JP5487004B2 - 貫通加工ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、長尺材料に対し断面で外周８の字状の孔を形成する貫通加工ヘッドに関するものである。

一般に、金属製の長尺材料に一つの孔を加工する際には、図７に示す如くＢＴＡ（Boring and Trepanning Association）方式等の深孔加工機１を用いている。深孔加工機１は、貫通加工ヘッド２を先端に装備したドリルチューブ３を用いており、ドリルチューブ３は、設置部４によって支持される共に、後方に位置する移動部５によって軸線方向に移動し得るようになっている。またドリルチューブ３の同軸上で前方には金属製等の長尺材料６が配置されており、長尺材料６は、ローラ７を配した振れ止め部８に支持されると共に、後端側に位置する駆動部９及び回転テーブル１０によって回転するようになっている。なお図中、１１は加工時に長尺材料６へ接触するガイドブッシュ、１２は長尺材料６と回転テーブル１０を固定するチャックを示している。

深孔加工機１で孔を加工する際には、長尺材料６を回転させると同時に、貫通加工ヘッド２を切削方向へ移動させ、長尺材料６に孔を加工している。ここで長尺材料６を固定し、貫通加工ヘッド２を回転及び移動させるようにしても良い。

また切削中に貫通加工ヘッド２には、クーラント（切削油）がクーラント圧送ラインからガイドブッシュ１１の内部を介して供給されており、切削により生じた切粉は、貫通加工ヘッド２の内部流路（図示せず）を介して外部に排出されている。

一方、長尺材料６に孔を加工する際には、図８に示す如く長尺材料６に第一孔１３を加工した後に、第一孔１３の一部と重複する第二孔１４を加工して断面で外周８の字状の孔１５を形成する場合があり、このような孔１５を構成する手法には種々のものが存在している。

第一例では、図９に示す如く長尺材料６に第一孔１３を加工し（図９の（Ａ））、長尺材料６の材質と類似の材質からなる磨き丸棒等の詰め物１６を第一孔１３に挿入し（９図の（Ｂ））、次に第一孔１３の一部と重複するように第二孔１４を深孔加工機１で加工し（図９の（Ｃ））、その後、詰め物１６を長尺材料６から除去して断面で外周８の字状の孔１５を構成している（図９の（Ｄ））。

第二例では、第一孔ガイド部を備えた貫通加工ヘッドを用いており、第一孔ガイド部は、断面で三日月形状を有し、先端の加工ヘッド部と合わせて外周８の字の形状を備え、長尺材料に第一孔を加工した後に、第一孔に第一孔ガイド部を配し、第一孔の加工方向に沿って第一孔ガイド部を移動させると同時に加工ヘッド部で第二孔を加工し、断面で外周８の字状の孔を構成している（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００７−１５２４７４号公報 特開２００７−１６０４７２号公報

しかしながら、第一例の如く第一孔１３に詰め物１６を詰めて加工する場合には、第一孔１３と詰め物１６の密着性が確保できないため、第二孔１４を安定的に切削できず、第二孔１４に要求される真直度の達成や、第二孔１４の捻れの防止を図ることができないという問題があった。また第二例や特許文献１、２の如く貫通加工ヘッドに第一孔ガイド部を用いる場合には、第一孔の加工精度に依存するため、第一孔の加工精度が劣る場合には第二孔を安定的に切削することができず、同様に第二孔に要求される真直度の達成や、第二孔の捻れの防止を図ることができないという問題があった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、第二孔を安定的に切削し、第二孔に要求される真直度の達成や、第二孔の捻れの防止を図る貫通加工ヘッドを提供しようとするものである。

本発明は、第一孔を設けた材料に、第一孔の一部と重複するように第二孔を加工して断面で外周８の字状の孔を形成する貫通加工ヘッドであって、切削チップを備えた加工ヘッド部を先端に配置し、該加工ヘッド部の後方側で同軸上に、ヘリカル状の溝を備えた案内ガイド部を配置したことを特徴とする貫通加工ヘッドにかかるものである。

また本発明においては、加工ヘッド部と案内ガイド部の間に補助支持ガイド部を装備し、前記加工ヘッド部が第二孔を加工する際に、前記補助支持ガイド部が第一孔に位置して加工ヘッド部の切削姿勢を維持するように構成されることが好ましい。

また本発明においては、加工ヘッド部の後方側に位置する中空主軸部に対し、案内ガイド部及び補助支持ガイド部を回転自在に配置することが好ましい。

また本発明においては、案内ガイド部のヘリカル状の溝から加工ヘッド部の先端へクーラントを流すように構成されることが好ましい。

また本発明において、補助支持ガイド部は、第二孔から第一孔へ向かう切削ベクトルに対し、相殺する反力ベクトルを生じさせるように、第一孔の内周面に接触する凸部を備えることが好ましい。

本発明の貫通加工ヘッドによれば、ヘリカル状の溝を備えた案内ガイド部を配置するので、加工中の切削点の軸芯挙動を安定化して第二孔を適切に切削し、第二孔に要求される真直度の達成や、第二孔の捻れの防止を図ることができる。また補助支持ガイド部を用いた場合には、案内ガイド部と合せて第二孔を一層安定的に切削し、第二孔に要求される真直度の達成や、第二孔の捻れの防止を図ることができるという優れた効果を奏し得る。

本発明の貫通加工ヘッドを示す全体図である。 本発明の貫通加工ヘッドを示す概念断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向の矢視図である。 補助支持ガイド部を示す平面図である。 補助支持ガイド部に切削ベクトルが作用した状態示す概念図である。 第二孔の加工用ガイドを形成する状態を示す概念図である。 長尺材料を加工する深孔加工機を示す概念図である。 断面で外周８の字状の孔を示す概念図である。 断面で外周８の字状の孔を形成する第一例を示す概念図である。

以下、本発明の実施の形態例を図１〜図６を参照して説明する。なお、図中、図７〜図９と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

実施の形態例の貫通加工ヘッド２１は、ドリルチューブ３の先端に着脱可能に配置されるものであり、第一孔１３を加工する従来の貫通加工ヘッド２（図７参照）と交換し、第二孔１４を加工するようになっている。また貫通加工ヘッド２１は、加工ヘッド部２２を先端に配置し、加工ヘッド部２２の後方側で同軸上には案内ガイド部２３を配置し、更に加工ヘッド部２２と案内ガイド部２３の間には補助支持ガイド部２４を装備している。

加工ヘッド部２２は、図１、図２に示す如く円柱状の部材であって前面に切粉排出口２５を設け、切粉排出口２５の縁部には複数の切削チップ２６（図１では３個）が備えられている。また加工ヘッド部２２の外周面には、切削チップ２６等の加工点の挙動を拘束するガイドパッド２７が取り付けられている。更に加工ヘッド部２２の後方側には、小径の中空主軸部２８（図２参照）がねじ込み等により固定されており、中空主軸部２８の後端には、ドリルチューブ３に着脱可能にする着脱部２９が備えられている。ここで着脱部２９はドリルチューブ３に対してねじ込みにより固定されても良いし、接続フランジ等の固定手段により固定されても良い。また加工ヘッド部２２及び中空主軸部２８には、切粉排出口２５からドリルチューブ３まで連通する切粉排出通路３０を備えており、切削によって生じた切粉をドリルチューブ３内へ排出するようにしている。

案内ガイド部２３は、加工ヘッド部２２の軸方向の長さＬ０に対し、２倍以上５倍以下、好ましくは３倍以上４倍以下の軸方向の長さＬ１を備え、加工ヘッド部２２より長い全長で形成されている。また案内ガイド部２３の外周面にはヘリカル状（螺旋状）の溝３１が備えられており、ヘリカル状の溝３１には、クーラント圧送ライン及びガイドブッシュ１１（図７参照）内からクーラント（切削油）が流れるようになっている。ここでヘリカル状の溝面積や溝ピッチ等は、クーラントの流量や流速が加工ヘッド部２２の潤滑、焼付防止、切粉の排出を為し得るように決定されている。

案内ガイド部２３の中心には、加工ヘッド部２２と同軸上に貫通孔３２を備えており、貫通孔３２には中空主軸部２８を配置して案内ガイド部２３を回転自在にしている。また貫通孔３２には、中空主軸部２８の外周凸部２８ａに対応する溝３１状の凹部３２ａを形成し、案内ガイド部２３が軸方向にズレないようにしている。更に案内ガイド部２３の径方向には、外周面から貫通孔３２まで通じる複数の油孔３４を設け、クーラントにより案内ガイド部２３と中空主軸部２８の回転、潤滑、冷却を為し得るようにしている。ここで案内ガイド部２３は、外周面の焼付の防止を図るように被膜処理を施すことが好ましく、案内ガイド部２３の後方には、切削の安定性を高めるように案内ガイド部２３と同径の後方部３５を配置することが好ましい。

補助支持ガイド部２４は、加工ヘッド部２２の軸方向の長さＬ０に対し、０．２倍以上０．８倍以下、好ましくは０．４倍以上０．６倍以下の軸方向の長さＬ２を備え、加工ヘッド部２２より短い全長（厚み）で形成されている。また補助支持ガイド部２４は図１〜図４に示す如く加工ヘッド部２２の背後に位置する第一形成部３６と、第一形成部３６に連なるように形成される第二形成部３７とを備えている。第一形成部３６は、加工ヘッド部２２の断面とほぼ同じ大きさ、または加工ヘッド部２２の断面より小さい大きさを有しており、第一形成部３６の中心には、加工ヘッド部２２と同軸上に支持孔３８を形成し、支持孔３８には中空主軸部２８を配して補助支持ガイド部２４を回転自在にしている。第二形成部３７は、加工ヘッド部２２の外形と合わせて外周８の字状の外周を形成する外形を有し、外周に切欠き３９を設けると共に内部に流通孔４０を設け、クーラントが案内ガイド部２３のヘリカル状の溝３１から加工ヘッド部２２へ流れるようにしている。また補助支持ガイド部２４の外周、支持孔３８と中空主軸部２８の間には、クーラントが流れるようになっており、クーラントは補助支持ガイド部２４の潤滑、冷却を為し得ると共に、補助支持ガイド部２４と中空主軸部２８の間の潤滑、冷却を為し得るようにしている。ここでクーラントが流れる流通孔４０の個数や形状は特に制限されるものではない。

また補助支持ガイド部２４の第二形成部３７には、切欠き３９によって凸部４１を形成しており、凸部４１は、図５に示す如く第一孔１３の内周面に接触して支持点Ｂから反力ベクトルＦ１を生じるようになっている。ここで反力ベクトルＦ１は、第二孔１４の加工時に第一孔１３と第二孔１４が交差する点を支点Ｄとする条件下で、切削により生じる切削ベクトルＦ０に対応するものである。また切削ベクトルＦ０、支点Ｄ、支持点Ｂについて詳細に説明すると、第一孔１３の中心と第二孔１４の中心を通る中間線Ｃにより第一孔１３及び第二孔１４を第一領域と第二領域に分けた場合、切削ベクトルＦ０は、ほぼ中心線Ｃ上であって第二孔１４から第一孔１３へ向かうベクトルであり、支点Ｄは第一領域と第二領域の一方に位置し（図５では左側の領域）、凸部４１による支持点Ｂは第一領域と第二領域の他方に位置している（図５では右側の領域）。

以下本発明の実施の形態例の作用を説明する。

長尺材料６に断面で外周８の字状の孔１５を加工する際には、最初に通常の貫通加工ヘッド２を用いて第一孔１３を加工する（図６の（ａ）参照）。この時、第一孔１３は従来例と同様に加工しても良いし、他の手法で加工しても良い。ここで断面で外周８の字状の孔（眼鏡孔）１５とは、長尺材料６を貫通した断面円形の第一孔１３に対し、第一孔１３の軸芯を径方向にずらした位置に第二孔１４の軸芯を設定し、第一孔１３の一部と第二孔１４の一部が貫通方向に沿って平行に重複するように断面円形の第二孔１４を加工し、形成したものである。

次に長尺材料６の端面に、第一孔１３と同軸の孔に詰め物４２を入れた加工用ガイド作製ピース４３を取り付け、通常の貫通加工ヘッド２により第二孔１４の位置に沿って加工用ガイド作製ピース４３を貫通し、長尺材料６の端面に第二加工用ガイド（第二孔１４の端部）を形成し（図６の（ｂ）（ｃ）参照）、詰め物４２を取り除いて第二孔１４の貫通加工へ移行する。

第二孔１４の貫通加工では、第一孔１３を加工した従来の貫通加工ヘッド２を、案内ガイド部２３及び補助支持ガイド部２４を備えた貫通加工ヘッド２１に交換し、第一孔１３に補助支持ガイド部２４を配置すると共に第二孔１４の切削位置に加工ヘッド部２２を配置し、第二孔１４の加工を行う。

この時、クーラントは、クーラント圧送ライン及びガイドブッシュ１１内から、案内ガイド部２３のヘリカル状の溝３１、及び補助支持ガイド部２４の切欠き３９や流通孔４０を介して加工ヘッド部２２の外周先端へ流れ込み、切削の後、切粉と共に、切粉排出口２５から切粉排出通路３０を経てドリルチューブ３の内部へ排出されている。同時に案内ガイド部２３及び補助支持ガイド部２４の回転、潤滑、冷却を為すと共に、加工ヘッド部２２の潤滑、焼付防止を為し得るようにしている。

また案内ガイド部２３は、ヘリカル状の溝３１を有すると共に案内ガイド部２３の軸方向の長さにより、加工ヘッド部２２の軸芯挙動を一定に保持し、断続切削の衝撃を低減している。

更に補助支持ガイド部２４は、図５に示す如く加工精度の真直度の低下と捻れの発生要因となる切削ベクトルＦ０の発生に対し、第一孔１３と第二孔１４が交わる一方の点を支点Ｄとすると共に、凸部４１と第一孔１３の内周面に接触する点を支持点Ｂとすることによって、支持点Ｂから反力ベクトルＦ１を発生させ、切削ベクトルＦ０を相殺するようにしている。ここで支点Ｄ、支持点Ｂを別の表現にした場合、支点Ｄは天秤の支点の如く作用し、支持点Ｂは、支点Ｄと異なる領域（図５では右側の領域）に設けられて反力ベクトルＦ１を大きくし、切削ベクトルＦ０による曲げモーメントを最小限にするようにしている。

而して、このような実施の形態例によれば、ヘリカル状の溝３１を備えた案内ガイド部２３を配置するので、加工中の切削点の軸芯挙動を安定化して第二孔１４を適切に切削し、第二孔１４に要求される真直度の達成や、第一孔１３に対する第二孔１４の捻れの防止を図ることができる。

また案内ガイド部２３の長さＬ１を、加工ヘッド部２２の軸方向の長さＬ０に対し、２倍以上５倍以下にすると、加工中の切削点の軸芯挙動を安定化して第二孔１４を好適に切削し、第二孔１４に要求される真直度の達成や、第一孔１３に対する第二孔１４の捻れの防止を図ることができる。ここで案内ガイド部２３の長さＬ１を、加工ヘッド部２２の軸方向の長さＬ０に対し、３倍以上４倍以下にした場合には、加工中の切削点の軸芯挙動を安定化して第二孔１４を一層好適に切削することができる。なお案内ガイド部２３の長さＬ１を、加工ヘッド部２２の軸方向の長さＬ０に対し、２倍より小さくした場合には、加工中の切削点の軸芯挙動を適切に安定化することができないという問題があり、案内ガイド部２３の長さＬ１を少なくとも２倍以上にすることが必要である。また案内ガイド部２３の長さＬ１を、加工ヘッド部２２の軸方向の長さＬ０に対し、５倍より大きくした場合には、抵抗が増して切削を安定して行うことができないという問題があり、案内ガイド部２３の長さＬ１を少なくとも５倍以下にすることが必要である。

実施の形態例において、加工ヘッド部２２と案内ガイド部２３の間に補助支持ガイド部２４を装備し、加工ヘッド部２２が第二孔１４を加工する際に、補助支持ガイド部２４が第一孔１３に位置するように構成されると、案内ガイド部２３と合せて第二孔１４を一層安定的に切削し、第二孔１４に要求される真直度の達成や、第一孔１３に対する第二孔１４の捻れの防止を図ることができる。

補助支持ガイド部２４の長さＬ２を、加工ヘッド部２２の軸方向の長さＬ０に対し、０．２倍以上０．８倍以下にすると、第一孔１３の加工精度に依存することを低減し、第一孔１３の加工精度が劣る場合であっても第二孔１４の真直度や、第一孔１３に対する第二孔１４の捻れへの影響を抑制することができる。ここで案内ガイド部２３の長さＬ２を、加工ヘッド部２２の軸方向の長さＬ０に対し、０．４倍以上０．６倍以下にした場合には、第一孔１３の加工精度が劣る場合であっても真直度や、第一孔１３と第二孔１４の捻れへの影響を一層抑制することができる。なお案内ガイド部２３の長さＬ２を、加工ヘッド部２２の軸方向の長さＬ０に対し、０．２倍より小さくした場合には、加工ヘッド部２２をガイドする作用が低下し、第二孔１４の真直度の達成等が困難になるという問題があり、案内ガイド部２３の長さＬ２を少なくとも０．２倍以上にする必要がある。また案内ガイド部２３の長さＬ２を、加工ヘッド部２２の軸方向の長さＬ０に対し、０．８倍より大きくした場合には、第一孔１３の加工精度に依存し、第二孔１４の真直度の達成等が困難になるという問題があり、案内ガイド部２３の長さＬ２を少なくとも０．８倍以下にする必要がある。

実施の形態例において、加工ヘッド部２２の後方側に位置する中空主軸部２８に対し、案内ガイド部２３及び補助支持ガイド部２４を回転自在に配置すると、加工中の切削点の軸芯挙動を安定化して第二孔１４を適切に切削し、第二孔１４に要求される真直度の達成や、第一孔１３に対する第二孔１４の捻れの防止を図ることができる。

実施の形態例において、案内ガイド部２３のヘリカル状の溝３１から加工ヘッド部２２の先端へクーラントを流すように構成されると、加工ヘッド部２２の潤滑、焼付防止、切粉の排出を行い、加工中の切削点の軸芯挙動を安定化して第二孔１４を切削し、第二孔１４に要求される真直度の達成や、第一孔１３に対する第二孔１４の捻れの防止を図ることができる。また案内ガイド部２３の外周、案内ガイド部２３と中空主軸部２８の間には、クーラントの油膜を形成して潤滑等を行い、更に補助支持ガイド部２４の外周、補助支持ガイド部２４と中空主軸部２８の間にはクーラントの油膜を形成して潤滑等を行い、第二孔１４に要求される真直度の達成や、第一孔１３に対する第二孔１４の捻れの防止を図ることができる。

実施の形態例において、補助支持ガイド部２４は、第二孔１４から第一孔１３へ向かう切削ベクトルＦ０に対し、相殺する反力ベクトルＦ１を生じさせるように、第一孔１３の内周面に接触する凸部４１を備えると、切削ベクトルＦ０による曲げモーメントを最小限にするので、第二孔１４を最適に切削し、第二孔１４に要求される真直度の達成や、第一孔１３に対する第二孔１４の捻れの防止を十分に図ることができる。

尚、本発明の貫通加工ヘッドは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

６ 長尺材料（材料）
１３ 第一孔
１４ 第二孔
１５ 外周８の字状の孔
２１ 貫通加工ヘッド
２２ 加工ヘッド部
２３ 案内ガイド部
２４ 補助支持ガイド部
２６ 切削チップ
２８ 中空主軸部
３１ ヘリカル状の溝
４１ 凸部
Ｆ０ 切削ベクトル
Ｆ１ 反力ベクトル

Claims (5)

1. 第一孔を設けた材料に、第一孔の一部と重複するように第二孔を加工して断面で外周８の字状の孔を形成する貫通加工ヘッドであって、切削チップを備えた加工ヘッド部を先端に配置し、該加工ヘッド部の後方側で同軸上に、ヘリカル状の溝を備えた案内ガイド部を配置したことを特徴とする貫通加工ヘッド。
2. 加工ヘッド部と案内ガイド部の間に補助支持ガイド部を装備し、前記加工ヘッド部が第二孔を加工する際に、前記補助支持ガイド部が第一孔に位置するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の貫通加工ヘッド。
3. 加工ヘッド部の後方側に位置する中空主軸部に対し、案内ガイド部及び補助支持ガイド部を回転自在に配置したことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の貫通加工ヘッド。
4. 案内ガイド部のヘリカル状の溝から加工ヘッド部の先端へクーラントを流すように構成された請求項１〜３のいずれかに記載の貫通加工ヘッド。
5. 補助支持ガイド部は、第二孔から第一孔へ向かう切削ベクトルに対し、相殺する反力ベクトルを生じさせるように、第一孔の内周面に接触する凸部を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の貫通加工ヘッド。

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