JP4500748B2 - スローアウェイ式工具 - Google Patents

Description

この発明は、金属の内径面取り加工やバルブシート面の加工などに用いる刃具交換の可能なスローアウェイ式工具に関する。より詳しくは、工具本体の剛性向上と切屑処理性能の向上を両立させるための技術に関する。

周知のスローアウェイ式転削工具の中に、下記特許文献１〜３が開示しているようなものがある。特許文献１〜３が開示している工具は、いずれも、エンジンのシリンダヘッドなどに設けられるバルブ孔の開口縁にバルブシート面を加工するバルブシートカッタである。そのバルブシートカッタは、バルブシート面を加工する刃具を備えている。また、ワーク加工時に生成される切屑がワーク仕上げ面に接触して仕上げ面を傷つけることを防止するために、各刃具に対応させた切屑排出ポケットをカッタ本体の外周に設け、生成された切屑をその排出ポケットに取り込むようにしている。

特許文献１〜３が開示している工具の切屑排出ポケットは、カッタ本体を直線的に大胆にカットした幅（周方向寸法）の広いポケットになっている。又、ポケットの後端は、カッタ本体の中心軸に対して略垂直な平面的な端面を設けて行き止まりにしている。

ところで、従来のスローアウェイ式転削工具は、切屑処理性能の向上と本体の剛性向上を両立させうるものになっていない。切屑排出ポケットのサイズを大きくすれば切屑処理性能が向上するが、その一方で本体の剛性が低下し、加工中のいわゆるビビリ振動が発生し易くなって加工精度に悪影響がでる。また、切屑排出ポケットのサイズを小さくして本体の剛性を高めると、切屑処理が不十分になって切屑詰まり、それによる切削負荷の増加などが起こる。切屑排出ポケットの形状によっては、ポケット内に切屑が滞留し、それがワークと工具との間に噛み込んでワークを傷つけることもある。

なお、特許文献１は、本体の剛性低下による加工中の撓みを抑制することを主目的にして３方向の切れ刃取付け角を不等分割に配置しているが、同文献に開示されたバルブシートカッタは、切屑排出ポケットが大きく、ポケット形成部の本体断面積が減少して加工中にビビリ振動が起こり易い。

また、特許文献３は、サイズの大きな切屑排出ポケットを工具本体の中心軸に沿って設定し、その切屑排出ポケットに切刃チップを有するカートリッジを装着しており、生成された切屑が排出されずにカートリッジ上面部に残り、工具の部品やワークに絡みついてワークの仕上げ面を傷つけることがある。

また、特許文献１、３の切屑排出ポケットは、直線的な形状にしてあり、分断された切屑の流れを遮って切屑が分断されたときの飛散エネルギーが排出処理に生かされない。そのために、切屑が切屑排出ポケット内に蓄積され、切屑詰まりのトラブルや蓄積された切屑によるワーク仕上げ面の傷つきなどのトラブルを招くことがあった。

ここで、特許文献２の穴加工工具は、特許文献１、３の工具に比べて切屑排出ポケットが小さく、特許文献１、３の工具に比べると本体の剛性低下が抑制されると考えられるが、特許文献２には、切屑処理に影響する部分の構造については何も触れておらず、切屑処理性を同時に高める目的が達成されない。
特開平４−３６０７１１号公報 特開２００５−７４５８３号公報 特開２００３−２５１２０号公報

転削工具に対する小型化の要求は年々高まっており、その要求に応えるために、良好な切屑排出性と工具本体の剛性向上を両立させることが不可欠になってきている。そこで、この発明は、切削加工で特に問題になる切屑の排出性を向上させ、それにより切屑排出ポケットのサイズを縮小することを可能にして本体の剛性向上の目的も同時に達成することを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、着脱自在に固定される刃具とその刃
具に対応させた切屑排出ポケットを工具本体の外周に備えさせる。また、前記切屑排出ポ
ケットに、その切屑排出ポケットの後部を行き止まりにする端面を備えさせ、その端面を
、工具の側面視で当該端面の前方にＲ中心をもつ曲面で形成して刃具の切れ刃に近接した
位置に配置する。そしてさらに、切屑排出ポケットの端面を、複数の曲面を並列配置にした面で構成する。
なお、ここで言う前方とは、図１に示すスローアウェイ式工具の先端側（図面左方向）
を意味する。

このスローアウェイ式工具のより好ましい形態を以下に列挙する。
（１）切屑排出ポケットの底面を工具の中心軸に対して平行方向に延ばし、その底面を工
具の正面視で底面よりも外周側にＲ中心をもつ曲面で形成する。
（２）切屑排出ポケットの底面を、刃具の内端よりも工具本体の中心側に入り込ませる。
（３）切屑排出ポケットを、工具の正面視でＶ字状をなす外広がりの溝で形成する。
（４）上記（３）の切屑排出ポケットの、Ｖ字の開き角を、７５°以下に設定する。
（５）切屑排出ポケットの工具軸方向寸法を刃具の工具軸方向寸法よりも短くし、クラン
プ手段による刃具の固定を切屑排出ポケットから独立した位置で行う。

切屑排出ポケットの後部側の端面を曲面で形成すると、その端面に突き当たった切屑は曲面に沿って流れるので、切屑の飛散エネルギーの損失が小さくなる。また、端面が曲面であると、端面による切屑をカール、分断させる機能や切屑をポケットの外部に案内する機能も高まる。これにより、曲面の端面を切れ刃に近づけて切屑排出ポケットのサイズを縮小しても切屑詰まりが起こらなくなり、そのサイズ縮小により、切屑排出ポケット形成部の工具本体断面積を増加させて工具本体の剛性を向上させることも可能になる。

なお、切屑排出ポケットの底面を曲面で形成すると、底面による切屑をカール、分断させる機能や切屑をポケットの外部に案内する機能も高まり、切屑排出がより良好になされる。

また、切屑排出ポケットの端面を、並列配置の複数の曲面で構成したので、端面にチップブレーカ的な働きをする波ができて端面による切屑の処理性能が高まる。また、単一曲面で形成される面に比べて切屑の流出状況の変動に対する対応能力も高まり、切屑の処理能力、排出性能がより良くなる。単一曲面で形成される切屑排出ポケットは、切削加工中に常時切屑が擦過し、そのために工具本体の損傷が促進されたり、切屑がポケットに溶着してその排出が困難になったりすることがあるが、切屑排出ポケットの端面を複数の曲面で構成することで切屑の擦過を減少させることができ、上記の不具合が発生し難くなる。

切屑排出ポケットの底面を、刃具の内端よりも工具本体の中心側に入り込ませる構造も
切屑の排出をスムーズにするのに役立つ。

このほか、切屑排出ポケットを、工具の正面視でＶ字状の溝、中でも、Ｖ字の開き角が７５°以下の溝で形成したもの、或いは、切屑排出ポケットの軸方向寸法を刃具の軸方向寸法よりも短くし、クランプ手段による刃具の固定を切屑排出ポケットから独立した位置で行うものは工具本体の剛性低下が特に小さく、加工の安定性がさらに高まる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面の図１〜図７に基づいて説明する。例示のスローアウェイ式工具は、この発明をバルブシート加工工具（バルブシートカッタ）に適用したものである。バルブシート加工工具は、工具本体１の先端外周に複数個（図のそれは３個）の座溝２を周方向に間隔をあけて設け、各座溝２に、それぞれ刃具３を装着した構造になっている。３個の刃具３は、図６に示すように、傾き角（工具の中心軸Ｃに対する傾き角）を異ならせた切れ刃３ａ、３ｂ、３ｃを有しており、それらの切れ刃でワークＷに設けられたバルブ孔の開口縁を加工する。

工具本体１の外周には、各刃具３に対応させた切屑排出ポケット４が設けられている。
その切屑排出ポケット４は、この発明を特徴づける特殊な形状をもったポケットになっている。

各切屑排出ポケット４は、工具の正面視でＶ字状をなす外広がりの溝で形成されている。
この切屑排出ポケット４は、工具の正面視で工具の中心軸Ｃに対して垂直方向に形成されて切屑排出ポケット４の後部を行き止まりにする端面４ａと、底面４ｂと、刃具３のすくい面３ｄに対面する側面４ｃを有しており、端面４ａは、工具の側面視で弧をなす曲面で形成している。その曲面は、端面４ａよりも前方にＲ中心をもち、湾曲して工具の後方側に向けて入り込む形状になっている。

切れ刃３ｂに対応させた切屑排出ポケット４は、端面４ａを、３つの曲面が工具の周方向に並列に並べられた面で形成し、また、切れ刃３ａ、３ｃに対応させた切屑排出ポケッ
ト４は、端面４ａを、２つの曲面が工具の周方向に並列に並べられた面でそれぞれ形成し
ており、切屑排出性に優れる。各切屑排出ポケット４の端面４ａは、切れ刃に近い位置に配置されており、そのために、切屑排出ポケット４のサイズが十分に小さくなっており、
ポケット形成部（刃具装着部）における工具本体１の断面積減少が抑えられて工具本体１の剛性が不足なく確保される。なお、端面４ａは、単一の曲面で形成される端面も考えられるが、複数の曲面で形成することで波状の面になって切屑の処理性能がより高まる。

各切屑排出ポケット４は、底面４ｂも曲面で形成している。底面用の曲面は、工具の正面視で底面よりも外周側にＲ中心をもつ。また、例示の工具は、底面４ｂを、刃具３の内端よりも工具本体１の中心側に入り込ませており、切屑排出性がより優れたものになっている。

各刃具３は、クランプ手段５で工具本体１に着脱自在に固定するようにしている。ここでは、クランプ手段５として、押え金５ａと、その押え金５ａを推進させる締め付けねじ（所謂Ｗねじ）を組み合わせたものを採用した。このクランプ手段５は、押え金５ａと工具本体１とで刃具３を挟みつけて固定する。

例示のバルブシート加工工具に採用した刃具３は、板状チップ（ブレード）であり、その長さ（工具軸方向寸法）を、切屑排出ポケット４の長さよりも長くしている。切屑排出ポケット４の後方に切屑排出ポケット４から独立した切り欠き溝６を設け、そこに配置した押え金５ａで刃具３に設けたテーパ面３ｅを加圧するようにしており、その加圧で刃具３が座溝２のチップ座２ａ、２ｂに押し当てられて工具本体１に固定される。

図１の７は、必要に応じて設ける刃先位置の調整手段である。図示の調整手段７は、工具本体１にねじ込まれたねじであり、ねじ込み量を調整して頭部の位置を工具軸方向に変化させることができる。その頭部で刃具３を位置決めして切れ刃の工具軸方向位置を微調整するが、刃先位置の微調整は、周知の他の機構を用いて行うこともできる。

図中８は、工具本体１に同心的に取付けた軸受である。この軸受８には、工具本体と同軸上で回転させるリーマ（図示せず）が通され、そのリーマを軸受８で支持してそのリーマでワークに設けられるステム孔の仕上げ加工がなされる。

なお、座溝２のチップ座２ａと工具の回転方向後方にある切屑排出ポケットの側面４ｃとのなす角θ（図３参照）は、４５°以上にするのがよい。また、これから逆算すると、切屑排出ポケット４のＶ字の開き角α（図３参照）は７５°以下となるが、開き角αは工具剛性を左右するので、好ましくはカッタサイズに合わせて決定するのがよい。

刃具３との関係では、刃具３の厚みをｔとしたとき、切屑排出ポケット4の開口幅ｗを刃具厚みｔよりも大きくする。その開口幅ｗは、刃具厚みｔとの比では、工具の強度（本体の剛性）と切屑排出性能のバランスを考慮して１ｔ〜５ｔ、より好ましくは、２ｔ〜４ｔとするのがよい。

例示のバルブシート加工工具を用いてワークＷ（エンジン部のシリンダヘッド）に設けられたバルブ孔の開口縁を加工するときの、切れ刃３ａ、３ｂ、３ｃの切削負担領域を図６に示す。切れ刃３ｃは、バルブシート面を、切れ刃３ａはバルブシート面の奥のテーパ面をそれぞれ加工する。また、切れ刃３ｂは、バルブ孔の入り口の余肉部を加工する。切れ刃３ｂが加工する領域は、ワークＷがアルミニウム合金を使用しているため、焼結合金とアルミニウムの共削りとなることが多くなっており、この場合、切屑が折れずに長く伸び出す傾向がある。そこで、切れ刃３ｂの部分に設ける切屑排出ポケット４は、後部側の面が並列配置の３つの曲面で形成され、本体部（ボディ）内に切屑を詰まらせることなく、確実に工具外部へと排出する機能がより強く発揮されるものにした。

図７は、この発明の工具の他の実施形態を示している。この工具は、刃具３として、多角形スローアウェイチップを使用したものである。刃具（スローアウェイチップ）３の形状に合わせて工具本体１に設ける座溝２の形状を変化させている。また、刃具３を、中心の取り付け孔に通したクランプねじ（クランプ手段）５ｃで工具本体１に固定するようにしている。その他の構成は、図１〜図５の工具とほぼ同じである。このように、刃具３は、既存の汎用の多角形スローアウェイチップなどであってもよい。この取り付け孔の形成されたスローアウェイチップを使用すると、座溝２のサイズを図１〜図５の工具に比べて小さくすることができ、それにより、工具本体１の剛性をさらに高めることが可能になる。

なお、以上の説明は、バルブシート面の加工を行う工具を例に挙げて行ったが、この発明は、工具本体の外周に後部側が行き止まりになる切屑排出ポケットを設け、その切屑排出ポケットにワークを加工するときに生成される切屑を取り込んで処理する工具の全てに適用できる。

この発明のスローアウェイ式工具の一例を示す側面図 図１の工具の矢視Ａ方向視図 図１の工具の要部の正面図 図１の工具の斜視図 図１の工具の視点を変えた斜視図 ３個の刃具で加工するバルブシート面の断面図 この発明のスローアウェイ式工具の他の例を示す斜視図

符号の説明

１ 工具本体
２ 座溝
２ａ、２ｂ チップ座
３ 刃具
３ａ、３ｂ、３ｃ 切れ刃
４ 切屑排出ポケット
５ クランプ手段
５ａ 押え金
５ｂ 締め付けねじ
５ｃ クランプねじ
６ 切り欠き溝
７ 調整手段
８ 軸受

Claims (6)

1. 着脱自在に固定される刃具（３）とその刃具（３）に対応させた切屑排出ポケット（４
   ）を工具本体（１）の外周に有し、前記切屑排出ポケット（４）が、その切屑排出ポケッ
   トの後部を行き止まりにする端面（４ａ）を備え、その端面（４ａ）を、工具の側面視で
   当該端面（４ａ）の前方にＲ中心をもつ曲面で形成して刃具（３）の切れ刃に近接した位
   置に配置し、さらに、前記切屑排出ポケット（４）の端面（４ａ）を、並列配置にした複数の曲面で構成したスローアウェイ式工具。
2. 前記切屑排出ポケット（４）の底面（４ｂ）を工具の中心軸（Ｃ）に対して平行方向に
   延ばし、その底面（４ｂ）を工具の正面視で底面（４ｂ）よりも外周側にＲ中心をもつ曲
   面で形成した請求項１に記載のスローアウェイ式工具。
3. 前記切屑排出ポケット（４）の底面（４ｂ）を、前記刃具（３）の内端よりも工具本体
   （１）の中心側に入り込ませた請求項２に記載のスローアウェイ式工具。
4. 前記切屑排出ポケット（４）を、工具の正面視でＶ字状をなす外広がりの溝で形成した
   請求項１〜３のいずれかに記載のスローアウェイ式工具。
5. 前記切屑排出ポケットの、Ｖ字の開き角（α）を、７５°以下に設定した請求項４に記
   載のスローアウェイ式工具。
6. 前記切屑排出ポケット（４）の工具軸方向長さを前記刃具（３）の工具軸方向長さより
   も短くし、前記クランプ手段（５）による前記刃具（３）の固定を前記切屑排出ポケット
   （４）から独立した位置で行った請求項１〜５のいずれかに記載のスローアウェイ式工具
   。

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