JP2012051070A - 平面加工工具およびこれを用いた平面加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】平面加工の加工時間を短縮できるとともに、加工面精度も高精度に仕上げることができる平面加工工具およびこれを用いた平面加工方法を提供する。
【解決手段】直線状の刃部１３を有する切削刃１１と、この切削刃１１を保持する工具ホルダ２１とを備えた平面加工工具１０において、刃部１３には溝部１４が直線に沿って一定間隔で形成されている。溝部１４で挟まれた刃片１３Ａの幅寸法が、溝部１４の幅寸法よりも大きく形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、平面加工工具およびこれを用いた平面加工方法に関する。詳しくは、平面の加工を高精度にかつ効率的に行うことができる平面加工工具およびこれを用いた平面加工方法に関する。

平面の加工を行う平面加工方法として、フライス加工や平削り加工が知られている。
フライス加工は、機械の主軸にフライス工具を取り付け、このフライス工具を回転させながら、ワークを固定したテーブルとフライス工具とを相対移動させ、ワークに平面加工を行う（例えば、特許文献１参照）。
平削り加工は、ワークを固定したテーブルを往復運動させ、テーブルの往復運動方向に対してバイトを直角方向へ送り、平面削りを行う。

特開平６−９１４１９号公報

しかし、フライス加工では、とくに仕上げ加工に多大な時間がかかるうえ、ツールマークが円弧状に残り、外観上見栄えがよくない。
また、平削り加工では、ガイド面などの加工が主流で、バイト幅の制約から、一度に加工可能な幅は３〜２０ｍｍ程度で、後工程で研削加工やキサゲ加工を必要とする。

本発明の目的は、このような課題を解消し、平面加工の加工時間を短縮できるとともに、加工面精度も高精度に仕上げることができる平面加工工具およびこれを用いた平面加工方法を提供することにある。

本発明の平面加工工具は、直線状の刃部を有する切削刃と、この切削刃を保持した工具ホルダとを備えた平面加工工具において、前記刃部には溝部が前記直線に沿って一定間隔で形成されている、ことを特徴とする。

このような構成によれば、ワークの加工平面に対して切削刃の刃部が所定の切込量に設定された状態で、刃部の直線方向に対して直交する方向へワークと平面加工工具とを相対移動させると、刃部の溝部で挟まれた刃片によってワークが切削される。つまり、複数の刃片によって互いに平行な複数本の溝条が形成される。
次に、刃部の直線方向へワークと平面加工工具とを相対移動させたのち、刃部の直線方向に対して直交する方向へワークと平面加工工具とを相対移動させると、刃部の溝部で挟まれた刃片によってワークが切削される。つまり、最初に形成された複数本の溝条間の突条が刃片によって切削される。
従って、刃部の直線方向へワークと平面加工工具とを相対移動させながら、刃部の直線方向に対して直交する方向へワークと平面加工工具とを相対移動させる工程を複数回繰り返せば、ワークの平面加工を行うことができる。

本発明では、切削刃の刃部に溝部が一定間隔で形成されているから、切屑分断性能が向上するとともに、切削油剤の通りやすさが向上し、切削抵抗を低減することができる。これによって、切削刃の刃部の幅寸法を大きくできる。例えば、切削刃の刃部の幅寸法を、平削りバイトに比べ、５倍以上の幅寸法にしても、びびり（不規則な微小振動）などの現象を生じることなく、良好な切削を実現できる。従って、全体の加工時間をフライス加工や平削り加工などに比べても短縮できる。
また、ワークの加工平面の粗さについてもフライス加工と同等の仕上げ加工ができるとともに、円弧状のツールマークも生じることがないから、フライス加工の際の外観不具合も解消される。

本発明の平面加工工具において、前記刃部の前記溝部で挟まれた刃片の幅寸法が、前記溝部の幅寸法よりも大きい寸法に形成されている、ことが好ましい。
このような構成によれば、刃部の溝部で挟まれた刃片の幅寸法が、溝部の幅寸法よりも大きい寸法に形成されているから、刃部の直線方向へワークと平面加工工具とを溝部の間隔の１／２の送り量で相対移動させれば、削り残しを生じることがない。従って、刃部の直線方向に対して直交する方向へワークと平面加工工具とを２回相対移動させれば、ワークの平面加工を行える。

本発明の平面加工工具において、前記工具ホルダは、工作機械の工具保持軸に装着されるシャンクを有するとともに、このシャンクの軸線に対して前記切削刃の角度を調整する角度調整機構を備えている、ことが好ましい。
工作機械の工具保持軸に工具ホルダのシャンクを装着したとき、ワークと平面加工工具との相対移動方向に対して直交する方向、例えば、ワークと平面加工工具との相対移動方向をＹ軸方向とすると、Ｘ軸方向に対して工具ホルダのシャンクが直角に設定される必要がある。しかし、工具保持軸とシャンクとの組み付け誤差やこれらの加工誤差などによって、Ｘ軸方向に対して工具ホルダのシャンクが直角に設定できない場合が考えられる。つまり、切削刃がＸＹ平面に対して傾く場合が考えられる。すると、ワークの加工平面が傾いた状態で加工される。
本発明によれば、角度調整機構によって、シャンクの軸線に対して切削刃の角度を調整することができるから、切削刃がＸＹ平面に対して平行に調整できる。従って、ワークに高精度な平面を加工できる。

本発明の平面加工方法は、上述したいずれかに記載の平面加工工具を用いて、ワークに平面を加工する平面加工方法において、前記ワークの加工平面に対して前記平面加工工具の刃部が所定の切込量に設定された状態で、前記刃部の直線方向に対して直交する方向へ前記ワークと前記平面加工工具とを相対移動させて、前記ワークの加工平面を加工する第１加工工程と、前記刃部の直線方向へ前記ワークと前記平面加工工具とを前記溝部に挟まれた刃片の幅寸法以下の送り量で相対移動させたのち、前記ワークの加工平面に対して前記平面加工工具の刃部が所定の切込量に設定された状態で、前記刃部の直線方向に対して直交する方向へ前記ワークと前記平面加工工具とを相対移動させて、前記ワークの加工平面を加工する第２加工工程と、を備えることを特徴とする。

このような構成によれば、ワークの加工平面に対して切削刃の刃部を所定の切込量に設定した状態において、刃部の直線方向に対して直交する方向へワークと平面加工工具とを相対移動させると、刃部の溝部で挟まれた刃片によってワークが切削される。つまり、複数の刃片によって互いに平行な複数本の溝条が形成される。
次に、刃部の直線方向へワークと平面加工工具とを相対移動させたのち、ワークの加工平面に対して切削刃の刃部を所定の切込量に設定した状態において、刃部の直線方向に対して直交する方向へワークと平面加工工具とを相対移動させると、刃部の溝部で挟まれた刃片によってワークが切削される。つまり、最初に形成された複数本の溝条間の突条が刃片によって切削される。

従って、刃部の直線方向へワークと平面加工工具とを相対移動させながら、刃部の直線方向に対して直交する方向へワークと平面加工工具とを相対移動させる工程を複数回繰り返せば、ワークの平面加工を行うことができる。この結果、全体の加工時間をフライス加工や平削り加工などに比べても短縮できる。
また、ワークの平面の粗さについてもフライス加工と同等の仕上げ加工ができるとともに、円弧状のツールマークも生じることがないから、フライス加工の際の外観不具合も解消できる。

本実施形態に係る工作機械を示す側面図。 同上実施形態の平面加工工具を示す斜視図。 同上実施形態の平面加工工具を示す断面図。 同上実施形態の切削刃を示す斜視図。 同上実施形態の切削刃の部分拡大図。 同上実施形態の平面加工工具を用いて平面加工を行う工程を示す図。

＜工作機械および平面加工工具について＞
図１は、本発明にかかる平面加工工具を用いて平面加工を行う工作機械を示している。
本実施形態の工作機械は、ベース１と、このベース１の上にＹ軸方向（図１中左右方向）へ往復移動可能に設けられ上面にワークＷを載置したテーブル２と、このテーブル２を跨いでベース１の両側に立設された門形フレーム３と、この門形フレーム３の水平ビーム３Ａに沿ってＸ軸方向（図１中紙面と直交する方向）へ移動可能に設けられたサドル４と、このサドル４にＺ軸方向（図１中上下方向）へ昇降可能に設けられたラム５と、このラム５内に回転可能に設けられた主軸６と、この主軸６の先端（下端）に着脱可能に装着された平面加工工具１０とを備えている。

平面加工工具１０は、図２および図３に示すように、直線状の刃部１３を有する切削刃１１と、この切削刃１１を保持する工具ホルダ２１とを備える。
切削刃１１は、図４に示すように、幅寸法が１０ｃｍ、厚み寸法が０．５ｃｍ、長さ（高さ）寸法が２．５ｃｍの平板形状で、幅方向両側に段付ボルト挿通孔１２が形成されているとともに、下端に直線状の刃部１３を有する。刃部１３は、すくい角３０度、逃げ角６度の刃先１３Ｂを有している。
刃部１３には、溝部１４が直線に沿って一定間隔で形成されている。具体的には、図５に示すように、幅寸法が１．４ｍｍで内底面が略円弧状の溝部１４が直線に沿って３ｍｍ間隔で形成されている。つまり、刃部１３は、溝部１４で分断された刃片１３Ａを複数備える櫛刃状に形成されている。ここで、刃部１３の溝部１４で挟まれた刃片１３Ａの幅寸法は１．６ｍｍであるから、刃部１３の溝部１４で挟まれた刃片１３Ａの幅寸法は、溝部１４の幅寸法より僅かに大きい寸法に形成されている。

工具ホルダ２１は、幅寸法が１０ｃｍ、奥行き寸法が６ｃｍ、長さ（高さ）寸法が８ｃｍの台形ブロック形状の本体２２と、この本体２２の上面に一体的に突出形成された工作機械の工具保持軸である主軸６に装着されるシャンク２３と、本体２２の下部に形成された切削刃取付部２４と、この切削刃取付部２４に取り付けられる切削刃１１の角度をシャンク２３の軸線に対して調整する角度調整機構２５とを備えている。
切削刃取付部２４は、シャンク２３の軸線から切削方向後方へ約２０mm程度オフセットされた位置にシャンク２３の軸線と平行な切削刃取付面２４Ａを有し、この切削刃取付面２４Ａの幅方向両側に切削刃１１を固定するためのボルト２４Ｂが螺合されるねじ穴２４Ｃが形成されている。これにより、切削刃取付面２４Ａに切削刃１１が取り付けられた状態において、切削刃１１の刃部１３の位置がシャンク２３の軸線に対して切削方向後方へ距離Ｌだけオフセットされている。なお、ボルト２４Ｂに対して、切削刃１１の角度（シャンク２３に対する角度）を調整できるように、切削刃１１の段付ボルト挿通孔１２の内径が大きく形成されている。
角度調整機構２５は、切削刃取付部２４の真上、つまり、シャンク２３側の本体２２の下面幅方向両側に螺合された２本の調整ねじ２５Ａによって構成されている。つまり、ボルト２４Ｂを緩めた状態において、２本の調整ねじ２５Ａの螺合位置を調整することにより、２本の調整ねじ２５Ａの頭部が切削刃１１の上端を押し下げることにより、切削刃１１の角度（シャンク２３に対する角度）を調整できるようになっている。

＜平面加工方法について＞
上述した構成の平面加工工具１０を用いて、ワークＷに平面を加工するには、次のようにして行う。
まず、ワークＷの加工平面に対して平面加工工具１０の刃部１３が所定の切込量に設定された状態で、刃部１３の直線方向に対して直交する方向へ、ワークＷと平面加工工具１０とを相対移動させて、ワークＷの加工平面を加工する（第１加工工程）。具体的には、ラム５をＺ軸方向へ移動させて、ワークＷの加工平面に対して平面加工工具１０の刃部１３を所定の切込量に設定した状態において、テーブル２をＹ軸方向へ移動させて、ワークの加工平面を加工する。
すると、図６（Ａ）に示すように、刃部１３の溝部１４で挟まれた刃片１３ＡによってワークＷが切削される。つまり、複数の刃片１３Ａによって互いに平行な複数本の溝条Ｗ１が形成される。

次に、刃部１３の直線方向へワークＷと平面加工工具１０とを刃片１３Ａの幅寸法以下の送り量で相対移動させたのち、ワークＷの加工平面に対して平面加工工具の刃部を所定の切り込み量に設定した状態において、刃部１３の直線方向に対して直交する方向へワークＷと平面加工工具１０とを相対移動させて、ワークＷの加工平面を加工する（第２加工工程）。具体的には、サドル４をＸ軸方向へ溝部１４の間隔の１／２の送り量で相対移動させたのち、ワークＷの加工平面に対して平面加工工具１０の刃部１３を所定の切り込み量に設定した状態において、テーブル２をＹ軸方向へ移動させて、ワークＷの加工平面を加工する。
すると、図６（Ｂ）に示すように、最初に形成された複数本の溝条Ｗ１間の突条Ｗ２が刃片１３Ａによって切削され、ワークＷの加工平面が平面に加工される。

従って、刃部１３の直線方向へワークＷと平面加工工具１０とを相対移動させながら、刃部１３の直線方向に対して直交する方向へワークＷと平面加工工具１０とを相対移動させる工程を２回繰り返せば、ワークＷの平面加工を行うことができる。
例えば、フライス加工の場合の送り速度が２００〜４００ｍｍ／ｍｉｎ（１ｍあたり５〜２．５分）であるのに対し、本実施形態の加工方法での送り速度は１００００ｍｍ／ｍｉｎ（１ｍあたり６秒×２パス）にできるから、約１／１０以下の加工時間で加工できる。

また、本実施形態の平面加工工具１０を用いて、門形三次元測定機の水平ビーム（アルミニウム材）を平面加工（加工範囲８８ｍｍ×１２４２ｍｍ）した結果、
平面度：０．００４９ｍｍ
表面粗さ：Ｒａ（算出平均粗さ）０．３２μｍ／Ｒｚ（十点平均粗さ）２．８４μｍ
（評価長さ：４．０ｍｍ（０．８ｍｍ×５））
であった。
平面度については、フライス加工に比べ、約半分の精度に加工でき、また、表面粗さについては、フライス加工と同等に仕上げ加工できる。

＜実施形態の効果＞
本実施形態の平面加工工具１０およびこれを用いた平面加工方法によれば、切削刃１１の刃部１３に溝部１４が一定間隔で形成されているから、切削刃１１の刃部１３の幅寸法を大きくできる。例えば、切削刃１１の刃部１３の幅寸法を、平削りバイトに比べ、５倍以上の幅寸法にしても、良好な切削を実現できる。従って、全体の加工時間をフライス加工や平削り加工などに比べても短縮できる。
また、加工時にびびり（不規則な微小振動）などの現象を生じることなく、円滑な加工を実施できるから、ワークＷの加工平面の粗さについても、フライス加工と同等の仕上げ加工ができるとともに、円弧状のツールマークも生じることがないから、フライス加工の際の外観不具合も解消できる。

また、刃部１３の溝部１４で挟まれた刃片１３Ａの幅寸法が、溝部１４の幅寸法よりも僅かに大きい寸法に形成されているから、刃部１３の直線方向へワークＷと平面加工工具１０とを溝部１４の間隔の１／２の送り量で相対移動させれば、削り残しを生じることがない。
従って、刃部１３の直線方向に対して直交する方向へワークＷと平面加工工具１０とを２回相対移動させれば、ワークＷの平面加工を行える。

また、溝部１４は、内底面が円弧状に形成されているから、加工しやすい。また、加工時、溝部１４内に切削油剤が入り込みやすい状態を確保できるため、ワークＷおよび平面加工工具に対する冷却効果および潤滑効果が期待できる。

また、工具ホルダ２１は、工作機械の主軸６に装着されるシャンク２３を有するとともに、このシャンク２３の軸線に対して切削刃１１の角度を調整する角度調整機構２５を備えているから、この角度調整機構２５によって、シャンク２３の軸線に対して切削刃１１の角度、つまり、刃部１３の角度を調整することができる。従って、工作機械の主軸６とシャンク２３との組み付け誤差や加工誤差などがあっても、ＸＹ平面に対して切削刃１１の刃部１３を平行に調整できるから、高精度な平面を加工することができる。

また、工具ホルダ２１の切削刃取付面２４Ａに切削刃１１が取り付けられた状態において、切削刃１１の刃部１３の位置がシャンク２３の軸線に対して切削方向後方へ距離Ｌだけオフセットされた構造である。この構造によれば、上述した平面加工工具１０を用いて加工結果から見て、切削加工時に、工具ホルダ２１が切削方向後方へ弾性変形し、へールバイトと同様な効果が得られていると推定される。

＜変形例＞
本発明は、上記の実施形態に限定されるものでなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。
前記実施形態では、刃部１３に、内底面が円弧状の溝部１４を一定間隔で形成したが、溝部１４の形状は、これに限らず、他の形状であってもよい。例えば、矩形状の溝部であってもよい。

また、前記実施形態では、溝部１４の幅寸法に対して溝部１４で挟まれた刃片１３Ａの幅寸法を僅かに大きくしたが、これに限られない。例えば、溝部の幅寸法より刃片１３Ａの幅寸法を小さくしてもよい。ただし、このような構成において、ワークＷの平面加工を行うには、刃部１３の直線方向に対して直交する方向へワークＷと平面加工工具１０とを３回以上相対移動させる必要がある。
なお、前記実施形態では、切削刃１１の幅寸法が１０ｃｍ、溝部１４の幅寸法が１．４ｍｍ、溝部１４の間隔が３ｍｍであったが、これに限られない。例えば、切削刃１１の幅寸法については、１０ｃｍよりも大きくしてもよい。

また、前記実施形態では、工具ホルダ２１の切削刃取付面２４Ａに切削刃１１が取り付けられた状態において、切削刃１１の刃部１３の位置がシャンク２３の軸線に対して切削方向後方へ距離Ｌだけオフセットされた構造としたが、これに限られない。切削刃１１の刃部１３の位置がシャンク２３の軸線に対して一致した構成でもよい。

また、前記実施形態では、工具ホルダ２１にシャンク２３を一体的に形成し、このシャンク２３を工作機械の主軸６に装着できるようにしたが、平面加工工具１０を取り付ける工作機械の構造に応じて、工具ホルダ２１の形状を適宜変更してもよい。例えば、回転する主軸６を持たず、単に往復移動する往復移動部材に、平面加工工具１０を取り付けて加工する場合には、往復移動部材に工具ホルダ２１を固定できる構造であればよい。

前記実施形態では、ワークＷを載置したテーブルがＹ軸方向へ、平面加工工具１０を取り付ける主軸６がＸ軸方向およびＺ軸方向へ移動できる構造の工作機械であったが、これに限られない。要は、ワークＷと平面加工工具１０とが三次元方向へ相対移動できる構造であれば、どのような構造であってもよい。

本発明は、幅広な平面の加工に利用できる。例えば、門形三次元測定機の水平ビームの加工や、ハイトゲージなどの支柱の加工のほか、加工機械のガイド面の加工などに利用できる。

６…主軸（工具保持軸）、
１０…平面加工工具、
１１…切削刃、
１３…刃部、
１３Ａ…刃片、
１４…溝部、
２１…工具ホルダ、
２３…シャンク、
２５…角度調整機構、
Ｗ…ワーク。

Claims (4)

1. 直線状の刃部を有する切削刃と、この切削刃を保持した工具ホルダとを備えた平面加工工具において、
   前記刃部には溝部が前記直線に沿って一定間隔で形成されている、ことを特徴とする平面加工工具。
2. 請求項１に記載の平面加工工具において、
   前記刃部の前記溝部で挟まれた刃片の幅寸法が、前記溝部の幅寸法よりも大きい寸法に形成されている、ことを特徴とする平面加工工具。
3. 請求項１または請求項２に記載の平面加工工具において、
   前記工具ホルダは、工作機械の工具保持軸に装着されるシャンクを有するとともに、このシャンクの軸線に対して前記切削刃の角度を調整する角度調整機構を備えている、ことを特徴とする平面加工工具。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の平面加工工具を用いて、ワークに平面を加工する平面加工方法において、
   前記ワークの加工平面に対して前記平面加工工具の刃部が所定の切込量に設定された状態で、前記刃部の直線方向に対して直交する方向へ前記ワークと前記平面加工工具とを相対移動させて、前記ワークの加工平面を加工する第１加工工程と、
   前記刃部の直線方向へ前記ワークと前記平面加工工具とを前記溝部に挟まれた刃片の幅寸法以下の送り量で相対移動させたのち、前記ワークの加工平面に対して前記平面加工工具の刃部が所定の切込量に設定された状態で、前記刃部の直線方向に対して直交する方向へ前記ワークと前記平面加工工具とを相対移動させて、前記ワークの加工平面を加工する第２加工工程と、を備えることを特徴とする平面加工方法。

Images