JP2011093059A

JP2011093059A - 切削工具

Info

Publication number: JP2011093059A
Application number: JP2009250994A
Authority: JP
Inventors: Takao Sugaya; 高夫菅谷; Yosuke Maeda; 洋祐前田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-05-12

Abstract

【課題】工具寿命を向上するとともに、チップブレーカによって切屑を良好に切断することが可能な切削工具を提供することを課題とする。
【解決手段】ワーク２を切削する切削刃２１と、切削刃２１に連続し、ワーク２の切削により発生する切屑３をすくい取るすくい面２２と、すくい面２２に連続して設けられ、すくい面２２によってすくい取られる切屑３を切断する壁面２３ａを含むチップブレーカ２３と、を具備する切削工具（ドリル１）であって、すくい面のすくい角αを、ドリル１の回転軸芯Ｃに対して負角に設定し、かつ、チップブレーカ２３の壁面２３ａのせん断角βを、ドリル１の回転軸芯Ｃの垂線Ｂに対して負角に設定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、フライス加工、旋盤加工等の切削加工に用いる切削工具に関し、より詳細には、チップブレーカを有する切削工具に関する。

ドリル、エンドミル等の切削工具は、先端部に切削刃を備える回転体として構成されており、適宜の回転駆動装置の駆動により回転可能、かつ、適宜の送り装置によって軸方向に移動可能である。切削工具は、前記回転駆動装置の回転駆動により回転し、先端に配置する切削刃によってワークを切削する。
切削刃によるワークの切削部位には切屑が発生し、その切屑を切削部位から取り出すために切削刃の回転方向上流側に連続する面として、すくい面が形成されている。また、切削面と切削工具との接触を防止するために切削刃の回転方向下流側に連続する面として逃げ面が形成されている。

切削刃により切削されたワークの切屑は、すくい面を通じて排出される。このとき、切屑の形状（長さ、巻き数等）によっては、すくい面上を円滑に通過せず、切削工具に巻き付く、飛散する等の不具合を及ぼす可能性があり、係る場合には、切削面の精度、工具寿命に悪影響を及ぼすことがある。

従来、切削により発生する切屑を適当な長さに切断し、上記のような不具合を解消する一手段として、すくい面にチップブレーカを設ける切削工具が公知である（例えば、特許文献１参照）。
チップブレーカは、すくい面から回転方向に立ち上がった位置に設けられる壁状の部位であり、すくい面を通過してきた切屑にブレーキ力を付与し、係るブレーキ力によって切屑を強く曲げて所定の長さに切断する。

また、特許文献１には、すくい面の工具軸に対する角度（すくい角）を負角に設定する切削刃の構成が開示されている。
すくい角を負角にすることによって、切削刃の刃先を強化できる。また、切削刃の先端を研削して再生する際に、すくい面側に取代を得ることができるため、再生回数を多く取れ、工具寿命の延命化を図れる。

しかしながら、一般的に長い切屑が排出されるアルミ等の軟質材料を切削する際に、特許文献１に記載のチップブレーカの構成では、切屑に十分なブレーキ力を付与することができず、切屑の長さが長くなってしまうという欠点がある。
特に、切屑がチップブレーカに当たらずにすくい面上で切削部位側にカールし、切削部位に噛み込む、又は切削面側に巻き込まれて切削面を傷つける等の不具合が生じ得るため、チップブレーカに対して新たな工夫を施す必要がある。

特許２００３−２３６７１４号公報

本発明は、以上の状況を鑑み、工具寿命を向上するとともに、チップブレーカによって切屑を良好に切断することが可能な切削工具を提供することを課題とする。

請求項１に記載の切削工具は、ワークを切削する切削刃と、当該切削刃に連続し、前記ワークの切削により発生する切屑をすくい取るすくい面と、当該すくい面に連続して設けられ、前記すくい面によってすくい取られる切屑を切断する壁面を含むチップブレーカと、を具備する切削工具であって、前記すくい面のすくい角を、前記切削工具の軸芯に対して負角に設定し、かつ、前記チップブレーカの壁面のせん断角を、前記切削工具の軸芯の垂線に対して負角に設定する。

請求項２に記載のように、前記切削工具において、前記すくい面及び前記チップブレーカの壁面は平面として形成され、かつ、前記すくい面の基端部と、前記チップブレーカの壁面の立ち上がり部とが接続されることが好ましい。

本発明によれば、工具寿命を向上するとともに、チップブレーカによって切屑を良好に切断することが可能な切削工具を提供できる。

本発明の切削工具の一実施形態であるドリルを示す図である。ドリルの底面図であり、図１のＡ方向矢視図である。ドリルの切削部を示す拡大図である。チップブレーカの別実施形態を示す拡大図である。ドリルによるワークの切削を示す拡大図であり、（ａ）は本実施形態のドリルによるワークの切削を示し、（ｂ）は従来のドリルによるワークの切削を示す。ドリルの切削刃の研削再生を示す模式図であり、（ａ）は本実施形態のドリルの切削刃の研削再生を示し、（ｂ）は従来のドリルの切削刃の研削再生を示す。すくい角と、切屑長さ及び再研削時のすくい面の取代との関係を示すマップである。せん断角の設定と、切屑長さとの関係を示すマップである。

以下、図面を参照して、本発明に係る切削工具の実施の一形態であるドリル１について説明する。ドリル１は、ワーク２を切削加工する直刃ドリルである。
ワーク２は、アルミニウム、アルミニウム合金等の軟質金属材料からなる被切削物であり、ドリル１によってワーク２の所定の箇所に穴あけ加工が施される。

図１に示すように、ドリル１は、シャンク部１０、切削部２０を具備する。
シャンク部１０は、ドリル１を回転駆動する適宜の回転駆動装置に固定するための部位であり、ドリル１の基端側に設けられている。
切削部２０は、ワーク２を切削するための部位であり、ドリル１の先端側に設けられている。
なお、ドリル１において、シャンク部１０及び切削部２０は同一の軸（ドリル１の回転軸芯Ｃ）上に設けられている。

図１〜図３に示すように、切削部２０は、二つの切削刃２１・２１と、各切削刃２１に連続する面として形成されるすくい面２２・２２と、各すくい面２２に連続して設けられるチップブレーカ２３・２３と、各すくい面２２及びチップブレーカ２３に連続して設けられる排出溝２４・２４と、各切削刃２１のすくい面２２側と反対側に連続する面として形成される逃げ面２５・２５と、を具備する。
切削刃２１・２１、すくい面２２・２２、チップブレーカ２３・２３、排出溝２４・２４、逃げ面２５・２５は、それぞれドリル１の回転軸芯Ｃを対称点として点対称に配置される。

切削刃２１は、ワーク２と当接し、ワーク２の表面を切削する切削刃である（図５参照）。切削刃２１・２１は、回転軸芯Ｃ側が突出する形状を有する。また、切削刃２１の先端は、ドリル１の回転軸芯Ｃに対して切削刃２１の延出方向（径方向外側）と反対側にずれて位置する、いわゆる芯上がり形状を有する。
切削刃２１の刃面には、ニック２１ａ・２１ａが形成される。ニック２１ａは、切削刃２１の一部を切り欠くことにより形成されている。ニック２１ａは、切削刃２１によるワーク２の切削により発生し、切削刃２１の延在方向に向けて伸びるワーク２の切屑３を切断する機能を有する。

すくい面２２は、切削刃２１の回転方向上流側（進行方向前側）に連続して形成される平面である。すくい面２２は切削刃２１よりも回転方向上流側に配置されており、切削刃２１によるワーク２の切削により発生する切屑３をすくい取り、切屑３を排出溝２４側に送り出す部位である。
すくい面２２の回転軸芯Ｃに対する角度（「すくい角α」）は、負角に設定されている。これにより、切削刃２１のシャープエッジは鈍角となり、切削刃２１の強度、つまり寿命が向上される。

チップブレーカ２３は、切削刃２１と平行に設けられ、かつ、すくい面２２に連続して設けられる部位であり、切削刃２１により切削され、すくい面２２によってすくい取られたワーク２の切屑３を切断する。
チップブレーカ２３は、すくい面２２の基端部と連続する面として形成される壁面２３ａを含む。壁面２３ａは、切削刃２１から所定の長さだけ基端部側へ移動した位置に配置され、かつ、すくい面２２の基端から所定の長さ（深さ）だけ回転方向上流側に延出される平面である。言い換えれば、すくい面２２は、チップブレーカ２３の壁面２３ａの立ち上がり部からドリル１先端側へ延出して設けられている。
壁面２３ａは、切削刃２１から発生する切屑３と衝突することによって、切屑３に強い曲げ応力を与えてカールさせて切断する。つまり、壁面２３ａは、切屑３のせん断面として機能する。
壁面２３ａの回転軸芯Ｃの垂線Ｂに対する角度（「せん断角β」）は、負角に設定されている。つまり、壁面２３ａは、すくい面２２側へ傾斜するように形成されている。

なお、チップブレーカ２３の切削刃２１に対する配置関係は、上記の平行のものに限定されず、以下に示すようにチップブレーカ２３の切削刃２１に対する角度を（１）正角又は（２）負角に設定しても良い。
（１）図４（ａ）に示すように、チップブレーカ２３を切削刃２１に対して正角（最大５（°）程度）に設定する場合、チップブレーカ２３は径方向端部に向かうに従って切削刃２１に近接するように形成されるため、切屑３のブレーキ力を高めることが可能となる。これにより、チップブレーカ２３によって切屑３をさらに良好に切断できる。
（２）図４（ｂ）に示すように、チップブレーカ２３を切削刃２１に対して負角（最大５（°）程度）に設定する場合、チップブレーカ２３は径方向端部に向かうに従って切削刃２１から離間するように形成されるため、切屑３の排出性を向上できる。
これに付随して、チップブレーカ２３の形成位置の制約を緩くできるという効果を奏する。つまり、切削刃２１とチップブレーカ２３との間隔を広げることができ、切屑３の詰まりを良好に解消できるため、チップブレーカ２３を切削刃２１に近接させて形成することが可能である。

排出溝２４は、すくい面２２及びチップブレーカ２３に連続して設けられる空間であり、切削刃２１の切削によって発生する切屑３をドリル１の基端部側へ（穴あけ加工が施されるワーク２の外部へ）排出するための凹部である。
排出溝２４は、チップブレーカ２３からシャンク部１０の近傍まで延びて設けられるストレート溝に形成される。ただし、排出溝２４をらせん状のツイスト溝として構成しても良い。

逃げ面２５は、切削刃２１に対してすくい面２２と反対側、つまり回転方向下流側（進行方向後側）に所定の逃げ角を有するように配置される部位であり、切削刃２１によって切削されたワーク２の切削面とドリル１との接触を回避するための空間をドリル１の先端側に形成している。

以上のように構成されるドリル１を用いてワーク２を切削する際は、ワーク２の表面に切削刃２１が当接するようにドリル１を送りつつ回転駆動し、切削刃２１によってワーク２の表面を所定の切削速度で切削する。
このとき、図５（ａ）に示すように、ワーク２からは切屑３が発生し、このように発生した切屑３がすくい面２２を通じてチップブレーカ２３の壁面２３ａに当たる。この間も切削刃２１による切削が進行し、ワーク２から切屑３が発生し続けるため、切屑３の長さが伸びる。そして、壁面２３ａとの接触により強い曲げ応力を受けた切屑３は、回転方向上流側へカールしつつ、せん断される。せん断された切屑３は、排出溝２４を介してワーク２の切削部位から外部へ排出される。
ここで、壁面２３ａのせん断角βは負角、つまり、壁面２３ａがすくい面２２側へ傾斜するように設定されているため、すくい面２２上を通過してきた切屑３が壁面２３ａに確実に当たる。これにより、切屑３を所望の長さで切断することが可能となる。言い換えれば、切削刃２１と壁面２３ａとの距離を適宜設定することによって、切屑３の切断長を略決定することが可能となる。
従って、壁面２３ａを含むチップブレーカ２３によって切屑３を良好に切断することが可能となる。

また、本実施形態のチップブレーカ２３の構成により以下に示す作用効果を奏する。
壁面２３ａはすくい面２２から立ち上がるように延設されているため、ドリル１の切削部２０に切削刃２１、すくい面２２、チップブレーカ２３をそれぞれ形成する際の作業・工程を簡易なものにできる。特に、すくい面２２及び壁面２３ａは平面として形成されているため、複雑な曲面加工等が必要なく、シンプルな製造設備での製造が可能となり、製造精度を担保できる。

これに対して、図５（ｂ）に示すように、本実施形態とは異なり、チップブレーカの壁面におけるせん断角βを０又は正とした場合、ワーク２の切屑３がすくい面上で滑り、壁面に当たらない可能性がある。これにより、チップブレーカとしての機能を発揮することができずに、切屑３の長さが長くなり、切削刃が破損する、切削面を傷つける等、切削不良の問題が生じてしまう。
また、上記問題に対して、せん断角βを０又は正角とした状態で、チップブレーカの形成位置を切削刃に近づけることによって、切屑がチップブレーカと接触する確率を上げる方策が考えられるが、切削刃からチップブレーカまでの距離を短くすることによって切屑が切削刃とチップブレーカとの間で詰まってしまい、切削部位に噛み込まれる不具合が生じ得る。これにより、刃先寿命の低下、切削部位の精度低下等、切削不良の問題が新たに生じてしまう。
このように、本実施形態のチップブレーカ２３の形状によれば、上記のような問題を考える必要がなく、ワーク２の切削時に発生する切屑３を適切な長さに切断処理することができ、好ましい形状（長さ、巻き方等）の切屑３を排出することが可能となる。

次に、図６を参照して、切削刃２１を研削再生する態様について説明する。
図６に示すように、切削刃２１を研削することによる刃先の再生は、切削刃２１を研ぎ落として、再度研ぎ落とされた箇所を研磨することによって行われる。
このとき、すくい面２２のすくい角αが負角に設定されていることにより、研削ごとにすくい面２２に取代を得ることができる。これにより、ドリル１の使用による摩耗に応じた量の研削が可能となり、再研削性を向上できるとともに、すくい角αを０又は正角とした場合と比較して、大きな工具寿命を実現できる。

詳細には、図６（ａ）に示すように、本実施形態のドリル１の切削刃２１を再生する際は、すくい面２２及びチップブレーカ２３を含めて切削刃２１を研ぎ落とし、再度、切削刃２１及びチップブレーカ２３を形成することによって行われる。
なお、図６（ａ）においては、切削刃２１の再生前の状態を二点鎖線で示し、切削刃２１を一回再生した状態を一点鎖線で示し、切削刃を二回再生した状態を実線で示している。
これに対して、図６（ｂ）に示すように、すくい角αを０とした従来のドリルの切削刃１２１を再生する場合には、すくい面１２２での段差発生を防止するために、取代をチップブレーカ１２３より手前側（ドリル１の基端側）まで取る必要がある。その後、再度切削刃１２１及びチップブレーカ１２３を形成することとなり、ドリルの切削部１２０の材料ロスが大きくなり、寿命が短くなってしまう。
なお、図６（ｂ）においては、切削刃１２１の再生前の状態を二点鎖線で示し、切削刃１２１の再生後の状態を実線で示している。

以上のように、本実施形態に係るドリル１は、すくい面２２のすくい角αを負角に設定し、かつ、チップブレーカ２３の壁面２３ａのせん断角βを負角に設定している。
これにより、ドリル１の工具寿命を向上できるとともに、切屑３をチップブレーカ２３によって良好に切断することが可能となる。

上述のように、すくい角α及びせん断角βは、負角に設定されている。
以下では、図７及び図８を参照して、すくい角αとせん断角βとの角度の設定方法の一例について説明する。
図７は、すくい角αを０（°）〜１０（°）まで１（°）ずつ変更して、切屑３の長さ及び再研削時のすくい面の取代を測定した測定結果を示す。図８は、すくい角αを４（°）とした場合にせん断角βを−１（°）〜４（°）まで１（°）ずつ変更して、切屑３の長さを測定した測定結果を示す。
なお、図７、図８において、すくい角αの値およびせん断角βの値が正の値であるときには、すくい面２２およびチップブレーカ２３の壁面２３ａが負角側に傾斜し、すくい角αおよびせん断角βが負の値であるときには、すくい面２２およびチップブレーカ２３の壁面２３ａが正角側に傾斜した状態となっている。
また、本実施形態のドリル１におけるすくい面２２のすくい角αは４（°）に設定され、せん断角βは１（°）に設定されている。つまり、すくい面２２と壁面２３ａとのなす角度は９３（°）となるようにすくい角α及びせん断角βが設定されている。

図７に示すように、すくい角αは、角度を大きくすると切屑長さが長くなり、かつ、再研削時のすくい面の取代が大きくなる。
つまり、すくい角αを設定する際は、切屑長さの限界値を超えないように、かつ、再研削時のすくい面の加工が可能なように設定する。なお、前記切屑長さの限界値は、ドリル１によるワーク２の切削形態（ドリル１の切削速度、送り速度等の切削条件、又はワーク２の材料特性）に応じて変更されるものであるが、すくい面の取代については、切削形態に関わらず決定されるものである。

図８に示すように、せん断角βは、角度を小さくすると、切屑長さが短くなり、角度を大きくすると、切屑長さが長くなる。
つまり、せん断角βを設定する際は、切屑長さの限界値を超えないように設定する。なお、前記切屑長さの限界値は、ドリル１によるワーク２の切削形態（ドリル１の切削速度、送り速度等の切削条件、又はワーク２の材料特性）に応じて変更されるものである。
また、切屑長さが短くなりすぎると、切屑３が飛散する等の問題が生じる。

以上の事実を鑑み、本実施形態におけるすくい角αは、４（°）に設定され、せん断角βは、１（°）に設定されている。
これにより、ドリル１の切削刃２１を再研削する際の研削性を確保しつつ、ドリル１を用いてワーク２を切削する場合の切屑３の形状をコントロールすることが可能となる。
なお、図７に示す測定結果よれば、すくい角αは４（°）〜６（°）程度が好ましい。

なお、本発明に係る切削工具の実施の一形態としてドリル１を取り上げて説明したが、本発明を適用する切削工具は、直刃ドリルとして構成されるドリル１に限定されず、同様に構成されるすくい面及びチップブレーカを備えるバイト等に対しても適用可能である。

１ドリル（切削工具）
２ワーク
３切屑
２０切削部
２１切削刃
２２すくい面
α すくい角
２３チップブレーカ
２３ａ壁面
β せん断角

Claims

ワークを切削する切削刃と、当該切削刃に連続し、前記ワークの切削により発生する切屑をすくい取るすくい面と、当該すくい面に連続して設けられ、前記すくい面によってすくい取られる切屑を切断する壁面を含むチップブレーカと、を具備する切削工具であって、
前記すくい面のすくい角を、前記切削工具の軸芯に対して負角に設定し、かつ、
前記チップブレーカの壁面のせん断角を、前記切削工具の軸芯の垂線に対して負角に設定する切削工具。
前記すくい面及び前記チップブレーカの壁面は平面として形成され、かつ、
前記すくい面の基端部と、前記チップブレーカの壁面の立ち上がり部とが接続される請求項１に記載の切削工具。