JP2004181606A - 切削加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】展性及び延性に富んだ金属材料からなる被削材であっても、切削によって生ずる切屑を確実に分断することができ、切屑がバイトに絡み付くことがなく、表面加工精度のよい切削加工物を得ることができる切削加工方法を提供する。
【解決手段】矢印１０の方向に回転する回転工具のバイト５を、ワーク１が所定の半径寸法２１となる位置に一致させ、矢印２の方向に回転するワーク１の外周部の５ｂ、５ａ、５ｃ、２２で囲まれた範囲を切削し非円形断面状に切削加工し、しかる後に固定バイトにて所定の寸法１９で円形断面状に切削加工するようにした。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切屑を確実に分断しつつ被削材を切削することができる切削加工方法に関するものであり、特に切削性の悪い材料の切削表面を高精度に得ることが出来るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、機械部品等の切削加工に用いられる平面視多角形のスローアウェイチップより詳しくは、チップブレーカを改善して連続切削で排出される切屑を広範な切削条件下で望ましい長さに分断処理することを可能なスローアウェイチップにより、ブレーカ壁に衝突した切屑が連続的に、螺旋状にカールして確実に分断されるようにしている（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２１７００７号公報（１−６頁、第４図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のようにして切屑を分断するためには、予めワークの回転数、切り込み量、切削速度、切削方向、バイトの取り付け角度、チップブレーカの形状などの切削条件について最適条件を抽出して設定しなければならず、そのため種々の切削テストを必要とし、長い時間と労力を費やすことになる。また、倣い加工を伴う切削加工においては切削方向を問わない形状も存在するが、切屑の分断性が十分とはいえず必ずしも確実に分断することは出来ない。
【０００５】
前記のようなチップブレーカバイトを用いると、鋼鉄などの通常の金属材料からなる被削材であれば、前記のような長い時間と労力を費やして抽出する最適条件で切削加工すれば切屑の分断性はある程度まで向上させることができる。
【０００６】
しかし、例えばアルミニウム合金のＢｉ、Ｐｂを含有していない金属材料は展性、延性に富んでいて、前記チップブレーカバイトで切削しても、切屑が分断されにくく、バイトに絡み付き、切削液や圧縮空気を吹き付け切屑を除去しようとしても容易に除去できない。
【０００７】
したがって、前記のような不確定要素を含む従来の切削加工方法では、日々要求が厳しくなる昨今の切削加工物、例えば高精密な電子機器部品の表面加工状態を精度よく確保することができず、コストも高いものになるなどの問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は前記課題を解決するものであり、展性及び延性に富んだ金属材料からなる被削材であっても、切削によって生ずる切屑を確実に分断することができて切屑がバイトに絡み付くことがなく、表面加工精度のよい切削加工物を得ることができる切削加工方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載された切削加工方法は、金属材料からなる被削材を回転させながらバイトによって所定の半径寸法まで切削し、断面円形の切削加工物に形成するに際して、前記被削材の切削すべき表面を、回転工具により予め前記バイトが通過する軌跡を横切りかつ前記所定の半径寸法と同じ寸法及びそれよりも大きい寸法の断面非円形をこの被削材１回転当たり１つ形成し、しかる後に固定バイトにて前記所定の切り込み深さまで切削加工することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項１に記載された切削加工方法によれば、被削材の切削すべき表面を、回転工具により予め前記バイトが通過する軌跡を横切りかつ所定の半径寸法と同じ寸法及びそれよりも大きい寸法の断面非円形をこの被削材１回転当たり１つ形成し、しかる後に固定バイトにて切削加工すると断面非円形の所定の半径寸法と同じ箇所でバイトの切り込み量はゼロとなりそのとき生じた切り屑は確実に分断され、展性及び延性に富んだ金属材料からなる被削材でも、切削加工時に生じた切屑が確実に分断され、切屑がバイトに絡み付くことが無く切削加工された切削加工物の表面に切屑が接触して生ずるスリキズなどが発生することが防止され、表面加工精度のよい高精密な電子機器部品などの切削加工物を得ることができる。しかも、回転工具を用いて非円形断面を切削するので切削状況は断続切削状態であり切り屑は確実に分断でき、従来のチップブレーカバイトを用いる方法のような切削条件の設定に時間や労力をかける必要がなく、安価なコストでスリキズなどがない表面加工精度のよい切削加工物を得ることができる。
【００１１】
また、請求項２に記載された切削加工方法は、金属材料からなる被削材を回転させながらバイトによって所定の半径寸法まで切削して断面円形の切削加工物に形成するに際して、前記被削材の切削すべき表面を、複数の刃具を規則的に配置した回転工具により予め前記バイトが通過する軌跡を横切りかつ前記所定の半径寸法と同じ寸法及びそれよりも大きい寸法の非円形を切削加工する条件が、前記被削材の回転数Ｎ１と、回転工具の回転軸まわりの同心円上等間隔に取り付けたバイトの数Ｍと、前記回転工具の回転数Ｎ２の関係が、（Ｎ２÷Ｎ１）×Ｍで得られた数が１以上であり、かつこの被削材１回転当たり１つ形成し、しかる後に固定バイトにて前記所定の切り込み深さまで切削加工することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２に記載された切削加工方法によれば、被削材の切削すべき表面を、複数の刃具を規則的に配置した回転工具により予め前記バイトが通過する軌跡を横切りかつ所定の半径寸法と同じ寸法及びそれよりも大きい寸法の断面非円形を切削加工する条件が、前記被削材の回転数Ｎ１と、回転工具の回転軸まわりの同心円上等間隔に取り付けたバイトの数Ｍと、前記回転工具の回転数Ｎ２の関係が、（Ｎ２÷Ｎ１）×Ｍで得られた数が１以上の整数であり、かつこの被削材１回転当たり１つ形成し、しかる後に固定バイトにて切削加工すると断面非円形の所定の半径寸法と同じ箇所でバイトの切り込み量はゼロとなりそのとき生じた切り屑は、前述の切削加工した条件で得られた１以上の整数で、かつ均等な長さで確実に分断され、展性及び延性に富んだ金属材料からなる被削材でも、切削加工時に生じた切屑が確実に分断され、切屑がバイトに絡み付くことが無く切削加工された切削加工物の表面に切屑が接触して生ずるスリキズなどが発生することが防止され、表面加工精度のよい高精密な電子機器部品などの切削加工物を得ることができる。しかも、回転工具の回転軸まわりの同心円上等間隔に取り付けたバイトを用いて非円形断面を切削するので切削状況は断続切削状態で、かつ常に同じ周期であり切り屑も常に均等な長さで確実に分断でき、従来のチップブレーカバイトを用いる方法のような切削条件の設定に時間や労力をかける必要がなく、安価なコストでスリキズなどがない表面加工精度のよい切削加工物を得ることができる。
【００１３】
また、被削材を切削加工するため被削材を回転させ、回転工具の同様に回転させるが、被削材を回転させる回転装置の能力を最大限に引き出し、その高速回転のもとで上記の非円形断面の形状を切削加工し、しかる後に固定バイトにて前記所定の切り込み深さまで切削加工するときの切削負荷を最小限にするために、回転工具の回転軸まわりの同心円上等間隔に取り付けたバイトの数を多くすることで、回転工具を回転させる回転装置を低回転のものを使用することができ、安価な設備にすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下に、本発明の請求項１に記載された発明の実施の形態についての１例を、図１、図２、図３を用いて説明する。
【００１５】
以下の説明においては、前述する内容は、図１の一般的な櫛刃タイプのＮＣ旋盤の実切削エリアのみを模式的に表した平面図でもって主要構成と概略を説明するに留め、詳細な説明は後述する。
【００１６】
ワーク１を図示のない駆動源により矢印２の方向に回転駆動する主軸３と、同じく図示のない駆動源でワーク１を固着するチャック装置４を介して回転させる。バイト５は回転工具であり、ホルダ６に固定している。このホルダ６は移動テーブル７に固定した主軸８の回転軸上にあり、図示のない駆動源で回転するモータ９によって回転し、バイト５はこの回転軸を中心に回転する状態で矢印１０の方向に主軸３と同じ早さで回転する。ＮＣ旋盤のバイトを移動させるテーブル７は矢印１１と矢印１２の方向に自由に移動可能である。このテーブル７には通常旋削加工で使用するバイト１６を搭載したホルダ１５が固定されている。また、矢印１４はバイト５およびバイト１６がワーク１の外周部を切削加工する時の切削の方向と早さを意味しており同じである。また、各バイトがワーク１の外周上を進む軌跡を１ａとして斜線で表している。従って、ワーク１が１回転する間にバイト５とバイト１６が矢印１４の方向に進む長さ１４ａは各バイトとも同じである。
【００１７】
本発明の切り屑分断方法は、まず回転するバイト５の先端を矢印１３に沿ってワーク１の切削加工する直前の位置１３ａまでテーブル７を移動させ、さらに矢印１４の方向と早さでもってバイト５の先端でワーク１の外周部を間欠的に削り取りながら切削する。
【００１８】
バイト５は切削が終わると、テーブル７によりワーク１から離れ、続いて、バイト１６が矢印１７に沿って１３ａの位置にテーブル７により移動する。更に続いて、矢印１４の方向と早さでワーク１の外周部を切削する。以上が主要構成と概略である。
【００１９】
次に、本発明の請求項１に記載された発明の実施の形態について、図１、図２ａ、図２ｂ、図２ｃ、図２ｄ、を用いて詳細に説明する。
【００２０】
図２ａはバイト５を前述図１の１３ａの位置に移動させ、ワーク１の外周を切削する直前の状態を表した正面概略図であり、ワーク１の外周部を非円形に切削するために、回転工具のバイト５の刃先が回転する軌跡１８とワーク１の外周より内側の破線１９が接する位置２０すなわち前述した図１の１３ａの位置がこの状態であり、この破線１９の半径寸法２１が、所定の半径寸法に相当する寸法であり、後から切削加工するバイト１６で切削加工して得る断面円形を表している。
【００２１】
図２ａの状態から矢印１４の方向と早さでテーブル７を移動させていくと、図２ｂに表すとおり回転工具のバイト５はワーク１の外周に接触する。その後、図２ｃに表すように、バイト５はワークが所定の半径寸法となる破線１９との交点まで軌跡１８に沿って進む、この位置が最もワーク１の中心に接近する瞬間であり、最も切り屑が大きくなる瞬間である。
【００２２】
さらに進むと、図２ｄに表すとおり、回転工具のバイト５はワーク１と接触する位置５ａから、ワーク１から離れる位置５ｂまで矢印１０の方向に軌跡１８に沿って角度θ１だけ移動する。その間、ワーク１は矢印２の方向に５ａから５ｃまでの角度θ２だけ回転する。前述したとおり回転工具のバイト５とワーク１の回転速度は同じであるので、角度θ１とθ２は同じである。
【００２３】
この結果、ワーク１の外周部が１回転する間に回転工具のバイト５で削り取られる範囲は、ワークの外周上の５ｂから５ｃまでの円弧と、半径寸法２１にあたる破線１９上で、かつバイト５がワーク１の中心に最も接近した位置２２と前記５ｃと５ｂをとおる曲線線分に囲まれた三日月状の範囲になる。従って、バイト５とワーク１の接触していた部分だけ切り屑が生じ、分断状態になるわけである。続いて、５ｂの位置でワーク１とバイト５は離れ同じ回転方向に回転し、それぞれ１回転した時点で図２ｂの位置にもどる。さらに、ワーク１とバイト５は回転を続け、同時に矢印１４の方向と早さでもって進みながら前述の切削サイクルを繰り返す。以上がバイト５によりワーク１の外周を非円形断面状に切削加工する形態である。
【００２４】
図３は回転工具のバイト５によって切削加工されたワーク１の加工後の状態を表した図である。ハッチングされた箇所はバイト５により切削除去加工された箇所を示している。バイト１６により、破線１９にそって従来の旋削加工を行うと、ワーク１が１回転する間に必ず１回のサイクルで切削量がゼロとなる瞬間が発生するため、このとき生ずる切り屑は、ワーク１が１回転するたびに必ず切り屑は分断されることになる。
【００２５】
説明において、回転工具のバイト５とワーク１の回転速度は同じとしたが、限定した条件ではなく要するに、ワーク１が１回転する間に回転工具のバイト５がθ１÷２移動し、破線１９と接する位置２０に達すればよいのである。
【００２６】
また、回転工具に取り付けたバイト５は１本に限定したものでなく、複数本取り付けてもよく、合わせてバイトを回転工具に追加する際、軌跡１８より内周側にバイトの刃先が位置するようにしてもよい。要するに、回転工具に取り付けた複数本のバイトのうち、１本以上のバイトの刃先を軌跡１８に一致させればよいのである。
【００２７】
さらに説明においては、回転工具での切り屑分断加工と通常のバイトによる旋削加工を、同じ工程のいわゆるワークの１チャック加工での例の説明をおこなったが、回転工具での切り屑分断加工と通常のバイトによる旋削加工を別の工程でおこなってもよい。１チャックでなくワークを掴み直す結果で微小の位置ズレが発生しても、後述する理由により切り屑は分断できる。
【００２８】
さらに、説明では、ワーク１とバイト５の回転速度を同じとしたが、特にこだわる必要はなく、合わせてワーク１に対して、バイト５とバイト１６で切削する位置も厳密に同じとする必要もなく、実際の切削においてはバイトで削り取る切り屑の厚みや幅が変化する切削条件下においては、切り屑自身の自重と多様な形状と切削加工中の遠心力などの要因で、必ずしも切削量がゼロとならなくても切り屑は分断できることから、微小の条件の違いや、位置のズレの発生は問題ではない。また、説明においてはバイト５とバイト１６による切削加工時の矢印１４にあたる条件は同じとするが、同様の理由により限定したものではない。
【００２９】
（実施の形態２）
次に、本発明の請求項２に記載された発明の実施の形態について、図４、図５ａ、図５ｂ、図５ｃ、図５ｄ、図６、を用いて説明する。なお、前述した実施の形態と同じ構成については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００３０】
図４は図１同様に、一般的な櫛刃タイプのＮＣ旋盤の実切削エリアのみを模式的に表した図である。
【００３１】
回転工具のバイト５は、図５ａのように回転軸を中心に同円周上に均等に規則的に配置している。
【００３２】
バイト５を除き、実施の形態１と同じ条件で同様に、ワーク１の外周部をバイト５とバイト１６でもって切削加工する。
【００３３】
図５ａ、図５ｂ、図５ｃ、図５ｄ、は、回転工具のバイト５を４個取り付けた状態で４個の各バイトでもってワークが１回転する間に順次外周が切削加工されていく工程を表した図であり、実施の形態１の図２ｄに表されたワークとバイトのタイミングいわゆる各バイトがワークから離れる瞬間をピックアップした図である。
【００３４】
まず図５ａに表すようにバイトａでＡ部を加工し、次に図５ｂに表すようにバイトｂでＢ部を加工し、次に図５ｃに表すようにバイトｃでＣ部を加工し、最後に図５ｄに表すようにバイトｄでＤ部を加工する。以降、図４の矢印１４の条件で前述の切削加工サイクルを繰り返す。この時切削加工で生じた切り屑は断続切削状態であり、切り屑は分断されている。
【００３５】
図６は回転工具の複数のバイト５によって切削加工されたワーク１の加工後の状態を表した図である。ハッチングされた箇所はバイト５により切削除去加工された箇所を示している。バイト１６により、破線１９にそって従来の旋削加工を行うと、ワーク１が１回転する間に必ずＡ‘、Ｂ’、Ｃ‘、Ｄ’、の位置を通過し、４回の定期的なサイクルで切削量がゼロとなる瞬間が発生するため、このとき生ずる切り屑は、ワーク１が１回転するたびに必ず切り屑は分断されることになる。また、分断された切り屑は複数本取り付けたバイトの数でワークの外周長さを均等に分割した長さにすることができる。
【００３６】
説明は省略したが、実施の形態と同様に、回転工具のバイト５とワーク１の回転速度は同じとしたが、限定した条件ではなく要するに、ワーク１が１回転する間に回転工具のバイト５がθ１÷２移動し、破線１９と接する位置２０に達すればよいのである。
【００３７】
また、回転工具に取り付けたバイト５は４本に限定したものでなく、さらに増減させてもよく、合わせてバイトを回転工具に追加する際、軌跡１８より内周側にバイトの刃先が位置するようにしてもよい。要するに、回転工具に取り付けた複数本のバイトのうち、１本以上のバイトの刃先を軌跡１８に一致させればよいのである。
【００３８】
さらに説明においては、回転工具での切り屑分断加工と通常のバイトによる旋削加工を、同じ工程のいわゆるワークの１チャック加工での例をおこなったが、回転工具での切り屑分断加工と通常のバイトによる旋削加工を別の工程でおこなってもよい。１チャックでなくワークを掴み直す結果で微小の位置ズレが発生しても、後述する理由により切り屑は分断できる。
【００３９】
さらに、説明では、ワーク１とバイト５の回転速度を同じとしたが、特にこだわる必要はなく、合わせてワーク１に対して、バイト５とバイト１７で切削する位置も厳密に同じとする必要もなく、実際の切削においてはバイトで削り取る切り屑の厚みや幅が変化する切削条件下においては、切り屑自身の自重と多様な形状と切削加工中の遠心力などの要因で、必ずしも切削量がゼロとならなくても切り屑は分断できることから、微小の条件の違いや、位置のズレの発生は問題ではない。また、説明においてはバイト５とバイト１６による切削加工時の矢印１４にあたる条件は同じとするが、同様の理由により限定したものではない。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の切り屑分断方法によれば、展性及び延性に富んだ金属材料からなる被削材であっても、切削によって生ずる切屑を確実に分断することができて切屑がバイトに絡み付くことがなく、表面加工精度のよい切削加工物を得ることができる切削加工方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための一般的なＮＣ旋盤装置を模式的に示す平面図
【図２】１個のバイトが１回転ワークし切削加工の工程を表す正面概略図
【図３】回転工具のバイトにより加工されたワークの状態を表す図
【図４】本発明を実施するための一般的なＮＣ旋盤装置を模式的に示す平面図
【図５】４個のバイトが１回転ワークし切削加工の工程を表す正面概略図
【図６】回転工具のバイトにより加工されたワークの状態を表す図
【符号の説明】
１ ワーク
１ａ バイトがワーク外周上を進む軌跡
２ 回転方向
３ 主軸
４ チャック装置
５ バイト
５ａ バイトがワークと接する位置
５ｂ バイトがワークから離れる位置
５ｃ バイトで切削する間に進んだ位置
６ ホルダ
７ 移動テーブル
８ 主軸
９ モータ
１０ 回転方法
１１、１２、１３ 移動方向
１３ａ 切削加工直前の位置
１４ 移動方向と早さ
１４ａ バイトが１回転の間に進む長さ
１５ ホルダ
１６ バイト
１７ 移動方向
１８ バイトが回転する軌跡
１９ 円形断面
２０ バイトとワーク中心が最も接近する位置
２１ 半径寸法
２２ バイトとワーク中心が最も接近する位置
θ１ バイトが切削する間の回転角度
θ２ ワークがバイトで切削される間に進む回転角度
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ バイトで削り取られる範囲
Ａ´、Ｂ´、Ｃ´、Ｄ´ 切削量がゼロになる位置
ａ、ｂ、ｃ、ｄ バイト

Claims (2)

1. 金属材料からなる被削材を回転させながらバイトによって所定の半径寸法まで切削して断面円形の切削加工物に形成するに際して、前記被削材の切削すべき表面を、回転工具により予め、前記バイトが通過する軌跡を横切りかつ前記所定の半径寸法と同じ寸法及びそれよりも大きい寸法の断面非円形をこの被削材１回転当たり１つ形成し、しかる後に固定バイトにて前記所定の切り込み深さまで切削加工することを特徴とする切削加工方法。
2. 金属材料からなる被削材を回転させながらバイトによって所定の半径寸法まで切削して断面円形の切削加工物に形成するに際して、前記被削材の切削すべき表面を、複数の刃具を規則的に配置した回転工具により予め前記バイトが通過する軌跡を横切りかつ前記所定の半径寸法と同じ寸法及びそれよりも大きい寸法の非円形を切削加工する条件が、前記被削材の回転数Ｎ１と、回転工具の回転軸まわりの同心円上等間隔に取り付けたバイトの数Ｍと、前記回転工具の回転数Ｎ２の関係が、（Ｎ２÷Ｎ１）×Ｍで得られた数が１以上の整数であり、かつこの被削材１回転当たり１つ形成し、しかる後に固定バイトにて前記所定の切り込み深さまで切削加工することを特徴とする切削加工方法。

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