JP4910648B2 - 穴加工工具及び穴加工工具の製造方法 - Google Patents

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、この下穴の内壁面を切削加工する際に用いられる穴加工工具及びこの穴加工工具の製造方法に関する。

この種の穴加工工具としては、例えば特許文献１に示すように、軸線回りに回転される円柱状の工具本体を有し、工具本体の先端部分に、工具本体先端側及び径方向外側に向けた切刃を備えた加工部が設けられた、いわゆるリーマが提供されている。図４及び図５に従来のリーマの一例を示す。

このリーマ１は、軸線Ｏ回りに回転される長尺円柱状の工具本体を有し、この工具本体の先端部分が加工部２とされている。加工部２の外周に工具本体先端側及び工具本体径方向外側に向けて開口した凹部３が形成され、この凹部３の工具回転方向Ｔ後方側には取付座４が形成されている。この取付座４には、切刃５Ａを有する平板状のインサート５が、その厚さ方向を工具回転方向Ｔに向けて着座されてクランプネジ６によって固定されている。

そして、加工部２の外周面には、周方向に複数のガイドパッド７が配置されている。ここで、従来のリーマ１においては、図５に示すように、ガイドパッド７の加工部２外周面からの突出量、つまり、軸線Ｏに直交する断面における前記ガイドパッド７の外周面と軸線Ｏとの距離ｒ１及び前記加工部２の外周面と軸線Ｏとの距離ｒ２の差ｒ１−ｒ２が、 ０．５ｍｍ程度とされている。

このように構成されたリーマ１は、工作機械の主軸端に装着されて軸線Ｏ回りに回転されるとともに、軸線Ｏ方向先端側に送りを与えられ、被切削材に予め形成された下穴に挿入されて、この下穴の内壁面をインサート５の切刃５Ａによって切削して所定の内径の加工穴を形成するものである。
この切削の際には、加工穴の内壁面とガイドパッド７とが摺動することにより、リーマ１の軸線Ｏの振れを防止して寸法精度の向上を図っている。
特開２００２−１６０１２４号公報

ところで、前述の穴加工工具が挿入される下穴が貫通孔である場合には、切削によって発生した切屑を穴加工工具の先端側、つまり、穴加工工具を挿入した開口部とは反対側の開口部から排出することができ、切屑が工具本体（加工部）の外周面を擦過することがない。
一方、前記下穴が一端を閉塞した止まり孔である場合には、前記切屑を穴加工工具の後端側、つまり、穴加工工具を挿入した開口部から排出する必要があり、前記凹部を後端側に延長して切屑を送り出すことになるが、細かな切屑が加工穴と工具本体との間に入り込んで工具本体（加工部）の外周面を擦過することになるのは避けられない。

ここで、従来の穴加工工具においては、ガイドパッドが、工具本体（加工部）の外周面から０．５ｍｍ程度径方向外側に向けて突出するように設けられているので、このガイドパッドと工具本体（加工部）との間の段差に切屑が引っ掛かって加工穴の内壁面との間に噛み込まれ、この加工穴の内壁面を傷つけてしまうといった問題があった。また、この切屑によって切削抵抗が著しく増加して、リーマ自体が折損してしまうおそれがあった。

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、切屑が工具本体の外周面を擦過する場合でも、切屑が引っ掛かることがなく、止まり孔とされた下穴を良好に切削加工することができる穴加工工具及びこの穴加工工具の製造方法を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の穴加工工具は、被切削材に予め形成された下穴に挿入されて、該下穴の内壁面を切削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、この工具本体は、後端側がシャンク部とされ、先端側が前記工具本体先端側及び前記工具本体径方向外側に向けた切刃が取付けられた概略円柱状をなす加工部とされ、前記シャンク部の外周面には、工具本体後端側に向けて延びる切屑排出溝が設けられるとともに、前記加工部の外周面には、該加工部と異なる材料で構成されて、前記加工穴の内周面と摺接するガイドパッドが配設されており、前記軸線に直交する断面において、前記ガイドパッドの外周面と前記軸線との距離ｒ１及び前記加工部の外周面と前記軸線との距離ｒ２の差ｒ１−ｒ２が、０μｍ＜ｒ１−ｒ２≦５μｍの範囲内に設定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、前記軸線に直交する断面において、前記ガイドパッドの外周面と前記軸線との距離ｒ１が、前記加工部の外周面と前記軸線との距離ｒ２と略同一に設定されているので、切屑排出溝を除いて工具本体の外周面に凹凸がほとんどなく、切屑が工具本体（加工部）の外周面を擦過する場合でも、ガイドパッドと工具本体（加工部）との間に切屑が引っ掛かることがない。
また、工具本体の外周面に切屑排出溝が形成されているので、切屑をこの切屑排出溝に沿って加工穴の外部へと排出することができ、止まり孔であっても良好に切削加工を行うことができる。

前記ガイドパッドの外周面と前記軸線との距離ｒ１及び前記加工部の外周面と前記軸線との距離ｒ２の差ｒ１−ｒ２が、０μｍ＜ｒ１−ｒ２≦５μｍの範囲内であれば、実質的に切屑が引っ掛かることはなく、切屑の引っ掛かりに起因するトラブルを未然に防止することができる。

また、前記ガイドパッドを、前記加工部よりも硬い材料で構成することが好ましい。
この場合、加工穴の内壁面と摺動するガイドパッドが加工部よりも硬い材料で構成されるので、加工穴の内周面との摺動による摩耗量が減少し、この穴加工工具の寿命延長を図ることができる。

さらに、本発明の穴加工工具の製造方法は、前述の穴加工工具の製造方法であって、前記加工部の外周面の一部に前記ガイドパッドを接合した後に、これら加工部の外周面及びガイドパッドの外周面に対して前記軸線を中心とした円筒研磨を施すことにより、前記軸線に直交する断面において、前記ガイドパッドの外周面と前記軸線との距離ｒ１及び前記加工部の外周面と前記軸線との距離ｒ２の差ｒ１−ｒ２が、０μｍ＜ｒ１−ｒ２≦５μｍの範囲内に設定させられることを特徴としている。

この構成の穴加工工具の製造方法によれば、ガイドパッドを加工部の外周面に接合した状態で前記軸線を中心とした円筒研磨を施しているので、前記軸線に直交する断面における前記ガイドパッドの外周面と前記軸線との距離ｒ１が、前記加工部の外周面と前記軸線との距離ｒ２と略同一に設定される。
ここで、前記ガイドパッドが前記工具本体よりも硬い材料で構成されている場合には、前述の円筒研磨によって硬度の低い工具本体が優先的に研磨されることになり、ガイドパッドが工具本体の外周面から僅かに、具体的には、０．１μｍから０．５μｍ程度突出することになるが、実質的に切屑が加工部とガイドパッドとの間に引っ掛かることはなく、止まり孔であっても切屑を外部へと排出して良好に切削することができる。

本発明によれば、切屑が工具本体の外周面を擦過する場合でも、切屑が引っ掛かることがなく、止まり孔とされた下穴を良好に切削加工することができる穴加工工具及びこの穴加工工具の製造方法を提供することができる。

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に、本実施形態であるリーマをアダプタに装着した状態を示す。また、図２及び図３にリーマを示す。
本実施形態であるリーマ１０は、軸線Ｏを中心とした円柱状をなす工具本体１１を有し、この工具本体１１の後端側がシャンク部１２とされ、先端側が切刃を備えた加工部２０とされている。なお、加工部２０は鋼材で構成され、シャンク部１２は超硬合金等の硬質材料で構成されている。

この工具本体１１には、シャンク部１２の後端面に開口するクーラント供給孔１３が軸線Ｏに沿って延びるように穿設されている。
工具本体１１の外周面には、工具本体１１後端側に向けて延びる切屑排出溝１４が配設されており、本実施形態では、図１に示すように、一つの切屑排出溝１４がシャンク部１２の軸線Ｏ方向中央部にまで達するように延設されている。

シャンク部１２の後端側部分には、工具本体１１後端側に向かうにしたがい漸次工具本体１１径方向外側に向かうように軸線Ｏに対して傾斜したクランプ面１５が形成されている。
また、シャンク部１２の先端面には、中央部分がシャンク部１２の先端側に向けて突出した断面凸Ｖ字をなす凸状部１６が、そのＶ字の稜線を軸線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。

加工部２０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１２の先端面に形成された凸状部１６と嵌合可能な断面凹Ｖ字をなすＶ字溝２１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。
この加工部２０の先端には、工具本体１１先端側及び径方向外側に向けて開口された凹部２２が形成されている。なお、凹部２２は、前記切屑排出溝１４の先端側に配置されている。

凹部２２の工具回転方向Ｔ後方側には、切刃を備えたインサート４０を着脱可能に取り付けるための取付座２３が設けられている。
取付座２３は、凹部２２の工具回転方向Ｔ後方側端から工具本体１１径方向内側に大きく凹むように構成されており、工具本体１１径方向外側を向く壁面２３Ａと、工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面２３Ｂと、工具本体１１先端側を向く壁面２３Ｃとを有しているのである。

取付座２３の工具本体１１径方向外側を向く壁面２３Ａには、図２に示すように、軸線Ｏに対して直交するように延びる固定ネジ孔２４が穿設されている。
また、取付座２３の工具本体１１先端側を向く壁面２３Ｃには、軸線Ｏに平行に延びる第１押圧ネジ孔２５が穿設されており、取付座２３の工具本体１１後端側に設けられた切欠凹部２６内に開口させられている。この第１押圧ネジ孔２５には、概略円柱状をなす第１押圧ネジ３１が螺着されており、この第１押圧ネジ３１の後端面に形成された係合孔（図示なし）が前記切欠凹部２６内に露呈されている。

さらに、この取付座２３の工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面２３Ｂには、工具本体１１径方向外側を向く壁面２３Ａが延在する方向に対して交差する方向に延びる第２押圧ネジ孔２７が開口されており、加工部２０には、この第２押圧ネジ孔２７に連通するとともに工具本体１１の外周面に開口した大径孔２８が形成されている。
この第２押圧ネジ孔２７には概略円柱状をなして先端がテーパ状に構成された第２押圧ネジ３２が螺着されている。この第２押圧ネジ３２の後端面には、レンチ等の作業用工具が係合される係合孔（図示なし）が形成されており、この係合孔が前記大径孔２８を介して工具本体１１外周面に向けて露呈されている。

そして、加工部２０の外周面には、超硬合金等の硬質材料で構成され、外形が概略長円平板状をなす複数のガイドパッド３０が軸線Ｏと平行に延びるように配置されており、本実施形態では、図２に示すように、３つのガイドパッド３０が配設されている。
これらガイドパッド３０には、前記加工部２０の外周面にろう付け等によって接合された状態で軸線Ｏを中心とした円筒研磨が施され、軸線Ｏに直交する断面において前記ガイドパッド３０の外周面と軸線Ｏとの距離ｒ１が、前記加工部２０の外周面と軸線Ｏとの距離ｒ２と略同一とされている。

詳述すると、ガイドパッド３０が超硬合金で構成されるとともに加工部２０が鋼材で構成されているので、円筒研磨において硬度の低い加工部２０が優先的に研磨され、ガイドパッド３０は加工部２０の外周面よりも僅かに径方向外側に突出することになる。なお、本実施形態では、ガイドパッド３０の加工部２０外周面からの突出高さ、つまり、前記ガイドパッド３０の外周面と軸線Ｏとの距離ｒ１及び前記加工部２０の外周面と軸線Ｏとの距離ｒ２の差ｒ１−ｒ２は、０μｍ＜ｒ１−ｒ２≦５μｍの範囲内に設定されている。

次に、加工部２０の取付座２３に着脱可能に取り付けられるインサート４０について説明する。このインサート４０は、図２及び図３に示すように、概略四角形平板状をなしており、厚さ方向を向く２つの四角形面と４つの側面とを有している。インサート４０の厚さ方向を向く一の四角形面が、取付座２３の前記工具本体１１径方向外側を向く壁面２３Ａに着座される着座面４１とされ、厚さ方向を向く他の四角形面が、工具本体１１径方向外側に向けられて外周逃げ面４２とされている。

このインサート４０の側面のうちのひとつが工具回転方向Ｔ前方側を向いてすくい面４３とされ、このすくい面４３に連なる他の側面のひとつが工具本体１１先端側に向けられて正面逃げ面４４とされている。正面逃げ面４４に対向する側面が、前記第１押圧ネジ３１が当接される第１被押圧面４５とされ、すくい面４３に対向する側面が、前記第２押圧ネジ３２に当接される第２被押圧面４６とされている。

すくい面４３の正面逃げ面４４と外周逃げ面４２とが交差する角部には、ダイヤモンド焼結体で構成された平板状の刃先部４７が設けられている。この刃先部４７と外周逃げ面４２との交差稜線部に外周切刃４８が形成され、刃先部４７と正面逃げ面４４との交差稜線部に正面切刃４９が形成されており、このインサート４０は、いわゆる縦刃のインサート４０である。
また、インサート４０には、着座面４１及び外周逃げ面４２に開口するようにインサート４０の厚さ方向に貫通する挿通孔５０が穿設されている。

このような構成とされたインサート４０が、加工部２０の取付座２３に、以下のようにして取り付けられる。すくい面４３とされる側面が工具回転方向Ｔ前方側を向くように、かつ、取付座２３の工具本体１１径方向外側を向く壁面２３Ａにインサート４０の着座面４１が密着するようにして、インサート４０が取付座２３に載置される。ここで、インサート４０の第１被押圧面４５に前記第１押圧ネジ３１が当接され、第２被押圧面４６に第２押圧ネジ３２が当接させられる。このようにインサート４０を載置した状態で、前記挿通孔５０に挿通された固定ネジ３３を固定ネジ孔２４に螺着することにより、インサート４０が取付座２３に取り付けられる。

第１押圧ネジ３１をねじ込んでインサート４０の第１被押圧面４５を押圧して、インサート４０の工具本体１１先端面から正面切刃４９を突出させるとともに、第２押圧ネジ３２をねじ込んでインサート４０の第２被押圧面４６を押圧し、インサート４０を取付座２３の工具本体１１径方向外側を向く壁面２３Ａに沿ってスライドさせて外周切刃４８を工具本体１１の径方向外側へ突出させる。以上のようにして、インサート４０の位置調整を行う。

次に、前記リーマ１０が装着されるアダプタ６０について説明する。アダプタ６０は、図１に示すように、軸線Ｎに沿って延びる概略多段円柱状をなしており、工作機械の主軸端に取り付けられる取付部６１と、自動工具交換システム（ＡＴＣ）の交換アームに把持される把持部６２と、把持部６２の先端面から突出する装着筒部６３と、を備えている。

取付部６１は、後端側に向かうにしたがい漸次径が小さくなるようなテーパ形状とされ、その後端面に開口するボルト孔６４が穿設されている。
把持部６２は、取付部６１よりも一段大径とされており、その外周面には径方向内側に向けて凹んだ環状溝６５が形成されている。

装着筒部６３には、前記リーマ１０のシャンク部１２を挿入可能な装着孔６６が軸線Ｎに沿って延びるように穿設されている。
装着孔６６の後端面には、シャンク部１２の後端面を押圧してリーマ１０を先端側に向けて押し出す軸方向位置調整ネジ６７が螺着されている。また、装着筒部６３には、装着孔６６に挿入されたリーマ１０のクランプ面１５を押圧してリーマ１０を固定するためのクランプネジ６８が配設されている。さらに、装着筒部６３の先端側には、周方向に複数の振れ出しネジ６９が螺着されており、リーマ１０の軸線Ｏとアダプタ６０の軸線Ｎとが一致するように調整可能とされている。
なお、このアダプタ６０及び軸方向位置調整ネジ６７にはクーラント孔７０が穿設されており、工作機械からリーマ１０へとクーラントを供給可能な構成とされている。

この構成のリーマ１０は、前記アダプタ６０を介して工作機械の主軸端に装着され、軸線Ｏ回りに回転されるとともに軸線Ｏ方向先端側に向けて送られて、被切削材に予め形成された下穴に挿入され、この下穴の内壁面を正面切刃４９、外周切刃４８によって切削して、所定の内径の加工穴を形成するものである。
この切削加工の際には、工作機械から供給されたクーラントが、クーラント孔７０及びクーラント供給孔１３を介して加工穴の内壁面に向けて吐出される。

この構成のリーマ１０においては、軸線Ｏに直交する断面におけるガイドパッド３０の外周面と軸線Ｏとの距離ｒ１及び加工部２０の外周面と軸線Ｏとの距離ｒ２の差ｒ１−ｒ２が、０μｍ＜ｒ１−ｒ２≦５μｍの範囲内に設定されているので、切屑が加工部２０の外周面を擦過する場合でも、ガイドパッド３０と加工部２０との間に切屑が引っ掛かるおそれがない。
また、工具本体１１にシャンク部１２の軸線Ｏ方向中央部にまで達する切屑排出溝１４が形成されているので、下穴が止まり孔であっても切屑をこの切屑排出溝１４に沿って加工穴の外部へと排出することができる。

また、前記ガイドパッド３０が、加工部２０を構成する鋼材よりも高硬度の材料である超硬合金で構成されているので、加工穴の内壁面と摺動するガイドパッド３０の摩耗量が減少し、このリーマ１の寿命延長を図ることができる。
さらに、ガイドパッド３０を加工部２０の外周面に接合した状態で円筒研磨を施した際に、硬度の低い加工部２０が優先的に研磨されることになり、ガイドパッド３０が加工部２０の外周面から僅かに、具体的には、０．１μｍから０．５μｍ程度突出することになるが、実質的に切屑が引っ掛かることはなく、止まり孔であっても切屑を外部へと排出して良好に切削することができる。

さらに本実施形態では、インサート４０として、四角形平板状をなしてその厚さ方向を向く一の四角形面を工具本体１１径方向内側に向けた着座面４１とし、工具回転方向Ｔ前方側に向けた側面をすくい面４３とし、すくい面４３と外周逃げ面４２との交差稜線部に外周切刃４８を形成した、いわゆる縦刃のインサート４０を取り付けているので、インサート４０の厚さ方向を工具本体１１の径方向と略一致するようにして取り付けることになり、取付座２３を形成するために工具本体１１を切り欠く部分を小さくすることができるとともに、取付座２３の工具回転方向Ｔ前方側に位置する凹部２２を小さくすることができる。
したがって、工具本体１１の動バランス及び剛性を向上させて工具本体１１の振動を防止でき、加工穴を寸法精度良く形成することができる。

さらに、インサート４０にダイヤモンド焼結体で構成された刃先部４７が形成され、この刃先部４７の辺稜部に外周切刃４８、正面切刃４９が形成されているので、これら外周切刃４８、正面切刃４９の耐摩耗性を向上させることができ、このインサート４０の寿命延長を図ることができる。

以上、本発明の実施形態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、アダプタを介して工作機械の主軸端に装着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、工具本体の後端を主軸端に直接装着するように構成したものであってもよい。

また、工具本体のうち、加工部とシャンク部とを別体に成形したものとして説明したが、加工部とシャンク部とを一体に成形してもよい。
さらに、ガイドパッドについては、ろう付け以外の方法で加工部に接合されていてもよい。

また、インサートとして、ダイヤモンド焼結体で構成された刃先部を備えたもので説明したが、超硬合金で一体成形されたものやｃＢＮ焼結体で構成された刃先部を有するものなどでも良い。
さらに、インサートの形状についても本実施形態に限定されることはなく、任意の形状のものとすることができる。

本発明の実施形態であるリーマをアダプタに装着した状態を示す側面部分断面図である。 図１におけるＸ−Ｘ断面図である。 図１におけるＹ方向矢視図である。 従来のリーマの先端部の拡大部分断面図である。 図４におけるＺ−Ｚ断面図である。

符号の説明

１０ リーマ（穴加工工具）
１１ 工具本体
１４ 切屑排出溝
２０ 加工部
３０ ガイドパッド
４０ インサート
４８ 外周切刃（切刃）
４９ 正面切刃（切刃）

Claims (3)

1. 被切削材に予め形成された下穴に挿入されて、該下穴の内壁面を切削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、この工具本体は、後端側がシャンク部とされ、先端側が前記工具本体先端側及び前記工具本体径方向外側に向けた切刃が取付けられた概略円柱状をなす加工部とされ、
   前記シャンク部の外周面には、工具本体後端側に向けて延びる切屑排出溝が設けられるとともに、
   前記加工部の外周面には、該加工部と異なる材料で構成されて、前記加工穴の内周面と摺接するガイドパッドが配設されており、
   前記軸線に直交する断面において、前記ガイドパッドの外周面と前記軸線との距離ｒ１及び前記加工部の外周面と前記軸線との距離ｒ２の差ｒ１−ｒ２が、０μｍ＜ｒ１−ｒ２≦５μｍの範囲内に設定されていることを特徴とする穴加工工具。
2. 前記ガイドパッドは、前記加工部よりも硬い材料で構成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。
3. 請求項２に記載の穴加工工具の製造方法であって、
   前記加工部の外周面の一部に前記ガイドパッドを接合した後に、これら加工部の外周面及びガイドパッドの外周面に対して前記軸線を中心とした円筒研磨を施すことにより、
   前記軸線に直交する断面において、前記ガイドパッドの外周面と前記軸線との距離ｒ１及び前記加工部の外周面と前記軸線との距離ｒ２の差ｒ１−ｒ２が、０μｍ＜ｒ１−ｒ２≦５μｍの範囲内に設定させられることを特徴とする穴加工工具の製造方法。

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