JP2003508244A - 強靱ドリル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ほぼ円柱状のドリル、特にインサートドリルは、多数の切削インサート（１６,１８）と、穴からチップを除去するための螺旋チップ溝（２４）と、ドリルの刃先（１２）と反対位置にある把持シャンク（２２）とを有し、このドリルはドリルの刃先（１２）に対して釣り合いが取れていない結果として生ずる横力（４０）を受け、この結果として生ずる横力（４０）は把持シャンク（２２）と共にその時点で隣接する最大曲げ応力の中立軸線（３６）を含む軸平面に対して直角に向けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （発明の背景） １．発明の分野 この発明は、金属に対して使用するドリル、特に曲げに対する抵抗を重視した
高速送り用に設計されたドリルに関する。

【０００２】 ２．関連技術の背景および説明 極めて高い金属除去率での作業が高生産率の穴あけ加工において望まれる場合
、切削力に対する反力の最大成分が本質的に軸線方向にあって、いくつかの実例
では切削力の９０パーセント（９０％）に達することが判明している。この種の
操作において、穴寸法に対する公差の維持は、切削負荷による曲げおよび座屈の
両方に対する溝付きドリル本体の抵抗力に大きく依存しており、まれにしか達成
できない横切削力の分布の釣り合いが取れていたとしても、大部分は梁のような
、また柱のような溝付きドリル本体の剛性の問題であり、高速送りの結果として
生ずる主要な負荷成分に基づく。

【０００３】 金属製ドリルのたわみの問題は、横合力を可能な範囲で排除するため、切削チ
ップに対して横力を釣り合わせるものとして、従来技術にて大いに検討されてい
る。従来技術のいくつかのドリルが、溝付きドリル本体を短くすることによって
望ましい剛性に近付けているけれども、ドリル剛性に対する重要な基準は、従来
技術によって未だ明らかにされていない状態になっていると思われる。

【０００４】 （発明の概要） 最も簡潔な表現において、本発明はドリル先端からシャンクとの接続部分まで
溝付き断面の回転を調整することにより、溝付きドリル本体のたわみに対する最
大抵抗力を得、その最大抵抗モーメントが、加えられた曲げモーメントに対抗す
るように利用可能となっている。他の方法を加えると、その接続部における回転
位置は、ドリル先端に結果として生ずる任意の横力およびモーメントの作用線と
直交する曲げに対して最も高い抵抗力の中立軸線に置くべきであり、切刃が逆向
きに並べられる通常の場合、これはドリルの切刃に対して平行な中立軸線と合わ
せることにより達成される。

【０００５】 （発明の詳細な説明） 正確に研削された両刃ツイストドリルは、切刃の不均一な摩耗が力の釣り合い
を乱す前には、ドリル面に結果として生ずる横力をゼロに近づけるか、またはほ
ぼゼロにすることができるけれども、２つのインサートが設けられ、回転軸線に
関して対向する部分にそれぞれ配置され、かつ切削半径の一部のみをそれぞれ除
去する場合、インサートドリルの本体に対する横力は、本来的に釣り合いが取ら
れない。従って、インサートドリルは刃先にて結果として生ずる横力に応じた曲
げに対するより大きな抵抗力のため、低い長さ対直径比を一般に示す。しかしな
がら、高速送りにおいて、本質的に圧縮的であるドリル本体に対する軸力は、切
刃に作用する結果として生ずる横力に対して直角な平面でさらなる偶力を加える
可能性がある。これは、釣り合いが取られていない横力のみのため、ドリルのた
わみによってもたらされる半径方向のたわみを増大する傾向がある。

【０００６】 本発明のドリルは、加えられるモーメントに対し、最大曲げ応力の部分におけ
るドリル本体の溝付き部の慎重になされた回転位置によって、狭い公差内に穴寸
法および真円度を維持することを企図し、工具先端に加えられた横荷重の最大モ
ーメントの位置近傍にある把持シャンクのフランジに隣接する溝付きドリル本体
にて、この最大曲げ応力を受ける。特に望ましい位置は、工具先端にて結果とし
て生ずる横力の作用線に対して直交する最大抵抗モーメントの中立軸線を位置付
けるように、溝のねじれ角の選択の結果に由来する。図４の対称的な「砂時計」
形状において、主対称軸線は最大曲げ応力の部分の中立軸線として好まれ、逆向
きに並べられた切削インサートの場合、これは主対称軸線をインサートの切刃を
含む共通軸平面に位置付ける。

【０００７】 図面において、円柱状の工具本体１０は、刃先１２を向いた、すなわち２つの
対向する切削インサート１６および１８の切刃１４に関して逆向きの配列を描い
ている半横向き視線の図１に示される。本発明のドリルのその切削径に対する支
持されていない長さの割合は、把持シャンク２２のフランジ２０から測定して３
以上、好ましくはおよそ４である。切削液は、ドリル本体１０の把持シャンク２
２から穿設され、また刃先から穿設された傾斜分岐通路２８によりつなげられる
軸線方向の通路２６によって機械主軸から刃先１２まで搬送される。

【０００８】 本実施例の場合、チップ溝２４は右回り（刃先と対向する側から見た場合に時
計回り）回転のための切削インサート１６および１８の直面にもかかわらず、好
ましい左巻き螺旋で刃先１２から後退している。

【０００９】 例示された逆回りの螺旋形状に関連し、境界部分（図４）における最大モーメ
ントの中立軸線に対する切刃の所定配列は、螺旋のおよそ８分の３回転で得られ
る。切削方向と同じ向きの螺旋溝に対し、およそ８分の５回転が望ましい位置を
得るために必要である。

【００１０】 この発明の有用性の見地から任意ではあるが、逆回りのチップ溝螺旋が好まし
いという理由は、螺旋が切削回転方向に回された場合のように半径方向に膨らむ
というよりむしろ、大きなねじり負荷によりその半径方向の寸法を縮めるという
工具本体の理論的な傾向である。これらの考慮すべき事項は、穴寸法および真円
度に関してわずかな公差を保持しようとするにもかかわらず、並外れた切削速度
および送りの状態によってのみ重要になると思われる。

【００１１】 図面の図３は、切削インサート１６および１８のすくい面にそれぞれ作用する
横力３０および３２の位置と、これらが合成されて生み出されるねじりモーメン
ト３４とを概略的に描いている。図３はまた、溝付きドリル本体が受ける最大曲
げ応力に沿った部分、すなわち図２の４−４線により示された部分における工具
本体１０の横断面を破線輪郭で概略的に描いており、これは切削インサート１６
および１８の相対的な位置を破線で表した図４の実線で示される。図２の４−４
断面に対して図３および図４に示された横断面の理想化された対称形態に関し、
この部分における対称軸線３６は、切削インサート１６および１８に対する表面
力３０および３２ならびにそれらの合成ベクトル４０と共に、切刃直径３８（図
３）と同じ軸平面に置かれ、これらはこの軸平面に対して直角である。この配置
は、４−４断面での曲げに対して利用可能な最大抵抗モーメントを適切な調整状
態に位置付け、工具の刃先に加えられる結果として生ずる横力４０（図２）によ
りもたらされるその断面での曲げモーメントに抵抗するようになっている。横方
向合成ベクトル４０を表す矢印は、内側インサート１８に対するより大きな表面
力のため、図２で下方を向いている。

【００１２】 図２はまた、あたかもその中心で工具に作用するような軸力４２と、２つの切
削インサート１６および１８にそれぞれ作用する軸力４６および４８によって工
具本体１０の偏心した軸線方向負荷の結果として生ずるさらなる曲げモーメント
４４とを表している。

【００１３】 図２の４−４断面に関する工具本体のあらゆる曲げ−これはその断面に関して
横方向合成ベクトル４０のモーメントによりもたらされる−は、曲げ力４０−こ
れは工具の刃先の半径方向のたわみによる累積的な効果と共に、横曲げ力４０の
曲げモーメントを増大する方向に作用する他の偶力５０をさらに生じさせるよう
に、結果として生ずるオフセットされた軸力４２をもたらす−の方向に結果とし
て生ずる軸力４２を偏倚させることも認識されよう。

【００１４】 両方の考慮すべき事項、すなわち工具先端での横負荷に起因するたわみおよび
共平面横負荷増大偶力５０は、図２の４−４断面の最大慣性モーメントの中立軸
線３６を切刃直径３８と共に共通軸平面に置くことにより、本発明の工具におい
て最適に抑えられ、片寄った横方向合成ベクトル４０とその増大偶力５０とによ
りもたらされる曲げモーメントに対するその断面の最大抵抗モーメントを与える
ようになっている。

【００１５】 同時に、この位置合わせは、外側寄りおよび中央寄りのインサート１６および
１８にそれぞれ作用する軸力４６および４８によって、工具本体１０の偏心軸線
方向負荷の結果として生ずるモーメント４４の面に対して第２の対称軸線５２（
図４）を直角に置く。幸運にも、これは工具の先端での集中横負荷のモーメント
に対抗するように、図２の４−４断面にて利用可能な最大抵抗モーメントの位置
に応じた軸平面３６−３８での曲げに対する最大抵抗力をもたらす。

【００１６】 本発明のドリルに関して先行する詳細な説明は、好ましい相対的回転位置合わ
せに対し、インサートでの個々の表面力のモーメント３４から溝付き工具本体の
ねじれたわみの減損的効果の可能性を無視している。その可能性に関する論議の
欠如は、これよりも以前に述べられた長さ対直径比でのねじれたわみの解析が、
予想された強大な負荷によってごくわずかであることをそこで示しているという
事実を単に反映している。

【００１７】 ２つの切削インサート−正反対に配置されたそれらの切刃を有する−のドリル
に関して描かれた実施例に由来する原理に関して前に行った議論は、小さなドリ
ル寸法に対して代表的であるようにみなすことができるが、必ずしもそれだけに
限られるものではない。より大きなドリルのインサートは、より多数あって、お
そらく別の方法で配置される可能性がある。

【００１８】 ここで開示された原理が適用可能であるけれども、主たる考慮すべき事項は、
工具の先端から隔てた溝付き工具本体の境界部分が、工具先端での片寄った横負
荷の結果として生ずるその断面における曲げモーメントに対してその最大抵抗モ
ーメントを与えるように、回転して調整されるということである。

【００１９】 同様に、切刃がスローアウェイ／交換式インサートにより装備されるドリルに
関し、これらの原理がここに開示されているけれども、これらはドリル本体と一
体の切刃を有するドリルに対して同様に適用可能である。

【００２０】 新規かつ特許取得可能であると思われる本発明の特徴は、以下の特許請求の範
囲にて述べられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるドリルの斜視図である。

【図２】 図１のドリルの正面図であり、切削中にこれに作用する力を部分的に概略で示
している。

【図３】 図２に示されるようなドリルの概略端面図であり、操作中にその切削インサー
トのすくい面に作用する横力をより詳細に示している。

【図４】 図２の４−４線で取り込んだドリルの断面図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸線に関して対向する部分に逆向きに並べられた切刃を
   その一端に持つ細長いほぼ円柱状の本体と、軸線方向送りを伴うドリルの回転の
   ための工具ホルダのグリップへの挿入に適合させられたその他端のシャンク部と
   を有する回転ドリルであって、前記本体はまた、チップを前記切刃から除去して
   搬送するため、前記切刃から前記シャンク部まで螺旋状に延在する一対の対向す
   るチップ溝をそこに有し、前記並べられた切刃は、前記本体の前記溝付き部と前
   記シャンク部との合体部における溝付き本体の断面に関する最大抵抗モーメント
   の中立軸線に対してほぼ平行に向けられている。
2. 【請求項２】 前記チップ溝は、前記回転軸線に関してほぼ対称である請求
   項１の回転ドリル。
3. 【請求項３】 前記断面における前記チップ溝は、ドリル本体の２つの直交
   する直径に関して共に対称であって、その一方が前記中立軸線と一致し、螺旋チ
   ップ溝の向きは切削回転方向の向きに対して逆であって、この螺旋溝は当該螺旋
   のおよそ８分の３回転で前記シャンク部に到達している請求項１の回転ドリル。
4. 【請求項４】 前記断面における前記チップ溝は、ドリル本体の２つの直交
   する直径に関して共に対称であって、その一方が前記中立軸線と一致し、螺旋チ
   ップ溝の向きは切削回転方向の向きと同じであって、この螺旋溝は当該螺旋のお
   よそ８分の５回転で前記シャンク部に到達している請求項１の回転ドリル。
5. 【請求項５】 その溝付き円柱状本体は、３よりも大きな長さ対直径比を有
   する請求項３または請求項４の回転ドリル。