JP2016078143A - プリグルーブ切削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プリグルーブ切削方法において予め溝を形成する際にも切屑が絡まるのを防いで安定的かつ円滑な溝形成が可能なプリグルーブ切削方法を提供する。
【解決手段】軸線Ｏ回りに回転させられる被削材Ｗの周面Ｓ１または端面Ｓ２に軸線Ｏ回りに捩れる螺旋状または渦巻き状の凹溝Ｇを旋削工具１によって予め形成した後、凹溝Ｇを形成した被削材Ｗの周面Ｓ１または端面Ｓ２を旋削加工するプリグルーブ切削方法にあって、凹溝Ｇを、その溝長さ方向に複数回の旋削工程に分けて形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、旋削加工において被削材の加工面に螺旋状等の凹溝を予め形成しておき、次いでこの加工面を旋削加工して仕上げることにより、上記凹溝によって切屑を分断するようにしたプリグルーブ切削方法に関するものである。

アルミニウム合金のような延性材料よりなる被削材の旋削加工においては切屑が長く延び易く、旋削工具や被削材に絡まって加工作業の中断を招く原因となる。そこで、非特許文献１には、被削材の表面に予め螺旋状等の溝（プリグルーブ）を形成する工程を旋削加工の前に組み込んでおいて、旋削加工により生成される切屑の強度を溝の部分で弱くしたり、溝によって切屑を断続的に生成したりして分断処理する、プリグルーブ切削方法が開示されている。

狩野 勝吉、「データでみる次世代の切削加工技術」、日刊工業新聞社、２０００年５月３０日、ｐ．２０２−２０８

ところで、このようなプリグルーブ切削方法において、例えば被削材の外周面に螺旋状の溝を予め形成する場合には、その後に旋削加工を行うときと同様に、バイトのような旋削工具を用いて、送りを大きくした旋削により溝形成することになる。しかしながら、特に被削材の外径や回転軸線方向の旋削長が大きくて溝長さが長くなる場合には、このように予め溝を形成する工程において生成する切屑が旋削工具や被削材に絡まってしまい、安定した溝形成が困難となるという問題がある。

本発明は、このような背景の下になされたもので、プリグルーブ切削方法において予め溝を形成する際にも切屑が絡まるのを防いで安定的かつ円滑な溝形成が可能なプリグルーブ切削方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、軸線回りに回転させられる被削材の周面または端面に上記軸線回りに捩れる螺旋状または渦巻き状の凹溝を旋削工具によって予め形成した後、上記凹溝を形成した上記被削材の周面または端面を旋削加工するプリグルーブ切削方法であって、上記凹溝を、その溝長さ方向に複数回の旋削工程に分けて形成することを特徴とする。

このようなプリグルーブ切削方法によれば、被削材の周面または端面に予め凹溝を形成する工程を、この凹溝の溝長さ方向に複数回の旋削工程に分けることにより、これら複数回の旋削工程ごとに切屑が分断されることになる。従って、各旋削工程における旋削溝長さを適正に設定することにより、予め凹溝を形成する際の切屑が旋削工具や被削材に絡まるのを防ぐことができる。

ここで、このように複数回の旋削工程ごとに切屑が分断されるように凹溝を形成する工程を分けるには、１つに、これら複数回の旋削工程において、各旋削工程の終了時に上記旋削工具を上記被削材から一旦離間させればよい。旋削工具が被削材から離間した時点で切屑の生成も中断されて分断されるので、その後に旋削工具を被削材に接近させて刃先を切り込ませることにより、先の旋削工程により形成された凹溝に連続する凹溝を次の旋削工程において形成することができる。

なお、こうして各旋削工程の終了時に旋削工具を被削材から一旦離間させる場合、複数回の旋削工程のうち２回目以降の旋削工程においては、先の旋削工程において形成された上記凹溝に倣って上記旋削工具の刃先を送り出した後に上記被削材に切り込ませることにより、この先の旋削工程の次の旋削工程において旋削工具の刃先が被削材に食い付く際の衝撃を抑えることができ、このような衝撃によって刃先に欠損等の損傷が生じるのを防ぐことが可能となる。

また、上記複数回の旋削工程においては、各旋削工程の終了時に上記旋削工具の送りを一旦停止して上記被削材に上記軸線を中心とした円周溝を形成することにより、凹溝を形成する工程を複数回の旋削工程に分けるようにしてもよい。このような円周溝が形成された時点で切屑は分断されるので、その後に次の旋削工程において再び旋削工具に送りを与えることにより、上記円周溝から延びる次の凹溝を形成することができる。

以上説明したように、本発明によれば、プリグルーブ切削方法において切屑を分断するための凹溝を被削材に形成する際に、この凹溝形成によって生成された切屑が長く延びて旋削工具や被削材に絡まるのを防ぐことができ、安定した円滑なプリグルーブ切削を行うことができる。

本発明の第１の実施形態における第１の旋削工程の開始時の図である。 本発明の第１の実施形態における第１の旋削工程の終了時の図である。 本発明の第１の実施形態において第１の旋削工程の終了後に旋削工具を被削材から離間させた状態の図である。 本発明の第１の実施形態において第１の旋削工程の終了後に旋削工具の刃先を第１の凹溝の始端に合わせた図である。 本発明の第１の実施形態における第２の旋削工程の終了時の図である。 本発明の第１の実施形態において第２の旋削工程の終了後に旋削工具を被削材から離間させた状態の図である。 本発明の第１の実施形態において第２の旋削工程の終了後に旋削工具の刃先を第１の凹溝の始端に合わせた図である。 本発明の第１の実施形態における第３の旋削工程の終了時の図である。 本発明の第２の実施形態における第１の旋削工程の開始時の図である。 本発明の第２の実施形態における第１の旋削工程の終了時の図である。 本発明の第２の実施形態において第１の旋削工程の終了後に第１の円周溝を形成する図である。 本発明の第２の実施形態における第２の旋削工程の開始時の図である。 本発明の第２の実施形態における第２の旋削工程の終了時の図である。 本発明の第２の実施形態において第２の旋削工程の終了後に第２の円周溝を形成する図である。 本発明の第２の実施形態における第３の旋削工程の開始時の図である。 本発明の第２の実施形態における第３の旋削工程の終了時の図である。 本発明の第３の実施形態を示す（ａ）側面図、（ｂ）被削材の軸線方向からみた端面図である。

図１ないし図８は、本発明の第１の実施形態を示すものである。本実施形態において、被削材Ｗは、例えばアルミニウム合金のような延性材料や、チタン合金または高温強度が高くて切屑分断の困難な超耐熱合金のような難削材料等の金属材料により軸線Ｏを中心とした円柱状に形成されており、本実施形態ではこの被削材Ｗの外周面Ｓ１に旋削加工を行う場合を示している。被削材Ｗは、ＣＮＣ旋盤等の工作機械に取り付けられて軸線Ｏ回りに回転方向Ｔに回転させられ、同工作機械に備えられたプリグルーブ形成用の旋削工具１により軸線Ｏ回りに捩れる螺旋状の凹溝（プリグルーブ）Ｇが外周面Ｓ１に予め形成された後、この外周面Ｓ１が図示されない仕上げ旋削用の旋削工具によって旋削加工されて所定の外径に仕上げられる。

本実施形態における旋削工具１は刃先交換式のバイトであり、工作機械の刃物台に取り付けられるホルダ２の先端部に形成されたインサート取付座３に、超硬合金等の硬質材料よりなる切削インサート４が着脱可能に取り付けられて構成される。このような旋削工具１は、上記工作機械のコンピュータにより数値制御されて上記切削インサート４の刃先５が被削材Ｗの外周面Ｓ１に切り込まされつつ軸線Ｏ方向に図１や図４、図７に白抜き矢線で示す送り方向Ｆに送り出され、上記凹溝Ｇを形成する。

なお、本実施形態の切削インサート４は、図示のように上記刃先５の頂角が鋭角をなす菱形板状のものであり、この刃先５に交差する菱形面（すくい面）の２辺のうち上記送り方向Ｆに向けられて切刃となる辺は、被削材Ｗの軸線Ｏに垂直な平面上に略位置させられる。一方、上記２辺のうち送り方向Ｆと反対側に向けられる辺は、この送り方向Ｆと反対側に向かうに従い外周面Ｓ１から離れるように傾斜しており、図１に示すその傾斜角θは２５°以上とされるのが望ましい。このような傾斜角θを確保するためには、切削インサート４インサート形状は、頂角５５°の菱形をなすＪＩＳ−Ｂ４１２０−１９９８における形状記号Ｄタイプのものや、頂角３５°の菱形をなす形状記号Ｖタイプ、頂角２５°の菱形をなすＸタイプ、あるいはインサート形状が正三角形をなす形状記号Ｔタイプのものが適している。

第１の実施形態では、図１に示すように送り方向Ｆとは反対側の被削材Ｗの端面Ｓ２から旋削工具１の上記刃先５を外周面Ｓ１に切り込ませ、送り方向Ｆに向けて一定の送り量で旋削工具１を送り出すことにより第１の旋削工程を行い、図２に示すように第１の凹溝Ｇ１を外周面Ｓ１に形成する。このときの送り量は、上記仕上げ旋削用の旋削工具による旋削加工の際の送り量よりも十分に大きく設定され、従って図２に示す軸線Ｏ方向に隣接する第１の凹溝Ｇ１間のピッチＰ、すなわち被削材Ｗの１回転当たりの旋削工具１の送り量Ｐも、同じく被削材Ｗの１回転当たりの上記仕上げ旋削用の旋削工具の送り量より大きくなる。

こうして第１の旋削工程において所定の溝長さの第１の凹溝Ｇ１が形成されたなら、本実施形態では図２に破矢線ＦＦで示すように旋削工具１を軸線Ｏに対する半径方向外周側に後退させることにより被削材Ｗから一旦離間させ、第１の旋削工程を終了する。本実施形態では被削材Ｗが２回転したところで第１の旋削工程を終了しており、これに伴い第１の旋削工程において第１の凹溝Ｇ１を形成することにより生成された切屑は、外周面Ｓ１の略２周分の長さで分断される。

次に、本実施形態では、図３にさらに破矢線ＦＦで示すように旋削工具１を送り方向Ｆとは反対側に戻した後に軸線Ｏに対する半径方向内周側に前進させることにより被削材Ｗに向けて接近させる。そして、旋削工具１の刃先５が第１の凹溝Ｇ１の上記端面Ｓ１側の始端に対向したところで、第１の旋削工程と等しい外周面Ｓ１からの切り込み量で図４に示すように刃先５を第１の凹溝Ｇ１内に進入させ、やはり第１の旋削工程と等しい送り量で旋削工具１を再び送り方向Ｆに送り出す。

従って、刃先５が第１の凹溝Ｇ１内にあるときには刃先５は第１の凹溝Ｇ１に倣って送り出されるために旋削は行われず、刃先５が第１の凹溝Ｇ１の送り方向Ｆ側の終端に達したところで被削材Ｗに切り込まれ、第２の旋削工程が開始されて図５に示すように第２の凹溝Ｇ２が形成されるとともに切屑が生成される。そこで、この第２の旋削工程において所定の溝長さの第２の凹溝Ｇ２が形成されたなら、やはり図５に破矢線ＦＦで示すように旋削工具１を後退させて被削材Ｗから一旦離間させ、第２の旋削工程を終了する。この第２の旋削工程においても、本実施形態では第１の旋削工程と同様に被削材Ｗが２回転したところで旋削を終了しており、第２の凹溝Ｇ２は第１の凹溝Ｇ１と等しい溝長さに形成される。

こうして第２の旋削工程が終了したなら、本実施形態では図６に破矢線ＦＦで示すように旋削工具１を再び送り方向Ｆとは反対側に軸線Ｏ方向において第１の凹溝Ｇ１の始端の位置まで戻し、次いで軸線Ｏに対する半径方向内周側に前進させて被削材Ｗに向けて接近させ、旋削工具１の刃先５が第１の凹溝Ｇ１の始端に対向したところで図７に示すように刃先５を第１の凹溝Ｇ１内に進入させて第１、第２の旋削工程と等しい送り量で送り方向Ｆに送り出す。従って、刃先５は第１、第２の凹溝Ｇ１、Ｇ２に倣って送り出されて、その間は切削は行われず、第２の凹溝Ｇ２の送り方向Ｆ側の終端に達したところで刃先５が被削材Ｗに切り込まれて第３の旋削工程が開始され、図８に示すように第３の凹溝Ｇ３が形成されるとともに切屑が生成される。

こうして複数回の旋削工程を繰り返すことにより、連続した所定の溝長さの凹溝Ｇが予め形成されたなら、次に外周面Ｓ１を凹溝Ｇの溝深さよりも大きな切り込み量で仕上げ旋削する。ただし、このときの仕上げ用旋削工具の送り量は、予め凹溝Ｇを形成するときよりも小さく設定され、従って仕上げ用旋削工具の刃先は被削材Ｗが１周するうちに１回は凹溝Ｇと交差するので、その時点で仕上げ旋削により生成される切屑も分断させられる。なお、初めに凹溝Ｇの溝深さより浅い切り込み量で粗旋削した後に、この溝深さよりも大きな切り込み量で仕上げ旋削してもよい。また、仕上げ用旋削工具は凹溝Ｇを形成するのに用いたのと同じ旋削工具１でもよく、あるいは旋削工具１とは異なる仕上げ用の旋削工具でもよい。

このように、プリグルーブ切削によれば、予め形成された凹溝Ｇにより仕上げ旋削の際の切屑を確実に分断して、旋削工具や被削材Ｗに切屑が絡まることにより旋削作業の中断を余儀なくされるのを防ぐことができる。そして、上記構成のプリグルーブ切削方法においては、このような凹溝Ｇを予め形成するのに際しても、その溝長さ方向に複数回の旋削工程に分けて凹溝Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３…を形成しており、こうして旋削工程を複数回繰り返すことにより、個々の旋削工程において生成される切屑を短くすることができるので、予め凹溝Ｇを形成する際に切屑が旋削工具１や被削材Ｗに絡まるのも防ぐことができて、安定した円滑な凹溝Ｇの形成を図ることができる。

また、本実施形態では、これら複数回の旋削工程の終了時に、それぞれ旋削工具１を被削材Ｗから一旦離間させることにより、凹溝Ｇの形成を複数回に分けている。従って、こうして旋削工具１を被削材Ｗから離間させて刃先５を外周面Ｓ１から後退させるのに伴い切屑の生成も中断するので、各旋削工程において凹溝Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３…を形成する際の切屑を確実に分断することが可能となる。

さらに、このように旋削工具１を被削材Ｗから一旦離間させて各凹溝Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３…を形成した後の２回目以降の旋削工程において凹溝Ｇ２、Ｇ３…を連続して形成する際に、本実施形態では、旋削工具１を一旦第１の凹溝Ｇ１の始端にまで戻して刃先５を第１の凹溝Ｇ１に進入させ、先の旋削工程において形成された凹溝Ｇ１、Ｇ２…に倣うように旋削工具１の刃先５を送り出して被削材Ｗに切り込ませている。このため、２回目以降の旋削工程において刃先５が被削材Ｗに食い付く際の衝撃を緩和することができ、刃先５に欠損等が生じるのを防ぐことができる。

次に、図９ないし図１６は、本発明の第２の実施形態を示すものである。上述したように、第１の実施形態では、複数回の旋削工程において各旋削工程の終了時に旋削工具１を被削材Ｗから一旦離間させて切屑を分断していたのに対し、この第２の実施形態では、複数回の旋削工程において、各旋削工程の終了時に旋削工具１の送りを一旦停止して被削材Ｗに軸線Ｏを中心とした円周溝Ｃを形成することにより、切屑を分断することを特徴としている。なお、これら図９ないし図１６において、第１の実施形態と共通する部分については同一の符号を配して説明を省略する。

この第２の実施形態においても、第１の旋削工程では、図９に示すように送り方向Ｆと反対側の端面Ｓ２から旋削工具１の刃先５を被削材Ｗの外周面Ｓ１に切り込ませ、送り方向Ｆに向けて仕上げ旋削よりも大きな一定の送り量で旋削工具１を送り出すことにより、図１０に示すように第１の凹溝Ｇ１を形成する。そして、所定の溝長さの第１の凹溝Ｇ１が形成されたなら、図１１に示すように旋削工具１の送りを一旦停止することにより、外周面Ｓ１に軸線Ｏを中心とした第１の円周溝Ｃ１を形成する。従って、旋削工具１の送りを停止したところで被削材Ｗが一周して第１の円周溝Ｃ１が形成された時点で、第１の凹溝Ｇ１および第１の円周溝Ｃ１の形成により生成された切屑が分断される。

こうして第１の円周溝Ｃ１が形成されて切屑が分断されたなら、図１２に示すように停止していた旋削工具１の送りを再開して第２の旋削工程を開始し、図１３に示すように第１の円周溝Ｃ１から第２の凹溝Ｇ２を形成する。なお、この第２の実施形態において、第２の凹溝Ｇ２は、第１の凹溝Ｇ１と連続した螺旋上に位置していてもよく、また不連続であってもよい。そして、所定の溝長さの第２の凹溝Ｇ２が形成されたところで、図１４に示すように再び旋削工具１の送りを停止して第２の円周溝Ｃ２を形成し、第２の凹溝Ｇ２および第２の円周溝Ｃ２の形成によって生成された切屑を分断する。

以下、同様に、図１５に示すように旋削工具１の送りを再開して図１６に示すように第３の旋削工程により第３の凹溝Ｇ３を形成し、次いで送りを停止して図示されない第３の円周溝を形成し、切屑を分断するといった工程を繰り返すことにより、所定の溝長さの凹溝Ｇを予め形成する。さらに、こうして予め凹溝Ｇが形成されたなら、旋削工具１または仕上げ用旋削工具によって第１の実施形態と同様に凹溝Ｇで切屑を分断しながら外周面Ｓ１を仕上げ旋削して所定の外径に仕上げる。

このように、第２の実施形態のプリグルーブ切削方法においても、外周面Ｓ１を仕上げ旋削するときは勿論、仕上げ旋削の際の切屑分断のための凹溝Ｇを外周面Ｓ１に形成するときにも、切屑が長く延びて旋削工具１や被削材Ｗに絡まることにより切削加工に支障を来すような事態を避けることができる。

また、この第２の実施形態においては、凹溝Ｇを形成する際の切屑を分断するのに、旋削工具１の送りを一旦停止することにより、被削材Ｗに軸線Ｏを中心とした円周溝Ｃを形成しており、この円周溝Ｃから次の旋削工程を行うことができる。このため、第１の実施形態のように各旋削工程ごとに旋削工具１を被削材Ｗから一旦離間させ、次いで第１の凹溝Ｇ１の始端まで刃先５を戻してから先の旋削工程によって形成された凹溝Ｇに倣って２回目以降の旋削工程を行う場合に比べ、旋削工具１の送りや切り込みの制御が比較的容易であるとともに短時間で凹溝Ｇを形成することができるという利点を有している。ただし、この第２の実施形態では、円周溝Ｃ１、Ｃ２付近の仕上げ旋削において切屑を分断し難くなる場合があり、この点では凹溝Ｇだけが連続することになる第１の実施形態の方が有利である。

なお、上記第１、第２の実施形態では、被削材Ｗの外周面Ｓ１に凹溝Ｇを形成する場合について説明したが、例えば円筒状の被削材Ｗの内周面にプリグルーブ切削を行う場合に本発明を適用してもよい。また、このような被削材Ｗの周面の旋削を行う場合以外に、例えば図１７に示す本発明の第３の実施形態のように、円柱状の被削材Ｗの端面Ｓ２に旋削加工を行う場合に本発明を適用することも可能である。

すなわち、この第３の実施形態においては、軸線Ｏ回りに回転方向Ｔに回転させられる円柱状の被削材Ｗの軸線Ｏ方向を向く端面Ｓ２にプリグルーブ切削を行うのに先立って、この端面Ｓ２に図１７（ｂ）に示すような軸線Ｏを中心とした渦巻き状の凹溝Ｇを予め形成する際に、この凹溝Ｇを、その溝長さ方向に複数回の旋削工程に分けて形成している。上記軸線Ｏに対する径方向に隣接する凹溝Ｇ間のピッチＰは、仕上げ用旋削工具の送り量よりも大きく設定されている。

このような凹溝Ｇを予め形成するには、例えば図１７（ａ）に示すように旋削工具１を被削材Ｗの外周面Ｓ１から端面Ｓ２に切り込ませて、仕上げ旋削よりも大きな送り量で半径方向内周側に向かう送り方向Ｆに送り出せばよく、このとき上述した第１の実施形態と同様に複数回の旋削工程において、各旋削工程の終了時に旋削工具１を被削材Ｗから一旦離間させることにより、切屑を短く分断して生成することができる。また、図示は略するが、第２の実施形態と同様に各旋削工程の終了時に旋削工具１の送りを一旦停止して被削材Ｗに軸線Ｏを中心とした円周溝を形成することによっても、短い切屑を生成することができる。

なお、これら第１ないし第３の実施形態では、凹溝Ｇを形成する旋削工具１として刃先交換式のバイトを用いているが、むくのバイトやロウ付け式のバイトを用いることも勿論可能である。また、第１、第２の実施形態のような周面旋削や第３の実施形態のような端面旋削の他に、これらが組み合わされたような倣い旋削に本発明を適用することも可能である。さらに、第１ないし第３の実施形態では被削材Ｗの外周面Ｓ１や端面Ｓ２に１条の凹溝Ｇを形成しているが、複数条の凹溝Ｇを間隔をあけて形成するようにして、仕上げ旋削において切屑を一層短く分断するようにしてもよい。

１ 旋削工具
５ 刃先
Ｗ 被削材
Ｓ１ 被削材Ｗの外周面
Ｓ２ 被削材Ｗの端面
Ｏ 被削材Ｗの軸線
Ｔ 被削材Ｗの回転方向
Ｇ（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３） 凹溝
Ｆ 旋削工具１の送り方向
Ｃ（Ｃ１、Ｃ２） 円周溝

Claims (4)

1. 軸線回りに回転させられる被削材の周面または端面に上記軸線回りに捩れる螺旋状または渦巻き状の凹溝を旋削工具によって予め形成した後、上記凹溝を形成した上記被削材の周面または端面を旋削加工するプリグルーブ切削方法であって、上記凹溝を、その溝長さ方向に複数回の旋削工程に分けて形成することを特徴とするプリグルーブ切削方法。
2. 上記複数回の旋削工程においては、各旋削工程の終了時に上記旋削工具を上記被削材から一旦離間させることを特徴とする請求項１に記載のプリグルーブ切削方法。
3. 上記複数回の旋削工程のうち２回目以降の旋削工程においては、先の旋削工程において形成された上記凹溝に倣って上記旋削工具の刃先を送り出した後に上記被削材に切り込ませることを特徴とする請求項２に記載のプリグルーブ切削方法。
4. 上記複数回の旋削工程においては、各旋削工程の終了時に上記旋削工具の送りを一旦停止して上記被削材に上記軸線を中心とした円周溝を形成することを特徴とする請求項１に記載のプリグルーブ切削方法。

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