JP4090493B2 - 深孔切削用ドリルを用いた深孔切削方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に深孔切削用スローアウエイドリルを用いた深孔切削方法に関する。

この種のチップはドリルヘッドに回転軸心に対して半径方向に取着される場合に、該被削材の中心部分まで切削するためには、当然にチップ刃先部が正確に回転軸心を通らなければならない。しかし、ドリル中心部の切削速度は理論的にはゼロであるから、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１０及び図１１に示すように、ドリルヘッド１の先端部に半径方向に取着されるチップ２０は、その刃先部２１がドリルヘッド１の回転軸心Ｏを通る中心線ＣＬに対して反時計方向に下がった位置に、即ち芯下がりの状態に取り付けられ、従って該刃先部２１のすくい面２２に形成されるチップブレーカー２３も芯下がりの位置にあって、該刃先部２１と回転軸線Ｏとの間に、図１０及び図１１に示すように芯下がり量ε×２に相当する非切削ゾーン２４が設けられ、図１２に示すように回転軸心Ｏ側をオーバーラップした内切刃角βを有する刃先部２１によって被削材Ｗを切削することによって、その切削途上で非切削ゾーン２４に切削されないコアＣが残存し、これが切削進行中にチップブレーカー２３で破線で示すように折り取られ細分化されて、切削屑と共にドリルヘッド１の排出孔より良好に排出する技術が本出願人によって提案され、現在出願中である。

これによれば、ドリルヘッド１の回転軸心Ｏに刃先部２１が位置せず、所謂前述のチゼルエッジの部分が存在しないため、従来技術に比べて格段に切削力を上げることができるが、それでも図１１に示すように、刃先部２１のうち、コアに接触する部分（ゾーンＡやその周辺のゾーンＢ）では、チゼルエッジ（回転軸心Ｏ）に近いため、大きな切削抵抗を受け、長期間の使用中にチッピングが発生し、ゾーンＡやＢの部分の刃先部が折損する恐れが多分にあった。

本発明は、上述の難点を完全に除去し、切削能力を飛躍的に向上することに成功した深孔切削用ドリルをを用いた深孔切削方法を提案することを目的とするものである。

上記課題を解消するために、請求項１に係る発明は、実施形態に示す参照符号を付して示せば、ドリルヘッド１２の先端部にその軸心側から外周側にかけて複数のスローアウエイチップ１１ａ〜１１ｃ（以下、チップ１１ともいう）がボルト１３によって取着されてなる深孔切削用スローアウエイドリルにおいて、該チップ１１は、中心部にボルト孔１を有し、周縁に外切刃角αの刃先部２を有し、刃先部２から後部にかけて前逃げ角βの逃げ面３を有してなるチップ本体４の刃先部２一端縁側の本体側面５に刃先部２一端縁２ａを含む本体側面５の一部が没入した没入部６が形成され、該没入部６の刃先部の一端縁２ａに該刃先部２に直角に連続して後部側に延びる没入端縁７が形成され、該没入端縁７によって、前記外切刃角αと前記前逃げ角βとによってできる合成角γ、即ち、

からなる内切刃角γの没入刃先部８が形成されてなるチップからなり、このうち、軸心 側のチップ１１ａは、その没入刃先部８がドリルヘッド１２の回転軸心Ｏに対して若干 芯下がり位置にくるよう設けられ、これによって、該ドリルヘッド１２の回転軸心Ｏ付近 に前記没入刃先部８の前記芯下がり量ε（正確には、２×ε）に相当する非切削ゾーン１４が形成され、前記没入刃先部８の前記芯下がり量εに比例した直径のコアが非切削ゾーン１４に生成形成される場合に、該没入刃先部８の直線状の送り量ｓに比例して該刃先部８とコアとの接点Ｐが螺旋状に移動する螺旋状の移動角度をθとしたとき、

の範囲に、前記芯下がり量εと前記送り量ｓが設定されてなる深孔切削方法に係る。

また請求項２に係る発明は、前記没入刃先部８のすくい面９に傾斜段部１０が形成されてなる請求項１に記載の深孔切削方法に係る。

また請求項３に係る発明は、前記没入部６は前記ボルト孔１を挟んでチップ本体４の対称位置に一対形成されてなる請求項１に記載の深孔切削方法に係る。

請求項１に係る発明の深孔切削方法によれば、中心部にボルト孔１を有し、周縁に外切刃角αの刃先部２を有し、刃先部２から後部にかけて前逃げ角βの逃げ面３を有してなるチップ本体４の刃先部２一端縁側の本体側面５に刃先部２一端縁２ａを含む本体側面５の一部が没入した没入部６が形成され、該没入部６の刃先部の一端縁２ａに該刃先部２に直角に連続して後部側に延びる没入端縁７が形成され、該没入端縁７によって、没入刃先部８が形成されてチップ１１をドリルヘッド１２の回転軸心Ｏに対して、該没入刃先部８が若干の芯下がり量εを有して前記ボルト孔１によってボルト止めすることによって、ドリルヘッド１２の回転軸心Ｏの付近に非切削ゾーン１４が形成されて、所謂、切削作用に阻害するチゼルエッジを除去することができるから、該チップ１１を使用することによって切削能力を格段に向上させることができる。

又、本発明の深孔切削方法によれば、前記没入端縁７によって、前記外切刃角αと前記前逃げ角βとによってできる合成角γ、即ち

からなる内切刃角γの没入刃先部８が形成されてなるため、没入刃先部８によって回転軸心Ｏ付近の被削材を切削抵抗を少なくして切削することができ、それだけ没入刃先部８の折損を可及的に少なくし、安定して使用することができる。

又、ドリルヘッド１２に取着されるチップ１１には、その外周側切削を担当する外切刃角αを有する切刃部と、回転軸心Ｏ側切削を担当する内切刃角γを有する切刃の部分を備えてなるため、該チップ１１をドリルヘッド１２の軸心側、中間側および外周面側の何れにも同じ構造及び形状の一種類のチップのみを取着することができることになり、それだ製造面で有利となり、且つ取着部位でのチップの種類の選定作業を必要としないからチップ１１をドリルヘッド１２に迅速容易に取着することができる。

又、本発明の深孔切削方法によれば、ドリルヘッド１２の先端部にその軸心側から外周側にかけて複数のスローアウエイチップ１１ａ〜１１ｃ（以下、チップ１１ともいう）がボルト１３によって取着されてなる深孔切削用スローアウエイドリルにおいて、該チップ１１のうち、軸心側のチップ１１ａは、その没入刃先部８がドリルヘッド１２の回転軸心Ｏに対して若干芯下がり位置にくるよう設けられ、これによって、該ドリルヘッド１２の回転軸心Ｏ付近に前記没入刃先部８の前記芯下がり量ε（正確には、２×ε）に相当する非切削ゾーン１４が形成されてなるため、チップ１１をドリルヘッド１２の回転軸心Ｏに対して、該没入刃先部８が若干の芯下がり量εを有して前記ボルト孔１によってボルト止めされることによって、ドリルヘッド１２の回転軸心Ｏの付近に非切削ゾーン１４が形成されて、所謂、切削作用に阻害するチゼルエッジを除去することができるから、該チップ１１を使用することによって切削能力を格段に向上させることができる。

特に、本発明の深孔切削方法によれば、前記没入刃先部８の前記芯下がり量εに比例した直径のコアが非切削ゾーン１４に生成形成される場合に、該没入刃先部８の直線状の送り量ｓに比例して該刃先部８とコアとの接点Ｐが螺旋状に移動する螺旋状の移動角度をθとしたとき、

の範囲に、前記芯下がり量εと前記送り量ｓが設定されてなるため、所謂切削途上でドリルヘッド１２の回転軸心Ｏ側に取着される内切刃角γを有するチップ１１ａが、その切削作業途上で被削材との干渉によりチップ１１ａの折損等の発生することはない。

請求項２に係る発明の深孔切削方法によれば、前記没入刃先部８のすくい面９に傾斜段部１０が形成されてなるため、切削作業途上で非切削ゾーン１４に生成成長するコアＣは、傾斜段部１０に当接して強制的に折り取られ、コアＣを細切れにして良好にドリルヘッド１２から排出することができる。

また請求項３に係る発明の深孔切削方法によれば、前記没入部６は前記ボルト孔１を挟んでチップ本体４の対称位置に一対形成されてなるため、該チップをドリルヘッドに取着する際に、その軸心側では、該没入部がチゼルエッジを除去する役割を果たすと共に、その外周面側では、該没入部の傾斜段部がドリルヘッドの外周面に沿う流線形を呈し、ドリルヘッドの切削孔からの引抜き時において切削壁を損傷させることなく円滑にドリルヘッドを被削材の切削孔から引き抜くことができる。

図１〜図４は、本発明の一実施形態のチップ１１を示すもので、先ず図１に示すよう に、チップ本体４は、正面視略平行四辺矩形状を呈し、その中心部に正面１５から後面１６に向かって貫通するボルト孔１が形成され、図中上下部端縁は緩やかに平行に傾斜して、これに外切刃角α（例えば１２°）の刃先部２，２が形成され、両刃先部２の正面側に図２をも参照してＪ状に没入したチップブレーカー１７，１７が形成され、両刃先部２の背面側に後部側にかけて前逃げ角β（例えば１１°）の逃げ面３，３が形成される。

そして、図１、図２および図３に示すように、チップ本体４の刃先部２の一端縁側の本体側面５（図３）に刃先部一端縁２ａを含む本体側面５の一部が没入した没入部６が形成される。即ち、本体側面５は、その正面１５側から裏面１６側にかけて前記逃げ面３と同じ傾斜度の傾斜面に形成され、正面１５寄り部分が最も大きく突出しているが、この本体側面５の突出部分を切欠するように、本体側面５を図３に示すように裏面側に向かって正面側から直角ｘに切欠することによって本体側面５の一部に没入部６が形成され、これによって該没入部６に前記刃先部２、正確には刃先部一端縁２ａに連続した没入端縁７と該端縁７に続く没入側面９（図１、図２）と該没入側面９のから傾斜状に延びる傾斜段部１０（図１、図３）とが形成される。そして、この没入端縁７は、後述のように内切刃角γの没入刃先部８を形成することになり、これが本発明の最大の特徴とするものである。なお、また没入側面９は該没入刃先部８のすくい面９を形成することなる。

以上の構造からなる没入部６は、図１、図３および図４から明らかなように、ボルト孔１を中心点としてチップ本体４の点対称位置に一対形成されている。なお、図１、図２において、１８，１９はチップ本体３の正面側に両側面５，５にかけて形成される面取り部である。

上記の実施形態からなるチップ１１は、図７または図８に示すように、その刃先部２がドリルヘッド１２の回転中心Ｏを通る中心線ＣＬからＲ量だけ芯上がり位置に取着される。

図５〜図６は、上記構造からなるチップ１１をドリル本体２０の先端部のドリルヘッド１２に取着した状態を示すもので、ドリルヘッド１２の回転軸心Ｏから中心線ＣＬ方向にその軸心部側と中間部と外周部側との３箇所に３つのチップ１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）がボルト１３によって取着されており、このうち、軸心側のチップ１１ａは、その回転軸心Ｏ付近に取着されることによって、図６、特に図７、更に図８に示すように、該軸心Ｏとチップ１１（１１ａ）の前記没入端縁７との間に若干の空隙、例えば幅が０．８ｍｍ程度の非切削ゾーン１４が形成される。なお、図５及び図６において、２１，２２はドリルヘッド１２及びドリル本体２０にそれぞれ連通して開口される切屑排出用の孔、２３はボルト止めされたガイドパットである。

また図７、図８に示すように、チップ１１ａは、その没入端縁７がドリルヘッド１２の回転軸心Ｏを通る中心線ＣＬより、例えば０．４ｍｍの芯下がり量εを有する位置にくるよう取り付けられる。

この状態で、チップ１１ａが面Ｐ及び面Ｑ、即ち、刃先部２及び没入端縁７を図中反時計方向ａに回転させることによって、没入端縁７が内切刃角γを有する切刃部８として作用を果たし、その芯下がり量εに相当するコア、正確には、芯下がり量ε×２の直径に相当するコアＣが生成形成される。

その理由を以下に述べると、まず、図１４に示すように、トリルヘッド１２に取着した複数のスローアウエイチップＳａ，Ｓｂにおいて、外周部側の切削を担当する外切刃Ｓｂに対して、中心部側を切削するためにドリルヘッド１２の回転中心Ｏをオーバーラップして取り付けた内切刃Ｓａには、図１４の一部を取り出し、拡大して示すように、必ず内切刃角Θが必要である。

そのため、従来にあっては、図１４に示すように、外周部側の切削を担当する外切刃Ｓｂには、外切刃角αを有する外切刃Ｓｂを取着し、中心部側の切削を担当する内切刃Ｓａには、内切刃角Θを有する内切刃Ｓａを取着するようにしていた。

これがために、当然のことながら、従来にあっては、構造の異なった複数種類の切刃をドリルヘッドに取り付ける必要があった。

本発明は、図５に示すように、外切刃１１ｃ、中間切刃１１ｂ及び内切刃１１ａの何れも外切刃角αを有する切刃を用いることができ、特に外切刃角αを有する内切刃１１ａによっても、中心部側の切削が可能とする構成を該切刃１１ａに付与したことを特徴とするもので、後述のように（図８）、外切刃角αを有する内切刃１１ａに内切刃角γを有する没入刃先部８を付与することよって、中心部側の切削が可能としたものである。

図７、特に図８のように、切刃部２は中心線ＣＬからＲ量だけ芯上がり状態に取り付けられ、これによって没入端縁７は中心線ＣＬを直交してＲ量だけオーバーラップして設けられている。

そして、回転中心Ｏを中心に矢印ａの方向にチップ１１ａが回転する際に、没入端縁７が内切刃角を有するので、Ｒ量オーバーラップした部分の没入端縁７が内切刃として、即ち、没入刃先部８としての作用を果たすことができる。

即ち、図８において、刃先部２の外切刃角をαとし、該刃先部２の前逃げ角をβとすれば、没入端縁７によって、後述の計算式による合成角γとしての内切刃角γの没入刃先部８が得られる。そして、回転軸心Ｏを基準として面Ｐと面Ｑとを同一平面に並ぶよう反時計方向に展開すると図９に示すようになる。

図８の状態からも分かるように、チップ１１ａは、刃先部２が外切刃角αを有する切刃として、また没入刃先部８は内切刃角γを有する内切刃として、夫々別の面に形成され、該没入刃先部８が回転軸心Ｏを中心に回転することによって、回転軸心Ｏから没入刃先部８の芯下がり量εに相当する半径の被削材を切削することになり、図示のように、該没入刃先部８の芯下がり量ε×２に相当する直径のコアＣが生成形成されることになる。このコアＣの生成時には没入刃先部８は切削刃としての役割を担うので、切削抵抗を受けることが少なく、長期間使用するも切刃の折損を可及的に少なくすることが可能となる。

没入刃先部８の内切刃角γ、即ち、外切刃角αと前逃げ角βとによって得られる合成角γは、次の計算式から、

となる。

図１０において、チップ１１ａの没入端縁７の厚さをＴとし、刃先部２の外切刃角をαとし、逃げ面３の前逃げ角をβとすると、Ａ部拡大図に示すように、点ｏから外切刃角αに直角となる補助線α１を引き、該補助線α１と前逃げ角βによりできる隠れ線β１の延長線との交点をＱとすると、
ここでｏ−Ｑは、前逃げ角βと厚さＴとの関係なので、

となる。

また、上述のように、没入刃先部８が内切刃角γを有して回転軸心Ｏ側の切削が可能であるが、該没入刃先部８によって、上述のように芯下がり量ε〔ｍｍ〕を半径とするコアＣが生成形成されるが、没入刃先部８の内切刃角γ、芯下がり量ε及び没入刃先部８の送り量ｓによっては、被削材との間で干渉が起こる場合があるので、没入刃先部８の芯下がり量εと送り量ｓは干渉の起こらない領域の条件に設定する必要がある。

これを計算式で表すと、図１１及び図１２において、芯下がり量ε〔ｍｍ〕を半径とするコアＣが発生するとき、このコアＣと没入刃先部８とが接触する点Ｐは送り量ｓ〔ｍｍ／rev]により螺旋状に移動する。このときの円周と点Ｐとのなす角度をθ〔°〕とすると、図１１及び図１２に示す図を計算式で表すと、

となる。

が成り立つ。
ゆえに、内切刃角γを有する没入刃先部８の被削材に対する干渉が起こらない領域は、

と表すことができる。
即ち、没入刃先部８の芯下がり量εと送り量ｓは、

と同じか又はそれ以上の領域に設定する必要がある。

次に孔明け切削過程において起きる現象について述べると、図７および図１３に示すように、矢印方向ａに回転するチップ１１によって切削が進行するにつれて、当然に被削材Ｗがチップ１１の刃先部２で切削され、切削された切削屑はチップブレーカー１７（図５、図６、図７）に細かく折り取られ排出されるが、このうち、軸心側に位置するチップ１１ａには、前述のように、その刃先部２の一端縁２ａに直交して連続して、回転軸心Ｏに対して芯下がり量εを有する内切刃角γの没入刃先部８が形成されており、これがために、チップ１１ａの回転にともなって、回転軸心Ｏと芯下がり量εとの距離、例えば回転軸心Ｏから０．４ｍｍの位置で、該没入刃先部８が被削材を切削し、回転軸心Ｏから０．４ｍｍまでの被削材は切削されないで非切削ゾーン１４を形成し、ここで、０．４ｍｍを半径とするコアＣが生成形成される。

そして、本発明の実施形態においては、前記没入部６の没入側面９は没入刃先部８のすくい面９に相当し、これにチップブレーカーに相当する傾斜段部１０が形成されているため、非切削ゾーン１１で成長するコアＣは、図１３に示すように、その成長途上で傾斜段部１０に衝突し、コアＣの成長にともなって傾斜段部１０への衝突圧力が確実に強くなり、しかも、該段部１０は傾斜面に形成されているため、傾斜面に沿う折り取り方向への負荷が強力に働いて、コアＣは強制的に且つ確実に該傾斜段部１０によって折り取られ脱落されることになる。

また本発明の実施態様の特徴とする構造は、図１および図４に示すように、前記没入部６は前記ボルト孔１を挟んでチップ本体４の対称位置に一対形成されてなることである。

これがために、ドリルヘッド１２の外周側に取着されたチップ１１ｃの傾斜段部１０は、ドリルヘッド１２の外周面に沿ってなだらかな流線状に傾斜して連続することになる。

ドリルヘッド１２が被削材中に切削進行して、その切削作業が終了したときには、ドリルヘッド１２を被削材中から引き抜くことになるが、その際に従来であればドリルヘッド１２の外周面に位置するチップの外周面側に突出している部分が一種のかえりとなって、切削孔の切削壁を傷つけることがあったが、本発明の実施形態によれば、前述のようにドリルヘッド１２の外周面側に突出している部分は傾斜段部１０に形成され、ドリルヘッド１２の外周面に対して流線状に連続しているため、ドリルヘッド１２の引抜きの際に該チップ１１ｃによって切削壁を傷つけることはない。

なお、本発明の実施形態によれば、当然のことながら、一方側の刃先部２が摩耗すれば、チップ本体４を１８０°反転させて、他方の刃先部２を使用することができるから、それだけ長期間にわたって使用することができる。

また従来であれば、チップをドリルヘッド１２に取着する際に、その軸心側、中間側および外周面側に夫々構造や形状の異なった専用のチップを取着する必要があり、それだけ取着作業が面倒であったが、本発明の実施形態にあっては、図５および図６に示すように、同一構造及び形状の一種類のチップ１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）を、その軸心側、中間側および外周面側に夫々取着することができるから、それだけ部品点数を少なくすることができ、また取着作業も能率的に行うことができる。

本発明の一実施形態に係るチップの正面図である。 図１のIIーII線端面図である。 同平面図である。 図３のIVーIV線断面図である。 本発明の一実施形態のチップをドリルヘッドに取着した状態の正面図である。 同平面図である。 同要部の拡大平面図である。 同要部の作用を説明するための説明図である。 同要部の作用を説明するための説明図である。 同要部の作用を説明するための説明図である。 同他の要部の作用を説明するための説明図である。 同他の要部の作用を説明するための説明図である。 同実施形態の作用を説明するための説明図である。 従来技術のドリルヘッドを示す正面図である。

符号の説明

１ ボルト孔
２ 刃先部
２ａ 刃先部一端縁
３ 逃げ面
４ チップ本体
５ 本体側面
６ 没入部
７ 没入端縁
８ 没入刃先部
９ すくい面
１０ 傾斜段部
１１ スローアウエイチップ
１２ ドリルヘッド
１３ ボルト
１４ 非切削ゾーン
α 外切刃角
β 前逃げ角
γ 合成角又は内切刃角
ε 芯下がり量
Ｏ 回転軸心
Ｃ コア

Claims (3)

1. ドリルヘッド１２の先端部にその軸心側から外周側にかけて複数のスローアウエイチップ１１ａ〜１１ｃ（以下、チップ１１ともいう）がボルト１３によって取着されてなる深孔切削用スローアウエイドリルにおいて、該チップ１１は、中心部にボルト孔１を有し、周縁に外切刃角αの刃先部２を有し、刃先部２から後部にかけて前逃げ角βの逃げ面３を有してなるチップ本体４の刃先部２一端縁側の本体側面５に刃先部２一端縁２ａを含む本体側面５の一部が没入した没入部６が形成され、該没入部６の刃先部の一端縁２ａに該刃先部６に直角に連続して後部側に延びる没入端縁７が形成され、該没入端縁７によって、前記外切刃角αと前記前逃げ角βとによってできる合成角γ、即ち、
   

   

   
   からなる内切刃角γの没入刃先部８が形成されてなるチップからなり、このうち、軸心 側のチップ１１ａは、その没入刃先部８がドリルヘッド１２の回転軸心Ｏに対して若干芯下がり位置にくるよう設けられ、これによって、該ドリルヘッド１２の回転軸心Ｏ付近に前記没入刃先部８の前記芯下がり量ε（正確には、２×ε）に相当する非切削ゾーン１４が形成され、前記没入刃先部８の前記芯下がり量εに比例した直径のコアが非切削ゾーン１４に生成形成される場合に、該没入刃先部８の直線状の送り量ｓに比例して該刃先部８とコアとの接点Ｐが螺旋状に移動する螺旋状の移動角度をθとしたとき、
   

   

   
   の範囲に、前記芯下がり量εと前記送り量ｓが設定されてなる深孔切削方法。
2. 前記没入刃先部８のすくい面９に傾斜段部１０が形成されてなる請求項１に記載の深孔切削方法。
3. 前記没入部６は前記ボルト孔１を挟んでチップ本体４の対称位置に一対形成されてなる請求項１に記載の深孔切削方法。

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