JP4644552B2 - 深穴切削装置 - Google Patents

Description

本発明は、切削加工中に生じる切り屑をボーリングヘッドの排出用開口部からクーラントと共に中空状ボーリングバーの内部を通して外部へ排出するようにした深穴切削装置、特にクーラント内部供給方式の深穴切削装置に関する。

一般的に、深穴加工の切削能率は、工具系の能力よりも、加工中に切削穴内部に発生する切り屑の外部への排出能力に大きく依存する。このため、深穴切削装置では、中空状ボーリングバーを用いると共に、ボーリングヘッドに排出用開口部を設け、切り屑を切刃部へ供給されるクーラントと共に排出用開口部から該ボーリングバーの内部を通して外部へ排出するようにしている。しかして、切刃部へのクーラントの供給は、中空状ボーリングバーの外周面と切削穴の内周面との間隙を通して行う外部供給方式と、中空状ボーリングバーの内部を通して行う内部供給方式とがある。なお、切削加工は、ボーリングバー側を回転させる場合と、被削材側を回転させる場合とがある。

前記の外部供給方式では、図７に示すように、中空状ボーリングバー４０を油密に包囲するクーラント供給ジャケット４１を用い、このジャケット４１をシールリング４２を介して被削材Ｗに押接した状態で、導入口４３から該ジャケット４１内にクーラントＣを高圧で導入することにより、ボーリングバー４０の外周面と切削穴Ｈの内周面との間隙Ｔよりボーリングヘッド４４の切刃４５側へ供給し、このクーラントＣを発生する切り屑Ｓと共にボーリングヘッド４４の切刃４５に臨む排出用開口部４６からボーリングバー４０の中空部４７内流入させて外部へ排出する。

しかるに、このような外部供給方式においては、切削穴Ｈが深くなれば、それだけクーラント供給経路も長くなって流路抵抗による圧損が増すことから、切削部位へのクーラントＣの供給不足によって切削抵抗及び発熱が大きくなると共に、クーラントＣを介した切り屑Ｓの排出能力が低下し、もって切削能率が悪化するという難点があり、また上記圧損を補う上でクーラント供給圧を高く設定する必要があり、そのための設備コスト及びエネルギーコストが嵩むという問題があった。

一方、前記の内部供給方式では、図６に示すように、中空状ボーリングバー３０が二重筒構造を有しており、その内筒３１と外筒３２間で構成するクーラント供給路３０ａに導入された高圧のクーラントＣをボーリングヘッド３３のクーラント導出口３４より切刃３５側へ供給し、このクーラントＣを発生する切り屑Ｓと共にボーリングヘッド３３の切刃３５に臨む排出用開口部３６から内筒３１の内側で構成する排出路３０ｂへ流入させて外部へ排出する。なお、３７はボーリングバー３０に外嵌させたガイドブシュであり、シールリング３７ａを介して被削材Ｗに押接している。

このボーリングバー３０の内筒３１は、図５に示すように、ボーリングヘッド３３の内周に設けた基端側向きの環状段部３３ａに、拡径した先端部３１ａを密接嵌合することにより、ヘッド側においてクーラント供給路３０ａと排出路３０ｂとの間をシールしている。また、ボーリングヘッド３４のクーラント導出口３４よりも基部側の外周には、クーラント導出口３４から出たクーラントＣの切削穴Ｈ入口側への逆流を抑制するために、小間隔置きに配置した複数の環状突縁からなるラビリンスシール部３８を設けてある。

この内部供給方式の場合、クーラント供給経路の長さが一定であり、切削穴Ｈの深さによる流路抵抗（内外筒３１，３２間の管内抵抗）に変化はないから、切削穴Ｈが深くなっても切削抵抗及び発熱の増大や切り屑Ｓの排出能力の低下を生じず、もって既述の外部供給方式のような切削能率の悪化を招来せず、またクーラント供給圧を高く設定する必要もないという優れた利点がある。

ところで、切削穴Ｈの穴径が小さくなれば、それに対応した細いボーリングバーを用いるが、特に内部供給方式に用いる二重筒状のボーリングバー３０では、クーラント供給路３０ａ及び排出路３０ｂの流路断面積を確保する上で、必然的に内筒３１の肉厚を薄く設定することになる。しかるに、この内筒３１にはステンレス鋼等の金属管が一般的に使用されるが、薄肉の金属管では抗張力が弱くなることから、拡径した先端部３１ａがクーラントＣの供給圧によって撓んだり、酷い場合には歪み変形し、それによってヘッド側におけるクーラント供給路３０ａと排出路３０ｂとの間のシールが破れ、切削部位へのクーラントＣの供給と切り屑の排出が円滑になされなくなる。従って、従来のクーラント内部供給方式の深穴切削装置による深穴加工は、穴径がある程度以上（通常、穴径１８ｍｍ以上）に制約されるという難点があった。

本発明は、上述の情況に鑑み、切削加工中に生じる切り屑をボーリングヘッドの排出用開口部からクーラントと共に中空状ボーリングバーの内部を通して外部へ排出するようにした深穴切削装置、特にクーラント内部供給方式の深穴切削装置として、切削穴の径が小さい深穴加工にも支障なく好適に適用できるものを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、図面の参照符号を付して示せば、ボーリングバー１が内外筒４，３間をクーラント供給路５として内筒４内側を排出路６とする二重筒状に構成され、このボーリングバー１の前端に設けたボーリングヘッド２の前端面に前記排出路５に連通する排出用開口部２１が形成され、切削加工中に生じる切り屑Ｓをボーリングヘッド２周面のクーラント導出口２２より切刃９側へ供給されるクーラントＣと共に前記排出用開口部２１から前記排出路５を通して外部へ排出するようにした深穴切削装置において、前記ボーリングバー１の内筒４の前端部４ａが、その周面に設けたねじ部（雄ねじ部８ａ）によって前記ボーリングヘッド２側に設けたねじ部（雌ねじ部８ｂ）に螺着されていることを特徴としている。

また、請求項２の発明は、上記請求項１の深穴切削装置において、前記ボーリングヘッド２は、前記ボーリングバー１に対して着脱可能な独立部材からなり、その後部２ｃ側の外周にボーリングバー２の外筒３内周の雌ねじ部７ｂに螺合する雄ねじ部７ａを有すると共に、内周に該ボーリングバー１の内筒４外周の雄ねじ部８ａに螺合する雌ねじ部８ｂを有してなるものとしている。

請求項１の発明によれば、クーラント内部供給方式の深穴切削装置として、二重筒状のボーリングバーが切削穴径の小さい深穴加工に対応した細径で、その内筒が薄肉になっても、該内筒の先端部はボーリングヘッドに対してねじ部で螺合しているから、該先端部が内外筒間のクーラント供給路におけるクーラント供給圧で撓んだり歪み変形するようなことはなく、クーラント供給路と内筒内側の排出路とのヘッド側におけるシールが確実に保たれ、もって切削部位へのクーラントＣの供給と切り屑の排出が円滑になされ、良好な深穴加工性が得られる。

請求項２の発明によれば、ボーリングヘッドがボーリングバーの内外筒に対してねじによって着脱可能になっているから、該ボーリングヘッドの各部に摩耗や損傷を生じた際にボーリングヘッドのみを脱着交換して保全コストを低減できると共に、その脱着交換の作業を容易に行えるという利点がある。

図１は本発明の一実施形態に係る深穴切削装置を示す。この深穴切削装置は、クーラント内部供給方式のガンドリル型であり、クーラント供給口１０ａ及び排出口１０ｂを備えた略円筒状のクーラント給排ケーシング１０に、略丸軸状の駆動軸１２が前後一対の軸受１１，１１を介して同心状に回転自在に保持されている。この駆動軸１２は、ケーシング１０より突出した前端部にテーパコレット式チャック１３を備えており、前端から長手方向中間部に至る工具保持孔１２ａに、先端にボーリングヘッド２を取り付けたボーリングバー１の基部側を挿嵌して該チャック１３にて締め付け固定すると共に、ケーシング１０より突出したキー溝付き後端部１２ｂを工作機械のスピンドル等に連結して回転駆動するようになされている。

しかして、駆動軸１２には、工具保持孔１２ａの奥部と当該駆動軸１２の外周に設けた環状溝１２ｃとを連通する半径方向流路１２ｄが形成されると共に、工具保持孔１２ａの奥端から環状溝１２ｃよりも後部の外周面に至る斜めの排出流路孔１２ｅを備えている。一方、クーラント給排ケーシング１０内には駆動軸１２に外嵌するリング部材１４を有し、このリング部材１４に設けられた半径方向流路１４ａがリング部材１４の環状溝１２ｃとクーラント供給口１０ａとに連通している。また、該ケーシング１０内のリング部材１４よりも後部には駆動軸１２を取り囲む環状排出空間１０ｃを有し、この環状排出空間１０ｃに排出口１０ｂが連通すると共に、駆動軸１２の排出流路孔１２ｅの出口が当該環状排出空間１０ｃに臨んでいる。１５は各軸受１１の内側で駆動軸１２に外嵌したメカニカルシールリング、１６はケーシング１０の外側から螺入してリング部材１４に係合したコックである。

ボーリングバー１は、厚肉の外筒３内にステンレス鋼等の金属からなる薄肉チューブ状の内筒４が配置した二重筒構造であり、内外筒４，３間の環状空間がクーラント供給路５を構成すると共に、内筒４の内側が排出路６を構成している。そして、クーラント供給路５は、その後端側が外筒３の縮径した後部内周３ｂに対する内筒４の後端部４ｂの圧入・密接嵌合によって閉塞しているが、その閉塞位置の手前で外筒３に設けた側方流路孔５ａに連通し、この側方流路孔５ａが外筒３の後端部外周面に設けた環状凹面部５ｂに臨むと共に、この環状凹面部５ｂがボーリングバー１の駆動軸１２への装着状態において当該駆動軸１２の半径方向流路１２ｄに臨むことにより、クーラント給排ケーシング１０のクーラント供給口１０ａに連通している。一方、排出路６は、ボーリングバー１の後端開口から駆動軸１２の排出流路孔１２ｅとケーシング１０の環状排出空間１０ｃを通して排出口１０ｂに連通している。

また、図２と、その図中の仮想線円イ内を拡大した図３とに示すように、該ボーリングバー１の前端部においては、外筒３の内周に雌ねじ部７ｂが形成されると共に、内筒４が外筒３よりも前方へ突出し、この突出した前端部４ａの外周に雄ねじ部８ａが形成されている。

ボーリングヘッド２は、図２及び図３に加えて図４（Ａ）（Ｂ）でも示すように、全体が略円筒状をなす独立部材であり、前端面から側面にわたって開口した排出用開口部２１を有する前部２ａと、外周に複数の環状突縁からなるラビリンスシール部２２を形成した中間部２ｂと、外周に雄ねじ部７ａを刻設した後部２ｃとから構成されている。そして、前部２ａには、排出用開口部２１の略ヘッド半径方向に沿う縁面にスローアウェイチップからなる切刃９が取り付けられると共に、周面２箇所に超硬材製のガイドパッド２４が取着され、また前部２ａから中間部２ｂへ移行する部分の外周には、複数のクーラント導出口２３…が開口している。また、ボーリングヘッド２の中心孔２０は排出用開口部２１に臨む前端側が縮径しており、この縮径部２５の内周に雌ねじ部８ｂが形成されている。

しかして、このボーリングヘッド２のボーリングバー１に対する取着状態では、図２及び図３に示すように、その後部２ｃの雄ねじ部７ａを外筒３の前端部３１ａの雌ねじ部７ｂに螺合することにより、両者１，２が強固に連結一体化される一方、内筒４の前端部４ａの雄ねじ部８ａを該ボーリングヘッド２の内側の雌ねじ部８ｂに螺合することにより、ボーリングヘッド２の排出用開口部２１がボーリングバー１の排出路６に連通して、且つクーラント供給路８の前端側が排出用開口部２１から遮断されてクーラント導出口７…に連通するようになっている。

上記構成の深穴切削装置による深穴切削加工では、クーラント給排ケーシング１０のクーラント供給口１０ａより高圧のクーラントＣを供給しつつ、ボーリングバー１を図１の矢印Ｆ方向つまりボーリングヘッド２との螺合度合を深める方向に回転駆動させ、適当なガイドブシュ（例えば図６に示すガイドブシュ３７）を介して被削材Ｗに該ボーリングヘッド２を押接し、その切刃９で該被削材Ｗを切削して切削穴Ｈを形成してゆく。

このとき、供給されるクーラントＣは、リング部材１４の半径方向流路１４ａ→駆動軸１２の環状溝１２ｃ→同半径方向流路１２ｄ→ボーリングバー１の環状凹面部５ｂ→同側方流路孔５ａを順次経てクーラント供給路５に流入し、このクーラント供給路５を通ってクーラント導出口２３…よりボーリングヘッド２と切削穴Ｈとの隙間に導出され、切刃９による切削部位に行き渡った上で、切削によって生じた切り屑Ｓと共に排出用開口部２１よりボーリングバー１内の排出路６に流入し、該ボーリングバー１の後端開口から駆動軸１２の排出流路孔１２ｅとケーシング１０の環状排出空間１０ｃを経て、排出口１０ｂから切り屑Ｓを伴って外部へ排出されることになる。

しかして、穴径の小さい切削穴Ｈに対応してボーリングバー１が細い場合、その内筒４の金属管として径小で肉厚の薄いものを使用せざるを得ないが、この深穴切削装置の構成では、該内筒４の先端部４ａがボーリングヘッド２の内周に対してねじで螺合しているから、該先端部４ａがクーラントＣの供給圧によって撓んだり歪み変形する懸念はなく、もってヘッド２側におけるクーラント供給路５と排出路６との間のシールが確実に保たれ、切削部位へのクーラントＣの供給と切り屑の排出が円滑になされるため、良好な深穴加工性が得られる。

また、上記構成では、ボーリングヘッド２がボーリングバー１の内外筒４，３に対してねじによって着脱可能であり、該ボーリングヘッド２の各部に摩耗や損傷を生じた際、ボーリングヘッド２のみを脱着交換すればよいから、保全コストを低減できると共に、その脱着交換の作業も容易に行える。

なお、例示した深穴切削加工ではボーリングバー１を回転駆動させているが、特に柱状や棒状の被削材Ｗに長さ方向の切削穴Ｈを設ける場合等、必要に応じて被削材Ｗ側を回転駆動させて当該加工を行うことも可能である。

上記実施形態ではボーリングヘッド２の後部２ｃをボーリングバー１の外筒３に内嵌するようにしているが、雄ねじ部８ａと雌ねじ部８ｂを逆にして、外筒３側を該ボーリングヘッド２の後部２ｃに内嵌する構成としてもよい。また、構造的には複雑になるが、ボーリングヘッド２の内側に短い筒部を一体形成し、その筒部の外周に設けた雄ねじ部と、ボーリングバー１の内筒４の前端部４ｃ内周に設けた雌ねじ部とを螺合する構成も可能である。更に、ボーリングヘッド２は、クーラント導出口２３…から導出されたクーラントＣが切削穴Ｈの開口端側へ逆流するのをより確実に防止するために、ラビリンスシール部２２の環状突縁に代えて螺旋凸条を設け、切削時の回転に伴って該螺旋凸条による切刃側への推進力が働くように設定してもよい。

その他、本発明においては、ボーリングヘッドにおける切刃の数と形状、排出用開口部の形状、ボーリングバーの駆動機構、クーラントの供給機構、ボーリングバー内部を通したクーラント及び切り屑の外部への排出機構等、細部構成については実施形態以外に種々設計変更可能である。

本発明の一実施形態に係る深穴切削装置の縦断側面図である。 同深穴切削装置による切削加工中のボーリングヘッド近傍の縦断側面図である。 図２の仮想線円イ内の拡大図である。 同深穴切削装置に用いるボーリングヘッドを示し、（イ）は正面図、（ロ）図は側面図である。 従来のクーラント内部供給方式の深穴切削装置による切削加工中のボーリングヘッド近傍の縦断側面図である。 従来のクーラント内部供給方式の深穴切削装置による切削加工状態を示す縦断側面図である。 従来のクーラント外部供給方式の深穴切削装置による切削加工状態を示す縦断側面図である。

符号の説明

１ ボーリングバー
２ ボーリングヘッド
３ 外筒
３ａ 前端部
４ 内筒
４ａ 前端部
５ クーラント供給路
６ 排出路
７ａ，８ａ 雄ねじ部
７ｂ，８ｂ 雌ねじ部
９ 切刃
２０ 中心孔
２１ 排出用開口部
２３ クーラント導出口
Ｃ クーラント
Ｈ 切削穴
Ｓ 切り屑
Ｗ 被削材

Claims (2)

1. ボーリングバーが内外筒間をクーラント供給路として内筒内側を排出路とする二重筒状に構成され、このボーリングバーの前端に設けたボーリングヘッドの前端面に前記排出路に連通する排出用開口部が形成され、切削加工中に生じる切り屑をボーリングヘッド周面のクーラント導出口より切刃側へ供給されるクーラントと共に前記排出用開口部から前記排出路を通して外部へ排出するようにした深穴切削装置において、
   前記ボーリングバーの内筒の前端部が、その周面に設けたねじ部によって前記ボーリングヘッド側に設けたねじ部に螺着されていることを特徴とする深穴切削装置。
2. 前記ボーリングヘッドは、前記ボーリングバーに対して着脱可能な独立部材からなり、その後部側の外周にボーリングバーの外筒内周の雌ねじ部に螺合する雄ねじ部を有すると共に、内周に該ボーリングバーの内筒外周の雄ねじ部に螺合する雌ねじ部を有してなる請求項１記載の深穴切削装置。

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