JP2020104222A - 穴加工工具 - Google Patents

Abstract

【課題】工具本体の剛性が損なわれて撓みや振動などが発生するのを防ぐとともに、より微細な切刃の位置の微調整を行う。【解決手段】軸線Ｏ回りに回転される円柱状の工具本体１の外周面に開口する凹所４が複数形成され、凹所４には切刃６ａが一端部５ａに設けられたカートリッジ５が取り付けられ、工具本体１には、カートリッジ５の一端部５ａを外周側に押圧して弾性変形させることにより切刃６ａの突出量を調整する調整機構が備えられ、この調整機構は、凹所４の底面４ｂに開口するピン挿入孔７に挿入される調整ピンと、ピン挿入孔７に交差するバー挿入孔８に挿入されて調整ピンを介してカートリッジ５を弾性変形させる調整バーを備え、ピン挿入孔７は、切刃６ａのすくい面に対向する方向から見た透視図において、凹所４の底面４ｂへの開口部からバー挿入孔８に向かうに従い軸線Ｏに対して傾斜した方向に延びている。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば４サイクルエンジンのシリンダーヘッドのカムシャフト穴などの被削材に形成された下穴を所定の内径の加工穴に仕上げ加工する穴加工工具に関するものである。

このような穴加工工具として、例えば特許文献１には、軸線回りに回転される長尺円柱状の工具本体を有し、この工具本体の外周面には軸線方向に複数配置された切欠部が形成され、これらの切欠部に、切刃を備えた切刃部を有するカートリッジが収容され、この切刃が工具本体の径方向外側に突き出された切削工具であって、工具本体には、カートリッジの切刃部の裏面を押圧して、切刃部の工具本体径方向を調整方向として、切刃部の位置を調整する調整機構が具備されたものが記載されている。

この調整機構は、切刃部の裏面に先端部が当接された調整ピンと、この調整ピンに交差するように配置された調整バーと、この調整バーを調整バーの軸方向に進退可能に移動する移動手段とで構成され、調整バーの側面には、調整バーの軸に対して傾斜する傾斜面とされた摺接面が設けられ、調整バーは、摺接面と前記調整ピンの後端面とが摺接可能となるように配置されている。

特開２００６−２６３８２９号公報

しかしながら、この特許文献１に記載された穴加工工具においては、この特許文献１の図１や図３に示されるように、調整ピンと調整バーとが、工具本体の軸線に垂直に交差する同一平面上に配置されるとともに、調整ピンが上記調整方向に沿って配置されており、調整バーが調整ピンと垂直に交差するように配置されている。従って、こうして調整バーが調整ピンと垂直に交差する工具本体の軸線に垂直な平面では、調整ピンが挿入されるピン挿入孔と調整バーが挿入されるバー挿入孔も工具本体の軸線に垂直な同一平面上で垂直に交差してしまう。

このため、これらピン挿入孔とバー挿入孔とが垂直に交差する工具本体の軸線に垂直な平面では、工具本体の断面積が著しく減少してしまって工具本体の剛性が部分的に損なわれ、撓みや振動などが生じて加工穴の真円度や同軸度等の加工精度や加工穴の内周面の加工面粗さの劣化を招くおそれがある。また、上述のように調整バーが調整ピンと垂直に交差するように配置された穴加工工具では、上記調整バーを進退させることによって上記摺接面の傾斜に応じて切刃部の位置が調整されるため、より細かい切刃の位置の微調整を行うことは困難となる。

本発明は、このような背景の下になされたもので、工具本体の剛性が部分的に損なわれて撓みや振動などが発生するのを防ぎ、加工精度や加工面粗さの向上を図ることができるとともに、より微細な切刃の位置の微調整を行うことが可能な穴加工工具を提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、軸線回りに回転される上記軸線を中心とした長尺円柱状の工具本体に、この工具本体の外周面に開口する凹所が上記軸線方向に間隔をあけて複数形成され、これらの凹所には、上記工具本体の外周に突出する切刃が上記軸線方向の一端部に設けられた弾性変形可能なカートリッジが、このカートリッジの上記軸線方向の他端部が上記工具本体に固定されて取り付けられるとともに、上記工具本体には、上記カートリッジの上記一端部を上記工具本体の外周側に押圧して該カートリッジを弾性変形させることにより、上記切刃の突出量を調整する調整機構が備えられ、この調整機構は、上記工具本体の外周側を向く上記凹所の底面に開口するピン挿入孔に挿入されて、上記切刃とは反対側の上記カートリッジの一端部の底面に上記工具本体の外周側を向く外周端部が当接する調整ピンと、上記工具本体の外周面に開口するとともに上記ピン挿入孔に交差するバー挿入孔に挿入されて、上記工具本体の内周側を向く上記調整ピンの内周端部に傾斜面によって摺接し、上記バー挿入孔内を進退することによって上記調整ピンを介して上記カートリッジの一端部を弾性変形させる調整バーとを備え、上記ピン挿入孔は、上記切刃のすくい面に対向する方向から見た透視図において、上記凹所の底面への開口部から上記バー挿入孔に向かうに従い、上記軸線に対して傾斜した方向に延びていることを特徴とする。

このように構成された穴加工工具では、カートリッジが取り付けられる凹所の底面に開口して調整ピンが挿入されるピン挿入孔が、上記切刃のすくい面に対向する方向から見た透視図において、凹所の底面への開口部から上記バー挿入孔に向かうに従い、工具本体の軸線に対して傾斜した方向に延びているので、たとえバー挿入孔が工具本体の軸線に垂直な平面に沿って形成されていても、軸線に垂直な同一の平面においてピン挿入孔と垂直に交差することはない。このため、工具本体の断面積が著しく減少して剛性が部分的に損なわれるのを防ぐことができ、工具本体の撓みや振動を抑えて加工精度や加工面粗さを向上させることができる。

また、このようにピン挿入孔が傾斜しているため、特許文献１に記載された穴加工工具のように調整バーの摺接面のような傾斜面によって調整ピンを介してカートリッジの一端部を工具本体の外周側に押圧する場合に、この傾斜面の傾斜とピン挿入孔の傾斜を合成した傾斜で切刃の位置が調整される。このため、より細かい切刃の位置の微調整が可能となるので、一層の加工精度や加工面粗さの向上を図ることができる。

ここで、上記ピン挿入孔を、上記切刃のすくい面に対向する方向から見た透視図において、上記凹所の底面への開口部から上記バー挿入孔側に向かうに従い、上記凹所から離れる方向に傾斜するように形成することにより、これとは逆に凹所側に向かう方向に傾斜している場合に比べ、ピン挿入孔と凹所とが工具本体の軸線に垂直な同一平面上に位置するのを避けることができ、部分的に断面積が減少するのを確実に防ぐことができる。

また、上記調整ピンの外周端部が当接する上記カートリッジの一端部の底面が平面状に形成されている場合には、上記調整ピンの外周端部を、この調整ピンの中心線に対して斜めに切り欠いて形成して、上記カートリッジの一端部の底面に全面的に当接可能とすることにより、ピン挿入孔が傾斜して形成されていても、安定して調整ピンの外周端部をカートリッジの一端部の底面に当接させることができ、円滑な切刃の突出量の調整と調整された切刃の突出量の維持を図ることが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、工具本体の断面積が著しく減少して工具本体の剛性が部分的に損なわれることにより撓みや振動などが発生するのを防ぐことができ、被削材の加工穴の加工精度や加工面粗さを向上させることができるとともに、より細かい切刃の位置の微調整を行うことが可能となる。

本発明の一実施形態を示す切刃のすくい面に対向する方向から見た側面図である。 図１におけるＡ部分の拡大側面図（切刃のすくい面に対向する方向から見た透視図）である。 図２に示す拡大側面図の底面図である。 図２におけるＺＺ断面図である（ただし、カートリッジ５は図示が略されている。）。 図１におけるＡ部分の工具本体の拡大側面図である。 図５に示す拡大側面図の底面図である。 図５におけるＸＸ断面図である。 図５におけるＹＹ断面図である。 図５におけるＺＺ断面図である。 図１に示す実施形態におけるカートリッジを切刃のすくい面に対向する方向から見た側面図である。 図１０に示すカートリッジの工具本体外周側から見た平面図である。 図１０に示すカートリッジの工具本体内周側から見た底面図である。 図１０に示すカートリッジの工具本体後端側から見た正面図である。 図１に示す実施形態における調整ピンの側面図である。 図１４に示す調整ピンの平面図である。 図１４に示す調整ピンの正面図である。

図１〜図４は、本発明の穴加工工具の一実施形態を示すものである。また、図５〜図９は、図１のＡ部分における工具本体を示すものであり、図１０〜図１３は、この実施形態におけるカートリッジを示すものであり、図１４〜図１６は、この実施形態における調整ピンを示すものである。

本実施形態において、工具本体１は、鋼材等の金属材料により軸線Ｏを中心とした多段の長尺円柱状に形成されている。この工具本体１の後端部（図１〜図３における右側部分）は、図示されない工作機械の主軸に連結されるシャンク部２とされるとともに、先端部（図１〜図３における右側部分）は軸線Ｏを中心とする一定の外径の長尺円柱状とされて切刃部３とされている。

このような穴加工工具は、切刃部３が被削材Ｗの下穴Ｈに挿通されて、切刃部３の先端部と後端部とが図示されない軸受けに支持される。そして、上記工作機械によって工具本体１が軸線Ｏ回りに工具回転方向Ｔに回転されつつ、本実施形態では後端側に引き戻されることにより、切刃部３に設けられて工具本体１の外周側に突出した後述する切刃によって下穴Ｈの仕上げ加工を行う。

切刃部３には、工具本体１の外周側から見て軸線Ｏ方向に延びる長方形状に切刃部３の外周面から内周側に凹む複数の凹所４が、軸線Ｏ方向に間隔をあけて一列に並ぶように形成されている。なお、工具本体１の外周面には、凹所４の開口部における工具本体１の後端側部分から工具回転方向Ｔに向けて、軸線Ｏを中心とする円の接線方向に工具本体１の外周面を切り欠くようにして、チップポケット４ａが形成されている。また、凹所４の底面４ｂは、軸線Ｏに平行な平面状に形成されている。

これらの凹所４には、図１０〜図１３に示すようなカートリッジ５がそれぞれ取り付けられている。これらのカートリッジ５も、その本体は弾性変形可能な鋼材等の金属材料によって略長方形の板状に形成されており、このカートリッジ５の軸線Ｏ方向の一端部（図１０〜図１２における右側部分）５ａにはインサート取付座５ｂが形成されている。そして、このインサート取付座５ｂに、上記切刃６ａを備えた切削インサート６がクランプネジ６ｂによって着脱可能に取り付けられている。

また、このカートリッジ５の軸線Ｏ方向の他端部（図１０〜図１２における左側部分）５ｃには、カートリッジ５を貫通する取付孔５ｄが形成されている。この取付孔５ｄに挿通された取付ネジ６ｃが、工具本体１の外周側を向く凹所４の底面４ｂに形成された図５〜図７に示すようなネジ孔４ｃにねじ込まれることにより、カートリッジ５は他端部５ｃが工具本体１に固定されて、本実施形態では上記一端部５ａを工具本体１の後端側に向けて凹所４に取り付けられる。

さらに、工具本体１の内周側を向くカートリッジ５の底面５ｅには、断面Ｕ字状のスリット５ｆが、インサート取付座５ｂが形成されたカートリッジ５の一端部５ａから取付孔５ｄが形成された他端部５ｃに向かう方向を横切るように、底面５ｅの全幅に亙って形成されている。本実施形態では、このスリット５ｆは、工具本体１の軸線Ｏに直交する平面に沿って底面５ｅに垂直に形成されている。なお、カートリッジ５の底面５ｅは、カートリッジ５が弾性変形していない状態では凹所４の底面４ｂと密着可能な平面状とされている。

さらにまた、本実施形態の切削インサート６は、カートリッジ５や工具本体１よりも硬度の高い超硬合金等の硬質材料によって図８に示すように正三角形の板状に形成されており、１つの正三角形面の各角部に上記切刃６ａが形成されている。このような切削インサート６は、切刃６ａが形成された上記１つの正三角形面をすくい面として工具回転方向Ｔに向け、この正三角形面の１つの切刃６ａを上述のように工具本体１の外周側に突出させて取り付けられる。

一方、凹所４の底面４ｂにおける工具本体１の後端側には、工具本体１の内周側に延びるピン挿入孔７が形成されて底面４ｂに開口している。また、工具本体１には、この工具本体１の外周面に開口するとともに、上記ピン挿入孔７の工具本体１内周側の端部に交差するバー挿入孔８が、本実施形態では軸線Ｏに垂直な平面に沿って形成されている。バー挿入孔８は、図７に示すようにピン挿入孔７に垂直に交差しているとともに、工具本体１の外周面への開口部とは反対の端部が工具本体１の外周面には開口していない止まり孔とされている。

そして、図４に示すように、ピン挿入孔７には図１４〜図１６に示すような調整ピン９が進退可能に挿入されるとともに、バー挿入孔８には調整バー１０が進退可能に挿入されており、これらの調整ピン９と調整バー１０により、本実施形態において切刃６ａの工具本体１外周側への突出量を調整する調整機構が構成されている。ここで、ピン挿入孔７とバー挿入孔８は、それぞれの中心線に垂直な断面が円形であり、調整ピン９と調整バー１０は、これらピン挿入孔７とバー挿入孔８にそれぞれ嵌め入れ可能な略円柱状とされている。

また、工具本体１の外周面への開口部側のバー挿入孔８内周には雌ネジ部８ａが形成されている。このバー挿入孔８には、この開口部とは反対の上記端部（バー挿入孔８の孔底）側にコイルスプリング等の弾性部材１１が挿入された上で、上記調整バー１０が挿入されて弾性部材１１と当接し、さらに上記雌ネジ部８ａに調整ネジ１２がねじ込まれて調整バー１０に当接することにより、弾性部材１１による弾性力に抗して調整バー１０が孔底側に押し込まれてその位置が調整される。

さらに、調整バー１０の外周面には切欠が形成されており、この切欠の底面は上記調整ネジ１２側から弾性部材１１側に向かうに従い、調整バー１０の中心線に対して緩やかな一定の傾斜角で調整バー１０の中心線側に向かう傾斜面１０ａとされていて、この傾斜面１０ａは、図４に示すようにピン挿入孔７に向けられている。また、工具本体１の内周側を向く調整ピン９の内周端部９ａは、図１４および図１５に示すようにこの傾斜面１０ａと全面で摺接可能なように斜めに切り欠かれている。

そして、さらにこの調整ピン９が挿入されるピン挿入孔７は、図２および図５に示すように、切刃６のすくい６ａ面に対向する方向から見た透視図において、凹所４の底面４ｂへの開口部からバー挿入孔８に向かうに従い、工具本体１の軸線Ｏに対して傾斜した方向に延びている。本実施形態では、このピン挿入孔７は、同じく図２および図５に示すように上記切刃のすくい面に対向する方向から見た透視図において、凹所４の底面４ｂへの開口部からバー挿入孔８側に向かうに従い、凹所４から離れる方向に傾斜している。

さらに、本実施形態では、工具本体１の外周側に向けられる調整ピン９の外周端部９ｂは、図１４および図１５に示すように調整ピン９の中心線Ｌに対して斜めに切り欠かれていて、弾性変形していない状態でのカートリッジ５の一端部５ａの底面５ｅに全面的に当接可能とされている。

このように構成された調整機構によって切刃６ａの工具本体１外周側への突出量を調整する場合において、突出量を大きくするには、調整ネジ１２を雌ネジ部８ａにねじ込むことにより、弾性部材１１による弾性力に抗して調整バー１０をバー挿入孔８の孔底側に押し込む。すると、傾斜面１０ａに内周端部９ａが摺接した調整ピン９が工具本体１の外周側に押し出されてカートリッジ５の一端部５ａを外周側に押圧し、スリット５ｆを間にして一端部５ａが外周側に突出するようにカートリッジ５が弾性変形するので、これに伴い切刃６ａの突出量も増大する。

また、これとは逆に、切刃６ａの突出量を小さくするには、調整ネジ１２を雌ネジ部８ａにおいて緩める。すると、弾性部材１１の弾性力によって調整バー１０がバー挿入孔８の開口部側に移動するので、調整ピン９は弾性変形したカートリッジ５の一端部５ａが元に戻ることによって内周端部９ａが傾斜面１０ａに摺接しつつ工具本体１の内周側に引き込まれ、これに伴って切刃６ａの突出量は減少する。

そして、上記構成の穴加工工具では、この調整ピン９が挿入されるピン挿入孔７が、切刃６ａのすくい面に対向する方向から見た透視図において、凹所４の底面４ｂへの開口部からバー挿入孔８に向かうに従い、工具本体１の軸線Ｏに対して傾斜した方向に延びているので、上述のようにバー挿入孔８が工具本体１の軸線Ｏに垂直な平面に沿って形成されていても、軸線Ｏに垂直な同一の平面においてピン挿入孔７とバー挿入孔８とが垂直に交差することはない。このため、工具本体１の軸線Ｏに垂直な断面における断面積が著しく減少して工具本体１の剛性が部分的に損なわれるのを防ぐことができる。

例えば、工具本体１の切刃部３の直径と凹所４の大きさ、およびピン挿入孔７とバー挿入孔８の内径が同じ場合において、上記実施形態の図９に示した断面と、特許文献１の図１や図３に記載された断面とで断面積を比べると、上記実施形態では特許文献１に記載された穴加工工具に対して２２％の断面積の増大が認められた。このため、上記構成の穴加工工具によれば、穴加工時の工具本体１の撓みや振動を抑えて加工精度や加工面粗さを向上させることができる。

しかも、このようにピン挿入孔７が傾斜しているため、上記構成の穴加工工具では、このピン挿入孔７の傾斜と、調整ピン９の内周端部９ａが摺接する調整バー１０の傾斜面１０ａの傾斜とを合成した傾斜で切刃６ａの突出量が調整される。このため、調整ネジ１２の回転量に対してより細かい切刃６ａの突出量の微調整が可能となるので、加工精度や加工面粗さの一層の向上を図ることができる。

また、本実施形態では、上記ピン挿入孔７が、同じく切刃６ａのすくい面に対向する方向から見た透視図において、上記凹所４の底面４ｂへの開口部からバー挿入孔８側に向かうに従い、凹所４から離れる方向に傾斜するように形成されている。このため、これとは逆にピン挿入孔７が凹所４側に向かう方向に傾斜している場合と比べて、ピン挿入孔７と凹所４とが工具本体１の軸線Ｏに垂直な同一平面上に位置するのを避けることができるので、これによっても工具本体１の断面積が部分的に減少するのを確実に防ぐことができる。

さらに、本実施形態では、上記調整ピン９の外周端部９ｂが当接するカートリッジ５の一端部５ａの底面５ｅが平面状に形成されているのに合わせて、調整ピン９の外周端部９ｂが調整ピン９の中心線Ｌに対して斜めに切り欠かれて、カートリッジ５の一端部５ａの底面５ｅに全面的に当接可能とされている。従って、ピン挿入孔７が傾斜して形成されていても、安定して調整ピン９の外周端部９ｂをカートリッジ５の一端部５ａの底面５ｅに当接させることができ、切刃６ａの突出量を安定して調整することができるとともに、こうして調整された切刃６ａの突出量を維持することが可能となる。

１ 工具本体
２ シャンク部
３ 切刃部
４ 凹所
４ｂ 凹所４の底面
５ カートリッジ
５ａ カートリッジ５の一端部５ａ
５ｂ インサート取付座
６ 切削インサート
６ａ 切刃
７ ピン挿入孔
８ バー挿入孔
９ 調整ピン
９ａ 調整ピン９の内周端部
９ｂ 調整ピン９の外周端部
１０ 調整バー
１０ａ 調整バー１０の傾斜面
１１ 弾性部材
１２ 調整ネジ
Ｏ 工具本体１の軸線
Ｔ 工具回転方向
Ｗ 被削材
Ｈ 加工穴

Claims (3)

1. 軸線回りに回転される上記軸線を中心とした長尺円柱状の工具本体に、この工具本体の外周面に開口する凹所が上記軸線方向に間隔をあけて複数形成され、
   これらの凹所には、上記工具本体の外周に突出する切刃が上記軸線方向の一端部に設けられた弾性変形可能なカートリッジが、このカートリッジの上記軸線方向の他端部が上記工具本体に固定されて取り付けられるとともに、
   上記工具本体には、上記カートリッジの上記一端部を上記工具本体の外周側に押圧して該カートリッジを弾性変形させることにより、上記切刃の突出量を調整する調整機構が備えられ、
   この調整機構は、上記工具本体の外周側を向く上記凹所の底面に開口するピン挿入孔に挿入されて、上記切刃とは反対側の上記カートリッジの一端部の底面に上記工具本体の外周側を向く外周端部が当接する調整ピンと、
   上記工具本体の外周面に開口するとともに上記ピン挿入孔に交差するバー挿入孔に挿入されて、上記工具本体の内周側を向く上記調整ピンの内周端部に傾斜面によって摺接し、上記バー挿入孔内を進退することによって上記調整ピンを介して上記カートリッジの一端部を弾性変形させる調整バーとを備え、
   上記ピン挿入孔は、上記切刃のすくい面に対向する方向から見た透視図において、上記凹所の底面への開口部から上記バー挿入孔に向かうに従い、上記軸線に対して傾斜した方向に延びていることを特徴とする穴加工工具。
2. 上記ピン挿入孔は、上記切刃のすくい面に対向する方向から見た透視図において、上記凹所の底面への開口部から上記バー挿入孔側に向かうに従い、上記凹所から離れる方向に傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の穴加工工具。
3. 上記調整ピンの外周端部が当接する上記カートリッジの一端部の底面は平面状に形成されるとともに、
   上記調整ピンの外周端部は、この調整ピンの中心線に対して斜めに切り欠かれていて、上記カートリッジの一端部の底面に全面的に当接可能とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の穴加工工具。

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