JP4586042B2 - 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１の先端部に刃先部２と該刃先部２のすいく面３にチップブレーカー４が形成された切削用チップ５が、ドリルヘッド１の回転軸心Ｏに対して、その半径方向に取着されてなる深孔切削用ドリルにおいて、切削用チップ５の内切刃角βを有する刃先部２は、その中心線ＣＬ（回転軸心Ｏを通る軸線）から反回転方向に下がった位置、即ち中心線ＣＬに対して芯下がりの位置と、該中心線ＣＬ上から回転方向に上がった位置、即ち中心線に対して芯上がり位置との間でテーパー面２ａ状にオーバーラップして設けられ、且つ該刃先部２のすくい面３に設けられたチップブレーカー４も、中心線ＣＬ上から回転方向に上がった位置、即ち中心線ＣＬに対して芯上がり位置に設けられてなる深孔切削用ドリルを用いて、前記刃先部の芯下がり量εに比例した直径のコアが非切削ゾーンに生成形成される場合に、該刃先部の直線状の送り量ｓに比例して該刃先部とコアとの接点が螺旋状に移動する螺旋状の移動角度をθとしたとき、

の関係式が成立するように、前記芯下がり量εと前記送り量ｓが設定されるようにして切削するようにした深孔切削方法に係る。

また請求項２に係る発明は、前記刃先部２のテーパー面２ａのテーパー角度γは、回転軸心Ｏに対して１５〜４５°に形成されてなる請求項１に記載の深孔切削用ドリルを用いた深孔切削方法に係る。

また請求項３に係る発明は、前記刃先部２のテーパー面２ａは、ホーニング加工によって形成されてなる請求項２に記載の深孔切削用ドリルを用いた深孔切削方法に係る。

また請求項４に係る発明は、前記刃先部２のオーバーラップする量Ｌは、０．１〜０．４ｍｍである請求項１〜３の何れかに記載の深孔切削用ドリルを用いた深孔切削方法に係る。

また請求項５に係る発明は、前記刃先部２の内切刃角βは１５°〜６０°の範囲に形成されてなる請求項１〜４の何れかに記載の深孔切削用ドリルを用いた深孔切削方法に係る。

請求項１に係る発明の深孔切削用ドリルを用いた深孔切削方法によれば、ドリルヘッドの先端部に取着される切削用チップの内切刃角を有する刃先部は、その中心線（回転軸心を通る軸線）から反回転方向に下がった位置、即ち中心線に対して芯下がりの位置と、該中心線上から回転方向に上がった位置、即ち中心線に対して芯上がりの位置との間でテーパー面状にオーバーラップして設けられることによって、コアの接触する部分の刃先部はテーパー面となっているため、刃先強度を充分に持たせることができ、尚且つ該テーパー面は切削作用と共に押し潰し作用との総和、更には内切刃角を大きく取ることによって効率的な切削作用を期待することができる共に、テーパー面によって生成形成されるは、テーパー面自体によって折り取られ、且つすいく面に設けたチップブレーカーによって細分化されて、コアは切屑と一緒にドリルヘッドの排出孔より良好に搬出することができる。

更に、ドリルヘッドの回転途上で、正確に回転中心を維持しながら切削作業が行われるとは限らず、外力等の作用によって若干の芯振れが発生し、刃先部が回転軸心を挟んで、芯上がり状態と芯下がり状態との間で微妙に偏倚する場合があるが、この場合でも刃先部のテーパー面の幅間で、その偏倚を吸収し、刃先部のチッピング等の折損の発生を可及的に防ぐことができる。

そして本発明によれば、特に前記刃先部の芯下がり量εに比例した直径のコアが非切削ゾーンに生成形成される場合に、該刃先部の直線状の送り量ｓに比例して該刃先部とコアとの接点が螺旋状に移動する螺旋状の移動角度をθとしたとき、

の関係式が成立するように、前記芯下がり量εと前記送り量ｓが設定されるようにして深孔切削するようにしてなるため、所謂切削途上でドリルヘッドの回転軸心側に取着される内切刃角を有するチップが、その切削作業途上で被削材との干渉によりチップの折損等の発生することはない。

又、請求項２に係る発明によれば、前記刃先部のテーパー面のテーパー角度は、回転軸心に対して１５〜４５°に形成されることが好ましく、１５°以下の場合には、刃先部の強度が不充分となり、且つコアの生成が少なくチゼルエッジの影響を受ける恐れがあり、また４５°以上の場合には刃先部の切削作用に対して押し潰し作用が増大し、結果的に切削抵抗が増大して切削力が不充分になる。

又、請求項３に係る発明によれば、刃先部のテーパー面は、ホーニング加工によって形成されることが好ましく、このホーニング加工によって刃先部の研ぎ出しを良好に行うことができ、切削作用に良好に貢献することができる。

又、請求項４に係る発明によれば、刃先部のオーバーラップする量は、０．１〜０．４ｍｍであることが好ましく、０．１ｍｍ以下の場合には、刃先強度を充分に確保することができないと共に、コアの生成が不充分となって切削効率を上げることができない。０．４ｍｍ以上の場合にあっても、コアの生成が充分に行われ、切削効率を上げることができるが、刃先部の切削作用に対して押し潰し作用が増大し、結果的に切削抵抗が増大してやや切削力が不充分となる恐れがある。

又、請求項５に係る発明によれば、刃先部の内切刃角は１５°〜６０°の範囲に形成されることが好ましく、１５°以下の場合には刃先部２の切削力よりも押し潰し作用が大きくなり、切削力を上げることが困難であり、又６０°以上の場合には刃先部２の切削強度を上げることが困難となる。

図１及び図２は、本発明の一実施形態のチップ５をドリルヘッド１の先端部にし取着した状態を示すもので、中心部側、中間部側及び外周部側に夫々チップ５ａ，５ｂ及び５ｃがボルト６によってドリルヘッド１の先端部に半径方向に取着されている。本発明は、このうち、特に中心部側に取着されるチップ５ａに関するもので、該チップ５ａの内切刃角βを有する刃先部２は回転軸心Ｏ側にオーバーラップして取り付けられている。

なお、図１及び図２において、ドリルヘッド１の内部には切屑排出孔７，８が穿設され、そのドリルヘッド１の外周面側にはガイドパッド９が固着されている。なお、図１及び図２に示すチップ５はボルト６によってドリルヘッド１に取り外し可能に取着された所謂スローアウエイチップに係るものであるが、ロー付けタイプのチップでもよいことは勿論である。

図３及び図４に示すように、ドリルヘッド１の中心部側に取着されるチップ５ａは、その刃先部２が外切刃角αを有する部分と内切刃角βを有する部分とからなっており、そのうち、内切刃角βを有する刃先部２は、その半径方向に回転軸心Ｏを通る中心線ＣＬをオーバーラップして取り付けられいる。

また、図５及び図６に示すように、刃先部２は、その中心線（回転軸心を通る軸線）から反回転方向に下がった位置、即ち中心線ＣＬに対して芯下がりの位置２Ａと、該中心線ＣＬ上から回転方向に上がった位置、即ち中心線に対して芯上がり位置２Ｂとの間でテーパー面２ａ状にオーバーラップして設けられ、且つ該刃先部２のすいく面３及び該すいく面３に設けられたチップブレーカー４は、中心線ＣＬ上から回転方向に上がった位置、即ち中心線に対して芯上がりの位置３ａ，４ａに設けられてなる。

そして、テーパー面２ａの回転軸心Ｏに対するテーパー角度γは、１５°〜４５°に設定されており、該刃先部２の回転軸心Ｏの芯下がりの位置２Ａから芯上がりの位置２Ｂまでのオーバーラップする量Ｌは、０．１〜０．３ｍｍの範囲に設定されている。

従って刃先部２のオーバーラップ量Ｌを０．３ｍｍとし、テーパー角度γを３０°とした場合には、テーパー面２ａの幅ｐ１は、０．６ｍｍである。

上記テーパー面２ａは、ホーニング加工によって形成され、当然のことながら切削面を形成する。

図６は、上記刃先部２によって切削される現象を示すもので、図５に示すように刃先部２のオーバーラップ量Ｌを０．３ｍｍとし、テーパー角度γを３０°とし、従って、刃先部２のテーパー面２ａの幅ｐ１が０．６ｍｍであって、回転軸心Ｏをテーパー面２ａの幅中心部ｔをオーバーラップするとした場合に、切削を担当する部分の幅ｐ２は、芯下がり位置２Ａ側の０．３ｍｍであり、逃げ面１１に対して鈍角となり、刃先部２の芯下がり位置２Ａの強度が確保される。

従って、図７に示すように、刃先部２の芯下がり位置２Ａから幅中心部ｔまでの部分ｐ２で図示のように被削材Ｗが切削され、その切削途上で若干のコアＣが生成形成されると共に、該コアＣはテーパー面２ａにより折り取られ、且つすいく面３に形成したチップブレーカー４によって細分化されて排出されることになる。

このようにテーパー面２ａに形成された刃先部２で被削材を切削するのであるから、切削作用と共に若干の押し潰し作用も働くことになるが、これは刃先部２の内切刃角βを大きく取ることによって効率的な切削作用を期待することができる。更に、ドリルヘッド１の回転途上で、正確に回転中心Ｏを維持しながら切削作業が行われるとは限らず、外力等の作用によって若干の芯振れが発生し、刃先部２が回転軸心Ｏを挟んで、芯上がり状態と芯下がり状態との間で微妙に偏倚する場合があるが、この場合でも刃先部２のテーパー面２ａの幅間で、その偏倚を吸収し、刃先部２のチッピング等の折損の発生を可及的に防ぐことができる。

ところで、刃先部２によって、上述のように芯下がり量ε〔ｍｍ〕（図６、図７）を半径とするコアＣが生成形成されるが、刃先部２の内切刃角β、芯下がり量ε及び刃先部２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、該刃先部２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８及び図９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と刃先部２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８及び図９に示す図を計算式で表すと、

となる。

ゆえに、内切刃角βを有する刃先部２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、刃先部２の芯下がり量εと送り量ｓは、

と同じ領域に設定する必要がある。

以上のように、本発明においては、ドリルヘッド１の先端部に取着される切削用チップ５の内切刃角βを有する刃先部２は、その中心線ＣＬ（回転軸心Ｏを通る軸線）から反回転方向に下がった位置、即ち中心線ＣＬに対して芯下がりの位置２Ａと、該中心線ＣＬ上から回転方向に上がった位置、即ち中心線ＣＬに対して芯上がりの位置２Ｂとの間でテーパー面２ａ状にオーバーラップして設けられることによって、コアＣの接触する部分の刃先部２はテーパー面２ａとなっているため、刃先強度を充分に持たせることができ、尚且つ該テーパー面２ａは切削作用と共に押し潰し作用との総和、更に内切刃角βを大きく取ることによって効率的な切削作用を期待することができる共に、テーパー面２ａによって生成形成されるコアＣは、テーパー面２ａ自体によって折り取られ、且つすいく面３に設けたチップブレーカー４によって細分化されて、コアＣは切屑と一緒にドリルヘッド１の排出孔より良好に搬出することができる。

そして、この場合に、刃先部２のテーパー面２ａのテーパー角度γは、回転軸心Ｏに対して１５〜４５°に形成されることが好ましく、１５°以下の場合には、刃先部２の強度に問題となり、且つコアＣの生成が少なくチゼルエッジの影響を受ける恐れがあり、また４５°以上の場合には刃先部２の切削作用に対して押し潰し作用が増大し、結果的に切削抵抗が増大して切削力が不充分になる。

また、刃先部２のテーパー面２ａは、ホーニング加工によって形成されてなるため、刃先部２の研ぎ出しを良好に行うことができ、切削作用に良好に貢献することができる。

更に、刃先部２のオーバーラップする量Ｌ（図５、図６）は、０．１〜０．４ｍｍであることが好ましく、０．１ｍｍ以下の場合には、刃先強度を充分に確保することができないと共にコアＣの生成が不充分となって切削効率を上げることができない。０．４ｍｍ以上の場合にあっても、コアＣの生成が充分に行われ、切削効率を上げることができるが、刃先部２の切削作用に対して押し潰し作用が増大し、結果的に切削抵抗が増大してやや切削力が不充分になる恐れがある。

更にまた、刃先部２の内切刃角β（図３）は１５°〜６０°の範囲に形成されることが好ましく、１５°以下の場合には刃先部２の切削力よりも押し潰し作用が大きくなり、切削力を上げることが困難であり、又６０°以上の場合には刃先部２の切削強度を上げることが困難となる。

本発明の一実施形態に係る深孔切削用ドリルの正面図である。 同平面図である。 同要部である切削用チップの拡大図である。 同平面図である。 図３のＡーＡ線断面図である。 同要部のチップのドリルヘッドへの取付位置を示す拡大平面図である。 本発明の一実施形態の切削用チップで被削材を切削する切削状態を示す作用説明図である。 同要部の作用を説明するめこの説明図である。 同要部の作用を説明するための説明図である。 従来技術の切削用チップによって被削材を切削する切削状態を示す説明図である。 同チップの平面図である。 同チップの正面図である。

符号の説明

１ ドリルヘッド
２ 刃先部
２ａ テーパー面
３ すいく面
４ チップブレーカー
５ 切削用チップ
Ｏ 回転軸心
β 内切刃角
ＣＬ 中心線
γ テーパー角度
Ｌ オーバーラップする量
Ｃ コア

Claims (5)

1. ドリルヘッドの先端部に刃先部と該刃先部のすいく面にチップブレーカーが形成された切削用チップが、ドリルヘッドの回転軸心に対して、その半径方向に取着されてなる深孔切削用ドリルにおいて、切削用チップの内切刃角を有する刃先部は、その中心線（回転軸心を通る軸線）から反回転方向に下がった位置、即ち中心線に対して芯下がりの位置と、該中心線上から回転方向に上がった位置、即ち中心線に対して芯上がり位置との間でテーパー面状にオーバーラップして設けられ、且つ該刃先部のすくい面に設けられたチップブレーカーも、中心線上から回転方向に上がった位置、即ち中心線に対して芯上がり位置に設けられてなる深孔切削用ドリルを用いて、前記刃先部の芯下がり量εに比例した直径のコアが非切削ゾーンに生成形成される場合に、該刃先部の直線状の送り量ｓに比例して該刃先部とコアとの接点が螺旋状に移動する螺旋状の移動角度をθとしたとき、
   

   

   の関係式が成立するように、前記芯下がり量εと前記送り量ｓが設定されるようにして切削するようにした深孔切削方法。
2. 前記刃先部のテーパー面のテーパー角度は、回転軸心に対して１５〜４５°に形成されてなる請求項１に記載の深孔切削用ドリルを用いた深孔切削方法。
3. 前記刃先部のテーパー面は、ホーニング加工によって形成されてなる請求項２に記載の深孔切削用ドリルを用いた深孔切削方法。
4. 前記刃先部のオーバーラップする量は、０．１〜０．４ｍｍである請求項１〜３の何れかに記載の深孔切削用ドリルを用いた深孔切削方法。
5. 前記刃先部の内切刃角は１５°〜６０°の範囲に形成されてなる請求項１〜４の何れかに記載の深孔切削用ドリルを用いた深孔切削方法。

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