JP4775065B2

JP4775065B2 - 穴加工工具

Info

Publication number: JP4775065B2
Application number: JP2006085926A
Authority: JP
Inventors: 正治滝口
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: JP2007260800A

Description

本発明は、被切削材に予め形成された下穴に挿入されて、下穴の内壁面を切削加工して所定の内径の加工穴を形成するリーマ等の穴加工工具に関する。

この種の穴加工工具としては、例えば特許文献１に記載されているように、軸線回りに回転される概略円柱状をなす工具本体を有し、この工具本体の先端側に切刃部が設けられ、該切刃部の外周に軸線方向後端側に向かって延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝の工具回転方向前方側を向く壁面の外周側辺稜部に外周刃が形成されるとともに前記壁面の先端面外周側の辺稜部に切刃が形成されたリーマが知られている。

このリーマは、例えば特許文献２に開示されているような切削工具に装着されて使用されるものであり、この切削工具が工作機械等の主軸端に装着されて、軸線回りに回転されるとともに、被切削材の下穴、例えば、ステムガイド穴やエンジンのシリンダーヘッドにおけるバルブ穴等に挿入され、この下穴の内壁面を切削して所定の内径の加工穴を形成するものである。
特開２０００−２６３３２８号公報特開２００２−５９３１３号公報

ところで、前述したリーマにおいては、最初の１〜２穴を加工した時点で加工穴内径の変化が大きく、その後、加工穴内径が安定することが知られている。つまり、加工初期段階においては、一つ前に切削加工した加工穴内径と次に切削加工した加工穴内径との差が大きく、その後、加工穴内径の差が小さくなって略一定の内径の加工穴が形成されることになる。

ここで、リーマ等の穴加工工具の寿命は、切刃の摩耗によって加工穴内径が一定以下となったことで判断されるため、加工初期段階における加工穴内径の変化を小さく抑えることにより、穴加工工具の寿命を延長させることができる。特に、前述のようにシリンダーヘッドのバルブ穴等を加工する場合には、通常の切削加工よりも高い寸法精度が要求されるため、穴加工工具の寿命が短くなる傾向にあり、その寿命延長が強く望まれていた。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、加工初期段階における加工穴内径の変化を小さく抑えることにより、寿命の延長を図ることができる穴加工工具を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、この発明は、被切削材に予め形成された下穴に挿入されて下穴の内壁面を切削加工して加工穴を形成する穴加工工具であって、軸線回りに回転される工具本体を有し、該工具本体の先端側には、外周に切屑排出溝を備えた切刃部が形成され、前記切屑排出溝の工具回転方向前方側を向く壁面と前記切屑排出溝の工具回転方向後方側に連なる外周面との交差稜線部に外周刃が形成されるとともに、前記壁面と前記切刃部の先端面外周部分との交差稜線部に前記外周刃に連なる切刃が形成され、前記切刃部には複数の前記切刃が形成されており、これら複数の前記切刃のうち一部の切刃は、該切刃の外周端が他の切刃の外周端よりも前記軸線方向後端側に後退するように配置された後退刃とされ、該後退刃の外周端の前記軸線からの径方向距離と前記他の切刃の外周端の前記軸線からの径方向距離とが同一とされ、前記後退刃の外周端と前記他の切刃の外周端との前記軸線方向の距離が前記後退刃の後退量とされ、前記切刃部には、複数の前記後退刃が設けられており、これら複数の前記後退刃のうちの少なくとも一の後退刃の前記後退量が、他の後退刃の前記後退量と異なるように構成されていることを特徴としている。

この構成の穴加工工具においては、複数の切刃のうちの一部が他の切刃よりも軸線方向後端側に後退した後退刃とされているので、先端側に配置されている他の切刃が初期摩耗して切刃外径が後退した場合でも、加工初期段階で切削に使用されない後退刃によって切削加工できる。そして、該後退刃の外周端の前記軸線からの径方向距離と他の切刃の外周端の前記軸線からの径方向距離とが同一とされているので、加工穴を所定の内径に仕上げることができ、加工初期段階における加工穴内径の変化を小さく抑えて穴加工工具の寿命延長を図ることができる。

ここで、工具回転方向前方側から見て、前記後退刃と前記外周刃との交差角を、前記他の切刃と前記外周刃との交差角と同一とすることにより、この交差角に合わせて後退刃となる切刃の刃先を研磨することで、後退刃をその他の切刃から後退するように形成することができる。よって、この穴加工工具を簡単に、かつ、精度良く製造でき、その製作コストを低減することができる。

また、前記切刃部に複数の前記後退刃を設けて、これら複数の前記後退刃を、工具回転方向において不等間隔に配置することにより、被切削材に切り込む際の切削抵抗が工具本体の軸線中心に対して非対称に作用することになり、工具本体にその固有振動数と共振するような周期的な振動が生じるのを防ぐことができ、このような共振に起因するビビリ振動が惹起されるのを防止することができる。

また、前記後退刃の外周端と前記他の切刃の外周端との前記軸線方向の距離を前記後退刃の後退量とし、前記切刃部に複数の前記後退刃を設けて、これら複数の前記後退刃のうちの少なくとも一の後退刃の前記後退量を、他の後退刃の前記後退量と異なるように構成することにより、一の後退刃が欠損や摩耗した場合でも他の後退刃によって加工穴内径の変化を防止でき、穴加工工具のさらなる寿命延長を図ることができる。加えて、一の後退刃と他の後退刃との間でも切削条件が変化することになり、工具本体にその固有振動数と共振するような周期的な振動が生じるのをさらに確実に防止することができる。

ここで、前述した作用効果をさらに確実に奏功せしめるためには、前記後退量を、０．０１ｍｍから０．３ｍｍの範囲内に設定することが好ましい。前記後退量を０．０１ｍｍ以上とすることにより、他の切刃が確実に初期摩耗した後に後退刃が切削加工に使用できるとともに、前記後退刃を０．３ｍｍ以下とすることにより、他の切刃の初期摩耗による加工穴の内径が小さくなることを確実に防止できる。

本発明によれば、加工初期段階における加工穴内径の変化を小さく抑えることにより、寿命の延長を図ることができる穴加工工具を提供することができる。

本発明は、以下に説明する複数の発明を包含する発明群に属する発明であり、以下に、その発明群の実施形態について説明するが、そのうち後述する段落〈００３５〉に記載する実施形態が、本出願人が請求項１に記載した発明に対応するものである。
以下に、本発明の実施形態である穴加工工具について添付した図面を参照にして説明する。図１から図３に本発明の実施形態である穴加工工具としてのリーマを示す。また、図４にこのリーマが装着される切削工具を示す。
リーマは、軸線Ｏを中心とする概略多段円柱状をなす工具本体１０を有しており、この工具本体１０の後端側（図１において上側）がシャンク部１１とされ、工具本体１０の先端側（図１において下側）が切刃部１２とされている。
この工具本体１０には、図示しないクーラント供給孔が軸線Ｏに沿って工具本体１０の先端側から後端側にかけて貫通するように形成されている。

シャンク部１１の後端側部分には、このリーマを切削工具３０に装着するための装着部１３が設けられており、この装着部１３には軸線Ｏに平行に延びる平坦面１４が形成されている。
シャンク部１１の先端側は後端側に比べて一段小径とされており、その先端面には、中央部分がシャンク部１１後端側に向けて凹んだＶ字溝１５が、その溝底部を軸線Ｏに直交させてＶ字の２等分線が軸線Ｏ上に位置するように形成されている。

切刃部１２は、軸線Ｏを中心とする概略円柱状をなしており、その後端面には、シャンク部１１先端面に形成されたＶ字溝１５に嵌合可能な断面凸Ｖ字の凸状部１６が、そのＶ字の稜線をやはり軸線Ｏに直交させてＶ字の２等分線が軸線Ｏ上に位置するように形成されている。

切刃部１２の先端外周部には、工具本体１０後端側に向けて延びる複数の切屑排出溝１７が配置されており、本実施形態では、図２に示すように、６条の切屑排出溝１７が配置されている。また、切刃部１２には、前記クーラント供給孔に連通されるとともに切屑排出溝１７の溝底部に向けて開口された吐出孔（図示せず）が設けられている。なお、本実施形態においては、これら切屑排出溝１７は、工具回転方向Ｔにおいて不等間隔に配置されている。また、この切刃部１２には、工具本体１０後端側に向かうにしたがい漸次外径が小さくなるようにバックテーパが付されており、そのバックテーパ量は、１００ｍｍ当たり０．０４ｍｍから０．０６ｍｍとされている。

切刃部１２の先端面は、軸線Ｏ近傍部分が軸線Ｏに直交する平面状とされた平面部１９と、該平面部１９の外周側部分に配置されて径方向外側に向かうにしたがい漸次工具本体１０後端側へと後退するテーパ部２０とを備えている。そして、切屑排出溝１７の工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面と、この切屑排出溝１７の工具回転方向Ｔ後方側に連なる外周面の交差稜線部に外周刃２１が形成されている。また、切屑排出溝１７の工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面と切刃部１２のテーパ部２０との交差稜線部には、前記外周刃２１に連なる切刃２２が形成されている。

このように外周刃２１及び切刃２２を形成することにより、このリーマは、６つの切刃２２及び外周刃２１を有することになる。また、切屑排出溝１７の工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面がすくい面とされ、切屑排出溝１７の工具回転方向Ｔ後方側に連なる外周面が外周逃げ面とされ、前記切刃２２の工具回転方向Ｔ後方側に連なるテーパ部２０が先端逃げ面とされる。

切刃２２に連なる先端逃げ面は、工具回転方向Ｔ後方側に向かうにしたがい工具本体１０径方向内側に向けて傾斜するように構成されており、本実施形態では、切刃２２に連なる部分が逃げ角１°の第１逃げ面とされ、この第１逃げ面の工具回転方向Ｔ後方側に逃げ角１５°の第２逃げ面とされており、工具回転方向Ｔ後方側に向って段階的に逃げが大きくなるように形成されている。

また、外周刃２１が軸線Ｏ回りになす回転軌跡は、本実施形態においては軸線Ｏを中心とした略円筒面状とされており、すべての切刃２２に連なる外周刃２１の軸線Ｏからの径方向距離が同一とされている。また、切刃部１２の後端側では、その外径は前記円筒面より一段小径とされて、シャンク部１１先端側と同径とされている。

そして、６つの切刃２２のうちの２つの切刃２２が後退刃２２Ａとされ、その他の切刃２２が先行刃２２Ｂとされている。
後退刃２２Ａの外周端、つまり、後端刃２２Ａと外周刃２１との交差部分は、前記先行刃２２Ｂの外周端（先行刃２２Ａと外周刃２１との交差部分）よりも工具本体１０後端側（軸線Ｏ方向後端側）に後退して配置されるとともに、後退刃２２Ａの外周端の軸線Ｏからの径方向距離と前記先行刃２２Ｂの外周端の軸線Ｏからの径方向距離とが一致するように配置されている。

ここで、後退刃２２Ａと外周刃２１とが交差する角度α（コーナ角）は、先行刃２２Ｂと外周刃２１とが交差する角度α（コーナ角）と同一に設定されており、本実施形態においては、図３に示すように、α＝３０°とされている。
そして、後端刃２２Ａは先行刃２２Ｂに対して、これら切刃２２Ａ、２２Ｂが延びる方向に対して直交する方向にλだけ後退するように形成されており、後端刃２２Ａの外周端が先行刃２２Ｂの外周端に対して後退した軸線Ｏ方向の後退量δは、δ＝λ／ｃｏｓαとなり、この後退量δが、０．０１ｍｍ≦δ≦０．３ｍｍとなるように設定されている。なお、本実施形態においては、λ=０．１ｍｍ、α＝３０°とされ、後退量δ＝０．１１５ｍｍとされている。

切刃部１２に設けられた２つの後退刃２２Ａは、工具回転方向Ｔにおいて不等間隔に配置されており、本実施形態では、図２に示すように、２つの後退刃２２Ａ同士の間に１つの先行刃２２Ｂが配置されるとともに、他の３つの先行刃２２Ｂが工具回転方向Ｔに連続するように配置されている。

このような構成とされたリーマは、図４に示す切削工具３０に装着されて使用される。切削工具３０は、軸線Ｍ回りに回転される多段円柱状の本体部３１を有し、本体部３１の先端部外周には切削インサート３２が配備されている。
この本体部３１の先端面３３には、軸線Ｍに沿うように延びる装着孔３４が穿設されている。本体部３１には、この装着孔３４の後端側に連通するとともに本体部３１後端側に設けられた取付部３５に開口されたクーラント孔３６が形成されており、このクーラント孔３６には位置調整ボルト３７が挿入されている。
また、本体部３１の側面には、装着孔３４に連通するネジ孔３８が穿設されており、このネジ孔３８にクランプネジ３９が螺着されている。

リーマは、本体部３１の先端面３３に穿設された装着孔３４に挿入され、シャンク部１１の後端面が位置調整ボルト３７の先端面に当接させられるとともにシャンク部１１の平坦面１４が本体部３１のネジ孔３８が穿設された方向に向くように、かつ、リーマの軸線Ｏと本体部３１の軸線Ｍとが一致するように配置される。そして、本体部３１のネジ孔３８に螺着されたクランプネジ３９をねじ込んで平坦面１４を押圧することにより、リーマが本体部３１に固定される。

このようにリーマが装着された切削工具３０は、工作機械の主軸端に取付部３５を介して取り付けられ、リーマの軸線Ｍ方向の位置調整を行った後、軸線Ｍ（軸線Ｏ）回りに回転されるとともに軸線Ｍ（軸線Ｏ）先端方向に向けて送られ、リーマが例えばエンジンのシリンダーヘッドにおけるバルブ穴（被切削材に形成された下穴）に挿入され、このバルブ穴の内壁面を切削して所定の内径の加工穴を形成するとともに、本体部３１の先端部外周に配備された切削インサート３２によって、このバルブ穴の開口部にバルブヘッドが当接されるバルブシート面を切削加工するものである。

リーマによる切削加工を行う際には、切削油剤が工作機械からパイプを通じて工具本体１０のクーラント孔３６に供給される。クーラント孔３６に供給された切削油剤は、リーマの工具本体１０に形成されたクーラント供給孔を通じて切刃部１２へ供給され、吐出孔を通じて切屑排出溝１７の溝底部から下穴の内壁面に向けて吐出されるのである。

本実施形態であるリーマによれば、後退刃２２Ａと先行刃２２Ｂとが配置されているので、加工の初期段階においては先行刃２２Ｂのみが切削に供されて、後退刃２２Ａは切削に使用されず摩耗しない状態で保持されることになる。そして、切削加工によって先行刃２２Ｂが初期摩耗して刃先が後退した場合には、後退刃２２Ａによって切削加工されることになる。ここで、後退刃２２Ａの外周端と先行刃２２Ｂの外周端の軸線Ｏからの径方向距離が同一とされているので、後退刃２２Ａによって切削することで加工初期段階における加工穴内径の変化を小さく抑えることができ、このリーマの寿命延長を図ることができる。

また、後退刃２２Ａと外周刃２１とが交差する角度α（コーナ角）が、先行刃２２Ｂと外周刃２１とが交差する角度α（コーナ角）と同一に設定されているので、このコーナ角に合わせて後退刃２２Ａの刃先を研磨することで、後退刃２２Ａを先行刃２２Ｂから後退するように形成することができ、このリーマを簡単に、かつ、精度良く製造することができ、このリーマを低コストで製造することができる。

また、切刃部１２に２つの後退刃２２Ａが形成され、これら後退刃２２Ａが、工具回転方向Ｔにおいて不等間隔に配置されているので、被切削材に切り込む際の切削抵抗が工具本体１０の軸線Ｏ中心に対して非対称に作用することになり、工具本体１０にその固有振動数と共振するような周期的な振動が生じるのを防ぐことができ、このような共振に起因するビビリ振動が惹起されるのを防止することができる。

また、後退刃２２Ａの前記後退量δが０．０１ｍｍ≦δ≦０．３ｍｍの範囲内に設定され、さらに具体的には、後退量δ＝０．１１５ｍｍに設定されているので、先行刃２２Ｂが初期摩耗した後に確実に後退刃２２Ｂが切削加工に使用されることになり、加工初期段階における加工穴の内径の変化を確実に防止できる。

さらに、本実施形態においては、切屑排出溝１７が工具回転方向Ｔにおいて不等間隔に配置されており、先行刃２２Ｂ、後退刃２２Ａともに、工具回転方向Ｔにおいて不等間隔に配置されることになり、切削抵抗による工具本体１０の周期的な振動を確実に防止することができ、加工穴を寸法精度良く形成することができる。

以上、本発明の実施形態であるリーマについて説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、リーマを図４に示す切削工具に装着して使用するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の切削工具やアダプタ等に装着して使用するものであっても良い。

また、切刃及び外周刃を６つ備えたものとして説明したが、切刃及び外周刃の数に限定はない。同様に、後退刃を２つ、先行刃を４つ備えたものとして説明したが、少なくともひとつの後退刃を備えていればよい。
さらに、２つの後退刃の後退量を同一のものとして説明したが、これに限定されることはなく、少なくともひとつの後退刃の後退量を、他の後退刃と異なるものとしてもよい。この場合には、一の後退刃と他の後退刃とで切削に供される時期が異なることとなるため、一の後退刃が欠損・摩耗した場合においても、他の後退刃によって加工穴内径の変化を抑えることができる。

また、切屑排出溝をねじれがないものとして説明したが、これに限定されることはなく、工具本体後端側に向かうにしたがい漸次工具回転方向前方側に向かうようにねじれたものであっても良いし、工具本体後端側に向かうにしたがい漸次工具回転方向後方側に向かうようにねじれたものであっても良い。

本発明の実施形態であるリーマの側面図である。図１に示すリーマの正面図である。図１に示すリーマの後退刃及び先行刃の回転軌跡を重ね合わせた状態を工具回転方向前方側から見た図である。図１に示すリーマを装着して使用する切削工具の側面部分断面図である。

符号の説明

１０工具本体
１２切刃部
１７切屑排出溝
２１外周刃
２２切刃
２２Ａ後退刃
２２Ｂ先行刃（他の切刃）

Claims

被切削材に予め形成された下穴に挿入されて下穴の内壁面を切削加工して加工穴を形成する穴加工工具であって、
軸線回りに回転される工具本体を有し、該工具本体の先端側には、外周に切屑排出溝を備えた切刃部が形成され、前記切屑排出溝の工具回転方向前方側を向く壁面と前記切屑排出溝の工具回転方向後方側に連なる外周面との交差稜線部に外周刃が形成されるとともに、前記壁面と前記切刃部の先端面外周部分との交差稜線部に前記外周刃に連なる切刃が形成され、
前記切刃部には複数の前記切刃が形成されており、これら複数の前記切刃のうち一部の切刃は、該切刃の外周端が他の切刃の外周端よりも前記軸線方向後端側に後退するように配置された後退刃とされ、
該後退刃の外周端の前記軸線からの径方向距離と前記他の切刃の外周端の前記軸線からの径方向距離とが同一とされ、
前記後退刃の外周端と前記他の切刃の外周端との前記軸線方向の距離が前記後退刃の後退量とされ、
前記切刃部には、複数の前記後退刃が設けられており、これら複数の前記後退刃のうちの少なくとも一の後退刃の前記後退量が、他の後退刃の前記後退量と異なるように構成されていることを特徴とする穴加工工具。
工具回転方向前方側から見て、前記後退刃と前記外周刃との交差角が、前記他の切刃と前記外周刃との交差角と同一とされていることを特徴とする請求項１に記載の穴加工工具。
前記切刃部には、複数の前記後退刃が設けられており、これら複数の前記後退刃が、工具回転方向において不等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の穴加工工具。
前記後退刃の外周端と前記他の切刃の外周端との前記軸線方向の距離が前記後退刃の後退量とされ、前記後退量が、０．０１ｍｍから０．３ｍｍの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の穴加工工具。