JP2001246517A - 工具本体及びその振れ制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主軸に対する工具本体の偏心を容易に検出す
る。 【解決手段】 工具本体１１の中央の貫通孔１３に工作
機械への取付部となる穴部１３ｂを設ける。工具本体１
１の上部１１ａの外周面１１ａＡに穴部１３ｂと同軸を
なすセンシング用の基準面１５を設ける。工作機械に工
具本体を取り付け、工作機械の中心軸回りに基準面１５
を周方向にセンシングして工作機械の中心軸に対する振
れを測定する。振れを相殺して穴部１３ｂと同軸をなす
複数のチップ取付座１６を工具本体の周面に加工する。
切削時には工作機械の中心軸が工具本体１１の穴部１３
ｂと同軸をなすように工具本体１１の工作機械への取り
付け位置を微調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、転削工具等の工具
本体に切刃チップを装着するチップ取付座や切刃等を加
工したり、工作機械に工具本体を装着して切刃で切削加
工する際の振れ制御方法及びこの振れ制御が可能な工具
本体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、転削工具の一例として図６に示す
ような正面フライスがある。この正面フライス１は工具
本体２の先端外周部に所定間隔で複数のチップ取付座３
を設けてスローアウェイチップ４をそれぞれ固着してな
るものである。そしてこの工具本体２はアーバ５を介し
て工作機械の主軸（以下、単に主軸ということがある）
に装着され、主軸の中心軸Ｏ回りに回転させてチップ４
の切刃で切削加工を行うものである。工具本体２のアー
バ５への装着に際しては、工具本体２の中央に設けた貫
通孔６にアーバ５の取付軸５ａを嵌合させ、頭部付きの
締結ボルト７を取付軸５ａに螺合させることで工具本体
２をアーバ５に固着することになる。また工具本体２の
製造に際しては、スチール等の素材を略円筒状の工具本
体形状に旋盤などで加工して例えば工具本体２の下部の
拡径部２ａを工作機械のチャックで保持して中心の貫通
孔６を加工した後、表面の研磨や焼き戻し等の熱処理を
行う。そして工具本体２の上部２ｂをチャックで保持し
て複数のチップ取付座３…を中心軸Ｏ回りに同軸に拡径
部２ａの外周面に切削加工することになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、工具本
体２をアーバ５を介して工作機械の主軸に装着する際、
工具本体２の貫通孔６とアーバ５の取付軸５ａとの嵌合
部分に図６に示すようにわずかなクリヤランスｃができ
てしまう。そのため、主軸の中心軸Ｏとアーバ５の回転
軸との偏心に加えてアーバ５の回転軸と工具本体２の中
心軸Ｏ１との間に微小な偏心が生じる。これが主軸の中
心軸Ｏと工具本体２の中心軸Ｏ１との偏心となって、工
具本体２を中心軸Ｏ回りに高速回転させる際に各チップ
４の切刃の振れとして表れるために切削精度を低下させ
るという問題がある。しかも、最も径方向外側に突出す
る一部の切刃に過大な負荷がかかってその切刃の寿命が
短くなるという問題もある。また工具本体２の製造時に
おいてもチップ取付座３を切削加工する際に工具本体２
を取り付ける主軸の中心軸Ｏと工具本体２の中心軸Ｏ１
との間の偏心による微少なズレがあると、工作機械にセ
ットされた切削工具で中心軸Ｏ回りに切削加工されるチ
ップ取付座３の位置と工具本体２の中心軸Ｏ１（貫通孔
６）との間に偏心による微少なズレが発生し、これが被
削材切削時における切刃の振れの原因になるという問題
がある。

【０００４】本発明は、このような実情に鑑みて、工作
機械の主軸に装着した際の振れを検出できるようにした
工具本体を提供することを目的とする。また本発明の他
の目的は、切刃の振れを抑制した工具本体を製造できる
ようにした工具本体の振れ制御方法を提供することにあ
る。また本発明の他の目的は、切削加工時に生じる切刃
の振れを抑制できるようにした工具本体の振れ制御方法
を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による工具本体
は、工作機械への取付部と同軸にセンシング用の基準面
を周面に設けて成ることを特徴とする。取付部で工具本
体を工作機械の主軸に直接または間接的に固定する際に
工具本体の基準面をセンサーで主軸の中心軸回りに周方
向にセンシングすることで工作機械の中心軸に対する工
具本体の取付部の偏心量を工作機械の中心軸に対する振
れとして検出できる。そのため、切削加工時にあっては
工作機械に対する工具本体の取り付け位置を微少量ずら
せば同軸位置にくるよう調整できて切刃の振れを抑えて
精度の良い切削ができる。またチップ取付座または切刃
の製作にあたっては工具本体にチップ取付座または切刃
を切削加工する際に工作機械の中心軸と同軸にではなく
工具本体の取付部と同軸に複数のチップ取付座または切
刃を周方向に形成するよう調整することで振れを抑える
ことができる。尚、工具本体は転削工具としてもよい。
また転削工具として、取付部となる周面は工具本体の穴
部の内周面であってもよい。或いは工具本体の外周面で
あってもよい。基準面は工具本体の外周面に設ければセ
ンシングが容易である。また基準面は取付部をなす工具
本体の内周面または外周面に連続して形成してもよいし
別個にまたは分離して形成してもよい。

【０００６】また本発明による工具本体の振れ制御方法
は、工作機械への取付部と同軸にセンシング用の基準面
を周面に設けた工具本体を工作機械に取り付け、該工作
機械の中心軸回りに基準面を周方向にセンシングして前
記工作機械の中心軸との振れを測定し、該振れを調整し
て取付部と同軸をなすように複数のチップ取付座または
切刃を工具本体の周面に加工するようにしたことを特徴
とする。取付部で工具本体を工作機械の主軸に固定した
際、工具本体の基準面をセンサーで中心軸回りに周方向
にセンシングすることで主軸の中心軸に対する工具本体
の取付部の中心軸の偏心による基準面の振れを検出でき
る。そして、チップ取付座または切刃の加工に際して工
作機械の中心軸に対して振れに相当する距離と方向をず
らせればチップ取付座または切刃を工具本体の中心軸と
同軸に周方向に加工形成できて工具本体の取付部と同軸
のチップ取付座または切刃を周方向に形成できることに
なる。

【０００７】また本発明による工具本体の振れ制御方法
は、工作機械への取付部と同軸にセンシング用の基準面
を周面に設けると共に取付部と同軸に複数の切刃を周方
向に設けてなる工具本体を、取付部で工作機械に取り付
け、該工作機械の中心軸回りに基準面をセンシングして
工作機械の中心軸との振れを測定し、工作機械の中心軸
が工具本体の取付部の周面と同軸をなすように工具本体
の工作機械への取り付け位置を微調整するようにしたこ
とを特徴とする。取付部で工具本体を工作機械の主軸に
固定した際、工具本体の基準面をセンサーで工作機械の
中心軸回りに周方向にセンシングすることで工作機械の
中心軸に対する工具本体の取付部の中心軸の偏心による
振れの大きさを検出できる。そして、工作機械に対する
工具本体の取り付け位置を径方向に微少量ずらせば工作
機械の中心軸と同軸位置にくるよう調整できて切刃の振
れを抑えて精度の良い切削加工ができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を添付図
面により説明するが、上述の従来技術と同一の部分、部
材には同一の符号を用いて説明する。図１は第一の実施
の形態による正面フライスの工具本体の中央縦断面図、
図２は実施の形態による工具本体の製造手順を示すフロ
ーシート、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は工具
本体の製造工程を示す図、図４は図１に示す正面フライ
スをアーバを介して工作機械の主軸に装着した状態を示
す中央縦断面図である。図１に示す本実施の形態による
正面フライス１０は工具本体１１が略円筒状を呈してい
て図示しない工作機械の主軸に把持される比較的小径の
上部１１ａとスローアウェイチップ４を装着する拡径さ
れた下部１１ｂとを有しており、その中央には上下に貫
通する貫通孔１３が穿孔されている。貫通孔１３は、下
面１４に開口する最大内径の凹部１３ａとアーバ５の取
付軸５ａを嵌合させる取付部としての穴部１３ｂと凹部
１３ａ及び穴部１３ｂの間に位置して穴部１３ｂに対し
て段付きで拡径された締結孔１３ｃとが同軸状に連続し
て形成されている。

【０００９】特に穴部１３ｂは内周面が円筒状に精密加
工されており、その円筒面の中心軸Ｏ１は工具本体１１
の中心軸をなしている。そして工具本体１１の上部１１
ａの外周面１１ａＡには穴部１３ｂと同軸をなす円筒状
の基準面１５が形成されている。更に拡径された下部１
１ｂの外周部１１ｂＡの先端には周方向に所定間隔で複
数のチップ取付座１６…が配列されており、これらのチ
ップ取付座１６…は穴部１３ｂと同軸に周方向に配列さ
れており、各チップ取付座１６にはスローアウェイチッ
プ４が固着されている。各スローアウェイチップ４は例
えば略四角形板状を呈しており、外周側に傾斜配置され
る主切刃としての外周刃４ａと先端側に配置される副切
刃としての正面刃４ｂとを有している。この場合、各ス
ローアウェイチップの外周刃４ａはチップ取付座１６が
穴部１３ｂと同軸に周方向に配列されているために穴部
１３ｂの中心軸Ｏ１と同軸をなす周方向に配列されるこ
とになる。

【００１０】本実施の形態による正面フライス１０は上
述の構成を有しており、次にこの正面フライス１０の工
具本体１１の製造方法について図２及び図３により説明
する。工具本体１１の製造方法を図２に示すフローシー
トにより説明すると、先ず旋盤などを用いて素材を図３
（ａ）に示すような工具本体１１の概略形状に切削加工
する（ステップ１０１）。この時点で工具本体１１は貫
通孔１３の穴部１３ｂの下穴１３ｂＢが穿孔され、上部
１１ａの外周面１１ａＡと拡径下部１１ｂの外周面１１
ｂＡは精密に加工されている。次にこの工具本体１１の
外周面１１ａＡ，１１ｂＡを研磨し焼き戻し等の熱処理
を施す（ステップ１０２）。この工程によって工具本体
１１の剛性、強度がアップするが外周面１１ａＡ，１１
ｂＡの寸法に誤差が発生し、先の加工による外周面１１
ａＡ，１１ｂＡと穴部１３ｂの下穴１３ｂＢとの同軸度
が失われることになる。

【００１１】そして例えば工具本体１１の下部１１ｂを
チャッキング等によって工作機械等に把持させ（ステッ
プ１０３）、図３（ｂ）に示すように穴部１３ｂの下穴
１３ｂＢを工作機械の主軸の中心軸Ｏ回りに仕上げ加工
して穴部１３ｂの内周面を精度よく円筒状に仕上げる
（ステップ１０４）。ここでは加工された穴部１３ｂの
中心軸Ｏ１は工具本体１１を把持する主軸の中心軸Ｏと
一致し工具本体１１の中心軸になる。更に工具本体１１
の上部１１ａについて図３（ｃ）に示すように、外周面
１１ａＡの少なくとも一部を仕上げ加工して円筒状の基
準面１５を切削加工する（ステップ１０５）。この基準
面１５は同一のチャッキング状態で穴部１３ｂと連続し
て加工するから同軸に仕上げられる。次にチャッキング
を外して図３（ｄ）に示すように、工作機械のアーバ５
の取付軸５ａに工具本体１１の穴部１３を嵌合させて締
結ねじ７で固定してチャッキングを行う（ステップ１０
６）。次に主軸にセットされたタッチセンサ２０を基準
面１５に当接させ工具本体１１の周方向に相対回転させ
て中心軸Ｏ回りに全周に亘ってセンシングを行う。タッ
チセンサ２０は主軸の中心軸Ｏからの距離を測定するた
め、主軸とアーバ５の取り付け誤差やアーバ５の取付軸
５ａと穴部１３ｂとの間のクリヤランス等の誤差によっ
て工具本体１１が主軸に対して微少な偏心を起こしてい
てその中心軸Ｏ１が中心軸Ｏと一致しない場合には、タ
ッチセンサ２０の測定値の変動として表れる。例えば偏
心がない場合の基準面１５と中心軸Ｏ（Ｏ１）との距離
の理想値をＲとし、基準面１５の周方向の各位置（基準
位置からの角度ω）と中心軸Ｏとの距離の測定値をｒω
とした場合、（Ｒ−ｒω）を各位置での振れとして演算
できる（ステップ１０８）。

【００１２】そのため、工作機械のＮＣ制御によって複
数のチップ取付座１６…を図示しない工作機械の切削工
具で工具本体１１の下部１１ｂに加工形成する際に、各
位置で距離（Ｒ−ｒω）を振れによる補正値として径方
向の切削位置を調整すればよい。このようにして図３
（ｄ）に示すように、工具本体１１の下部１１ｂにおい
てチップ取付座１６を切削加工すべき位置の振れ（Ｒ−
ｒω）を調整しつつ、チップ取付座１６を加工形成する
（ステップ１０９）。このようにして工具本体１１は穴
部１３ｂと外周面の基準面１５と複数のチップ取付座１
６…とが互いに中心軸Ｏ１で同軸をなすように精密に形
成できる。

【００１３】次にこのようにして得られた工具本体１１
をユーザー等が工作機械の主軸に装着して被削材を切削
加工する場合の振れ調整方法について説明する。図３に
示すように図示しない主軸に設けられたアーバ５の取付
軸５ａに工具本体１１の穴部１３ｂを嵌合させ、締結ボ
ルト７を取付軸５ａのねじ穴に緩く締め込むことで締結
ボルト７の頭部７ａが貫通孔１３の締結孔１３ｃの段差
に押し付けられて工具本体１１をアーバ５に固着する。
この状態でタッチセンサ２０を基準面１５に当接させて
主軸の中心軸Ｏ回りに周方向に全周に亘って測定し、各
測定値ｒωと理想値Ｒとの寸法差（Ｒ−ｒω）を取り付
け時の振れ（補正値）として演算する。そして振れ（Ｒ
−ｒω）が最大値の部位を打撃具で叩く等して取付軸５
ａに対する工具本体１１の位置調整を行い、この作業を
振れ（Ｒ−ｒω）が極小の許容範囲内か０になるまで繰
り返す。その後で締結ボルト７を硬く締め込むことで主
軸Ｏに対する偏心による各外周刃４ａの振れが０か極小
の取り付け状態になる。この状態で被削材を切削加工す
れば、高い加工精度で精密に切削加工できる。しかも複
数の外周刃４ａ…のうちの特定の外周刃４ａに過大な負
荷がかかることもなく均等に切削加工できる。尚、実施
の形態では、主軸と工具本体１１との間にアーバ５が設
けられているためにアーバ５の偏心も存在するが、工具
本体１１は主軸の中心軸Ｏ回りに回転するために主軸の
中心軸Ｏと工具本体１１の中心軸Ｏ１との偏心を取り除
くよう調整すればよい。

【００１４】図に示す正面フライス１０により主軸に対
する偏心による振れの調整量について試験を行ったとこ
ろ、工作機械の主軸に装着したアーバ５の取付軸５ａに
実施の形態による工具本体１１の穴部１３ｂを嵌合させ
て、タッチセンサ２０で基準面１５の測定を全周に亘っ
て行ったところ、工作機械の主軸の中心軸Ｏと工具本体
１１の中心軸Ｏ１とのズレは０．０８ｍｍであった。そ
こで工具本体１１の位置調整を行って再度タッチセンサ
２０で基準面１５の測定を行ったところ、中心軸ＯとＯ
１のズレは０．０１ｍｍとなり、取り付け精度が著しく
向上した。尚、図１，３，４において基準面１５は工具
本体１１の上部外周面１１ａＡの一部にリング状に形成
したが、外周面１１ａＡの上端まで延在するように形成
してもよい。

【００１５】上述のように本実施の形態によれば、工具
本体１１に工作機械に取り付ける穴部１３ｂの内周面と
同軸の基準面１５を外周面１１ａＡに設けたことで、チ
ップ取付座１６の形成時においても切刃による被削材の
加工時においても工具本体１１の偏心による振れを外側
から容易に測定して調整することができ、精密な工具本
体１１の製作と精密な切削加工とを行うことができる。
しかも工具本体１１を高速回転切削する場合等に回転バ
ランスを良くすることができて振動を抑えることができ
る。

【００１６】次に本発明の第二の実施の形態を図５によ
り説明するが、第一の実施の形態と同一または同様な部
分、部材には同一の符号を用いて説明する。図５は柄付
きの転削工具、具体的にはスローアウェイ式エンドミル
を示すものであり、このエンドミル３０において、工具
本体３１は複数のチップ４…がチップ取付座１６にそれ
ぞれ装着されたヘッド部３２と基端側に位置してチャッ
ク等で主軸に取り付けられるシャンク部３３とで構成さ
れている。各チップ取付座１６はヘッド部３２の外周面
に所定間隔で形成されている。シャンク部３３は略円柱
状とされ、シャンク部３３の外周面には主軸にチャック
で把持されるための円柱状の取付部３５が（例えばシャ
ンク部３３の全長に亘って）設けられ、その先端側領域
のヘッド部３２に取付部３５と分離して（分離せずに連
続して形成されていてもよい）円筒状の基準面３６が形
成されている。尚、基準面３６はシャンク部３３に設け
てもよい。

【００１７】取付部３５と基準面３６は、例えばヘッド
部３２が工作機械のチャックで把持された状態で連続し
て切削加工されて製作されたものであり、これによって
取付部３５と基準面３６は同軸に形成されている。そし
て取付部３５と基準面３６と複数のチップ取付座１６…
は同軸に設けられている。尚、取付部３５と基準面３６
の外径は同一でもよいし異なっていても良い。

【００１８】本実施の形態によるエンドミルは上述の構
成を備えているから、第一の実施の形態と同様にチップ
取付座１６…をヘッド部３２の周方向に所定間隔で形成
するには、工作機械の主軸にシャンク部３３の取付部３
５が把持された状態で基準面３６から主軸の中心軸Ｏま
での距離ｒωをタッチセンサ２０で測定して振れ調整
し、チップ取付座１６を形成する周面の径方向深さを特
定すればよい。またこのエンドミル３０を用いて被削材
の切削加工を行う際にも、同様に基準面３６から主軸の
中心軸Ｏまでの距離ｒωをタッチセンサ２０で測定して
振れ（Ｒ−ｒω）を演算し、工具本体３１を径方向に微
少移動させて中心軸Ｏと一致させて堅固に締め込み固定
すればよい。

【００１９】上述の実施の形態ではスローアウェイ式の
転削工具について説明したが、本発明はスローアウェイ
式に限定されることなくチップ取付座に切刃チップをろ
う付けするタイプの転削工具にも採用できる。また工具
本体に切刃を一体形成したソリッドタイプの転削工具に
も採用できる。更にはボーリングバー等の旋削工具であ
っても工作機械のチャックで工具を固定する際に切刃の
芯だし等に採用できる等、各種切削工具に採用できる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る工具本
体は、工作機械への取付部と同軸にセンシング用の基準
面を周面に設けたから、工具本体の基準面をセンサーで
工作機械の中心軸回りに周方向にセンシングすることで
工作機械の中心軸に対する工具本体の偏心による振れを
検出でき、これによってチップ取付座や切刃等の製作時
には工作機械の中心軸と工具本体のズレにかかわらず工
具本体の取付部と同軸にチップ取付座や切刃等を周方向
に形成することで振れを調整でき、また切削加工のため
の装着時にあっては工作機械に対する工具本体の取り付
け位置が同軸になるよう調整できて切刃の振れを抑えて
精度の良い切削ができる。そのため工具本体を高速回転
切削する場合等に回転バランスを良くすることができ振
動を抑えることができる。

【００２１】また本発明による工具本体の振れ制御方法
は、工作機械への取付部と同軸にセンシング用の基準面
を周面に設けた工具本体を工作機械に取り付け、該工作
機械の中心軸回りに基準面を周方向にセンシングして工
作機械の中心軸との振れを測定し、該振れを調整して取
付部と同軸をなす複数のチップ取付座や切刃を工具本体
の周面に加工するようにしたから、取付部で工具本体を
工作機械に固定した際、工作機械の中心軸に対する工具
本体の基準面の振れを検出できて、工具本体の取付部と
同軸のチップ取付座や切刃を周方向に形成できる。

【００２２】また本発明による工具本体の振れ制御方法
は、工作機械への取付部と同軸にセンシング用の基準面
を周面に設けると共に取付部と同軸に複数の切刃を周方
向に設けてなる工具本体を、取付部で工作機械に取り付
け、該工作機械の中心軸回りに基準面をセンシングして
工作機械の中心軸との振れを測定し、工作機械の中心軸
が工具本体の取付部と同軸をなすように工具本体の工作
機械への取り付け位置を微調整するようにしたから、取
付部で工具本体を工作機械に固定した際、工具本体の基
準面をセンサーで中心軸回りに周方向にセンシングする
ことで工作機械の中心軸に対する工具本体の取付部の中
心軸のズレによる基準面の振れを検出して同軸位置にく
るよう調整できて切刃の振れを抑えて精度の良い切削加
工ができる。しかも工具本体を高速回転切削する場合等
に回転バランスを良くすることができ振動を抑えること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一の実施の形態による正面フライ
スの工具本体の中央縦断面図である。

【図２】 実施の形態による工具本体の製造手順を示す
フローシートである。

【図３】 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は工具本体
の製造工程を示す図である。

【図４】 図１に示す正面フライスをアーバに装着した
状態を示す中央縦断面図である。

【図５】 第二の実施の形態による工具本体を示す要部
側面図である。

【図６】 従来の正面フライスアーバに装着した状態を
示す中央縦断面図である。

【符号の説明】

４ スローアウェイチップ ４ａ 外周刃 １０ 正面フライス １１，３１ 工具本体 １３ｂ 穴部（取付部） １５，３６ 基準面 １６ チップ取付座 ３０ エンドミル ３５ 取付部 Ｏ 工作機械の主軸の中心軸 Ｏ１ 工具本体の穴部の中心軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林崎 弘章 茨城県結城郡石下町大字古間木1511番地 三菱マテリアル株式会社筑波製作所内 Ｆターム(参考） 3C022 HH01 HH15 PP05 QQ03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械への取付部と同軸にセンシング
   用の基準面を周面に設けて成る工具本体。
2. 【請求項２】 工作機械への取付部と同軸にセンシング
   用の基準面を周面に設けた工具本体を工作機械に取り付
   け、該工作機械の中心軸回りに前記基準面を周方向にセ
   ンシングして前記工作機械の中心軸との振れを測定し、
   該振れを調整して前記取付部と同軸をなすように複数の
   チップ取付座または切刃を工具本体の周面に加工するよ
   うにした工具本体の振れ制御方法。
3. 【請求項３】 工作機械への取付部と同軸にセンシング
   用の基準面を周面に設けると共に前記取付部と同軸に複
   数の切刃を周方向に設けてなる工具本体を、前記取付部
   で工作機械に取り付け、該工作機械の中心軸回りに前記
   基準面を周方向にセンシングして前記工作機械の中心軸
   との振れを測定し、前記工作機械の中心軸が工具本体の
   取付部と同軸をなすように前記工具本体の工作機械への
   取り付け位置を微調整するようにした工具本体の振れ制
   御方法。