(57)【要約】  【課題】「びびり現象」の発生がなく、切削抵抗の低減を可能としたボーリングカッタを提供する。  【解決手段】各チップ７Ａ〜７Ｆの切刃１７がボデー２の径方向および軸心方向の両方向において所定量ずつ段階的にずれを生ずるように各々のチップ７Ａ〜７Ｆを配置してある。ボデー２の径方向における各チップ７Ａ〜７Ｆの段階的なずれ量ｂまたはｃよりもボデー２の軸心方向における各チップ７Ａ〜７Ｆの段階的なずれ量ａの方が大きくなるように設定してある。  【選択図】図２
2005186181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボデーの先端部外周に切刃を有する複数のチップを配設し、ボデーを回転させながらそのボデーの軸心方向に送りを付与することで穴加工を施すようにしたボーリングカッタにおいて、
各チップの切刃がボデーの径方向および軸心方向の両方向において所定量ずつ段階的にずれを生ずるように各々のチップを配置するとともに、
ボデーの径方向における各チップの段階的なずれ量よりもボデーの軸心方向における各チップの段階的なずれ量の方が大きくなるように設定したことを特徴とするボーリングカッタ。
【請求項２】
特定のチップの切刃に対して一段階分のずれを生ずることになる切刃を有する次のチップを、上記特定のチップに対しボデーの円周方向で９０〜１８０°程度ずれた位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載のボーリングカッタ。
【請求項３】
ボデーの径方向における切刃相互間の一段階分のずれ量を、ボデーが一回転したときの切削代を総段階数でほぼ等分した大きさのものとして設定したことを特徴とする請求項２に記載のボーリングカッタ。
【請求項４】
ボデーの軸心方向において切刃相互間の段階的なずれを生じている複数のチップは、ボデーの先端に近いものほど刃先円直径が段階的に小さくなるように設定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のボーリングカッタ。
【請求項５】
ボデーの軸心方向における切刃相互間の一段階分のずれ量を、ボデーの一回転当たりの軸心方向送り量と同等もしくはそれよりも大きく設定したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のボーリングカッタ。
【請求項６】
切刃を有する各チップがスローアウェイチップであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のボーリングカッタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カッタボデーの先端部外周に切刃を有する複数のチップを配設したいわゆる多刃切削工具の形態をなすボーリングカッタの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のボーリングカッタとしては、例えば特許文献１に記載のように、ボデーの先端部外周において軸心方向および径方向の同じ位置に７枚程度の切刃チップを配置したものが知られている。
【０００３】
この特許文献１に記載のボーリングカッタは、全ての切刃を被切削面に当てた状態で軸方向送りを与えて切削を行ういわゆる全刃切削を想定したものであるが、マシニグセンタに代表されるような多自由度工作機械の普及により、いわゆるシングルポイントでのヘリカル送りによる切削加工を行うべく、特許文献２に記載のように、複数の切刃チップの位置をボデーの軸心方向で積極的にずらしたものが提案されるに至っている。
【特許文献１】特開平１０−１４６７１２号公報（図１）
【特許文献２】特開平１１−１５６６１６号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の従来のボーリングカッタによれば、多刃切削工具の特殊性として切削負荷が大きく且つ「びびり現象」が発生しやすい傾向にある。特にシリンダブロックのボアの荒加工（いわゆるラフボーリング加工）に際しては、粗材である鋳肌面からの加工となるため、カッタが一回転する間に一つの切刃が負担することになる径方向の切削代が変化するために上記の「びびり現象」が発生しやすくなる。また、切刃の数を少なくすることで、切削負荷を低減することは可能であるが、工具寿命が短くなってしまい、工具交換回数の増加につながることとなって好ましくない。
【０００５】
その一方、特許文献２に記載のボーリングカッタによれば、いわゆるシングルポイントでのヘリカル送りによる切削加工を行う場合には、同時切削刃数も少なく切削抵抗を均等化できるので、加工すべき穴の真円度の高精度化と加工時間の短縮化が可能となるものの、上記のようないわゆる全刃切削の場合には、全ての切刃が同時切削していながらも正面の刃振れが大きいために各切れ刃の切削抵抗が均一化されないだけでなく、背分力を打ち消し合うこともできないことから、高精度な穴加工が望めず、いわゆる全刃切削の形態での加工には対応することができなかった。
【０００６】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、いわゆる全刃切削の形態でのボーリング加工を前提とした上で、特に「びびり現象」の発生がなく、しかも切削抵抗の低減を可能としたボーリングカッタを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、ボデーの先端部外周に切刃を有する複数のチップを配設し、ボデーを回転させながらそのボデーの軸心方向に送りを付与することで穴加工を施すようにしたボーリングカッタを前提として、各チップの切刃がボデーの径方向および軸心方向の両方向において所定量ずつ段階的にずれを生ずるように各々のチップを配置するとともに、ボデーの径方向における各チップの段階的なずれ量よりもボデーの軸心方向における各チップの段階的なずれ量の方が大きくなるように設定したことを特徴とする。
【０００８】
また、切刃同士の背分力を打ち消すためには、請求項２に記載のように、特定のチップの切刃に対して一段階分のずれを生ずることになる切刃を有する次のチップを、上記特定のチップに対しボデーの円周方向で９０〜１８０°程度ずれた位置に配置することが望ましい。
【０００９】
したがって、請求項１に記載の発明では、各チップの切刃がボデーの径方向および軸心方向の両方向において所定量ずつ段階的にオフセットしていて、しかも切り込み量よりも一刃あたりの送り量を大きくしていることで、実質的に低切り込み、高速送りでのボーリング加工を実現できることになる。ただし、切り込み量に一刃当たりの送り量を乗じたいわゆる一刃当たりの仕事量は基本的に従来のものと同程度に設定している。これにより、送り軸負荷の軽減と、比切削抵抗の減少に伴う主軸負荷の低減の上で有利となる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、実質的に低切り込み、高速送りでのボーリング加工を実現できるので、切削抵抗ひいては比切削抵抗が減少し、「びびり現象」の発生防止によって加工精度の向上が図れるとともに、工具の長寿命化も併せて達成できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１〜３は本発明に係るボーリングカッタの好ましい実施の形態を示す図で、図１はその正面図を、図２はその断面説明図を、図３は図２の要部拡大図をそれぞれ示している。
【００１２】
図１，２に示すように、ボーリングカッタ１のボデー２はテーパシャンク部３を備えており、このテーパシャンク部３をもって図示外のアーバーに装着されて軸心周りに回転駆動される。ボデー２の中心部には、止めねじ４で閉塞されたクーラント供給通路５が形成されている。
【００１３】
ボデー２の先端部外周には正面視にて略三角形をなす複数のチップポケット６，６‥が切欠形成されているとともに、各チップポケット６，６‥のうち回転方向前方側を指向する面には、その面を取付座面６ａとしてそれぞれに略正方形状をなすスローアウェイチップ（以下、単にチップという）７Ａ〜７Ｆが止めねじ８にていわゆる縦置き姿勢で着脱可能に装着されている。そして、チップ７Ａ〜７Ｅが各一枚ずつであるのに対して、チップ７Ｆのみほぼ対称位置に二枚配置してあるとともに、これらの各チップ７Ａ〜７Ｆの切刃１７はボデー２の円筒外周面に臨ませてある。
【００１４】
なお、図１における縦置き姿勢のチップ７Ａ〜７Ｆの総数は７枚であるが、これとは別にボデー２の先端面（正面）にはいわゆる平置きタイプの二種類のスローアウェイチップ（以下、単にチップという）９，１０がそれぞれ一対ずつ装着されている。
【００１５】
このようなボーリングカッタ１を用いた加工では、例えばシリンダブロックのボア下穴に対してカッタ１全体を回転駆動しながらその軸心方向の送りを与えて、ボデー２の先端部外周の全てのチップ７Ａ〜７Ｆを被削面に噛み込ませることにより、それらの全てのチップ７Ａ〜７Ｆが同時切削を行いながらボア下穴を拡径するいわゆる全刃切削の形態で内面切削加工例えばシリンダボアの荒加工が行われることになる。この場合、後述するように一対のチップ７Ｆ，７Ｆは合計７枚のチップ７Ａ〜７Ｆのうちでも最外周側に位置していて、いわゆる仕上げ切削を司っている。
【００１６】
なお、各チップポケット６，６‥のほかチップ９，１０を受容しているチップポケットにはクーラント供給通路５から分岐したクーラント供給ポート１１，１２，１３が開口していて、このクーラント供給ポート１１，１２，１３からクーラントを吐出することにより、切削に伴って発生した切屑を送り方向前方側に吹き飛ばしながら加工を行うことになる。また、ボデー２の円筒外周面に臨んでいるチップ７Ａ〜７Ｆ以外の正面のチップ９，１０は上記のような内面切削の加工には直接関与しない。
【００１７】
ここで、ボデー２の円筒外周面に臨んでいる合計７枚のチップ７Ａ〜７Ｆの配置関係に着目すると、各チップ７Ａ〜７Ｆはボデー２の軸心方向および径方向において共に同一位置にはなく、各チップ７Ａ〜７Ｆの切刃１７がボデー２の軸心方向および径方向のいずれの方向でも所定量づつ段階的なずれ（オフセット）を生ずるようにそれぞれのチップ７Ａ〜７Ｆを配置してある。ただし、二枚のチップ７Ｆ，７Ｆは先に述べたように共に仕上げ切削用のチップとして機能するものであるから、これらのチップ７Ｆ，７Ｆについては例外的にボデー２の軸心方向および径方向において共に同一位置に位置するように設定してある。
【００１８】
より詳しくは、図１，２のほか図３に示すように、６種類で合計７枚のチップ７Ａ〜７Ｆは、ボデー２の軸心方向においてチップ７Ａの切刃１７が最も先端側となり且つチップ７Ｆの切刃１７が最も後端側となるように、各チップ７Ａ〜７Ｆの位置を所定量ずつ段階的にずらして配置してある。同時に、６種類で合計７枚のチップ７Ａ〜７Ｆは、ボデー２の径方向においてチップ７Ａの切刃１７が最も内周側となり且つチップ７Ｆの切刃１７が最も外周側となるように、各チップ７Ａ〜７Ｆの位置を所定量ずつ段階的にずらして配置してある。
【００１９】
そして、ボデー２の軸心方向において隣接するチップ７Ａ〜７Ｆの切刃１７，１７相互間のずれ量すなわち一段階分のずれ量ａは例えば１．６ｍｍ程度として各段階ごとに均等な大きさに設定してある。これは、１回転当たりの軸方向送り量が１．６ｍｍ／ｒｅｖと同等であることを意味している。すなわち、図３から明らかなように、チップ９を基準としてそこから寸法Ｈだけ後方側にずれた位置にチップ７Ａの切刃１７があるとすると、チップ７Ｂの切刃１７はチップ９から寸法Ｈ＋ａの位置にあり、またチップ７Ｃの切刃１７はチップ９から寸法Ｈ＋２ａの位置にあり、以下同様にチップ７Ｄ〜７Ｆは順次一段階分のずれ量ａだけ後方側にずれた位置に位置していることになる。
【００２０】
一方、ボデー２の径方向において隣接するチップ７Ａ〜７Ｆの切刃１７，１７相互間のずれ量すなわち一段階分のずれ量ｂは、チップ７Ａ〜７Ｅ間では例えばｂ＝０．３５ｍｍ程度として均等な大きさに設定してあるとともに、チップ７Ｅ，７Ｆ間についてのみ一段階分のずれ量ｃをｃ＝０．５ｍｍ程度と大きく設定してあり、その結果としてチップ７Ｆ，７Ａの切刃１７，１７間ではそのずれ量として４ｂ＋ｃ（上記の例では、４×０．３５ｍｍ＋０．５ｍｍ＝１．９ｍｍ）の比較的大きな段差を有していることになる。
【００２１】
すなわち、チップ７Ａの切削径をφＤとすれば、チップ７Ｂの切削径はチップ７Ａの切削径φＤに一段階分のずれ量ｂの倍数を加えたφＤ＋２ｂとなり、またチップ７Ｃの切削径はチップ７Ｂの切削径φＤ＋２ｂにさらに一段階分のずれ量ｂの倍数を加えたφＤ＋４ｂとなり、以下同様にチップ７Ｄ〜７Ｅは順次一段階分のずれ量ｂの倍数だけ拡大化したものとなる。ただし、チップ７Ｆの切削径については、一段階分のずれ量ｃをｃ＞ｂとして設定してあるために、そのチップ７Ｆの切削径はチップ７Ｅの切削径φＤ＋８ｂに一段階分のずれ量ｃの倍数を加えたφＤ＋８ｂ＋２ｃとなる。
【００２２】
このように、径方向についても切刃１７のずれ量ｂまたはｃを段階的に設定しているのは、ワークの径方向での片側の切削代が１．６ｍｍ程度であることから、ボア下穴の位置精度や、ボーリングカッタ１とボア下穴との芯ずれ等を考慮し、被削面に最初に噛み込むことになるチップ７Ａに過剰な負担が加わらないようにするためである。なお、ワークの径方向での片側の切削代は、ワークそのもの鋳造方法やシリンダボアのライナーの径等に応じて変動するものであることは言うまでもない。つまり、ボデー２の径方向における切刃１７，１７相互間の一段階分のずれ量ｂ，ｃは、ボデー２が一回転したときの切削代を総段階数でほぼ等分した大きさのものとして設定してある。以上の関係から明らかなように、ボデー２の径方向における各チップ７Ａ〜７Ｆの段階的なずれ量ｂ，ｃよりもボデー２の軸心方向における各チップ７Ａ〜７Ｆの段階的なずれ量ａの方が大きくなるように設定してある。
【００２３】
さらに、図１から明らかなように、ボデー２の円周方向における各チップ７Ａ〜７Ｆの配置として、いずれかのチップの切刃１７に対して一段階分のずれ量ａ，ｂまたはａ，ｃを生ずることになる切刃１７を有する次のチップが、ボデー２の円周方向で９０〜１８０°程度の位相ずれをもって位置するように設定し、もって各チップ７Ａ〜７Ｆが被削面に食い込んでゆくにしたがってチップ７Ａ〜７Ｆ相互間の背分力をほぼ打ち消し合うことができるように考慮してある。
【００２４】
すなわち、いずれかのチップの切刃１７に対して一段階分のずれａ，ｂまたはａ，ｃを生ずることになる切刃１７を有する次のチップがボデー２の直径方向で正対するように各チップ７Ａ〜７Ｆを配置することが理想であるが、チップ７Ａ〜７Ｆの総数等の関係で理想通りの配置とはならないために、上記のような配置としてある。図１では、ボデー２の直径方向でチップ７Ａとチップ７Ｂとがほぼ正対し、チップ７Ｂとチップ７Ｃとが９０〜１００°程度の位相ずれをもって配置され、且つチップ７Ｃとチップ７Ｄとがボデー２の直径方向でほぼ正対するように配置されているとともに、チップ７Ｄとチップ７Ｅが同じくボデー２の直径方向でほぼ正対し、チップ７Ｅと二つのチップ７Ｆとがそれぞれ９０〜１００°程度の位相ずれをもって配置されている。
【００２５】
したがって、本実施の形態のボーリングカッタ１によれば、先にも述べたように、シリンダブロックのボア下穴に対してカッタ１全体を回転駆動しながらその軸心方向に送りを与えて、ボデー２の先端部外周の全てのチップ７Ａ〜７Ｆを被削面に噛み込ませることにより、それらの全てのチップ７Ａ〜７Ｆにて同時切削を行いながらボア下穴を拡径するいわゆる全刃切削の形態でシリンダボアの荒加工が行われることになる。
【００２６】
その際に、ボデー２の径方向における各チップ７Ａ〜７Ｆの段階的なずれ量ｂまたはｃよりもボデー２の軸心方向における各チップ７Ａ〜７Ｆの段階的なずれ量ａの方が大きくなるように設定してあるため、実質的に低量切り込み、高速送りでのボーリング加工が可能となる。ただし、切り込み量に一刃当たりの送り量を乗じたいわゆる一刃当たりの仕事量については従来のものと同等に設定しおくことにより、作業効率を低下させることなしに送り軸負荷を大幅に小さくすることができ、本発明者が実験を行ったところ従来に比べて４０％程度まで送り軸負荷を低減できることが判明した。
【００２７】
加えて、上記のように一刃当たりの送りを高速送りとしたことによって、切削抵抗ひいては比切削抵抗の減少とともに主軸負荷も小さくなり、本発明者が実験を行ったところ従来に比べて２０％程度まで主軸負荷を低減できることが判明した。しかも、切削抵抗の低減はいわゆる「びびり現象」の発生防止の上できわめて有利となる。
【００２８】
さらに、切削抵抗の低減に伴い送り分力も小さくなることとも相俟って、最外周位置にあるチップ７Ｆ，７Ｆの切刃１７だけでなく全てのチップ７Ａ〜７Ｆの切削代が小さくなることから、ワークからのチップ７Ａ〜７Ｆの抜け際におけるいわゆるシリンダボア下端のこば欠けやばり等が発生しにくくなり、チップ７Ａ〜７Ｆの長寿命化も期待できるようになる。言い換えるならば、本実施の形態では、高速送りを実現できることによって、従来と比べて送りそのものを小さくすることなしに送り分力を小さくして加工することができるので、送り分力が小さくなるにもかかわらず、チップ７Ａ〜７Ｆの寿命低下につながるような影響が全くない。
【００２９】
因みに、従来では被切削物のこば欠けが発生した場合には、チップそのものに問題がなくてもチップを交換していたために、全体として工具寿命が短いものとなっている。また、一般的に工具摩耗は工具の擦過長に比例することになるので、本実施の形態では高送り切削が可能となることで、上記こば欠けの抑制との相乗効果により、工具寿命の延長化がさらに期待できるようになる。
【００３０】
ここで、複数のチップ７Ａ〜７Ｆのうち最も先端側で且つ最も内周側にあるチップ７Ａの切刃１７から順に段階的に被削面に食い付くかたちとなるため、いわゆる多刃切削工具であっても食い付き時の抵抗は少なく、先に述べたように各チップ７Ａ〜７Ｃが被削面に食い付いてゆくほど背分力をうち消すことができるので、切削抵抗による「びびり現象」がきわめて生じにくいものとなる。
【００３１】
この「びびり現象」の抑制効果は、上記のような背分力の打ち消し効果だけでなく、（１）ボデー２の軸心方向前方側にあるチップほどその径が小さくなるように設定されていること、（２）ボデー２の軸心方向での切刃１７，１７相互間の一段階分のずれ量ａがカッタ１自体の一回転当たりの送り量と同等もしくはそれ以上の大きさに設定されていること、（３）ボデー２の径方向における切刃１７，１７相互間の一段階分のずれ量ｂまたはｃが、ボデー２が一回転したときの切削代を総段階数でほぼ等分した大きさに設定されていること、等にも依存している。
【００３２】
何故ならば、被削面であるボア下穴とボーリングカッタ１との間にいわゆる芯ずれが生じているような場合に、各チップ７Ａ〜７Ｆの切り込み量は径方向における切刃１７，１７相互間のずれ量ｂまたはｃによって決まることになるが故に、ほとんどの切刃１７の切削抵抗が一回転する間に変動しない（ただし、比較的早い時期に被削面に当たることになるチップ７Ａ，７Ｂの切刃１７は、芯ずれ量の影響で、一回転する間に削ったり削らなかったりすることがあるので切削抵抗は変動する）ので、結果として切削抵抗の変動がなく、いわゆる「びびり現象」が発生しにくいものとなる。
【００３３】
また、先に述べた背分力に着目した場合に、その背分力そのものは従来よりも大きくなる傾向にあるが、先に述べたように各チップ７Ａ〜７Ｆを特定の配置としたことによってチップ７Ａ〜７Ｆ相互間の背分力をほぼ打ち消すことができる。これは、図１，３のようなチップ７Ａ〜７Ｆの配置のために、各チップ７Ａ〜７Ｆの切り込み方向の切削代が素材形状によらずにカッタ１側の仕様によって一義的に決まっていることに基づいている。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係るボーリングカッタの実施の形態を示す正面図。
【図２】図１に示すボーリングカッタの断面説明図。
【図３】図２の要部拡大図。
【符号の説明】
【００３５】
１…ボーリングカッタ
２…ボデー
６…チップポケット
７Ａ〜７Ｆ…スローアウェイチップ
１７…切刃
ａ…軸心方向での一段階分のずれ量
ｂ，ｃ…径方向での一段階分のすれ量
【図１】
2005186181.tif 000003
【図２】
2005186181.tif 000004
【図３】
2005186181.tif 000005