JP2016159372A

JP2016159372A - 球面切削加工方法

Info

Publication number: JP2016159372A
Application number: JP2015037649A
Authority: JP
Inventors: 吉文大嵩; Yoshifumi Ootaka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2016-09-05

Abstract

【課題】切れ刃の摩耗を均一化することができる球面切削加工方法を提供する。
【解決手段】回転工具により回転駆動される総型のカッター１０によって、被削材Ｗに形成されるボルト締結孔Ｂのボルト取付座Ｓを球面形状に切削加工する球面切削加工工程Ｓ１００であって、回転工具の回転軸Ｐ１をボルト締結孔Ｂの軸線Ｐ２に対して所定角度αだけ傾斜させた状態でカッター１０による切削加工を行い、所定角度αは、被削材Ｗの断面視において、切削加工されたボルト取付座Ｓの最大径の両端位置の一方Ｍ１と、切削加工されたボルト取付座Ｓとボルト締結孔Ｂとの接続部における両端位置の他方Ｍ２と、を結ぶ線分が被削材Ｗの表面に対して傾斜している角度とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、球面切削加工方法の技術に関する。

従来、被削材のボルト取付座（被削材のボルトの座面と当接する部分）を球面形状に形成する技術は公知である。ボルト取付座を球面形状に形成することによって、ボルト取付座を小型化することができる。また、従来、ボルト取付座を球面形状に形成する際には、総型（形成される球面形状と略同一形状）の切れ刃を回転させながら移動させて切削加工する切削加工方法が公知である（例えば、特許文献１）。

しかし、特許文献１に代表される従来の球面切削加工方法では、切削抵抗が大きく、切削工具の切れ刃の摩耗に偏りがあるため、加工面にてビビリが発生する場合があった。一方、切削抵抗を小さくするために切れ刃の送り速度を低下させた場合には、加工時間が増加して作業効率が低下する問題が生じるとともに、切れ刃の摩耗も早めるおそれがあった。

実開平０４−１１８９６９号公報

本発明の解決しようとする課題は、切れ刃の摩耗を均一化することができる球面切削加工方法を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、回転工具により回転駆動される総型の切れ刃によって、被削材に形成されるボルト締結孔のボルト取付座を球面形状に切削加工する球面切削加工方法であって、前記回転工具の回転軸を前記ボルト締結孔の軸線に対して所定角度だけ傾斜させた状態で前記切れ刃による切削加工を行い、前記所定角度は、前記被削材の断面視において、切削加工された前記ボルト取付座の最大径の両端位置の一方と、前記切削加工されたボルト取付座と前記ボルト締結孔との接続部における両端位置の他方と、を結ぶ線分が前記被削材の表面に対して傾斜している角度とするものである。

本発明の球面切削加工方法によれば、切れ刃の摩耗を均一化することができる。

球面切削加工装置の構成を示した側面図。所定角度αの構成を示した側面図。球面切削加工工程の流れを示した模式図。

図１を用いて、球面切削加工装置１００の構成について説明する。
なお、図１では、球面切削加工装置１００の構成を側面視にて模式的に表している。なお、図１では、カッター１０によって被削材Ｗのボルト締結孔Ｂが形成された部分にボルト取付座Ｓが切削加工された後の状態を表している。

球面切削加工装置１００は、本発明の球面切削加工方法を行うために用いる装置である。球面切削加工装置１００は、被削材Ｗに締結されるボルト（図示略）のボルト取付座Ｓを球面形状に切削加工するものである。なお、ボルト取付座Ｓとは、被削材Ｗのボルト締結孔Ｂにボルトが締結された際に、被削材Ｗにおいてボルトの座面が当接する部分である。

被削材Ｗには表面Ｆに開口するボルト締結孔Ｂが形成されており、被削材Ｗにおけるボルト締結孔Ｂが開口する部分に、球面切削加工装置１００によりボルト取付座Ｓが切削加工される。

被削材Ｗにボルト取付座Ｓが形成された状態では、ボルト取付座Ｓの底部にボルト締結孔Ｂが接続されている。また、球面状に形成されるボルト取付座Ｓは、ボルト取付座Ｓの中心がボルト締結孔Ｂの軸線Ｐ２上に位置するように形成される。

球面切削加工装置１００は、切れ刃としてのカッター１０と、ホルダー２０と、を備えている。

切れ刃としてのカッター１０は、刃部１４と、軸部１５と、を具備している。刃部１４は、先端側を半球面とする円柱形状に形成されている。刃部１４は、カッター１０の先端側に形成されている。刃部１４は、総型（形成されるボルト取付座Ｓの球面形状と略同一形状）のものである。

軸部１５は、カッター１０の基端側に形成されている。軸部１５は、略円柱形状に形成されている。軸部１５がホルダー２０の取り付け部２５に嵌合されることで、カッター１０がホルダー２０に取り付けられる。

ホルダー２０は、カッター１０を支持し、工作機械の回転工具としての回転軸３０に取り付けられるものである。ホルダー２０の基端側の軸心部には、ホルダー２０を回転軸３０に装着するための装着部が形成されている。

また、カッター１０の軸部１５が取り付けられる取り付け部２５は、ホルダー２０の先端部に形成されている。ホルダー２０を介して回転軸３０に取り付けられるカッター１０は、回転軸３０により回転駆動される。

球面切削加工装置１００では、被削材Ｗに対してボルト取付座Ｓの切削加工を行う際に、カッター１０の位置が座標値によって定義され、予め入力された座標値の情報をもとに工作機械に内蔵されたサーボモータ等が駆動されることにより、カッター１０が、回転軸３０の回転軸Ｐ１を中心として回転されながら、ボルト締結孔Ｂの軸線Ｐ２方向へ移動するものとする。

ここで、特記すべき事項として、球面切削加工装置１００では、カッター１０の回転軸Ｐ１をボルト締結孔Ｂの軸線Ｐ２に対して所定角度αだけ傾斜させた状態で、カッター１０が被削材Ｗの表面Ｆに向かって移動し、切削加工がされるものとする。

図２を用いて、所定角度αについて説明する。
なお、図２では、回転軸Ｐ１が軸線Ｐ２に対して所定角度αだけ傾斜した状態のカッター１０によりボルト取付座Ｓを切削加工している様子を側面視にて模式的に表している。また、図２では、切削加工された被削材Ｗのボルト取付座Ｓにカッター１０が嵌合している状態を表している。

本実施形態では、所定角度αは、以下のようにして決定されるものとする。
すなわち、被削材Ｗの断面視において、切削加工されたボルト取付座Ｓの球面形状の最大径の両端位置、すなわち被削材Ｗの表面Ｆにおけるボルト取付座Ｓの中心を通過する径方向の両端位置をそれぞれ位置Ｍ１・Ｍ１と定義する。

つまり、ボルト取付座Ｓの表面Ｆへの開口部分の周縁部において、ボルト取付座Ｓの中心を通過する直線と交わる２点を位置Ｍ１・Ｍ１と定義する。

また、被削材Ｗの断面視において、ボルト取付座Ｓのボルト締結孔Ｂとの接続部におけるボルト締結孔Ｂの中心を通過する径方向の両端位置をそれぞれ位置Ｍ２・Ｍ２と定義する。

つまり、ボルト締結孔Ｂのボルト取付座Ｓとの接続部分の周縁部において、ボルト締結孔Ｂの中心を通過する直線と交わる２点を位置Ｍ２・Ｍ２と定義する。

そして、一側の位置Ｍ１（紙面に向かって右側の位置Ｍ１）と、他側の位置Ｍ２（紙面に向かって左側の位置Ｍ２）と、を線分Ｌで結び、線分Ｌが被削材Ｗの表面に対して傾斜している角度を所定角度αとして決定する。

なお、所定角度αを、一側の位置Ｍ２（紙面に向かって右側の位置Ｍ２）と、他側の位置Ｍ１（紙面に向かって左側の位置Ｍ１）と、を線分Ｌで結び、線分Ｌが被削材Ｗの表面に対して傾斜している角度を所定角度αとして決定しても良い。

また、被削材Ｗの断面視において、切削加工されたボルト取付座Ｓに所定角度αだけ傾斜させたカッター１０を嵌合させた状態において、回転軸Ｐ１を先端側に延長した場合に、回転軸Ｐ１がボルト締結孔Ｂの最上部の両端位置Ｍ２−Ｍ２間を通過するように、ボルト取付座Ｓの形状及び大きさや、ボルト締結孔Ｂの径を設定することが好ましい。

上述した、回転軸Ｐ１がボルト締結孔Ｂの最上部の両端位置Ｍ２−Ｍ２間を通過する場合とは、被削材Ｗの断面視にてボルト取付座Ｓの径に対しボルト締結孔Ｂの径が比較的に大きい場合である。このとき、後述する球面切削加工工程Ｓ１００において、カッター１０の刃部１４が常に被削材Ｗとの切削位置を変えながら、被削材Ｗが加工される。

一方、ボルト締結孔Ｂの最上部の両端位置Ｍ２−Ｍ２間を回転軸Ｐ１が通過しない場合とは、被削材Ｗの断面視にてボルト取付座Ｓの径に対しボルト締結孔Ｂの径が比較的に小さい場合である。このとき、切削速度が０となる回転軸Ｐ１の位置がボルト取付座Ｓと接するため、正確なボルト取付座Ｓの形状が得られないおそれがある。

図３を用いて、球面切削加工工程Ｓ１００の流れについて説明する。
なお、図３では、球面切削加工工程Ｓ１００の流れを工程順に従って図３（Ａ）〜図３（Ｄ）の順で表している。

球面切削加工工程Ｓ１００は、本発明の球面切削加工方法の実施形態である。球面切削加工工程Ｓ１００は、球面切削加工装置１００を用いて、被削材Ｗのボルト締結孔Ｂに締結されるボルトのボルト取付座Ｓを、被削材Ｗのボルト締結孔Ｂが形成された部分に対して球面形状に切削加工する工程である。

図３（Ａ）に示すように、球面切削加工装置１００は、カッター１０の回転軸Ｐ１をボルト締結孔Ｂの軸線Ｐ２に対して所定角度αだけ傾斜させた状態で、カッター１０を回転させつつ被削材Ｗに近接するように軸線Ｐ２に沿って直線的に移動させる。なお、被削材Ｗには、予めボルト締結孔Ｂが形成されているものとする。

図３（Ｂ）に示すように、球面切削加工装置１００により、被削材Ｗに近接するように移動されたカッター１０は、回転を維持しつつ、回転軸Ｐ１をボルト締結孔Ｂの軸線Ｐ２に対して所定角度αだけ傾斜させた状態で、被削材Ｗの表面Ｆに当接する。

このとき、被削材Ｗは、ボルト締結孔Ｂの縁部の一側ＳＬと他側ＳＲから切削加工が開始される。より具体的には、一側ＳＬ（図３（Ｂ）では紙面に向かって左側）は、刃部１４の回転軸Ｐ１から略４５°傾斜した位置で切削加工される。一方、他側ＳＲは、刃部１４の回転軸Ｐ１に近い位置で加工される。

図３（Ｃ）に示すように、球面切削加工装置１００は、さらに、カッター１０の回転軸Ｐ１をボルト締結孔Ｂの軸線Ｐ２に対して所定角度αだけ傾斜させた状態で、カッター１０を回転させつつ被削材Ｗを切削する。

このとき、回転軸Ｐ１が軸線Ｐ２に対して所定角度αだけ傾斜されているために、カッター１０の刃部１４が一側ＳＬと他側ＳＲとに接触する面積（切削する面積）は、それぞれ異なるものとなる。

つまり、一側ＳＬを切削していたカッター１０の刃部１４の部分は、１８０°回転後に、一側よりも切削面積の小さい他側ＳＲを切削することになる。そのため、カッター１０の刃部１４は、発生する切削熱の上昇を抑えながら、刃部１４の摩耗（刃部１４の損傷）が均一となり、刃部１４の寿命が延長される。

図３（Ｄ）に示すように、被削材Ｗの表面の一側ＳＬ及び他側ＳＲがそれぞれ球面に加工され、ボルト取付座Ｓが全体的に球面形状に形成される。その後、球面切削加工装置１００は、カッター１０の回転軸Ｐ１をボルト締結孔Ｂの軸線Ｐ２に対して所定角度αだけ傾斜させた状態で、カッター１０を被削材Ｗから離間するように軸線Ｐ２に沿って直線的に移動させる。

なお、本実施形態では、カッター１０の回転軸Ｐ１の傾斜角度αを、一側の位置Ｍ１と、他側の位置Ｍ２とを線分Ｌで結び、線分Ｌが被削材Ｗの表面に対して傾斜している角度として決定したが、これに限るものではない。

球面切削加工工程Ｓ１００の効果について説明する。
球面切削加工工程Ｓ１００によれば、刃部１４の摩耗を均一化することができる。
すなわち、カッター１０の回転軸Ｐ１をボルト締結孔Ｂの軸線Ｐ２に対して所定角度α だけ傾斜させた状態で、カッター１０を回転させつつワークＷに向けて直線的に移動させることによって、カッター１０の刃部１４が一側ＳＬと他側ＳＲとで切削する面積をそれぞれ異なるものとし、発生する切削熱の上昇を抑えながら、刃部１４の摩耗（刃部１４の損傷）を均一とすることができる。

１０カッター
２０ホルダー
１００球面切削加工装置
Ｓ１００球面切削加工工程
Ｂボルト締結孔
Ｓボルト取付座
Ｗ被削材

Claims

回転工具により回転駆動される総型の切れ刃によって、被削材に形成されるボルト締結孔のボルト取付座を球面形状に切削加工する球面切削加工方法であって、
前記回転工具の回転軸を前記ボルト締結孔の軸線に対して所定角度だけ傾斜させた状態で前記切れ刃による切削加工を行い、
前記所定角度は、前記被削材の断面視において、切削加工された前記ボルト取付座の最大径の両端位置の一方と、前記切削加工されたボルト取付座と前記ボルト締結孔との接続部における両端位置の他方と、を結ぶ線分が前記被削材の表面に対して傾斜している角度とする、
球面切削加工方法。