JP4792301B2 - ボーリングヘッド - Google Patents

Description

本発明は、前端部に切屑排出口及び切削刃を備え、中空状ボーリングバーの先端に取り付けて金属等よりなる被削材に深孔を穿つの利用されるボーリングヘッドに関する。

一般的に、深孔加工の切削能率は、工具系の能力よりも、加工中に切削孔内部に発生する切屑の外部への排出能力に大きく依存する。このため、深孔切削装置では、中空状ボーリングバーを用いると共に、その先端に取り付ける円筒状のボーリングヘッドの前端部に頂面から周面にわたって開口する切屑排出口を設け、切屑を切削部へ供給されるクーラントと共に該排出口から該ボーリングバーの内部を通して外部へ排出するようにしている。このクーラントの供給方式には、単管状のボーリングバーと切削孔との隙間を通して切削部へ供給するシングルチューブ方式と、二重管状のボーリングバーの内外筒間を通して切削部へ供給するダブルチューブ方式とがある。また、大きい孔径に適用するボーリングヘッドでは、切削半径を分担切削する複数の切削刃を用いると共に、これら切削刃を径方向に略対向配置する大小２つの切屑排出口の側壁部に振り分けて取着したものがある。

図５（Ａ）（Ｂ）は、孔径が大きい深孔切削に用いられる従来のダブルチューブ方式用のボーリングヘッドＨ０を示す。このボーリングヘッドＨ０のヘッド本体１は、内部が基端側に開放した切屑排出路１０をなす略円筒状であり、その鈍角円錐形の前端部１ａには該排出路１０に連通する大小２つの切屑排出口１１，１２が略矩形に開口している。そして、大きい切屑排出口１１側のヘッド半径方向に沿う側壁部１２ａに、ヘッド中心側からの順で奇数番つまり１，３，５番目の切削刃２１，２３，２５が取着されると共に、その側壁部１１ａと略同じ径方向にある小さい切屑排出口１２側の側壁部１２ａに、同偶数番つまり２，４番目の切削刃２２，２４が取着され、前部外周１ｂの５か所には超硬材製のガイドパッド４…が取着されている。

切削刃２１〜２５はそれぞれ、周縁が長短２辺２ａ，２ｂで山形をなす３つの切刃２で構成された３回対称性（中心角１２０°で３区分した際の区分形状が等しくなる形態）を持つ厚板状のスローアウェイチップからなり、角軸状のチップ保持片２０にねじ止め固定され、この固定姿勢を１２０°ずつ転換することで新刃として３回使用（２回更新）可能になっており、各チップ保持片２０をチップ本体１側に凹設したチップ取付座１３に嵌合し、ヘッド本体１の外周面から各チップ取付座１３に至るねじ挿通孔１４に装填した取付ねじ７により、該チップ保持片２０をねじ止めするようになっている。しかして、切削刃２１〜２５の各切刃２は、その主部である長辺２ａが右勝手傾斜（正面から見て右側に高く傾斜＝ヘッド中心側に高く傾斜）になる配置姿勢とすることで、穿孔の進直性を高めている。

このボーリングヘッドＨ０は、外周に雄ねじ１５を設けた後部１ｃを図示省略した二重管状のボーリングバーの外筒先端部に螺入して取り付けるが、この取付状態で該ボーリングバーの内筒先端が内側の環状段部１６に係合すると共に、中間部の周方向に等配形成されたクーラント導出孔１７…が該ボーリングバーの内外筒間に臨み、この内外筒間を通して送給されるクーラントを外側へ導出して切削部へ供給するようになっている。加工は、該ボーリングバーを工作機械のスピンドル等の駆動軸に連結して回転駆動させるか、又は被削材側を回転させることにより、切削刃２１〜２５で被削材を切削して深孔を形成する。この加工時のボーリングヘッドＨ０の相対回転方向は図５（イ）における半時計回り方向である。

しかしながら、上記従来構成のボーリングヘッドＨ０では、加工に伴い、大きい切屑排出口１１における切削刃取着側の側壁部１１ａに隣接したへッド半径方向に沿う側壁部１１ｂの摩耗が激しく、該側壁部１１ｂの特に前縁側の損耗変形によって早期に使用不能になるという問題があった。そして、このような問題は、切削刃が１枚（切屑排出口は一つ）や３枚（切屑排出口は二つ）であるボーリングヘッドでも、程度の差はあっても同様に生じていた。

そこで、本発明者らは、従来のこの種ボーリングヘッドにおける上記側壁部の摩耗が激しくなる原因を調べたところ、切削刃の切刃主部が右勝手傾斜であることにより、加工中に生じる切屑が内向きにカールするが、例えば図５に示す構成のボーリングヘッドＨ０では、図示仮想線で示すように、特に切削半径の中心側の切削を担う１番目の切削刃２１が位置的に側壁部１１ｂに近いため、この切削刃２１より発生する切屑Ｓが分断する前に側壁部１１ｂに当たり、該側壁部１１ｂが常に切屑Ｓに擦過されて激しく摩耗することが判明した。

本発明は、前端部に切屑排出口及び切削刃を備え、中空状ボーリングバーの先端に取り付けて被削材に深孔を穿つの利用されるボーリングヘッドとして、上記知見に基づいて適切な改良を加えることにより、切屑排出口の側壁部の摩耗を抑え、もって優れた耐久性を備えるものを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るボーリングヘッドは、図面の参照符号を付して示せば、内部が切屑排出路１０をなす略円筒状のヘッド本体１の前端部に、切屑排出路１０に連通する切屑排出口１１が開口し、該切屑排出口１１の半径方向に沿う側壁部１１ａに切削刃２１，２３，２５が取り付けられると共に、この切屑排出口１１における切削刃２１，２３，２５を取り付けた側壁部１１ａに隣接する略半径方向に沿う側壁部１１ｂの少なくとも前縁側に、ヘッド本体１の母材よりも高硬度の材料からなる板状の耐摩耗部材３が被着され、 該耐摩耗部材３が支持ブロック５の側面部５ａに固着され、ヘッド本体１側に該支持ブロック５をねじ止めするブロック取付座６が凹設され、
前記ヘッド本体１が径方向に略対向配置した一対の切屑排出口１１，１２を備え、支持ブロック５が両切屑排出口１１，１２に各々臨む側面部５ａ，５ｂを有し、その一方の側面部５ａに前記耐摩耗部材３が固着されると共に、他方の側面部５ｂに切削刃取付座１３ａが凹設されてなるものとしている。

請求項２の発明は、上記請求項１のボーリングヘッドにおいて、径方向に略対向配置した一対の切屑排出口１１，１２と、両切屑排出口１１，１２の側壁部１１ａ，１２ａに振り分けて取り付けられて切削半径を分担切削する複数の切削刃２１〜２５とを備え、該切削半径の最も中心側領域の切削を担う切削刃２１の切刃主部（長辺２ａ）が右勝手傾斜をなし、この最中心側切削刃２１の臨む切屑排出口１１に前記耐摩耗部材３が被着られてなるものとしている。

請求項３の発明は、上記請求項１又は２のボーリングヘッドにおいて、切削刃２１〜２５がスローアウェイチップからなるものとしている。

請求項１の発明によれば、切削刃を取り付けた側壁部に隣接する略半径方向に沿う側壁部の少なくとも前縁側が、ヘッド本体の母材よりも高硬度の材料からなる耐摩耗部材で覆われていることから、切屑の擦過による該側壁部の摩耗が抑えられ、もって耐久性に優れるボーリングヘッドが提供される。
また本発明によれば、板状の耐摩耗部材が支持ブロックの側面部に固着され、ヘッド本体側に該支持ブロックをねじ止めするブロック取付座が凹設されていることから、ヘッド本体への該耐摩耗部材の取り付けを容易に且つ位置精度よく確実に行えると共に、支持ブロックによって耐摩耗部材自体は小さく設定できるため、高価な高硬度材料の使用量が少なくなってコスト低減に繋がる。
さらに本発明によれば、ボーリングヘッドが一対の切屑排出口と複数の切削刃を備える構成において、上記の耐摩耗部材の支持ブロックとして、両切屑排出口に各々臨む側面部を有し、その一方の側面部に耐摩耗部材が固着され、他方の側面部に切削刃取付座が凹設されたものを用いることから、耐摩耗部材の取付部分の構造複雑化を回避して、該耐摩耗部材及び切削刃を機能的に配置できる。

請求項２の発明によれば、径方向に略対向配置した一対の切屑排出口と、両切屑排出口の側壁部に振り分けて取り付けられた複数の切削刃とを備えたボーリングヘッドとして、切刃主部が右勝手傾斜をなす最中心側切削刃に近接して本来は特に激しく摩耗し易い部位の摩耗が抑えられ、耐久性に優れるものが提供される。

請求項３の発明によれば、切削刃が取付姿勢の回転変位によって１回又は２回の切刃更新を行えるスローアウェイチップからなるボーリングヘッドとして、切屑の擦過による切屑排出口の側壁部の摩耗が抑えられ、耐久性に優れるものが提供される。

以下、本発明を孔径が大きい深孔切削に用いられるダブルチューブ方式用のボーリングヘッドに適用した一実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１はボーリングヘッド全体、図２はヘッド本体、図３は耐摩耗部材を固着した支持ブロック、図４は該支持ブロックを取着したヘッド本体の要部、をそれぞれ示す。なお、この実施形態のボーリングヘッドＨ１の基本的構造は図５を用いて既述した従来のボーリングヘッドＨ０と同様であるため、この従来のボーリングヘッドＨ０との共通部分については同一符号を付してその説明を省略する。

図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、このボーリングヘッドＨ１では、ヘッド本体１の鈍角円錐形の前端部１ａにおける大小２つの切屑排出口１１，１２に挟まれた一対の略扇形の領域の内、偶数番の切削刃２２，２４が止着されている領域のヘッド中心側に、両切屑排出口１１，１２に各々臨む側面部５ａ，５ｂを有する略直方体形状の支持ブロック５がねじ止めされている。そして、この支持ブロック５の大きい切屑排出口１１に臨む側面部５ａに、ヘッド本体１の母材よりも高硬度の材料からなる板状の耐摩耗部材３が溶接等で固着一体化されると共に、小さい切屑排出口１２に臨む側面部５ｂに、２番目の切削刃２２の切削刃取付座１３ａが形成されている。

図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、支持ブロック５は、ヘッド本体１の鈍角円錐状の前端部１ａの一部表面を構成する若干傾斜した頂面部５ｃから底面部５ｄに至る４本のねじ挿通孔５１…と、側面部５ａに平行して一端が切削刃取付座１３ａの内周面に開口した１本のねじ挿通孔５２とを備え、また底面部５ｄには側面部５ａとは反対側の側縁に沿って係止突条５３が形成されている。そして、ねじ挿通孔５１…，５２は、何れも内端側を取小径部として境界段部５１ａ，５２ａで取付ねじ４，７（図４参照）の頭部を係止するようになっている。

図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、ヘッド本体１の前端部１ａにおける支持ブロック５の取付位置には、両切屑排出口１１，１２間にわたるブロック取付座６が凹設されており、このブロック取付座６の底面部６ａには、支持ブロック５の４本のねじ挿通孔５１…に対応した４つのねじ孔６１と、同支持ブロック５の係止突条５３に対応した隅縁部の係止溝６２とが設けてある。また、ヘッド本体１の２番目の切削刃２２に対応するねじ挿通孔１４ａがブロック取付座６の内壁面に開口している。

ボーリングヘッドＨ１の組み立てにおいては、図４に示すように、ヘッド本体１のブロック取付座６に対し、側面部５ａに耐摩耗部材３を固着した支持ブロック５を、その係止突条５３が係止溝６２に係合するように嵌め込み、４本のねじ挿通孔５１…にそれぞれ頂面側から挿入した取付ねじ８をねじ孔６１に螺合緊締して取着する。また、図１（Ａ）に示すように、ヘッド本体１の切削刃取付座１３…と、支持ブロック５の切削刃取付座１３ａには、スローアウェイチップからなる切削刃２１〜２５を各々ねじ止めした各チップ保持片２０を嵌め込み、ねじ挿通孔１４，１４ａに外周側から挿入した取付ねじ７をチップ保持片２０のねじ孔に螺合緊締することにより、ヘッド本体１の切削刃２１〜２５を既述の配置順でヘッド本体に取着する。なお、２番目の切削刃２２に対応したヘッド本体１のねじ挿通孔１４ａは取着した支持ブロック５のねじ挿通孔５２に同心で連通するように設定されている。

上記構成のボーリングヘッドＨ１は、既述した従来のものと同様に、雄ねじ１５を設けた後部１ｃを図示省略した二重管状のボーリングバーの外筒先端部に螺入して取り付ける。これにより、該ボーリングバーの内筒先端がボーリングヘッドＨ１の内側の環状段部１６に係合し、中間部の周方向に等配形成されたクーラント導出孔１７…が該ボーリングバーの内外筒間に臨む形になり、加工に際してボーリングバーの内外筒間を通して送給されるクーラントがクーラント導出孔１７…より外側へ導出して切削部へ供給される。

このボーリングヘッドＨ１では、切削刃２１〜２５の切刃２の主部をなす長辺２ａが右勝手傾斜であるため、加工中に生じる切屑が内向きにカールし、特に切削半径の中心側の切削を担う１番目の切削刃２１から生じる切屑は、分断してクーラントと共に切屑排出口１１へ流入する前に位置的に近い側壁部１１ｂの前端側に当たることになる。従って、加工中は常に該側壁部１１ｂが切屑Ｓに擦過されてゆくが、この側壁部１１ｂの表面がヘッド本体１の母材よりも高硬度の材料からなる耐摩耗部材３にて覆われているから、切屑の擦過による該側壁部１１ｂの摩耗が抑えられ、もってボーリングヘッドとしての耐久性が大きく向上することになる。

しかして、耐摩耗部材３の材料としては、ヘッド本体１の母材種に応じてそれよりも高硬度のものを選択する必要があるが、ヘッド本体１が一般的な鉄鋼や工具鋼であれば、ＷＣ−Ｃｏ系の如きタングステンカーバイドを主体とした超硬合金、アルミナ系、窒化珪素系、窒化ホウ素系の如き焼結セラミックス、ＴｉＣ／Ｎ系の如きサーメット、微結晶ダイヤモンド焼結体等が好適である。

なお、上記のような高硬度材料は概して高価であるが、例示した実施形態においては、ヘッド本体１に対する取着部分となる支持ブロック５はヘッド本体１の母材と同様の安価な材料でよく、板状の耐摩耗部材３のみに高硬度材料を用いればよいから、材料コストの負担が少なくて済む。

また、支持ブロック５は、上述のように安価で加工容易な材料で形成できるから、実施形態の如くサイズを大きくしてねじ止め部分を多くすることにより、耐摩耗部材３のヘッド本体１に対する取付強度を増大できる上、係止突条５３のようなヘッド本体１との凹凸係合部を設けることにより、取り付けの位置精度が向上して取付操作も容易になる。更に、実施形態のように、該支持ブロック５が両切屑排出口１１，１２に各々臨む側面部５ａ，５ｂを有するものとし、その一方の側面部５ａに耐摩耗部材３を固着し、他方の側面部５ｂに切削刃取付座１３ａを凹設することにより、耐摩耗部材の取付部分の構造複雑化を回避して、該耐摩耗部材及び切削刃を機能的に配置できる。

上記実施形態では３回対称性のスローアウェイチップからなる５つの切削刃２１〜２５を備えるボーリングヘッドを例示したが、本発明は、切削刃が１つ（切屑排出孔も１つ）や３つ（切屑排出孔は２つ）等の異なる数であるもの、切削刃がロウ付けタイプであるもの、切削刃が２回対称性（更新１回）のスローアウェイチップからなるものにも適用可能である。しかして、穿孔の進直性を高めるために切削半径の最も中心側の切削を担う切削刃の切刃主部を右勝手傾斜としたボーリングヘッド（一般的にはスローアウェイチップを用いたボーリングヘッド）では、切屑のカールによって切屑排出口の切削刃取付部分に隣接する側壁部に切屑が擦過し易くなるため、特に本発明の適用効果が大きい。

更に、本発明のボーリングヘッドは、クーラントを単管状のボーリングバーと切削孔との隙間を通して切削部へ供給するシングルチューブ方式用のものや、先端部におねじ有するボーリングバーに適用するために後部内周に雌ねじを設けた内ねじタイプのものも包含する。なお、切屑排出口については、実施形態で例示したような矩形に限らず、扇形や変形楕円等の種々の形状がある。従って、耐摩耗部材を設ける側壁部も平面状に限らず、曲面状の場合があり、耐摩耗部材及び支持ブロックの形状も種々設定できる。その他、本発明に係るボーリングヘッドの細部構成については、実施形態以外に種々設計変更可能である。

本発明の一実施形態に係るボーリングヘッドを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。 同ボーリングヘッドのヘッド本体を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線の矢視断面図である。 同ボーリングヘッドに用いる耐摩耗部材を固着した支持ブロックを示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ線の矢視断面図である。 同支持ブロックを取り付けたヘッド本体の前部の縦断側面図である。 従来構成のボーリングヘッドを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。

符号の説明

１ ヘッド本体
１ａ 前端部
１０ 切屑排出路
１１ 切屑排出口
１１ａ，１１ｂ 側壁部
１２ 切屑排出口
１２ａ 側壁部
１３，１３ａ 切削刃取付座
１４，１４ａ ねじ挿通孔
２ 切刃
２ａ 長辺（切刃主部）
２１〜２５ 切削刃
３ 耐摩耗部材
５ 支持ブロック
５ａ，５ｂ 側面部
６ ブロック取付座
８ 取付ねじ
Ｈ１ ボーリングヘッド

Claims (3)

1. 内部が切屑排出路をなす略円筒状のヘッド本体の前端部に、前記切屑排出路に連通する切屑排出口が開口し、該切屑排出口の半径方向に沿う側壁部に切削刃が取り付けられると共に、この切屑排出口における前記切削刃を取り付けた側壁部に隣接する略半径方向に沿う側壁部の少なくとも前縁側に、ヘッド本体の母材よりも高硬度の材料からなる板状の耐摩耗部材が被着され、該耐摩耗部材が支持ブロックの側面部に固着され、ヘッド本体側に該支持ブロックをねじ止めするブロック取付座が凹設され、
   前記ヘッド本体が径方向に略対向配置した一対の切屑排出口を備え、前記支持ブロックが両切屑排出口に各々臨む側面部を有し、その一方の側面部に前記耐摩耗部材が固着されると共に、他方の側面部に切削刃取付座が凹設されてなるボーリングヘッド。
2. 径方向に略対向配置した一対の切屑排出口と、両切屑排出口の側壁部に振り分けて取り付けられて切削半径を分担切削する複数の切削刃とを備え、該切削半径の最も中心側領域の切削を担う切削刃の切刃主部が右勝手傾斜をなし、この最中心側切削刃の臨む切屑排出口に前記耐摩耗部材が被着されてなる請求項１記載のボーリングヘッド。
3. 前記切削刃がスローアウェイチップからなる請求項１又は２に記載のボーリングヘッド。

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