JP2002166305A

JP2002166305A - 切削工具

Info

Publication number: JP2002166305A
Application number: JP2000365110A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Okawa; 昌之大川; Kunihiro Endo; 邦博遠藤; Shoichiro Watanabe; 彰一郎渡辺
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2002-06-11
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: JP4385519B2

Abstract

(57)【要約】【課題】剛性低下を来すことなく固有振動数を上げる
ことで、ビビリの発生を防止する。【解決手段】シャンク部４の先端に、その中心軸線に
対して偏心し、先端側にいくにつれて偏心方向に略直交
する方向に傾斜するヘッド部３を設ける。ヘッド部３の
先端に、偏心方向の外周側に突出する突部５を形成す
る。ヘッド部３の外周面のうち、偏心方向を向く面３ｂ
と傾斜方向とは反対側を向く面３ｃとの間にチップポケ
ット６を、傾斜方向とは反対側を向く面３ｃ及び偏心方
向とは反対側を向く面３ｄとの間に第一凹溝７を形成す
る。傾斜方向とは反対側を向く面３ｃの途中位置から先
端面３ａにかけて切欠部を形成し、その先端部から突部
５にかけてチップ取付座１０を形成してチップ１１を装
着する。傾斜方向を向く面３ｅと偏心方向を向く面３ｂ
との間に第二凹溝１６を形成し、傾斜方向を向く面３ｅ
と偏心方向とは反対側を向く面３ｄとの間に第三凹溝１
７を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種ワークを切削
加工する切削工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、下穴が形成されたワークに内周
加工を施すための中ぐり用の工具として中ぐりバイトが
知られており、この中ぐりバイトは略円柱状をなす工具
本体のヘッド部先端に例えば超硬合金製のチップを着脱
可能に装着している。この中ぐりバイトは、工作機械の
主軸に支持されて高速で回転するワークの下穴に挿入さ
れ、チップに形成された切刃によって下穴の内周面を切
削していくものである。中ぐりバイトは、工具本体のシ
ャンク部を工作機械に把持されて軸状の工具本体を長く
突き出した状態で切削を行うものであるため、切削加工
時にビビリが発生しやすい。そして、工具本体の突き出
し量、または切刃の外周への突き出し量が多くなると、
工具本体の剛性が低下して、よりビビリが生じやすくな
る。このビビリの振幅は、中ぐりバイトがワークから受
ける外力（切削抵抗）の振動数と、中ぐりバイトを含む
機械系の固有振動数とが一致した際に起きる共振によっ
て増大する。

【０００３】このため、従来は、図６の平面図に示す中
ぐりバイト４１のように、工具本体４２において、シャ
ンク部４４の先端に設けられるヘッド部４３に、工具本
体４２の中心軸線Ｏ’に対して切刃４５と反対側の外周
面に凹溝４６を形成してヘッド部４３を軽量化し、中ぐ
りバイト自身の固有振動数を増大させることで、中ぐり
バイトを含む機械系の固有振動数と外力の振動数との乖
離を大きくして、ビビリの低減を図っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにヘッド部４３に凹溝４６を形成すると、共振による
ビビリの増大はある程度抑えられるものの、ヘッド部４
３の剛性が低下してしまうので、ビビリを効果的に押さ
えることはできなかった。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、ヘッド部に剛性低下を生
じさせることなく、ビビリ等の発生を防止する切削工具
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる切削工具
は、工具本体のヘッド部の先端に切刃を備えてなる切削
工具において、ヘッド部には、切削加工時に主分力が加
わる方向、及び背分力が加わる方向の肉厚を残して、そ
の外周面に複数の凹溝が形成されていることを特徴とし
ている。このように構成される切削工具においては、ヘ
ッド部において切削加工時に主分力が加わる方向の肉
厚、及び背分力が加わる方向の肉厚を確保しつつ、複数
の凹溝を形成するので、剛性を低下させずにヘッド部を
軽量化することができる。そして、このようにヘッド部
を軽量化することで、工具本体の固有振動数を増大させ
て、外力すなわち切削抵抗による振動数との乖離を大き
くしてビビリによる共振を効果的に抑制することができ
る。ここで、ヘッド部においてこれら凹溝に挟まれる部
分は、ヘッド部を補強するリブとして作用するので、ヘ
ッド部の剛性がさらに高められる。

【０００７】また、切削工具を、ヘッド部において、切
刃を外周側に突き出して設けた構成とした場合には、ヘ
ッド部の切刃の逃げ面側に隣接する外周面の、切刃より
も工具基端側にも凹溝を形成してもよい。この切削工具
によって切削加工を行った際には、ヘッド部において切
刃の逃げ面側に隣接する外周面のうち、工具先端側の部
分で切削抵抗を受けることになるが、この部分を避けて
凹溝を形成することで、切刃を外周側に突き出して設け
た場合にも、ヘッド部の剛性を確保しつつ、ヘッド部を
軽量化することができる。このような凹溝は、ヘッド部
の外周面において、周方向の位置を変えて四つ以上形成
されていてもよい。これによって、ヘッド部においてこ
れら複数の凹溝に挟まれる部分をヘッド部を補強するリ
ブとして作用させて、ヘッド部の剛性を向上させつつ、
ヘッド部のさらなる軽量化を図ることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】〔第一の実施の形態〕以下、本発
明の第一の実施の形態について、図１から図３を用いて
説明する。本実施の形態では、本発明を、スローアウェ
イ式の中ぐりバイトに適用した例を示している。図１は
本実施の形態にかかる中ぐりバイトのヘッド部をチップ
のすくい面方向から見た平面図、図２は図１に示すヘッ
ド部の側面図、図３は図１におけるＡ−Ａ矢視断面図で
ある。図１及び図２に示すように、中ぐりバイト１の略
棒状をなす工具本体２は、ヘッド部３とシャンク部４と
からなるものである。そして、例えばシャンク部４は略
円柱形状とされ、ヘッド部３はシャンク部４の中心軸線
Ｏに対して偏心して設けられて、偏心方向の幅が、偏心
方向に略直交する方向の幅及びシャンク部４の径よりも
狭い大略楕円円柱形状とされている。さらに、ヘッド部
３は、シャンク部４との接続部から先端側にいくにつれ
て、偏心方向に略直交する方向に傾斜させて設けられて
いる。また、ヘッド部３の先端において偏心方向の側で
傾斜方向の側には、偏心方向に向けて外周側に突出する
突部５が形成されている。突部５は、その傾斜方向とは
反対側の端部から傾斜方向にいくに従って突出量が漸次
少なくされており、図３で二点鎖線で示すように、突部
５を含めた先端面３ａは略半円形状に形成されている。
突部５において傾斜方向とは反対側には、後述するよう
に、切刃を構成するスローアウェイチップ１１（以下、
単にチップと称する）が装着される。

【０００９】ヘッド部３には、その外周面のうち、偏心
方向を向く面３ｂと傾斜方向とは反対側を向く面３ｃと
の間で、シャンク部４との接続部近傍から先端面３ａに
かけて外周面が切り欠かれて、凹曲面状のチップポケッ
ト６が形成されている。また、ヘッド部３の外周面のう
ち、傾斜方向とは反対側を向く面３ｃ及び偏心方向とは
反対側を向く面３ｄとの間で、その途中位置から先端面
３ａにかけて外周面が切り欠かれて、凹曲面状の第一凹
溝７が形成されている。

【００１０】図２に示すように、ヘッド部３の外周面の
うち、傾斜方向とは反対側を向く面３ｃは、シャンク部
４との接続部から先端方向の途中位置にかけて外周側に
向けて隆起しており、またこの途中位置から先端面３ａ
にかけて、中心軸線Ｏに漸次近づくよう斜めに切除され
て切欠部８が形成されている。そして、この切欠部８の
先端部から突部５にかけて、傾斜方向とは反対側を向く
面３ｃ側に開口する例えば略菱形の凹溝をなすチップ取
付座１０が形成されている。このチップ取付座１０は、
底面１０ａと、底面１０ａから屹立して互いに交差する
側壁１０ｂ、１０ｃとを有しており、チップ取付座１０
には、例えば略菱形状のチップ１１が装着され、ネジ９
等で固定されている。

【００１１】このチップ１１は、チップ取付座１０の底
面１０ａに着座する着座面１２に対向する上面１３がす
くい面とされ、この上面１３の稜辺をなす前切刃１３ａ
は先端面３ａから突出されている。すなわち、チップ１
１のすくい面は、ヘッド部３の傾斜方向とはほぼ反対側
に向けられている。また、この前切刃１３ａとこれに隣
接する稜辺をなす横切刃１３ｂとが交差する角部は、突
部５から偏心方向の外周側及び先端側に突出するノーズ
部１３ｃとされている。本実施の形態では、ノーズ部３
の、偏心方向を向く面３ｂからの外周側への突出量Ｄを
７．６ｍｍとしている。また、前切刃１３ａは、他の角
部１３ｄの一端から他端であるノーズ部１３ｃに向けて
漸次先端側に突出するように、平面視でわずかに傾斜配
置されている。そして、チップ１１において、ノーズ部
１３ｃのノーズ角θは３５°とされており、チップ側面
１１ａは、ノーズ部１３ｃ及び前切刃１３ａの逃げ面を
なしており、先端面３ａに続いている。

【００１２】また、ヘッド部３には、その外周面のう
ち、傾斜方向を向く面３ｅと偏心方向を向く面３ｂとの
間、すなわちチップ１１に対して逃げ面側に隣接する外
周面が切り欠かれて、切刃をなすチップ１１よりも工具
基端側に位置して凹曲面状の第二凹溝１６が形成されて
いる。ここで、第二凹溝１６は他の凹溝に比べて浅く形
成されているとともに、工具先端側にいくにつれてその
幅が狭められている。さらに、図３に示すように、ヘッ
ド部３の外周面のうち、傾斜方向を向く面３ｅと偏心方
向とは反対側を向く面３ｄとの間で外周面が切り欠かれ
て、切刃をなすチップ１１よりも工具基端側に位置し
て、凹曲面状の第三凹溝１７が形成されている。

【００１３】これら第一、第二、第三凹溝７、１６、１
７は、ヘッド部３の重量を軽減させるためのものであ
る。そして、図３に示すように、ヘッド部３には、傾斜
方向とは反対側を向く面３ｃ、傾斜方向を向く面３ｅが
残されており、ヘッド部３において、切削加工を行った
場合に生じる主分力Ｆ１に沿った方向の肉厚が確保され
ている。同様に、ヘッド部３には、偏心方向を向く面３
ｂ、偏心方向とは反対側を向く面３ｄが残されているの
で、ヘッド部３において、切削加工を行った場合に生じ
る背分力Ｆ２に沿った方向の肉厚が確保されている。こ
れによって、ヘッド部３において主分力Ｆ１を受ける方
向及び背分力Ｆ２を受ける方向の剛性が確保されてい
る。そして、ヘッド部３の外周面に、第一、第二、第三
凹溝７、１６、１７と、周方向の位置を変えて複数の凹
溝を形成することで、ヘッド部３においてこれら複数の
凹溝に挟まれる部分は、ヘッド部３を補強するリブとし
て作用する。これによって、ヘッド部３の剛性を向上さ
せつつ、ヘッド部３のさらなる軽量化を図ることができ
る。

【００１４】本実施の形態による中ぐりバイト１は上述
の構成を備えているから、図１においてワークＷを二点
鎖線で示す軸線Ｏ_Wまわりに回転させ、これに対して図
示しない工作機械でシャンク部４を保持された中ぐりバ
イト１のノーズ部１３ｃで切り込みつつワークＷの下穴
を内周面加工する。このとき、ヘッド部３において、チ
ップ１１のノーズ部１３ｃで切削することによって生じ
る切削抵抗の主分力Ｆ１が加わる方向、及び背分力Ｆ２
が加わる方向の肉厚が確保されているので、ヘッド部３
の一層の軽量化を達成しつつ、剛性が確保されて、ビビ
リが生じにくくなる。ここで、切削加工時には、ヘッド
部３においてチップ取付座１０を支える先端部及び突部
５の近傍、すなわちチップ１１に対して逃げ面側に位置
する部分に切削抵抗が加わる。この中ぐりバイト１で
は、この部分を避けて、チップ１１よりも工具基端側に
第二凹溝１６を設けており、また第二凹溝１６は、他の
凹溝に比べて浅く形成されているとともに、工具先端側
にいくにつれてその幅が狭められている。これによっ
て、ヘッド部３においてチップ取付座１０を支える先端
部及び突部５の近傍の肉厚が確保されて、ヘッド部３の
強度低下を防止しつつ、ヘッド部３の軽量化を図ること
ができる。

【００１５】本実施形態による中ぐりバイト１によれ
ば、ヘッド部３に第一、第二、第三凹溝７、１６、１７
を形成してヘッド部３を軽量化することで、ヘッド部３
の固有振動数の増大を図り、中ぐりバイト１を含む機械
系の固有振動数と外力の固有振動数との乖離を大きくし
て、共振によるビビリを起き難くすることができる。さ
らに、ヘッド部３において、切削加工を行った場合に生
じる主分力Ｆ１及び背分力Ｆ２に沿った方向の肉厚が確
保されているので、ヘッド部３の剛性を確保している。
換言すれば、主分力Ｆ１及び背分力Ｆ２に直交する軸に
対する断面二次モーメントを保持しつつ余分な肉を削り
落とすことで、剛性低下を抑制しながらビビリを発生し
難くしている。また、ヘッド部３においてチップ取付座
１０を支える先端部及び突部５の近傍の肉厚を確保しつ
つ第二の溝１６を設けているので、ヘッド部３の一層の
軽量化を達成しつつ、剛性が確保されて、ビビリが生じ
にくくなる。そして、ヘッド部３において、第一、第
二、第三凹溝７、１６、１７を設けることで、これら凹
溝に挟まれる部分は、ヘッド部３を補強するリブとして
作用するので、ヘッド部３の剛性を向上させつつ、ヘッ
ド部３のさらなる軽量化を図ることができる。本実施の
形態の中ぐりバイト１によれば、このようにビビリの発
生を抑えられるので、加工精度の向上及びチップの欠損
防止を図ることができると同時に、工具本体２の突き出
し量を大きくとることができるようになり、より深い軸
穴の内周面を高精度に仕上げることも可能になる。

【００１６】〔第二の実施の形態〕以下、本発明の第二
の実施の形態について、図４から図５を用いて説明す
る。図４は、本実施の形態にかかる中ぐりバイトのヘッ
ド部を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面
図、図５は図４におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。本実
施の形態にかかる中ぐりバイト２１は、第一の実施の形
態に示す中ぐりバイト１において、第一、第三凹溝７、
１７の幅を小さくしてヘッド部３の外周面のうち、偏心
方向とは反対側を向く面３ｄの幅を広くして、さらにこ
の外周面３ｄに、第四凹溝２２を形成したものである。
ここで、第四凹溝２２は、ヘッド部３において、傾斜方
向とは反対側を向く面３ｃと傾斜方向を向く面３ｅとを
結ぶ線を越えない程度の深さとされており、また、ヘッ
ド部３においてシャンク部４との接続部、及びヘッド部
３の先端から離間して形成されている。

【００１７】このように構成される中ぐりバイト２１で
は、ヘッド部３において、切削加工を行った場合に生じ
る主分力Ｆ１に沿った方向の肉厚が確保されており、ま
た、ヘッド部３において偏心方向を向く面３ｂと偏心方
向とは反対側を向く面３ｄとの間に、切削加工を行った
場合に生じる背分力Ｆ２に沿った方向の肉厚も確保され
ているので、ヘッド部３の剛性が確保されている。そし
て、第四凹溝２２が形成されることによって中ぐりバイ
ト１よりもさらにヘッド部３が軽量化されているから、
より一層ビビリを生じにくくすることができる。そし
て、ヘッド部３の外周面に、第一、第二、第三、第四凹
溝７、１６、１７、２２と、周方向の位置を変えて四つ
の凹溝を形成することで、ヘッド部３においてこれら複
数の凹溝に挟まれる部分は、ヘッド部３を補強するリブ
として作用する。これによって、ヘッド部３の剛性を向
上させつつ、ヘッド部３のさらなる軽量化を図ることが
できる。

【００１８】なお、第二の実施の形態では、凹溝を四つ
設けた例を示したが、ヘッド部３において、切削加工を
行った場合に生じる主分力Ｆ１及び背分力Ｆ２に沿った
方向の肉厚を確保していれば、さらに多くの凹溝を設け
てもよい。上述の各実施の形態では、中ぐりバイト１、
２１を、スローアウェイチップ１１を用いるスローアウ
ェイ式の切削工具としたが、これに限られることなく、
本発明は、ろう付けタイプの切刃やソリッドタイプの切
刃等を有する切削工具にも適用することができる。ま
た、本発明は、上述の各実施の形態で示した中ぐりバイ
ト１、２１に限らず、他の各種のバイト等の旋削工具や
転削工具等の切削工具に適用することができる。

【００１９】

【実施例】上記の第二の実施の形態に示した中ぐりバイ
ト２１（以下、単に実施例と称する）と、従来の中ぐり
バイト４１（以下、単に従来例と称する）のそれぞれに
ついて、ヘッド部の体積（ｃｍ³）と、工具本体の固有
振動数（Ｈｚ）と、ヘッド部に荷重を加えた際に工具本
体に生じるたわみの大きさ（μｍ）とを数値解析によっ
て算出した。この結果を、以下の表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】ここで、この数値解析においてヘッド部に
加えた荷重は、通常ボーリング加工にて、切削速度Ｖｃ
＝１００（ｍ／ｍｉｎ）、送りｆ＝０．１（ｍｍ／ｒｅ
ｖ）、切り込み深さａｐ＝０．５（ｍｍ）、中ぐりバイ
トの長さＬと直径ｄの比Ｌ／ｄ＝５（８０ｍｍ）として
切削加工を行った際に生じる切削抵抗の三分力（主分
力、背分力、送り分力）を用いた。この解析の結果、実
施例では、従来例に比して、切削時における主分力方向
の工具本体のたわみが０．２％減少しており、また背分
力を受けた際の工具本体のたわみも、０．７％減少して
いた。このように、実施例では、従来例よりも工具本体
の剛性が高められていることがわかる。また、実施例で
は、従来例に比して、ヘッド部の体積が８％少なく、こ
れによって、実施例では、従来例に比して、工具本体の
主分力方向の固有振動数が５．４％増加しており、また
背分力方向の固有振動数においては、２８．３％も増加
している。

【００２２】この解析の結果から分かるように、実施例
では、従来例に比して工具本体の剛性が高められてお
り、ビビリが生じにくいとともに、ヘッド部が軽量化さ
れて、工具本体の固有振動数が高められているので、外
力すなわち切削抵抗による振動数との乖離を大きくして
ビビリによる共振を効果的に抑制することができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明にかかる切削工具によれば、ヘッ
ド部において切削加工時に主分力が加わる方向の肉厚、
及び背分力が加わる方向の肉厚を確保して、ヘッド部の
剛性を低下させずにヘッド部に凹溝を形成してヘッド部
を軽量化することができるので、工具本体の剛性を維持
してビビリを生じにくくしつつ、ヘッド部を軽量化して
工具本体の固有振動数を増大させて、外力すなわち切削
抵抗による振動数との乖離を大きくしてビビリによる共
振を効果的に抑制することができる。そして、ヘッド部
においてこれら凹溝に挟まれる部分は、ヘッド部を補強
するリブとして作用するので、ヘッド部の剛性がさらに
高められる。このようにビビリの発生が抑えられるの
で、加工精度の向上及びチップの欠損防止を図ることが
できると同時に、工具本体の突き出し量を大きくとるこ
とができるようになり、より深い軸穴の内周面を高精度
に仕上げることも可能になる。

【００２４】また、切削工具を、ヘッド部において、切
刃を外周側に突き出して設けた構成とした場合には、ヘ
ッド部の切刃の逃げ面側に隣接する外周面の、切刃より
も工具基端側にも凹溝を形成することで、ヘッド部にお
いて切刃の逃げ面側に位置する部分のうち、切削抵抗を
受ける部分の肉厚を確保しつつ凹溝を形成することがで
きるので、ヘッド部の剛性を確保しつつ、さらにヘッド
部を軽量化することができる。このような凹溝は、ヘッ
ド部の外周面において、周方向の位置を変えて四つ以上
形成することで、ヘッド部においてこれら複数の凹溝に
挟まれる部分をヘッド部を補強するリブとして作用させ
て、ヘッド部の剛性を向上させつつ、ヘッド部のさらな
る軽量化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態にかかる中ぐりバ
イトのヘッド部をチップのすくい面方向から見た平面図
である。

【図２】図１に示すヘッド部の側面図である。

【図３】図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。

【図４】本発明の第二の実施の形態にかかる中ぐりバ
イトのヘッド部を示す図であって、（ａ）は平面図、
（ｂ）は側面図である。

【図５】図４におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。

【図６】従来の中ぐりバイトのヘッド部を示す平面図
である。

【符号の説明】

１、２１中ぐりバイト２工具本体３ヘッド部７、１６、１７、２２第一、第二、第三、第四凹溝１３ａ前切刃１３ｂ横切刃

フロントページの続き (72)発明者渡辺彰一郎茨城県結城郡石下町大字古間木1511番地三菱マテリアル株式会社筑波製作所内Ｆターム(参考） 3C046 BB02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工具本体のヘッド部の先端に切刃を備え
てなる切削工具において、前記ヘッド部には、切削加工時に主分力が加わる方向、
及び背分力が加わる方向の肉厚を残して、その外周面に
複数の凹溝が形成されていることを特徴とする切削工
具。
【請求項２】前記ヘッド部において、前記切刃は外周
側に突き出して設けられており、前記ヘッド部には、前記切刃の逃げ面側に隣接する外周
面の、前記切刃よりも工具基端側にも凹溝が形成されて
いることを特徴とする請求項１記載の切削工具。
【請求項３】前記凹溝は、前記ヘッド部の外周面にお
いて、周方向の位置を変えて四つ以上形成されているこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の切削工具。