JP2017013158A

JP2017013158A - 切削装置、切削方法及び環状工具

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Publication number: JP2017013158A
Application number: JP2015130856A
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Inventors: 将司堀田; Shoji Hotta; 孝幸東; Takayuki Azuma
Original assignee: JTEKT Corp
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Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2017-01-19
Anticipated expiration: 2035-06-30
Also published as: JP6565380B2

Abstract

【課題】加工時間の短縮化及び工具寿命の向上を図れる切削装置、切削方法及び環状工具を提供すること。【解決手段】切削装置（１）は、環状の先頭刃（９１Ａ）及び先頭刃（９１Ａ）より工具先端側に設けられる後続刃（９１Ｂ，９１Ｃ）を有する環状工具（９０）を備える。そして、制御装置（１００）は、工具主軸（７１）及び工作物保持台（９）を、先頭刃（９１Ａ）の外周面がすくい面（９１Ａｂ）となり、先頭刃（９１Ａ）の端面が逃げ面（９１Ａｃ）となる相対位置関係に配置し、先頭刃（９１Ａ）で工作物（Ｗ）の加工を行いながら、先頭刃（９１Ａ）で加工された箇所を後続刃（９１Ｂ，９１Ｃ）で加工を行う。【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、切削装置、切削方法及び環状工具に関する。

切削装置では、バイト等の切削工具でチタン合金やインコネル等の難削材でなる工作物を切削加工すると、切削工具の切れ刃は工作物と大きな切削抵抗力で長時間接触することになるので、切れ刃の接触部分に高温の切削熱が発生し易く、工具寿命が低下するおそれがある。

そこで、例えば、特許文献１には、回転可能な丸駒形状の切削工具の回転軸を切削方向と平行に配置し、切削工具を回転させながら工作物を切削加工するロータリー切削方法が提案されている。このロータリー切削方法では、切削工具が回転しているので、切れ刃に発生する切削熱は全周に分散されることになり、工具寿命を向上できる。

特開２０１１−１６１６２８号公報

一般的に、難削材でなる工作物を切削加工するときの切り込み量は、難削材以外の工作物を切削加工するときの切り込み量よりも小さくする必要があり、上述のロータリー切削方法においても同様である。このため、難削材でなる工作物の加工時間は、長時間になる傾向にある。難削材でなる工作物の加工時間を短縮するには、切り込み量を大きくすればよいが、切れ刃の摩耗は激しくなり、工具寿命が低下する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、加工時間の短縮化及び工具寿命の向上を図れる切削装置、切削方法及び環状工具を提供することを目的とする。

（切削装置）
本発明の切削装置は、環状の先頭刃及び前記先頭刃より工具先端側に設けられる１つ以上の後続刃を有する環状工具と、前記環状工具を取り付け、前記環状工具を当該環状工具の軸線回りに回転させる工具主軸と、工作物を保持する工作物保持台と、前記工具主軸と前記工作物保持台との相対位置及び前記工具主軸の回転を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記工具主軸及び前記工作物保持台を、前記先頭刃の外周面がすくい面となり、前記先頭刃の端面が逃げ面となる相対位置関係に配置し、前記先頭刃で前記工作物の加工を行いながら、前記先頭刃で加工された箇所を前記後続刃で加工を行う。

この環状工具による切削加工では、先頭刃で加工した工作物の加工箇所を加工しながら後続刃で加工を行うので、１回の環状工具の送りでの切り込み量は、１回の従来の工具の送りでの切り込み量よりも多くなり、加工時間の短縮化を図れる。また、従来の工具で加工した切り込み量と同一の切り込み量を環状工具で加工した場合、１つの刃に作用する力を低減でき、工具寿命を向上できる。

（切削方法）
本発明の切削方法は、環状の先頭刃及び前記先頭刃より工具先端側に設けられる１つ以上の後続刃を有する環状工具と、前記環状工具を取り付け、前記環状工具を当該環状工具の軸線回りに回転させる工具主軸と、工作物を保持する工作物保持台と、を備える切削装置の切削方法であって、前記工具主軸及び前記工作物保持台を、前記先頭刃の外周面がすくい面となり、前記先頭刃の端面が逃げ面となる相対位置関係に配置する配置工程と、前記先頭刃で前記工作物の加工を行いながら、前記先頭刃で加工された箇所を前記後続刃で加工を行う加工工程と、を備える。本発明の切削方法によれば、上述した切削装置における効果と同様の効果を奏する。

（環状工具）
本発明の環状工具は、外周面がすくい面となり、端面が逃げ面となる環状の先頭刃及び前記先頭刃より工具先端側に設けられる１つ以上の後続刃を有し、前記先頭刃で工作物の加工を行いながら、前記先頭刃で加工された箇所を前記後続刃で加工を行う。本実施形態の環状工具では、先頭刃で加工した工作物の加工箇所を加工しながら後続刃で加工を行うので、１回の環状工具の送りでの切り込み量は、１回の従来の工具の送りでの切り込み量よりも多くなり、加工時間の短縮化を図れる。また、従来の工具で加工した切り込み量と同一の切り込み量を環状工具で加工した場合、１つの刃に作用する力を低減でき、工具寿命を向上できる。

本発明の実施の形態に係る切削装置の全体構成を示す図である。図１の切削装置に用いられる第１形態の環状工具を工具軸方向から見た図である。図２Ａの環状工具を工具軸に直角な方向から見た図である。環状工具を用いた切削加工方法を説明するためのフローチャートである。環状工具を用いた切削加工状態を工具軸方向から見た図である。図４Ａの切削加工状態を工具軸に直角な方向から見た図である。図４Ｂの環状工具の切れ刃付近の拡大図である。切れ刃に刃先処理を施した環状工具を工具軸に直角な方向から見た拡大図である。切れ刃に別の刃先処理を施した環状工具を工具軸に直角な方向から見た拡大図である。チップブレーカを設けた環状工具を工具軸に直角な方向から見た図である。別のチップブレーカを設けた環状工具を工具軸方向から見た図である。図１の切削装置に用いられる第２形態の環状工具を工具軸に直角な方向から見た図である。図８Ａの環状工具での切削加工状態を工具軸に直角な方向から見た図である。図１の切削装置に用いられる第３形態の環状工具を工具軸に直角な方向から見た図である。第１形態の環状工具によるプランジ方向の切削状態を工具軸に直角な方向から見た図である。第１形態の環状工具によるトラバース方向の切削状態を工具軸に直角な方向から見た図である。

（１．切削装置の機械構成）
切削装置の一例として、５軸立形マシニングセンタを例に挙げ、図１を参照して説明する。つまり、当該切削装置１は駆動軸として、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）及び２つの回転軸（Ａ軸、Ｃ軸）を有する機械である。
図１に示すように、切削装置１は、ベッド２と、送りテーブル３と、コラム４と、スライダ５と、主軸ヘッド６と、工具主軸７と、チルトテーブル８と、ターンテーブル９（本発明の「工作物保持台」に相当）と、自動工具交換装置３０と、制御装置１００等とを備える。

ベッド２は、矩形板状に形成され床上に配置される。ベッド２上には、テーブル３及び自動工具交換装置３０が配設される。ベッド２の後方側には、コラム４が立設される。
送りテーブル３は、ベッド２上に配設される前後方向（Ｙ軸線方向）に延びるガイド部材３１にＹ軸線方向にスライド可能に設けられる。送りテーブル３をＹ軸線方向にスライドさせるボールネジ機構３２を有する送りテーブル用モータ３３は、ガイド部材３１に備えられる。
コラム４は、門形状に形成され、コラム４の上部材４１には、スライダ５が配設される。

スライダ５は、コラム４の上部材４１の前面に形成される案内面４１ａに沿って左右方向（Ｘ軸線方向）に移動可能に設けられる。スライダ５をＸ軸線方向に移動させるボールネジ機構５１を有するスライダ用モータ５２は、コラム４の上部材４１に備えられる。
主軸ヘッド６は、スライダ５の前面に形成される案内面５ａに沿って上下方向（Ｚ軸線方向）に移動可能に設けられる。主軸ヘッド６をＺ軸線方向に移動させるボールネジ機構６１を有する主軸ヘッド用モータ６２は、スライダ５に備えられる。

工具主軸７は、主軸ヘッド６にＺ軸線方向に延在し、且つＺ軸線回りで回転可能に支持される。工具主軸７をＺ軸線回りで回転させるギヤ機構７１を有する主軸用モータ７２は、主軸ヘッド６に内蔵される。工具主軸７の下端には、工具ホルダ７３が取り付けられ、工具ホルダ７３には、工作物Ｗを切削加工する環状工具９０（１９０，２９０）が着脱可能に装着される。つまり、環状工具９０（１９０，２９０）は、主軸ヘッド６に対して、Ｚ軸線回りに回転可能に取り付けられる。

チルトテーブル８は、クレードル状に形成され、送りテーブル３に対してＹ軸線と平行なＡ軸線回りに回転（揺動）可能なように、一対のチルトテーブル支持部８１に支持される。チルトテーブル８の上面には、ターンテーブル９が配設される。チルトテーブル８をＡ軸線回りに回転（揺動）駆動するチルトテーブル用モータ８２は、一方のチルトテーブル支持部８１に備えられる。

ターンテーブル９は、円板状に形成され、チルトテーブル８に対してＺ軸線と平行なＣ軸線回りに回転可能なように、チルトテーブル８に支持される。ターンテーブル９をＣ軸線回りに回転駆動するターンテーブル用モータ９９は、チルトテーブル８に備えられる。ターンテーブル９上には、工作物Ｗが載置固定される。
自動工具交換装置３０には、図略の複数種の環状工具９０が備えられる。そして、自動工具交換装置３０は、工具主軸７との間で環状工具９０（１９０，２９０）を自動的に交換可能に構成される。

制御装置１００は、送りテーブル移動制御部１０１と、スライダ移動制御部１０２と、ヘッド移動制御部１０３と、主軸回転制御部１０４と、チルトテーブル回転制御部１０５と、ターンテーブル回転制御部１０６等とを備える。ここで、各部１０１〜１０６は、それぞれ個別のハードウエアにより構成することもできるし、ソフトウエアによりそれぞれ実現する構成とすることもできる。

送りテーブル移動制御部１０１は、送りテーブル用モータ３３の回転駆動を制御して送りテーブル３をガイド部材３１に沿ってＹ軸線方向に往復移動させる。
スライダ移動制御部１０２は、スライダ用モータ５２の回転駆動を制御してスライダ５を案内面４１ａに沿ってＸ軸線方向に往復移動させる。
ヘッド移動制御部１０３は、主軸ヘッド用モータ６２の回転駆動を制御して主軸ヘッド６を案内面５ａに沿ってＺ軸線方向に往復移動させる。

主軸回転制御部１０４は、主軸用モータ７２の回転駆動を制御して工具主軸７をＺ軸線回りで回転駆動させる。
チルトテーブル回転制御部１０５は、チルトテーブル用モータ８２の回転駆動を制御してチルトテーブル８をＡ軸線回りで所定角度だけ回転（揺動）駆動させる。
ターンテーブル回転制御部１０６は、ターンテーブル用モータ９９の回転駆動を制御してターンテーブル９をＣ軸線回りで回転駆動もしくは所定角度だけ回転駆動させる。

制御装置１００は、例えば、直方体状の工作物Ｗの平坦な面を切削加工する場合、チルトテーブル用モータ８２を駆動制御して工作物Ｗを所定角度に傾斜させ、主軸用モータ７２を駆動制御して、環状工具９０を回転させ、送りテーブル用モータ３３、スライダ用モータ５２及び主軸ヘッド用モータ６２を駆動制御して、環状工具９０（１９０，２９０）と工作物ＷとをＸ軸線方向、Ｙ軸線方向及びＺ軸線方向に相対移動することにより、環状工具９０（１９０，２９０）を工作物Ｗの例えば平坦な上面に切り込ませて工作物Ｗの上面の切削加工を行う。

（２．第１の形態の環状工具の形状）
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、第１形態の環状工具９０は、工具軸線Ｒｔと同軸上で工具軸線Ｒｔ方向に異なる位置に設けられる３つの直円錐台状の工具本体９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃと、工具本体９１Ａの小径端面９１Ａａから延びる円柱状の工具軸９２とで構成される。３つの工具本体９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃは、この順で環状工具９０の工具根本（工具軸９２側）から工具先端に向かって並べて設けられる。第１形態の環状工具９０では、工具本体９１Ａは、先頭刃に相当し、工具本体９１Ｂ及び工具本体９１Ｃは、後続刃に相当する。

各工具本体９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃの外周面は、直円錐面状のすくい面９１Ａｂ，９１Ｂｂ，９１Ｃｂとして形成され、各工具本体９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃの大径端面は、平坦な逃げ面９１Ａｃ，９１Ｂｃ，９１Ｃｃとして形成される。工具本体９１Ｂの根元側の小径端面９１Ｂａは、工具本体９１Ａの逃げ面９１Ａｃと密接するように設けられ、工具本体９１Ｃの根元側の小径端面９１Ｃａは、工具本体９１Ｂの逃げ面９１Ｂｃと密接するように設けられる。そして、工具本体９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃ及び工具軸９２は、一体物で形成される。

各工具本体９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃのすくい面９１Ａｂ，９１Ｂｂ，９１Ｃｂと逃げ面９１Ａｃ，９１Ｂｃ，９１Ｃｃとの成す稜線は、連続した円形状、すなわち途中で分断されていない円形状の切れ刃９１Ａｒ，９１Ｂｒ，９１Ｃｒとして形成される。切れ刃９１Ａｒ，９１Ｂｒ，９１Ｃｒの径ｄａ，ｄｂ，ｄｃは、工具先端に向かうに従って小径となるように、すなわち切れ刃９１Ａｒの径ｄａが最も大径に形成され、切れ刃９１Ｃｒの径ｄｃが最も小径に形成され、切れ刃９１Ｂｒの径ｄｂが中間の径に形成される。

工具軸線Ｒｔに対し直角な方向から見たときの各工具本体９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃのすくい面９１Ａｂ，９１Ｂｂ，９１Ｃｂと逃げ面９１Ａｃ，９１Ｂｃ，９１Ｃｃとの成す刃先角αは、同一角度に形成される。この刃先角αは、切れ刃９１Ａｒ，９１Ｂｒ，９１Ｃｒの強度を保持するため、４５度以上、好ましくは７０度から８０度で形成される。図５に示すように、環状工具９０は、直方体状の工作物Ｗの平坦な上面ＷｓをＧ方向に切削加工するとき、各切れ刃９１Ａｒ，９１Ｂｒ，９１Ｃｒのすくい角φ、すなわち工具軸Ｒｔに直角な方向から見たすくい面９１Ａｂ，９１Ｂｂ，９１Ｃｂと上面Ｗｓに垂直な直線Ｌｔとの成す角φが正の同一の角度となるように形成される。

そして、図５に示すように、環状工具９０の各切れ刃９１Ａｒ，９１Ｂｒ，９１Ｃｒのうち、工作物Ｗの上面Ｗｓに最初に切り込んでいく切れ刃９１Ａｒは荒加工刃として形成され、次に切り込んでいく切れ刃９１Ｂｒは中仕上げ加工刃として形成され、最後に切り込んでいく切れ刃９１Ｃｒは仕上げ加工刃として形成される。すなわち、切れ刃９１Ａｒが切り込み量ｔａで切り込んだ箇所を切れ刃９１Ｂｒが切り込み量ｔｂ（≦ｔａ）で切り込み、切れ刃９１Ｂｒが切り込んだ箇所を切れ刃９１Ｃｒが切り込み量ｔｃ（≦ｔｂ）で切り込むように形成される。

荒加工刃の切れ刃９１Ａｒは、切り込み量ｔａが他の切り込み量ｔｂ，ｔｃより多いため、高耐熱性及び高耐久性が要求され、仕上げ加工刃の切れ刃９１Ｃｒは、加工精度を高めるため、高切削性が要求され、中仕上げ加工刃の切れ刃９１Ｂｒは、中間の耐熱性、耐久性及び切削性が要求される。よって、切れ刃９１Ａｒ，９１Ｂｒ，９１Ｃｒは、工具先端に向かうに従って高硬度の刃となるように形成されることが望ましい。例えば、切れ刃９１Ｃｒは、ダイヤモンド工具とし、切れ刃９１Ａｒ，９１Ｂｒは、セラミック工具とする。

さらに、荒加工刃の切れ刃９１Ａｒの刃先形状と中仕上げ加工刃の切れ刃９１Ｂｒ及び仕上げ加工刃の切れ刃９１Ｃｒの刃先形状が異なるように形成されることが望ましい。例えば、切れ刃９１Ｂｒ，９１Ｃｒは、シャープエッジ、すなわち刃先が鋭角に尖った形状に形成され、切れ刃９１Ａｒは、刃先処理、すなわち図６Ａに示すＲ形状もしくは図６Ｂに示すＣ面取り形状に形成される。なお、切れ刃９１Ａｒは、上述のように最も大径に形成されているため、回転による冷却効果が高く、荒加工刃に適している。

以上のような形状の環状工具９０は、３つの切れ刃９１Ａｒ，９１Ｂｒ，９１Ｃｒを備えているため、１回の環状工具９０の送りでの切り込み量が多くなり、加工時間の短縮化を図れる。また、従来の工具で加工した切り込み量と同一の切り込み量を環状工具９０で加工した場合、１つの切れ刃９１Ａｒ又は９１Ｂｒ又は９１Ｃｒに作用する力を低減でき、工具寿命を向上できる。また、３つの切れ刃９１Ａｒ，９１Ｂｒ，９１Ｃｒが荒加工刃、中仕上げ加工刃、仕上げ加工刃にできるので、１回の環状工具９０の送りでの加工面精度の向上を図れる。

また、環状工具９０の工具本体９１Ｃの外周面の周速度、例えば切れ刃９１Ｃｒの周速度と、工作物Ｗと切れ刃９１Ｃｒとの接触点（切削点）の移動速度との速度比を＋１．０（周速度≧移動速度）とし、工具本体９１Ｂ、工具本体９１Ａの順で速度比を上昇させた場合は以下の効果が得られる。すなわち、切れ刃９１Ｃｒでは仕上げ精度を向上でき、切れ刃９１Ｂｒ及び９１Ａｒでは切屑が工具本体９１Ｂ及び工具本体９１Ａの各外周面に引っ張られて分断されるので、切屑の排出効果を高められる。また、工具本体９１Ａの上記速度比を１．０とし、工具本体９１Ｂ、工具本体９１Ｃの順で速度比を下降させた場合は、切れ刃９１Ａｒ、切れ刃９１Ｂｒ、切れ刃９１Ｃｒの順で摩耗を抑えられる。なお、工具本体９１Ｂの上記速度比を１．０とした場合は、平均化された上記効果が得られる。

なお、工具本体９１Ｃの速度比を＋１．０とした場合、切屑の排出効果が得られ難いが、すくい面９１Ｃｂにチップブレーカを設けることで切屑の排出効果が得られる。具体的には、図７Ａに示すように、すくい面９１Ｃｂの高さ方向の中央付近に環状の溝９１Ｃｄを設けることで、また、図７Ｂに示すように、すくい面９１Ｃｂの高さ方向に延びる環状の溝９１Ｃｅをすくい面９１Ｃｂの周方向に９０度間隔で設けることで、溝９１Ｃｄ，９１Ｃｅ部分で切屑が分断されるので、切屑の排出効果が得られる。なお、溝９１Ｃｄ，９１Ｃｅの形成本数は、任意の数でよい。

（３．環状工具を用いた切削加工方法）
次に、環状工具９０を用いた切削方法を、図３のフローチャート及び図４Ａ，Ｂの切削加工状態図を参照して直方体状の工作物Ｗの平坦な上面Ｗｓを切削加工する場合について説明する。なお、初期状態においては、チルトテーブル８は、Ｃ軸線とＺ軸線が平行になるように位置決めされているとする。

先ず、制御装置１００は、チルトテーブル８をＡ軸線回りで回転（揺動）させ、工作物Ｗの上面Ｗｓを傾斜させる（図３のステップＳ１）。具体的には、図４Ａ，Ｂに示すように、チルトテーブル回転制御部１０５は、チルトテーブル用モータ８２の回転駆動を制御してチルトテーブル８をＡ軸線回りで９０度−θ度回転（揺動）駆動させる。ここで、θは、刃先角αとすくい角φとの差である。

そして、制御装置１００は、環状工具９０を回転させる（図３のステップＳ２）。具体的には、図４Ａ，Ｂに示すように、主軸回転制御部１０４は、主軸用モータ７２の回転駆動を制御して工具主軸７を環状工具９０とともに回転軸線Ｒｔ回りで回転方向ｒｔに回転駆動させる。

そして、制御装置１００は、工作物Ｗの上面Ｗｓの切削点Ｐｔａ，Ｐｔｂ，Ｐｔｃに環状工具９０の切れ刃９１Ａｒ，９１Ｂｒ，９１Ｃｒをそれぞれ位置決めする（図３のステップＳ３）。具体的には、図４Ａ，Ｂに示すように、送りテーブル移動制御部１０１は、送りテーブル用モータ３３の回転駆動を制御して送りテーブル３をガイド部材３１に沿ってＹ軸線方向に移動させ、スライダ移動制御部１０２は、スライダ用モータ５２の回転駆動を制御してスライダ５を案内面４１ａに沿ってＸ軸線方向に移動させ、ヘッド移動制御部１０３は、主軸ヘッド用モータ６２の回転駆動を制御して主軸ヘッド６を案内面５ａに沿ってＺ軸線方向に移動させることで、工作物Ｗの外周面Ｗｓの切削点Ｐｔａ，Ｐｔｂ，Ｐｔｃに環状工具９０の切れ刃９１Ａｒ，９１Ｂｒ，９１Ｃｒをそれぞれ位置決めする。

そして、制御装置１００は、環状工具９０及び工作物Ｗを相対移動させて工作物Ｗの上面Ｗｓを切削加工する（図３のステップＳ４）。具体的には、図４Ａ，Ｂに示すように、送りテーブル移動制御部１０１は、送りテーブル用モータ３３の回転駆動を制御して送りテーブル３をガイド部材３１に沿ってＹ軸線方向に移動させ、スライダ移動制御部１０２は、スライダ用モータ５２の回転駆動を制御してスライダ５を案内面４１ａに沿ってＸ軸線方向に移動させ、ヘッド移動制御部１０３は、主軸ヘッド用モータ６２の回転駆動を制御して主軸ヘッド６を案内面５ａに沿ってＺ軸線方向に移動させることで、環状工具９０及び工作物ＷをＸ軸線方向、Ｙ軸線方向及びＺ軸線方向に移動させて工作物Ｗの上面ＷｓをＧ方向に切削加工する。

このとき、環状工具９０は、図５に示すように、切れ刃９１Ａｒが切り込み量ｔａで切り込んだ箇所を切れ刃９１Ｂｒが切り込み量ｔｂ（≦ｔａ）で切り込み、切れ刃９１Ｂｒが切り込んだ箇所を切れ刃９１Ｃｒが切り込み量ｔｃ（≦ｔｂ）で切り込む。よって、工作物Ｗの上面Ｗｓは、１回の環状工具９０の送りで荒加工、中仕上げ加工及び仕上げ加工が施される。また、環状工具９０は、工具本体９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃの工具外周面をすくい面９１Ａｂ，９１Ｂｂ，９１Ｃｂが回転しながら工作物Ｗの外周面Ｗｓに対し切り込んでいく引き切り作用を示す。このため、引き切り作用により切削抵抗力を低減して切れ刃９１Ａｒ，９１Ｂｒ，９１Ｃｒの温度を低減できるので、環状工具９０の工具寿命の向上を図れる。よって、工作物Ｗが、切れ刃９１Ａｒ，９１Ｂｒ，９１Ｃｒの温度が問題となるチタン合金やインコネル等の難切削材で形成されていても、環状工具９０を用いた切削加工ではより高能率な切削が可能となる。

そして、制御装置１００は、切削加工が完了したか否かを判断し（図３のステップＳ５）、切削加工が完了していないと判断したときは切削加工を継続する。一方、切削加工が完了したと判断したときは次工作物Ｗの有無を判断し（図３のステップＳ６）、次工作物Ｗが有ると判断したときは現工作物Ｗを次工作物Ｗと交換し（図５のステップＳ７）、ステップＳ１に戻って上述の処理を繰り返す。一方、次工作物Ｗが無いと判断したときは環状工具９０の回転を停止し（図５のステップＳ８）、全ての処理を終了する。

（４．第２の形態の環状工具の形状）
第１の形態の環状工具９０は、工作物Ｗの平坦な上面Ｗｓを切削加工するとき、各切れ刃９１Ａｒ，９１Ｂｒ，９１Ｃｒのすくい角φが正の同一の角度となるように形成したが、すくい角が負となる切れ刃を形成した環状工具としてもよい。例えば、図８Ａに示すように、環状工具１９０は、工具軸線Ｒｔと同軸上で工具軸線Ｒｔ方向に異なる位置に設けられる２つの直円錐台状の工具本体９１Ｄ，９１Ｅと、工具本体９１Ｄの小径端面９１Ｄａから延びる円柱状の工具軸９２とで構成される。２つの工具本体９１Ｄ，９１Ｅは、この順で環状工具１９０の工具根本（工具軸９２側）から工具先端に向かって並べて設けられる。第２形態の環状工具１９０では、工具本体９１Ｄは、先頭刃に相当し、工具本体９１Ｅは、後続刃に相当する。

各工具本体９１Ｄ，９１Ｅの外周面は、直円錐面状のすくい面９１Ｄｂ，９１Ｅｂとして形成され、各工具本体９１Ｄ，９１Ｅの大径端面は、平坦な逃げ面９１Ｄｃ，９１Ｅｃとして形成される。工具本体９１Ｅの根元側の小径端面９１Ｅａは、工具本体９１Ｄの逃げ面９１Ｄｃと密接するように設けられる。そして、工具本体９１Ｄ，９１Ｅ及び工具軸９２は、一体物で形成される。各工具本体９１Ｄ，９１Ｅのすくい面９１Ｄｂ，９１Ｅｂと逃げ面９１Ｄｃ，９１Ｅｃとの成す稜線は、連続した円形状、すなわち途中で分断されていない円形状の切れ刃９１Ｄｒ，９１Ｅｒとして形成される。切れ刃９１Ｄｒ，９１Ｅｒの径ｄｄ，ｄｅは、工具先端に向かうに従って小径となるように形成される。

工具軸線Ｒｔに対し直角な方向から見たときの工具本体９１Ｄのすくい面９１Ｄｂと逃げ面９１Ｄｃとの成す刃先角αｄは、工具本体９１Ｅのすくい面９１Ｅｂと逃げ面９１Ｅｃとの成す刃先角αｅより大きくなるように形成される。すなわち、図８Ｂに示すように、環状工具１９０は、工作物Ｗの平坦な上面Ｗｓを切削加工するとき、切れ刃９１Ｄｒのすくい角φｄは負となり、切れ刃９１Ｅｒのすくい角φｅは正となるように形成される。これにより、切れ刃９１Ｄｒは、剛性を高められ、切れ刃９１Ｅｒは、切削性を高められる。

（５．第３の形態の環状工具の形状）
第１、第２の形態の環状工具９０，１９０は、切削刃を有する工具として形成したが、切削刃及び砥石を有する工具として形成してもよい。例えば、図９に示すように、環状工具２９０は、工具軸線Ｒｔと同軸上で工具軸線Ｒｔ方向に異なる位置に設けられる１つの直円錐台状の工具本体９１Ｆと、１つの半球形状の砥石９１Ｇと、砥石９１Ｇに接続される工具軸９２Ｆとで構成される。第３形態の環状工具２９０では、工具本体９１Ｆは、先頭刃に相当し、砥石９１Ｇは、後続刃に相当する。

工具本体９１Ｆの外周面は、直円錐面状のすくい面９１Ｆｂとして形成され、工具本体９１Ｆの大径端面は、平坦な逃げ面９１Ｆｃとして形成される。工具本体９１Ｆのすくい面９１Ｆｂと逃げ面９１Ｆｃとの成す稜線は、連続した円形状、すなわち途中で分断されていない円形状の切れ刃９１Ｆｒとして形成される。砥石９１Ｇの径は、工具本体９１Ｆの切れ刃９１Ｆｒの径よりも小径となるように形成される。

工具軸９２Ｆは、工具本体９１Ｆの中央に穿設された貫通穴９１Ｆｄに一端側が軸受９１ｂｂを介して挿入され、他端側が小径端面９１Ｆａから延びるように設けられる。砥石９１Ｇは、主軸用モータ７２により強制的に任意の速度で駆動回転し、工具本体９１Ｆは、環状工具２９０の送り方向に直角な方向の切削力と、環状工具２９０の送り方向の送り力との合成力によるつれ回りで第１工具軸９２Ｆに対し従動的に駆動回転する。この環状工具２９０では、砥石９１Ｇで超仕上げ加工が可能となるので、１回の送りでの加工面精度をさらに向上できる。

（６．その他）
なお、上述の実施形態では、第１形態の環状工具９０の工具本体９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃ及び工具軸９２は、一体物で形成する構成としたが、工具本体９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃ及び工具軸９２の一部もしくは全部を別体で設け、ボルト等により接続する構成としてもよい。第２形態の環状工具１９０の工具本体９１Ｄ，９１Ｅ及び工具軸９２も同様である。また、第１形態の環状工具９０は、３つの工具本体９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃを備える構成としたが、２つもしくは４つ以上の工具本体を備える構成としてもよい。第２形態の環状工具１９０も３つ以上の工具本体を備える構成としてもよい。

また、第１形態の環状工具９０の切れ刃９１Ａｒ，９１Ｂｒ，９１Ｃｒの径ｄａ，ｄｂ，ｄｃは、工具先端に向かうに従って小径となるように形成したが、同一径となるように形成してもよい。第２形態の環状工具１９０も同様である。また、第１形態の環状工具９０の切れ刃９１Ａｒ，９１Ｂｒ，９１Ｃｒの切り込み量ｔａ，ｔｂ，ｔｃは、切れ刃９１Ａｒ，９１Ｂｒ，９１Ｃｒの径で調整する構成としたが、工具本体９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃの工具軸線Ｒｔ方向の厚みで調整する構成、又は径及び厚みで調整する構成としてもよい。

また、環状工具９０の工具本体９１は、円錐台状に形成したが、軸直角断面が円であればよく、例えば円柱状もしくは逆円錐台状に形成してもよい。この場合の環状工具は、すくい面を正とすると逃げ面が工作物Ｗと干渉するおそれがあるため、すくい面を負とするか逃げ面となる部分を凹ませて工作物Ｗとの干渉を防止する。また、砥石９１Ｇは、半球状に形成したが、環状砥石でもよく、例えば円筒状や円錐台状等に形成してもよい。

また、上述の実施形態では、直方体状の工作物Ｗの平坦な上面Ｗｓを切削加工する場合について説明したが、円筒状の工作物ＷＷの外周面ＷＷｓを周方向に切削する場合、すなわちＸ(プランジ)方向送りでの加工も同様である。すなわち、図１０に示すように、環状工具９０の工具軸線Ｒｔと、切れ刃９１Ａｒの切削点Ｐｔａを通る接線Ｌｆとの成す角がθの状態になるようにセットする。そして、環状工具９０を工具軸線Ｒｔ回りで回転方向ｒｔに回転させるとともに、工作物Ｗを回転軸線Ｒｗ回りで回転方向ｒｗに回転させることにより、工作物ＷＷの外周面ＷＷｓをＧｐ方向に切削加工する。

また、円筒状の工作物ＷＷの外周面ＷＷｓを回転軸線Ｒｗ方向に切削する場合、すなわちＺ（トラバース）方向送りでの加工も同様である。すなわち、図１１に示すように、環状工具９０の工具軸線Ｒｔと、工作物ＷＷを回転軸線Ｒｗとの成す角がθの状態になるようにセットする。そして、環状工具９０を工具軸線Ｒｔ回りで回転方向ｒｔに回転させるとともに、工作物Ｗを回転軸線Ｒｗ回りで回転方向ｒｗに回転させ、環状工具９０Ａを工作物ＷＷの回転軸線Ｒｗに平行な方向に送ることにより、もしくは環状工具９０の送りはせずに工作物ＷＷを回転軸線Ｒｗに平行な方向に送ることにより、工作物ＷＷの外周面ＷＷｓをＧｔ方向に切削加工する。

（７．効果）
本実施形態の切削装置１は、環状の先頭刃９１Ａ，９１Ｄ，９１Ｆ及び先頭刃９１Ａ，９１Ｄ，９１Ｆより工具先端側に設けられる後続刃９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｅ，９１Ｇを有する環状工具９０，１９０，２９０と、環状工具９０，１９０，２９０を取り付け、環状工具９０，１９０，２９０を当該環状工具の軸線Ｒｔ回りに回転させる工具主軸７１と、工作物Ｗを保持する工作物保持台９と、工具主軸７１と工作物保持台９との相対位置及び工具主軸７１の回転を制御する制御装置１００と、を備える。そして、制御装置１００は、工具主軸７１及び工作物保持台９を、先頭刃９１Ａ，９１Ｄ，９１Ｆの外周面がすくい面９１Ａｂ，９１Ｄｂ，９１Ｆｂとなり、先頭刃９１Ａ，９１Ｄ，９１Ｆの端面が逃げ面９１Ａｃ，９１Ｄｃ，９１Ｆｃとなる相対位置関係に環状工具９０，１９０，２９０を配置し、先頭刃９１Ａ，９１Ｄ，９１Ｆで工作物Ｗの加工を行いながら、先頭刃９１Ａ，９１Ｄ，９１Ｆで加工された箇所を後続刃９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｅ，９１Ｇで加工を行う。

環状工具９０，１９０，２９０は、複数刃を備えているため、１回の送りでの切り込み量は、１回の従来の工具の送りでの切り込み量よりも多くなり、加工時間の短縮化を図れる。また、従来の工具で加工した切り込み量と同一の切り込み量を環状工具９０で加工した場合、各刃に作用する力を低減でき、工具寿命を向上できる。

また、先頭刃９１Ａ，９１Ｄ，９１Ｆと後続刃９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｅ，９１Ｇは、同軸上に設けられるので、各刃に作用する力を確実に低減できる。
また、環状工具９０，１９０は、工具先端に向かうに従って小径の刃となるように形成されるので、工具根本側の刃９１Ａ，９１Ｄは大径となり、回転による冷却効果が得られる。
また、環状工具９０は、工具先端側が仕上げ加工刃として形成され、工具根本側が荒加工刃として形成され、仕上げ加工刃の切り込みが荒加工刃の切り込みより小さいので、加工面精度を向上できる。

また、環状工具９０は、仕上げ加工刃と荒加工刃との間に中仕上げ加工刃が形成され、中仕上げ加工刃の切り込みが仕上げ加工刃の切り込みより大きく荒加工刃の切り込みより小さいので、各刃に作用する力をより低減でき、工具寿命をさらに向上できる。
また、環状工具９０，１９０は、工具先端に向かうに従って高硬度の刃となるように形成されるので、工具先端側の刃９１Ｃ，９１Ｅは仕上げ加工刃に適したものとなる。

また、環状工具９０は、工具先端側がシャープエッジな刃となるように形成され、工具根本側が刃先処理された刃となるように形成されるので、工具先端側の刃９１Ｃは仕上げ加工刃に適し、工具根本側の刃９１Ａは荒加工刃に適したものとなる。
また、後続刃９１Ｅは、外周面がすくい面９１Ｅｂとなる環状に形成され、環状工具１９０は、工具先端に向かうに従って環状工具１９０の軸線に直角な方向から見た外周面の成すすくい角が大きい刃（換言すると、外周面と端面との成す刃先角が小さい刃）となるように形成される。すなわち、先頭刃９１Ｄは、外周面の成すすくい角φｄを負のすくい角とし、後続刃９１Ｅは、外周面の成すすくい角φｅを正のすくい角とする（換言すると、後続刃９１Ｅの外周面と端面との成す刃先角αｅが、先頭刃９１Ｄの外周面と端面との成す刃先角αｄよりも小さい角とする）ので、切れ刃９１Ｄｒは、剛性を高められ、切れ刃９１Ｅｒは、切削性を高められる。

また、環状工具９０は、工具先端側の刃９１Ｃにチップブレーカ９１Ｃｄ又は９１Ｃｅが形成されるので、切屑が工作物Ｗ等に絡まることを防止できる。
また、環状工具２９０は、工具先端側が駆動源により強制駆動される刃９１Ｇとして形成され、工具根本側が切削力により従動駆動される刃９１Ｆとして形成されるので、刃９１Ｇとして砥石を適用できる。
また、環状工具２９０は、工具最先端に砥石９１Ｇが形成され、工具最先端以外の部分に切削刃９１Ｆが形成されるので、加工面精度をさらに向上できる。

本実施形態の切削方法は、環状の先頭刃９１Ａ，９１Ｄ，９１Ｆ及び先頭刃９１Ａ，９１Ｄ，９１Ｆより工具先端側に設けられる後続刃９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｅ，９１Ｇを有する環状工具９０，１９０，２９０と、環状工具９０，１９０，２９０を取り付け、環状工具９０，１９０，２９０を当該環状工具９０，１９０，２９０の軸線Ｒｔ回りに回転させる工具主軸７１と、工作物Ｗを保持する工作物保持台９と、を備える切削装置１の切削方法であって、工具主軸７１及び工作物保持台９を、先頭刃９１Ａ，９１Ｄ，９１Ｆの外周面がすくい面９１Ａｂ，９１Ｄｂ，９１Ｆｂとなり、先頭刃９１Ａ，９１Ｄ，９１Ｆの端面が逃げ面９１Ａｃ，９１Ｄｃ，９１Ｆｃとなる相対位置関係に配置する配置工程と、先頭刃９１Ａ，９１Ｄ，９１Ｆで工作物Ｗの加工を行いながら、先頭刃９１Ａ，９１Ｄ，９１Ｆで加工された箇所を後続刃９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｅ，９１Ｇで加工を行う加工工程と、を備える。本実施形態の切削方法によれば、上述した切削装置１における効果と同様の効果を奏する。

本実施形態の環状工具９０，１９０，２９０は、外周面がすくい面９１Ａｂ，９１Ｄｂ，９１Ｆｂとなり、端面が逃げ面９１Ａｃ，９１Ｄｃ，９１Ｆｃとなる環状の先頭刃９１Ａ，９１Ｄ，９１Ｆ及び先頭刃９１Ａ，９１Ｄ，９１Ｆより工具先端側に設けられる後続刃９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｅ，９１Ｇを有し、先頭刃９１Ａ，９１Ｄ，９１Ｆで工作物Ｗの加工を行いながら、先頭刃９１Ａ，９１Ｄ，９１Ｆで加工された箇所を後続刃９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｅ，９１Ｇで加工を行う。本実施形態の環状工具９０，１９０，２９０では、先頭刃９１Ａ，９１Ｄ，９１Ｆで加工した工作物Ｗの加工箇所を加工しながら後続刃９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｅ，９１Ｇで加工を行うので、１回の環状工具９０，１９０，２９０の送りでの切り込み量は、１回の従来の工具の送りでの切り込み量よりも多くなり、加工時間の短縮化を図れる。また、従来の工具で加工した切り込み量と同一の切り込み量を環状工具で加工した場合、１つの刃に作用する力を低減でき、工具寿命を向上できる。

１：切削装置、９：工作物保持台、７１：工具主軸、１００：制御装置、９０，１９０，２９０：環状工具、９１Ａｂ，９１Ｂｂ，９１Ｃｂ，９１Ｄｂ，９１Ｅｂ，９１Ｆｂ：すくい面、９１Ａｃ，９１Ｂｃ，９１Ｃｃ，９１Ｆｃ：逃げ面、９１Ａｒ，９１Ｂｒ，９１Ｃｒ，９１Ｄｃ，９１Ｅｃ，９１Ｄｒ，９１Ｅｒ，９１Ｆｒ：切れ刃、９１Ｇ：砥石、Ｗ，ＷＷ：工作物

Claims

環状の先頭刃及び前記先頭刃より工具先端側に設けられる１つ以上の後続刃を有する環状工具と、
前記環状工具を取り付け、前記環状工具を当該環状工具の軸線回りに回転させる工具主軸と、
工作物を保持する工作物保持台と、
前記工具主軸と前記工作物保持台との相対位置及び前記工具主軸の回転を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記工具主軸及び前記工作物保持台を、前記先頭刃の外周面がすくい面となり、前記先頭刃の端面が逃げ面となる相対位置関係に配置し、
前記先頭刃で前記工作物の加工を行いながら、前記先頭刃で加工された箇所を前記後続刃で加工を行う、切削装置。
前記先頭刃と前記後続刃は、同軸上に設けられる、請求項１に記載の切削装置。
前記環状工具は、前記工具先端に向かうに従って小径の刃となるように形成される、請求項１又は２に記載の切削装置。
前記環状工具は、前記工具先端側が仕上げ加工刃として形成され、工具根本側が荒加工刃として形成され、前記仕上げ加工刃の切り込みが前記荒加工刃の切り込みより小さい、請求項１−３の何れか一項に記載の切削装置。
前記環状工具は、前記仕上げ加工刃と前記荒加工刃との間に中仕上げ加工刃が形成され、前記中仕上げ加工刃の切り込みが前記仕上げ加工刃の切り込みより大きく前記荒加工刃の切り込みより小さい、請求項４に記載の切削装置。
前記環状工具は、前記工具先端に向かうに従って高硬度の刃となるように形成される、請求項１−５の何れか一項に記載の切削装置。
前記環状工具は、工具先端側がシャープエッジな刃となるように形成され、工具根本側が刃先処理された刃となるように形成される、請求項１−６の何れか一項に記載の切削装置。
前記後続刃は、外周面がすくい面となる環状に形成され、
前記環状工具は、前記工具先端に向かうに従って前記環状工具の軸線に直角な方向から見た前記外周面の成すすくい角が大きい刃となるように形成される、請求項１−７の何れか一項に記載の切削装置。
前記先頭刃は、外周面の成すすくい角を負のすくい角とし、
前記後続刃は、外周面の成すすくい角を正のすくい角とする、請求項８に記載の切削装置。
前記環状工具は、工具先端側の刃にチップブレーカが形成される、請求項１−９の何れか一項に記載の切削装置。
前記環状工具は、工具先端側が駆動源により強制駆動される刃として形成され、工具根本側が切削力により従動駆動される刃として形成される、請求項１−１０の何れか一項に記載の切削装置。
前記環状工具は、工具最先端に砥石が形成され、前記工具最先端以外の部分に切削刃が形成される、請求項１１に記載の切削装置。
環状の先頭刃及び前記先頭刃より工具先端側に設けられる１つ以上の後続刃を有する環状工具と、前記環状工具を取り付け、前記環状工具を当該環状工具の軸線回りに回転させる工具主軸と、工作物を保持する工作物保持台と、を備える切削装置の切削方法であって、
前記工具主軸及び前記工作物保持台を、前記先頭刃の外周面がすくい面となり、前記先頭刃の端面が逃げ面となる相対位置関係に配置する配置工程と、
前記先頭刃で前記工作物の加工を行いながら、前記先頭刃で加工された箇所を前記後続刃で加工を行う加工工程と、
を備える、切削方法。
外周面がすくい面となり、端面が逃げ面となる環状の先頭刃及び前記先頭刃より工具先端側に設けられる１つ以上の後続刃を有し、前記先頭刃で工作物の加工を行いながら、前記先頭刃で加工された箇所を前記後続刃で加工を行う、環状工具。