JP2007185765A - 内径旋削用のボーリングバー - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、本発明は、内径旋削用に意図されたボーリングバーを提供する。
【解決手段】ボーリングバーは、棚状面（８）と傾斜面（９）によって規定されたポケットと、棚状面（８）に掘り込み形成され、中心軸（Ｃ）に関して水平に配置されたインサート座（２０）と、外面（５）に掘り込み形成され、傾斜面（９）で開口し、中心軸（Ｃ）に関してインサート座（２０）と同じ側に配置された切り屑排出溝（６）と、ボーリングバーの前側部分に流体を供給する内部流路と、を備える。内部流路は、切り屑排出溝（６）の開口の方に向かってインサート座を通る流体を案内するために、インサート座（２０）の反対側で出口（３６）を有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、内径旋削用に意図されたボーリングバーに関する。ボーリングバーは、中心軸を有し、前端面で終了すると共に棚状面とこの棚状面から上方及び／又は下方に延びる傾斜面によって規定されるポケットを有する前側部分と、旋削インサートを支持するために意図され、棚状面に掘り込み形成され、中心軸に関して一方の側に配置されているインサート座と、ボーリングバーの外面に掘り込み形成され、ポケット内の傾斜面で開口し、インサート座と同じ中心軸の一方の側に配置されている切り屑排出溝と、を備えている。

内径旋削は、予めドリルで形成された孔又は、特に、鋳造、押し出し、金属の素材を作る他の方法で予め形成された孔の中で行われる。貫通孔は、貫通している孔、すなわち両端が開口している孔であり、一方、閉じた孔は、一方のみが開口している孔であって他方の端部に底面を有している。この加工方法は、寸法公差及び仕上げ面の精度の要求が高い場合に最も良く使用される。外径旋削と比較して、内径旋削には、所定の問題と関係付けられている。問題の一つは、ボーリングバーが制限された長さで作られなければならないということである。というのは、余りに長く細いボーリングバーは、厄介な強い振動を受けるからである。この理由に関し、前記加工方法の適用は、孔の深さがボーリングバーの直径の大きくても３〜６倍になるように制限されている。他の問題は、切り屑の排出である。所望の孔が良い加工面を有しなければならないため、ほとんどの場合、分離されたシャープエッジの切り屑は、生成された加工面と接触することが許容されるべきではない。言い換えると、切り屑は、素早く効率的に孔から排出されなければならない。実際に、これは、孔が開口し、及び／又は相対的に小さい直径を有するボーリングバーの進入を許容するための十分な大きさの直径を有する限りもたらされる。なぜなら、このような十分なスペースは、ボーリングバーの包絡面と孔内面との間で提供され、切り屑が自由に流れることができるからである。しかしながら、切り屑排出の問題は、小さい閉じた孔、すなわち、底面を有し、６〜１２ｍｍの直径を有する孔に変更することが要求されたときに生じる。できるだけ振動が無く交換可能な旋削インサートを支持する容積を有する安定したボーリングバーを作るために、ボーリングバーは孔の直径より僅かに小さい直径で作られなければならない。この結果は、ボーリングバーの包絡面と孔内面との間の環状スペースは、最小（１ｍｍ以下の大きさ）に減少されるということをもたらす。このような条件下、閉じた孔から切り屑を排出するために、ボーリングバーには、ボーリングバーの包絡面に掘り込み形成され、旋削インサートが固定される前側の切り屑ポケットから後側に一定距離だけ延びる溝の形態で、外側に切り屑排出溝が形成されなければならない。

特許文献１において、旋削インサートの軸方向後方に配置された切り屑排出溝を有するボーリングバーを備える旋削工具が知られている。しかしながら、この工具は、切り屑排出溝に向かって切り屑を案内する何らかの手段の作用なしには、排出されるべき切り屑がポケット内で動くことできないという問題がある。

（従来技術の更なる説明）
内径旋削用の通常の旋削工具には、旋削インサートに対する冷却液の供給のための内部流路が形成されている。しかしながら、この場合、冷却液流路（内部流路）の開口は、旋削インサートに向かう前方で切り屑の背面から冷却液を勢い良く当てるため、ほぼ、切り屑ポケット内の傾斜面に沿った上側に配置されている。

米国特許第５，１５６，５０３号明細書

本発明は、従来の旋削工具の上述した欠点を取り除き、旋削インサートと共に改良された完全な旋削工具を形成する他に類を見ない新しいボーリングバーを提供することを目的とする。したがって、本発明の第１の目的は、効率良く、安定して制御された切り屑の排出を保証し、同時に厄介な振動を回避する剛性の高いボーリングバーによって、旋削インサートと共に、仕上げ面と寸法公差に関して優れた特性の孔の生成能力を有する工具を形成するボーリングバーを提供することである。言い換えると、ボーリングバーは、切り屑の排出を止めたり、孔の仕上げ面を損なったりすることなく、小さい孔の大部分がボーリングバーの剛性を与えるために利用されるように作られるべきである。また、本発明の他の目的は、複雑でコストがかかる製造方法を適用することなしに、効率的な切り屑の排出を保証するボーリングバーを提供することである。また、他の目的は、インサート座の切削インサートの安定性が損なわれることなく、例外的に小さい旋削インサートを装着することのできるボーリングバーを提供することである。さらに、ボーリングバーは、連続して行われるインサート交換の際に、ボーリングバーに対する切れ刃の正確な空間位置が変更する危険を生じることなく、装着される切削インサートが素早く容易に取り付け／取り外しすることができるように作られるべきである。

本発明によれば、少なくとも第１の目的は、独立請求項１の特徴部分で規定された構成によって達成される。本発明によるボーリングバーの好ましい実施形態は、従属請求項で規定されている。
本発明の概念を簡単に要約すると、本発明は、旋削インサート及び切り屑排出溝の反対側、かつ、ボーリングバーの前側において、前方へ供給する液体又は流体の内部流路の出口を配置する意図に基づいている。
すなわち、請求項１に記載の発明は、中心軸を有すると共に、前端面で終了し、棚状面と該棚状面から上方及び／又は下方に延びる傾斜面によって規定されたポケットを有する前側部分と、旋削インサートを支持するために意図され、前記棚状面に掘り込み形成され、前記中心軸に関して一方の側に配置されているインサート座と、外面に掘り込み形成され、前記ポケット内の前記傾斜面で開口し、前記インサート座と同じように前記中心軸の一方の側に配置されている切り屑排出溝と、を備える内径旋削用のボーリングバーにおいて、前記前側部分に流体を供給する内部流路は、前記切り屑排出溝の前側開口の方に向かって前記インサート座を通る前記流体を案内するために、前記インサート座の反対側で出口を有している。
これにより、閉じた孔の加工において、通常は冷却液である流体が、切り屑排出溝の前側開口の方の旋削インサートの先端側に沿って流れる。流体は、切り屑に勢い良く当たり圧力をもたらして、それにより、切り屑は、切り屑排出溝の方に流れる液体と共に強制的に動かされる。

図１及び図２において、符号１で示されるボーリングバーは、旋削インサート２及び締結ねじ３と共に、内径旋削用の完全な工具を形成する。例において、ボーリングバー１は、円柱形状としての細長いボディ形状を有し、符号４で示される前端面で終了している。ボーリングバーの円柱状の包絡面５において、掘り込まれた切り屑排出溝６が形成されている。中心軸Ｃは、包絡面５の同心軸と一致する。

ボーリングバーの前側部分４において、符号７で示されているポケットは、棚状面８と、この棚状面８から上方及び／又は下方に延びる傾斜面９とによって規定されている。例において、棚状面８は平坦であり、傾斜面９は凹状に湾曲し、後方の湾曲した境界線１１に向かって前側の直線境界線１０（図３参照）から延びている。境界線１０と傾斜面９は、中心軸Ｃに対して鋭角α（図５参照）で傾斜している。例において、αは５７゜である。傾斜面９は、境界線１０の前端１３から境界線１１の前端１４まで延びる境界線１２によって規定されている。境界線１０の後端１５は、切り屑排出溝６と傾斜面９との間で、三日月状の部分面１９を規定する境界線１８に隣接する点１７まで延びる後部境界線１６に接続している。

符号２０で示されるインサート座は、棚状面８に掘り込み形成され、底面２１と二つの分離した側部支持面２２，２３とによって規定されている。例において、底面２１の孔２４には、締結ねじ３のおねじ２５と螺合するめねじが形成されている。

前端部４は、二つの部分面２６ａ，２６ｂで構成され、符号２６で示される前端面で終了している。部分面２６ａ，２６ｂは、分岐線２７によって分離され、互いに対して鈍角で傾斜している。特に、部分面２６ａは、中心軸に対して垂直に延びており、例において、部分面２６ｂと１２５゜の角度を形成する。

本発明の更なる説明を容易にするために、図４について説明する。端面図である図４には、それぞれ”水平面”及び”垂直面”と称される二つの基準面ＨＰと基準面ＶＰとが描かれている。基準面ＨＰと基準面ＶＰは、互いに直角をなし、互いに中心軸に沿って交差し、四つの同じ四分円Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を規定する。四分円Ｑ１とＱ２は、図４に示されるように、垂直面ＶＰの右側に配置されている。四分円Ｑ３とＱ４は、反対側の左側に配置されている。同様にして、四分円Ｑ２とＱ３は水平面ＨＰの下側に配置され、四分円Ｑ１とＱ４は水平面ＨＰの上側に配置されている。図４において、ボーリングバーの直径は符号Ｄで示されている。

再び図１を参照すると、切り屑排出溝６は、凹状に湾曲した面２８によって規定され、中心軸Ｃに平行で、かつ、二つの互いに平行な直線境界線２９，３０の間で延びている。切り屑排出溝の前端開口は、切り屑排出溝に対して漏斗状の入口を形成するため、境界線１８に向かって広がっている面１９に対しての移行部を形成する境界線３１によって規定されている。切り屑排出溝の反対側の端部は、後端面３２である。切り屑排出溝の長さＬは、境界線３１と端面３２の湾曲した境界線３３との間の軸方向の距離によって決定されている。この長さは、ボーリングバーの直径（Ｄ）を少なくとも２〜３倍した寸法になるべきであり、５倍より大きい寸法にすべきではない。最大５×Ｄの寸法に切り屑排出溝の長さを制限することによって、切り屑排出溝のための金属の除去が、加工中に孔から切り屑を排出するために必要とされることに対して制限されず、ボーリングバーの最適な剛性が保証される。切り屑排出溝が、ボーリングバーの後端（図示せず）までずっと延びることが許容されるならば、ボーリングバーの不要なたくさんの材料が廃棄される。

切り屑排出溝の深さＴ（図４参照）は、直径Ｄの４分の１を超えるべきではない。面２８の凹形状は、好ましくは深さＴよりも大きい曲率半径を有する円弧によって規定されることができる。しかしながら、切り屑排出溝の断面形状は、例えば、面の曲率半径を境界線２９から境界線３０の方向に向かって漸次減少させることによって、図４に示されているものと異なる形状とすることができる。

図５に示すように、ボーリングバーの前側まで冷却液を運ぶための主流路３４と分岐流路３５とが、どのようにしてボーリングバーに形成されているかが、点線によって示されている。主流路３４は、ボーリングバーの後端（図示せず）から傾斜した分岐流路３５へ移行する前端まで延びている。分岐流路３５は、示されている好ましい例において、部分面２６ｂに配置されている出口３６で終了する。特に、出口３６は、インサート座２０が配置されている下側の四分円Ｑ２の近くに配置された下側の四分円Ｑ３（図４参照）に配置されている。言い換えると、出口３６とインサート座２０は、垂直面ＶＰの両側で、異なる四分円Ｑ３，Ｑ２に配置されている。切り屑排出溝６の開口は、四分円Ｑ２の上側に位置する四分円Ｑ１に配置されている。

図１に示すように、ねじ３によってインサート座２０に固定された旋削インサート２が示されている。示されている好ましい実施形態において、旋削インサートは、三角形の基本形状を有し、三つの切り屑を除去する主切れ刃を備えている。符号３７で示されている主切れ刃は、作用位置に割り出されており、一方、二つの他の主切れ刃（符号が付けられていない）は、非作用位置に配置されている。個々の主切れ刃に隣接して、第１の逃げ面が延びている。その一端において、主切れ刃３７は、ボーリングバーの包絡面から半径方向に突出するチップ（先端）に移行する。特に、主切れ刃は、面３８より大きな逃げ角を有する副逃げ面４０が接続する副切れ刃３９に移行する。面３８は、通常で７゜の逃げ角を有することができ、一方、副逃げ面４０は１１〜１７゜の逃げ角を有することができる。さらに、切れ刃３７と切れ刃３９との間の角度は、例えば、８５〜８９゜の範囲で鋭角であるべきである。実際に、完全な切削工具は、例えば、０．０５〜０．５ｍｍ、通常は０．１〜０．３ｍｍの範囲内の適度な切り込みで使用されることが意図されている。これは、相当に細い切り屑が、切れ刃３７，３９の間のコーナとして定義されるところのチップの近くで分離されることを意味する。

（本発明の作用と効果）
図７において、完全な旋削工具は、回転することが想定されている被削材４１と共に示されている。工具は、動かないように固定されている。例において、工具は、ボーリングバーの直径に比べて僅かに大きい直径を有する閉じた孔を加工するために意図されている。例えば、５〜１０ｍｍのボーリングバーの直径と、数１０分の１ｍｍの切り込みａｐとによって、加工された完全な孔は、６〜１２ｍｍの範囲内の直径を有することができる。孔内面４２は、１ｍｍないしそれより小さい幅の環状ギャップ４３によってボーリングバーの包絡面から分離され、形成される。切れ刃３７の上で、ギャップは一様に小さい。これは、切り屑が、切削領域としての旋削インサートの突出するチップの領域内で除去され、孔が閉じているために相当に広い幅の切り屑排出溝６を介して排出されるということを意味する。特に、全ての切り屑の排出は、切り屑が形成された孔内面に接触することなく、切り屑排出溝６を介して行われるべきである（切削チップに沿って下流側へ）。

閉じた孔の旋削加工中、冷却液は出口３６を介して外に噴射し、ほとんどの冷却液は、部分面２６ｂから切り屑排出溝の漏斗状の入口１９に向かう領域内で旋削インサート上に勢いよく流れ、さらに、切り屑排出溝６を通って後方に排出する。冷却液の一定量は、旋削インサートのチップの上を勢いよく流れ、旋削インサート上のチップブレーカと協働して斜め後方及び／又は内方に切り屑を排出することに寄与するように、図７の矢印の方向に回転する被削材４２の内側を取って排出される。傾斜面９は、凹状に湾曲して形成され、切り屑排出溝の入口に向かって斜め後方に延びることによって、出口３６から切り屑排出溝の入口に向かう液体の主な流れが、切り屑排出溝６に向かって切り屑の流れが生ずるように切り屑に影響を与える。

本発明によるボーリングバーの基本的な効果は、小さい閉じた孔、より詳細には１２ｍｍより小さい直径の孔の精密な内径仕上げ旋削を可能にするということである。したがって、実際に、８〜１０ｍｍの直径を有するボーリングバーは、９〜１１ｍｍの直径を有する孔に対して、首尾良く適用される。インサート座と同じ側に配置された切り屑排出溝と、ボーリングバーの反対側に配置された冷却液の出口の存在によって、非常に効率的な切り屑の排出が行われる。このため、形成された孔内面は、非常に良い仕上げ面となり、寸法公差を確保することができる。ボーリングバーから限られた量の材料を利用することによって、切り屑排出溝が形成されることで、ボーリングバーは最適な剛性を得る。これは、旋削インサートとボーリングバーに作用する力が、ボーリングバーに厄介な振動を生じさせないということを意味する。

（本発明の実施可能な変更）
本発明は、上述され、図面で示された実施形態に単に制限されるものではない。したがって、ボーリングバーの前側部分のデザインは、請求項の範囲内で変更することができる。例えば、傾斜した部分面（２６ｂ）を節約して実施することも可能であり、この場合、部分面（２６ｂ）の中間に配置された液体流路の出口（３６）がインサート座から離れた位置に配置される。また、冷却液流路の出口（３６）が、切り屑排出溝の入口の領域内の仮想切断面の前側で、軸方向に配置されるという条件で、ボーリングバーの包絡面に冷却液流路の出口を形成することも可能である。また、傾斜面（９）及び／又は凹状の傾斜面（９）に、すなわち、切り屑排出溝から離れている中間部分に、冷却液流路の出口（３６）を形成することも可能である（すなわち、図４の四分円Ｑ４に）。しかしながら、上述した場合において、出口は出来るだけ中心軸の周囲に配置されるべきである。

また、本発明によるボーリングバーは、一つ以上の分岐した冷却液の流路を有することもできる。したがって、四分円Ｑ３に示されている流路の出口に加えて、第２の分岐流路の出口が四分円Ｑ４に配置されることができる。この場合、液体は、二つの流路の出口から同時に噴射されることができる。

また、切り屑排出溝は、直線であることは必要とされない。したがって、傾斜面（９）の前側（ボーリングバーの前端側）から、切り屑排出溝がボーリングバーの包絡面に沿って螺旋状に延びることができる。

また、排出される切り屑は、液体以外に空気などの他の流体の使用によって案内されるようにすることもできる。つまり、切り込みが適度であり、送りが低い条件ならば、冷却は、空気によって行われることができる。図示された完全な工具は、端面旋削（孔の周囲を囲む平坦な環状の端面）などの内径旋削以外の他の加工のためにも使用されることができる。さらに、ボーリングバーは、全長に沿って同じ断面形状（円柱状）であることは必要とされない。したがって、ボーリングバーの後側部分は、厚肉かつ高剛性にすることもできる（一以上の段部において）。

本発明によるボーリングバーであって、内径旋削用の旋削工具を構成する固定された旋削インサートを含むボーリングバーの部分的な斜視図である。 ボーリングバーの前側にあるインサート座から分離されている旋削インサートと、旋削インサートから分離されているねじとして締結部材とを拡大して示す斜視図である。 ボーリングバーの前側部分のみを示す斜視図、より詳細には、前側及び／又は上側から斜めにみたときのボーリングバーの前側部分のみを示す斜視図である。 前側から真っ直ぐに見たときのボーリングバーの前側部分を示す端面図である。 ボーリングバーの前側部分を上から見た部分的な平面図である。 ボーリングバーの前側部分の部分的な側面図である。 完全な工具によって回転している被削材の加工状態を示す端面図である。

符号の説明

１ ボーリングバー
２ 旋削インサート
４ 前端部
５ 包絡面
６ 切り屑排出溝
７ ポケット
８ 棚状面
９ 傾斜面
１０ 前部境界線
１１ 後部湾曲境界線
１３、１４ 前端
１５ 後端
１９ 三日月状の面
２０ インサート座
２６ 前端面
２６ａ 部分面（第１の部分面）
２６ｂ 部分面（第２の部分面）
２７ 分岐線（内端）
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４ 四分円
ＨＰ 水平面（第１の仮想基準面）
ＶＰ 垂直面（第２の仮想基準面）
２８ 凹状湾曲面
Ｃ 中心軸
３１ 境界線（前端開口）
３２ 後端面
３３ 湾曲境界線
３４ 主流路（内部流路）
３５ 分岐流路（内部流路）
３６ 出口

Claims (8)

1. 中心軸（Ｃ）を有すると共に、
   前端面（２６）で終了し、棚状面（８）と該棚状面（８）から上方及び／又は下方に延びる傾斜面（９）とによって規定されたポケット（７）を有する前側部分（４）と、
   旋削インサートを支持するために意図され、前記棚状面（８）に掘り込み形成され、前記中心軸（Ｃ）に関して一方の側に配置されているインサート座（２０）と、
   外面（５）に掘り込み形成され、前記ポケット（７）内の前記傾斜面（９）で開口し、前記インサート座（２０）と同じように前記中心軸（Ｃ）の一方の側に配置されている切り屑排出溝（６）と、を備える内径旋削用のボーリングバーにおいて、
   前記前側部分（４）に流体を供給する内部流路（３４，３５）は、前記切り屑排出溝（６）の前側開口（３１）の方に向かって前記インサート座（２０）を通る前記流体を案内するために、前記インサート座（２０）の反対側で出口（３６）を有していることを特徴とするボーリングバー。
2. 前記内部流路（３４，３５）の前記出口（３６）は、前記前端面（２６）に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のボーリングバー。
3. 前記前端面（２６）は、二つの部分面として、前記インサート座（２０）が開口する第１の部分面（２６ａ）と、該第１の部分面（２６ａ）の内端（２７）から斜め後方に延びる第２の部分面（２６ｂ）とを含み、前記内部流路（３４，３５）は前記第２の部分面（２６ｂ）に開口を有していることを特徴とする請求項２に記載のボーリングバー。
4. 前記ポケット（７）の前記棚状面（８）は、境界線（１０）を介して前記傾斜面（９）に移行し、前記境界線（１０）は、前記傾斜面（９）と共に前記中心軸（Ｃ）に対して鋭角（α）で傾斜し、前記内部流路（３４，３５）の前記出口（３６）の近くの前端（１３）と前記切り屑排出溝（６）の前記前端開口（３１）の近くの後端（１５）との間で延びていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のボーリングバー。
5. 前記棚状面（８）は、第１の仮想基準面（ＨＰ）の下に配置され、該第１の仮想基準面（ＨＰ）は、共に協働して四分円（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４）を規定する前記中心軸（Ｃ）に沿う垂直の第２の仮想基準面（ＶＰ）に交差し、第１の四分円（Ｑ１）に前記切り屑排出溝（６）の前記前端開口（３１）が形成され、前記第１の四分円（Ｑ１）に隣接する第２の四分円（Ｑ２）に前記インサート座（２０）が形成され、第３の四分円（Ｑ３）に前記内部流路（３４，３５）の前記出口（３６）が形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のボーリングバー。
6. 前記切り屑排出溝（６）は、前記前端開口（３１）と後端面（３２）との間で延び、前記ボーリングバーの３〜５倍の直径の長さ（Ｌ）を有することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載ボーリングバー。
7. 前記切り屑排出溝（６）は、前記ボーリングバーの直径の大きくても１／４の深さを有することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載ボーリングバー。
8. 前記切り屑排出溝（６）の前記前端面（３１）と前記傾斜面（９）との間で、前記切り屑排出溝（６）から前記傾斜面（９）に向かう方向で漏斗状に広がっている三日月状の面（１９）が形成されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載ボーリングバー。

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