JP2015074043A - 切削工具および切削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】切屑の排出性能を高める。
【解決手段】切削装置に取り付けられてワークの内径面を切削するボーリングバー１５であって、切削装置に着脱自在となる基端側の取付軸２１と、ワークを切削するインサート３０が設けられる先端側のシャンク２３と、を備える工具本体２０、を有し、工具本体２０には、基端側に切削液を噴射する第１ポート４１と、先端側に切削液を噴射する第２ポート４２と、が形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ワークの内径面を切削する切削工具および切削装置に関する。

ワークの内径面を切削する際には、切屑による切削面の損傷を抑制することが重要である。このため、切削工具（ボーリングバー等）を細く形成することにより、ワークと切削工具との隙間を広げて切屑の排出経路を確保することが考えられている。しかしながら、切削工具を細く形成することは、切削工具の剛性を低下させることから、切削時の加工精度や加工速度を低下させる要因となる。そこで、切削工具の先端から切削液を噴射させることにより、切削液と共に切屑を外部に排出する切削工具が提案されている（特許文献１および２参照）。

登録実用新案第３１３９５４５号公報 特開２００７−７５９３３号公報

しかしながら、特許文献１および２に記載される切削工具は、ワークの切削穴から溢れ出す切削液によって切屑を押し流す構造を有している。このように、ワークから溢れ出す切削液を利用することから、切削液の勢いを確保することが困難であり、切屑の排出性能を高めることは困難となっていた。切削面の損傷を抑制して切削品質を向上させるためには、安定して多くの切屑を排出することが必要であるため、切削工具や切削装置による切屑の排出性能を高めることが求められている。

本発明の目的は、切屑の排出性能を高めることにある。

本発明の切削工具は、切削装置に取り付けられてワークの内径面を切削する切削工具であって、前記切削装置に着脱自在となる基端側の第１軸部と、前記ワークを切削する刃部が設けられる先端側の第２軸部と、を備える工具本体、を有し、前記工具本体には、基端側に切削液を噴射する第１ポートと、先端側に切削液を噴射する第２ポートと、が形成される。

本発明の切削装置は、切削工具を用いてワークの内径面を切削する切削装置であって、前記切削工具は、前記切削装置に着脱自在となる基端側の第１軸部と、前記ワークを切削する刃部が設けられる先端側の第２軸部と、を備える工具本体、を有し、前記工具本体には、基端側に切削液を噴射する第１ポートと、先端側に切削液を噴射する第２ポートと、が形成され、前記切削装置は、前記第１ポートに切削液を供給する第１状態と、前記第１ポートに対する切削液の供給を停止する第２状態と、に作動する切削液供給部、を有し、前記切削液供給部は、前記ワークを切削する際に、前記第１状態と前記第２状態とに交互に切り替えられる。

本発明によれば、基端側に切削液を噴射する第１ポートを形成したので、切削液と共に切屑を基端側に押し流すことが可能となる。これにより、切屑の排出性能を高めることが可能となる。

本発明の一実施の形態である切削装置を示す概略図である。 （ａ）はボーリングバーを示す平面図であり、（ｂ）はボーリングバーを示す正面図であり、（ｃ）はボーリングバーを示す左側面図である。 ボーリングバーによるワークの切削状況を示す説明図である。 （ａ）〜（ｃ）はボーリングバーによるクーラントの噴射状況を示す説明図である。 クーラントの供給状況の一例を示すタイミングチャートである。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の他の実施の形態である切削工具を示す説明図である。 本発明の他の実施の形態である切削装置を示す概略図である。 （ａ）および（ｂ）は本発明の他の実施の形態である切削工具を示す部分断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である切削装置１０を示す概略図である。図１に示すように、切削装置１０は回転駆動される主軸１１を有しており、主軸１１にはワークＷを固定するチャック１２が設けられている。また、切削装置１０は、複数の工具ホルダ１３を備えたタレット１４を有している。タレット１４の工具ホルダ１３には、本発明の一実施の形態であるボーリングバー（切削工具）１５が取り付けられている。ワークＷを切削する際には、タレット１４を割出し回転させてボーリングバー１５を所定位置に配置し、回転するワークＷに対してボーリングバー１５が挿入される。これにより、ボーリングバー１５によってワークＷの内径面Ｗａが切削され、ワークＷに対して所定寸法の穴を加工することが可能となる。

図２（ａ）はボーリングバー１５を示す平面図であり、図２（ｂ）はボーリングバー１５を示す正面図であり、図２（ｃ）はボーリングバー１５を示す左側面図である。図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、ボーリングバー１５は、一体に形成される工具本体２０を有している。工具本体２０は、工具ホルダ１３に着脱自在となる基端側の取付軸（第１軸部）２１と、取付軸２１にフランジ２２を介して一体に設けられる先端側のシャンク（第２軸部）２３とを有している。シャンク２３の先端には切り欠き部２４が形成されており、切り欠き部２４には垂直面２５とこれに連なる傾斜面２６とが形成されている。垂直面２５はシャンク２３の軸方向に対してほぼ平行となっており、傾斜面２６はシャンク２３の軸方向に対して傾斜している。なお、切り欠き部２４の傾斜面２６は湾曲面として構成されている。また、シャンク２３には、切り欠き部２４に接続されるとともに、外周面を螺旋状に延びる螺旋溝２７が形成されている。シャンク２３の切り欠き部２４とこれに連通する螺旋溝２７とによって、先端側から基端側に延びるフルート溝（切屑排出溝）２８が構成されている。また、切り欠き部２４の垂直面２５には凹状の取付座２９が形成されており、取付座２９にはチップとも呼ばれるインサート（刃部）３０がクランプネジ３１によって固定されている。

切り欠き部２４における垂直面２５と傾斜面２６との境界近傍には、基端側に向けて開口する第１ポート４１が形成されている。この第１ポート４１は、第１ポート４１よりも基端側の螺旋溝２７に向けて開口するポートとなっている。また、切り欠き部２４の傾斜面２６には、先端側に向けて開口する第２ポート４２が形成されている。この第２ポート４２は、第２ポート４２よりも先端側のインサート３０に向けて開口するポートとなっている。また、第１ポート４１と第２ポート４２とは、それぞれの中心線が互いに交わらないように、つまりそれぞれの中心線が互いに接しないように、シャンク２３の切り欠き部２４に対して形成されている。図２（ｂ）に示すように、工具本体２０の内部には、取付軸２１からシャンク２３に延びる第１流路４３と第２流路４４とが形成されている。第１流路４３は第１ポート４１に連通しており、第２流路４４は第２ポート４２に連通している。

続いて、ボーリングバー１５に対するクーラントの供給経路について説明する。なお、クーラントとは、切削箇所に対する潤滑機能や冷却機能等を有する切削液である。図１に示すように、切削装置１０は、クーラント（切削液）Ｃが貯留されるタンク４５と、タンク４５内に設置されるポンプ４６とを有している。また、切削装置１０は、複数の電磁切替弁４９ｂ，５０ｂ，５１ｂ等によって構成されるバルブユニット（切削液供給部）４７を有している。バルブユニット４７は、ポンプ４６の吐出ポートに接続される入力流路４８を有している。入力流路４８には、第１供給経路４９、第２供給経路５０および第３供給経路５１が接続されている。それぞれの供給経路４９〜５１は、チェック弁４９ａ，５０ａ，５１ａ、電磁切替弁４９ｂ，５０ｂ，５１ｂおよび絞り弁４９ｃ，５０ｃ，５１ｃによって構成されている。第１供給経路４９に接続される出力流路５２は、タレット１４および工具ホルダ１３内に形成される接続流路５３を介して、ボーリングバー１５の第１流路４３に接続されている。同様に、第２供給経路５０に接続される出力流路５４は、タレット１４および工具ホルダ１３内に形成される接続流路５５を介して、ボーリングバー１５の第２流路４４に接続されている。さらに、第３供給経路５１に接続される出力流路５６は、クーラントを噴射する噴射ノズル５７に接続されている。

バルブユニット４７の電磁切替弁４９ｂ，５０ｂ，５１ｂの作動状態を制御するため、切削装置１０にはＣＰＵ、メモリおよび駆動回路等からなる制御ユニット６０が設けられている。制御ユニット６０は、所定の制御プログラムに沿って電磁切替弁４９ｂ，５０ｂ，５１ｂを連通状態または遮断状態に制御する。第１供給経路４９の電磁切替弁４９ｂが連通状態に切り替えられると、ポンプ４６から吐出されるクーラントは、第１供給経路４９、出力流路５２および接続流路５３を経て、ボーリングバー１５の第１流路４３に供給される。そして、ボーリングバー１５の第１流路４３に供給されたクーラントは、前述した第１ポート４１から基端側の螺旋溝２７に向けて噴射される。一方、第１供給経路４９の電磁切替弁４９ｂが遮断状態に切り替えられると、第１供給経路４９においてクーラントが遮断されるため、第１ポート４１から螺旋溝２７に対するクーラントの供給は遮断される。このように、第１供給経路４９を連通する第１状態にバルブユニット４７が制御されると、第１ポート４１からクーラントが噴射される。一方、第１供給経路４９を遮断する第２状態にバルブユニット４７が制御されると、第１ポート４１からのクーラントの噴射が停止される。

また、第２供給経路５０の電磁切替弁５０ｂが連通状態に切り替えられると、ポンプ４６から吐出されるクーラントは、第２供給経路５０、出力流路５４および接続流路５５を経て、ボーリングバー１５の第２流路４４に供給される。そして、ボーリングバー１５の第２流路４４に供給されたクーラントは、前述した第２ポート４２から先端側のインサート３０に向けて噴射される。一方、第２供給経路５０の電磁切替弁５０ｂが遮断状態に切り替えられると、第２供給経路５０においてクーラントが遮断されるため、第２ポート４２からインサート３０に対するクーラントの供給は遮断される。なお、第３供給経路５１の電磁切替弁５１ｂが連通状態に切り替えられると、ポンプ４６から吐出されるクーラントは、第３供給経路５１および出力流路５６を経て噴射ノズル５７に供給される。そして、噴射ノズル５７に供給されたクーラントは、ワークＷやボーリングバー１５に向けて噴射される。

続いて、ボーリングバー１５によるワークＷの切削状況について説明する。図３はボーリングバー１５によるワークＷの切削状況を示す説明図である。また、図４（ａ）〜（ｃ）はボーリングバー１５によるクーラントの噴射状況を示す説明図である。図４（ａ）にはシャンク２３の切り欠き部２４を拡大する平面図が示され、図４（ｂ）にはシャンク２３の切り欠き部２４を拡大する正面図が示され、図４（ｃ）にはシャンク２３の切り欠き部２４を拡大する左側面図が示される。

図３に示すように、ボーリングバー１５によってワークＷを切削する際には、ボーリングバー１５が径方向（矢印Ａ方向）に位置決めされ、ボーリングバー１５が軸方向（矢印Ｂ方向）に進められる。このように、回転するワークＷに向けてボーリングバー１５を進めることにより、ワークＷの内径面Ｗａがインサート３０によって切削され、ワークＷに対して所定寸法の穴が加工される。このとき、図３の拡大部分に矢印αで示すように、ワークＷから発生する切屑Ｗｂは、インサート３０から傾斜面２６に向けて進み、螺旋溝２７に沿ってワークＷの外部に排出される。このように、切り欠き部２４や螺旋溝２７を備えるフルート溝２８によって、ワークＷとシャンク２３との間に隙間が確保されるため、切屑ＷｂをワークＷの外に排出する排出性能を高めることが可能となる。

次いで、図４（ａ）〜（ｃ）に白抜きの矢印αで示すように、ワークＷを切削する際には、第２ポート４２からインサート３０に向けてクーラントが噴射される。これにより、ワークＷとインサート３０との接触箇所に向けてクーラントを供給することができるため、切削品質および切削速度を高めることが可能となる。すなわち、第２ポート４２から噴射されるクーラントは、ワークＷを良好に切削するための切削用クーラントとして機能している。また、図４（ａ）〜（ｃ）に黒塗りの矢印βで示すように、ワークＷを切削する際には、第１ポート４１からフルート溝２８に向けてクーラントが噴射される。これにより、切屑Ｗｂが案内されるフルート溝２８にクーラントが流されるため、クーラントによって切屑Ｗｂを押し流すことができ、切屑Ｗｂの排出性能を高めることが可能となる。すなわち、第１ポート４１から噴射されるクーラントは、切屑Ｗｂを良好に排出するための排出用クーラントとして機能している。このように、排出用クーラントによって切屑ＷｂがワークＷの外に排出されるため、切屑Ｗｂによる切削面の損傷を抑制することができ、切削品質を向上させることが可能となる。

また、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１ポート４１と第２ポート４２とは、それぞれの中心線が互いに接しないように形成されている。これにより、第１ポート４１から噴射されるクーラントと、第２ポート４２から噴射されるクーラントとを、大きく干渉させることなく、インサート３０やフルート溝２８に到達させることが可能となる。なお、第１ポート４１の中心線とは、図４に噴射方向として示した矢印βと一致する線である。同様に、第２ポート４２の中心線とは、図４に噴射方向として示した矢印αと一致する線である。

続いて、ワークＷを切削する際のクーラントの供給状況について説明する。図５はクーラントの供給状況の一例を示すタイミングチャートである。図５に示すように、ワークＷに向けてボーリングバー１５が進められると、切削開始前つまりワークＷにインサート３０が接触する前に、第２ポート４２からインサート３０に向かう切削用クーラントの噴射が開始される。次いで、ワークＷとインサート３０とが接触して切削が開始されると、第１ポート４１からフルート溝２８に向かう排出用クーラントの噴射が開始される。排出用クーラントを噴射する際には、バルブユニット４７が第１状態と第２状態とに交互に切り替えられ、排出用クーラントの噴射と停止とが繰り返される。これにより、排出用クーラントを脈動させて噴射することができ、切屑Ｗｂの排出性能を向上させることが可能となる。そして、切削終了後つまりワークＷからインサート３０が離れた後に、第２ポート４２から連続的に噴射されていた切削用クーラントが停止され、第１ポート４１から間欠的に噴射されていた排出用クーラントが停止される。なお、排出クーラントの噴射開始タイミングや噴射終了タイミングは、切屑Ｗｂの排出状況に応じて調整される。

これまで説明したように、ボーリングバー１５の工具本体２０に対して、基端側にクーラントを噴射する第１ポート４１を設けたので、クーラントと共に切屑Ｗｂを基端側に押し流すことが可能となる。特に、第１ポート４１から噴射されるクーラントは、他に干渉することなく流速を維持したまま切屑Ｗｂを押し流すことから、安定して多くの切屑Ｗｂを排出することが可能となる。このように、クーラントによって切屑Ｗｂを良好に排出することができるため、切屑Ｗｂによる切削面の損傷を抑制することが可能となり、切削品質を向上させることが可能となる。また、ボーリングバー１５における切屑Ｗｂの排出性能が高められることから、切屑排出用に設けられたフルート溝２８の縮小や削減が可能となる。これにより、ボーリングバー１５の剛性を高めることができるため、切削品質や切削速度を高めることが可能となる。

前述の説明では、ボーリングバー１５の工具本体２０に対して第１流路４３と第２流路４４とを形成しているが、これに限られることはなく、第１ポート４１と第２ポート４２との双方に連通する流路を工具本体に形成しても良い。ここで、図６（ａ）〜（ｃ）は本発明の他の実施の形態であるボーリングバー（切削工具）７０を示す説明図である。図６（ａ）にはシャンク２３の切り欠き部２４を拡大する平面図が示され、図６（ｂ）にはシャンク２３の切り欠き部２４を拡大する正面図が示され、図６（ｃ）にはシャンク２３の切り欠き部２４を拡大する左側面図が示される。また、図７は本発明の他の実施の形態である切削装置７１を示す概略図である。なお、図６において、図４に示す部材や部品と同様の部材や部品については、同一の符号を付してその説明を省略する。また、図７において、図１に示す部材や部品と同様の部材や部品については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、ボーリングバー７０が備える工具本体７２の内部には、取付軸２１からシャンク２３に延びる１本の流路７３が形成されている。この流路７３は、分岐流路７４を介して第１ポート４１に連通するとともに、分岐流路７５を介して第２ポート４２に連通している。また、図７に示すように、切削装置７１を構成するバルブユニット（切削液供給部）７６には、チェック弁７７ａ、電磁切替弁７７ｂおよび絞り弁７７ｃによって構成される供給経路７７が設けられている。この供給経路７７に接続される出力流路７８は、タレット１４および工具ホルダ１３内に形成される接続流路７９を介して、ボーリングバー７０の流路７３に接続されている。

このように、第１ポート４１と第２ポート４２との双方に連通する流路７３を工具本体７２に形成した場合には、バルブユニット７６の電磁切替弁７７ｂを連通状態に制御することで、第１ポート４１と第２ポート４２との双方からクーラントが噴射される。このようなボーリングバー７０を用いた場合であっても、第１ポート４１から基端側にクーラントを噴射させることができるため、前述したボーリングバー１５と同様の効果を得ることが可能となる。

また、図６に示すボーリングバー７０においては、第１ポート４１と流路７３とを直に連通させているが、これに限られることはなく、第１ポート４１と流路７３との間に開閉弁を設けても良い。ここで、図８（ａ）および（ｂ）は本発明の他の実施の形態であるボーリングバー（切削工具）８０を示す部分断面図である。図８（ａ）および（ｂ）にはシャンク２３の切り欠き部２４を拡大する部分断面図が示されている。なお、図８において、図６に示す部材や部品と同様の部材や部品については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図８（ａ）に示すように、流路７３と分岐流路７４との間には、クーラントの圧力に基づき開閉される開閉弁８１が設けられている。シャンク２３の先端には、流路７３と分岐流路７４との双方に連通する弁収容孔８２が形成されている。弁収容孔８２には弁体８３が移動自在に収容されており、弁収容孔８２の開口部にはプラグ８４が組み付けられている。プラグ８４と弁体８３との間にはスプリング８５が組み込まれおり、スプリング８５は弁体８３を矢印Ａ方向に付勢している。流路７３内のクーラントの圧力が低い場合には、図７（ａ）に示すように、開閉弁８１は遮断状態つまりスプリング８５によって弁体８３が矢印Ａ方向に付勢された状態となり、弁体８３によって流路７３と分岐流路７４とが遮断される。一方、流路７３内のクーラントの圧力が高い場合には、図７（ｂ）に示すように、開閉弁８１は連通状態つまりスプリング８５に抗して弁体８３が矢印Ｂ方向に押し込まれた状態となり、流路７３と分岐流路７４とが連通した状態となる。すなわち、ボーリングバー１５に低圧のクーラントを供給した場合には、開閉弁８１によって第１ポート４１が遮断されるため、第２ポート４２だけからクーラントが噴射される。一方、ボーリングバー１５に高圧のクーラントを供給した場合には、開閉弁８１によって第１ポート４１が開放されるため、第１ポート４１と第２ポート４２との双方からクーラントが噴射される。

このようなボーリングバー８０を用いた場合には、図６に示した供給経路７７を構成する電磁切替弁７７ｂを、流路７３内の圧力を調整可能な圧力制御弁や流量制御弁に変更することが望ましい。つまり、供給経路７７から高圧のクーラントを出力する第１状態にバルブユニット７６を制御すると、第１ポート４１からクーラントを噴射させることが可能となる。一方、供給経路７７から低圧のクーラントを出力する第２状態にバルブユニット７６を制御すると、第１ポート４１からのクーラントの噴射を停止することが可能となる。すなわち、バルブユニット４７を第１状態と第２状態とに切り替え、供給経路７７から出力されるクーラントの圧力を増減させることにより、排出用クーラントを脈動させて噴射することができ、切屑Ｗｂの排出性能を向上させることが可能となる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前述の説明では、ワークＷを回転させる切削装置１０，７１を用いているが、これに限られることはなく、切削工具を回転させる切削装置を用いても良い。また、前述の説明では、切削工具としてインサート３０が脱着可能なボーリングバー１５を挙げているが、これに限られることはなく、一体に固定された刃部を備えるボーリングバーであっても良い。また、前述の説明では、切削工具としてボーリングバーを挙げているが、これに限られることはなく、穴加工を行うドリル等の切削工具であっても良い。

前述の説明では、ボーリングバー１５，７０，８０に対して２つのポート４１，４２を形成しているが、これに限られることはなく、３つ以上のポートを形成しても良い。また、前述の説明では、ボーリングバー１５，７０，８０に螺旋状のフルート溝２８を形成しているが、これに限られることはなく、ボーリングバー１５，７０，８０に直線状のフルート溝を形成しても良く、ボーリングバー１５，７０，８０からフルート溝を削減しても良い。また、前述の説明では、第１ポート４１から間欠的に排出用クーラントを噴射しているが、これに限られることはなく、第１ポート４１から連続的に排出用クーラントを噴射しても良い。また、前述の説明では、第２ポート４２から連続的に切削用クーラントを噴射しているが、これに限られることはなく、第２ポート４２から間欠的に切削用クーラントを噴射しても良い。また、前述の説明では、バルブユニット４７，７６からボーリングバー１５，７０，８０にクーラントを供給しているが、クーラントと圧縮空気との双方をボーリングバー１５，７０，８０に供給しても良い。

１０ 切削装置
１５ ボーリングバー（切削工具）
２０ 工具本体
２１ 取付軸（第１軸部）
２３ シャンク（第２軸部）
２８ フルート溝（切屑排出溝）
３０ インサート（刃部）
４１ 第１ポート
４２ 第２ポート
４３ 第１流路
４４ 第２流路
４７ バルブユニット（切削液供給部）
７０ ボーリングバー（切削工具）
７１ 切削装置
７２ 工具本体
７３ 流路
７６ バルブユニット（切削液供給部）
８０ ボーリングバー（切削工具）
８１ 開閉弁
Ｗ ワーク
Ｗａ 内径面
Ｃ クーラント（切削液）

Claims (8)

1. 切削装置に取り付けられてワークの内径面を切削する切削工具であって、
   前記切削装置に着脱自在となる基端側の第１軸部と、前記ワークを切削する刃部が設けられる先端側の第２軸部と、を備える工具本体、
   を有し、
   前記工具本体には、基端側に切削液を噴射する第１ポートと、先端側に切削液を噴射する第２ポートと、が形成される、切削工具。
2. 請求項１記載の切削工具において、
   前記第１ポートの中心線と前記第２ポートの中心線とは接しない、切削工具。
3. 請求項１または２記載の切削工具において、
   前記工具本体には、先端側から基端側に延びる切屑排出溝が形成され、
   前記第１ポートは、前記切屑排出溝に向けて開口する、切削工具。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の切削工具において、
   前記第２ポートは、前記刃部に向けて開口する、切削工具。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の切削工具において、
   前記工具本体には、前記第１ポートに連通する第１流路と、前記第２ポートに連通する第２流路と、が形成される、切削工具。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の切削工具において、
   前記工具本体には、前記第１ポートと前記第２ポートとの双方に連通する流路が形成される、切削工具。
7. 請求項６記載の切削工具において、
   前記第１ポートと前記流路との間には、切削液の圧力に基づき開閉される開閉弁が設けられる、切削工具。
8. 切削工具を用いてワークの内径面を切削する切削装置であって、
   前記切削工具は、
   前記切削装置に着脱自在となる基端側の第１軸部と、前記ワークを切削する刃部が設けられる先端側の第２軸部と、を備える工具本体、を有し、
   前記工具本体には、基端側に切削液を噴射する第１ポートと、先端側に切削液を噴射する第２ポートと、が形成され、
   前記切削装置は、
   前記第１ポートに切削液を供給する第１状態と、前記第１ポートに対する切削液の供給を停止する第２状態と、に作動する切削液供給部、を有し、
   前記切削液供給部は、前記ワークを切削する際に、前記第１状態と前記第２状態とに交互に切り替えられる、切削装置。

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