JPH10510480A - スローアウェイチップを有する穴あけ工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、中実の金属材料に穴あけ加工するための穴あけ工具に関するものである。この穴あけ工具は、切りくず排出用の切りくず溝を有する基体と、有利にはスローアウェイチップとして構成された２つの交換可能な、形状および寸法の等しいチップ１とを備え、これらのチップが、基体の端側の、それぞれ１つの切りくず溝の端部に設けられた凹部内に配置されている。チップ１は、穴あけ工具軸線３０から異なる半径方向間隔で配置され、作業区域が重複している。チップ１の刃４，４ａは、鈍角の先端角１８を共に形成する２つの切刃１０，１０ａ；１４，１４ａによって形成されている。チップ１は、チップ１の長手方向Ｌに延びる形状を有し、すくい面側３に事実上長手方向に延びるトラフ状の溝を備え、この溝端部に刃４，４ａを設けた点が特徴である。加えて、この溝は、底面９を有し、この底面が形成する平行４辺形の長辺６，７が、チップ１の縦軸線２と鋭角８を形成している。この平行４辺形の短い方の辺は、チップ１の刃４，４ａの一方の切刃１０，１０ａを形成している。また、前記溝は、さらに、底面９の平行４辺形の長辺の側方に鈍角をなして底面９から上方へ傾斜する、それぞれ１つの鈍角３角形状の２つの側面１２，１２ａを有している。これらの鈍角３角形の底辺が、それぞれ平行４辺形の長辺６，７と合致している。また、これら鈍角３角形の短い方の辺は、刃４，４ａの他方の切刃１４，１４ａを形成している。切刃１４，１４ａは、底面９の平行４辺形の隣接する短い方の辺と共に、チップ１の刃４，４ａを形成している。

Description

【発明の詳細な説明】 スローアウェイチップを有する穴あけ工具 本発明は、請求項１の上位概念に記載の特徴を有する、中実の金属材料に穴あ け加工するための穴あけ工具に関するものである。 市販の穴あけ工具は、その大半が“中立的な”スローアウェイチップを装備し ており、このため、類似の形式で旋削工具又は切削工具用にも使用可能である。 しかし、その種のチップでは、ほかでもない穴あけ加工の場合に、最適の切削成 績は得られない。 最も広く普及しているのは、いわゆる３角スローアウェイチップ（ドイツ連邦 共和国特許第２７３０４１８号、同じく特許公開第４０１８８４３号、ヨーロッ パ特許第５４９１３号の各明細書）である。これらの明細書に記載されているス ローアウェイチップは、２５ｍｍ以上の比較的大きい穴径には有効であり、経済 的でもある。内刃と外刃とを正しく位置決めすれば、極く僅かな合成切削力（Ab draengkraefte）で、安定的で、均衡のとれた切削挙動が保証される。これらの スローアウェイチップ（以下、単にチップと記す）は、ほとんど任意の設定角度 で基体内に位置決めできる。しかし、公知の３角チップは、２５ｍｍ以下の穴径 の場合には、きわめて小さい体積の硬質合金の欠点を免 れない。このため、熱的にも機械的にも高い負荷はかけられない。したがって、 小さい穴用には、縦長の、むしろ長方形の穴あけ工具が用いられてきた（ヨーロ ッパ特許第１８１８４４号明細書）。３角チップの刃の公知幾何形状は、ほぼ長 方形のこれらのチップに、ほとんど変更なしに転用された。それにより、安定性 が得られたのは確かである。しかし、それらのむしろ直方体形状のチップを有す る穴あけ工具の欠点は、ねじれた切りくず溝を有する穴あけ工具の場合、使用時 に、工具のチップ受容部が切りくずの排出を妨害する点にある。切りくず排出に とって重要なことは、切刃から切りくずが低摩擦で流出することであり、その目 的のためには、ねじれ角が大きいことが有利である。加えて、空間的事情のため 、長方形の輪郭を有するチップは、公知の３角チップより組付けが厄介である。 このため、切削力を補償するための位置換えが難しい。この種のチップに関して は、内刃と外刃との配分（Teilung）を不等にすることによる切削力補償では、 高回転数時に著しい不釣合が発生し、穴あけ成績が損なわれる。加えて、切りく ずポケットは切りくず量のほぼ４分の３を処理せねばならないが、公知穴あけ工 具の場合、外刃の切りくずポケットが比較的小さい。 本発明の根底をなす課題は、縦長のチップの、改善された安定性と、３角チッ プの良好な定心特性とを結合し、刃の区域からの良好な切りくず排出が保証され るようにすることにある。 この課題は、請求項１記載の特徴により解決された。本発明による穴あけ工具 のチップ構成の重要な利点は、切削力が補償される点である。この切削力補償は 、トラフ状の溝と、特に、チップの刃の、互いに鈍角の先端角をなして位置する 切刃とにより可能となる。切削方向またはカッター平面（Schneiderebene）で見 て切刃が角度を有するように配置されることにより、穴あけ工具の、半径方向外 方へのずれが低減される。チップを溝状に構成することによって、工作物から発 生する切りくずが、後の目標形状、つまりヘリカル巻き切りくずを形成する方向 へ、十分な程度既に前形成される。この前形成後、切りくずは、切りくず流出方 向でチップに続く切りくずポケット壁へ鈍角で、つまり低摩擦で突き当たる。切 りくず排出は、したがって、穴あけ工具の本発明の構成により、改善される。 穴あけ工具の作業区域での安定性は、チップの長さ・幅比を１．２〜１．８に 維持することで改善される。本発明の穴あけ工具の刃の特性は、チップを形成す る切刃間の鈍角の先端角を１３５°〜１６５°に維持することで最適化できる。 このほかの利点は以下の説明および添付図面から明らかとなろう。 図面： 図１は、スローアウェイチップの形式で構成された 本発明のチップの斜視図である。 図２は、図１のチップの平面図である。 図３は、図２の矢印３の方向で見た側面図である。 図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った横断面図である。 図５は、図２のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。 図６は、本発明による、２個のチップを装備した穴あけ工具の斜視図である。 図７は、図６の穴あけ工具の先端区域の平面図である。 図８は、図７の矢印ＶＩＩＩ方向で見た側面図である。 図９、図１０は、図７、図８の穴あけ工具を９０°だけ時計回りに旋回させて 示した図である。 図１１、図１２は、図７、図８の穴あけ工具を１８０°旋回させて示した図で ある。 図１３は、本発明による穴あけ工具の側面図で、力の状態を示した図である。 図１４は、チップに作用する主切削力を示した図である。 図１５は、主切削力から生じる合力をを示した力の３角形の図である。 図１６は、工作物内の穴の断面図で、回転する穴あけ工具に配置された２個の チップの重なり状態を略示した図である。 図１７、図１８は、図７、図８の穴あけ工具に、それぞれ切りくずが発生する 様子を示した２つの図である。 図１９は、基板と斜めの側面との間の移行が連続的に行われ、底面および側面 がトラフ状凹部として構成されチップの実施例を示した斜視図である。 図２０は、リブ形または溝形の切りくずフォーマを付加形成した図１９のチッ プの斜視図である。 特に図１〜図５に種々の図で示したチップ１は、ほぼ長方形の、いずれにしろ 縦軸線２方向に延びる構成形式を有している。そのすくい面側３は、凹状の溝と して構成され、この溝の両端区域に刃４，４ａが形成されている。 溝の底面は、ほぼ平行４辺形の輪郭を有し、その平行な長辺６，７が縦軸線２ と鋭角８をなしている。この平行４辺形の短辺は、それぞれの刃４または４ａの 一方の切刃１０または１０ａを形成している。チップ１の中心には、取付け穴５ が設けられ、この穴の軸線１１は、縦軸線２と、チップの支持面１５または平ら な面とに対し直角に延びている。 さらに、溝は、平行な長辺６，７にに続く２つのそれぞれ鈍角の３角形状の側 面１２，１２ａを有し、これらの３角形の底辺が、平行な長辺６，７のそれぞれ １つと合致し、３角形の短いほうの辺が、別の切刃１４，１４ａとして、底面９ の、切刃１４，１４ａに隣 接する平行４辺形短辺と、すなわち切刃１０または１０ａと共同で、コーナ１６ または１６ａを有する刃４または４ａを形成している。チップ１の長さＬと幅Ｂ との比は、約１．２〜１．８である。それぞれチップ１の刃４または４ａを形成 する２つの切刃１０，１４または１０，１４ａは、互いに約１３５°〜１６５° の鈍角の先端角を形成している。 それぞれ側面１２，１２ａを形成する鈍角の３角形の長辺は、チップ１の副切 刃２０，２０ａを形成している。副切刃２０，２０ａは、底面９、チップ１の縦 軸線２上および横軸線１７上に広がる平らな平面、チップ１の縦軸線２のいずれ かと、約５°〜２０°の鋭角をなしている。底面９により配向が大幅に規定され る溝は、図示の右刃の穴あけ工具の場合、時計回りに（図１）ねじれ、左刃の穴 あけ工具の場合は、逆時計回りにねじれている。より正確にいえば、左刃工具用 のチップは、右刃工具用のチップに対し左右逆に鏡像状に構成されている。その 場合、図２で見て、鏡平面は、符号Ｌで示した両方向矢印の範囲に、チップ１ま たは図平面に対し直角に延びている。 チップ１は、穴あけ工具２１の先端区域に設けられた取付け用凹部に、例えば 取付けねじ２２によって固定される。チップ１は、側面１２の半径方向外方の切 刃１４の傾斜角度２３が、有利には、半径方向内方の切刃１０の傾斜角度２３′ より大きくなるように位置 決めされている（図７）。半径方向内方の切刃１０の傾斜角度２３′は、負角と することも可能である。その場合の基準平面は、工具の基準平面２４である。 個々のチップ１，１′に作用するすべての部分切削力を加算すると、半径方向 内方に位置するチップ１′に作用する主切削力Ｆciと、半径方向外方に位置する チップ１に作用する主切削力Ｆcaとが得られる。これらの両主切削力は、異なる 傾斜角度２３または２３′に基づき、半径方向外方と内方とのチップ１，１′の ところに生じる作用幅３５に関連して、互いに鋭角で作用する（図１５）。これ ら双方の主切削力の合力Ｆcresは、応力中心距離（Hebelarm）２６（図１３）を 介して半径方向外方のチップ１の方向へトルクを作用させる。応力中心距離２６ は、穴あけ工具シャンクのクランプ点２７から刃平面２８までの距離である。前 記作用幅３５は、図１６に記載されている。切刃１０の作用幅３５は、半径方向 外方のチップ１の場合、半径方向内方のチップ１′の場合より狭い。これに対し 、切刃１４の作用幅３５ａは、チップ１の方が、チップ１′より大である。言い 換えると、チップ１は、切刃１４では完全に作業するが、切刃１０では部分的に 作業するだけである。また、チップ１′は、切刃１０では事実上完全に作業する が、切刃１４では部分的に作業するだけである。 半径方向内方のチップ１′は、穴あけ工具先端方向 へ閉じる角度２９、すなわち５°〜１５°だけ、工具軸線３０に向かって傾斜配 置されている（図８、図１２、図１３）。これに対し、半径方向外方のチップ１ は、工具軸線３０に対し、次のような角度位置に、すなわち、工具周囲の副切刃 ２０，２０ａが、穴壁部３３との間に十分な隙間３２を有するような角度位置に 配置されている。このことは、チップ１の縦軸線２と工具軸線３０との角度３４ が、工具先端方向へ開いていることを意味する。角度２９と角度３４とは、それ ぞれ工具平面２４（図７、図９、図１１、図１４）内で測定する。隙間３２を生 じさせる角度３４は、０°〜１０°である。 組付け時に両チップを前述のように位置決めすることで、チップ１，１′へ作 用する送り力は、加算されて主送り力ＦfiとＦfaとになり、その場合、前者Ｆfi は内方のチップ１′に作用し、後者Ｆfaは外方のチップ１に作用する。これらの 主送り力の作用方向は、図１３から分かるように、工具軸線３０に対して傾斜し 、工具軸線３０と鋭角をなしている。このように主送り力Ｆfi，Ｆfaが斜め方向 に作用することで、半径方向分力が発生する。これらの分力は、外方のチップ１ の刃４または４ａの応力中心距離 ra と、内方のチップ１′の刃４または４ａの 応力中心距離 ri とを介して、穴あけ工具２１のクランプ点２７のところにトル クを発生させる。このトルクが、穴あけ工具２１の先 端を、穴壁部３３から引離し、工具軸線３０または穴軸線の方向へ強制する。本 発明の穴あけ工具の場合、送り力と切削力との合成モーメントが、互いに逆方向 である。このため、大幅に相殺される。穴あけ工具に作用するモーメントには次 式が妥当する： Ｆcres×応力中心距離２６＝Ｆfi＋Ｆfa×応力中心距離ｒａ． 各チップ１，１′は、組付け位置で、底面の位置が工具軸線３０を含む工具平 面２４に対して鋭角となるように配向されている。鋭角の配向角度３８（図１０ ）は、工具先端へ向かって閉じている。したがって、副切刃２０または２０ａは 、ほとんど常に、切りくず溝３６と穴あけ工具基体の周面とによって形成される つる巻線３７内を延びる。これにより、低摩擦の切りくず排出が保証される。 本発明によるチップは、双方の刃４，４ａの切削面を形成する頂面、つまり底 面９と、双方の側面１２，１２ａとは、精確に平らな面であって、これらの面が 、平行４辺形の長辺６，７の区域で明瞭な屈折線３８を境にして、鈍角３８（図 １、図３）をなして互いに隣接している。しかし、すくい面またはすくい面側３ を形成するこれらの面９，１２，１２ａの間の移行部は、必ずしも明確な屈折線 で境界付けなくともよい。むしろ、図１９および図２０の実施例で示したように 、移行部に滑らかな丸みを付けるのが、極めて有利で ある。底面９と側面１２，１２ａとの間の移行部を明示するために、図１９には 、破線３９が記載されている。既述の、チップ１のすくい面を形成する頂面、つ まり底面９および側面１２，１２ａも、平らである必要はない。頂面は、いくぶ ん凹状に構成し、例えば相応の雨樋の横断面形状に似た、連続的に湾曲した横断 面形を有するようにしてもよい。そのような横断面形が、図１９および図２０に 示してある。図２０のチップは、すくい面側３に、リブ形４０と溝形４１の切り くずフォーマ形式の切りくずフォーマ段（Spanleitstufe）が、付加的に形成さ れている。リブ形切りくずフォーマ４０と溝形切りくずフォーマ４１とは、刃４ または４ａから、円弧状に、組付け状態で、チップ１の半径方向内方の側面区域 ４２へ延びている。この延びの経路をへて、刃４，４ａによって穴底から生成さ れる切りくず４３（図１７、図１８）が、切りくず排出方向４４で穴あけ工具２ １の切りくずポケット内へ導かれる。切りくず４４発生時、すくい面側３に向い た切りくず背面４７には、少なくとも部分的に、リブ形４０および溝形４１の切 りくずフォーマの形状が形付けされ、それによって、切りくず排出方向４４への 切りくずの強制案内が達せられる。 本発明の対象の重要な利点は、切削工程に発生する切りくずを内方および外方 のチップ１，１′の溝形切りくずフォーマを介して変形することにより、切りく ずが、鈍角をなして切りくずポケット内壁４５へ突き当たるようにした点、また 、切りくずが、チップの溝形切りくずフォーマによって既に変形されることで、 ヘリカル巻き切りくず、または切りくずカールの直径が、利用可能な切りくずポ ケット容積内に問題なしに収まるようにした点にある。生成される切りくずカー ルの直径は、したがって、それぞれの切りくずポケット深さ４６（図１７）より 小さい値か、せいぜい等しい値である。従来スローアウェイチップドリルの場合 、チップは、ほとんど平らな頂面を有している。その場合、切りくずは、先ず、 より軟質の材料製の基体のところで変向される。本発明の工具の場合は、これに 対して、切りくずが、硬質材料製のチップとの接触域で既に変形されて、基体の ところにはもはや著しい摩耗を発生させることなく、利用可能な切りくずポケッ ト内で折れることなく転動する。このようにして生成される切りくずカールまた はヘリカル巻き切りくずにより、支障のない切削過程が達成される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＣＡ，ＣＮ，ＪＰ，Ｋ Ｒ，ＲＵ，ＵＳ 【要約の続き】 辺の側方に鈍角をなして底面９から上方へ傾斜する、そ れぞれ１つの鈍角３角形状の２つの側面１２，１２ａを 有している。これらの鈍角３角形の底辺が、それぞれ平 行４辺形の長辺６，７と合致している。また、これら鈍 角３角形の短い方の辺は、刃４，４ａの他方の切刃１ ４，１４ａを形成している。切刃１４，１４ａは、底面 ９の平行４辺形の隣接する短い方の辺と共に、チップ１ の刃４，４ａを形成している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 中実の金属材料に穴あけ加工するための穴あけ工具であって、 切りくず排出用の切りくず溝を有する基体と、 有利にはスローアウェイチップとして構成された２つの交換可能な、形状およ び寸法の等しいチップ（１）とが備えられ、これらのチップが、基体の端側の、 それぞれ１つの切りくず溝の端部に設けられた凹部内に配置され、 穴あけ工具軸線（３０）から異なる半径方向間隔を有しており、 これらのチップの作業区域が、いくぶん重なりながら互いに隣接しており、更 に、 これらのチップの、互いに鈍角の先端角（１８）を形成する２つの切刃（１０ ，１４または１０ａ，１４ａ）により、刃（４または４ａ）が形成されている形 式のものにおいて、 チップ（１）が、縦方向（Ｌ）に延びる構成形式を有し、更に、チップのすく い面側（３）には、ほぼ縦方向（Ｌ）に延びる凹状の溝が設けられ、この溝の端 部に刃（４，４ａ）が形成されており、 しかも、前記溝が、ほぼ平行４辺形の形状の底面（９）を有し、この底面の平 行４辺形の長辺（６，７）が、チップ縦軸線（２）と鋭角（８）をなしており、 この底面の平行４辺形の短辺が、刃（４，４ａ）の一方の切刃（１０，１０ａ ）を形成しており、更に 前記溝が、底面（９）の平行４辺形長辺（６，７）の側部に鈍角（３８）をな して底面（９）から上方へ傾斜している２つの側面（１２，１２ａ）を有し、こ れらの側面が、それぞれ１つの鈍角３角形の形状を有しており、 この鈍角３角形の底辺が、平行４辺形の長辺（６，７）のそれぞれ１つと合致 し、またこの３角形の短辺が、他方の切刃（１４，１４ａ）として、切刃（１０ ，１０ａ）を形成する隣接の底面平行４辺形短辺と共に、チップの刃（４，４ａ ）を形成していることを特徴とする、穴あけ加工するための穴あけ工具。 ２． チップの長さ（Ｌ）・幅（Ｂ）比が１．２〜１．８である、請求項１記 載の穴あけ工具。 ３． 刃（４または４ａ）を形成する切刃（１０，１４または１０ａ，１４ａ ）の先端角（１８）が、約１３５°〜１６５°の鈍角である、請求項１または２ 記載の穴あけ工具。 ４． 鈍角３角形の長辺が、チップの副切刃（２０，２０ａ）を形成し、副切 刃（２０，２０ａ）とチップ（１）の底面（９）または縦軸線（２）との間の鋭 角が、５°〜２０°である、請求項１から３までのいずれか１項記載の穴あけ工 具。 ５． 副切刃（２０，２０ａ）が斜めに延びており 、これらの副切刃が、平面図で見ると、すなわち副切刃の平らな面または支持面 （１５）に対し直角方向で見ると、互いに平行に延びている、請求項１から４ま でのいずれか１項記載の穴あけ工具。 ６． 半径方向外方の切刃（１４）の傾斜角度（２３）の値が、組付け位置で 半径方向内方の切刃（１０）の傾斜角度（２３）の値より大である、請求項１か ら５までのいずれか１項記載の穴あけ工具。 ７． チップ縦軸線（２）のアプローチ角（Vorlauf）に関し、半径方向内方 に配置されたチップ（１′）が、穴あけ工具軸線（３０）と、穴あけ工具シャン クに対し開いている、工具基準平面（２４）内で測定した約５°〜１５°の角度 （２９）を形成している、請求項１から６までのいずれか１項記載の穴あけ工具 。 ８． 半径方向外方のチップ（１）が、穴あけ工具先端に向かって開いた角度 （３４）で組付けられ、それによって、穴あけ工具周囲に位置する、チップの副 切刃（２０，２０ａ）が、穴壁（３３）に対し十分な遊隙（３２）を有しており 、前記角度（３４）が、穴あけ工具軸線（３０）に対して、穴あけ工具基準面内 で測定した角度である、請求項１から６までのいずれか１項記載の穴あけ工具。 ９． 角度（３４）が０°〜１０°である、請求項８記載の穴あけ工具。 １０． 半径方向外方のチップ（１）の副切刃（２ ０）が、切りくず溝（３６）と基体周面とにより形成されるつる巻き線（３７） 上に、ほぼ一貫して位置している、請求項１から９までのいずれか１項記載の穴 あけ工具。 １１． 底面（９）と側面（１２または１３）との間の移行部が滑らかに丸み を付けられている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の穴あけ工具。 １２． 底面（９）と側面（１２，１３）とが、丸みを付けられていることに よって、事実上滑らかな丸みの横断面形の溝を形成している、請求項１２記載の 穴あけ工具。