JP6155860B2 - ボーリングバー構造と切削油供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、切削加工を目的としたボーリングバーの構造とそのボーリングバーでの切削油供給方法に関する。

例えば内燃機関用シリンダブロックのクランクシャフト取付穴（クランクシャフトベアリング穴）となるジャーナル部の切削加工を目的としてラインボーリング加工またはボーリング加工が行われる（例えば、特許文献１参照）。そして、この種のボーリング加工に適したボーリングバーとして例えば特許文献２（特に、図３および図８）に記載のものが提案されている。

この特許文献２に記載されたボーリングバーの構造では、バー本体の先端部に荒加工刃と仕上げ加工刃とを軸方向に並べて設けるとともに、バー本体の内部に切削油の供給路を設け、荒加工刃および仕上げ加工刃のそれぞれの斜め後方側から切削油を供給するようになっている。なお、バー本体には、荒加工刃および仕上げ加工刃と干渉しないように、いわゆるセルフガイドあるいはセルフセンタリングのための複数のガイドパッドが長手方向に沿って設けられている。

特開２００５−１７７８７２号公報 特開２００６−２６７１３号公報

特許文献２に記載されているようなボーリングバーを用いて例えばシリンダブロックにおけるクランクシャフトジャーナル部の加工を行う場合、それ自体で加工した穴をガイドパッドによるガイドにしながら次の穴（ジャーナル部）の加工を行うといういわゆるセルフガイド（セルフセンタリング）加工となるため、ガイドパッドに切粉が絡み付きやすく、切削加工面に傷を付けてしまうおそれがある。

また、シリンダブロックにおけるクランクシャフトジャーナル部の加工の特殊性として、シリンダブロック側の粗材がアルミニウム合金系のものであるのに対して、それと組み合わされるベアリングキャップ側の粗材が鉄系のものであるため、切削加工中に発生する切粉はアルミニウム系のものと鉄系のものとが混合したものとなり、鉄系の切粉の絡み付きにより相対的に軟質のシリンダブロック側の切削面に傷を付けてしまうおそれがある。特に、荒加工刃と仕上げ加工刃とが接近して配置されていると、両者の間に切粉が絡み付きやすくなり、上記不具合の発生が顕著となる。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、加工中に発生する切粉を効果的に処理して切削面の傷付き等を抑制するようにしたボーリングバーの構造と切削油供給方法を提供するものである。

本発明では、バー本体の先端部に切削加工刃を設けるとともに、その切削加工刃よりもバー本体の軸方向後方側に複数のガイドパッドを設けてあるボーリングバーの構造として、上記切削加工刃よりも軸方向後方側から当該切削加工刃に向けて軸方向とほぼ平行に切削油を吐出する切削油供給口を設けてある構造としてある。さらに、上記ガイドパッドはバー本体の円周方向に配置されてそれぞれに当該バー本体の軸方向に延在しているとともに、上記ガイドパッド同士の間にガイドパッド用の複数の切削油供給口を設けてあり、上記ガイドパッド用の複数の切削油供給口がバー本体の軸方向で互いにオーバーラップしている構造としてある。

また、本技術を方法として捉えるならば、バー本体の先端部に切削加工刃を設けるとともに、その切削加工刃よりもバー本体の軸方向後方側に複数のガイドパッドを設けてあるボーリングバーの切削油供給方法として、上記切削加工刃よりも軸方向後方側から当該切削加工刃に向けて軸方向とほぼ平行に切削油を吐出するようにしたものである。さらに、上記ガイドパッドはバー本体の円周方向に配置されてそれぞれに当該バー本体の軸方向に延在していて、上記ガイドパッド同士の間にバー本体の軸方向で互いにオーバーラップするように設けたガイドパッド用の複数の切削油供給口からも切削油を吐出するようにしたものである。

本発明によれば、切削加工刃の前方側に向かって切粉を積極的に排出することにより、切削加工刃やその後方側のガイドパッドに切粉が絡みにくくなり、切削加工面での傷付きの発生を抑制できる。

本発明に係るボーリングバーの実施の形態を示す図で、シリンダブロックに対するボーリング加工例を示す概略説明図。 図１におけるボーリングバーの詳細を示す図で、（Ａ）はボーリングバーの先端部の拡大図、（Ｂ）は同図（Ａ）の右側面図。 図１に示したボーリングバーをより具体化した上でシリンダブロックに対する実際の加工形態を示す説明図。 （Ａ）は図３に示したボーリングバー単体での説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）のａ−ａ線に沿った拡大断面図、（Ｃ）は比較例を示す拡大断面図。

図１以下の図面は本発明に係るボーリングバーを実施するためのより具体的な形態を示し、シリンダブロックにおけるクランクシャフトジャーナル部の加工例を模式的に示している。

ここでは、加工母機として汎用型のマシニングセンタを使用した加工例を示しており、図１に示すように、加工対象となるワークとしてのシリンダブロック１は図示外のワークベースに固定される一方、回転式のボーリング加工用切削工具であるところのボーリングバー５はツールホルダ６を介してマシニングセンタの図示外の主軸に装着される。

シリンダブロック１の下部には予め複数のベアリングキャップ２が装着されており、シリンダブロック１側の半円状のジャーナル面とベアリングキャップ２側の同じく半円状のジャーナル面とで、クランクシャフトジャーナル部３となる複数の下穴が気筒列方向に形成されていることになる。また、シリンダブロック１側にはクランクシャフトジャーナル部３への給油を目的とした油路４が形成されており、この油路４はジャーナル給油穴４ａとしてそれぞれのクランクシャフトジャーナル部３に開口している。

また、ボーリングバー５におけるバー本体７の先端部には切削加工刃として、荒削り加工刃８と、当該荒削り加工刃８による切削加工面に仕上げ加工を施す仕上げ加工刃９とが設けられているとともに、バー本体７の外周面にはこれらの荒削り加工刃８および仕上げ加工刃９と干渉しないように複数のガイドパッド１０が設けられている。

図１での加工形態としては、シリンダブロック１を固定側としてボーリングバー５を回転させ、そのボーリングバー５に所定の送りを与えてクランクシャフトジャーナル部３に挿入し、手前側のクランクシャフトジャーナル部３から順に切削加工を施すことになる。この場合において、ボーリングバー５の外周には複数のガイドパッド１０を設けてあり、荒削り加工刃８および仕上げ加工刃９で加工した穴（クランクシャフトジャーナル部３）をガイドパッド１０によりガイドにしながら次のクランクシャフトジャーナル部３に切削加工を施すものであり、いわゆるセルフガイド加工またはセルフセンタリング加工のかたちで切削加工が行われることになる。

図２の（Ａ），（Ｂ）は図１に示したボーリングバー５の先端部の詳細を示している。同図に示すように、ボーリングバー５のバー本体７の先端部を二段にわたって切り欠いて二つのポケット部（溝部）１１ａ，１１ｂを形成してあり、一方のポケット部１１ａには荒削り加工刃８を、他方のポケット部１１ｂには仕上げ加工刃９をそれぞれに装着して、荒削り加工刃８と仕上げ加工刃９とを並べて設けてある。荒削り加工刃８はその機能よりしてバー本体７の軸方向において仕上げ加工刃９よりも前方側に位置し、他方、仕上げ加工刃９の切れ刃はその機能よりして荒削り加工刃８の切れ刃よりも外周側に位置している。また、図２の（Ｂ）から明らかなように、バー本体７の円周方向において、荒削り加工刃８の位相位置と仕上げ加工刃９の位相位置とを円周方向で所定角度だけ異ならせてある。なお、これらの荒削り加工刃８および仕上げ加工刃９としては、その脱着交換が可能なスローアウェイチップ方式のものが採用されている。

バー本体７の中心部には長手方向に沿って切削油供給通路１２を形成してある。この切削油供給通路１２は二つの分岐通路１３，１４により半径方向にほぼ直角に分岐していて、これらの切削油供給通路１２および分岐通路１３，１４にはマシニングセンタ側から切削油が所定の圧力で供給される。

そして、一方の分岐通路１３は荒削り加工刃８の後方側まで延在した上でさらにバー本体７の前方側に向かってほぼ直角に、すなわちバー本体７の軸方向とほぼ平行となるように向きを変え、最終的には荒削り加工刃８の後方側直近位置にある壁面に荒削り加工用の円形の切削油供給口１３ａとして開口している。また、もう一方の分岐通路１４は仕上げ加工刃９の後方側まで延在した上でさらにバー本体７の前方側に向かってほぼ直角に、すなわちバー本体７の軸方向とほぼ平行となるように向きを変え、最終的には仕上げ加工刃９の後方側直近位置にある壁面に仕上げ加工用の円形の切削油供給口１４ａとして開口している。

ここで、図２の（Ｂ）から明らかなように、バー本体７の半径方向において、仕上げ加工刃９の切れ刃はその機能よりして荒削り加工刃８の切れ刃よりも外周側に位置していることから、同様にして、仕上げ加工用の切削油供給口１４ａは荒削り加工用の切削油供給口１３ａよりも外周側に位置している。

これにより、ボーリングバー５による加工中において、荒削り加工用の切削油供給口１３ａからは荒削り加工刃８のすくい面に沿って当該荒削り加工刃８の切れ刃に向けて切削油が吐出（供給）され、同様に仕上げ加工用の切削油供給口１４ａからは仕上げ加工刃９のすくい面に沿って当該仕上げ加工刃９の切れ刃に向けて切削油が吐出（供給）されることになる。そして、いずれの場合においても、切削油供給口１３ａ，１４ａからの切削油の供給方向はバー本体７の軸方向とほぼ平行なものとなる。

このように、荒削り加工用の切削油供給口１３ａおよび仕上げ加工用の切削油供給口１４ａから個別に切削油をバー本体７の軸方向とほぼ平行に吐出供給することにより、荒削り加工であるか仕上げ加工であるかにかかわらず、発生した切粉Ｆは切削油の力により常に前方側に排出されることになり、荒削り加工刃８および仕上げ加工刃９よりも後方側のガイドパッド１０に切粉が回り込むのを抑制することができるとともに、クランクシャフトジャーナル部３に開口しているジャーナル給油穴４ａへ切粉Ｆが入り込むのを未然に防止することができる。

なお、クランクシャフトジャーナル部３のジャーナル給油穴４ａに切粉Ｆが入り込むと、加工が進んで当該クランクシャフトジャーナル部３にガイドパッド１０が摺接するようになった段階で、そのクランクシャフトジャーナル部３とガイドパッド１０との間に切粉Ｆを噛み込んで切削加工面に傷を付けてしまうおそれがあるが、上記のようにバー本体７の軸心とほぼ平行な切削油の流れにより、切粉Ｆを常に荒削り加工刃８および仕上げ加工刃９の前方側に排出することにより、切粉Ｆによる切削加工面に傷付きを未然に防止できるようになる。

しかも、図２の（Ｂ）に示すように、バー本体７の円周方向において荒削り加工刃８および仕上げ加工刃９の位相位置をずらしてあるため、双方の加工刃同士の間に切粉Ｆが滞留してしまうことがなく、一段と切粉Ｆを前方側に排出しやすくなる。

さらに、仕上げ加工用の切削供給口１４ａは荒削り加工用の切削供給口１３ａよりもバー本体７の径方向外側に位置しているため、荒削り加工で発生した切粉Ｆが仕上げ加工刃９のポケット部１１ｂに滞留してしまうことがなく、荒削り加工で発生した切粉Ｆを安定して前方側に排出できるようになる。

図３は図１，２に示したボーリングバー５をより具体化した上でシリンダブロック１に対する実際の加工形態を示していて、同図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の順に加工が進捗している。

図３に示すように、ボーリングバー５のバー本体７には荒削り加工刃８および仕上げ加工刃９のほかに、これらの荒削り加工刃８および仕上げ加工刃９の後方側に複数のガイドパッド１０を設けてあることは先に述べたとおりである。ガイドパッド１０はバー本体７の外周面に円周方向に沿って等ピッチで設けられていて、同時にバー本体７の長手方向に延在している。これらのガイドパッド１０は、ボーリングバー５の先端側の荒削り加工刃８または仕上げ加工刃９による加工中に、その加工中のクランクシャフトジャーナル部３よりも後方側の既に切削加工済みのクランクシャフトジャーナル部３の加工面と摺接して、ボーリングバー５のセルフガイド機能またはセルフセンタリング機能を発揮することになる。

また、ボーリングバー５のバー本体７の外周面において、隣接するガイドパッド１０，１０同士の間には複数のガイドパッド１０用の切削油供給口１５を設けてある。これらの隣接するガイドパッド１０，１０同士の間の切削油供給口１５は、バー本体７の軸方向に直列に且つ円周方向に複数個並設され、バー本体７の軸方向では円周方向で隣接する切削油供給口１５，１５同士が互いにオーバーラップしている。

図４の（Ａ）は図２に示したボーリングバー５単独での状態を示していて、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のガイドパッド１０用の切削油供給口１５の詳細を示している。同図に示すように、バー本体７の外周面に軸方向に沿ってスリット状の溝部１６を形成し、この溝部１６の後端部には図２の切削油供給通路１２から分岐した分岐通路１７をその溝部１６の長手方向に対して直交するように接続してある。そして、溝部１６と分岐通路１７との接続部にはオリフィス１８を介装してあるとともに、溝部１６とオリフィス１８との交差部を含む溝部１６の後半部分を蓋体としてのカバープレート１９にて閉蓋してある。これにより、溝部１６のうち閉蓋部分以外の部分をガイドパッド１０用の切削油供給口１５としてバー本体７の外周面に開口させてある。なお、カバープレート１９は各ガイドパッド１０の外周面よりも突出することがないように所定量だけ内側に位置している。

ここで、図２に示したように、バー本体７の中心部に形成された切削油供給通路１２は、先に述べた荒削り加工用の切削油供給口１３ａおよび仕上げ加工用の切削油供給口１４ａのほか、図４に示したガイドパッド１０用の切削油供給口１５に共用化されている。したがって、シリンダブロック１に対するボーリングバー５での加工中は、荒削り加工用の切削油供給口１３ａおよび仕上げ加工用の切削油供給口１４ａから切削油が連続的に吐出されるとともに、それぞれのガイドパッド１０用のスリット状の切削油供給口１５からも切削油が連続的に吐出される。

この場合において、切削系とガイド系のそれぞれに過不足なく切削油が供給されることが望ましく、例えばマシニングセンタ側からボーリングバー５側への切削油の総供給量のうちその８０％程度を荒削り加工用の切削油供給口１３ａおよび仕上げ加工用の切削油供給口１４ａからの吐出供給量とし、残りの２０％程度をガイドパッド１０用の切削油供給口１５からの吐出供給量とする。こうすることにより、切削加工部における冷却性および切粉の排出性の確保とともに、ガイドパッド１０によるガイド機能の安定性および切粉Ｆの噛み込み防止を達成することができる。

したがって、隣接するガイドパッド１０，１０同士の間に互いにオーバーラップするかたちで複数のスリット状の切削油供給口１５が形成されているため、ボーリングバー５の回転中においても各ガイドパッド１０を含むボーリングバー５の外周面には常に切削油がまとわりつくように安定して且つ満遍なく付帯していることになる。そのため、ガイドパッド１０によるセルフガイド機能またはセルフセンタリング機能が安定して発揮されるとともに、万が一、図１，２に示したジャーナル給油穴４ａに切粉Ｆが入り込んでいるような場合でも、この切粉Ｆが落ちてきてガイドパッド１０との間に噛み込んでしまうことがない。

また、図４の（Ｂ）のガイドパッド１０用の切削油供給口１５の構造に着目した場合、オリフィス１８の下流側での圧力降下のために切削油供給口１５を長手方向に流れる切削油の流れが遅くなるため、ボーリングバー５が回転してもその周囲に切削油をまとわりつかせるようにして保有させることができるため、安定した潤滑効果が期待できる。

ここで、図４の（Ｃ）に示すように、同図（Ｂ）のオリフィス１８に代えてエルボ状のノズル２８の採用を試みたが、ガイドパッド１０用の切削油供給口１５での長手方向での流速が速くなりすぎ、ボーリングバー５の回転時に遠心力の影響で切削油がボーリングバー５の外周から離れてしまい、潤滑性能が十分でないことが判明した。その代替手段として同図（Ｂ）の構造を採用したものである。

１…シリンダブロック
２…ベアリングキャップ
３…クランクシャフトジャーナル部
５…ボーリングバー
７…バー本体
８…荒削り加工刃（切削加工刃）
８…仕上げ加工刃（切削加工刃）
１０…ガイドパッド
１３ａ…荒削り加工用の切削油供給口
１４ａ…荒削り加工用の切削油供給口
１５…ガイドパッド用の切削油供給口
１６…溝部
１７…分岐通路（切削油供給通路）
１８…オリフィス
１９…カバープレート（蓋体）

Claims (9)

1. バー本体の先端部に切削加工刃を設けるとともに、その切削加工刃よりもバー本体の軸方向後方側に複数のガイドパッドを設けてあるボーリングバーの構造において、
   上記切削加工刃よりも軸方向後方側から当該切削加工刃に向けて軸方向とほぼ平行に切削油を吐出する切削油供給口を設けてある一方、
   上記ガイドパッドはバー本体の円周方向に配置されてそれぞれに当該バー本体の軸方向に延在しているとともに、
   上記ガイドパッド同士の間にガイドパッド用の複数の切削油供給口を設けてあり、
   上記ガイドパッド用の複数の切削油供給口がバー本体の軸方向で互いにオーバーラップしていることを特徴とするボーリングバー構造。
2. 上記切削加工刃として、荒削り加工刃と、当該荒削り加工刃による切削面に仕上げ加工を施す仕上げ加工刃とを備えていて、
   上記荒削り加工刃よりも軸方向後方側から当該荒削り加工刃に向けて軸方向とほぼ平行に切削油を吐出する荒削り加工用の切削油供給口と、上記仕上げ加工刃よりも軸方向後方側から当該仕上げ加工刃に向けて軸方向とほぼ平行に切削油を吐出する仕上げ加工用の切削油供給口とを設けてあることを特徴とする請求項１に記載のボーリングバー構造。
3. 上記バー本体の円周方向において、荒削り加工刃の位相位置と仕上げ加工刃の位相位置とを異ならせてあることを特徴とする請求項２に記載のボーリングバー構造。
4. 上記バー本体の径方向において、荒削り加工用の切削油供給口よりも仕上げ加工用の切削油供給口を外側に設けてあることを特徴とする請求項３に記載のボーリングバー構造。
5. 上記ガイドパッドはバー本体の円周方向に均等に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のボーリングバー構造。
6. 上記バー本体の外周面に軸方向に沿って形成された溝部の後端部と、上記バー本体の中心部側から延びる切削油供給通路とを、上記溝部の長手方向とほぼ直交するオリフィスを介して接続するとともに、当該オリフィスとの交差部を含む上記溝部の後部を閉蓋し、
   上記溝部のうち上記閉蓋部以外の部分を上記ガイドパッド用の切削油供給口として開口させてあることを特徴とする請求項５に記載のボーリングバー構造。
7. バー本体の先端部に切削加工刃を設けるとともに、その切削加工刃よりもバー本体の軸方向後方側に複数のガイドパッドを設けてあるボーリングバーの切削油供給方法において、
   上記切削加工刃よりも軸方向後方側から当該切削加工刃に向けて軸方向とほぼ平行に切削油を吐出する一方、
   上記ガイドパッドはバー本体の円周方向に配置されてそれぞれに当該バー本体の軸方向に延在していて、
   上記ガイドパッド同士の間にバー本体の軸方向で互いにオーバーラップするように設けたガイドパッド用の複数の切削油供給口からも切削油を吐出することを特徴とするボーリングバーの切削油供給方法。
8. 上記切削加工刃として、荒削り加工刃と、当該荒削り加工刃による切削面に仕上げ加工を施す仕上げ加工刃とを備えていて、
   上記荒削り加工刃よりも軸方向後方側から当該荒削り加工刃に向けて軸方向とほぼ平行に切削油を吐出するとともに、上記仕上げ加工刃よりも軸方向後方側から当該仕上げ加工刃に向けて軸方向とほぼ平行に切削油を吐出することを特徴とする請求項７に記載のボーリングバーの切削油供給方法。
9. 上記荒削り加工用の切削油供給口から荒削り加工刃に向けて切削油を供給するとともに、上記バー本体の径方向において荒削り加工用の切削油供給口よりも外側に位置する仕上げ加工用の切削油供給口から仕上げ加工刃に向けて切削油を吐出することを特徴とする請求項８に記載のボーリングバーの切削油供給方法。

Images