JP2016144865A - Processing method using drill and drill with coolant ejection hole - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ドリルの先端側にクーラントの噴出穴を有し、この噴出穴から切削刃と被削材との接触部位を狙って高圧でクーラントを供給することにより、ドリル刃先面及び切り屑の冷却と、切り屑の分断及び排出を行い、その結果、ドリルの送り速度を高めることができるようにし、効率の良い切削が可能なクーラント噴出穴付きドリルに関するものである。 The present invention has a coolant injection hole on the tip end side of the drill, and by supplying coolant at a high pressure aiming at a contact portion between the cutting blade and the work material from the injection hole, The present invention relates to a drill with a coolant injection hole that cools, divides and discharges chips and, as a result, can increase the feed rate of the drill and enables efficient cutting.
従来、アルミ等の軽合金や鋼材料に穴開け加工する場合は、ドリルの刃先面と被削材との擦過による発熱に起因するドリルの損傷を防止し、長寿命化を図るためにドリルの先端側にクーラントの噴出穴を設けている。そして、ドリルの主軸内を貫通して設けられたクーラントの供給通路を通じて供給されたクーラントを前記噴出穴から噴出するようにしている。なお、工作機械用のドリルには、クーラントの供給通路が主軸と同様に捻られて形成されたツイストドリルと、製作時にツイスト加工されてないストレート形状のドリルがある。 Conventionally, when drilling holes in light alloys such as aluminum and steel materials, drills are prevented from being damaged due to heat generated by rubbing between the cutting edge surface of the drill and the work material, and in order to extend the life of the drill. A coolant injection hole is provided on the tip side. The coolant supplied through the coolant supply passage penetrating through the main shaft of the drill is ejected from the ejection holes. In addition, drills for machine tools include a twist drill in which the coolant supply passage is twisted in the same manner as the main shaft, and a straight drill that is not twisted during manufacture.
従来の一般的なクーラントの噴出穴は、特許文献1の図面に示すように、2番逃げ面に開口させている。そして、この従来技術による加工状況は、図4に示す通りである。クーラントは、主軸部分の捻られたクーラント供給通路を通って、主軸先端の2番逃げ面に開口された噴出穴から噴出される。この噴出は、主軸の前方側へ噴出されるだけであるので、切削刃により削り出された被削材1の切り屑2の上から噴出されるようになり、切削刃3が被削材1と直接接触する部位には供給されない。そのため、被削材1との摩擦により切削刃3が高温になり、変形・摩耗が発生し、寿命が低下する等の問題があった。
As shown in the drawing of
特許文献1の技術は、このような問題点を解決するために開発されたものである。この特許文献1には、クーラントの噴出穴(ホール)をその目的に応じて異なる三箇所に設ける場合が開示されている。
The technique of
その一つ目の設置箇所は、特許文献1の段落「0005」に記載されているように、逃げ面の3番面の切り屑排出溝側である。これは、実際に切削する先端刃に直接クーラントを供給せず、対抗する次の刃の冷却、潤滑を行うためであると記載されている。これにより、クーラントでドリル本体の冷却、切屑等の冷却、飛散を行うとともに、スムーズな切り屑排出ができ工具寿命が延長できると記載されている。しかしながら、これらの効果は、クーラントの一般的な効果でしかない。
As described in paragraph [0005] of
また開口位置を少なくとも3番面の切り屑排出溝側としたのは、切り屑が擦過により強圧縮される近傍に供給するためであると記載されている。しかしながら、開口位置を少なくとも3番面の切り屑排出溝側としただけでは、特に負荷の大きい作用箇所を狙ってクーラントを供給できるものの、切削刃と被削材とが接触する部位へ直接クーラントを供給することはできず、その効果が不十分であった。 Moreover, it is described that the opening position is set to the chip discharge groove side of at least the third surface because the chip is supplied to the vicinity where the chips are strongly compressed by rubbing. However, even if the opening position is at least on the side of the chip discharge groove on the third surface, coolant can be supplied aiming at a particularly heavy working point, but the coolant is directly applied to the part where the cutting blade and the work material come into contact. It could not be supplied and its effect was insufficient.
特許文献1に開示されているクーラント噴出穴の二つ目の設置箇所は、段落「0006」に記載されているように、刃溝内である。刃溝内の壁に更なる1つ以上の開口が設けられていると、先端刃の逃げ面に開口を配置する従来の配置の場合より、直接的に作用箇所へクーラントが導かれることになると記載されている。
しかしながら、刃溝は湾曲した溝内面が捻れて先端刃からシャンク部基端部まで続いており、刃溝内の壁へクーラントの噴出穴を開口したとしても、切削刃と被削材との接触部分へクーラントを直接噴出することは不可能である。すなわち、刃溝にクーラントの噴出穴を開口した場合は、クーラントの噴出角度を切削刃と被削材との接触部分へ向けることが不可能であった。
The second installation location of the coolant injection hole disclosed in
However, the blade groove continues from the tip blade to the shank base end by twisting the curved groove inner surface, and even if a coolant injection hole is opened to the wall in the blade groove, contact between the cutting blade and the work material It is impossible to spray coolant directly onto the part. That is, when the coolant injection hole is opened in the blade groove, it is impossible to direct the coolant injection angle toward the contact portion between the cutting blade and the work material.
特許文献1に開示されているクーラント噴出穴の三つ目の設置箇所は、段落「0007」に記載されているように、すくい面上の切り屑発生に重要な作用区域近くである。しかも、このすくい面上の位置としては、噴出穴の開口をチゼル刃の近くに、特にチゼル刃に直接隣接するすくい面に設けたり、コーナーに比較的近い区域に設ける旨の記載がある。ところで、すくい面は、切削刃から切り屑の排出溝へ至る面であり、通常は垂直壁面をなしている。
As described in paragraph “0007”, the third installation location of the coolant injection hole disclosed in
このようにチゼル刃に直接隣接するすくい面に開口を設けたとしても、すくい面自体が切削刃から連続して切り屑排出溝へ至る垂直面であるため、開口は切削刃の位置からある距離だけ離れたところにしか形成できない。そのため、この垂直面に開口された噴出穴から噴出されたクーラントは、前記距離の分だけ離れた位置で切り屑に直接あたるようになる。従って、切削刃と被削材とが接触する部位に直接クーラントを供給することはこの場合もできなかった。そのため、切削刃及びチゼル刃の冷却効果がまだ不十分であるという問題があった。 Even if an opening is provided in the rake face directly adjacent to the chisel blade in this way, the rake face itself is a vertical surface that continuously extends from the cutting blade to the chip discharge groove, so the opening is a certain distance from the position of the cutting blade. It can only be formed at a distance. Therefore, the coolant sprayed from the spray hole opened in the vertical surface comes into direct contact with the chips at a position separated by the distance. Therefore, the coolant cannot be directly supplied to the portion where the cutting blade and the work material are in contact with each other. Therefore, there has been a problem that the cooling effect of the cutting blade and the chisel blade is still insufficient.
一方、この種のツイストドリルのクーラントの供給圧力としては、7MPaに満たない圧力で供給しているのが現状である。その理由は、解らないが、工作機械の対応がないこと、ホルダー工具がないこと、また7MPa以上のデーターがない事などが挙げられる。例外として、特許文献2に示すように、細穴加工の場合に圧力損失が大きいことを考慮して10MPa〜14MPa程度の高圧力で噴出するようにしている。
On the other hand, as the supply pressure of the coolant for this type of twist drill, the supply pressure is less than 7 MPa. The reasons for this are not understood, but there are no machine tool support, no holder tool, and no data of 7 MPa or more. As an exception, as shown in
このように、前記特許文献1等に示すドリルでは、クーラントの噴出穴を第3番逃し面の切り屑排出溝面寄りと、切り屑排出溝面と、すくい面とにそれぞれ設ける場合が開示されているが、いずれの場合も切削刃と被削材とが接触する部位へクーラントを直接噴出することができないでいた。
そのため、3番逃げ面へクーラント噴出穴を開口する一般的な技術に比較して、クーラントが噴出される位置を切削刃と被削材とが接触する部位へ近づけることはできるもののドリル本体及び被削材の冷却、排出効果がまだ不十分であった。
As described above, in the drill shown in
Therefore, compared with the general technique of opening the coolant injection hole to the third flank, the position where the coolant is injected can be brought closer to the portion where the cutting blade and the work material contact, but the drill body and the workpiece The cooling and discharging effect of the cutting material was still insufficient.
また特許文献2等に示す技術では、クーラントの供給圧力を10MPa以上14MPa程度までとしているが、これは細穴加工の場合のものであり、一般の穴加工においては、7MPaに満たない圧力であった。そのため、加工部位へのクーラントの供給が不足し、切削刃の冷却及び切り屑の排出が不十分となっていた。従って、従来は、数ミリ穴加工した後、一旦、ドリルを後退させて切削刃の冷却と切り屑の排出とを行い、その後さらにドリルを前進させて切削を行うというように、ドリルの前進後退を繰り返して穴加工することが一般的に行われており、非効率的であった。
また7MPaに満たない供給圧力であると、切り屑の分断効果に欠けるため、かなり長い寸法まで切り屑が連続して生成され、切り屑がドリルの排出溝から円滑に排出されなかったりすることがあった。しかも、長い切り屑は、嵩高くなり、任意の収容形態になり難いので、その処理に困ることがあった。
Further, in the technique shown in
In addition, when the supply pressure is less than 7 MPa, the chip breaking effect is lacking, so chips are continuously generated to a considerably long dimension, and the chips may not be discharged smoothly from the discharge groove of the drill. there were. In addition, long chips are bulky and difficult to be in an arbitrary storage form, which may be difficult to process.
本発明は、従来の前記問題点に鑑みてこれを改良除去したものであって、クーラントを直接、切削刃と被削材とが接触する部位へ供給することで、切削刃及び被削材の優れた冷却を行い、また上記部位へのクーラントの供給とその供給圧力を高圧にすることとの相乗効果により、切り屑の細かい分断を実現し、切り屑の排出及びその後処理を容易化することのできるドリルを用いた加工方法およびドリルを提供することを目的とする。 The present invention is an improvement and removal in view of the conventional problems described above, and the coolant is directly supplied to a portion where the cutting blade and the work material are in contact with each other, so that the cutting blade and the work material can be improved. Provide excellent cooling and synergistic effect of supplying coolant to the above part and increasing the supply pressure to achieve fine cutting of chips and facilitate chip discharge and subsequent processing. It is an object of the present invention to provide a machining method using a drill capable of performing a drill and a drill.
前記課題を解決するために本発明が採用した請求項1の手段は、主軸の先端部にクーラントの噴出穴を設けたドリルを用いた加工方法であって、前記噴出穴から噴出されるクーラントを、前記ドリルの切削刃と被削材との接触部分に供給しながら被削材を加工することを特徴とするドリルを用いた加工方法である。
The means of
前記課題を解決するために本発明が採用した請求項2の手段は、前記噴出穴から7MPa以上で30MPa以下の高圧でクーラントを噴出することを特徴とする請求項1に記載のドリルを用いた加工方法である。
前記課題を解決するために本発明が採用した請求項3の手段は、請求項1または2に記載のドリルを用いた加工方法に用いるクーラント噴出穴付きドリルであって、前記ドリルは、主軸の先端部にクーラントの噴出穴が設けられ、この噴出穴から噴出されるクーラントが切削刃に向けて噴出されるように構成されていることを特徴とするクーラント噴出穴付きドリルである。
The means according to
The means of
本発明によれば、噴出穴から噴出されるクーラントは、切削刃と被削材とが直接接触する部位へ供給されるので、これらの冷却効果に優れ、ドリルの摩耗を抑制してその長寿命化を図ることが可能である。またその結果として、加工速度を上げることができ、優れた効率のよい穴加工が可能である。
更に、切削刃と被削材とが直接接触する部位へクーラントを供給するので、削り出された切り屑が短い寸法で分断され易くなるという効果もある。
According to the present invention, the coolant ejected from the ejection hole is supplied to a portion where the cutting blade and the work material are in direct contact with each other. Can be achieved. As a result, the processing speed can be increased, and excellent and efficient hole processing is possible.
Further, since the coolant is supplied to the portion where the cutting blade and the work material are in direct contact, there is an effect that the cut chips are easily divided into short dimensions.
また、クーラントを7MPa以上で30MPa以下の高圧で噴出することにより、クーラントが切削刃と被削材との接触部位へ供給され、更にその供給圧力が前記の如く極めて高圧であるので、被削材から削り取られた切り屑は、極めて短い寸法の段階で直ぐに分断されてクーラントと共に排出溝へ流れていき、スムーズに排出溝からドリル外へ排出される。このように切り屑が極めて短い寸法に分断されているので、主軸の周囲に捻れて存在する排出溝を通り易くなる。またドリルから離れた後は、任意の形状の容器に収容することができ、その処理も容易である。 Further, the coolant is supplied to the contact portion between the cutting blade and the work material by ejecting the coolant at a high pressure of 7 MPa or more and 30 MPa or less, and the supply pressure is extremely high as described above. The chips scraped off from are immediately divided at an extremely short dimension, flow into the discharge groove together with the coolant, and are smoothly discharged out of the drill from the discharge groove. In this way, since the chips are divided into extremely short dimensions, it becomes easy to pass through the discharge grooves that are twisted around the main shaft. Moreover, after leaving | separating from a drill, it can accommodate in the container of arbitrary shapes, The process is also easy.
以下に、本発明の構成を図1及び図2に示すツイストドリルの場合の第一の実施の形態に基づいて説明すると次の通りである。図1に示すように、この実施の形態のドリル11はハイス鋼や超硬合金で成形されたツイストドリルであり、切削刃12,12が対称となる位置に二枚設けられており、所定のマージン幅Mを有している。切削刃12の後には第1の逃げ面13が形成され、更に第2の逃げ面14、第3の逃げ面15と続いて切り屑の排出溝面16へ至っている。また対称配置された切削刃12どうしの間にはチゼル刃17が形成されている。そして、チゼル刃17と、第3の逃げ面15との間には三角形状の垂直な面15Aが形成されている。
The configuration of the present invention will be described below based on the first embodiment in the case of the twist drill shown in FIGS. 1 and 2. As shown in FIG. 1, the
而して、この実施の形態にあっては、第3の逃げ面15と、これに繋がる切り屑排出溝面16とに跨ってクーラントの噴出穴18を開口形成している。この位置へクーラントの噴出穴18を設けた理由は、噴出穴18から噴出されるクーラントの行き着く先が切削刃12と被削材との接触する部位となるようにするためである。
ドリル11の主軸19の部分には、クーラントの供給通路20が形成されている。この供給通路20は、押出による主軸19の捻れの成形と同時に形成されるものであり、主軸の捻れと同じ捻れ角度を以て形成されている。そのため、クーラントの供給通路20を通じて供給されたクーラントが、前記噴出穴18から噴出される角度を切削刃12と被削材との接触部位に向けて噴出されるように定めるためには、前記排出溝面16に臨む逃げ面15を、噴出穴18から噴出されるクーラントが切削刃12に向けて噴出される角度になるまで研削した傾斜面とすることが重要である。
Thus, in this embodiment, the
A
この事を更に詳しく説明すると、逃げ面15を所望する傾斜面とするのは、ツイストドリルの場合、クーラントの供給通路20も捻られて形成されているので、その噴出穴18の開口を単に逃し面15に設けただけでは、切削刃12と被削材とが接触する部位の近傍へ向けてクーラントが噴出されるだけであり、切削刃12が被削材を削り出している部位へ直接供給することができないからである。クーラント供給通路20の捻れ方向の延長線上であって、その延長線上の行き着く先が切削刃12と被削材との接触部位となるように逃げ面15の傾斜角度を設定する必要がある。
This will be explained in more detail. In the case of the twist drill, the
本発明では、主軸部分のクーラント供給通路20が捻られて形成されていることを利用し、この供給通路20の捻れ方向と、前記逃げ面15の傾斜角度とを噛み合わせることにより、クーラントが切削刃12と被削材との接触部位へ直接供給される位置を特定するようにしている。この噴出穴18の位置は、切り屑の排出溝面16と、該排出溝面16に臨む逃げ面15とに跨る位置でしか有り得ないことを本発明者は見出した。
In the present invention, by utilizing the fact that the
従って、本発明による噴出穴18から噴出されるクーラントは、切削刃12と被削材とが直接接触する部位へ供給されることになり、これらの冷却効果に優れ、ドリル11の刃先の摩耗を抑制してその長寿命化を図ることが可能である。またその結果として、加工速度を上げることができ、優れた効率のよい加工が可能である。従来の前進後退を繰り返す加工方法の場合に比較して7倍以上の速度で加工することが可能であった。
Therefore, the coolant ejected from the
更に、本発明にあっては、自社製の高圧ポンプを用いて、各噴出穴18及び21から噴出されるクーラントの圧力を、7MPa以上で30MPa以下になるようにしている。これにより、噴出穴18から噴出されるクーラントが切削刃12と被削材との接触部位へ直接供給されることとの相乗効果により、被削材から削り取られた切り屑は、高圧のクーラントによって極めて短い寸法の段階で直ぐに分断されてクーラントと共に排出溝16へ流れていき、スムーズに排出溝16からドリル外へ排出される。
図3は切削刃12と被削材1とクーラントの供給状態との関係を示す図面である。この図から明らかなように、高圧のクーラントが切削刃12と被削材1との接触部分へ供給されることで、削り取られた切り屑は早い段階で分断されて排出溝16へクーラントにより運ばれて排出される。
Furthermore, in the present invention, the pressure of the coolant ejected from the ejection holes 18 and 21 is set to 7 MPa or more and 30 MPa or less by using a high pressure pump manufactured in-house. As a result, due to the synergistic effect that the coolant ejected from the
FIG. 3 is a drawing showing the relationship among the cutting
実際に、SCM415(クロムモリブデン鋼)の材料を旋盤で旋削加工した場合のクーラントの供給圧力と、切り屑の寸法との関係を示すと、次の通りである。クーラントの供給圧力が2MPaのときの切り屑の長さ寸法は、50mm以上、7MPaのときは、30mm前後、10MPaのときは、15mm程度の寸法に分断され、15MPaのときは7mm程度の寸法になり、20MPaのときは5mm程度の寸法になり、25MPaのときは3mm程度の寸法になり、30MPaのときは3mm程度の寸法になった。 Actually, the relationship between the coolant supply pressure and the chip size when the material of SCM415 (chrome molybdenum steel) is turned with a lathe is as follows. When the supply pressure of the coolant is 2 MPa, the length of the chip is 50 mm or more, about 30 mm when the pressure is 7 MPa, and about 15 mm when the pressure is 10 MPa, and about 7 mm when the pressure is 15 MPa. When the pressure was 20 MPa, the size was about 5 mm. When the pressure was 25 MPa, the size was about 3 mm. When the pressure was 30 MPa, the size was about 3 mm.
このように切り屑が極めて短い寸法に分断されるので、主軸の周囲に捻れて存在する排出溝16を通り易くなる。またドリルから排出された後は、任意の形状の容器に収容することができ、その処理も容易である。
In this way, since the chips are divided into extremely short dimensions, it becomes easy to pass through the
図3は本発明の第二の実施の形態に係るドリルの主軸先端部分を示す側面図である。このドリルは特殊な工作機械を用いて丸棒から削り出し加工により、主軸部分の捻れたクーラント排出溝16を形成し、先端面に切削刃12及び第1番逃げ面13、第2逃げ面14、第3逃げ面15を形成し、更に主軸19の中心軸線上にストレートなクーラントの供給通路20Aを穴加工で形成している。そして、第3の逃げ面15と、これに繋がる切り屑排出溝面16とに跨ってクーラントの噴出穴18を開口形成している。この位置へクーラントの噴出穴18を設けた理由は、前記第一の実施の形態の場合と同じであり、噴出穴18から噴出されるクーラントの行き着く先が切削刃12と被削材との接触する部位となるようにするためである。
従って、この場合も前記噴出穴18から噴出される角度を切削刃12と被削材との接触部位に向けて噴出されるように定めるためには、前記排出溝面16に臨む逃げ面15を、噴出穴18から噴出されるクーラントが切削刃12に向けて噴出される角度になるまで研削した傾斜面とすることが重要である。
FIG. 3 is a side view showing the tip end portion of the spindle of the drill according to the second embodiment of the present invention. In this drill, a
Accordingly, also in this case, in order to determine the angle of ejection from the
これにより、噴出穴18から噴出されるクーラントは、切削刃12と被削材とが直接接触する部位へ供給されるようになり、前記第一の実施の形態と略同様の効果を得ることができる。すなわち、クーラントによる切削刃12と被削材との冷却効果に優れ、ドリル11の刃先の摩耗を抑制してその長寿命化を図ることができる。更には、これにより、加工速度を上げることができ、優れた効率のよい加工が可能である。
Thereby, the coolant ejected from the
更に、この実施の形態の場合も、各噴出穴18及び21から噴出されるクーラントの圧力を、7MPa以上で30MPa以下になるようにすることで、被削材から削り取られた切り屑を、極めて短い寸法の段階で分断し、円滑な排出が可能である。
その他の構成並びに作用効果は、前記第一の実施の形態の場合と同じである。
Furthermore, in the case of this embodiment, by cutting the pressure of the coolant ejected from each
Other configurations and operational effects are the same as those of the first embodiment.
ところで、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、適宜の変更が可能である。例えば、切削刃12の個数や第3番逃げ面15の傾斜角度及び捻れ角度等は適宜の変更が可能である。また切削刃12は、三枚刃の場合やそれ以上のものもあり、二枚に限定されるものではない。ツイストドリルではこれらの切削刃の枚数に応じてクーラント供給通路の本数も設けられることになる。
By the way, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A suitable change is possible. For example, the number of
11 ドリル
12 切削刃
13 第1番逃げ面
14 第2番逃げ面
15 第3番逃げ面
16 排出溝面
17 チゼル刃
18 切削刃クーラント用の噴出穴
19 主軸
20 クーラント供給通路
20A クーラント供給通路
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記噴出穴から噴出されるクーラントを、前記ドリルの切削刃と被削材との接触部分に供給しながら被削材を加工する
ことを特徴とするドリルを用いた加工方法。 A machining method using a drill having a coolant injection hole at the tip of the spindle,
A machining method using a drill, characterized in that the work material is machined while supplying the coolant ejected from the ejection hole to a contact portion between the cutting blade of the drill and the work material.
前記ドリルは、主軸の先端部にクーラントの噴出穴が設けられ、この噴出穴から噴出されるクーラントが切削刃に向けて噴出されるように構成されていることを特徴とするクーラント噴出穴付きドリル。 It is a drill with a coolant injection hole used for the processing method using the drill according to claim 1 or 2,
The drill is provided with a coolant injection hole, wherein a coolant injection hole is provided at a tip end portion of a main shaft, and coolant injected from the injection hole is injected toward a cutting blade. .
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