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技術 切削工具、及び加工方法

出願人 株式会社ジェイテクト
発明者 横山孝司
出願日 2016年9月16日 (5年2ヶ月経過) 出願番号 2016-181362
公開日 2018年3月22日 (3年8ヶ月経過) 公開番号 2018-043328
状態 特許登録済
技術分野 旋削加工 バイト、中ぐり工具、ホルダ及びタレット
主要キーワード 丸軸形状 スカイビング加工 略正三角形状 振り角θ 横断面形 略半円柱形状 Y座標 角軸形状
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年3月22日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (11)

課題

刃部における切れ刃所定位置を容易に求めることができる切削工具を提供する。

解決手段

直線状の切れ刃22aを有する刃部22と、刃部22が固定される固定部24、及び切削装置に取り付けられる取付部本体23を有する取付部21と、を備え、切れ刃22aが、取付部本体23の軸心C2に直交する平面上において軸心C2を通る仮想線32に直交して配置され、切れ刃22aの長さ方向の中央Poが、仮想線32上に配置されている。

概要

背景

近年、CBN工具等の切削工具の性能向上に伴い、表面仕上げのための研削加工に代えて焼後のワークを高精度に切削するハードターニング加工ハードスカイビング加工が行われるようになっている。例えば、特許文献1には、旋盤主軸円筒状ワーク軸方向一端把持し、ワークの軸心方向に対して傾斜した直線状の切れ刃を有する切削工具を旋盤のタレットに取り付け、切削工具の切れ刃をその長さの範囲で円筒状ワークの外周面に接触させることによって、当該外周面を旋削するスカイビング加工装置が開示されている。

図10は、ハードスカイビング加工用として旋盤に装着される切削工具を例示している。図10(a)〜(c)に示すように、切削工具120は、切れ刃122aを有するチップ刃部)122と、チップ122が固定されるシャンク取付部)121とを備えている。チップ122は、図10(d)に示すように、略正三角形状に形成され、その一辺に切れ刃122aが形成されている。シャンク121は、横断面形状が正方形角軸形状に形成されタレットに装着されるシャンク本体123(図10(a),(b)参照)と、シャンク本体123の軸方向一端側に設けられ、チップ122が固定される固定部124(図10(a),(c)参照)とを備えている。固定部124は、シャンク本体123と略同じ幅で、シャンク本体123よりも上下方向の寸法が大きく形成された略直方体形状であり、シャンク本体123と一体に形成されている。固定部124の上端の一方の角部には、傾斜状に切り欠かれた固定面124aが形成され、この固定面124aにチップ122が固定されている。

概要

刃部における切れ刃の所定位置を容易に求めることができる切削工具を提供する。直線状の切れ刃22aを有する刃部22と、刃部22が固定される固定部24、及び切削装置に取り付けられる取付部本体23を有する取付部21と、を備え、切れ刃22aが、取付部本体23の軸心C2に直交する平面上において軸心C2を通る仮想線32に直交して配置され、切れ刃22aの長さ方向の中央Poが、仮想線32上に配置されている。

目的

本発明は、刃部の切れ刃における所定位置を容易に求めることができる切削工具、及び加工方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

直線状の切れ刃を有する刃部と、前記刃部が固定される固定部、及び切削装置に取り付けられる取付部本体を有する取付部と、を備え、前記切れ刃が、前記取付部本体の軸心に直交する平面上において前記軸心を通る仮想線に直交して配置され、前記切れ刃の長さ方向の中央が、前記仮想線上に配置されていることを特徴とする、切削工具

請求項2

前記切れ刃の長さ方向の中央が、前記取付部本体の軸心上に位置している、請求項1に記載の切削工具。

請求項3

前記取付部本体が、丸軸形状に形成されている、請求項1又は2に記載の切削工具。

請求項4

請求項1〜3のいずれか1項に記載の切削工具を切削装置の工具回転軸に装着して円筒状のワークの表面を加工する方法であって、前記工具回転軸における割り出し機能により切れ刃の振り角を設定し、加工を行うことを特徴とする加工方法

技術分野

0001

本発明は、直線状の切れ刃を有する刃部を備えた切削工具、及びこの切削工具を用いた加工方法に関する。

背景技術

0002

近年、CBN工具等の切削工具の性能向上に伴い、表面仕上げのための研削加工に代えて焼後のワークを高精度に切削するハードターニング加工ハードスカイビング加工が行われるようになっている。例えば、特許文献1には、旋盤主軸円筒状ワーク軸方向一端把持し、ワークの軸心方向に対して傾斜した直線状の切れ刃を有する切削工具を旋盤のタレットに取り付け、切削工具の切れ刃をその長さの範囲で円筒状ワークの外周面に接触させることによって、当該外周面を旋削するスカイビング加工装置が開示されている。

0003

図10は、ハードスカイビング加工用として旋盤に装着される切削工具を例示している。図10(a)〜(c)に示すように、切削工具120は、切れ刃122aを有するチップ(刃部)122と、チップ122が固定されるシャンク取付部)121とを備えている。チップ122は、図10(d)に示すように、略正三角形状に形成され、その一辺に切れ刃122aが形成されている。シャンク121は、横断面形状が正方形角軸形状に形成されタレットに装着されるシャンク本体123(図10(a),(b)参照)と、シャンク本体123の軸方向一端側に設けられ、チップ122が固定される固定部124(図10(a),(c)参照)とを備えている。固定部124は、シャンク本体123と略同じ幅で、シャンク本体123よりも上下方向の寸法が大きく形成された略直方体形状であり、シャンク本体123と一体に形成されている。固定部124の上端の一方の角部には、傾斜状に切り欠かれた固定面124aが形成され、この固定面124aにチップ122が固定されている。

先行技術

0004

国際公開第2013/179850号

発明が解決しようとする課題

0005

図10(c)に示すように、シャンク121の固定面124aに取り付けられたチップ122は、シャンク本体123の軸心C2を通る座標軸Xに対して所定の振り角θが設定されている。一方、切れ刃122aが形成されたチップ122の一辺は、図10(d)に示すように、その両端部がアール形状湾曲しており、そのうちの直線部分が実際に切削に使用される切れ刃122aとされている。図10(d)には、切れ刃122aの両端の位置が符号Pa,Pbで示されている。

0006

ところで、NC旋盤のようにワークの切削を数値制御により行う切削装置においては、切削工具の動作制御のために予めチップの位置を把握しておく必要がある。直線状の切れ刃122aを有するチップ122においては、ツールプリセッタ等の測定機器を用いて切れ刃122aの一方の端点Paの位置(座標)が測定される。
しかしながら、切れ刃122aの端点Paは、チップ122の一辺におけるアール部と直線部との境界であるため、測定機器によってその位置を特定することはできず、当該端点Paを直接測定することはできない。そのため、端点Paに最も近いチップ122のコーナー部の頂点基準点Pcとして、当該基準点Pcに対する端点Paの相対位置の情報(距離等)を予めパラメータとして取得しておき、測定機器によって基準点Pcを測定した後、当該基準点Pcの測定値から前記相対位置の情報を用いて端点Paの位置を演算により求めることが行われていた。

0007

しかしながら、基準点Pc自体が実際には存在しない仮想点であるために、測定が困難であり、その基準点Pcをもとに端点Paを正確に求めることは極めて難しい。

0008

本発明は、刃部の切れ刃における所定位置を容易に求めることができる切削工具、及び加工方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

本発明の切削工具は、直線状の切れ刃を有する刃部と、前記刃部が固定される固定部、及び切削装置に取り付けられる取付部本体を有する取付部と、を備え、前記切れ刃が、前記取付部本体の軸心に直交する平面上で前記軸心を通る仮想線に対して直交して配置され、前記切れ刃の長さ方向の中央が、前記仮想線上に配置されていることを特徴とする。

0010

上記構成によれば、取付部本体の軸心に直交する平面上において前記軸心を原点とする第1座標軸及び第2座標軸を有する座標系を想定した場合に、一方の座標軸に前記仮想線を一致させたときの切れ刃の姿勢基準姿勢として、第1及び第2座標軸に対して取付部本体の軸心回りに切削工具を所定の角度だけ回転させたとき、以下に示す(a)〜(c)の値を用いて、第1及び第2座標軸における切れ刃の所定位置(例えば切れ刃の端点)の座標を演算により求めることが可能となる。
(a)切削工具の回転角度の値
(b)切れ刃の長さ方向中央から切れ刃の所定位置までの距離の値
(c)切れ刃の長さ方向中央から取付部本体の軸心までの距離の値
上記(a)の値は、切削装置による制御値であり、上記(b)(c)の値は、切削工具の設計値であるため、いずれも既知の値である。これらの既知の値を用いることによって、ツールプリセッタ等の測定装置を使用することなく演算によって切れ刃の端点の位置を容易に求めることができる。

0011

前記切れ刃の長さ方向の中央は、前記取付部本体の軸心上に位置していることが好ましい。
この場合、上記(c)の値が実質的にゼロとなるため、上記(a)(b)の値を用いて、切れ刃の端点の座標をより容易に演算により求めることが可能となる。

0012

前記取付部本体は、丸軸形状に形成されていることが好ましい。
近年、NC旋盤に代えて、切削工具をマシニングセンタに装着することによって旋削加工を行うことが考えられている。しかしながら、マシニングセンタには、角軸形状のシャンク(取付部)を装着することができないため、図10に示すような切削工具120を用いることができない。したがって、本発明のように取付部本体を丸軸形状に形成することによってマシニングセンタに装着することが可能となる。

0013

本発明の加工方法は、上記の切削工具を切削装置の工具回転軸に装着して円筒状のワークの表面を加工する方法であって、前記工具回転軸における割り出し機能により切れ刃の振り角を設定し、加工を行うことを特徴とする。
このような構成によって、切れ刃の振り角を任意に設定することができる。

発明の効果

0014

本発明によれば、切削工具の刃部における切れ刃の所定位置を容易に求めることができる。

図面の簡単な説明

0015

第1の実施形態に係る切削工具を装着した切削装置の説明図である。
切削工具の平面図である。
切削工具の側面図である。
切削工具の正面図である。
チップの平面図である。
ワークを切削する様子を示す説明図である。
切削工具の加工開始点を測定する方法を示す正面図である。
第2の実施形態に係る切削工具の正面図である。
切削工具の加工開始点を測定する方法を示す正面図である。
(a)は、従来の切削工具の側面図、(b)は背面図、(c)は正面図、(d)はチップの平面図である。

実施例

0016

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る切削工具を装着した切削装置の説明図である。
切削装置10は、例えば、マシニングセンタにより構成され、切削用工具20を装着することによってハードスカイビング加工を行う旋盤として機能するものである。切削装置10は、切削工具20を装着した工具ホルダ13が着脱可能に取り付けられる工具回転軸12と、ワークWを着脱自在に取り付けるチャック11aを有する主軸11とを備えている。

0017

本実施形態のワークWは円柱形状に形成され、その軸心が主軸11の軸心C1と一致するように主軸11に取り付けられる。したがって、以下の説明では、ワークWの軸心に対しても主軸11の軸心と同一の符号C1を付している。ワークWは、主軸11によって軸心C1回りに回転駆動される。

0018

工具回転軸12は、先端に工具ホルダ13が取り付けられ、軸心C2回りに回転駆動される。工具回転軸12の先端部には、工具ホルダ13を装着するための装着孔12aが形成されている。切削装置10は、工具回転軸12を矢印a方向に移動させることでワークに切削工具20を接触させ、矢印b方向に移動させることでワークWの外周面を切削するように構成されている。切削装置10は、数値制御により工具回転軸12の回転量(回転角度)を制御する機能(割り出し機能)を有している。

0019

図2は、切削工具20の平面図、図3は、切削工具20の側面図、図4は、切削工具20の正面図である。
切削工具20は、シャンク(取付部)21と、チップ(刃部)22とを備えている。シャンク21は、工具ホルダ13に取り付けられるシャンク本体(取付部本体)23を有している。なお、工具ホルダ13は、マシニングセンタに切削工具を取り付けるための部品であり、市販のものを用いることができる。

0020

シャンク本体23は、円柱の丸軸形状に形成され、工具ホルダ13に形成された装着孔13aに着脱自在に装着される。また、シャンク21は、シャンク本体23の先端部に一体に設けられた固定部24を備えている。固定部24は、チップ22を固定するための部分であり、略半円柱形状に形成されている。

0021

シャンク本体23の軸心と、固定部24の軸心とは一致している。固定部24は、シャンク本体23よりも大径に形成されている。切削工具20のシャンク21は、工具ホルダ13とともに工具回転軸12と同心状に取り付けられる。したがって、以下の説明では、シャンク21及び工具ホルダ13の軸心にも、工具回転軸12の軸心と同一の符号C2を付している。

0022

シャンク本体23の外周面の一部には、固定部24側ほど軸心C2に近づくように軸心C2に対して傾斜した平坦面23aが形成されている。この平坦面23aには、工具ホルダ13の側面に螺合される固定ボルト14の先端が当接される。この固定ボルト14によって、シャンク21が工具ホルダ13に固定される。より具体的には、工具ホルダ13に対するシャンク21の抜け止めがなされると共に、軸心C2回りの相対回転が阻止される。

0023

固定部24は、円柱体の先端側の大部分を切り欠くことによって略半円柱形状に形成されている。固定部24の外周面は、半円形の円筒面24cと、軸心C2に沿って平坦に形成された取付面24aとを有している。固定部24の取付面24aには、チップ22を収容するための凹部24bが形成されている。この凹部24bは、チップ22の平面形状と略同様の形状に形成されている。

0024

図5は、チップ22の平面図である。チップ22は、平面視で三角形状に形成されている。チップ22は、CBNを含有する焼結体等から形成されている。チップ22の一つの辺は、ワークWを切削するための切れ刃22aとされている。チップ22は、固定部24の凹部24bに収容され、この切れ刃22aが固定部24の先端面よりもわずかに突出している。チップ22の平面視における略中央部には貫通孔22bが形成され、この貫通孔22bに挿入した固定ボルト25(図2参照)を固定部24に螺合することによってチップ22が固定されている。

0025

チップ22の各コーナー部はアール状に丸められている。切れ刃22aは、チップ22の一辺のうち直線状に形成された部分により構成されている。切れ刃22aの両端(端点Pa,Pb)は、アール状部分との境界点となる。一方の端点Paは、加工開始時にワークに接する加工開始点Pa’とされ、他方の端点Pbは、加工終了時にワークに接する加工終了点Pb’となる(図6参照)。

0026

図4に示すように、シャンク21の軸心C2に直交する平面上に配置され、かつ当該軸心C2において互いに直交する第1仮想線31及び第2仮想線32を想定したとき、固定部24に固定されたチップ22の切れ刃22aは、第1仮想線31上に配置され、第2仮想線32に直交している。また、切れ刃22aの長さ方向の中央Poは、第2仮想線32上に配置されている。より詳しくは、切れ刃22aの長さ方向の中央Poは、シャンク21の軸心C2上に位置している。第1仮想線31及び第2仮想線32は、後述するように切れ刃22aの加工開始点Pa’の位置を求めるための直交座標系において切れ刃22aの基準姿勢を設定する際に用いられる。

0027

図6は、ワークWを切削する様子を示す説明図である。
ワークWの切削を行うとき、切削工具20のチップ22はワークWの軸心C1に対して所定の振り角θで傾斜した状態で配置される。そして、切削装置10は、切れ刃22aの一端である加工開始点Pa’をワークWの軸心C1の側方に位置する外周面に接触させ、その後、矢印b方向にチップ22を移動させることで、ワークWとの接触点を切れ刃22a上で移動させ、接触点が切れ刃22aの他端である加工終了点Pb’に到ったところで切れ刃22aをワークWから離反させる。

0028

このようなチップ22の動作によって、ワークWの外周面が所定の加工範囲Aで切削される。加工範囲AにおけるワークWの切削は、切れ刃22aの長さ全体を用いて行われるため、切れ刃22aの摩耗・損傷が抑制され、チップ22の寿命を高めることができる。また、通常の旋削加工に用いられるチップ22は多角形の1つのコーナー部において切削を行うため、ワークWの外周面に微細螺旋状の溝が形成されるが、本実施形態では、直線状の切れ刃22aによって切削を行うので、当該溝の形成を抑制することができる。

0029

以上のような切削加工を数値制御により行う場合には、切削装置10側でチップ22の位置(姿勢)を把握しておく必要がある。そのため、切削加工に先立ち、切削装置10においてチップ22の位置を取得する工程が行われる。本実施形態の切削装置10は、チップ22の加工開始点Pa’の座標を求めることによってチップ22の位置を把握するように構成されている。

0030

図7は、切削工具20の加工開始点Pa’を取得する方法を示す説明図である。
前述のように、切削工具20は、切れ刃22aの長さ方向の中央Poとシャンク21の軸心C2とが一致している。本実施形態の切削装置10は、シャンク21の軸心C2を原点とする直交座標系を設定し、この直交座標系における加工開始点Pa’の座標を求める。具体的には、軸心C2を通る水平なX軸と、X軸及び軸心C2に直交するY軸とを設定する。

0031

切削工具20のチップ22は、図4に示すように第1仮想線31がX軸に一致し、第2仮想線32がY軸に一致しているときを基準姿勢(振り角θ=0°)とし、この基準姿勢から工具回転軸12の回転によってX軸に対して所定の振り角θで傾斜した状態が切削姿勢として設定される。

0032

チップ22の振り角θは、工具回転軸12の回転量から取得される制御値である。また、切れ刃22aの長さ方向の中央Poから加工開始点Pa’までの距離d(図5参照)は、切削工具20の設計値であるため、既知の値である。したがって、加工開始点Pa’のXY座標系における座標(x’,y’)は、次の式(1)、(2)により求めることができる。
x’=dcosθ ・・・ (1)
y’=dsinθ ・・・ (2)

0033

切削装置10は、切れ刃22aの長さ方向の中央Poから加工開始点Pa’までの距離dを予めパラメータとして制御装置に記憶しておき、工具回転軸12の回転量と距離dとを用いて加工開始点Pa’の座標を求める。したがって、従来のようにツールプリセッタ等の測定機器を用いて切削装置に取り付けた切削工具のチップの位置を外部から測定する必要が無く、より正確にチップの位置を取得することができる。

0034

また、本実施形態の切削工具20は、丸軸形状のシャンク本体23を備えているので、工具ホルダ13を用いることによってマシニングセンタの工具回転軸12に好適に装着することができる。

0035

[第2の実施形態]
図8は、第2の実施形態に係る切削工具の正面図である。
本実施形態の切削工具20は、第1実施形態と同様に、チップ22の切れ刃22aが、シャンク本体23の軸心C2に直交する第2仮想線32に直交して配置されている。また、切れ刃22aの長さ方向の中央Poは、第2仮想線32上に配置されている。しかし、切れ刃22aは、第1仮想線31上には配置されておらず、切れ刃22aの中央Poは、軸心C2上に配置されていない。切れ刃22aは、第1仮想線31に対して距離eだけ離れた位置で第1仮想線31と平行に配置されている。

0036

図9は、切削工具20の加工開始点Pa”を取得する方法を示す説明図である。
切削工具20のチップ22は、工具回転軸12の回転によってX軸に対して所定の振り角θで傾斜した状態が切削姿勢として設定される。チップ22の振り角θは、第1の実施形態と同様に、工具回転軸12の回転量から取得される制御値である。また、切れ刃22aの長さ方向の中央Poから加工開始点Pa”までの距離d、及び、中央Poから軸心C2までの距離eは、切削工具20の設計値であるため、既知の値である。これらの既知の値を用いることによって、加工開始点Pa”のXY座標系における座標(x”,y”)を演算によって求めることができる。

0037

例えば、図9に示す例の場合、第1の実施形態と同様の手法により、切れ刃22aの中央Poが軸心C2上に配置されている場合を想定した加工開始点Pa’ の座標(x’,y')を、上記式(1)及び(2)により求める。そして、このPa’から距離eだけ離れた座標Pa”(x”,y”)を次の式(3)、(4)により求めることができる。
x”=x’+esinθ ・・・ (3)
y”=y’−ecosθ ・・・ (4)

0038

切削装置10は、切れ刃22aの長さ方向の中央Poから加工開始点Pa”までの距離dと、中央Poから軸心C2までの距離eとを予めパラメータとして制御装置に記憶しておき、工具回転軸12の回転量と距離d、eとを用いて加工開始点Pa”の座標を求める。
なお、加工開始点Pa” の座標は、以上の式(1)〜(4)を用いた計算方法に限らず、上記の既知の値を用いた他の計算方法により求めてもよい。

0039

本発明は、上記実施形態に限定されることなく特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において変更することが可能である。
例えば、演算により求められる切れ刃の所定位置は、加工開始点に限らず、加工終了点であってもよく、その他の位置であってもよい。

0040

切削工具は、チップがシャンクに着脱可能に取り付けられるものに限らず、シャンクと一体的に形成されたものであってもよい。
チップは、直線状の切れ刃を有するものであればよく平面視三角形状に限られない。また、チップの材質についても限定されるものではない。ただし、ハードスカイビング加工を行うために必要な硬度等を備えたものを適用することが好ましい。

0041

切削工具は、シャンクのシャンク本体が角軸形状(角柱形状)に形成されたものであってもよい。この場合、角軸の軸心に対して、チップの切れ刃が所定の関係にあればよい。
切削装置は、マシニングセンタに限らずNC旋盤等であってもよい。

0042

10:切削装置、20:切削工具、21:シャンク(取付部)、22:チップ(刃部)、22a:切れ刃、23:シャンク本体(取付部本体)、24:固定部、32:第2仮想線、C2:軸心、Pa:端点、Pa’:加工開始点、Pa”:加工開始点、Po:切れ刃の中央

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