JP2005279819A - 内径加工用ボーリングバー - Google Patents

Abstract

【課題】 内径加工用ボーリングバーにおいて、切削中のビビリ振動を抑制し、仕上げ面精度および切刃寿命の向上を実現する。
【解決手段】 先端部に被削材を加工するための切刃２を備えた略円筒状の工具本体１と、該工具本体１の内径よりも直径が小さく且つ該工具本体１より比重の大きな素材からなる棒部材３とを、前記工具本体１の円筒内における前記工具本体１先端側で固定するとともに他端側は自由端とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内径加工に用いられるボーリングバーに関するものである。

被削材に形成された穴部の内壁面を切削加工するための内径加工用バイトであるボーリングバーは、工具本体の先端側に切刃部を備えるとともに他端側をマシンに固定して片持ちの状態で使用する。ここで加工穴深さが深いほど、前記ボーリングバーのマシンへの固定部から先端切刃までの長さ、いわゆる突き出し量が大きくなり、当該部分にたわみが生じやすくなる。そして切削中にはこのたわみがビビリ振動となって切削面の仕上げ精度を低下させたり、ボーリングバー先端に備えられた切刃の寿命を低下させたりする原因となる。ビビリ振動を抑制する手段としては、図７に示すように、ボーリングバー本体２１のシャンク部２２を超硬合金製として、曲げ剛性を高めることが一般的であり広く実用化されている。しかしながら超硬合金は高価であり、コストメリットに劣るため、その代替技術が求められている。

そこで特許文献１には、高価な超硬合金材料をボーリングバーの外周に帯状のガイドパットと補強材のみとしてこれを一体化することにより、ビビリ振動の防止と工具本体（バー部）の剛性向上を図る方法が開示されている。一方、曲げ剛性を高めるのでなくビビリ振動のエネルギーを吸収し減衰させるダンパー構造を内蔵したボーリングバーや、比重の小さい繊維強化樹脂を使用して固有振動数を高めビビリ振動を抑制する方法も一部実用化されている。
特開２００１−２５９０８号公報

しかしながら特許文献１の構成では、防振効果を高めるためには複数の超硬合金をロウ付けによって貼り付ける必要があり、本体及び超硬合金部分の加工にコストがかかる上に、鋼製である工具本体の弾性変形や熱膨張などにガイドパットや補強材のロウ付けの強度が耐えられず剥がれてしまいやすいという問題があった。

また、比重の小さい繊維強化樹脂を使用して固有振動数を高めビビリ振動を抑制する方法については、繊維強化樹脂は加工が困難であるためチップ取り付け部を鋼製等の別の部材にて形成する必要があることから、鋼と繊維強化樹脂の接合部分は過負荷により破断する可能性がある。また、繊維強化樹脂は曲げ剛性が低いため鋼の芯材などを別途挿入した複合材料構造とする必要があり、接着などの工程が必要であるためコストダウンが難しい。また、繊維強化樹脂製のシャンクは、切りくずによる摩滅や切りくずの熱によって熔解するなどの可能性もある。

一方、ビビリ振動のエネルギーを吸収し減衰させるダンパー構造を内蔵したボーリングバーは、先端部に内蔵されたダンパーピースがボーリングバー本体に衝突することで振動エネルギーを衝突エネルギーに変えて振動の抑制を図っているが、内蔵されているダンパーピースの質量が大きく、ボーリングバー本体とダンパーピースのクリアランスが大きい方が振動抑制に効果があるため、シャンク径が比較的小径のボーリングバーではそのクリアランスが十分に確保されないために、切削中に発生するビビリ振動を減衰させる効果が小さい。

本発明は、これら従来技術の課題に鑑み、切削中のビビリ振動を抑制し、低減する仕上げ面精度および切刃寿命の向上を低コストで可能にする内径加工用ボーリングバーを提供することを目的としている。

前記課題を解決するために本発明の内径加工用ボーリングバーは、先端部に被削材を加工するための切刃を備えた略円筒状の工具本体と、該工具本体の内径よりも直径が小さく且つ該工具本体より比重の大きな素材からなる棒部材とを、前記工具本体の円筒内における前記工具本体先端側で固定するとともに他端側は自由端とすることを特徴としている。

かかる構成によれば、切削加工時に前記工具本体の先端に備えられた切刃に切削抵抗によりビビリ振動が発生した場合、前記工具本体よりも比重の大きな素材からなる棒部材の固定されていない後端部が、前記工具本体の先端部と逆位相で振動することで先端の振動を減衰させ、結果として良好な切削面を得ることができるとともに、切刃の異常摩耗をも抑制して切刃寿命を延長することができる。

また、前記工具本体の内壁面の一部と前記棒部材の周面の一部とが支持部材を介して接合している構成とすることにより、前記工具本体よりも比重の大きな素材からなる棒部材の周面の一部が前記工具本体の内壁面の一部と接している位置を変えることで、ビビリ振動が発生している先端部分での固有振動数が変わり、ビビリ振動の倍数とならない固有振動とすることで共振を防ぎ、制振効果を得ることができる。

さらに、前記工具本体と前記棒部材との間の中空部分に油性の液体を封入した構成により、前記棒部材の振動エネルギーを前記工具本体と前記棒部材との間の中空部分に封入された液体の運動エネルギーに変えることできるので、結果として先端部分のビビリ振動の減衰をさらに促進させることができる。

先端部に被削材を加工するための切刃を備えた略円筒状の工具本体と、該工具本体の内径よりも直径が小さく且つ該工具本体より比重の大きな素材からなる棒部材とを、前記工具本体の円筒内における前記工具本体先端側で固定するとともに他端側は自由端とする構成により、切削加工時に前記工具本体の先端に備えられた切刃に切削抵抗により発生するビビリ振動を、前記工具本体よりも比重の大きな素材からなる棒部材の固定されていない後端部が、前記工具本体の先端部と逆位相で振動することで先端の振動を減衰させ、結果として良好な切削面を得ることができるとともに、切刃の異常摩耗をも抑制して切刃寿命を延長することができる。

以下、本発明の実施形態を図を用いて説明する。

図１は本発明の第１の実施形態としての内径加工用ボーリングバーについて、（ａ）は一部破断側面図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図２は図１の内径加工用ボーリングバーの使用状態を示しており、（ａ）は一部破断側面図、（ｂ）は切削時の工具本体がたわんだ状態を示した模式図をそれぞれ示している。

まず図１において、本実施形態の内径加工用ボーリングバーは、先端部に被削材を加工するための切刃２を備えた略円筒状の工具本体１と、該工具本体１の内径よりも直径が小さく且つ該工具本体１より比重の大きな素材からなる棒部材３とを、前記工具本体１の円筒内における前記工具本体１先端側で固定するとともに他端側は自由端とする構成されている。

かかる構成とすることにより、切削加工時に前記工具本体１の先端に備えられた切刃２に切削抵抗によりビビリ振動が発生した場合、図２に示すように前記工具本体１よりも比重の大きな素材からなる棒部材３の固定されていない後端部が、前記工具本体１の先端部と逆位相で振動する、すなわち図２（ｂ）に示すように切削時に切削抵抗により工具本体１がたわみ先端部αが下がった状態で、前記工具本体１よりも比重の大きな素材からなる棒部材３にはたわみが生じず、その後端γは図２（ｂ）のように跳ね上がった位置になり先端部αとは逆位相で振動することで先端の振動を減衰させ、結果として良好な切削面を得ることができるとともに、切刃２の異常摩耗をも抑制して切刃寿命を延長することができる。

ちなみに前記工具本体１は先端の切刃装着部および内径の中空部の加工容易性から鋼製とすることが望ましく、それに対して前記棒部材３は超硬製とすることが好適である。該超硬製の棒部材３の場合、構造が単純であるため製作が容易であり、その量はシャンク全てを超硬で製作するより少なくてすむため安価に製作できる。さらに前記工具本体１の外壁部全体を鋼製とすることでシャンク部と先端部（首部）に継ぎ目がないため過負荷により継ぎ目から破断するような不具合も生じない。

また、ホルダー先端のみに制振構造を内蔵するのではなくシャンク長さほぼ全体に内蔵した超硬等比重の大きな金属で行なうため小径のボーリングバーでも制振効果が得られる。

さらに、図３は、本発明の第２の実施形態の内径加工用ボーリングバーについての一部破断側面図を示している。この図３に示すように、前記工具本体１の内壁面の一部と前記棒部材３の周面の一部とが支持部材６ａを介して固定されている構成とすることにより、図４に示すように前記工具本体１よりも比重の大きな素材からなる棒部材３の周面の一部が前記工具本体１の内壁面の一部と接している位置を調整することで、ビビリ振動が発生している先端部分での固有振動数が変わり、ビビリ振動の倍数とならない固有振動とすることで共振を防ぎ、制振効果を得ることができる。すなわち図４（ｂ）に示すように棒状部３が支持部δを中心に振動するため、後端部γの変位稜は前述した支持部を具備しない先端部のみの固定の場合（図２（ｂ）参照）より小さくなる。つまり支持部δの位置を変えて振幅を変化させることで共振を防ぎビビリ振動を抑制できるように調整することができる。

なお、前記工具本体１と前記棒部材３との間の中空部分４に液体を封入することにより、前記棒部材３の振動エネルギーを前記工具本体１と前記棒部材３との間の中空部分４に封入された液体の運動エネルギーに変えることできるので、結果として先端部分のビビリ振動の減衰をさらに促進させることができる。ちなみに液体としては、部材が錆びない油性であることが望ましく、中でも粘性の高いものほど機外への染み出し等の不具合がない点で好ましく、例えばグリース等が好適に使用可能である。

また、図５には、本発明の第３の実施形態の内径加工用ボーリングバーについての一部破断側面図を示している。図３および図４で示した支持部材６により制振効果を得る構成について、支持部材６ｂを工具本体１の側面から該工具本体１の内径側へ貫通したネジ穴に螺合させ、前記支持部材６ｂの先端部を棒部材３に当接させることで、当該部分が支持部となって前記棒部材３の振動を抑制することができる。なお、支持部材６ｂは前記工具本体１に一定間隔で複数箇所備えられており、加工（振動）状況に応じて支持する箇所を調整可能とすることができる。

また図６には、本発明の第４の実施形態の内径加工用ボーリングバーについての一部破断斜視図（ａ）、および一部破断側面図（ｂ）を示している。これも支持部の調整を可能にした実施態様であるが、支持部材６ｃの外周面と前記工具本体１の内壁面とに螺刻し、棒部材３の回転により前記支持部材６ｃが前記工具本体１内を移動することになり、前述の構成と同様、加工（振動）状況に応じて支持する箇所を調整可能とすることができる。

以上、本発明の実施形態を例示したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の目的を逸脱しない限り任意のものとすることができることはいうまでもない。

本発明の第１の実施形態の内径加工用ボーリングバーについて、（ａ）は一部破断側面図、（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図１の内径加工用ボーリングバーの使用状態を示しており、（ａ）は一部破断側面図、（ｂ）は切削時の工具本体がたわんだ状態を示した模式図である。 本発明の第２の実施形態の内径加工用ボーリングバーについての一部破断側面図である。 図３の内径加工用ボーリングバーの使用状態を示しており、（ａ）は一部破断側面図、（ｂ）は切削時の工具本体がたわんだ状態を示した模式図である。 本発明の第３の実施形態の内径加工用ボーリングバーについての一部破断側面図である。 本発明の第４の実施形態の内径加工用ボーリングバーについて、（ａ）は一部破断斜視図、（ｂ）は一部破断側面図である。 従来の超硬シャンクを用いた内径加工用ボーリングバーの側面図である。

符号の説明

１、２１ 工具（ボーリングバー）本体
２ 切刃
３ 棒部材
４ 中空部分
５ 後端蓋
６ａ、６ｂ、６ｃ 支持部材
α 先端部
β 把持部
γ 後端部
δ 支持部

Claims (3)

1. 先端部に被削材を加工するための切刃を備えるとともに内部に空洞部を有する工具本体の前記空洞部内に棒状部材を挿入して、前記工具本体の先端側で前記棒状部材を固定するとともに該棒状部材の他端側は自由端とすることを特徴とする内径加工用ボーリングバー。
2. 前記棒状部材の周面の一部を支持部材によって前記工具本体の内壁面に固定することを特徴とする請求項１記載の内径加工用ボーリングバー。
3. 前記工具本体の前記棒状部材が挿入された空洞部に液体を封入したことを特徴とする請求項１または２記載の内径加工用ボーリングバー。

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