JP4103745B2 - 切削工具の切刃構造および円筒部材の切削加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばシリンダーブロック等の円筒部材の内周面を表面加工する際に用いる切削工具の切刃構造および円筒部材の切削加工方法に関する。

従来、内燃機関用のシリンダーブロックには、シリンダーボアが設けられており、該シリンダーボアの内周面はブラスト処理や切削加工等によって、表面加工を施している（例えば、特許文献１参照）。

ここで、円筒部材の内周面を切削加工によって表面加工する場合は、切削工具の先端に設けられたノーズ部を内周面に押しつけた状態で、円筒部材自体を長軸を中心にして回転移動させながら切削工具を長軸方向に送り移動させることが行われる。そして、この切削加工によって、切りくずの流れと切削背分力により、円筒部材の内周面に粗面が形成される。
特開平１１−３２０４１４号公報

しかしながら、前記従来例では、切削工具に切りくずの流れをコントロールする機能がなく、背分力を大きくする刃形になっていないため、内周面に形成される粗面が小さく、また、いわゆるバリと呼ばれる不完全破断片が生成すると円筒部材の内周面が不完全な粗面になるという問題がある。

そこで、本発明は、円筒部材の内周面を切削加工する際に、不完全破断片が発生することなく内周面を適度な粗面状態に切削することができる切削工具の切刃構造および円筒部材の切削加工方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明に係る切削工具の切刃構造は、一端側に第１の切刃が設けられ、他端側に第２の切刃が設けられた切削工具のすくい面を円筒部材の内周面に押しつけ、この状態で、円筒部材をその長軸を中心にして内周面の周方向に回転移動させながら、前記切削工具を円筒部材の長軸方向に直線状に送り移動させることにより、円筒部材の内周面にらせん状の軌跡を描きながら山と谷を形成する切削加工を施す切削工具の切刃構造であって、前記第１の切刃側が第２の切刃側よりも先に内周面の切削部位に当たるように前記すくい面を傾斜させることによって、すくい面に工具送り方向すくい角を設けると共に、前記第２の切刃側から第１の切刃側に向かう方向に切削工具を送り移動させることにより、前記内周面の山の頂部を切りくずの切りくず干渉部分で破断させて、内周面に粗面を形成するように構成したことを特徴としている。また、切削工具を円筒部材の内周面に沿って回転させ、円筒部材をその長軸方向に直線的に移動させても良く、換言すれば、円筒部材の内周面にらせん状に切削されるように、円筒部材と切削工具を互いに相対的に移動させれば良い。
また、本発明に係る円筒部材の切削加工方法は、一端側に第１の切刃が設けられ、他端側に第２の切刃が設けられた切削工具のすくい面を円筒部材の内周面に押しつけ、円筒部材又は切削工具のいずれかを、前記内周面の周方向に回転移動させながら円筒部材の長軸方向に送り移動させることにより、円筒部材の内周面にらせん状の軌跡を描きながら山と谷を形成する切削加工を施す円筒部材の切削加工方法であって、前記第１の切刃が第２の切刃よりも切削方向側に位置するように前記すくい面を傾斜させることによって、すくい面に工具送り方向すくい角を設けると共に、前記第２の切刃側から第１の切刃側に向かう方向に切削工具が送り移動するように、前記円筒部材又は切削工具のいずれかを相対的に移動させることにより、前記内周面の山の頂部を切りくずの切りくず干渉部分で破断させて、内周面に粗面を形成することを特徴とする。

本発明に係る切削工具の切刃構造および円筒部材の切削加工方法によれば、切削工具のすくい面に工具送り方向すくい角を設けているため、切りくずの流れをコントロールし、この切りくずを内周面の切削加工部に干渉させることによって、切削加工部の鋭角な山の頂部を破断させ、内周面に適度な粗さの粗面を形成することができる。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

図１は、本発明の実施形態による切削工具１の先端部を概略的に示す斜視図であり、それぞれの面の傾斜度合いを明瞭にするために、仮想的に、ｘ，ｙ，ｚ軸からなる座標軸を記載している。

本実施形態による切削工具１の先端部は、上面側に設けたすくい面３と、該すくい面３に間隔を隔てて対向配置された底面５と、これらのすくい面３及び底面５の両側に形成された側面７，９とからなり、すくい面３の両側端縁は、第１の切刃１１と第２の切刃１３に形成されている。そして、すくい面３の先端にはノーズ部１５が形成されており、該ノーズ部１５の反対側の端部は基端部１７となっている。前記ノーズ部１５は、基端部１７よりもｚ方向の高さが高く形成されており、かつ、第１の切刃１１は第２の切刃１３よりも高く配置されている。また、ｚ軸の正方向は、矢印に示す切削方向となっており、ｘ軸の負方向は切削工具１の送り方向になっている。そして、すくい面３は平坦な面であり、ｘ軸の負方向に向かうにつれて斜め上方に傾斜し、かつ、ｙ軸の負方向に向かうにつれて斜め上方に傾斜している。

また、図２は、円筒部材１９の内周面２１を下方から上方に向けて切削している状態を側方から見た断面図である。ここでは、説明を簡単にするために、円筒部材１９がその長軸を中心に回転し、切削工具１は、上方に直線移動して送られているものとする。なお、切削工具１が回転しながら同時に上方に送り移動し、かつ円筒部材１９が止まっている場合であっても、同様である。

図２においては、図１の切削工具１をｙ軸を中心にして約９０°回転させ、図外の工具本体に取り付け、円筒部材１９の内周面２１に押し当てながら円筒部材１９を回転させて内周面２１の切削を行っている状態を示している。よって、円筒部材１９の長軸方向が工具送り方向と略一致するように構成されている。そして、円筒部材１９の内周面２１に切削工具１のノーズ部１５を押しつけて切り込ませ、ノーズ部１５で切削加工を行っている。ここで、図１に示す切削方向は、図２では紙面の裏から表に向かう方向となっている。従って、円筒部材１９がその長軸を中心に回転しながら切削工具１が上方に送られるため、切削工具１は内周面２１に対して、らせん状の軌跡を描きながら切削加工を行っている。

また、図２の拡大断面図である図３に示すように、切削加工によって発生する切りくず２３の幅は、切削加工による切りくず幅Ｗ１と破断部分の切りくず幅Ｗ２とを合わせた幅であり、切りくず干渉部分２５によって、切削加工で形成される内周面２１の山２７の頂部が削り取られてその頂部２９に粗面３１が形成される。なお、二点鎖線の矢印Ｄ１は送り方向すくいを設定していない場合の切りくずの排出方向を示し、実線の矢印Ｄ２は本実施形態による送り方向すくいを設けた場合の切りくずの排出方向を示している。

図４は図２のＡ−Ａ線による断面図、図５は図２のＢ−Ｂ線による断面図である。これらの図から明らかなように、円筒部材１９の内周面２１は、図２の紙面方向の表側に向けて切りくず２３が発生するように切削加工されている。また、図５に示すように、切削工具１のすくい面３には、工具送り方向すくい角がαになるように設定されている。この工具送り方向すくい角αは、切削工具１の送り方向（図５に矢印で示す）に対するすくい面３の傾斜角度である。さらに、図２のＣ−Ｃ線による断面図である図６に示すように、第１の切刃１１側における、切削面３３の法線３５に対するすくい面３のなす角である垂直すくい角βは正になるように設定されている。即ち、第１の切刃１１近傍におけるすくい面３は、円筒部材１９の長軸方向よりも切削方向の逆側に傾斜している。

そして、図７に示すように、第２の切刃１３側における垂直すくい角β’は、負の角度に設定されている。即ち、第２の切刃１３近傍におけるすくい面３は、円筒部材１９の長軸方向よりも切削方向に角度β’だけ傾斜している。なお、図６は、図１における第１の切刃１１側における一点鎖線の部位に対応しており、図７は、図１における第２の切刃１３側における一点鎖線の部位に対応している。

次いで、本実施形態と比較をするために、すくい面に送り方向すくいを設定しない工具について簡単に説明する。

図８は、図５に対応する断面図であり、すくい面３は、工具送り方向（図８に矢印で示す）と同じ方向に設定されている。この場合は、図９，１０に示すように、第１の切刃３９によって切削された切りくず４１が分断しやすくなり、円筒部材１９の内周面２１が微視的に見ると、山と谷の繰返しから凹凸状に形成され、不完全破断片４２が多く発生する。また、切りくず４１は、ほとんどが切削による切りくずとなり、破断部分の切りくずＷ２（図３参照）はなくなり、また、その切りくず流出方向はＤ１となる。

また、図１１及び図１２は、図５に対応する切削工具４３の先端部の断面図であり、第２の切刃４５を面取り加工して丸くしたホーニング４７を設けている。

さらに、図１３と図１４は、送り方向すくいと不完全破断片除去刃の双方を設けた切削工具４９を示している。送り方向すくいについては、前述した図５と同様に、すくい面３が送り方向に対して送り方向すくい角αをもって傾斜している。また、第２の切刃５１側には、不完全破断片除去刃５３が設けられており、切りくず５４の幅は、切削による切りくず幅Ｗ１と、破断部分の切りくず幅Ｗ３とを合わせた幅寸法となっている。また、切りくずの排出方向は、実線で示すＤ３であり、二点鎖線のＤ１よりも下方に向いている。前記不完全破断片除去刃５３について、図１５〜図１７を用いて、簡単に説明する。

図１５〜図１７は、不完全破断片除去刃５５が設けられたチップ５７を示している。このチップ５７は、すくい面５９が３面設けられており、工具が摩耗した場合に、チップ５７を回転させて取り付けることによって、摩耗したすくい面５９に変えて別のすくい面５９を使用することができる。図１６及び図１７に示すように、不完全破断片除去刃５５は、チップ５７の取付軸方向６１に沿って形成された縦面６３と、チップ５７の径方向６５に沿って形成された横面６７とから断面略くの字状に形成されている。ここで、不完全破断片除去刃５５は、主工具のチップ５７と一体に形成しているが、分割して別体にしても良い。なお、比較のために示した図１８のように、不完全破断片除去刃が設けられていないチップ６９のノーズ部７１は、側面視略三角状に形成されている。

そして、図１９〜２６は、これまで説明した切削工具を工具本体に取り付けたバイト７３、ボーリングバー７５、及びボーリング工具７７を示している。

図１９〜図２１に示すように、バイト７３は、略角柱状に形成された工具本体７９の先端に前記チップ５７をボルト８１を介して締結している。この場合は、図２０に示すように、工具本体７９の先端面８３よりもチップ５７のノーズ部８５が若干突き出ており、このノーズ部８５が円筒部材１９の内周面２１に切り込まれることによって、内周面２１の切削加工を行うことができる。

また、図２２〜図２４に示すように、ボーリングバー７５における工具本体８７の先端部８９は、径方向に湾曲して切込みが形成されており、この先端部８９に前記チップ５７がボルト８１を介して締結されている。この場合も、チップ５７のノーズ部８５が工具本体８７の側面９１から外方に突出して配置されている。

さらに、図２５〜図２７に示すように、ボーリング工具７７は、円柱状に形成された工具本体９３と、該工具本体９３の先端部９５に取り付けられた取付工具９７と、該取付工具９７の先端に取り付けられたチップ５７とから構成されている。前記工具本体９３の基端部９９は円柱状であり、先端部９５は、工具本体９３の長軸方向に沿って平坦な側面に形成され、該側面に取付工具９７が取り付けられている。

以上の切削工具による作用効果を説明する。

まず、図５で説明したように、すくい面３が工具送り方向に対して送り方向すくい角α分だけ傾斜しているため、切りくず２３の排出を確実に制御し、切りくず２３が、切りくず干渉部分２５で内周面２１の山２７の頂部２９と干渉して鋭角な山２７を破断させることによって、内周面２１に適度な粗面を形成することができる。

また、図７で説明したように、第２の切刃１３側のすくい面３に垂直すくい角β’を設け、かつこのβ’を負の角度に設定しているため、切削背分力を大きくし、内周面２１の切削加工を施した後の鋭角な山２７の頂部の破断をより確実に行うことができる。

そして、図１１，１２で説明したように、第２の切刃４５を面取りしてホーニング４７を設けているため、切削背分力を大きくして、切削加工を施した内周面２１の鋭角な山２７の頂部の破断をより確実に行うことができる。

さらに、図６で説明したように、第１の切刃１１側のすくい面３の垂直すくい角αを正に設定しているため、切削抵抗を小さくし、流れ形の剛性を有する切りくずを発生させ、干渉した内周面２１の切削部に対して大きな荷重を加え、鋭角な山２７の頂部の破断をより確実に行うことができる。

なお、図１３〜図１７で説明したように、不完全破断片除去刃５３，５５を設けたため、製品品質上で有害となるバリの除去を効率的に行うことができる。

本発明の実施形態による切削工具の先端部を示す斜視図である。 本発明の実施形態による切削工具を用いて円筒部材の内周面を切削加工している状態を示す縦断面図である。 図２の要部を拡大した断面図である。 図２のＡ−Ａ線による断面図である。 図２のＢ−Ｂ線による断面図である。 図２のＣ−Ｃ線による断面図である。 図２のＤ−Ｄ線による断面図である。 図５に対応した比較例を示す断面図である。 図４に対応した比較例を示す断面図である。 図３に対応した比較例を示す断面図である。 第２の切刃にホーニングを設けた切削工具の断面図である。 図１１のＥ部を拡大した断面図である。 不完全破断片除去刃を設けた切削工具を用いて、円筒部材の内周面の切削加工を行っている状態を示す断面図である。 図１３の要部を示す断面図である。 不完全破断片除去刃を設けたチップの平面図である。 図１５の側面図である。 図１６のＦ部を拡大した側面図である。 比較のために示した、不完全破断片除去刃を設けていないチップの側面図である。 本発明の実施形態によるバイトを示す平面図である。 図１９の正面図である。 図１９の側面図である。 本発明の実施形態によるボーリングバーを示す平面図である。 図２２の正面図である。 図２２の側面図である。 本発明の実施形態によるボーリング工具を示す側面図である。 図２５の底面図である。 図２５の正面図である。

符号の説明

α…送り方向すくい角
β，β’…垂直すくい角
１…切削工具
３，５９…すくい面
１１…第１の切刃
１３，４５，５１…第２の切刃
１９…円筒部材
２１…内周面
４７…ホーニング
５３，５５…不完全破断片除去刃

Claims (6)

1. 一端側に第１の切刃が設けられ、他端側に第２の切刃が設けられた切削工具のすくい面を円筒部材の内周面に押しつけ、円筒部材又は切削工具のいずれかを、前記内周面の周方向に回転移動させながら円筒部材の長軸方向に送り移動させることにより、円筒部材の内周面にらせん状の軌跡を描きながら山と谷を形成する切削加工を施す切削工具の切刃構造であって、
   前記第１の切刃が第２の切刃よりも切削方向側に位置するように前記すくい面を傾斜させることによって、すくい面に工具送り方向すくい角を設けると共に、
   前記第２の切刃側から第１の切刃側に向かう方向に切削工具が送り移動するように、前記円筒部材又は切削工具のいずれかを相対的に移動させることにより、
   前記内周面の山の頂部を切りくずの切りくず干渉部分で破断させて、内周面に粗面を形成するように構成したことを特徴とする切削工具の切刃構造。
2. 前記第２の切刃近傍のすくい面を、円筒部材の長軸方向に対して切削方向側に傾斜させることによって垂直すくい角を負に設定したことを特徴とする請求項１に記載の切削工具の切刃構造。
3. 前記第２の切刃にホーニングを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の切削工具の切刃構造。
4. 前記第１の切刃近傍のすくい面を、円筒部材の長軸方向に対して切削方向の反対側に傾斜させることによって垂直すくい角を正に設定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の切削工具の切刃構造。
5. 前記第２の切刃の送り方向後側に、切削加工で発生する不完全破断片を除去する不完全破断片除去刃を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の切削工具の切刃構造。
6. 一端側に第１の切刃が設けられ、他端側に第２の切刃が設けられた切削工具のすくい面を円筒部材の内周面に押しつけ、円筒部材又は切削工具のいずれかを、前記内周面の周方向に回転移動させながら円筒部材の長軸方向に送り移動させることにより、円筒部材の内周面にらせん状の軌跡を描きながら山と谷を形成する切削加工を施す円筒部材の切削加工方法であって、
   前記第１の切刃が第２の切刃よりも切削方向側に位置するように前記すくい面を傾斜させることによって、すくい面に工具送り方向すくい角を設けると共に、
   前記第２の切刃側から第１の切刃側に向かう方向に切削工具が送り移動するように、前記円筒部材又は切削工具のいずれかを相対的に移動させることにより、
   前記内周面の山の頂部を切りくずの切りくず干渉部分で破断させて、内周面に粗面を形成することを特徴とする円筒部材の切削加工方法。

Images