JP2021154417A - 切削工具、該切削工具の工具本体、および切削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像を撮影する撮像装置を備えることのない工作機械においても、被削材の加工面等の画像を撮影することができ、工具異常等を検出する条件が限定されることのない切削工具、切削工具の工具本体、および切削方法を提供する。【解決手段】工具本体１に設けられた切刃５Ａによって被削材に切削加工を行う切削工具であって、工具本体１には、画像を撮影する撮像装置９が備えられている。工具本体１には、切刃５Ａが形成された切削インサート５が着脱可能に取り付けられるインサート取付座４が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、工具本体に設けられた切刃によって被削材に切削加工を行う切削工具、このような切削工具の工具本体、およびこのような切削工具を用いた切削方法に関するものである。

例えば、特許文献１には、切削工具によるワークの切削面（被削材の加工面）をＴＶカメラにより撮影して得られる画像を同ワークの回転軸方向に空間周波数分解する手段を有し、上記空間周波数成分の分布に基づいて切削工具の異常を検知することを特徴とする工具異常検出装置が記載されている。

特開平５−１６９３５５号公報

しかしながら、この特許文献１に記載された工具異常検出装置においては、特許文献１の図１に示されるように切削工具の工具本体とＴＶカメラとが別体となっている。このため、ＴＶカメラを備えた工作機械でなければ、被削材の加工面を撮影することができず、工具異常を検出する条件が限定されざるを得ない。

本発明は、このような背景の下になされたもので、ＴＶカメラ等の画像を撮影する撮像装置を備えることのない工作機械においても、被削材の加工面等の画像を撮影することができ、工具異常等を検出する条件が限定されることのない切削工具、該切削工具の工具本体、および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、本発明の切削工具は、工具本体に設けられた切刃によって被削材に切削加工を行う切削工具であって、上記工具本体には、画像を撮影する撮像装置が備えられていることを特徴とする。また、本発明の切削工具の工具本体は、このような切削工具の工具本体であって、上記切刃が形成された切削インサートが着脱可能に取り付けられるインサート取付座が形成されていることを特徴とする。

このように構成された切削工具、および該切削工具の工具本体においては、ＴＶカメラ等の画像を撮影する撮像装置が、切削工具の工具本体自体に備えられているので、工作機械に撮像装置が備えられていなくても被削材の加工面等の画像を撮影することができる。このため、被削材の加工面や切削工具の異常を検出するのに必要な条件が制限されるのを避けることができる。

ここで、上記撮像装置は、上述のように上記切刃によって切削加工された上記被削材の加工面を撮影するものであってもよい。この場合には、被削材の加工面の性状や加工面に発生したバリ等の発生状況を確認することができる。

なお、このように上記撮像装置が切刃によって切削加工された被削材の加工面を撮影するものである場合には、上記工具本体には、上記加工面をクリーニングするクリーニング装置が備えられていることが望ましい。これにより、加工面に湿式切削の場合の切削油剤や切屑が付着している場合でも、クリーニング装置によって除去して鮮明な加工面の画像を撮影することができる。

また、上記撮像装置は、上記切刃を撮影するものであってもよい。この場合には、切刃によって生成される切屑の生成状況や切刃の欠損、チッピング、摩耗等の損傷を確認することができる。

一方、上記工具本体は、軸線回りに回転される上記被削材の周面または端面を切削加工する旋削工具の工具本体であってもよい。特に、この場合には、上記工具本体が、上記軸線を中心として上記被削材に形成された凹部または穴部の内周面を切削加工する内径旋削工具の工具本体であれば、従来は凹部または穴部の内周面を切削加工した後に、切削工具を一旦凹部または穴部から抜き出し、しかる後に撮像装置を凹部または穴部に挿入して撮影しなければならなかったのが、凹部または穴部の内周面の切削加工と同時、あるいは切削加工後に切削工具を凹部または穴部から抜き出す際に撮影をすることができて効率的である。

また、上記工具本体には、該工具本体から上記被削材までの距離を測定する測定装置が備えられていてもよい。これにより、切刃の摩耗等による加工面の寸法変化を切削加工中に確認することができて効率的である。

さらに、上記工具本体には、上記撮像装置によって撮影された画像を画像データとして外部に送信する通信部が備えられていてもよい。これにより、このような画像データを無線によって伝達することができるので、切削工具を工作機械に着脱する際の判断が容易になる。

そして、本発明の切削方法は、このように上記工具本体に、上記撮像装置によって撮影された画像を画像データとして外部に送信する通信部が備えられた切削工具を用いた切削方法であって、第１には、上記通信部から外部に送信された上記画像データを、ネットワークを介して外部サーバに蓄積して解析することを特徴とする。

これにより、外部サーバに蓄積されて解析した画像データに基づき、必要に応じて切削条件を変更したり、切削工具や切削インサートの交換を促したりすることが可能となる。特に、上記外部サーバが、上記切削工具によって上記被削材に切削加工を行う工作機械に備えられていれば、切削条件の変更を自動で行うことが可能となる。

また、本発明の切削方法では、上記第１の切削方法と併せて、あるいは第１の切削方法とは別に、第２に、上記通信部から外部に送信された上記画像データを、切削加工を行う作業者の携帯情報端末にネットワークを介して表示することを特徴とする。この場合は、携帯情報端末に表示された画像データに基づいて、作業者が切削条件を変更したり、切削工具や切削インサートを交換したりすることができる。

以上説明したように、本発明によれば、工作機械に撮像装置が備えられていなくても、被削材の加工面等の画像を撮影することができるので、被削材の加工面や切削工具の異常を検出するのに必要な条件が制限されるのを避けることができる。

本発明の切削工具および該切削工具の工具本体の一実施形態を示す斜視図である。 図１に示す実施形態の平面図である。 図１に示す実施形態の側面図である。 図１に示す実施形態の正面図である。 図１に示す実施形態により、軸線回りに回転される被削材に形成された穴部の内周面を切削加工する場合の本発明の切削方法の一実施形態の第１工程を示す図である。 図１に示す実施形態により、軸線回りに回転される被削材に形成された穴部の内周面を切削加工する場合の本発明の切削方法の一実施形態の第２工程を示す図である。 図１に示す実施形態により、軸線回りに回転される被削材に形成された穴部の内周面を切削加工する場合の本発明の切削方法の一実施形態の第３工程を示す図である。 図１に示す実施形態により、軸線回りに回転される被削材に形成された穴部の内周面を切削加工する場合の本発明の切削方法の一実施形態の第４工程を示す図である。

図１〜図４は、本発明の切削工具および該切削工具の工具本体の一実施形態を示すものであり、図５〜図８は、この実施形態の切削工具により、軸線回りに回転される被削材に形成された凹部または穴部の内周面を切削加工する場合の本発明の切削方法の一実施形態を示すものである。本実施形態の切削工具の工具本体１は、軸線Ｏ回りに回転される被削材Ｗの周面または端面を切削加工する旋削工具の工具本体１であり、特に軸線Ｏを中心として被削材Ｗに形成された穴部Ｈの内周面を切削加工する内径旋削工具の工具本体１である。

本実施形態において、切削工具の工具本体１は、鋼材等の金属材料により形成されており、後端部（図１において右上側部分。図２および図３においては右側部分。）は工具中心線Ｃを中心とする概略円柱状のシャンク部２とされるとともに、先端部（図１において左下側部分。図２および図３においては左側部分。）は、シャンク部２の外周面から突出する切刃部３とされている。シャンク部２の周面には、上下面と切刃部３が突出した側の周面に、工具中心線Ｃに平行な面取りが施されている。

切刃部３の先端部のうち、シャンク部２の外周面から突出した突端部の上面には、この上面と、切刃部３の先端面と、突出した突端面とに開口する凹状のインサート取付座４が形成されており、このインサート取付座４には、工具本体１よりも高硬度の超硬合金等の硬質材料により形成された切削インサート５がクランプネジ６によって着脱可能に取り付けられている。すなわち、本実施形態の切削工具の工具本体１は、刃先交換式の内径旋削工具の工具本体１である。

切削インサート５は、本実施形態では正三角形の板状に形成されており、上記切刃部３の上面側に向けられるすくい面と先端側に向けられる逃げ面との交差稜線部に切刃５Ａのうちの主切刃５ａが形成されている。このような切削インサート５は、図２および図４に示すように主切刃５ａが上記中心線Ｃに対する半径方向に略延びて切刃部３の先端面から突出させるとともに、この主切刃５ａの端部に形成された切刃５Ａのうちのコーナ刃５ｂを切刃部３の突端面から突出させるようにしてインサート取付座４に取り付けられる。切刃部３の先端面は、概ね上記中心線Ｃに垂直な平面状とされている。

また、切刃部３の上面の後端側には、ブラケット７が取付ネジ８によって着脱可能に取り付けられている。このブラケット７の下面と、この下面に密着する切刃部３の上面とには、ブラケット７が取付ネジ８によって切刃部３の上面に取り付けられた状態で、切刃部３の後端側から切削インサート５の切刃のうちの上記コーナ刃５ｂに向けて延びる断面円形の取付孔３ａが形成されるように断面半円形の溝部が形成されている。

そして、このように形成される取付孔３ａには、撮像装置９が取り付けられている。本実施形態における撮像装置９は、円柱状の防水型のＣＭＯＳイメージセンサーやＣＣＤイメージセンサーよりなるカメラであり、レンズ部を切刃５Ａのうちのコーナ刃５ｂ側に向けて取付孔３ａに嵌め入れられるように取り付けられている。レンズ部の周りには複数のＬＥＤライトが配設されている。

一方、シャンク部２には、その後端面から工具本体１の先端側に向けて、後端面側で一段縮径して切刃部３の手前にまで延びる段付き孔２ａが形成されており、この段付き孔２ａの先端部は連通孔２ｂを介して上記取付孔３ａの後端部に連通している。この段付き孔２ａには、工具本体１の先端側から順に、センシングモジュール１０、本実施形態における通信部としての無線通信モジュール１１、および電源モジュール１２が挿入されて取り付けられている。

センシングモジュール１０は、連通孔２ｂに挿入されたコード１０ａによって撮像装置９と接続されており、撮像装置９から送られた画像信号を画像データとして収集する。また、無線通信モジュール１１は、センシングモジュール１０に収集された画像データを無線通信によって外部に送信する。さらに、電源モジュール１２は、これらセンシングモジュール１０や無線通信モジュール１１、撮像装置９、および後述する測定装置１３に電気を供給する。

電源モジュール１２は、切削加工時に工具本体１に生じる振動によって発電を行うピエゾ振動センサのような発電機からの電気をリチウムイオン電池のような二次電池に充電するものであってもよく、外部の電源から接触または非接触で供給された電気をこのような二次電池に充電するものであってもよく、あるいはマンガン乾電池やアルカリ乾電池のような一次電池であってもよい。

さらにまた、工具本体１の切刃部３には、工具本体１から上記被削材Ｗまでの距離を測定する測定装置１３が備えられている。この測定装置１３は、切刃部３と被削材Ｗとの工具中心線Ｃに対する径方向外側の距離を測定する第１の距離センサと、工具中心線Ｃ方向の距離を測定する第２のセンサとを備えたものであり、本実施形態では切刃部３が突出した側とは反対側の側面に配設されている。これら第１、第２のセンサは、例えば渦電流式センサや白色同軸共焦点方式の光学距離センサである。

次に、このような切削工具により、上述のように軸線Ｏを中心として被削材Ｗに形成された穴部Ｈの内周面を切削加工する場合について、図５〜図８を用いて説明する。なお、この被削材Ｗの穴部Ｈは、工具本体１の工具中心線Ｃ方向先端側への送り方向Ｆ１側に段差面Ｐを有する段付きの穴部Ｈである。

まず、図５に示すように、切刃部３を被削材Ｗ側に向けて工具中心線Ｃが軸線Ｏと平行となるように工具本体１を配設し、被削材Ｗを軸線回りに回転しながら切削インサート５の切刃５Ａの主切刃５ａの外周側とコーナ刃５ｂとが穴部Ｈの内周面に切り込まれるように工具本体１を工具中心線Ｃ方向先端側への送り方向Ｆ１に送り出し、この穴部Ｈの内周面を切削加工する。

このように穴部Ｈの内周面を切削加工して、図６に示すように、切刃５Ａの主切刃５ａおよびコーナ刃５ｂが上記段差面Ｐの位置に達するまで工具本体１が送り出されたなら、工具本体１の送りを停止する。このときの工具本体１と被削材Ｗとの距離は、測定装置１３の上記第２のセンサによって測定することができる。

次いで、図７に示すように、工具本体１を工具中心線Ｃに垂直な送り方向Ｆ２に送り出すことにより、穴部Ｈの上記段差面Ｐを切刃５Ａの主切刃５ａのコーナ刃５ｂ側の部分によって切削加工し、切刃部３の突出した側とは反対側の側面が穴部Ｈの内周面の直前に達したところで送りを停止する。このときの工具本体１と穴部Ｈの内周面との距離は、測定装置１３の上記第１のセンサによって測定することができる。

こうして穴部Ｈの内周面と段差面Ｐとが切削加工されたなら、図８に示すように工具本体１を上記送り方向Ｆ１とは反対側の後退方向Ｆ３に後退させ、工具本体１を穴部Ｈから抜き出して切削加工を終了する。

上記構成の切削工具および該切削工具の工具本体１においては、工具本体１に画像を撮影する撮像装置９が備えられているので、この切削加工中の被削材Ｗの加工面（穴部Ｈの内周面および段差面Ｐ）の状態や切削加工後の加工面の状態、切刃５Ａの主切刃５ａやコーナ刃５ｂの状態、あるいはこれら主切刃５ａやコーナ刃５ｂにより生成された切屑の状態を、撮影された画像によって確認することができる。なお、撮影される画像は、動画であっても、静止画であってもよい。

そして、上記構成の切削工具および該切削工具の工具本体１では、この撮像装置９が、工作機械ではなく、切削工具の工具本体１自体に備えられているので、工作機械に撮像装置９が備えられていなくても被削材Ｗの加工面等の画像を撮影することができる。このため、被削材Ｗの加工面や切削工具の異常を検出するのに必要な条件が制限されるのを避けることができる。

また、本実施形態では、撮像装置９のレンズ部が切削インサート５の切刃５Ａのうちのコーナ刃５ｂに向けられているので、切刃５Ａを撮影することができるとともに、この切刃５Ａによって切削加工された被削材Ｗの上記加工面も撮影することができる。

すなわち、切削加工が乾式切削の場合は、図６および図７に示すように穴部Ｈの内周面や段差面Ｐを切削加工するときには、切削加工中にこれら穴部Ｈの内周面や段差面Ｐを撮影することができる。また、切削加工が切削油剤等を供給しながら行われる湿式切削の場合には、切削油剤が加工面に付着して加工面の状態を鮮明に撮影することが困難となるので、図７に示したように段差面Ｐの加工が終了した後と、図８に示したように工具本体１を後退させるときに加工面を撮影して状態を確認することができる。さらに、乾式切削と湿式切削のいずれの場合も、工具本体１を後退させるときに、穴部Ｈの開口部のバリの発生も確認することができる。

なお、特に上述のような湿式切削の場合は、工具本体１に、上記加工面をクリーニングするクリーニング装置が備えられていてもよい。このようなクリーニング装置としては、例えば工具本体１の切刃部３から加工面に向けて圧縮空気を噴射するものが考えられる。このようなクリーニング装置を備えることにより、加工面に湿式切削の切削油剤や切屑が付着している場合でも、これらを除去して切削加工中でも鮮明な加工面の画像を撮影することができる。

また、本実施形態では、上述のように撮像装置９のレンズ部が切削インサート５の切刃５Ａのうちのコーナ刃５ｂに向けられているので、この切刃５Ａや切刃５Ａによって生成される切屑の状態を撮影することもできる。従って、切刃５Ａの欠損、チッピング、摩耗等の損傷を確認することができるとともに、正常な切屑が生成されているかも確認することができる。

ただし、本実施形態では、このように撮像装置９のレンズ部が切削インサート５の切刃のうちのコーナ刃５ｂに向けられて、切刃５Ａを撮影可能とされているが、上述のように被削材Ｗの加工面を撮影するだけであれば、撮像装置９のレンズ部が切刃５Ａ以外の工具本体１の外周側や先端側に向けられていてもよい。

さらに、本実施形態では、切削工具の工具本体１が、軸線Ｏ回りに回転される被削材Ｗの穴部Ｈの内周面等の周面または端面を切削加工する旋削工具の工具本体１とされている。このため、通常は切削加工が連続切削となるので、転削工具のように切削加工が断続切削となる場合に比べ、工具本体１に作用する衝撃が小さいので、撮像装置９に損傷が生じるのを防ぐことができる。

特に、本実施形態では、工具本体１が、軸線Ｏを中心として被削材Ｗに形成された穴部Ｈの内周面を切削加工する内径旋削工具の工具本体１とされている。しかるに、このような内径旋削工具によって切削加工された穴部Ｈの内周面の状態を撮影するには、従来は穴部Ｈの内周面を切削加工した後に、切削工具を一旦穴部Ｈから抜き出し、しかる後に撮像装置９を穴部Ｈに挿入して撮影しなければならなかったのが、本実施形態では工具本体１に撮像装置９が備えられているので、穴部Ｈの内周面の切削加工と同時、あるいは切削加工後に切削工具を穴部Ｈから抜き出す際に撮影をすることができるので、極めて効率的である。

また、本実施形態では、工具本体１に、工具本体１から被削材Ｗまでの距離を測定する測定装置１３が備えられている。このため、穴部Ｈが切削加工された加工穴の内径や深さ等の加工面の寸法精度や加工面精度を切削加工終了と同時に検出することができ、切刃５Ａの摩耗等による加工面の寸法変化を確認することができて効率的である。

さらに、本実施形態では、工具本体１に、上記撮像装置９によって撮影されてセンシングモジュール１０に収集された画像データを外部に送信する通信部としての無線通信モジュール１１が備えられている。従って、このような画像データを無線によって伝達することができるので、切削工具を工作機械に着脱する際の判断が容易になる。

ここで。本発明の切削方法の第１の実施形態においては、このように上記撮像装置９によって撮影された画像を画像データとして外部に送信する無線通信モジュール１１（通信部）が備えられた切削工具を用いた切削方法において、無線通信モジュール１１から外部に送信された画像データを、ネットワークを介して外部サーバに蓄積して解析する。

従って、この第１の実施形態の切削方法によれば、こうして外部サーバに蓄積されて解析した画像データに基づき、必要に応じて切削条件を変更したり、切削工具や切削インサート５の交換を促したりすることが可能となる。特に、上記外部サーバが、切削工具によって被削材Ｗに切削加工を行う工作機械に備えられていれば、切削条件の変更を自動で行うことが可能となる。なお、上記測定装置１３によって測定された加工面の寸法精度や加工面精度を加味して切削条件等を変更させてもよい。

また、本発明の切削方法の第２の実施形態においては、第１の実施形態の切削方法と併せて、あるいは第１の実施形態の切削方法とは別に、上記無線通信モジュール１１から外部に送信された画像データを、切削加工を行う作業者の携帯情報端末にネットワークを介して表示するようにしてもよい。この場合には、携帯情報端末に表示された画像データに基づいて、作業者が切削条件を変更したり、切削工具や切削インサートを交換したりすることができる。

なお、携帯情報端末は、例えば、専用のアプリケーションをインストールしたスマートフォンまたはタブレットなどの携帯情報端末であってもよい。また、無線通信モジュール１１と外部サーバや携帯情報端末を結ぶ無線通信としては、Bluetooth（登録商標）、Wi-Fi（登録商標）、 ZigBee（登録商標）などの一般的な無線通信を採用することができる。

さらに、本実施形態の切削工具および該切削工具の工具本体１においては、本発明を刃先交換式の内径旋削工具に適用した場合について説明したが、外径旋削工具や他の旋削工具に適用することも可能であるし、刃先交換式ではないろう付け式やソリッド式の切削工具に適用することも可能である。さらにまた、正面フライスやエンドミル等の転削工具に本発明を適用することも可能である。

１ 工具本体
２ シャンク部
３ 切刃部
４ インサート取付座
５ 切削インサート
５Ａ 切刃
５ａ 主切刃
５ｂ コーナ刃
６ クランプネジ
７ ブラケット
８ 取付ネジ
９ 撮像装置
１０ センシングモジュール
１１ 無線通信モジュール（通信部）
１２ 電源モジュール
Ｃ 工具中心線
Ｗ 被削材
Ｏ 被削材Ｗが回転する軸線
Ｈ 穴部
Ｐ 穴部Ｈの段差面
Ｆ１ 工具本体１の工具中心線Ｃ方向先端側への送り方向
Ｆ２ 工具本体１の工具中心線Ｃに垂直な送り方向
Ｆ３ 工具本体１の送り方向Ｆ１とは反対側への後退方向

Claims (12)

1. 工具本体に設けられた切刃によって被削材に切削加工を行う切削工具であって、
   上記工具本体には、画像を撮影する撮像装置が備えられていることを特徴とする切削工具。
2. 上記撮像装置は、上記切刃によって切削加工された上記被削材の加工面を撮影することを特徴とする請求項１に記載の切削工具。
3. 上記工具本体には、上記加工面をクリーニングするクリーニング装置が備えられていることを特徴とする請求項２に記載の切削工具。
4. 上記撮像装置は、上記切刃を撮影することを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の切削工具。
5. 上記工具本体は、軸線回りに回転される上記被削材の周面または端面を切削加工する旋削工具の工具本体であることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の切削工具。
6. 上記工具本体は、上記軸線を中心として上記被削材に形成された凹部または穴部の内周面を切削加工する内径旋削工具の工具本体であることを特徴とする請求項５に記載の切削工具。
7. 上記工具本体には、該工具本体から上記被削材までの距離を測定する測定装置が備えられていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の切削工具。
8. 上記工具本体には、上記撮像装置によって撮影された画像を画像データとして外部に送信する通信部が備えられていることを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載の切削工具。
9. 請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載の切削工具の工具本体であって、
   上記切刃が形成された切削インサートが着脱可能に取り付けられるインサート取付座が形成されていることを特徴とする切削工具の工具本体。
10. 請求項８に記載の切削工具を用いた切削方法であって、
    上記通信部から外部に送信された上記画像データを、ネットワークを介して外部サーバに蓄積して解析することを特徴とする切削方法。
11. 上記外部サーバは、上記切削工具によって上記被削材に切削加工を行う工作機械に備えられていることを特徴とする請求項１０に記載の切削方法。
12. 請求項８に記載の切削工具を用いた切削方法であって、
    上記通信部から外部に送信された上記画像データを、切削加工を行う作業者の携帯情報端末にネットワークを介して表示することを特徴とする切削方法。

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