JP5777028B2 - 切屑吸引用工具 - Google Patents

Description

本発明は、切屑吸引装置を備えた工作機械に装着される切屑吸引用工具に関し、特に、切削加工時に発生する切屑の回収効率を向上できるようにした吸引構造の改善に関する。

工作機械において、ワーク加工中に発生する切屑の飛散を防止するために切屑吸引装置を備える場合がある。この種の工作機械において、切屑の回収効率を向上するには、発生する切屑をできるだけ小さく分断することが効果的である。

このように切屑を小さく分断することを狙ったドリルとして、従来例えば、特許文献１に記載されたものがある。このドリルでは、先端部に形成された切刃を、径方向外方に向かって階段状に複数の段差部を形成した段付き刃としており、この段付き刃によって切屑を小さく破砕することができる。

特許第４１３２４７７号公報

ところで、前記公報記載の工具では、切刃が複数の段付き刃によって構成されているので、切刃が径方向外方に連続している従来の工具に比較すれば、切屑分断性の向上が期待される。しかし、前記公報記載の工具では、前記段差部の形状の如何によっては、切屑の分断が期待通りにいかず、切屑の回収効率を向上できない場合があることが判明した。

本発明は、前記従来の状況に鑑みてなされたもので、簡単な構造により切屑の分断性を向上でき、切屑の回収効率を向上できる切屑吸引用工具を提供することを課題としている。

請求項１の発明は、先端部に切刃が形成されるとともに、先端部に開口する切屑吸引孔を有し、切屑吸引装置を備えた工作機械に装着される切屑吸引用工具であって、前記切刃は、工具軸心から径方向外方に向かって階段状に段差部が形成された複数の段付き刃で構成され、前記各段差部は、工具先端から遠ざかるほど工具軸心に近くなるテーパ面をなすように形成され、該各段差部の工具先端から遠い側の端部と隣接する段付き刃とがなす隅部は、弧状をなしており、かつ前記段差部の工具軸心方向の投影面内に位置する大きさに設定されていることを特徴としている。

請求項２の発明は、先端部に切刃が形成されるとともに、先端部に開口する切屑吸引孔を有し、切屑吸引装置を備えた工作機械に装着される切屑吸引用工具であって、前記切刃は、工具軸心から径方向外方に向かって階段状に段差部が形成された複数の段付き刃で構成され、前記各段差部は、前記工具軸心と平行に形成され、又は工具先端から遠ざかるほど工具軸心に近くなるテーパ面をなすように形成されており、前記切刃のすくい面に溝部が形成され、該溝部は、前記段付き刃との境界面が前記工具軸心に対して工具先端側ほど回転方向側に位置するよう傾斜するねじれ角を有し、該ねじれ角は、０°より大きく２０°より小さい角度に設定されていることを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１に記載の切屑吸引用工具において、
前記切刃のすくい面に溝部が形成され、該溝部は、前記段付き刃との境界面が前記工具軸心に対して工具先端側ほど回転方向側に位置するよう傾斜するねじれ角を有し、該ねじれ角は、０°より大きく２０°より小さい角度に設定されている
ことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、段付き刃を構成する段差部を、前記工具軸心と平行に、又は工具先端から遠ざかるほど工具軸心に近くなるテーパ面をなすように形成したので、切屑の分断性を向上でき、切屑の回収効率を向上できる。即ち、前記公報記載の工具の場合、前記段差部が工具先端から遠ざかるほど工具軸心から遠くなるテーパ面、つまり先細りのテーパ面をなすように形成されているので、各段付き刃によって切削が行われるとともに、前記先細りのテーパ面によっても切削が行われる場合があり、その結果各段付き刃による切屑同士がテーパ面による切屑を介して繋がってしまう場合があった。

これに対して、本発明では、段差部を、前記工具軸心と平行に、又は工具先端から遠ざかるほど工具軸心に近くなるテーパ面、つまり従来と逆の先拡がりのテーパ面としたので、段差部のテーパ面による切削が行われることはほとんどなく、各段付き刃による切屑同士を確実に分断できる。

請求項１及び２の発明によれば、各段差部と隣接する段付き刃とがなす隅部を段差部の工具軸心方向の投影面内に位置する大きさに設定したので、より確実に切屑の分断性を向上でき、切屑の回収効率を向上できる。即ち、切刃を、階段状に段差部が形成された複数の段付き刃で構成した場合、段差部と隣接する段付き刃との隅部は、その製造工程上研削砥石の形状に対応した弧状となる。そのため前記隅部の大きさ如何によっては、特に弧状部分においても切削が行われ、前記分断性に悪影響を与えるおそれがある。これに対して、本発明では、前記テーパ面を、前記隅部が、前記段差部の軸心方向投影面内に位置する程度の先拡がりの逆テーパ面としたので、前記隅部による悪影響を回避でき、切屑の分断性をより一層向上できる。

請求項２及び３の発明によれば、各切刃のすくい面に形成された溝部に、工具軸心に対して０°より大きく２０°より小さい角度で傾斜するねじれ角を設定したので、より確実に切屑を小さくすることができる。切屑を小さくすることで、個々の切屑が軽くなるため、切屑の回収効率を向上できる。

本発明の実施例１に係る切屑吸引用工具が装着された工作機械の全体斜視図である。 前記工具の正面図である。 前記工具の切刃部分の、前記図２におけるIII矢視図である。 前記工具の切刃部分の、前記図２におけるIV矢視図である。 前記工具の段差部の拡大図である。 前記工具の右側面図である。 前記工具を用いて発生した切屑の拡大図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１ないし図６は、本発明の実施例１による切屑吸引用工具を説明するための図である。

図において、１は工作機械を示している。該工作機械１は、ベッド２と、該ベッド２の奥部分に立設されたコラム３と、該コラム３の前面に上下方向（Ｚ軸方向）に移動自在に支持された主軸頭４と、前記ベッド２の手前部分に前後方向（Ｙ軸方向）に移動自在に支持されたサドル５と、該サドル５上に左右方向（Ｘ軸方向）に移動自在に支持されたテーブル６とを備えている。

前記主軸頭４内には、主軸７が回転自在に支持されており、該主軸７の下端部には工具ホルダ１４を介して切屑吸引用工具としてのドリル１０が着脱可能に装着されている。

前記工作機械１は、さらに、前記主軸７に装着された前記ドリル１０と次工程用工具とを自動的に交換する自動工具交換装置１１を備えている。この自動工具交換装置１１は、前記コラム３の側壁に配置された工具マガジン１２と、該工具マガジン１２と前記主軸７との間に配置された工具交換アーム１３とを有する。

そして本実施例の工作機械１は、前記主軸７に装着された前記ドリル１０によりワークＷに穴あけ加工を施す際に発生する切屑を吸引する切屑吸引装置１５を備えている。

前記切屑吸引装置１５は、吸引力発生源を内蔵する切屑回収箱１５ｂと前記ドリル１０とを、該ドリル１０，前記工具ホルダ１４及び主軸７に形成された吸引路及び吸引パイプ１５ａにより接続した概略構造を有する。

前記主軸７は、軸心部に、前記吸引路の一部を構成する切屑排出孔が貫通形成された筒状体からなり、前記主軸頭４に内蔵された駆動モータ（不図示）により回転駆動される。

前記工具ホルダ１４は、軸心部に、前記工具１０が装着される支持穴及び前記吸引路の一部を構成する切屑排出孔が貫通形成され、前記主軸７の下端部に着脱可能に装着されている。

前記ドリル１０は、ドリル本体８と、該ドリル本体８の先端部８ａの先端面に形成された一対の切刃９，９とを有する。前記ドリル本体８は、前記切刃９が形成された前記先端部８ａと、該先端部８ａより小径の胴部８ｂと、該胴部８ｂより大径で前記工具ホルダ１４に保持される保持部８ｃとを有し、切屑吸引孔１６が、軸心ａを貫通して延びる円筒状をなしている。

前記一対の切刃９，９は、前記工具軸心ａを中心とする点対称をなすように配置形成されている。そして、前記先端部８ａの、図２における前記切刃９，９より反時計回りの回転方向前側部分はすくい面を構成するのであるが、本実施例１では、この前側部分を切削除去することにより溝部８ｆ，８ｆが形成されている。この溝部８ｆ，８ｆを形成したことにより、前記切屑吸引孔１６の吸込口１６ａ，１６ａが切刃９，９の前記回転方向前側近傍に開口している。また、前記切屑吸引孔１６の後端部は前記ドリル本体８の後端面８ｅに開口している。

そして前記各切刃９は、工具軸心ａから径方向外方に向かって階段状に段差部９ａを形成してなる複数（本実施例では４個）の段付き刃９ｂで構成されている。前記各段付き刃９ｂは、所定の、例えば１３０°〜１４０°の刃先角度となるように工具軸心ａ上の工具先端ａ′から径方向外方ほど低くなるように形成されている。

さらに、前記各切刃９のすくい面となる部分に形成された前記溝部８ｆ，８ｆの前記各段付き刃９ｂとの境界面８ｆ′には、工具軸心ａに対して工具先端ａ′側ほど前記回転方向前側に位置するように傾斜するねじれ角βが設定されている。このねじれ角βは、工具軸心ａに対して０°〜２０°程度に設定されている。

前記ねじれ角βが２０°を超えると、切屑がカールしやくなり、またカールが２巻き以上となりやすく、１個あたりの重量が増加して吸引性能が低下する可能性がある。

前記ねじれ角βが小さいほど切屑の分断効果が向上するが、一方、ねじれ角βが小さくなるほど切削抵抗が大きくなるので、前記ねじれ角βは、３°〜１５°程度に設定することがより好ましい。

さらにまた、前記各段差部９ａは、前記工具先端ａ′から遠ざかるほど工具軸心ａに近くなるテーパ面、換言すれば先拡がりのテーパ面をなすように形成されている。具体的には、前記段差部９ａの延長線９ａ′と前記軸心ａとのなす角度θが１〜６°に設定されている。

より好ましくは、図５に示すように、前記各段差部９ａの工具先端ａ′から遠い側の端部９ｃと隣接する段付き刃９ｂ′とで形成される隅部９ｄは、円弧状をなしており、かつ前記各段差部９ａの角度θは、工具軸心ａ方向の光ｄを照射した場合の前記段差部９ａの投影面ｃ内に前記隅部９ｄが位置する大きさに設定されている。

本実施例１によれば、各段付き刃９ｂを構成する各段差部９ａを、前記工具先端ａ′から遠ざかるほど工具軸心ａに近くなるいわゆる末広がりのテーパ面をなすように形成したので、切屑の分断性を向上でき、切屑の回収効率を向上できる。

即ち、仮に前記段差部が工具先端から遠ざかるほど工具軸心から遠くなるいわゆる先細りのテーパ面をなすように形成されている場合は、各段付き刃によって切削が行われるとともに、前記先細りのテーパ面によっても切削が行われる場合が考えられる。その結果各段付き刃による切屑同士がテーパ面による切屑を介して繋がってしまう場合があった。

これに対して、本実施例では、段差部９ａを、前記先細りのテーパ面とは逆の先拡がりのテーパ面、つまり工具先端ａ′から遠ざかるほど工具軸心ａに近くなるテーパ面としたので、段差部９ａにおいて切削が行われることはほとんどなく、各段付き刃９ｂによる切屑同士を確実に分断できる。

さらにまた、各段差部９ａと隣接する段付き刃９ｂ′とがなす隅部９ｄを段差部９ａの工具軸心方向の光ｄによる投影面ｃ内に位置する大きさに設定したので、換言すれば、前記隅部９ｄが前記投影面ｃ内に位置するように前記角度θを設定したので、より確実に切屑の分断性を向上でき、切屑回収効率を向上できる。即ち、段差部９ａと隣接する段付き刃９ｂ′との隅部９ｄが、前記投影面ｃからはみ出る大きさに設定されている場合、そのはみ出た部分によっても切削が行われ、この切削された切屑部分が前記分断性に悪影響を与えるおそれがある。しかし本実施例では、前記隅部９ｄが、前記投影面ｃ内に位置しているので、前記隅部９ｄによる悪影響を回避でき、切屑の分断性をより一層向上できる。

ここで本発明の切屑吸引用工具において、前記段差部９ａの角度θ，ねじれ角βを変えた場合の切屑分断性に与える影響について試験を行った。

〔試験１〕
本試験１では、下記仕様の本発明に係る切屑吸引用工具及び比較例工具を使用して、下記の切削条件で加工を行い、その際に発生した切屑の形状を調べた。

使用工具：
工具外径 φ６．８ｍｍ
段差部の角度 θ＝５°（本発明例工具）、逆方向にテーパを有するもの（比較例工具）
材質 超硬合金製
ねじれ角 β＝１０°
切削条件：
切削速度 Ｖｃ＝２０ｍ／ｍｉｎ
送り ｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ
被削材：ＦＣ２５
本試験１の結果、段差部の角度θ＝５°の本発明例工具では切屑が小さく分断できたのに対し、逆方向にテーパを有する比較例工具では、切屑が小さく分断されずに伸びてしまうものがあった。

〔試験２〕
本試験２では、本発明に係る段差部の角度θを有する切屑吸引用工具において、ねじれ角βを変えた場合の切屑に与える影響について試験を行った。

本試験２では、下記ねじれ角βを有する切屑吸引用工具を使用して、下記の切削条件で加工を行い、その際に発生した切屑の形状を調べた。

工具形状：
工具外径 φ６．８ｍｍ
段差部の角度 θ＝５°
材質 超硬合金製
ねじれ角 β＝０°〜３０°まで５°ずつ変化させた。

切削条件：
切削速度 Ｖｃ＝４２．７ｍ／ｍｉｎ
送り ｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ
被削材：ＦＣ２５０
試験結果を図７（スケールは１目盛０．５mm）に示す。試験の結果、いずれの工具も切屑を小さく分断させることができたが、β＝２０°を超えるものは、カールした切屑が２巻き以上となって、切屑が大きくなっていることが分かった。

なお、前記実施例では、前記段差部９ａが先拡がりのテーパ面をなす場合を説明したが、本発明には、前記段差部９ａが工具軸線ａと平行に形成されている場合も含まれる。段差部が平行の場合であっても、段差部が前記先細りのテーパ面をなしている場合よりも切屑の分断性を改善できる。

１ 工作機械
８ａ 先端部
８ｆ 溝部
８ｆ′境界面
９ 切刃
９ａ 段差部
９ｂ 段付き刃
９ｂ′ 隣接する段付き刃
９ｃ 段差部の工具先端から遠い側の端部
９ｄ 隅部
１０ ドリル（切屑吸引用工具）
１５ 切屑吸引装置
１６ 切屑吸引孔
ａ 工具軸心
ｃ 投影面
β ねじれ角

Claims (3)

1. 先端部に切刃が形成されるとともに、先端部に開口する切屑吸引孔を有し、切屑吸引装置を備えた工作機械に装着される切屑吸引用工具であって、
   前記切刃は、工具軸心から径方向外方に向かって階段状に段差部が形成された複数の段付き刃で構成され、
   前記各段差部は、工具先端から遠ざかるほど工具軸心に近くなるテーパ面をなすように形成され、該各段差部の工具先端から遠い側の端部と隣接する段付き刃とがなす隅部は、弧状をなしており、かつ前記段差部の工具軸心方向の投影面内に位置する大きさに設定されている
   ことを特徴とする切屑吸引用工具。
2. 先端部に切刃が形成されるとともに、先端部に開口する切屑吸引孔を有し、切屑吸引装置を備えた工作機械に装着される切屑吸引用工具であって、
   前記切刃は、工具軸心から径方向外方に向かって階段状に段差部が形成された複数の段付き刃で構成され、
   前記各段差部は、前記工具軸心と平行に形成され、又は工具先端から遠ざかるほど工具軸心に近くなるテーパ面をなすように形成されており、
   前記切刃のすくい面に溝部が形成され、該溝部は、前記段付き刃との境界面が前記工具軸心に対して工具先端側ほど回転方向側に位置するよう傾斜するねじれ角を有し、該ねじれ角は、０°より大きく２０°より小さい角度に設定されている
   ことを特徴とする切屑吸引用工具。
3. 請求項１に記載の切屑吸引用工具において、
   前記切刃のすくい面に溝部が形成され、該溝部は、前記段付き刃との境界面が前記工具軸心に対して工具先端側ほど回転方向側に位置するよう傾斜するねじれ角を有し、該ねじれ角は、０°より大きく２０°より小さい角度に設定されている
   ことを特徴とする切屑吸引用工具。

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