JP2006150535A - 切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 インサートのガイドパッドとインサートの切刃との位置関係を精度よく調整でき、加工精度が良好なボーリングバー等の切削工具を提供する。
【解決手段】 ワークに設けられた下穴を切削加工して、所定の内径の加工穴を形成する切削工具１０であって、軸線回りに回転される略円柱状の工具本体２０の外周面には、加工穴の内壁面と摺接するガイドパッド５０が設けられるとともに、工具本体２０の先端部外周には、工具先端面と工具外周面に向けて開口された凹部２９が形成され、凹部２９の工具先端側の面に取付座が備えられ、該取付座に、工具本体２０の径方向外側に向けて延びる切刃を有するインサート６０が装着され、取付座の工具径方向内側には、工具本体２０が切り欠かれた切欠部が設けられ、該切欠部には、インサート６０の工具径方向内側を向く面を押圧してインサート６０の位置を調整する調整クサビ７０が挿入されたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、下穴が加工されたワークの内壁面の切削加工等に使用されるボーリングカッター等の切削工具に関する。

近年、エンジンのシリンダーボアの加工等に用いられる切削工具として、例えば、特許文献１に示されるような、切刃を有するインサートが工具本体の先端部外周に着脱可能に装着したものが知られている。
上記の切削工具は、アダプタ等を介して工作機械の主軸端に取り付けられ、高速回転されるとともに、切削工具の軸線方向に送りを与えられ、ワークに設けられた下穴に挿入され、工具本体の先端部外周に装着されたインサートの切刃によって下穴の内壁部分を切削加工し、所定の内径の加工穴を形成するものである。

上記の切削工具では、工具本体が高速回転されることから、工作機械の主軸端と切削工具の軸線とが完全に一致していない場合には、切削工具に振れが生じ、切削工具の先端部外周に装着されたインサートの切刃が工具本体の軸線回りに描く回転軌跡が正円形状とならなくなり、ワークに形成された加工穴の断面が正円ではなくなってしまうといった問題があった。この形状を修復するためには、上記の切削工具での加工（荒加工）の後の中仕上加工工程、仕上加工工程での調整が必要となり、多くの労力と時間を要するとともに、これらの切削加工時における切削量が多くなり、これらの切削加工に使用される切削工具に大きな負担が掛かり、寿命が短くなってしまうといった問題があった。

そこで、切削工具の外周部にガイドパッドを設けて、切削工具の振れを抑制する切削工具が提供されている（特許文献２参照）。このような構成の切削工具では、切削加工時において、ガイドパッドがワークに形成された加工穴の内壁面と摺接して切削工具の振れを抑えることができるので、精度の良い加工を行なうことができる。
実開平０５−８８８０６号公報 特開２００１−２１２７１９号公報

ところで、ガイドパッドを使用したものでは、ガイドパッドとインサートの切刃との位置関係が重要であり、切刃がガイドパッドよりも内側に位置した場合には、ワークの切削ができなくなってしまうので、切刃がガイドパッドよりも外側に突き出すようにインサートが取り付けられる。従来のガイドパッドを有する切削工具では、インサートの工具径方向の位置を調整する機能がなく、工具本体の取付座にインサートを取り付けた状態で切刃の位置が決定してしまうので、ガイドパッドよりもインサートを確実に突き出すために、切刃がガイドパッドよりも大きく突き出してしまう場合があった。この場合には、ガイドパッドがワークに形成された加工穴の内壁面と十分に接触することができず、切削工具の振れを抑えることができないといった問題があった。

また、工具本体の先端部外周に設けられた複数のインサートの切刃が工具本体の軸線回りに描く回転軌跡が、よく一致するように各インサートが取り付けられていないと、つまり各切刃の径方向の振れ出し量が一致していないと、工具径方向外周側に大きく突き出されたインサートが優先的に磨耗してしまうので、インサートの交換頻度が多くなるといった問題があった。

しかしながら、従来の切削工具では、インサートの位置調整を精密に行うことができるものは提供されておらず、切刃の振れ出し量は、インサート自体の寸法精度に依存していた。つまり、工具本体の取付座にインサートを取り付けた状態で切刃の振れ出し量が決定してしまうので、インサート自体の寸法精度が非常に重要であり、研磨処理がされたＰ級のインサートが使用され、研磨処理が施されていないＭ級品は使用できないといった問題があった。

また、上記の切削工具での切刃の振れ出し量が一致していない場合には、ワークに形成される切削面が波打ち、その面粗度が劣化するといった問題があった。このような場合には、上記の切削工具での切削加工（荒加工）後の中仕上加工工程、仕上加工工程において切削量を多くする必要があるので、中仕上加工工程、仕上加工工程で使用される切削工具に大きな負担が生じ、これら切削工具の寿命が短くなるとともに、加工後の表面粗さが良くならないといった問題があった。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、インサートのガイドパッドとインサートの切刃との位置関係を精度よく調整でき、加工精度が良好なボーリングバー等の切削工具を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、この発明は、ワークに設けられた下穴の内壁面を切削加工して、所定の内径の加工穴を形成する切削工具であって、軸線回りに回転される略円柱状の工具本体の外周面には、前記ワークに形成された前記加工穴の内壁面と摺接するガイドパッドが設けられるとともに、前記工具本体の先端部外周には、工具先端面と工具外周面に向けて開口された凹部が形成され、該凹部の工具先端側の面に取付座が備えられ、該取付座に、前記工具本体の径方向外側に向けて延びる切刃を有するインサートが装着され、前記取付座の工具径方向内側には、前記工具本体が切り欠かれた切欠部が設けられ、該切欠部には、前記インサートの工具径方向内側を向く面を押圧して前記インサートの位置を調整する調整クサビが挿入されたことを特徴とする。

上記の構成の切削工具においては、インサートの位置を調整クサビによって調整することにより、インサートに設けられた切刃の振れ出し量を精度良く調整でき、各切刃が工具の軸線回りに描く回転軌跡を一致させることができるので、切削工具の表面粗さを良好にすることができる。また、ガイドパッドに対する切刃の振れ出し量が調整できるので、ガイドパッドがワークに形成された加工穴の内壁面と確実に摺接し、切削工具の振れ抑止効果が十分に得られ、この切削工具の加工精度を向上することができる。

また、切削された面の面粗度を良好にできるとともに、加工精度が向上するので、上記の工具での切削加工（荒加工）後の中仕上加工、仕上加工工程において、その切削量を小さくできる。したがって、中仕上加工、仕上加工に用いられる切削工具の負担を減らすことができ、これらの切削工具の寿命を長くできるとともに、仕上加工後の表面粗さを良好にすることができる。

また、インサートの位置が調整クサビによって調整可能あり、切刃の振れ出し量がインサート自体の寸法精度に大きく依存することがないので、研磨処理されていないＭ級品のインサートを使用することができる。したがって、インサートの選択範囲が広がり、その加工目的に合わせて適当なインサートが使用できるので、廉価なインサートを使用することにより、インサートの使用コストを低減することができる。

また、前記インサートをポジティブインサートとすることにより、ワークが刃先から受ける衝撃を抑えることができ、切削加工をスムーズに行なうことができるので、切削加工後の面をより一層きれいに仕上げることができる。

本発明の実施形態について説明する。
図１、図２に本実施形態であるボーリングカッターを示す。また、図３から図６に工具本体を、図７から図９にガイドパッドを、図１０から図１２にインサートを、図１３、図１４に調整クサビを示す。
ボーリングカッター１０は、工具本体２０とキャップ４０とガイドパッド５０とインサート６０と調整クサビ７０と前加工用インサート８０とで構成されている。

工具本体２０は、鋼材等で構成され、図３に示すように、その外形が略円柱状に構成され、工具後端部には、取付穴２１が形成され、工具本体２０の先端面２０Ａには、その中央部付近に、円周上に等間隔で４ヶ所にボルト孔２２が形成されている。
工具本体２０には、その軸線Ｏに沿ってクーラント孔２３が形成されており、その一端が取付穴２１の内部に開口されている。また、クーラント孔２３の工具先端側には、クーラント保持部２４が形成され、このクーラント保持部２４から工具本体２０外周面、ガイドパッド５０、インサート６０、前加工用インサート８０に向けて延びるクーラント供給路２５が複数形成されている。
クーラント保持部２４の工具先端側は、工具本体２０の先端面２０Ａに開口されており、開口部２６が形成されている。

工具本体２０の外周には、ガイドパッド５０を取り付けるパッド取付部２７が円周方向に等間隔で複数（図４に示すように本実施の形態では５箇所）設けられている。パッド取付部２７は、工具本体２０が切り欠かれることにより形成され、パッド取付部２７の工具径方向内側の面２７Ａには、パッド取付ネジ穴２８が形成されている。このパッド取付ネジ穴２８は、工具外周面から工具径方向内側に向かうにしたがい工具回転方向Ｔの後方側へ傾斜するように設けられている。

工具本体２０の工具先端部外周には、工具先端方向及び工具径方向外側に向けて開口された第一の凹部２９が円周方向で等間隔に複数（図６に示すように本実施の形態では５箇所）設けられており、この第一の凹部２９には、クーラント供給路２５のうちの一部が開口されている。第一の凹部２９の工具回転方向Ｔの後方には、インサート６０を装着するための取付座３０が設けられ、取付座３０の工具後端側の壁面は、工具径方向内側に向かうにしたがい工具先端側に近づく傾斜面とされており、この壁面には、インサート取付ネジ穴３１が穿設されている。

また、取付座３０の工具径方向内側には、調整クサビ７０を挿入するための切欠部３２が形成されており、切欠部３２の工具後端側の壁面には、クサビ取付ネジ穴３３が、インサート取付ネジ穴３１と平行する方向に向けて形成されている。

さらに、工具本体２０の先端面２０Ａの外周部には、工具先端方向及び工具径方向外側に向けて開口された第二の凹部３４が図６に示すように円周方向に２箇所設けられており、この第二の凹部３４には、クーラント供給路２５のうちの一部が開口されている。この第二の凹部３４の工具後端側の壁面には、前加工用インサート取付ネジ穴３５が形成されている。

キャップ４０は、鋼材等で構成され、その外形が略円盤状に形成され、該円盤の中央部には、工具本体２０の先端面２０Ａに開口されたクーラント保持部２４の開口部２６と略同径の凸部４１が設けられている。そして、この凸部４１の外周側には、円周上に等間隔で４ヶ所にキャップ４０を工具本体２０の先端面２０Ａに取り付けるためのキャップ取付ボルト４２が挿通される貫通孔が設けられている。

ガイドパッド５０は、超硬合金等で構成されており、その外形が略直方体とされ、正面視される長方形の４つの角部が面取りされ、つまり図７に示すように正面視して８角形とされ、底面視した場合には、図９に示すように、長方形の長辺の１辺が凸円弧状に形成されている。この凸円弧の曲率半径は、この切削工具によってワークに形成される加工穴の半径と略一致するように形成されており、この底面視した際に凸円弧状とされた側が、工具径方向外側を向くようにして工具本体２０のパッド取付部２７に装着される。
ガイドパッド５０には、パッド取付ネジ５１を挿通するパッドネジ挿通穴５２が、ガイドパッド５０の外形がなす直方体の側面に対して傾斜し、ガイドパッド５０の外形がなす直方体の底面に対して平行に設けられている。

工具本体２０の先端部外周に装着されるインサート６０は、超硬合金等の硬質材料で構成され、正面視して略正方形の平板状とされ、その中央部には、インサート取付ネジ６１ を挿通するインサートネジ挿通穴６２が設けられている。インサート６０を側面視すると（図１０のＡ方向から見ると）、図１１に示すように、正面側に対して背面側が短い等脚台形状とされており、この等脚台形の長辺側に切刃６３が形成されている。また、インサート６０を底面視すると（図１０のＢ方向から見ると）、図１２に示すように、正面側に対して背面側が長い等脚台形状とされており、この等脚台形の長辺側に切刃６３が形成されている。すなわち、このインサート６０は、正面視した際に２つずつの辺稜部の中点を通る面に対しても対称に形成されるとともに、インサート６０の表面と裏面で９０°回転対称とされている。

調整クサビ７０は、鋼材等で構成され、上面視して略Ｄ字状に形成されており、その中央部には、調整クサビ７０を取り付けるクサビ取付ネジ７１が挿通されるクサビネジ挿通穴７２が設けられている。調整クサビ７０の上面視して円弧状とされた面に対向する面は、底面側に向かうにしたがい後退する傾斜面とされ、この傾斜面がクサビ面７３を形成している。

前加工用インサート８０は、超硬合金等の硬質材料で構成され、外形が略直方体に形成されたネガティブインサートとされている。前加工用インサート８０を底面視した際の長方形の中央部には、前加工用インサート取付ネジ８１を挿通する前加工用インサートネジ挿通穴が設けられている。

工具本体２０の切欠部３２には、調整クサビ７０が、調整クサビ取付ネジ７１によって、クサビ面７３が工具径方向外側を向くように挿入されている。この切欠部３２の工具径方向外側の取付座３０には、インサート６０が、インサート取付ネジ６１がインサート６０のインサート取付ネジ挿通穴６２に挿通され、取付座３０に設けられたインサート取付ネジ穴３１に螺着されることにより、調整クサビ７０のクサビ面７３とインサート６０の側面部が当接するように装着されている。

また、工具本体２０のパッド取付部２７には、ガイドパッド５０が、パッド取付ネジ ５１がパッドネジ挿通穴５２に挿通され、パッド取付ネジ穴２８に螺着されることにより固定されている。ここで、ガイドパッド５０の底面視した際に凸円弧状とされた側が、工具径方向外側を向くようにして装着される。ガイドパッド５０のパッドネジ挿通穴５２ 及び工具本体２０のパッド取付ネジ穴２８が工具外周面から工具径方向内側に向かうにしたがい工具回転方向Ｔの後方側へ傾斜するように設けられているので、図１に示すように、パッド取付ネジ５１の頭部は、ガイドパッド５０のパッドネジ挿通穴５２の中に収容されている。

工具本体２０の第二の凹部３４には、前加工用インサート８０が、前加工用インサート取付ネジ８１が前加工用インサートネジ挿通穴に挿通され、前加工用インサート取付ネジ穴３５に螺着されることにより装着されている。ここで、図１７に示すように、前加工用インサート８０は、インサート６０よりも工具先端側、かつ工具径方向内側に位置している。また、インサート６０の工具外周面に向けられた切刃６３Ａが、ガイドパッド５０の工具径方向外周側の面よりもわずかに工具径方向外側に位置するように取り付けられている。
また、工具本体２０の先端面２０Ａには、キャップ４０が、キャップ取付用ボルト４２が貫通孔に挿通され、ボルト孔２２に螺着されることによって取り付けられ、工具本体２０の先端面２０Ａに形成されたクーラント保持部２４の開口部２６にキャップ４０の凸部４１が嵌合されることにより、開口部２６が封止されている。

上記の構成のボーリングカッター１０は、工作機械の主軸端に工具本体２０の取付部２１を介して取り付けられ、軸線Ｏ回りに高速回転されるとともに軸線Ｏの先端方向に向けて送られて、ワークに形成された下穴に挿入され、前加工用インサート８０により、下穴を切削し、ガイドパッド５０が加工穴の内壁面に摺接することにより、ボーリングカッター１０の振れを防止し、インサート６０の工具外周側を向く切刃６３Ａによって、下穴の内壁面を切削加工し、ワークに所定の内径の加工穴を形成するものである。

ここで、インサート６０の工具径方向の位置調整、つまり切刃６３Ａの振れ出し量の調整は、クサビ取付ネジ７１をねじ込んで、調整クサビ７０を工具後端側に向けて移動させ、調整クサビ７０のクサビ面７３がインサート６０の工具径方向内側を向く面６０Ａを押圧することにより行なわれる。

上記のボーリングカッター１０では、ガイドパッド５０の工具外周面を基準としてインサート６０の位置調整ができるので、インサート６０の工具外周側を向く切刃６３Ａが、ガイドパッド５０の工具外周面よりもわずかに、例えば１μmから５μmだけ工具径方向外側に位置するように調整することができる。したがって、ガイドパッド５０が軸線Ｏ回りに描く回転軌跡がなす円形の径が、インサート６０の切刃６３Ａによって切削された穴の径に対してわずかに、例えば２μmから１０μｍだけ小さいものとなり、ガイドパッド５０と切刃６３Ａによって形成された加工穴の内壁面とが摺接し、ボーリングカッター１０の振れを防止できる。これにより、上記のボーリングカッター１０の加工精度を大きく向上することができる。

また、インサート６０の位置を調整クサビ７０にて調整することによって、各インサート６０の工具外周側を向く面の切刃６３Ａが工具軸線Ｏ回りに描く回転軌跡を一致させることができるので、切削加工後のワークの表面（加工穴の内壁面）の表面粗さを良好に仕上げることができる。
上記のボーリングカッター１０では、その加工精度が良好であるとともに、切削加工後の表面粗さが良好であるので、上記のボーリングカッター１０での切削加工（荒加工）後の中仕上加工工程、仕上加工工程において、その切削量を小さくすることができる。したがって、中仕上加工工程、仕上加工工程に用いられる切削工具の負担を低減でき、これらの切削工具の寿命を長くすることができるとともに、これらの仕上加工後の表面粗さを良好にすることができる。

また、インサート６０の位置を調整クサビ７０で調整できるので、切刃６３Ａの振れ出し量がインサート６０自体の寸法精度に依存することがない。したがって、研磨処理されたＰ級品のみでなく、研磨処理されていない廉価なＭ級品を使用できるので、インサート６０の使用コストを低減することができる。

また、インサート６０がポジティブインサートとされているので、ワークがインサート ６０の切刃６３から受ける衝撃を小さくすることができ、切削加工がスムーズに行なわれ、切削加工後の面がより一層きれいな面とされる。
また、インサート６０が表面と裏面で９０°回転対称とされているので、インサート６０の表面、裏面ともに使用できる。また、正面視した際に２つずつの辺稜部の中点を通る面に対しても対称に形成されているので、インサート６０を１８０°回転させて使用することができる。すなわち、このインサート６０では、４つの切刃を順次使用することができるので、インサート６０の使用コストを低減することができる。

また、前加工用インサート８０によってワークに形成された下穴の大まかな加工を行なうことができるので、工具先端部外周に装着されたインサート６０の切削量を低減することができ、インサート６０の負担を減少できる。したがって、インサート６０をポジティブインサートとした場合にも、インサート６０の切刃６３が欠けたり、びびりが生じたりすることを防止できる。

また、ガイドパッド５０のパッドネジ挿通穴５２及び工具本体２０のパッド取付ネジ穴２８が工具外周面から工具径方向内側に向かうにしたがい工具回転方向Ｔの後方側へ傾斜するように設けられており、パッド取付ネジ５１の頭部が、ガイドパッド５０のパッドネジ挿通穴５２の中に収容されているので、パット取付ネジ５１が工具外周面に突出することが防止され、パッド取付ネジ５１によって、インサート６０の切刃６３Ａによって形成された加工穴の壁面を傷つけることを防止できる。
また、パッド取付ネジ５１が工具外周面から工具径方向内側に向かうにしたがい工具回転方向Ｔの後方側へ傾斜するように設けられたパッド取付ネジ穴２８に螺着されているので、ガイドパッド５０が工具回転方向Ｔに回転されながら加工穴の内壁面と接触した際の抵抗によって、パッド取付ネジ５１に加わる曲げ応力を低減することができる。

また、ガイドパッド５０が着脱可能に取り付けられていることにより、ガイドパッド５０の交換を容易に行なうことができるので、変形したり傷ついたりしたガイドパッド５０の使用が防止でき、これらによってインサート６０の切刃６３Ａによって形成された加工穴の壁面を傷つけることを防止できる。
また、キャップ４０が着脱可能に取り付けられているので、クーラント保持部２４ 、クーラント孔２３、クーラント供給路２５の清掃などのメンテナンスを容易に行うことができる。

また、クーラント供給路２５が、工具外周面、前加工用インサート８０、インサート６０、ガイドパッド５０に向けて開口するように複数設けられているので、工作機械からクーラント孔２３を通じて供給された切削油剤が、ワークの穴に確実に供給され、前加工用インサート８０及びインサート６０による切削加工がスムーズに行なわれる。また、ガイドパッド５０と加工穴の内壁面との摺動がスムーズに行なわれ、その摩擦による発熱を抑え、焼き付きなどのトラブルを防止できる。また、クーラント保持部２４が設けられているので、工作機械から供給された切削油剤を一時保留でき、工具外部に向けて確実に安定して切削油剤を供給することができる。

なお、本実施の形態においては、下穴の前加工を行なう前加工用インサート８０を２個装着したもので説明したが、この個数に限定されることはなく、前加工用インサート８０が装着されていないものでも良い。
また、ガイドパッド５０の形状や個数や配置等は、切削条件等を勘案して適宜選択することが望ましい。

本実施形態であるボーリングカッターの底面図である。 本実施形態であるボーリングカッターの側面の部分断面図である。 本実施形態の工具本体の側面の部分断面図である。 本実施形態の工具本体のクーラント供給路およびパッド取付部の説明図である。 本実施形態の工具本体の側面の部分断面図である。 本実施形態の工具本体の底面図である。 本実施形態のガイドパッドの正面図である。 本実施形態のガイドパッドの側面図である。 本実施形態のガイドパッドの底面図である。 本実施形態のインサートの正面図である。 本実施形態のインサートを図１０におけるＡ方向から見た図である。 本実施形態のインサートを図１０におけるＢ方向から見た図である。 本実施形態の調整クサビの上面図である。 本実施形態の調整クサビの側面断面図である。 本実施形態におけるインサートと調整クサビとが工具本体に装着された状態の取付部周辺を取付座に対向する方向からみた図である。 本実施形態におけるインサートと調整クサビとが工具本体に装着された状態の取付部周辺の側面図である。 本実施形態におけるインサートと前加工用インサートとガイドパッドとの位置関係を示す説明図である。

符号の説明

１０ ボーリングカッター（切削工具）
２０ 工具本体
２９ 第一の凹部（凹部）
３０ 取付座
３２ 切欠部
５０ ガイドパッド
６０ インサート
６３ 切刃
７０ 調整クサビ

Claims (2)

1. ワークに設けられた下穴の内壁面を切削加工して、所定の内径の加工穴を形成する切削工具であって、
   軸線回りに回転される略円柱状の工具本体の外周面には、前記ワークに形成された前記加工穴の内壁面と摺接するガイドパッドが設けられるとともに、
   前記工具本体の先端部外周には、工具先端面と工具外周面に向けて開口された凹部が形成され、該凹部の工具先端側の面に取付座が備えられ、該取付座に、前記工具本体の径方向外側に向けて延びる切刃を有するインサートが装着され、
   前記取付座の工具径方向内側には、前記工具本体が切り欠かれた切欠部が設けられ、該切欠部には、前記インサートの工具径方向内側を向く面を押圧して前記インサートの位置を調整する調整クサビが挿入されたことを特徴とする切削工具。
2. 請求項１記載の切削工具において、
   前記インサートがポジティブインサートをとされていることを特徴とする切削工具。

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