JP6389205B2 - ドリルを用いた加工方法およびクーラント噴出穴付きドリル - Google Patents

Description

本発明は、ドリルの先端側にクーラントの噴出穴を有し、この噴出穴から切削刃と被削材との接触部位を狙って高圧でクーラントを供給することにより、ドリル刃先面及び切り屑の冷却と、切り屑の分断及び排出を行い、その結果、ドリルの送り速度を高めることができるようにし、効率の良い切削が可能なクーラント噴出穴付きドリルに関するものである。

従来、アルミ等の軽合金や鋼材料に穴開け加工する場合は、ドリルの刃先面と被削材との擦過による発熱に起因するドリルの損傷を防止し、長寿命化を図るためにドリルの先端側にクーラントの噴出穴を設けている。そして、ドリルの主軸内を貫通して設けられたクーラントの供給通路を通じて供給されたクーラントを前記噴出穴から噴出するようにしている。なお、工作機械用のドリルには、クーラントの供給通路が主軸と同様に捻られて形成されたツイストドリルと、製作時にツイスト加工されてないストレート形状のドリルがある。

従来の一般的なクーラントの噴出穴は、特許文献１の図面に示すように、２番逃げ面に開口させている。そして、この従来技術による加工状況は、図４に示す通りである。クーラントは、主軸部分の捻られたクーラント供給通路を通って、主軸先端の２番逃げ面に開口された噴出穴から噴出される。この噴出は、主軸の前方側へ噴出されるだけであるので、切削刃により削り出された被削材１の切り屑２の上から噴出されるようになり、切削刃３が被削材１と直接接触する部位には供給されない。そのため、被削材１との摩擦により切削刃３が高温になり、変形・摩耗が発生し、寿命が低下する等の問題があった。

特許文献１の技術は、このような問題点を解決するために開発されたものである。この特許文献１には、クーラントの噴出穴（ホール）をその目的に応じて異なる三箇所に設ける場合が開示されている。

その一つ目の設置箇所は、特許文献１の段落「０００５」に記載されているように、逃げ面の３番面の切り屑排出溝側である。これは、実際に切削する先端刃に直接クーラントを供給せず、対抗する次の刃の冷却、潤滑を行うためであると記載されている。これにより、クーラントでドリル本体の冷却、切屑等の冷却、飛散を行うとともに、スムーズな切り屑排出ができ工具寿命が延長できると記載されている。しかしながら、これらの効果は、クーラントの一般的な効果でしかない。

また開口位置を少なくとも３番面の切り屑排出溝側としたのは、切り屑が擦過により強圧縮される近傍に供給するためであると記載されている。しかしながら、開口位置を少なくとも３番面の切り屑排出溝側としただけでは、特に負荷の大きい作用箇所を狙ってクーラントを供給できるものの、切削刃と被削材とが接触する部位へ直接クーラントを供給することはできず、その効果が不十分であった。

特許文献１に開示されているクーラント噴出穴の二つ目の設置箇所は、段落「０００６」に記載されているように、刃溝内である。刃溝内の壁に更なる１つ以上の開口が設けられていると、先端刃の逃げ面に開口を配置する従来の配置の場合より、直接的に作用箇所へクーラントが導かれることになると記載されている。

しかしながら、刃溝は湾曲した溝内面が捻れて先端刃からシャンク部基端部まで続いており、刃溝内の壁へクーラントの噴出穴を開口したとしても、切削刃と被削材との接触部分へクーラントを直接噴出することは不可能である。すなわち、刃溝にクーラントの噴出穴を開口した場合は、クーラントの噴出角度を切削刃と被削材との接触部分へ向けることが不可能であった。

特許文献１に開示されているクーラント噴出穴の三つ目の設置箇所は、段落「０００７」に記載されているように、すくい面上の切り屑発生に重要な作用区域近くである。しかも、このすくい面上の位置としては、噴出穴の開口をチゼル刃の近くに、特にチゼル刃に直接隣接するすくい面に設けたり、コーナーに比較的近い区域に設ける旨の記載がある。ところで、すくい面は、切削刃から切り屑の排出溝へ至る面であり、通常は垂直壁面をなしている。

このようにチゼル刃に直接隣接するすくい面に開口を設けたとしても、すくい面自体が切削刃から連続して切り屑排出溝へ至る垂直面であるため、開口は切削刃の位置からある距離だけ離れたところにしか形成できない。そのため、この垂直面に開口された噴出穴から噴出されたクーラントは、前記距離の分だけ離れた位置で切り屑に直接あたるようになる。従って、切削刃と被削材とが接触する部位に直接クーラントを供給することはこの場合もできなかった。そのため、切削刃及びチゼル刃の冷却効果がまだ不十分であるという問題があった。

一方、この種のツイストドリルのクーラントの供給圧力としては、７ＭＰａに満たない圧力で供給しているのが現状である。その理由は、解らないが、工作機械の対応がないこと、ホルダー工具がないこと、また７ＭＰａ以上のデーターがない事などが挙げられる。例外として、特許文献２に示すように、細穴加工の場合に圧力損失が大きいことを考慮して１０ＭＰａ〜１４ＭＰａ程度の高圧力で噴出するようにしている。

特開２００１−１７０８１０号公報 特開２００４−０４２２０９号公報

このように、前記特許文献１等に示すドリルでは、クーラントの噴出穴を第３番逃し面の切り屑排出溝面寄りと、切り屑排出溝面と、すくい面とにそれぞれ設ける場合が開示されているが、いずれの場合も切削刃と被削材とが接触する部位へクーラントを直接噴出することができないでいた。

そのため、３番逃げ面へクーラント噴出穴を開口する一般的な技術に比較して、クーラントが噴出される位置を切削刃と被削材とが接触する部位へ近づけることはできるもののドリル本体及び被削材の冷却、排出効果がまだ不十分であった。

また特許文献２等に示す技術では、クーラントの供給圧力を１０ＭＰａ以上１４ＭＰａ程度までとしているが、これは細穴加工の場合のものであり、一般の穴加工においては、７ＭＰａに満たない圧力であった。そのため、加工部位へのクーラントの供給が不足し、切削刃の冷却及び切り屑の排出が不十分となっていた。従って、従来は、数ミリ穴加工した後、一旦、ドリルを後退させて切削刃の冷却と切り屑の排出とを行い、その後さらにドリルを前進させて切削を行うというように、ドリルの前進後退を繰り返して穴加工することが一般的に行われており、非効率的であった。

また７ＭＰａに満たない供給圧力であると、切り屑の分断効果に欠けるため、かなり長い寸法まで切り屑が連続して生成され、切り屑がドリルの排出溝から円滑に排出されなかったりすることがあった。しかも、長い切り屑は、嵩高くなり、任意の収容形態になり難いので、その処理に困ることがあった。

本発明は、従来の前記問題点に鑑みてこれを改良除去したものであって、クーラントを直接、切削刃と被削材とが接触する部位へ供給することで、切削刃及び被削材の優れた冷却を行い、また上記部位へのクーラントの供給とその供給圧力を高圧にすることとの相乗効果により、切り屑の細かい分断を実現し、切り屑の排出及びその後処理を容易化することのできるドリルを用いた加工方法およびドリルを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明が採用した請求項１の手段は、主軸の先端部にクーラントの噴出穴を設けたドリルを用いた加工方法であって、前記主軸の先端部に、切削刃と、該切削刃に臨む排出溝面と、該排出溝面に臨む逃げ面とを有するドリルの、該排出溝面と該逃げ面とに跨がる位置に配された噴出穴から、７ＭＰａ以上で３０ＭＰａ以下の高圧で噴出されるクーラントを、前記ドリルの切削刃と被削材との接触部分に直接噴出し、前記被削材から削り取られた切り屑を分断しながら該被削材を加工することを特徴とするドリルを用いた加工方法。

前記課題を解決するために本発明が採用した請求項２の手段は、請求項１に記載のドリルを用いた加工方法に用いるクーラント噴出穴付きドリルであって、主軸と、該主軸の内部に捻れて形成されるクーラントの供給通路と、を備え、前記主軸の先端部に、切削刃と、該切削刃に臨む排出溝面と、該排出溝面に臨む逃げ面と、を有し、前記排出溝面と前記逃げ面とに跨がる位置に噴出穴を有し、前記逃げ面が、前記供給通路の捻れ方向の延長線上であって、その延長線上の行き着く先が前記切削刃と被削材との接触部分となる傾斜角度であることを特徴とするクーラント噴出穴付きドリルである。

本発明によれば、噴出穴から噴出されるクーラントは、切削刃と被削材とが直接接触する部位へ供給されるので、これらの冷却効果に優れ、ドリルの摩耗を抑制してその長寿命化を図ることが可能である。またその結果として、加工速度を上げることができ、優れた効率のよい穴加工が可能である。

更に、切削刃と被削材とが直接接触する部位へクーラントを供給するので、削り出された切り屑が短い寸法で分断され易くなるという効果もある。

また、クーラントを７ＭＰａ以上で３０ＭＰａ以下の高圧で噴出することにより、クーラントが切削刃と被削材との接触部位へ供給され、更にその供給圧力が前記の如く極めて高圧であるので、被削材から削り取られた切り屑は、極めて短い寸法の段階で直ぐに分断されてクーラントと共に排出溝へ流れていき、スムーズに排出溝からドリル外へ排出される。このように切り屑が極めて短い寸法に分断されているので、主軸の周囲に捻れて存在する排出溝を通り易くなる。またドリルから離れた後は、任意の形状の容器に収容することができ、その処理も容易である。

本発明の第一の実施の形態に係るクーラント噴出穴付きドリルの刃先を正面から見た図面である。 本発明の第一の実施の形態に係るクーラント噴出穴付きドリルの主軸先端部を示す側面図である。 本発明の第二の実施の形態に係るクーラント噴出穴付きドリルの主軸先端部を示す側面図である。 本発明の実施の形態に係るクーラント噴出穴付きドリルの刃先と被削材との関係を示す断面図である。 従来のクーラント噴出穴付きドリルの刃先と被削材との関係を示す断面図である。

以下に、本発明の構成を図１及び図２に示すツイストドリルの場合の第一の実施の形態に基づいて説明すると次の通りである。図１に示すように、この実施の形態のドリル１１はハイス鋼や超硬合金で成形されたツイストドリルであり、切削刃１２，１２が対称となる位置に二枚設けられており、所定のマージン幅Ｍを有している。切削刃１２の後には第１の逃げ面１３が形成され、更に第２の逃げ面１４、第３の逃げ面１５と続いて切り屑の排出溝面１６へ至っている。また対称配置された切削刃１２どうしの間にはチゼル刃１７が形成されている。そして、チゼル刃１７と、第３の逃げ面１５との間には三角形状の垂直な面１５Ａが形成されている。

而して、この実施の形態にあっては、第３の逃げ面１５と、これに繋がる切り屑排出溝面１６とに跨ってクーラントの噴出穴１８を開口形成している。この位置へクーラントの噴出穴１８を設けた理由は、噴出穴１８から噴出されるクーラントの行き着く先が切削刃１２と被削材との接触する部位となるようにするためである。

ドリル１１の主軸１９の部分には、クーラントの供給通路２０が形成されている。この供給通路２０は、押出による主軸１９の捻れの成形と同時に形成されるものであり、主軸の捻れと同じ捻れ角度を以て形成されている。そのため、クーラントの供給通路２０を通じて供給されたクーラントが、前記噴出穴１８から噴出される角度を切削刃１２と被削材との接触部位に向けて噴出されるように定めるためには、前記排出溝面１６に臨む逃げ面１５を、噴出穴１８から噴出されるクーラントが切削刃１２に向けて噴出される角度になるまで研削した傾斜面とすることが重要である。

この事を更に詳しく説明すると、逃げ面１５を所望する傾斜面とするのは、ツイストドリルの場合、クーラントの供給通路２０も捻られて形成されているので、その噴出穴１８の開口を単に逃し面１５に設けただけでは、切削刃１２と被削材とが接触する部位の近傍へ向けてクーラントが噴出されるだけであり、切削刃１２が被削材を削り出している部位へ直接供給することができないからである。クーラント供給通路２０の捻れ方向の延長線上であって、その延長線上の行き着く先が切削刃１２と被削材との接触部位となるように逃げ面１５の傾斜角度を設定する必要がある。

本発明では、主軸部分のクーラント供給通路２０が捻られて形成されていることを利用し、この供給通路２０の捻れ方向と、前記逃げ面１５の傾斜角度とを噛み合わせることにより、クーラントが切削刃１２と被削材との接触部位へ直接供給される位置を特定するようにしている。この噴出穴１８の位置は、切り屑の排出溝面１６と、該排出溝面１６に臨む逃げ面１５とに跨る位置でしか有り得ないことを本発明者は見出した。

従って、本発明による噴出穴１８から噴出されるクーラントは、切削刃１２と被削材とが直接接触する部位へ供給されることになり、これらの冷却効果に優れ、ドリル１１の刃先の摩耗を抑制してその長寿命化を図ることが可能である。またその結果として、加工速度を上げることができ、優れた効率のよい加工が可能である。従来の前進後退を繰り返す加工方法の場合に比較して７倍以上の速度で加工することが可能であった。

更に、本発明にあっては、自社製の高圧ポンプを用いて、各噴出穴１８及び２１から噴出されるクーラントの圧力を、７ＭＰａ以上で３０ＭＰａ以下になるようにしている。これにより、噴出穴１８から噴出されるクーラントが切削刃１２と被削材との接触部位へ直接供給されることとの相乗効果により、被削材から削り取られた切り屑は、高圧のクーラントによって極めて短い寸法の段階で直ぐに分断されてクーラントと共に排出溝１６へ流れていき、スムーズに排出溝１６からドリル外へ排出される。

図３は切削刃１２と被削材１とクーラントの供給状態との関係を示す図面である。この図から明らかなように、高圧のクーラントが切削刃１２と被削材１との接触部分へ供給されることで、削り取られた切り屑は早い段階で分断されて排出溝１６へクーラントにより運ばれて排出される。

実際に、ＳＣＭ４１５（クロムモリブデン鋼）の材料を旋盤で旋削加工した場合のクーラントの供給圧力と、切り屑の寸法との関係を示すと、次の通りである。クーラントの供給圧力が２ＭＰａのときの切り屑の長さ寸法は、５０ｍｍ以上、７ＭＰａのときは、３０ｍｍ前後、１０ＭＰａのときは、１５ｍｍ程度の寸法に分断され、１５ＭＰａのときは７ｍｍ程度の寸法になり、２０ＭＰａのときは５ｍｍ程度の寸法になり、２５ＭＰａのときは３ｍｍ程度の寸法になり、３０ＭＰａのときは３ｍｍ程度の寸法になった。

このように切り屑が極めて短い寸法に分断されるので、主軸の周囲に捻れて存在する排出溝１６を通り易くなる。またドリルから排出された後は、任意の形状の容器に収容することができ、その処理も容易である。

図３は本発明の第二の実施の形態に係るドリルの主軸先端部分を示す側面図である。このドリルは特殊な工作機械を用いて丸棒から削り出し加工により、主軸部分の捻れたクーラント排出溝１６を形成し、先端面に切削刃１２及び第１番逃げ面１３、第２逃げ面１４、第３逃げ面１５を形成し、更に主軸１９の中心軸線上にストレートなクーラントの供給通路２０Ａを穴加工で形成している。そして、第３の逃げ面１５と、これに繋がる切り屑排出溝面１６とに跨ってクーラントの噴出穴１８を開口形成している。この位置へクーラントの噴出穴１８を設けた理由は、前記第一の実施の形態の場合と同じであり、噴出穴１８から噴出されるクーラントの行き着く先が切削刃１２と被削材との接触する部位となるようにするためである。

従って、この場合も前記噴出穴１８から噴出される角度を切削刃１２と被削材との接触部位に向けて噴出されるように定めるためには、前記排出溝面１６に臨む逃げ面１５を、噴出穴１８から噴出されるクーラントが切削刃１２に向けて噴出される角度になるまで研削した傾斜面とすることが重要である。

これにより、噴出穴１８から噴出されるクーラントは、切削刃１２と被削材とが直接接触する部位へ供給されるようになり、前記第一の実施の形態と略同様の効果を得ることができる。すなわち、クーラントによる切削刃１２と被削材との冷却効果に優れ、ドリル１１の刃先の摩耗を抑制してその長寿命化を図ることができる。更には、これにより、加工速度を上げることができ、優れた効率のよい加工が可能である。

更に、この実施の形態の場合も、各噴出穴１８及び２１から噴出されるクーラントの圧力を、７ＭＰａ以上で３０ＭＰａ以下になるようにすることで、被削材から削り取られた切り屑を、極めて短い寸法の段階で分断し、円滑な排出が可能である。
その他の構成並びに作用効果は、前記第一の実施の形態の場合と同じである。

ところで、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、適宜の変更が可能である。例えば、切削刃１２の個数や第３番逃げ面１５の傾斜角度及び捻れ角度等は適宜の変更が可能である。また切削刃１２は、三枚刃の場合やそれ以上のものもあり、二枚に限定されるものではない。ツイストドリルではこれらの切削刃の枚数に応じてクーラント供給通路の本数も設けられることになる。

１１ ドリル
１２ 切削刃
１３ 第１番逃げ面
１４ 第２番逃げ面
１５ 第３番逃げ面
１６ 排出溝面
１７ チゼル刃
１８ 切削刃クーラント用の噴出穴
１９ 主軸
２０ クーラント供給通路
２０Ａ クーラント供給通路

Claims (1)

1. 主軸の先端部にクーラントの噴出穴を設けたドリルを用いた加工方法であり、主軸の先端部に、切削刃と、該切削刃に臨む排出溝面と、該排出溝面に臨む逃げ面とを有するドリルの、該排出溝面と該逃げ面とに跨がる位置に配された噴出穴から、７ＭＰａ以上で３０ＭＰａ以下の高圧で噴出されるクーラントを、前記ドリルの切削刃と被削材との接触部分に直接噴出し、前記被削材から削り取られた切り屑を分断しながら該被削材を加工する加工方法、に用いるクーラント噴出穴付きドリルであって、
   主軸と、該主軸の内部に捻れて形成されるクーラントの供給通路と、を備え、
   前記主軸の先端部に、切削刃と、該切削刃に臨む排出溝面と、該排出溝面に臨む逃げ面と、を有し、
   前記排出溝面と前記逃げ面とに跨がる位置に噴出穴を有し、
   前記逃げ面が、前記供給通路の捻れ方向の延長線上であって、その延長線上の行き着く先が前記切削刃と被削材との接触部分となる傾斜角度であることを特徴とするクーラント噴出穴付きドリル。
   

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