mm/min编制程序，通过自动加工，对被切削件进行通孔加工，将测定该孔的圆度的结果在图14和图15中给出。另外，图14表示采用上述0°≤θ≤40°的非轴对称刃钻头的结果，图15表示采用上述158°≤θ≤180°的非轴对称刃钻头(θ＝180°的钻头采用单刃钻头。)的结果。

另外，对直径为10mm的NACHI STANDARD麻花钻头中的一个切削刃进行切削，制作图13所示的那样的，具有凸V字形切削刃9的钻头。另外，形成凸V字形切削刃9的切削刃部分D与切削刃部分E之间的夹角θ₁为138°。即，将形成凸V字形切削刃的切削刃部分E的两端连接的线的延长线3，与将另一切削刃1的 两端连接的线的延长线3之间的夹角θ₂为42°。另外，将凸V字形切削刃9的两端连接的线的延长线3，与将另一切削刃1的两端连接的线的延长线3之间的夹角θ₃为在5°以上，在175°以下。

图16表示测定采用上述实施例、比较例和具有上述凸V字形切削刃的钻头，与缩短横刃部的短横刃钻头，切削厚度为1mm的黄铜板时的切削孔的圆度的结果的曲线图。在图16中，横轴的数字表示将一个切削刃的两端连接的线的延长线，与将另一切削刃的两端连接的线的延长线之间的夹角，纵轴表示圆度。通过具有切削刃部分D和切削刃部分E之间的夹角θ₁为138°的凸V字形切削刃的非轴对称刃钻头，切削的结果由42A表示。

根据以上的结果而知道，对于圆度而言，钻头的非轴对称刃的角度θ在5°～175°的范围内，形成接近圆的切削孔。特别是，如果角度θ在15°～175°的范围内，则下降到θ＝0°的场合的约1/5程度。可形成更接近圆的切削孔。

此外，关于步行现象，人们认为，由于通过非轴对称的切削刃的设置，切削孔的圆度可改善，故将一个切削刃的两端连接的线的延长线，与将另一切削刃的两端连接的线的延长线之间的角度θ在40°＜θ＜158°的情况下，仍获得相同的效果。另外，对于切削刃的形状，同样地并不限于直线状，对于呈凸状弯曲的形状或呈凹状弯曲的形状，仍获得同样的效果。另外人们认为：同样对于切削刃的数量，不必要求2个，在具有3个以上的切削刃的钻头中，如果切削刃中的1个为非轴对称，则获得同样的效果。

还有，按照本发明，通过使通常具有2个刃的钻头，比如，麻花钻头、铰孔钻头等钻头的单刃的位置错动，可改良圆度。

Claims (6)

1.一种非轴对称刃钻头，其中，至少2个切削刃以钻头轴心为中心旋转，进行加工面的切削加工，其特征在于该钻头的横刃部按照上述钻头轴心和横刃部中心重合的方式形成在该钻头的前端中间部，上述多个切削刃中的至少1个切削刃与另一个切削刃在以上述钻头轴心以及上述横刃部中心为中心轴的场合，非轴对称地设置，钻头刃的外缘形成以上述钻头轴心为中心的圆的弧。

2.根据权利要求1所述的非轴对称刃钻头，其特征在于其为切削刃为2个的钻头，在该钻头中的设置切削刃的端面，将一个切削刃的两端连接的线的延长线与将另一切削刃的两端连接的线的延长线之间的夹角在5°～175°的范围内。

3.根据权利要求1所述的非轴对称刃钻头，其特征在于其为切削刃在3个以上的钻头，在该钻头中的设置切削刃的端面，将一个切削刃的两端连接的线的延长线与将至少另一切削刃的两端连接的线的延长线的夹角θ在由下述式(1)或下述式(2)表示的范围内，

0°＜θ≤{(360/N)-5}°(1)

其中，在式(1)中，N表示切削刃的数量

{(360/N)+5}°≤θ＜180°(2)

其中，在式(2)中，N表示切削刃的数量。

4.根据权利要求1～3中的任何一项所述的非轴对称刃钻头，其特征在于切削刃的前端弯曲。

5.根据权利要求1～3中的任何一项所述的非轴对称刃钻头，其特征在于多个上述切削刃中的至少1个切削刃呈凸V字形。

6.根据权利要求5所述的非轴对称刃钻头，其特征在于在凸V字形的切削刃中，形成上述凸V字形的切削刃之间的夹角为140°。

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