JP2006312238A

JP2006312238A - スローアウェイ式ドリル

Info

Publication number: JP2006312238A
Application number: JP2006185400A
Authority: JP
Inventors: Hironori Kondou; 浩教近藤
Original assignee: Tungaloy Corp
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 2006-07-05
Filing date: 2006-07-05
Publication date: 2006-11-16

Abstract

【課題】工具本体の軸直角方向のたわみを抑制するとともに、曲げ剛性およびねじり剛性を向上させることができるスローアウェイ式ドリルを提供することを目的とする。
【解決手段】ボディ３およびシャンク２に跨ってこれらボディ３およびシャンク２の外周面１１の周壁には、その軸方向に亘って取付溝９が凹設されている。該取付溝９の内部には、超硬合金からなる補強部材１０がその外側面を前記シャンク２の外周面１１と等しい高さとするように配設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば工具本体の突き出しの長い場合にも剛性の高いスローアウェイ式ドリルに関する。

従来技術として、例えば特開平８−８０４３号公報に開示されたものが知られている。該公報は図７に示す如く、単刃型リーマの本体外周部の長手方向に延びる凹溝に少なくとも１つの案内条片を装着したものである。案内条片は、ダイヤモンドを表面層に含んだ硬質合金からなっている。ダイヤモンドの表面層は、案内条片が工作物と接触する際の溶着を防止するためのものである。この種のリーマは、刃部としての研磨作用と案内作用を行う案内条片を工作物の穴内壁に接触させ、工作物との間の相対運動によって、所望の表面品質と正確な穴直径を得ようとしたものである（例えば、特許文献１参照）。

図７の概略構成を図面により説明する。第１の案内条片２０と同様に、第２の案内条片２１はそれぞれ連続体要素として形成されている。第１の案内条片２０および第２の案内条片２１の外面全体がダイヤモンド表面層からなっている。カッターヘッド２２の端面２３寄りの案内条片の端部には、乗り上げ斜面２４が設けられており、この乗り上げ斜面は同様にダイヤモンドからなっているため、非常に摩耗に強い。リーマ２５を穴に挿入する際に、リーマ２５は矢印で示すように回転すると同時に、リーマ軸方向に送り運動を生ずる。カッタープレート２６は、送り方向にみて案内条片より先行するように設けられているため、最初はカッタープレート２６が穴の内壁に作用する。それによって、リーマ２５が第１案内条片２０の方向に押されるため、次にこの案内条片２０が大きな押圧力で穴の内壁に接触し、切削力を受け止める。特に、アルミニウム部品の加工の際、ダイヤモンド表面層により、溶着が回避される。リーマ２５が穴に挿入されるときに、２つの案内条片２０、２１は加工すべき穴の壁に接触し、それによって工具は自動的にセンタリングされる。

また、他の従来技術として、実開平５−８８８０５号公報に開示されたものは、鋼材製の筒体の内部に超硬合金の芯棒をテーパ嵌合によって圧入して、穴ぐり用工具本体を製作したものである（例えば、特許文献２参照）。また、別の従来技術として、実開平５−７４７１３号公報に開示されたものは、鋼材からなる穴ぐり用工具本体の長手方向に直交して複数の孔を設け、この孔に超硬合金のピンを埋設したものである（例えば、特許文献３参照）。また、さらに別の従来技術として、実開平３−７５９０８号公報に開示されたものは、穴ぐり用工具本体が複数の鋼材と超硬合金部材とで交互に構成されたものである（例えば、特許文献４参照）。
特開平８−８０４３号公報実開平５−８８８０５号公報実開平５−７４７１３号公報実開平３−７５９０８号公報

第１の従来技術は、案内条片が工作物に対して研磨作用と案内作用を行うものとして用いられたものであり、リーマ本体の工具剛性の向上を図ったものではない。また、同一の案内条片を２つ備えたものは、断面視、案内条片相互の位置関係が軸心に対して対称ではないため、高速回転時のアンバランスが懸念される。さらに、切削力による曲げ剛性に対しては、案内条片がリーマ本体の先端側に設けられていること、断面視における案内条片の配置が中心軸に対して対称でないことから不利となる。

また、第２の従来技術は、鋼材製の筒体の内部に超硬合金の芯棒をテーパ嵌合によって工具中心部に圧入した構造であり、製作が困難でコストアップの原因となる。さらに、断面２次モーメントの性質からして、ヤング率および比重の大きい超硬材料等は、工具内周部より工具外周部に用いる方が曲げ剛性が向上するものであるが、該技術はこれに反したものである。

また、第３の従来技術および第４の従来技術は、工具本体の長手方向に直交して超硬合金を設けているため、曲げ荷重が作用したはりの撓みの性質からして、工具本体の剛性向上の効果は小さい。

また、スローアウェイ式ドリルは、フルート溝の最先端にスローアウェイチップを複数個取り付けるという構造上の制約により、刃部先端の直径Ｄに対する加工穴深さＬの比（以下、Ｌ／Ｄと称する）が２．５以下の浅穴で、φ１４以上の比較的大径の加工を対象としている。このような加工においても、被削材種、加工形態、加工条件などによっては、工具本体に曲げを生じたり、びびり振動を誘発するなどして、加工不能となる場合がある。また、工具の突き出しを長くせざるを得ない場合には、たわみを生ずることもある。したがって、従来は切屑排出性を犠牲しても、溝幅を小さくするなどして、工具剛性を高めていた。さらに、Ｌ／Ｄ＝２．５を越える領域では、低抵抗のねじれ溝を有するスローアウェイ式ドリルで対応していたため、工具剛性を低下せざるを得なかった。特に、ねじれ溝を有するスローアウェイ式ドリルは、直線状のフルート溝を有するスローアウェイ式ドリルに比べて、すくい角が大きくなり、切削抵抗が小さいという利点を有してはいるものの、切屑排出性および工具剛性の双方が低下するという欠点を併有している。

棒状をなす工具本体には、軸心に対してほぼ対称の位置に第１フルート溝４および第２フルート溝５が直線状または螺旋状に軸方向に延在して設けられ、該第１フルート溝４および該第２フルート溝５の最先端には、着脱自在に交換可能なスローアウェイチップ７を備えたスローアウェイ式ドリルにおいて、ボディ３およびシャンク２に跨って、少なくとも２本の超硬合金からなる補強部材１０が、その外側面１３を前記シャンク２の外周面１１と等しい高さとするように配設されたことを特徴とする。

また、前記ボディ３および前記シャンク２に跨ってこれらボディ３およびシャンク２の外周面１１の周壁には、その軸方向に亘って取付溝９が凹設され、該取付溝９の内部には、前記補強部材１０が収納固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、溝幅比を変えることなく工具本体の軸直角方向の曲げ剛性を向上させることができるため、ドリルの突き出しの長い場合や切削抵抗の高い場合においても、精度よく穴加工を行うことができる。また、難削材などの加工においても、びびりを生ずることなく円滑に加工を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態に係るスローアウェイ式ドリルの側面図である。図中１は、棒状をなすスローアウェイ式ドリルの工具本体１を示し、この工具本体１は鋼材からなり、工作機械の主軸に把持されるためのシャンク２と切屑を排出するためのフルート溝４、５を有するボディ３を備えている。ボディ３には、横断面視、中心軸Ｏに対してほぼ対称の位置に第１フルート溝４および第２フルート溝５がそれぞれ形成されている。ボディ３の最先端には、チップ座６が設けられ、このチップ座６にはスローアウェイチップ７が締付ねじ８によって固定されている。

さらに、前記ボディ３および前記シャンク２に跨ってこれらボディ３およびシャンク２の外周面には周方向に等間隔に３条の取付溝９が軸方向の全体に亘って設けられている。この取付溝９は横断面が矩形状で、この取付溝９の内部にはボディ３の曲げ剛性を向上させるための補強部材１０が埋設され、ろう付けにて固定されている。補強部材１０の材質には、超硬合金が好適する。補強部材１０は横断面が矩形状の棒状体で、取付溝９の全長に亘って埋設されている。補強部材１０は、ボディ３とシャンク２に跨っており、かつ、シャンク２の外周面１１と補強部材１０の外側面１３が等しい高さに形成されているため、工作機械の主軸に把持された際には、突っ張ることができるものである。尚、補強部材１０は、加工穴内壁に干渉しないよう配慮されている。

このように構成されたスローアウェイ式ドリルは、ボディ３の突き出しの長い場合や切削抵抗の大きな場合であっても、ボディ３のたわみやびびり振動を抑制することができる。特に根元部１２の強化および曲げ剛性の異方性を回避することができる。

図３ないし図５は、本発明の第１の参考例を示し、図３は同参考例に係るスローアウェイ式ドリルの全体構成を説明する斜視図、図４は同スローアウェイ式ドリルの側面図、図５は同スローアウェイ式ドリルのボディ３の横断面図である。図中１は、棒状をなすスローアウェイ式ドリルの工具本体１を示し、この工具本体１は鋼材からなり、工作機械の主軸に把持されるためのシャンク２と切屑を排出するためのフルート溝４、５を有するボディ３を備えている。ボディ３には、横断面視、中心軸Ｏに対してほぼ対称の位置に第１フルート溝４および第２フルート溝５がそれぞれ形成されている。ボディ３の最先端には、チップ座６が設けられ、このチップ座６にはスローアウェイチップ７が締付ねじ８によって固定されている。

前記ボディ３の外周面１１にはその中心軸Ｏに対してほぼ対称の位置に２条の取付溝９が軸方向の全体に亘って設けられている。この取付溝９は横断面が矩形状であり、この取付溝９の内部にはボディ３の曲げ剛性を向上させるための補強部材１０が埋設され、ろう付けにて固定されている。補強部材１０の材質には、超硬合金が好適する。補強部材１０は横断面が矩形状の棒状体で、取付溝９の全長に亘って埋設されている。尚、補強部材１０の外側面１３は全長に亘ってボディ３の外周面１１から僅かに引っ込んでおり、加工穴内壁に干渉しないよう配慮されている。

このように構成されたスローアウェイ式ドリルは、ボディ３の突き出しの長い場合や切削抵抗の大きな場合であっても、ボディ３のたわみやびびり振動を抑制することができる。

しかし、ホディ３のたわみやびびり振動は、補強部材１０の位置、横断面形状、長さによって影響を受けることが明らかになっている。このような観点から、本発明は高価な超硬合金の使用量を少なく、曲げ剛性向上の効果を高くすることに成功している。補強部材１０の位置は、片持ち梁のたわみの性質から、ボディ３の根元部１２から先端側に配置させるのがよい。また、断面視では、断面２次モーメントの性質から、ボディ３の中心側より外周側に配置させるのがよい。補強部材１０の横断面形状についても、前記と同様の理由により、厚さより幅のあるほうがよく、長方形状が好適する。補強部材１０の長さは、長いほど効果は高いものの、コストと性能のバランスを考慮すれば、突き出し長さの５０％〜６０％程度が好ましい。

図６は第２の参考例に係るスローアウェイ式ドリルを示し、前記第１の参考例と同一構成部分は同一番号を付して詳細な説明を省略する。図６は、ねじれ溝を有するスローアウェイ式ドリルに補強部材１０を埋設したものであって、補強部材１０をねじれを形成するフルート溝４、５に沿うように、一定のねじれ角αで軸方向に延在させており、Ｌ／Ｄ＝２．５を越える加工領域においても曲げおよびびびり振動を回避できるようにしたものである。本参考例においては、ねじれ形状の補強部材１０を連続要素としたものであるが、補強部材１０のねじれ角αが大きいときや長さのあるときは、製作が困難でコストアップとなるため、分割要素を接合して補強部材１０を形成したほうが有利である。

第１の実施形態、第１および第２の参考例は、等価断面積および断面２次モーメントなどの断面性能を向上させるため、鋼よりヤング率で約３倍、比重で約１．６倍の超硬合金を補強部材１０として用いたものである。等価断面積は、超硬合金の断面積を鋼の断面積におきかえて得られた断面積であり、組み合わせ材双方の比重の比が大きいものほど等価断面積は大きくなる。等価断面積の性質からすると、等価断面積が大きいほど、ボディ３の軸直角断面積が実質的に大きくなるため、ドリルの曲げ剛性およびねじり剛性が向上することは明らかである。組み合わせ材の断面２次モーメントは、双方のヤング率の比が大きいものほど、その値は大きくなる。断面２次モーメントの性質から、付加される材料を工具本体１の中心部より外周部に位置させるほうがその値は大きくなる。

したがって、補強部材１０には比重およびヤング率の大きい超硬合金が好適し、また超硬合金の使用量を一定とした場合は、補強部材１０の横断面形状を薄く、幅広の長方形状とし、ボディ３の中心側より外周側に埋設することが好ましい。

本発明の実施形態を示す側面図である。同実施形態の横断面図である。本発明の第１の参考例を示し、スローアウェイ式ドリルの全体構成を説明する斜視図である。同参考例の側面図である。同参考例のボディ３の横断面図である。本発明の第２の参考例を示す側面図である。従来の実施例を示す斜視図である。

符号の説明

１工具本体
２シャンク
３ボディ
４第１フルート溝
５第２フルート溝
７スローアウェイチップ
９取付溝
１０補強部材

Claims

棒状をなす工具本体には、軸心に対してほぼ対称の位置に第１フルート溝４および第２フルート溝５が直線状または螺旋状に軸方向に延在して設けられ、該第１フルート溝４および該第２フルート溝５の最先端には、着脱自在に交換可能なスローアウェイチップ７を備えたスローアウェイ式ドリルにおいて、ボディ３およびシャンク２に跨って、少なくとも２本の超硬合金からなる補強部材１０が、その外側面１３を前記シャンク２の外周面１１と等しい高さとするように配設されたことを特徴とするスローアウェイ式ドリル。
前記ボディ３および前記シャンク２に跨ってこれらボディ３およびシャンク２の外周面の周壁には、その軸方向に亘って取付溝９が凹設され、該取付溝９の内部には、前記補強部材１０が収納固定されていることを特徴とする請求項１に記載のスローアウェイ式ドリル。