JP2002346809A - 穴加工用切削工具およびその工具を用いた穴加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 逆テーパ穴の加工において、工作機械の剛性
不足に起因して切刃が切り込み方向と反対方向に押し戻
されて加工精度が低下するのを未然に防止する。 【解決手段】 １枚の切刃４をもつカッター１を用いて
工具回転型の加工形態で逆テーパ穴の加工を行う際に、
切刃４と正反対の位置に開口するクーラント噴射ノズル
７からクーラントを噴射する。加工負荷のために切り込
み方向（拡径方向）と逆方向に切刃４を押し戻そうとす
る力を、上記クーラント噴射に伴う推力をもって相殺
し、逆テーパ穴の加工精度の低下を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、穴加工用切削工具
およびその工具を用いた穴加工方法に関し、特にいわゆ
るシングルポイントもしくは一枚刃タイプの工具を使っ
てマシニングセンタのような汎用性の高い工作機械にて
高精度な穴加工を行うのに好適な穴加工用切削工具とそ
の工具を用いた穴加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】工具回転
型の穴加工方法として例えば仕上げボーリング加工と称
する加工法があり、シングルポイント（一枚チップ）も
しくは直線刃の如き一枚刃タイプのカッターにて切削加
工を行うことでその穴径の精度保証を容易にしている。

【０００３】ここで、上記穴径の加工精度に主眼をおい
た場合には、専用工作機械を使って高精度が要求される
部位のみを専門に加工するのが有効であるが、今日では
設備の経済性や多品種少量生産等の観点から、より柔軟
性，汎用性の高いマシニングセンタを使った加工に置き
換わりつつある。そして、上記仕上げボーリング加工に
ついても例外ではなく、工具回転型の加工としてマシニ
ングセンタにて行われつつある。

【０００４】マシニングセンタは、汎用性の高い多機能
な数値制御工作機械として自動工具交換機能のほか少な
くともＸ，Ｙ，Ｚの直交３軸の動作自由度を有し、例え
ば主軸が横向き（水平姿勢）に設定された横型マシニン
グセンタの場合には、水平方向二方向に移動可能な縦長
形状のコラムに支持された主軸がそのコラムに対して上
下方向に移動することになる。その結果として、機械の
上下方向の剛性よりも左右方向（横方向）の剛性の方が
低くなる傾向にならざるを得ない。

【０００５】このような特性をもつマシニングセンタに
て上記のシングルポイント（一枚チップ）もしくは一枚
刃タイプのカッターにて切削加工を行うと、加工負荷に
よりその反力（背分力）の影響のためにカッターを押し
戻す方向の力が働き、特に剛性が不足気味の横方向では
機械そのものが微視的な撓みを生じることから、加工穴
形状が正規寸法よりも小径気味で且つ例えば図９のよう
な縦長の楕円形状となり、その加工穴形状の高精度化す
なわち寸法精度や真円度精度の向上に限界がある。

【０００６】その上、マシニングセンタを用いた従来の
加工法では、高速加工に対応しつつ切屑の排出性向上と
カッターの刃先や被加工物の温度上昇を抑制することを
狙いとして、例えば被加工物がアルミニウム合金等であ
る場合には、２ＭＰａ前後の圧力で切削油剤であるクー
ラントをツールホルダおよびカッターの中を通して供給
して、加工点の直近位置から直接刃先に向けて噴射する
ようにしている。なお、この方法はセンタースルークー
ラント方式等と称されている。そのため、クーラントの
噴射に伴う推力が上記のカッターを押し戻す力に上乗せ
され、加工穴精度の悪化を益々助長することとなって好
ましくない。

【０００７】本発明は以上のような背景のもとになされ
たもので、とりわけ上記のような機械側の剛性のアンバ
ランスに基づく加工穴形状精度への影響を回避できるよ
うにした穴加工用切削工具とその工具を用いた穴加工方
法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、点状もしくは直線状の単一の切刃をもって穴の内周
面に切削加工を施すための工具であって、上記切刃が設
けられたボデーのうちそのボデーの中心をはさんで切刃
とほぼ正反対の位置に開口する切削油剤噴射穴を形成し
たことを特徴としている。

【０００９】上記工具としては、カッター単独で工具と
して構成されたもののほか、所定のツールホルダにカッ
ターを装着したタイプのものでもよく、また、加工の形
態としては、工具回転型の加工のほかワーク回転型の加
工をも含むものとする。さらに、工作機械としてはマシ
ニングセンタのほかどのような形態の工作機械を用いて
もよい。

【００１０】請求項２に記載の発明は、上記請求項１に
記載の工具を用いて行う穴加工方法であって、単一の切
刃による切削反力を相殺するべく切削油剤噴射穴から穴
の内周面に向けて所定の切削油剤を噴射しながら切削を
行うことを特徴としている。

【００１１】したがって、これらの請求項１，２に記載
の発明では、加工穴の内周面と単一の切刃とが相対回転
しながら切削加工が進行する際に、それと並行して切削
油剤噴射穴から加工中の加工穴の内周面に向けて所定の
切削油剤を噴射すると、その切削油剤の噴射に伴って何
らかの推力が発生する。そして、切削油剤噴射穴は単一
の切刃と反対側の位置に開口しているため、その切削油
剤の噴射に伴う推力は、先に述べたように加工負荷によ
りその反力（背分力）の影響のためにカッターを押し戻
す方向の力と拮抗するかたちとなり、双方の力は互いに
相殺されることになる。

【００１２】その結果、先に述べたように例えば加工母
機となる横型のマシニングセンタの横方向の剛性が縦方
向のそれよりも小さかったとしても、機械そのものを撓
ませることがなくなり、加工穴形状精度が向上すること
になる。もちろん、噴射された切削油剤は本来の冷却お
よび切屑排出性促進の効果をも発揮する。

【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の工具を用いて自動工具交換機能を有するマシニングセ
ンタ等の工作機械にて行う穴加工方法であって、上記単
一の切刃による切削反力を相殺するべく切削油剤噴射穴
から穴の内周面に向けて所定の切削油剤を噴射しながら
切削を行う一方、工具交換の際には、新たに選択された
工具に見合った切削油剤噴射圧力となるようにその切削
油剤の供給圧力を可変制御することを特徴としている。

【００１４】マシニングセンタ等の自動工具交換機能を
使って単一の切刃を有する複数の工具を持ち替えながら
穴加工を行う場合に、上記のように切削油剤の噴射に伴
う推力をもって加工負荷に伴う工具押し戻し力を相殺し
ようとすると、サイズが異なる工具の種別ごとにひいて
は加工負荷に応じて切削油剤の噴射圧力すなわち供給圧
力を変えなければ所望する効果が得られないことにな
る。

【００１５】そこで、機械側の切削油剤供給経路に切削
油剤供給圧力可変手段として例えば比例電磁式圧力制御
弁を介装する一方、工具ごとに最適な切削油剤供給圧力
を予め設定し、これを各工具固有のＩＤ情報と関連付け
て予め記憶しておく。そして、工具固有のＩＤ情報をも
って工具の選択および交換が行われる際に、同時にその
工具に見合った切削油剤噴射圧力となるように比例電磁
式圧力制御弁を可変制御して切削油剤供給圧力を切り換
える。

【００１６】こうすることにより、工具を持ち替えた場
合でも常にその工具に見合った切削油剤噴射圧力に基づ
く推力が得られるようになる。

【００１７】

【発明の効果】請求項１，２に記載の発明によれば、切
削油剤噴射穴からの切削油剤の噴射に伴う推力をもっ
て、加工負荷のために工具を押し戻そうとする力が相殺
されるため、機械側に剛性のアンバランスがあっても加
工穴の形状精度への影響がなくなり、従来に比べて加工
精度が大幅に向上する。

【００１８】請求項３に記載の発明によれば、マシニン
グセンタ等の自動工具交換機能を使って工具を持ち替え
て穴加工を行う場合でも、その都度工具の種別に応じた
最適な切削油剤噴射圧力に切り換えられるため、いずれ
の工具を用いて加工を行った場合でも上記と同様に工具
を押し戻そうとする力が相殺されて加工精度が大幅に向
上する。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１〜４は本発明に係る穴加工用
工具の好ましい第１の実施の形態を示す図で、奥部側が
大径のいわゆる逆テーパ穴の仕上げ加工を行う場合の例
を示している。

【００２０】図１の（Ａ），（Ｂ）に示すように、仕上
げ切削加工用の工具（穴加工用切削工具）としてのカッ
ター１は、ストレートシャンク２の先端に略くの字状に
折り曲げられたボデー３を一体に形成したもので、ボデ
ー３には加工すべきテーパ穴の形状に応じて所定角度傾
斜した直線刃の如き単一の切刃４が形成されている。そ
して、ボデー３の先端である刃先４ａ側での直径をｂと
すると、ボデー３の根元部の直径ｄはその根元部におけ
る逃げ溝５の深さｃ分だけ小さく形成されている（ｄ＝
ｂ−ｃ）。また、切刃４の長さＬ２は、図３に示すよう
に荒切削加工後の逆テーパ穴Ｔ１の長さＭよりもわずか
に大きく設定されている（Ｌ２＞Ｍ）。なお、ボデー３
の外周面は図１の（Ｂ）に示すように細かい多面形状に
形成されている。

【００２１】図１のほか図２に示すように、上記カッタ
ー１には、そのストレートシャンク２の軸心を貫通しつ
つボデー３側にまでまたがるようにしてクーラント供給
孔６が形成されている。このクーラント供給孔６の一端
はストレートシャンク２の端面に開口している一方、他
端は例えば直径１ｍｍ程度の切削油剤噴射穴たるクーラ
ント噴射ノズル７としてボデー３のうち切刃４と反対側
の位置すなわちボデー３の中心をはさんで切刃４とほぼ
正反対の位置に開口している。

【００２２】そして、図４に示すように、上記カッター
１をツールホルダ８を介して例えばマシニングセンタの
主軸（スピンドル）に装着したときには、クーラント供
給孔６はツールホルダ８および主軸そのものに形成され
たポートＰを介してマシニングセンタに付帯している図
示外のクーラント供給源に接続されて、所定の供給圧力
で切削油剤であるクーラントが供給されるようになって
いる。

【００２３】ここで、上記クーラント噴射ノズル７は必
ずしも単一のものである必要はなく、カッター１そのも
のの強度等に影響を及ぼさない範囲内で、例えばボデー
３の長手方向に沿って一列となるように、もしくは円周
方向に複数個並設してもよい。

【００２４】したがって、上記カッター１を用いたテー
パ穴の仕上げ切削加工に際しては、図３の（Ａ）に示す
ように、その刃先４ａを定角停止位置に予め割り出して
位置決めしておき、荒切削加工後の逆テーパ穴Ｔ１の小
径側の口元部とカッター１のボデー３側の先端面とを対
向させつつ、マシニングセンタの２軸同時制御により、
切刃４と逆テーパ穴Ｔ１の内周面との間の隙間を一定に
保ちながらそのカッター１のボデー３を逆テーパ穴Ｔ１
にその傾斜に沿って斜めに挿入し、同図（Ｂ）に示すよ
うに逆テーパ穴Ｔ１の軸心Ｏ２とカッター１（ストレー
トシャンク２）の軸心Ｏ１とが一致した時点でその移動
を停止させる。なお、図３では図面の錯綜化を避けるた
めにクーラント噴射ノズル７を図示省略してある。

【００２５】続いて、上記逆テーパ穴Ｔ１の軸心Ｏ２と
カッター１の軸心Ｏ１とが一致した状態から、カッター
１を主軸ごと回転駆動させて、さらに切削送りとして逆
テーパ穴Ｔ１からカッター１を抜き取る方向に送りを与
える。これにより、ワークＷの逆テーパ穴Ｔ１には同図
（Ｃ）に示すように仕上げ切削加工が施されて所定の精
度の逆テーパ穴Ｔ２に仕上げられる。

【００２６】この仕上げ切削加工の際には、図４に示す
ように、クーラント供給孔６を通して所定の圧力でクー
ラントを供給して、切刃４と反対側の位置で開口してい
るクーラント噴射ノズル７から逆テーパ穴Ｔ２の内周面
に向けて噴射して、切削を直接司っている部分の冷却と
切屑の排出性とを促進する。

【００２７】同時に、クーラント噴射ノズル７からクー
ラントを噴射することで、回転しているカッター１はそ
の切刃４を逆テーパ穴Ｔ２の内周面に押し付ける方向の
推力を発生する。この推力は、切り込み送りが与えられ
ている切刃４を切削負荷のために逆方向に押し戻そうと
する力と拮抗する力にほかならず、上記クーラント噴射
の伴う推力と切刃４の押し戻し力とは相互に相殺される
ことになる。

【００２８】その結果、先に述べたように汎用型複合工
作機械であるマシニングセンタの特殊性として例えば横
方向と縦方向（上下方向）とで剛性のアンバランスがあ
ったとしても、上記クーラント噴射の伴う推力と切刃４
の押し戻し力とが相互に相殺されてしまうために、切刃
４の押し戻し力をもって機械そのものが撓みを生ずるこ
とがなく、逆テーパ穴Ｔ２の加工精度が従来と比べて大
幅に向上することになる。

【００２９】逆テーパ穴Ｔ２の仕上げ切削加工を終えた
ならば、図３の（Ｄ）に示すようにカッター１の切刃４
を逆テーパ穴Ｔ２の内周面から離間させるべくマシニン
グセンタのスライド自由度を使って主軸をわずかに反送
り方向に戻した上、主軸回転を停止させるとともにカッ
ター１の切刃４を所定の定角停止位置に割り出す。そし
て、同図（Ｅ）に示すようにマシニングセンタの２軸同
時制御により先のカッター挿入時とは逆の手順でカッタ
ー１を主軸ごと逆テーパ穴Ｔ２の傾斜に沿って後退移動
させて、加工された逆テーパ穴Ｔ２からゆっくりと抜き
取り、以上をもって逆テーパ穴Ｔ２の仕上げ切削加工を
完了する。

【００３０】図５，６は本発明の第２の実施の形態を示
す図で、ボーリング加工用の工具であるボーリングバー
１０に適用した場合の例を示している。

【００３１】図５，６に示すように、比較的長尺なボー
リングバー１０はボデーたるそのバー本体１１とツール
ホルダ１２とが予め一体に形成されており、バー本体１
１の先端にはカートリッジ１３を介してシングルポイン
ト状の切刃１４ａをもつ略三角形のスローアウェイチッ
プ（以下、単にチップという）１４が着脱可能に装着さ
れている。なお、ここでは上記と同様にマシニングセン
タを用いた工具回転型の加工を前提としており、ボーリ
ングバー１０の回転に伴い切刃１４ａがつくる軌跡円は
バー本体１１の直径よりもわずかに大きくなるように設
定されている。

【００３２】上記バー本体１１にはその長手方向に貫通
するようにしてクーラント供給孔１５が形成されてお
り、このクーラント供給孔１５の一端はツールホルダ１
２自体に付設されたクーラントパイプ１６を介してマシ
ニングセンタの主軸２１側のクーラントパイプ１７に接
続されるようになっているとともに、クーラント供給孔
１５の他端はバー本体１１の先端面の面取り部１８にお
いてチップ１４の切刃１４ａと正反対の位置すなわちバ
ー本体１１の中心をはさんで切刃１４ａと正反対の位置
に切削油剤噴射穴であるクーラント噴射ノズル１９とし
て開口している。

【００３３】そして、上記ボーリングバー１０をツール
ホルダ１２をもって例えばマシニングセンタの主軸（ス
ピンドル）２１に装着したときには、クーラント供給孔
１５はクーラントパイプ１６，１７を介してマシニング
センタに付帯しているクーラント供給装置２０に接続さ
れて、所定の供給圧力でクーラントが供給されるように
なっている。なお、マシニングセンタの自動工具交換機
能を使って主軸２１とボーリングバー１０との自動脱着
を行う場合には、クーラントパイプ１６，１７同士の脱
着も同時に行われるようになっている。

【００３４】したがって、本実施の形態によれば、工具
回転型の加工形態をもってワークＷの穴Ｈの内周面の切
削加工を行う場合に、同時にクーラント噴射ノズル１９
からクーラントを噴射すると、第１の実施の形態と同様
に、クーラントの噴射に伴って発生する推力と、加工負
荷のために切り込み方向と逆方向に切刃１４ａを押し戻
そうとする力とが相互に拮抗して相殺し合うかたちとな
り、マシニングセンタの剛性のアンバラスによる加工精
度への影響が回避されて、高精度な加工を行えるように
なる。

【００３５】ここで、マシニングセンタのツールマガジ
ンに加工径の異なるシングルポイントのボーリングバー
１０を複数用意しておき、自動工具交換機能を使ってボ
ーリングバー１０を持ち替えて複数種類の穴Ｈの加工を
行う場合には、加工穴径に応じて加工負荷も異なるため
に、上記のようなクーラント噴射によって得ようとする
推力の大きさひいいてはクーラント供給圧力も、ボーリ
ングバー１０のサイズもしくは種別に応じてその都度調
整する必要がある。

【００３６】そこで、マシニングセンタでの自動工具交
換の対象とされる工具にはそれぞれに固有のＩＤ情報が
付与されていることから、各ボーリングバー１０ごとに
最適とされるクーラント供給圧力を予め設定して、上記
固有のＩＤ情報に関連付けて記憶させておく。

【００３７】その一方、図５に示すように図示外のクー
ラント供給ポンプ等を含んでなるクーラント供給装置２
０から上記主軸２１に装着されたボーリングバー１０側
のクーラント供給孔１５にクーラントを供給するための
供給経路２２には開閉式の電磁弁２３とともに比例電磁
式圧力制御弁（比例電磁弁）２４を介装しておくものと
する。なお、上記比例電磁式圧力制御弁２４とは、指令
電流（電圧）に応じてその開度調整により吐出側圧力を
無段階に制御できるタイプの電磁弁をいう。

【００３８】そして、自動工具交換指令があった場合に
は、上記ＩＤ情報をもとにツールマガジンに収納されて
いる工具群のなかから該当するボーリングバー１０を割
り出して、これを主軸２１に装着し直す作業が行われる
ことから、その際に新たに選択されたボーリングバー１
０の上記ＩＤ情報をもとに該当するクーラント供給圧力
を読み出して、図５に示した比例電磁式圧力制御弁２４
に指令を与えてクーラント供給圧力を切り換える。

【００３９】こうすることにより、ボーリングバー１０
を持ち替えながら穴径の異なる複数の穴加工を行う場合
でも、その都度該当するボーリングバー１０に見合った
クーラント供給圧力ひいてはクーラント噴射に伴う最適
な推力が得られることになる。

【００４０】図８は本発明の第３の実施の形態として上
記と同様のボーリングバー３０の正面図を示す。

【００４１】この実施の形態では、チップ３２が装着さ
れたボデーたるバー本体３１の軸心にクーラント供給孔
３３が形成されていて、チップ３２の切刃３２ａとほぼ
正反対の位置に開口するように上記クーラント供給孔３
３に連通するクーラント噴射ノズル（切削油剤噴射穴）
３４が形成されている。さらに、上記クーラント噴射ノ
ズル３４とは別に円周方向での位置を互いにずらせるよ
うにして複数の補助ノズル３５が放射状に開口形成され
ていて、これらの補助ノズル３５もまた上記クーラント
供給孔３３に連通している。なお、上記クーラント噴射
ノズル３４と複数の補助ノズル３５とはバー本体３１の
軸心方向での位置が相互に一致していてもよく、またバ
ー本体３１の軸心方向で互いに所定量ずつオフセットし
ていてもよい。

【００４２】したがって、本実施の形態によれば、クー
ラント噴射ノズル３４や各補助ノズル３５の穴径のほか
噴射圧力等を適宜調整して、それらクーラント噴射ノズ
ル３４や補助ノズル３５からのクーラントの噴射に伴う
推力の総和をもって、加工負荷のために切刃３２ａを切
り込み方向とは逆方向に押し戻そうとする力を相殺する
ようにすれば、上記各実施の形態と同様の効果が得られ
ることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態として逆テーパ穴加
工用の工具（カッター）を示す図で、（Ａ）はその側面
図、（Ｂ）は同図（Ａ）のａ方向矢視図。

【図２】図１の（Ａ）の要部拡大断面図。

【図３】図１に示したカッターを用いた場合のテーパ穴
の仕上げ切削加工方法を示す工程説明図。

【図４】図３におけるクーラント噴射時の説明図。

【図５】本発明の第２の実施の形態としてボーリングバ
ーの詳細を示す構成説明図。

【図６】図５に示したボーリングバーの右側面図。

【図７】マシニングセンタでの工具交換の際の手順を示
すフローチャート。

【図８】本発明の第３の実施の形態としてボーリングバ
ーの構造を示す正面説明図。

【図９】穴加工を目的としたマシニングセンタでの剛性
アンバランスによる真円度精度の影響を示す説明図。

【符号の説明】

１…カッター（穴加工用切削工具） ３…ボデー ４…切刃 ６…クーラント供給孔 ７…クーラント噴射ノズル（切削油剤噴射穴） １０…ボーリングバー（穴加工用切削工具） １１…バー本体（ボデー） １４…スローアウェイチップ １４ａ…切刃 １５…クーラント供給孔 １９…クーラント噴射ノズル（切削油剤噴射穴） ３０…ボーリングバー（穴加工用切削工具） ３１…バー本体（ボデー） ３３…クーラント供給孔 ３４…クーラント噴射ノズル（切削油剤噴射穴） ３５…補助ノズル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 点状もしくは直線状の単一の切刃をもっ
   て穴の内周面に切削加工を施すための工具であって、 上記切刃が設けられたボデーのうちそのボデーの中心を
   はさんで切刃とほぼ正反対の位置に開口する切削油剤噴
   射穴を形成したことを特徴とする穴加工用切削工具。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の工具を用いて行う穴加
   工方法であって、 上記単一の切刃による切削反力を相殺するべく切削油剤
   噴射穴から穴の内周面に向けて所定の切削油剤を噴射し
   ながら切削を行うことを特徴とする穴加工方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の工具を用いて自動工具
   交換機能を有する工作機械にて行う穴加工方法であっ
   て、 上記単一の切刃による切削反力を相殺するべく切削油剤
   噴射穴から穴の内周面に向けて所定の切削油剤を噴射し
   ながら切削を行う一方、 工具交換の際には、新たに選択された工具に見合った切
   削油剤噴射圧力となるようにその切削油剤の供給圧力を
   可変制御することを特徴とする穴加工方法。