(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具本体のヘッド部の先端に切刃を備えてなる切削工具において、
前記ヘッド部には、切削加工時に主分力が加わる方向、及び背分力が加わる方向の肉厚を残して、その外周面に複数の凹溝が形成されているとともに、
前記ヘッド部において、前記切刃は外周側に突き出して設けられており、
前記ヘッド部には、前記切刃の逃げ面側に隣接する外周面の、前記切刃よりも工具基端側にも凹溝が形成されていることを特徴とする切削工具。
【請求項２】
工具本体のヘッド部の先端に切刃を備えてなる切削工具において、
前記ヘッド部には、切削加工時に主分力が加わる方向、及び背分力が加わる方向の肉厚を残して、その外周面に複数の凹溝が形成されており、
前記凹溝は、前記ヘッド部の外周面において、周方向の位置を変えて四つ以上形成されていることを特徴とする切削工具。
【請求項３】
工具本体のヘッド部の先端に切刃を備えてなる切削工具において、
前記ヘッド部には、切削加工時に主分力が加わる方向、及び背分力が加わる方向の肉厚を残して、その外周面に複数の凹溝が形成されていて、
前記凹溝は、前記ヘッド部の外周面において、周方向の位置を変えて四つ以上形成されているとともに、
前記ヘッド部において、前記切刃は外周側に突き出して設けられており、
前記ヘッド部には、前記切刃の逃げ面側に隣接する外周面の、前記切刃よりも工具基端側にも凹溝が形成されていることを特徴とする切削工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種ワークを切削加工する切削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、下穴が形成されたワークに内周加工を施すための中ぐり用の工具として中ぐりバイトが知られており、この中ぐりバイトは略円柱状をなす工具本体のヘッド部先端に例えば超硬合金製のチップを着脱可能に装着している。
この中ぐりバイトは、工作機械の主軸に支持されて高速で回転するワークの下穴に挿入され、チップに形成された切刃によって下穴の内周面を切削していくものである。
中ぐりバイトは、工具本体のシャンク部を工作機械に把持されて軸状の工具本体を長く突き出した状態で切削を行うものであるため、切削加工時にビビリが発生しやすい。そして、工具本体の突き出し量、または切刃の外周への突き出し量が多くなると、工具本体の剛性が低下して、よりビビリが生じやすくなる。このビビリの振幅は、中ぐりバイトがワークから受ける外力（切削抵抗）の振動数と、中ぐりバイトを含む機械系の固有振動数とが一致した際に起きる共振によって増大する。
【０００３】
このため、従来は、図６の平面図に示す中ぐりバイト４１のように、工具本体４２において、シャンク部４４の先端に設けられるヘッド部４３に、工具本体４２の中心軸線Ｏ’に対して切刃４５と反対側の外周面に凹溝４６を形成してヘッド部４３を軽量化し、中ぐりバイト自身の固有振動数を増大させることで、中ぐりバイトを含む機械系の固有振動数と外力の振動数との乖離を大きくして、ビビリの低減を図っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにヘッド部４３に凹溝４６を形成すると、共振によるビビリの増大はある程度抑えられるものの、ヘッド部４３の剛性が低下してしまうので、ビビリを効果的に押さえることはできなかった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ヘッド部に剛性低下を生じさせることなく、ビビリ等の発生を防止する切削工具を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる切削工具は、工具本体のヘッド部の先端に切刃を備えてなる切削工具において、ヘッド部には、切削加工時に主分力が加わる方向、及び背分力が加わる方向の肉厚を残して、その外周面に複数の凹溝が形成されているとともに、前記ヘッド部において、前記切刃は外周側に突き出して設けられており、前記ヘッド部には、前記切刃の逃げ面側に隣接する外周面の、前記切刃よりも工具基端側にも凹溝が形成されていることを特徴としている。
また、本発明にかかる切削工具は、工具本体のヘッド部の先端に切刃を備えてなる切削工具において、前記ヘッド部には、切削加工時に主分力が加わる方向、及び背分力が加わる方向の肉厚を残して、その外周面に複数の凹溝が形成されており、前記凹溝は、前記ヘッド部の外周面において、周方向の位置を変えて四つ以上形成されていることを特徴としている。
さらに、本発明にかかる切削工具は、工具本体のヘッド部の先端に切刃を備えてなる切削工具において、前記ヘッド部には、切削加工時に主分力が加わる方向、及び背分力が加わる方向の肉厚を残して、その外周面に複数の凹溝が形成されていて、前記凹溝は、前記ヘッド部の外周面において、周方向の位置を変えて四つ以上形成されているとともに、前記ヘッド部において、前記切刃は外周側に突き出して設けられており、前記ヘッド部には、前記切刃の逃げ面側に隣接する外周面の、前記切刃よりも工具基端側にも凹溝が形成されていることを特徴としている。
このように構成される切削工具においては、ヘッド部において切削加工時に主分力が加わる方向の肉厚、及び背分力が加わる方向の肉厚を確保しつつ、複数の凹溝を形成するので、剛性を低下させずにヘッド部を軽量化することができる。
そして、このようにヘッド部を軽量化することで、工具本体の固有振動数を増大させて、外力すなわち切削抵抗による振動数との乖離を大きくしてビビリによる共振を効果的に抑制することができる。
ここで、ヘッド部においてこれら凹溝に挟まれる部分は、ヘッド部を補強するリブとして作用するので、ヘッド部の剛性がさらに高められる。
【０００７】
また、切削工具を、ヘッド部において、切刃を外周側に突き出して設けた構成とした場合には、ヘッド部の切刃の逃げ面側に隣接する外周面の、切刃よりも工具基端側にも凹溝を形成することにより、この切削工具によって切削加工を行った際には、ヘッド部において切刃の逃げ面側に隣接する外周面のうち、工具先端側の部分で切削抵抗を受けることになるが、この部分を避けて凹溝を形成することで、切刃を外周側に突き出して設けた場合にも、ヘッド部の剛性を確保しつつ、ヘッド部を軽量化することができる。
さらに、このような凹溝を、ヘッド部の外周面において、周方向の位置を変えて四つ以上形成することによって、ヘッド部においてこれら複数の凹溝に挟まれる部分をヘッド部を補強するリブとして作用させて、ヘッド部の剛性を向上させつつ、ヘッド部のさらなる軽量化を図ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
〔第一の実施の形態〕
以下、本発明の第一の実施の形態について、図１から図３を用いて説明する。
本実施の形態では、本発明を、スローアウェイ式の中ぐりバイトに適用した例を示している。図１は本実施の形態にかかる中ぐりバイトのヘッド部をチップのすくい面方向から見た平面図、図２は図１に示すヘッド部の側面図、図３は図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
図１及び図２に示すように、中ぐりバイト１の略棒状をなす工具本体２は、ヘッド部３とシャンク部４とからなるものである。そして、例えばシャンク部４は略円柱形状とされ、ヘッド部３はシャンク部４の中心軸線Ｏに対して偏心して設けられて、偏心方向の幅が、偏心方向に略直交する方向の幅及びシャンク部４の径よりも狭い大略楕円円柱形状とされている。さらに、ヘッド部３は、シャンク部４との接続部から先端側にいくにつれて、偏心方向に略直交する方向に傾斜させて設けられている。
また、ヘッド部３の先端において偏心方向の側で傾斜方向の側には、偏心方向に向けて外周側に突出する突部５が形成されている。突部５は、その傾斜方向とは反対側の端部から傾斜方向にいくに従って突出量が漸次少なくされており、図３で二点鎖線で示すように、突部５を含めた先端面３ａは略半円形状に形成されている。突部５において傾斜方向とは反対側には、後述するように、切刃を構成するスローアウェイチップ１１（以下、単にチップと称する）が装着される。
【０００９】
ヘッド部３には、その外周面のうち、偏心方向を向く面３ｂと傾斜方向とは反対側を向く面３ｃとの間で、シャンク部４との接続部近傍から先端面３ａにかけて外周面が切り欠かれて、凹曲面状のチップポケット６が形成されている。
また、ヘッド部３の外周面のうち、傾斜方向とは反対側を向く面３ｃ及び偏心方向とは反対側を向く面３ｄとの間で、その途中位置から先端面３ａにかけて外周面が切り欠かれて、凹曲面状の第一凹溝７が形成されている。
【００１０】
図２に示すように、ヘッド部３の外周面のうち、傾斜方向とは反対側を向く面３ｃは、シャンク部４との接続部から先端方向の途中位置にかけて外周側に向けて隆起しており、またこの途中位置から先端面３ａにかけて、中心軸線Ｏに漸次近づくよう斜めに切除されて切欠部８が形成されている。そして、この切欠部８の先端部から突部５にかけて、傾斜方向とは反対側を向く面３ｃ側に開口する例えば略菱形の凹溝をなすチップ取付座１０が形成されている。このチップ取付座１０は、底面１０ａと、底面１０ａから屹立して互いに交差する側壁１０ｂ、１０ｃとを有しており、チップ取付座１０には、例えば略菱形状のチップ１１が装着され、ネジ９等で固定されている。
【００１１】
このチップ１１は、チップ取付座１０の底面１０ａに着座する着座面１２に対向する上面１３がすくい面とされ、この上面１３の稜辺をなす前切刃１３ａは先端面３ａから突出されている。すなわち、チップ１１のすくい面は、ヘッド部３の傾斜方向とはほぼ反対側に向けられている。また、この前切刃１３ａとこれに隣接する稜辺をなす横切刃１３ｂとが交差する角部は、突部５から偏心方向の外周側及び先端側に突出するノーズ部１３ｃとされている。本実施の形態では、ノーズ部３の、偏心方向を向く面３ｂからの外周側への突出量Ｄを７．６ｍｍとしている。また、前切刃１３ａは、他の角部１３ｄの一端から他端であるノーズ部１３ｃに向けて漸次先端側に突出するように、平面視でわずかに傾斜配置されている。そして、チップ１１において、ノーズ部１３ｃのノーズ角θは３５°とされており、チップ側面１１ａは、ノーズ部１３ｃ及び前切刃１３ａの逃げ面をなしており、先端面３ａに続いている。
【００１２】
また、ヘッド部３には、その外周面のうち、傾斜方向を向く面３ｅと偏心方向を向く面３ｂとの間、すなわちチップ１１に対して逃げ面側に隣接する外周面が切り欠かれて、切刃をなすチップ１１よりも工具基端側に位置して凹曲面状の第二凹溝１６が形成されている。ここで、第二凹溝１６は他の凹溝に比べて浅く形成されているとともに、工具先端側にいくにつれてその幅が狭められている。
さらに、図３に示すように、ヘッド部３の外周面のうち、傾斜方向を向く面３ｅと偏心方向とは反対側を向く面３ｄとの間で外周面が切り欠かれて、切刃をなすチップ１１よりも工具基端側に位置して、凹曲面状の第三凹溝１７が形成されている。
【００１３】
これら第一、第二、第三凹溝７、１６、１７は、ヘッド部３の重量を軽減させるためのものである。そして、図３に示すように、ヘッド部３には、傾斜方向とは反対側を向く面３ｃ、傾斜方向を向く面３ｅが残されており、ヘッド部３において、切削加工を行った場合に生じる主分力Ｆ１に沿った方向の肉厚が確保されている。同様に、ヘッド部３には、偏心方向を向く面３ｂ、偏心方向とは反対側を向く面３ｄが残されているので、ヘッド部３において、切削加工を行った場合に生じる背分力Ｆ２に沿った方向の肉厚が確保されている。これによって、ヘッド部３において主分力Ｆ１を受ける方向及び背分力Ｆ２を受ける方向の剛性が確保されている。
そして、ヘッド部３の外周面に、第一、第二、第三凹溝７、１６、１７と、周方向の位置を変えて複数の凹溝を形成することで、ヘッド部３においてこれら複数の凹溝に挟まれる部分は、ヘッド部３を補強するリブとして作用する。
これによって、ヘッド部３の剛性を向上させつつ、ヘッド部３のさらなる軽量化を図ることができる。
【００１４】
本実施の形態による中ぐりバイト１は上述の構成を備えているから、図１においてワークＷを二点鎖線で示す軸線ＯWまわりに回転させ、これに対して図示しない工作機械でシャンク部４を保持された中ぐりバイト１のノーズ部１３ｃで切り込みつつワークＷの下穴を内周面加工する。
このとき、ヘッド部３において、チップ１１のノーズ部１３ｃで切削することによって生じる切削抵抗の主分力Ｆ１が加わる方向、及び背分力Ｆ２が加わる方向の肉厚が確保されているので、ヘッド部３の一層の軽量化を達成しつつ、剛性が確保されて、ビビリが生じにくくなる。
ここで、切削加工時には、ヘッド部３においてチップ取付座１０を支える先端部及び突部５の近傍、すなわちチップ１１に対して逃げ面側に位置する部分に切削抵抗が加わる。この中ぐりバイト１では、この部分を避けて、チップ１１よりも工具基端側に第二凹溝１６を設けており、また第二凹溝１６は、他の凹溝に比べて浅く形成されているとともに、工具先端側にいくにつれてその幅が狭められている。これによって、ヘッド部３においてチップ取付座１０を支える先端部及び突部５の近傍の肉厚が確保されて、ヘッド部３の強度低下を防止しつつ、ヘッド部３の軽量化を図ることができる。
【００１５】
本実施形態による中ぐりバイト１によれば、ヘッド部３に第一、第二、第三凹溝７、１６、１７を形成してヘッド部３を軽量化することで、ヘッド部３の固有振動数の増大を図り、中ぐりバイト１を含む機械系の固有振動数と外力の固有振動数との乖離を大きくして、共振によるビビリを起き難くすることができる。
さらに、ヘッド部３において、切削加工を行った場合に生じる主分力Ｆ１及び背分力Ｆ２に沿った方向の肉厚が確保されているので、ヘッド部３の剛性を確保している。換言すれば、主分力Ｆ１及び背分力Ｆ２に直交する軸に対する断面二次モーメントを保持しつつ余分な肉を削り落とすことで、剛性低下を抑制しながらビビリを発生し難くしている。
また、ヘッド部３においてチップ取付座１０を支える先端部及び突部５の近傍の肉厚を確保しつつ第二の溝１６を設けているので、ヘッド部３の一層の軽量化を達成しつつ、剛性が確保されて、ビビリが生じにくくなる。
そして、ヘッド部３において、第一、第二、第三凹溝７、１６、１７を設けることで、これら凹溝に挟まれる部分は、ヘッド部３を補強するリブとして作用するので、ヘッド部３の剛性を向上させつつ、ヘッド部３のさらなる軽量化を図ることができる。
本実施の形態の中ぐりバイト１によれば、このようにビビリの発生を抑えられるので、加工精度の向上及びチップの欠損防止を図ることができると同時に、工具本体２の突き出し量を大きくとることができるようになり、より深い軸穴の内周面を高精度に仕上げることも可能になる。
【００１６】
〔第二の実施の形態〕
以下、本発明の第二の実施の形態について、図４から図５を用いて説明する。
図４は、本実施の形態にかかる中ぐりバイトのヘッド部を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、図５は図４におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。
本実施の形態にかかる中ぐりバイト２１は、第一の実施の形態に示す中ぐりバイト１において、第一、第三凹溝７、１７の幅を小さくしてヘッド部３の外周面のうち、偏心方向とは反対側を向く面３ｄの幅を広くして、さらにこの外周面３ｄに、第四凹溝２２を形成したものである。
ここで、第四凹溝２２は、ヘッド部３において、傾斜方向とは反対側を向く面３ｃと傾斜方向を向く面３ｅとを結ぶ線を越えない程度の深さとされており、また、ヘッド部３においてシャンク部４との接続部、及びヘッド部３の先端から離間して形成されている。
【００１７】
このように構成される中ぐりバイト２１では、ヘッド部３において、切削加工を行った場合に生じる主分力Ｆ１に沿った方向の肉厚が確保されており、また、ヘッド部３において偏心方向を向く面３ｂと偏心方向とは反対側を向く面３ｄとの間に、切削加工を行った場合に生じる背分力Ｆ２に沿った方向の肉厚も確保されているので、ヘッド部３の剛性が確保されている。
そして、第四凹溝２２が形成されることによって中ぐりバイト１よりもさらにヘッド部３が軽量化されているから、より一層ビビリを生じにくくすることができる。
そして、ヘッド部３の外周面に、第一、第二、第三、第四凹溝７、１６、１７、２２と、周方向の位置を変えて四つの凹溝を形成することで、ヘッド部３においてこれら複数の凹溝に挟まれる部分は、ヘッド部３を補強するリブとして作用する。これによって、ヘッド部３の剛性を向上させつつ、ヘッド部３のさらなる軽量化を図ることができる。
【００１８】
なお、第二の実施の形態では、凹溝を四つ設けた例を示したが、ヘッド部３において、切削加工を行った場合に生じる主分力Ｆ１及び背分力Ｆ２に沿った方向の肉厚を確保していれば、さらに多くの凹溝を設けてもよい。
上述の各実施の形態では、中ぐりバイト１、２１を、スローアウェイチップ１１を用いるスローアウェイ式の切削工具としたが、これに限られることなく、本発明は、ろう付けタイプの切刃やソリッドタイプの切刃等を有する切削工具にも適用することができる。
また、本発明は、上述の各実施の形態で示した中ぐりバイト１、２１に限らず、他の各種のバイト等の旋削工具や転削工具等の切削工具に適用することができる。
【００１９】
【実施例】
上記の第二の実施の形態に示した中ぐりバイト２１（以下、単に実施例と称する）と、従来の中ぐりバイト４１（以下、単に従来例と称する）のそれぞれについて、ヘッド部の体積（ｃｍ3）と、工具本体の固有振動数（Ｈｚ）と、ヘッド部に荷重を加えた際に工具本体に生じるたわみの大きさ（μｍ）とを数値解析によって算出した。この結果を、以下の表１に示す。
【００２０】
【表１】
0004385519.tif 000002
【００２１】
ここで、この数値解析においてヘッド部に加えた荷重は、通常ボーリング加工にて、切削速度Ｖｃ＝１００（ｍ／ｍｉｎ）、送りｆ＝０．１（ｍｍ／ｒｅｖ）、切り込み深さａｐ＝０．５（ｍｍ）、中ぐりバイトの長さＬと直径ｄの比Ｌ／ｄ＝５（８０ｍｍ）として切削加工を行った際に生じる切削抵抗の三分力（主分力、背分力、送り分力）を用いた。
この解析の結果、実施例では、従来例に比して、切削時における主分力方向の工具本体のたわみが０．２％減少しており、また背分力を受けた際の工具本体のたわみも、０．７％減少していた。このように、実施例では、従来例よりも工具本体の剛性が高められていることがわかる。また、実施例では、従来例に比して、ヘッド部の体積が８％少なく、これによって、実施例では、従来例に比して、工具本体の主分力方向の固有振動数が５．４％増加しており、また背分力方向の固有振動数においては、２８．３％も増加している。
【００２２】
この解析の結果から分かるように、実施例では、従来例に比して工具本体の剛性が高められており、ビビリが生じにくいとともに、ヘッド部が軽量化されて、工具本体の固有振動数が高められているので、外力すなわち切削抵抗による振動数との乖離を大きくしてビビリによる共振を効果的に抑制することができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明にかかる切削工具によれば、ヘッド部において切削加工時に主分力が加わる方向の肉厚、及び背分力が加わる方向の肉厚を確保して、ヘッド部の剛性を低下させずにヘッド部に凹溝を形成してヘッド部を軽量化することができるので、工具本体の剛性を維持してビビリを生じにくくしつつ、ヘッド部を軽量化して工具本体の固有振動数を増大させて、外力すなわち切削抵抗による振動数との乖離を大きくしてビビリによる共振を効果的に抑制することができる。
そして、ヘッド部においてこれら凹溝に挟まれる部分は、ヘッド部を補強するリブとして作用するので、ヘッド部の剛性がさらに高められる。
このようにビビリの発生が抑えられるので、加工精度の向上及びチップの欠損防止を図ることができると同時に、工具本体の突き出し量を大きくとることができるようになり、より深い軸穴の内周面を高精度に仕上げることも可能になる。
【００２４】
また、切削工具を、ヘッド部において、切刃を外周側に突き出して設けた構成とした場合には、ヘッド部の切刃の逃げ面側に隣接する外周面の、切刃よりも工具基端側にも凹溝を形成することで、ヘッド部において切刃の逃げ面側に位置する部分のうち、切削抵抗を受ける部分の肉厚を確保しつつ凹溝を形成することができるので、ヘッド部の剛性を確保しつつ、さらにヘッド部を軽量化することができる。
このような凹溝は、ヘッド部の外周面において、周方向の位置を変えて四つ以上形成することで、ヘッド部においてこれら複数の凹溝に挟まれる部分をヘッド部を補強するリブとして作用させて、ヘッド部の剛性を向上させつつ、ヘッド部のさらなる軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第一の実施の形態にかかる中ぐりバイトのヘッド部をチップのすくい面方向から見た平面図である。
【図２】  図１に示すヘッド部の側面図である。
【図３】  図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【図４】  本発明の第二の実施の形態にかかる中ぐりバイトのヘッド部を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図５】  図４におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図６】  従来の中ぐりバイトのヘッド部を示す平面図である。
【符号の説明】
１、２１  中ぐりバイト    ２  工具本体
３  ヘッド部
７、１６、１７、２２  第一、第二、第三、第四凹溝
１３ａ  前切刃            １３ｂ  横切刃
【図１】
0004385519.tif 000003
【図２】
0004385519.tif 000004
【図３】
0004385519.tif 000005
【図４】
0004385519.tif 000006
【図５】
0004385519.tif 000007
【図６】
0004385519.tif 000008