JP2009226560A

JP2009226560A - ガンドリル

Info

Publication number: JP2009226560A
Application number: JP2008077207A
Authority: JP
Inventors: Takuji Nomura; 倬司野村
Original assignee: Unitac Inc
Current assignee: Unitac Inc
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2009-10-08
Also published as: EP2236231A4; CN101959635A; EP2236231A1; US20110033255A1; WO2009118947A1; KR20100137418A

Abstract

【課題】一枚刃の切刃を備えるガンドリルとして、高い切削能率が得られ、切刃として切刃チップをロウ付けする際、位置精度に厳密さを要さず、切削ヘッドの製作が容易であり、切刃自体も形態的に加工容易なものを提供する。
【解決手段】切刃５は、刃先縁５１の内端５１ａがヘッド軸心Ｏから離間して軸心Ｏ付近に非切削ゾーンＺを形成し、内端５１ａ側の切刃側面５２が内端５１ａからヘッド軸心Ｏ側へ傾斜した傾斜面をなし、切削加工中、非切削ゾーンＺで生じる被削材Ｗの非切削コアＣを傾斜した切刃側面５２の押接によって折り取るように構成されてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、深穴加工に使用されるガンドリルに関する。

深穴加工方式としてガンドリル方式、エジェクタ方式（ダブルチューブ方式）、シングルチューブ方式等の種々の方式が知られるが、小径の深穴加工にはガンドリル方式が適している。すなわち、ガンドリル方式では、例えば図６及び図７に示すように、一般的に横断面２／３〜３／４円形で中空の工具シャンク７１の先端に同様横断外形の切削ヘッド７２を設けたガンドリルを用い、工具シャンク７１及び切削ヘッド７２内のクーラント供給路７３ａ，７３ｂを通して供給されるクーラントをヘッド先端面のクーラント吐出口７４，７４から切削部位へ供給しつつ切削を行うと共に、この切削に伴って発生する切屑をクーラントと一緒に工具シャンク７１外周の長手方向に沿う断面Ｖ字状の切屑排出溝７５を通して外部へ排出するようになっており、小径でも切屑排出溝７５の流路断面積を大きく取れることに加え、クーラントの送り圧が工具長さによって決まり、切削穴が深くなっても送り圧を高める必要がないことから、小径の深穴加工に適している（特許文献１）。なお、図７，８中、７６は切削ヘッド７２の先端部において切屑排出溝７５に臨んでロウ付け固着された切刃チップ、７７は切削ヘッド７２の切屑排出溝７５から外れた外周部の先端側にロウ付け固着されたガイドパッド、７８は工具シャンク７１の基端部を挿嵌固着した径大の筒状ドライバーである。

ところで、このガンドリル方式を含む深穴切削加工において、切削孔全体を切削形成するためには、切削ヘッドの中心側の切刃（一枚刃ではその切刃自体）は、刃先縁がヘッド軸心を中心とした半径線に合致して、且つ該刃先縁の内端がヘッド軸心を少し越えて配置するように正確に設定する必要がある。しかるに、切削加工中におけるヘッド軸心では、切削速度が理論的にゼロになるから、該軸心位置の刃先部は所謂チゼルエッジとして切削力が働かず、被削材を押し潰す形になってスラスト抵抗が負荷するため、切削能率を高められない要因になっていた。また、切刃チップをヘッド本体側の凹陥部にロウ付けする形態のガンドリルでは、両者の嵌合部分にロウ材が介在することから、高精度の組み付けが困難であった。

そこで、切刃としてねじ止め型のスローアウェイチップを用いる深穴切削具については、本発明者が先に、切刃内端側のチップ側面に没入部を設けると共に、該切刃内端をヘッド軸心から離間して配置することにより、該軸心付近に非切削ゾーンを形成し、この非切削ゾーンに生じる被削材の非切削コアを前記没入部の傾斜段部との押接によって折り取るようにしたものを提案している（特許文献２、３）。
特開２００４−１３０４１３号公報特開２００３−２５１２９号公報特開２００３−２３６７１３号公報

しかしながら、ガンドリルの切削ヘッドでは、外周の切屑排出溝によって横断面が２／３〜３／４円形になる上、内部にクーラント供給路を設けることから、肉部に前記のようなスローアウェイチップのねじ止め構造を形成する余裕がなく、特に工具径が小さい場合にはスローアウェイチップを適用できなかった。また、前記スローアウェイチップのように切刃側面に没入部を設け、その切刃内端をヘッド軸心から離間して配置した場合、軸心位置で生じる非切削コアが傾斜段部に接触する位置まで直線的に成長し易く、折り取りサイズが大きくなって切屑排出性を低下させる懸念があった。更に、切刃自体も、側面の没入部及び傾斜段部を形成するため、加工に手間がかかって製作コストが高く付くという難点があった。

本発明は、上述の情況に鑑み、特に一枚刃の切刃を備えるガンドリルとして、高い切削能率が得られると共に、切刃として切刃チップをロウ付けの際、その位置精度に厳密さを要さず、それだけ切削ヘッドの製作が容易であり、切刃自体も形態的に加工容易なものを提供することを目的としている。

上記目的を達成するための手段を図面の参照符号を付して示せば、請求項１の発明は、工具シャンク１とその先端部に装着される切削ヘッド２の内部に両者を連通するクーラント供給路３を有し、切削ヘッド２に該クーラント供給路３に連通するクーラント吐出口２３，２４が開口すると共に、該工具シャンク１の基部側から切削ヘッド先端にわたる外周面に、長手方向に沿う切屑排出溝４が形成され、切削ヘッド２の先端に前記切屑排出溝４に臨む一枚刃の切刃５を備えるガンドリルにおいて、切刃５は、刃先縁５１の内端５１ａがヘッド軸心Ｏから離間して該軸心Ｏ付近に非切削ゾーンＺを形成すると共に、内端５１ａ側の切刃側面５２が該内端５１ａからヘッド軸心Ｏ側へ傾斜した傾斜面をなし、切削加工中、非切削ゾーンＺで生じる被削材Ｗの非切削コアＣを傾斜した切刃側面５２の押接によって折り取るように構成されてなる。

請求項２の発明は、上記請求項１のガンドリルにおいて、切刃５は、内端５１ａ側の切刃側面５２が切刃前面５３に対して７５〜９０度の角度をなす構成としている。

請求項３の発明は、上記請求項１又は２のガンドリルにおいて、刃先縁５１の内端５１ａがヘッド軸心Ｏから０．０５〜０．５ｍｍ離間すると共に、切刃側面５２のヘッド軸心Ｏに対する傾斜角度θが５〜３０度である構成としている。

請求項４の発明は、上記請求項１〜３のいずれかのガンドリルにおいて、切刃５の刃先縁５１が、ヘッド軸心Ｏを中心とする半径線Ｒと平行して、且つ該半径線Ｒよりも切削回転方向前方へ０．２〜１．５ｍｍの芯上がり位置に配置してなる構成としている。

請求項５の発明は、上記請求項１〜４のいずれかのガンドリルにおいて、切刃５が切削ヘッド２に設けた凹陥部２１ａにロウ付けされた切刃チップ５０からなる構成としている。

請求項６の発明は、上記請求項１〜５のいずれかのガンドリルにおいて、切削ヘッドの外周面における切刃５側とは反対側の位置にガイドパッド６が設けられると共に、切刃５の刃先縁５１の全体がヘッド軸心Ｏ側に高く傾斜してなる構成としている。

本発明の効果について図面の参照符号を付して説明する。まず請求項１の発明に係るガンドリルでは、切刃５の刃先縁５１の内端５１ａがヘッド軸心Ｏから離間していることにより、深穴切削加工中、該軸心Ｏ付近に非切削ゾーンＺが形成され、この非切削ゾーンＺで被削材Ｗの非切削コアＣを生じるが、刃先縁５１の内端５１ａ側の切刃側面５２が該内端５１ａからヘッド軸心Ｏ側へ傾斜した傾斜面をなすことから、該非切削コアＣが傾斜した切刃側面５２の押接によって強制的に側方へ押しやられ、切削ヘッドの回転に伴って捩られるようにして折り取られる。しかして、切刃側面５２の傾斜により、非切削コアＣは長くなるほどヘッド軸心Ｏから側方へ変位する度合が増すから、該非切削コアＣが長く成長することなく小刻みに効率よく分断され、もって良好な切屑排出性が確保され、軸心位置のチゼルエッジの解消と相俟って高い切削能率が得られる。一方、切刃５自体は、その切刃側面５２が単純な傾斜面でよいから、その加工製作を容易に低コストで行える。

請求項２の発明によれば、切刃５の内端５１ａ側の切刃側面５２が切刃前面５３に対して特定範囲の角度をなすから、該切刃側面５２の押接による非切削コアＣの側方変位がより大きくなり、それだけ非切削コアＣの分断性が高まる一方、刃先縁５１の内端５１ａ側の刃先強度も大きくなって欠けにくく、もって切刃５の耐久性が向上する。

請求項３の発明によれば、刃先縁５１の内端５１ａがヘッド軸心Ｏから特定範囲で離間すると共に、切刃側面５２のヘッド軸心Ｏに対する傾斜角度θが特定範囲であるから、非切削コアＣが適度な径で確実に小刻みに折り取られる。

請求項４の発明によれば、切刃５の刃先縁５１が適度な芯上がり位置に配置するから、非切削コアＣの小刻みな折り取りがより確実になされる。

請求項５の発明によれば、切刃５が切削ヘッド２に設けた凹陥部２１ａにロウ付けされた切刃チップ５０からなるが、切刃５の刃先縁５１はヘッド軸線Ｏを通る半径線Ｒに一致させる必要がない上、該刃先縁５１の内端５１ａもヘッド軸線Ｏから適当に離間しておればよいから、該切刃チップ５０のロウ付けに際して位置精度に厳密さを要さず、それだけ切削ヘッド２の製作が容易になる。

請求項６の発明によれば、切削ヘッド２の外周面２ｃにおける切刃５側とは反対側の位置にガイドパッド６が設けられると共に、切刃５の刃先縁５１の全体がヘッド軸心Ｏ側に高く傾斜しているから、切削反力の背分力が切刃５側とは反対側へ向き、この反対側にあるガイドパッド６を切削孔Ｈ内周へ押し付けるように作用するから、該切削孔Ｈの穿孔精度が向上する。

以下、本発明に係るガンドリルの実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１は該実施形態のガンドリルの切削ヘッド側の側面及び正面、図２は同ガンドリルの切削ヘッド側を異なる方向から見た側面、図３は同ガンドリルによる深穴切削加工の状態、図４及び図５は同深穴切削加工における切削中心部の挙動、をそれぞれ示す。

第一実施形態のガンドリルは、図１に示すように、スチール等のパイプ材１０からなる長尺の工具シャンク１のＶ字カットした先端１ａに、切削ヘッド２が対応する逆Ｖ字（山形）カットした基端２ａをロウ付けして同軸状に連結されてなる。そして、工具シャンク１の基部側から切削ヘッド２の先端にわたる外周面に、長手方向に沿う直線状の１本の切屑排出溝４を備えている。この切屑排出溝４は、工具シャンク１及び切削ヘッド２の中心からの開き角度１１０〜１３０°程度の断面Ｖ字形をなしている。

工具シャンク１は、パイプ材１０をダイス成形等によって基端部１ｂ側を除いて横断面が図２（Ｂ）の如く２／３円形になるように成形し、もって外面側に前記切屑排出溝４を形成したものであり、内部空間がクーラント供給路３ａを構成している。なお、図示を省略したが、工具シャンク１の基端部は、従来構成（図６参照）と同様に、径大の筒状ドライバーに挿嵌固着されている。

切削ヘッド２は、図１〜図３に示すように、工具シャンク１に対応して横断面が２／３円形をなすヘッド本体２０の先端側に、厚板状の切刃チップ５０の固着によって切屑排出溝４に臨む一枚刃の切刃５が形成されると共に、外周面２ｃにおける切刃５側とは径方向反対側と該切刃６の背面側とに、軸方向に長い蒲鉾形のガイドパッド６，６が固着されている。なお、切刃チップ５０及びガイドパッド６は、超硬合金、焼結セラミックス、サーメット等の硬質材料からなり、工具鋼の如き鉄鋼製のヘッド本体２０に予め設けた凹陥部２１ａ，２１ｂに嵌合し、メタライジング加工法によってロウ付けされている。

また、切削ヘッド２の基端２ａから長手方向中間部にわたる内部には、工具シャンク１のクーラント供給路３ａに連通するクーラント供給路３ｂとして、２本のクーラント流通孔３１、３２が形成されると共に、切屑排出溝４に対する背面側の外周面２ｃには、長手方向中間部からヘッド先端２ｂに至る断面略半円形のクーラント導出溝２２が両ガイドパッド６，６間に位置して形成されており、両クーラント流通孔３１、３２がクーラント導出溝５の基端側に開口したクーラント吐出口２３に合流して連通している。また、図３に示すように、切削ヘッド２の先端２ｂ面には、切屑排出溝４の切刃６側とは反対側の端縁近傍に位置して、一方のクーラント流通孔３２に小径の流路孔３３を介して連通したクーラント吐出口２４が開口している。更にクーラント吐出口２３の後部側には、両側のガイドパッド６，６間にわたって周方向に沿う逆流止め突条部２５が形成されている。

切刃５は、刃先縁５１がヘッド軸心Ｏ側に高く傾斜した２段状をなし、前面側に刃先縁５１に沿って段状のチップブレーカー５ａを有しており、刃先縁５１がヘッド軸心Ｏを中心とする半径線Ｒと平行して、且つ該半径線Ｒよりも距離ｆだけ切削回転方向前方になる芯上がり位置において、該刃先縁５１の内端５１ａがヘッド軸心Ｏから距離ｓだけ離れるように配置している。また、この切刃５の上記内端５１ａ側の切刃側面５２は、該内端５１ａからヘッド軸心Ｏ側へ傾斜した傾斜面をなし、その面方向が切刃前面５３に対して直角に設定されている。

このようなガンドリルによる深穴加工は、当該ガンドリル又は被削材Ｗを回転させながら、工具シャンク１及び切削ヘッド２内のクーラント供給路３ａ，３ｂを通して供給されるクーラントを切削部位へ連続的に送り込み、該切削部位で発生する切屑を該クーラントに巻き込んで切屑排出溝４を通して外部へ排出する。しかして、本実施形態では、クーラントは主として切削ヘッド２の外周面２ｃに設けたクーラント導出口５ａからクーラント導出溝５へ導出され、このクーラント導出溝５を通って切削部位へ放出され、残る一部が一方のクーラント流通孔３２より流路孔３３を経てヘッド先端面２０ｂのクーラント吐出口９から切削部位へ放出される。

しかして、このガンドリルでは、切刃５の刃先縁５１の内端５１ａがヘッド軸心Ｏから離間していることにより、図３に示すように、該軸心Ｏ付近に離心距離ｓを半径とする円形の非切削ゾーンＺが形成され、この非切削ゾーンＺで被削材Ｗの非切削コアＣを生じる。しかるに、刃先縁５１の内端５１ａ側の切刃側面５２が該内端５１ａからヘッド軸心Ｏ側へ傾斜した傾斜面をなすことから、図４に示すように、該非切削コアＣが傾斜した切刃側面５２の押接によって図示仮想線の如く強制的に側方へ押しやられ、切削ヘッドの回転に伴って捩られるようにして折り取られる。しかして、切刃側面５２の傾斜により、非切削コアＣは長くなるほどヘッド軸心Ｏから側方へ変位する度合が増すから、該非切削コアＣが長く成長することなく小刻みに効率よく分断され、もって良好な切屑排出性が確保され、軸心位置のチゼルエッジの解消と相俟って高い切削能率が得られる。

しかも、本実施形態では、切刃５の刃先縁５１がヘッド軸心Ｏを中心とする半径線Ｒよりも距離ｆだけ芯上がり位置に配置し、且つ内端５１ａ側の切刃側面５２が切刃前面５３に対して直角になっているから、図５に示すように、刃先縁５１の内端５１ａから後方へ続く切刃側面５２の上端縁５２ａは、ヘッド軸心Ｏに対する最短距離ｄが刃先縁５１の内端５１ａの離心距離ｓよりも短くなり、図示の斜線部分Ｕだけ非切削ゾーンＺ内に入り込む形になる。従って、刃先縁５１の切削で生成した非切削コアＣは、その生成直後に斜線部分Ｕだけ側方から押し切られ、非切削ゾーンＺよりも小さい半径ｄの円形Ｎに縊られることから、より小刻みに折り取られ易くなる。また、切刃５の刃先縁５１の全体がヘッド軸心Ｏ側に高く傾斜しているから、切削反力の背分力が切刃５側とは反対側へ向き、この反対側にあるガイドパッド６を切削孔Ｈ内周へ押し付けるように作用するから、該切削孔Ｈの穿孔精度が向上するという利点もある。

一方、このガンドリルでは、切刃５が切削ヘッド２に設けた凹陥部２１ａにロウ付けされた切刃チップ５０からなるが、該切刃５の刃先縁５１はヘッド軸線Ｏを通る半径線Ｒに一致させる必要がない上、該刃先縁５１の内端５１ａもヘッド軸線Ｏから適当に離間しておればよいから、該切刃チップ５０のロウ付けに際して位置精度に厳密さを要さず、それだけ切削ヘッド２の製作が容易になる。また、切刃チップ５０自体も、その切刃側面５２が単純な傾斜面でよいから、その加工製作を容易に低コストで行える。ただし、本発明のガンドリルは、切刃５をヘッド本体２０に一体形成したものも包含する。

切刃５における内端５１ａ側の切刃側面５２のヘッド軸線Ｏに対する傾斜角度θは、５〜３０度の範囲が好ましく、この傾斜角度θが小さ過ぎても大き過ぎても非切削コアＣの折り取り性（分断性）が悪くなる。また、刃先縁５１の内端５１ａのヘッド軸心Ｏからの離心距離ｓは０．０５〜０．５ｍｍの範囲が好ましく、小さ過ぎては切刃チップ５０のロウ付けの際の位置決めが困難になり、逆に大き過ぎては非切削コアＣが太くなって折り取りに大きな力を要して切削効率の低下に繋がる。更に、該切刃５の芯上がり量、つまりヘッド軸心Ｏを中心とする半径線Ｒに対する切刃縁５１の距離ｆは、非切削コアＣの小刻みな折り取りをより確実にする上で、０．２〜１．５ｍｍの範囲が好適である。

なお、切刃５における内端５１ａ側の切刃側面５２は、上記の実施形態では切刃前面５３と直角になっているが、本発明では切刃前面５３に対して７５〜９０度の角度範囲とすればよい。この角度範囲では、該切刃側面５２の押接による非切削コアＣの側方変位が充分に大きくなり、それだけ非切削コアＣの分断性が高まる一方、刃先縁５１の内端５１ａ側の刃先強度も大きくなって欠けにくく、もって切刃５の耐久性が向上する。

また、本実施形態のガンドリルのように、切削ヘッド２の先端側に切刃チップ５０と２つのガイドパッド６，６をロウ付けして、且つ切屑排出溝４の断面Ｖ字形の開き角度を１１０〜１３０°と大きく設定した場合、ヘッド本体２０の先端側の肉部断面が小さくなるために内部のクーラント流路の孔径を大きくできないが、ヘッド基端側内部のクーラント供給路３ａをヘッド長手方向中間部で外周面側のクーラント導出溝２２に連通させ、このクーラント導出溝２２によって切削部位へ至る流路断面積を大きく確保すれば、切削部位へ充分な量のクーラントを供給できる。従って、この実施形態では、切削部位への大きなクーラント供給量と、切屑排出溝４側の大きな流路断面積とが相俟って、優れた切屑排出性が得られ、深穴加工の加工能率が大きく向上する。なお、クーラント導出口２２の後部側の逆流止め突条部２５は、切削孔Ｈの内周と切削ヘッド２の外周との隙間からクーラントが後方へ逆流するのを防止し、もってクーラントの供給効率を高める機能を果たす。

しかして、本実施形態のガンドリルでは切削ヘッド２の先端面２０ｂにクーラント吐出口９を設けて切屑の排出を更に促進しているが、本発明のガンドリルではヘッド先端面２ｂのクーラント吐出口２４は必須ではなく、特に工具径が小さい場合には切削ヘッドの強度を確保する上でクーラント吐出口を省略することが望ましい。また、本発明においては、図５で示すように切刃５における内端側の切刃側面５２の上端縁５２ａが非切削ゾーンＺ内に入り込むことにより、既述のように非切削コアＣをより小刻みに折り取り易くする効果があるが、該上端縁５２ａでの押し切りによる切削抵抗の増加を回避するために、刃先縁５１の内端５１ａを含めて切刃側面５２の上端縁５２ａをアール状として入り込み部分（図４の斜線部分Ｕ）を生じなくしてもよい。その他、本発明では、切刃２及び切刃チップ５０の形状、ガイドパッド６の形状等、細部構成については実施形態以外に種々設計変更可能である。

本発明の一実施形態に係るガンドリルの切削ヘッド側を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。同ガンドリルの切削ヘッド側を異なる方向から見た側面図である。同ガンドリルによる深穴加工の状態を示す縦断正面図である。同深穴切削加工における切削中心部の挙動を示す縦断側面図である。同切削中心部の挙動を示す平面図である。従来のガンドリルの構成例を示し、（Ａ）は全体の側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線の断面矢視図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線の断面矢視図である。同従来のガンドリルの切削ヘッド側を拡大して示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）正面図である。

符号の説明

１工具シャンク
２切削ヘッド
２ｂヘッド先端面
２ｃ外周面部
２０ヘッド本体
２１ａ凹陥部
２３，２４クーラント吐出口
３ａ，３ｂクーラント供給路
４切屑排出溝
５切刃
５０切刃チップ
５１刃先縁
５１ａ内端
５２切刃側面
５３切刃前面
６ガイドパッド
Ｈ切削孔
Ｏヘッド軸心
Ｒ半径線
Ｚ非切削ゾーン
θ 傾斜角
ｆ距離（芯上がり量）
ｓ距離（離心距離）

Claims

工具シャンクとその先端部に装着される切削ヘッドの内部に両者を連通するクーラント供給路を有し、切削ヘッドに該クーラント供給路に連通するクーラント吐出口が開口すると共に、該工具シャンクの基部側から切削ヘッド先端にわたる外周面に、長手方向に沿う切屑排出溝が形成され、切削ヘッドの先端に前記切屑排出溝に臨む一枚刃の切刃を備えるガンドリルにおいて、
前記切刃は、刃先縁の内端がヘッド軸心から離間して該軸心付近に非切削ゾーンを形成すると共に、内端側の切刃側面が該内端からヘッド軸心側へ傾斜した傾斜面をなし、
切削加工中、前記非切削ゾーンで生じる被削材の非切削コアを前記傾斜した切刃側面の押接によって折り取るように構成されてなるガンドリル。
前記切刃は、前記内端側の切刃側面が切刃前面に対して７５〜９０度の角度をなす請求項１に記載のガンドリル。
前記刃先縁の内端がヘッド軸心から０．０５〜０．５ｍｍ離間すると共に、前記切刃側面のヘッド軸心に対する傾斜角度が５〜３０度である請求項１又は２に記載のガンドリル。
前記切刃の刃先縁が、ヘッド軸心を中心とする半径線と平行して、且つ該半径線よりも切削回転方向前方へ０．２〜１．５ｍｍの芯上がり位置に配置してなる請求項１〜３のいずれかに記載のガンドリル。
前記切刃が切削ヘッドに設けた凹陥部にロウ付けされた切刃チップからなる請求項１〜４のいずれかに記載のガンドリル。
切削ヘッドの外周面における切刃側とは反対側の位置にガイドパッドが設けられると共に、切刃の刃先縁の全体がヘッド軸心側に高く傾斜してなる請求項１〜５のいずれかに記載のガンドリル。