JP2010110847A - インサート式ドリル - Google Patents

Abstract

【課題】切削開示直後のホルダのたわみ量を小さく抑えることができ、しかも、切削開始側の穴開口端の形状がいびつになったり、同穴開口端の直径が大きくなったりするのを抑える。
【解決手段】切屑排出溝８、９の後端位置のホルダ断面形状において、軸心を通る切削主分力方向Ｘが、２条の切屑排出溝８，９の間に形成されるランド同士の中点Ｒａ、Ｒａを結ぶ線分Ｌａと内側インサートが取り付けられる側のランドエッジＥａと外側インサートが取り付けられる側のランドエッジＥｂと結ぶ線分Ｌｂとの間を通る。
【選択図】図３

Description

本発明はインサート式ドリルに関するものである。

従来のインサート式ドリルの一例として、切刃を含むインサートをホルダの先端に２つ取り付けるとともに、ホルダの外周部に２条の切屑排出溝を周方向に間隔をあけて螺旋状に形成したものが知られている（特許文献１参照）。
この種のインサート式ドリルにあっては、一方のインサートをホルダの軸心側に配置するとともに他方のインサートをホルダの外周側に配置し、しかも、それら内側インサートと外側インサートの被削材への接触タイミングを異ならせるよう、内側インサートと外側インサートのうち何れか一方をホルダの先端側に配置し、他方を一方よりホルダの基端側に寄せて配置したものがある。
特表２００３−５０８２４４号公報

上述したように内側インサートと外側インサートとの間で被削材への接触タイミングを異ならせるインサート式ドリルにあっては、被切削材へ切削を行う際に、片方のインサートが先に被削材に接触し、この片方のインサートの切刃にのみ大きな切削抵抗がかかるため、片持ち状態で使用されるホルダに大きなたわみが生じてしまう。そのため、特に切削開始側の穴開口端の形状がいびつになったり、同穴開口端の直径が大きくなってしまったりするおそれがあった。また、極端な場合には、切削開始直後にインサートに過度の荷重がかかって欠損してしまい、その後の穴加工を中断しなければならないおそれもあった。

本発明は、このような背景の下になされたもので、上述のように複数のインサートがホルダの軸心側と外周側に偏って配置されしかもそれらインサートの被削材への接触タイミングが異なるインサート式ドリルにおいて、切削開始直後のホルダのたわみ量を小さく抑えることができ、しかも、切削開始側の穴開口端の形状がいびつになったり、同穴開口端の直径が大きくなったりするのを抑えることができるインサート式ドリルを提供することを目的としている。

前記課題を解決するために、本発明のインサート式ドリルは、少なくとも１つの切刃を含むインサートがホルダの先端に少なくとも２つ取り付けられ、前記ホルダの最も軸心側に位置する内側インサートが、前記ホルダの最も外周側に位置する外側インサートよりも前記ホルダの先端側に配置され、かつ、前記内側インサートがホルダ軸心から遠い側の切刃を最も先端側に位置するように前記ホルダに取り付けられ、前記ホルダの外周に２条の切屑排出溝が周方向に間隔をあけて形成されたインサート式ドリルであって、前記内側インサートの切刃から該内側インサートが取り付けられるインサート取付座側に向けて垂直に延びる方向を切削主分力方向とし、前記切屑排出溝の後端位置のホルダ断面形状における前記２条の切屑排出溝の開口部の左右両ランドエッジを交差するように結んだ線分がなす角度のうち内側インサートが取り付けられる側のランドの角度をγとし、前記ホルダ断面形状における前記２条の切屑排出溝の間に形成されるランド同士の中点を結ぶ線分と前記切削主分力方向とのなす角度をαとし、前記ホルダ断面形状における内側インサートが取り付けられる側のランドエッジと外側インサートが取り付けられる側のランドエッジと結ぶ線分と前記切削主分力方向とのなす角度をβとするとき、α＋β＝γ／２の関係式を満たす形状となっていることを特徴とする。

このような構成のインサート式ドリルにおいては、インサート式ドリルによって被切削材に加工を行う際に、最初に内側インサートのみが被削材に接触し、このとき内側インサートに被削材から大きな切削抵抗が切削主分力方向へ作用する。この切削抵抗によってホルダがたわむ。このときのたわみ量は、前記構成のインサート式ドリルが前記関係式を満たす形状となっているため、小さく抑えることができる。また、前記切削抵抗が作用するときのホルダのたわみ方向は、外側インサートがホルダの軸心側に向かう方向である。
この結果、切削開始側の穴開口端の形状がいびつになったり、同穴開口端の直径が大きくなったりするのを抑えることができる。

また、前記切削インサートにおいては、前記αと前記γとの関係が１／４γ＜α＜１／２γの関係式を満たすことにより、切屑排出溝の後端位置のホルダの切刃に対して垂直方向の剛性を高めることができ、たとえインサート式ドリルの送り量を上げたときでも切削しようとする穴の拡大しろを小さく抑えることができる。

また、前記インサート式ドリルにおいては、切屑排出溝のリード角を、先端側から後端側に向かうに従い減少させることにより、ホルダの後端部側の剛性を高めることができる。このため、被切削材への切削開始直後のホルダのたわみ量をより小さく抑えることができる。加えて、先端側の切屑排出溝のリード角が大きくなるため、切屑の排出性も良好となる。

また、前記切削インサートにおいては、前記切屑排出溝の後端部のリード角を0°とすることにより、被切削材への切削開始直後のホルダのたわみ量をより一層小さく抑えることができる。

本発明によれば、切削開始側の穴開口端の形状がいびつになったり、同穴開口端の直径が大きくなったりするのを抑えることができる。また、ホルダのたわみ量を小さく抑えられるため、切削開始直後にインサートに過度の負荷が加わるのを防止でき、同インサートの欠損も防止できる。

図１〜１２は本発明の一実施形態を示すものであり、図１はインサート式ドリルの側面図、図２は図１のI I線矢視図、図３は図１のI I I−I I I線に沿う断面図である。
本実施形態において、インサート式ドリルＤは、ホルダ１とこのホルダ１の先端に取り付けられた複数のインサート１２、１３とを備える。
ホルダ１は、軸線Oを中心とする概略円柱状をなしており、その先端から後端側に向けて、外形略円柱状のドリル部２と、このドリル部２から一段拡径した略円錐台状のフランジ部３と、外径がこのフランジ部３より小さくかつドリル部２よりも大きく設定された略円柱状のシャンク部４とから構成されている。シャンク部４の外周面には、後端側に向かうに従い外周側に切れ上がる取付面４Ａが形成されている。

また、ホルダ１の外周には、前記ドリル部２の先端からフランジ部３にかけて、軸線Oを間に挟んで反対側に位置するように互いに対をなす２条の切屑排出溝８、９が形成されている。これらの切屑排出溝８、９のドリル回転方向T側を向く壁面８A、９Aの先端にはインサート取付座１０、１１が形成されている。インサート取付座１０、１１にはそれぞれインサート１２、１３が図示せぬクランプネジによって着脱自在に取り付けられている。インサート１２，１３には切刃１４が形成されている。ここで、一方の切屑排出溝８の先端に形成されるインサート取付座１０は、他方の切屑排出溝９の先端に形成されるインサート取付座１１に対してホルダ１の軸心側に偏って配置されており、これに伴い、前記インサート１２、１３はホルダ１の軸心側と外周側にそれぞれ偏った位置に取り付けられる。すなわち、インサート取付座１０に取り付けられるインサート１２は内側インサート、またインサート取付座１１に取り付けられるインサート１３は外側インサートとなっている。

一方、これらのインサート１２、１３は、本実施形態では超硬合金等の硬質材料から形成された互いに同径同大の略正方形平板状をなすものである。そして、インサート１２、１３は、その一方の正方形面をすくい面としてドリル回転方向T側に向けるとともに、このすくい面の四辺に形成された切刃１４の一つをホルダ１の先端に突出させて、前記インサート取付座１０、１１にそれぞれ取り付けられている。そして、この取付状態において、これらのインサート１２、１３は、内側インサート１２の切刃１４の内周端が軸線Oを越えてオーバーセンターとなるとともに、外側インサート１３の切刃１４の外周端がドリル部２の外周面よりも僅かに外周側に突出し、かつこれらの切刃１４、１４の軸線O回りの回転軌跡が互いにオーバーラップするように配設されている。

また、前記内側インサート１２が外側インサート１３よりもホルダ１の先端側に配置されるように、インサート取付座１０、１１が形成されている。また、内側インサート１２は、ホルダ軸心から遠い側の切刃１４の一部が最も先端側に位置するように、その取付姿勢を規定された状態で、インサート取付座１０に取り付けられている（図４参照）。

さらに、前記切屑排出溝８，９は、図１に示すように前記インサート取付座１０、１１が形成される先端部においては、前記壁面８Ａ、９Ａが軸線Ｏに平行な方向に形成される一方、これよりも後端側においては軸線Ｏ方向にホルダ１の後端側に向かうに従いドリル回転方向Ｔの後方側に向かって捩れるように形成されている。また、これらの切屑排出溝８、９は、前記ホルダ１の先端部においては、前記壁面８Ａ、９Ａとドリル回転方向Ｔの後方側に向く壁面８Ｂ、９Ｂとにより図２に示すように略Ｖ字型に画成される一方、これよりも後端側では、前記壁面８Ａ、９Ａおよび壁面８Ｂ、９Ｂの間に、壁面８Ａ、９Ａに対して軸線Ｏ側に凹み、かつ壁面８Ｂ、９Ｂに滑らかに連なる円弧状の凹曲面８Ｃ、９Ｃが形成されている（図３参照）。

そして、本実施形態では、これらの切屑排出溝８、９は、前記捩れ溝となる後端側の部分において、その捩れ角（リード角）θが軸線Ｏ方向後端側に向かうに従い減少していくように形成されている。さらに、切屑排出溝８．９は、それらの後端部の捩れ角が０°となるように形成されている。

ここで、図２に示すように、前記内側インサート１２の切刃１４からこの内側インサート１２が取り付けられるインサート取付座１０側に向けて垂直に延びる方向を切削主分力方向Ｘと定める。
また、図３に示すように、切屑排出溝８，９の後端位置（ドリル部２とフランジ部３との境界部分）のホルダ断面形状において、前記２条の切屑排出溝８，９の開口部の左右両ランドエッジを交差するように結んだ線分がなす角度のうち内側インサートが取り付けられる側のランドＲの角度をγとし、前記ホルダ断面形状における２条の切屑排出溝８，９の間に形成されるランド同士の中点Ｒａ、Ｒａを結ぶ線分Ｌａと前記切削主分力方向Ｘとのなす角度をαとし、前記ホルダ断面形状における内側インサートが取り付けられる側のランドエッジＥａと外側インサートが取り付けられる側のランドエッジＥｂと結ぶ線分Ｌｂと前記切削主分力方向Ｘとのなす角度をβとするとき、本実施形態のインサート式ドリルＤは、α＋β＝γ／２の関係式を満たす形状となっている。

さらに、本実施形態のインサート式ドリルＤは、αとγとの関係が、１／４γ＜α＜１／２γの関係式を満たす形状となっている。言い換えれば、インサート式ドリルＤは、αがβよりも大となる形状となっている。具体的には、αが２９．５°、βが２３．２°、γが１０５．４°に設定されている。

次に、前記構成のインサート式ドリルＤを用いて被削材Ｗに穴を形成する場合について図４〜図１１を参照しながら説明する。
インサート式ドリルＤを軸線Ｏ周りに所定速度で回転させながら、先端が被削材Ｗに近づくように送りをかける（図４、図５参照）。このとき、最初に、内側インサート１２が被削材Ｗに接触する（図６、図７）。ここで、インサート式ドリルＤでは、被削材Ｗから受ける切削抵抗によってホルダ１に切削主分方向へ大きな荷重がかかる。このような切削抵抗がかかったときのホルダ１の「ねじり」を除く「たわみ」のみの変形について調べてみる。「ねじり」を除く「たわみ」のみの変形を調べる場合、内側インサート１２の外側の切刃１４に作用する切削主分力方向Ｘの荷重が、ホルダ１の軸心を通るように考えてもさしつかえない。

先端に加わる切削抵抗によってホルダ１がたわむとき、最も影響を受けるのは、モーメントと荷重を受ける断面積の関係から、ドリル部２とフランジ部３との境界部分である。この部分に、前述したホルダ１の先端への切削抵抗がホルダ軸心を通って切削主分力方向Ｘへ作用するときを考えると、前述したように、本実施形態のインサート式ドリルＤでは、α＋β＝γ／２の関係式を満たす形状となっており、言い換えると、切削主分力方向Ｘが、図３に示すホルダ断面形状において２条の切屑排出溝８，９の間に形成されるランド同士の中点Ｒａ、Ｒａを結ぶ線分Ｌａと内側インサートが取り付けられる側のランドエッジＥａと外側インサートが取り付けられる側のランドエッジＥｂと結ぶ線分Ｌｂとの間を通っているから、このホルダ軸心を貫通する切削主分力方向Ｘは、切屑排出溝８、９を通過することなく、すべてランド上を通る。このことは、ホルダ軸心を貫通する切削主分力方向Ｘの逆についても同様で、ランド上を通る。この結果、ホルダ１の先端に切削主分力方向Ｘへ向けて作用する切削抵抗に対し、ホルダ１が高い剛性をもつこととなり、このため、同ホルダ１のたわみ量を小さく抑えることができる。

加えて、前述したようにホルダ１の先端に切削抵抗がかかり、その荷重がホルダ軸心を通って切削主分力方向Ｘへ作用するとき、同主分力方向Ｘが、図３に示すホルダ断面形においてランド同士の中点Ｒａ、Ｒａを結ぶ線分Ｌａに対し、内側インサートが取り付けられる側のランドエッジＥａと外側インサートが取り付けられる側のランドエッジＥｂと結ぶ線分Ｌｂ側に向かっている。つまり、図３において、前記主分力方向Ｘがランド同士の中点Ｒａ、Ｒａを結ぶ線分Ｌａの右側に向かっている。
ここで、ランド同士の中点Ｒａ、Ｒａを結ぶ線分Ｌａの部分は、最も剛性が高い部分であり、ホルダ１の先端に加わる荷重が線分Ｌａを境にこの線分Ｌａよりも図３における右側に作用するときには、ホルダ１の先端が荷重方向のみならず、線分Ｌａよりも図３における右側へもたわむこととなり、逆に、ホルダ１の先端に加わる荷重が線分Ｌａよりも図３における左側へ作用するときには、ホルダ１の先端が荷重方向のみならず、線分Ｌａよりも図３における左側へもたわむこととなる。

本実施形態のインサート式ドリルＤでは、図３に示すように、切削抵抗に伴いホルダ１の先端に加わる荷重が線分Ｌａよりも図４における線分Ｌｂ側つまり右側に作用するので、ホルダ１の先端は荷重方向のみならず、線分Ｌａよりも図３における右側へもたわむ。ホルダ１の先端が図３における右側へたわむことは、内側インサート１２の対しホルダ１の軸線Ｏを挟んだ逆側に配置される外側インサート１３にとって、ホルダ１の軸心側へ移動することとなる。
この切削開始時にホルダ１がたわんだ後の内側インサート１２および外側インサート１３の各位置を図７に示す。図５との比較から明らかなように、内側インサート１２は、切削主分力方向Ｘのみならず図７において右側へも移動し、外側インサート１３も切削主分力方向Ｘのみならずホルダ軸心側へも移動している。図７に示すように、外側インサート１３の最外周に位置する切刃位置で決定される仮想穴Ｄ_１の径はドリル基準穴Ｄ_０の径よりも小さくなる。

上述したように、本実施形態のインサート式ドリルＤでは、ホルダ１の撓み量を小さく抑えられることから、切削開始側の穴開口端の形状がいびつになるのを抑えることができる。また、外側インサート１３がホルダ１の軸心側にたわむことから、図７にも示すように、切削開始側の穴開口端の直径が大きくなるのを抑えることができる。

ちなみに、図１２、図１３に示す比較例のインサート式ドリルＤａでは、αが７９．４°、βが２６．６°、γが１０５．４°とされており、α＋β＝γ／２の関係式を満たしていない。
このインサート式ドリルＤａでは、図１３に示すように切屑排出溝の後端位置のホルダ断面形状において、切削抵抗によるホルダ軸心を貫通する切削主分力方向Ｘが、片方の切屑排出溝８を通る。このため、ホルダ１の先端に切削主分力方向Ｘへ向けて作用する切削抵抗に対しホルダ１の剛性は低く、ホルダ１のたわみ量は大きくなる。

また、図１４、図１５に示す比較例のインサート式ドリルＤｂでは、αが２０．６°、βが７３．４°、γが１０５．４°とされており、α＋β＝γ／２の関係式を満たしていない。
このインサート式ドリルＤｂでは、図１５に示すように切屑排出溝の後端位置のホルダ断面形状において、切削抵抗によるホルダ軸心を貫通する切削主分力方向Ｘが、一応ランド上を通るものの、ランド同士の中点Ｒａ、Ｒａを結ぶ線分Ｌａよりも図１５における左側を通る。このため、ホルダ１の先端に切削主分力方向Ｘへ向けて荷重が作用するとき、ホルダ１の先端は図１５における左側へたわみ、結局、外側インサート１３はホルダ１の外周側に移動する。したがって、切削開始側の穴開口端の直径はより大きくなってしまう。

本実施形態のインサート式ドリルによる加工が進むと、図８、図９に示すように、内側インサート１２のみならず、外側インサート１３も被削材Ｗに接触する。このとき、外側インサート１３には、内側インサート１２に加わる切削抵抗とは逆側に切削抵抗Ｙが加わる。このため、内側インサート１２および外側インサート１３は、元の位置近くまで戻るように移動し、この結果、このときの仮想穴Ｄ_２の径はドリル基準穴Ｄ_０の径よりも大きくなる。

インサート式ドリルＤがさらに送られて穴が貫通されると、図１０、図１１に示すように、内側インサート１２は被削材Ｗに接触せず、外側インサート１３のみ被削材Ｗに接触する。このとき、内側インサート１２に加わる切削抵抗がなくなるため、仮想穴Ｄ_３の径は前述の仮想穴Ｄ２の径よりもさらに大きくなる方向へホルダ軸の変形を生じさせることにより、スムーズな穴貫通が確保される。

なお、本実施形態では、ホルダ１にインサート１２，１３を２個取り付ける場合を例を挙げて本発明を説明したが、これに限られることなく、インサートを３個ホルダに取り付ける場合にも本発明は適用可能である。
また、本実施形態では、切屑排出溝のリード角θを、先端側から後端側に向かうに従い減少させているが、これに限られることなく、リード角が一定あるいは逆に先端側から後端側に向かうに従い増加する場合でも本発明は適用可能である。

本発明の一実施形態のインサート式ドリルを示す側面図である。 図１のI I矢視図である。 図１のI I I−I I I線に沿う断面図である。 図１のインサート式ドリルを用いて被削材に穴を空ける前の状態を示す先端の側面図である。 図１のインサート式ドリルを用いて被削材に穴を空ける前の状態のときの穴と内側インサートおよび外側インサートの位置の関係を示す図である。 図１のインサート式ドリルを用いて加工するときに被削材に内側インサートが接触した状態を示す先端の側面図である。 図１のインサート式ドリルを用いて加工するときに被削材に内側インサートが接触した状態のときの穴と内側インサートおよび外側インサートの位置の関係を示す図である。 図１のインサート式ドリルを用いて加工するときに被削材に内側および外側インサートが接触した状態を示す先端の側面図である。 図１のインサート式ドリルを用いて加工するときに被削材に内側および外側インサートが接触した状態のときの穴と内側インサートおよび外側インサートの位置の関係を示す図である。 図１のインサート式ドリルを用いて加工するときに被削材に外側インサートが接触した状態を示す先端の側面図である。 図１のインサート式ドリルを用いて被削材に外側インサートが接触した状態のときの穴と内側インサートおよび外側インサートの位置の関係を示す図である。 比較例のインサート式ドリルを示す側面図である。 図１２のＸI I I−ＸI I I線に沿う断面図である。 他の比較例のインサート式ドリルを示す側面図である。 図１４のＸＶ−ＸＶ線沿う断面図である。

符号の説明

Ｄ インサート式ドリル
２ ドリル部
８、９ 切屑排出溝
１０、１１ インサート取付座
１２ 内側インサート
１３ 外側インサート
１４ 切刃

Claims (4)

1. 少なくとも１つの切刃を含むインサートがホルダの先端に少なくとも２つ取り付けられ、前記ホルダの最も軸心側に位置する内側インサートが、前記ホルダの最も外周側に位置する外側インサートよりも前記ホルダの先端側に配置され、かつ、前記内側インサートがホルダ軸心から遠い側の切刃を最も先端側に位置するように前記ホルダに取り付けられ、前記ホルダの外周に２条の切屑排出溝が周方向に間隔をあけて形成されたインサート式ドリルであって、
   前記内側インサートの切刃から該内側インサートが取り付けられるインサート取付座側に向けて垂直に延びる方向を切削主分力方向とし、
   前記切屑排出溝の後端位置のホルダ断面形状における前記２条の切屑排出溝の開口部の左右両ランドエッジを交差するように結んだ線分がなす角度のうち内側インサートが取り付けられる側のランドの角度をγとし、
   前記ホルダ断面形状における前記２条の切屑排出溝の間に形成されるランド同士の中点を結ぶ線分と前記切削主分力方向とのなす角度をαとし、
   前記ホルダ断面形状における内側インサートが取り付けられる側のランドエッジと外側インサートが取り付けられる側のランドエッジと結ぶ線分と前記切削主分力方向とのなす角度をβとするとき、
   α＋β＝γ／２の関係式を満たす形状となっていることを特徴とすることを特徴とするインサート式ドリル。
2. 前記αと前記γとの関係が１／４γ＜α＜１／２γの関係式を満たすことを特徴とする請求項１に記載のインサート式ドリル。
3. 切屑排出溝のリード角が、先端側から後端側に向かうに従い減少していることを特徴とする請求項１または２に記載のインサート式ドリル。
4. 前記切屑排出溝の後端部のリード角が0°となることを特徴とする請求項３に記載のインサート式ドリル。

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