JP2009190119A - 切りくず分断機能を備えた切削加工装置および切削加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切りくずを分断しながら切削加工を行うことのできる簡単な構成で信頼性の高い切削加工装置を提案すること。
【解決手段】切削加工装置１は、加工バイト２が固定されているバイト固定台３を加工バイト２の切削送り方向５に往復直線移動可能な状態で送り台４に搭載してある。送り台４に搭載されている駆動モータ８の回転を、偏芯軸１４、連結部材１５を備えたクランク機構によって、バイト固定台３の往復直線運動に変換可能である。切削加工時には、駆動モータ８によってバイト固定台３に固定した加工バイト２を切削送り方向５に沿って一定の振幅で低周波数振動させ、切削加工によって発生する切りくずを短い長さに分断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、加工バイトをその送り方向あるいは送り方向に直交する方向に振動させながら切り込みを行うことにより、発生する切りくずを所定の長さに分断しながら切削加工を行うことのできる切りくず分断機能を備えた切削加工装置および切削加工方法に関する。

加工バイトを用いて回転する工作物外周面の外丸削り、内径切削などの加工を行う際には、円筒巻き状または帯状の切りくずが連続して発生する。このような長い切りくずは、工作物、加工バイト、旋盤などに巻き付いてしまい、切削加工などの障害になる。このために、定期的に切削加工作業を中断して切りくずを取り除く必要がある。

そこで、加工バイトを送り方向に振動させることにより、発生する切りくずを所定長さに分断しながら切削加工を行う切削加工装置が提案されている。特許文献１に開示の駆動切削装置では、スピンドルモータにアンバランスウエイトを取り付けて回転させ、これによって発生するスピンドルモータの振動を加工バイトに伝達している。また、特許文献２に開示の振動バイトでは、バイトに弾性変形可能な部分を形成し、切削加工時にバイトに対して送り方向に振動を与えて発生する切りくずを分断している。
特開２００４−１８１５８２号公報 特開平０８−３００２０７号公報

本発明の課題は、簡単な構成により、加工バイトを加振して切りくずを分断することのできる切削加工装置および切削加工方法を提案することにある。特に、本発明の課題は、アルミニウム合金製のワークの切削加工時に発生する切りくずを分断するのに適した切削加工装置および切削加工方法を提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の切りくず分断機能を備えた切削加工装置は次の構成を有していることを特徴としている。なお、括弧書きで後述の実施の形態を説明する際に用いた符号を付してあるが、これは理解を容易にすることのみを目的としたものであり、本発明を実施の形態に限定することを意図したものではない。

すなわち、本発明の切削加工装置（１）は、加工バイト（２）と、加工バイト（２）が固定されるバイト固定台（３）と、バイト固定台（３）を予め定めた振動方向に往復直線運動可能な状態で支持している送り台（４）と、バイト固定台（３）を低周波数で前記振動方向に往復直線運動させる低周波加振機構とを有し、前記低周波加振機構は、送り台（４）に搭載されているモータ（８）と、モータ（８）によって偏芯回転する偏芯軸（１４）と、偏芯軸（１４）に一端が回転可能に連結され、バイト固定台（３）に他端が回転可能に連結されている連結部材（１５）とを備え、偏芯軸（１４）の偏芯回転が連結部材（１５）を介してバイト固定台（３）の往復直線運動に変換されることを特徴としている。

本発明では、モータの回転を、偏芯軸および連結部材を備えたクランク機構を介して、バイト固定台の振動（往復直線運動）に変換し、ここに固定されている加工バイトを、切削対象のワーク１回転当たりの切削送り量に対して数倍から数十倍の振幅で、例えば切削送り方向に低周波振動させるようになっている。送り台によって加工バイトを切削対象のワークに対して切削送り方向に送りながら加工バイトを低周波振動させることにより、発生する切りくずを短く分断することができる。

アンバランスウエイトを備えたスピンドルモータの振動回転、弾性変形可能なシャンク部分を備えた加工バイトを加振する場合に比べて、機構が簡単であり、しかも動作の信頼性が高い。よって、本発明によれば、切削送り量に対して適切な周波数および振幅で加工バイトを低周波振動させることができ、これによって、処分するのに最も適した長さとなるように切りくずを分断しながら切削加工を施すことができる。

ここで、前記低周波加振機構は、２０Ｈｚ〜１００Ｈｚの周波数で、バイト固定台（３）を軸線方向（２ｃ）に０．３ｍｍから１．８ｍｍの振幅で振動させることが望ましい。

また、本発明の切削加工装置（１）は、アルミニウム合金製のワークに切削加工を施すために用いるのに適している。

本発明の切りくず分断機能を備えた切削加工装置および切削加工方法では、加工バイトが固定されているバイト固定台を往復直線移動可能な状態で送り台に搭載し、このバイト固定台をクランク機構を利用して往復直線運動させることにより切削加工中の加工バイトに低周波数振動を加えるようにしている。本発明によれば、加工バイトに低周波数振動を加えるための加振機構を、簡単な構成で、信頼性の高いものとすることができる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した切りくず分断機能を備えた切削加工装置の実施の形態を説明する。

図１は本実施の形態に係る切削加工装置の主要部分を示す概略部分斜視図であり、図２はその概略部分平面図である。これらの図に示すように、切削加工装置１は、刃部２ａおよびシャンク２ｂを備えた加工バイト２と、この加工バイト２が固定されたバイト固定台３と、このバイト固定台３が搭載されている送り台４を備えている。送り台４は不図示の送り機構によって矢印で示す切削送り方向５に移動可能である。

バイト固定台３は例えば直方体形状のブロックからなり、その上面３ａに、加工バイト２のシャンク２ｂが複数本の締結ボルト６および締結板７によって固定されている。締結ボルト６を外すことにより、加工バイト２を交換することができる。バイト固定台３は、加工バイト２の切削送り方向５に沿って往復直線移動可能な状態で送り台４に搭載されている。

送り台４には、加工バイト２を低周波振動させるための低周波加振機構が搭載されている。低周波加振機構は駆動モータ８を備えており、この駆動モータ８は下向き姿勢で搭載されている。駆動モータ８のモータ軸８ａの先端には駆動側スプロケット９が取り付けられている。また、送り台４における、バイト固定台３の後側における駆動モータ８の側方の部位には、回転軸１０が取り付けられている。回転軸１０はモータ軸８ａと平行な状態で、回転自在の状態で送り台４によって支持されている。この回転軸１０の下端部には従動側スプロケット１１が取り付けられている。駆動側スプロケット９と従動側スプロケット１１の間にはタイミングベルト１２が掛け渡されており、駆動モータ８によって回転軸１０が回転駆動される。

回転軸１０の上端部には、その回転中心から半径方向に外れた状態で偏芯軸１４が垂直に固定され、この偏芯軸１４には同軸状にボールベアリングが装着されている。ボールベアリングの外輪１３には、細長い板状の連結部材１５の後端部１５ａが連結固定されている。連結部材１５の前端部１５ｂは、バイト固定台３の上面３ａにおける加工バイト２の後側の部位に固定した垂直ピン１６に回転自在の状態で連結されている。偏芯軸１４および連結部材１５を備えたクランク機構によって、駆動モータ８の回転が、バイト固定台３の切削送り方向５に沿った往復直線運動に変換される。

このように構成した切削加工装置１では、例えば、図１、２において想像線で示すようにアルミニウム合金製の丸棒Ｗの外周面に切削加工が行われる。丸棒Ｗはその軸心回りに回転駆動され、送り台４によって加工バイト２の刃部２ａの切れ刃が丸棒Ｗの端面外周縁に向かって送り出される。送り台４によって加工バイト２は切削送り方向５に所定の切削送り速度で送られる。また、駆動モータ８の回転がクランク機構を介してバイト固定台３を切削送り方向５に沿って低周波数で振動させる。この結果、図３に示すように、加工バイト２の切れ刃は、丸棒Ｗの切削面に対して、切り込み量が増減する方向に低周波数で振動しながら当該切削面に対して切削加工を行う。例えば、以下に述べる実施例においては、１．０ｍｍのストローク、３４Ｈｚで低周波数振動しながら切削加工が行われ、切りくずが短い長さに分断されながら発生する。

切りくずが連続した状態で発生しないので、切りくずが工作物、加工バイトなどに絡み、切削加工が妨げられることがない。また、連続した切りくずを処分する際に作業者が切り傷を負うなどの危険性もない。さらに、切りくずが短く分断されているので、切りくずの処分を簡単に行うことができる。

上記構成の切削加工装置を用いて、アルミニウム製の加工物（丸棒）の外径を次の条件で切削加工した。

加工物の加工径Ｒ：５０ｍｍ
旋盤回転数Ｎ：３０００回転／分
切削送り速度ｆ：０．０７ｍｍ／旋盤１回転当たり
振動振幅ｆｄ：１ｍｍ
加振機構の周波数Ｚｃ：３４Ｈｚ

図４には、加工バイト２の刃部２ａの振動波形（曲線Ａ）と、加工物である丸棒の切削面（外周面）を時系列的に平面上に展開した場合における刃部２ａによる切削軌跡の例を示してある。図においては横軸方向を圧縮した状態で示してあり、曲線Ａは刃部２ａの振動曲線であり、Ｌは加工物の周長（１回転当たりの長さ）であり、刃部２ａの振動の１周期当たり、刃部２ａは加工物に対して相対的に長さＬ１（＝Ｌ×５０Ｈｚ／３４Ｈｚ）だけ加工物の円周方向に移動する。

図４において、加工物のｎ回転目の刃部２ａの切削軌跡が曲線Ｂ（ｎ）であるとすると、加工物の外周面には、斜線領域Ｃ（ｎ）で示す部分が切削される。この結果、曲線Ｂ（ｎ）の長さ、すなわち、点ａ１から点ａ２までの長さの切りくずが発生する。次の（ｎ＋１）回転目から（ｎ＋２）回転目に掛けては、切削軌跡が曲線Ｂ（ｎ１，２）となり、斜線領域Ｃ（ｎ１，２）で示す部分が切削される。この結果、曲線Ｂ（ｎ１，２）の長さ、すなわち、点ａ３から点ａ４までの長さの切りくずが発生する。次の（ｎ＋３）回転目においては切削軌跡が曲線Ｂ（ｎ３）となり、斜線領域Ｃ（ｎ３）で示す部分が切削される。

切削加工により発生した切りくずの長さは、１秒間の切りくず長さを加振機構の周波数で除した値である２３１ｍｍ（＝７８５４／３４）になると思われるが、実際には、そのほぼ１／３の７０ｍｍ程度の長さとなり、切りくずの厚さも変化しており、全体としてカールされた形状となり、排出に良好な形状となることが確認された。旋盤１回転当たりの切削送り量に対する加工バイトの振幅は、数倍から数十倍程度、例えば、５から２０倍程度にすることが望ましいことが確認された。加工物周波数と加工バイトの振動周波数との差によって、切りくず形状も変化することが確認された。また、振動振幅を変えることにより切りくずの長さを調整できることが確認された。振幅を大きくすると切りくずの長さを短くできるが、切りくずの厚さも増加する。低周波加振機構の周波数は、２０Ｈｚから１００Ｈｚの範囲内とすることが望ましく、加工バイトの振動振幅は０．３ｍｍから１．８ｍｍまでの範囲内とすることが望ましいことが確認された。

本発明を適用した切削加工装置の概略部分斜視図である。 図１の切削加工装置の概略部分平面図である。 加工バイトの刃先の振動状態を示す説明図である。 加工物の切削面の切削軌跡を示す説明図である。

符号の説明

１ 切削加工装置
２ 加工バイト
２ａ 刃部
２ｂ シャンク
３ バイト固定台
３ａ 上面
４ 送り台
５ 切削送り方向
６ 締結ボルト
７ 締結板
８ 駆動モータ
８ａ モータ軸
９ 駆動側スプロケット
１０ 回転軸
１１ 従動側スプロケット
１２ タイミングベルト
１３ ボールベアリングの外輪
１４ 偏芯軸
１５ 連結部材
１５ａ 後端部
１５ｂ 前端部
１６ 垂直ピン
Ｗ 丸棒

Claims (5)

1. 加工バイト（２）と、
   加工バイト（２）が固定されるバイト固定台（３）と、
   バイト固定台（３）を予め定めた振動方向に往復直線運動可能な状態で支持している送り台（４）と、
   バイト固定台（３）を低周波数で前記振動方向に往復直線運動させる低周波加振機構とを有し、
   前記低周波加振機構は、
   送り台（４）に搭載されているモータ（８）と、
   モータ（８）によって偏芯回転する偏芯軸（１４）と、
   偏芯軸（１４）に一端が回転可能に連結され、バイト固定台（３）に他端が回転可能に連結されている連結部材（１５）とを備え、
   偏芯軸（１４）の偏芯回転が連結部材（１５）を介してバイト固定台（３）の往復直線運動に変換されることを特徴とする切りくず分断機能を備えた切削加工装置（１）。
2. 請求項１に記載の切りくず分断機能を備えた切削加工装置（１）において、
   前記バイト固定台（３）の前記振動方向は、送り台（４）による加工バイト（２）の切削送り方向であることを特徴とする切りくず分断機能を備えた切削加工装置（１）。
3. 請求項２に記載の切りくず分断機能を備えた切削加工装置（１）において、
   前記低周波数加振機構は、加工対象のワークの１回転当たりの加工バイトの切削送り量に対して数倍から数十倍の振幅となるように、バイト固定台（３）を前記切削送り方向に振動させることを特徴とする切りくず分断機能を備えた切削加工装置（１）。
4. 請求項３に記載の切りくず分断機能を備えた切削加工装置（１）において、
   前記低周波加振機構は、２０Ｈｚから１００Ｈｚの範囲内の周波数で、バイト固定台（３）を前記送り方向に０．３ｍｍから１．８ｍｍの振幅で振動させることを特徴とする切りくず分断機能を備えた切削加工装置（１）。
5. 請求項１ないし４のうちのいずれかの項に記載の切りくず分断機能を備えた切削加工装置（１）を用いてアルミニウム合金製のワーク（Ｗ）に切削加工を施すことを特徴とする切削加工方法。

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