JP5167686B2

JP5167686B2 - 切削工具

Info

Publication number: JP5167686B2
Application number: JP2007117083A
Authority: JP
Inventors: 正治滝口; 壮史鷲見
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2027-04-26
Also published as: JP2008272851A

Description

本発明は、被切削材に予め設けられた下穴の内壁面を切削加工して加工穴を形成する切削工具に関する。

従来、エンジンのシリンダーボア等の加工に用いられる切削工具としては、例えば特許文献１に記載のボーリングカッタが知られている。これは軸線回りに回転される工具本体の先端部外周に形成された複数の取付座の夫々に、切刃を有する切削インサートがその切刃を工具本体の外周側及び先端側に突出させるようにして着脱可能に装着されて構成されている。このようなボーリングカッタ等の切削工具は、その工具本体がアダプタ等を介して工作機械の主軸端に取り付けられ、該工具本体の軸線回りに高速回転されるとともにこの工具本体の軸線方向に送りを与えられ、被切削材に予め設けられた下穴に挿入され前記切刃によりこの下穴の内壁面を荒切削して、所定の内径の加工穴を形成するようになっている。
特開平１０−１４６７１２号公報

ところでこのようなボーリングカッタ等の切削工具を用いて荒切削を行う際には、その結果拡径される加工穴の径を、後工程における仕上げ切削の仕上げ代が極力小さくなるように微調整するのが望ましい。しかしながら従来の切削工具では、この調整を行うには前記切削インサートが装着される工具本体を交換する以外になく、加工穴径の近似した工具本体を何種類も用意してそれらを管理し、所定の径に合わせて都度面倒な工具本体の交換作業を行わなければならないという課題があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、前記切削インサートが装着される工具本体を交換せずとも該切削インサートの切刃の位置を径方向に調整可能とし、被切削材に所定の加工穴を形成させることができ、従来のように工具本体を何種類も用意し管理したり交換作業に手間をとらせたりすることなく、作業性向上及びコスト削減を可能とする切削工具を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。すなわち本発明は、軸線回りに回転される工具本体の先端部外周に切刃が設けられ、前記軸線方向にこの工具本体を送り被切削材に設けられた下穴の内壁面を切削加工し加工穴を形成する切削工具であって、前記工具本体の先端部外周には、複数の取付座が設けられ、これら取付座には、前記切刃を有する切削インサートが着脱可能に設けられるとともに、前記切削インサートの挿通孔にクランプネジを挿通してねじ込むことにより、該切削インサートは前記取付座に固定されるようになっており、前記工具本体の先端部には、前記軸線方向の位置が調整されることによって径方向外側へと前記切削インサートを押圧する押圧面を複数備える調整プレートが備えられ、前記押圧面は、前記調整プレートの径方向外側に突出する複数の突出部に夫々形成されており、前記調整プレートが前記軸線方向に移動されるのに伴い、該調整プレートの複数の前記押圧面により径方向に前記切削インサートが夫々押圧されて、前記クランプネジが弾性変形することにより前記切削インサートの切刃が径方向へ位置調整され、前記工具本体と前記調整プレートとの間には、この調整プレートの前記軸線方向の位置を位置決めする調整スペーサーが介装されていることを特徴とする。

この発明に係る切削工具によれば、調整プレートの軸線方向の位置を調整して、この調整プレートを軸線方向に移動させることによって、押圧面により径方向外側に切削インサートが押圧されて、該切削インサートの径方向の位置が微調整されるので、切刃の外径が調整され、この切削工具の切削により拡径される被切削材の加工穴の径を前記工具本体の交換をせずとも調整させることができる。また前記調整プレートの前記押圧面がこの切削インサートを径外周方向へと押圧して切削インサートを支持することができるため、切削加工中の該切削インサートのブレや振動を極力防止することができる。

また、前記工具本体と前記調整プレートとの間には、この調整プレートの前記軸線方向の位置を位置決めする調整スペーサーが介装されているので、これにより、この工具本体を交換せずとも調整スペーサーを交換するだけで拡径される加工穴の径を調整することができる。
また、本発明の切削工具において、前記取付座は複数設けられており、前記工具本体の円周方向に不等間隔に配置されていることとしてもよい。

本発明に係る切削工具によれば、前記切削インサートが装着される工具本体を交換せずとも該切削インサートの切刃の位置を径方向に調整可能とし、被切削材に所定の加工穴を形成させることができ、従来のように工具本体を何種類も用意し管理したり交換作業に手間をとらせたりすることなく、作業性向上及びコスト削減を可能とすることができる。

以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る切削工具（ボーリングカッタ）の一部破断側面図である。また図２はこの切削工具を先端方向から見た正面図である。
この切削工具１０は、軸線Ｏを中心とした略多段円柱状をなす工具本体１を有している。この工具本体１の後端側（図１における上側）には、該工具本体１を工作機械（不図示）の主軸端に取り付けるための略円筒状の取付部２が形成されている。またこの取付部２の内周には、軸線Ｏに沿って延びるクーラントパイプ３が設けられている。

また前記工具本体１の先端側（図１における下側）には、前記軸線Ｏを中心として略多段円柱穴状に切り欠かれた調整プレート取付穴５が形成されている。この調整プレート取付穴５は、その後端の最底部に配置される穴底面１１が軸線Ｏと直交する円状平面に形成されている。またこの穴底面１１の中央部には、軸線Ｏに沿って後端方向へ穿設されネジ加工を施されたメネジ部１２が形成されている。

前記穴底面１１の外周縁から先端方向へ向けては円柱穴状に切り欠かれており、その内周面１４の先端側には、径方向に拡径され軸線Ｏと直交する円環状の平面に形成される調整スペーサー受け面１３が設けられている。そして前記調整プレート取付穴５は、前記調整スペーサー受け面１３の外周縁からさらにこの工具本体１の先端の工具先端面１Ａへ向けて開口するように円柱穴状に切り欠かれている。

また前記調整プレート取付穴５に配設される調整プレート９は略多段円柱状を成し、この調整プレート取付穴５に配設された状態で、その中央部に軸線Ｏ方向に沿うように形成されるボルト挿通孔１５に挿通されたボルト３１が前記メネジ部１２に螺合されることにより、外径が一段大きくされた円盤状のフランジ部１７を工具本体１の先端に向けて、前記工具本体１と固定されている。前記調整プレート９は、その後端に形成される円環状平面の調整プレート後端面１６の外周縁から先端方向へ向かって円柱状に形成される部分の外周面１８を前記内周面１４に摺接させて配設されている。前記外周面１８の先端側には前記フランジ部１７が形成されており、このフランジ部１７の後端の面には調整スペーサー押え面１９が形成されている。

調整スペーサー８は、断面方形のリング状を成し、その先端面と後端面と（以下「両面」と省略する）を前記調整スペーサー押え面１９と前記調整スペーサー受け面１３とに当接させて、これら調整スペーサー押え面１９と調整スペーサー受け面１３との間に介在され配設されている。そして前記調整プレート９は、前記ボルト３１を締め込んだ状態において前記調整スペーサー８がその両面を上記のように当接されることにより、それ以上軸線Ｏ方向後端側に移動されないようにして固定されている。また、この状態で、調整プレート９は前記調整プレート後端面１６と前記穴底面１１との間に若干の間隙を設けられている。

前記工具本体１の先端側外周には、この工具本体１が切り欠かれて先端側及び径方向外側に向けて開口する凹部６が円周方向に複数形成されており、この凹部６の工具回転方向Ｔの後方側には、切刃２５を有する切削インサート２０を装着するための取付座７が夫々設けられている。図２に示すように、本実施形態では５つの前記凹部６及び５つの前記取付座７が配設されている。またこれら５つの取付座７は、円周方向において不等間隔に配置されている。前記５つの取付座７は前記調整プレート取付穴５の径方向外側に形成されており、その内周側は切り欠かれ該調整プレート取付穴５と連通されている。

また前記フランジ部１７の外周縁には、前記取付座７と調整プレート取付穴５とが連通される切り欠き部に対応した位置に配置される５つの突出部１７Ａが設けられている。これらの突出部１７Ａは、前記軸線Ｏに対する径方向外側に突出する板状を成して夫々前記切り欠き部に嵌め入れ可能とされ、夫々その径方向外側の面が先端側から後端側へと向け軸線Ｏに漸次近接する傾斜平面状のテーパ面である押圧面１７Ｂとされている。

前記切削インサート２０は、超硬合金等の硬質材料によって構成され、外形が概略四角形平板状、より詳しくは正方形平板状をなしており、２つの四角形面２１と、これら２つの四角形面２１と直交するように配置された４つの側面２２とを備えた、いわゆるネガティブタイプの切削インサート２０である。そして前記四角形面２１と前記側面２２との交差稜線部には切刃２５が形成され、前記２つの四角形面２１の略中心を貫通しクランプネジ２３を挿通させるための挿通孔（不図示）が設けられている。

図３は、図１に示す切削工具の取付座７の側面図である。前記取付座７の工具回転方向Ｔの前方側を向く壁面７Ａは、図に示すように前記工具本体１の先端側（図３において下側）に向かうにしたがい漸次工具回転方向Ｔの後方側に後退するように軸線Ｏに対して傾斜させられている。また、この壁面７Ａには、図示しないネジ孔が穿設されている。さらに図１に示すように、前記取付座７の先端側を向く壁面７Ｂは、この工具本体１の径方向外側に向かうにしたがい漸次後端側へ後退するように傾斜させられて形成されている。

前記切削インサート２０は、該切削インサート２０の一方の四角形面２１を工具回転方向Ｔの前方側に向け他方の四角形面２１を取付座７の前記壁面７Ａに密着するように、且つ前記切削インサート２０の一の側面２２Ｃを工具本体１後端側に向けて取付座７の前記壁面７Ｂに当接させるようにして、この取付座７に配置される。そしてこの配置において切削インサート２０はその内周側を向く側面２２Ｄを前記調整プレート９の押圧面１７Ｂに当接させている。これらの側面２２Ｃ及び側面２２Ｄの当接により、この切削インサート２０は、その工具本体１の外周側及び先端側に突出させられて主切刃２５Ａとされる切刃２５が位置決めされる。この状態で、クランプネジ２３を前記切削インサート２０の挿通孔に挿通させて前記壁面７Ａに穿設されたネジ孔にねじ込むことにより、該切削インサート２０は前記取付座７に固定されるようになっている。

そして、調整プレート９の軸線Ｏ方向の位置を調整して、この調整プレート９を軸線Ｏ方向に移動させ、押圧面１７Ｂにより径方向に切削インサート２０が押圧され、外側に該切削インサート２０の位置が微調整されるので、切刃２５の外径が調整され、この切削工具１０の切削により拡径される被切削材の加工穴の径を前記工具本体１の交換をせずとも調整させることができるようになっている。

前記調整プレート９の軸線Ｏ方向の位置決めは、前記調整スペーサー８の厚みにより決められている。すなわちこの調整スペーサー８の厚みが薄くなれば前記調整プレート９は軸線Ｏ方向の後端側へ移動されて位置決めされ、逆に該調整スペーサー８の厚みが厚くなれば軸線Ｏ方向の先端側へ移動されて位置決めされるようになっている。前記押圧面１７Ｂは、この調整プレート９の軸線Ｏ方向の移動によりその位置が同様に位置決めされる。そして押圧面１７Ｂと当接される前記切削インサート２０の側面２２Ｄは、この押圧面１７Ｂがテーパ状に形成された状態において軸線Ｏ方向に移動されるのに伴い、クランプネジ２３が僅かに弾性変形することにより該クランプネジ２３のネジ部と前記挿通孔とのクリアランスの範囲内において前記切削インサート２０が微動してその径方向の位置が位置決めされるようになっている。

すなわち前記切削インサート２０は、前記調整スペーサー８の厚みを薄くすれば前記押圧面１７Ｂにより外周側へ向け大きな押圧量で押圧され、その切刃２５の径方向の位置が外側へ大きく突出させられる。逆に前記調整スペーサー８の厚みを厚くすれば前記押圧面１７Ｂによる押圧量は小さく、切削インサート２０の外側への突出量も小さくなる。このように前記調整スペーサー８を厚みの異なる部材に交換することにより、この切刃２５の径方向への位置調整が可能となる。また切刃２５の位置調整を前記調整スペーサー８の交換によらずに、押圧面１７Ｂの形成される径方向の位置が異なる別の調整プレート９へ交換することによっても調整を行うことができる。

また前記切削インサート２０が前記取付座７に装着されることにより、この切削インサート２０は、図１に示すように工具本体１の先端側及び径方向外側に向けてひとつの角部２４を突出させて、この角部２４において交差するように形成された一対の切刃２５のうち工具本体１の先端側に向けられた切刃２５が主切刃２５Ａとされている。この主切刃２５Ａと軸線Ｏと直交する平面とがなす角度γは、３°≦γ≦４５°の範囲内に設定されることが好ましく、本実施形態においてはγ＝５°とされている。前記角度γを大きくとれば、前記調整プレート９を軸線Ｏ方向へ僅かに調整するだけで前記切刃２５の径方向への位置を調整しやすくなり、また調整範囲も広くとれる。また角度γを小さくとれば、前記調整プレート９の軸線Ｏ方向の調整による前記切刃２５の径方向への位置調整は僅かになされるため、より細かく精度の高い調整を行うことができる。

また図２に示すように、切削インサート２０の工具回転方向Ｔの前方側を向けられた四角形面２１を基準としたラジアルレーキ角αは、この工具本体１の径方向外側に向かうにしたがい工具回転方向Ｔの後方側に後退するように負側（ネガティブ）に設定されている。前記ラジアルレーキ角αは、具体的には−１５°≦α≦−３°の範囲内に設定されることが好ましく、本実施形態ではα＝−８°に設定されている。これにより、前記工具本体１の径方向外側に向けられて外周逃げ面とされた前記切削インサート２０の側面２２Ｂに逃げが与えられることになる。

さらに図３に示すように、切削インサート２０の工具回転方向Ｔの前方側を向けられた四角形面２１を基準としたアキシャルレーキ角βは、この工具本体１の先端側に向かうにしたがい工具回転方向Ｔの後方側に後退するように負側（ネガティブ）に設定されている。前記アキシャルレーキ角βは、具体的には−１５°≦β≦−３°の範囲内に設定されることが好ましく、本実施形態ではβ＝−５°に設定されている。これにより、前記工具本体１の先端側に向けられて先端逃げ面とされた前記切削インサート２０の側面２２Ａに逃げが与えられることになる。

このようにして構成された切削工具１０は、工具本体１の取付部２を介して工作機械の主軸端に取り付けられ、工具本体１をその軸線Ｏ回りに高速回転するとともに軸線Ｏ方向に送りを与えられて、被切削材に予め形成された下穴に挿入されることにより、工具本体１の先端側に向けられた切削インサート２０の主切刃２５Ａによって下穴の内壁面を加工し所定の内径の加工穴を形成するものである。

また前記５つの凹部６の径方向外側を向く凹底面には、夫々前記クーラントパイプ３の先端部と連通されたクーラント排出孔４が前記主切刃２５Ａ方向へ開口され形成されている。この切削加工の際には、前記工作機械側から前記クーラントパイプ３へと切削油が供給され、この切削油が前記クーラント排出孔４を介して主切刃２５Ａに向け排出されるようになっている。

以上説明したように、本実施形態における切削工具１０によれば、その工具本体１の先端部に前記調整プレート９が配設され、該調整プレート９の軸線Ｏ方向の配設位置を前記調整スペーサー８の厚みにより位置決めさせている。また切刃２５を有する切削インサート２０は、前記調整プレート９の外周縁に備えられる前記押圧面１７Ｂの押圧によりその径方向の位置決めがなされている。よって、前記切削工具１０を用いて荒切削を行う際、その結果拡径される加工穴の径を、後工程における仕上げに合わせ微調整する必要がある場合、その調整を工具本体１の交換によらず前記調整スペーサー８を厚みの異なる別の調整スペーサー８へ交換することにより調整可能となっている。そして従来のように工具本体１を何種類も製作・管理したりその交換作業を行ったりすることなく、切削の作業性向上及び部材のコスト削減を可能としている。

また位置調整を前記調整スペーサー８の交換によらず、押圧面１７Ｂの形成される径方向の位置が異なる、あるいは前記調整スペーサー押え面１９の軸線Ｏ方向の位置が異なる別の調整プレート９へ交換することによっても行うことができる。また本発明の参考例として、調整スペーサー８を前記調整プレート９と一体のものとして形成したり、この調整スペーサー８をなくした構成としたりしてもよい。
なお調整の必要な量がごく僅かな場合には、調整スペーサー８や調整プレート９の交換をせずとも、前記ボルト３１の締め付けを強固に行うことで前記調整スペーサー８を軸線Ｏ方向に圧縮させ、前記押圧面１７Ｂに当接する切削インサート２０を径方向外側に押し出させて微調整させることも可能である。

また前記切削インサート２０は、上記構成により前記押圧面１７Ｂに径方向外側へ向け押圧され支持されているため、その切削加工中においても刃先にブレを生じさせにくく、振動を極力発生させないようになっている。

なお、前記切削インサート２０は、前記ラジアルレーキ角α及び前記アキシャルレーキ角βがともに負側（ネガティブ）となるよう装着されているので、工具本体１の先端側に向けられて先端逃げ面とされた側面２２Ａ及び工具本体１の径方向外側に向けられて外周逃げ面とされた側面２２Ｂに工具回転方向Ｔ後方側に向かうにしたがい後退するように逃げを与えることができ、これら先端逃げ面及び外周逃げ面が被切削材と摺接することを防止でき、切削加工を良好に行うことが可能である。また前記のようにネガティブタイプの切削インサート２０なので、切削代を大きくしても該切削インサート２０が破損するのを極力防止でき、切削加工を長期に亘り安定して行うことができる。

さらに、この切削工具１０は取付座７が円周方向に不等間隔に配置されているので、該取付座７に装着された切削インサート２０の主切刃２５Ａに作用する切削抵抗の大きさや作用時間が異なるものとなって、工具本体１にその固有振動数にあった周期的な振動（共振）が発生することを防止させる。また取付座７が５つ設けられる、いわゆる奇数刃の切削工具１０とされているので、工具本体１の共振をより確実に防止することができる。

また、主切刃２５Ａと軸線Ｏに直交する平面とがなす前記角度γは３°≦γ≦４５°の範囲内であり本実施形態においてはγ＝５°とされているので、切削抵抗の背分力を小さく抑え、工具本体１の振動を抑制することができるとともに切削時の衝撃が不必要に大きくなることを防止し、切削インサート２０の破損を極力防止できる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、本実施形態において前記凹部６及び取付座７は夫々５つ設けられ、円周方向に不等間隔に配置されるとしたがこれに限らず、被切削材の材質や切削条件等を考慮しその数量や配置を適宜設定することとしてもよい。

また、本実施形態において前記切削インサート２０は略正方形平板状としたがこれに限らず、各種多角形状の切削インサートを工具本体１の径方向に調整可能に配設するよう工具を構成してもよい。但し、押圧面１７Ｂと当接する切削インサート２０の側面２２Ｄは、軸線Ｏに対して傾斜して配設されるのが望ましい。また、前記押圧面１７Ｂの形状を傾斜平面状のテーパ面としたがこれに限らず、前記側面２２Ｄを径方向へ調整可能であればその形状を曲面状や角状としても構わない。但し、側面２２Ｄを安定して支持させるためにも、その形状を前記テーパ面とするのが望ましい。

本発明の一実施形態に係る切削工具の一部破断側面図である。本発明の一実施形態に係る切削工具を先端方向から見た正面図である。図１に示す切削工具の取付座の側面図である。

符号の説明

１工具本体
８調整スペーサー
９調整プレート
１０切削工具
１７Ｂ押圧面
２０切削インサート
２５切刃
３１ボルト
Ｏ軸線
Ｔ工具回転方向

Claims

軸線回りに回転される工具本体の先端部外周に切刃が設けられ、前記軸線方向にこの工具本体を送り被切削材に設けられた下穴の内壁面を切削加工し加工穴を形成する切削工具であって、
前記工具本体の先端部外周には、複数の取付座が設けられ、これら取付座には、前記切刃を有する切削インサートが着脱可能に設けられるとともに、
前記切削インサートの挿通孔にクランプネジを挿通してねじ込むことにより、該切削インサートは前記取付座に固定されるようになっており、
前記工具本体の先端部には、前記軸線方向の位置が調整されることによって径方向外側へと前記切削インサートを押圧する押圧面を複数備える調整プレートが備えられ、
前記押圧面は、前記調整プレートの径方向外側に突出する複数の突出部に夫々形成されており、
前記調整プレートが前記軸線方向に移動されるのに伴い、該調整プレートの複数の前記押圧面により径方向に前記切削インサートが夫々押圧されて、前記クランプネジが弾性変形することにより前記切削インサートの切刃が径方向へ位置調整され、
前記工具本体と前記調整プレートとの間には、この調整プレートの前記軸線方向の位置を位置決めする調整スペーサーが介装されていることを特徴とする切削工具。
請求項１記載の切削工具において、
前記取付座は複数設けられており、前記工具本体の円周方向に不等間隔に配置されていることを特徴とする切削工具。