JP2004025345A - 鉄系材料の切削加工方法 - Google Patents

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Noboru Urata
浦田 昇
Seizo Machida
待田 精造
Kimii Okugawa
奥川 公威
Shoji Kuroki
黒木 昭二
Shuji Kaminaga
上永 修士
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Abstract

【目的】被削材料と接触しているダイヤモンド工具に超音波振動を与えることにより、ダイヤモンド工具の刃先部分に起こる炭素との化学反応を回避することができ、高精度な鏡面を有し、加工処理時間の短縮化が図れる炭素を含有する鉄系材料の切削加工方法を提供することにある。
【構成】台座1の先端にダイヤモンド刃2を有する切削工具3を用いて、炭素を含有する鉄系材料の被削材料4を切削する切削加工方法であって、切削加工時の切削工具3の移動方向と同一方向に切削工具を超音波振動させながら移動させるようにした方法である。
【選択図】    図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切削加工を行う際に切削工具の移動方向と同一方向に切削工具を超音波振動させながら移動させて切削する鉄系材料の切削加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
切削抵抗の減少、加工精度の向上、加工歪みの低下を図るための技術が、例えば、特開平7−68401号公報に開示されている。この振動切削加工方法には、図9に示したように、切削時に第一及び第二のアクチュエータによって、切削工具20に切削方向及び切り屑流出方向の振動を重畳して与えている。
【0003】
このとき、振動制御手段によって、第一及び第二のアクチュエータの動作制御を行い、切削工具20の動作における1つの周期内で、切削工具20が被削材21に対して相対的に切削方向の正の速度分布を有する期間内で切り屑流出方向の正の速度分布を有する期間内で切り屑及び仕上げ面から離れた状態で仕上げ面に移動するようにその動作が制御される。
【0004】
そのために、ダイヤモンド刃を有する切削工具20を用いて、炭素を含有する鉄系の被削材料を加工すると、被削材料と接触しているダイヤモンドの刃先部分が摩耗を起こし、すぐに切削できない状態になり、所定の形状を形成することができにくいものであった。
【0005】
通常、炭素を含有する被削材料4を鏡面加工する場合には、被削材料4を機械加工により形状生成を行った後、必要な鏡面部を研削加工やポリシング加工または手磨きなどの2次、3次処理を行ったり、表面にメッキ処理等を行ったりして鏡面部を形成したり、ダイヤモンド刃2を有する切削工具20による切削加工で鏡面生成は可能であるが、この場合は、被削材料4が非鉄金属の範囲で形成できるが、炭素を含有する鉄系材料の被削材料4は、ダイヤモンド工具の破損等が生じ易く短時間に鏡面加工処理を行うことは不可能であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記課題を解決するために被削材料と接触している切削工具に超音波振動を与えることにより、切削工具の刃先部分に起こるダイヤモンド刃と炭素との化学反応を回避することができ、高精度な鏡面を有し、加工処理時間の短縮化が図れる炭素を含有する鉄系材料の切削加工方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の鉄系材料の切削加工方法は、台座の先端にダイヤモンド刃を有する切削工具を用いて、炭素を含有する鉄系材料を切削する切削加工方法であって、切削加工時の切削工具の移動方向と同一方向に切削工具を超音波振動させながら移動させることを特徴としている。
【0008】
したがって、被削材料と接触している切削工具に移動方向と同一方向に超音波振動を与えることにより、切削工具の刃先部分に起こる炭素との化学反応を回避することができ、高精度な鏡面を有し、加工処理時間の短縮化が図れる。
【0009】
請求項2に記載の鉄系材料の切削加工方法は、請求項1に記載の切削工具は、台座のダイヤモンド刃と当接する部分に微細な鋸歯状の凹凸形状を備えるとともに該ダイヤモンド刃の台座と当接する面と反対側の面に板状治具を当接させて螺子締めして固定することを特徴としている。
【0010】
したがって、切削工具の破損や刃先部分のチッピンング防止を図ることができる。
【0011】
請求項3に記載の鉄系材料の切削加工方法は、請求項1又は請求項2に記載の鉄系材料の切削加工方法において、振動装置に切削工具が固定されており、振動装置自体の傾斜角度を調整することにより、被削材とダイヤモンド工具の刃先が所定の角度となるようにして切削加工を行うことを特徴としている。
【0012】
したがって、被削材の面荒さの加工形状精度が向上し、工具の調整時間が短縮されダイヤモンド刃先のチッピンング防止を図ることができる。
【0013】
請求項4に記載の鉄系材料の切削加工方法は、請求項1又は請求項2に記載の鉄系材料の切削加工方法において、5軸のスピンドル軸に振動装置及び切削工具が固定されており、切削工具の刃先が切削進行方向に対して常に同じ方向を向くように保ちながら切削加工を行うことを特徴としている。
したがって、曲線加工形状の加工面の鏡面を高精度に確保することができる。又、切削工具の干渉を防止することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1乃至図8に示したように、本発明の実施形態に係わる鉄系材料の切削加工方法について説明する。
【0015】
図1において、超硬やステンレス等からなる台座1の先端に単結晶ダイヤモンド(天然ダイヤモンド)からなるダイヤモンド刃2を接合した切削工具3を用いて、炭素を含有する鉄系材料からなる板状の被削材料4を切削する加工方法であって、切削加工時の切削工具3の移動方向と同一方向に切削工具を超音波振動させながら移動させるようにした方法である。
【0016】
図2は、旋盤加工のようにロッド状の被削材料4を回転させながら切削加工を行うものであって、炭素を含有する鉄系材料の被削材料4を回転させ、ダイヤモンド刃2を所定の断面形状方向に超音波振動をさせながら切削工具3を切削方向に移動して切削加工を行う方法である。図3は、ダイヤモンド刃2を所定の断面形状方向に超音波振動させながら切削工具3を切削方向に移動して切削加工を行う際の、切削工具3の振動形態を示す図である。
【0017】
具体的には、切削工具3の刃先(ダイヤモンド刃2)に振幅1μm〜50μmの振幅の超音波振動を与えるとともに、超音波振動の振幅及び加工速度を調節して、超音波振動によるダイヤモンド刃2の速度(Vc)と切削加工を行うための加工速度(Vs)との速度比(Vo)を50〜200になるうように設定し、1回の加工切り込み深さを10μm以下で切削加工を行う。このような条件下で切削加工を行うことにより、加工面の表面粗さRaが0.002μm〜0.1μmの鏡面が得られる。また、切削工具3の刃先の破損もなく加工時間が短縮されようになる。
【0018】
ところで、切削工具3は、台座1の先端部に先鋭な片状のダイヤモンド刃2が接合されているものであるが、振動切削においては、切削時の切削抵抗及び超音波振動による遠心力の合力がダイヤモンド刃2に加わるため、台座1とダイヤモンド刃2の接合強度がこの合力以下であれば、加工時にされているものであるが、切削工具3のチッピングや破損等が生じる。例えば、上述した条件では、炭素を含有する鉄系材料を振動加工する場合、合力として約30g/mm2の力がダイヤモンド刃2に加わるため、台座1とダイヤモンド刃2の接合強度は、安全率を考慮した場合、約50g/mm2が必要となる。
【0019】
図4(a)は、このような問題を解決するために、板状治具6により台座1とダイヤモンド刃2の接合強度を補強した切削工具3を示すものであり、図4(b)は、図4(a)中の矢印の方向から見た場合の矢視図を示したものである。切削工具3は、台座1のダイヤモンド刃2と当接する面と反対側の面に板状治具6を当接させて螺子7で固定したものである。
【0020】
台座1の微細な鋸歯状の凹凸部5は、ブラスト、ショットピーニング等による粗面化処理や、切削加工や研削加工のような機械的な加工により形成する。台座1のダイヤモンド刃2と当接する部分に微細な鋸歯状の凹凸部5を設けることにより、振動加工時に台座1のダイヤモンド刃2と当接する部分の剪断方向の摩擦抵抗が大きくなるために、接合界面の滑り止めの効果が得られ、切削工具3のチッピング損傷を防止することができる。さらに、この方法を用いると、小さなダイヤモンド結晶を用いたダイヤモンド刃2にも適用でき、微細な部分への鏡面加工が可能である。
【0021】
また、ダイヤモンド刃2の刃先形状を転写させる振動切削加工を行う場合、ダイヤモンド刃2の刃先が、被削材料4に対して所定の一定角度を保つように調整する必要がある。この場合、切削工具3自体を微調整してセッテイングする方法が考えられるが、ダイヤモンド刃2に手を触れたりすると刃先に油膜ができるため加工時に鏡面が得られなくなってしまうことがある。
【0022】
図5(a)、(b)は、この問題を解決するために、振動装置8に切削工具3を固定し、振動装置8自体の傾斜角度を調整する角度調整機構を設けたものであり、被削材料4と切削工具3の刃先が所定の角度となるようにして切削加工を行うものである。この傾斜角度の調整は、ヒンジ9によって回動可能とし、振動軸10とダイヤモンド刃2との直角度を確保しながら行うために、振動装置8全体を水平方向に角度微調整可能としている。振動装置8に切削工具3を固定した状態で振動装置8の角度を調整するため、ダイヤモンド刃2に直接手を触れることなく調整できる。
【0023】
また、この角度調整機構により、切削工具3の刃先をμmレベルで微調整することができる。この微調整は、ダイヤモンド刃2を水平角度方向に0.001°単位で行えるため、角度精度が0.001°〜0.003°の高精度加工物が得られる。
【0024】
図6(a)、(b)は、角度調整機構による水平角度の調整前後の加工による被削材料4の加工面の表面荒さの測定結果を示したものである。図6(a)のような角度調整前すなわち被削材料4とダイヤモンド刃2との水平が保たれないと、刃先傾斜による表面粗さが悪化するが(Ry300nm)、図6(b)のように角度調整後すなわち被削材料4とダイヤモンド刃2との水平が保たれていると、表面粗さが小さくなり(Ry50nm)、鏡面が形成された。
【0025】
このようにすることで、被削材料4の表面荒さの加工形状精度が向上し、切削工具3の調整時間が短縮され、切削工具3の刃先のチッピングを防止することができる。
【0026】
図7及び図8に示したように、1軸〜5軸を有するスピンドル軸に振動装置8及びダイヤモンド工具が固定されており、ダイヤモンド工具の刃先が切削進行方向に対して常に同じ方向を向くように保ちながら切削加工を行うようにしている。
【0027】
このようにすることで、振動切削加工を用いて、これまで困難であった3次元の曲線形状加工を行うために、図8のような5軸のスピンドル軸へ振動装置及びダイヤモンド工具を固定する。曲線形状加工時には、水平方向移動を2軸と3軸を用いて行い、回転方向移動を4軸を用いて行う。このとき、2軸、3軸、4軸は、同時制御可能で同期した送り機構を持つ。加工時の切り込みは、1軸を用いて行うことにより、振動装置8を含むダイヤモンド工具は、すべて固定した状態で、進行方向制御が可能な振動切削加工を行うことができる。
【0028】
このようにすることで、曲線加工形状の加工面の鏡面を高精度に確保することができる。又、ダイヤモンド工具の干渉を防止することができる。
【0029】
【発明の効果】
請求項1に記載の鉄系材料の切削加工方法は、台座の先端にダイヤモンド刃を有する切削工具を用いて、炭素を含有する鉄系材料を切削する切削加工方法であって、切削加工時の切削工具の移動方向と同一方向に切削工具を超音波振動させながら移動させることにより、被削材料と接触しているダイヤモンド工具に超音波振動を与えることにより、ダイヤモンド工具の刃先部分に起こる炭素との化学反応を回避することができ、高精度な鏡面を有し、加工処理時間の短縮化が図れる。
【0030】
請求項2に記載の鉄系材料の切削加工方法は、台座のダイヤモンド刃と当接する部分に微細な鋸歯状の凹凸形状を備えるとともにこのダイヤモンド刃の台座と当接する面と反対側の面に板状治具を当接させて螺子締めして固定しているので、ダイヤモンド工具の破損や刃先部分のチッピンング防止を図ることができる。
【0031】
請求項3に記載の鉄系材料の切削加工方法は、振動装置にダイヤモンド工具が固定されており、振動装置自体の傾斜角度を調整することにより、被削材とダイヤモンド工具の刃先が所定の角度となるようにして切削加工を行うので、被削材の面荒さの加工形状精度が向上し、工具の調整時間が短縮されダイヤモンド刃先のチッピンング防止を図ることができる。
【0032】
請求項4に記載の鉄系材料の切削加工方法は、5軸のスピンドル軸に振動装置及びダイヤモンド工具が固定されており、ダイヤモンド工具の刃先が切削進行方向に対して常に同じ方向を向くように保ちながら切削加工を行うので、曲線加工形状の加工面の鏡面を高精度に確保することができる。又、ダイヤモンド工具の干渉を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態である鉄系材料の被削材料を直線的に切削する切削加工方法を示す斜視図である。
【図2】本発明の異なる実施形態である鉄系材料の被削材料を回転的に切削する切削加工方法を示す正面図である。
【図3】本発明の一実施形態である鉄系材料の被削材料を直線的に切削する切削加工方法を示す拡大断面図である。
【図4】(a)はダイヤモンド工具を示す斜視図であり、(b)はダイヤモンド刃を台座の凹凸部と板状治具で固着した状態を示す縦断面図である。
【図5】(a)はダイヤモンド工具を水平方向に微調整機構を設けた正面図であり、(b)はダイヤモンド工具の刃を被削材料に対して水平角度調整可能にした正面図である。
【図6】(a)はダイヤモンド工具の角度調整前の状態を示す正面図、(b)はダイヤモンド工具の角度調整後の状態を示す正面図である。
【図7】本発明の振動切削加工装置を用いて、3次元の曲線形状加工を行うための斜視図である。
【図8】本発明は5軸の振動切削加工装置を示す斜視図である。
【図9】従来の楕円振動を切削工具に付加した場合の断面図である。
【符号の説明】
1 台座
2 ダイヤモンド刃
3 切削工具
4 被削材料
5 凹凸部
6 板状治具
7 螺子
8 振動装置

Claims (4)

  1. 台座の先端にダイヤモンド刃を有する切削工具を用いて、炭素を含有する鉄系材料の被削材料を切削する切削加工方法であって、切削加工時の切削工具の移動方向と同一方向に切削工具を超音波振動させながら移動させることを特徴とする鉄系材料の切削加工方法。
  2. 前記切削工具は、台座のダイヤモンド刃と当接する部分に微細な鋸歯状の凹凸形状を備えるとともに該ダイヤモンド刃の台座と当接する面と反対側の面に板状治具を当接させて螺子締めして固定することを特徴とする請求項1記載の鉄系材料の切削加工方法。
  3. 振動装置に切削工具が固定されており、振動装置自体の傾斜角度を調整することにより、被削材と切削工具の刃先が所定の角度となるようにして切削加工を行うことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の鉄系材料の切削加工方法。
  4. 5軸のスピンドル軸に振動装置及びダイヤモンド工具が固定されており、切削工具の刃先が切削進行方向に対して常に同じ方向を向くように保ちながら切削加工を行うことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の鉄系材料の切削加工方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101299568B1 (ko) * 2011-07-05 2013-08-23 주식회사 세스코 음각의 렌티큘러가 구비된 라미네이팅 플레이트 가공 방법
JP2015000453A (ja) * 2013-06-17 2015-01-05 株式会社ジェイテクト 振動切削装置および振動切削方法

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