JP7164101B2 - ドリルおよびドリル加工装置 - Google Patents

Description

本開示は、ドリルおよびドリル加工装置に関する。

ドリル本体の外周面には、螺旋状の切屑排出溝が凹設されており、切削加工時に生成される切屑は、切屑排出溝の内壁に衝突して分断されて、切屑排出溝から外部に排出される。このとき切屑は３次元的にカールされた状態で分断されるため、カールの状態によっては、うまく切屑排出溝から排出されずに詰まることがある。切屑排出性を向上するためには、切屑排出溝の断面積を大きくしてチップポケットを拡大すればよいが、ドリル強度の低下を招くという問題がある。

特に近年では、部品の軽量化の要請により部品穴の小径化が進んでいる。そのため使用するドリルも小径化しており、ドリル強度を確保する必要性から、切屑排出溝の断面積を大きくすることは一層難しくなっている。そこで切削加工中に、往復送りやステップ送り運動を適用して切屑を切削穴から排出させる工程が必要となるが、非加工時間が増えることで加工能率は下がる。

実公昭６０－１２６４８号公報

そこで切屑排出溝に切屑を詰まらせずに、高能率な切削加工を実現するドリルの開発が望まれている。本開示者は、切屑排出溝における詰まりの原因が、切屑が３次元的にカールされた状態で分断されることにあると考え、切屑の流出挙動を改善することで、高能率加工を実現するドリルを想到するに至った。

本開示はこうした状況に鑑みてなされており、その目的とするところは、切屑の排出性に優れたドリルを提供し、また当該ドリルを用いるドリル加工装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本開示のある態様のドリルは、ドリル本体の先端に形成された切れ刃と、ドリル本体の先端側にすくい面を有して当該すくい面からドリル本体の後端側に向けて延設される切屑排出溝とを備えたドリルであって、すくい面において切屑排出溝の延設方向に沿って設けられた切屑案内部を備える。

本開示の別の態様のドリル加工装置は、すくい面において切屑排出溝の延設方向に沿って設けられた切屑案内部を備えたドリルまたは被削材を回転させる回転ユニットと、ドリルの切屑排出溝から排出される線状切屑を切断または回収する処置部とを備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本開示の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。

本開示によれば、切屑の排出性に優れたドリルを提供し、また当該ドリルを用いるドリル加工装置を提供できる。

実施形態のドリル加工装置の構成を示す図である。 ドリルの構成例を示す図である。 切屑案内部の拡大図である。 すくい面のＡ－Ａ断面の一部の例を示す図である。 すくい面のＡ－Ａ断面の一部の別の例を示す図である。 穴加工により排出された切屑の例を示す。

図１は、実施形態のドリル加工装置１の構成を示す。ドリル加工装置１は、ドリル１０を回転させる回転ユニット２と、回転ユニット２を垂直方向に移動させる駆動ユニット３と、回転ユニット２によるドリル１０の回転および駆動ユニット３による回転ユニット２の垂直方向の移動を制御する制御ユニット４と、被削材６を固定する固定具７とを備える。ドリル１０は、回転ユニット２の回転軸に固定された保持具１４により保持される。回転ユニット２は取付部材５に固定され、駆動ユニット３は取付部材５に連結して取付部材５を垂直方向に動かすことで、回転ユニット２が垂直方向に移動する。

実施形態のドリル加工装置１では、被削材６の切屑を３次元的にカールした状態で切屑排出溝に流出させるのではなく、切屑を２次元的な線状の状態で切屑排出溝に流出させるドリル１０を用いた穴加工が実施される。２次元的な線状の切屑は分断されることなく、切屑排出溝を案内路として外部に排出される。そこでドリル加工装置１は、ドリル１０の切屑排出溝から排出される線状切屑を切断または回収する処置部１１を備える。

実施形態で処置部１１は、切削穴の外部において、ドリル１０の回転による遠心力により切屑排出溝から離れた線状切屑を切断する切断部材１２を有する。切断部材１２は、取付部材５に設けられた長穴において、ばねなどの付勢部材１３により付勢されて、垂直方向に進退可能に収容されており、切断部材１２の先端は、被削材６または固定具７に接触した状態を維持する。切削加工中、遠心力により切屑排出溝から離れた線状切屑は、切断部材１２に衝突して切断される。

なお図示の処置部１１は、線状切屑を切断する構成をもつが、たとえば線状切屑の巻き取り機構を有して、線状切屑を回収するものであってもよい。

図２は、ドリル１０の構成の例を示す。ドリル１０は、被削材６に穴加工を行う切削工具であり、ドリル本体２０およびシャンク２１を有する。図２に示す例では、軸線Ｌ方向のドリル本体２０の一部が省略して図示されている。矢印Ｒは、ドリル１０の回転方向を示し、角度αは、切屑排出溝２３のねじれ角を示す。

シャンク２１が保持具１４に保持されることで、ドリル１０がドリル加工装置１に取り付けられる。回転ユニット２の回転力は保持具１４を介してシャンク２１に伝達され、ドリル１０が軸線Ｌ回りに、矢印Ｒで示す方向に回転する。

ドリル本体２０は、ドリル本体２０の先端に形成された切れ刃２２と、ドリル本体２０の先端側にすくい面２４を有して当該すくい面２４からドリル本体２０の後端側に向けて延設される切屑排出溝２３とを備える。ドリル本体２０の先端には、２枚の切れ刃２２が対称に設けられ、これら２枚の切れ刃２２に対応して、ドリル本体２０の外周面に２本の切屑排出溝２３が螺旋状に凹設されている。切屑排出溝２３は、先端側にて切れ刃２２のすくい面２４を構成して、切削加工時に切れ刃２２によって生成される切屑を切削穴から外部に排出する機能をもつ。

逃げ面２５は、切削加工時にドリル本体２０の先端部と被削材６との接触面積を減らして切削抵抗を抑制するために設けられる。切れ刃２２は、逃げ面２５とすくい面２４との稜線部に形成される。

通常のドリル切削によると、切屑に上向きカールと横向きカールが発生する。上向きカールは、切れ刃２２と平行な軸回りのカールであり、切屑とすくい面との摩擦により発生する。横向きカールは、すくい面法線回りのカールであり、切れ刃２２の内外径速度差により発生する。特にドリル１０においては、切れ刃２２が略中心位置からドリル外径まで延在するため、横向きカールの直径は概ねドリル直径と一致することになり、大きな横向きカールが生じる。切屑に上向きカールと横向きカールが発生すると、切屑が切れ刃２２から３次元的にカールして生成されるため、切屑排出溝の内壁に衝突して分断されるようになり、特に穴が深くて切屑排出溝が狭いと、溝内に詰まる可能性がある。

そこで実施形態のドリル１０は、すくい面２４において切屑排出溝２３が延設される方向に実質的に沿って設けられた切屑案内部３０を備える。切屑案内部３０は、切屑排出溝２３の延設方向に一致する方向に設けられることが好ましく、略一致する方向に設けられていてもよい。略一致する方向とは、切屑排出溝２３の延設方向に対して、たとえば２０度以内の角度をもつ方向を含む。切屑案内部３０は、生成される切屑にカールが発生することを抑制するとともに、切屑の流出方向を規制する。切屑案内部３０は、すくい面２４を切り欠いて形成した１本以上の溝を有してよく、またすくい面２４に設けた２本以上の突条部により形成した１本以上の溝を有してもよい。

図３は、切屑案内部３０の拡大図を示す。図示されるように、切屑案内部３０は、すくい面２４において切屑排出溝２３の延設方向に実質的に沿って設けられ、切れ刃２２が設けられた稜線部または稜線部近傍から切屑排出溝２３の延設方向に実質的に沿って延びる１本以上の案内溝を有する。

ドリル加工装置１のすくい面２４に切屑案内部３０を形成したことで、切れ刃２２が被削材６を切削する際に、すくい面２４に接触する切屑の塑性変形部分が、切屑案内部３０の案内溝に嵌まり、切屑が案内溝に嵌った状態で、案内溝に沿う方向に流出するように案内される。このとき横向きカールは、塑性変形部分が案内溝に嵌まることで抑制され、上向きカールは、案内溝形状が転写された切屑が上向きカールが生じる方向に対して平らな構造にならず曲がりにくくなることで抑制される。これにより２次元的な切屑、すなわち、案内溝よりも大きな幅をもつ線状の切屑が、案内溝に沿う方向、すなわち切屑排出溝２３の実質的な延設方向に流出される。これにより線状の切屑は、切屑排出溝２３に沿って連続的に流出することになり、切屑排出溝２３における詰まりを生じさせない。

上向きカールおよび横向きカールを効果的に抑制するために、切屑案内部３０は、切れ刃２２の両端の間に、複数の案内溝を有することが好ましい。図３には、切屑案内部３０が、等間隔で複数の案内溝を有する様子を示しているが、複数の案内溝の間隔は、等間隔でなくてもよい。なお切屑案内部３０における案内溝は、カール抑制効果および流出方向の規制効果を高めるために切屑の中央に対して少なくとも中心寄りに形成されることが好ましい。

またカール抑制効果および流出方向の規制効果を高めるために、案内溝は、切屑厚みの２倍よりも深くなるように形成されることが好ましい。また案内溝は、切屑の接触長さ（切り込みの例えば３倍程度）よりも長くなるように形成されることが好ましい。なお案内溝は、接触長さより短くてもよいが、その場合には流出の妨げにならないように、切れ刃２２から離れるにしたがって徐々に浅くなるように形成されることが好ましい。

図４は、すくい面２４のＡ－Ａ断面の一部の例を示す。切屑案内部３０は、互いに平行に設けられた複数の案内溝３１を有する。各案内溝３１は、径方向内側（中心側）の第１溝部３１ａと、径方向外側（外径側）の第２溝部３１ｂを有して形成される。第１溝部３１ａと第２溝部３１ｂとが実質的に対称な形状を有することで、急峻な斜面となることを避けることができるため、切屑が幅方向に分断されにくく、ドリル１０の製造が容易となる。たとえば切屑案内部３０は、正弦波形状をもつ断面を有してよい。

図５は、すくい面２４のＡ－Ａ断面の一部の別の例を示す。切屑案内部３０は、互いに平行に設けられた複数の案内溝３２を有する。各案内溝３２は、径方向内側（中心側）の第１溝部３２ａと、径方向外側（外径側）の第２溝部３２ｂを有して形成される。案内溝３２において、第１溝部３１ａと第２溝部３１ｂとは非対称形状を有する。この例では、第１溝部３２ａを、すくい面２４に対して略垂直方向に形成している。第１溝部３２ａをすくい面２４に対して略垂直方向の壁部とすることで、切屑の横向きカールを効果的に抑制し、切屑の流出方向を効果的に規制できる。

図６は、図５に示す案内溝３２を有するドリル１０を用いて、穴加工を実施したときの切屑の例を示す。この例では、ドリル１０の送り速度を変化させたときの切屑を示しており、切屑は、２次元的な線状の形状を有して詰まることなく切削穴から排出されている。

以上のように、切屑案内部３０が、切屑を直線状に切屑排出溝２３の延設方向に流出させることにより、切屑の詰まりを生じさせない穴加工を実現できる。また切屑排出溝２３内を切屑が分断されることなく進行することで、事実上ドリル強度が許す限りにおいて、加工能率に直接影響を与えるドリル送り速度を高速にできる。またカールが抑制されたまっすぐな切屑は、２次元的であって嵩張らないため、切屑排出溝２３の断面積を小さくでき、ドリル強度を高めることが可能となる。

以上、本開示を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施形態のドリル加工装置１は、回転ユニット２がドリル１０を回転させるが、変形例のドリル加工装置１では、ドリル１０を固定して、回転ユニット２が、被削材６を回転させてもよい。

本開示の態様の概要は、次の通りである。本開示のある態様は、ドリル本体の先端に形成された切れ刃と、ドリル本体の先端側にすくい面を有してすくい面からドリル本体の後端側に向けて延設される切屑排出溝とを備えたドリルに関する。当該ドリルは、すくい面において切屑排出溝の延設方向に沿って設けられた切屑案内部を備える。なお切屑排出溝の延設方向に沿って設けられた切屑案内部は、切屑排出溝の延設方向に、所期の目的を逸脱しない範囲で実質的に沿って設けられたものを含んでよい。

この態様によると、切屑案内部がすくい面に設けられることで、切屑を、切屑排出溝の略延設方向に流出させることが可能となる。

切屑案内部は、切れ刃が設けられた稜線部または稜線部近傍から切屑排出溝の延設方向に沿って延びる１本以上の溝を有することが好ましい。切屑排出溝の延設方向に沿って延びる溝は、切屑排出溝の延設方向に実質的に沿って延びる溝を含んでよい。切屑案内部は、切れ刃の両端の間に複数の溝を有することが好ましい。切屑案内部が複数の溝を有することで、切屑の流出方向を安定させることができ、切屑のカール抑制も可能となる。

溝は、径方向内側の第１溝部と、径方向外側の第２溝部を有して形成されている。このとき第１溝部と第２溝部は対称な形状を有してよい。ここで対称な形状とは、所期の目的を逸脱しない範囲で実質的に対称な形状を含んでよい。また第１溝部と第２溝部は非対称形状を有して、第１溝部はすくい面に対して略垂直方向に形成されてもよい。

本開示の別の態様は、すくい面において切屑排出溝の延設方向に沿って設けられた切屑案内部を備えたドリルまたは被削材を回転させる回転ユニットと、ドリルの切屑排出溝から排出される線状切屑を切断または回収する処置部とを備えたドリル加工装置に関する。なお切屑排出溝の延設方向に沿って設けられた切屑案内部は、切屑排出溝の延設方向に実質的に沿って設けられたものを含んでよい。

１・・・ドリル加工装置、２・・・回転ユニット、３・・・駆動ユニット、１０・・・ドリル、１１・・・処置部、１２・・・切断部材、１３・・・付勢部材、２０・・・ドリル本体、２２・・・切れ刃、２３・・・切屑排出溝、２４・・・すくい面、２５・・・逃げ面、３０・・・切屑案内部、３１・・・案内溝、３１ａ・・・第１溝部、３１ｂ・・・第２溝部、３２・・・案内溝、３２ａ・・・第１溝部、３２ｂ・・・第２溝部。

Claims (5)

1. ドリル本体の先端に形成された切れ刃と、ドリル本体の先端側にすくい面を有して前記すくい面からドリル本体の後端側に向けて延設される切屑排出溝とを備えたドリルであって、
   前記すくい面において、前記切れ刃が設けられた稜線部または稜線部近傍から前記切屑排出溝の延設方向に沿って延びる１つ以上の溝を有する切屑案内部を備え、
   前記溝は前記すくい面の断面において、径方向内側の第１溝部と、径方向外側の第２溝部を有して形成され、前記第１溝部と前記第２溝部は、非対称な形状を有し、
   前記第１溝部は、切屑の横向きカールを抑制する形状を有して、前記切屑案内部は、前記切屑排出溝の延設方向に線状の切屑を流出させる、
   ことを特徴とするドリル。
2. 前記切屑案内部は、前記切れ刃の両端の間に複数の溝を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のドリル。
3. 前記第１溝部は、前記第２溝部よりも急峻な面を有する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のドリル。
4. 前記第１溝部は、すくい面に対して略垂直方向に形成される、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のドリル。
5. すくい面において切屑排出溝の延設方向に沿って設けられた切屑案内部を備えたドリルを回転させる回転ユニットと、
   前記ドリルの前記切屑排出溝から排出される線状切屑を切断または回収する処置部と、を備え、
   前記ドリルにおいて前記切屑案内部は、切れ刃が設けられた稜線部または稜線部近傍から前記切屑排出溝の延設方向に沿って延びる１つ以上の溝を有し、前記溝は前記すくい面の断面において、径方向内側の第１溝部と径方向外側の第２溝部を有して形成され、前記第１溝部と前記第２溝部は非対称な形状を有し、前記第１溝部は、切屑の横向きカールを抑制する形状を有して、前記切屑案内部は、前記切屑排出溝の延設方向に線状切屑を流出させるものであって、
   前記処置部は、前記ドリルから離れた位置に、前記ドリルの回転による遠心力により前記切屑排出溝から離れた線状切屑を切断する切断部材または線状切屑を巻き取る巻き取り機構を有する、
   ことを特徴とするドリル加工装置。

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