JP2012101334A

JP2012101334A - 切削工具

Info

Publication number: JP2012101334A
Application number: JP2010253432A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Endo; 忠遠藤; Tatsuro Geshi; 辰郎下司
Original assignee: TKX Corp
Current assignee: TKX Corp
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2012-05-31

Abstract

【課題】繊維強化樹脂の複合材と金属との同時穿孔に適した、高精度の穿孔ができて長寿命でかつ精密な修正加工を要しない切削工具を提供しようとする。
【課題を解決するための手段】中空軸を備え、該中空軸の先端にチップを該中空軸の周方向に複数個配し、該中空軸の軸心の回りに回転してワークを環状に切削しつつ該中空軸の長手方向に前進することにより穿孔する切削工具である。前記チップは前記中空軸の周方向に等間隔の円ピッチあるいは不等間隔の円ピッチで配され得る。前記切削工具においては、複数個の前記チップのうちの一部のチップが前記中空軸を周方向に一巡する一の円周に沿って配され得、残りのチップが前記中空軸を周方向に一巡し前記一の円周より小さな径の他の円周に沿って配され得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、航空機部品に用いられるような複合材をはじめとする板材に精密な穿孔を効率よく行うのに適した切削工具に関する。

航空機部品のような精密部材に複合材を用いるためには、精密な穿孔を行うことが必要で、そのためには特殊なドリル工具を必要とし、かつ、ドリル穿孔のあとにリーマ加工などによる精密な修正加工を要した。
例えば、繊維強化樹脂の複合材と金属との同時穿孔に適したものとしてダブルアングルドリルが開示されている。このダブルアングルドリルは、先端部が金属用ドリルの先端形状を有する一次切刃とこの一次切刃に連続し一次切刃より小さい先端角を有するフラット状の二次切刃とから構成されている。（例えば、特許文献１参照）
しかし、そのようなドリルは一般に寿命が短く、消耗品となるため莫大な加工費用が必要であった。

実開平６−７５６１２号公報

本発明の目的は、繊維強化樹脂の複合材と金属との同時穿孔にも適した、高精度の、穿孔ができて、長寿命で、かつ精密な修正加工を要しない穿孔を行うのに適した切削工具を提供することである。

本発明の要旨とするところは、中空軸を備え、該中空軸の先端にチップを該中空軸の周方向に複数個配し、該中空軸の軸心の回りに回転してワークを環状に切削しつつ該中空軸の長手方向に前進することにより穿孔する切削工具であることにある。

前記切削工具においては、前記チップが前記中空軸の周方向に等間隔の円ピッチで配され得る。

前記切削工具においては、前記チップが前記中空軸の周方向に不等間隔の円ピッチで配され得る。

前記切削工具においては、複数個の前記チップのうちの一部のチップが前記中空軸を周方向に一巡する一の円周に沿って配され、残りのチップが前記中空軸を周方向に一巡し前記一の円周より小さな径の他の円周に沿って配され得る。

前記切削工具においては、前記チップが盤状であり、前記中空軸の先端に配された状態での前記チップの先端部の、該チップの厚さ方向にみた形状が略円弧状であり、前記中空軸の回転により前記チップが該チップの厚さ方向に移動するように配され得る。

前記切削工具においては、前記チップが円盤形であり得る。

前記切削工具においては、前記チップの厚さ方向にみた形状が、相互に間隔をあけて平行にのびる一対の直線部と各直線部の長手方向一端を長手方向他端から長手方向一端に向かう方向に凸に湾曲して連結する略円弧状の曲線と、各直線部の長手方向他端を長手方向一端から長手方向他端に向かう方向に連結する直線または曲線とによって囲まれた形状の略長円形であり、該チップが、前記直線部の方向が前記軸心の方向と平行になるように前記中空軸に配され得る。

本発明によると、繊維強化樹脂の複合材と金属との同時穿孔にも適した、高精度の、穿孔ができて、長寿命で、かつ精密な修正加工を要しない切削工具が提供される。

本発明の切削工具の構成の態様の一例を示し、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図である。本発明の切削工具によるワークの穿孔の状態を説明する説明図である。本発明の切削工具の態様の一例を示す斜視図である。図３（ａ）に示す切削工具の断面斜視図である。本発明の切削工具の構成の他の態様を示す側面図である。本発明の切削工具によるワークの穿孔の態様の一例を示す説明図である。本発明の切削工具の穿孔対象となるＴｉ合金複合板の構造を示す断面模式図である。本発明の切削工具の構成の他の態様の一例を示す平面図である。本発明の切削工具の構成のさらに他の態様の一例を示す平面図である。本発明の切削工具の構成のまたさらに他の態様の一例を示す平面図である。本発明の切削工具の構成のさらにまた他の態様の一例を示す平面図である。本発明の切削工具の構成のさらに別の態様の一例を示す断面斜視図である。本発明の切削工具に用いられるチップの形状の一例を示す平面図である。本発明の切削工具の構成の図1とは異なる態様の一例を示す側面図である。

図１に示すように、本発明の切削工具２は、中空部３を有する中空軸４を備え、中空軸４の先端にチップ６を中空軸４の周方向に複数個配し、中空軸４の軸心８の回りに回転してワークを環状に切削しつつ軸心８の長手方向の矢印Ｙ方向に前進することにより穿孔することに適した切削工具である。チップ６は、中空軸４の先端に設けられ中空軸４と連接の台座部５を介して不図示のネジにより締結されて中空軸４の先端に固定されている。

チップ６は、軸心８からみて最も内側の部分２５で、中空軸４の内周面１１を軸心８の長手方向に仮想延長した仮想筒状面３３の内側に張り出しており、また、軸心８からみて最も外側の部分２５で、中空軸４の外周面１３を軸心８の長手方向に仮想延長した仮想筒状面３５の外側に張り出している。

台座部５は、実際に製造するには、中空軸４と一体ものとして加工してもよいし、別々の部品として加工した後、ろう付け、ねじ止め、焼き嵌め、あるいは押し嵌めなどによって中空軸４と連結してもよい。

図２に示すように、切削工具２を回転させつつチップ６を先頭に軸心８の長手方向（矢印Ｙ方向）に前進させてワーク１４を穿孔する。穿孔の中途段階においては、チップ６の移動軌跡に応じた削り跡の空間として、円筒形状の空間１６が形成され、同時に中空軸４の中空部にワーク１４が削られてなる円柱形状物１８が形成される。切削工具２がワーク１４を貫通することにともない円柱形状物１８はワーク本体から切り離された状態となる。例えば、図２のような上下配置の場合は、ワーク本体から切り離された円柱形状物１８はワーク１４から落下する。当て板などでワーク１４を支持してもよい。切削工具２がワーク１４を貫通して貫通孔が形成される。

図３（ａ）とその断面斜視図図３（ｂ）に本発明の切削工具の態様の実施態様の一例を示す。図３において、切削工具２ｘは、中空部３ｘを有する中空軸４ｘを備え、中空軸４ｘの先端にチップ６ｘを中空軸４ｘの周方向に複数個配する。チップ６ｘは、中空軸４ｘの先端に設けられ中空軸４ｘと連接の台座部５ｘを介して不図示の締結用ネジにより締結されて中空軸４ｘの先端に固定されている。台座部５ｘには締結用ネジ孔７ｘが形成されている。中空部３ｘは根元で窄んだ形状となっている。（図３において図面中チップ６ｘの記載が省略された箇所がある）

中空軸４の中空部は中空軸をその軸方向に貫通する円柱形状のような孔であってもよいが、図４に示す中空軸４ｂの中空部３ｂのように、凹部５８であってもよい。すなわち、切削工具が保持される部分２７は中実であってもよい。

本発明の切削工具による穿孔においては、図５に示すように、ワーク１４に押さえ板５２を位置決めして、ワーク１４の図面視上方から（図５（ａ））、あるいは図面視下方から（図５（ｂ））、（押さえ板５２と接触した側の反対側から）押さえ板５２の方向（矢印Ｙ方向）に切削工具（切削工具２）を進行させて穿孔することが、特にワーク１４が薄板の場合に精密な穿孔を行ううえで好ましい。

本発明の切削工具は繊維強化樹脂の複合材と金属との同時穿孔に好適に用いられる。とくに、図６に示すような一対のＴｉ合金板２２で炭素繊維複合材板２４をサンドイッチ状に挟んで配置した金属−炭素繊維複合材からなるＴｉ合金複合板２９の穿孔に好適に用いることができる。

このようなＴｉ合金複合板としては、各Ｔｉ合金板２２の厚さが２５．４ｍｍ、炭素繊維複合材板２４の厚さが２５．４ｍｍのものが例示される。

本発明の切削工具による穿孔においては、図６に示すようなＴｉ合金でサンドイッチされた構造の複合板を穿孔する場合、炭素繊維複合材板２４を穿孔した後、Ｔｉ合金の加工硬化した切屑のほとんどは炭素繊維複合材板２４の穴の内壁と接触することがないため、炭素繊維複合材板２４の穴の内壁は切屑による損傷を受けない。

Ｔｉ合金複合板は航空機の主翼の構造材として用いられるものであるが、従来、このようなＴｉ合金板の穿孔には特殊な高価な穿孔工具が用いられ、しかも工具の寿命が短い。数穴あけると刃先が磨耗するため再研磨が必要となり、工具代が高いことや、操作工程数増加によるコストアップが問題であった。

これに対して、本発明の切削工具を用いることにより、穿孔工具の価格を低くすることができるとともに、工具の寿命が従来工具の３〜５倍と長くなり、かつ穿孔に毛羽立ちやバリが無く、再研磨がなくとも高精度の穿孔が可能となった。これにより、穿孔のコストを従来の約半分以下にすることができる。

本発明の切削工具は、中空軸の内周面２１と円柱状物の外壁２８の間にできる空間１９（図２）に切屑を通すことによって切屑を排出できる。詳細には、ＣＦＲＰ、ＧＦＲＰ、Ｔｉ合金の切屑は細かく分断されており、切屑の集塵には防爆対策あるいは粉塵を切削作業時に吸引しないような対策が必要である。切屑を中空軸の内部を通して防爆集塵機等の吸引手段で吸引することで安全で衛生的な作業空間を提供できる。

切削工具として従来のようにドリルを用いる場合、集塵のためにドリルを周りから覆うような治具を取り付ける必要がある。しかし、このようにして切屑を工具内部を追加させる工具を用いることで、従来のような集塵のための覆いは不要となる。

本発明の切削工具は、一般の板材や、ＧＦＲＰ、ＣＦＲＰなどのコンポジット材の穿孔においても、高精度の穿孔を行うことができる。

本発明の切削工具に用いるチップの母材としては超硬、高速度工具鋼、あるいは合金工具鋼などであり、ワークの材質に応じたコーティングを施してあるチップが好適に用いられる。

本発明においては、図７に示す切削工具２ａのように、複数個のチップのうちの一部のチップ６ａが中空軸４を周方向に一巡する一の円周４１に沿って配され、残りのチップ６ｂが中空軸４を周方向に一巡し一の円周４１より小さな径の他の円周４３に沿って配されて、すなわち、チップ６ａがチップ６ｂよりも軸心８からみて外側に配されてもよい。これにより、チップ６ａの切削痕の外径がチップ６ｂの切削痕の外径より大きくなり、かつ、チップ６ａの切削痕の内径がチップ６ｂの切削痕の内径より大きくなる。この態様はさらに高精度の穿孔が可能になる。なお、チップを、中空軸４を周方向に一巡する円周に沿って配すると、全チップが同形であるとき各チップの重心がその円周上に位置するように配される。

この態様においては、中空軸４が円筒状の場合、図７に示すように、チップ６ａの最も外側に張り出した部分６１の軌跡と中空軸４の外周面１３（外周面が軸心８の長手方向に仮想延長されてなる仮想筒状面）との距離に相当するｘ１が、チップ６ｂの最も外側に張り出した部分６３の軌跡と中空軸４の外周面１３との距離に相当するｘ２よりも大きく、チップ６ａの最も内側に張り出した部分６５の軌跡と中空軸４の内周面１１との距離に相当するｘ３が、チップ６ｂの最も内側に張り出した部分６７の軌跡と中空軸４の内周面１１（内周面が軸心８の長手方向に仮想延長されてなる仮想筒状面）との距離に相当するｘ４よりも小さく設定されている。

図７に示すこの態様はさらに高精度の穿孔が可能になる。

本発明のさらに他の態様においては、図８に示すように、チップ６ａの最も外側に張り出した部分６１の軌跡が中空軸４の外周面１３（外周面が軸心８の長手方向に仮想延長されてなる面）より外側にあり、チップ６ａの最も内側に張り出した部分６５の軌跡が中空軸４の内周面１１（内周面が軸心８の長手方向に仮想延長されてなる面）より外側にあり、チップ６ｂの最も外側に張り出した部分６３の軌跡が中空軸４の外周面より内側にあり、チップ６ｂの最も内側に張り出した部分６７の軌跡が中空軸４の内周面より内側にあるようになされている。

本発明においては、チップが４個等間隔の円ピッチで配されることが好ましいが、２、３個、あるいは５個以上のチップが円ピッチで配されてもよい。

また、本発明においては、チップが不等間隔の円ピッチで配されてもよい。例えば図９（ａ）に示すように、チップが４個配置の場合、軸心８を挟んで対向の一対のチップ６を結ぶ直線と、軸心８を挟んで対向の他の一対のチップ６を結ぶ直線とのなす角度αが例えば７５度であってもよい。あるいは、図９（ｂ）に示すように、チップ６がそれぞれ不等間隔の円ピッチで配されてもよい。不等間隔の配置の場合は振動が少なくなり切削が安定することによって、切削抵抗が少なく切れ味が向上する。

さらに、本発明においては、内壁がえぐられてふところ空間が形成された中空軸が用いられてもよい。ふところ空間を設けることにより、穿孔中に削りくずが滞留する空間が広くなる。このようなふところ空間は、中空軸の外周面側に設けられてもよい。このような中空軸としては、図１０に示すような、内壁が中空軸の長手方向に延びる溝状にえぐられてふところ空間５７が形成された中空軸４ｃが挙げられる。

また、本発明の切削工具は、図１１に示すように、内壁に螺旋状の溝６０が形成されるようにえぐられたふところ空間５７ｄが形成された中空軸４ｄが用いられた切削工具２ｄであってもよい。螺旋状の溝６０は、円筒状の中空軸の先端部の、互いに隣設の台座部５ｄ、５ｄの中間の位置から中空軸４ｄの根元に向けて台座部５ｄの数（チップ６ｄの数）だけ形成されることが好ましい。螺旋は中空軸４ｄの先端から根元にかけてを進行方向としたときにその旋回方向は、中空軸４ｄを先端側から見下ろしたときのチップ６ｄの進行方向と逆向きであることが好ましい。（図１１において図面中チップ６ｄの記載が省略された箇所がある）

このような溝６０が形成されたことにより、穿孔時の削りくずが切削箇所から円滑に排除されて削りくずの滞留による穿孔の進行のさまたげがおこりにくい。

本発明の切削工具においては、螺旋状の溝が中空軸の外周に形成されてもよい。

本発明の切削工具により穿孔される孔の径は切削工具の寸法諸元で決まり、特に限定されないが、例えば、６〜１００ｍｍΦの穿孔を行うことができる。切削工具の穿孔における回転数は５０〜３０００ｒｐｍが好ましく、状態により調整されてもよい。切削条件の代表的な例としてＴｉ合金板に対しては切削速度２０ｍ／ｍｉｎ（２００ｒｐｍ）、送り量０．０３５ｍｍ／ｒｅｖであり、ＣＦＲＰ板に対しては切削速度１００ｍ／ｍｉｎ（１，０００ｒｐｍ）、送り量０．１４ｍｍ／ｒｅｖである。ただし、これらの板の境界では上記の切削条件の近辺で微調整を行うとよい。

本発明の切削工具に用いられるチップの形状は限定されないが、形状が円盤などの盤状であって、中空軸に配された状態での、ワークと接するチップの先端部３１（図２）を、チップの厚さ方向にみた形状が略円弧状になるようにすることで切削抵抗を小さくすることができる。このような略円弧状の先端部を持つチップ形状が好ましい。チップの先端部がこのような略円弧状であると、本発明の図２に示すような穿孔において、円筒形状の空間１６の切削動力が少なくて済み、刃先の磨耗や欠損も発生しにくいという利点がある。この場合、切削工具の回転によりチップがおおむね自身の厚さ方向に進行するように、チップが中空軸に配される。この円弧の曲率半径は１．５〜４ｍｍであることが好ましい。なお、本発明におけるこの略円弧状の形状は、円弧であることが好ましいが、なめらかに曲がった形状であれば、弧に沿った曲率がかならずしも一定でなくともよい。

また、チップの形状としては厚さが略一定で、図１２に示すような、楕円形（図１２（ａ））や互いに平行に対向する直線部７２、７２と半円形、円弧などの曲線部７０ａ、７０ｂを有する長円形（図１２（ｂ））などが挙げられる。とくに、長円形であれば、図１３に示すように、切削工具の回転によりチップ６ｃがおおむね自身の厚さ方向に進行するようにチップが中空軸に配され、かつ、直線部７０の直線の方向が中空軸の軸心と平行になるように配置されることにより、曲線部７０ａ（図２の先端部３１に相当）で切削が行われたのち直線部７２でその切削で生じたバリを除去する効果が得られてなめらかな切削周面を得ることができる。この場合、チップの切削時ワークと接する部分の、該チップの厚さ方向にみた形状（曲線部７０ａ）が略円弧状であることが好ましく、中空軸の回転により前記チップが該チップの厚さ方向に移動するように配される。

なお、当然のことであるが、チップ６ｃは切削時にワークと接しない曲線部７０ｂが直線を含めて任意の形状であってよい。このような形状を略長円形という。すなわち、本明細書においては、略長円形とは、相互に間隔をあけて平行にのびる一対の直線部と各直線部の長手方向一端部を長手方向他端部から長手方向一端部に向かう方向に凸に湾曲して連結する曲線部と、各直線部の長手方向他端を長手方向一端から長手方向他端に向かう方向に連結する直線または曲線とによって囲まれた形状をいう。

さらに、当然のことであるが、本発明の切削工具においては、各チップはその面が軸心を含む平面と平行になるように取り付けられる必要は必ずしもなく、切削が行われるチップの刃先が先行するようにアクシャルレーキ角をポジティブに取り付けられていることが、切削抵抗を少なくする点からも好ましい。

本発明の切削工具は穿孔のみならずミリング等の切削にも用いることができる。

その他、本発明は、主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

本発明はＴｉ合金板と炭素繊維複合材板からなる金属−炭素繊維複合材に限らず、各種の金属板、繊維強化樹脂複合材板、あるいはそれらの組み合わせ複合板の穿孔に適用して、精密な穿孔を短時間に安価な工具費用で行うことができる。

２、２ａ、２ｄ：切削工具
４、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｘ：中空軸
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｘ：チップ
８：軸心
１４：ワーク
４１：一の円周
４３：他の円周

Claims

中空軸を備え、該中空軸の先端にチップを該中空軸の周方向に複数個配し、該中空軸の軸心の回りに回転してワークを環状に切削しつつ該中空軸の長手方向に前進することにより穿孔する切削工具。
前記チップが前記中空軸の周方向に等間隔の円ピッチで配された請求項１に記載の切削工具。
前記チップが前記中空軸の周方向に不等間隔の円ピッチで配された請求項１に記載の切削工具。
複数個の前記チップのうちの一部のチップが前記中空軸を周方向に一巡する一の円周に沿って配され、残りのチップが前記中空軸を周方向に一巡し前記一の円周より小さな径の他の円周に沿って配された請求項１から３のいずれかに記載の切削工具。
前記チップが盤状であり、前記中空軸の先端に配された状態での前記チップの先端部の、該チップの厚さ方向にみた形状が略円弧状であり、前記中空軸の回転により前記チップが該チップの厚さ方向に移動するように配された請求項１から４のいずれかに記載の切削工具。
前記チップが円盤形である請求項５に記載の切削工具。
前記チップの厚さ方向にみた形状が、相互に間隔をあけて平行にのびる一対の直線部と各直線部の長手方向一端を長手方向他端から長手方向一端に向かう方向に凸に湾曲して連結する略円弧状の曲線と、各直線部の長手方向他端を長手方向一端から長手方向他端に向かう方向に連結する直線または曲線とによって囲まれた形状の略長円形であり、該チップが、前記直線部の方向が前記軸心の方向と平行になるように前記中空軸に配された請求項５に記載の切削工具。