JP2006187843A - バニシング工具およびそれを使用した加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ボールの真球度に左右されることなく、１回の加工で小径穴を真円にバニシング加工することができ、汎用機で加工ができる。かつ、軸方向に傷が発生しないバニシング工具とそれを使用した加工方法を提供することを課題とする。
【解決手段】 ホルダ部２と、バニシング加工を行うローラ部３と、ホルダ部２とローラ部３とを一体に連設させたバー部４とを備え、ローラ部３の外径位置が加工面に対してオーバーハングするようにして前記ホルダ部２が機械の主軸に装着される棒状に形成されたバニシング工具（１０）であって、ローラ部３には、加工穴５に誘い込むためのフロントテーパ３ａと、逃げのバックテーパ３ｂとを備えたことを特徴とするバニシング工具１０である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、バニシング加工用のバニシング工具、およびそれを使用した加工方法に関する。

従来のローラ部バニシング工具は、複数のテーパ状のローラと、中心軸の先端部にテーパ部を形成したマンドレルとにより構成され、そのマンドレルのテーパ部の回りに前記複数のテーパ状のローラを配置した構成になっている。このローラバニシング工具を回転させながら加工穴に押し込み、この複数のローラによって加工穴の内周面をローラ転造させてバニシング加工を行うことが知られている。
しかしながら、加工径がφ４．５ｍｍ以下になると、中心軸となるマンドレルの剛性が低下するため、困難となっている。
そこで、たとえば、内燃機関のシリンダヘッドのシリンダに面する燃料噴射弁（インジェクタ）用小径穴のバニシング加工には、締め代のあるボール（鋼球）をプレスで押し込み、ボールを貫通させることによって塑性変形させるボールバニシング加工が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
このように、小径穴をバニシング加工するときには、複数のボール（鋼球）を油圧プレスを介して被加工穴に差し込み、その差し込み荷重を管理することにより、仕上がり精度を確保していた。なお、このバニシング加工はプレス圧が管理できる専用機で行われている。
特開２００４−１５６４４７号公報（段落００２１〜００２４、図１、図２）

しかしながら、このボ−ルには外径寸法にバラツキがあるので、所定の荷重で押し込まれるボールが選択されるまで続けられるため、ボールの押し込み回数が１回で終らずに何回も繰り返す場合があった。また、このボールバニシング加工は、プレス圧を管理できる専用機で行われており、旋盤やマシニングセンタ等の汎用機ではできないという問題があった。また、ボールの真球度が仕上がりの真円度に大きく影響するという問題があった。
さらに、ボールの押し込みによって加工穴のない周面に立て傷が発生し、引き抜くときには、戻し傷が発生するという問題があった。

そこで、本発明は、これらの問題点を解決するために創案されたものであり、ボールの真球度に左右されることなく、１回の加工で小径穴を真円にバニシング加工することができ、かつ、汎用機で加工ができる。さらに、立て傷、戻し傷が発生しないバニシング工具と、それを使用した加工方法を提供することを課題とする。

請求項１に係るバニシング工具（１０）の発明は、ホルダ部（２）と、バニシング加工を行うローラ部（３）と、前記ホルダ部（２）と前記ローラ部（３）とを一体に連設させたバー部（４）とを備え、ローラ部（３）の外径位置が加工面に対してオーバーハングするようにして前記ホルダ部（２）が機械の主軸に装着される棒状に形成されたバニシング工具（１０）であって、前記ローラ部（３）には、加工穴（５）に誘い込むためのフロントテーパ（３ａ）と、逃げのバックテーパ（３ｂ）とを備えたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のバニシング工具（１０）であって、前記フロントテーパ（３ａ）の角度は３°〜２０°であり、前記バックテーパ（３ｂ）の角度は１°〜１０°であることを特徴とする。

請求項３に係るバニシング工具（１０）を使用したバニシング加工方法の発明は、ホルダ部（２）と、バニシング加工を行うローラ部（３）と、前記ホルダ部（２）と前記ローラ部（３）とを一体に連設させるバー部（４）とを備え、ローラ部（３）の外径位置が加工穴（５）の加工面に対してオーバーハングするようにして前記ホルダ部（２）が機械の主軸に装着される棒状に形成されたバニシング工具（１０）であって、前記加工穴（５）の内周面（５ａ）より前記ローラ部（３）の外径位置が０．２〜０．５ｍｍオーバーハングする干渉位置で、バニシング工具（１０）を自転させながら公転させて輪郭加工をすることを特徴とする。

請求項４に係るバニシング工具（１０）を使用したバニシング加工方法の発明は、ホルダ部（２）と、バニシング加工を行うローラ部（３）と、前記ホルダ部（２）と前記ローラ部（３）とを一体に連設させるバー部（４）とを備え、ローラ部（３）の外径位置が加工軸（６）の加工面に対してオーバーハングするようにして前記ホルダ部（２）が機械の主軸に装着される棒状に形成されたバニシング工具（１０）であって、前記加工軸（６）の外周面（６ａ）より前記ローラ部（３）の外径位置が０．２〜０．５ｍｍオーバーハングする干渉位置で、バニシング工具（１０）を自転させながら公転させて輪郭加工をすることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、ホルダ部（２）と、バニシング加工を行うローラ部（３）と、ホルダ部（２）とローラ部（３）とを一体に連設させたバー部（４）とを備え、ローラ部（３）の外径位置が加工面に対してオーバーハングするようにして前記ホルダ部（２）が機械の主軸に装着される棒状に形成されたバニシング工具（１０）であって、ローラ部（３）には、加工穴（５）に誘い込むためのフロントテーパ（３ａ）と、逃げのバックテーパ（３ｂ）とを備えたことにより、ちょうどオーバーハング量によってローラ部の当たりが最適化されるため、１回の加工で小径穴を真円に表面仕上げすることができる。また、専用機を必要とせず、旋盤やマシニングセンタ等の汎用機で切削工程の中でバニシング加工ができる。また、バニシング工具（１０）を回転させるため、立て傷の発生がなく、加工面がきれいになる。さらに、一種の偏心加工のため、バニシング工具（１０）を戻すとき、加工面から工具を離して戻すことができるため、戻し傷の発生がない。

請求項２に係る発明によれば、フロントテーパ（３ａ）の角度は３°〜２０°であることにより、ワークの加工穴（５）に誘い込み易く、また、前記バックテーパ（３ｂ）の角度が１°〜１０°あることから、工具先端に微小のテーパ形状とR形状を複合させることにより、ローラ部の径より細くなるため、確実にローラ部（３）の外周部のみによって平滑面を得られ易くなり、バニシング加工を行うことができる。さらに、バー部４がバックテーパ（３ｂ）によって細くなることにより、曲げによるたわみが生じ、弾性変形による付勢力が発生し、ローラ部（３）が加工穴（５）の内周面（５ａ）を押圧するバニシング加工に必要な押圧力とすることができる。

請求項３に係る発明によれば、加工軸（６）の外周面（６ａ）より前記ローラ部（３）の外径位置が０．２〜０．５ｍｍオーバーハングする干渉位置で、バニシング工具（１０）を自転させながら公転させて輪郭加工をすることにより、バー部（４）に曲げを生じて曲げ応力が発生し、ローラ部（３）と加工穴（５）の内周面（５ａ）との加工点（Ｐ）に押圧力が集中するため、きれいなバニシング加工ができる。また、軸方向に傷が発生しないバニシング工具と、それを使用した加工方法を提供することができる。

請求項４に係る発明によれば、加工軸（６）の外周面（６ａ）より前記ローラ部（３）の外径位置が０．２〜０．５ｍｍ干渉する位置で、バニシング工具（１０）を自転させながら公転させて輪郭加工をすることにより、バー部（４）に曲げを生じて曲げ応力が発生し、ローラ部（３）と加工軸（６）の外周面（６ａ）との加工点（Ｐ）に押圧力が集中するため、きれいなバニシング加工ができる。さらに、円柱形はもとより、従来のローラバニシング工具では加工できなかった異形物であっても、形状Ｒが工具の半径Ｒより大きければ容易に加工することができる。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るローラ部バニシング工具を示す拡大正面図である。図１に示すように、バニシング工具１０は、針状、棒状、ソリッドシャフト状に一体に形成されている。これは小径穴用であり、たとえばφ１．９〜４．５ｍｍのワークＷの内周面５ａをバニシング加工する。全長は約３５ｍｍ、ローラ部３の外径（φｄ１）はφ１．８ｍｍ、バー部４の外径（φｄ２）はφ１．４ｍｍ、ホルダ部２の外径（φｄ３）はφ２．０ｍｍである。また、誘い込むフロントテーパ３ａの角度（α×２）は２０°であり、バックテーパ３ｂの角度（β×２）は６°である。
ローラ部３は、フロントテーパ３ａと、バックテーパ３ｂとを設けたことにより、レインドロップ型をしたローラ部３が形成されている。材質は高速度工具鋼（ＳＫＨ）または、炭化タングステンを主成分とする超硬であるが、ローラ部３のみＣＢＮ（Cubic Boron Nitride:立方晶窒化硼素）やダイヤモンドであってもよい。ワークＷの加工面の硬度との圧倒的硬度差を有しており、ローラ部３の光沢面によって、バニシング加工が行われる。

図２は、第１実施形態に係るローラ部バニシング工具の使用方法を示す斜視図である。
図２に示すように、バニシング工具１０は、ここでは立形マシニングセンタの主軸（スピンドル）１に三つ爪チャック（以下、単にチャックという）７やコレットチャック（図示せず）によって装着され、このチャック７にはバニシング工具１０のホルダ部２が把持されている。ワークＷの小径穴の加工穴５の内周面５ａを棒状のバニシング工具１０によってバニシング加工している。この加工穴５の直径φＤはφ４．０ｍｍであるが、ローラ部３のフロントテーパ３ａにより誘い込まれ、ローラ部３が挿入され、バニシング工具１０が回転（自転）するとともに、バニシング工具１０が移動せずその場所に固定であっても、テーブル８のX軸とＹ軸の２軸制御によって、ワークが円弧状に移動し、公転する。そして、ワークＷの硬度より高硬度（ＨＲｃ６５以上）のローラ部３の外周光沢面によって、バニシング加工が行われ、たとえば、８Ｒmaxの表面粗さが３Ｒmaxの鏡面に仕上げることができる。
なお、旋盤で行う場合は、主軸（ワークＷ）を回転させれば、これが公転となる。そして、ワークＷの内周面（Ｘ軸方向）に、たとえば、０．２〜０．５ｍｍだけハンドル送り、またはプログラム、補正等の入力によってバニシング工具１０を押し付ければよい。

図３は、ローラ部３が加工穴５にオーバーハングする干渉位置を模式的に示す平面図である。図３に示すように、加工穴５の内周面５ａよりローラ部３の外径位置が０．２〜０．５ｍｍオーバーハングする位置が二点鎖線で示されている。これが干渉位置である。
実際は、バー部４をたわませながら、ローラ部３を実線に示すように、加工穴５の内周面５ａに当接させており、加工点Ｐを押圧しながらバニシング工具１０を自転・公転させて輪郭制御により輪郭加工をするようになっている。なお、バニシング工具１０のローラ部３を０．２ｍｍたわませるには、約０．７N（７ｋｇｆ）の押圧力を必要とし、ローラ部３を０．５ｍｍたわませるには、約１．７N（１７ｋｇｆ）の押圧力を必要とする。

つづいて、図２、３を参照して動作について説明する。
図２に示すように、チャック７にバニシング工具１０のホルダ部２を把持させて、これを、たとえば、立形マシニングセンタの主軸１に装着して回転させる。そして、事前に作成された加工プログラムが起動すると、ワークＷを固定したテーブル８のX軸とＹ軸との移動により、ワークＷが円弧状に移動し、主軸１が円を描いたように公転する。
このとき、バニシング工具１０のローラ部３の位置は、加工穴５の内周面５ａより０．５ｍｍオーバーハングする干渉位置に位置決めされてスタートし、図３に示す二点鎖線の位置へ付勢されながら、ワークＷの硬度より高い硬度を有するローラ部３によって、鏡面仕上げのバニシング加工が行われる。
一周の公転が終了すると、主軸１のＺ軸方向に微量の送りが加工プログラムによって指令され、ローラ部３の位置が下方に微量だけずれた後、また、前記した要領にてバニシング加工が一周行われる。これを繰り返してワークＷのバニシング加工が終了する。

＜第２実施形態＞
図４は第２実施形態に係るバニシング工具の使用方法を示す斜視図である。
図４に示すように、前記した図２と同部位には同符号を付し、重複する説明は省略する。第１実施形態との相違点は、ワークＷが小径穴ではなく、軸であり、その軸も円柱形状ではなく、異形をした柱状である点である。この異形ワークＷに対しては、従来のローラバニシング工具は使用できないが、本発明の第２実施形態に係るバニシング工具２０によって、加工が可能である。
つまり、立形マシニングセンタの主軸１にチャック１７を装着し、このチャック７には、前記同様にバニシング工具２０のホルダ部２が把持される。
第１実施形態のバニシング工具１０とバニシング工具２０との違いは、工具径にあり、このバニシング工具２０は、前記した小径穴（φ１．９〜４．５ｍｍ）の制約がないため、３〜１０倍に太く、長くすることができる点であり、たとえば、繭形状のワークＷの外周面をバニシング加工することができる。この加工軸６の外周面６ａには、フロントテーパ３ａが形成されたローラ部３が押し付けられ、回転（自転）するとともに，テーブル８のX軸とＹ軸とによりワークが繭形状に輪郭制御されながら輪郭移動し、あたかも、主軸１が繭形状を描いているかのように公転する。そして、硬度差を有するローラ部３の光沢面によって、バニシング加工が行われる。このように、専用機を必要とせず、旋盤やマシニングセンタ等の汎用機で切削工程の中でバニシング加工ができることから、小径穴の表面仕上げの加工時間の短縮と、コスト低減に寄与することができる。

つづいて、バニシング工具２０の動作について、図３、４を参照して説明する。
図４に示すように、チャック１７にバニシング工具２０のホルダ部２を把持させ、これを、たとえば、立形マシニングセンタの主軸１に装着し回転させる。そして、事前に作成された加工プログラムが起動すると、ワークＷを固定したテーブル８のX軸，Ｙ軸との移動によりワークＷが繭形状に移動し、主軸１が繭形を描いたように公転する。
このとき、バニシング工具２０のローラ部３の位置は、加工軸６の外周面５ａより０．５ｍｍオーバーハングする干渉位置に位置決めされ、外周面５ａがローラ部３に付勢されながら、硬度差を有するローラ部３の光沢面によって、バニシング加工が行われる。
一周の公転が終了すると、主軸１のＺ軸方向に微量の移動が指令され、ローラ部３の位置が下方に少量ずらした後に、前記した要領にてバニシング加工が行われる。これを繰り返して最後まで行われ、ワークＷのバニシング加工が終了となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されることなく、適宜変更して実施することが可能である。たとえば、ローラ部３、およびバー部４をさらに細くして、２ｍｍ以下の穴が加工できるようにしても構わない。また、立形マシニングセンタの軸構成は、テーブル８がＸ軸とＹ軸の２軸とも移動するように説明したが、これに限らず、テーブル８がＸ軸のみ移動とし、主軸１がＺ軸とＹ軸の２軸移動するとしてもよいし、その他の組み合わせであっても構わない。また、立形マシニングセンタに限らず、横形マシニングセンタであってもよいし、その他の機械であっても構わない。

本発明の第１実施形態に係るローラ部バニシング工具を示す拡大正面図である。 第１実施形態に係るローラ部バニシング工具の使用方法を示す斜視図である。 ローラ部が加工穴にオーバーハングする干渉位置を模式的に示す平面図である。 第２実施形態に係るローラ部バニシング工具の使用方法を示す斜視図である。

符号の説明

１ 主軸（スピンドル）
２ ホルダ部
３ ローラ部
３ａ フロントテーパ
３ｂ バックテーパ
４ バー部
５ 加工穴
５ａ 内周面
６ 加工軸
６ａ 外周面
７，１７ チャック
８ テーブル
１０，２０ バニシング工具
Ｐ 加工点

Claims (4)

1. ホルダ部（２）と、バニシング加工を行うローラ部（３）と、前記ホルダ部（２）と前記ローラ部（３）とを一体に連設させたバー部（４）とを備え、
   ローラ部（３）の外径位置が加工面に対してオーバーハングするようにして前記ホルダ部（２）が機械の主軸に装着される棒状に形成されたバニシング工具（１０）であって、
   前記ローラ部（３）には、加工穴（５）に誘い込むためのフロントテーパ（３ａ）と、逃げのバックテーパ（３ｂ）とを備えたことを特徴とするバニシング工具（１０）。
2. 前記フロントテーパ（３ａ）の角度は３°〜２０°であり、前記バックテーパ（３ｂ）の角度は１°〜１０°であることを特徴とする請求項１に記載のバニシング工具（１０）。
3. ホルダ部（２）と、バニシング加工を行うローラ部（３）と、前記ホルダ部（２）と前記ローラ部（３）とを一体に連設させるバー部（４）とを備え、
   ローラ部（３）の外径位置が加工穴（５）の加工面に対してオーバーハングするようにして前記ホルダ部（２）が機械の主軸に装着される棒状に形成されたバニシング工具（１０）であって、
   前記加工穴（５）の内周面（５ａ）より前記ローラ部（３）の外径位置が０．２〜０．５ｍｍオーバーハングする干渉位置で、バニシング工具（１０）を自転させながら公転させて輪郭加工をすることを特徴とするバニシング工具（１０）を使用したバニシング加工方法。
4. ホルダ部（２）と、バニシング加工を行うローラ部（３）と、前記ホルダ部（２）と前記ローラ部（３）とを一体に連設させるバー部（４）とを備え、
   ローラ部（３）の外径位置が加工軸（６）の加工面に対してオーバーハングするようにして前記ホルダ部（２）が機械の主軸に装着される棒状に形成されたバニシング工具（１０）であって、
   前記加工軸（６）の外周面（６ａ）より前記ローラ部（３）の外径位置が０．２〜０．５ｍｍオーバーハングする干渉位置で、バニシング工具（１０）を自転させながら公転させて輪郭加工をすることを特徴とするバニシング工具（１０）を使用したバニシング加工方法。
   
   

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