JP4917471B2 - 深穴切削装置 - Google Patents

Description

本発明は、深穴切削加工に使用する切削装置、特に切削ヘッド部の外周にチップ交換式のガイドパッドが取り付けられた深穴切削装置に関する。

一般的に、深穴切削装置における切削ヘッド部の外周に設けられるガイドパッドは、穿孔中に切削穴の内周に摺接して切刃による切削反力を切削孔内周面に受け止めさせ、その摺接部位と切刃との位置関係を常に一定に保たせる所謂バニッシング作用により、切削ヘッド部を振れのない定軸線の回転状態に維持して切削精度を高めると共に、切削に伴う穴内周の凹凸を押し潰して平滑に均す作用を発揮する。このようなガイドパッドとしては、切削ヘッド部に一体形成される場合もあるが、鋼製の切削ヘッド部の外周に設けたパッド取付凹部に対し、超硬合金やサーメット等の硬質材料からなるチップをロウ付けするか、同様のチップをねじ止めするものが主流である。特に、後者のねじ止めによるガイドパッドは、摩耗限度や損傷に応じて新品に着脱交換できる利点があり、通常では切刃も着脱交換可能なスローアウェイチップとした切削ヘッド部に適用される。

図１（Ａ）〜（Ｃ）にガイドパッド及び切刃が共にチップ交換式であるドリルヘッドの一例を示す。このドリルヘッド１は、前部側の切削ヘッド部１１と、後部側の外周に雄ねじ１２ａを設けたねじシャンク部１２とで、中空内部が後端側に開放した切粉排出路１３をなす略円筒状のヘッド本体１０を構成し、その切削ヘッド部１１の前端面１１ａに、切粉排出路１３に連通する大小扇形の切粉排出口１４，１５が開口している。そして、両切粉排出口１４，１５の略共通径方向の縁壁１４ａ，１５ａに沿って凹設された３つの切刃取付座１６に、それぞれスローアウェイチップからなる切刃２Ａ〜２Ｃがねじ１７ａを介して止着されると共に、切削ヘッド部１１の外周面１１ｂの二カ所に凹設されたヘッド軸方向に沿う溝状のパッド取付凹部１８に、それぞれ略蒲鉾形のガイドパッド３が取付ねじ１７ｂを介して止着されている。なお、図中の１９は、切削ヘッド部１１の外周面１１ｂ後部側の径方向対向位置に形成された一対のチャッキング用平坦部である。

切削加工は、図２及び図３に示すように、深穴切削用ドリルの丸パイプ状をなす工具シャンク（ボーリングバーとも称される）４の先端部に、ドリルヘッド１をねじシャンク部１２の螺入によって連結した状態で、該工具シャンク４を工作機械のスピンドル等に連結して回転駆動するか、逆に被削材Ｗ側を回転させることによって行う。なお、以下における工具回転方向とは、後者の被削材Ｗ側の回転駆動による切削加工を含めて、加工時の被削材Ｗに対する工具側の相対回転方向を意味するものとする。

この場合、クーラントＣは、外部供給方式として、図示の如く工具シャンク４を油密に包囲するクーラント供給ジャケット４１をシールリング４２を介して被削材Ｗに押接した状態で、導入口４３から該ジャケット４１内に高圧で導入され、工具シャンク４の外周面と切削穴Ｈの内周面との間隙Ｔよりドリルヘッド１の先端側へ供給され、切削部で発生する切粉Ｆと共にドリルヘッド１の切粉排出口１４，１５から切粉排出路１３内へ流入し、工具シャンク４内の切粉排出路４ａを通って外部へ排出される。そして、この加工中、切削穴Ｈの内周に摺接するガイドパッド３，３により、切削反力が切削孔内周面に受け止められ、ドリルヘッド１の回転状態が安定に維持されると共に、穴内周が平滑に均されることになる。

従来、このようなドリルヘッド１の各ガイドパッド３は、図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、その外面側が長手方向中間の平坦部３０と両側の円弧面をなす膨出部３１，３１とで構成されており、平坦部３０にはねじ止め孔３２が設けられ、また一般的に各膨出部３１の四周縁が面取り３３されている。そして、図８に示すように、各ガイドパッド３の膨出部３１は、幅方向（工具回転方向に沿う方向）を左右として幅方向断面が左右対称形であり、面取り３３された四周縁を除く表面が、外周側切刃２Ａによる切削円周Ｓよりも小さい曲率半径で、且つ円弧中心Ｑがドリルヘッド１の回転中心Ｏを通る径線Ｄ上にある円弧面をなすと共に、その頂部Ｐが切削円周Ｓに一致する突出高さに設定されている。

しかしながら、近年においては、上述のような深穴切削装置による深穴切削加工において、形成される切削穴の仕上がり品位をより高めることが求められると共に、ランニングコスト低減のため、チップ交換式のガイドパッドについても、それ自体の耐久寿命を長くすることが要望されている。

本発明は、上述の情況に鑑み、切削ヘッド部にチップ交換式のガイドパッドを備える深穴切削装置として、形成する切削穴の仕上がり品位を向上でき、且つガイドパッドの長寿命化を可能にす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は、図面の参照符号を付して示せば、切削ヘッド部１１の外周に形成されたパッド取付凹部１８に、切削孔Ｈ内周に摺接するガイドパッド３Ａ，３Ｂが取付ねじ１７ｂを介して着脱自在に取り付けられると共に、このガイドパッド３Ａ，３Ｂの頂部Ｐ１，Ｐ２が切刃（外周側切刃２Ａ）による切削円周Ｓよりも径方向外側へ突出し、且つ、当該ガイドパッド３Ａ，３Ｂの工具回転方向に沿う幅の中間点よりも工具回転方向の前方側に位置していることを特徴としている。

請求項２の発明は、上記請求項１の深穴切削装置において、ガイドパッド３Ａ，３Ｂの頂部Ｐ１，Ｐ２が、切刃（外周側切刃２Ａ）による切削円周Ｓよりも曲率半径の小さい円弧面上にある構成としている。

請求項３の発明は、上記請求項１又は２の深穴切削装置において、前記ガイドパッド３Ａ，３Ｂの頂部Ｐ１，Ｐ２の切刃（外周側切刃２Ａ）による切削円周Ｓに対する径方向外側への突出量が０．５〜５０μｍの範囲にあるものとしている。

請求項１の発明に係る深穴切削装置によれば、ガイドパッドの頂部が切刃による切削円周よりも径方向外側へ突出しているため、切削加工中に当該ガイドパッドが切削穴内周に強く押圧しつつ摺接することになり、もって切削にて生じる切削穴内周の凹凸が確実に押し潰されて均され、内周面がより滑らかな高品位の切削穴を形成できる上、ガイドパッド自体も上記突出分だけ厚みを増して耐摩耗寿命が延びることになる。

また本発明によれば、一般的にガイドパッドの初期摩耗が工具回転方向の後方側で大きくなる傾向があるのに対し、前記ガイドパッドの頂部が工具回転方向に沿う幅の中間点よりも工具回転方向の前方側に位置するから、切削円周よりも突出した該頂部の摩耗の進行が遅くなり、それだけ耐摩耗寿命が延びることになる。

請求項２の発明によれば、ガイドパッドの頂部が切刃による切削円周よりも曲率半径の小さい円弧面上にあるため、当該ガイドパッドにおける工具回転方向の前縁側による切削穴内周への食い付きを生じなくする寸法形状に容易に設定できる。

請求項３の発明によれば、ガイドパッドの頂部が切刃による切削円周に対して適度な範囲で突出しているから、切削抵抗の過度な上昇を招くことなく、効果的なバニッシング作用と内周面平滑化作用を発揮させることができる。

以下、本発明に係る深穴切削装置の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図４は第一実施形態の、図５は第二実施形態の、それぞれ深穴切削装置におけるドリルヘッド１のガイドパッド取付部分を示す拡大横断面図、図６（Ａ）（Ｂ）は第一及び第二実施形態で用いたガイドパッド３Ａ，３Ｂの斜視図である。なお、これら実施形態の深穴切削装置は、ガイドパッド３の形態を除く基本的構造が既述の図１（Ａ）〜（Ｃ）及び図２，図３を用いて説明したものと全く同様であるため、ガイドパッド３以外の構成各部についての説明は省略する。

第一実施形態の深穴切削装置では、図４に示すように、ドリルヘッド１の切削ヘッド部１１の外周面に設けた各パッド取付凹所１８には、超硬合金やサーメット等の硬質材料からなるガイドパッド３Ａがねじ１７ｂを介して止着されている。これらガイドパッド３Ａは、図６（Ａ）に示すように、全体的に略蒲鉾形をなし、外面側が長手方向中間の平坦部３０と両側の円弧面をなす膨出部３１，３１とで構成され、平坦部３０にねじ止め孔３２が設けられ、両膨出部３１の表面が外周側切刃２Ａ（図１参照）による切削円周Ｓよりも小さい曲率半径の円弧面をなす点で、既述した従来の深穴切削装置に使用されるガイドパッド３（図８参照）と同様である。

しかるに、図４に示すように、このガイドパッド３Ａにあっては、両膨出部３１の円弧面が本図仮想線で示す既述従来構成のガイドパッド３の円弧面と同じ曲率半径であるが、その円弧中心Ｑ１は従来構成のガイドパッド３の円弧中心Ｑをヘッド接線方向にｔ１だけ工具回転前方側へ移動した位置にあり、幅方向（矢印ｙで示す工具回転方向に沿う方向）を左右として幅方向断面が左右非対称になっている。これを端的に言えば、ガイドパッド３Ａの円弧面は、ガイドパッド３の円弧面をヘッド接線方向にｔ１だけ移動し、パッド取付凹所１８からはみ出す移動前方側（仮想線）を除くと共に、移動後方側に円弧延長部を加えた形である。

従って、このガイドパッド３Ａの両膨出部３１の頂部Ｐ１は、ドリルヘッド１の回転中心Ｏを通る径線Ｄに対してｔ１だけ離れた平行線Ｌ１上にあって、外周側切刃２Ａによる切削円周Ｓよりも僅かに外側へ突出している。なお、各膨出部３１は、長手方向両端縁を面取り３４すると共に、工具回転方向前縁にアール３５を設けている。

この第一実施形態におけるドリルヘッド１は、既述のように、深穴切削用ドリルの工具シャンク４の先端部にねじシャンク部１２を螺入して連結し（図２，図３参照）、所要の深穴切削加工に供される。しかして、この深穴切削加工中、各ガイドパッド３Ａが切削穴Ｈの内周に摺接することにより、切削反力が当該ガイドパッド３Ａを介して切削孔Ｈ内周面に受け止められ、そのバニッシング作用でドリルヘッド１の回転状態が安定に維持され、もって良好な加工精度が得られると共に、切削で生じる穴内周の凹凸が平滑に均されるが、このガイドパッド３Ａの頂部Ｐ２が切削円周Ｓよりも外側へ突出して切削穴Ｈ内周に強く押圧しつつ摺接するから、切削穴Ｈ内周の凹凸がより強力に確実に押し潰されて均され、内周面の平滑性に優れた高品位の切削穴Ｈを形成できる。

また、一般的にガイドパッドの初期摩耗が工具回転方向の後方側で大きくなる傾向があるのに対し、ガイドパッド３Ａの頂部Ｐ１はその幅の中間点よりも工具回転方向の前方側に位置するから、切削円周Ｓよりも突出した該頂部Ｐ１の摩耗の進行が遅くなり、それだけガイドパッドとしての耐摩耗寿命が延びてランニングコストの低減に寄与する。また、このガイドパッド３Ａは、既存の深穴切削装置におけるガイドパッド３（図７参照）に比し、切削穴Ｈ内周に摺接する膨出部３１表面の円弧中心がずれただけの形状になるから、既存の深穴切削装置における切削ヘッド部に対し、そのパッド取付凹所１８を利用して支障なく取り付けることが可能である。

第二実施形態の深穴切削装置では、図５に示すように、ドリルヘッド１の切削ヘッド部１１の外周面に設けた各パッド取付凹所１８に、前記同様の硬質材料からなるガイドパッド３Ｂが取付ねじ１７ｂを介して止着されている。これらガイドパッド３Ｂは、図６（Ｂ）に示すように、全体的に略蒲鉾形をなし、外面側が長手方向中間でねじ止め孔３２を設けた平坦部３０と両側の円弧面をなす膨出部３１，３１とで構成され、且つ各膨出部３１の表面が工具回転前方側の円弧面３１ａと同後方側の傾斜面３１ｂとからなり、また各膨出部３１には長手方向両端縁の面取り３４と工具回転方向前縁のアール３５を設けている。

しかして、このガイドパッド３Ｂでは、前記第一実施形態におけるガイドパッド３Ａと同様に幅方向断面が左右非対称であるが、両膨出部３１の円弧面３１ａは図５の仮想線で示す既述従来構成のガイドパッド３の円弧面よりも曲率半径が小さく、その円弧中心Ｑ２がドリルヘッド１の回転中心Ｏを通る径線Ｄからｔ２だけ工具回転前方側に離れて平行する線Ｌ２上にあり、傾斜面３１ｂは円弧面３１ａの工具回転方向後側縁からパッド取付凹所１８の開口縁に至る斜面を形成している。そして、このガイドパッド３Ｂの両膨出部３１の頂部Ｐ２は、線Ｌ２上にあって、外周側切刃２Ａによる切削円周Ｓよりも僅かに外側へ突出している。

このようなガイドパッド３Ｂを備えたドリルヘッド１による深穴切削加工では、前記第一実施形態の深穴切削装置による加工と同様に、切削穴Ｈの内周に摺接するガイドパッド３Ｂを介して切削反力が切削孔Ｈ内周面に受け止められ、バニッシング作用でドリルヘッド１の回転状態が安定に維持され、良好な加工精度が得られると共に、該ガイドパッド３Ｂの切削円周Ｓよりも外側へ突出した頂部Ｐ２が切削穴Ｈ内周に強く押圧しつつ摺接するから、切削穴Ｈ内周の凹凸がより強力に確実に押し潰されて均され、内周面の平滑性に優れた高品位の切削穴Ｈを形成できる。また、ガイドパッド３Ｂは、前記第一実施形態のガイドパッド３Ａと同様に、頂部Ｐ２がその幅の中間点よりも工具回転方向前方側に位置するから、ガイドパッドとしての耐摩耗寿命が延びてランニングコストの低減に寄与すると共に、底面側を既存の深穴切削装置におけるガイドパッド３（図７参照）と同じ寸法形状とすれば、そのガイドパッド３と交換して既存の深穴切削装置に使用できる。

本発明の深穴切削装置において、ガイドパッドの頂部の切刃による切削円周に対する径方向外側への突出量は、工具径（切削穴径）によって最適範囲は異なるが、一般的には０．５〜５０μｍ程度の範囲にするのがよく、小さ過ぎては穴内周の平滑化及びガイドパッドの長寿命化の効果が充分に得られず、逆に大き過ぎては摺接抵抗が増大して切削効率を低下させることになる。

しかして、本発明の深穴切削装置に用いるガイドパッドとしては、頂部が切刃による切削円周よりも径方向外側へ突出し、より好適には該頂部がガイドパッドの工具回転方向に沿う幅の中間点よりも工具回転方向の前方側に位置するものであればよく、前記実施形態で例示したようなねじ止め部分の両側に切削穴内周に摺接させる一対の膨出部を有する略蒲鉾形のものに限らず、例えば蒲鉾形の長さを縮めた形で、一つだけの膨出部の中央にねじ止め孔を穿設したもの等、種々の形態を採用できる。また、ガイドパッドは、全体を超硬合金やサーメット等の硬質材料とする以外に、切削穴内周に摺接させる膨出部の表面側のみに硬質材料を用い、他の部分をベースとして一般鋼等の安価な材料を用いた構造としてもよい。

更に、ガイドパッドの膨出部の表面は、様々な曲面や曲面と斜面の組合せ等、種々設定できるが、加工性の面より頂部を含む主要部を円弧面とすることが推奨される。しかして、この頂部を含む円弧面は切刃による切削円周よりも曲率半径を小さくすることにより、当該ガイドパッドにおける工具回転方向の前縁側による切削穴内周への食い付きを生じなくする寸法形状に容易に設定できる。

なお、実施形態ではドリルヘッド１の切削ヘッド部１１に外周側・中心側・中間の３つの切刃２Ａ〜２Ｃを有するものを例示したが、本発明は、切削ヘッド部の切刃が一つ、二つ、４つ以上のいずれの場合にも適用できると共に、切削ヘッド部がドリルヘッドとして独立せずに工具シャンクに一体形成された深穴切削装置にも適用可能である。更に、切削ヘッド部がドリルヘッドとして独立部材を構成する場合に、図２に示すようなクーラント外部供給方式（シングルチューブ方式）ではなく、二重筒状の工具シャンクにドリルヘッドを接続し，該工具シャンクの内外筒間のクーラント供給路からドリルヘッドの外側へ導出したクーラントを切粉と共に、ドリルヘッドのクーラント排出口より工具シャンクの内筒内のクーラント排出路へ流入させるようにしたクーラント内部供給方式（ダブルチューブ方式）を採用してもよい。

本発明の対象とする深穴切削装置に用いるチップ交換式のガイドパッド及び切刃を備えたドリルヘッドを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は全体の側面図、（Ｃ）は切削ヘッド部の側面図である。 同深穴切削装置による深穴切削加工を示す縦断側面図である。 同深穴切削加工の切削ヘッド側を拡大して示す縦断側面図である。 本発明に係る第一実施形態の深穴切削装置に用いるドリルヘッドのガイドパッド取付部分を示す拡大横断面図である。 同第二実施形態の深穴切削装置に用いるドリルヘッドのガイドパッド取付部分を示す拡大横断面図である。 本発明の深穴切削装置に用いるガイドパッドを示し、（Ａ）は第一実施形態で用いたガイドパッドの斜視図、（Ｂ）は第二実施形態で用いたガイドパッドの斜視図である。 従来構成の深穴切削装置に用いるガイドパッドを示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 従来構成の深穴切削装置におけるドリルヘッドの要部の平面図である。

符号の説明

１ ドリルヘッド
１１ 切削ヘッド部
１１ｂ 周面（外周）
１７ｂ 取付ねじ
２Ａ〜２Ｃ 切刃
３Ａ，３Ｂ ガイドパッド
Ｈ 切削穴
Ｐ１，Ｐ２ 頂部
Ｓ 切削円周
ｙ 工具回転方向

Claims (3)

1. 切削ヘッド部の外周に形成されたパッド取付凹部に、切削孔内周に摺接するガイドパッドが取付ねじを介して着脱自在に取り付けられると共に、このガイドパッドの頂部が切刃による切削円周よりも径方向外側へ突出し、且つ、当該ガイドパッドの工具回転方向に沿う幅の中間点よりも工具回転方向の前方側に位置していることを特徴とする深穴切削装置。
2. 前記ガイドパッドの頂部が、切刃による切削円周よりも曲率半径の小さい円弧面上にあって、且つ当該ガイドパッドの工具回転方向に沿う幅の中間点よりも工具回転方向の前方側に位置する請求項１に記載の深穴切削装置。
3. 前記ガイドパッドの頂部の切刃による切削円周に対する径方向外側への突出量が０．５〜５０μｍの範囲にある請求項１又は２に記載の深穴切削装置。

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