JP2015160276A

JP2015160276A - ポリシング加工方法

Info

Publication number: JP2015160276A
Application number: JP2014036691A
Authority: JP
Inventors: 郁男田辺; Ikuo Tanabe; 中村　多喜夫; Takio Nakamura; 多喜夫中村; 広文仲窪; Hirofumi Nakakubo; 昭博後藤; Akihiro Goto
Original assignee: Nagaoka University of Technology NUC; OM Ltd
Current assignee: Nagaoka University of Technology NUC; OM Ltd
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2015-09-07

Abstract

【課題】加工中に酸化膜が生じ易い金属から成るワークの表面を鏡面状態に仕上げることが可能で且つ切削加工からの装置の移し替えを無くし、切削加工を行う工作機械を利用してそのままポリシング加工も行うことができるポリシング加工方法を提供する。
【解決手段】立旋盤のＮＣ制御により移動する工具取付部１にポリシング用布２を設けたポリシング工具３を着脱自在に装着するとともに、回転テーブル４上にワーク５をセットし、回転テーブル４の回転により回転しているワーク５に対して加熱装置６により５０℃〜１５０℃に温調するとともに圧力調整機構により所定の押し付け圧に設定したポリシング工具３をラップ剤７を介して押し付けながら工具取付部１の移動によりポリシング工具３を移動させてワーク５の表面を鏡面状にポリシングするポリシング加工方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、立旋盤を用いて、アルミニウム、チタン、並びにこれらの合金等から成る金属製ワークの表面を鏡面仕上げ加工するポリシング加工方法に関するものである。

従来、工業製品の高品位化のために、製品やそれを作製する金型を鏡面加工している。

この鏡面加工とは、表面の粗さ（表面の凹凸の差）を０．１μｍ以下にし、鏡のような表面に加工することである。

これまでの鏡面加工原理の基本は、決して滑らかな面を創生するのではなく、均一で浅い押し込み深さの引っ掻き傷を創生することにあり、この均一で浅い押し込み深さの引っ掻き傷をワーク表面に創生することにより、ワーク表面を鏡面状態とすることができる。

しかしながら、アルミニウムやチタン及びこれらの合金から成るワークは、酸化しやすい性質があり、そのため、ポリシング加工中に、ワーク表面に酸化膜が形成され、この酸化膜の形成によって表面粗さを０．１μｍ以下に加工しても、表面が鏡面状態とならずくすんだ状態になってしまう問題があった。

また、従来は、このポリシング加工を専用の加工装置で行っていたため、設備コストが掛かるうえに、切削加工からの装置の移し替えに伴う取り外し・設置作業が生じ、作業性を低下させていた。

特に、精密な加工精度を要する加工時は、ワークの位置出し等に手間が掛かるため、この移し替え作業は非常に厄介な作業であった。

本発明は、上述のような現状の問題に鑑み、アルミニウムやチタン及びこれらの合金等の加工中に酸化膜が生じ易い金属から成るワークの表面を鏡面状態に仕上げることが可能で、且つ、切削加工からの装置の移し替えを無くし、切削加工を行う工作機械を利用してそのままポリシング加工も行うことができる画期的なポリシング加工方法を提供することを目的とする。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

立旋盤のＮＣ制御により移動する刃物台の工具取付部１に先端にポリシング用布２を設けたポリシング工具３を着脱自在に装着するとともに、前記立旋盤の回転テーブル４上にワーク５をセットし、前記回転テーブル４の回転により回転している前記ワーク５に対して加熱装置６により５０℃〜１５０℃に温調するとともに圧力調整機構により所定の押し付け圧に設定した前記ポリシング工具３をラップ剤７を介して押し付けながら前記刃物台の移動により前記ポリシング工具３を移動させて、前記ワーク５の表面を鏡面状にポリシングすることを特徴とするポリシング加工方法に係るものである。

また、前記ポリシング工具３を７０℃程度に加熱保持しながらポリシングすることを特徴とする請求項１記載のポリシング加工方法に係るものである。

また、前記ラップ剤７は、ポリシング加工開始時に供給するものとし、ポリシング加工中は供給しないことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載のポリシング加工方法に係るものである。

また、前記ポリシング用布２は、不織布であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のポリシング加工方法に係るものである。

また、前記ポリシング用布２は、分割繊維から成る不織布であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のポリシング加工方法に係るものである。

また、前記加熱装置６は、高周波誘導加熱装置若しくは赤外線加熱装置であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のポリシング加工方法に係るものである。

また、前記圧力調整機構は、伸縮自在に構成した前記ポリシング工具３の軸部８に弾性体９を設けて成る構成とし、押圧により縮退した前記弾性体９の伸長付勢力により、前記軸部８の先端に設けた前記ポリシング用布２が一定の押圧力で前記ワーク５に押し付けられるように構成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のポリシング加工方法に係るものである。

本発明は上述のようにしたから、アルミニウムやチタン及びこれらの合金等の加工中に酸化膜が生じ易い金属から成るワークの表面を鏡面状態に仕上げることができる画期的なポリシング加工方法となる。

しかも、新規でポリシング専用の加工装置を購入する必要が無いので、設備コストが掛からず、加工費の低コスト化を図ることができ、また、切削加工後、ワークを別のポリシング装置に移し替えることなく、そのまま回転テーブルに設置した状態で、工具取付部に装着している工具をポリシング工具に付け替えるだけの極めて簡易な作業でワークをポリシング加工することができ、従って、移し替え時の取り外し作業や位置出しが厄介な設置作業が省かれ、作業性が向上する。

本実施例に用いるポリシング工具を示す説明図である。本実施例に用いるポリシング工具の別例を示す説明図である。

好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

本発明は、既存の立旋盤の工具取付部１に装着可能なポリシング工具３を作成するだけで、新規のポリシング装置を購入する必要がないので、設備コストが掛からず、よって、加工費の低コスト化を図ることができる。

また、本発明は、この従来の立旋盤のＮＣ制御により移動する刃物台の工具取付部１に着脱自在に装着したポリシング工具３でワーク５をポリシング加工するから、例えば、切削工具でワーク５を切削加工した後、切削工具とポリシング工具３とを付け替えるだけで、ワーク５を他のポリシング専用設備に移し替えることなく、連続的に加工することができ、よって、取り外し作業や厄介な位置出し作業を要するワーク設置作業等の移し替え作業が省かれ、飛躍的に作業性が向上する。

しかも、本発明のポリシング工具３は、切削工具等の他の工具と同様に、容易に工具取付部１に交換自在に装着できる構成としたから、容易に且つ簡易に工具取付部１に装着することができ、例えば、ＡＴＣ（自動工具交換機能）により自動で交換装着作業も可能となり、作業者の手間が掛からず作業性が向上する。

更に、本発明は、ポリシング用布２を設けたポリシング工具３でワーク５をポリシングするから、圧力調整機構により所定の押し付け圧に設定した前記ポリシング工具３をラップ剤７を介してワーク５に押し付けると、ワーク５とこのワーク５に押し付けられるポリシング工具３の先端に設けたポリシング用布２では、ポリシング用布２の方が軟らかいので、このワーク５とポリシング用布２との間に供給したラップ剤７中の砥粒は、軟らかいポリシング用布２への砥粒の食い込み量は砥粒の大きさや形状によりまちまちになるが、ワーク５への食い込み量は均一になり、このワーク５に対して均一に食い込んでいる砥粒をポリシング用布２が保持した状態で移動することで、ワーク５に均一で浅い押し込み深さの引っ掻き傷が創生され、表面が鏡面状態に仕上げられる。

また更に、本発明は、加熱装置６でポリシング工具３を５０℃〜１５０℃の範囲で一定の温度に温調加熱することで、この加熱装置６に加熱されたポリシング工具３の熱がラップ剤７を介してワーク５の加工部を加熱し、このワーク５加工部が加熱されることでワーク５に生じた酸化膜が剥離し浮遊し易くなり、ポリシング用布２により拭き取られてワーク５表面に酸化膜が無い状態となって、酸化膜によるくすみが無い鏡面状態に仕上げることが可能となる。

しかも、本発明は、ポリシング加工時に発生した研磨屑もポリシング用布２により拭き取られるので、ワーク５表面への研磨屑の付着が無く、よって、研磨屑が加工面に傷を付けることもなく、きれいな鏡面状態に仕上げることができる。

このように、本発明は、アルミニウムやチタン及びこれらの合金等の加工中に酸化膜が生じ易い金属から成るワーク５の表面を鏡面状態に仕上げることができ、しかも、設備コストが掛からず、加工費の低コスト化を図ることができ、更に、切削加工後、ワーク５の移し替えを要せず、そのまま回転テーブル４にセットした状態で、工具取付部１に装着している工具をポリシング工具３に付け替えるだけの極めて簡易な作業でワーク５をポリシング加工することができる極めて作業性の良い画期的なポリシング加工方法となる。

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例は、アルミニウムやチタン及びこれらの合金等から成るポリシング加工中に酸化膜が生じ易く表面を鏡面状態に仕上げることが困難なワーク５を鏡面状態に仕上げることが可能なポリシング加工方法である。

具体的には、立旋盤（ターニングセンター含む）のＮＣ制御により移動する刃物台の工具取付部１に先端にポリシング用布２を設けたポリシング工具３を着脱自在に装着するとともに、前記立旋盤の回転テーブル４上にワーク５をセットし、前記回転テーブル４の回転により回転している前記ワーク５に対して加熱装置６により５０℃〜１５０℃に温調するとともに圧力調整機構により所定の押し付け圧に設定した前記ポリシング工具３をラップ剤７を介して押し付けながら前記刃物台の移動により前記ポリシング工具３を移動させて前記ワーク５の表面を鏡面状にポリシングするポリシング加工方法である。

本実施例で使用する立旋盤は、一般的な立旋盤と同様に、工具取付部１に取り付ける工具を自在に交換できるものである。

即ち、本実施例の立旋盤は、加工目的に適した切削工具やポリシング工具３を工具取付部１に交換自在に装着し、切削加工やポリシング加工を行うものであり、ポリシング加工専用機として構成されたものではない。

また、この立旋盤に装着するポリシング工具３は、図１に示すように、先端にポリシング用布２を設けた構成としている。

具体的には、ポリシング用布２は、レーヨン系、コットン系、分割繊維系の不織布が好ましく、本実施例においては、分割繊維から成る不織布を採用した構成としている。

より具体的に説明すると、本実施例のポリシング用布２は、表裏層を分割繊維シート、中層をパルプシートで構成した三層構造の不織布を採用している。

この本実施例のポリシング用布２の採用により、分割繊維シートから成る表裏層が良好な拭き取り（掻き取り）性能を発揮し、また、中層のパルプシートが液保持層として作用し、ラップ剤７を良好に保持し、優れたポリシング性能を発揮することとなる。

また、本実施例のポリシング工具３（具体的には、ポリシング工具３の先端に設けたポリシング用布２）は、圧力調整機構により一定の圧力でワーク５に押し付けられる構成としている。

具体的には、本実施例の圧力調整機構は、伸縮自在に構成したポリシング工具３の軸部８に弾性体９を設けて成る構成とし、押圧により縮退した前記弾性体９の伸長付勢力により、軸部８の先端に設けたポリシング用布２が一定の押圧力でワーク５に押し付けられるように構成している。

より具体的に説明すると、本実施例のポリシング工具３は、軸部８としてスプライン軸部８Ａと外筒８Ｂとから成るボールスプラインを採用した構成とし、このスプライン軸部８Ａに弾性体９（本実施例ではコイルばね）を設け、この弾性体９の伸縮動作に合わせてスプライン軸部８Ａが外筒軸部８Ｂに対して上下方向に移動するように構成し、工具取付部１の下動によりポリシング工具３をワーク５に押し付けた際に、弾性体９が縮退するとともにスプライン軸部８Ａが上方に移動し、この縮退した弾性体９の伸長付勢力により、軸部８の先端に設けたポリシング用布２が一定の押圧力でワーク５に押し付けられるように構成している。

また更に、本実施例のポリシング工具３は、加熱装置６により５０℃〜１５０℃に温調される構成としている。

具体的には、本実施例では、図１に示すように、加熱装置６として高周波誘導加熱装置を採用し、スプライン軸部８Ａの先端に設けた先端軸部８Ｃの基端部に断熱材10を設け、この断熱材10よりも先端側の先端軸部８Ｃに誘導加熱コイル11を設けて、この誘導加熱コイル11で先端軸部８Ｃを加熱する構成としている。

即ち、本実施例は、加熱装置６により加熱された先端軸部８Ｃの熱が、断熱材10により基端側には伝達されず、この先端軸部８Ｃの先端に設けたポリシング用布２を設けるポリシング端子12に効率的に伝達されて、このポリシング端子12が加熱され、このポリシング端子12の熱がラップ剤７を介してワーク５の加工部を加熱することで、加工部が均一に加熱されるように構成している。

尚、加熱装置６は上記構成に限らず、例えば、図２に示すように、加熱装置６として赤外線加熱装置を用いた構成としても良い。

また、本実施例のポリシング工具３は、軸部８の基端部に他の切削工具などの工具と同様の工具ホルダ13を設け、この工具ホルダ13により、工具取付部１に着脱自在に設けた構成、言い換えると、他の工具と交換自在に設けた構成としている。

以下、上述のように構成したポリシング工具３を用いた本実施例のポリシング加工方法について詳細に説明する。

先ず、回転テーブル４上にワーク５をセットするとともに、工具取付部１にポリシング工具３を装着する。

尚、切削加工からの連続処理の場合は、ワーク５のセットは必要なく、ポリシング工具３の交換のみとなる。

次に加熱装置６によりポリシング工具３を所定温度に加熱する。本実施例では、この加熱温度を７０℃に設定し、また、フィードバック若しくはフィードフォワード制御によって、このポリシング工具３の温度７０℃に保持する。

次に、工具取付部１を下動させポリシング工具３をワーク５に押し付けるとともに、ポリシング工具３とワーク５との間にラップ剤７を供給する。

本実施例で採用するラップ剤７は、ダイヤモンド砥粒とポリマＰＥＯ（Poly-ethylene-oxide）とを混入したものを採用している。

即ち、本実施例は、このポリマＰＥＯを混入したラップ剤７を採用することにより、長時間にわたり均一な砥粒分布の維持が可能となるとともに、ラップ剤７が非ニュートン流体化し、ＮＣ制御に移動するポリシング工具３に対する追従特性が付加されて、ラップ剤７に混入したダイヤモンド砥粒が自動的にポリシング工具３に引き寄せられて、積極的にポリシング加工に関与することで良好なポリシング作用を発揮するようにしている。

尚、本実施例は、ラップ剤７を供給し続けることにより、このラップ剤７がポリシング工具３の熱を奪いポリシング工具３の温度が低下し、温度が安定しなくなるため、ラップ剤７の供給は、このポリシング加工開始時のみとしている。

また、押し付け圧は、ワーク５の素材や形状、更には、鏡面仕上げ状態により、適宜所定の圧力に設定するものとする。

そして、回転テーブル４を回転させてワーク５を回転させ、工具取付部１をＮＣ制御により送り移動しながらポリシング加工を行う。

尚、本実施例においては、ワーク５のみを回転させてポリシング加工しているが、立旋盤でもターニングセンターを採用した場合、ワーク５及びポリシング工具３の双方を回転させてポリシング加工しても良い。

上述のようにした本実施例の作用・効果について以下に説明する。

本実施例は、既存の立旋盤の工具取付部１に装着可能なポリシング工具３を作成するだけで、新規のポリシング装置を購入する必要がないので、設備コストが掛からず、よって、加工費の低コスト化を図ることができる。

また、本実施例は、この従来の立旋盤のＮＣ制御により移動する刃物台の工具取付部１に着脱自在に装着したポリシング工具３でワーク５をポリシング加工するから、例えば、切削工具でワーク５を切削加工した後、切削工具とポリシング工具３とを付け替えるだけで、ワーク５を他のポリシング専用設備に移し替えることなく、連続的に加工することができ、よって、取り外し作業や厄介な位置出し作業を要するワーク設置作業等の移し替え作業が省かれ、飛躍的に作業性が向上する。

しかも、本実施例のポリシング工具３は、工具ホルダ13を切削工具等の他の工具と共通のものを採用し、工具取付部１に交換自在に装着できる構成としたから、容易に且つ簡易に工具取付部１に装着することができ、例えば、ＡＴＣ（自動工具交換機能）により自動で交換装着作業も可能となり、作業者の手間が掛からず作業性が向上する。

更に、本実施例は、ポリシング用布２を設けたポリシング工具３でワーク５をポリシングするから、圧力調整機構により所定の押し付け圧に設定した前記ポリシング工具３をラップ剤７を介してワーク５に押し付けると、ラップ剤７中の砥粒がワーク５に均一な食い込み量で押し付けられ、この状態でポリシング工具３が移動することで、ワーク５に均一で浅い押し込み深さの引っ掻き傷を創生し、表面を鏡面状態に仕上げることができる。

また更に、本実施例は、高周波誘導加熱装置や赤外線加熱装置等の加熱装置６でポリシング工具３を５０℃〜１５０℃（好ましくは７０℃）の一定温度に温調加熱することで、この加熱装置６に加熱されたポリシング工具３の熱がラップ剤７を介してワーク５の加工部を加熱し、このワーク５加工部が加熱されることでワーク５に生じた酸化膜が浮遊（剥離）し易くなり、ポリシング用布２により拭き取られてワーク５表面に酸化膜が無い状態となって、酸化膜によるくすみが無い鏡面状態に仕上げることが可能となる。

しかも、本実施例は、ポリシング加工時に発生した研磨屑もポリシング用布２により拭き取られるので、ワーク５表面への研磨屑の付着が無く、よって、研磨屑が加工面に傷を付けることもなく、きれいな鏡面状態に仕上げることができる。

このように、本実施例は、アルミニウムやチタン及びこれらの合金等の加工中に酸化膜が生じ易い金属から成るワーク５の表面を鏡面状態に仕上げることができ、しかも、設備コストが掛からず、加工費の低コスト化を図ることができ、更に、切削加工後、ワーク５の移し替えを要せず、そのまま回転テーブル４に設置した状態で、工具取付部１に装着している工具をポリシング工具３に付け替えるだけの極めて簡易な作業でワーク５をポリシング加工することができる極めて作業性の良い画期的なポリシング加工方法となる。

尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。

１工具取付部
２ポリシング用布
３ポリシング工具
４回転テーブル
５ワーク
６加熱装置
７ラップ剤
８軸部
９弾性体

Claims

立旋盤のＮＣ制御により移動する刃物台の工具取付部に先端にポリシング用布を設けたポリシング工具を着脱自在に装着するとともに、前記立旋盤の回転テーブル上にワークをセットし、前記回転テーブルの回転により回転している前記ワークに対して加熱装置により５０℃〜１５０℃に温調するとともに圧力調整機構により所定の押し付け圧に設定した前記ポリシング工具をラップ剤を介して押し付けながら前記刃物台の移動により前記ポリシング工具を移動させて、前記ワークの表面を鏡面状にポリシングすることを特徴とするポリシング加工方法。
前記ポリシング工具を７０℃程度に加熱保持しながらポリシングすることを特徴とする請求項１記載のポリシング加工方法。
前記ラップ剤は、ポリシング加工開始時に供給するものとし、ポリシング加工中は供給しないことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載のポリシング加工方法。
前記ポリシング用布は、不織布であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のポリシング加工方法。
前記ポリシング用布は、分割繊維から成る不織布であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のポリシング加工方法。
前記加熱装置は、高周波誘導加熱装置若しくは赤外線加熱装置であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のポリシング加工方法。
前記圧力調整機構は、伸縮自在に構成した前記ポリシング工具の軸部に弾性体を設けて成る構成とし、押圧により縮退した前記弾性体の伸長付勢力により、前記軸部の先端に設けた前記ポリシング用布が一定の押圧力で前記ワークに押し付けられるように構成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のポリシング加工方法。