JP4335112B2

JP4335112B2 - 深孔切削用ドリルヘッド

Info

Publication number: JP4335112B2
Application number: JP2004295062A
Authority: JP
Inventors: 倬司野村; 誠酒井
Original assignee: Unitac Inc
Current assignee: Unitac Inc
Priority date: 2004-10-07
Filing date: 2004-10-07
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2024-10-07
Also published as: JP2006102899A

Description

本発明は、金属被削材に深孔を切削加工するための深孔切削用ドリルヘッドに関するものである。

従来の深孔切削用ドリルヘッドとしては、例えば特許文献１に記載されたものがある。これを図４によって説明すると、２０はヘッド本体で、後端面に開口する工具シャンク取付孔２１と、略々円錐状に突出する先端面２２に開口する切屑取り入れ口２３とを備え、そして先端面２２には、中心部切刃２４、中間部切刃２５及び外周部切刃２６が取り付けられ、また先端面外周２７にはガイドパッド２８，２９，３０が取り付けられている。

このようなドリルヘッドを用いて深孔切削加工を行う場合の切屑除去量Ｑは、次の式によって求められる。
Ｑ＝π・Ａｐ（Ｄｃ−Ａｐ）Ｆｎ・Ｎ［ｍｍ³／ｍｉｎ］・・・・・(1)
但し、Ｄｃ；工具径［ｍｍ］
Ａｐ；切込幅［ｍｍ］
Ｆｎ；回転送り［ｍｍ／ｒｅｖ］
Ｎ；回転数［ｒｐｍ］
Ｑ；切屑除去量［ｍｍ³／ｍｉｎ］
上記の式(1)で、π・Ｆｎ・Ｎを定数ｋとすれば、
Ｑ＝Ａｐ（Ｄｃ−Ａｐ）ｋ［ｍｍ³／ｍｉｎ］・・・・・・・・・・(2)

そして、中心部切刃２４、中間部切刃２５及び外周部切刃２６の夫々の受け持ち幅Ｗｃ，Ｗｉ，Ｗｏによる切屑除去量Ｑｃ，Ｑｉ，Ｑｏを求めると、次のようになる。
即ち、中心部切刃２４の受け持ち幅Ｗｃによる切屑除去量Ｑｃは、前記(2)式により、
Ｑｃ＝Ｗｃ（２Ｗｃ−Ｗｃ）ｋ＝Ｗｃ²・ｋ
また、中間部切刃２５の受け持ち幅Ｗｉによる切屑除去量Ｑｉは、前記(2)式により、
Ｑｉ＝Ｗｉ（２（Ｗｃ＋Ｗｉ）−Ｗｉ）ｋ＝Ｗｉ（２Ｗｃ＋Ｗｉ）ｋ
更に、外周部切刃２６の受け持ち幅Ｗｏによる切屑除去量Ｑｏは、前記(2)式により、
Ｑｏ＝Ｗｏ（２（Ｗｃ＋Ｗｉ＋Ｗｏ）−Ｗｏ）ｋ
＝Ｗｏ（２Ｗｃ＋２Ｗｉ＋Ｗｏ）ｋ

ここで、Ｗｃ、Ｗｉ及びＷｏを夫々同じ寸法Ｗとすれば、
Ｑｃ＝Ｗ² ・ｋ
Ｑｉ＝３Ｗ² ・ｋ
Ｑｏ＝５Ｗ² ・ｋ
よって、夫々の受け持ち幅が同寸法の場合には、切屑除去量は、外周部切刃２６が最も多く、その次が中間部切刃２５で、中心部切刃２４が最も少なく、これら外周部切刃２６の切屑除去量Ｑｏと中間部切刃２５の切屑除去量Ｑｉと中心部切刃２４の切屑除去量Ｑｃの比は、
Ｑｏ：Ｑｉ：Ｑｃ：＝５：３：１となる。
実開平３−１３０３１４号公報

上記のようにヘッド本体の先端面部に中心側切刃と中間側切刃と外周側切刃を取り付けたドリルヘッドでは、外周側切刃による切屑除去量が、中心側切刃の５倍、中間側切刃の約１．７倍となっているのに、外周側切刃は１つであるため中間や中心側の切刃より刃先の磨耗、破損が激しく、頻繁に取り替える必要があり、そして回転送り（ｍｍ／ｒｅｖ）を大きくするにも限度があって、切削加工能率を十分に上げることができなかった。

上記の課題に鑑み、本発明は、従来よりドリルヘッドの先端面外周部に設けられているガイドパッドに代え、これと同じガイドパッド機能を有する切刃を設けることによって、実質的に外周側切刃を増やし、これにより各外周側切刃の負担を軽減できて刃先の磨耗、破損を少なくする一方、回転送りを増大することが可能で、切削加工能率を高めることができる深孔切削用ドリルヘッドを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る深孔切削用ドリルヘッドは、ヘッド本体１の先端面部の少なくとも中心側と外周側とに切刃を設けると共に、中心側には、１つだけの切刃４を設けるのに対し、外周側には、ガイドパッドを設けることなく、少なくとも３つの切刃６，８，９とこれに対向して先端面部に開口する３つの切屑取り入れ口３１，３２，３３を設け、この３つの外周側切刃６，８，９のうちの少なくとも２つの切刃８，９にガイドパッド機能をもたせるために、その２つの各切刃８，９は、被削材の孔壁１１に臨む外側面１０を凸形アール面に形成して、この外側凸形アール面１０のヘッド本体回転方向先端部が被削材の孔壁１１に接するようにヘッド本体１に取り付けてなることを特徴とする。

請求項２は、請求項１に記載の深孔切削用ドリルヘッドにおいて、前記３つの外周側切刃６，８，９のうちの１つを主切刃とし、この主切刃６と他の２つの切刃８，９との間に夫々リップハイト差Ｈａ，Ｈｂを設けてなることを特徴とする。

請求項３は、請求項１又は２に記載の深孔切削用ドリルヘッドにおいて、前記切刃８，９の外側凸形アール面１０は、被削材の孔壁１１の曲率半径より小さい曲率半径のアール面であることを特徴とする。

上記解決手段による発明の効果を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明のドリルヘッドによれば、ヘッド本体１の先端面部の少なくとも中心側と外周側とに切刃４〜９を設けると共に、中心側には、１つだけの切刃４を設けるのに対し、外周側には、ガイドパッドを設けることなく、少なくとも３つの切刃６，８，９とを設け、この３つの外周側切刃６，８，９のうち少なくとも２つの切刃８，９にガイドパッド機能をもたせるために、その各切刃８，９は、被削材の孔壁１１に臨む外側面１０を凸形アール面に形成して、このアール面１０のヘッド本体回転方向先端部が被削材の孔壁１１に接するようにヘッド本体１に取り付けているから、従来の深孔切削用ドリルヘッドに比べると、最も切屑除去量の多い外周側切刃の個数が従来のドリルヘッドの少なくとも３倍となり、且つ３つの外周側切刃６，８，９によって切削された切屑を外部に排出するための切屑取り入れ口３１，３２，３３をこれら３つの外周側切刃３１，３２，３３に対向して夫々設けたため、各外周側切刃６，８，９の負担が軽減されて刃先の磨耗、破損が少なくなる一方、回転送りを増大することが可能で、切削加工能率を高めることができる。

請求項２に係る発明によれば、前記３つの外周側切刃６，８，９のうちの１つを主切刃６とし、この主切刃６と他の２つの切刃８，９との間に夫々リップハイト差Ｈａ，Ｈｂを設けることにより、切削可能能率を一層高めることができる。

請求項３に係る発明によれば、前記切刃８，９の外側凸形アール面１０を被削材の孔壁１１の曲率半径より小さい曲率半径のアール面とすることにより、被削材の孔壁１１に対する接触状態が良好となり、ガイドパッド機能を一層有効に作用させることができる。

以下に本発明の好適な実施形態を図面を基づいて説明すると、先ず図１の(a) は本発明に係る深孔切削用ドリルヘッドを示す正面図、(b) は側面図であり、この図面において、１はヘッド本体で、このヘッド本体１には後端面側に開口する工具シャンク取付孔２と、先端面部３に開口する切屑取り入れ口３１，３２，３３とが設けられ、ヘッド本体１の先端面部３には、１つの中心側切刃４と、３つの外周側切刃６，８，９と、中心側と外周側との中間の２つの中間側切刃５，７とが設けられており、しかしてこのヘッド本体１には図４に示すような従来の深孔切削用ドリルヘッドのヘッド本体２０に設けられるガイドパッド２８，２９，３０のような専用のガイドパッドは設けられていない。

上記切刃４〜９は、夫々超硬材によって形成されたスローアウエイチップからなるもので、これらの切刃４〜９のうち中心側切刃４と中間側切刃５と外周側切刃６との３つの切刃４〜６は、ヘッド本体１の回転軸心Ｇから半径方向に１枚の切削刃を形成するように互いの側面どうしがくっ付いた状態で、切屑取り入れ口３１の内壁に設けられた切刃取付溝１２に嵌め込まれてビス１５により着脱自在に取り付けられ、この３つの切刃４〜６が主切刃を構成している。この主切刃から１８０°回転した位置にある中間側切刃７と外周側切刃８とは、互いの側面どうしがくっ付いた状態で、切屑取り入れ口３２の内壁にある切刃取付溝１３に嵌め込まれてビス１５により着脱自在に取り付けられ、そして外周側切刃９は、切屑取り入れ口３３の内壁にある切刃取付溝１４に嵌め込まれてビス１５により着脱自在に取り付けられている。

また各切刃４〜９は、図１の(b) 及び図３の(b) に示すように、正面視略平行四辺形状に形成され、その正面中心部から後面中心部へと貫通するボルト挿通孔１６が形成され、正面側の上下両端縁は緩やかに平行に傾斜して、これらに夫々刃先部１７が形成され、そして正面側の上下両端部が夫々すくい面１８を形成すると共に、上下各刃先部１７から後面側へ下り傾斜状に延びる上下端面が夫々所定逃げ角の逃げ面１９を形成する。従って、各切刃４〜９は、図３の(b) に示す使用位置にある刃先部１７が摩滅したような場合には図示位置から反転させることで他方の刃先部１７の使用が可能となる。

そして、外周側切刃６，８，９の各切刃には、上記のように上下各端縁に刃先部１７が形成される一方、各外周側切刃６，８，９にガイドパッド機能をもたせるために、図２及び図３の(a) に示すように、被削材の孔壁１１に臨む外側面１０が凸形アール面に形成されていて、取り付けにあたり、この外側凸形アール面１０のヘッド本体回転方向先端部が被削材の孔壁１１に接し且つその後方が漸次孔壁１１から離れるようにヘッド本体１に取り付けられている。尚、図２及び図３の(a) にはヘッド本体１の回転方向を矢印Ｐで示している。上記ガイドパッド機能とは、深孔切削加工中に工具、即ちドリルヘッドを支持する機能、切刃によって被削材を削った後、その被削面を目つぶし（バニシング）する機能、及びドリルヘッドの径を一定に保つ機能であって、これらの機能により深孔切削が適正に行われる。

各外周側切刃６，８，９の外側凸形アール面１０は、図３の(a) から分かるように、被削材の孔壁１１の曲率半径より十分小さい曲率半径のアール面であって、この外側凸形アール面１０のヘッド本体回転方向先端部が被削材の孔壁１１に接し且つその後方が漸次孔壁１１から離れるようにヘッド本体１に取り付けることにより、３つの外周側切刃６，８，９の外側凸形アール面１０，１０，１０のヘッド本体回転方向先端部が夫々被削材の孔壁１１に対し点接触状態となるから、ヘッド本体１がこれら３つの外周側切刃６，８，９の外側凸形アール面１０，１０，１０によって被削材の孔壁１１に対し３点接触状態となり、それによって上記ガイドパッド機能を有効に作用させることができる。

尚、外周側切刃６，８，９の外側凸形アール面１０は、被削材の孔壁１１の曲率半径と同程度の曲率半径を有するアール面でもよいが、この実施形態のように被削材の孔壁１１より十分小さい曲率半径のアール面にすれば、例えば、孔壁１１の曲率半径が２５ｍｍである場合にアール面１０の曲率半径を１２ｍｍにすれば、被削材の孔壁１１に対するアール面１０の接触状態が良好となって、ガイドパッド機能を一層有効に作用させることができる。

また、この実施形態では、３つの外周側切刃６，８，９の全てにガイドパッド機能をもたせるために、各切刃６，８，９の外側面を凸形アール面に形成して、この外側凸形アール面１０のヘッド本体回転方向先端部が被削材の孔壁１１に接するようにヘッド本体１に取り付けているが、深孔切削用ドリルヘッドのヘッド本体に設けられるガイドパッドは、少なくとも２つあればよいことから、３つの外周側切刃６，８，９のうち、主切刃となる外周側切刃６は、ガイドパッド機能をもたない普通の外周側切刃としてもよい。

また、中心側切刃４、中間側切刃５及び外周側切刃６，８，９を全て同じ構造で同じサイズの切刃を使用することもでき、そうすることによって製作コストの低減を図ることができる。

図２の(b) は、切刃４〜８において周方向に対向する切刃間の高さの差であるリップハイト差を示したものである。即ち、３つの外周側切刃６，８，９においては、主切刃である外周側切刃６の高さが最も高く、これとヘッド本体１の回転方向に対向する外周側切刃８が次に高く、残り一つの外周側切刃９が最も低く、しかして外周側切刃６と外周側切刃８との間のリップハイト差をＨａで示し、外周側切刃８と外周側切刃９との間のリップハイト差をＨｂで示す。また、２つの中間側切刃５，７間においては、主切刃である中間側切刃５が他の中間側切刃７よりも高く、この両者間のリップハイト差をＨｃで示す。尚、３つの外周側切刃６，８，９間にあっては、主切刃である外周側切刃６の次に高いのを外周側切刃９とし、一番低いのを外周側切刃８としてもよい。

尚、周方向に配置された切刃の個数をｎ、ドリルヘッドの１回転送り［ｍｍ／ｒｅｖ］をＦとし、リップハイト差をＨとしたとき、
リップハイト差Ｈ＜Ｆ／ｎとする必要がある。
この場合、周方向に配置された切刃の個数を３、ドリルヘッドの１回転送りを０．２ｍｍとすれば、リップハイト差Ｈは、例えば０．０６ｍｍとする。

上記のように切刃４〜８において周方向に対向する切刃間に夫々所要量のリップハイト差Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃを設けることによって、切削加工能率を一層高めることができる。

以上説明した実施形態の深孔切削用ドリルヘッドは、ヘッド本体１の先端面部３に、１つの中心側切刃４と、３つの外周側切刃６，８，９と、２つの中間側切刃５，７を設け、そして３つの外周側切刃６，８，９は、各切刃の外側面１０を凸形アール面に形成して、この外側凸形アール面１０のヘッド本体回転方向先端部が被削材の孔壁１１に接するようにヘッド本体１に取り付けて、これら３つの外周側切刃６，８，９に夫々ガイドパッド機能をもたせてなるものであって、図４に示す従来の深孔切削用ドリルヘッドに比べると、最も切屑除去量の多い外周側切刃の個数が従来のドリルヘッドの３倍となるから、各外周側切刃６，８，９の負担が軽減されて刃先の磨耗、破損が少なくなる一方、回転送りを増大することができ、切削加工能率を高めることができる。

また、ヘッド本体１に取り付けた切刃４〜９のうち中心側切刃４と中間側切刃５と外周側切刃６との３つの切刃４〜６は、ヘッド本体１の回転軸心Ｇから半径方向に１枚の切削刃を形成するように互いの側面どうしがくっ付いた状態で切屑取り入れ口３１側に取り付けて主切刃を構成し、また中間側切刃７と外周側切刃８とは、互いの側面どうしがくっ付いた状態で、主切刃から１８０°反転した位置にある切屑取り入れ口３２内に取り付けているから、中間側切刃も図４に示す従来の深孔切削用ドリルヘッドよりも１つ多くなり、しかして従来の深孔切削用ドリルヘッドの切刃の総数が３つであるのに対し、本発明に係るドリルヘッドの切刃の総数は６つと、実質的に従来の２倍になるため、切削加工能率を大幅に高めることができる。

そしてまた、３つの外周側切刃６，８，９が何れもガイドパッド機能を備えているから、工具を支持する機能、被削材を削った後の目つぶし機能、及びドリルヘッドの径を一定に保つ機能からなるガイドパッド機能がより有効に発揮されて、深孔切削をより一層適正に行うことができる。

以上の実施形態では、ヘッド本体１の先端面部３に、１つの中心側切刃４と、３つの外周側切刃６，８，９と、２つの中間側切刃５，７を設けた場合について説明したが、外周側切刃は、ヘッド本体１の径の大きさに応じて、３つ以上設けることができる。例えば、ガイドパッド機能を備えた切刃を４つと、ガイドパッド機能をもたない主切刃を１つ設けるなどである。あるいは、１つの中心側切刃と、３つの外周側切刃とからなるものでもよく、この場合、１つの中心側切刃と１つの外周側切刃とは、ヘッド本体１の回転軸心から半径方向に１枚の切削刃を形成するように互いの側面どうしをくっ付けた状態に配置される。

(a) は本発明に係る深孔切削用ドリルヘッドを示す正面図、(b) は側面図である。 (a) は図１の(a) の拡大図、(b) は切刃間におけるリップハイト差を説明する説明図である。 (a) は図２の(a) の一部拡大図、(b) は(a) に示す切刃を正面側から見た図面、(c) は(a) のＸ−Ｘ線断面図である。 (a) は従来の深孔切削用ドリルヘッドの正面図、(b) は側面図である。

符号の説明

１ヘッド本体
４中心側切刃
５中間側切刃
６外周側切刃
７中間側切刃
８外周側切刃
９外周側切刃
１０外側凸形アール面
１１被削材の孔壁
Ｈａリップハイト差
Ｈｂリップハイト差
Ｈｃリップハイト差

Claims

ヘッド本体の先端面部の少なくとも中心側と外周側とに切刃を設けると共に、中心側には、１つだけの切刃を設けるのに対し、外周側には、ガイドパッドを設けることなく、少なくとも３つの切刃とこれに対向して先端面部に開口する３つの切屑取り入れ口を設け、この３つの外周側切刃のうちの少なくとも２つの切刃にガイドパッド機能をもたせるために、その２つの各切刃は、被削材の孔壁に臨む外側面を凸形アール面に形成して、この外側凸形アール面のヘッド本体回転方向先端部が被削材の孔壁に接するようにヘッド本体に取り付けてなることを特徴とする深孔切削用ドリルヘッド。
前記３つの外周側切刃のうちの１つを主切刃とし、この主切刃と他の２つの切刃との間に夫々リップハイト差を設けてなることを特徴とする請求項１に記載の深孔切削用ドリルヘッド。
前記切刃の外側凸形アール面は、被削材の孔壁の曲率半径より小さい曲率半径のアール面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の深孔切削用ドリルヘッド。