JP2012056056A - 切削方法および切削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】強制振動を抑制できる切削方法および切削装置を提供する。
【解決手段】ワークＷを垂直にクランプするクランプ機構１０と、クランプされたワークＷを送り方向に水平移動させる移動テーブル２０と、ワークＷの一方の表面を切削する第１切削機構３０と、ワークＷの他方の表面を切削する第２切削機構４０と、制御部５０とを備え、制御部５０が、第１切削機構３０と第２切削機構４０とを同期させてワークＷを切削するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は切削方法および切削装置に関する。さらに詳しくは、板材の切削時に発生する強制振動が抑制されてなる切削方法および切削装置に関する。

従来より、圧延材などの板材においては、製品品質を確保するため機械加工、例えば切削加工により仕上げがなされている。

図１３に、従来の切削方法を概略図で示す。従来の切削方法は、図１３に示すように、電磁石により構成された台盤１００にワーク（仕上げ対象板材）Ｗを載置した後、載置されたワークＷを電磁石により台盤１００に吸着・固定し、ついでワークＷを例えばフライス工具１０１により切削し、そして切削完了後に電磁石によるワークＷの吸着・固定を解除するという手順を踏むものとされている。

しかしながら、ワークＷには圧延加工などの際に生ずる残留応力に起因する反りがあるが、ワークＷを電磁石により強制的に吸着・固定させるという方法では、切削時にワークＷはフラットとなっているが、残留応力がなくなったわけではないので、電磁石による吸着・固定を解除すると、残留応力のためにワークＷに反りが戻るという現象、いわゆるスプリングバックが発生し、所定の加工精度を確保できないという問題がある。
また、従来の切削方法では、ワークの反転作業が必要であるため、生産性が悪いという問題もある。

本発明者等は、かかる従来技術の課題を解決すべく、ワークを垂直に保持した状態で両面からフライス工具による切削などの機械加工を行う手法を既に提案している。

しかしながら、本発明者等の提案に係る手法においては、特に剛性の低いワークの切削を行った場合には、切削加工などの機械加工時にワークに振動、いわゆるびびり振動が発生し、ワークを所望精度に加工できないという問題のあることが判明した。

なお、このびびり振動には、再生振動と強制振動の二種類が存在するが、その中の再生振動についての解決策については既に提案を行っている（特許文献１）。

特開２００９−２９１８７２号公報

本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、本発明者等の提案に係る切削手法において問題となっている強制振動を抑制できる切削方法および切削装置を提供することを目的としている。

本発明者等は、強制振動を抑制してワーク表面の加工精度を向上すべく鋭意研究した結果、両ミルの刃数をそれぞれ一つとするとともに、両ミルを同期させてワーク各表面の切削を行うことにより、切削時にミルから発生するスラストが相殺されるため、強制振動が抑制されて加工精度が向上することを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の切削方法は、被削材を両側から切削する切削方法であって、一方の表面の切削と、他方の表面の切削とを同期させてなすことを特徴とする。

本発明の切削方法においては、一方の切削具と他方の切削具との位相を一致させて切削をなすのが好ましい。

また、本発明の切削方法においては、切削具がフライス工具とされ、前記フライス工具は一刃とされてなるのがさらに好ましい。
一方、本発明の切削装置は、被削材の一方の表面を切削する第１切削機構と、被削材の他方の表面を切削する第２切削機構と、被削材を垂直にクランプするクランプ機構と、相対移動機構と、制御部とを備え、前記第１切削機構と前記第２切削機構とは対向配置され、前記第１切削機構および前記第２切削機構と、前記被削材とは、前記相対移動機構により被削材の長手方向に相対移動可能とされ、前記制御部が、前記第１切削機構と前記第２切削機構とを同期制御することを特徴とする。

本発明の切削装置においては、第１切削機構がマスターとされ、第２切削機構が前記第１切削機構に追従するスレイブとされてなるのが好ましい。

また、本発明の切削装置においては、相対移動機構が、被削材をその長手方向に水平移動させる移動テーブルとされてもよく、あるいは第１切削機構を被削材の長手方向に沿って水平移動させる第１移動テーブルと、第２切削機構を被削材の長手方向に沿って水平移動させる第２移動テーブルとされ、前記第１移動テーブルによる前記第１切削機構の水平移動と、前記第２移動テーブルによる前記第２切削機構の水平移動とが同期させられるようにされてもよい。

さらに、本発明の切削装置においては、切削機構の切削具がフライス工具とされ、前記フライス工具は一刃とされてなるのがさらに好ましい。

さらに、本発明の切削装置においては、切削機構の切削具がフライス工具とされ、前記フライス工具は粗切削をなす粗刃と仕上げ切削をなす仕上げ刃とを有し、前記仕上げ刃は仕上げ切削時に前記粗刃の先端よりも前方に突出可能とされてなるのがさらに好ましい。

本発明は前記の如く構成されているので、両切削具から切削時に発生するスラストが相殺されて強制振動が抑制されるという優れた効果が得られる。

本発明の実施形態１に係る切削装置のブロック図である。 同切削装置のクランプ機構のブロック図である。 同クランプ機構の上部クランプ部のブロック図である。 同クランプ機構の下部クランプ部のブロック図である。 同切削装置の切削機構の概略図である。 本発明の実施形態２に係る切削装置の要部ブロック図である。 同切削装置における仕上げ刃と粗刃との位置関係の説明図であって、同（ａ）は粗切削時を示し、同（ｂ）は仕上げ切削時を示す。 同切削装置における仕上げ刃出入り高さ調整機構の概略図である。 同調整機構の要部詳細図である。 切削時にワークに発生する強制振動の周波数解析をしたグラフであって、同（ａ）は実施例を示し、同（ｂ）は比較例を示し、同（ｃ）は参考例を示す。 切削後に被削材表面の凹凸をカッターマークに沿って計測したグラフであって、同（ａ）は実施例を示し、同（ｂ）は比較例を示し、同（ｃ）は参考例を示す。 本発明の切削装置の他の例のブロック図である。 従来の切削手法の説明図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。

実施形態１
本発明の切削方法が適用されてなる切削装置の実施形態１を図１にブロック図で示し、図２に概略図で示す。

切削装置Ａは、図１に示すように、ワーク（被削材）Ｗを垂直に固定するクランプ機構１０と、ワークＷを水平に移動させる移動テーブル２０と、ワークＷの右側面を切削する右側切削機構３０と、ワークＷの左側面を切削する左側切削機構４０と、これらを制御する制御部５０とを主要構成要素として備えてなるものとされる。なお、本実施形態では、切削機構３０，４０はフライス工具を備えた横型フライス盤とされている。

クランプ機構１０は、図２に示すように、ワークＷの上端を下方に押圧する上部クランプ部１１と、ワークＷの下端を受ける下部クランプ部１６とを含むものとされる。

上部クランプ部１１は、図３に示すように、ワークＷ上端を全長に亘ってクランプできる長さを有する長方形状の上部クランプ板材１２と、クランプ板材１２を昇降させる昇降機構１３とを含むものとされる。上部クランプ板材１２の板厚は、クランプするワークＷの板厚より薄くされて切削機構の切削の際に障害とならないようにされている。昇降機構１３の基部は移動テーブル２０の適宜位置に配設されている。

下部クランプ部１６は、図４に示すように、ワークＷ下端を全長に亘ってクランプできる長さを有する長方形状の下部クランプ板材１７と、下部クランプ板材１７の下部を把持する把持部１８ａを有する把持部材１８と、把持部１８ａの位置を把持位置と開放位置とに切り替える切替手段１９とを含むものとされる。

なお、本実施形態では、把持部１８ａの把持位置と開放位置との切り替えは、切替手段１９によりなすようにされているが、構成の簡素化の観点から手動により把持位置と開放位置とに切り替えがなされるようにされてもよい。

下部クランプ板材１７の板厚も、クランプするワークＷの板厚より薄くされている。また、下部クランプ板材１７の上部には、ワークＷの吊上げの便宜などのために、適宜間隔で長方形状の切り欠き（図示省略）が設けられている。
把持部１８ａは、上部中央にその長手方向全長に亘って下部クランプ板材１７の下部が嵌め込まれる溝１８ｂが形成されている。
切替手段１９は、溝１８ｂの側壁を幅方向に水平移動させることにより、把持部１８ａを把持位置と開放位置とに切り替えるものとされている。
把持部材１８および切替手段１９は、移動テーブル２０の適宜位置に配設されている。

移動テーブル２０は支持部材を介してベースＢ（図５参照）上の適宜位置に配設され、ワークＷをその長手方向（送り方向）に移動させるものとされている。

右側切削機構３０は、図５に示すように、右フライス工具３１と、右フライス工具３１を回転させるスピンドル３２と、モータ３３と、モータ３３とスピンドル３２との間に介装される減速機３４と、モータ３３の回転数を計測するモータ用エンコーダー３５と、スピンドル３２の回転数を計測するスピンドル用エンコーダー３６と、右フライス工具３１の切り込み量を調整自在に支持する支持台３７とを備えてなるものとされ、支持台３７がベースＢの適宜位置に配設される。右フライス工具３１は、明瞭には図示はされていないが、単一の刃を有する一刃ミルとされる。なお、スピンドル３２、モータ３３、減速機３４、モータ用エンコーダー３５、スピンドル用エンコーダー３６および支持台３７は、従来のフライス盤と同様とされているので、これらの詳細な説明は省略する。

左側切削機構４０は、右側切削機構３０と同様に構成され、左フライス工具４１と、スピンドル４２と、モータ４３と、減速機４４と、モータ用エンコーダー４５と、スピンドル用エンコーダー４６と左フライス工具４１の切り込み量を調整自在に支持する支持台４７と備えてなるものとされる。左フライス工具４１は、右フライス工具３１と左右対称とされている。なお、左側切削機構４０は、図５において（）を付して付記的に示されている。

ここで、右側切削機構３０と左側切削機構４０とは対向配置されている。

また、本実施形態では、右側切削機構３０と左側切削機構４０とを同期させるため、例えば、右側切削機構３０はマスターとされ、左側切削機構４０は右側切削機構３０に追従するスレイブとなるよう制御部５０により制御されるものとされている。

制御部５０は、例えばコンピュータにより構成され、下記に示す手順が実行できるようプログラムされている。

次に、かかる構成とされた切削装置ＡによるワークＷの表面仕上げ切削について説明する。

手順１：クランプ機構１０、移動テーブル２０、右側切削機構３０および左側切削機構４０を待機位置にセットする。

手順２：ワークＷを仮保持した状態でクランプ機構１０によりクランプする。

手順３：右側切削機構３０の右フライス工具３１および左側切削機構４０の左フライス工具４１の切削量を調整する。

手順４：右側切削機構３０の右フライス工具３１と左側切削機構４０の左フライス工具４１の位相を同相とする。つまり、各フライス工具３１，４１の刃を対向させる。

手順５：右フライス工具３１と左フライス工具４１とを同期させて回転させる。つまり、右側切削機構３０をマスターとし、左側切削機構４０をスレイブとして切削する。

手順６：移動テーブル２０によりワークＷをその長手方向に送りながらワークＷの両面を切削する。つまり、右フライス工具３１によりワークＷの右表面を切削し、左フライス工具４１によりワークＷの左表面を切削する。

このように、本実施形態においては、右フライス工具３１および左フライス工具４１の刃を一刃とするとともに、その位相を同相としているので、両フライス工具３１，４１の刃を多刃とした場合に比して、強制振動が抑制されてワークＷ表面の加工精度が向上し、製品品質が向上する。

また、右フライス工具３１と左フライス工具４１とを同期させて切削を行っているので、両フライス工具３１，４１を同期させない場合に比して、両フライス工具３１，４１の切削タイミングのずれに起因する加振力が低減されて強制振動が抑制され、ワークＷ表面の加工精度が向上し、製品品質が向上する。

実施形態２
図６に、本発明の実施形態２に係る切削装置の要部をブロック図で示す。

実施形態２は実施形態１を改変してなるものであって、フライス工具表面からの仕上げ刃の出入り高さ調整する仕上げ刃調整機構（以下、単に調整機構という）ＡＤを備えてなるものとされる。つまり、図７に示すように、粗切削時には仕上げ刃ＦＣをフライス工具内に収納しておき（図７（ａ）参照）、仕上げ切削時に仕上げ刃ＦＣを粗刃ＲＣの先端よりも前方に突出させる（図７（ｂ）参照）ようにしてなるものとされる。

調整機構ＡＤは、図６および図７に示すように、右側仕上げ刃ＲＦＣの出入り高さを調整する右側仕上げ刃調整部６０と、左側仕上げ刃ＬＦＣの出入り高さを調整する左側仕上げ刃調整部７０とを備えてなるものとされる。なお、図６において図１と同一の符号を付したものは、同一または類似の構成要素を示す。このことは、他の図においても同様である。

図８に、右側仕上げ刃調整部６０を示す。

右側仕上げ刃調整部６０は、図８に示すように、右フライス工具３１に装着されて右側仕上げ刃ＲＦＣを螺進退自在に保持する仕上げ刃保持具６１と、仕上げ刃保持具６１に保持されている右側仕上げ刃ＲＦＣを螺進退させる駆動機構６２とを備えてなるものとされる。

仕上げ刃保持具６１は、図９に示すように、先端部に右側仕上げ刃ＲＦＣが装着され基端部に雌ネジ６３ａが形成されてなる保持部材６３と、先端部に前記雌ネジ６３ａと螺合する雄ネジ６４ａが形成され、中間部に径大雄ネジ６４ｂが形成され、基端部にモータ軸６６の先端と嵌合する嵌合部６４ｃが形成されてなる駆動部材６４と、中間部の径大雄ネジ６４ｂと螺合する雌ネジが形成されてなる雌ネジ部材６５とを含むものとされる。
保持部材６３は、駆動部材６４と螺合されて一体化される。また、保持部材６３は角型形状とされて摺動自在に右フライス工具３１の適宜位置に装着される。
雌ネジ部材６５は、例えばネジ留めにより右フライス工具３１裏面（右側仕上げ刃ＲＦＣが突出する側と反対側）に装着される。

駆動機構６２は、駆動部材６４を正逆に回転させるモータ６２ａと、モータ６２ａを右フライス工具３１に対して進退自在に保持するスライドベース６２ｂと、スライドベース６２ｂをスライドさせる油圧シリンダー６２ｃとを含むものとされる。

モータ軸６６先端部には、駆動部材６４の嵌合部６４ｃが嵌合する嵌合凹部６６ａが形成されている（図９参照）。

なお、左側仕上げ刃調整部７０は、右側仕上げ刃調整部６０とほぼ左右対称とされているので、その図示説明は省略する。

次に、かかる構成とされた調整機構ＡＤによる仕上げ刃ＦＣの出入り高さの調整について説明する。

手順１１：右側フライス工具３１を適宜回転させて駆動部材６４をモータ６２ａの軸６６と対向させる。

手順１２：モータ６２ａを右側フライス工具３１に向けて前進させ、モータ軸６６先端の嵌合凹部６６ａに駆動部材６４の嵌合部６４ｃを嵌合させる。

手順１３：モータ６２ａを正回転させて仕上げ刃ＲＦＣを右側フライス工具３１表面からの出入り高さを所定高さとする。つまり、仕上げ刃ＲＦＣの先端を所定距離粗刃ＲＣ先端より突出させる。

手順１４：保持部材６３をストッパーＳＴにより右フライス工具３１に位置決め固定する。

手順１５：モータ６２ａを後退させ、モータ軸６６と駆動部材６４との係合を解除する。

これらの一連の手順により、右側仕上げ刃ＲＦＣの出入り高さの調整が完了する。同様にして左側仕上げ刃ＬＦＣの出入り高さの調整をなす。この後、実施形態１と同様にしてワークＷの切削がなされる。

このように、実施形態２によれば、調整機構ＡＤを設けたので、粗切削と仕上げ切削との切り替えに要する時間が短縮されて作業能率が向上する。

以下、本発明を実施例に基づいてより具体的に説明する。

実施例
長さが４５０ｍｍ、幅が２００ｍｍ、厚さが１６．２ｍｍの圧延鋼板（材質 ＪＩＳ：ＳＳ４００）を、切り込み深さを０．１ｍｍにセットして右フライス工具と左フライス工具とを同期させ、右フライス工具および左フライス工具の回転数をそれぞれ２００ｒｐｍとし、ワークの送り速度を８００ｍｍ／分として各１枚刃で切削を行った。その際の振動周波数解析をし、その結果を図１０（ａ）に示す。図より、強制振動が刃の通過周期の整数倍に同期して発生しているのが理解される。図中、横軸は周波数を示し、縦軸は変位を示し、縦軸に平行とされている点線は刃の通過周期の整数倍を示す。

また、図１１（ａ）に、被削材表面の凹凸の計測結果を示す。図より、振動の凹凸は４μｍ程度であるので、許容値内であるのが理解される。

比較例
右フライス工具と左フライス工具との切削開始のタイミングを０．２２ミリ秒ずらした他は、実施例と同様にして切削を行った。その際の振動周波数解析をし、その結果を図１０（ｂ）に示す。また、被削材表面の凹凸の計測結果を図１１（ｂ）に示す。これらの図より、左右の位相をわずかにずらしただけでも実施例と比較し、明らかに振動の変位が大きくなって許容値から外れているのが理解される。また、このことから、左右を同期させることの重要性が理解される。

参考例
右フライス工具のみによる切削とした他は、実施例と同様にして切削を行った。その際の振動周波数解析をし、その結果を図１０（ｃ）に示す。また、被削材表面の凹凸の計測結果を図１１（ｃ）に示す。これらの図より、実施例および比較例と比較し、振動の変位が大きくなっているのが理解される。このことから、左右同時に切削することの重要性が理解される。

以上、本発明を実施形態および実施例に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施形態および実施例に限定されるものではなく、種々改変が可能である。

例えば、実施形態および実施例おいては、ワークＷが水平移動させられるようにされているが、切削機構が水平同期移動させられるようにされてもよい。

例えば、図１２に示すように、切削装置Ａ１が、ワークＷをクランプするクランプ機構１０Ａと、右側切削機構３０と、右側切削機構３０をワークＷの長手方向に沿って移動させる右側移動テーブル８０Ａと、左側切削機構４０と、左側切削機構４０をワークＷの長手方向に沿って移動させる左側移動テーブル８０Ｂと、右側移動テーブル８０Ａによる右側切削機構３０の移動と、左側移動テーブル８０Ｂによる左側切削機構４０の移動とを同期させる移動テーブル同期移動手段５２を有する制御部５０Ａとを備えてなるものとされてもよい。
また、実施形態および実施例おいては、フライス工具は一刃とされているが、刃の加工精度および形成位置精度を向上させることにより２刃や３刃などとすることもできる。

さらに、実施形態および実施例では、平板のフライス加工を例に取り説明されているが、本発明の適用は平板に限定されるものではなく、タービンブレードやコンプレッサのスクロールなどの曲面を有する薄板のエンドミル加工にも適用することもできる。

本発明は、高精度の表面品質が要求される切削加工に適用できる。

１０ クランプ機構
１１ 上部クランプ部
１２ 上部クランプ板材
１３ 昇降機構
１６ 下部クランプ部
１７ 下部クランプ板材
１８ 把持部材
２０ 移動テーブル
３０ 右側切削機構
３１ 右フライス工具
３２ スピンドル
３３ モータ
３４ 減速機
３５ モータ用エンコーダー
３６ スピンドル用エンコーダー
３７ 支持台
４０ 左側切削機構
４１ 左フライス工具
４２ スピンドル
４３ モータ
４４ 減速機
４５ モータ用エンコーダー
４６ スピンドル用エンコーダー
５０ 制御部
５２ 移動テーブル移動同期手段
６０ 右側仕上げ刃調整部
６１ 仕上げ刃保持具
６２ 駆動機構
８０ 移動テーブル
Ａ 切削装置
ＡＤ 仕上げ刃調整機構
Ｂ ベース
Ｗ ワーク

Claims (9)

1. 被削材を両側から切削する切削方法であって、
   一方の表面の切削と、他方の表面の切削とを同期させてなすことを特徴とする切削方法。
2. 一方の切削具と他方の切削具との位相を一致させて切削をなすことを特徴とする請求項１記載の切削方法。
3. 切削具がフライス工具とされ、前記フライス工具は一刃とされてなることを特徴とする請求項２記載の切削方法。
4. 被削材の一方の表面を切削する第１切削機構と、被削材の他方の表面を切削する第２切削機構と、被削材を垂直にクランプするクランプ機構と、相対移動機構と、制御部とを備え、
   前記第１切削機構と前記第２切削機構とは対向配置され、
   前記第１切削機構および前記第２切削機構と、前記被削材とは、前記相対移動機構により被削材の長手方向に相対移動可能とされ、
   前記制御部が、前記第１切削機構と前記第２切削機構とを同期制御する
   ことを特徴とする切削装置。
5. 第１切削機構がマスターとされ、第２切削機構が前記第１切削機構に追従するスレイブとされなることを特徴とする請求項４記載の切削装置。
6. 相対移動機構が、被削材をその長手方向に水平移動させる移動テーブルとされてなることを特徴とする請求項４記載の切削装置。
7. 相対移動機構が、第１切削機構を被削材の長手方向に沿って水平移動させる第１移動テーブルと、第２切削機構を被削材の長手方向に沿って水平移動させる第２移動テーブルとされ、
   前記第１移動テーブルによる前記第１切削機構の水平移動と、前記第２移動テーブルによる前記第２切削機構の水平移動とが同期させられてなる
   ことを特徴とする請求項４記載の切削装置。
8. 切削機構の切削具がフライス工具とされ、前記フライス工具は一刃とされてなることを特徴とする請求項４記載の切削装置。
9. 切削機構の切削具がフライス工具とされ、前記フライス工具は、粗切削をなす粗刃と、仕上げ切削をなす仕上げ刃とを有し、
   前記仕上げ刃は、仕上げ切削時に前記粗刃の先端よりも前方に突出可能とされてなることを特徴とする請求項４記載の切削装置。