JP2014054696A

JP2014054696A - 溝入れ加工方法、溝入れ加工工具、及び溝入れ加工工具保持構造

Info

Publication number: JP2014054696A
Application number: JP2012200689A
Authority: JP
Inventors: Dai Haritani; 大梁谷
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2012-09-12
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2014-03-27
Also published as: DE102013208752A1; CN103658866A; ITMI20130577A1; US20140069252A1

Abstract

【課題】加工中に切れ刃の間に切り粉が溜まり難く、また工具に加わる負荷を軽減できる溝入れ加工方法、溝入れ加工工具、及び溝入れ加工工具保持構造を提供する。
【解決手段】縦配置したプレート１０の左右側部に複数の切れ刃１１をそれぞれ直線状に配置し、且つ一方の側部に配置した切れ刃１１は下向きに配向させると共に、他方の側部に配置した切れ刃１１は上向きに配向させて形成した工具１により、切れ刃１１を形成した面内で円運動させて切削し、切削方向に所定ピッチずらして繰り返し円運動による切削を実施する。工具１は大きな応力が加わった際には切削面内で傾倒する。
【選択図】図１

Description

本発明は、溝入れ加工を実施する溝入れ加工方法、溝入れ加工工具、及び溝入れ加工工具を工作機械に装着する溝入れ加工工具保持構造に関する。

幅の狭い溝を形成する所謂スリット加工を行う場合、鋸刃形状の工具を用いて加工を行う方法がある。例えば特許文献１では、ブローチ本体の全長に亘って刃を鋸状に設けたブローチ（溝入れ加工工具）を使用し、加工穴にブローチを挿入して摺動動作によりキー溝を切削加工している。

特開２００４−３２２２３９号公報

しかしながら、スリット加工において特に深溝加工を行う場合、溝入れ加工工具へ加わる負荷が大きくなるため、工具が破損したり早期摩耗が発生する場合があった。
また、上記特許文献１のように鋸状の工具を使用する場合は、切れ刃の間に切り粉が溜まりやすく、これが加工面悪化の原因となっていた。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、加工中に切れ刃の間に切り粉が溜まり難く、また工具に加わる負荷を軽減できる溝入れ加工方法、溝入れ加工工具、及び溝入れ加工工具保持構造を提供することを目的としている。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明に係る溝入れ加工方法は、複数の切れ刃が直線状に配置され、切削方向が前記直線方向である切れ刃群を備えた工具を、前記切れ刃が配置される面内で円運動或いは円弧運動させて、被加工物を切削加工することを特徴とする。
この方法によれば、工具を円運動或いは円弧運動させるため、１回の切削が連続して行われることがなく、切れ刃の間に切り粉が溜まり難い。よって、工具に加わる負荷を軽減できスムーズな加工を持続できる。また、直線動作はなく円運動或いは円弧運動させて切削することで、加工動作をスムーズにできるし、加工するサイクル毎に切り粉を落とすことができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の方法において、前記円運動或いは円弧運動による切削を実施後、切削方向に所定ピッチずらして前記円運動或いは円弧運動による切削を繰り返して実施することを特徴とする。
この方法によれば、ピッチをずらして加工が行われるため、特定箇所のみ切削されることなく、一様な切削面を形成する溝入れ加工を実現できる。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の方法において、前記工具は、前記切れ刃群を縦配置したプレートの左右両側に並行に備えると共に、前記切れ刃群の切削方向が互いに逆向きに配置されて成り、下向きの切れ刃群で下向きに切削した後、上向きの切れ刃群で上向きに切削し、前記工具の円運動による一往復の移動で溝の左右側部を切削することを特徴とする。
この構成によれば、反対側の溝側面を加工する際工具の向きを変更する必要がないし、工具の１回の往復運動で両端部の加工が可能となり加工時間を短縮できる。

請求項４の発明は、少なくとも直交２軸に移動する機構を備えた工作機械に装着され、被加工物の溝入れ加工を実施する溝入れ加工工具であって、直線状に配置した複数の切れ刃を有し、切削方向を前記直線方向とした切れ刃群を、縦配置したプレートの左右両側に並行に配置し、且つ前記切れ刃群の切削方向を互いに逆向きとしたことを特徴とする。
この構成によれば、プレートの両側に切れ刃を備えているため、反対側の溝側面を加工する際工具を変更する必要がなく、加工時間を短縮できる。
また、縦配置した工具を下方移動及び上方移動の双方の移動で切削することができ、工具の円弧運動或いは円運動により溝両側部の加工を実施でき加工時間を短縮できる。

請求項５の発明は、請求項４に記載の構成において、前記プレートの左右両側に並行に配置した切れ刃群のうち、最先端の切れ刃は他の切れ刃より所定量突出して配置したことを特徴とする。
この構成によれば、突出した最先端の切れ刃により仕上げ加工を実施でき、仕上げ加工のための工具に付け替える必要がなくなるため、加工効率が向上する。

請求項６の発明は、直線状に配置した複数の切れ刃を有する溝入れ加工工具を取り付けたブロックをベースに保持させた工具ホルダを、少なくとも直交２軸に移動する機構を備えた工作機械の工具台に保持させる溝入れ加工工具保持構造であって、前記ブロックは前記ベースに軸着した状態で保持され、前記ブロックは保持された状態で、前記切れ刃が配置された面に並行する面内で揺動可能であることを特徴とする。
この構成によれば、工具の角度を変化させることができるため、溝入れ加工時に工具に加わる応力が大きくなった場合に工具角度を変化させることでストレスを回避させることができ、工具の破損を防ぐことができる。

請求項７の発明は、請求項６に記載の構成において、前記ベースは前記ブロックの揺動幅を制限する制限手段、及び揺動を制止方向へ付勢する弾性付勢手段を有し、前記弾性付勢手段が、揺動面内において揺動する左右双方から押圧するよう対を成して形成され、前記ブロックは前記弾性付勢手段により付勢されて規定の角度の安定状態を保持し、一定の応力を超える外力を受けた際に揺動する範囲内で傾倒することを特徴とする。
この構成によれば、過大な応力が加わらない限り工具が傾くことがないため、精度の高い加工を実現できる。

本発明の溝入れ加工方法によれば、工具を円運動或いは円弧運動させて切削加工するため、１回の切削が連続して行われることがなく、切れ刃の間に切り粉が溜まり難い。よって、工具に加わる負荷を軽減できスムーズな加工を持続できる。また、直線動作はなく円運動或いは円弧運動させて切削することで、加工動作をスムーズにできるし、加工するサイクル毎に切り粉を落とすことができる。
また、本発明の溝入れ加工工具によれば、反対側の溝を加工する際工具の向きを変更する必要がないし、工具の往復運動で両端部の加工が可能となり加工時間を短縮できる。
更に、本発明の溝入れ加工工具保持構造によれば、工具の角度を変化させることができるため、加工時に工具に加わる応力が大きくなった場合に工具角度を変化させることでストレスを回避させることができ、工具の破損を防ぐことができる。

本発明に係る溝入れ加工工具の一例を示す説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ線縦断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ線断面図である。Ｃ部の拡大図である。工具先端の拡大図である。加工手順の説明図で、溝入れ加工アプローチ時の正面説明図である。図４の溝入れ加工する前加工の説明図である。加工部の拡大説明図である。加工の流れを示す説明図である。加工の流れを示す他の説明図である。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る溝入れ加工工具の一例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ線縦断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ線断面図である。工具が装着されるブロック２がベース３に保持された工具ホルダ４に工具１が装着された状態を示している。工具１は、図１に示すように上部がベース３に保持されて垂下するよう固定され、被加工物の溝入れ加工を実施する。

工具１は、長方形の板状の鋼材から成るプレート１０の長手側両側部に、複数の切れ刃１１を鋸のように一定のピッチで直線状に配置した切れ刃群をそれぞれ備えて形成されている。図３は工具先端を拡大した図であり、図３に示すように、一方の側部に形成された切れ刃１１は刃が下向きであり、他方の側部に形成された切れ刃１１は刃が上向きとなっている。
また図３に示すように、工具１の先端に形成された切れ刃（先端刃）１１ａは、他の切れ刃１１より突出量ｍだけ僅かに突出して形成されている。この先端刃１１ａは、後述する仕上げ加工に使用される刃である。この工具１は、後述するようにブロック２に２本のボルト５により固定され、ブロック２はベース３にピン６により軸着され保持される。

ブロック２は、前面を工具１の装着面、背面をベース３との密着面とした金属製ブロック体であり、左右両側面にはベース３に係合する溝２ａが上下に亘り形成されている。また、工具１を密着固定するためのネジ孔２ｂが前後方向に一対設けられ、工具１はボルト５により密着固定される。上部中央であるネジ孔２ｂの上部にはベース３に取り付けるためのピン挿入孔２ｃが穿設されている。

ベース３は、ブロック２を収容する矩形凹部３ａを有し、この矩形凹部３ａの左右壁面にはブロック２の溝２ａに係合する突条片３ｂが上下に亘り形成され、ブロック２は矩形凹部３ａに下方からスライド挿入して収容される。
そして、矩形凹部３ａ内の上部には、ブロック２のピン挿通孔２ｃに対応する連結孔３ｃが穿設され、ピン６をブロック２側から双方の孔２ｃ，３ｃに挿通することにより、ブロック２はベース３に軸着される。ベース３背部に突出したピン６の先端部は、スナップリング７が装着されて抜けが防止される。

但し、図２のＣ部拡大図に示すように、矩形凹部３ａはブロック２の幅より僅かに大きな幅で形成され、ブロック２を収容して保持した状態で、左右双方に隙間Ｓが発生するよう形成されている。この構成により、ピン６により連結部を中心にブロック２は僅かに回動し、垂下状態にある工具１は左右に僅かに揺動可能となっている。即ち、切り刃１１形成面に並行する面内で揺動可能となっている。

また、ベース３下部には一対のボールプランジャ３０が配置されている。ボールプランジャ３０はボールとコイルバネで構成され（図示せず）、矩形凹部３ａの左右下部となるベース３の下部に互いに向き合うよう配置され、双方ともブロック２を押圧するよう作用し、ブロック２を左右から挟持するように配置されている。
この結果、ブロック２は左右両側から押圧されて、矩形凹部３ａの中央に安定した状態で保持される。そして、ブロック２がベース３に保持された状態で、切り刃１１方向である左右方向に一定の大きさを超える応力が作用すると、図１（ａ）に示すように僅かに傾倒し、切れ刃１１の方向である左右方向に揺動する。

上記の如くベース３に保持された工具１による溝加工は次のように実施される。図４は溝入れ加工アプローチ時の正面説明図、図５は図４の溝入れ加工する前加工の説明図、図６は加工部の拡大説明図をそれぞれ示し、これらの図を参照して説明する。
溝入れ加工の前加工として、工具１を挿通するための孔が図５に示すように被加工物Ｗに形成される。ここではメタルソー８を使用して、被加工物Ｗを表裏双方から切り込みし、貫通部９を設けるための荒加工を実施する。こうして作製した溝が図４に示す形状の上下から半円状に形成された溝であり、溝の中央に貫通部９が形成されている。

この貫通部９に図４に示すように工具１を挿入して、溝入れ加工が実施される。今、工具１がＺ−Ｘ平面に設置され、形成する溝が同様にＺ−Ｘ平面方向であるとすると、Ｚ−Ｘ平面上において工具１を円運動させて、溝入れ加工を実施する。
図６はこの円運動による切削の説明図であり、下向きの切れ刃１１を使用し、工具１を下向きに矢印Ｙ２に示すように円運動させて切削する場合を示している。この加工により、被加工物Ｗには切れ刃１１により円弧状のポケットＰが形成される。そして、この円運動（パス動作）を所定ピッチずらして、２回行う加工（２パス１サイクルの加工）を設定された所定量が切削されるまで繰り返すことで溝入れ加工は行われる。

図７はこの加工の流れを示す説明図であり、Ｐ１は１パス目により切削された部分、Ｐ２は２パス目で切削された部分を示している。ｔは切削深さを示し、１回の円運動で深さｔのポケットＰ１が形成される様子を示している。このポケットＰ１は、被加工物Ｗの加工面に接触した切れ刃１１の数だけ形成される。次に、所定ピッチずらした２回目の円運動で、ポケットＰ２が形成される。
ここでは、切れ刃１１のピッチＰｉ（図３に示す）の２分の１ずらして２回の円運動（２回のパス動作）による加工を実施した場合を示し、深さ２ｔの加工を行った状態を示している。こうして工具１の多刃の効果を生かし、複数のポケットＰを加工し、最小の移動量で単位時間あたりの切削除去量を増やすことができる。

以上は溝加工のうち左側部の加工を説明したが、溝の反対側の加工は工具１の反対側に形成された上向きの切れ刃１１により切削される。
この加工は、工具１を上方へ移動することで実施され、上記円運動の下向き動作時に左側の加工を実施した後、連続する円運動の上向き動作により右側の加工が実施される。この右側の加工も左側の加工と同様に実施され、例えば切れ刃のピッチＰｉの２分の１ずらした２パス１サイクルの加工が実施される。
その後、設定された切り込み量に至るまでこの２パス１サイクルの加工が繰り返される。

このように、工具１を切れ刃１１が形成された面内で円運動させるため、１回の切削が直線状に連続して行われることがなく、切れ刃１１の間に切り粉が溜まり難い。よって、工具１に加わる負荷を軽減できスムーズな加工を持続できる。また、直線動作はなく円運動させて切削することで、加工動作をスムーズにできるし、加工するサイクル毎に切り粉を落とすことができる。
また、所定ピッチずらして加工が行われるため、特定箇所のみ切削されることなく、一様な切削面を形成する溝入れ加工を実現できる。
更に、プレート１０の両側に切れ刃１１を備えているため、反対側の溝を加工する際工具を変更する必要がなく、加工時間を短縮できるし、縦配置した工具１を下方移動及び上方移動の双方の移動で切削することができ、工具１の円運動による往復運動で溝両端部の加工が可能となり加工時間を短縮できる。
また、工具１はベース３に固着されておらず、過大な応力が加わった場合は工具１が傾倒して角度が変わるため、ストレスを回避させることができ、工具の破損を防ぐことができる。
逆に、過大なストレスが加わらない限り、一対のボールプランジャ３０の付勢力により工具１が傾くことがないため、精度の高い加工を実現できる。

そして上記一連の加工は、加工面に複数のポケットＰが存在する荒加工であるため、終了したら、最後に仕上げ加工が行われる。図３に示すように、工具に形成した切れ刃のうち先端刃１１ａは他の切れ刃１１よりｍだけ突出して形成されているため、この突出した先端刃１１ａにより仕上げ加工が実施される。この仕上げ加工は、図３に示すように円運動でなく矢印Ｙ１で示す直線運動で実施され、仕上げ加工は１つの切れ刃で実施される。
こうして、仕上げ加工は直線運動で実施されるため、切れ刃１１の間に切り粉が溜まることが無く、スムーズに切削できる。そして、突出した最先刃１１ａにより仕上げ加工を実施できるため、仕上げ加工のための工具を付け替える必要がなく、加工効率が向上する。

尚、上記実施形態は１パス目と所定ピッチずらした２パス目の深さを同一にして実施しているが、１パス加工毎に順次加工の深さを増やしても良い。即ち、ピッチをずらした加工は直前に形成したポケットより容易に深く形成できるため、同一の深さに限定する必要は無く、順次深く加工しても良い。図８はこの場合の加工の流れを示し、１パス目の深さｔに対して、２パス目の深さｕを深くした加工形態を示している。
また、円運動による加工を実施しているが、この加工形態はプレート１０の両側に切れ刃１１が設けられ、然も逆向きに形成されている場合に効率良く加工することができるが、双方の切れ刃とも同一の方向に向けて形成されている場合は、円運動ではなく円弧運動であっても良い。この場合、切削時は円運動と同様の加工となるが、反対側の切れ刃１１による加工を伴わないため、工具１の戻り動作は直線動作で良い。そして、この円弧動作による加工形態は、プレート１０の片側のみに切れ刃１１を備えた工具の場合に良好に適用される。
また、円運動或いは円弧運動で加工するに際して、僅かな距離の直線運動を含む動作で加工を行っても良く、加工中に（工具１が被加工物Ｗに接して加工を行っている際に）僅かな距離直線運動を実施する場合も、上記効果を奏するもので本発明に含まれるものである。
更に、片側面づつ又は片側のみ加工する場合は、切れ刃が両方共に下向きや、切れ刃が片側のみのものを使用して本加工を行っても良い。

また、１サイクルのパス数は２パスに限定するものでなく、３パスや４パスで１サイクルを構成しても良く、使用する工具１や被加工物Ｗの形状に合わせて設定すれば良いし、各パスの間の移動量も切れ刃１１のピッチＰｉの２分の１に固定する必要はない。
更に、工具ホルダ４を取り付ける工具台は、マシニングセンタ主軸に限定されず、旋盤のタレットや専用の工具台等に取り付けても良い。

１・・工具、２・・ブロック、３・・ベース、４・・工具ホルダ、６・・ピン、１０・・プレート、１１・・切れ刃、１１ａ・・先端刃、３０・・ボールプランジャ（弾性付勢手段）。

Claims

複数の切れ刃が直線状に配置され、切削方向が前記直線方向である切れ刃群を備えた工具を、前記切れ刃が配置される面内で円運動或いは円弧運動させて、被加工物を切削加工することを特徴とする溝入れ加工方法。
前記円運動或いは円弧運動による切削を実施後、切削方向に所定ピッチずらして前記円運動或いは円弧運動による切削を繰り返して実施することを特徴とする請求項１記載の溝入れ加工方法。
前記工具は、前記切れ刃群を縦配置したプレートの左右両側に並行に備えると共に、前記切れ刃群の切削方向が互いに逆向きに配置されて成り、
下向きの切れ刃群で下向きに切削した後、上向きの切れ刃群で上向きに切削し、前記工具の円運動による一往復の移動で溝の左右側部を切削することを特徴とする請求項１又は２記載の溝入れ加工方法。
少なくとも直交２軸に移動する機構を備えた工作機械に装着され、被加工物の溝入れ加工を実施する溝入れ加工工具であって、
直線状に配置した複数の切れ刃を有し、切削方向を前記直線方向とした切れ刃群を、縦配置したプレートの左右両側に並行に配置し、且つ前記切れ刃群の切削方向を互いに逆向きとしたことを特徴とする溝入れ加工工具。
前記プレートの左右両側に並行に配置した切れ刃群のうち、最先端の切れ刃は他の切れ刃より所定量突出して配置したことを特徴とする請求項４記載の溝入れ加工工具。
直線状に配置した複数の切れ刃を有する溝入れ加工工具を取り付けたブロックをベースに保持させた工具ホルダを、少なくとも直交２軸に移動する機構を備えた工作機械の工具台に保持させる溝入れ加工工具保持構造であって、
前記ブロックは前記ベースに軸着した状態で保持され、前記ブロックは保持された状態で、前記切れ刃が配置された面に並行する面内で揺動可能であることを特徴とする溝入れ加工工具保持構造。
前記ベースは前記ブロックの揺動幅を制限する制限手段、及び揺動を制止方向へ付勢する弾性付勢手段を有し、
前記弾性付勢手段が、揺動面内において揺動する左右双方から押圧するよう対を成して形成され、
前記ブロックは前記弾性付勢手段により付勢されて規定の角度の安定状態を保持し、一定の応力を超える外力を受けた際に揺動する範囲内で傾倒することを特徴とする請求項６記載の溝入れ加工工具保持構造。