(57)【要約】ドリルは、ねじれ角２５°の排出溝を備え、溝長が３０Ｄ以上のロングドリルである。ドリルの先端部にはシンニング処理が施され、外周面よりも径方向内側において排出溝に接続するギャッシュ部が形成される。シンニング面とギャッシュ面とが接続する部分には円弧溝が形成され、切りくず排出性が高められる。深穴形成時、案内穴形成工程において内径ｄがＤ＋０．０３ｍｍ以下で深さＷが３Ｄ以上の案内穴が形成される（Ｓ２〜Ｓ６）。挿入工程ではドリルが逆回転され、案内穴に、底部手前まで挿入される（Ｓ１１〜Ｓ１３）。深穴形成工程ではドリルが正回転され、案内穴の底部から切削が行われて深穴が形成される（Ｓ１６〜Ｓ１８）。
2019049258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドリルを装着した工作機械でワークに深穴を形成する深穴加工方法であって、
前記ドリルは、
軸心を中心に回転されるドリル本体と、
前記ドリル本体の先端部から基端部へ向けて、外周面に、ねじれ角が１５°以上３５°以下の螺旋状に設けられる複数の排出溝と、
前記ドリル本体の回転方向側を向く前記排出溝の内面と、前記先端部における前記ドリル本体の逃げ面との稜線部分に形成される切れ刃と、
前記ドリル本体の前記先端部に施されるシンニング処理によって設けられ、前記切れ刃の内端から前記ドリル本体の先端部分であるチゼル部へ向けて延びるシンニング刃と、
前記シンニング処理によって設けられ、前記逃げ面との稜線が前記シンニング刃の内端から円弧状に延び、前記ドリル本体の前記外周面よりも内周側で前記排出溝に接続するギャッシュ部と
を備えており、
前記工作機械による前記ドリルを用いた前記ワークの加工において、
前記ワークに前記ドリル本体の前記先端部を挿入可能であり、前記ドリル本体の外径Ｄよりも大きな内径ｄを有し、且つ深さがＷの案内穴を、予め他のドリルを用いて形成する案内穴形成工程と、
前記ドリル本体を切削時の回転方向とは反対の逆転方向に加工時よりも低速で回転しつつ、前記ドリル本体の前記先端部を前記案内穴の底部手前まで挿入する挿入工程と、
前記ドリル本体を切削時の回転方向である正転方向に回転しつつ、前記案内穴を更に切削し、前記深穴を形成する深穴形成工程と
を含むことを特徴とする深穴加工方法。
【請求項２】
前記排出溝の溝長Ｌは、３０Ｄ以上であることを特徴とする請求項１に記載の深穴加工方法。
【請求項３】
前記案内穴の前記内径ｄは、Ｄ＋０．０３ｍｍ以下であり、前記深さＷは、３Ｄ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の深穴加工方法。
【請求項４】
前記ドリルは、前記シンニング刃のすくい面であり、前記シンニング刃と前記排出溝との間を接続するシンニング面と、前記ギャッシュ部のギャッシュ面とが接続する部分に設けられる断面円弧状の円弧溝を備え、
前記排出溝のねじれ角は２５°であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の深穴加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は深穴加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ワークに深さが深い深穴を形成する場合、深穴の形成前に、深穴よりも若干径が大きく深さが浅い案内穴が形成される。工作機械の主軸に装着されたドリルは、切削時の回転方向に低速で回転された状態で、案内穴に挿入される。ドリルの先端部が案内穴の底部手前まで挿入されると、ドリルは切削時の速度で回転され、そのまま切削が行われることにより、深穴が形成される。【０００３】
特に３０Ｄ以上の深穴を形成する場合、切りくずの排出溝が外周面にて螺旋状に形成されたツイストドリルは、穴が深いほど加工中に切りくずが詰まりやすくなるため、排出溝が直線状に形成されたガンドリルが用いられる（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、加工段階に応じてクーラントの供給を最適化することで、切りくずの排出性を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４９９０６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ガンドリルは加工能率を上げることができず、また工具寿命も短いため、ツイストドリルの使用が望まれていた。【０００６】
本発明の目的は、剛性と切りくずの排出性を高めることができるドリルを用いて深穴を形成しつつ、加工時のドリル本体の損傷を抑制できるようにした深穴加工方法を提供することである。【０００７】
本発明の一態様によれば、ドリルを装着した工作機械でワークに深穴を形成する深穴加工方法であって、前記ドリルは、軸心を中心に回転されるドリル本体と、前記ドリル本体の先端部から基端部へ向けて、外周面に、ねじれ角が１５°以上３５°以下の螺旋状に設けられる複数の排出溝と、前記ドリル本体の回転方向側を向く前記排出溝の内面と、前記先端部における前記ドリル本体の逃げ面との稜線部分に形成される切れ刃と、前記ドリル本体の前記先端部に施されるシンニング処理によって設けられ、前記切れ刃の内端から前記ドリル本体の先端部分であるチゼル部へ向けて延びるシンニング刃と、前記シンニング処理によって設けられ、前記逃げ面との稜線が前記シンニング刃の内端から円弧状に延び、前記ドリル本体の前記外周面よりも内周側で前記排出溝に接続するギャッシュ部とを備えており、前記工作機械による前記ドリルを用いた前記ワークの加工において、前記ワークに前記ドリル本体の前記先端部を挿入可能であり、前記ドリル本体の外径Ｄよりも大きな内径ｄを有し、且つ深さがＷの案内穴を、予め他のドリルを用いて形成する案内穴形成工程と、前記ドリル本体を切削時の回転方向とは反対の逆転方向に加工時よりも低速で回転しつつ、前記ドリル本体の前記先端部を前記案内穴の底部手前まで挿入する挿入工程と、前記ドリル本体を切削時の回転方向である正転方向に回転しつつ、前記案内穴を更に切削し、前記深穴を形成する深穴形成工程とを含むことを特徴とする深穴加工方法が提供される。【０００８】
ドリルは、排出溝のねじれ角が１５°以上３５°以下のツイストドリルであり、例えばガンドリルと比べると切りくず排出性が高く、加工能率が高く、また工具寿命も長い。このようなドリルを用い、深穴を形成する際に、自重によるドリル本体の撓みに遠心力が作用すると、ドリルが振れ回りすることがある。挿入工程においてドリル本体を加工時よりも低速で回転することで、ドリルの振れ回りを抑制できる。振れ回りが抑制されたドリルは、予め形成した案内穴に先端部を挿入しやすい。ドリルの先端部が案内穴に挿入されることによって、ドリルは案内穴と工作機械によって両端が支持された状態で回転するので、ドリル本体の撓みを矯正することができる。また、ドリル本体を逆転方向に回転し、ドリルの切れ刃がついていないヒール側から案内穴に沿わせるように案内穴に挿入することで、先端部が案内穴の周縁部分に当接したり、内壁に接触したりすることを抑制し、ドリル本体の損傷の進行、欠損・折損を防止できる。更に、挿入工程ではドリル本体が逆転方向に回転するので、ドリル本体の切れ刃が案内穴の周縁部分や内壁に接触した時に刃先がワークに食い付くことを防止でき、切れ刃の欠損を抑制できる。また、ドリルは、ドリル本体の外周面に達せず、外周面よりも内周側で排出溝に接続するギャッシュ部を有する。これにより、切りくずがカールしやすく且つ分断されやすくなるので、ドリルは、切りくずの排出性を高めることができる。故に、深穴の形成時に、ドリル本体が折損することを防止できる。【０００９】
本態様において、前記排出溝の溝長Ｌは、３０Ｄ以上であってもよい。自重によるドリル本体の撓みの影響は、溝長Ｌが長くなるほど、すなわちドリル本体の長さが長くなるほど生じやすい。溝長Ｌが３０Ｄ以上のドリルを用いて本願構成の深穴加工方法によってワークを加工することで、挿入工程におけるドリル本体の折損の防止効果をより顕著に発揮することができる。【００１０】
本態様において、前記案内穴の前記内径ｄは、Ｄ＋０．０３ｍｍ以下であり、前記深さＷは、３Ｄ以上であってもよい。内径ｄがＤ＋０．０３ｍｍより大きい場合、深穴形成工程において切れ刃及びシンニング刃がワークに食い付く際の安定性が低くなる。深さＷが３Ｄ未満の場合、ワークにおける深穴の始端側の開口位置と終端側の開口位置とのずれが３Ｄ以上の場合よりも大きく、深穴の形成精度が低くなる。【００１１】
本態様において、前記ドリルは、前記シンニング刃のすくい面であり、前記シンニング刃と前記排出溝との間を接続するシンニング面と、前記ギャッシュ部のギャッシュ面とが接続する部分に設けられる断面円弧状の円弧溝を備え、前記排出溝のねじれ角は２５°であってもよい。排出溝のねじれ角が２５°のドリルは、ねじれ角が３０°の一般的なドリルよりも剛性は高いが切りくずの排出性が低下する。このドリルに円弧溝を設けたことで、ギャッシュ部におけるチップポケットを広げることができ、切りくずの排出性を高めることができる。このようなドリルを用いて本願構成の深穴加工方法によってワークを加工することで、深穴形成工程におけるドリル本体の折損の防止効果をより顕著に発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ドリル１の側面図である。
【図２】ドリル１の先端部の正面図である。
【図３】ドリル１０１の側面図である。
【図４】ドリル１０１の先端部の正面図である。
【図５】工作機械２００の概略的な構成図である。
【図６】深穴加工用ＮＣプログラムのフローチャートである。
【図７】ねじれ角２０°のドリルで深穴を形成したときの振動を示すグラフである。
【図８】ねじれ角２５°のドリルで深穴を形成したときの振動を示すグラフである。
【図９】ねじれ角３０°のドリルで深穴を形成したときの振動を示すグラフである。
【図１０】ねじれ角３５°のドリルで深穴を形成したときの振動を示すグラフである。
【図１１】案内穴の内径ｄとドリルの外径Ｄの径差と食い付きの状況を示す表である。
【図１２】案内穴の大きさと貫通穴の開口部の位置ずれとの関係を示すグラフである。
【図１３】挿入工程で正回転したドリルの先端部を２２穴形成後に撮影した図である。
【図１４】挿入工程で逆回転したドリルの先端部を６０穴形成後に撮影した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る深穴加工方法によって深穴を形成する際に用いられるドリル１、１０１について、図面を参照して説明する。ドリル１は、先端部に２つの切れ刃５が形成された２枚刃ドリルの一例である。ドリル１０１は、先端部に３つの切れ刃１０５が形成された３枚刃ドリルの一例である。
【００１４】
まず、２枚刃のドリル１について説明する。図１に示すように、ドリル１は、超硬合金や高速度工具鋼（ハイス）等の硬質材料から形成される。ドリル１は、シャンク２と、シャンク２から軸心ＡＸに沿って延設されたボディ３を備える。シャンク２は工作機械２００の主軸２０６（図５参照）にドリル１を保持する部分であり、ボディ３に対してシャンク２側がドリル１の後端側である。ボディ３の外周面３１には、切りくずを排出するための２条の排出溝４が螺旋状に形成される。ドリル１は、排出溝４のねじれ角θが１５°以上３５°以下の範囲内となるように形成されたツイストドリルである。なお、ねじれ角θは、小さいほどボディ３の剛性は高まるが、切りくずの排出性が低下する。
【００１５】
排出溝４はボディ３の先端部において開口し、開口部分に２枚の切れ刃５が形成される。ドリル１は、外径Ｄに対する溝長Ｌが１０倍以上（１０Ｄ以上）の長さを有し、例えば３０Ｄ以上の長さを有する、所謂ロングドリルにも適用される。ドリル１は、軸心ＡＸを中心に回転することによって被削物（ワーク）を切れ刃５で切削し、切りくずを排出溝４で排出しながら深穴を形成する。加工時のドリル１の回転方向Ｔは、正面視で反時計回り方向である。すなわちドリル１を主軸２０６に保持した工作機械２００（図５参照）は、主軸２０６を右回転してワークを切削する。
【００１６】
図１、図２に示すように、切れ刃５は、排出溝４の回転方向Ｔ側を向く内面４１と、ドリル１の先端部の逃げ面６とが交差する稜線部分に形成される。切れ刃５は正面視略Ｓ字形状を呈する。排出溝４の内面４１のうち切れ刃５付近の内面４１は、切れ刃５が切削した切りくずをすくい取って排出溝４に流す、所謂すくい面である。排出溝４の内面４１のうち切れ刃５側の内面４１と、ボディ３の外周面３１とが交差する部分は、リーディングエッジ３３である。切れ刃５とは反対側の内面４１と外周面３１とが交差する部分は、ヒール３４である。外周面３１には、リーディングエッジ３３とヒール３４との間の中間部分に、ドリル１の外径Ｄよりも小径の背抜き３２が設けられる。背抜き３２が設けられることによって、ドリル１は、深穴の形成時に深穴の内面とボディ３の外周面３１との接触による摩擦抵抗を低減し、発熱や加工トルクを抑制することができる。
【００１７】
ドリル１は、排出溝４に沿ってボディ３内を螺旋状に延びる２本の油穴１１を有する。２本の油穴１１はシャンク２の後端からドリル１の先端までドリル１内を貫通し、夫々、逃げ面６に開口する。加工時に油穴１１内に供給される切削油は、切削抵抗を低減し、発熱や加工トルクを抑制する。また、切りくずは、切削油と共に排出溝４を流れ、円滑に排出される。
【００１８】
ドリル１の先端部には、チゼル９付近の心厚を薄くするためのシンニング処理が施される。シンニング処理は、例えば研削砥石を回転させながら排出溝４の開口部分を切れ刃５の軸心ＡＸ側の内側の端部である内端５１からチゼル９側に削り込み、シンニング刃７を形成する処理である。シンニング刃７は、研削砥石とドリル１を相対的に移動させつつ形成され、切れ刃５の内端５１からチゼル９へ向けて正面視円弧状に延びる。シンニング刃７の形成によって、ドリル１の先端部には、シンニング刃７の回転方向Ｔ側を向くすくい面であるシンニング面７１が形成される。
【００１９】
シンニング処理では、シンニング刃７を形成した後、研削砥石をヒール３４側へ向けてドリル１と相対的に移動させて更に削り込み、排出溝４に接続するギャッシュ部８が形成される。ギャッシュ部８の内面であるギャッシュ面８１と、ドリル１の先端部の逃げ面６とが交差する稜線は、シンニング刃７の軸心ＡＸ側の内側の端部である内端７２から円弧状に延び、外周面３１よりも径方向の内側において排出溝４に接続する。即ちギャッシュ面８１は、内側に凹む曲面に形成される。よってギャッシュ部８は、シンニング刃７で切削した切りくずを収容するチップポケットの容量をより大きく確保でき、詰まることなく円滑に切りくずを排出溝４に送り出すことができる。
【００２０】
加工時、チゼル９付近に延びるシンニング刃７がワークに食い込んで発生する切りくずは、シンニング面７１によってすくい取られ、ギャッシュ部８に押し出される。切りくずは曲面を呈するギャッシュ面８１で丸められてカールし、リーディングエッジ３３で切断されて、排出溝４に送り出される。このとき、ドリル１の外周面３１と深穴の内面との間に切りくずが入り込んでしまうと、切りくずは、リーディングエッジ３３で切断されずに長く伸びてしまうことがある。ドリル１は、ギャッシュ部８が外周側の端部がドリル１の外周面３１に達していないので、切りくずが外周面３１側に流れにくく、外周面３１と深穴の内面との間に到達しにくい。故にドリル１は、切りくずを比較的小さく切断し、且つ小さく丸めることで、排出溝４から円滑に排出し、切削抵抗を低減することができる。よってドリル１は、深穴の形成時に折損することを防止できる。
【００２１】
ギャッシュ面８１と、シンニング面７１とが接続する部分には、円弧溝１０が形成される。円弧溝１０はチゼル９付近から排出溝４へ向けて真っ直ぐ延び、延伸方向の断面が円弧状を呈する。円弧溝１０は、シンニング刃７が切削し、シンニング面７１ですくい取った切りくずを円滑に排出溝４へ流す。ドリル１は、ギャッシュ面８１とシンニング面７１の間に円弧溝１０を備えたことで、切りくずをシンニング面７１からギャッシュ部８に円滑に押し出すことができる。なお、円弧溝１０は、断面の曲率半径Ｒが０．０１Ｄ以上０．０３Ｄ以下の範囲内となるように形成される。曲率半径Ｒが０．０１Ｄ未満の場合、切りくずがシンニング面７１からギャッシュ部８に押し出される際に引っ掛かりやすくなり、ギャッシュ部８から排出溝４への切りくずの排出性が低下する虞がある。一方、曲率半径Ｒが０．０３Ｄより大きい場合、円弧溝１０とシンニング面７１とギャッシュ面８１とで形成されるチップポケットにおいて、円弧溝１０がシンニング面７１とギャッシュ面８１を滑らかに接続する断面形状を構成するには、円弧溝１０を、より浅い位置に形成する必要がある。この場合、チゼル９の径や幅を規格に従って形成すると、シンニング刃７の厚みが薄くなり、応力集中により突発折損する虞がある。
【００２２】
次に、３枚刃のドリル１０１について説明する。３枚刃のドリル１０１と２枚刃のドリル１とは刃数が異なるが、基本的な構成は略同じであるので、以下では、ドリル１０１の説明を簡略化して行う。
【００２３】
図３、図４に示すように、ドリル１０１は、ボディ１０３の外周面１３１に３条の排出溝１０４を螺旋状に形成したものである。ドリル１０１は、排出溝１０４のねじれ角θが１５°以上３５°以下の範囲内となるように形成されたツイストドリルである。ボディ１０３の先端部には、排出溝１０４の開口部分に３枚の切れ刃１０５が形成される。切れ刃１０５は、排出溝１０４の回転方向Ｔ側を向く内面１４１と、ドリル１０１の先端部の逃げ面１０６とが交差する稜線部分に形成される。逃げ面１０６には、排出溝１０４に沿ってボディ１０３内を螺旋状に延びる３本の油穴１１１の夫々が開口する。ドリル１０１の先端部にはシンニング処理が施され、シンニング刃１０７が形成される。また、シンニング処理によって形成されるギャッシュ部１０８は、ギャッシュ面１８１と逃げ面１０６との稜線がチゼル１０９側から円弧状に延び、外周面１３１よりも径方向の内側において排出溝１０４に接続する。
【００２４】
ギャッシュ面１８１と、シンニング面１７１とが接続する部分には、円弧溝１１０が形成される。円弧溝１１０は断面円弧状で、チゼル１０９付近から排出溝１０４へ向けて真っ直ぐ延びる。なお、円弧溝１１０は、ドリル１と同様に、断面の曲率半径Ｒが０．０１Ｄ以上０．０３Ｄ以下の範囲内となるように形成される。
【００２５】
次に、ドリル１又はドリル１０１を装着し、深穴を加工する工作機械２００について説明する。なお、便宜上、紙面左右方向を工作機械２００の前後方向とし、紙面裏表方向を工作機械２００の左右方向とする。また、便宜上、工作機械２００にはドリル１が装着されるものとする。
【００２６】
図５に示すように、工作機械２００は、工具をワークの側方から相対的に近づけてワークを加工する横型マシニングセンタである。工作機械２００は、ベッド２０１、コラム２０２、Ｘ軸移動機構２０３、Ｙ軸移動機構２０４、主軸モータ２０５、主軸２０６、ホルダ２０７、テーブル２０８、Ｚ軸移動機構２０９、工具交換装置２１０、コントローラ２１１等を備える。ベッド２０１は、金属製の略直方体状の土台である。コラム２０２はベッド２０１の後端部上において立設する。主軸モータ２０５はコラム２０２の前面側に設けられ、Ｘ軸移動機構２０３とＹ軸移動機構２０４により、左右方向及び上下方向に移動する。主軸２０６は主軸モータ２０５の前方に延び、主軸モータ２０５の駆動によって前後方向を軸に回転する。主軸２０６の先端部にはホルダ２０７が固定される。ホルダ２０７はドリル１の軸心ＡＸを前後方向に沿わせ、先端部を前方へ向けた状態で、シャンク２を保持する。ドリル１は、主軸モータ２０５の駆動に伴い回転する。
【００２７】
テーブル２０８はベッド２０１上でコラム２０２の前側に設けられる。テーブル２０８はワークＭを上面に載置し、Ｚ軸移動機構２０９により、前後方向に移動する。工具交換装置２１０はコラム２０２の左側に設けられ、後述する案内穴を形成するためのドリル２２０と保持した状態のホルダ２２１と、ドリル１を保持した状態のホルダ２０７をコントローラ２１１の指示に従って交換し、主軸２０６にセットする。コントローラ２１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶装置を備える数値制御装置（図示略）を搭載し、ＮＣプログラムに従って、Ｘ軸移動機構２０３、Ｙ軸移動機構２０４、主軸モータ２０５、Ｚ軸移動機構２０９の動作を制御する。従って、ドリル１は、ワークＭに対して相対的に前後方向、左右方向及び上下方向に移動することができ、且つ前後方向を軸に回転することができる。また、図示しないが、工作機械２００は、装置全体を覆う保護カバー等を備える。
【００２８】
次に、工作機械２００のコントローラ２１１が、ＮＣプログラムに従い、ドリル１でワークＭに深穴を形成する過程について説明する。ドリル１は、溝長Ｌが、例えば３０Ｄ以上のロングドリルである。工作機械２００は、ドリル１の軸心ＡＸを前後方向、すなわち側方に延ばした状態でドリル１を保持し、ワークＭを加工する。従ってドリル１には、自重による撓みの影響により、加工時にボディ３にしなりが生ずる可能性がある。また、ドリル１は、工作機械２００の駆動に伴う振動によって、ボディ３にしなりが生ずる可能性がある。
【００２９】
故に本実施形態の深穴加工方法によれば、工作機械２００は、ドリル１で深穴を形成する前に、ドリル２２０で案内穴を形成する。案内穴は、ドリル１の外径Ｄに対する深さＷが３Ｄ以上であり、内径ｄが、Ｄ＋０．０３ｍｍ以下に形成される。深さＷが３Ｄ未満の場合、ワークＭにおける深穴の始端側の開口位置と終端側の開口位置とのずれが３Ｄ以上の場合よりも大きくなる虞があり、深穴の形成精度が低くなる可能性がある。また、内径ｄがＤ＋０．０３ｍｍより大きい場合、深穴の形成時に切れ刃５とシンニング刃７がワークＭに食い付く際の安定性が低くなる可能性がある。
【００３０】
また、深穴加工方法によれば、ドリル１は、外周面３１よりも内周側で排出溝４に接続する円弧状のギャッシュ部８を有し、且つシンニング面７１とギャッシュ面８１の接続部分に円弧溝１０を有し、更に、排出溝４のねじれ角θが２５°であるものが用いられる。排出溝４のねじれ角θが２５°のドリル１は、従来のドリルよりも剛性が高いので、撓みにくい。また、切りくずの排出性は従来のドリルよりも低下するが、本願形状のギャッシュ部８と円弧溝１０を有することによって向上することによって、ドリル１は、切りくずの排出性と剛性を共に確保することができる。
【００３１】
コントローラ２１１の数値制御装置は、記憶装置に記憶するＮＣプログラムをＲＡＭに読み込んで、各種動作を実行する。図６に示すように、コントローラ２１１は工具交換装置２１０を駆動し、ドリル２２０を保持したホルダ２２１を主軸２０６にセットする（Ｓ１）。ドリル２２０の外径はｄであり、ドリル１の外径Ｄよりも大きく、Ｄ＋０．０３ｍｍ以下である。コントローラ２１１は、Ｘ軸移動機構２０３とＹ軸移動機構２０４の駆動を制御し、ドリル２２０の先端部をワークＭにおける深穴の形成予定位置の後方に移動する（Ｓ２）。
【００３２】
［案内穴形成工程］  コントローラ２１１は主軸モータ２０５の駆動を制御し、ドリル２２０を保持する主軸２０６を加工時の回転速度で正回転（回転方向Ｔに回転）する（Ｓ３）。コントローラ２１１はＺ軸移動機構２０９の駆動を制御し、ワークＭを載置するテーブル２０８を後方に移動する（Ｓ５）。ドリル２２０の先端部がワークＭの後面に接触し、ワークＭが切削されて、案内穴の形成が開始される。案内穴の深さＷは、例えば３Ｄに設定される。テーブル２０８の位置がワークＭとドリル２２０の接触位置から更に後方へ深さＷに相当する距離を移動するまで、コントローラ２１１はテーブル２０８及びワークＭの移動を継続する（Ｓ６：ＮＯ）。
【００３３】
案内穴の深さＷが３Ｄに達して案内穴の形成が完了すると（Ｓ６：ＹＥＳ）、コントローラ２１１はテーブル２０８を前方に移動する（Ｓ７）。案内穴が形成されたワークＭは前方に移動し、ドリル２２０が案内穴から抜き出される。コントローラ２１１は主軸モータ２０５の駆動を停止し、主軸２０６の回転を停止する（Ｓ８）。
【００３４】
コントローラ２１１は工具交換装置２１０を駆動し、ドリル１を保持したホルダ２０７を主軸２０６にセットする（Ｓ１０）。コントローラ２１１は主軸モータ２０５の駆動を制御し、ドリル１を保持する主軸２０６を加工時の回転速度よりも低い案内速度で逆回転（回転方向Ｔとは反対方向に回転）する（Ｓ１１）。前述したように、ドリル１は、溝長Ｌが、例えば３０Ｄ以上のロングドリルである。故にドリル１は、軸心ＡＸを横向きにして工作機械２００に保持されることによって、自重で撓みやすい。Ｓ１１では、ドリル１を加工時よりも低速の案内速度で回転することによって、ドリル１の振れ回りを抑制することができる。
【００３５】
［挿入工程］  コントローラ２１１はＺ軸移動機構２０９の駆動を制御し、ワークＭを載置するテーブル２０８を後方に移動する（Ｓ１２）。ドリル１の先端部がワークＭに形成された案内穴に挿入される。振れ回りが抑制されたドリル１は、先端部を案内穴に挿入しやすい。ドリル１の先端部が案内穴に挿入されることによって、ドリル１は、案内穴と主軸モータ２０５に両端を支持されつつ回転するので、撓みが矯正される。また、ドリル１は、逆回転することによって、ドリル１の切れ刃５がついていないヒール３４側から案内穴に沿わせるように案内穴に挿入される。故にドリル１は、先端部が案内穴の周縁部分に当接したり、内壁に接触したりすることを抑制し、損傷の進行、欠損・折損を防止できる。更に、ドリル１が逆回転するので、切れ刃５が案内穴の周縁部分や内壁に接触した時に刃先がワークＭに食い付くことを防止でき、切れ刃の欠損を抑制できる。
【００３６】
コントローラ２１１は、ドリル１の先端が案内穴の開口部分に位置してから、案内穴の深さＷよりも若干短い距離分、テーブル２０８及びワークＭの後方への移動を継続する（Ｓ１３：ＮＯ）。テーブル２０８が深さＷよりも若干短い距離分移動し、ドリル１の先端部が案内穴の底部手前に到達すると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、コントローラ２１１は、テーブル２０８及びワークＭの移動を停止する（Ｓ１５）。
【００３７】
［深穴形成工程］  コントローラ２１１は主軸モータ２０５の駆動を制御し、ドリル１を保持する主軸２０６を加工時の回転速度で正回転（回転方向Ｔに回転）する（Ｓ１６）。コントローラ２１１はＺ軸移動機構２０９の駆動を制御し、ワークＭを載置するテーブル２０８を後方に移動する（Ｓ１７）。ドリル１の先端部は案内穴の底面に接触し、ワークＭが切削され、深穴の形成が開始される。深穴は、所定の深さ、例えば溝長Ｌの９０％の長さに相当する深さに設定される。コントローラ２１１は、ドリル１の先端が案内穴の開口部分に位置してから、所定の深さに相当する距離分、テーブル２０８及びワークＭの後方への移動を継続する（Ｓ１８：ＮＯ）。
【００３８】
テーブル２０８及びワークＭが所定の深さに相当する長さ分、後方に移動し、深穴の形成が完了すると（Ｓ１８：ＹＥＳ）、コントローラ２１１は、テーブル２０８を前方へ移動する（Ｓ２０）。深穴が形成されたワークＭは前方へ移動し、ドリル１が深穴から抜き出される。コントローラ２１１は主軸モータ２０５の駆動を停止し、主軸２０６の回転を停止する（Ｓ２１）。
【００３９】
ＮＣプログラムに従い、深穴の形成を連続して行う場合には（Ｓ２２：ＹＥＳ）、コントローラ２１１は処理をＳ１に戻す。深穴の形成を終了する場合には（Ｓ２２：ＮＯ）、コントローラ２１１はＮＣプログラムの実行を終了する。なお、ドリル１０１を用いた深穴加工方法についても、ドリル１を用いた場合と同様である。
【００４０】
以上説明したように、ドリル１、１０１は、排出溝４、１０４のねじれ角が１５°以上３５°以下のツイストドリルであり、例えばガンドリルと比べると切りくず排出性が高く、加工能率が高く、また工具寿命も長い。このようなドリル１、１０１を用い、深穴を形成する際に、自重によるドリル１、１０１の撓みに遠心力が作用すると、ドリル１、１０１が振れ回りすることがある。本願構成の深穴加工方法では、挿入工程においてドリル１、１０１を加工時よりも低速で回転することで、ドリル１、１０１の振れ回りを抑制できる。振れ回りが抑制されたドリル１、１０１は、先端部を案内穴に挿入しやすい。ドリル１、１０１の先端部が案内穴に挿入されることによって、ドリル１、１０１は案内穴と主軸モータ２０５に両端が支持された状態で回転するので、撓みを矯正することができる。また、ドリル１、１０１を逆転方向に回転し、ドリル１、１０１の切れ刃５、１０５がついていないヒール３４側から案内穴に沿わせるように案内穴に挿入することで、先端部が案内穴の周縁部分に当接したり、内壁に接触したりすることを抑制し、ドリル１、１０１の損傷の進行、欠損・折損を防止できる。更に、挿入工程ではドリル１、１０１が逆転方向に回転するので、ドリル１、１０１の切れ刃５、１０５が案内穴の周縁部分や内壁に接触した時に刃先がワークＭに食い付くことを防止でき、切れ刃５、１０５の欠損を抑制できる。また、ドリル１、１０１は、ドリル１、１０１の外周面３１、１３１に達せず、外周面３１、１３１よりも内周側で排出溝４、１０４に接続するギャッシュ部８、１０８を有する。これにより、切りくずがカールしやすく且つ分断されやすくなるので、ドリル１、１０１は、切りくずの排出性を高めることができる。故に、深穴の形成時に、ドリル１、１０１が折損することを防止できる。
【００４１】
自重によるドリル１、１０１の撓みの影響は、溝長Ｌが長くなるほど、すなわちドリル１、１０１の長さが長くなるほど生じやすい。溝長Ｌが３０Ｄ以上のドリル１、１０１を用いて本願構成の深穴加工方法に従ってワークＭを加工することで、挿入工程におけるドリル１、１０１の折損の防止効果をより顕著に発揮することができる。
【００４２】
内径ｄがＤ＋０．０３ｍｍより大きい場合、深穴形成工程において切れ刃５、１０５及びシンニング刃７、１０７がワークＭに食い付く際の安定性が低くなる。深さＷが３Ｄ未満の場合、ワークＭにおける深穴の始端側の開口位置と終端側の開口位置とのずれが３Ｄ以上の場合よりも大きく、深穴の形成精度が低くなる。
【００４３】
排出溝４のねじれ角が２５°のドリル１、１０１は、ねじれ角が３０°の一般的なドリルよりも剛性は高いが切りくずの排出性が低下する。このドリル１、１０１に円弧溝１０、１１０を設けたことで、ギャッシュ部８、１０８におけるチップポケットを広げることができ、切りくずの排出性を高めることができる。このようなドリル１、１０１を用いて本願構成の深穴加工方法によってワークＭを加工することで、深穴形成工程におけるドリル１、１０１の折損の防止効果をより顕著に発揮することができる。
【００４４】
なお、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。ドリル１、１０１は、加工時の回転方向Ｔが、正面視で時計回り方向のものであってもよい。ドリル１、１０１は、円弧溝１０、１１０がなくてもよい。排出溝４、１０４のねじれ角θは２５°が好適であるが、１５°以上３５°以下の範囲であってもよい。
【００４５】
以上説明したドリル１、１０１と同様の構成のサンプルを用い、本願構成の深穴加工方法に従ってワークＭに深穴を形成することの効果を確認するため各種評価試験を行った。
【実施例１】
【００４６】
まず、深穴の形成に用いるドリルとして、排出溝のねじれ角θを２５°に形成することによる効果を確認する第一試験を行った。第一試験では、試験用サンプルとして、外径ＤがΦ６で溝長Ｌが６０Ｄであり、ねじれ角θを２０°、２５°、３０°、３５°に形成した本願構成のドリルを夫々用意した。各ドリルは、先端部に、外周面よりも内周側で排出溝に接続するギャッシュ部が形成され、且つ円弧溝を有する。第一試験では、本願構成の深穴形成方法によって各ドリルでワークＭ（ＳＣＭ４４０相当材）に貫通穴を形成したときの振動の大きさを測定した。第一試験の結果を図７〜図１０のグラフに示す。なお、横軸に示す時間は、加工開始からの経過時間である。【００４７】
図８に示すように、ねじれ角θが２５°のドリルは、深穴形成時（８〜４５秒）の振動が比較的小さい状態で維持され、振動状態の細かな変化（所謂びびり）も少なかった。これに対し、図７に示すように、ねじれ角θが２０°のドリルは、深穴形成時（１８〜４０秒）の振動が比較的小さい状態で維持され、形成開始から中頃までは（１８〜３５秒）、びびりも少なかったが、後半（３５〜４０秒）において、びびりが大きくなった。これは、ねじれ角θが２５°のドリルと比べ、剛性が高いものの、切りくずの排出性がねじれ角θが２５°のドリルよりも劣るため、終盤において切りくずの詰まりが発生したものと考えられる。また、図９に示すように、ねじれ角θが３０°のドリルは、深穴形成時（８〜４４秒）の振動が比較的小さい状態で維持されたが、開始当初（１０〜１５秒）と後半（３３〜４０秒）において、びびりがみられた。これは、ねじれ角θが２５°のドリルと比べ、剛性が低いことによるものと考えられる。図１０に示すように、ねじれ角θが３５°のドリルは、深穴形成時（７〜４２秒）の振動が比較的大きい状態で生じ、びびりも発生した。これは、ねじれ角θが２５°のドリルと比べ、更に剛性が低いことによるものと考えられる。第一試験の結果によれば、一般的なドリルよりも剛性を高められる、ねじれ角θが２５°のドリルを用い、且つ先端部に、外周面よりも内周側で排出溝に接続するギャッシュ部が形成され、且つ円弧溝を有することで切りくずの排出性を高めることによって、深穴形成時の振動を抑え、安定した加工が行えることが確認できた。
【実施例２】
【００４８】
次に、本願構成の深穴加工方法において、案内穴形成工程において案内穴を形成することによる効果を確認するため、第二試験と第三試験を行った。まず、第二試験では、深穴形成工程において、案内穴の内径ｄとドリルの外径Ｄとの径差による食い付き時の挙動を確認した。試験では、予め内径ｄの異なる複数の案内穴を形成し、外径ＤがΦ５．９８３で、溝長Ｌが５０Ｄの本願構成のドリルを案内穴に挿入して深穴を形成した。そして、案内穴の底部から２ｍｍ形成したところで深穴の加工を停止し、ドリルを抜き出した後、食い付き状態を観察した。第二試験の結果を図１１の表に示す。【００４９】
図１１に示すように、案内穴の内径ｄとドリルの外径Ｄとの径差が０．０３１ｍｍ以下の案内穴（１、２、３、７、９、１２番）では、深穴形成時の食い付きが良好であった。これに対し、案内穴の内径ｄとドリルの外径Ｄとの径差が０．０４９ｍｍ以上の案内穴（４、５、６、８、１０、１１番）では、深穴形成時の食い付きにおいて軸ぶれが生ずる等の不良があった。第二試験の結果によれば、案内穴の内径ｄとドリルの外径Ｄとの径差を０．０３ｍｍ以下にすると、深穴形成時のドリルの食い付きが良好であることが確認できた。
【実施例３】
【００５０】
次に、第三試験では、外径Ｄが５．９８３ｍｍで、溝長Ｌが５０Ｄの本願構成のドリルを用い、本願構成の深穴加工方法によって貫通穴を形成したときに、被削材の表面と、裏面の開口位置とのずれを測定した。なお、第三試験では、条件の異なる３つのグループＡ〜Ｃにおいて、長さが３００ｍｍの深穴を夫々略４５穴形成した。グループＡは、ねじれ角θを３０°に形成したドリルで、内径ｄが６．０３ｍｍ、深さＷが３Ｄの案内穴を作成した上で４５穴の貫通穴を形成した。内径ｄとドリルの外径Ｄとの径差は０．０４７ｍｍである。グループＢは、ねじれ角θを３０°に形成したドリルで、内径ｄが６．０１ｍｍ、深さＷが５Ｄの案内穴を作成した上で４５穴の貫通穴を形成した。内径ｄとドリルの外径Ｄとの径差は０．０２７ｍｍである。グループＣは、ねじれ角θを２５°に形成したドリルで、内径ｄが６．０１ｍｍ、深さＷが５Ｄの案内穴を作成した上で４２穴の貫通穴を形成した。内径ｄとドリルの外径Ｄとの径差は０．０２７ｍｍである。第三試験の結果を図１２のグラフに示す。なお、横軸に示す穴数は、各グループＡ〜Ｃの夫々における貫通穴の位置ずれの分布を、位置ずれの大きかった順に並べたものである。【００５１】
図１２に示すように、ねじれ角θを３０°に形成したドリルを用い、内径ｄが６．０１ｍｍで深さＷが５Ｄの案内穴を形成した場合の各貫通穴の位置ずれを示す、グループＢの結果を表す折れ線グラフは、同構成のドリルを用い、内径ｄが６．０３ｍｍで深さＷが３Ｄの案内穴を形成した場合の各貫通穴の位置ずれを示す、グループＡの結果を表す折れ線グラフよりも、全般的に、下方にシフトしている。また、ねじれ角θを２５°に形成したドリルを用い、内径ｄが６．０１ｍｍで深さＷが５Ｄの案内穴を形成した場合の各貫通穴の位置ずれを示す、グループＣの結果を表す折れ線グラフは、グループＢの結果を表す折れ線グラフよりも僅かながら、全般的に、下方にシフトしている。このことから、貫通穴（深穴）を形成するのに先立ち、内径ｄをＤ＋０．０３ｍｍ以下とし、深さＷを５Ｄ以上とする案内穴を形成することによって、貫通穴形成時に、切れ刃及びシンニング刃がワークＭに食い付く際の安定性が高められるため、貫通穴の位置ずれを小さくできることが確認できた。そして、ドリルのねじれ角θを３０°よりも２５°にすることによって、ドリル自体の剛性を確保できるため、貫通穴の位置ずれを更に小さくできることが確認できた。【００５２】
なお、グループＡの貫通穴の位置ずれは、グループＢの貫通穴の位置ずれよりも全般的に大きかった。図示しないが、案内穴の深さＷを３Ｄ未満とした場合の貫通穴の位置ずれは、グループＡとグループＢの差分よりも更に大きくグループＡの上方にシフトする。貫通穴の位置ずれは、深穴形成時のドリルの食い付き状態が不良であると、大きくなる傾向にあることが分かっている。言い換えると、深穴形成時のドリルの食い付き状態が良好な状態であるならば、位置ずれは比較的小さな範囲に収まる。そして、実施例２の結果（図１１参照）によれば、案内穴の深さＷが３Ｄであっても、案内穴の内径ｄとドリルの外径Ｄとの径差が０．０３ｍｍ以下なら、深穴形成時のドリルの食い付き状態は良好である。即ちグループＡは、グループＢよりも貫通穴の位置ずれが全般的に大きいが、許容範囲にあるといえる。従って、案内穴の深さＷは、３Ｄ以上であれば十分に、貫通穴の位置ずれを小さくできる。
【実施例４】
【００５３】
次に、本願構成の深穴加工方法において、挿入工程においてドリルを逆回転で案内穴に挿入することによる効果を確認するため、第四試験を行った。第四試験では、外径ＤがΦ９で、溝長Ｌが５０Ｄの本願構成のドリルを２サンプル作成した。一方のドリルは、内径ｄがΦ９で深さＷが５Ｄの案内穴に正回転で挿入しつつ、４３０ｍｍの止り穴を被削材に連続して複数形成した時の耐久性を比較した。他方のドリルは、同じ大きさの案内穴に逆回転で挿入しつつ、４３０ｍｍの止り穴を被削材に連続して複数形成した時の耐久性を比較した。なお、第四試験は、以下の条件により行った。
被削材：ＳＣＭ４４０相当材
使用機械：横型マシニングセンタ
加工深さ：４３０ｍｍ止り
切削油：水溶性切削油剤（希釈率２０倍）【００５４】
挿入工程で案内穴に正回転で挿入した一方のドリルは、３０穴目を形成する過程で折損した。図１３に示すように、一方のドリルは、２２穴を形成した時点でリーディングエッジがすでに大きく摩耗していた。これに対し、挿入工程で案内穴に逆回転で挿入した他方のドリルは、６０穴目を形成しても、折損しなかった。図１４に示すように、他方のドリルは、６０穴を形成した後でもリーディングエッジの摩耗が一方のドリルよりも少なかった。第四試験の結果によれば、挿入工程においてドリルを逆回転で案内穴に挿入することによって、ドリルの先端部が案内穴の周縁部分に当接したり、内壁に接触したりすることを抑制し、ドリルの損傷の進行、欠損・折損を防止できることが確認できた。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年5月28日(2019.5.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドリルを装着した工作機械でワークに深穴を形成する深穴加工方法であって、
前記ドリルは、
軸心を中心に回転されるドリル本体と、
前記ドリル本体の先端部から基端部へ向けて、外周面に、ねじれ角が２５°の螺旋状に設けられる複数の排出溝と、
前記ドリル本体の回転方向側を向く前記排出溝の内面と、前記先端部における前記ドリル本体の逃げ面との稜線部分に形成される切れ刃と、
前記ドリル本体の前記先端部に施されるシンニング処理によって設けられ、前記切れ刃の内端から前記ドリル本体の先端部分であるチゼル部へ向けて延びるシンニング刃と、
前記シンニング処理によって設けられ、前記逃げ面との稜線が前記シンニング刃の内端から円弧状に延び、前記ドリル本体の前記外周面よりも内周側で前記排出溝に接続するギャッシュ部と、
前記シンニング刃のすくい面であり、前記シンニング刃と前記排出溝との間を接続するシンニング面と、前記ギャッシュ部のギャッシュ面とが接続する部分に設けられる断面円弧状の円弧溝と
を備えており、
前記ドリル本体の外径をＤとしたとき、前記排出溝の溝長Ｌは、３０Ｄ以上であり、
前記工作機械による前記ドリルを用いた前記ワークの加工において、
前記ワークに前記ドリル本体の前記先端部を挿入可能であり、前記ドリル本体の外径Ｄよりも大きな内径ｄを有し、且つ深さがＷの案内穴を、予め他のドリルを用いて形成する案内穴形成工程と、
前記ドリル本体を切削時の回転方向とは反対の逆転方向に加工時よりも低速で回転しつつ、前記ドリル本体の前記先端部を前記案内穴の底部手前まで挿入する挿入工程と、
前記ドリル本体を切削時の回転方向である正転方向に回転しつつ、前記案内穴を更に切削し、前記深穴を形成する深穴形成工程と
を含むことを特徴とする深穴加工方法。
【請求項２】
前記案内穴の前記内径ｄは、Ｄ＋０．０３ｍｍ以下であり、前記深さＷは、３Ｄ以上であることを特徴とする請求項１に記載の深穴加工方法。
【国際調査報告】
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