JP2007000976A - 複合工具 - Google Patents

Abstract

【課題】旋削工具とバニシング工具の機能を併せ持ち、旋削加工に引き続いて被削材の表面をバニシング加工することが可能で、シャフトの外径面や筒体の内径面の精密加工を１パスで行える複合工具を提供する。
【解決手段】切れ刃５ａを備える旋削加工部３と、その旋削加工部３による切削加工に引き続いて被削材Ａの表面をバニシング部材１１で加工するバニシング加工部４とを工具本体２に装備し、バニシング加工部４が旋削加工部３から工具の送り方向と反対方向に所定の間隔を保つ位置に配置され、工具１に送りをかけて被削材Ａを旋削加工部３で加工したときに被削材Ａの切削面に生じた螺旋の送りマークをバニシング部材１１が押しつぶす構造にした。
【選択図】図２

Description

この発明は、旋削工具と、バニシング工具の機能を併せ持ち、粗加工と同時に仕上げ加工も行う複合工具に関する。

切削工具を用いて加工した被削材の表面には、図８に示すような送りマーク２０が形成される。その送りマーク２０は、加工マークとも称され、工具切れ刃の軌跡２１が交差する位置に形成される小さな凸部である。

高精度仕上げ面が要求される製品は、切削加工後に仕上げ加工を施してその送りマークを除去し、或いは小さくする。このときの仕上げ加工法のひとつに、バニシング加工がある。そのバニシング加工は、ダイヤモンドなどの高硬度材で形成されたバニシング部材で送りマークを押しつぶして（塑性変形させて）切削加工された被削材の表面を平滑にする。

このバニシング加工は、切削加工後に、専用のバニシング工具を用いて行うのが一般的であるが、この方法では、同一箇所を加工するのに２工程を要し、工程替えに時間を費やして生産性が悪化する。また、２種類の工具が必要になるため、経済面でのロスも発生する。

その不具合を解消するため、下記特許文献１、２は、切削加工とバニシング加工を同時に行う複合工具を開示している。特許文献１が開示している複合工具は、フライスカッタとバニシング工具を組み合わせており、フライスカッタの切れ刃で切削した面を、工具本体の半径方向内周の端面に設けたバニシング工具で仕上げ加工する。工具本体と被削材のどちらかに送りをかけると、切削加工された面上をバニシング工具が通過し、送りマークを押しつぶしていく。

また、特許文献２が開示している複合工具は、カッタの切れ刃が被削材にあけられた穴の内面を切削し、後続のバニシングローラが切削面を加圧して平坦にならしていく。

しかしながら、特許文献１の複合工具は、フライスカッタとバニシング工具を組み合わせているので、平面の加工にしか適用できない。また、バニシング工具が切れ刃よりもカッタの内径側にあるので、切削した面の全域をバニシング仕上げすることができない。さらに、この複合工具は、切れ刃による切削加工で円弧状の送りマークが形成され、その円弧状の送りマークを斜めに横切るようにバニシング工具が通過していくので、送りマークのみを集中的に押しつぶすことができない。また、押しつぶしが不要な送りマーク２０間の凹部の面までバニシング部材によって擦られることになり、そのために、バニシング部材の摩耗も促進される。

また、特許文献２の複合工具は、切削面の広範な領域を繰り返し擦りつけるバニシングローラを備えており、切削面の全域を仕上げることができるが、これは、穴径が工具径と等しい穴の仕上げにしか適用できない。
特開平１１−１０４３２号公報 特開２０００−３１７８２８号公報

例えば、シャフトシーリングなど、オイルシールが必要な部品は、切削加工後の仕上げ面粗さが問題になる。オイルシール部の面粗さが粗いとシールの信頼性が低下する。また、この切削加工面が動きを生じる部分の接触面となる場合には、仕上げ面粗さが悪いと、その面や相手材の面が早期に摩耗し、極端な場合には相手材が激しく攻撃されて損傷することもありうる。

このような不具合を回避するために、加工面の面粗さはできるだけ小さくする必要があるが、旋削加工後のシャフトなどの外径面の仕上げに多用されている総形砥石を用いた研削加工で仕上げを行うと、取り代が大きいときや、シャフトの表面形状が複雑なときに加工費や設備費が嵩み、多品種少量生産への対応もとり難い。また、切削による仕上げで要求精度を満たそうとすると加工能率が下がり、コスト低減の要求も満たせなくなる。

旋削加工したシャフトの外径面をバニシング加工して鏡面に仕上げることも行われているが、これは、バニシングローラなどを有する専用の装置を用いて旋削加工とは別工程で行っており、生産性の悪化、経済負担の増加などの問題を回避することができない。また、切削加工とバニシング加工を同時に行う工具として、特許文献１、２の複合工具が提案されているが、これは上述したように、シャフトの外径面の加工などには適用できない。

この発明は、旋削加工に引き続いて被削材の表面をバニシング加工することを可能ならしめてシャフトの外径面や筒体の内径面の精密加工を１パスで行えるようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、切れ刃を備える旋削加工部と、その旋削加工部による切削加工に引き続いて被削材の表面をバニシング部材で加工するバニシング加工部とを工具本体に装備し、前記バニシング加工部が前記旋削加工部から工具の送り方向と反対方向に移動した位置、かつ、工具に送りをかけて被削材を旋削加工部で加工したときに被削材の切削面に生じる螺旋の送りマークを押しつぶす位置に設けられている複合工具を提供する。なお、ここで言う工具送りは、工具と被削材を相対移動させて送りをかける方法を言い、工具が固定され、被削材を送り方向に動かす場合もある。

この複合工具は、焼き入れ鋼や鋳鉄を加工するときには、バニシング加工部のバニシング部材を、立方晶型窒化硼素を含有するＣＢＮ焼結体で形成し、また、アルミニウムなどの非鉄系材料を加工するときには、ダイヤモンド（好ましくは単結晶ダイヤモンド）で形成すると好ましい。

また、この発明の複合工具は、旋削加工部とバニシング加工部の相対位置を固定する構造と、工具の送り方向に可変とする構造が考えられ、そのどちらを採用してもよい。

旋削加工部とバニシング加工部の相対位置を工具送り方向に可変となすものは、バニシング加工部又は旋削加工部を工具本体に対して工具送り方向に移動可能となし、この移動可能なバニシング加工部又は旋削加工部を工具送り方向に動かして前記旋削加工部とバニシング加工部との間の工具送り方向間隔を変化させる間隔調整機構を設ける。

この発明の複合工具では、旋削加工部による切削加工(粗加工)が先行して行われ、その切削加工によって被削材の表面に形成される送りマークが、引き続いて行われるバニシング加工部による加工で押しつぶされる。旋削加工部とバニシング加工部が工具送り方向に一定の距離を保って配置された複合工具は、旋削加工時の工具送り量を一定させることによって、旋削加工部で切削したときに発生する送りマークを、バニシング加工部で順次つぶしていくことができる。従って、１パス加工で加工面の面粗さを向上させることができ、生産性の向上、加工コストの低減などを図ることが可能になる。

また、バニシング加工部による加工は、送りマークの部分のみについて行われるので、無用の面を擦りつけることによるバニシング部材の摩耗促進も抑制される。

さらに、旋削加工部とバニシング加工部との間の工具送り方向間隔を変化させる間隔調整機構を設けた複合工具は、加工径や工具送り量（被削材１回転当たりの送り量）の変動に対応することができ、使用条件が緩和されて利用範囲が拡大する。

以下、この発明の複合工具の実施の形態を添付図面の図１〜図６に基づいて説明する。図示の複合工具１は、旋削加工用のバイトとバニシング工具を組み合わせたものであって、工具本体２（図のそれはバイトのシャンク）の先端の上面側の片側のコーナに旋削加工部３を備え、さらに、工具本体２の下部にバニシング加工部４を備えている。

旋削加工部３は、工具本体２の先端のコーナに設けた座溝２ａに、切れ刃５ａを有するスローアウェイチップ５を着脱自在に装着して構成される。工具本体２に対するスローアウェイチップ５の固定は、ここではクランプねじ６で締め付けるクランプ駒７を用いて行っているが、周知の他のクランプ手段を採用してもよい。

この複合工具１は、図１の矢印Ｆ方向に送りをかけて使用される。バニシング加工部４は、旋削加工部３から、工具送り方向とは反対方向に所定量移動した位置、即ち、旋削加工部３から工具送り方向に所定の間隔ｓ(図３参照)を保った位置に設けられている。このバニシング加工部４は、図４に示すように、圧子８と、この圧子８を前向きに付勢する付勢手段(図のそれは皿ばね)９と、その付勢手段９の付勢力を変化させるアジャスタ１０(図のそれは付勢手段９の片側を支えたリテーナ１０ａとこのリテーナを介して付勢手段９を圧縮する調整ねじ１０ｂとからなる)とで構成されており、圧子８の先端に取り付けたバニシング部材１１を被削材Ａの表面に生じた送りマークに押し付けてその送りマークを塑性変形させる（つぶす）ようにしている。バニシング部材１１は、先端を球面にしており、その球面が図６に示すように送りマーク２０に押し付けられる。

圧子８の先端のバニシング部材１１は、立方晶型窒化硼素（ｃＢＮ）を含有するＣＢＮ焼結体や、ダイヤモンド(好ましくは単結晶ダイヤモンド)で形成すると好ましい。ＣＢＮ焼結体は、鉄に対して化学的に安定しており、これでバニシング部材１１を形成した工具は、焼き入れ鋼や鋳鉄を加工するのに適する。また、非鉄金属の加工では、ダイヤモンドでバニシング部材１１を形成した工具を使用すると、バニシング部材１１の耐久性が高まる。

旋削加工部３とバニシング加工部４との間の間隔ｓは、加工時の工具送り量、スローアウェイチップ５の刃先からバニシング部材１１の先端までの高さ寸法及び被削材の外径を考慮して設定される。例示の工具は、旋削加工部３による加工で生じた送りマークが被削材の回転によってバニシング加工部４の位置まで移動したときにバニシング部材１１が送りマークの中心に押し当てられる位置にバニシング加工部４があるように図３の距離ｓが設定されており、旋削加工部３で形成された送りマークは、形成直後にバニシング加工部４に移動して処理される。

上記の間隔ｓは、旋削加工部３で送りマークが形成されてから被削材Ａが１回転以上回転した後にバニシング加工部４に移動するように設定しても構わない。

また、図示の複合工具のように、間隔ｓが固定されていると、加工径と加工時の工具送り量が限定されるが、図５に示すように、バニシング加工部４をユニット化して工具本体２に工具送り方向に移動可能に取り付け、さらに、この移動可能なバニシング加工部４を工具送り方向に変位させて旋削加工部３との間の工具送り方向間隔(図３のｓ)を調整する間隔調整機構１２を設ければ、加工径や送り量の変動に対して、間隔ｓを変化させて対応することが可能になる。間隔調整機構１２は、ユニット化した旋削加工部３を工具本体２に工具送り方向に移動可能に取り付けてこれを動かすものにしてもよい。

なお、例示の複合工具は外径加工用であるが、スペース面での設置制限を受けなければ、ボーリングバイトにバニシング加工部を組み合わせた複合工具も作ることができる。

図７に、バイトで旋削加工した面とこの発明の複合工具で旋削加工後にさらにバニシング加工による仕上げを行った面の面粗さを比較して示す。比較試験の加工条件は以下の通りである。
被削材：ＳＣＭ４１５浸炭焼き入れ品（ＨＲＣ６０）
旋削加工 切削速度：Ｖ＝１００ｍ／ｍｉｎ、送りｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ、切り込みｄ＝０．１ｍｍ、乾式切削
バニシング加工 加工速度Ｖ＝１００ｍ／ｍｉｎ、送りｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ、バニシング部材の押し付け力＝４９Ｎ（５ｋｇｆ）

この試験結果からわかるように、旋削加工のみのときの加工面の面粗さがＲz＝２．６２μmであるのに対し、旋削加工に引き続いてバニシング加工を実施したときの加工面の面粗さはＲz＝１．１３μmになっており、この仕上げ面の高精度化をこの発明の工具を使用すれば１パス加工で実現することができる。

この発明の複合工具の一例を示す平面図 図１の工具の側面図 図１の工具の正面図 図２のＸ−Ｘ線に沿った部分の拡大断面図 旋削加工部とバニシング加工部の距離調整機構の一例を示す断面図 送りマークに対するバニシング部材の押し付け状態を示す図 旋削加工した面と旋削加工後にさらにバニシング加工による仕上げを行った面の面粗さの比較図 送りマークの代表的な例を示す拡大断面図

符号の説明

１ 複合工具
２ 工具本体
２ａ 座溝
３ 旋削加工部
４ バニシング加工部
５ スローアウェイチップ
５ａ 切れ刃
６ クランプねじ
７ クランプ駒
８ 圧子
９ 付勢手段
１０ アジャスタ
１０ａ リテーナ
１０ｂ 調整ねじ
１１ バニシング部材
１２ 間隔調整機構
２０ 送りマーク
２１ 切れ刃の軌跡
Ｆ 送り方向
Ａ 被削材
ｓ 間隔

Claims (3)

1. 切れ刃を備える旋削加工部と、その旋削加工部による切削加工に引き続いて被削材の表面をバニシング部材で加工するバニシング加工部とを工具本体に装備し、前記バニシング加工部が前記旋削加工部から工具の送り方向と反対方向に移動した位置、かつ、工具に送りをかけて被削材を旋削加工部で加工したときに被削材の切削面に生じる螺旋の送りマークを押しつぶす位置に設けられている複合工具。
2. バニシング加工部の前記バニシング部材を、立方晶型窒化硼素を含有するＣＢＮ焼結体又はダイヤモンドで形成したことを特徴とする請求項１に記載の複合工具。
3. 前記バニシング加工部又は旋削加工部を工具本体に対して工具送り方向に移動可能となし、この移動可能なバニシング加工部又は旋削加工部を工具送り方向に動かして前記旋削加工部とバニシング加工部との間の工具送り方向間隔を変化させる間隔調整機構を設けた請求項１又は２に記載の複合工具。

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