JP4966717B2 - 穴加工工具 - Google Patents

Description

本発明は、被切削材に予め形成された下穴に挿入されて、下穴の内壁面を切削加工する際に用いられる穴加工工具に関する。

この種の穴加工工具としては、例えば特許文献１に示すように、軸線回りに回転される長尺円柱状の工具本体の先端部に、工具本体先端側及び工具本体径方向外側に向けた切刃を備えた加工部が設けられた、いわゆるリーマが知られている。図５及び図６に従来のリーマの一例を示す。

このリーマは、軸線Ｏ回りに回転される長尺円柱状の工具本体１を有し、この工具本体１の先端部分が切削を行う加工部２とされている。加工部２の外周に工具本体１先端側及び工具本体１径方向外側に向けて開口した切屑排出溝３が形成され、この切屑排出溝３の工具回転方向Ｔ後方側には取付座４が形成されている。この取付座４には、切刃６Ａを有する平板状のインサート６が、その厚さ方向を工具回転方向Ｔに向けて着座されてクランプネジ７によって固定されている。また、加工部２の外周面には、周方向に複数のガイドパッド５が配置されている。

このように構成されたリーマは、工作機械の主軸端に装着されて軸線Ｏ回りに回転されるとともに、軸線Ｏ方向先端側に送りを与えられ、被切削材に予め形成された下穴に挿入されて、この下穴の内壁面をインサート６の切刃６Ａによって切削して所定の内径の加工穴を形成するとともに、切屑排出溝３を介して切屑を排出する。この切削の際には、加工穴の内壁面とガイドパッド５とが摺動することにより、リーマ１の軸線Ｏの振れを防止して寸法精度の向上を図っている。

一般に、加工の際には、切削時の抵抗を減らして磨耗の進行を遅め、切刃の寿命を延ばすとともに、摩擦熱による加工穴の内壁面及びリーマの焼き付きを防ぐために、リーマの先端部にクーラントを供給する必要がある。そのため、工具本体１の内部には、図示を略したクーラント供給孔が軸線Ｏ方向に設けられており、工具本体１の先端付近とクーラント供給孔の間に開口したクーラント排出孔を介して、クーラントが先端部の刃先に供給される構成となっている。
特開２００２−１６０１２４号公報

ところで、従来のリーマにおいては、切削を行う先端部にはクーラントが供給され、先端部の切刃６Ａにおいては切削抵抗を減少させるとともに摩擦熱を冷却し、良好な切削を行うことができるものの、加工穴の内壁面とガイドパッド５との摺接部分については、この切刃６Ａに向けて供給されたクーラントが流れ込むだけであるため、特に下穴が貫通穴の場合には十分な量のクーラントが供給されなくなって、加工穴の内壁面とガイドパッド５の摺接時の切削抵抗が大きくなってしまう。従って、ガイドパッド５の磨耗の進行が早まってリーマの寿命が短くなるばかりか、摩擦によって発生する熱を取り除くことができず、長時間に渡って使用した場合には、加工穴の内壁面とリーマが焼き付いてしまうという問題があった。

この発明はこのような課題を解決せんと発明されたものであり、その目的は、穴加工工具の加工部の全域に十分な量のクーラントを供給することができ、穴加工工具が早期に磨耗することを防いで寿命が短くなることを回避するとともに、摩擦熱による加工穴の内壁面及び穴加工工具の焼き付きを防止することができる穴加工工具の提供にある。

前記課題を解決するため、この発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明の穴加工工具は、軸線回りに回転される工具本体を有し、この工具本体の先端に前記工具本体先端側及び前記工具本体径方向外側に向けた切刃を備えた加工部が設けられ、被切削材に予め形成された下穴に挿入され、この下穴の内壁面を切削加工して加工穴を形成する穴加工工具において、前記工具本体の内部にクーラント供給孔が前記軸線方向に設けられており、前記加工部の外周面に、前記クーラント供給孔に連通するクーラント排出孔が開口した油溝部が、少なくとも一対互いに交差するように設けられており、前記加工部の外周にガイドパッドが設けられ、該ガイドパッドにも前記油溝部が設けられていることを特徴とする。

穴加工工具が工作機械の主軸端に装着されると、工作機械からクーラント供給孔にクーラントが供給され、そのクーラントはクーラント排出孔を介して、加工部の外周面に設けられた油溝部に導かれる。この際、クーラントは油溝部に沿って流れ、油溝部が交差する点から少なくとも四方向に分散するため、加工部の広い範囲にクーラントを行き渡らせることができる。

また、本発明に係る穴加工工具においては、前記油溝部は、前記軸線回りにねじれた螺旋状に設けられていてもよい。

油溝部を螺旋状にすることで、加工部の軸線方向と周方向の全域に渡って油溝部を配置することができ、油溝部が交差する点からクーラントを加工部の全域に確実に分散することができる。また、螺旋は軸線回りにねじれているため、クーラントが穴加工工具の回転によって油溝部に沿って流れ易くなる。従って、穴加工工具の加工部の全域に効率的にクーラントを行き渡らせることが可能となり、潤滑効果及び冷却効果を高めることができる。

また、前記油溝部の前記軸線に対するねじれ角が、１０°から８０°の範囲内であることが好ましい。

ねじれ角が大きすぎる場合は、クーラントを加工部の全域に確実に行き渡らすことはできるが、役目を終えたクーラントや発生するスラッジを排出することが困難となってしまう。さらに、油溝部の総延長が長くなるため、強度が低下してしまう。一方、ねじれ角が小さすぎる場合は、油溝部は直線に近くなり、クーラントやスラッジの排出は容易になるものの、クーラントを全域に行き渡らせることが困難となり、潤滑、冷却効果を得にくくなる。本発明では、上述のようにねじれ角を適正に設定することにより、潤滑、冷却効果を得ながら、クーラントやスラッジを確実に排出することができ、円滑に加工を行うことができる。

本発明に係る穴加工工具においては、前記油溝部が交差する箇所に前記クーラント排出孔が開口していてもよい。

油溝部が交差する箇所にクーラントが供給される構成にすることによって、クーラントが加工部外周面に導かれると油溝部に沿って速やかに少なくとも四方向に分散することができる。従って、交差する箇所でない部分にクーラントが供給された場合は二方向に分散したクーラントの一方が交差箇所で三方向に分散するのに対し、交差する箇所に供給された場合には、その箇所からそのまま少なくとも四方向に分散するために、さらに二方向多くクーラントの流路を確保することができるようになり、多量のクーラントを供給しても滞留することなく行き渡らせることでき、潤滑効果及び冷却効果をさらに高めることができる。

また、本発明に係る穴加工工具においては、前記油溝部の前記加工部の外周面における開口縁部が面取りされているものであってもよい。

これにより、油溝部と外周面の境界が滑らかになるため、この境界が被切削材の加工穴の内壁面と接触して損傷を与えたり、それによってスラッジが生じたりすることはなく、加工精度を高く維持することができるとともに円滑に加工を行うことが可能となる。

本発明によれば、加工部の外周面に確実にクーラントを供給することができるため、クーラントの潤滑作用によって加工穴の内壁面と穴加工工具の外周面との摩擦による加工部の磨耗を防ぎ、穴加工工具の寿命を長くできるとともに、冷却作用によって摩擦熱を容易に取り除くことができ、加工穴の内壁面及び穴加工工具が焼き付くことを防止することができる。

以下、本発明の穴加工工具の実施の形態であるリーマについて、図１から図４を用いて詳細に説明する。図１の（ａ）は本発明の実施形態であるリーマの側面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるｂ方向から見た側面図、図１（ｃ）はｃ方向から見た側面図である。また、図２は、図１（ａ）に示すリーマの部分拡大図、図３は、本発明の実施の形態であるリーマの正面図、図４は、図１（ａ）におけるＸ‐Ｘ断面図である。

図１から図３に示すリーマは、軸線Ｏ回りに工具回転方向Ｔに回転される多段円柱状の工具本体１０を有しており、工具本体１０の先端側（図１において下側）が概略円柱状をなす加工部１１とされ、工具本体１０の後端側（図１において上側）には、この加工部１１よりも大径とされた略円柱状のシャンク部１２が形成されている。加工部１１とシャンク部１２は、これら二つよりも径の小さな略円柱状をなす首部１３を介して一体に形成されている。

また、この工具本体１０の内部には、シャンク部１２後端側（図１において上側）に開口して軸線Ｏに沿って加工部１１先端近くまで延びるクーラント供給孔１４が、シャンク部１２及び首部１３を貫通して設けられている。

加工部１１の外周面には、軸線Ｏに直交する断面において、加工部１１を略Ｌ字状に切り開いた形状の切屑排出溝１５が加工部１１の先端から後端に渡って全域に延びるように設けられている。この切屑排出溝１５の先端部の工具回転方向Ｔの前方側を向く壁面には、壁面から一段窪むようにして、切刃チップ１８が取り付けられるための取付座１６が形成されており、工具回転方向Ｔの後方側を向く壁面には、クーラント供給孔１４から工具本体１０径方向外側に向けて延びて穿設された切刃用クーラント排出孔１７が開口している。

加工部１１の取付座１６に取り付けられる切刃チップ１８は、平板状の形状をしており超硬合金等の硬質材料から形成された基部２５を有している。また切刃チップ１８は、加工部１１の先端外周側に向けては喰い付き切刃１９を、径方向外側に向けては外周切刃２０を具備した切刃部２１を備えている。この切刃部２１は前記基部２５と一体焼結させられたダイヤモンド焼結体で構成されており、喰い付き切刃１９は工具本体１０の先端面よりも突出するように、また、外周切刃２０は工具本体１０の外周側に突出するように配設されている。この切刃チップ１８は、取付座に取り付けられる際には、本実施形態では、ろう付けによって固定されているが、特許文献１と同様に、ねじ止めによって着脱可能に取り付けられてもよい。

加工部１１の前記軸線Ｏ方向中間部から先端部にかけての外周には、軸線Ｏを中心とした円筒面状の外周面を有して、軸線Ｏに略平行に延びる複数のガイドパッド２４が設けられている。このガイドパッド２４は、本実施形態では、当該ガイドパッド２４が形成されている部分を残して加工部１１の外周面を面取りした上で、軸線Ｏを中心とした円筒研磨を加工部１１に施すことにより形成されるものであって、加工部１１の切屑排出溝１５を避けて、かつ周方向に間隔を空けて設けられている。ここで、軸線Ｏに対する断面において、ガイドパッド２４の外周面と軸線Ｏとの距離は、前記切刃部２１の外周切刃２０と軸線Ｏの距離より極僅かに小さい程度に設定されている。なお、ガイドパッド２４が設けられた加工部１１の中間部よりも後端側は、前記首部１３よりは大きな径で、先端側より一段縮径させられている。

そして、この加工部１１の外周面には、少なくとも一対の油溝部２２が互いに交差するように設けられている。この油溝部２２は、加工部１１の外周表面に形成された凹溝であって、その幅や深さは、例えば切屑排出溝１５に比べて十分小さくされている。また、油溝部２２は軸線Ｏの周りにねじれながら加工部１１の先端部から後端部に渡って全周に伸びた螺旋状に配設されており、該油溝部２２の軸線Ｏに対するねじれ角θは、１０°から８０°の範囲内に設定されている。また、油溝部２２の断面は本実施形態においては半円状であるが、Ｖ字状であってもよく、さらに油溝部２２の加工部１１の外周面に開口する開口縁部は面取りされており、油溝部２２の断面の端部が、油溝部２２の溝壁面と加工部１１の外周面とに鈍角に交差するように傾斜した形状とされている。

さらに、前記螺旋状の油溝部２２は、同一のねじれ方向で二本の油溝部２２が一定の間隔で平行して設けられているとともに、それらと螺旋のねじれ方向が互いに異なるようにさらに二本の油溝部２２が前記間隔と等しい間隔で設けられており、そのため、加工部１１の外周表面には油溝部２２同士が交差する箇所が複数設けられる。なお、前記油溝部２２は、ガイドパッド２４にも交差している。

また、油溝部２２には、クーラント供給孔１４から加工部１１の外周に径方向に向けて延びる溝用クーラント排出孔２３が穿設されているが、その溝用クーラント排出孔２３は、方向の異なる螺旋状の油溝部２２が交差する箇所に開口するように構成されている。なお、この溝用クーラント排出孔２３は、ガイドパッド２４の位置を避けるように設けられるのが望ましい。

以下、本発明の穴加工工具の実施の形態であるリーマを用いた切削加工について説明する。本実施形態のリーマは、工作機械に装着されて軸線Ｏ回りに工具回転方向Ｔに回転され、被切削材に予め形成された下穴に加工部１１がその先端側から挿入される。このとき、下穴の内壁面は、リーマの進行方向については喰い付き切刃１９が、外周方向については外周切刃２０によって切削され、所定の内径の加工穴に仕上げられる。また、その切削の際に発生する切屑は、切屑排出溝１５によって、加工部１１の先端から後端側に送られ排出される。

また、加工部１１の外周にはガイドパッド２４が設けられていて、このガイドパッド２４の外周面と軸線Ｏとの距離は、切刃部２１の外周切刃２０と軸線Ｏの距離より、極僅かに小さい程度であるため、切削加工の際には、ガイドパッド２４と切削加工された加工穴の内壁面が摺接することになる。これによって、加工穴の中でリーマを高速回転した際に振動してしまうこと抑制することができ、加工穴を精度高く成形することができる。

この切削加工の際には、クーラントが工作機械からクーラント供給孔１４に供給され、切屑排出溝に開口された切刃用クーラント排出孔１７を通じて、クーラントが切刃部２１に供給される。このクーラントの供給によって、切刃部２１の切削加工の潤滑を良好にして磨耗を防ぎ、切刃部２１の寿命を延ばすことができるとともに、摩擦熱を冷却し、加工穴の切削箇所及び切刃部２１の焼き付きを避けることができる。

なお、クーラントとしては、液状のものを使用しリーマに供給することが一般的であるが、本実施の形態においては、極微量のクーラントをミスト状とし、圧縮空気によってクーラント供給孔１４に送る構成としてもよい。これにより、液状のクーラントと同様の冷却効果を得ながら、液状に比べて、少量のクーラントで済むため、クーラントの回収、処理に要する設備等を簡略化できるとともに、コストを大幅に削減することができる。

そして、本実施形態においては、加工部１１の外周に油溝部２２を設け、この油溝部２２にクーラント供給孔１４に連通する溝用クーラント排出孔２３を互いに交差するように複数設けた構成としているので、切削加工の際にはこの溝用クーラント排出孔２３を通じて、クーラントが加工部１１の外周にも供給される。さらに、油溝部２２が交差する点から四方向に分散するため、加工部１１の広い範囲にクーラントを行き渡らせることができる。従って、ガイドパッド２４と前記内壁面の摺動する箇所においても確実かつ効率的に潤滑効果を得ることができ、摩擦熱を取り除くことが可能となる。

さらに、油溝部２２は、加工部１１全周に渡って螺旋状に配置されているため、クーラントが螺旋に沿って流れて全域に行き渡り、油溝部２２の交差する点からは四方向に分散する。また、螺旋は軸線Ｏ回りにねじれているため、リーマの回転に伴って、クーラントは容易に油溝部２２に沿って流れることができ、加工部１１全域に行き渡ることが可能となる。従って、リーマの加工部１１の全域に効率的にクーラントを行き渡らせることが可能となり、潤滑効果及び冷却効果を高めることができる。

一方、本実施形態に係るリーマでは、油溝部２２が交差する箇所に溝用クーラント排出孔２３が開口してクーラントが供給される構成としているので、クーラントが加工部１１外周面に導かれると油溝部２２に沿って速やかに四方向に分散する。従って、交差する箇所でない部分にクーラントが供給された場合は二方向に分散したクーラントの一方が交差箇所で三方向に分岐するのに対し、交差する箇所に供給された場合には、この箇所からそのまま四方向に分散するために、さらに二方向多くクーラントの流路を確保することが可能となり、多量のクーラントを供給しても滞留することなく円滑に加工部１１全域に行き渡らせることでき、潤滑効果及び冷却効果をさらに高めることができる。

また、油溝部２２の螺旋のねじれ角θが大きすぎる場合は、クーラントを加工部の全域に確実に行き渡らすことはできるが、役目を終えたクーラントや発生するスラッジを排出することが困難となってしまう。さらに、油溝部の総延長が長くなるため、強度が低下してしまう。一方、ねじれ角θが小さすぎる場合は、油溝部２２は直線に近くなり、クーラントやスラッジの排出は容易になるものの、クーラントを全域に行き渡らせることが困難となり、潤滑、冷却効果を得にくくなる。本実施形態では、上述のようにねじれ角θが１０°から８０°の適正な値に設定されているため、潤滑、冷却効果を得ながら、クーラントやスラッジを確実に排出することができ、円滑に加工を行うことができる。

また、油溝部２２の加工部１１の外周面に開口する開口縁部は面取りされているため、加工の際に被切削物の内壁面に加工部１１の外周面が接触した場合であっても、該縁部が内周壁に損傷を与えたり、それによってスラッジが生じたりすることはなく、加工精度を高く維持することができるとともに円滑に加工を行うことが可能となる。

以上から、本実施の形態によるリーマによれば、加工部１１の外周面にも十分な量のクーラントを供給することができるため、潤滑作用により加工穴の内壁面とガイドパッド２４の摺動部の摩擦による加工部１１の磨耗を防ぎ、リーマの寿命を長くできるとともに、冷却作用により摩擦熱を容易に取り除くことができ、加工穴の内壁面及びリーマが焼き付くことを防止することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態であるリーマについて説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施例では油溝部２２は計四本の螺旋で構成されるが、少なくとも一対の油溝部２２が交差するように設けられていれば、四本以下でも、あるいは、それ以上の数の螺旋からなる油溝部２２であってもよい。また、油溝部２２の加工部１１の外周面に開口する開口縁部施される面取りは、断面が円弧状に形成されたものであってもよい。

本発明の実施形態であるリーマの側面図である。 図１（ａ）に示すリーマの部分拡大図である。 本発明の実施形態であるリーマの正面図である。 図１（ａ）に示すリーマのＸ‐Ｘ断面図である。 従来のリーマ先端部の拡大部分断面図である。 図５におけるＹ―Ｙ断面図である。

符号の説明

１０ 工具本体
１１ 加工部
１２ シャンク部
１３ 首部
１４ クーラント供給孔
１５ 切屑排出溝
１６ 取付座
１７ 切刃用クーラント排出孔
１８ 切刃チップ
１９ 喰い付き切刃
２０ 外周切刃
２１ 切刃部
２２ 油溝部
２３ 溝用クーラント排出孔
２４ ガイドパッド
２５ 基部
Ｏ 軸線
Ｔ 回転方向

Claims (5)

1. 軸線回りに回転される工具本体を有し、この工具本体の先端に前記工具本体先端側及び前記工具本体径方向外側に向けた切刃を備えた加工部が設けられ、被切削材に予め形成された下穴に挿入され、この下穴の内壁面を切削加工して加工穴を形成する穴加工工具において、
   前記工具本体の内部にクーラント供給孔が前記軸線方向に設けられており、
   前記加工部の外周面に、前記クーラント供給孔に連通するクーラント排出孔が開口した油溝部が、少なくとも一対互いに交差するように設けられており、
   前記加工部の外周にガイドパッドが設けられ、該ガイドパッドにも前記油溝部が設けられていることを特徴とする穴加工工具。
2. 前記油溝部が、前記軸線回りにねじれた螺旋状に設けられていることを特徴とする請求項１記載の穴加工工具。
3. 前記油溝部の前記軸線に対するねじれ角が、１０°から８０°の範囲内であることを特徴とする請求項２に記載の穴加工工具。
4. 前記油溝部が交差する箇所に前記クーラント排出孔が開口していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の穴加工工具。
5. 前記油溝部の前記加工部の外周面における開口縁部が面取りされていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の穴加工工具。
   
   
   

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