CN101652212B - 深孔切削装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种切削头部上具备有刀片交换式导向块的深孔切削装置，可使所形成的切削孔的加工质量得以提高，并延长导向块的使用寿命。导向块(7)的外表面侧形成为沿着宽度方向中央部形成顶棱部(7a)的圆弧面(71a)，并且相对于切削头部(10a)，以工具前端侧在工具旋转方向y上位于尾端侧的前方侧的倾斜配置方式进行安装。

Description

深孔切削装置

技术领域

本发明涉及一种深孔切削加工中所使用的切削装置，特别是涉及一种在切削头部的外周上安装有刀片交换式导向块的深孔切削装置。

背景技术

一般而言，安装于深孔切削装置的切削头部外周上的导向块，在穿孔中与切削孔内周滑动接触，使切削孔内周面承受切削刃引发的切削反力，进而使其滑动接触部位与切削刃间的位置关系一直保持为一定(所谓的抵消效应)，藉此使切削头部维持无振摆的绕恒定轴线旋转的状态，以提高切削精度，同时发挥将随着切削而产生于孔内周上的凹凸压扁而将其平滑化的作用。这种导向块，虽然有与切削头部一体成型的方式，但主流的方式则为，在设于钢制的切削头部外周上的导向块安装用凹部焊接由超硬合金或金属陶瓷等硬质材料制成的刀片，或是对同样的刀片进行螺纹连接的方式。特别是，后者的采用螺纹连接的导向块，具有可根据磨损程度或损伤进行装卸而更换成新品的优点，通常适用于将可装卸更换的不重磨刀片作为切削刃的切削头部上。

图5(A)～(C)中表示导向块及切削刃皆为刀片交换式的一种钻头。此钻头1B是由位于前端侧的切削头部10a以及位于后端侧的外周设有外螺纹11的螺杆部10b构成大致圆筒状的钻头本体10，该钻头本体10的中空内部形成向后端侧开放的切屑排出路12，上述切削头部10a的前端面上，开设有与切屑排出路12连通的一大一小扇形的切屑排出口13、14。并且，沿着两个切屑排出口13、14的侧壁13a、14a所凹设的3个切削刃安装座15上，分别使用安装螺丝3来固定分别由不重磨刀片制成的位于外周侧、中心侧、中间处的3个切削刃2A～2C，同时在切削头部10a的外周面的两处位置上凹设的沿着切削头轴向的沟状导向块安装用凹部16上，使用安装螺丝5固定各个略厚的片板状的导向块4。另外，图中的17，是在切削头10a的外周面的后端侧的径向的相向位置上所形成的成对的夹持用平坦部。

切削加工是如图6(A)所示，在深孔切削用钻头的呈圆管状的工具柄(亦称为镗杆)6的前端部通过旋入螺杆部10b而连接钻头1B的状态下，将该工具柄6连接至工作机械的主轴等装置上进行旋转驱动，或相反地使被削材W侧进行旋转。此外，以下的工具旋转方向，包括在基于被削材W侧的旋转驱动进行切削加工的情形下，工具旋转方向是指切削加工时，相对被削材W而言，工具侧的相对旋转方向。

在此情况下，冷却剂C采用自外部供给的方式，如图所示，在将以不漏油的方式包围工具柄6的冷却剂供给套61通过密封环62压接于被削材W上的状态下，冷却剂C自导入口63以高压导入至该套61内，并通过工具柄6的外周面与切削孔H的内周面间的间隙T供给至钻头1B的前端侧，如图6(B)所示，连同在切削部所产生的切屑F从钻头1B的切屑排出口13、14流入切屑排出路12内，通过工具柄6内的切屑排出路6a向外部排出。并且，在此加工过程中，通过与切削孔H内周滑动接触的导向块4、4，使切削反力可被切削孔H的内周面所承受，由此可稳定地维持钻头1B的旋转状态，同时孔内周可得到均匀的平滑面。

以往，此种钻头1的各导向块4，是如图7(A)、(B)所示，其外面侧是由在纵向上位于中间的平坦部40与位于两侧的呈圆弧面的隆起部41、41构成，而在平坦部40上设有螺纹孔42。并且，如图8所示，各导向块4的隆起部41，除加工出倒角43的四周端缘以外的表面，为了避免卡在切削孔H的内周，具有小于外周侧切削刃2A所形成的切削圆周S的曲率半径，且形成为一个圆弧中心Q位于通过钻头1B的旋转中心O的直径线D上的圆弧面，以构成一个顶棱部4a，同时此顶棱部4a未磨损时在钻头前端侧上的高度设定为与外周侧切削刃2A所形成的切削圆周S相等的高度。

发明内容

发明要解决的问题

然而，在这种深孔切削装置中，将新的导向块安装在钻头上后，当达到某种程度的使用次数时，观察该导向块表面的磨损情况，就会明白通常磨损部分的中心越远离工具前端，越向工具旋转方向后方偏移。从而，在上述的传统架构的深孔切削装置中，如图5(C)所示，以虚线绘示的磨损部Z1的磨损中心线L1是相对于工具轴线方向L0呈倾斜θ角度的情形，以致此倾斜状态本身不变而随着磨损的行进使磨损部Z1的宽度随着扩大。此外，在图示的阶段上，磨损中心线L1因为发生倾斜，因此远离钻头前端的隆起部41不发生磨损。另外，磨损部Z1呈宽度逐渐缩小的倒梯形，是因为一般地钻头1B的切削头部10a整体被设定为前端稍粗的锥形的缘故。

然而，此磨损部分Z1整体是相当于一个让切削孔H内周承受切削反力的滑动接触领域，因此在此磨损中心线L1呈倾斜状态的情况下，导致导向块整体与切削孔H周面发生不均匀的接触，加上隆起部41的圆弧面具有小于切削圆周S的曲率半径，因此在偏离宽度方向中央的位置上形成滑动接触的状态，导致压接于切削孔H内周上所引起的应力，指向偏离工具中心的方向。于是这些因素导致切削状态的不稳定，以致降低加工精度的同时，导向块本身也产生不均匀磨损以致缩短使用寿命。

鉴于上述的情况，本发明的目的在于提供一种在切削头部备有刀片交换式导向块的深孔切削装置，以使切削状态保持稳定而得以提高加工精度，并且可延长导向块的使用寿命。

解决问题的手段

为了达成上述目的，权利要求1的发明以附图的参照符号来表示，在形成于切削头部10a外周的导向块安装用凹部18上，使用安装螺丝5将与切削孔H内周滑动接触的导向块7安装成可装卸自如，其特征在于：导向块7的外表面侧形成为沿着宽度方向中央部形成顶棱部7a的凸形曲面(圆弧面71a)，并且此导向块7是以倾斜配置方式固定于切削头部10a上，以使该导向块7的工具前端侧较尾端侧位于工具旋转方向y的前方侧，且该导向块的倾斜方向与其磨损中心线的方向一致。

权利要求2的发明，如上述权利要求1所述的深孔切削装置，导向块7的外表面侧的凸形曲面，是由曲率半径小于切削刃(外周侧切削刃2A)所形成的切削圆周S的圆弧面71a所构成。

权利要求3的发明，如上述权利要求1所述的深孔切削装置，导向块7的宽度方向中央线(倾斜方向L2)相对于工具轴线方向L0倾斜10～40度的角度θ。

权利要求4的发明，如上述权利要求1～3中任一项所述的深孔切削装置，导向块是在设有螺纹孔72的中央较低部分(平坦部70)的两侧具有将外表面侧形成为凸形曲面的隆起部71、71。

发明效果

根据权利要求1的发明涉及的深孔切削装置，由于螺纹连接于切削头部的外周上的导向块以工具前端侧比尾端侧位于工具旋转方向的前方侧的方式倾斜配置，而使得其外表面侧的凸形曲面的顶棱部方向接近随着加工所产生的磨损中心线方向，因此导向块整体均匀地接触于切削孔周面上，并可使此接触部位于沿着该导向块的宽度方向中央的位置，进而可使压接于切削孔内周上所引起的应力，指向工具中心方向。因而，可使切削状态稳定而提高加工精度，同时导向块本身的磨损也得到均匀化，可延长使用寿命。

根据权利要求2的发明，导向块外表面侧的凸形曲面，是一曲率半径小于切削刃所形成的切削圆周的圆弧面，因此可避免导向块卡在切削孔内周面上，同时可在制作该导向块时，使外表面侧的凸形曲面的形成更为容易。

根据权利要求3的发明，导向块的宽度方向中央线是相对于切削头部的轴线方向倾斜适当角度，因此可使位于外表面侧的凸形曲面上的顶棱部方向与进行切削加工所引起的磨损中心线的方向更为接近，藉以进一步提高加工精度。

根据权利要求4的发明，导向块为了用于进行切削口径较大的深孔切削而形成为在螺纹连接位置的两侧具有滑动接触于切削孔内周上的隆起部的长条形状。因此，虽然原来容易受到磨损中心线的倾斜所导致的负面影响，但通过使导向块倾斜配置，可使导向块整体对于切削孔内周面均匀地接触，进而可排除该负面影响。

附图说明

图1示出了本发明的实施方式所涉及的深孔切削装置中使用的钻头，(A)为平面图，(B)为整体侧视图，(C)为切削头部的侧视图。

图2示出了该钻头的钻头本体，(A)为平面图，(B)为切削头部的侧视图。

图3示出了螺固于该钻头上的导向块的立体图。

图4示出了该钻头中导向块的安装部分，(A)为平面图，(B)为沿图1(B)的X-X线截取的剖面图。

图5示出了传统结构的深孔切削装置使用的钻头，(A)为平面图，(B)为切削头部的纵向剖面放大图，(C)为切削头部的侧视图。

图6示出了使用深孔切削装置进行的深孔切削加工，(A)为纵向剖面图，(B)为切削头部侧的纵向剖面放大图。

图7示出了传统结构的深孔切削装置使用的导向块，(A)为正视图，(B)为侧视图。

图8为表示传统结构的深孔切削装置所使用的钻头的主要部分的平面图。

符号说明

1A：钻头                     10a：切削头部

18：导向块安装凹部           2A～2C：切削刃

5：安装螺丝                  7：导向块

7a：顶棱部                   70：平坦部(中央的较低部分)

71：隆起部                   71a：圆弧面

H：切削孔                    L0：工具轴线方向

L2：倾斜方向(宽度方向中央线) S：切削圆周

y：工具旋转方向

具体实施方式

下面，关于本发明涉及的深孔切削装置的实施方式，参照附图进行具体的说明。图1(A)～(C)示出本实施方式的深孔切削装置中的钻头1A，图2(A)、(B)示出该钻头1A的钻头本体10，图3示出该钻头1A中使用的导向块7，图4(A)、(B)示出该钻头1A中导向块7的安装部。在该实施方式的深孔切削装置中，除了钻头1A的导向块7与导向块安装凹部的形态外，基本架构均与使用上述的图5(A)～(C)中示出的传统结构的钻头1B相同，因此两钻头1A、1B中可共享的各个架构表示相同符号，并省略其说明。

钻头1A如图1(A)～(C)所示，在钻头本体10的切削头部10a外周面的两处位置上设置的各导向块安装用凹部18上，使用安装螺丝5固定安装由超硬合金或金属陶瓷等硬质材料制成且由正面观看呈矩形形状的导向块7，该导向块7沿着相对于工具轴心方向L0倾斜θ角度的倾斜方向L2配置，并且维持作为其纵向方向的一端侧的工具前端侧较作为另一端侧的尾端侧位于工具旋转方向y的前方侧的倾斜配置状态。

此导向块7如图3所示，整体大致呈略厚的片板状，在将其安装在钻头1A上时成为外表面侧的上表面侧由位于纵向方向中间的平坦部70及两侧的隆起部71、71所构成。而在平坦部70上设有螺纹孔72。每个隆起部71的上表面形成为圆弧面71a的同时，对上表面侧四周端缘加工倒角73。藉此，两个隆起部71、71的圆弧面71a、71a所形成的上表面，虽然看似在导向块7本身中不与平坦的下表面7b平行，且外观上似乎相互扭曲，但是实际上却是构成同一个圆周面的结构。

亦即，各导向块7的两个圆弧面71a、71a被设定为，在该导向块7倾斜配置于钻头1A的安装状态下，如图4(A)、(B)所示，在该导向块7的纵向方向的任一位置上，皆以通过钻头1A的中心O的直径线D作为二等分线，且以该直径线D上的点Q1作为圆弧中心。并且，由于两个圆弧面7a、7a的曲率半径小于外周侧切削刃2A所形成的切削圆周S，因此沿着导向块7的宽度方向中央部(宽度方向二等分线)，构成一个朝向工具径向外侧的突出高度最高的顶棱部7a，同时在未磨损状态中使该顶棱部7a大致与切削圆周S相一致，或稍微高出切削圆周S。

另一方面，切削头本体10侧的各导向块安装用凹部18，如图2(A)、(B)所示，为了与前述导向块7的倾斜配置相对应，呈沿着相对于工具轴线方向L0的倾斜方向L2且形成平坦的底面的凹槽状，并在其底面中央部上穿设有螺丝孔8。

在此，导向块7的倾斜配置的方向，即如图1(C)及图2(B)所示的倾斜方向L2，与上述的传统架构中的导向块4的磨损部Z1内的倾斜的磨损中心线L1方向(参照图5(C))一致。

上述架构的钻头1A，如前所述，与用于深孔切削用钻头的钻头1B相同，通过将螺杆部10b旋入并连接在工具柄6的前端部上(参照图6(A)、(B))，可供所需的深孔切削加工使用。藉此，在此深孔切削加工中，通过各导向块7滑动接触在切削孔H内周上，使切削反力通过该导向块7被切削孔H内周面所承受，并使进行切削时产生于孔内周上的凹凸能被压扁成平滑状态，但是在导向块7的外表面侧上产生因与切削孔H内周滑动接触所引起的磨损，而且此磨损部的中心是越远离工具前端，越朝向工具旋转方向后方偏移。

然而，在此深孔切削装置中，使用螺丝固定在切削头部10a的外周上的导向块7是被倾斜配置着，并如图1(C)所示，此倾斜配置的倾斜方向L2与磨损部Z2的磨损中心线L1方向一致，以使构成两个隆起部71、71上表面的圆弧面71a的顶棱部7a作为磨损中心。从而，在切削加工中，可使导向块7整体与切削孔H内周面均匀接触，且此接触部一直位于沿着该导向块7的宽度方向中央的位置上，以使对切削孔H内周的压接所引起的应力指向工具中心，进而可发挥更理想的抵消效应，可获得基于极为稳定的切削状态所带来的高加工精度。并且，通过使磨损均匀化，可延长导向块7本身的使用寿命。

工具轴线方向L0和倾斜配置的导向块7的倾斜方向L2间的角度θ的最适当范围是依据工具径(切削孔径)或切削条件等而相异，但是一般而言，较佳情况是设定在10～40度的范围中。亦即，此角度θ无论过小或过大，该导向块7都变得不易与切削孔H周面均匀地接触，尤其圆弧面71a的曲率半径比切削圆周S越小，越易使压接所引起的应力方向偏离工具中心，越不易得到稳定的切削状态。为了以最佳倾斜状态配置导向块7，预先在相应的加工条件下研究磨损中心线的倾斜度后，再设定成与此倾斜度一致的配置角度即可。

在制作一个包含有如上所述那种圆弧面71a的导向块7时，该导向块7的原材料使用具有磨损留量的材料，并将此原材料依照与安装到钻头本体上时相同的倾斜配置方式，固定在适当的支撑基体上，通过利用该支撑基体或研磨工具侧的旋转驱动的旋转研磨加工而对磨损留量进行研削即可。

并且，作为使用于本发明的深孔切削装置中的导向块，不限于前述实施方式所示的在螺纹固定部分两侧具有一对用于滑动接触在切削孔内周上的隆起部的略厚的片板状导向块，例如可采用以缩短片板状长度的形式，并在仅为一个的隆起部的中央处穿设有螺纹孔等各种形态。此外，关于导向块的外形，除了举例所示的由正面观看呈矩形的形状外，亦可作成由正面观看时短边侧对工具轴线方向L0而言呈垂直的平行四边形。此外，就导向块的材质而言，除了整体使用超硬合金或金属陶瓷等硬质材料外，亦可采用仅在滑动接触于切削孔内周的隆起部表面上使用硬质材料，而其它部分作为基材而使用一般的钢铁等廉价材料的构造。

再者，导向块的隆起部表面，可设定为各式各样的曲面或曲面与斜面的组合等各种形态，但考虑到加工的便利性，则建议将含有顶部的主要部分作成圆弧面。然后，通过含有此顶部的圆弧面具有一个小于切削刃所形成的切削圆周的曲率半径，可容易设定成可避免该导向块的工具旋转方向前端缘侧卡在切削孔内周上的尺寸形状。

此外，在实施方式中虽然示出了在钻头1A的切削头部10a上具有位于外周侧、中心侧、中间处的3个切削刃2A～2C，但是本发明可适用在切削头部包含一个、两个、四个以上的切削刃等任一情况中，同时也可适用在一种切削头部不是作为独立的钻头而是与工具柄一体成型的深孔切削装置中。再者，在切削头部是作为钻头而构成单独构件的情况中，可不采用如图6所示的冷却剂外部供给方式(单管方式)，也可采用将钻头与双层筒状的工具柄相连接，从而将从该工具柄的内外筒间的冷却剂供给路导出至钻头外侧的冷却剂连同切屑一起由钻头的冷却剂排出口流入工具柄的内筒内的冷却剂排出路中的冷却剂内部供给方式(双管方式)。

Claims (4)

1.一种深孔切削装置，在形成于切削头部外周的导向块安装用凹部上，使用安装螺丝将与切削孔内周滑动接触的导向块安装成可装卸自如，其特征在于：

前述导向块的外表面侧形成为沿着宽度方向中央部形成顶棱部的凸形曲面，并且此导向块相对于前述切削头部，以该导向块的工具前端侧较尾端侧位于工具旋转方向的前方侧的倾斜配置方式进行安装，且该导向块的倾斜方向与其磨损中心线的方向一致。

2.根据权利要求1所述的深孔切削装置，前述导向块的外表面侧的凸形曲面，是一曲率半径小于切削刃所形成的切削圆周的圆弧面。

3.根据权利要求1所述的深孔切削装置，前述导向块的宽度方向中央线相对于工具轴线方向倾斜10～40度角。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的深孔切削装置，前述导向块是在具有螺纹孔的中央较低部分的两侧具有将外表面侧形成为前述凸形曲面的隆起部。

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