JP2009525884A - 皿穴付きねじ孔の製造方法とこの方法を実施するためのドリル - Google Patents

Abstract

本発明に基づく皿穴付きねじ孔の製造方法は次の工程を含んでいる。即ち、端面（９）における少なくとも１つのきりもみ主切刃（１０）と外周面におけるねじ切り歯（８）とを備えボール盤の主スピンドルと運動力学的に連結されたドリルが、１回の作業工程において、主スピンドルの長手方向（３）にワークに向けて送られ、コア孔のきりもみ又は中ぐりおよびコア孔の内周壁の雌ねじ切りを同期して実施する。第２工程において、そのように製造されたねじ孔からドリルが引き抜かれ、ドリルの主スピンドルが、その中心長手方向（３）に対して直角にドリルをねじ孔の縁に送る。その主スピンドルはドリルをねじ孔の縁に沿った円運動で案内し、その場合、ドリルに設けられた面取り部（１４）がねじ孔の縁に皿穴を切削する。
【選択図】図２

Description

本発明は、皿穴付きねじ孔の製造方法並びにこの方法を実施するためのドリルに関する。

工業技術においてワークにコア孔の穿孔を実施することがしばしば必要である。その孔は盲孔あるいは貫通孔として形成される。その孔がワークに切削加工で新たに設けられるとき、コア穿孔と呼ぶ。既に予め成形されたコア孔が設定寸法にくり広げられるとき、中ぐりと呼ぶ。また、孔の円筒状内面壁にねじを成形することが知られている。公知のねじ製造法は雌ねじ切り（タッピング）である。このために、特殊工具がその外周面に孔の内面壁にねじを形成するためのねじ切り歯を有している。また、孔縁に皿穴を形成することが知られている。孔縁、従って雌ねじ始端におけるこの皿穴は、雄ねじを有するボルトをねじ孔にねじ込む際における心出し補助具ないし挿入案内傾斜面として用いられる。

従来技術において、このような皿穴付きねじ孔を三段階の製造工程で製造することが知られている。その製造方法の場合、第１工程において、コア孔がきりもみ又は中ぐりされる。第２工程において、ねじがねじ切りドリルで形成され、第３工程において、孔縁に皿穴が形成される。従来技術においてさらに、いわゆる段階工具を利用することが知られている。その工具は、きりもみ切刃とねじ切り歯と座ぐり段を有している。かかる段階ドリルは例えば、１９７９年、カール ハンサー社（ミュンヘン／ウィーン）出版、スプュール（Spur）／ステェフェーレ（Stoferle）著の「Handbuch der Fertigungstechnik」、Band３−Spanen（切削）、Teil 1（第１部） の３５１頁と３７９頁で知られている。かかる段階ドリルの場合、段階ドリルでは常に予め規定された深さのコア孔ないしねじ孔しか製造できない、という欠点がある。種々の深さのコア孔ないしねじ孔の製造に対して、その都度の深さに合わされた種々の段階ドリルが必要である。

切削製造法によるねじ孔製造は非常に高価であるために、組立部品例えば変速機カバーや変速機ケースを製造する際、相応した半製品にはじめから孔を形成するように、特に鋳造形成するようにしている。鋳造時には中子がまず孔の中に置かれねばならず、その中子が後で取り出されねばならないために、その孔は常に僅かに円錐状に傾斜されている。一方では、その傾斜のために、他方では、鋳造法における低い表面品質、特に低い寸法安定性のために、そのように形成された孔は、通常、再加工工程でその設定寸法に穴あけされ、雌ねじが設けられる。

直径は同じであるが深さが異なる種々の孔を穿孔するために、一方では、きりもみ切刃を、他方では、ねじ切り歯を備えた複合ねじ切りドリルが利用されている。コア孔の穿孔後および穿孔工程中における同時ねじ切り後、別個の作業工程において、別個の座ぐり工具によって孔縁に皿穴が設けられる。

この場合、一方では、複合ねじ切りドリルを座ぐり工具に交換する必要があり、他方では、工具マガジンにおいて座ぐり工具により追加的に工具場所が占められる、という欠点がある。

本発明の課題は、ねじ孔の製造時間が非常に短縮され、その方法が一層単純化される、皿穴付きねじ孔の製造方法を提供することにある。この課題は請求項１に記載の方法によって解決される。また本発明の課題は、この方法に適した工具を提供することにある。この課題は請求項３に記載の複合した特徴によって解決される。それらの従属請求項には、部分的に目的に適い、部分的に発展された形態が記載されている。

本発明に基づく方法は、近年の製造技術では三次元調整可能な作業スピンドルを備えた工作機械が利用されている、ということを活用している。特に、この方法を実施するために、いわゆるねじ補間法（Schraubeninterpolation）の様式で雌ねじを製造する働きをする工作機械が適している。そのねじ補間法において、工作機械の主スピンドルによって、ねじ螺旋を発生するために円運動と直線運動が重畳される。このようにして、例えばねじ切りフライス盤によって、全部の複合ねじが製造できる。

この方法において、まず、主スピンドルと運動力学的に連結されたドリルが、通常は工作機械のチャックに締付け固定されたドリルが、最初の作業工程において、コア孔を穿孔するためあるいは成形されたコア孔を中ぐりするために、主スピンドルの長手方向にワークに向けて送られる。ドリルの外周面に設けられたねじ切り歯によって、その穿孔工程で同時に、穿孔済みコア孔の内周壁に雌ねじが切られる。これによってねじ孔ができる。この第１工程に続いて直ちに、工具交換をすることなく、第２工程が行われる。工具、即ち、ドリルの引き抜き後、主スピンドルがその中心長手方向に対して直角に、従って、穿孔方向に対して直角にドリルをねじ孔の縁に送り、ドリルをねじ孔の縁に沿った円運動で案内し、その際、ねじ孔の縁に皿穴を切削する。この第２工程の終了後、皿穴付きねじ孔が完全に仕上がり、使用可能となる。

本発明の有利な実施態様において、ドリルはまずねじ補間法における方法に類似して、工具スピンドルの長手方向における皿穴の深さの全寸法だけねじ孔の中にもぐり込まされる。そのもぐり込み後、ドリルは、面取りフライス研削（Einfahrschleife）を行い、ねじ孔の縁に皿穴を切削し、そして、面取りフライス研削戻し（Ausfahrschleife）でねじ孔の中心に戻されて孔から抜き出される。

本発明に基づく方法の主な利点は、複合ねじ切り工具から座ぐり工具への工具交換が完全に省かれることにある。本発明に基づく方法によって、１つの工具を1度固定するだけでコア孔の穿孔ないし中ぐり並びにねじ切り並びに孔縁の座ぐりを実施することができる。また工具マガジンにおける座ぐり工具のための場所がもはや必要でなくなる。工具マガジンに座ぐり工具の代わりに別の工具を入れることができる。これは殊に、工具マガジンの稼働時間サイクルが長くなり、これによって、工具マガジンにおける工具交換に対するインターバルがそれに応じて減少する、という利点を有する。これに伴って明らかに、時間が節約され、それによりコスト削減が生ずる。

請求項３〜６は、本発明の方法を実施するために適したドリルに関する。このドリルはその端面に少なくとも１つのきりもみ主切刃を有している。各きりもみ主切刃にドリル円周における２つのきりもみ前切刃が対応している。きりもみ前切刃に付属された前逃げ面はそれぞれねじ切り歯を有している。ドリル端面における各主逃げ面とそれらに隣接するドリルシャンクにおける前逃げ面との間に、面取り部が形成されている。この面取り部は、第２工程において皿穴を切削加工するための斜め切刃が主切刃とこれに対応した前切刃との間に形成されるように、傾斜している。また、その面取り部はドリル端面とドリルシャンクとの間の範囲において、穿孔時、即ち、主切刃がワークに切り込む際、チップ（削り屑）の排出を改善する。従って、その面取り部は二重機能を有する。即ち、これは、一方では、皿穴を仕上げるための成形工具であり、他方では、穿孔工程中におけるドリルのチップ排出を助長する。

皿穴の傾斜角は任意に選定できる。一般には、皿穴の傾斜角に対する規格寸法が選定される。かかる規格の例はＤＩＮ規格７６、部分３である。そこには、雌ねじないしナットねじに対して、ねじ入口ないしねじ始端に皿穴を有する基本ねじ孔が挙げられている。この場合、皿穴の外径ｄはねじ直径の最大１．０５倍に相当する。この直径比から、皿穴の開き角βはＤＩＮ規格７６に応じて１２０°となる。孔の中心長手軸線に関して、開き角βは皿穴の傾斜角の二倍の大きさに相当する。面取り部の傾斜角がドリルの中心長手軸線に関して皿穴の傾斜角に相当しているので、１２０°の開き角βは６０°の傾斜角の面取り部で作られる。換言すれば、一方では、本発明に基づく方法で、他方では、この方法を実施するための本発明に基づくドリルで作られた皿穴の幾何学形状は、常に、ドリルに形成された面取り部の幾何学形状に依存する。本発明に基づく方法に応じて切削加工が行われるので、即ち、ねじと皿穴の製造が連続作業工程で行われるので、ドリルにおける面取り部の幅は、この面取り部で製造すべき皿穴の幅より幾分大きくされている。好適には、面取り部の幅は製造すべき皿穴の幅の１０５％である。

ドリルの有利な実施態様において、ドリルに１つあるいは複数の冷却路を設けるようにされている。これによって、穿孔工程中、液体冷却潤滑材が作用箇所に搬送される。液体冷却潤滑材によって、一方では、ドリルとワークが冷却され、他方では、ドリルとワークが潤滑される。また冷却潤滑材は、穿孔時に生ずるチップを搬出するために用いられる。チップは液体冷却潤滑材によって孔からいわば洗い流され、ないしは、ワークにおいてドリルの作用箇所から流し出される。即ち、冷却潤滑材はチップの搬出の向上にも用いられる。穿孔すべき盲孔の場合、逃げ面の部位ないしチゼルエッジの部位に冷却路が開口している。これに対して、通し孔を穿孔する際、ドリル円周においてねじ切り歯の部位に冷却潤滑材用の複数の出口が配置されている。

以下図（図１〜６）示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。

図１において、自由端に四角棒部２を備えた円筒状ドリルシャンク１があることが分かる。その四角棒部２は、工作機械のチャックに締付け固定されたドリルの回り止めである。

中心長手方向３において四角棒部２とは反対側のドリル軸１の自由端に、ドリルヘッド４が形成されている。このドリルヘッド４に複数の、この実施例では４つのねじれ溝５が存在している。ドリルヘッド４の回転方向６において、ねじれ溝５間にドリル本体のリブが形成され、このリブはその外側面、即ち、前逃げ面７に切削歯を有している。これは、一方では、中心長手方向３においてドリルヘッド４の自由端に続くねじ切り歯８であり、他方では、中心長手方向３においてねじ切り歯に続く案内歯１８である。そのねじ切り歯８は本来のねじを切削するために用いられ、他方で案内歯１８は、継続する穿孔工程中ないしねじ切り工程中に既にねじ切り済み雌ねじ内にドリルを案内する。

ドリルヘッド４の端面９において、それぞれ中心長手方向３に対して直角に且つ相互に直交する２つのきりもみ主切刃１０が延びている。この両主切刃１０はドリルヘッド４の中心において冷却路開口１１で突き破られている。ドリルを中心長手方向３において貫通する冷却路１２が、穿孔工程中に作用箇所に冷却潤滑材を導出するためにその冷却路開口１１に開口している。

ドリルヘッド４の端面において、きりもみ主切刃１０間に主逃げ面１３が形成されている。ドリルヘッド４において主逃げ面１３と前逃げ面７との間に、傾斜して延びる面取り部１４が形成されている。ドリルの中心長手方向３に延びる中心長手軸線１５に関する面取り部１４の傾斜角は、この実施例では３８°である。ＤＩＮ規格７６に応じた開き角１２０°の皿穴を実現するためには、面取り部１４は６０°の傾斜角１６に選ばれる。面取り部の幅１９は、好適には、面取り部１４で製造された皿穴の幅より幾分大きくされている。

この実施例で示されたドリルは次の通り機能する。即ち、コア孔をねじ孔の形に中ぐりするために、ドリルが予め開けられたコア孔の中に送られ、このコア孔をそのきりもみ主切刃１０と前逃げ面７に形成されたきりもみ前切刃で寸法通りに切削する。同時に、前逃げ面７に配置されたねじ切り歯８が、コア孔の内面壁にねじを切り、これによって、ねじ孔ができる。

ねじ孔の完成後、ドリルは再び長手方向３にその長手軸線１５に沿ってねじ孔から引き抜かれる。そして、長手軸線１５と一直線の工作機械の主スピンドルが、長手方向３に対して直角に延びる直角方向１７にドリルを孔縁に送る。面取りフライス研削の方式で、面取り部１４が孔縁に食いつき、その面取り部１４に付設された切刃が、回転方向６におけるドリルの回転およびそれと同時の工作機械の主スピンドルで制御される孔縁に沿ったドリルの円運転によって、孔縁に皿穴を切削する。その皿穴の完成後、面取りフライス研削戻しによってドリルが、ねじ開始点を形成する孔縁から離され、ワークから遠ざけられる。これによって、ねじ開始点に皿穴を備えたねじ孔が完成される。

本発明に基づくドリルの側面図。 ドリルヘッドとそれに続くドリルシャンク部の斜視図。 図１に示されたドリルのドリルヘッドの拡大側面図。 図３の矢印ＩＶ方向から見たドリルヘッドの端面図。 図１に示されたドリルの断面側面図。 図５に示されたドリルのドリルヘッドの先端の拡大詳細図。

符号の説明

１ ドリルシャンク
２ 四角棒部
３ 中心長手方向
４ ドリルヘッド
５ ねじれ溝
６ 回転方向
７ 前逃げ面
８ ねじ切り歯
９ 端面
１０ きりもみ主切刃
１１ 冷却路開口
１２ 冷却路
１３ 主逃げ面
１４ 面取り部
１５ 中心長手軸線
１６ 傾斜角
１７ 直角方向
１８ 案内歯
１９ 面取り部の幅

Claims (6)

1. 皿穴付きねじ孔の製造方法であって、
   ａ）端面（９）における少なくとも１つのきりもみ主切刃（１０）と外周面にお けるねじ切り歯（８）とを備えボール盤の主スピンドルと運動力学的に連結さ れたドリルが、１回の作業工程において、主スピンドルの長手方向（３）にワ ークに向けて送られ、
   ａａ）コア孔のきりもみ又は中ぐり、
   ｂｂ）コア孔の内周壁の雌ねじ切り、
   を同期して実施し、そのようにして、ねじ孔を完成する工程と、
   ｂ）そのように製造されたねじ孔からドリルを引き抜いた後、主スピンドルがそ の中心長手方向（３）に対して直角にドリルをねじ孔の縁に送り、ドリルをね じ孔の縁に沿って円運動で案内し、そのようにして、ねじ孔の縁に皿穴を切削 し、皿穴付きねじ孔を完成する工程と、
   を含んでいることを特徴とする皿穴付きねじ孔の製造方法。
2. 皿穴の切削のはじめに、ドリルが、工具スピンドルの長手方向（３）における皿穴の深さの全寸法だけねじ孔の中にもぐり込み、面取りフライス研削を行い、工具スピンドルの長手方向に対して直角に皿穴を切削し、面取りフライス研削戻しを実施することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法を実施するためのドリルであって、
   ・ドリルの端面（９）にわたって延びるきりもみ主切刃（１０）と、
   ・きりもみ主切刃（１０）に対応したドリル円周における２つのきりもみ前切刃 と、
   ・ドリル円周における前逃げ面（７）上のねじ切り歯（８）と、
   ・各主逃げ面（１３）とそれに隣接する前逃げ面（７）との間を傾斜して延びる 面取り部（１４）と、
   を有していることを特徴とするドリル。
4. 互いに直角を成して延びる２つのきりもみ主切刃（１０）を備えたドリルであって、
   ・きりもみ主切刃（１０）に対応したドリル円周における４つのきりもみ前切刃 と、
   ・ドリル円周における４つの前逃げ面（７）上のねじ切り歯（８）と、
   ・４つの主逃げ面（１３）とそれらに隣接する前逃げ面（７）との間における４ つの面取り部（１４）と、
   を有していることを特徴とする請求項３に記載のドリル。
5. 面取り部（１４）の傾斜角が皿穴の傾斜角に相当していることを特徴とする請求項３又は４に記載のドリル。
6. ドリルを中心長手方向（３）に貫通する冷却路（１２）を有していることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載のドリル。

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