(57)【要約】【課題】切削ヘッド部にチップ交換式のガイドパッドを備える深穴切削装置として、安定した切削状態で高い加工精度が得られ、ガイドパッドが長寿命化するものを提供する。【解決手段】ガイドパッド７は、外面側が幅方向中央部に沿って頂稜部７ａをなす円弧面７１ａに形成され、切削ヘッド部１０ａに対し、工具先端側を尾端側よりも工具回転方向ｙの前方側とする斜め配置で取り付けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削ヘッド部の外周に形成されたパッド取付凹部に、切削穴内周に摺接するガイドパッドが取付ねじを介して着脱自在に取り付けられた深穴切削装置において、
前記ガイドパッドの外面側が幅方向中央部に沿って頂稜部をなす凸曲面に形成され、このガイドパッドが前記切削ヘッド部に対し、当該ガイドパッドの工具先端側を尾端側よりも工具回転方向の前方側とする斜め配置で取り付けられていることを特徴とする深穴切削装置。
【請求項２】
前記ガイドパッドの外面側の凸曲面が、切刃による切削円周よりも曲率半径の小さい円弧面である請求項１記載の深穴切削装置。
【請求項３】
前記ガイドパッドの幅方向中央線が工具軸線方向に対して１０〜４０度の角度で傾斜してなる請求項１又は２に記載の深穴切削装置。
【請求項４】
前記ガイドパッドが、ねじ止め孔を有する中央低部の両側に、外面側を前記凸曲面とする膨出部を有してなる請求項１〜３のいずれかに記載の深穴切削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、深穴切削加工に使用する切削装置、特に切削ヘッド部の外周にチップ交換式のガイドパッドが取り付けられた深穴切削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、深穴切削装置における切削ヘッド部の外周に設けられるガイドパッドは、穿孔中に切削穴の内周に摺接して切刃による切削反力を切削穴内周面に受け止めさせ、その摺接部位と切刃との位置関係を常に一定に保たせる所謂バニッシング作用により、切削ヘッド部を振れのない定軸線の回転状態に維持して切削精度を高めると共に、切削に伴う穴内周の凹凸を押し潰して平滑に均す作用を発揮する。このようなガイドパッドとしては、切削ヘッド部に一体形成される場合もあるが、鋼製の切削ヘッド部の外周に設けたパッド取付凹部に対し、超硬合金やサーメット等の硬質材料からなるチップをロウ付けするか、同様のチップをねじ止めするものが主流である。特に、後者のねじ止めによるガイドパッドは、摩耗限度や損傷に応じて新品に着脱交換できる利点があり、通常では切刃も着脱交換可能なスローアウェイチップとした切削ヘッド部に適用される。
【０００３】
図５（Ａ）〜（Ｃ）にガイドパッド及び切刃が共にチップ交換式であるドリルヘッドの一例を示す。このドリルヘッド１Ｂは、前部側の切削ヘッド部１０ａと、後部側の外周に雄ねじ１１を設けたねじシャンク部１０ｂとで、中空内部が後端側に開放した切粉排出路１２をなす略円筒状のヘッド本体１０を構成し、その切削ヘッド部１０ａの前端面に、切粉排出路１２に連通する大小扇形の切粉排出口１３，１４が開口している。そして、両切粉排出口１３，１４の略共通径方向の縁壁１３ａ，１４ａに沿って凹設された３つの切刃取付座１５に、それぞれスローアウェイチップからなる外周側及び中心側と中間部の３つの切刃２Ａ〜２Ｃが各々取付ねじ３を介して止着されると共に、切削ヘッド部１０ａの外周面の二カ所に凹設されたヘッド軸方向に沿う溝状のパッド取付凹部１６に、それぞれ略蒲鉾形のガイドパッド４が取付ねじ５を介して止着されている。図中の１７は、切削ヘッド部１０ａの外周面後部側の径方向対向位置に形成された一対のチャッキング用平坦部である。
【０００４】
切削加工は、図６（Ａ）に示すように、深穴切削用ドリルの丸パイプ状をなす工具シャンク（ボーリングバーとも称される）６の先端部に、ドリルヘッド１Ｂをねじシャンク部１０ｂの螺入によって連結した状態で、該工具シャンク６を工作機械のスピンドル等に連結して回転駆動するか、逆に被削材Ｗ側を回転させることによって行う。なお、以下における工具回転方向とは、後者の被削材Ｗ側の回転駆動による切削加工を含めて、加工時の被削材Ｗに対する工具側の相対回転方向を意味するものとする。
【０００５】
この場合、クーラントＣは、外部供給方式として、図示の如く工具シャンク６を油密に包囲するクーラント供給ジャケット６１をシールリング６２を介して被削材Ｗに押接した状態で、導入口６３から該ジャケット６１内に高圧で導入され、工具シャンク６の外周面と切削穴Ｈの内周面との間隙Ｔよりドリルヘッド１Ｂの先端側へ供給され、図６（Ｂ）で示すように、切削部で発生する切粉Ｆと共にドリルヘッド１Ｂの切粉排出口１３，１４から切粉排出路１２内へ流入し、工具シャンク６内の切粉排出路６ａを通って外部へ排出される。そして、この加工中、切削穴Ｈの内周に摺接するガイドパッド４，４により、切削反力が切削穴Ｈの内周面に受け止められ、ドリルヘッド１Ｂの回転状態が安定に維持されると共に、穴内周が平滑に均されることになる。
【０００６】
ここで、各ガイドパッド４は、図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、その外面側が長手方向中間の平坦部４０と両側の円弧面をなす膨出部４１，４１とで構成されており、平坦部４０にはねじ止め孔４２が設けられている。そして、図８に示すように、各ガイドパッド４の膨出部４１は、面取り４３された四周縁を除く表面が、切削穴Ｈ内周への食付き防止のために外周側切刃２Ａによる切削円周Ｓよりも小さい曲率半径で、且つ円弧中心Ｑがドリルヘッド１の回転中心Ｏを通る径線Ｄ上にある円弧面をなしており、もって幅方向中央部に沿ってドリルヘッド１Ｂへの取付状態で外側突出高さが最も高くなる頂稜部４ａを構成すると共に、この頂稜部４ａが未摩耗段階でヘッド先端側で外周側切刃２Ａによる切削円周Ｓに一致する高さに設定されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、この種の深穴切削装置において、ドリルヘッドに新品のガイドパッドを装着後、ある程度の使用回数に達した段階で当該ガイドパッド表面の摩耗状況を見ると、一般的に摩耗部の中心が工具先端から離れるほど工具回転方向後方へずれる形になることが判明している。従って、前記従来構成の深穴切削装置では、図５（Ｃ）で示すように、破線ハッチングで表す摩耗部Ｚ１の摩耗中心線Ｌ１が工具軸線方向Ｌ０に対して角度θだけ傾いた形になり、この傾き自体は変わらずに摩耗の進行と共に摩耗部Ｚ１の幅が拡大してゆくことになる。因みに、図示の段階では、摩耗中心線Ｌ１の傾きのため、ヘッド先端から遠い側の膨出部４１には摩耗を生じていない。なお、摩耗部Ｚ１が先広がりになっているのは、一般的にドリルヘッド１Ｂの切削ヘッド部１０ａが全体として僅かに先太テーパー状に設定されることによる。
【０００８】
しかるに、この摩耗部Ｚ１は全体が切削反力を切削穴Ｈの内周に受け止めさせる摺接領域に相当するから、その摩耗中心線Ｌ１が傾いた状況下では、ガイドパッド全体として切削穴Ｈ周面への接触が不均等になることに加え、膨出部４１の円弧面が切削円周Ｓよりも小さい曲率半径であるため、その幅方向中央から外れた位置での摺接は切削穴Ｈの内周への押接による応力を工具中心から逸れた方向に向かわせることになり、これらによる切削状態の不安定化で加工精度が低下すると共に、ガイドパッド自体も不均等摩耗によって短寿命になる。
【０００９】
本発明は、上述の情況に鑑み、切削ヘッド部にチップ交換式のガイドパッドを備える深穴切削装置として、安定した切削状態で高い加工精度が得られ、且つガイドパッドを長寿命化し得るものを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１は、図面の参照符号を付して示せば、切削ヘッド部１０ａの外周に形成されたパッド取付凹部１８に、切削穴Ｈ内周に摺接するガイドパッド７が取付ねじ５を介して着脱自在に取り付けられた深穴切削装置において、ガイドパッド７の外面側が幅方向中央部に沿って頂稜部７ａをなす凸曲面（円弧面７１ａ）に形成され、このガイドパッド７が切削ヘッド部１０ａに対し、当該ガイドパッド７の工具先端側を尾端側よりも工具回転方向ｙの前方側とする斜め配置で取り付けられていることを特徴としている。
【００１１】
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、ガイドパッド７の外面側の凸曲面が、切刃（外周側切刃２Ａ）による切削円周Ｓよりも曲率半径の小さい円弧面７１ａである構成としている。
【００１２】
請求項３の発明は、上記請求項１又は２の深穴切削装置において、ガイドパッド７の幅方向中央線（傾斜方向Ｌ２）が工具軸線方向Ｌ０に対して１０〜４０度の角度θで傾斜してなる構成としている。
【００１３】
請求項４の発明は、上記請求項１〜３のいずれかの深穴切削装置において、ガイドパッドがねじ止め孔７２を有する中央低部（平坦部７０）の両側に外面側を凸曲面とする膨出部７１，７１を有してなる構成としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明に係る深穴切削装置によれば、切削ヘッド部の外周にねじ止めされるガイドパッドが工具先端側を尾端側よりも工具回転方向の前方側とする斜め配置になり、その外面側の凸曲面の頂稜部の方向が加工に伴う摩耗中心線の方向に近づくため、ガイドパッド全体として切削穴周面に対して均等に接触し、且つその接触部が当該ガイドパッドの幅方向中央に沿う位置になり、切削孔の内周への押接による応力が工具中心に向かうから、切削状態が安定して加工精度の向上に繋がると共に、ガイドパッド自体も摩耗の均等化で寿命が延びることになる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、ガイドパッドの外面側の凸曲面が切刃による切削円周よりも曲率半径の小さい円弧面であることから、切削穴内周面への食い付きを防止できると共に、当該ガイドパッドの製作において外面側の凸曲面の形成が容易になる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、ガイドパッドの幅方向中央線が切削ヘッド部の軸線方向に対して適度な角度範囲で傾斜していることから、その外面側の凸曲面の頂稜部の方向が加工に伴う摩耗中心線の方向により近くなり、加工精度がより向上する。
【００１７】
請求項４の発明によれば、ガイドパッドは切削口径の大きい深穴切削用としてねじ止め位置の両側に切削穴内周に摺接させる膨出部を有する長い形状であるから、本来は摩耗中心線の傾きによる悪影響を受け易いが、その斜め配置によって全体が切削穴周面に対して均等に接触可能となるため、該悪影響を排除できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る深穴切削装置の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１（Ａ）〜（Ｃ）は本実施形態の深穴切削装置におけるドリルヘッド１Ａ、図２（Ａ）（Ｂ）は該ドリルヘッド１Ａのヘッド本体１０、図３は該ドリルヘッド１Ａに用いるガイドパッド７、図４（Ａ）（Ｂ）は同ドリルヘッド１Ａにおけるガイドパッド７の取付部、をそれぞれ示す。なお、この実施形態の深穴切削装置では、ドリルヘッド１Ａのガイドパッド７とパッド取付凹部１８の形態を除く基本的構造が図５（Ａ）〜（Ｃ）で示す既述の従来構成のドリルヘッド１Ｂと同様であるため、両ドリルヘッド１Ａ，１Ｂで共通する各部については同一符号を付してその説明を省略する。
【００１９】
図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ドリルヘッド１Ａは、ヘッド本体１０の切削ヘッド部１０ａの外周面の二カ所に設けた各パッド取付凹所１８に、超硬合金やサーメット等の硬質材料からなる正面視長方形のガイドパッド７が、工具軸心方向Ｌ０に対して角度θをなす傾斜方向Ｌ２に沿って、その長手方向一端側である工具先端側を同他端側である尾端側よりも工具回転方向ｙの前方側とする斜め配置した状態で、取付ねじ５を介して止着されている。
【００２０】
これらガイドパッド７は、図３に示すように、全体的に略蒲鉾形をなし、ドリルヘッド１Ａへの取付状態で外面側となる上面側が、長手方向中間の平坦部７０と両側の膨出部７１，７１とで構成され、平坦部７０にねじ止め孔７２が設けられている。その各膨出部７１は、上面が円弧面７ａをなすと共に、その上面側四周縁が面取り７３されている。しかして、両膨出部７１，７１の円弧面７ａ，７ａは、ガイドパッド７自体では平坦な下面７ｂとは非平行であり、外観的には相互に捩じれた上面を形成するように見えるが、実際には同一円周面を構成するものである。
【００２１】
すなわち、各ガイドパッド７の両円弧面７ａ，７ａは、当該ガイドパッド７のドリルヘッド１Ａへの斜め配置した取付状態において、図４（Ａ）（Ｂ）で示すように、該ガイドパッド７の長手方向のどの位置でも、ドリルヘッド１Ａの中心Ｏを通る径線Ｄを二等分線として、当該径線Ｄ上の点Ｑ１が円弧中心となるように設定されている。そして、両円弧面７ａ，７ａの曲率半径は外周側切刃２Ａによる切削円周Ｓよりも小さいため、ガイドパッド７の幅方向中央部（幅方向二等分線）に沿い、工具径方向外側への突出高さが最も高い頂稜部７ａを構成すると共に、未摩耗状態において該頂稜部７ａが切削円周Ｓに略一致するか、該切削円周Ｓよりも僅かに高くなるように設定されている。
【００２２】
一方、ヘッド本体１０側の各パッド取付凹所１８は、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、前記ガイドパッド７の斜め配置に対応して、工具軸線方向Ｌ０に対する傾斜方向Ｌ２に沿い、平坦な底面をなす溝状に形成され、その底面中央部にねじ孔８が穿設されている。
【００２３】
ここで、ガイドパッド７の斜め配置の方向、つまり図１（Ｃ）及び図２（Ｂ）で示す斜方向Ｌ２は、既述の従来構成におけるガイドパッド４の摩耗部Ｚ１の傾いた摩耗中心線Ｌ１の方向（図４（Ｃ）参照）〕と一致している。
【００２４】
上記構成のドリルヘッド１は、既述のように、深穴切削用ドリルの工具シャンク６の先端部にねじシャンク部１０ｂを螺入して連結し〔図６（Ａ）（Ｂ）参照〕、所要の深穴切削加工に供される。しかして、この深穴切削加工では、各ガイドパッド７が切削穴Ｈの内周に摺接することにより、切削反力が当該ガイドパッド７を介して切削穴Ｈ内周面に受け止められると共に、切削で伴う穴内周の凹凸が平滑に均されるが、ガイドパッド７の外面側には切削穴Ｈ内周との摺接による摩耗を生じ、その摩耗部の中心が工具先端から離れるほど工具回転方向後方へずれる形になる。
【００２５】
しかるに、この深穴切削装置では、切削ヘッド部１０ａの外周にねじ止めされたガイドパッド７が斜め配置しており、図１（Ｃ）に示すように、その斜め配置の傾斜方向Ｌ２と摩耗部Ｚ２の摩耗中心線Ｌ１の方向が一致し、両膨出部７１，７１の上面をなす円弧面７１ａの頂稜部７ａが摩耗中心になる。従って、切削加工中、ガイドパッド７が全体として切削穴Ｈ周面に対して均等に接触し、且つその接触部が常に当該ガイドパッド７の幅方向中央に沿う位置になり、切削穴Ｈの内周への押接による応力が工具中心に向かうから、理想的なバニッシング作用が発揮され、極めて安定した切削状態に基づく高い加工精度が得られる。また、このような摩耗の均等化により、ガイドパッド７自体の寿命も延びることになる。。
【００２６】
工具軸線方向Ｌ０と斜め配置するガイドパッド７の傾斜方向Ｌ２との角度θは、工具径（切削穴径）や切削条件によって最適範囲は異なるが、一般的には１０〜４０度の範囲とするのがよい。すなわち、この角度θが小さ過ぎても大き過ぎても、切削穴Ｈ周面に対して当該ガイドパッド７が均等に接触しにくくなり、とりわけ円弧面７１ａが切削内周Ｓより小さい曲率半径であるほど、押接による応力方向が工具中心から逸れて切削状態は安定化しにくくなる。なお、ガイドパッド７を最適な斜め配置とする上では、予め対応する加工条件下での摩耗中心線の傾きを調べておき、その傾きに一致する配置角度に設定するのがよい。
【００２７】
前記のような円弧面７１ａを有するガイドパッド７を製作するには、当該ガイドパッド７の原材として研磨代を有するものを用い、この原材をヘッド本体への装着時と同じ斜め配置で適当な支持基体に固定し、該支持基体側又は研磨工具側の回転駆動による回転研磨加工によって研磨代を研削すればよい。
【００２８】
しかして、本発明の深穴切削装置に用いるガイドパッドとしては、前記実施形態で例示したようなねじ止め部分の両側に切削穴内周に摺接させる一対の膨出部を有する略蒲鉾形のものに限らず、例えば蒲鉾形の長さを縮めた形で、一つだけの膨出部の中央にねじ止め孔を穿設したもの等、種々の形態を採用できる。また、ガイドパッドの外形についても、例示したような正面視で矩形以外に、正面視で短辺側が工具軸線方向Ｌ０に対して垂直になる平行四辺形としてもよい。なお、ガイドパッドの材質は、全体を超硬合金やサーメット等の硬質材料とする以外に、切削穴内周に摺接させる膨出部の表面側のみに硬質材料を用い、他の部分をベースとして一般鋼等の安価な材料を用いてもよい。
【００２９】
更に、ガイドパッドの膨出部の表面は、様々な曲面や曲面と斜面の組合せ等、種々設定できるが、加工性の面より頂部を含む主要部を円弧面とすることが推奨される。しかして、この頂部を含む円弧面は切刃による切削円周よりも曲率半径を小さくすることにより、当該ガイドパッドにおける工具回転方向の前縁側による切削穴内周への食い付きを生じなくする寸法形状に容易に設定できる。
【００３０】
なお、実施形態ではドリルヘッド１の切削ヘッド部１１に外周側・中心側・中間の３つの切刃２Ａ〜２Ｃを有するものを例示したが、本発明は、切削ヘッド部の切刃が一つ、二つ、４つ以上のいずれの場合にも適用できると共に、切削ヘッド部がドリルヘッドとして独立せずに工具シャンクに一体形成された深穴切削装置にも適用可能である。更に、切削ヘッド部がドリルヘッドとして独立部材を構成する場合に、図６に示すようなクーラント外部供給方式（シングルチューブ方式）ではなく、二重筒状の工具シャンクにドリルヘッドを接続し，該工具シャンクの内外筒間のクーラント供給路からドリルヘッドの外側へ導出したクーラントを切粉と共に、ドリルヘッドのクーラント排出口より工具シャンクの内筒内のクーラント排出路へ流入させるようにしたクーラント内部供給方式（ダブルチューブ方式）を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係る深穴切削装置に用いるドリルヘッドを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は全体の側面図、（Ｃ）は切削ヘッド部の側面図である。
【図２】同ドリルヘッドのヘッド本体を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は切削ヘッド部の側面図である。
【図３】同ドリルヘッドにねじ止めするガイドパッドの斜視図である。
【図４】同ドリルヘッドにおけるガイドパッドの取付部分を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は図１（Ｂ）のＸ−Ｘの断面矢視図である。
【図５】従来構成の深穴切削装置に用いるドリルヘッドを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は全体の側面図、（Ｃ）は切削ヘッド部の側面図である。
【図６】深穴切削装置による深穴切削加工を示し、（Ａ）は縦断側面図、（Ｂ）は切削ヘッド側を拡大して示す縦断側面図である。
【図７】従来構成の深穴切削装置に用いるガイドパッドを示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図８】従来構成の深穴切削装置におけるドリルヘッドの要部の平面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１Ａ        ドリルヘッド
１０ａ      切削ヘッド部
１８        パッド取付凹部
２Ａ〜２Ｃ  切刃
５          取付ねじ
７          ガイドパッド
７ａ        頂稜部
７０        平坦部（中央低部）
７１        膨出部
７１ａ      円弧面
Ｈ          切削穴
Ｌ０        工具軸線方向
Ｌ２        傾斜方向（幅方向中央線）
Ｓ          切削円周
ｙ          工具回転方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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