JP2005081516A - 穴加工工具 - Google Patents

Abstract

【課題】マシニングセンタ等の工作機械で工具本体に生じるビビリ振動を抑え、加工精度を向上させることのできる加工工具を提供する。
【解決手段】軸線Ｏ回りに回転される工具本体１の外周に切刃３が設けられるとともに、ガイド面５を有するパッド６が設けられた穴加工工具において、工具本体１には、軸線Ｏ回りに複数の切刃３が設けられるとともに、軸線Ｏに対して各切刃３と反対側にそれぞれパッド６が固定され、切刃３のうち、一の切刃が基準切刃とされるとともに各パッド６のガイド面５と基準切刃との回転軌跡のクリアランスが、基準切刃の位置を基準として、軸線Ｏ回りに工具回転方向と逆方向に漸次大となるように設置されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばエンジンのシリンダーヘッドにおけるバルブ穴の開口部（バルブ座）を所定の形状に加工したりするのに用いられる穴加工工具に関するものである。

このようなバルブ穴の開口部を加工する穴加工工具として、本発明の発明者等は、例えば特許文献１において、軸線回りに回転される工具本体の外周に軸線に対して傾斜した切刃を設けるとともに、工具本体の先端には上記軸線に沿って延びるリーマを設け、このリーマによってバルブ穴の内径を所定の精度に加工するとともに、該リーマと同軸に回転することとなる上記切刃によって、このバルブ穴の開口部にバルブヘッドが当接するバルブシート面を該バルブ穴と同軸に形成するようにしたものを提案している。

しかして、この特許文献１記載の穴加工工具によれば、従来は上記バルブシート面を加工するのに切刃を上記傾斜に沿ってスライドさせていたため複雑なスライド機構等を要し、これに伴い工作機械にもこのスライド機構を駆動する駆動機構が必要となって専用のものでしか加工ができなかったものを、かかるスライド機構が不要となるので汎用のマシニングセンタ等でも加工が可能となり、近年のエンジンの多バルブ化にも効率的に対応することができる。
特開２００２−５９３１３号公報（第２−１０頁）

ところで、このような穴加工工具においては、加工時に上記切刃に作用する切削抵抗のうちの背分力により工具本体が切刃とは反対側に振られてしまうこととなってビビリ振動が発生し、加工精度の劣化を招くおそれが生じる。しかるに、このような背分力による工具本体の振れを抑えるには、切刃によって加工された加工面に摺接可能な外周面を有するガイドパッドを工具本体の外周にろう付け等により設けて、このガイドパッドにより工具本体を案内しながら加工を行うようにすることが考えられる。

しかして、複数の切刃が設置された穴加工工具において、ガイドパッドの設置場所によっては、工具本体に生じるビビリ振動を抑えることができず、加工面の精度が確保できないという問題があった。

本発明は、このような背景の下になされたもので、上述のようにマシニングセンタ等の工作機械で、複数の切刃を有する穴加工工具においても工具本体に生じるビビリ振動を抑えて、加工面の精度を確保することを目的としている。

請求項１に記載された発明は、軸線回りに回転される工具本体の外周に切刃が設けられるとともに、ガイド面を有するパッドが設けられた穴加工工具において、上記工具本体には、上記軸線回りに複数の上記切刃が設けられるとともに、上記軸線に対して上記各切刃と反対側にそれぞれ上記パッドが固定され、上記切刃のうち、一の切刃が基準切刃とされるとともに上記各パッドのガイド面と上記基準切刃との回転軌跡のクリアランスが、上記基準切刃の位置を基準として、上記軸線回りに工具回転方向と逆方向に漸次大となるように設置されていることを特徴とする。

この発明に係る穴加工工具においては、パッドが工具外周上において螺旋状に固定されており、軸線方向に長尺な範囲で工具本体を支持することから、加工時においても、工具本体にビビリ振動が生じ難くく、また、パッドが工具本体に固定されガイド面が変位し難いことになっている。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の穴加工工具において、上記各パッドの上記ガイド面が上記軸線に対して上記各切刃と上記軸線とのなす角度のうち、最も小さい角度をなす基準切刃により切削される切削面に摺接するように固定されていることを特徴とする。

このような穴加工工具においては、加工の際に、軸線に対して最も切削角度の小さい切刃に大きな背分力が生じる一方で、この切刃が切削した加工面にガイド面が摺接するように形成されていることから、各ガイド面は切削面から上記の背分力を効率よく相殺する応力を受けることになる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の穴加工工具において、上記各パッドの上記ガイド面が上記軸線に対して上記各切刃と上記軸線とのなす角度のうち、二番目に小さい角度をなす基準切刃により切削される切削面に摺接するように固定されていることを特徴とする。

このような、穴加工工具においては、二番目に小さい角度をなす切刃により切削される切削面であるバルブシート面に摺接するようにガイド面が配置され、工具本体を支持することになり、バルブシート面を切削する切刃がぶれ難くなる。

本発明によれば、複数の切刃と複数のパッドを有するものにおいて、パッドの位置を基準切刃の回転軌跡に対するクリアランスが、軸線回りに漸次大きくなるようにすることによって、工具本体に生じるビビリ振動を抑え、加工精度を向上させることができる。
さらに、パッドが工具本体に固定されていることから、確実にガイド面が切削面に摺接することになり、工具本体を支持することができる。

図１から図５は、本発明の第１の実施形態を示す図である。

ここで、図１、図２に示されるように、本実施形態において工具本体１は軸線Ｏを中心とした外形略多段の円柱状をなし、その後端部は当該穴加工工具を上記マシニングセンタ等の工作機械の主軸に着脱可能に取り付けるためのＨＳＫ等の取付機構を備えた取付部とされるとともに、小径とされた先端部の外周には軸線Ｏを挟んで互いに反対側に、切刃３…（３Ａ〜３Ｃ）が形成された切刃チップ４…（４Ａ〜４Ｃ）とガイド面５…（５Ａ〜５Ｃ）が形成されたパッド６…（６Ａ〜６Ｃ）とが設けられている。

図３において、上記切刃チップ４…（４Ａ〜４Ｃ）は、超硬合金等の硬質材料により形成されたもので、略三角形の平板状をしている。また、図１に示されるように、切刃チップ４は、公知のクランプ手段によってカートリッジ９に着脱可能に取り付けられ、このカートリッジ９がクランプネジ１０によって工具本体１に取り付けられることにより、この斜めに切り欠かれた１の角部を工具先端外周側に向けて、工具本体１に取り付けられている。そして、上記切刃３は、この切刃チップ４の角部に形成されており、従ってその上記軸線Ｏ回りの回転軌跡が該軸線Ｏに対して工具後端側に向かうに従い外周側に向かうように傾斜して配設されることとなる。
一方、上記パッド６も、本実施形態では超硬合金等の硬質材料により形成されて断面方形の概略軸状をなしており、工具本体１先端部外周に形成された軸線Ｏに平行に延びる断面「コ」字状の取付溝にその長手方向を沿わせるように嵌挿されて着座させられている。
そして、このパッド６…（６Ａ〜６Ｃ）は、工具本体１に固定され、ガイド面６…（６Ａ〜６Ｃ）の位置が固定されている。

図３は、定位置で工具本体１が一回転する際における、切刃３Ａ〜３Ｃの軌跡を示した図である。
ここで、図３に示されるように、工具本体１の先端部に、軸線Ｏに対して異なる傾斜角（切削角度）α〜γを有する複数（本実施形態では３つ）の切刃３…（３Ａ〜３Ｃ）が周方向に形成され、かつ軸線Ｏ方向には僅かに位置をずらされて、互いの回転軌跡が折れ線状をなして連続するように、切刃チップ４Ａ〜４Ｃに形成され配設されている。

この第１の実施形態では、軸線Ｏを中心として各切刃チップ４…(４Ａ〜４Ｃ)の反対側にそれぞれパッド６…（６Ａ〜６Ｃ）が複数工具外周に固定されている。また、この第３の実施形態では、切刃３…（３Ａ〜３Ｃ）のうち切刃３Ａを基準切刃としている。

ここで、図２に示されるように、パッド６Ｃ，６Ａ，６Ｂのガイド面５Ｃ，５Ａ，５Ｂと基準切刃３Ａとが、軸線Ｏ回りに工具回転方向Ｔと逆方向になす角θＣ、θＢ，θＡが漸次大きくなる（例えば、６０°、１８０°、３００°）ように配置されている。
また、図４において、ｌは定位置で工具本体１が一回転したときの切刃３Ａの軌跡の長さであり、Ωはリード角を示すものである。また、Ｌは工具本体１が１回転したときの切刃３Ｂの送り量を示すものである。つまり、図４は、工具本体１の外周上において、基準切刃３Ｂを基準としてガイド面５Ａ〜５Ｃの位置を、周方向の長さｌＡ、ｌＢ、ｌＣと、基準切刃３Ｂとガイド面５Ａ〜５Ｃとの軸線Ｏ方向の距離（ガイド面と基準切刃との回転軌跡のクリアランス）ＸＡ、ＸＢ、ＸＣを用いて表したものである。
したがって、パッド６Ａのガイド面５Ａは、工具本体１の外周上において、切刃３Ａから工具回転方向Ｔの逆方向に長さｌＡの位置であって、切刃３Ａから工具本体１の軸線Ｏ方向後端側に長さＸＡの位置に設置されている。
ここで、パッド６Ｂのガイド面５Ｂは、工具本体１の外周上において、切刃３Ａから工具回転方向Ｔの逆方向の長さｌＢの位置であって、切刃３Ａから工具本体１の軸線Ｏ方向後端側に長さＸＢの位置に設置されている。
さらに、パッド６Ｃのガイド面５Ｃは、工具本体１の外周上において、切刃３Ａから工具回転方向Ｔの逆方向に長さｌＣの位置であって、切刃３Ａから工具本体１の軸線Ｏ方向後端側に長さＸＣの位置に設置されている。
ここで、ＸＡ〜ＸＣはパッド６Ａ〜６Ｃと基準切刃である切刃３Ａとの回転軌跡のクリアランスを示すものである。
また、工具回転方向Ｔの逆方向に長さｌＡ〜ｌＣと、工具本体１の軸線Ｏ方向後端側に長さＸＡ〜ＸＣとは、互いに比例関係にある。
つまり、工具本体１の外周上において、工具本体１の先端側から螺旋状にパッド６Ａ、パッド６Ｂ、パッド６Ｃが設置され、バルブシート面Ｓ（軸線Ｏに対して二番目に切削角度の小さい切削面）に摺接するように各パッド６Ａ〜６Ｃが固定されている。

図５は、バブル穴部を加工する際の切刃３Ａと各パッド６Ａ〜６Ｃとの軌跡を示したものであり、ガイド面５Ａと逃げ面Ｒ１とのクリアランスＸＡと、ガイド面５Ｂとバルブシート面ＳとのクリアランスＸＢと、ガイド面５Ｃと逃げ面Ｒ２とのクリアランスＸＣとは、ＸＣ，ＸＡ、ＸＢの順で漸次長くなるように形成されている。
また、パッド６Ａのガイド面５Ａは軸線Ｏに対する傾斜角がαとされ、パッド６Ｂのガイド面５Ｂは軸線Ｏに対する傾斜角がαとされ、また、パッド６Ｃのガイド面５Ｃの軸線Ｏに対する傾斜角がαとされるように固定されている。
つまり、各ガイド面５Ａ〜５Ｃと軸線Ｏとのなす角度と、切刃３Ａと軸線Ｏとのなす角度とは共にαとなるように、ガイド面５Ａ〜５Ｃが固定されている。
即ち、パッド６Ａ〜６Ｃのガイド面５Ａ〜５Ｃはいずれも、切刃３Ａが切削するバルブガイド面Ｓに摺接するように形成されている。

上記のように構成された工具本体１を用いて、バルブ穴の開口部に多段状の円錐面を形成する。
バルブ穴の加工時において、切刃３Ａ〜３Ｃにそれぞれ背分力が生じたとしても、ガイド面５Ａ〜５Ｃが工具本体１を支えることになり、切刃３Ａ〜３Ｃに生じる背分力を相殺することができ、工具本体１にビビリ振動が生じることを防止することができる。
特に、加工時においては、切刃３Ａに大きな背分力が生じることになるが、本実施形態においては、各パッド６Ａ〜６Ｃのガイド面５Ａ〜５Ｃが、切刃３Ａが切削する逃げ面Ｒ１に摺接するように形成されている。このため、各ガイド面５Ａ〜５Ｃには、切刃３Ａに生じる背分力を相殺する応力が生じ易く、工具本体１にビビリ振動が生じ難いことになる。
さらに、本実施形態においては、パッド６Ａ〜６Ｃは、工具本体１に固定されていることから、加工時においてもパッド６Ａ〜６Ｃの位置が変動することがなく、ガイド面５Ａ〜５Ｃの位置、軸線Ｏに対する角度が変位することがないため、工具本体１にビビリ振動の発生を防止することができる。
また、本実施形態においては、工具本体１の軸線Ｏ方向にパッド６Ａ〜６Ｃが複数形成されていることから、工具本体１の全体を確実に安定させることができる。
なお、本実施形態においては、各パッド６Ａ〜６Ｃの各ガイド面５Ａ〜５Ｃは、工具本体１の外周において、リード角Ωにより設定される線上より僅かにＹＡ〜ＹＣずらされて固定されているが、この場合に限られない。つまり、各ガイド面５Ａ〜５Ｃの位置は、この直線近傍においてワーク材質、切削の送り量などの切削条件に応じて適宜決定してよい。

なお、本実施形態においては、パッド６Ａ〜６Ｃは螺子等により工具本体１に固定されている。また、パッド６Ａ〜６Ｃを工具本体１に固定する手段としては、螺子によらずとも、パッド６Ａ〜６Ｃに固定できればいずれの手段であってもよい。

ここで、図６は、本発明の第２の実施形態を示すものであり、この図において、図１乃至図５に示された構成要素と共通する構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
ここで、図６は、定位置において、工具本体１を一回転されたときの切刃３Ｂと、パッド６Ａ〜６Ｃの軌跡を示した図である。
本実施形態においては、図６に示すように、ガイド面５Ａ〜５Ｃは、切刃３Ｂが加工するバルブシート面Ｓに略接するように形成されている。
また、各ガイド面５Ａ〜５Ｃと切刃３Ｂが切削するバルブシート面ＳのクリアランスＸＡ，ＸＢ，ＸＣとが一致するように固定されている。
さらに、各ガイド面５Ａ〜５Ｃと軸線Ｏとのなす角度が、切刃３Ａと軸線Ｏとの成す角度αと一致させられて固定されている。
即ち、本実施形態においては、各パッド６Ａ〜６Ｃがそのガイド面５Ａ〜５Ｃが逃げ面Ｒ１に（軸線Ｏに対して最も切削角度の小さい切削面）摺接するように固定されている。
なお、本実施形態においても、切刃３Ａ〜３Ｃは、図３に示されるように形成されている。

上記のように構成された工具本体１を用いて、バルブ穴の開口部に多段状の円錐面を形成すと、上述した第１の実施形態と同様に、複数のパッド６Ａ〜６Ｃによって工具本体１が支持されていることから、工具本体１にビビリ振動が生じることを防止することができる。

本発明によれば、複数の切刃と複数のパッドを有するものにおいて、パッドの位置を基準切刃の回転軌跡に対するクリアランスが、軸線回りに漸次大きくなるようにすることによって、工具本体に生じるビビリ振動を抑え、加工精度を向上させることができる。
さらに、パッドが工具本体に固定されていることから、確実にガイド面が切削面に摺接することになり、工具本体を支持することができることから、産業の利用可能性が高く認められる。

本発明の第１の実施形態を示す側面図である。 図１に示す実施形態を軸線Ｏ方向先端側から見た正面図である。 図１に示す実施形態の複数の切刃チップ４Ａ〜４Ｃの回転軌跡を示す図である。 図１の第１の実施形態に係る穴加工工具おいて、基準切刃とパッドの配置を示す図である。 図１に示す第１の実施の形態のパッド６Ａ〜６Ｃのガイド面５Ａ〜５Ｃの回転軌跡である。 第２の実施形態における、パッドと切刃の軌跡を示す図である。

符号の説明

１ 工具本体
３（３Ａ〜３Ｃ） 切刃
４（４Ａ〜４Ｃ） 切刃チップ
５（５Ａ〜５Ｃ） ガイド面
６（６Ａ〜６Ｃ） パッド
Ｏ 工具本体１の軸線
α，β，γ 切刃３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃの軸線Ｏに対する傾斜角

Claims (3)

1. 軸線回りに回転される工具本体の外周に切刃が設けられるとともに、ガイド面を有するパッドが設けられた穴加工工具において、
   上記工具本体には、上記軸線回りに複数の上記切刃が設けられるとともに、上記軸線に対して上記各切刃と反対側にそれぞれ上記パッドが固定され、上記切刃のうち、一の切刃が基準切刃とされるとともに上記各パッドのガイド面と上記基準切刃との回転軌跡のクリアランスが、上記基準切刃の位置を基準として、上記軸線回りに工具回転方向と逆方向に漸次大となるように設置されていることを特徴とする穴加工工具。
2. 請求項１に記載の穴加工工具において、
   上記各パッドの上記ガイド面が上記軸線に対して上記各切刃と上記軸線とのなす角度のうち、最も小さい角度をなす基準切刃により切削される切削面に摺接するように固定されていることを特徴とする穴加工工具。
3. 請求項１に記載の穴加工工具において、
   上記各パッドの上記ガイド面が上記軸線に対して上記各切刃と上記軸線とのなす角度のうち、二番目に小さい角度をなす基準切刃により切削される切削面に摺接するように固定されていることを特徴とする穴加工工具。
   
   
   

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