WO2019049258A1 - 深穴加工方法 - Google Patents

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WO2019049258A1
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drill
deep hole
guide hole
drill body
thinning
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PCT/JP2017/032268
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French (fr)
Inventor
山本　剛広
Original Assignee
オーエスジー株式会社
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    • B23B51/06—Drills with lubricating or cooling equipment
    • B23B51/063—Deep hole drills, e.g. ejector drills

Definitions

  • the present invention relates to a deep hole machining method.
  • a guide hole having a diameter slightly larger than that of the deep hole and a depth smaller than the deep hole is formed before the deep hole is formed.
  • the drill mounted on the spindle of the machine tool is inserted into the guide hole while being rotated at low speed in the rotational direction at the time of cutting.
  • the tip of the drill is inserted in front of the bottom of the guide hole, the drill is rotated at the cutting speed and cutting is performed as it is to form a deep hole.
  • An object of the present invention is to provide a deep hole machining method capable of suppressing damage to a drill main body during machining while forming a deep hole using a drill capable of improving rigidity and chip dischargeability. It is.
  • a deep hole machining method for forming a deep hole in a work by a machine tool equipped with a drill, wherein the drill is a drill body rotated about an axis, and the drill body
  • the plurality of discharge grooves provided in a spiral shape having a twist angle of 15 ° or more and 35 ° or less on the outer peripheral surface from the tip end portion to the base end portion, and the inner surface of the discharge groove facing the rotation direction side of the drill body
  • the drill is a twist drill having a discharge groove twist angle of 15 ° or more and 35 ° or less, and, for example, has a high chip evacuation performance, high machining efficiency, and a long tool life as compared to a gun drill.
  • a deep hole is formed using such a drill, if centrifugal force acts on the deflection of the drill body due to its own weight, the drill may swing.
  • By rotating the drill body at a lower speed than in the process of machining in the insertion step it is possible to suppress swinging of the drill.
  • the drill whose turning is suppressed easily inserts the tip into the guide hole formed in advance.
  • the drill By inserting the tip of the drill into the guide hole, the drill rotates with both ends supported by the guide hole and the machine tool, so that deflection of the drill body can be corrected.
  • the tip end By rotating the drill body in the reverse direction and inserting it into the guide hole from the heel side where the drill bit is not attached along the guide hole, the tip end abuts on the peripheral edge of the guide hole, or the inner wall It is possible to prevent contact with the drill body and to prevent the progress of the damage of the drill body, and the breakage and breakage.
  • the drill body rotates in the reverse direction in the insertion step, it is possible to prevent the cutting edge from biting into the work when the cutting edge of the drill body contacts the peripheral edge portion or inner wall of the guide hole, and it is possible to suppress breakage of the cutting edge.
  • the drill does not reach the outer peripheral surface of the drill main body, and has a gash portion connected to the discharge groove on the inner peripheral side with respect to the outer peripheral surface. This makes it possible for the drill to enhance the chip dischargeability, since the chips are prone to curling and being separated. Therefore, it is possible to prevent the drill body from being broken when forming the deep hole.
  • the groove length L of the discharge groove may be 30 D or more.
  • the influence of the bending of the drill body due to its own weight is more likely to occur as the groove length L increases, that is, as the drill body length increases.
  • the inner diameter d of the guide hole may be D + 0.03 mm or less, and the depth W may be 3D or more.
  • the inner diameter d is larger than D + 0.03 mm, the stability when the cutting edge and the thinning edge bite into the work in the deep hole forming process is low.
  • the depth W is less than 3D, the deviation between the opening position on the start end side of the deep hole in the work and the opening position on the end side is larger than in the case of 3D or more, and the formation accuracy of the deep hole is low.
  • the drill is a rake surface of the thinning blade, and a cross-sectional circle is provided at a portion where the thinning surface connecting the thinning blade and the discharge groove is connected to the gasch surface of the gash portion.
  • An arc-shaped arc groove may be provided, and a twist angle of the discharge groove may be 25 °.
  • Drills with a discharge groove twist angle of 25 ° are more rigid than general drills with a twist angle of 30 °, but their chip dischargeability is reduced.
  • By providing the arc groove in the drill it is possible to widen the tip pocket in the gash portion, and it is possible to enhance the chip dischargeability.
  • the effect of preventing breakage of the drill body in the deep hole forming step can be more remarkably exhibited.
  • FIG. 2 is a side view of a drill 1;
  • FIG. 5 is a front view of the tip of the drill 1;
  • FIG. 2 is a side view of a drill 101.
  • FIG. 10 is a front view of the tip portion of the drill 101.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a machine tool 200. It is a flowchart of NC program for deep hole processing. It is a graph which shows a vibration when a deep hole is formed with a 20-degree twist angle drill. It is a graph which shows a vibration when a deep hole is formed by the drill with a twist angle of 25 degrees. It is a graph which shows a vibration when a deep hole is formed with the drill of 30 degrees of twist angles.
  • the drill 1 is an example of a two-bladed drill in which two cutting edges 5 are formed at the tip.
  • the drill 101 is an example of a three-edged drill in which three cutting edges 105 are formed at the tip.
  • the drill 1 is formed of a hard material such as cemented carbide or high speed tool steel (high speed).
  • the drill 1 includes a shank 2 and a body 3 extending from the shank 2 along an axial center AX.
  • the shank 2 is a portion for holding the drill 1 on the spindle 206 (see FIG. 5) of the machine tool 200, and the shank 2 side with respect to the body 3 is the rear end side of the drill 1.
  • two discharge grooves 4 for discharging chips are formed in a spiral shape.
  • the drill 1 is a twist drill formed so that the twist angle ⁇ of the discharge groove 4 is in the range of 15 ° or more and 35 ° or less. The smaller the twist angle ⁇ , the higher the rigidity of the body 3 but the lower the chip dischargeability.
  • the discharge groove 4 is opened at the tip of the body 3 and two cutting edges 5 are formed in the opening.
  • the drill 1 is also applied to a so-called long drill having a groove length L of 10 times or more (10 D or more) with respect to the outer diameter D, for example, a length of 30 D or more.
  • the drill 1 cuts a workpiece (workpiece) with the cutting edge 5 by rotating around the axis AX and forms a deep hole while discharging chips with the discharge groove 4.
  • the rotational direction T of the drill 1 at the time of processing is a counterclockwise direction in a front view. That is, the machine tool 200 (see FIG. 5) holding the drill 1 on the main shaft 206 rotates the main shaft 206 to the right to cut the workpiece.
  • the cutting edge 5 is formed at a ridge line portion where an inner surface 41 facing the rotational direction T side of the discharge groove 4 intersects with the flank 6 of the tip of the drill 1.
  • the cutting edge 5 has a substantially S-shape in a front view.
  • the inner surface 41 in the vicinity of the cutting edge 5 of the inner surface 41 of the discharge groove 4 is a so-called rake surface which scraps off the chips cut by the cutting edge 5 and flows it to the discharge groove 4.
  • a portion of the inner surface 41 of the discharge groove 4 where the inner surface 41 on the cutting edge 5 side and the outer peripheral surface 31 of the body 3 intersect is the leading edge 33.
  • a portion where the inner surface 41 opposite to the cutting edge 5 intersects the outer peripheral surface 31 is a heel 34.
  • the outer circumferential surface 31 is provided with a spine 32 with a smaller diameter than the outer diameter D of the drill 1 at an intermediate portion between the leading edge 33 and the heel 34.
  • the drill 1 has two oil holes 11 extending helically in the body 3 along the discharge groove 4. Two oil holes 11 pass through the interior of the drill 1 from the rear end of the shank 2 to the tip of the drill 1 and open to the flank 6 respectively.
  • the cutting oil supplied into the oil hole 11 at the time of processing reduces cutting resistance and suppresses heat generation and processing torque.
  • the chips flow through the discharge groove 4 together with the cutting oil and are discharged smoothly.
  • the tip of the drill 1 is subjected to a thinning process to reduce the thickness of the heart near the chisel 9.
  • a thinning process for example, while rotating the grinding wheel, the opening portion of the discharge groove 4 is cut from the inner end 51 which is the inner end on the axial center AX side of the cutting edge 5 to the chisel 9 side to form the thinning edge 7 It is a process.
  • the thinning blade 7 is formed while moving the grinding wheel and the drill 1 relative to each other, and extends from the inner end 51 of the cutting blade 5 toward the chisel 9 in an arc shape in a front view.
  • a thinning surface 71 which is a rake surface facing the rotation direction T side of the thinning blade 7 is formed at the tip of the drill 1.
  • the grinding wheel is moved relative to the drill 1 toward the heel 34 side, and is further scraped to form the flush portion 8 connected to the discharge groove 4.
  • the ridge line where the gash surface 81 which is the inner surface of the gash portion 8 intersects with the flank 6 of the tip of the drill 1 is arc-shaped from the inner end 72 which is the inner end on the axis AX side of the thinning blade 7 It extends and is connected to the discharge groove 4 on the inner side in the radial direction than the outer peripheral surface 31. That is, the gash surface 81 is formed in a curved surface that is recessed inward. Therefore, the gash portion 8 can secure a large capacity of the tip pocket for accommodating the chips cut by the thinning blade 7 and can smoothly deliver the chips to the discharge groove 4 without clogging.
  • chips generated by the thinning blade 7 extending in the vicinity of the chisel 9 biting into the work are scooped off by the thinning surface 71 and pushed out to the gasch portion 8.
  • the chips are rounded and curled at the curved gash surface 81, cut at the leading edge 33 and delivered to the discharge groove 4.
  • the chips may be elongated without being cut at the leading edge 33.
  • the drill 1 since the end on the outer peripheral side of the gash portion 8 does not reach the outer peripheral surface 31 of the drill 1, chips are less likely to flow to the outer peripheral surface 31 and reach between the outer peripheral surface 31 and the inner surface of the deep hole It is difficult to do. Therefore, the drill 1 can smoothly discharge from the discharge groove 4 and reduce cutting resistance by cutting the chips relatively small and rounding small. Therefore, the drill 1 can be prevented from being broken when forming a deep hole.
  • a circular arc groove 10 is formed in a portion where the gash surface 81 and the thinning surface 71 are connected.
  • the arc groove 10 extends straight from the vicinity of the chisel 9 toward the discharge groove 4 and the cross section in the extending direction has an arc shape.
  • the arc groove 10 is cut by the thinning blade 7 and the chips scraped off by the thinning surface 71 are smoothly flowed to the discharge groove 4.
  • the drill 1 has the arc groove 10 between the gash surface 81 and the thinning surface 71 so that chips can be smoothly pushed out from the thinning surface 71 to the gasch portion 8.
  • the arc groove 10 is formed such that the radius of curvature R of the cross section is in the range of 0.01 D or more and 0.03 D or less.
  • the radius of curvature R is less than 0.01 D, it tends to be caught when chips are pushed out from the thinning surface 71 to the gash portion 8, and there is a risk that the dischargeability of the chips from the gash portion 8 to the discharge groove 4 may decrease.
  • the curvature radius R is larger than 0.03 D, in the chip pocket formed by the arc groove 10, the thinning surface 71, and the gas surface 81, the cross section where the arc groove 10 smoothly connects the thinning surface 71 and the gas surface 81 To form the shape, it is necessary to form the arc groove 10 at a shallower position. In this case, if the diameter and the width of the chisel 9 are formed in accordance with the standard, the thickness of the thinning blade 7 becomes thin, and there is a possibility that sudden breakage may occur due to stress concentration.
  • the three-bladed drill 101 will be described. Although the three-blade drill 101 and the two-blade drill 1 have different numbers of blades, the basic configuration is substantially the same, so in the following, the description of the drill 101 will be simplified.
  • the drill 101 has three discharge grooves 104 formed in a spiral on the outer peripheral surface 131 of the body 103.
  • the drill 101 is a twist drill formed so that the twist angle ⁇ of the discharge groove 104 is in the range of 15 ° or more and 35 ° or less.
  • Three cutting edges 105 are formed at the opening of the discharge groove 104 at the tip of the body 103.
  • the cutting edge 105 is formed at a ridge line portion where the inner surface 141 facing the rotational direction T side of the discharge groove 104 intersects with the flank 106 of the tip of the drill 101.
  • Each of three oil holes 111 helically extending in the body 103 along the discharge groove 104 opens in the flank surface 106.
  • a thinning process is applied to the tip of the drill 101 to form a thinning blade 107. Further, in the gash portion 108 formed by the thinning process, a ridge line between the gash surface 181 and the flank surface 106 extends in an arc shape from the chisel 109 side, and is connected to the discharge groove 104 inside in the radial direction than the outer peripheral surface 131.
  • An arc groove 110 is formed at a portion where the gash surface 181 and the thinning surface 171 are connected.
  • the arc groove 110 has an arc shape in cross section and extends straight from the vicinity of the chisel 109 to the discharge groove 104.
  • the arc groove 110 is formed so that the curvature radius R of the cross section is in the range of 0.01 D or more and 0.03 D or less, as in the drill 1.
  • the machine tool 200 which mounts the drill 1 or the drill 101 and processes a deep hole will be described.
  • the left and right direction in the drawing is the front and back direction of the machine tool 200
  • the front and back direction in the drawing is the left and right direction of the machine tool 200.
  • the drill 1 is attached to the machine tool 200.
  • the machine tool 200 is a horizontal machining center that processes a workpiece by bringing a tool relatively close from the side of the workpiece.
  • the machine tool 200 includes a bed 201, a column 202, an X-axis moving mechanism 203, a Y-axis moving mechanism 204, a spindle motor 205, a main shaft 206, a holder 207, a table 208, a Z-axis moving mechanism 209, a tool changer 210, a controller 211, etc.
  • the bed 201 is a substantially rectangular base made of metal.
  • the column 202 is erected on the rear end of the bed 201.
  • the spindle motor 205 is provided on the front side of the column 202, and moves in the horizontal direction and the vertical direction by the X-axis moving mechanism 203 and the Y-axis moving mechanism 204.
  • the spindle 206 extends to the front of the spindle motor 205 and rotates about the front-rear direction by driving the spindle motor 205.
  • a holder 207 is fixed to the tip of the main shaft 206.
  • the holder 207 holds the shank 2 in a state where the axis AX of the drill 1 is in the front-rear direction and the front end portion is directed forward.
  • the drill 1 rotates with the drive of the spindle motor 205.
  • the table 208 is provided on the bed 201 on the front side of the column 202.
  • the table 208 has the work M placed on the upper surface, and is moved in the front-rear direction by the Z-axis moving mechanism 209.
  • the tool changer 210 is provided on the left side of the column 202, and exchanges a drill 220 for forming a guide hole, which will be described later, a holder 221 in a holding state, and a holder 207 in a state holding the drill 1 according to an instruction of the controller 211. , Set to the main shaft 206.
  • the controller 211 is mounted with a numerical control device (not shown) including a CPU, a ROM, a RAM, and a storage device, and according to an NC program, an X axis moving mechanism 203, a Y axis moving mechanism 204, a spindle motor 205, and a Z axis moving mechanism 209. Control the operation of Therefore, the drill 1 can move relative to the work M in the front-rear direction, the left-right direction, and the up-down direction, and can rotate about the front-rear direction.
  • the machine tool 200 is provided with a protective cover or the like that covers the entire apparatus.
  • the drill 1 is a long drill having a groove length L of, for example, 30 D or more.
  • the machine tool 200 holds the drill 1 in a state in which the axis AX of the drill 1 is extended in the front-rear direction, that is, sideways, and processes the workpiece M. Therefore, in the drill 1, there is a possibility that the body 3 may become wrinkled at the time of processing due to the influence of the bending due to its own weight.
  • the drill 1 may have a bow in the body 3 due to the vibration associated with the drive of the machine tool 200.
  • the machine tool 200 forms the guide hole with the drill 220 before forming the deep hole with the drill 1.
  • the guide hole has a depth W of 3D or more with respect to the outer diameter D of the drill 1 and an inner diameter d of D + 0.03 mm or less.
  • the depth W is less than 3D, the difference between the opening position on the start end side of the deep hole in the work M and the opening position on the end end may be larger than in the case of 3D or more, and the formation accuracy of the deep hole decreases. there is a possibility.
  • the inner diameter d is larger than D + 0.03 mm, the stability when the cutting blade 5 and the thinning blade 7 bite into the workpiece M when forming the deep hole may be low.
  • the drill 1 has the arc-shaped gash portion 8 connected to the discharge groove 4 on the inner peripheral side of the outer peripheral surface 31 and the connection portion between the thinning surface 71 and the gash surface 81 And the discharge groove 4 has a twist angle ⁇ of 25 °.
  • the drill 1 having a twist angle ⁇ of 25 ° is more rigid than a conventional drill, and thus is less likely to bend.
  • the drill 1 can secure both the chip dischargeability and rigidity by improving it by having the gash portion 8 and the arc groove 10 of the present shape. can do.
  • the numerical control device of the controller 211 reads an NC program stored in the storage device into the RAM and executes various operations. As shown in FIG. 6, the controller 211 drives the tool changer 210, and sets the holder 221 holding the drill 220 on the main shaft 206 (S1). The outer diameter of the drill 220 is d, which is larger than the outer diameter D of the drill 1 and not greater than D + 0.03 mm. The controller 211 controls the drive of the X-axis moving mechanism 203 and the Y-axis moving mechanism 204, and moves the tip of the drill 220 to the rear of the planned formation position of the deep hole in the work M (S2).
  • the controller 211 controls the drive of the spindle motor 205, and positively rotates (rotates in the rotational direction T) the spindle 206 holding the drill 220 at the rotational speed at the time of processing (S3).
  • the controller 211 controls the drive of the Z-axis moving mechanism 209, and moves the table 208 on which the workpiece M is placed backward (S5).
  • the tip of the drill 220 contacts the rear surface of the work M, and the work M is cut to start forming a guide hole.
  • the depth W of the guide hole is set to, for example, 3D.
  • the controller 211 continues the movement of the table 208 and the work M until the position of the table 208 moves a distance corresponding to the depth W further backward from the contact position of the work M and the drill 220 (S6: NO).
  • the controller 211 moves the table 208 forward (S7).
  • the workpiece M in which the guide hole is formed moves forward, and the drill 220 is extracted from the guide hole.
  • the controller 211 stops the drive of the spindle motor 205 and stops the rotation of the spindle 206 (S8).
  • the controller 211 drives the tool changer 210, and sets the holder 207 holding the drill 1 on the main shaft 206 (S10).
  • the controller 211 controls the drive of the spindle motor 205, and reversely rotates the spindle 206 holding the drill 1 at a guide speed lower than the rotational speed at the time of processing (rotation in the direction opposite to the rotational direction T) (S11).
  • the drill 1 is a long drill having a groove length L of, for example, 30 D or more. Therefore, the drill 1 is easily bent by its own weight by being held by the machine tool 200 with the axis AX in the horizontal direction. In S11, it is possible to suppress runout of the drill 1 by rotating the drill 1 at a lower guide speed than at the time of processing.
  • the controller 211 controls the drive of the Z-axis moving mechanism 209, and moves the table 208 on which the work M is placed backward (S12).
  • the tip of the drill 1 is inserted into a guide hole formed in the work M.
  • the drill 1 in which swinging is suppressed easily inserts the tip into the guide hole.
  • the distal end portion of the drill 1 is inserted into the guide hole, so that the drill 1 rotates while being supported by the guide hole and the spindle motor 205 at its both ends, so that the deflection is corrected. Further, the drill 1 is inserted into the guide hole from the heel 34 side where the cutting edge 5 of the drill 1 is not attached by being reversely rotated so as to be along the guide hole.
  • the drill 1 can suppress that the tip end portion abuts on the peripheral edge portion of the guide hole or contact with the inner wall, and can prevent the progress of damage, breakage and breakage. Furthermore, since the drill 1 is reversely rotated, the cutting edge can be prevented from biting into the workpiece M when the cutting edge 5 contacts the peripheral edge portion or the inner wall of the guide hole, and the loss of the cutting edge can be suppressed.
  • the controller 211 continues the movement of the table 208 and the work M to the rear by a distance slightly shorter than the depth W of the guide hole after the tip of the drill 1 is positioned at the opening of the guide hole (S13: NO ).
  • the controller 211 stops the movement of the table 208 and the work M ( S15).
  • the controller 211 controls the drive of the spindle motor 205, and positively rotates (rotates in the rotational direction T) the spindle 206 holding the drill 1 at the rotational speed at the time of processing (S16).
  • the controller 211 controls the drive of the Z-axis moving mechanism 209, and moves the table 208 on which the workpiece M is placed backward (S17).
  • the tip of the drill 1 contacts the bottom of the guide hole, the work M is cut, and formation of a deep hole is started.
  • the deep hole is set to a predetermined depth, for example, a depth corresponding to 90% of the groove length L.
  • the controller 211 continues moving the table 208 and the workpiece M backward by a distance corresponding to a predetermined depth (S18: NO).
  • the table 208 and the workpiece M move backward by a length corresponding to a predetermined depth, and when the formation of the deep hole is completed (S18: YES), the controller 211 moves the table 208 forward (S20).
  • the workpiece M in which the deep hole is formed moves forward, and the drill 1 is extracted from the deep hole.
  • the controller 211 stops the drive of the spindle motor 205 and stops the rotation of the spindle 206 (S21).
  • the controller 211 In the case where deep holes are continuously formed according to the NC program (S22: YES), the controller 211 returns the process to S1. When the formation of the deep hole is ended (S22: NO), the controller 211 ends the execution of the NC program.
  • the deep hole machining method using the drill 101 is also similar to the case of using the drill 1.
  • the drills 1 and 101 are twist drills having a twist angle of 15 ° to 35 ° for the discharge grooves 4 and 104.
  • chip dischargeability is high and machining efficiency is high.
  • the tool life is also long.
  • the drill 1, 101 may swing.
  • the drill 1 or 101 By inserting the tip of the drill 1 or 101 into the guide hole, the drill 1 or 101 rotates with both ends supported by the guide hole and the spindle motor 205, so that deflection can be corrected. Also, by rotating the drill 1 101 in the reverse direction and inserting it into the guide hole from the heel 34 side where the cutting edge 5 105 of the drill 1 101 is not attached, the tip end portion is the guide hole It is possible to suppress contact with the peripheral portion of the drill or contact with the inner wall, and to prevent the progress of the damage of the drill 1, 101, and the breakage / breakage.
  • the drills 1 and 101 rotate in the reverse direction in the insertion step, the cutting edges can be prevented from biting the workpiece M when the cutting edges 5 and 105 of the drills 1 and 101 contact the peripheral edge portion or inner wall of the guide hole. , Loss of the cutting edge 5, 105 can be suppressed.
  • the drill 1, 101 does not reach the outer peripheral surface 31, 131 of the drill 1, 101 and has the gash portions 8, 108 connected to the discharge grooves 4, 104 on the inner peripheral side of the outer peripheral surface 31, 131. Thereby, since the chips are easily curled and separated, the drill 1, 101 can enhance the chip dischargeability. Therefore, it is possible to prevent the drills 1 and 101 from being broken when forming the deep holes.
  • the influence of the bending of the drill 1, 101 due to its own weight is more likely to occur as the groove length L becomes longer, ie, as the length of the drill 1, 101 becomes longer.
  • the drill 1 or 101 with a groove length L of 30 D or more according to the deep hole drilling method according to the present application the effect of preventing breakage of the drill 1 or 101 in the insertion step can be more remarkably exhibited. it can.
  • the stability when the cutting edges 5 and 105 and the thinning edges 7 and 107 bite into the work M in the deep hole forming step is low.
  • the depth W is less than 3D, the deviation between the opening position on the start end side and the opening position on the end side of the deep hole in the work M is larger than in the case of 3D or more, and the formation accuracy of the deep hole is lowered.
  • the drills 1 and 101 having a twist angle of 25 ° for the discharge groove 4 are higher in rigidity than the general drill having a twist angle of 30 °, but the chip dischargeability is reduced.
  • By providing the arc grooves 10 and 110 in the drills 1 and 101 it is possible to widen the tip pockets in the gash portions 8 and 108, and it is possible to enhance the chip discharge performance.
  • By processing the workpiece M by the deep hole machining method of the configuration of the present application using such drills 1 and 101 the effect of preventing breakage of the drills 1 and 101 in the deep hole forming step can be more remarkably exhibited.
  • the drills 1 and 101 may have a rotational direction T at the time of processing in a clockwise direction in front view.
  • the drill 1, 101 may not have the arc groove 10, 110.
  • the twist angle ⁇ of the discharge grooves 4 and 104 is preferably 25 °, but may be in the range of 15 ° to 35 °.
  • a first test was conducted to confirm the effect of forming the twist angle ⁇ of the discharge groove at 25 °.
  • drills of the present invention having the outer diameter D of 66, the groove length L of 60 D, and the twist angles ⁇ of 20 °, 25 °, 30 °, and 35 ° were prepared. .
  • Each drill is formed at its tip end with a gasch portion connected to the discharge groove on the inner peripheral side with respect to the outer peripheral surface, and has an arc groove.
  • the magnitude of vibration when a through hole was formed in the work M (SCM 440 equivalent material) with each drill was measured by the deep hole forming method according to the present application.
  • the results of the first test are shown in the graphs of FIGS. 7-10.
  • the time shown on the horizontal axis is the elapsed time from the start of processing.
  • the gasshed using a drill with a twist angle ⁇ of 25 °, which is more rigid than a common drill, and connected to the discharge groove at the tip on the inner peripheral side than the outer peripheral surface It was confirmed that by forming a portion and having an arc groove to enhance chip dischargeability, it was possible to suppress vibration at the time of deep hole formation and to perform stable processing.
  • the second test and the third test were conducted.
  • the behavior at the time of biting due to the diameter difference between the inner diameter d of the guide hole and the outer diameter D of the drill was confirmed in the deep hole forming step.
  • a plurality of guide holes having different inner diameters d were formed in advance, and a deep hole was formed by inserting a drill of the present configuration having an outer diameter D of 5.95.983 and a groove length L of 50D into the guide holes.
  • 2 mm was formed from the bottom of the guide hole, the processing of the deep hole was stopped, and after the drill was extracted, the bite state was observed.
  • the results of the second test are shown in the table of FIG.
  • the outer diameter D is 5.983 mm and the groove length L is 50D.
  • the deviation between the front surface and the back opening position was measured.
  • deep holes each having a length of 300 mm were formed in approximately 45 holes in each of three groups A to C under different conditions.
  • Group A was a drill having a twist angle ⁇ of 30 °, and a guide hole having an inner diameter d of 6.03 mm and a depth W of 3D was formed, and then a 45-hole through hole was formed.
  • the difference between the inner diameter d and the outer diameter D of the drill is 0.047 mm.
  • Group B was a drill having a twist angle ⁇ of 30 °, and a guide hole having an inner diameter d of 6.01 mm and a depth W of 5D was formed, and then a 45-hole through hole was formed.
  • the difference in diameter between the inner diameter d and the outer diameter D of the drill is 0.027 mm.
  • Group C was a drill having a twist angle ⁇ of 25 °, and a guide hole having an inner diameter d of 6.01 mm and a depth W of 5D was formed and then a through hole of 42 was formed.
  • the difference in diameter between the inner diameter d and the outer diameter D of the drill is 0.027 mm.
  • the results of the third test are shown in the graph of FIG.
  • the number of holes shown on the horizontal axis is obtained by arranging the distribution of positional deviation of through holes in each of the groups A to C in the order of large positional deviation.
  • the line graph representing the result of B shows the result of group A showing the positional deviation of each through hole when the guide hole having the inner diameter d of 6.03 mm and the depth W of 3D is formed using the drill of the same configuration. Generally, it is shifted downward from the line graph to represent.
  • group C shows the positional deviation of each through hole in the case of forming a guide hole having an inner diameter d of 6.01 mm and a depth W of 5D using a drill having a twist angle ⁇ of 25 °.
  • the line graph is generally shifted downward, though slightly, than the line graph representing the result of group B. From this, prior to forming the through hole (deep hole), the cutting edge and the cutting hole are formed by forming a guide hole having an inner diameter d of D + 0.03 mm or less and a depth W of 5 D or more. Since the stability when the thinning blade bites into the workpiece M is enhanced, it has been confirmed that the positional deviation of the through hole can be reduced. Then, by setting the twist angle ⁇ of the drill to 25 ° rather than 30 °, it is possible to ensure that the rigidity of the drill itself can be confirmed, and therefore it has been confirmed that positional deviation of the through hole can be further reduced.
  • the positional deviation of the through holes of group A was generally larger than the positional deviation of the through holes of group B.
  • the positional deviation of the through hole shifts to the upper side of group A more than the difference between group A and group B. It has been found that the positional deviation of the through hole tends to increase if the biting state of the drill at the time of deep hole formation is poor. In other words, if the biting condition of the drill at the time of deep hole formation is good, the positional deviation falls within a relatively small range. And according to the result of Example 2 (refer to FIG.
  • a fourth test was performed to confirm the effect of inserting the drill into the guide hole by reverse rotation in the insertion step.
  • two samples of the drill of the present application configuration with an outer diameter D of ⁇ 9 and a groove length L of 50 D were prepared.
  • One of the drills was inserted into a guide hole having an inner diameter d of 9 9 and a depth W of 5 D in a positive rotation, and durability was compared when multiple blind holes of 430 mm were continuously formed in the work material.
  • the other drill was inserted into the same size guide hole by reverse rotation, and the durability was compared when a plurality of 430 mm blind holes were continuously formed in the work material.
  • the fourth test was conducted under the following conditions.
  • Work material SCM440 equivalent material Use machine: Horizontal machining center Machining depth: 430 mm dead cutting oil: water soluble cutting oil (dilution ratio 20 times)
  • One drill inserted in the guide hole in the normal rotation in the insertion step was broken in the process of forming the 30th hole. As shown in FIG. 13, one of the drills had a large wear on the leading edge when the 22 holes were formed. On the other hand, the other drill inserted in the guide hole by reverse rotation in the insertion step did not break even if the 60th hole was formed. As shown in FIG. 14, the other drill had less wear on the leading edge than the one drill even after forming 60 holes.

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Abstract

ドリルは、ねじれ角２５°の排出溝を備え、溝長が３０Ｄ以上のロングドリルである。ドリルの先端部にはシンニング処理が施され、外周面よりも径方向内側において排出溝に接続するギャッシュ部が形成される。シンニング面とギャッシュ面とが接続する部分には円弧溝が形成され、切りくず排出性が高められる。深穴形成時、案内穴形成工程において内径ｄがＤ＋０．０３ｍｍ以下で深さＷが３Ｄ以上の案内穴が形成される（Ｓ２～Ｓ６）。挿入工程ではドリルが逆回転され、案内穴に、底部手前まで挿入される（Ｓ１１～Ｓ１３）。深穴形成工程ではドリルが正回転され、案内穴の底部から切削が行われて深穴が形成される（Ｓ１６～Ｓ１８）。

Description

深穴加工方法
　本発明は深穴加工方法に関する。
　従来、ワークに深さが深い深穴を形成する場合、深穴の形成前に、深穴よりも若干径が大きく深さが浅い案内穴が形成される。工作機械の主軸に装着されたドリルは、切削時の回転方向に低速で回転された状態で、案内穴に挿入される。ドリルの先端部が案内穴の底部手前まで挿入されると、ドリルは切削時の速度で回転され、そのまま切削が行われることにより、深穴が形成される。
　特に３０Ｄ以上の深穴を形成する場合、切りくずの排出溝が外周面にて螺旋状に形成されたツイストドリルは、穴が深いほど加工中に切りくずが詰まりやすくなるため、排出溝が直線状に形成されたガンドリルが用いられる（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、加工段階に応じてクーラントの供給を最適化することで、切りくずの排出性を確保している。
特許第４９９０６５０号公報
　しかしながら、ガンドリルは加工能率を上げることができず、また工具寿命も短いため、ツイストドリルの使用が望まれていた。
　本発明の目的は、剛性と切りくずの排出性を高めることができるドリルを用いて深穴を形成しつつ、加工時のドリル本体の損傷を抑制できるようにした深穴加工方法を提供することである。
　本発明の一態様によれば、ドリルを装着した工作機械でワークに深穴を形成する深穴加工方法であって、前記ドリルは、軸心を中心に回転されるドリル本体と、前記ドリル本体の先端部から基端部へ向けて、外周面に、ねじれ角が１５°以上３５°以下の螺旋状に設けられる複数の排出溝と、前記ドリル本体の回転方向側を向く前記排出溝の内面と、前記先端部における前記ドリル本体の逃げ面との稜線部分に形成される切れ刃と、前記ドリル本体の前記先端部に施されるシンニング処理によって設けられ、前記切れ刃の内端から前記ドリル本体の先端部分であるチゼル部へ向けて延びるシンニング刃と、前記シンニング処理によって設けられ、前記逃げ面との稜線が前記シンニング刃の内端から円弧状に延び、前記ドリル本体の前記外周面よりも内周側で前記排出溝に接続するギャッシュ部とを備えており、前記工作機械による前記ドリルを用いた前記ワークの加工において、前記ワークに前記ドリル本体の前記先端部を挿入可能であり、前記ドリル本体の外径Ｄよりも大きな内径ｄを有し、且つ深さがＷの案内穴を、予め他のドリルを用いて形成する案内穴形成工程と、前記ドリル本体を切削時の回転方向とは反対の逆転方向に加工時よりも低速で回転しつつ、前記ドリル本体の前記先端部を前記案内穴の底部手前まで挿入する挿入工程と、前記ドリル本体を切削時の回転方向である正転方向に回転しつつ、前記案内穴を更に切削し、前記深穴を形成する深穴形成工程とを含むことを特徴とする深穴加工方法が提供される。
　ドリルは、排出溝のねじれ角が１５°以上３５°以下のツイストドリルであり、例えばガンドリルと比べると切りくず排出性が高く、加工能率が高く、また工具寿命も長い。このようなドリルを用い、深穴を形成する際に、自重によるドリル本体の撓みに遠心力が作用すると、ドリルが振れ回りすることがある。挿入工程においてドリル本体を加工時よりも低速で回転することで、ドリルの振れ回りを抑制できる。振れ回りが抑制されたドリルは、予め形成した案内穴に先端部を挿入しやすい。ドリルの先端部が案内穴に挿入されることによって、ドリルは案内穴と工作機械によって両端が支持された状態で回転するので、ドリル本体の撓みを矯正することができる。また、ドリル本体を逆転方向に回転し、ドリルの切れ刃がついていないヒール側から案内穴に沿わせるように案内穴に挿入することで、先端部が案内穴の周縁部分に当接したり、内壁に接触したりすることを抑制し、ドリル本体の損傷の進行、欠損・折損を防止できる。更に、挿入工程ではドリル本体が逆転方向に回転するので、ドリル本体の切れ刃が案内穴の周縁部分や内壁に接触した時に刃先がワークに食い付くことを防止でき、切れ刃の欠損を抑制できる。また、ドリルは、ドリル本体の外周面に達せず、外周面よりも内周側で排出溝に接続するギャッシュ部を有する。これにより、切りくずがカールしやすく且つ分断されやすくなるので、ドリルは、切りくずの排出性を高めることができる。故に、深穴の形成時に、ドリル本体が折損することを防止できる。
　本態様において、前記排出溝の溝長Ｌは、３０Ｄ以上であってもよい。自重によるドリル本体の撓みの影響は、溝長Ｌが長くなるほど、すなわちドリル本体の長さが長くなるほど生じやすい。溝長Ｌが３０Ｄ以上のドリルを用いて本願構成の深穴加工方法によってワークを加工することで、挿入工程におけるドリル本体の折損の防止効果をより顕著に発揮することができる。
　本態様において、前記案内穴の前記内径ｄは、Ｄ＋０．０３ｍｍ以下であり、前記深さＷは、３Ｄ以上であってもよい。内径ｄがＤ＋０．０３ｍｍより大きい場合、深穴形成工程において切れ刃及びシンニング刃がワークに食い付く際の安定性が低くなる。深さＷが３Ｄ未満の場合、ワークにおける深穴の始端側の開口位置と終端側の開口位置とのずれが３Ｄ以上の場合よりも大きく、深穴の形成精度が低くなる。
　本態様において、前記ドリルは、前記シンニング刃のすくい面であり、前記シンニング刃と前記排出溝との間を接続するシンニング面と、前記ギャッシュ部のギャッシュ面とが接続する部分に設けられる断面円弧状の円弧溝を備え、前記排出溝のねじれ角は２５°であってもよい。排出溝のねじれ角が２５°のドリルは、ねじれ角が３０°の一般的なドリルよりも剛性は高いが切りくずの排出性が低下する。このドリルに円弧溝を設けたことで、ギャッシュ部におけるチップポケットを広げることができ、切りくずの排出性を高めることができる。このようなドリルを用いて本願構成の深穴加工方法によってワークを加工することで、深穴形成工程におけるドリル本体の折損の防止効果をより顕著に発揮することができる。
ドリル１の側面図である。 ドリル１の先端部の正面図である。 ドリル１０１の側面図である。 ドリル１０１の先端部の正面図である。 工作機械２００の概略的な構成図である。 深穴加工用ＮＣプログラムのフローチャートである。 ねじれ角２０°のドリルで深穴を形成したときの振動を示すグラフである。 ねじれ角２５°のドリルで深穴を形成したときの振動を示すグラフである。 ねじれ角３０°のドリルで深穴を形成したときの振動を示すグラフである。 ねじれ角３５°のドリルで深穴を形成したときの振動を示すグラフである。 案内穴の内径ｄとドリルの外径Ｄの径差と食い付きの状況を示す表である。 案内穴の大きさと貫通穴の開口部の位置ずれとの関係を示すグラフである。 挿入工程で正回転したドリルの先端部を２２穴形成後に撮影した図である。 挿入工程で逆回転したドリルの先端部を６０穴形成後に撮影した図である。
　以下、本発明に係る深穴加工方法によって深穴を形成する際に用いられるドリル１、１０１について、図面を参照して説明する。ドリル１は、先端部に２つの切れ刃５が形成された２枚刃ドリルの一例である。ドリル１０１は、先端部に３つの切れ刃１０５が形成された３枚刃ドリルの一例である。
　まず、２枚刃のドリル１について説明する。図１に示すように、ドリル１は、超硬合金や高速度工具鋼（ハイス）等の硬質材料から形成される。ドリル１は、シャンク２と、シャンク２から軸心ＡＸに沿って延設されたボディ３を備える。シャンク２は工作機械２００の主軸２０６（図５参照）にドリル１を保持する部分であり、ボディ３に対してシャンク２側がドリル１の後端側である。ボディ３の外周面３１には、切りくずを排出するための２条の排出溝４が螺旋状に形成される。ドリル１は、排出溝４のねじれ角θが１５°以上３５°以下の範囲内となるように形成されたツイストドリルである。なお、ねじれ角θは、小さいほどボディ３の剛性は高まるが、切りくずの排出性が低下する。
　排出溝４はボディ３の先端部において開口し、開口部分に２枚の切れ刃５が形成される。ドリル１は、外径Ｄに対する溝長Ｌが１０倍以上（１０Ｄ以上）の長さを有し、例えば３０Ｄ以上の長さを有する、所謂ロングドリルにも適用される。ドリル１は、軸心ＡＸを中心に回転することによって被削物（ワーク）を切れ刃５で切削し、切りくずを排出溝４で排出しながら深穴を形成する。加工時のドリル１の回転方向Ｔは、正面視で反時計回り方向である。すなわちドリル１を主軸２０６に保持した工作機械２００（図５参照）は、主軸２０６を右回転してワークを切削する。
　図１、図２に示すように、切れ刃５は、排出溝４の回転方向Ｔ側を向く内面４１と、ドリル１の先端部の逃げ面６とが交差する稜線部分に形成される。切れ刃５は正面視略Ｓ字形状を呈する。排出溝４の内面４１のうち切れ刃５付近の内面４１は、切れ刃５が切削した切りくずをすくい取って排出溝４に流す、所謂すくい面である。排出溝４の内面４１のうち切れ刃５側の内面４１と、ボディ３の外周面３１とが交差する部分は、リーディングエッジ３３である。切れ刃５とは反対側の内面４１と外周面３１とが交差する部分は、ヒール３４である。外周面３１には、リーディングエッジ３３とヒール３４との間の中間部分に、ドリル１の外径Ｄよりも小径の背抜き３２が設けられる。背抜き３２が設けられることによって、ドリル１は、深穴の形成時に深穴の内面とボディ３の外周面３１との接触による摩擦抵抗を低減し、発熱や加工トルクを抑制することができる。
　ドリル１は、排出溝４に沿ってボディ３内を螺旋状に延びる２本の油穴１１を有する。２本の油穴１１はシャンク２の後端からドリル１の先端までドリル１内を貫通し、夫々、逃げ面６に開口する。加工時に油穴１１内に供給される切削油は、切削抵抗を低減し、発熱や加工トルクを抑制する。また、切りくずは、切削油と共に排出溝４を流れ、円滑に排出される。
　ドリル１の先端部には、チゼル９付近の心厚を薄くするためのシンニング処理が施される。シンニング処理は、例えば研削砥石を回転させながら排出溝４の開口部分を切れ刃５の軸心ＡＸ側の内側の端部である内端５１からチゼル９側に削り込み、シンニング刃７を形成する処理である。シンニング刃７は、研削砥石とドリル１を相対的に移動させつつ形成され、切れ刃５の内端５１からチゼル９へ向けて正面視円弧状に延びる。シンニング刃７の形成によって、ドリル１の先端部には、シンニング刃７の回転方向Ｔ側を向くすくい面であるシンニング面７１が形成される。
　シンニング処理では、シンニング刃７を形成した後、研削砥石をヒール３４側へ向けてドリル１と相対的に移動させて更に削り込み、排出溝４に接続するギャッシュ部８が形成される。ギャッシュ部８の内面であるギャッシュ面８１と、ドリル１の先端部の逃げ面６とが交差する稜線は、シンニング刃７の軸心ＡＸ側の内側の端部である内端７２から円弧状に延び、外周面３１よりも径方向の内側において排出溝４に接続する。即ちギャッシュ面８１は、内側に凹む曲面に形成される。よってギャッシュ部８は、シンニング刃７で切削した切りくずを収容するチップポケットの容量をより大きく確保でき、詰まることなく円滑に切りくずを排出溝４に送り出すことができる。
　加工時、チゼル９付近に延びるシンニング刃７がワークに食い込んで発生する切りくずは、シンニング面７１によってすくい取られ、ギャッシュ部８に押し出される。切りくずは曲面を呈するギャッシュ面８１で丸められてカールし、リーディングエッジ３３で切断されて、排出溝４に送り出される。このとき、ドリル１の外周面３１と深穴の内面との間に切りくずが入り込んでしまうと、切りくずは、リーディングエッジ３３で切断されずに長く伸びてしまうことがある。ドリル１は、ギャッシュ部８が外周側の端部がドリル１の外周面３１に達していないので、切りくずが外周面３１側に流れにくく、外周面３１と深穴の内面との間に到達しにくい。故にドリル１は、切りくずを比較的小さく切断し、且つ小さく丸めることで、排出溝４から円滑に排出し、切削抵抗を低減することができる。よってドリル１は、深穴の形成時に折損することを防止できる。
　ギャッシュ面８１と、シンニング面７１とが接続する部分には、円弧溝１０が形成される。円弧溝１０はチゼル９付近から排出溝４へ向けて真っ直ぐ延び、延伸方向の断面が円弧状を呈する。円弧溝１０は、シンニング刃７が切削し、シンニング面７１ですくい取った切りくずを円滑に排出溝４へ流す。ドリル１は、ギャッシュ面８１とシンニング面７１の間に円弧溝１０を備えたことで、切りくずをシンニング面７１からギャッシュ部８に円滑に押し出すことができる。なお、円弧溝１０は、断面の曲率半径Ｒが０．０１Ｄ以上０．０３Ｄ以下の範囲内となるように形成される。曲率半径Ｒが０．０１Ｄ未満の場合、切りくずがシンニング面７１からギャッシュ部８に押し出される際に引っ掛かりやすくなり、ギャッシュ部８から排出溝４への切りくずの排出性が低下する虞がある。一方、曲率半径Ｒが０．０３Ｄより大きい場合、円弧溝１０とシンニング面７１とギャッシュ面８１とで形成されるチップポケットにおいて、円弧溝１０がシンニング面７１とギャッシュ面８１を滑らかに接続する断面形状を構成するには、円弧溝１０を、より浅い位置に形成する必要がある。この場合、チゼル９の径や幅を規格に従って形成すると、シンニング刃７の厚みが薄くなり、応力集中により突発折損する虞がある。
　次に、３枚刃のドリル１０１について説明する。３枚刃のドリル１０１と２枚刃のドリル１とは刃数が異なるが、基本的な構成は略同じであるので、以下では、ドリル１０１の説明を簡略化して行う。
　図３、図４に示すように、ドリル１０１は、ボディ１０３の外周面１３１に３条の排出溝１０４を螺旋状に形成したものである。ドリル１０１は、排出溝１０４のねじれ角θが１５°以上３５°以下の範囲内となるように形成されたツイストドリルである。ボディ１０３の先端部には、排出溝１０４の開口部分に３枚の切れ刃１０５が形成される。切れ刃１０５は、排出溝１０４の回転方向Ｔ側を向く内面１４１と、ドリル１０１の先端部の逃げ面１０６とが交差する稜線部分に形成される。逃げ面１０６には、排出溝１０４に沿ってボディ１０３内を螺旋状に延びる３本の油穴１１１の夫々が開口する。ドリル１０１の先端部にはシンニング処理が施され、シンニング刃１０７が形成される。また、シンニング処理によって形成されるギャッシュ部１０８は、ギャッシュ面１８１と逃げ面１０６との稜線がチゼル１０９側から円弧状に延び、外周面１３１よりも径方向の内側において排出溝１０４に接続する。
　ギャッシュ面１８１と、シンニング面１７１とが接続する部分には、円弧溝１１０が形成される。円弧溝１１０は断面円弧状で、チゼル１０９付近から排出溝１０４へ向けて真っ直ぐ延びる。なお、円弧溝１１０は、ドリル１と同様に、断面の曲率半径Ｒが０．０１Ｄ以上０．０３Ｄ以下の範囲内となるように形成される。
　次に、ドリル１又はドリル１０１を装着し、深穴を加工する工作機械２００について説明する。なお、便宜上、紙面左右方向を工作機械２００の前後方向とし、紙面裏表方向を工作機械２００の左右方向とする。また、便宜上、工作機械２００にはドリル１が装着されるものとする。
　図５に示すように、工作機械２００は、工具をワークの側方から相対的に近づけてワークを加工する横型マシニングセンタである。工作機械２００は、ベッド２０１、コラム２０２、Ｘ軸移動機構２０３、Ｙ軸移動機構２０４、主軸モータ２０５、主軸２０６、ホルダ２０７、テーブル２０８、Ｚ軸移動機構２０９、工具交換装置２１０、コントローラ２１１等を備える。ベッド２０１は、金属製の略直方体状の土台である。コラム２０２はベッド２０１の後端部上において立設する。主軸モータ２０５はコラム２０２の前面側に設けられ、Ｘ軸移動機構２０３とＹ軸移動機構２０４により、左右方向及び上下方向に移動する。主軸２０６は主軸モータ２０５の前方に延び、主軸モータ２０５の駆動によって前後方向を軸に回転する。主軸２０６の先端部にはホルダ２０７が固定される。ホルダ２０７はドリル１の軸心ＡＸを前後方向に沿わせ、先端部を前方へ向けた状態で、シャンク２を保持する。ドリル１は、主軸モータ２０５の駆動に伴い回転する。
　テーブル２０８はベッド２０１上でコラム２０２の前側に設けられる。テーブル２０８はワークＭを上面に載置し、Ｚ軸移動機構２０９により、前後方向に移動する。工具交換装置２１０はコラム２０２の左側に設けられ、後述する案内穴を形成するためのドリル２２０と保持した状態のホルダ２２１と、ドリル１を保持した状態のホルダ２０７をコントローラ２１１の指示に従って交換し、主軸２０６にセットする。コントローラ２１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶装置を備える数値制御装置（図示略）を搭載し、ＮＣプログラムに従って、Ｘ軸移動機構２０３、Ｙ軸移動機構２０４、主軸モータ２０５、Ｚ軸移動機構２０９の動作を制御する。従って、ドリル１は、ワークＭに対して相対的に前後方向、左右方向及び上下方向に移動することができ、且つ前後方向を軸に回転することができる。また、図示しないが、工作機械２００は、装置全体を覆う保護カバー等を備える。
　次に、工作機械２００のコントローラ２１１が、ＮＣプログラムに従い、ドリル１でワークＭに深穴を形成する過程について説明する。ドリル１は、溝長Ｌが、例えば３０Ｄ以上のロングドリルである。工作機械２００は、ドリル１の軸心ＡＸを前後方向、すなわち側方に延ばした状態でドリル１を保持し、ワークＭを加工する。従ってドリル１には、自重による撓みの影響により、加工時にボディ３にしなりが生ずる可能性がある。また、ドリル１は、工作機械２００の駆動に伴う振動によって、ボディ３にしなりが生ずる可能性がある。
　故に本実施形態の深穴加工方法によれば、工作機械２００は、ドリル１で深穴を形成する前に、ドリル２２０で案内穴を形成する。案内穴は、ドリル１の外径Ｄに対する深さＷが３Ｄ以上であり、内径ｄが、Ｄ＋０．０３ｍｍ以下に形成される。深さＷが３Ｄ未満の場合、ワークＭにおける深穴の始端側の開口位置と終端側の開口位置とのずれが３Ｄ以上の場合よりも大きくなる虞があり、深穴の形成精度が低くなる可能性がある。また、内径ｄがＤ＋０．０３ｍｍより大きい場合、深穴の形成時に切れ刃５とシンニング刃７がワークＭに食い付く際の安定性が低くなる可能性がある。
　また、深穴加工方法によれば、ドリル１は、外周面３１よりも内周側で排出溝４に接続する円弧状のギャッシュ部８を有し、且つシンニング面７１とギャッシュ面８１の接続部分に円弧溝１０を有し、更に、排出溝４のねじれ角θが２５°であるものが用いられる。排出溝４のねじれ角θが２５°のドリル１は、従来のドリルよりも剛性が高いので、撓みにくい。また、切りくずの排出性は従来のドリルよりも低下するが、本願形状のギャッシュ部８と円弧溝１０を有することによって向上することによって、ドリル１は、切りくずの排出性と剛性を共に確保することができる。
　コントローラ２１１の数値制御装置は、記憶装置に記憶するＮＣプログラムをＲＡＭに読み込んで、各種動作を実行する。図６に示すように、コントローラ２１１は工具交換装置２１０を駆動し、ドリル２２０を保持したホルダ２２１を主軸２０６にセットする（Ｓ１）。ドリル２２０の外径はｄであり、ドリル１の外径Ｄよりも大きく、Ｄ＋０．０３ｍｍ以下である。コントローラ２１１は、Ｘ軸移動機構２０３とＹ軸移動機構２０４の駆動を制御し、ドリル２２０の先端部をワークＭにおける深穴の形成予定位置の後方に移動する（Ｓ２）。
　［案内穴形成工程］　コントローラ２１１は主軸モータ２０５の駆動を制御し、ドリル２２０を保持する主軸２０６を加工時の回転速度で正回転（回転方向Ｔに回転）する（Ｓ３）。コントローラ２１１はＺ軸移動機構２０９の駆動を制御し、ワークＭを載置するテーブル２０８を後方に移動する（Ｓ５）。ドリル２２０の先端部がワークＭの後面に接触し、ワークＭが切削されて、案内穴の形成が開始される。案内穴の深さＷは、例えば３Ｄに設定される。テーブル２０８の位置がワークＭとドリル２２０の接触位置から更に後方へ深さＷに相当する距離を移動するまで、コントローラ２１１はテーブル２０８及びワークＭの移動を継続する（Ｓ６：ＮＯ）。
　案内穴の深さＷが３Ｄに達して案内穴の形成が完了すると（Ｓ６：ＹＥＳ）、コントローラ２１１はテーブル２０８を前方に移動する（Ｓ７）。案内穴が形成されたワークＭは前方に移動し、ドリル２２０が案内穴から抜き出される。コントローラ２１１は主軸モータ２０５の駆動を停止し、主軸２０６の回転を停止する（Ｓ８）。
　コントローラ２１１は工具交換装置２１０を駆動し、ドリル１を保持したホルダ２０７を主軸２０６にセットする（Ｓ１０）。コントローラ２１１は主軸モータ２０５の駆動を制御し、ドリル１を保持する主軸２０６を加工時の回転速度よりも低い案内速度で逆回転（回転方向Ｔとは反対方向に回転）する（Ｓ１１）。前述したように、ドリル１は、溝長Ｌが、例えば３０Ｄ以上のロングドリルである。故にドリル１は、軸心ＡＸを横向きにして工作機械２００に保持されることによって、自重で撓みやすい。Ｓ１１では、ドリル１を加工時よりも低速の案内速度で回転することによって、ドリル１の振れ回りを抑制することができる。
　［挿入工程］　コントローラ２１１はＺ軸移動機構２０９の駆動を制御し、ワークＭを載置するテーブル２０８を後方に移動する（Ｓ１２）。ドリル１の先端部がワークＭに形成された案内穴に挿入される。振れ回りが抑制されたドリル１は、先端部を案内穴に挿入しやすい。ドリル１の先端部が案内穴に挿入されることによって、ドリル１は、案内穴と主軸モータ２０５に両端を支持されつつ回転するので、撓みが矯正される。また、ドリル１は、逆回転することによって、ドリル１の切れ刃５がついていないヒール３４側から案内穴に沿わせるように案内穴に挿入される。故にドリル１は、先端部が案内穴の周縁部分に当接したり、内壁に接触したりすることを抑制し、損傷の進行、欠損・折損を防止できる。更に、ドリル１が逆回転するので、切れ刃５が案内穴の周縁部分や内壁に接触した時に刃先がワークＭに食い付くことを防止でき、切れ刃の欠損を抑制できる。
　コントローラ２１１は、ドリル１の先端が案内穴の開口部分に位置してから、案内穴の深さＷよりも若干短い距離分、テーブル２０８及びワークＭの後方への移動を継続する（Ｓ１３：ＮＯ）。テーブル２０８が深さＷよりも若干短い距離分移動し、ドリル１の先端部が案内穴の底部手前に到達すると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、コントローラ２１１は、テーブル２０８及びワークＭの移動を停止する（Ｓ１５）。
　［深穴形成工程］　コントローラ２１１は主軸モータ２０５の駆動を制御し、ドリル１を保持する主軸２０６を加工時の回転速度で正回転（回転方向Ｔに回転）する（Ｓ１６）。コントローラ２１１はＺ軸移動機構２０９の駆動を制御し、ワークＭを載置するテーブル２０８を後方に移動する（Ｓ１７）。ドリル１の先端部は案内穴の底面に接触し、ワークＭが切削され、深穴の形成が開始される。深穴は、所定の深さ、例えば溝長Ｌの９０％の長さに相当する深さに設定される。コントローラ２１１は、ドリル１の先端が案内穴の開口部分に位置してから、所定の深さに相当する距離分、テーブル２０８及びワークＭの後方への移動を継続する（Ｓ１８：ＮＯ）。
　テーブル２０８及びワークＭが所定の深さに相当する長さ分、後方に移動し、深穴の形成が完了すると（Ｓ１８：ＹＥＳ）、コントローラ２１１は、テーブル２０８を前方へ移動する（Ｓ２０）。深穴が形成されたワークＭは前方へ移動し、ドリル１が深穴から抜き出される。コントローラ２１１は主軸モータ２０５の駆動を停止し、主軸２０６の回転を停止する（Ｓ２１）。
　ＮＣプログラムに従い、深穴の形成を連続して行う場合には（Ｓ２２：ＹＥＳ）、コントローラ２１１は処理をＳ１に戻す。深穴の形成を終了する場合には（Ｓ２２：ＮＯ）、コントローラ２１１はＮＣプログラムの実行を終了する。なお、ドリル１０１を用いた深穴加工方法についても、ドリル１を用いた場合と同様である。
　以上説明したように、ドリル１、１０１は、排出溝４、１０４のねじれ角が１５°以上３５°以下のツイストドリルであり、例えばガンドリルと比べると切りくず排出性が高く、加工能率が高く、また工具寿命も長い。このようなドリル１、１０１を用い、深穴を形成する際に、自重によるドリル１、１０１の撓みに遠心力が作用すると、ドリル１、１０１が振れ回りすることがある。本願構成の深穴加工方法では、挿入工程においてドリル１、１０１を加工時よりも低速で回転することで、ドリル１、１０１の振れ回りを抑制できる。振れ回りが抑制されたドリル１、１０１は、先端部を案内穴に挿入しやすい。ドリル１、１０１の先端部が案内穴に挿入されることによって、ドリル１、１０１は案内穴と主軸モータ２０５に両端が支持された状態で回転するので、撓みを矯正することができる。また、ドリル１、１０１を逆転方向に回転し、ドリル１、１０１の切れ刃５、１０５がついていないヒール３４側から案内穴に沿わせるように案内穴に挿入することで、先端部が案内穴の周縁部分に当接したり、内壁に接触したりすることを抑制し、ドリル１、１０１の損傷の進行、欠損・折損を防止できる。更に、挿入工程ではドリル１、１０１が逆転方向に回転するので、ドリル１、１０１の切れ刃５、１０５が案内穴の周縁部分や内壁に接触した時に刃先がワークＭに食い付くことを防止でき、切れ刃５、１０５の欠損を抑制できる。また、ドリル１、１０１は、ドリル１、１０１の外周面３１、１３１に達せず、外周面３１、１３１よりも内周側で排出溝４、１０４に接続するギャッシュ部８、１０８を有する。これにより、切りくずがカールしやすく且つ分断されやすくなるので、ドリル１、１０１は、切りくずの排出性を高めることができる。故に、深穴の形成時に、ドリル１、１０１が折損することを防止できる。
　自重によるドリル１、１０１の撓みの影響は、溝長Ｌが長くなるほど、すなわちドリル１、１０１の長さが長くなるほど生じやすい。溝長Ｌが３０Ｄ以上のドリル１、１０１を用いて本願構成の深穴加工方法に従ってワークＭを加工することで、挿入工程におけるドリル１、１０１の折損の防止効果をより顕著に発揮することができる。
　内径ｄがＤ＋０．０３ｍｍより大きい場合、深穴形成工程において切れ刃５、１０５及びシンニング刃７、１０７がワークＭに食い付く際の安定性が低くなる。深さＷが３Ｄ未満の場合、ワークＭにおける深穴の始端側の開口位置と終端側の開口位置とのずれが３Ｄ以上の場合よりも大きく、深穴の形成精度が低くなる。
　排出溝４のねじれ角が２５°のドリル１、１０１は、ねじれ角が３０°の一般的なドリルよりも剛性は高いが切りくずの排出性が低下する。このドリル１、１０１に円弧溝１０、１１０を設けたことで、ギャッシュ部８、１０８におけるチップポケットを広げることができ、切りくずの排出性を高めることができる。このようなドリル１、１０１を用いて本願構成の深穴加工方法によってワークＭを加工することで、深穴形成工程におけるドリル１、１０１の折損の防止効果をより顕著に発揮することができる。
　なお、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。ドリル１、１０１は、加工時の回転方向Ｔが、正面視で時計回り方向のものであってもよい。ドリル１、１０１は、円弧溝１０、１１０がなくてもよい。排出溝４、１０４のねじれ角θは２５°が好適であるが、１５°以上３５°以下の範囲であってもよい。
　以上説明したドリル１、１０１と同様の構成のサンプルを用い、本願構成の深穴加工方法に従ってワークＭに深穴を形成することの効果を確認するため各種評価試験を行った。
　まず、深穴の形成に用いるドリルとして、排出溝のねじれ角θを２５°に形成することによる効果を確認する第一試験を行った。第一試験では、試験用サンプルとして、外径ＤがΦ６で溝長Ｌが６０Ｄであり、ねじれ角θを２０°、２５°、３０°、３５°に形成した本願構成のドリルを夫々用意した。各ドリルは、先端部に、外周面よりも内周側で排出溝に接続するギャッシュ部が形成され、且つ円弧溝を有する。第一試験では、本願構成の深穴形成方法によって各ドリルでワークＭ（ＳＣＭ４４０相当材）に貫通穴を形成したときの振動の大きさを測定した。第一試験の結果を図７～図１０のグラフに示す。なお、横軸に示す時間は、加工開始からの経過時間である。
　図８に示すように、ねじれ角θが２５°のドリルは、深穴形成時（８～４５秒）の振動が比較的小さい状態で維持され、振動状態の細かな変化（所謂びびり）も少なかった。これに対し、図７に示すように、ねじれ角θが２０°のドリルは、深穴形成時（１８～４０秒）の振動が比較的小さい状態で維持され、形成開始から中頃までは（１８～３５秒）、びびりも少なかったが、後半（３５～４０秒）において、びびりが大きくなった。これは、ねじれ角θが２５°のドリルと比べ、剛性が高いものの、切りくずの排出性がねじれ角θが２５°のドリルよりも劣るため、終盤において切りくずの詰まりが発生したものと考えられる。また、図９に示すように、ねじれ角θが３０°のドリルは、深穴形成時（８～４４秒）の振動が比較的小さい状態で維持されたが、開始当初（１０～１５秒）と後半（３３～４０秒）において、びびりがみられた。これは、ねじれ角θが２５°のドリルと比べ、剛性が低いことによるものと考えられる。図１０に示すように、ねじれ角θが３５°のドリルは、深穴形成時（７～４２秒）の振動が比較的大きい状態で生じ、びびりも発生した。これは、ねじれ角θが２５°のドリルと比べ、更に剛性が低いことによるものと考えられる。第一試験の結果によれば、一般的なドリルよりも剛性を高められる、ねじれ角θが２５°のドリルを用い、且つ先端部に、外周面よりも内周側で排出溝に接続するギャッシュ部が形成され、且つ円弧溝を有することで切りくずの排出性を高めることによって、深穴形成時の振動を抑え、安定した加工が行えることが確認できた。
　次に、本願構成の深穴加工方法において、案内穴形成工程において案内穴を形成することによる効果を確認するため、第二試験と第三試験を行った。まず、第二試験では、深穴形成工程において、案内穴の内径ｄとドリルの外径Ｄとの径差による食い付き時の挙動を確認した。試験では、予め内径ｄの異なる複数の案内穴を形成し、外径ＤがΦ５．９８３で、溝長Ｌが５０Ｄの本願構成のドリルを案内穴に挿入して深穴を形成した。そして、案内穴の底部から２ｍｍ形成したところで深穴の加工を停止し、ドリルを抜き出した後、食い付き状態を観察した。第二試験の結果を図１１の表に示す。
　図１１に示すように、案内穴の内径ｄとドリルの外径Ｄとの径差が０．０３１ｍｍ以下の案内穴（１、２、３、７、９、１２番）では、深穴形成時の食い付きが良好であった。これに対し、案内穴の内径ｄとドリルの外径Ｄとの径差が０．０４９ｍｍ以上の案内穴（４、５、６、８、１０、１１番）では、深穴形成時の食い付きにおいて軸ぶれが生ずる等の不良があった。第二試験の結果によれば、案内穴の内径ｄとドリルの外径Ｄとの径差を０．０３ｍｍ以下にすると、深穴形成時のドリルの食い付きが良好であることが確認できた。
　次に、第三試験では、外径Ｄが５．９８３ｍｍで、溝長Ｌが５０Ｄの本願構成のドリルを用い、本願構成の深穴加工方法によって貫通穴を形成したときに、被削材の表面と、裏面の開口位置とのずれを測定した。なお、第三試験では、条件の異なる３つのグループＡ～Ｃにおいて、長さが３００ｍｍの深穴を夫々略４５穴形成した。グループＡは、ねじれ角θを３０°に形成したドリルで、内径ｄが６．０３ｍｍ、深さＷが３Ｄの案内穴を作成した上で４５穴の貫通穴を形成した。内径ｄとドリルの外径Ｄとの径差は０．０４７ｍｍである。グループＢは、ねじれ角θを３０°に形成したドリルで、内径ｄが６．０１ｍｍ、深さＷが５Ｄの案内穴を作成した上で４５穴の貫通穴を形成した。内径ｄとドリルの外径Ｄとの径差は０．０２７ｍｍである。グループＣは、ねじれ角θを２５°に形成したドリルで、内径ｄが６．０１ｍｍ、深さＷが５Ｄの案内穴を作成した上で４２穴の貫通穴を形成した。内径ｄとドリルの外径Ｄとの径差は０．０２７ｍｍである。第三試験の結果を図１２のグラフに示す。なお、横軸に示す穴数は、各グループＡ～Ｃの夫々における貫通穴の位置ずれの分布を、位置ずれの大きかった順に並べたものである。
　図１２に示すように、ねじれ角θを３０°に形成したドリルを用い、内径ｄが６．０１ｍｍで深さＷが５Ｄの案内穴を形成した場合の各貫通穴の位置ずれを示す、グループＢの結果を表す折れ線グラフは、同構成のドリルを用い、内径ｄが６．０３ｍｍで深さＷが３Ｄの案内穴を形成した場合の各貫通穴の位置ずれを示す、グループＡの結果を表す折れ線グラフよりも、全般的に、下方にシフトしている。また、ねじれ角θを２５°に形成したドリルを用い、内径ｄが６．０１ｍｍで深さＷが５Ｄの案内穴を形成した場合の各貫通穴の位置ずれを示す、グループＣの結果を表す折れ線グラフは、グループＢの結果を表す折れ線グラフよりも僅かながら、全般的に、下方にシフトしている。このことから、貫通穴（深穴）を形成するのに先立ち、内径ｄをＤ＋０．０３ｍｍ以下とし、深さＷを５Ｄ以上とする案内穴を形成することによって、貫通穴形成時に、切れ刃及びシンニング刃がワークＭに食い付く際の安定性が高められるため、貫通穴の位置ずれを小さくできることが確認できた。そして、ドリルのねじれ角θを３０°よりも２５°にすることによって、ドリル自体の剛性を確保できるため、貫通穴の位置ずれを更に小さくできることが確認できた。
　なお、グループＡの貫通穴の位置ずれは、グループＢの貫通穴の位置ずれよりも全般的に大きかった。図示しないが、案内穴の深さＷを３Ｄ未満とした場合の貫通穴の位置ずれは、グループＡとグループＢの差分よりも更に大きくグループＡの上方にシフトする。貫通穴の位置ずれは、深穴形成時のドリルの食い付き状態が不良であると、大きくなる傾向にあることが分かっている。言い換えると、深穴形成時のドリルの食い付き状態が良好な状態であるならば、位置ずれは比較的小さな範囲に収まる。そして、実施例２の結果（図１１参照）によれば、案内穴の深さＷが３Ｄであっても、案内穴の内径ｄとドリルの外径Ｄとの径差が０．０３ｍｍ以下なら、深穴形成時のドリルの食い付き状態は良好である。即ちグループＡは、グループＢよりも貫通穴の位置ずれが全般的に大きいが、許容範囲にあるといえる。従って、案内穴の深さＷは、３Ｄ以上であれば十分に、貫通穴の位置ずれを小さくできる。
　次に、本願構成の深穴加工方法において、挿入工程においてドリルを逆回転で案内穴に挿入することによる効果を確認するため、第四試験を行った。第四試験では、外径ＤがΦ９で、溝長Ｌが５０Ｄの本願構成のドリルを２サンプル作成した。一方のドリルは、内径ｄがΦ９で深さＷが５Ｄの案内穴に正回転で挿入しつつ、４３０ｍｍの止り穴を被削材に連続して複数形成した時の耐久性を比較した。他方のドリルは、同じ大きさの案内穴に逆回転で挿入しつつ、４３０ｍｍの止り穴を被削材に連続して複数形成した時の耐久性を比較した。なお、第四試験は、以下の条件により行った。
被削材：ＳＣＭ４４０相当材
使用機械：横型マシニングセンタ
加工深さ：４３０ｍｍ止り
切削油：水溶性切削油剤（希釈率２０倍）
　挿入工程で案内穴に正回転で挿入した一方のドリルは、３０穴目を形成する過程で折損した。図１３に示すように、一方のドリルは、２２穴を形成した時点でリーディングエッジがすでに大きく摩耗していた。これに対し、挿入工程で案内穴に逆回転で挿入した他方のドリルは、６０穴目を形成しても、折損しなかった。図１４に示すように、他方のドリルは、６０穴を形成した後でもリーディングエッジの摩耗が一方のドリルよりも少なかった。第四試験の結果によれば、挿入工程においてドリルを逆回転で案内穴に挿入することによって、ドリルの先端部が案内穴の周縁部分に当接したり、内壁に接触したりすることを抑制し、ドリルの損傷の進行、欠損・折損を防止できることが確認できた。

Claims (4)

  1. 　ドリルを装着した工作機械でワークに深穴を形成する深穴加工方法であって、
    　前記ドリルは、
    　　軸心を中心に回転されるドリル本体と、
    　　前記ドリル本体の先端部から基端部へ向けて、外周面に、ねじれ角が１５°以上３５°以下の螺旋状に設けられる複数の排出溝と、
    　　前記ドリル本体の回転方向側を向く前記排出溝の内面と、前記先端部における前記ドリル本体の逃げ面との稜線部分に形成される切れ刃と、
    　　前記ドリル本体の前記先端部に施されるシンニング処理によって設けられ、前記切れ刃の内端から前記ドリル本体の先端部分であるチゼル部へ向けて延びるシンニング刃と、
    　　前記シンニング処理によって設けられ、前記逃げ面との稜線が前記シンニング刃の内端から円弧状に延び、前記ドリル本体の前記外周面よりも内周側で前記排出溝に接続するギャッシュ部と
    を備えており、
    　前記工作機械による前記ドリルを用いた前記ワークの加工において、
    　　前記ワークに前記ドリル本体の前記先端部を挿入可能であり、前記ドリル本体の外径Ｄよりも大きな内径ｄを有し、且つ深さがＷの案内穴を、予め他のドリルを用いて形成する案内穴形成工程と、
    　　前記ドリル本体を切削時の回転方向とは反対の逆転方向に加工時よりも低速で回転しつつ、前記ドリル本体の前記先端部を前記案内穴の底部手前まで挿入する挿入工程と、
    　　前記ドリル本体を切削時の回転方向である正転方向に回転しつつ、前記案内穴を更に切削し、前記深穴を形成する深穴形成工程と
    を含むことを特徴とする深穴加工方法。
  2. 　前記排出溝の溝長Ｌは、３０Ｄ以上であることを特徴とする請求項１に記載の深穴加工方法。
  3. 　前記案内穴の前記内径ｄは、Ｄ＋０．０３ｍｍ以下であり、前記深さＷは、３Ｄ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の深穴加工方法。
  4. 　前記ドリルは、前記シンニング刃のすくい面であり、前記シンニング刃と前記排出溝との間を接続するシンニング面と、前記ギャッシュ部のギャッシュ面とが接続する部分に設けられる断面円弧状の円弧溝を備え、
    　前記排出溝のねじれ角は２５°であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の深穴加工方法。
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