JP2007061984A - 旋削加工用工具および旋削加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１パスにおける切削除去量を増加させ、加工時間を短縮可能な旋削加工用工具および旋削加工方法を提供すること。
【解決手段】この発明に係る旋削加工用工具３は、一つのシャンク部３ａに概送り方向に沿って複数（この例では、２つ）の刃先部３ｂ、３ｃが設けられ、刃先部３ｂ、３ｃの切刃の刃物台からの突出量が、最も旋削送り方向側となる位置の刃先部３ｃから、順に大きくなっている。この工具を用いると、被削材に対して、まず最も旋削送り方向側となる位置にある第一の刃先部３ｃの切刃が切り込み、これによって削られた後に残った被削材を、突き出し量が大きくなっている第二の刃先部３ｂの切刃が切り込む。このように、この発明に係る旋削加工用工具を用いれば、刃先部の切刃の切り込み量は、それぞれ従来のままで、無理な加工を強いることなく、一回のパスで通常の複数回分の切削除去量を得ることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、旋削加工用工具および旋削加工方法に関し、さらに詳しくは、１刃あたりの切り込み量を増やすことなく、１回のパスで切削除去量を増やすことができる旋削加工用工具および旋削加工方法に関するものである。

従来、旋削加工は、回転する工作物に対し、刃物台に固定した一つの旋削加工用工具で切り込み、それを送ることにより行っていた。加工条件は、工作物の材料と旋削加工用工具の刃先材料との組み合わせによって異なり、工作物の材料が難削材であれば、必然的に切り込みを小さくする等の条件で加工を行っていた。したがって、工作物の材料が難削材である場合等、１パスにおける切削除去量が小さいため、難削材でない場合に比べて加工時間は長くなっていた。

ところで、フライス用（ミーリング用ともいう。）加工工具には、切り刃が最外周の主切刃とその少し内側の副切刃との二列有するタイプのものがあり、主切刃が深く切り込み、そのときに発生する切りこを副切刃で切断するようになっている。したがって、この場合、１パスにおける切削除去量を増加できるという（たとえば、特許文献１）。

特開２００３−９４２２３号公報

しかしながら、上記旋削加工技術では、加工効率が良いとは言えない。特に工作物が大型のものである場合、除去しなければならない切削量も大きなものとなり、１パスの切りこみ量を大きくできないことが原因で、加工時間が大きくなってしまっていた。また、フライス加工と旋削加工とでは、加工原理が全く異なり、上記フライス用加工工具や加工方法は旋削加工の参考にできない。

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、１刃あたりの切り込み量を増やすことなく、１回のパスで切削除去量を増やし、加工時間を短縮させる旋削加工用工具および旋削加工方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明に係る旋削用加工工具は、シャンク部と刃先部とから構成され、当該刃先部には、刃先用材料をロウ付けするか、または交換可能チップを取付可能にした旋削加工用工具において、一つの前記シャンク部に概送り方向に沿って複数の前記刃先部が設けられ、前記刃先部の切刃の刃物台からの突出量が、最も旋削送り方向側となる位置の前記刃先部から、それぞれ順に大きくなっているようにしたものである。

旋削加工用工具は、一般的に、いわゆる「ろう付けバイト」か「スローアウェイチップ交換式バイト」の２種類がある。これらは、それぞれシャンク部と刃先部とから構成される。この発明では、一つのシャンク部に概送り方向に沿って複数の前記刃先部が設けられるのが特徴である。そして、刃先部の切刃の刃物台からの突出量が、最も旋削送り方向側となる位置の前記刃先部から、それぞれ順に大きくなっている。これにより、被削材（工作物）に対して、まず最も旋削送り方向側となる位置にある第一の前記刃先部切刃が切り込み、これによって削られた後に残った被削材を、そのつぎの位置にあって突き出し量が大きくなっている第二の刃先部の切刃が切り込む。そして、同様に、第三、第四の切刃が切り込む、というように、一回のパスで通常の複数回分の切削除去量を得ることができる。

また、この発明に係る旋削加工方法は、回転する工作物に対して、当該工作物に切り込む旋削用工具が固定された刃物台を送ることによって切削除去加工を施す旋削加工方法において、当該刃物台からの前記刃先部の切刃の突出量が、最も旋削送り方向側となる位置の前記刃先部から、それぞれ順に大きくなっている一以上の前記旋削用工具で同時に複数箇所切り込むようにしたものである。

当該刃物台からの前記刃先部の切刃の突出量が、最も旋削送り方向側となる位置の前記刃先部から、それぞれ順に大きくなっている一以上の前記旋削用工具で同時に複数箇所切り込むようにすると、１回のパスで従来の複数倍の切削除去量が得られて、加工時間の短縮となる。なお、旋削用工具は、１つのシャンク部に突き出し量が順に大きくなっている複数の刃先部を有するものを使用してもいいし、１つのシャンクに１つの刃先部を有する旋削用工具を、突き出し量を順に大きくして１つの刃物台に固定してもよい。

また、この発明に係る旋削加工方法は、前記旋削加工方法において、一つの前記刃物台に請求項１に記載の前記旋削用工具を固定し、工作物に対して同時に複数カ所切り込むようにしたものである。

本発明に係る旋削加工用工具および旋削加工方法は、各切刃ごとの切り込み量は従来のままに、１回のパスで得られる切削除去量が増加するので、加工時間の短縮となる。

以下に、本発明にかかる旋削加工用工具および旋削加工方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例に係る旋削加工用工具の構成および旋削加工方法を示す斜視図である。ここでは、旋削加工の例として、縦旋盤を利用したガスタービン分割環の内面旋削加工を説明する。一般に、ガスタービンのタービン部には、静翼の付け根部分または動翼の対向壁に適当な角度毎に分割された（たとえば、６度〜１８０度毎に分割）分割環１が用いられる。これらは、結合した状態、つまりタービンに組み付けられる状態で、縦旋盤による内面旋削加工が施されることが多い。そのため、分割環１は、分割されている箇所毎にクランプされて、全体として円形に保持される。なお、ここでは、ガスタービンの分割環を例にしたが、この発明は、これに限らず、旋削加工であれば、多種多様な工作物に利用できる。

同図は、数１０枚の分割環１を円状に並べたものを矢印２の方向に回転させながら、刃物台（図示省略）に固定した旋削加工用工具３を矢印４の方向に送り、加工する様子を示している。従来は、一つのシャンク部に一つの刃物部を有する旋削加工工具を切り込んで一方向に一回送り（これを１パスという。）、当該工具を再び元の位置に戻し、再び切り込んでまた１回送るという工程を繰り返して加工していた。分割環１の材料は、Ｎｉ基やＣｏ基等を主成分とするＸ−４５等の耐熱合金等の難削材が用いられるのが一般的で、荒・中仕上げの加工条件は、例えば、分割環１を回転させるテーブルの回転０．８〜１．０ｒｐｍ、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み量０．２５〜０．３ｍｍ程度であったので、かなり加工時間がかかっていた。また、分割環はどうしても分割の割れ目があるので、断続加工となり、加工条件も決して良いものではなかった。

この発明では、一つのシャンク部３ａに概送り方向に沿って複数（この例では、２つ）の刃先部３ｂ、３ｃが設けられ、刃先部３ｂ、３ｃの切刃の刃物台からの突出量が、最も旋削送り方向側となる位置の刃先部３ｃから、順に大きくなっている、つまり刃先部３ｂの方が刃先部３ｃよりも突き出し量が大きくなっているのが特徴である。刃先部３ｂ、３ｃは超硬合金等の刃先材料をろう付けしたタイプのものでもよいし、現在では一般的となっている交換可能チップ（スローアウェイチップ）を取り付けるタイプのものでもよい。なお、耐熱合金を旋削する場合は、特に被削性の悪さを考慮して、超硬合金に繊維状結晶炭窒化チタン、または微粒アルミナをコーティングしたチップ等が用いられる。

図２は、旋削切削状態を示す断面拡大図である。ガスタービン分割環１は、クランプＣによって固定される。上記のような旋削加工用工具３を用いると、被削材に対して、まず最も旋削送り方向側となる位置にある第一の刃先部３ｃの切刃が切り込み、これによって削られた後に残った被削材を、そのつぎの位置にあって突き出し量が大きくなっている第二の刃先部３ｂの切刃が切り込む。刃先部が３つ、４つとあれば、これと同様に、第三、第四の切刃が切り込む。このように、この発明に係る旋削加工用工具を用いれば、刃先部の切刃の切り込み量は、それぞれ従来のままで、無理な加工を強いることなく、一回のパスで通常の複数回分の切削除去量を得ることができる。なお、当該工具は、刃先部が複数ある分だけ幅が大きくなるので、同図に示すように、工作物の下には当該幅よりも大きい逃げを作ることが好ましい。

図３は、複数の切刃部分の位置関係を示す拡大図である。この例では、後から切り込む側である第二の刃先部３ｂの切刃突き出し量が、第一の刃先部３ｃの切刃突き出し量よりも相対的にＤ１だけ大きくなるようにした。具体的な数値の例としては、０．３プラスマイナス０．１ｍｍ程度と考えればよい。つまり、第一の刃先部３ｃの切り込み量を０．３ｍｍとすれば、第二の刃先部３ｂがさらに０．３ｍｍ切り込むので、一回のパスで０．６ｍｍ肉を除去できることになる。この相対的な位置関係は、被削材、切刃材料、荒・中仕上げか、仕上げか等の条件によって適時決定すればよい。

また、複数の刃先部３ｂ、３ｃの突き出し量が同じであっても、送り速度との関係によっては利点が生じる。たとえば、送り速度が０．３ｍｍ／ｒｅｖであった場合であって、第一の刃先部３ｃと第二の刃先部３ｂの送り方向の距離Ｄ２が０．１５ｍｍの倍数である１５ｍｍであった場合、第一の刃先部３ｃで削った後にできる凸凹面の凸部を第二の刃先部３ｂが通ることになり、その分、表面荒さが小さくなる。この現象は、上記距離Ｄ２を工作物一回転あたりの送り量の倍数以外とした場合に起こる。

上記切削に関しては、切削抵抗が大きくなることによる工作物の倒れが懸念されたが、上記材料のガスタービン分割環を通常のクランプで抑え、分割環１を回転させるテーブルの回転０．８〜１．０ｒｐｍ、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、第一の刃先部３ｃと第二の刃先部３ｂの合計切り込み量０．６ｍｍ程度とした発明者の実験では、問題なかった。また、第一の刃先部３ｃで発生した切粉の第二の刃先部への噛み込みも特に問題なかった。さらに、切削抵抗の変化によるびびり振動も発生せず、良好な切削結果が得られた。

図４は、ガスタービン分割環の旋削加工手順を示すフローチャートである。荒加工では、最終仕上げしろを１ｍｍ残すまで２パスで加工するように第一の刃先部と第二の刃先部の相対的突き出し量を調整して行う（ステップＳ１０１）。この部分は、従来４パス必要であったので、加工時間は半分になった。その後、加工面の振れを測定し、振れがあれば修正し（ステップＳ１０２）、中仕上げ加工を施す（ステップＳ１０３）。中仕上げ加工は、仕上げしろを０．０５〜０．１ｍｍ残すまで行う。当該加工は、２パスで行うが、この発明に係る旋削加工用工具を用いれば、一つの刃先部のとりしろを小さくできるので、仕上げ面の表面荒さを小さくできるという利点がある。

図５は、分割環の振れ計測と修正概念を示す説明図である。ここでは、上記図４のステップＳ１０２の具体的方法について説明する。図５は、分割環１の一片を当該分割環１の軸方向から見たときの図である。分割環１には、熱伸びを調整することによって動翼とのクリアランスを調整するための冷却孔７が設けられることがある。この場合、冷却孔７と分割環１の内径加工面９との距離Ａは、設計により寸法が厳密に定められる。

そこで、まず、図４のステップＳ１０１の荒加工後、内径加工面９から冷却孔７までの距離をノギス等で計測する。内径加工面９は、あとどれくらい削り代が残っているかわかるので、当該削り代が０になったときに、内径加工面９から冷却孔７までの距離が設計通りの寸法Ａになるように、分割環１の振れ（倒れ）を修正する。具体的には、ダイアルゲージ８を分割環１の両端に当て、その後行われる仕上げ加工が終わったときに、冷却孔７の位置が分割環１の中心から内径Ｒｉ＋Ａの位置になるように分割環１を内側または外側に位置修正する。

上記ガスタービン分割環の旋削加工では、従来５４．１時間かかっていた加工時間が３７．５時間に短縮され、約３割の時間短縮となった。なお、今回実験した縦旋盤には、刃物台を含め、何ら変更を必要とせず、刃先部のスローアウェイチップも、従来からのものを使用できた。変更したのはシャンク部に相当するチップホルダーだけで、これにより大幅な加工時間短縮できたことは、極めて実用性に富むこの発明の利点といえる。

また、旋盤の刃物台の変更を許容するならば、従来からのスローアウェイホルダーや、ろう付けバイトを複数本、一つの刃物台に固定するように改造して、刃先部を同時に切り込んで旋削加工するようにしてもよい。

図６は、刃物台が２つある場合の旋削加工工程を示す説明図である。大型縦旋盤やダブルタレット旋盤には、旋削用工具が固定される刃物台を２つ有するタイプがある。このタイプの旋盤を利用できる場合は、この発明に係る旋削加工方法の効果が倍増する。たとえば、同図に示すように、ガスタービン分割環の左コラムに切り込む旋削加工用工具５を右コラムに切り込む旋削加工用工具６よりも先行して送り、一刃あたり０．３ｍｍずつ、合計０．６ｍｍ肉をとり、それに続くように、右コラム側の旋削加工用工具６でさらに０．６ｍｍの肉をとる。これが１パス目の加工である。

同様に、２パス目でも、左右のコラムに刃先部切刃を切り込み０．６ｍｍずつ肉をとる。これにより、刃先部に負担をかけることなく、仕上げ加工用の仕上げしろ１ｍｍを残すように合計１．８ｍｍの荒加工を２パスで実現できる。なお、旋削加工用工具５、６は、一つのシャンクに複数の刃先部を有するタイプを用いてもよいし、図に示すように、複数の工具を一つの刃物台に固定して用いてもよい。

以上のように、本発明に係る旋削加工用工具および旋削加工方法は、縦旋盤における旋削加工に限らず、あらゆるタイプの旋削加工に有用であり、特に難削材の大型工作物等、加工時間が大きい加工に用いると有用となる。

本発明の実施例に係る旋削加工用工具の構成および旋削加工方法を示す斜視図である。 旋削切削状態をを示す断面拡大図である。 複数の切刃部分の位置関係を示す拡大図である。 ガスタービン分割環の旋削加工手順を示すフローチャートである。 分割環の振れ計測と修正概念を示す説明図である。 刃物台が２つある場合の旋削加工工程を示す説明図である。

符号の説明

１ 分割環
３、５、６ 旋削加工用工具
７ 冷却孔
８ ダイアルゲージ
９ 内径加工面
３ａ シャンク部
３ｂ、３ｃ 刃先部

Claims (3)

1. シャンク部と刃先部とから構成され、当該刃先部には、刃先用材料をロウ付けするか、または交換可能チップを取付可能にした旋削加工用工具において、
   一つの前記シャンク部に概送り方向に沿って複数の前記刃先部が設けられ、前記刃先部の切刃の刃物台からの突出量が、最も旋削送り方向側となる位置の前記刃先部から、それぞれ順に大きくなっていることを特徴とする旋削加工用工具。
2. 回転する工作物に対して、当該工作物に切り込む旋削用工具が固定された刃物台を送ることによって切削除去加工を施す旋削加工方法において、
   当該刃物台からの前記刃先部の切刃の突出量が、最も旋削送り方向側となる位置の前記刃先部から、それぞれ順に大きくなっている一以上の前記旋削用工具で同時に複数箇所切り込むことを特徴とする旋削加工方法。
3. 一つの前記刃物台に請求項１に記載の前記旋削用工具を固定し、工作物に対して同時に複数カ所切り込むことを特徴とする請求項２に記載の旋削加工方法。

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