JPH0146242B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

(a) 技術分野の説明 本発明は切削工具に関し、特に切りくず形状と
排出方向を制御する切りくず処理性を向上させた
切削工具に係る。 (b) 従来技術の説明 切削に伴う切りくずの生成とその排出、処理の
問題は切削加工工程の効率の問題ばかりでなく、
作業者の安全や、加工物の品質、機械や工具の寿
命、損傷などにも密接に関係しており、切りくず
の形状、排出方向の最適化による切りくず処理性
の向上が強く望まれていた。また仕上加工のよう
な微小切込み、微小送りといつた切削条件下では
一層切りくずの処理性が悪く、その解決策も強く
求められていた。 従来最も一般的な切削工具としては第１図ａ〜
ｃに示すような切削工具本体１にチップブレーカ
２を設けたもので、その断面形状には大別して第
１図ａに示す平行型、同図ｂに示す傾斜型、同図
ｃに示す円弧型の３種類がある。これらはいずれ
も切りくずを適度に細断することを目的としてお
り、その機能は加工物の材質や切削条件等によ
り、有効に働く範囲が制限される。ここで第１図
ａ〜ｃに示すチツプブレーカの種類と通常採られ
る諸数値の範囲を表にして示すと次の通りであ
る。

【表】 表中ｆは回転当りの送り（単位mm／回転）を表
わしている。 第２図は第１図ａ〜ｃに示したようなチツプブ
レーカにより切りくずが適度に切断される範囲を
斜線により示したものである。したがつて第２図
からも明らかなようにチツプブレーカが有効に働
く切削条件は限られており、また低切削条件と高
切削条件では切りくず処理性が劣ることがわか
る。 ところで、最近切削加工の自動化が進められる
につれ、工作機械の動きや切削条件の指令を数値
制御（NC）により行なつて無人化することが考
えられているが、切りくず処理のために作業者が
必要となる等別の面での不都合が現実の問題とな
りつつある。一方、ステンレス鋼や銅、アルミニ
ウムなどの延性に富む材料の切削では切りくずが
長い帯状となることがままあり、これを細断する
ための工具形状としては種々のものが考案されて
いるが、いまだに問題を解決するに至つていな
い。また無理に切りくずを細断しようとすると、
チツプブレーカが切りくずによりたたかれて損傷
し工具寿命や縮めることも少なくない。その他、
切りくず形状や排出される方向が変化し易いた
め、これら予測することができず、その対策とし
ては泥縄式で後手にまわざるを得ないことが多
い。このため、加工自体の自動化が急速に進みつ
つある現在、人為的に切りくずの形状と排出方向
をコントロールできる切削工具が強く望まれてい
た。 ここで本発明の理解が容易にするため、まず第
３図乃至第８図により従来例と実験例について述
べることにする。第３図は従来の切削工具（バイ
ト）の例であり、バイト本体１に設けられている
チツプブレーカ２は、第１図ｂに示したものと同
一である。また４は主切刃、５は副切刃、６はす
くい面、７は主逃げ面、８は副逃げ面である。第
４図はは穴あけ加工に用いられるツイストドリル
３を示す部分斜視図であり、主切刃４、副切刃
５、すくい面６、主逃げ面７、副逃げ面８など切
削工具として具備すべき要素は前述のバイトと同
様に有しており、形状はかなり異なるものの機能
的には類似していることがわかる。第５図は加工
物１１に対する穴あけ加工中のツイストドリルの
状態を示す模式図であり、先端の主切刃４により
生成された切りくず９はフルート１０中をツイス
トドリルの上部方向に連続的に排出されているこ
とがわかる。第６図は左右のフルート１０と加工
物１１の穴の内壁により拘束されている切りくず
９の状態を示す横断面図である。 さて、実際にツイストドリルの切りくずはフル
ートに沿つて連続した状態で排出されることが多
く、また研究（中山一雄他、切りくず形状から見
たねじれ刃ドリルの切削性能、精密機械、43巻、
４号、p.427〜432、1977年４月）によれば、ツイ
ストドリルの切削性能は穴が浅い場合すくい角
20゜程度のバイトによる二次元切削に相当するき
わめて良好なものであると言われており、切削工
具として合理的な形状であることが明らかにされ
ている。そこで、ツイストドリルの切削性能と切
りくず形状、排出性に着目して旋削加工用工具と
して用いる実験をしてみた。第７図にその時の上
から見た状態を模式的に示す。かかる実験により
得られた切りくずの形状は第５図に示したような
円錐らせん形を主とした連続したコイル状のもの
であり、切削条件の低いところから比較的高いと
ころまで意図したような切りくずが生成し、フル
ート１０の中を通過して排出された。第８図は切
削条件のうち横軸に送りｆ、縦軸に切込みｄをと
り、上記のような切りくずが生成した範囲を斜線
で示したものである。このことからも判るように
通常の切削工具では第８図に示したような切削条
件の広い範囲で円錐らせん形状の連続した切りく
ずを一定の方向に排出することは困難である。 (c) 発明の目的 本発明は上記の欠点を除去するためになされた
もので、切りくずを連続したコイル状に巻いた一
定形状に生成しかつその排出方向を任意に制御す
ることができる切りくず処理性を向上させた切削
工具を提供することを目的とする。 (d) 発明の実施例 以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。第９図は本発明の第１の実施例におけるバイ
トの要部を示す斜視図である。本実施例では第９
図に示すようにバイト本体１にツイストドリルの
フルート形状を模したチツプフオーマ１２を設け
る構成とするものであり、このチツプフオーマ１
２は全長に渡り曲率半径がほぼ一定となるように
形成されている。この場合、上記チツプフオーマ
１２は主切刃４により切り取られた切りくずがバ
イト本体１の後部下方に排出されるように平行す
くい角λをつけている。 第１０図は切りくず処理性を中心とした切削比
較試験に供したバイト切刃付近の部分断面図を示
しており、第１０図ａは本発明のチツプフオーマ
を第１０図ｂは従来の一般的なチツプブレーカの
一種を示している。両者の諸元を第２表に示す。

【表】 同表からわかるように両形状共に垂直すくい角
ρは30゜とした他、横切刃角（図示せず）は15゜、
前切刃角（図示せず）は5゜、すくい面の曲率半径
Ｒは1.25mm、溝の幅ωは3.0mmに統一してある。
さて本発明の特徴の一つはチツプフオーマの内接
円Ｃとチツプフオーマとの接触弧の両端P₁，P₂
のなす角θの値が90゜以上であり90゜未満の従来の
チツプブレーカに比らべ、大きくしてある。な
お、チツプフオーマの断面形状が、楕円形や特殊
曲線の場合にもそれらを略円形として扱い上記に
準ずる。またチツプフオーマの主切刃４寄りの部
分には直線部分を設けても良い。 ここで切刃およびチツプフオーマの材質として
は、ハイス（高速度工具鋼）の他柔らかめの超硬
合金、例えば微粒子合金やJIS使用分類呼び記号
のうちのP30〜40、M30〜40、K30程度が適して
おり、またコーテイング材種も適している。 次に上記のように構成した切削工具の作用を説
明する。第１１図ａは切削工具のチツプフオーマ
１２による切りくず生成状態を模式的に示した断
面図であり、加工物１１から分離した切りくず９
は切りくずを包み込むようなチツプフオーマ１２
のため、強制的に湾曲し、その時の切りくずの曲
率半径は、前述のチツプフオーマの曲率半径Ｒに
近い値となるが、実験によれば加工物の材質と切
削条件により多少変化する。第１１図ｂは従来の
チツプブレーカ２による切りくず生成状態を示す
断面図であり、切りくず９は円弧状に巻くことも
あるが細断することもあり、一定しない。また切
りくずの流出方向も、切りくずの形状によりばら
つく。円弧状の切りくずを生成した場合も、その
切りくずの曲率半径はチツプブレーカ２の曲率半
径１２よりもかなり大きくなるのが普通である。
これはチツプブレーカは本質的に切りくずを細断
することを目的としているため、本実施例の切削
工具のチツプフオーマ１２のような、切りくずを
包み込んで強制的に湾曲させるという作用を行な
わないことに起因している。しかしながら、加工
物、特に延性に富む銅やアルミニウム、ステンレ
ス鋼などの材料を切削する場合には切りくずを無
理に細断するよりも連続させたままでより処理性
の良好な形状、つまり連続したコイル形などにし
てチツプフオーマの方向で決まる切りくずの排出
方向を作業者の安全サイドや、加工物の仕上面に
接触しない方向、切り粉罐のある方向等、都合の
良い方向に制御してやる方がメリツトが大きい。
またチツプブレーカにより切りくずを細新する従
来の切削工具では切刃自体はまだ使用可能である
にもかかわらず、チツプブレーカが切りくずにた
たかれて損傷すると、切りくず形状と流出方向が
刻々変化するため、使用不可能に陥ることも少な
くなかつた。しかし、本実施例による切削工具に
おいては切りくずの流出する勢いを利用して滑ら
かな円弧でコイル状に巻くためチツプフオーマの
損傷は軽微である。 第１２図は本実施例の切削工具による切削状態
を示す斜視図であり、チツプフオーマ１２により
全長にわたりほぼ等径でかつ、等ピツチの連続し
たコイル状に生成された切りくず９がチツプフオ
ーマ１２中を通過して、意図した方向に排出され
ている。 第１３図は第１０図に示した諸元の本実施例の
切削工具と従来の切削工具により連続したコイル
状切りくずの生成域を切削条件との関係で示した
図であり、本実施例の切削工具では実験した全
域、すなわち送りｆは0.01mm／回転から0.1mm／
回転、切込みｄは0.05mmから1.0mmの広い範囲で
連続したコイル状切りくずを生成したのに対し従
来の切削工具では、斜線で示した以外の領域では
切りくずを細断した。すなわち従来の切削工具で
は実験の条件内において連続したコイル状切りく
ずと細断された切りくずの両者を生成した訳で、
切りくず形状がばらつき、処理性が劣る結果とな
つている。 (f) 変形例 次に本発明の他の実施例について説明する。第
１４図は本発明の第２の実施例の要部を示す斜視
図である。本実施例においては第１４図に示すよ
うに前述のチツプフオーマ１２と異なり、切削工
具本体１に穴状のチツプフオーマ１３を切刃近傍
に設ける構成とするものである。この場合穴状の
チツプフオーマ１３は全長に渡り等径φに形成し
た切りくず誘導穴と呼ぶ方が適切である。第１５
図は第１４図に示した例を第三角法で表示し、切
りくず誘導穴１３の角度関係を示したもので、三
次元で切りくず誘導穴の角度を定義するには、図
中のα，β，γのうち、２つを決めてやれば良
い。実際に実験を行つた結果α，βの値はαが10
〜70゜βが５〜105゜の範囲であり、連続したコイル
状の切りくずは切りくず誘導穴１３を通過して排
出されることがわかつた。但し、切削条件や、切
刃部分と前記切りくず誘導穴１３との関係、特に
切りくず誘導穴１３の開口部の一部を切刃として
用いる時のすくい面の形状が重要であり、切刃か
ら切りくず誘導穴に移行する面を滑らかな曲面と
すると切りくずの流れが良くなる。 第１６図乃至第２５図は本発明の第３乃至第12
の実施例をそれぞれ示すもので、第３乃至第７の
実施例はスローアウエイチツプ化した場合を示し
ている。第１６図に示す第３の実施例では上下面
に合計８ケ所のチツプフオーマ１２を設ける構成
としたものである。かかる構成とすれば切刃の摩
耗に伴い、順次未使用の切刃を割り出して使用で
き経済的である。尚、破線は形状比較のための直
方体を示す。第１７図に示す第４の実施例ではチ
ツプフオーマ１２の後部下方への傾斜を強めるよ
うにしたものであり、１つのチツプフオーマの両
端が切刃となる。第１８図に示す第５の実施例は
第１７図に示したタイプのチツプフオーマ付スロ
ーアウエイチツプ１４をバイトホルダ１との関係
において構成したものである。切りくずはスロー
アウエイチツプ１４に設けたチツプフオーマ１２
中を通過し、続いてバイトホルダ１′に設けた前
記チツプフオーマ１２とつながる溝１５を通過し
てバイトホルダの後部下方に連続的に排出され
る。第１９図に示す第６の実施例では立インサー
ト型のスローアウエイチツプ１４にチツプフオー
マ１２を設けたもので、その断面形状は徐々に変
化して反対側では反転している。このような形状
にすることによつて４ケ所のどの主切刃４も良好
な切りくずを生成し排出することができる。第２
０図に示す第７の実施例では立インサート型のス
ローアウエイチツプでありながら８ケ所の切刃と
チツプフオーマを有する改良された実施例をバイ
トホルダ１′との関係において示した部分斜視図
であり、切りくずは傾斜したすくい面１８で削り
取られ、チツプフオーマ１２、そしてバイトホル
ダ上面に設けた溝１５中を通過して排出される。
前記溝１５はパイプ状のものであつても良い。 以上の説明は、チツプフオーマと切刃が同一の
スローアウエイチツプあるいはバイトに設けられ
た場合を例にとつたが第２１図乃至第２５図に示
す第８乃至第12の実施例では分割構成にした場合
を示す。第２１図に示す第８の実施例ではすくい
面が平坦なスローアウエイチツプあるいはバイト
１の上面にチツプフオーマ１２を成形した超硬製
や鋼製等の板２０を載せた溝成とするものであ
る。第２２図に示す第９の実施例では切刃近傍
に、第１図に示したような従来型のチツプブレー
カを設けたスローアウエイチツプあるいはバイト
本体１の上面に、内接円Ｃの円弧が滑らかにつな
がるように端部を加工、成形した超硬製や鋼製等
の板２０を載せた構成とするものである。これら
の板２０を用いれば平坦な形状や従来のチツプブ
レーカを設けた切削工具をチツプフオーマを具備
した優れたものに改善することができる。前記の
板２０とスローアウエイチツプあるいはバイト１
を結合する手段としてはロー付や板上面からの圧
接などの他、両者の中央部に設けた穴１６を利用
した中空ネジによる締結等既知の技術を用いてよ
い。第２３図に示す第10の実施例ではスローアウ
エイチツプ１４の上部に板２０を載せて両者でチ
ツプフオーマを形成する構成とするものである。
第２４図に示す第11の実施例ではそれをバイトホ
ルダ１′との関係において構成したものである。
第２４図において、板２０は２面S₁，S₂をバイト
ホルダにより拘束されると共に締付ピン１７によ
り拘束され固定される。第２５図に示す第12の実
施例では切りくず誘導穴１３を設けたスローアウ
エイチツプ１４をバイトホルダ１′との関係にお
いて構成したものであり、四隅に設けた傾斜貫通
穴が切りくず誘導穴１３として作用する他、実際
に切削に関与する切りくず誘導穴には、これにつ
ながる穴２１がバイトホルダ１′に貫通してあけ
られており、切りくずはバイトホルダの下部から
排出される。また切りくずを収容する容器が比較
的離れている場合等には前記切りくず誘導穴１３
の径φ以上の太さの柔軟なパイプ２２を前記のバ
イトホルダ１′に設けた貫通穴２１に接続した上
切りくずの流れを円滑にするためパイプ２２の排
出口側から吸引したりしても良い。 (e) 発明の効果 以上説明したように本発明では連続したコイル
状の切りくずを生成し、またチツプフオーマある
いは切りくず誘導穴をその排出方向が決まるよう
に切刃近傍に設けるようにしたので、次のような
効果が得られる。 (1) チツプフオーマまたは切りくず誘導穴を切り
くずが通過するため、作業者に安全な方向や、
切りくず収容に便利な方向、加工した面から遠
去する方向、工具や機械にからみつかない方向
など目的に応じて切りくずの排出方向を変える
ことができ、安全性の向上や切りくず処理効率
の向上、加工表面品位の向上などを達成するこ
とができる。また切りくず排出の方向は加工途
中で変化することがなく安定して一定の方向か
ら行なわれるため、切りくず処理の対応が容易
である。これらの効果は銅やアルミニウム、ス
テンレス鋼等の延性材料の加工では特に重要で
ある。 (2) 切りくずは強制的に連続したコイル状とする
ため、従来のように加工途中で切りくずの形状
が変化したり、細断された切りくずが飛散した
りすることがなく、加工能率が向上する。また
切りくずの外径はチツプフオーマの内接円直
径、あるいはまた切りくず誘導穴の内径にほぼ
等しい値となるためパイプやチユーブなどを接
続して切りくずの管内輸送を円滑に行なうこと
もできる。 (3) 従来の切削工具に比らべ、より広い切削条件
の範囲で同一形状の連続したコイル状切りくず
を生成することができる。換言すれば、従来の
ように切りくず形状を一定にするために切削条
件を拘束する必要性が減じ、高い切削条件から
低い切削条件までを同一の切削工具でカバーし
能率良く加工することができる。 (4) 従来のチツプブレーカを設けた切削工具では
切りくずにたたかれてチツプブレーカが損傷
し、使用不可能に陥るケースが少なくなかつた
が、本発明では切りくずの流出する勢いを利用
して滑らかにコイル状に巻くため工具の損傷が
少なく寿命が長くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の一般的なチツプブレーカ形状を
示す部分断面図、第２図はチツプブレーカの有効
範囲を示す図、第３図は従来のバイトを示す斜視
図、第４図はツイストドリルの斜視図、第５図お
よび第６図はツイストドリルの切削状態を示す断
面図、第７図はツイストドリルによる外周旋削を
示す平面図、第８図は連続した円錐らせん形切り
くずの生成範囲を示す図、第９図は本発明の第１
の実施例の要部を示す斜視図、第１０図および第
１１図は同実施例においてチツプフオーマとチツ
プブレーカの比較断面図、第１２図は同実施例の
チツプフオーマによる切削状態を示す図、第１３
図は同実施例においてチツプフオーマとチツプブ
レーカの有効範囲の比較を示す図、第１４図乃至
第２５図は本発明の第２乃至第12の実施例をぞれ
ぞれ示す斜視図である。 １…切削工具、バイト、１′…バイトホルダ、
２…チツプブレーカ、３…ツイストドリル、４…
主切刃、５…副切刃、６…すくい面、７…主逃げ
面、８…副逃げ面、９…切りくず、１０…フルー
ト、１１…加工物、１２…チツプフオーマ、１３
…切りくず誘導穴、１４…スローアウエイチツ
プ、１５…チツプフオーマにつながる溝、１６…
中央の穴、１７…締付ピン、１８…傾斜したすく
い面、１９…シム、２０…板、２１…切りくず誘
導穴につながる穴、２２…パイプ、ｆ…送り、ｄ
…切込み、ρ…垂直すくい角、Ｒ，R′…すくい
面あるいはチツプフオーマの曲率半径、ω…溝の
幅、Ｃ…内接円、P₁，P₂…接触弧の両端、θ…
P₁，P₂のなす角、Ｏ…内接円の中心、Ｖ…切削
り速度、α，β，γ…切りくず誘導穴の角度、λ
…チツプフオーマの平行すくい角、S₁，S₂…バイ
トホルダの拘束面、φ…切りくず誘導穴の径。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 切削工具の切刃近傍に、切りくずを連続した
   コイル状に生成し、かつ前記切りくずの排出方向
   を決定する略半円形の断面形状を有し、その略半
   円形の接触弧の曲率半径の中心から前記弧の両端
   を結んだ線のなす角度が90度以上となるようなチ
   ツプフオーマを設け、このチツプフオーマの曲率
   半径を全長に渡り略一定になるよう形成したこと
   を特徴とする切削工具。 ２ 切削工具本体の切刃の先端近傍に、切りくず
   を連続したコイル状に生成し、かつ前記切りくず
   の排出方向を決定する貫通穴を切りくず誘導穴と
   して設け、この切りくず誘導穴の穴径を全長に渡
   り略一定になるよう形成したことを特徴とする切
   削工具。