JP3788277B2 - 深穴切削装置 - Google Patents

Description

【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、深穴切削装置の改良に関するもので、特に、穴の直径が１５〜１８ｍｍ以下であるような小径の深穴を切削するのに好適な深穴切削装置に関する。尚、深穴とは、一般に、内径に対して穴深さが約４倍以上の穴を言う。
【０００２】
【従来の技術】
深穴加工方式には、一般に、ガンドリル方式、ＢＴＡ（シングルチューブ）方式、及びエジェクタ（ダブルチューブ）方式の３つが知られている。このうち、ガンドリル方式は、図示は省略するが、切屑排出用のＶ溝部を形成した中空状のドリルを使用し、ドリルシャンク内部を通して高圧の切削油を切刃先端部に送り込み、切刃で生成された切屑を高圧の切削油で破断し、Ｖ溝部から強制的に排出する方法で、径が細くて深い穴を精度良く明けることができる。
【０００３】
図３の（Ａ）はＢＴＡ方式の深穴切削装置を示したもので、パイプ状ボーリングバー２１の先端部にドリルヘッド２２を装着し、このドリルヘッド２２の先端には切刃２３を固着し、またドリルヘッド２２の外周部にはガイドパッド２４を埋設固定し、また被削材Ｗの端面に近接してガイドブッシュ２５を組み込んだケーシング２６を配備し、被削材Ｗとケーシング２６の端面どうしをシール材２７によって塞いでいる。しかして、給油口２８より切削油を加圧供給すると、この切削油は、図中の矢印で示すように、ボーリングバー２１とガイドブッシュ２５との隙間から、被削材Ｗの切削穴２９とドリルヘッド２２の外周面との隙間を通って切刃２３に達し、そこからドリルヘッド２２中央部の軸線方向に貫通する穴３０よりボーリングバー２１の中に流れ込む。切刃２３より生成される切屑１８は、その切削油に押し流されて、排出口３２より排出される。
【０００４】
図３の（Ｂ）はエジェクタ方式の深穴切削装置を示したもので、アウターチューブ３２とインナーチューブ３３との間に切削油供給路３４を形成した二重管からなるシャンク３１の先端部にドリルヘッド３５を装着すると共に、ドリルヘッド３５にはインナーチューブ３３の中空部３６に連通する開口部３７を形成し、ドリルヘッド３５の外周部には被削材Ｗの切削穴２９と前記切削油供給路３４とを連通する油穴３８を設け、更にインナーチューブ３３の後端側にスリット３９を開口して、インナーチューブ３３の内部（中空部３６）と外部（切削油供給路３４）とを連通させている。尚、図３の（Ａ）に示すＢＴＡ方式と同じ部材については同一符号を付している。
【０００５】
しかして、切削中にケーシング２６の給油口２８より供給される切削油は、その大部分がアウターチューブ３２とインナーチューブ３３との間の切削油供給路３４を通って油穴３８から外に出て、被削材Ｗの切削穴２９とドリルヘッド３５の外周面との隙間を通って切刃２３に達し、開口部３７よりインナーチューブ３３の中へ流入するが、切削油の一部はスリット３９を通って直接インナーチューブ３３の中に流れ込み、このときインナーチューブ３３の内部圧が負となる圧力差が生じて吸引力が発生し、そのバキューム効果により切屑１８を吸い込んで、排出口４０より排出するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、穴の直径が１５〜１８ｍｍ以下であるような小径の深穴を切削するのに、従来では、専らガンドリル方式が採用されていた。これは、他の方式、例えばＢＴＡ方式を採用した場合、このＢＴＡ方式の深穴切削装置では、切削進行により穴の深さが深くなるにつれて管内抵抗が次第に大きくなるため、深穴切削中に刃先が潰れるなどの切刃の損傷によって切削油の油圧が異常に高くなった時にその異常圧を検知して切削油の供給や工具の回転を即時に停止させる安全装置を設置しても、その安全装置を正確に作動させることができなくなる。
【０００７】
即ち、ＢＴＡ方式の深穴切削装置により上記の小径深穴加工を行うとすれば、ボーリングバー２１乃至ドリルヘッド２２の外周面と切削穴２９との隙間が可なり小さくなるため、深穴の切削進行中にその隙間が切屑１８によって詰まり易く、従って直ぐに切削油が高圧状態となって、実際に切刃２３が破損していないにもかかわらず、安全装置が作動するようになるからである。要するに、ＢＴＡ方式によっては、切削油の油圧状態を完全に把握することができない。
【０００８】
また、ＢＴＡ方式の深穴切削装置では、圧力のかかった切削油が切削穴の入口から洩れて吐出するのを防ぐために、被削材Ｗとケーシング２６の端面との間で密着するシール材２７を必要とし、このシール材２７を取り付けるのに手間がかかって非常に面倒となる。
【０００９】
一方、エジェクタ方式の深穴切削装置では、アウターチューブ３２とインナーチューブ３４との間の切削油供給路３４に供給された切削油は、この切削油供給路３４を通ってドリルヘッド３５の切刃２３側に送給されるが、切削油の一部がスリット３９からインナーチューブ３３の内部に流れ込むことから、ドリルヘッド３５の切刃２３側に送給される切削油の圧力が弱くなり、しかして小径深穴切削の場合には、ドリルヘッド３５外周と切削穴２９との隙間が小さいために、切削油が切刃２３に対し十分に供給され難い、と云う問題がある。
【００１０】
上記のような理由で、小径の深穴切削には、従来より、ガンドリル方式が採用されているが、このガンドリル方式にも問題がある。それは、ガンドリルがドリルシャンクの側面部に切屑排出用Ｖ溝部を形成しているため、ドリル全体の剛性が低く、捩れ及び曲げモーメントに対して弱く、それがために切削加工速度をＢＴＡ方式やエジェクタ方式の場合の約１／３程度迄落とさざるを得ず、従って作業能率が非常に悪い、と云うことである。
【００１１】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、切削加工時における切削油の油圧状態を完全に把握できて、安全装置を正確に作動させることができるようにすると共に、切削加工速度を十分に速くできて、作業能率を高めることのできる深穴切削装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の深穴切削装置は、アウターチューブ２とインナーチューブ３との間に切削油供給路４を形成した二重管からなる工具シャンク１の先端部にドリルヘッド５が装着されると共に、ドリルヘッド５の先端にインナーチューブ３の中空部に連通する開口部１７が設けられ、ドリルヘッド５の外周部にはドリルヘッド５によって被削材Ｗに明けられる切削穴１３と前記切削油供給路４とを連通する切削油噴出口１４が設けられ、前記工具シャンク１の基端部側に設けた給油口８より加圧供給される切削油の全量を前記切削油供給路４に送給し、この送給された切削油を前記切削油噴出口１４から前記切削穴１３に噴出させて、その切削油を切屑１８と共にドリルヘッド５の先端開口部１７からインナーチューブ３の中空部１６に流入して排出するように構成され、前記ドリルヘッド５又は工具シャンク１の外周部には切削油噴出口１４の軸方向後部側にリング状の突条部１５ａが軸方向に間隔をおいて複数条設けられて、前記切削穴１３との間にラビリンスシール１５が形成されるようになっていて、ドリルヘッド５の先端部外周側には周方向に間隔をおいてガイドパッド１１ａが設けられ、前記複数条の突条部１５ａのうち最先端に位置する突条部１５ａが挿入可能なガイド穴２０が穿設された被削材Ｗの前記ガイド穴２０に、前記ガイドパッド１１ａを当接させた状態で切削が開始され、穴明けが進行するにつれて、自身で明けた切削穴１３をガイドとして穴切削加工が続行されるようにしたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２は、請求項１の深穴切削装置において、前記各突条部１５ａの外周面と前記切削穴１３の内周面とのクリアランスが０〜０．３ｍｍであることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る深穴切削装置の一実施形態について図１及び図２を参照して説明すると、図１は本発明に係る深穴切削装置の全体を示す縦断面図、図２は図１に示す深穴切削装置の要部拡大図である。
【００１７】
この深穴切削装置は、シャンク受け６によって支持される円筒状の工具シャンク１を有し、この工具シャンク１は、アウターチューブ２とインナーチューブ３との二重管からなるもので、このアウターチューブ２とインナーチューブ３との間に切削油供給路４が形成され、そしてこの工具シャンク１の先端部にドリルヘッド５が取着されている。
【００１８】
工具シャンク１の基端部には切削油供給用のケーシング７が連結され、このケーシング７の給油口８から高圧力で供給された切削油は、図１の矢印で示すように、ケーシング７の内部の環状流路９から連通路１０を通ってアウターチューブ２とインナーチューブ３との間の切削油供給路４の基端部側に導入されるようになっている。
【００１９】
ドリルヘッド５は、アウターチューブ２の内径と同じ径の内周面を有する円筒状のヘッド本体１１、このヘッド本体１１の先端部に取着された切刃１２、及びヘッド本体１１の先端部外周側に周方向に間隔をおいて設けられたガイドパッド１１ａからなるもので、図２から分かるように、ヘッド本体１１の基端部外周には、アウターチューブ２の先端部内周に形成された雌ねじ部２ａと螺合する雄ねじ部１１ｂが形成され、ヘッド本体１１の先端部側にはドリルヘッド５によって被削材Ｗに明けられる切削穴１３と前記切削油供給路４とを連通する複数の切削油噴出口１４が周方向所要間隔おきに開口形成され、またヘッド本体１１の軸方向中間部には前記切削油噴出口１４の軸方向後部側に、被削材Ｗの切削穴１３との間でラビリンスシール１５を形成するリング状の突条部１５ａが複数条設けられている。また、ドリルヘッド５の先端にはインナーチューブ３の中空部１６に連通する開口部１７が形成されている。
【００２０】
上記突条部１５ａは、被削材Ｗの切削穴１３との間でラビリンスシール１５を形成するものであって、シール効果を十分発揮させるために、ドリルヘッド５の軸方向に所要間隔をおいて少なくとも４条設けるのが好ましい。また、各突条部１５ａの外周面と切削穴１３の内周面とのクリアランスは、０〜０．３ｍｍであることが好ましい。これらの数値は、この深穴切削装置に常用される油圧３〜７ＭＰａにおける水溶性切削油使用時のシール効果を実験的に確かめながら求めた数値である。尚、この実施形態では、ドリルヘッド５の外周面に突条部１５ａを設けているが、このドリルヘッド５が装着される工具シャンク１の先端部外周面、即ちアウターチューブ２の先端部外周面に設けてもよい。また突条部１５ａは、ドリルヘッド５又は工具シャンク１と一体に形成してもよいし、あるいはそれらと別体にリング状に形成したものを後から嵌着するようにしてもよい。
【００２１】
上記のような構造のドリルヘッド５は、図２に示すように、ヘッド本体１１の雄ねじ部１１ｂをアウターチューブ２先端部の雌ねじ部２ａに螺合すると共に、ヘッド本体１１内にインナーチューブ３の先端部側を突入させて、その先端をヘッド本体１１の内奥部に密接係合させることによって、工具シャンク１の先端部に取り付け固定されるようになっている。
【００２２】
上記のように構成される深穴切削装置を使用して、被削材Ｗに穴の直径が例えば１２ｍｍ程度の小径深穴を切削加工するにあたっては、図１に示すように、工具シャンク１の所要部をシャンク受け６のガイドブッシュ６ａによって支持した状態で、工具シャンク１又は被削材Ｗの何れかを回転させながら、この工具シャンク１の先端部を被削材Ｗに当て付けて穴明け切削を行うと同時に、ケーシング７の給油口８からの高圧力の切削油を、工具シャンク１の基端部側よりアウターチューブ２とインナーチューブ３との間の切削油供給路４に供給して、工具シャンク１先端部側にあるドリルヘッド５の切削油噴出口１４から切削穴１３に噴出させる。
【００２３】
ドリルヘッド５の切削油噴出口１４から切削穴１３に噴出された切削油は、図２の矢印で示すように、ドリルヘッド５の先端部外周面と切削穴１３の内周面との間隙を通ってドリルヘッド５先端の切刃１２側に至り、更にそこから開口部１７通ってインナーチューブ３の中空部１６に流入するようになり、これによって切刃１２の潤滑及び冷却を行うと共に、切屑１８の排出を行う。インナーチューブ３の中空部１６に流入した切屑１８を含む切削油は、ケーシング７側の排出口１９から外部に排出される。
【００２４】
この場合、ケーシング７の給油口８から切削油供給路４に高圧力で供給された切削油は、その高圧力を維持したまま切削油噴出口１４から噴出して切削中の切削穴１３に流入されるから、この切削穴１３が上記のように直径１２ｍｍ程度の小径切削穴であって、ドリルヘッド５の外周面と切削穴１３の内周面との隙間が非常に小さくても、その隙間に確実に侵入してドリルヘッド５先端の切刃１２を通り、開口部１７を通って、切屑１８と共にインナーチューブ３の中空部１６に流入して排出させることができる。
【００２５】
またこの場合、ドリルヘッド５の後端部では被削材Ｗの切削穴１３との間にラビリンスシール１５が形成されるから、切削途上においては切削穴１３の切削油噴出口１４後部側がシールされ、従って切削油噴出口１４から切削穴１３に噴出供給された切削油は、工具シャンク１と切削穴１３との隙間から外部へ漏出することなく、ドリルヘッド５の切刃１２側へ確実に供給されて、潤滑、冷却及び切屑排出の作用を一層有効に行うことができる。
【００２６】
そして特に、この深穴切削装置では、切削油供給路４に供給される切削油は、切削加工中は常にドリルヘッド５先端の切刃１２から手前側へ隔たった定位置にある切削油噴出口１４から切削穴１３に噴出供給されるようになっているから、切削油の油圧を完全に把握することができ、安全装置を確実に作動させることができる。即ち、この深穴切削装置を使用する場合、切削油は、切削進行に伴う切削穴１３の深さに関係なく、常にドリルヘッド５の先端部に供給されるもので、平常時は当初設定された供給圧力とほとんど同じ一定の圧力となっているから、安全装置を設置した場合には、切削途上で仮にドリルヘッド５の切刃１２が潰れて切削穴１３の先端部分が目詰まりを起こすなどして切削油の油圧が異常に高くなれば、安全装置がその切削油の異常圧力を検知して、切削油の供給及び工具の回転を即時に停止し、機械などの損傷を未然に防ぐと共に、作業の安全の図ることができる。
【００２７】
また、この深穴切削装置は、前記のようにアウターチューブ２とインナーチューブ３との間に切削油供給路４を形成した二重管からなる工具シャンク１の先端部にドリルヘッド５を取着してなるもので、従来のガンドリル方式に使用されるガンドリルと違って、工具シャンク１の剛性が高く、捩れ及び曲げモーメントに対しても強いから、切削加工速度を、従来のＢＴＡ方式やエジェクタ方式の場合と同様に十分に速くすることができて、作業能率を高めることができる。また、図３の（Ａ）に示すＢＴＡ方式のように被削材Ｗとケーシング２６先端部との間をシールする必要がないので、余分な作業の手間が省ける。
【００２８】
本発明に係る深穴切削装置の有効な使用方法は、被削材Ｗに予めガイド穴２０（図１参照）を設けることである。このガイド穴２０の加工には、この深穴切削装置と同一の直径を有して長さの短い高剛性ドリルが使用され、複数条の突条部１５ａのうち最先端に位置する突条部１５ａが挿入可能な深さに切削加工される。切削の開始は、ガイド穴２０にドリルヘッド５に埋設されたガイドパッドを当接させた状態で行い、穴明けが進行するにつれて、この深穴切削装置自身で明けた切削穴１３をガイドとして穴切削加工が続行され、もって深穴加工が容易となり、加工精度が向上する。
【００２９】
本発明に係る深穴切削装置は、上述したように、被削材の穴の直径が１５〜１８ｍｍ以下であるような小径の深穴を切削するのに最適な切削装置であるが、勿論このような小径深穴の切削に限らず、穴の直径が１５〜１８ｍｍ以上の深穴を切削する場合に使用しても有効である。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明の深穴切削装置は、アウターチューブとインナーチューブとの間に切削油供給路を形成した二重管構造の工具シャンクの先端部にドリルヘッドを装着すると共に、ドリルヘッド先端にインナーチューブの中空部に連通する開口部を形成し、ドリルヘッド外周部に被削材の切削穴と切削油供給路とを連通する切削油噴出口を形成し、切削油供給路に加圧供給した切削油を切削油噴出口から切削穴に噴出させてドリルヘッドの先端開口部からインナーチューブ内に流入させて排出するようにしたもので、切削油供給路に供給した切削油は、深穴切削加工中は常に、ドリルヘッド先端部の定位置にある切削油噴出口から切削穴に噴出するようになっていて、平常時は最初に設定した供給圧力と殆ど一定の圧力となり、切削油の油圧状態を完全に把握できるから、切刃の破損や目詰まりなどの異常を検知して切削油の供給や工具の回転を即時に停止させるための安全装置を確実に作動させることができことになる。従って、この発明は、穴の直径が１５〜１８ｍｍであるような小径深穴を切削するのに最適な深穴切削装置と云える。
【００３１】
また、この発明の深穴切削装置では、給油口から切削油供給路に供給される切削油の全部がドリルヘッド側に送給されるため、従来のエジェクタ方式のようにドリルヘッド側で切削油の圧力が低下することがなく、従ってドリルヘッド外周と切削穴との隙間が非常に狭くなる小径深穴切削の場合でも、ドリルヘッドの切刃に対し十分な圧力の切削油を供給することができ、従ってそのような小径深穴切削において切削油による潤滑、冷却及び切屑排出の作用を有効に行わせることができる。
【００３２】
また、この深穴切削装置は、二重管からなる工具シャンクの先端部にドリルヘッドを取着してなるもので、従来のガンドリル方式に使用されるガンドリルと違って、工具シャンクの剛性が高く、捩れ及び曲げモーメントに対しても強いから、切削加工速度を従来のＢＴＡ方式やエジェクタ方式の場合と同様に十分速くすることができて、作業能率を高めることができる。
【００３３】
更に、この深穴切削装置によれば、ドリルヘッド又は工具シャンクの外周部には切削油噴出口の軸方向後部側にリング状突条部が軸方向に間隔をおいて複数条設けられて、被削材の切削穴との間にラビリンスシールが形成されるため、切削油噴出口から切削穴に噴出供給された切削油は、工具シャンクと切削穴との隙間から外部へ漏出することなく、ドリルヘッドの切刃側へ確実に供給されて、潤滑、冷却及び切屑排出の作用を一層有効に行わせることができる。しかも、ドリルヘッドの先端部外周側には周方向に間隔をおいてガイドパッドが設けられ、前記複数条の突条部のうち最先端に位置する突条部が挿入可能なガイド穴が穿設された被削材の前記ガイド穴に、前記ガイドパッドを当接させた状態で切削が開始され、穴明けが進行するにつれて、自身で明けた切削穴をガイドとして穴切削加工が続行されるようにしているから、深穴切削加工が容易で、加工精度が向上する。
【００３４】
請求項２に記載のように、各突条部の外周面と前記切削穴の内周面とのクリアランスが０〜０．３ｍｍとなるようにすることによって、ラビリンスシールのシール効果をより有効に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る深穴切削装置の全体を示す断面図である。
【図２】 図１に示す深穴切削装置の要部拡大図である。
【図３】 （Ａ）は従来のＢＡＴ方式の深穴切削装置を示す断面図、（Ｂ）
は従来のエジェクタ方式の深穴切削装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 工具シャンク
２ アウターチューブ
３ インナーチューブ
４ 切削油供給路
５ ドリルヘッド
１２ 切刃
１３ 切削穴
１４ 切削油噴出口
１５ ラビリンスシール
１５ａ 突条部
１６ インナーチューブの中空部
１７ 開口部

Claims (2)

1. アウターチューブとインナーチューブとの間に切削油供給路を形成した二重管からなる工具シャンクの先端部にドリルヘッドが装着されると共に、このドリルヘッドの先端にインナーチューブの中空部に連通する開口部が設けられ、
   ドリルヘッドの外周部にはこのドリルヘッドによって被削材に明けられる切削穴と前記切削油供給路とを連通する切削油噴出口が設けられ、
   前記工具シャンクの基端部側に設けた給油口より加圧供給される切削油の全量を前記切削油供給路に送給し、この送給された切削油を前記切削油噴出口から前記切削穴に噴出させて、その切削油を切屑と共にドリルヘッドの先端開口部からインナーチューブの中空部に流入して排出するように構成され、
   前記ドリルヘッド又は工具シャンクの外周部には切削油噴出口の軸方向後部側にリング状の突条部が軸方向に間隔をおいて複数条設けられて、前記切削穴との間にラビリンスシールが形成されるようになっていて、
   ドリルヘッドの先端部外周側には周方向に間隔をおいてガイドパッドが設けられ、
   前記複数条の突条部のうち最先端に位置する突条部が挿入可能なガイド穴が穿設された被削材の前記ガイド穴に、前記ガイドパッドを当接させた状態で切削が開始され、穴明けが進行するにつれて、自身で明けた切削穴をガイドとして穴切削加工が続行されるようにしたことを特徴とする深穴切削装置。
2. 前記各突条部の外周面と前記切削穴の内周面とのクリアランスが０〜０．３ｍｍである請求項１記載の深穴切削装置。

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