JP2011152598A

JP2011152598A - 深孔切削用ドリルヘッド

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Publication number: JP2011152598A
Application number: JP2010014381A
Authority: JP
Inventors: Takuji Nomura; 倬司野村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2011-08-11

Abstract

【課題】中心側切削刃の背分力をも中心軸線に向かう径方向内向きに働かせるようにすることで、孔加工精度及び真直度の向上を図った深孔切削用ドリルヘッドを提供する。
【解決手段】ヘッド本体３の先端部にその中心軸線Ｇ側から外周側にかけて複数の切削刃６Ａ〜６Ｃをヘッド半径方向に沿って設けてなる深孔切削用ドリルヘッドにおいて、全ての切削刃６Ａ〜６Ｃの刃先縁１０，２０，３０が中心軸線Ｇに向かって上り傾斜状となるように設けられていて、中心側切削刃の刃先縁１０は、その基端部１０ｏ側から中心軸線Ｇ上の地点２２の若干手前側の地点２１までが上り傾斜直線状に形成され、この若干手前側の地点２１から中心軸線Ｇ上の地点２２を越えて下り方向に延びる刃先縁先端部２５側がアール状に形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヘッド本体の先端部に、インデクサブル（スローアウェイとも言う）タイプ又はロウ付けタイプの切削刃を設けた深孔切削用のドリルヘッドに関する。

図５の(a) はロウ付けタイプの切削刃を取り付けた従来のドリルヘッドを示す正面図、(b) はその平面図である。ここに示すドリルヘッド１１は、基端側に開口した中空部１２を有する略円筒状のヘッド本体１３を有し、このヘッド本体１３の略鈍角円錐形状のヘッド先端面１３ａには前記中空部１２に連通する大小２つの切屑排出口１４，１５を有し、大きい切屑排出口１４のヘッド径方向に沿う開口側縁に中心側切削刃１６Ａ及び外周側切削刃１６Ｂがロウ付けされ、小さい切屑排出口１５のヘッド径方向に沿う開口側縁に中間側切削刃１６Ｃがロウ付けされている。また、ヘッド本体１３の外周面１３ｂには、先端側にガイドパッド１７Ａ，１７Ｂが固着され、基端側に雄ねじ１８が形成されている。

そして、深孔切削加工においては、ドリルヘッド１１の基端側を雄ねじ部１８によって中空状ボーリングバー（図示省略）の先端側に螺入して取り付け、このボーリングバーを工作機械のスピンドルなどの駆動軸に連結して回転させるか、逆に被削材Ｗ側を回転させることにより、切削刃１６Ａ〜１６Ｃで被削材Ｗを切削して深孔を形成する。尚、ドリルヘッド１１の相対回転方向は、図５の矢印で示す反時計回り方向である。この切削加工中、クーラントを切削穴とボーリングバーとの隙間を通して高圧で切削部位へ供給し、切削部位で発生する切屑と共に切屑排出口１４，１５より中空部１２内へ流入させ、中空状ボーリングバー内を通して外部へ排出する。

ところで、この種の切削刃はヘッド本体３に中心軸線に対しヘッド径方向に取り付けられる場合に、被削材の中心部分まで切削するためには、切削刃の刃先部が正確に中心軸線を通らなければならない。しかし、ヘッド本体中心部の切削速度は理論的にゼロであるから、この部分の刃先部にはスラスト抵抗が負荷し、所謂チゼルエッジと言われ、切削力が働かない部分となっており、これが切削能力を上げることができない一因となっている。これを避けるために、図５に示されるドリルヘッド１１のヘッド本体３の先端部に取り付けられる中心側切削刃１６Ａは、(a) から分かるように、外周側切削刃１６Ｂ及び中間側切削刃１６Ｃの夫々の刃先縁が夫々基端部から中心軸線Ｇに向かう方向に上り傾斜直線状となっているのに対し、その刃先縁が基端部から中心軸線Ｇに向かう方向に下り傾斜直線状に形成されて、中心軸線Ｇを越える先端部が芯下がりの状態となっている。

上記のように中心側切削刃１６Ａの刃先縁がその基端部から中心軸線Ｇに向かう方向に下り傾斜直線状に形成されている従来のドリルヘッド１１による深孔切削加工において、切削刃１６Ａ〜１６Ｃの刃先縁にかかる切削抵抗の主分力は、直接切削に関わるもので、図５の(b) にＰａ，Ｐｂ，Ｐｃで示され、切削刃を被削材に押し付けるために必要な背分力は、同図の(a) にＮａ，Ｎｂ，Ｎｃで示される。この場合、同図の(a) から分かるように、外周側切削刃１６Ｂ及び中間側切削刃１６Ｃの背分力Ｎｂ，Ｎｃは、夫々中心軸線Ｇに向かう径方向内向きに作用するが、中心側切削刃１６Ａの背分力Ｎａは、径方向外向きに作用するため、この中心側切削刃１６Ａが径方向外向きに押されることになって、加工孔径が不測に大きくなり易く、孔加工精度が悪くなるという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑み、中心側切削刃の背分力も中心軸線に向かう径方向内向きに働かせるようにすることによって孔加工精度及び真直度の向上を図ることができると共に、被削材の中心部分まで切削できるようにした深孔切削用ドリルヘッドを提供することを目的としている。

上記課題を解決するための手段を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明は、ヘッド本体３の先端部にその中心軸線Ｇ側から外周側にかけて複数の切削刃６Ａ〜６Ｃをヘッド半径方向に沿って設けてなる深孔切削用ドリルヘッドにおいて、全ての切削刃６Ａ〜６Ｃの刃先縁１０，２０，３０が中心軸線Ｇに向かって上り傾斜状となるように設けられていて、中心側切削刃の刃先縁１０は、その基端部１０ｏ側から中心軸線Ｇ上の地点２２の若干手前側の地点２１までが上り傾斜直線状に形成され、この若干手前側の地点２１から中心軸線Ｇ上の地点２２を越えて下り方向に延びる刃先縁先端部２５側がアール状に形成されてなることを特徴としている。

請求項２は、請求項１に記載の深孔切削用ドリルヘッドにおいて、前記上り傾斜直線状刃先縁２３における中心軸線Ｇ上の地点２２の若干手前側の地点２１から中心軸線Ｇ上の地点２２までの刃先縁部２４の距離ηが０．１〜０．８ｍｍであることを特徴とする。

請求項３は、請求項１又は２に記載の深孔切削用ドリルヘッドにおいて、前記アール状部２５の曲率半径Ｒが０．５〜３ｍｍであることを特徴とする。

上記解決手段による発明の効果を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明によれば、図１及び図２に示すように、全ての切削刃６Ａ〜６Ｃの刃先縁１０，２０，３０が中心軸線Ｇに向かって上り傾斜状となるようにヘッド本体３の先端部に取り付けられているから、ドリルヘッド１による深孔切削加工においては、切削刃６Ａ〜６Ｃを被削材Ｗに押し付けるために必要な背分力Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃは、夫々が中心軸線Ｇに向かう径方向内向きに作用するようになり、これにより切削刃６Ａ〜６Ｃは殆ど径方向内向きに押されることになって、加工孔径が不測に大きくなるようなことがなく、孔加工精度及び孔真直が向上する。尚、以下に示す実施形態では、ヘッド本体３に３枚の切削刃６Ａ〜６Ｃを設けた例について説明したが、本発明は３枚刃に限るものではなく、５枚刃や７枚刃など複数枚の切削刃を設けたドリルヘッドに適用されるものである。

この場合、中心側切削刃６Ａの刃先縁１０は、上り傾斜直線状刃先縁２３の中心軸線Ｇ上の地点２２の若干手前側の地点２１にあり、しかもこの若干手前側の地点２１から中心軸線Ｇ上の地点２２を越えて下り方向に延びる刃先縁先端部２５側がアール状に形成されているから、この中心側切削刃６Ａにより被削材Ｗの中心部分まで切削可能となって、被削材Ｗの中心部分で刃先縁１０にスラスト抵抗が負荷するようなことがなく、刃先縁１０の先端部分が破損するようなこともない。

請求項２に係る発明によれば、上り傾斜直線状刃先縁２３における中心軸線Ｇ上の地点２２の若干手前側地点２１から中心軸線Ｇ上の地点２２までの刃先縁部２４の距離ηは、０．１〜０．８ｍｍであることが好ましく、この場合は、前記若干手前側の地点２１から中心軸線Ｇ上の地点２２を越えて下り方向に延びる円弧状の刃先縁先端部２５の曲率半径Ｒが０．５〜３ｍｍ程度あれば、この刃先縁部２４が中心軸線Ｇをオーバーラップしたときに刃先縁部２４が内切刃角θを形成するから、この刃先縁部２４により切削が行われ、被削材Ｗの中心部分の削り残しがなくなる。その距離ηが０．１ｍｍ以下の場合は、刃先縁の加工が非常に困難又は不可能に近くなり、そして刃先縁部２４の距離ηが０．８ｍｍ以上になると、刃先縁部２４が内切刃角θを形成し得なくなって、被削材Ｗの中心部分の削り残しを生ずる場合がある。

請求項３に係る発明によれば、上り傾斜直線状刃先縁２３における中心軸線Ｇ上の地点２２の若干手前側地点２１から中心軸線Ｇ上の地点２２を越えて下り方向に延びるアール状刃先縁先端部２５の曲率半径Ｒは、０．５〜３ｍｍであることが好ましく、その曲率半径Ｒが０．５ｍｍ以下では、刃先縁部２４の距離ηが０．１ｍｍ以下となって、刃先縁の加工が非常に困難又は不可能に近くなり、また３ｍｍ以上になると、刃先縁部２４が上り傾斜直線状刃先縁２３とほぼ同一直線上に重なる状態となって、内切刃角を形成し得なくなる。

(a) はインデクサブルタイプの切削刃をもつ本発明に係る深孔切削用ドリルヘッドの正面図であり、(b) は平面図である。 (a) は図１の(a) に矢印Ａで示す部分の拡大図であり、(b) は同部分の平面図である。図２のＢで示す部分の拡大図である。 (a) はロウ付けタイプの切削刃をもつ本発明に係る深孔切削用ドリルヘッドの正面図であり、(b) は平面図である。 (a) は従来の深孔切削用ドリルヘッドの正面図、(b) は平面図である。

以下に本発明の好適な一実施形態を図面に基づいて説明すると、図１は本発明に係る深孔切削用ドリルヘッド１を示すもので、このドリルヘッド１は、図５に示すドリルヘッド１１と同様に、基端側に開口した中空部２を有する略円筒状のヘッド本体３を有し、このヘッド本体３の略鈍角円錐形状のヘッド先端面３ａに、前記中空部２に連通する大小２つの切屑排出口４，５が設けられ、そして大きい切屑排出口４のヘッド径方向に沿う開口側縁にインデクサブル（スローアウェイ）タイプの中心側切削刃６Ａ及び外周側切削刃６Ｂがボルト８によって固着され、小さい切屑排出口５のヘッド径方向に沿う開口側縁に同じくインデクサブルタイプの中間側切削刃６Ｃがボルト８によって固着されている。また、ヘッド本体３の外周面３ｂには、先端側にガイドパッド７Ａ，７Ｂが図示しないボルトにより固着され、ヘッド本体３の基端側には雄ねじ９が形成されている。使用については、図５で説明した従来のドリルヘッド１１と同様である。

そして、このドリルヘッド１では、図１の(a) から分かるように、中心側切削刃６Ａ、外周側切削刃６Ｂ及び中間側切削刃６Ｃは全て、切削刃６Ａ〜６Ｃの刃先縁１０，２０，３０が中心軸線Ｇに向かって上り傾斜状となるように、ヘッド本体３の略鈍角円錐形状ヘッド先端面３ａにボルト８によって取り付けられている。

図２は図１の(a) に矢印Ａで示す部分、即ち中心側切削刃６Ａを拡大したものであり、図３は図２に矢印Ｂで示す部分、即ち中心側切削刃６Ａの一部を拡大して示したものである。この中心側切削刃６Ａの刃先縁１０は、図２及び図３に示すように、基端部１０ｏ（下流側端部）から中心軸線Ｇ上の地点２２の若干手前側の地点２１までが上り傾斜直線状に形成され、この地点２１、即ち上り傾斜直線状刃先縁２３の終端位置２１から中心軸線Ｇ上の地点２２を越えて下り方向に延びる刃先縁先端部側がアール状に形成されており、図３には、そのアール状部２５の曲率中心をＯ、その半径をＲで示す。尚、図２の(a) ，(b) において、２６はすくい面を示し、２７は逃げ面を示す。

この場合、中心側切削刃６Ａの刃先縁１０のうち、実際に切断を行うところは、図２に示すように基端部１０ｏから中心軸線Ｇ上の地点２２の若干手前側の地点２１までの上り傾斜直線状刃先縁２３と、図３に示すように中心軸線Ｇ上の地点２２の若干手前側の位置２１から中心軸線Ｇ上の地点２２までの円弧状刃先縁部２４とであり、また刃先縁１０のうち、中心軸線Ｇ上の地点２２から前記円弧状刃先縁部２３ｂと同じ曲率半径Ｒで連続的に下り方向へ延びるアール状部２５は、実際に切削を行わない非切削刃先縁部である。

そしてこの場合、前記上り傾斜直線状刃先縁２３のにおける中心軸線Ｇ上の地点２２の若干手前側の地点２１（上り傾斜直線状刃先縁２３の終端位置２１）から中心軸線Ｇ上の地点２２までの刃先縁部２４の距離ηが０．１〜０．８ｍｍに設定されており、前記アール状部２５の曲率半径は０．５〜３ｍｍに設定されている。

尚、このインデクサブルタイプの中心側切削刃６Ａは、図２から分かるように、ボルト８による取付部を中心として上辺側と下辺側とが対称形状に形成された２回対称性をもつ平行四辺形状の厚板からなるものであるから、上辺側と下辺側の上下両側に上述した刃先縁１０が上下対称状に形成されている。

上記のように、この発明に係るドリルヘッド１では、全ての切削刃６Ａ〜６Ｃの刃先縁１０，２０，３０が中心軸線Ｇに向かって上り傾斜状となるようにヘッド本体３の略鈍角円錐形状ヘッド先端面３ａに取り付けられているから、このドリルヘッド１による深孔切削加工において、切削刃６Ａ〜６Ｃの刃先縁１０，２０，３０にかかる切削抵抗の主分力Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃは、図１の(b) に示す通りであるが、切削刃６Ａ〜６Ｃを被削材Ｗに押し付けるために必要な背分力Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃは、図１の(a) から分かるように、夫々が中心軸線Ｇに向かう径方向内向きに作用するようになり、これにより全ての切削刃６Ａ〜６Ｃが径方向内向きに押されることになって、加工孔径が不測に大きくなるようなことがなく、孔加工精度及び孔真直が向上する。

この場合、中心側切削刃６Ａの刃先縁１０は、中心軸線Ｇ上の地点２２から若干０．１〜０．８ｍｍ手前側の地点２１にあり、しかもこの地点２１から中心軸線Ｇ上の地点２２を越えて下り方向に延びる刃先縁先端部２５側が曲率半径は０．５〜３ｍｍのアール状に形成されているから、この中心側切削刃６Ａにより被削材Ｗの中心部分まで切削が可能となって、非切削ゾーンがなくなり、従って被削材Ｗの中心部分で刃先縁１０にスラスト抵抗が負荷するようなことがなく、刃先縁１０の先端部分が破損するようなこともない。

前記上り傾斜直線状刃先縁２３における中心軸線Ｇ上の地点２２の若干手前側地点２１（上り傾斜直線状刃先縁２３の終端）から中心軸線Ｇ上の地点２２までの刃先縁部２４の距離ηを０．１〜０．８ｍｍに設定しているのは、次のような理由によるものである。

即ち、上り傾斜直線状刃先縁２３の終端２１が中心軸線Ｇの上に位置するようにする、つまり上り傾斜直線状刃先縁２３の終端２１から中心軸線Ｇ上の地点２２までの刃先縁部２４の距離ηをゼロにするのが理想的ではあるが、そのようにすることは切削加工において現実に加工誤差があることから不可能であり、従ってその距離ηを０．１〜０．８ｍｍに設定したわけであるが、その距離ηを０．１ｍｍ以下にすることは刃先縁の加工が非常に困難又は不可能に近くなり、０．１ｍｍ以上であれば加工が可能であることから、その下限を０．１ｍｍとしたものである。

そして、刃先縁部２４の距離ηが０．１〜０．８ｍｍ程度である時は、上り傾斜直線状刃先縁２３の終端２１から中心軸線Ｇ上の地点２２を越えて下り方向に延びる円弧状の刃先縁先端部２５の曲率半径Ｒが０．５〜３ｍｍ程度であれば、この刃先縁部２４が中心軸線Ｇをオーバーラップしたときに刃先縁部２４が内切刃角θを形成するから、この刃先縁部２４により切削が行われ、被削材Ｗの中心部分の削り残しがなくなるからである。また刃先縁部２４の距離ηが０．８ｍｍ以上になると、この刃先縁部２４が内切刃角θを形成しなくなって、被削材Ｗの中心部分の削り残しを生ずる場合があるからである。

また、上り傾斜直線状刃先縁２３の終端２１から中心軸線Ｇ上の地点２２を越えて下り方向に延びるアール状刃先縁先端部２５の曲率半径Ｒを０．５〜３ｍｍに設定しているのは、その曲率半径Ｒが０．５ｍｍ以下では前記刃先縁部２４の距離ηが０．１ｍｍ以下となり、また３ｍｍ以上になると、前記刃先縁部２４が、前記上り傾斜直線状刃先縁２３とほぼ同一直線上に重なる状態となって、内切刃角θを形成し得なくなるからである。尚、刃先縁部２４の内切刃角θは、切屑排出の利便性の点から、３°〜１５°の範囲に形成されることが好ましい。

図４は、ロウ付けタイプの切削刃６Ａ〜６Ｃを備えたドリルヘッド１を示したもので、図１に示すインデクサブルタイプの切削刃切削刃６Ａ〜６Ｃを有するドリルヘッド１と同様に、ヘッド本体３のヘッド先端面３ａに、ヘッド本体３の中空部２に連通する大小２つの切屑排出口４，５が設けられ、大きい切屑排出口４のヘッド径方向に沿う開口側縁に中心側切削刃６Ａ及び外周側切削刃６Ｂがロウ付けにより固着され、小さい切屑排出口５のヘッド径方向に沿う開口側縁に中間側切削刃６Ｃがロウ付けにより固着されている。またヘッド本体３の外周面３ｂには、先端側にガイドパッド７Ａ，７Ｂが同じくロウ付けにより固着され、そしてヘッド本体３の基端側には雄ねじ９が形成されている。

このドリルヘッド１の中心側切削刃６Ａの刃先縁１０は、図示は省略するが、先の実施形態のドリルヘッド１と同じく図３に示されるように、基端部１０ｏから中心軸線Ｇ上の地点２２の若干手前側の地点２１までが上り傾斜直線状に形成され、この地点２１、即ち上り傾斜直線状刃先縁２３の終端位置２１から中心軸線Ｇ上の地点２２を越えて下り方向に延びる刃先縁先端部側がアール状に形成されているから、この中心側切削刃６Ａにより被削材Ｗの中心部分まで切削可能となって、被削材Ｗの中心部分で刃先縁１０にスラスト抵抗が負荷するようなことがなく、刃先縁１０の先端部分が破損することもない。

また、全ての切削刃６Ａ〜６Ｃの刃先縁１０，２０，３０が中心軸線Ｇに向かって上り傾斜状となるようにヘッド本体３の略鈍角円錐形状ヘッド先端面３ａに取り付けられているから、深孔切削加工において、切削刃６Ａ〜６Ｃの刃先縁１０，２０，３０にかかる切削抵抗の主分力Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃは、図４の(b) に示す通りであり、切削刃６Ａ〜６Ｃを被削材Ｗに押し付けるために必要な背分力Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃは、図４の(a) から分かるように、夫々が中心軸線Ｇに向かう径方向内向きに作用するようになり、これにより全ての切削刃６Ａ〜６Ｃが径方向内向きに押されることになって、加工孔径が不測に大きくなることがなく、孔加工精度及び孔真直が向上することも、先の実施形態と同じである。

以上の実施形態のドリルヘッド１では、インデクサブルタイプの切削刃を３枚備えたもの、またロウ付けタイプの切削刃を３枚備えたものについて説明したが、何れのタイプも切削刃の枚数は、実施形態のものに限らず、例えば５枚や７枚など複数であればよい。

１ドリルヘッド
３ヘッド本体
Ｇ中心軸線
６Ａ中心側切削刃
６Ｂ外周側切削刃
６Ｃ中間側切削刃
１０中心側切削刃の刃先縁
２１中心側切削刃の刃先縁における上り傾斜直線状刃先縁の終端
２２中心軸線上の位置
２３中心側切削刃の刃先縁の上り傾斜直線状刃先縁
２４上り傾斜直線状刃先縁の終端から中心軸線上の地点までの間に形成される円弧状刃先縁部

Claims

ヘッド本体３の先端部にその中心軸線Ｇ側から外周側にかけて複数の切削刃６Ａ〜６Ｃをヘッド半径方向に沿って設けてなる深孔切削用ドリルヘッドにおいて、全ての切削刃６Ａ〜６Ｃの刃先縁１０，２０，３０が中心軸線Ｇに向かって上り傾斜状となるように設けられていて、中心側切削刃の刃先縁１０は、その基端部１０ｏ側から中心軸線Ｇ上の地点２２の若干手前側の地点２１までが上り傾斜直線状に形成され、この若干手前側の地点２１から中心軸線Ｇ上の地点２２を越えて下り方向に延びる刃先縁先端部２５側がアール状に形成されてなる深孔切削用ドリルヘッド。
前記上り傾斜直線状刃先縁２３における中心軸線Ｇ上の地点２２の若干手前側の地点２１から中心軸線Ｇ上の地点２２までの刃先縁部２４の距離ηが０．１〜０．８ｍｍである請求項１に記載の深孔切削用ドリルヘッド。
前記アール状部２５の曲率半径Ｒが０．５〜３ｍｍである請求項１又は２に記載の深孔切削用ドリルヘッド。