JP2002103101A - 切屑分断化旋削方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バイトをその送り方向に振幅させて旋削によ
り発生する切屑の幅を変化させ、切屑の分断化を図る切
屑分断化方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 圧電素子１４により四節リンクバネ機構
による微動台１２を介してバイト３に、その送り方向の
振幅を加える。回転駆動されるワークに対してバイト３
により旋削加工するとき、バイト３をその送り方向に振
幅が加えられると、旋削により発生する切屑の幅に変化
が生じて、幅の狭い部分から破断しやすくなり、切屑の
分断化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バイトをその送り
方向に往復振動させて切屑を分断される状態に旋削加工
する切屑分断化旋削方法及びその装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】旋削加工においては必然的に切屑が発生
する。この切屑が長く連続した状態にあると、下記のよ
うな加工上の問題が生じて、旋削能率や切削品質の低下
をまねくことになる。 （１）切屑がバイトに絡み付いて切削性を悪化させる。 （２）切屑が加工面に当たって加工面を傷つける。 （３）切屑がチャックとワークとの間に挟まってチャッ
クミスが生じる。

【０００３】また、切屑が長く連続した状態にあると、
切屑の処理についても、下記のような問題が生じて、切
屑処理に多くの時間を要することになる。 （１）切屑体積が大きくなり、切屑受け皿に至るまでの
穴に引っ掛かって受け皿に落ちにくい。 （２）受け皿に落ちても、直ぐに受け皿がいっぱいにな
る。

【０００４】また、連続した切屑が高速度で飛び出す
と、作業者に怪我させる恐れや、加工機に損傷を与える
などの問題があった。

【０００５】上記のように切屑が長く連続することによ
る問題を解決するために、切屑を適当な長さに分断する
必要がある。この切屑を適当な長さに折れた状態にする
手段として、チップブレーカを用いた旋盤が知られてい
る。旋削加工において最も多く用いられる逃げ面障害型
切断は、図７に示すように、バイト３にチップブレーカ
１９を取り付けて構成される。

【０００６】図７において、回転するワーク７にバイト
３の刃先を当てて削ることにより旋削切屑１８が発生
し、この旋削切屑１８はバイト３のすくい面に沿って流
出しようとするが、チップブレーカ１９があることによ
り上向きにカールする。カールした旋削切屑１８がバイ
ト３の下面に当たったとき、その表面に生じる歪みがワ
ーク７を構成する材質の破断歪みより大きくなると、切
削切屑１８は折れて分断化される。

【０００７】しかし、チップブレーカによる切屑の分断
は、バイト３の下面に当たったときの歪みより、ワーク
７の材質の破断歪みが大きくなる延性の高い材料の場合
では確実に分断できない。この問題を解決すべく、本願
出願人は分断が困難な材料の旋削加工においても切屑の
分断化を可能にした切屑分断化旋削方法及びその装置
を、特開平０９−２２５７７６号及び特開平１０−４３
９０１号公報に開示されたように提案した。

【０００８】ここに開示された切屑分断化旋削装置は、
図４に示すように、バイト３を微動装置９に保持させ、
回転駆動されるワーク７に対してバイト３を図示Ｂ方向
に送って旋削加工するとき、駆動信号発生手段８からの
駆動信号により前記微動装置９を動作させ、バイト３を
図示Ｃ方向に往復振動させることができるように構成さ
れている。バイト３に往復振動が加えられない通常の旋
削加工によっては、そこから発生する切屑は、図５に示
すように、一定幅の切屑２０となり、前述したように様
々の弊害が生じる状態となる。しかし、この装置ではバ
イト３に往復振動が加えられるので、図６に示すよう
に、発生する切屑１７は幅狭部分１７ａと幅広部分１７
ｂとが交互に現れる状態となる。このような状態の切屑
１７は、ワーク７が延性の高い材料の場合であっても幅
狭部分１７ａから容易に破断し、切屑１７は分断化され
ることになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、切屑１
７を幅狭部分１７ａと幅広部分１７ｂとが形成されるよ
うにバイト３に振幅を加えるために、微動装置９として
例えば圧電素子を用いた場合に、駆動周波数を高くして
バイト３の送り速度を速くしたり、大きな振幅量を得た
いときに、圧電素子の負荷が大きくなるため、圧電素子
が大型化し、装置の大型化が避けられない課題があっ
た。

【００１０】また、旋削加工による高精度の加工を安定
して行い、微動装置９の長寿命化を図るために、バイト
３に効率よく振幅を加える構造が要求されている。

【００１１】本発明が目的とするところは、バイトの振
幅及び駆動周波数を効率よく増加させて、加工精度や切
削効率を高め、微動装置の長寿命化を図った切屑分断化
方法及びその装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本願の第１発明は、回転駆動されるワークの加工面に
沿う方向にバイトを送ってワークを旋削加工し、この旋
削加工によって発生する切屑が分断される状態に削り出
す切屑分断化旋削方法であって、前記バイトを四節リン
クバネ機構によって構成された微動台上に固定し、この
微動台を駆動手段によってバイトの送り方向に往復振動
させ、その振動周波数がワークの回転速度（ｒｐｓ）に
対してｍ／２倍（ｍは任意の奇数）となるようにして旋
削加工することを特徴とする。

【００１３】上記切屑分断化旋削方法によれば、四節リ
ンクバネ機構によりバイトはその送り方向に効率よく往
復振動するので、旋削加工によって発生する切り屑は幅
の狭い部分と幅の広い部分とが交互に繰り返された状態
になる。ワークの材質が延性の高いものであっても幅の
狭い部分で容易に破断して分断化される。また、振幅を
大きくしてバイトの軌跡が交差するようにすると、旋削
時に切屑は分断される。この切屑の分断化により、旋削
加工時の切屑による弊害が解消され、切屑処理も容易と
なる。

【００１４】上記切屑分断化旋削方法において、微動台
上に固定するバイト及びその固定手段の質量が削減され
るように、小径化したバイトを微動台に直接固定するこ
とにより、駆動手段の負荷を増加させることなく振動周
波数を大きくすることができ、ワークの回転速度を増加
させて切り屑の分断化を図ることができ、旋削加工のタ
クトを向上させることができる。

【００１５】また、本願の第２発明は、回転駆動される
ワークの加工面に沿う方向にバイトを送ってワークを旋
削加工し、この旋削によって発生する切屑が分断される
状態に削り出す切屑分断化旋削装置であって、四節リン
クバネ機構によって構成された微動台と、この微動台上
にバイトを固定するバイト固定手段と、前記微動台をバ
イトの送り方向にワークの回転速度（ｒｐｓ）に対して
ｍ／２（ｍは任意の奇数）の周波数で往復振動させる駆
動手段とを備えてなることを特徴とする。

【００１６】上記切屑分断化旋削装置によれば、バイト
は駆動手段によって往復駆動される微動台により送り方
向に往復振動し、その振幅は微動台を構成する四節リン
クバネ機構により増幅されるので、駆動手段を大型化さ
せることなく振幅を大きくしてバイトをその送り方向に
往復振動させることができる。このバイトを送り方向に
往復振動させる動作により、旋削加工によって発生する
切り屑は幅の狭い部分と幅の広い部分とが交互に繰り返
された状態になる。ワークの材質が延性の高いものであ
っても幅の狭い部分で容易に破断して分断化される。ま
た、振幅を大きくしてバイトの軌跡が交差するようにす
ると、旋削時に切屑は分断される。この切屑の分断化に
より、旋削加工時の切屑による弊害が解消され、切屑処
理も容易となる。

【００１７】上記切屑分断化旋削装置において、バイト
固定手段は、小径化されたバイトを固定する微動台の上
部ステージとすることにより、小径化されたバイトを微
動台に直接固定することができ、微動台上の重量が軽減
され、駆動手段の負荷を増加させることなく振動周波数
を増加させることができ、ワークの回転速度を増加させ
て切り屑の分断化を図ることができ、旋削加工のタクト
を向上させることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。
尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であ
って、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

【００１９】本実施形態は、図４に示した切屑分断化旋
削装置１における微動装置９に改良を加えたもので、図
１に示す第１の実施形態になる微動装置９ａ、図３に示
す第２の実施形態になる微動装置９ｂに示すように、圧
電素子１４により発生させた振幅を四節リンクバネ機構
によって構成された微動台１２、２１を介してバイト
３、２２に伝達するように構成したものである。

【００２０】まず、図４を参照して切屑分断化旋削装置
１の全体構成及びその動作について説明する。切屑分断
化旋削装置１は、旋削対象とするワーク７を主軸２に設
けられたチャック６によって保持して回転駆動し、ワー
ク７の円周面をバイト３によって旋削加工する。バイト
３は微動装置９に保持され、この微動装置９はＮＣテー
ブル４上に固定され、駆動信号発生手段８から駆動信号
が供給される。これら主軸２、ＮＣテーブル４、駆動信
号発生手段８の動作は制御装置５によって制御される。

【００２１】制御装置５の制御により、主軸２を回転さ
せてワーク７を回転駆動し、ワーク７の加工量に応じて
ＮＣテーブル４を移動させてバイト３を図示Ａ方向に移
動させ、加工開始点で停止させる。次いで、ＮＣテーブ
ル４の移動によりバイト３を微小往復させながら図示Ｂ
方向に移送する。このとき、従来から用いられている一
般的なバイト３の送り動作であれば、前述したようにバ
イト３の送りマーク（ワーク７上のバイト３の軌跡）
は、図２に破線で示すように、ワーク７の外周面に対し
て螺旋を描くような軌跡となり、そのときに発生する切
屑２０は図５に示したようになり、ワーク７の材質が延
性の高いものである場合には容易に破断せず、前述した
ような弊害が発生する。そこで、駆動信号発生手段８か
ら主軸２の回転速度Ｎ（ｒｐｓ）のｍ／２倍（ｍは任意
の奇数）の周波数でサイン波信号を微動装置９に供給し
てバイト３を図示Ｃ方向に往復振動動作させる。このバ
イト３をＮＣテーブル４の移動によりＢ方向に移送する
と、ワーク７の円周面は往復振動するバイト３により旋
削加工されることになり、このときのバイト３の送りマ
ークは、図２に実線で示すように、円周面上にサインカ
ーブを描くようになる。このような旋削加工によって発
生する切屑１７は、図６に示したように、幅狭部分１７
ａと幅広部分１７ｂとが交互に連なった状態になり、ワ
ーク７の材質が延性の高いものである場合であっても、
幅狭部分１７ａから容易に破断して切屑１７を分断化す
ることができる。

【００２２】上記のように旋削加工により発生する切屑
１７を幅狭部分１７ａと幅広部分１７ｂとが生じるよう
にすると、幅狭部分１７ａに応力が集中するため、削り
出され、落下するなどの過程で幅狭部分１７ａから容易
に破断して分断化されるが、更に積極的な分断化を達成
するには、バイト３の振幅を大きくして隣り合う軌跡が
交差する状態にすると、バイト３は既に切削したところ
を通るため、切屑は切削時に分断された状態になる。こ
の振幅を大きくすることを可能にする第１及び第２の各
実施形態の微動装置９ａ、９ｂについて、以下に説明す
る。

【００２３】第１の実施形態に係る微動装置９ａは、図
１に示すように、取付台１３上に、取付台１３に一方が
固定された圧電素子１４と、四節リンクバネを構成した
微動台１２とが配置され、圧電素子１４の先端部はボー
ル１５を介して微動台１２に間隔２ｈで形成された円弧
ヒンジ部１２ａ、１２ａの中間位置に押し当てられてい
る。この微動台１２の上部ステージにはバイト３を保持
するホルダ１１が固定されている。

【００２４】上記構成において、圧電素子１４に駆動信
号発生手段８から駆動信号を供給し、圧電素子１４が図
示Ｃ方向に伸縮すると、微動台１２は圧電素子１４が伸
びたときには押力Ｆでワーク７方向に変位し、逆に圧電
素子１４が縮んだ時には四節リンクバネのバネ力により
引き戻される結果、微動台１２はＣ方向に微小往復す
る。このときの四節リンクバネのバネ定数Ｋｓは、下式
（１）で表される。

【００２５】 Ｋｓ＝８Ｅｂｔ^2.5 ／９πｒ^0.5 ｈ² …（１） ここで、Ｅは縦弾性係数、ｂは円弧ヒンジ部１２ａの幅
（図示奥行き方向幅）、ｔは円弧間の厚さ、ｒは円弧ヒ
ンジ部１２ａの円弧の半径、ｈは円弧ヒンジ部１２ａか
ら同列の円弧ヒンジ部１２ａ、１２ａ間の中央までの高
さである。

【００２６】また、圧電素子１４が伸縮する振幅量δ
は、下式（２）で表される。

【００２７】δ＝Ｆ／Ｋｓ…（２） 圧電素子１４が微動台１２の一対の円弧ヒンジ部１２
ａ、１２ａ間の中央に押し当てられているため、微動台
１２の上部ステージ上に取り付けられているバイト３
は、圧電素子１４の振幅量δに対し、２倍の２δの振幅
量で微小振動させることができる。従って、圧電素子１
４の負荷を大きくすることなくバイト３の振幅量を拡大
することができ、バイト３の隣り合う軌跡を交差させて
切屑を分断させることや、バイト３の送り速度を速くす
ることも可能となる。

【００２８】また、微動台１２を構成する四節リンクバ
ネは剛性が高く、安定した動作が得られ、加工精度の向
上を図ることができる。

【００２９】次に、第２の実施形態に係る微動装置９ｂ
について、図３を参照して説明する。図３において、第
２の実施形態に係る微動装置９ｂは、四節リンクバネ構
造に構成された微動台２１に小径化されたバイト２２を
直接取り付け、微動台２１上の重量の軽減を図ってい
る。他の構成要素は、第１の実施形態の構成要素に共通
するもので、その説明は省略する。

【００３０】微動台２１は、先と同様にワーク７の回転
速度Ｎ（ｒｐｓ）に対し、ｍ／２倍（ｍは任意の奇数）
の駆動周波数で圧電素子１４により駆動されるが、回転
速度Ｎあるいは係数ｍを大きくして加工タクトを向上さ
せ、切屑１７の分断を短くしようとすると、微動台２１
の駆動周波数を増加させる必要がある。微動台２１の共
振周波数ｆは、微動台２１のバネ定数をＫｓ、圧電素子
１４のバネ定数をＫｐ、微動台２１の上部２１ｂとバイ
ト２２とを合わせた質量をＭとすると、下式（３）で表
される。

【００３１】 ｆ＝｛（Ｋｓ＋Ｋｐ）／Ｍ｝^0.5 ／２π…（３） 微動台２１の駆動周波数は振動、異方向への変位に影響
を与えない範囲に設定され、実用的には共振周波数ｆの
１／２以下で使用される。そこで、駆動周波数を増加さ
せるためには、上記（３）式から、微動台２１のバネ定
数Ｋｓあるいは圧電素子１４のバネ定数Ｋｐを大きくす
るか、微動台２１の上部２１ｂ及びバイト２２の質量Ｍ
を小さくすることになる。しかし、微動台２１のバネ定
数Ｋｓを大きくすると、圧電素子１４の微小往復の振幅
量が減少し、圧電素子１４のバネ定数Ｋｐを大きくする
と、発熱の影響や大型化するなどの問題が発生する。よ
って、微動台２１上に搭載される質量Ｍを小さくするの
が、微動装置９ｂの駆動周波数を増加させるのに有効と
なる。

【００３２】上記微動装置９ｂでは、小径化したバイト
２２を微動台２１に直接固定しているので、微動台２１
上に搭載される質量Ｍは小さくなり、圧電素子１４の負
荷を増加させることなく微動装置９ｂの駆動周波数を増
加させることができる。従って、ワーク７の回転速度を
大きくして旋削加工のタクトを向上させることができ、
ワーク７の回転速度を増加させても、それに応じて微動
装置９ｂの駆動周波数を増加させると切屑１７の分断化
を図ることができる。また、ワーク７の回転速度に対す
る駆動周波数の増加により、切屑１７の幅狭部分１７ａ
と幅広部分１７ｂとの間の間隔を小さくして、切屑１７
をより小さく分断することも可能になる。

【００３３】尚、以上説明した第１及び第２の各実施形
態において、駆動信号発生手段８から圧電素子１４に供
給する駆動信号の波形をサイン波としているが、三角波
や方形波、台形波、のこぎり波のように周期的に変化す
る波形を用いることもできる。

【００３４】また、微動台１２、２１を振幅させる駆動
源として圧電素子１４を用いた例を示したが、これに限
定されるものでなく、他の機械的もしくは電気的な加振
手段を適用することもできる。

【００３５】また、旋削加工の対象として、円柱形のワ
ーク７の外周面を旋削する場合について説明したが、旋
削対象の形状や加工面に限定されるものでなく、バイト
３、２２を振幅させる方向が、バイト３、２２の送り方
向であれば同様に切屑分断化を図ることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明の通り本発明によれば、旋削
加工においてバイトをその送り方向に振幅させて、旋削
により発生する切屑の幅に変化を生じさせて切屑の分断
化を図るとき、駆動源から四節リンクバネ機構を介して
バイトに振幅を加えるので、駆動源の負荷を抑制して振
幅幅の増加を図ることができ、旋削時に切屑を分断化す
ることが可能となる。また、バイト及びその取付け部分
の質量の軽減により、駆動源の負荷を抑制して駆動周波
数を増加させることができ、切屑の分断距離を小さくす
ることや、ワークの回転速度を増加させても切屑の分断
化が可能にすることができる。この切屑分断化により旋
削加工における切屑による弊害が解消され、切屑処理を
容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る微動装置の構成を示す断
面図。

【図２】切屑を分断化するバイトの軌跡を示す模式図。

【図３】第２の実施形態に係る微動装置の構成を示す断
面図。

【図４】切屑分断化装置を設けた旋削装置の全体構成を
示す構成図。

【図５】分断化されない従来の切屑の例を示す斜視図。

【図６】分断化した切屑の例を示す斜視図。

【図７】従来のチップブレーカ付きバイトによる切屑の
分断化を説明する模式図。

【符号の説明】

１ 切屑分断化旋削装置 ３、２２ バイト ７ ワーク ９ａ、９ｂ 微動装置 １２、２１ 微動台 １４ 圧電素子（駆動手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動されるワークの加工面に沿う方
   向にバイトを送ってワークを旋削加工し、この旋削加工
   によって発生する切屑が分断される状態に削り出す切屑
   分断化旋削方法であって、 前記バイトを四節リンクバネ機構によって構成された微
   動台上に固定し、この微動台を駆動手段によってバイト
   の送り方向に往復振動させ、その振動周波数がワークの
   回転速度（ｒｐｓ）に対してｍ／２倍（ｍは任意の奇
   数）となるようにして旋削加工することを特徴とする切
   屑分断化旋削方法。
2. 【請求項２】 微動台上に固定するバイト及びその固定
   手段の質量が削減されるように、小径化したバイトを微
   動台に直接固定する請求項１記載の切屑分断化旋削方
   法。
3. 【請求項３】 回転駆動されるワークの加工面に沿う方
   向にバイトを送ってワークを旋削加工し、この旋削によ
   って発生する切屑が分断される状態に削り出す切屑分断
   化旋削装置であって、 四節リンクバネ機構によって構成された微動台と、この
   微動台上にバイトを固定するバイト固定手段と、前記微
   動台をバイトの送り方向にワークの回転速度（ｒｐｓ）
   に対してｍ／２（ｍは任意の奇数）の周波数で往復振動
   させる駆動手段とを備えてなることを特徴とする切屑分
   断化旋削装置。
4. 【請求項４】 バイト固定手段が、小径化されたバイト
   を固定する微動台の上部ステージである請求項３記載の
   切屑分断化旋削装置。