JP2008290167A

JP2008290167A - 切削加工装置

Info

Publication number: JP2008290167A
Application number: JP2007136133A
Authority: JP
Inventors: Teru Toda; 照戸田
Original assignee: TODA SEIKI KK
Current assignee: TODA SEIKI KK
Priority date: 2007-05-23
Filing date: 2007-05-23
Publication date: 2008-12-04

Abstract

【課題】多角形の角孔を切削する際に切削コーナーにＲが残らないようにすると共に、切削面の面粗度が向上するようにバイトにビビリが発生しないようにする。
【解決手段】機械側から回転伝達を受ける入力軸３の回転運動をＸ軸用カム２１及びＹ軸用カム３７により角軸状運動に変換すると共に、変換にともない第１及び第２スライダＨを追従スライドさせてバイト４７による角孔形状や内コーナーをＲが存在しないように切削し、かつ第１及び第２スライダの反対方向にスライドする第１及び第２バランスウエイトＪにより本体の振動を抑えてビビリが発生しないようにする。
【選択図】図２

Description

この発明は、各辺間の内側コーナーが９０度の凹入段部や四角形の角孔或いは辺間の内側コーナーが９０度以上の凹入段部や六角形などの多角形の角孔を切削するもので、切削コーナーにＲが残らないようにすると共に、切削面の面粗度が向上するように本体の振動を抑えバイトにビビリが発生しないようにした切削加工装置に関する。

エンドミルによるフライス作業において、角穴形状や内側コーナー部を直角に加工する際、エンドミルのＲ寸法が残り、角形形状に加工できない。

通常、このような加工を行なう場合、Ｒ寸法が小さくなるよう出来るだけ外径の小さい小径のエンドミルで加工を行なうしかなかった。

ところで、小径エンドミルの場合、刃物剛性不足にともない単位時間あたりの切削量の著しい低下や、最適条件にて加工を行なうための刃物回転数の確保及び刃物剛性不足による刃先の破損などがある。

このため、加工効率が大幅に低下すると共に、大幅なコストアップになる。

そこで、型彫り放電加工や、加工箇所が貫通加工の場合ワイヤーカット放電加工で行なうのが一般的である。

しかしながら、電極の製作や、型彫り、ワイヤー放電加工のいずれの場合、段取り変えが必要となり、かつワークの着脱芯出し作業による段取り時間が増加すると共に、加工速度も切削加工と比較すると大幅に遅くなるなどによって大幅なコストアップになる。

そこで、ワークに前もって設けてある下穴に角穴加工用刃体の角柱状刃部を圧入すると共に、ワークに対し相対的に自転できない角柱状刃部の歳差運動により角柱状刃部の先端面の周縁部でワークの下穴周面を下穴深さ方向に剪断切削しながら、下穴の断面形状を角柱状刃部の先端面の多角形状に加工するものがある（特許文献１参照）。

また、数値制御装置の補間制御と同等の制御によって、切刃の外端点が切削対象のインコーナ形状に合致する移動軌跡を描くように回転工具と被加工物とが工具底面に対し平行な面上で相対移動させ、これに同期して主軸回転、すなわち回転工具の回転を制御して、ピン角、微小アールのインコーナの切削を行なうようにしたものがある（特許文献２参照）。

ところで、特許文献１の角柱状刃部を歳差運動させながら剪断切断する方式にあっては、ワークに前もって下穴を加工しておくので、下穴の加工に手間がかかって大幅なコストアップになる。

また切断層の逃げのため、下穴の深さを角穴の加工深さよりも深くするか或いは下穴を貫通させる必要が（切断層の逃げのため）ある。

上記のような条件を具備しないと加工できない。すなわち、加工に条件がともなう問題があった。

特に、コーナー加工の場合、回転切削でないため刃物が逃げ（刃物の全周が加工形状に囲まれていないため逃げやすい）、加工精度が著しく低下する。

特許文献２の切削方式によると、数値制御できる機械でないと加工することができないと共に、数値制御にともなう機械側テーブルの移動にともないエネルギー的にもコストのアップになると共に、テーブルガイドの部分の摩耗により加工精度にも問題が発生する。

そこで、下穴の加工が不要になり、かつ入力軸の回転のみで角形状の加工ができると共に、ワークを積載した機械側テーブルを移動させる必要がないため、エネルギー的にもコストダウンとなり、又テーブルガイドの部分摩耗を防ぐと共に、数値制御が装備されていない機械でも辺間の内側コーナーが９０度以上の凹入段部や六角形などの多角形の角孔を切削することができるようにした切削加工装置がある（特許文献３）。
特開平８−２９４８０９号公報特開２００２−１８２７１６号公報特開２００６−６８８８１号公報

ところで、特許文献３の切削加工装置によると、入力軸の回転運動をＸ軸用カム及びＹ軸用カムにより強制的に角軸状運動に変換すると共に、変換にともない第１スライダ及び第２スライダを追従スライドさせてバイトによる角孔形状や内コーナーにＲが存在しないように切削するようにしている。

しかしながら、Ｘ軸用カム及びＹ軸用カムによる強制的な角軸状運動に変換するので、重心が回転中心から外れてアンバランスになる。このため、振動が発生して、バイトにビビリが起生して切削面の面粗度が悪くなる。すなわち、平清な切削面でない。このビビリの発生は、回転数の増大にともない顕著になる。

すると、加工精度が悪く、バイトの欠損などの不都合が発生すると共に、ビビリを極力抑制するために回転数を低速にすると加工能率が大幅に低下するなどの問題があった。

そこで、この発明は、上述のような問題を解決した切削加工装置を提供することにある。

上記のような課題を解決するために、この発明は、機械に対し不回転状態に接続するケーシングと、このケーシングの末端から挿入してフリーに回転するように軸承すると共に、上記機械側から回転伝達を受けるように設けた入力軸と、この入力軸の先端側に末端側を屈曲及び屈曲による軸方向変位が生じても回転伝達可能な自在継手を介し連結した中間軸と、この中間軸の外側に軸承すると共に、ガイド手段により前後方向にスライドするように設けた第１スライダと、この第１スライダの端面に対向させて上記入力軸の先端に共に回転するように設けたＸ軸用カムと、このＸ軸用カムの回転にともない上記第１スライダを前後方向にスライドさせるように設けた第１連動手段と、上記第１スライダの外側に配置してガイド手段により前後方向にスライドするように設けた第１バランスウエイトと、上記第１スライダのスライドの反対方向に上記第１バランスウエイトをスライドさせる第１スライド変換手段と、上記中間軸の先端側に末端側を屈曲及び屈曲による軸方向変位が生じても回転伝達可能な自在継手を介し連結した先軸と、この先軸の外側に軸承すると共に、ガイド手段により左右方向にスライドするように設けた第２スライダと、この第２スライダの端面に対向させて上記中間軸と共に回転するように設けたＹ軸用カムと、このＹ軸用カムの回転にともない上記第２スライダを左右方向にスライドさせるように設けた第２連動手段と、上記第２スライダの外側に配置してガイド手段により左右方向にスライドするように設けた第２バランスウエイトと、上記第２スライダのスライドの反対方向に上記第２バランスウエイトをスライドさせる第２スライド変換手段と、上記先軸の先端ホルダに保持したバイトとからなる構成を採用する。

すると、入力軸の回転運動をＸ軸用及びＹ軸用カムにより角軸状運動に変換すると共に、変換にともない第１及び第２スライダを追従スライドさせてバイトによる角孔形状や内コーナーをＲが存在しないように切削し、又第１及び第２スライダのスライドの反対方向に第１及び第２バランスウエイトをスライドさせて本体の振動を抑えバイトにビビリが発生するのを阻止する。

以上のように、この発明の切削加工装置によれば、入力軸の回転を中間軸から先端にバイトを保持させた先軸にそれぞれの先端と末端を連結する自在継手を介し伝達すると共に、Ｘ軸用カムとＹ軸用カムとで追従スライドする第１及び第２スライダによって回転運動を角形状運動に変換するので、バイトにより角孔形状や内コーナーを切削し、しかもＲの存在しない切削が、入力軸の回転のみで加工ができて、ワークを積載した機械側テーブルを移動させる必要がないため、エネルギー的にもコストダウンとなり、かつ数値制御が装備されていない機械でも辺間の内側コーナーが９０度以上の凹入段部や六角形などの多角形の角孔を切削加工できると共に、第１及び第２スライダのスライドの反対方向に第１及び第２スライド変換手段を介し第１及び第２バランスウエイトをスライドさせてバイトにビビリが発生するのを阻止するので、切削面の面粗度が大幅に向上する（平滑な切削面になる）と共に、バイトの損傷がなく、又高速度回転による切削が可能なため加工能率が大幅にアップする特有な効果がある。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の実施形態では、図１から図１１に示すように、機械Ａに対し不回転状態に接続するケーシング１には、ケーシング１の末端から挿入してベアリング２を介しフリーに回転するように軸承すると共に、機械Ａ側から回転伝達を受ける入力軸３が設けてある。

上記の機械Ａに対するケーシング１の不回転状態の接続及び入力軸３の回転伝達は、図１に示すように回転スピンドル４に設けてあるテーパー孔５に入力軸３の末端から突出するテーパーシャンク６を嵌入して回転の伝達を行ない、機械Ａにケーシング１をボルト７のねじ込みにより固定したが、各種周知の方式（図示省略、例えば特開２００６−６８８８１号の方式）など採用して目的を達成するようにすることもある。

また、入力軸３の先端に中間軸８の末端を屈曲及び屈曲による軸方向変位が生じても回転伝達可能な自在継手９を介し連結し、この中間軸８の外側には、ベアリング２を介し軸承すると共に、ガイド手段Ｂにより前後方向にスライドする第１スライダＣが設けてある。

上記のガイド手段Ｂは、図１、２、３、７に示すように中心に入力軸３を貫通する環状板１１と、この環状板１１の下面両側から下方に突出する平行な二条のガイド突条１２と、両ガイド突条１２の下面に上面を重ねる押え板１３とで構成され、押え板１３の両端の透孔１４に挿入したボルト１５をガイド突条１２の下面両端のネジ穴１６にねじ込んで押え板１３を組み付ける。上記の環状板１１は、周縁複数の透孔１７に挿通したボルト１８をケーシング１のネジ穴１９にねじ込んで取付ける。

上記の第１スライダＣは、図１、２、３、７に示すようにガイド突条１２間に嵌り込んで前後方向のスライドをガイドすると共に、中心に中間軸８を貫通させて、貫通部分をベアリング２を介し軸承する板状体２０によって形成する。

また、第１スライダＣの板状体２０の板面に対向させて入力軸３の先端（図示下面で、環状板１１内に納まるように嵌め込んで）には、入力軸３と共に回転するＸ軸用カム２１が（図示の場合Ｘ軸用カム２１の透孔２２に挿入したボルト２３を中間軸８の端面のネジ穴２４にねじ込んで固定する）設けてある。
そして、Ｘ軸用カム２１の回転によって第１連動手段Ｄを介し第１スライダＣを前後方向にスライドするように連動させてある。

上記の第１連動手段Ｄは、図示の場合第１スライダＣの前後方向の辺にそれぞれカムフォロア２６を軸支して、この両カムフォロア２６をＸ軸用カム２１の外周面に接触させて行なうようにしたが、限定されず、例えばカムの板面の無端状の溝に回転子を嵌め込む方式などを採用してもよい。
さらに、第１スライダＣの外側には、前後方向にスライドする第１バランスウエイトＥが設けてある。

上記第１バランスウエイトＥは、図示の場合、第１スライダＣの前後方向の両端上に配置した弧状のウエイト２７と、この両ウエイト２７の両端にそれぞれ連結プルート２８の端を孔１０にねじ込んで連結するピン２９とで構成されている。
そして、第１スライダＣのスライドにともないスライドの反対方向に第１スライド変換手段Ｆによって第１バランスウエイトＥをスライドさせるようにしてある。

上記の第１スライド変換手段Ｆは、図示の場合（図６、７など参照）、押え板１３の中央に上下面を開放させて設けてある貫孔３０にアーム３１を貫通させて、このアーム３１の中間をピン３２を介し押え板１３に揺動自在に支持させると共に、板状体２０と連結プレート２９とに設けてある切欠き３３にアーム３１の両端を嵌め込みにより係合関係にして構成したが、限定されずその他の構成によって第１スライダＣのスライドの反対方向に第１バランスウエイトＥをスライド（強制的に）させるようにする。

なお、図３に示すように、ケーシング１の内周面と片方のウエイト２７の外周との間に圧縮状態とした反発用の例えばバネ３４を組み込んで各連動部分にガタツキが発生しないようにしてある。

また、中間軸８の先端側に末端側を屈曲及び屈曲による軸方向変位が生じても回転伝達可能な自在継手９を介し先軸３６を連結すると共に、ケーシング１にベアリング２を介し先軸３６を軸承する。この先軸３６の途中に先軸３６と共に回転するＹ軸用カム３７を設ける。

さらに、先軸３６の外側にベアリング２を介し先軸３６の回転を可能にし、かつガイド手段ＧによりＹ軸方向のスライドを許容した第２スライダＨが設けてある。

上記のガイド手段Ｇは、図１、２、４、５、８に示すように、先軸３６を貫通する環状板３８と、この環状板３８の下面前後の両側から突出する平行な二条のガイド突条３９と、この両ガイド突条３９に下面を重ねる押え板４０と、この押え板４０の下面左右の両側から下方に突出する平行な二条の突条４１とで構成され、この突条４１にガイド突条３９をガイド突条３９の透孔４２に挿入して突条４１にねじ込むボルト４３により固定する。

また、第２スライダＨの外側には、第２スライダＨと共にＹ軸方向（左右方向）にスライドする第２バランスウエイトＪが設けてある。
上記の第２バランスウエイトＪは、図８に示すように、第２スライダＨの外側に間隙を設けて嵌装する筒体４４と、この筒体４４の上縁に設けて前後の二辺がガイド突条３９間に嵌り込んで左右方向のスライドをガイドする板状体４５とによって構成されている。

そして、Ｙ軸用カム３７の回転によって第２連動手段Ｄ´を介し第２スライダＨを左右方向にスライドするように連動させてあり、又第２スライダＨのスライドにともないスライドの反対方向に第２スライド変換手段Ｆ´によって第２バランスウエイトＪをスライドさせるようにしてある。

上記の第２連動手段Ｄ´は、第１連動手段Ｄの構成と同様につき、又第２スライド変換手段Ｆ´は、第１スライド変換手段Ｆの構成と同様につき構成の説明を省略する。
図中３４は、板状体４５の一方向の押し戻し用圧縮バネである。

なお、図１０、１１に示すＸ軸用カム２１及びＹ軸用カム３７は、四角形の角穴や図１２に示すようにワークＷの辺から内方にＬ形の段部Ｓや、コ字状の段部（図示省略）を切削する形状に限定されず、六角形の角穴（孔）加工のＸ軸用カム２１、Ｙ軸用カム３７を使用して、六角穴を切削することもある。また、先軸３６の先端ホルダ４６には、バイト４７が保持させてある。

上記ホルダ４６に対するバイト４７の保持は、図１に示すようにホルダ４６の先端面から内方に向けて設けた穴４８にバイト４７の末端部を挿入し、ホルダ４６の外周面から穴４８に貫通するネジ孔４９にネジ軸５０をねじ込んで取付けるようにしてある。

なお、上記の各自在継手９には、例えばユニバーサルジョイントが使用されている。

次に上記構成の切削加工機による四角形の角穴の切削を図１３のバイト移動量図に基づいて説明する。
まず、図１３の（ａ）に示すように、ワークＷの切削加工センターにバイト４７のセンターを合致させると共に、バイト４７の刃先を四角形の角穴の一辺の辺長の２等分位置になるように位相を決める。

次いで一方向に入力軸３を回転する。すると、入力軸３から自在継手９を介し中間軸８に中間軸８から自在継手９を介し先軸３６に回転を伝えながら、バイト４７を回転させてワークＷを切削する。

その際共に回転するＸ軸用カム２１によって第１スライダＣを、またＹ軸用カム３７によって第２スライダＨをそれぞれスライド（入力軸３の４５°回転により）させるのでバイト４７による切削点が図１０の（ａ）から図１０の（ｂ）に示すように移動させる。

上記の状況下からＸ軸用カム２１によって第１スライダＣを、またＹ軸用カム３７によって第２スライダＨをそれぞれスライドさせるので、バイト４７による切削点が図１３の（ｃ）に示すように入力軸３の９０°回転で辺長の二等分位置迄移動し、入力軸３の１３５°回転で図１３の（ｄ）に示すように辺長の終点に移動する。

この状況下からＸ軸用カム２１によって第１スライダＣを、またＹ軸用カム３７によって第２スライダＨをそれぞれスライドさせるので、バイト４７による切削点が図１３の（ｅ）に示すように入力軸３の１８０°回転で辺長の二等分位置迄移動し、入力軸３の２２５°回転で図１３の（ｆ）に示すように、辺長の終点に移動する。

次にＸ軸用カム２１によって第１スライダＣを、またＹ軸用カム３７によって第２スライダＨをそれぞれスライドさせて、図１３の（ｇ）に示すように入力軸３の２７０°回転により辺長の二等分位置迄移動させ、図１３の（ｈ）に示すように入力軸３の３１５°回転により辺長の終点迄移動させ、然るのち、Ｘ軸用カム２１によって第１スライダＣを、またＹ軸用カム３７によって第２スライダＨをそれぞれスライドさせて、入力軸３の３６０°回転で図１３の（ｉ）に示すようにバイト４７を図１３の（ａ）に示す切削開始点に到達させる。

その結果、図１３の（ｉ）に示すように、ワークＷの角穴Ｓが切削される。すなわち、バイト４７が四角形の軌道を描くので、図１３の（ｉ）に示すような四角形角穴Ｓが切削される。

勿論、四角形の角穴Ｓのそれぞれのコーナーの切削は、Ｘ軸用カム２１及びＹ軸用カム３７による第１スライダＣ及び第２スライダＨの強制的なスライドにともなうバイト４７の正確な正方形の軌跡によってＲが存在しない。そして、図１３の（ｉ）に示す四角形の角穴Ｓに、図１２に示すように、ワークＷに平面Ｌ形の段部Ｓや平面コ形の段部なども切削（図示省略）することもできる。

また、四角形のＸ軸用カム２１にかえて六角形のＸ軸用カムを、四角形のＹ軸用カム３７にかえて六角形のＹ軸用カムを用いる。すると、図１４の（ａ）から（ｉ）に示す切削工程図に示すように前述の六角形のＸ軸用カムと六角形のＹ軸用カム及び第１スライダＣ及び第２スライダＨの追従スライドによってバイト４７が六角形の軌跡移動し、六角形の角穴Ｓが切削できる。

なお、刃物（バイト４７）サイズよりも大きい角穴を加工したい場合、座標を移動させて加工すれば、大きい角穴を加工することができるが、この場合、コーナー加工となり、回転切削でないと刃先が逃げ、加工精度が著しく低下する（刃物の全周が加工形状に囲まれていないと逃げやすい）。

上記のようなＸ軸用カム２１及びＹ軸用カム３７による第１スライダＣ及び第２スライダＨを第１連動手段Ｄ及び第２連動手段Ｄ´によりスライドさせた際、第１スライド変換手段Ｆ及び第２スライド変換手段Ｆ´を介し第１バランスウエイトＥは、第１スライダＣのスライド方向の反対方向に、第２バランスウエイトＪは、第２スライダＨのスライド方向の反対方向に強制的にスライドさせる。

この反対方向にスライドする第１バランスウエイトＥ及び第２バランスウエイトＪの重量で入力軸の回転運動をＸ軸用カム２１及びＹ軸用カム３７によって角軸状運動に変換させた際の本体の振動を打ち消して、ビビリをなくすることができる。
このため、切削面にビビリがなく良好な面粗度の切削ができると共に、バイト４７の切損（切れの劣化）がなく、かつ高速度回転による加工が可能なため大幅な加工能率のアップになる。

この発明の切削加工装置を示す縦断正面図同上の要部を示す縦断拡大正面図図２のＸ−Ｘ線に沿う断面図図２のＹ−Ｙ線に沿う断面図図２のＺ−Ｚ線に沿う断面図第１スライド変換手段の部分を示す縦断拡大側面図第１バランスウイエイトの部分を示す分解斜視図第２バランスウイエイトの部分を示す分解斜視図下面図Ｘ軸用カムの平面図Ｙ軸用カムの平面図切削加工したワークの斜視図四角形の角穴の加工バイトの移動を示す平面図六角形の角穴の加工バイトの移動を示す平面図

符号の説明

Ａ機械
Ｂガイド手段
Ｃ第１スライダ
Ｄ第１連動手段
Ｅ第１バランスウエイト
Ｆ第１スライド変換手段
Ｇガイド手段
Ｈ第２スライダ
Ｊ第２バランスウエイト
Ｄ´ 第２連動手段
Ｆ´ 第２スライド変換手段
１ケーシング
２ベアリング
３入力軸
４スピンドル
５テーパー孔
６テーパーシャンク
７ボルト
８中間軸
９自在継手
１１環状板
１２ガイド突条
１３押え板
１４透孔
１５ボルト
１６ネジ穴
１７透孔
１８ボルト
１９ネジ穴
２０板状体
２１Ｘ軸用カム
２２透孔
２３ボルト
２４ネジ穴
２６カムフォロア
２７ウエイト
２８連結プレット
２９ピン
３０貫孔
３１アーム
３２ピン
３３切欠き
３４バネ
３６先軸
３７Ｙ軸用カム
３８環状板
３９ガイド突条
４０押え板
４１突条
４２透孔
４３ボルト
４４筒体
４５板状体
４６ボルダ
４７バイト

Claims

機械に対し不回転状態に接続するケーシングと、このケーシングの末端から挿入してフリーに回転するように軸承すると共に、上記機械側から回転伝達を受けるように設けた入力軸と、この入力軸の先端側に末端側を屈曲及び屈曲による軸方向変位が生じても回転伝達可能な自在継手を介し連結した中間軸と、この中間軸の外側に軸承すると共に、ガイド手段により前後方向にスライドするように設けた第１スライダと、この第１スライダの端面に対向させて上記入力軸の先端に共に回転するように設けたＸ軸用カムと、このＸ軸用カムの回転にともない上記第１スライダを前後方向にスライドさせるように設けた第１連動手段と、上記第１スライダの外側に配置してガイド手段により前後方向にスライドするように設けた第１バランスウエイトと、上記第１スライダのスライドの反対方向に上記第１バランスウエイトをスライドさせる第１スライド変換手段と、上記中間軸の先端側に末端側を屈曲及び屈曲による軸方向変位が生じても回転伝達可能な自在継手を介し連結した先軸と、この先軸の外側に軸承すると共に、ガイド手段により左右方向にスライドするように設けた第２スライダと、この第２スライダの端面に対向させて上記中間軸と共に回転するように設けたＹ軸用カムと、このＹ軸用カムの回転にともない上記第２スライダを左右方向にスライドさせるように設けた第２連動手段と、上記第２スライダの外側に配置してガイド手段により左右方向にスライドするように設けた第２バランスウエイトと、上記第２スライダのスライドの反対方向に上記第２バランスウエイトをスライドさせる第２スライド変換手段と、上記先軸の先端ホルダに保持したバイトとからなり、上記入力軸の回転運動を上記Ｘ軸用カム及びＹ軸用カムにより角軸状運動に変換すると共に、変換にともない第１及び第２スライダを追従スライドさせて上記バイトによる角孔形状や内コーナーをＲが存在しないように切削し、かつ第１及び第２スライダの反対方向にスライドする第１及び第２バランスウエイトにより本体の振動を抑えビビリが発生しないようにすることを特徴とする切削装置。