JP2009178789A - 主軸移動型自動旋盤用チップ式バイトのチップホルダ - Google Patents

Abstract

【課題】棒材を軸方向に往復させながら繰り返し加工することができるようにするための主軸移動型自動旋盤用チップホルダを提供する。
【解決手段】本発明に係る主軸移動型自動旋盤用チップ式バイトのチップホルダ１０は、チップ２１を取り付けるチップホルダ１０が旋盤の刃物台に載置固定されたときに刃先２２の位置がガイドブッシュ５２端面から棒材５１の軸方向に所定以上の距離だけ離間するように、チップ２２とチップホルダ１０の関係が設定されている。具体的には、例えば、チップ２１をチップホルダ１０の端部の所定位置に取り付けたとき、チップホルダ１０の側面である基準面１２とチップ２１の刃先２２が所定以上の距離だけ離間するように設定すればよい。この場合、ガイドブッシュ５２の端面と刃先２２の間にある棒材５１は切削されないため、棒材５１を軸方向に往復させながら繰り返し加工しても、棒材５１は切削されない部分で常にガイドブッシュ５２により支持される。
【選択図】図５

Description

本発明は、棒材を軸方向に移動させながら加工する主軸移動型自動旋盤に用いられるチップ式バイトのチップホルダに関する。

自動旋盤には、主軸にチャッキングした棒材を移動させずに回転させながら、バイトを棒材の軸方向及び切り込み方向に移動させて棒材を旋削する主軸固定型自動旋盤と、主軸にチャッキングした棒材を回転させながら軸方向に送り出して、切り込み方向に移動可能なバイトに接触させることにより棒材を旋削する主軸移動型自動旋盤がある。主軸移動型自動旋盤では、旋削箇所の近くに棒材の外径よりも僅かに大きい内径を有するガイドブッシュを設け、ガイドブッシュで棒材を回転自在に支持しつつ旋削を行うことにより、安定且つ精密な旋削を可能にしている（例えば特許文献１参照）。

特開平07-164207号公報

主軸移動型自動旋盤では、棒材に対して加工を行うと、棒材の外径とガイドブッシュの内径の差が加工前よりも大きくなるため、加工済みの箇所をガイドブッシュで支持することができなくなる。従って、一旦ガイドブッシュから送出された棒材はガイドブッシュ側に戻すことができない。そのため、棒材を軸方向に往復させながら繰り返し加工することができず、１回の棒材送出で加工を完了させなければならない、という制約が生じる。この制約により、例えば太径の棒材を細径にするような切り込み量の多い加工の際に、荒削りから仕上げ削りまでを１本の刃物で先端から順に加工しなければならなくなる。このような加工は、刃先の摩耗が多くなるため非効率であるとともに、寸法精度にも悪影響を及ぼす。つまり、上記制約により、加工方法・加工対象が限定される。

本発明が解決しようとする課題は、棒材を軸方向に往復させながら繰り返し加工することができるようにするための主軸移動型自動旋盤用チップ式バイトのチップホルダを提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係るチップホルダは、棒材を軸中心に回転させつつ軸方向に移動させながら、該棒材を支持するガイドブッシュの端面近傍で、チップの刃先により該棒材の加工を行う主軸移動型自動旋盤用のチップ式バイトにおいて、該チップを取り付けるチップホルダが該旋盤の刃物台に載置固定されたときに該刃先の位置が該ガイドブッシュ端面から該棒材の軸方向に所定以上の距離だけ離間するように、チップとチップホルダの関係が設定されていることを特徴としている。

本発明に係るチップホルダにおいて、前記棒材の軸方向における基準面となる該チップホルダの側面と前記チップの刃先の間の該軸方向の距離が前記所定以上の距離に設定されていることが望ましい。

前記刃物台が、前記棒材の軸方向及び前記刃先の接触位置における前記棒材の回転接線方向に平行な刃物台支持面を有し、前記チップホルダが、該支持面に当接するホルダ支持面であって該ホルダ支持面よりも刃先側となるチップホルダのブレを抑止するためのホルダ支持面を有することが望ましい。

従来の主軸移動型自動旋盤用チップ式バイトのチップホルダでは、刃先の位置における加工中の棒材のブレをできるだけ小さくするために、刃先はガイドブッシュ端面の近傍に配置されている。それに対して、本発明に係るチップホルダでは、刃先の位置が該ガイドブッシュ端面から棒材の軸方向に所定以上の距離だけ離間しているため、棒材がガイドブッシュ端面から引き出される方向に移動されつつ加工が行われる場合、ガイドブッシュ端面と刃先の間の棒材は切削されない。そのため、加工後に棒材をガイドブッシュ内に引き込んでも、この切削されていない部分においてガイドブッシュにより確実に支持することができる。これにより、従来の主軸移動型自動旋盤では不可能であった、棒材を軸方向に往復させながらバイトを切り込み方向に複数回移動させて、棒材を繰り返し加工することが可能となる。その際、刃物を加工条件に合わせて適宜変更することができるため、効率よく棒材を加工することができる。

一般的に、チップホルダは四角柱状の形状を有し、主軸移動型自動旋盤に設けた刃物台の対応当接面にチップホルダの一側面（基準面）を当接させることにより、棒材の軸方向における旋盤に対するチップホルダの位置決めが行われる。刃物台の対応当接面は通常、棒材の軸方向に関してガイドブッシュ端面とほぼ同じ位置にある。従って、チップホルダの基準面となる側面とチップの刃先の間の棒材の軸方向における距離を前記所定以上の距離に設定することにより、刃先の位置をガイドブッシュ端面から棒材の軸方向に所定以上の距離だけ離間させることができる。

チップの刃先は、棒材の軸方向である送り方向（ｚ方向）に棒材から力を受けるとともに、回転する棒材側面との接触により回転接線方向である鉛直方向（ｙ方向）にも力を受ける。このとき、チップホルダのホルダ支持面及びそれに当接する刃物台支持面は、ｚ及びｙ方向に平行な面であるため、それら両方向でのチップホルダの刃先側のブレを抑止する効果を有する。

図１に、本発明に係る主軸移動型自動旋盤用チップ式バイトのチップホルダの一実施形態の上面図(a)、右側面図(b)及び下面図(c)を示す。本実施形態のチップホルダ１０は、長手方向の一側面を基準面１２とし、チップ２１の刃先２２が基準面１２から所定距離２３だけ離れて位置するようにチップ２１を上面に固定するとともに、刃先２２が基準面１２側に露出するようにチップホルダ１０の角を矩形に切り落とす。基準面１２の対向面は、チップ側の端面から50mm程度の位置に幅方向に5〜10mmの段差を設け、段差から先（チップホルダ１０の柄側）の幅を狭くする。

図６(a)に、棒材５１を先端から切削長５４だけ切削した後、ガイドブッシュ５２側に戻したときの様子を示す。このような状態でガイドブッシュ５２により棒材５１を確実に支持するために、チップホルダ１０の基準面１２から刃先２２までの距離２３（上記の所定距離２３）は切削長５４と同程度かそれよりも長くする。なお、棒材５１の切削済みの部分がガイドブッシュ５２端面から多少奥に入り込んでも棒材５１の未加工部をガイドブッシュ５２で支持することが可能な場合は、それを見込んで基準面１２から刃先２２までの距離２３を切削長５４よりも短くしてもよい。本実施形態のチップホルダ１０では距離２３を15mmとするが、棒材の切削長やガイドブッシュの長さ等に応じて、5mm・10mm・20mmなど任意の距離にしても構わない。

チップホルダ１０は、チップ側の端面から例えば20mmまでの部分の厚さを他よりも2〜3mm厚くし、それに伴う段差を下面に設けておく。この段差における壁面は、チップホルダ１０の上下面に垂直なホルダ支持面１３とする。本実施形態のチップホルダ１０を旋盤に設けた刃物台に取り付ける際には、ホルダ支持面１３を刃物台の前方端面（刃物台支持面４３）に当接させ、その状態でチップホルダ１０を刃物台に固定する。なお、チップホルダ１０の柄側の厚さは刃物台に合わせて任意の厚さ（例えば8mm・10mm・12mm・16mm・20mmなど）にすればよい。チップホルダ１０の幅も任意に設定すればよいが、基準面１２から刃先２２までの所定距離を考慮して、十分な強度を確保可能な幅にする。

本実施形態のチップホルダ１０は、図１(a)に示すように、柄の方を手前にして見た状態で棒材を左から右に送り出して加工する右勝手のバイトとなるが、自動旋盤に合わせて刃先２２が逆向きになるようにした左勝手のバイトにしてもよい。また、チップ２１は、用途に応じて、外径挽き用・外径倣い用・後挽き用・ミゾ入れ用・端面用・端面ヌスミ用等の任意の形状のものを用いることができる。

ここで、本実施形態のチップホルダ１０が用いられる主軸移動型自動旋盤について説明する。一般に主軸移動型自動旋盤には、バイトを櫛刃状に取り付ける櫛刃タイプの刃物台を備えたものや、バイトを円の中心から外側に向かって取り付けるタレットタイプの刃物台を備えたもの等がある。本実施形態では、櫛刃タイプの刃物台を例示するが、その他の刃物台にもチップホルダ１０を採用することができる。図２に本実施形態のチップホルダ１０の刃物台３１への取り付け方を示す斜視図を示す。この自動旋盤では、刃物台３１は棒材５１（及び、それを支持するガイドブッシュ５２）を囲う「ロ」の字形をしており、対向する２本の鉛直辺に、内側に向けて複数のバイト（チップ２１を取り付けたチップホルダ１０を含む）が固定される。刃物台３１は、棒材５１の軸方向（ｚ方向）には固定され、その軸に垂直な略水平方向（ｘ方向）及び略鉛直方向（ｙ方向）には移動可能に設けられている。図３に刃物台３１の一部であるバイト取り付け部３３の拡大図を示す。バイト取り付け部３３は、ｚ方向に垂直な対応当接面（刃物台の基準面）４２、及びｚ方向とｙ方向に平行な刃物台支持面（前方端面）４３を有する。刃物台３１のｚ方向の位置は、対応当接面４２が、ガイドブッシュ端面の近傍（端面から1mm程度離れた位置）となるように設定されている。

チップホルダ１０は、基準面１２を刃物台３１の対応当接面４２に、ホルダ支持面１３を刃物台支持面４３に、それぞれ当接させてバイト取り付け部３３に固定する。これにより、ｘ方向の位置が固定されるとともに、ｚ方向の刃先２２の位置は対応当接面４２よりも手前に後退し、それによりガイドブッシュ５２の端面と刃先２２はｚ方向に関して所定の距離だけ離間する。

図４に、比較例として、従来の主軸移動型自動旋盤用チップ式バイトのチップホルダの例を示す。比較例のチップホルダ１０Ａは、チップ２１の刃先２２がｚ方向に関して基準面１２Ａと同じ位置にあるものである。

図２、図５及び図６を用いて、本実施形態のチップホルダ１０により棒材５１を切削する際の動作を、比較例のチップホルダ１０Ａを用いた場合と比較しつつ説明する。まず、刃物台３１をｙ方向に移動させることにより、刃物台３１に固定された複数のバイトの中から使用するバイト（チップホルダ１０）を選択する。そして、棒材５１を軸中心に回転させながらｚ方向に早送りして刃先２２近傍まで近づけるとともに、刃物台３１をｘ方向に移動させて刃先２２の先端を切削加工径の位置に配置する。次に、回転する棒材５１をｚ方向に送り出して刃先２２に接触させることにより切削して、外径を細くする（図５(a)）。このとき、刃先２２とガイドブッシュ５２の端面が上述のように離間しているため、それらの間の棒材（棒材の一部分５３）は切削されない。それに対して、比較例では、刃先２２がガイドブッシュ５２の端面の近傍にあるため、棒材５１はガイドブッシュ５２の端面近傍まで切削される（図５(b)）。

棒材５１を１回切削した後、棒材５１をガイドブッシュ５２側に戻そうとすると、比較例では、棒材５１はガイドブッシュ５２端面近傍まで切削されているため、ガイドブッシュ５２で棒材５１を支持することができない（図６(b)）。従って、比較例では一旦棒材５１を切削すると、それをガイドブッシュ５２側に戻すことはできない。そのため、従来の主軸移動型自動旋盤では棒材５１をガイドブッシュ５２の端面から１回送出しただけで加工を完了しなければならず、刃物に対する負担が多くなり、刃先が摩耗しやすかった。それに対して、本実施形態のチップホルダ１０を用いた場合には、棒材５１をガイドブッシュ５２側に戻した時に、その切削されていない部分５３がガイドブッシュ５２により支持されるため、再度棒材５１をガイドブッシュ５２で確実に支持しつつ切削することができる。その結果、棒材５１を繰り返しガイドブッシュ５２から出し入れしながら切削することができる。さらに、荒削りから仕上げ削りまでの切削を複数回に分け、加工部位毎に最適なバイトに切り替えながら効率よく切削を行うことができる。

本実施形態のチップホルダ１０ではホルダ支持面１３が刃物台３１の刃物台支持面４３に当接するため、棒材５１からバイトに加わる送り方向（ｚ方向）及び刃先２２の接触位置における棒材５１の回転接線方向（ｙ方向）の力が支持面（刃物台支持面４３及びホルダ支持面１３）で受け止められる。これにより、それら両方向でのチップホルダ１０の刃先側のブレを抑止することができる。更に、刃物台支持面４３によりホルダ支持面１３のｘ方向の位置が固定されるため、刃先２２のｘ方向の位置を正確に設定して刃先２２の突き出し長さを一定にすることができる。また、チップホルダ１０下面の段差よりも刃先側が厚いため、その部分のチップホルダ１０の剛性が向上する。

本実施形態のチップホルダ１０では、ガイドブッシュ５２と刃先２２の間に所定以上の距離だけ離間しているため、比較例と比べ、棒材５１から出る切粉が逃げやすく詰まりにくい。

本発明と同様の効果を得るために、刃物台をｚ方向に所定距離だけ移動させることも考えられるが、そのためには主軸移動型自動旋盤の大がかりな改造が必要となる。それと比べて本発明では、通常の主軸移動型自動旋盤に取り付けるチップホルダのみを変更するだけであるため、コスト面で非常に有利である。

本発明に係るチップホルダの一実施形態を示す上面図(a)、右側面図(b)及び下面図(c)。 本実施形態のチップホルダの刃物台への取り付け方を示す斜視図。 刃物台のバイト取り付け部を拡大した斜視図。 比較例のチップホルダを示す上面図。 本実施形態(a)及び比較例(b)のチップホルダの動作を示す縦断面図。 本実施形態(a)及び比較例(b)において、１回の切削後の棒材の状態を示す縦断面図。

符号の説明

１０…チップホルダ
１２…基準面
１３…ホルダ支持面
２１…チップ
２２…刃先
２３…基準面１２から刃先２２までの距離
３１…刃物台
３３…刃物台３１のチップホルダ取り付け部
４２…刃物台３１の対応当接面
４３…刃物台支持面
５１…棒材
５２…ガイドブッシュ
５３…ガイドブッシュ５２と刃先２２の間にある棒材５１の一部分
５４…切削長
１０Ａ…比較例の主軸移動型自動旋盤用チップホルダ
１２Ａ…比較例のチップホルダの基準面（左側面）

Claims (3)

1. 棒材を軸中心に回転させつつ軸方向に移動させながら、該棒材を支持するガイドブッシュの端面近傍で、チップの刃先により該棒材の加工を行う主軸移動型自動旋盤用のチップ式バイトにおいて、該チップを取り付けるチップホルダが該旋盤の刃物台に載置固定されたときに該刃先の位置が該ガイドブッシュ端面から該棒材の軸方向に所定以上の距離だけ離間するように、チップとチップホルダの関係が設定されているチップホルダ。
2. 前記棒材の軸方向における基準面となる該チップホルダの側面と前記チップの刃先の間の該軸方向の距離が前記所定以上の距離に設定されている請求項１に記載のチップホルダ。
3. 前記刃物台が、前記棒材の軸方向及び前記刃先の接触位置における前記棒材の回転接線方向に平行な刃物台支持面を有し、前記チップホルダが、該支持面に当接するホルダ支持面であって該ホルダ支持面よりも刃先側となるチップホルダのブレを抑止するためのホルダ支持面を有する請求項２に記載のチップホルダ。

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