(57)【要約】【課題】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として、クーラントの逆流による液漏れを確実に防止でき、高能率で高精度の加工を行え、部材を長寿命化できるものを提供する。【解決手段】ボーリングヘッド２Ａの基部側に、外周面を複数回に周回する雄ねじ形の螺旋凸条５が形成され、切削加工中のボーリングバー１Ａと被削材Ｗとの相対回転に伴い、螺旋凸条５によってクーラントＣを切刃側へ送る推進力を生じるように構成されてなる。【選択図】　　　　　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空状ボーリングバーの先端に設けたボーリングヘッドの切刃側に、該ボーリングバー内部に連通する排出用開口部を備え、切削加工中に生じる切り屑を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より前記ボーリングバー内部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、
前記ボーリングヘッドの基部側に、その外周面を複数回に周回する雄ねじ形の螺旋凸条が形成され、切削加工中のボーリングバーと被削材との相対回転に伴い、該螺旋凸条によってクーラントを切刃側へ送る推進力を生じるように構成されてなる深穴切削装置。
【請求項２】
前記中空状ボーリングバーが二重筒に構成され、その内外筒間が前記螺旋凸条の形成部よりも切刃側に設けたクーラント導出口に連通するクーラント供給路をなすと共に、内筒の内側が前記排出用開口部に連通する排出路をなす請求項１記載の深穴切削装置。
【請求項３】
クーラントが外部よりボーリングバーの外周面と切削穴の内周面との隙間を通して切刃側へ供給されるように構成されてなる請求項１記載の深穴切削装置。
【請求項４】
ボーリングヘッドが前記中空状ボーリングバーに対して着脱可能な独立部材からなり、このボーリングヘッドに前記螺旋凸条が形成されてなる請求項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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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に関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】
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、図５のように中空状ボーリングバー３０の内部を通して行う内部供給方式と、図６のように中空状ボーリングバー４０の外周面と切削穴Ｈの内周面との間隙Ｔを通して行う外部供給方式とがある。なお、切削加工は、ボーリングバー３０，４０側を回転させる場合と、被削材Ｗ側を回転させる場合とがある。
【０００３】
前記の内部供給方式では、図４でも示すように、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。ところが、この内部供給方式の場合、ボーリングバー３０に外嵌させたガイドブシュ３７（図５参照）がシールリング３７ａを介して被削材Ｗに押接しているが、クーラント導出口３４より導出した高圧のクーラントＣの一部がボーリングバー３０の外周面と切削穴Ｈとの間隙Ｔに入り込んで逆流するため、切削穴Ｈの開口端からの液漏れを生じると共に、この逆流するクーラントＣに伴って切り屑Ｓが前記間隙Ｔに入り込んでボーリングバー３０の回転抵抗を増大させ、加工能率及び加工精度の低下やボーリングバー３０の寿命短縮を招くことになる。
【０００４】
そこで、上記の対策として、図示のように、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、小定間隔置きに配置する複数の環状突縁３８ａ…からなるラビリンスシール部３８を設け、このラビリンスシール部３８による流れ止め作用によって前記クーラントＣの逆流を抑制する方法が採用されている。しかしながら、このようなラビリンスシール部３８を設けた場合でも、環状突縁３８ａ…と切削穴Ｈの内周面との間には摺動間隙が必要であるため、クーラントＣの逆流による液漏れを確実には防止できない上、逆流するクーラントＣに伴う切り屑Ｓの環状突縁３８ａ…間への蓄積や前記摺動間隙への咬み込みにより、却ってボーリングバー３０の回転抵抗を増大させたり、ラビリンスシール部３８の摩耗によるボーリングヘッドの早期交換を余儀なくされるという問題があった。
【０００５】
一方、前記の外部供給方式では、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を高圧で供給することにより、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ようになっている。しかるに、このような外部供給方式においては、切削穴Ｈが深くなるに伴い、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Ｃの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。
【０００６】
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として、クーラントの内部供給方式では逆流による液漏れを確実に防止できると共に、この逆流に伴う切り屑に起因した加工能率及び加工精度の低下やボーリングバーの寿命短縮を回避でき、また外部供給方式においても比較的低い供給圧でクーラントを切削部位へ充分に供給して高い切り屑排出能力を確保でき、もって切削能率を向上できるものを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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、中空状ボーリングバー１の先端に設けたボーリングヘッド２の切刃３側に、該ボーリングバー１内部に連通する排出用開口部４，４ａ，４ｂを備え、切削加工中に生じる切り屑Ｓを切刃３側へ供給されるクーラントＣと共に前記排出用開口部４，４ａ，４ｂより前記ボーリングバー１内部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、前記ボーリングヘッド２の基部側に、その外周面を複数回に周回する雄ねじ形の螺旋凸条５が形成され、切削加工中のボーリングバー１と被削材Ｗとの相対回転に伴い、該螺旋凸条５によってクーラントＣを切刃側へ送る推進力を生じるように構成されてなる。
【０００８】
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、前記中空状ボーリングバー１が二重筒に構成され、その内外筒１ｂ，１ａが前記螺旋凸条５の形成部よりも切刃３側に設けたクーラント導出口７に連通するクーラント供給路８をなすと共に、内筒の内側が前記排出用開口部４に連通する排出路９をなす構成としている。また、請求項３の発明は、上記請求項１の深穴切削装置において、クーラントＣが外部よりボーリングバー１の外周面と切削穴Ｈの内周面との隙間を通して切刃３側へ供給されるように構成されてなるものとしている。
【０００９】
更に請求項４の発明は、上記請求項１又は２の深穴切削装置において、ボーリングヘッド２が前記中空状ボーリングバー１に対して着脱可能な独立部材からなり、このボーリングヘッド２に前記螺旋凸条５が形成されてなる構成としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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〜図２（イ）（ロ）は第一実施例の深穴切削装置Ａ、図３（イ）〜（ハ）は第二実施例の深穴切削装置Ｂ、をそれぞれ示す。なお、第一及び第二実施例の深穴切削装置Ａ，Ｂにおいて相互に対応する構成部分については、形状及び構造の違いがあっても同じ符号を付している。
【００１１】
第一実施例の深穴切削装置Ａ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２Ａを取り付けたボーリングバー１Ａ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。
【００１２】
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。
【００１３】
ボーリングバー１Ａは厚肉の外筒１ａ内に薄肉チューブ状の内筒１ｂが配置した二重筒構造であり、外筒１ａの前端部内周に設けた雌ねじ１７にボーリングヘッド２Ａの基部２ｃ側の雄ねじ部１８を螺挿することにより、当該ボーリングヘッド２Ａを取着すると共に、図２（ロ）に示すように、外筒１ａよりも突出した内筒１ｂの前端側をボーリングヘッド２Ａの中心孔２０に挿嵌して、その拡径した前端を当該中心孔２０の内奥段部２０ａに係止するようになされており、外筒１ａと内筒１ｂとの間でクーラント供給路８を構成すると共に、内筒１ｂの内側が排出路９を構成している。そして、クーラント供給路８は、図１に示すように、後端側が外筒１ａに対する内筒１ｂの後端部の密接によって閉塞しているが、その閉塞位置の手前で外筒１ａに設けた側方流路孔８ａに連通し、この側方流路孔８ａが外筒１ａの後端部外周面に設けた環状凹面部８ｂに臨むと共に、この環状凹面部８ｂがボーリングバー１Ａ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９は、ボーリングバー１Ａ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。
【００１４】
ボーリングヘッド２Ａは、図２（イ）（ロ）に示すように、先端面から側面にわたって開口する排出用開口部４の縁面に切刃３を取り付けた先端部２ａと、前記の雄ねじ１８を設けた基端部２ｃとの間の中間部２ｂに、その外周面を複数回に周回する雄ねじ形の螺旋凸条５が形成されると共に、この中間部２ｃから先端部２ａへ移行する括れ部２ｄの外周面に、中心孔２０に連通するクーラント導出口７，７が開口している。しかして、該ボーリングヘッド２Ａのボーリングバー１Ａへの取着状態において、排出用開口部３は当該ボーリングバー１Ａの排出路９に連通すると共に、クーラント導出口７，７は同クーラント供給路８の前端部に連通している。１９はボーリングヘッド２Ａの先端部２ａの周面に取着された超硬材製のガイドパッドである。
【００１５】
このボーリングヘッド２Ａの中間部２ｂに設けた螺旋凸条５は、基端部２ｃの雄ねじ１８と同じ螺旋方向であって、その頂部における径が当該ボーリングヘッド２Ａによる切削穴径と同一又は若干小さくなるように設定されている。
【００１６】
上記構成の深穴切削装置Ａ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１Ａを図１の矢印Ｆ方向、つまりボーリングヘッド２Ａ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５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２Ａを押接し、その切刃３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１Ａの環状凹面部８ｂ→同側方流路孔８ａを順次経てクーラント供給路８に流入し、このクーラント供給路８を通ってクーラント導出口７，７よりボーリングヘッド２Ａと切削穴Ｈとの隙間に導出され、切刃３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４よりボーリングヘッド２Ａ内の排出路９に流入し、ボーリングバー１Ａ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。
【００１７】
しかして、クーラント導出口７，７よりボーリングヘッド２Ａと切削穴Ｈとの隙間に導出されるクーラントＣは、その高圧によってボーリングバー１Ａの外周面と切削穴Ｈとの間隙Ｔ側へ逆流しようとしても、その流れがボーリングヘッド２Ａの中間部２ｃにある螺旋凸条５にて遮断される上、該ボーリングヘッド２Ａが前記方向に回転していることにより、螺旋凸条５による前方つまり切刃３側への強い推進力が働き、螺旋凸条５の間の溝部２１まで浸入しても該推進力によって直ちに前方へ送り戻されることになるから、この中間部２ｂを越えて前記間隙Ｔに至ることがない上、切削加工中のクーラントＣの流れが常に切刃３側へ向かっているから、切り屑Ｓが螺旋凸条５と切削穴Ｈとの間に咬み込んだり溝部２１へ入り込むこともない。従って、この深穴切削装置Ａによれば、クーラントＣの逆流による切削穴Ｈの開口端からの液漏れを確実に防止できる上、この逆流に伴う切り屑に起因したボーリングバー１Ａの回転抵抗の増大も回避できるから、高能率で高精度の深穴切削加工を行えると共に、ボーリングバー１Ａ及びボーリングヘッド２Ａの耐久性も向上する。
【００１８】
第二実施例の深穴切削装置Ｂは、クーラント外部供給方式であり、図３（ハ）に示す先端にボーリングヘッド２Ｂを取り付けたボーリングバー１Ｂの基部側を、図示省略した工具チャックを介して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、ボーリングバー１Ｂは、丸パイプ状であって内部が排出路９を構成しており、前端部内周に設けた雌ねじ１７にボーリングヘッド２Ｂの基部２ｃ側の雄ねじ部１８を螺挿することにより、当該ボーリングヘッド２Ｂを取着している。
【００１９】
ボーリングヘッド２Ｂは、図３（イ）（ロ）に示すように、略円筒状で先端が鈍角の円錐状に形成され、先端面から側面にわたって開口して先端面から見て略扇状をなす大小２つの排出用開口部４ａ，４ｂを有し、これら排出用開口部４ａ，４ｂが後端面に開放した中心孔２０に連通しており、大きい排出用開口部４ａの縁面には中央部切刃３ａと周辺部切刃３ｂとが取り付けられ、小さい排出用開口部４ｂの縁面に中間部切刃３ｃが取り付けられると共に、両排出用開口部４ａ，４ｂ間の外周面に各々ガイドパッド１９が取着されている。そして、上記切刃３ａ〜３ｃ及び排出用開口部４ａ，４ｂを備えた先端部２ａと、前記の雄ねじ１８を設けた基端部２ｃとの間の中間部２ｂに、その外周面を複数回に周回する雄ねじ形の螺旋凸条５が形成されている。
【００２０】
このボーリングヘッド２Ｂの中間部２ｂに設けた螺旋凸条５は、前記第一実施例の場合と同様に、基端部２ｃの雄ねじ１８と同じ螺旋方向であって、その頂部における径が当該ボーリングヘッド２Ｂによる切削穴径と同一又は若干小さくなるように設定されている。
【００２１】
上記構成の深穴切削装置Ｂによる深穴切削加工では、既述の図６を用いて説明したように、ボーリングバー１Ｂを油密に包囲するクーラント供給ジャケット（図６の符号４１参照）を用い、このジャケットをシールリング（図６の符号４２参照）を介して被削材Ｗに押接した状態で高圧のクーラントＣを供給しつつ、ボーリングバー１Ｂを図３（ハ）の矢印Ｆ方向、つまりボーリングヘッド２Ｂとの螺合度合を深める方向に回転駆動させ、被削材Ｗに該ボーリングヘッド２Ｂを押接し、その切刃３ａ〜３ｃ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、ボーリングバー１Ｂの外周面と切削穴Ｈの内周面との間隙Ｔを通ってボーリングヘッド２Ｂ側へ送られるが、該ボーリングヘッド２Ｂが前記方向に回転しているため、螺旋凸条５を有する領域では該螺旋凸条５による前方への強い推進力が働き、この推進力によって切刃３ａ〜３ｃ側への送りが促進される。
【００２２】
従って、切削穴Ｈが深くなっても、切削部位にクーラントＣが充分に行き渡ることになり、切削抵抗及び発熱の増大を回避できると共に、該クーラントＣが切削部位から排出用開口部４ａ，４ｂへ流入する際に、切削によって生じた切り屑Ｓを効率よく巻き込んでボーリングバー１Ｂ内の排出路９へ排出させるから、高能率で高精度の深穴切削加工を行え、また従来のように流路抵抗による圧損の増大に対応してクーラントＣの供給圧を高くする必要もないから、設備コスト及びエネルギーコストを低減できる。
【００２３】
なお、前記例示した深穴切削加工ではボーリングバー１Ａ，１Ｂ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り、この被削材Ｗ側を回転させる場合でも前記螺旋凸条５によってクーラントＣを切刃側へ向かわせる推進力が発生することになる。
【００２４】
本発明の深穴切削装置では、ボーリングヘッドがボーリングバーの前端に一体形成されたものでもよく、また螺旋凸条５をボーリングバーの前端部外周に設けることも可能であるが、上記第一及び第二実施例のように独立部材としたボーリングヘッドに該螺旋凸条５を設ければ、その摩耗や損傷を生じた際に当該ボーリングヘッド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いう利点がある。更に、螺旋凸条５の形成部を別部品として、ボーリングヘッドとボーリングバーとの間に連結させたり、これらに相対回転不能に套嵌させたりする構成も採用可能である。
【００２５】
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Ｃの内部供給方式及び外部供給方式における供給機構、ボーリングバー内部を通したクーラントＣ及び切り屑Ｓの外部への排出機構等、細部構成については実施例以外に種々設計変更可能である。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、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として、前記ボーリングヘッドの基部側の外周面に雄ねじ形の螺旋凸条を設け、この螺旋凸条によってクーラントを切刃側へ送る推進力を生じるようにしていることから、クーラントの逆流による液漏れを生じず、高い切り屑排出能力によって高精度及び高能率の深穴切削加工を行えると共に、部材を長寿命化し得るものが提供される。
【００２７】
請求項２の発明によれば、特にクーラントを内部供給方式で切刃側へ供給する前記深穴切削装置として、逆流による液漏れを確実に防止できると共に、この逆流に伴う切り屑に起因した加工能率及び加工精度の低下やボーリングバーの寿命短縮を回避できるものが提供される。
【００２８】
請求項３の発明によれば、特にクーラントを外部供給方式で切刃側へ供給する前記深穴切削装置として、比較的低い供給圧でクーラントを切削部位へ充分に供給して高い切り屑排出能力を確保でき、もって切削能率を向上できるものが提供される。
【００２９】
請求項４の発明によれば、前記の深穴切削装置として、ボーリングヘッドが前記中空状ボーリングバーに対して着脱可能な独立部材からなり、このボーリングヘッドに前記螺旋凸条が形成されていることから、該螺旋凸条の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すればよく、もって保全コストを低減できるものが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例に係る深穴切削装置の縦断側面図である。
【図２】同深穴切削装置の要部を示し、（イ）図はボーリングヘッドの先端側から見た正面図、（ロ）図は切削加工中におけるボーリングヘッド近傍の縦断側面図である。
【図３】本発明の第二実施例に係る深穴切削装置を示し、（イ）図はボーリングヘッドの先端側から見た正面図、（ロ）図はボーリングヘッドの側面図、（ハ）図は切削加工中におけるボーリングヘッド近傍の縦断側面図である。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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】
１Ａ，１Ｂ　　　ボーリングバー
１ａ　　　　　　外筒
１ｂ　　　　　　内筒
２ａ，２Ｂ　　　ボーリングヘッド
３，３ａ〜３ｃ　切刃
４，４ａ，４ｂ　排出用開口部
５　　　　　　　螺旋凸条
７　　　　　　　クーラント導出路
８　　　　　　　クーラント供給路
９　　　　　　　排出路
Ａ，Ｂ　　　　　深穴切削装置
Ｃ　　　　　　　クーラント
Ｈ　　　　　　　切削穴
Ｔ　　　　　　　隙間
Ｓ　　　　　　　切り屑
【図１】
2004090104.tif 000003
【図２】
2004090104.tif 000004
【図３】
2004090104.tif 000005
【図４】
2004090104.tif 000006
【図５】
2004090104.tif 000007
【図６】
2004090104.tif 000008