JP4753893B2 - ダイヤモンドリーマ - Google Patents
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Description
本発明は、高能率な切削加工が可能なだけでなく、高精度な加工精度が得られるダイヤモンドリーマに関するものである。
一般的にドリルなどで加工された穴は、高精度ではなく、良好な仕上げ面も得られない。このような下穴を要求される寸法精度および表面粗さに仕上げるには、様々な仕上げ方法があるが、機械加工の中で最も手軽に実施でき、広く活用されている方法としてリーマによる加工が知られている。リーマによって仕上げられた穴は、高い寸法精度、真円度および極めて良好な表面粗さが得られる特長がある。
特に、穴の高精度仕上げ加工には、４枚刃８点ガイド（ダブルランド、サブランド）を用いている。高能率を優先する場合、４枚刃８点パッドのリーマを用いる例が多いが、仕上げ加工刃具の回転軸に対しワークの下穴とのズレ、刃具の工作精度誤差、および機上の仕上げ加工刃具の刃振れなどにより加工されたワークの穴の真円度が多角形になりやすい問題を抱えている。これらを厳しく管理することで高精度な穴を得ることが出来る。その際の得られる真円度は２〜４μｍである。
（例えば、特許文献１参照）
特に、穴の高精度仕上げ加工には、４枚刃８点ガイド（ダブルランド、サブランド）を用いている。高能率を優先する場合、４枚刃８点パッドのリーマを用いる例が多いが、仕上げ加工刃具の回転軸に対しワークの下穴とのズレ、刃具の工作精度誤差、および機上の仕上げ加工刃具の刃振れなどにより加工されたワークの穴の真円度が多角形になりやすい問題を抱えている。これらを厳しく管理することで高精度な穴を得ることが出来る。その際の得られる真円度は２〜４μｍである。
（例えば、特許文献１参照）
さらに、特に、穴の高精度仕上げ加工には、１枚刃のガンリーマが用いられている。１枚刃のガンリーマは、切削機能を持つ刃が一枚で他はセルフガイド機能であり多刃のもつ課題を解消しているが、切削作用刃が一つであることから加工能率面で多刃に大きく劣る。さらに、軸対称でないため動的バランスが悪く回転数を高めるにつれて振動が発生するため回転数を高めた高能率加工はできないという大きな課題を抱えている。一枚刃ガンリーマで得る事が出来る真円度は１．５〜３．０μｍである。
（例えば、特許文献２参照）
（例えば、特許文献２参照）
本発明は、上記の問題点を解決しようとするものである。すなわち、加工されたワークの穴の真円度が多角形になる問題点と、動的バランスが悪く回転数を高めるにつれて振動が発生して高能率加工はできないというふたつの問題点を解決するものである。
本発明は、３枚の刃を備えた、ダイヤモンドリーマであって、３枚の刃は、それぞれがセルフガイド機能と切削機能を同時に備えたことを特徴とするダイヤモンドリーマである。
ここで３枚の刃は、ダイヤモンドリーマの外周を３等分に分割するように等分割式とするか、または不等分割式とする。回転数を高めて高能率切削加工に用いる際には、動的バランスを高めることが可能な等分割式とすることが好ましい。また、ビビリを発生して多角形穴が生じる現象に対しては不等分割式とすることが好ましい。この場合は動的アンバランス量を刃以外の部位に設ける（相当量を付加、または削除）ことで高速回転に対応する。
さらに、３枚の刃は、それぞれがセルフガイド機能と切削機能を同時に備えている。すなわち、３枚の刃は、それぞれが外周にマージン幅を有するのでこれがセルフガイド機能として作用し、さらにそれぞれが切れ刃を有するのでこれが切削機能として作用するのである。
ここで３枚の刃は、ダイヤモンドリーマの外周を３等分に分割するように等分割式とするか、または不等分割式とする。回転数を高めて高能率切削加工に用いる際には、動的バランスを高めることが可能な等分割式とすることが好ましい。また、ビビリを発生して多角形穴が生じる現象に対しては不等分割式とすることが好ましい。この場合は動的アンバランス量を刃以外の部位に設ける（相当量を付加、または削除）ことで高速回転に対応する。
さらに、３枚の刃は、それぞれがセルフガイド機能と切削機能を同時に備えている。すなわち、３枚の刃は、それぞれが外周にマージン幅を有するのでこれがセルフガイド機能として作用し、さらにそれぞれが切れ刃を有するのでこれが切削機能として作用するのである。
本発明は詳しくは、刃の材質は、焼結ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンドおよび単結晶ダイヤモンドのいずれか一つ、または二つ以上が選択されたものであることを特徴とするものである。
工作物の材質、硬さ、要求される穴の拡張量、真円度、表面粗さおよび加工条件などによって、適宜、焼結ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンドおよび単結晶ダイヤモンドのいずれか一つ、または二つ以上を選択する。
工作物の材質、硬さ、要求される穴の拡張量、真円度、表面粗さおよび加工条件などによって、適宜、焼結ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンドおよび単結晶ダイヤモンドのいずれか一つ、または二つ以上を選択する。
本発明はさらに詳しくは、３枚の刃のうち、いずれか一つの刃の外周はマージン幅が０．０２〜０．１ｍｍ、残りの二つの刃の外周はマージン幅が０．２〜０．５ｍｍであることを特徴とするものである。
本発明は、円を決定する最小接触数、すなわち、三点支持（三点パッド）設計を採用し、かつ三箇所のうちの一つは外周マージン幅を０．１ｍｍ以下とすることで、この刃部に他の二つよりも高い切削能力を持たせている。さらに他の二つのパッドも先端部位に刃を成形し、この部位も切削に関与し高能率切削加工を実現することができる。三箇所の先端の食い付き部は図１の如く外周マージン幅の小さい刃部の切削能力を他の二箇所よりも高めその切削力で故意に（設計上強制的に）外周マージンの大きい二箇所のパッドがワーク内周面に押し付けられるように設計している。この効果により、切削加工中に刃具がぶれない（揺らがない）安定した加工精度を維持することができる。
ここで３枚の刃のうち、いずれか一つの刃の外周はマージン幅が０．０２ｍｍ未満ではパッドの役割を果たすことが出来ない。また０．１ｍｍを超えると切削能力が低下するので好ましくない。このマージン幅は０．０２〜０．０８ｍｍであることがより好ましく、０．０２〜０．０５ｍｍであることが最も好ましい。
そして、残りの二つの刃の外周はマージン幅が０．２ｍｍ未満ではパッドの効果が十分に得られないので切削加工中に刃が揺らぐおそれがあり好ましくない。また０．５ｍｍを超えると切削抵抗が高くなり、加工面の焼けの原因にもなるので好ましくない。このマージン幅は０．２〜０．４ｍｍであることがより好ましく、０．２５〜０．４ｍｍであることが最も好ましい。
本発明は、円を決定する最小接触数、すなわち、三点支持（三点パッド）設計を採用し、かつ三箇所のうちの一つは外周マージン幅を０．１ｍｍ以下とすることで、この刃部に他の二つよりも高い切削能力を持たせている。さらに他の二つのパッドも先端部位に刃を成形し、この部位も切削に関与し高能率切削加工を実現することができる。三箇所の先端の食い付き部は図１の如く外周マージン幅の小さい刃部の切削能力を他の二箇所よりも高めその切削力で故意に（設計上強制的に）外周マージンの大きい二箇所のパッドがワーク内周面に押し付けられるように設計している。この効果により、切削加工中に刃具がぶれない（揺らがない）安定した加工精度を維持することができる。
ここで３枚の刃のうち、いずれか一つの刃の外周はマージン幅が０．０２ｍｍ未満ではパッドの役割を果たすことが出来ない。また０．１ｍｍを超えると切削能力が低下するので好ましくない。このマージン幅は０．０２〜０．０８ｍｍであることがより好ましく、０．０２〜０．０５ｍｍであることが最も好ましい。
そして、残りの二つの刃の外周はマージン幅が０．２ｍｍ未満ではパッドの効果が十分に得られないので切削加工中に刃が揺らぐおそれがあり好ましくない。また０．５ｍｍを超えると切削抵抗が高くなり、加工面の焼けの原因にもなるので好ましくない。このマージン幅は０．２〜０．４ｍｍであることがより好ましく、０．２５〜０．４ｍｍであることが最も好ましい。
高能率な切削加工が可能なだけでなく、高精度な加工精度が得られるダイヤモンドリーマを提供することができる。特に、アルミニウム合金、銅合金などの非鉄金属材料などの切削加工で極めて良好な結果が得られるダイヤモンドリーマを提供することができる。特に、各種の量産部品を低コスト、高能率に生産するのに貢献することができる。
発明を実施するための最良の形態については、実施例の項で説明する。
図１〜３に示す、直径Ｄが４０ｍｍ、３枚の刃を等分割式とし、刃の材質として焼結ダイヤモンドを用いたダイヤモンドリーマを製作した。マージン幅が最も小さいのはＡ刃で、そのマージン幅Ｍａは０．０５ｍｍ、残りの二つはＢ刃で、そのマージン幅Ｍｂは０．４ｍｍである。その他、刃の各寸法は以下の通りである。ｇは０．２５ｍｍ、ｃは０．０８ｍｍ、ｄは０．１ｍｍ、ｅは６ｍｍ、ｆは１ｍｍ、αは６０°、βは１５°、γは５°とした。
このダイヤモンドリーマをマシニングセンタに取り付け、アルミニウム合金を切削加工テストして本発明の効果を確認した。テストの切削条件の詳細は以下の通りである。
切削速度は１８０ｍ／ｍｉｎ、送り速度は４６０ｍｍ／ｍｉｎ、送り量は０．１２ｍｍ／ｒｅｖ、取り代は直径で０．４ｍｍ、切削油剤にはエマルジョン系水溶性オイルを用いた。加工結果は、穴の真円度が１．８μｍ、表面粗さは０．８Ｓであった。
このダイヤモンドリーマをマシニングセンタに取り付け、アルミニウム合金を切削加工テストして本発明の効果を確認した。テストの切削条件の詳細は以下の通りである。
切削速度は１８０ｍ／ｍｉｎ、送り速度は４６０ｍｍ／ｍｉｎ、送り量は０．１２ｍｍ／ｒｅｖ、取り代は直径で０．４ｍｍ、切削油剤にはエマルジョン系水溶性オイルを用いた。加工結果は、穴の真円度が１．８μｍ、表面粗さは０．８Ｓであった。
実施例１のダイヤモンドリーマを用いて、実施例１と切削条件以外は同一としてテストを行った。テストの切削条件の詳細は以下の通りである。
切削速度は３００ｍ／ｍｉｎ、送り速度は７７０ｍｍ／ｍｉｎ、送り量は０．１２ｍｍ／ｒｅｖ、取り代は直径で０．４ｍｍ、切削油剤にはエマルジョン系水溶性オイルを用いた。加工結果は、穴の真円度が２．０μｍ、表面粗さは０．８Ｓであった。
切削速度は３００ｍ／ｍｉｎ、送り速度は７７０ｍｍ／ｍｉｎ、送り量は０．１２ｍｍ／ｒｅｖ、取り代は直径で０．４ｍｍ、切削油剤にはエマルジョン系水溶性オイルを用いた。加工結果は、穴の真円度が２．０μｍ、表面粗さは０．８Ｓであった。
実施例１のダイヤモンドリーマを用いて、実施例１と切削条件以外は同一としてテストを行った。テストの切削条件の詳細は以下の通りである。
切削速度は５００ｍ／ｍｉｎ、送り速度は１２７０ｍｍ／ｍｉｎ、送り量は０．１２ｍｍ／ｒｅｖ、取り代は直径で０．４ｍｍ、切削油剤にはエマルジョン系水溶性オイルを用いた。加工結果は、穴の真円度が２．５μｍ、表面粗さは０．８Ｓであった。
切削速度は５００ｍ／ｍｉｎ、送り速度は１２７０ｍｍ／ｍｉｎ、送り量は０．１２ｍｍ／ｒｅｖ、取り代は直径で０．４ｍｍ、切削油剤にはエマルジョン系水溶性オイルを用いた。加工結果は、穴の真円度が２．５μｍ、表面粗さは０．８Ｓであった。
図４に示す、１枚刃のガンリーマを用いて、実施例１と同様にテストを実施した。テストの切削条件の詳細は以下の通りである。
切削速度は１８０ｍ／ｍｉｎ、送り速度は３００ｍｍ／ｍｉｎ、送り量は０．０８ｍｍ／ｒｅｖ、取り代は直径で０．４ｍｍ、切削油剤にはエマルジョン系水溶性オイルを用いた。加工結果は、穴の真円度が１．８μｍ、表面粗さは１．０Ｓであった。
切削速度は１８０ｍ／ｍｉｎ、送り速度は３００ｍｍ／ｍｉｎ、送り量は０．０８ｍｍ／ｒｅｖ、取り代は直径で０．４ｍｍ、切削油剤にはエマルジョン系水溶性オイルを用いた。加工結果は、穴の真円度が１．８μｍ、表面粗さは１．０Ｓであった。
図５に示す、４枚刃の８点パッドのダイヤモンドリーマを用いて、実施例１と同様にテストを実施した。テストの切削条件の詳細は以下の通りである。
切削速度は１８０ｍ／ｍｉｎ、送り速度は４６０ｍｍ／ｍｉｎ、送り量は０．１２ｍｍ／ｒｅｖ、取り代は直径で０．４ｍｍ、切削油剤にはエマルジョン系水溶性オイルを用いた。加工結果は、穴の真円度が２．５μｍ、表面粗さは０．８Ｓであった。
切削速度は１８０ｍ／ｍｉｎ、送り速度は４６０ｍｍ／ｍｉｎ、送り量は０．１２ｍｍ／ｒｅｖ、取り代は直径で０．４ｍｍ、切削油剤にはエマルジョン系水溶性オイルを用いた。加工結果は、穴の真円度が２．５μｍ、表面粗さは０．８Ｓであった。
さらに、比較例２と同じ、４枚刃の８点パッドのダイヤモンドリーマを用いて、実施例１と同様にテストを実施した。テストの切削条件の詳細は以下の通りである。
切削速度は３００ｍ／ｍｉｎ、送り速度は７７０ｍｍ／ｍｉｎ、送り量は０．１２ｍｍ／ｒｅｖ、取り代は直径で０．４ｍｍ、切削油剤にはエマルジョン系水溶性オイルを用いた。加工結果は、穴の真円度が５．０μｍ、表面粗さは０．８Ｓであった。
切削速度は３００ｍ／ｍｉｎ、送り速度は７７０ｍｍ／ｍｉｎ、送り量は０．１２ｍｍ／ｒｅｖ、取り代は直径で０．４ｍｍ、切削油剤にはエマルジョン系水溶性オイルを用いた。加工結果は、穴の真円度が５．０μｍ、表面粗さは０．８Ｓであった。
以上のテスト結果から、本発明によれば高能率の切削加工が可能で、しかも加工後の穴は高精度の真円度と、極めて良好な表面粗さが得られることがわかった。
１ ダイヤモンドリーマ
Ｍａ Ａ刃のマージン幅
Ｍｂ Ｂ刃のマージン幅
Ｍａ Ａ刃のマージン幅
Ｍｂ Ｂ刃のマージン幅
Claims (1)
- ３枚の刃を備えた、ダイヤモンドリーマであって、
前記３枚の刃は、それぞれがセルフガイド機能と切削機能を同時に備え、
前記刃の材質は、焼結ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンドおよび単結晶ダイヤモンドのいずれか一つ、または二つ以上が選択されたものであり、
前記３枚の刃のうち、いずれか一つの刃の外周はマージン幅が０．０２〜０．１ｍｍ、残りの二つの刃の外周はマージン幅が０．２〜０．５ｍｍであることを特徴とする、ダイヤモンドリーマ。
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007032214A JP4753893B2 (ja) | 2007-02-13 | 2007-02-13 | ダイヤモンドリーマ |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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