JP2005199393A

JP2005199393A - 円筒内面のらせん形状の溝加工方法および加工装置

Info

Publication number: JP2005199393A
Application number: JP2004008926A
Authority: JP
Inventors: Shohei Yamamoto; 庄平山本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2005-07-28

Abstract

【課題】被加工物の円筒内面に右ねじれのらせん状の溝をエンドミルで加工する際に、発生する加工バリを微小化することによって、円筒内面の加工順序を変更することを可能にし、被加工物の円筒内面の充分な真円度、円筒度及び寸法精度を確保することができる溝の加工方法の提供を目的とする。
【解決手段】左刃エンドミル２０２を使用し、この左刃エンドミル２０２を左回転で被加工物２０１を加工することにより、発生する加工バリ２０３を微小化することができ、このことにより、内面仕上げ加工の後工程で溝の加工が可能とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、円筒内面のらせん形状の溝加工方法とそれを実施するための加工装置、及びその装置により製作された軸受を備えた圧縮機に関するものである。

従来の円筒内面のらせん形状の溝の加工方法としては、ブローチカッターにより加工するブローチ盤や、往復運動する刃物で加工する溝切り盤があり、他には本発明に最も近い技術として図３に示す構成があった。

図３は、円筒状の被加工物３０１の内面に右ねじれのらせん形状の溝を、右回転用のエンドミル３０２で加工する構成を示している。

図３において、右刃エンドミル３０２は、ツールホルダー３０３を介して、主軸３０４の回転軸に取り付けられている。主軸３０４は内部に往復シリンダを有し、回転軸を当該軸の中心線方向に往復運動させることが可能である。

主軸３０４の回転軸は電動機３０５により、回転駆動される。前記の構成物は取付ブロック３０６を介して、取付プレート３０７上にあり、更に取付プレート３０７は往復摺動装置３０８を介してコラム３１１に取り付けられている。なお、取付プレート３０７は、ボールネジ３０９を介して、サーボモータ３１０で往復駆動される。

被加工物３０１は、取付具３１４を介して、回転テーブル３１３上に固定されている。当該回転テーブル３１３は、サーボモータ３１２により回転駆動される。

刃物（エンドミル）３０２側と被加工物３０１側はベッド３１５により連結されており、刃物３０２側の上下運動と被加工物３０１側の回転運動は前記のサーボモータ３１０、３１２の２台で同期駆動され、被加工物３０１の内面にらせん形状の溝を加工することが可能となる。

ここでは、サーボモータ３１０、３１２による同期方式を述べたが、他には上下運動駆動はサーボモータでラックとピニオンで伝達、従動同期回転させる方式、上下運動駆動が油圧シリンダの方式、伝達機構がかさ歯車の方式や，円筒カムによるものもある。

この加工で１サイクルのエンドミル３０２の刃先の軌跡は図４のＡ点から始まり、Ｂ点からＣ点へ（または、Ｂ点を通らず直接Ｃ点へ）アプローチ（早送り）し、Ｄ点まで切削送りし、Ｄ点到達後、戻り時に被加工物３０１に接触しないようにＥ点，そしてＡ点へと早送り移動し、完了する。

しかしながら、前記従来の方法では、図５の加工現象の図面の如く被加工物３０１に加工されたらせん形状の溝の左半分Ｆの範囲はエンドミル３０２の底刃（先端の切れ刃）でダウンカット（下向き削り）されるが、右半分Ｇの範囲はエンドミル３０２の側刃（外周の切れ刃）でアップカット（上向き削り）されて、その影響でアップカット側の刃の切り上げ部（エンドミル１回転中の加工終了個所）にあたる溝の右端には大きな加工バリ５０３が発生した。

したがって、加工後の溝幅Ｆについては、前記説明の加工現象の影響でエンドミル３０２の底刃寸法よりＧだけ大きくなる。

この溝の左半分と右半分の加工現象の違いは溝の加工後、被加工物３０１に残るカッターマーク５０４（加工時の刃物の刃先軌跡が残す切削模様）からも目視で確認することができる。

この大きな加工バリ５０３の発生は、図６のＨに示すようにエンドミル３０２が被加工物３０１の内面軸心と角度α°で構成されることと、更にエンドミル３０２が右回転であること、及び加工する溝が右ねじれであるという三つの条件が揃うことによって発生する。

図５の大きな加工バリ５０３は、被加工物に最終加工工程もしくはその前工程で施される超仕上げ（ラッピング含む）や研磨材入りのブラシによる加工バリ取りでは、完全なる除去は困難であり、内径寸法に変化を与えるような加工を施さない限り、加工バリの残留の可能性は残る。

前記の加工バリ５０３の大きさは、図６のＨの角度α°を変化することでも相まって変化し、角度α°を大きくすると小さくなる。

しかし、この角度α°は、エンドミル３０２が被加工物３０１の最も奥に達した位置（図６では最下端）で、被加工物３０１の内径Ｋで制約を受ける。

ツールホルダー３０３は被加工物３０１内には、入り込むことができず、被加工物３０１の高さＪ（必要加工長さ）と、被加工物３０１とツールホルダー３０３との最小軸方向隙間Ｌで決定されるツールホルダー３０３からのエンドミル３０２の突き出し量Ｎと、被加工物３０１とエンドミル３０２のシャンク（柄の部分）との最小径方向隙間Ｍでも制約を受け、Ｈの最大角度α°が決定される。

更にエンドミル３０２のシャンク（柄の部分）の直径Ｐの寸法とその突き出し量Ｎからくる刃物の剛性不足も影響を及ぼし、加工中に刃先が振動し、ビビリ現象となり、大きな加工バリが発生する。

したがって、加工中は、図５において溝の右半分の溝部と加工バリは、エンドミル１回転毎に順次削成されず、ビビリ現象により、刃先部分が振動し、不安定な複数回転毎に削成されることにも起因していた。

この加工バリが問題となり、被加工物の円筒内面の仕上げ加工は、溝の加工の後工程となる制約が発生していた。

前記の理由により、円筒内面の仕上げ加工時には、既に溝が形成されているため、中ぐり加工のような切削加工では断続加工となり、刃物（バイト、チップなど）の刃先が衝撃荷重を受け、その寿命（以下、寿命面は溝のない連続加工と比較）が、極端に短くなっていた。

また、円筒内面の加工精度面では、内径寸法・表面粗さ・円筒度・真円度を不安定にする（以下、精度面も溝のない連続加工と比較）ことになっていた。

一方、円筒内面の仕上げ加工が、内面研削加工やホーニング加工の時は、大きな加工バリが刃物である砥石類に損傷を与え、その寿命を短くしたり、溝があることで加工中、被
加工物１回転中で砥石類にかかる負荷が変動することにより、加工精度面でも内径寸法を不安定にしたり、溝付近で円筒度・真円度が悪くなったりしていた。

これらの方法により、円筒内面を仕上げ加工後、内面の内径寸法・円筒度・真円度及び内面軸心と端面との直角度を正確に検査・計測しようとした際も、溝がその障害にもなって、検査・計測の精度にも限度が発生していた。

設備面でも、内面の内径寸法精度が厳しく、寸法公差が小さい場合（数ミクロン）は、インプロセスゲージ（加工中に計測し、仕上がり寸法になると設備に信号を送る装置）を備えた加工設備も多く存在するが、溝が影響してその寸法精度を不安定にすることも知られている。

前記従来の課題を解決するため、本発明の円筒内面のらせん形状の溝加工方法は、被加工物の円筒内面のらせん形状の溝が右ねじれ方向の場合は、左刃エンドミルを使用し、それを左回転で加工することにより、特に加工バリの発生しやすいアップカット側を溝の左側にすることにより、その加工バリはビビリ現象が発生しても、確実にエンドミル１回転毎の発生となり、従来の方法で発生していた加工バリを極端に小さくすることに成功した。

一方、溝の右側は、前記説明のようにエンドミルの側刃で加工されるが、ダウンカット側となるため、その加工特性上、加工バリは発生し難い。

このことにより、内面仕上げ加工の後工程で溝の加工が可能となり、溝の加工後に円筒内面を仕上げ加工した時に、溝があるために発生していた前記の様々な課題を解決することができ、更に微小化された加工バリは、従来の方法でもその後工程で実施されていた超仕上げ（ラッピング含む）や研磨材入りのブラシによる加工バリ取りの方法で、容易に除去することができるようになった。

本発明の円筒内面のらせん形状の溝加工方法は、円筒内面に右ねじれのらせん状の溝の加工を必要する製品において、加工バリが微小化できる効果を利用し、溝の加工の前工程で円筒内面の仕上げ加工が可能となり、微小化された加工バリは、従来の溝の加工後の超仕上げや加工バリ取りの方法で容易に除去できる。

このことにより、円筒内面の仕上げ加工を、溝のある状態での加工と比較すると溝のない状態で実施する場合は、その加工精度を向上させることができるとともに、内面の内径寸法・円筒度・真円度及び内面軸心と端面との直角度を正確に検査・計測することも可能となる。

更に、内面の仕上げ加工の工程において、前期説明の理由により、溝のない効果として、刃物（バイト、チップなど）や砥石の寿命を延ばすことも可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図１、図２を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態１における加工装置を示す側面図、図２は本発明の実施の形態１における加工方法により得られた被加工物の上面図、縦断面図、Ｙ−Ｙ’断面図、要部模式図である。なお、図中、従来の構成と同一構成要素については同一符号を付与して、説明を省略する。

図２（ａ）、（ｂ）に示すような被加工物２０１の円筒内面に、右ねじれのらせん形状の溝を加工する際、左刃エンドミル２０２（図１では１０３）を図２（ｃ）で示すように左回転させる図１の装置を使用し、加工を行う。

この時の加工バリは、前記説明のようにエンドミルの１回転毎に発生し、また、加工バリの大きさは、エンドミルの送り早さとエンドミルの回転数の関係が変化することで相まって変化する。

図２（ｄ）においてエンドミル１刃あたりの送り量（図２（ｄ）のＰ寸法）は、次式によって算出される。

Ｐ（ｍｍ）＝切削送り早さ（ｍｍ／ｍｉｎ）÷回転数（ｒｐｍ）÷エンドミルの刃数（枚）
被加工物２０１の円筒内面と溝の境界は、正確には図２（ｄ）の要部拡大模式図の如くのこ刃状になっている。

しかし、実状は目視においては、図２（ｂ）に示す如く直線状態になることでもわかるように、エンドミル１刃あたりの送り量Ｐは、小さな値（一般的には０．１ｍｍ以下）である。

したがって、前記説明のように加工バリも微小化することが可能で、そのことにより従来からの課題を解決し、次に述べるような新たな効果を生み出せた。

本発明を実施した製品の用途を、以下に説明する。

円筒内面に、らせん状の溝を有する製品として、圧縮機の回転軸のすべり軸受１０１がある。

特に、空調機用でローリングピストン方式（ロータリー方式）の圧縮機は、回転軸のすべり軸受に設けられる潤滑油供給のための油溝は、らせん状が多く、しかも回転軸の回転方向の関係から、ねじれ方向は右ねじれがその大部分を占めている。

このすべり軸受に、本発明を適用すると、従来方法のすべり軸受に比べ、溝のない状態でその円筒内面の仕上げ加工が実施できることで、内面の寸法精度・形状精度（円筒度・真円度・直角度）を向上させることが可能で、従って、このすべり軸受で構成された圧縮機は、性能面（消費電力に対する仕事量の率）・騒音面で能力向上する。

本発明にかかる円筒内面のらせん形状の溝加工方法は、前記説明の空調機用の圧縮機での構成のみならず、その他の圧縮機・ポンプ・内燃機関・油圧機器を構成する部品で、円筒内面に右ねじれのらせん状の溝を備えた被加工物にも適用できるものである。

本発明の実施の形態１における円筒内面のらせん形状の溝加工装置を示す側面図本発明の実施の形態１における円筒内面のらせん形状の溝加工方法により得られた被加工物を示す上面図、縦断面図、Ｙ−Ｙ’断面図、要部模式図従来の円筒内面のらせん形状の溝加工装置を示す側面図従来の加工装置におけるエンドミルの刃先軌跡を説明するための模式図従来の加工方法により得られた被加工物を示す上面図、Ｚ−Ｚ’断面図、及び要部模式図従来の加工方法におけるエンドミルのツールレイアウト図

符号の説明

１０１被加工物
１０２取付具
１０３左刃エンドミル
２０１被加工物
２０２左刃エンドミル
２０３加工バリ

Claims

エンドミルにより円筒状の被加工物の内面にらせん形状の溝を切削加工する円筒内面のらせん形状の溝加工方法であって、前記らせん形状の溝のねじれ方向が右ねじれの場合、左刃エンドミルを左回転で使用することを特徴とする円筒内面のらせん形状の溝加工方法。
円筒内面の仕上げ加工（内面研削加工・ホーニング加工・中ぐり加工）後、らせん形状の溝を加工することを特徴とする請求項１に記載の円筒内面のらせん形状の溝加工方法。
円筒内面の仕上げ加工後、加工された円筒内面に対して計測または検査を実施後、加工された円筒内面に溝加工を行うことを特徴とする請求項１に記載の円筒内面のらせん形状の溝加工方法。
請求項１に記載の円筒内面のらせん形状の溝加工方法により製作した軸受を備えたことを特徴とする圧縮機。
請求項１に記載の円筒内面のらせん形状の溝加工方法を実施するための加工装置。