JP5292045B2 - 深穴切削装置 - Google Patents

Description

本発明は深穴切削装置に関するもので、特に、穴の径が２０ｍｍ以下であるような小径の深穴を切削するのに好適な深穴切削装置に関する。

深穴加工方式には、一般に、ガンドリル方式と、ＢＴＡ（シングルチューブ）方式と、エジェクタ（ダブルチューブ）方式の３つが知られている。このうちガンドリル方式は、図示は省略するが、切屑排出用のＶ溝部を形成した中空状のドリルを使用し、ドリルシャンク内部を通して高圧の切削油を切切刃端部に送り込み、切刃で生成された切屑を高圧の切削油で破断し、Ｖ溝部から強制的に排出する方法で、径が細くて深い穴を精度良く明けることができる。

図５の(a) はＢＴＡ方式の深穴切削装置を示したもので、パイプ状ボーリングバー３１の先端側にドリルヘッド３２を装着し、このドリルヘッド３２の先端には切刃３３を固着し、またドリルヘッド３２の外周部にはガイドパッド３４を埋設固定し、また被削材Ｗの端面に近接してガイドブッシュ３５を組み込んだオイルプレッシャーヘッド３６を設け、被削材Ｗとオイルプレッシャーヘッド３６の端面どうしをシール材３７により塞いでいる。しかして、オイルプレッシャーヘッド３６の給油口３８より切削油を加圧供給すると、この切削油は、図中の矢印で示すように、ボーリングバー３１とガイドブッシュ３５との隙間から、被削材Ｗの加工された穴３９とドリルヘッド３２の外周面との隙間を通って切刃３３に達し、そこからドリルヘッド３２中央部の軸線方向に貫通する穴４０よりボーリングバー３１の中に流れ込む。切刃３３より生成される切屑Ｓは、その切削油に押し流されて、排出口４２より排出される。

図５の(b) はエジェクタ方式の深穴切削装置を示したもので、アウターチューブ４２とインナーチューブ４３との間に切削油供給路４４を形成すると共にインナーチューブ４３の内部を切削油排出路４６とする二重管からなるボーリングバー４１の先端部に、ドリルヘッド４５を装着すると共に、このドリルヘッド４５には前記切削油排出路４６に連通する切屑排出口４７を設け、ドリルヘッド４５の外周部には被削材Ｗの加工された穴３９と前記切削油供給路４４とを連通する連通孔４８を設け、更にインナーチューブ４３の後端側にスリット４９を開口して、前記切削油排出路４６とその外部の切削油供給路４４とを連通させ、ボーリングバー４１の後端側に切削油給排ケーシング５０を設けている。尚、図５の(a) に示すＢＴＡ方式と同じ部材については同一符号を付している。

しかして、切削中に切削油給排ケーシング５０の給油口５１より供給される切削油は、その大部分がアウターチューブ４２とインナーチューブ４３との間の切削油供給路４４を通って連通孔４８から外に出て、被削材Ｗの加工された穴３９とドリルヘッド４５の外周面との隙間を通って切刃３３に達し、切屑排出口４７よりインナーチューブ４３内の排出路４６に流入するが、前記給油口５１より供給される切削油の一部はスリット４９を通って直接前記切削油排出路に流れ込み、このとき切削油排出路４６の内部圧が負となる圧力差が生じて吸引力が発生し、その吸引効果により切屑Ｓを吸い込んで、ケーシング５０の排出口５２より排出するようになっている。

ところで、これからの深穴切削装置では、切削加工の高速化、高能率化の傾向に伴い、送り量や切り込み量の多い重切削が必要となるが、従来より小径の深穴切削に採用されているガンドリル方式によっては重切削を行うことができない。即ち、ガンドリル方式は、ガンドリルがドリルシャンクの側面部に切屑排出用Ｖ溝部を形成しているため、ドリル全体の剛性が低く、捩れ及び曲げモーメントに対して弱く、それがために切削加工速度をＢＴＡ方式やエジェクタ方式の場合の約１／３程度迄落とさざるを得ず、作業能率が非常に悪い。この重切削を行うには、ＢＴＡ方式やエジェクタ方式を採用するしかない。

然るに、ＢＴＡ方式を採用した場合、このＢＴＡ方式の深穴切削装置では、切削進行により穴の深さが深くなるにつれて管内抵抗が次第に大きくなり内部圧力が高くなるため、深穴切削中に刃先が潰れるなどの切刃の損傷によって切削油の油圧が異常に高くなった時にその異常圧を検知して切削油の供給や工具の回転を即時に停止させる安全装置を設置しても、その安全装置を正確に作動させることができなくなる。

即ち、ＢＴＡ方式の深穴切削装置によって上記のような小径深穴加工を行うとすれば、ボーリングバー３１乃至ドリルヘッド３２の外周面と、加工された穴３９との隙間が可なり小さくなるため、深穴の切削進行中にその隙間が切屑Ｓによって詰まり易く、従って直ぐに切削油が高圧状態となって、実際に切刃３３が破損していないにもかかわらず、安全装置が作動するようになるからである。要するに、ＢＴＡ方式によっては、切削油の油圧状態を完全に把握することができない。

またＢＴＡ方式の深穴切削装置では、圧力のかかった切削油が切削穴の入口から洩れて吐出するのを防ぐために、被削材Ｗの端面とオイルプレッシャーヘッド３６の端面との間で密着するシール材３７を取り付ける必要があり、このシール材３７の取り付けに手間がかかっていた。

一方、エジェクタ方式の深穴切削装置では、アウターチューブ４２とインナーチューブ４３との間の切削油供給路４４に供給された切削油は、この切削油供給路４４を通ってドリルヘッド４５の切刃３３側に送給されるが、切削油の一部がスリット４９からインナーチューブ４３内に排出路に流れ込むことから、ドリルヘッド４５の切刃３３側に送給される切削油の圧力が弱く、従って小径深穴切削の場合にはドリルヘッド４５外周と切削穴３９との隙間が小さいために切削油が切刃３３に対して十分に供給され難く、しかも切屑Ｓを排出する力が弱く、ＢＴＡ方式に比べて切屑排出能力が劣る。

本発明は、上記の事情に鑑み、ＢＴＡ方式にエジェクタ方式を取り入れることにより、穴径が２０ｍｍ以下であるような小径深穴切削加工におけるＢＴＡ方式の欠点である切削油の異常高圧化を回避して油圧状態を確実に把握できるようし、更に切削油を切刃に十分且つスムーズに供給できるようにすると共に、切屑を強力に排出できるようにして、切屑の排出能力を高め、小径深穴切削加工の性能を高めることのできる深穴切削装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明の深穴切削装置は、アウターチューブ２とインナーチューブ３との間に切削油供給路４を形成すると共にインナーチューブ３の内部を切削油排出路１０とする二重管からなるボーリングバー１の先端側にドリルヘッド５を装着し、ドリルヘッド５には前記切削油排出路１０に連通する切屑排出口１１を設け、ドリルヘッド５の外周部には加工された穴１２と前記切削油供給路４とを連通する連通孔１３を設け、インナーチューブ３の後端側にスリット２０を開口して、前記切削油排出路１０と前記切削油供給路４とを連通させ、ボーリングバー１の前部側にオイルプレッシャーヘッド６を設けて、該オイルプレッシャーヘッド６によって前記加工された穴１２と前記アウターチューブ２の外周面との隙間Ｔから第１切削油を切刃８側に供給するように構成する一方、ボーリングバー１の後端側に切削油給排ケーシング７を設けて、その給油口１８より第２切削油を前記切削油供給路４から前記ドリルヘッド５の連通孔１３へ供給すると共にその第２切削油の一部を前記スリット２０から前記切削油排出路１０に流入させることによって、その切削油排出路１０内が負圧となるように構成し、
前記切刃８側に供給された第１切削油と前記連通孔１３へ供給された第２切削油とは、同時に前記加工された穴１２と前記ドリルヘッド５の外周面との隙間Ｔａに流入して合流し、その合流した双方の切削油が前記切屑排出口１１から負圧となった前記切削油排出路１０に押し流されて排出されてなり、
前記オイルプレッシャーヘッド６は内部先端側にガイドブッシュ１５を有し、このガイドブッシュ１５はその尖端部１５ａを被削材Ｗの端面に押し付けてシール材を用いずにシールするようになっていることを特徴とする。

上記解決手段による発明の効果を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明の深穴切削装置は、ＢＴＡ方式にエジェクタ方式を取り入れて構成したもので、穴径が２０ｍｍ以下であるような小径の深穴切削加工におけるＢＴＡ方式の欠点である切削油の異常高圧化を、エジェクタ方式によりインナーチューブ３内の切削油排出路１０に生じる吸引効果による減圧作用によって回避できるようにしたから、安全装置を正確に作動させることができて加圧状態を確実に把握することができ、また切削油をドリルヘッド５の切刃８に十分且つスムーズに供給できるために良好な深孔加工を行うことができる。

また、オイルプレッシャーヘッド６によって加工穴１２とアウターチューブ２の外周面との隙間Ｔを通って強制的に供給される第１切削油と、切削油給排ケーシング７によってアウターチューブ２とインナーチューブ３との間の切削油供給路４を通ってドリルヘッド５側の連通孔１３より供給される第２切削油との双方の切削油を同時に、穴１２とドリルヘッド５外周面との隙間Ｔａに流入させて、切屑排出口１１から、負圧となったインナーチューブ３内の切削油排出路１０に押し流し、この排出路１０より排出口１９へと勢い良く排出させるようにするから、切削油の排出流量を必然的に大きくすることができて切屑Ｓの排出能力を高めることができ、それにより特に穴径が２０ｍｍ以下の小径深穴切削加工の性能を高めることができる。

また本発明によれば、オイルプレッシャーヘッド６の内部先端側に設けられるガイドブッシュ１５の尖端部１５ａを被削材Ｗの端面に押し付けてシール材を用いずにシールするようにしたから、従来のＢＴＡ方式の深穴切削装置に使用されるようなシール材が不要で、面倒な取付けの手間が省ける。

以下に本発明の好適な一実施形態を図面に基づいて説明すると、図１は本発明に係る深穴切削装置の全体を示す断面図、図２は図１に示す深穴切削装置の前部側を示す拡大図、図３はその後端側を示す拡大図であり、図４は被削材を切削しているドリルヘッド部分を拡大して示す拡大断面図である。

この深穴切削装置は、ＢＴＡ方式にエジェクタ方式を取り入れたもので、オイルプレッシャーヘッド６によって支持されるボーリングバー１を有し、このボーリングバー１は、アウターチューブ２とインナーチューブ３との二重管からなるもので、このアウターチューブ２とインナーチューブ３との間に切削油供給路４が形成されると共に、インナーチューブ３の内部が切削油排出路１０とされ、このボーリングバー１の先端部にはドリルヘッド５が装着され、ボーリングバー１の後端側には切削油給排ケーシング７が設けられている。

ドリルヘッド５には、図４から分かるように、先端に切刃８が固着され、その外周部にはガイドパッド９が埋設固定されていると共に、ボーリングバー１の内部の切削油排出路１０に通じる切屑排出口１１が設けられ、またドリルヘッド５の外周部には被削材Ｗの加工された穴１２と前記切削油供給路４とを連通する連通孔１３が設けられている。

ボーリングバー１の先端側に設けられたオイルプレッシャーヘッド６は、図１に示すように、略円筒状のヘッド本体６ａと、ヘッド本体６ａ内部の先端側に前部ホルダー６ｂを介して油蜜に保持されたガイドブッシュ１５と、ヘッド本体６ａ内部の後部側にボーリングバー１を油蜜に抱持するように設けられた後部ホルダー６ｃと、ヘッド本体６ａに対し回転可能で油蜜に外嵌された外筒体６ｄとからなるもので、切削油タンク（図示せず）から送られてくる高圧の切削油を外筒体６ｄの給油口１４で受け入れて、この給油口１４から通油路１７を経た切削油を、ボーリングバー１の外周面とガイドブッシュ１５の内周面との隙間から、被削材Ｗの加工された穴１２とボーリングバー１乃至ドリルヘッド５の外周面との隙間Ｔに加圧供給するようになっている。このオイルプレッシャーヘッド６は、上記のように加工された穴１２とボーリングバー１乃至ドリルヘッド５の外周面との隙間Ｔに高圧の切削油を供給する給油機能の他に、穴加工スタート時にボーリングバー１を適正位置にガイドするガイド機能、及びガイドブッシュ１５の尖端部１５ａを被削材Ｗの端面に押し付けてシールするシール機能を有する。

また、アウターチューブ２とインナーチューブ３との二重管からなるボーリングバー１の後端側に設けられた切削油給排ケーシング７は、エジェクタ方式に使用されるもので、給油口１８及び排出口１９を有する。この切削油給排ケーシング７を示す図３から分かるように、インナーチューブ３の後端はアウターチューブ２の後端より長く突出し、このインナーチューブ３の後端突出部分にスリット２０が開口されており、このスリット２０を介してインナーチューブ３の内部の排出路１０とその外部の切削油供給路４とが連通し、それにより切削油給排ケーシング７の給油口１８から切削油供給路４に供給される切削油の一部がスリット２０よりインナーチューブ３内の切削油排出路１０に流入するようになっている。

また、切削油給排ケーシング７のケーシング本体７ａには、図１，図３に示すように、駆動軸２１が軸受２２を介して同心状に回転自在に保持されている。この駆動軸２１は、先端部がケーシング本体７ａから突出する管状部２１ａにコレット式チャック２３のテーパ状コレット２３ａが嵌挿されていて、このコレット２３ａ内にボーリングバー１の後端部を挿入して、駆動軸２１のテーパ筒状部２１ａの先端部に螺嵌された締付ナット２３ｂを締め付けることによって、ボーリングバー１と一体回転可能に連結される。従って、駆動軸２１の後端フランジ部２１ｂを工作機械のスピンドル等に連結することにより、ボーリングバー１を回転駆動することができる。なお、この実施形態では、被削材Ｗを固定させ、ボーリングバー１を回転させて切削加工を行うが、ボーリングバー１を固定させて被削材Ｗを回転させてもよい。

また、コレット２３ａが挿入されたテーパ筒状部２１ａの内奥部には環状油路２４及び半径方向油路２５を形成したリング部材２６が嵌挿され、このリング部材２６の中空部にボーリングバー１の後端部が挿着され、しかしてケーシング本体７ａの給油口１８に供給される切削油は、このケーシング本体７ａの環状油路２７から駆動軸２１の半径方向油路２８及びリング部材２６の環状油路２４及び半径方向油路２５を通ってボーリングバー１の切削油供給路４に供給されると共に、その切削油の一部がインナーチューブ３のスリット２０よりその内部の切削油排出路１０に流入する。

上記のように構成される深穴切削装置によって、被削材Ｗに穴の直径が例えば１２ｍｍ程度の小径深穴を切削加工する時は、深穴切削装置を図１に示すように配置した状態で、例えばボーリングバー１を回転させながら、オイルプレッシャーヘッド６によって切削油を加工された穴１２とボーリングバー１との間隙Ｔに供給する一方、切削油給排ケーシング７の給油口１８からの切削油をボーリングバー１の切削油供給路４に供給すると共に、その切削油の一部をインナーチューブ３のスリット２０よりその内部の切削油排出路１０に流入させることにより、切削油排出路１０内が負圧状態となって吸引力を発生する。

オイルプレッシャーヘッド６によって加工穴１２とボーリングバー１との間隙Ｔに供給された切削油は、図４から分かるように、その隙間Ｔを通って、加工された穴１２とドリルヘッド５の外周面との隙間Ｔａから切刃８に達し、この切刃８によって生成される切屑Ｓと共に、ドリルヘッド５の切屑排出口１１よりインナーチューブ３内の切削油排出路１０に流れ込むようになる。

一方、切削油給排ケーシング７の給油口１８より供給される切削油の大部分は、アウターチューブ２とインナーチューブ３との間の切削油供給路４に供給され、この切削油供給路４を通って、図４の矢印で示すようにドリルヘッド５に設けられた連通孔１３から外へ出て、オイルプレッシャーヘッド６により間隙Ｔを通って供給されてくる切削油と合流しながら、加工された穴１２とドリルヘッド５の外周面との隙間Ｔａから切刃８に到達し、切屑Ｓと共にドリルヘッド５の切屑排出口１１よりインナーチューブ３内の切削油排出路１０に流入することになる。

しかして、切削油給排ケーシング７より供給される切削油の一部がインナーチューブ３のスリット２０からインナーチューブ３内の切削油排出路１０に流入することによって、切削油排出路１０には内圧が負となる圧力差を生じて吸引力が発生するから、この吸引力によるバキューム効果によって、加工された穴１２とドリルヘッド５乃至ボーリングバー１の外周面との隙間Ｔ，Ｔａの圧力を減圧させて、その隙間Ｔａを流れる切削油を切屑Ｓと共に、切屑排出口１１からインナーチューブ３内の切削油排出路１０に強制的に押し流すようになる。

この際、加工された穴１２とドリルヘッド５の外周面との隙間Ｔａには、図４から分かるように、オイルプレッシャーヘッド６によって穴１２とアウターチューブ２の外周面との隙間Ｔを通って強制的に供給されてくる切削油と、切削油給排ケーシング７によってアウターチューブ２とインナーチューブ３との間の切削油供給路４を通ってドリルヘッド５側の連通孔１３より供給されてくる切削油との双方の切削油が合流するが、この隙間Ｔａの圧力が切削油排出路１０に生ずるバキューム効果によって減圧されるから、その双方の切削油は、この隙間Ｔａをスムーズに通って切屑排出口１１からインナーチューブ３内の切削油排出路１０に強制的に押し流されるようになると共に、切削油排出路１０に沿って排出口１９へ勢い良く排出されることになって、切削油の排出流量が大きくなる。

従って、径小深穴加工における切削進行によって穴の深さが深くなっても、加工された穴１２とドリルヘッド５の外周面との隙間Ｔａが切屑Ｓにより詰まるようなことがなく、従ってその隙間Ｔａの油圧状態の異常高圧化を回避できて、安全装置を正確に作動させることができ、しかもドリルヘッド５の切刃８には常に切削油を十分且つスムーズに供給できて、良好な径小深穴加工が行えると共に、切屑Ｓの排出効果が非常に良好となる。

以上説明したように、この発明の深穴切削装置は、ＢＴＡ方式にエジェクタ方式を取り入れて構成されたものであって、ＢＴＡ方式の欠点である切削油の異常高圧化がエジェクタ方式によって回避されるから、安全装置を正確に作動させることができて、切削油の油圧状態を確実に把握することができ、また切削油を切刃８に十分且つスムーズに供給できるために良好な深孔加工を行うことができ、そしてまたオイルプレッシャーヘッド６によって穴１２とアウターチューブ２の外周面との隙間Ｔを通って強制的に供給されてくる切削油と、切削油給排ケーシング７によってアウターチューブ２とインナーチューブ３との間の切削油供給路４を通ってドリルヘッド５側の連通孔１３より供給されてくる切削油との双方の切削油を、穴１２とドリルヘッド５の外周面との隙間Ｔａに流入させて切屑排出口１１からインナーチューブ３内の切削油排出路１０に強制的に大量に流し込ませて、排出口１９へと勢い良く排出させるから、切削油の排出流量が必然的に大きくなり、切屑Ｓの排出能力を高めることができ、それにより特に穴径が２０ｍｍ以下の小径深穴切削加工の性能を十分に高めることのできる。

本発明に係る深穴切削装置の全体を示す断面図である。 図１に示す深穴切削装置の前部側を示す拡大図、 図１に示す深穴切削装置の後端側を示す拡大図である。 被削材を切削しているドリルヘッド部分を示す拡大断面図である。 (a) は従来のＢＴＡ方式の深穴切削装置を示す断面図、(b) は従来のエジェクタ方式の深穴切削装置を示す断面図である。

符号の説明

１ ボーリングバー
２ アウターチューブ
３ インナーチューブ
４ 切削油供給路
５ ドリルヘッド
６ オイルプレッシャーヘッド
７ 切削油給排ケーシング
８ 切刃
１０ 切削油排出路
１５ ガイドブッシュ
２０ スリット

Claims (1)

1. アウターチューブとインナーチューブとの間に切削油供給路を形成すると共にインナーチューブの内部を切削油排出路とする二重管からなるボーリングバーの先端側にドリルヘッドを装着し、ドリルヘッドには前記切削油排出路に連通する切屑排出口を設け、ドリルヘッドの外周部には加工された穴と前記切削油供給路とを連通する連通孔を設け、インナーチューブの後端側にスリットを開口して、前記切削油排出路と前記切削油供給路とを連通させ、ボーリングバーの前部側にオイルプレッシャーヘッドを設けて、該オイルプレッシャーヘッドによって前記加工された穴と前記アウターチューブの外周面との隙間から第１切削油を切刃側に供給するように構成する一方、ボーリングバーの後端側に切削油給排ケーシングを設けて、その給油口より第２切削油を前記切削油供給路から前記ドリルヘッドの連通孔へ供給すると共にその第２切削油の一部を前記スリットから前記切削油排出路に流入させることによって、その切削油排出路内が負圧となるように構成し、
   前記切刃側に供給された第１切削油と前記連通孔へ供給された第２切削油とは、同時に前記加工された穴と前記ドリルヘッドの外周面との隙間に流入して合流し、その合流した双方の切削油が前記切屑排出口から負圧となった前記切削油排出路に押し流されて排出されてなり、
   前記オイルプレッシャーヘッドは内部先端側にガイドブッシュを有し、このガイドブッシュはその尖端部を被削材の端面に押し付けてシール材を用いずにシールするようになっている深穴切削装置。
   

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