JP2004358613A - ボーリングカッタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】工具本体10を構成する材料よりも高い比重を有する材料で構成された重り部材26がケーシング21の内部空間25に収容されるとともに、この重り部材26の外周面26Cと内部空間25の内周面25Cとの間に介在させられた弾性部材としてのOリング28…によって、重り部材26が内部空間25内で工具本体10の径方向に移動可能に支持されてなるダンパー20を設ける。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば内燃機関のシリンダーブロックの筒穴の荒加工など、被削材に形成された下穴の穴加工に用いられるボーリングカッタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、スローアウェイ式のボーリングカッタとして、例えば特許文献1に開示されているように、軸線回りに回転される工具本体の先端部外周に形成された複数のチップ取付座のそれぞれに、切刃を有するスローアウェイチップ(以下、チップと称する)が、その切刃を工具本体の外周側及び先端側に突出させるようにして着脱可能に装着されたものが知られている。
このようなボーリングカッタは、その工具本体が、軸線回りに回転されつつ軸線方向の先端側へ向かって送られることにより、例えばシリンダーブロックの筒穴などの被削材に予め形成された下穴を、切刃で荒切削して所定の内径に広げる穴加工を施すようになっている。
【0003】
【特許文献1】
特開平10−146712号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したようなボーリングカッタによる下穴の穴加工では、その穴加工中に工具本体に生じるビビリ振動によって、仕上げ面精度を低下させてしまうことが問題となるのであるが、とくに、シリンダーブロックの筒穴の荒加工のように、切刃による切削取り代が多くなる重切削である場合、この荒加工中に生じるビビリ振動が非常に激しくなり、仕上げ面精度を著しく低下させてしまうのであった。
なお、工具本体に設けられた複数の切刃を周方向で不等間隔に配置することにより、切刃にかかる切削力の周期を一定にしないようにして、ビビリ振動の抑制効果を得るようにしたボーリングカッタもあるが、上述した荒加工のような重切削の場合には、そのビビリ振動の抑制効果はほとんど得られない。
【0005】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、たとえ切刃による切削取り代が多くなる重切削であっても、その穴加工中に工具本体に生じるビビリ振動を効果的に抑制することができるボーリングカッタを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、軸線回りに回転される工具本体の先端部外周に切刃が設けられたボーリングカッタにおいて、前記工具本体を構成する材料よりも高い比重を有する材料で構成された重り部材が前記軸線を中心とした内部空間に収容されるとともに、この重り部材の外周面と前記内部空間の内周面との間に介在させられた弾性部材によって、前記重り部材が前記内部空間内で前記工具本体の径方向に移動可能に支持されてなるダンパーが設けられていることを特徴とするものである。
このような本発明によれば、穴加工中に工具本体にビビリ振動が発生すると、ダンパーの内部空間内において弾性部材で径方向に移動可能に支持された重り部材が、工具本体の振動に対して略逆位相の振動を行うことになる。この重り部材の振動は、これを支持している弾性部材に伝わって減衰され、最終的には、重り部材の振動エネルギーが漸次熱エネルギーに変換されて散逸することで、穴加工中に生じたビビリ振動が効果的に抑制される。
【0007】
ここで、前記重り部材が前記内部空間の中央に位置させられた状態で、前記重り部材の外周面とこれに対向する前記内部空間の内周面との間に設けられる前記径方向での隙間が、0.01mm〜3.00mmの範囲に設定され、また、前記重り部材の端面とこれに対向する前記内部空間の端面との間に設けられる前記軸線方向での隙間が、0.01mm〜5.00mmの範囲に設定されていることが好ましい。
このような構成とすると、上記のような適切な範囲に設定された径方向及び軸線方向での隙間の存在により、ビビリ振動に対する重り部材の振動を、確実かつスムーズに生じさせることができるとともに、必要以上の隙間を形成することなく安定した重り部材の振動を促すことができる。
また、前記ダンパーが、前記切刃よりも前記軸線方向の先端側に位置するように設けられていると、より振幅の大きな振動が生じる部分にダンパーが設けられることになるのに加え、このダンパーについての径方向での大きさが工具本体の形状によって制限されにくくなるので、ビビリ振動の抑制効果をさらに高めることができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付した図1〜図2により説明する。
本実施形態によるボーリングカッタの工具本体10は、例えば鋼などの鋼材によって、軸線O回りに回転される軸線Oを中心とした略多段円柱状をなすように構成されたものであり、その先端部外周が切り欠かれることによって、工具本体10の先端面10A及び外周面10Bに開口するチップポケット11が、周方向で不等間隔に配置されるように複数形成されている。
【0009】
各チップポケット11…のそれぞれにおいて、その工具回転方向T前方側を向く壁面11Aには、この壁面11Aから工具回転方向T後方側へ向かって一段凹むようにして、工具本体10の先端面10A及び外周面10Bに開口するチップ取付座12が形成されており、これらチップ取付座12…のそれぞれには、切刃13Aを有するチップ13が取り付けられている。
【0010】
チップ13は、例えば超硬合金などの硬質材料によって、略四角形平板状をなすように構成されたものであり、その上面をすくい面として工具回転方向T前方側へ向けるように、チップ取付座12にネジ止めされている。
このチップ13がチップ取付座12に装着された状態では、チップ13の上面と側面との交差稜線部に形成された切刃13Aが、工具本体10の先端面10Aから先端側へ、かつ、工具本体10の外周面10Bから外周側へ突出させられている。
【0011】
このようにして工具本体10の先端部外周に設けられた複数の切刃13A…は、周方向で不等間隔に配置されている、つまり、工具本体10を軸線O方向の先端側から見たときに、軸線Oと周方向で隣接する一対の切刃13A,13Aのそれぞれとを結ぶ直線同士がなす狭角について、そのすべてが等しくなることはなく、不等となっているのである。
そのため、本実施形態によるボーリングカッタは、複数の切刃13A…が周方向で不等分割角をもって配置された、いわゆる不等分割カッタとされている。
【0012】
また、工具本体10には、切削油剤を供給するために用いられる孔部14が軸線Oに沿って貫通するように形成されているとともに、この孔部14と各チップポケット11…の壁面とに連通して開口する複数の吐出孔15…が形成されていて、穴加工中には、孔部14に供給された切削油剤が、吐出孔15…を通ってチップ13の切刃13A付近に向けて吐出されることになる。
【0013】
そして、本実施形態のボーリングカッタには、ケーシング21の内部空間25に重り部材26が弾性部材で支持されて収容されることによって構成されたダンパー20が、工具本体10に設けられた切刃13Aよりも軸線O方向の先端側に位置させられるように、工具本体10における軸線O方向の先端側を向く先端面10Aに取り付けられて設けられている。
【0014】
ケーシング21は、工具本体10と同じく、例えば鋼などの鋼材によって、工具本体10の軸線Oを中心とした外形略円柱状をなすように構成されているとともに、その内部に、軸線Oを中心とした略円柱孔状をなす内部空間25が形成されたものであり、このケーシング21の外径は、切刃13Aの外径(切刃13Aの軸線O回りの回転軌跡がなす外径)よりも小さくなるように設定されている。
【0015】
このようなケーシング21は、その軸線O方向の後端側を向く後端面21Bを、工具本体10における軸線O方向の先端側を向く先端面10Aに対して密着させ、かつ、後端面21Bから軸線Oに沿って軸線O方向の後端側へ突出するように形成された凸部22を、工具本体10の先端面10Aに開口している上記の孔部14に対して挿入させた状態で、複数のボルト16…によってボルト止めされることによって、工具本体10の先端面10Aに対して固定されて取り付けられている。
【0016】
なお、ケーシング21は、このケーシング21における軸線O方向の先端側を向く先端面21Aと内部空間25における軸線O方向の後端側を向く先端面25Aとを含む部分であるケーシングキャップ23が、ケーシング21における外周面21C及び軸線O方向の後端側を向く後端面21Bと内部空間25における内周面25C及び軸線O方向の先端側を向く後端面25Bとを含む部分であるケーシング本体24に対してボルト止めされることによって構成されており、これらケーシングキャップ23とケーシング本体24とによって閉塞された空間が、上記の略円柱孔状をなす内部空間25となっている。
【0017】
また、ケーシング21の内部空間25には、この内部空間25の中央に位置させられた状態で軸線Oを中心とした略円筒状をなすような重り部材26が収容されているのであるが、この重り部材26は、工具本体10やケーシング21を構成する鋼材よりも高い比重を有する例えばヘビーメタルやアンビロイなどの超重合金によって構成されている。
【0018】
ここで、重り部材26が内部空間25に収容された状態では、重り部材26における外周面26Cが、内部空間25における内周面25Cに対向配置させられ、重り部材26における軸線O方向の先端側を向く先端面26Aが、内部空間25における軸線O方向の後端側を向く先端面25Aに対向配置させられ、さらに、重り部材26における軸線O方向の後端側を向く後端面26Bが、内部空間25における軸線O方向の先端側を向く後端面25Bに対向配置させられるようになっている。
【0019】
重り部材26の外周面26Cには、この外周面26Cを軸線O回りに周回する凹溝27が、例えば軸線O方向で略等間隔を介して複数形成されているとともに、これら凹溝27…のそれぞれに対して、弾性部材としてのOリング28が外周面26Cから外周側へ突出するようにそれぞれ嵌め込まれている。
複数のOリング28…は、重り部材26の外周面26C(凹溝27…)と内部空間25の内周面25Cとの間に介在させられることにより、これら外周面26C(凹溝27…)と内部空間25の内周面25Cの間で圧縮状態とされている。
【0020】
また、重り部材26が内部空間25の中央に位置させられた状態、つまり、重り部材26が、内部空間25内において、工具本体10の径方向での位置及び軸線O方向での位置が中央となるように位置させられた状態では、重り部材26の外周面26Cとこれに対向する内部空間25の内周面25Cとの間に設けられる径方向での隙間aが、0.01mm〜3.00mmの範囲に設定され、かつ、重り部材26の先端面26A(後端面26B)とこれに対向する内部空間25の先端面25A(後端面25B)との間に設けられる軸線O方向での隙間bが、0.01mm〜5.00mmの範囲に設定されている。
【0021】
このような隙間a,bが設けられていることで、重り部材26は、内部空間25内において、重り部材26の外周面26Cと内部空間25の内周面25Cとの間に介在させられた弾性部材としてのOリング28…によって、工具本体10の径方向に移動可能に支持されることとなる。
なお、内部空間25の後端面25B付近には、ケーシング21を工具本体10の先端面10Aに対してボルト止めするときに用いられるボルト16…の頭部が位置しているため、重り部材26とボルト16…の頭部とが互いに干渉してしまうことがないように、重り部材26の後端面26Bの外周側部分には、軸線O方向の先端側へ一段凹んだ凹部26Dが形成されている。
【0022】
本実施形態によるボーリングカッタは、その工具本体10が、軸線O回りに回転されつつ軸線O方向の先端側へ向かって送られることにより、例えばシリンダーブロックの筒穴などの被削材に予め形成された下穴を、切刃13A…で荒切削して所定の内径に広げる穴加工を施すようになっている。
この穴加工中に、工具本体10にビビリ振動が発生すると、ケーシング21の内部空間25内においてOリング28…で径方向に移動可能に支持された重り部材26が共振し、この重り部材26が工具本体10の振動とは略逆位相の振動を開始する。
【0023】
そうすると、超重合金から構成される重り部材26の振動は、この重り部材26を支持しているOリング28…に伝わって減衰させられ、最終的には、このビビリ振動のエネルギーを漸次熱エネルギーに変換して散逸することで、工具本体11のビビリ振動が効果的に抑制されることになる。
したがって、本実施形態によるボーリングカッタでは、上述したようなダンパー20を設けたことにより、たとえ、シリンダーブロックの筒穴の荒加工のような、切刃による切削取り代が多くなる重切削である場合であっても、その穴加工中に生じるビビリ振動を効果的に抑制することができ、仕上げ面精度を良好に保つことが可能となる。このビビリ振動の抑制効果は、本実施形態によるボーリングカッタが上述したような不等分割カッタとされていることによっても高められる。
【0024】
ここで、本実施形態では、重り部材26が内部空間25の中央に位置させられた状態で、重り部材26の外周面26Cと内部空間25の内周面25Cとの間に設けられる径方向での隙間aを、0.01mm〜3.00mmの範囲(好ましくは、0.05mm〜0.30mmの範囲)に設定していることから、工具本体10のビビリ振動に対応した重り部材26の径方向での振動を確実に生じさせることができているとともに、必要以上の隙間aを形成することなく、安定した重り部材26の振動を促すことができている。
【0025】
また、本実施形態では、重り部材26が内部空間25の中央に位置させられた状態で、重り部材26の先端面26A(後端面26B)と内部空間25の先端面25A(後端面25B)との間に設けられる軸線O方向での隙間bを、0.01mm〜5.00mmの範囲(好ましくは、0.10mm〜0.50mmの範囲)に設定していることから、工具本体10のビビリ振動に対応した重り部材26の径方向での振動をスムーズに生じさせることができているとともに、上記の隙間aの場合と同様に、必要以上の隙間bを形成することなく、安定した重り部材26の振動を促すことができている。
【0026】
さらに、本実施形態では、ダンパー20が切刃13Aよりも軸線O方向の先端側に位置するように設けられているので、より振幅の大きな振動が生じやすい部分に、このダンパー20が設けられることになるのに加えて、ダンパー20についての径方向での大きさが工具本体10の形状によっては制限されにくくなり、ダンパー20の内部に支持される重り部材26の径方向での大きさを十分に確保して、上述したビビリ振動の抑制効果をさらに高めることができる。
なお、ダンパー20は、必ずしも、切刃13Aよりも軸線O方向の先端側に位置するように設けられている必要はなく、例えば、工具本体10の内部に形成した内部空間25を利用してダンパー20を構成しても構わない。
【0027】
【発明の効果】
本発明によれば、穴加工中に工具本体にビビリ振動が発生した場合、ダンパーの重り部材が工具本体の振動に対して略逆位相の振動を行って、この重り部材の振動がこれを支持する弾性部材に伝わって減衰されるので、最終的には、重り部材の振動エネルギーが漸次熱エネルギーに変換されて散逸し、穴加工中に生じたビビリ振動が効果的に抑制される。
したがって、上述したようなダンパーを設けたことにより、切刃による切削取り代が多くなる重切削である場合であっても、その穴加工中に生じるビビリ振動を効果的に抑制することができ、仕上げ面精度を良好に保つことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態によるボーリングカッタの一部破断側面図である。
【図2】本発明の実施形態によるボーリングカッタの先端面図である。
【符号の説明】
10 工具本体
13 チップ
13A 切刃
20 ダンパー
21 ケーシング
25 内部空間
25A 先端面
25B 後端面
25C 内周面
26 重り部材
26A 先端面
26B 後端面
26C 外周面
27 凹溝
28 Oリング
O 軸線
T 工具回転方向
Claims (4)
- 軸線回りに回転される工具本体の先端部外周に切刃が設けられたボーリングカッタにおいて、
前記工具本体を構成する材料よりも高い比重を有する材料で構成された重り部材が前記軸線を中心とした内部空間に収容されるとともに、この重り部材の外周面と前記内部空間の内周面との間に介在させられた弾性部材によって、前記重り部材が前記内部空間内で前記工具本体の径方向に移動可能に支持されてなるダンパーが設けられていることを特徴とするボーリングカッタ。 - 請求項1に記載のボーリングカッタにおいて、
前記重り部材が前記内部空間の中央に位置させられた状態で、前記重り部材の外周面とこれに対向する前記内部空間の内周面との間に設けられる前記径方向での隙間が、0.01mm〜3.00mmの範囲に設定されていることを特徴とするボーリングカッタ。 - 請求項1または請求項2に記載のボーリングカッタにおいて、
前記重り部材が前記内部空間の中央に位置させられた状態で、前記重り部材の端面とこれに対向する前記内部空間の端面との間に設けられる前記軸線方向での隙間が、0.01mm〜5.00mmの範囲に設定されていることを特徴とするボーリングカッタ。 - 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のボーリングカッタにおいて、
前記ダンパーが、前記切刃よりも前記軸線方向の先端側に位置するように設けられていることを特徴とするボーリングカッタ。
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US20150283628A1 (en) * | 2014-04-07 | 2015-10-08 | Kennametal Inc. | Rotary cutting tool with increased stiffness and method of assembling same |
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