简介
镗孔刀具在对设置于被加工物上的孔进行粗加工或精加工时利用。例如，在加工 内燃机的工作缸体的曲轴孔时，利用作为镗孔刀具的一种的直线镗削杆。曲轴孔的加工通 过将直线镗削杆插入工作缸体的曲轴孔，并使直线镗削杆在旋转的同时沿轴向往复运动来 进行。
这样，使直线镗削杆动作，从而该直线镗削杆要求同时具有耐磨性和高刚性。因 此，作为直线镗削杆，以往利用钢铁制的刀具。但是，要求进一步提高利用刀具得到的加工 精度，从而镗孔刀具自身的质量引起的变形、振动也不能忽视，需要研究进一步的轻量化。
有一种高刚性复合材料杆。高刚性复合材料杆包括 ：由静刚性高 的材料制作的圆柱状的金属杆 ；与金属杆的一方的端部连接，且由比刚度高的复合材料制 作的圆柱状的复合材料杆 ；包围金属杆和复合材料杆的外周的连结构件。高刚性复合材料杆的一部分为复合材料杆，因此比全部为由钢铁形成的刀 具轻，但在该高刚性复合材料杆的一部分上具备金属杆，期望金属杆的部分也轻量化。
汽车发动机缸体曲轴孔镗孔刀具技术
对适用于作为镗孔刀具的一种的直线镗削杆的情况进行说明。 直线镗削杆具备在轴状的刀具主体上设置的多个切削用具。通过使刀具主体在旋转的同时 沿轴向往复运动，能够对在被加工物上设置的孔进行镗孔加工。如图 1 所示，直线镗削杆 1 具备形成为筒状的刀具主体 10。由此，能够在不降低刀具主体 10 的强度的情况下使该刀具 主体 10 有效地轻量化。在刀具主体 10 的一方的端部设有刀具支架 40。刀具支架 40 具备刀具支承部 41、 刀具固定部 42、连结部 43。刀具支承部 41 形成为能够嵌入到刀具主体 10 的内周部 10a，刀 具支承部 41 的外周部 41a 与刀具主体 10 的内周部 10a 通过粘接剂固定。
刀具固定部 42 形成为能够安装于机床 ( 镗床 ) 的主轴头。刀具支承部 41 和刀具固定部 42 经由连结部 43 连结。 在刀具主体 10 的轴向 ( 长度方向 ) 上设有多个与镗孔刀具所加工的被加工物的 孔、例如工作缸体的曲轴孔对应来固定切削用具 20 的固定孔 14。在与固定孔 14 对置的部 位设有能够供用于使后述的调整螺钉 28 旋转的旋转工具插入的工具用孔 15。如图 4 所示， 工具用孔 15 的台阶部 15a 形成为能够供后述的刀架 23 的另一方的端部侧嵌入。
如图 3、图 4 及图 5 所示，切削用具 20 具备切削加工刀片 21、刀头 ( 保持用具 )22、 刀架 ( 固定用具 )23。刀架 23 具备筒部 ( 保持部 )24 和与筒部 24 的一方的端部连接的凸 缘部 25。切削加工刀片 21 通过螺栓 33 拆装自如地固定于刀头 22 的前端部。在刀头 22 的 下端部附近形成有后述的固定螺钉 29 的头部抵接的长孔 22a。 筒部 24 的一方的端部侧形成为能够供刀头 22 插入筒部 24 内。在筒部 24 的另一 方的端部侧形成有调整螺钉 28( 径向位置调整机构 ) 的外螺纹部 ( 未图示 ) 能够啮合的内 螺纹部 ( 未图示 )。
通过利用未图示的旋转工具使调整螺钉 28 旋转，使调整螺钉 28 沿刀 具主体 10 的径向移动，从而可在刀具主体 10 的径向上调整刀头 22 的位置。由此，可在刀 具主体 10 的径向上调整切削加工刀片 21 的位置。需要说明的是，在调整切削加工刀片 21 的位置后，利用盖构件 ( 未图示 ) 覆盖工具用孔 15，从而防止切屑等向工具用孔 15 内的侵 入。在筒部 24 形成有贯通其内周壁部和外周壁部且能够与固定螺钉 29( 固定机构 ) 啮合 的螺栓孔 24a。通过固定螺钉 29 将刀头 22 固定于刀架 23。凸缘部 25 形成为大致长方形形状。在凸缘部 25 的长度方向上的两端部侧分别设 有切口部 26 及螺栓孔 27。一方的端部侧的切口部 26 和另一方的端部侧的切口部 26 设置 在对置的部位。在两端部设置的螺栓孔 27 分别设有与切口部 26 连通的连通部 27a。凸缘 部 25 嵌入固定孔 14 的台阶部 14a，并通过螺栓 31 及螺母 32 固定于刀具主体 10。在不需 要取下刀架 23 的情况下，可以将刀具主体 10 和刀架 23 粘接。 在此，如图 2 所示，上述的刀具主体 10 具备基材 11、基底层 12、硬质镀敷层 13。基 材 11 由碳纤维复合强化复合材料 (CFRP ；Carbon Fiber Reinforced Plastic) 制作。这样 通过 CFRP 来制作基材 11，从而能够实现直线镗削杆 1 自身的轻量化，且能够提高刚性。基底层 12 由使后述的硬质镀敷的润湿性提高的基底镀敷形成，设置在基材 11 的 表面 11a。作为基底镀敷，列举有铜镀敷、铁镀敷、铬镀敷等。作为基底镀敷的镀敷处理方 法，列举有电镀、非电镀等现有的镀敷处理方法。这样，通过基底镀敷为铜镀敷、铁镀敷、铬 镀敷，从而能够抑制大幅的制造成本的增加。硬质镀敷层 13 由硬质镀敷形成，设置在基底层 12 的表面 12a。换言之，在刀具主 体 10 的表面 10b 设有硬质镀敷层 13。由此，可得到能够耐受作为直线镗削杆 ( 镗孔刀具 )1 利用的强度及刚性。并且，在使直线镗削杆 1 沿轴向往复运动的情况下，可提高直线镗削杆 1相对于与后述的支承其的支承衬套55、56的摩擦以及切屑例如、直线镗削杆1产生的切屑 的耐磨性。
并且，直线镗削杆 1 自身的操作性提高。作为硬质镀敷，列举有硬质铬镀敷等。 作为硬质镀敷的镀敷处理方法，列举有电镀、非电镀等现有的镀敷处理方法。这样，通过硬 质镀敷为硬质铬镀敷，从而能够抑制大幅的制造成本的增加。 在此，参照图 6A、图 6B、图 6C，对利用上述的直线镗削杆对被加工物的孔进行加工的情况进行具体地说明。首先，在镗床的主轴头 51 上固定直线镗削杆 1 的支架 42。作为被加工物的一例， 将内燃机的工作缸体 52 固定于工作台 54。在工作台 54 的前后分别配置支承衬套 55、56。 支承衬套 55、56 由内筒 55a、56a 和外筒 55b、56b 构成，内筒 55a、56a 由轴承 55c、56c 支承 为能够相对于外筒 55b、56b 以轴为中心进行旋转。 接着，如图 6A 所示，通过工作缸 53 使工作台 54 上下移动，从而使直线镗削杆 1 的 中心轴 C1 和曲轴孔 52a 的中心轴 C2 在上下方向上偏离。接着，如图 6B 中箭头 X 所示，将直线镗削杆 1 插入曲轴孔 52a。这样，在将直线镗 削杆 1 插入到曲轴孔 52a 时，直线镗削杆 1 的中心轴 C1 与曲轴孔 52a 的中心轴 C2 在上下 方向上偏离，因此直线镗削杆 1 的切削加工刀片 21 不会与曲轴孔 52a 接触，从而能够将直 线镗削杆 1 插入到曲轴孔 52a 中。 接着，如图 6C 中箭头 Y 所示，通过工作缸 53 使工作台 54 上下移动，从而使直线镗 削杆 1 的中心轴 C1 与曲轴孔 52a 的中心轴 C2 重合。在该状态下，使直线镗削杆 1 旋转，并 同时使直线镗削杆 1 向轴向往复运动，由此对曲轴孔 52a 实施加工。 因此，根据本实施方式的镗孔刀具，通过刀具主体 10 具备由碳纤维强化复合材料 形成的基材 11、在刀具主体 10 的表面 10b 形成的硬质镀敷层 13、在基材 11 与硬质镀敷层 13 之间形成的基底层 12，从而刀具主体 10 自身由碳纤维强化复合材料形成而轻量，通过在 刀具主体 10 的表面 10b 设有硬质镀敷层 13，从而同时具有耐磨性和高刚性。由此，能够抑 制镗孔刀具的挠曲、振动而进行高精度的加工。 通过切削用具 20 具备切削加工刀片 21、刀头 22、刀架 23，从而即使刀具主体 10 的 基材 11 为碳纤维强化复合材料，也能够容易将切削用具 20 固定于刀具主体 10。 需要说明的是，将具备在基材 11 与硬质镀敷层 13 之间实施的基底层 12 的刀具主体 10 适用于直线镗削杆 1( 镗孔刀具 )，但也可以例如图 7 所示，将具备由碳纤 维强化复合材料 (CFRP) 形成的基材 111 和喷镀被膜层 113 的刀具主体 110 适用于直线镗 削杆 ( 镗孔刀具 )，其中，喷镀被膜层 113 通过对基材 111 的表面 111a 喷镀喷镀硬质粒子 ( 硬质的粉末 )112 而形成。即，也能够将在刀具主体 110 的内周部 110a 侧配置有基材 111 且在刀具主体 110 的表面 110b 侧配置有喷镀被覆层 113 的刀具主体 110 适用于直线镗削 杆。即使是这样的直线镗削杆，也可得到与上述的直线镗削杆 1 同样的作用效果。作为上 述的喷镀硬质粒子，列举有包括碳化钨 (WC)、钴 (Co)、镍 (Ni) 中的至少一种的粒子。通过 使用这样的喷镀硬质粒子，可提高直线镗削杆相对于与支承其的支承衬套的摩擦以及切屑 例如、直线镗削杆产生的切屑的耐磨性。
在上述中，对直线镗削杆 1 由两个支承衬套 55、56 支承为可旋转的情况进行了说 明，但可以如图 8 所示，将直线镗削杆 1 由一个支承衬套 55 支承为可旋转。在上述中，作为支承衬套 55、56，使用在内筒 55a、56a 与外筒 55b、56b 之间配置轴 承 55c、56c，而将内筒 55a、56a 支承为可旋转的旋转支承衬套 ( 滚动轴承 ) 进行了说明，但 也可以使用滑动支承衬套 ( 滑动轴承 )。 在上述中，作为镗孔刀具，对适用于直线镗削杆 1 的情况进行了说明，但也可以适 用于在刀具主体的一方的端部设有一个切削用具的绞刀或者没有支承衬套的镗孔刀具。在 适用于绞刀或没有支承衬套的镗孔刀具的情况下，也起到与上述的镗孔刀具同样的作用效果。
工业实用性
镗孔刀具轻量且同时具有耐磨性和高刚性，并且能够抑制刀具的挠曲、 振动而进行高精度的加工，因此对于机床行业来说有用。通过刀具的进一步的轻量化，自动 刀具更换装置等刀具的输送、移送机构小型化、简单，因此对机械整体的费用削减效果大。
閱讀更多 機械公社為機械而生 的文章
