JP2022148521A - 管内面の切削加工工具 - Google Patents
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Abstract
【課題】ドライブシャフトの位置と金属管の中心がズレたとしても均一に管内の表面をそぎ落とす切削加工をすること。【解決手段】回転中心Cに中心孔10が設けられた棒状の基体部2には、回転中心Cに対して同一円周上に回転中心を挟んで対向して一対のカートリッジ4が設けられている。カートリッジ4は、回転中心C方向に向けて付勢されている。ドライブシャフト3は、中心孔10を前後動可能であり、回転中心Cの軸線に対して直交して交わる貫通孔13が設けられている。連携体11は、貫通孔13に挿入され、回転中心の軸線方向の移動を規制される一方、回転中心に対して径方向には摺動可能である。連携体11には、中心線BCに線対称にカム面11aが径方向の外周両側に設けられている。一対のカートリッジ4には、夫々カム面11aに当接するスライダー12が設けられている。【選択図】図2
Description
本発明は、鋼管、パイプ、シリンダー等の金属管の管内面を切削する切削加工工具に関し、金属管の中心と加工工具の回転中心との間にズレが生じても、金属管の管内面を均一に切削加工することができる管内面の切削加工工具に関する。
金属管の管内面は、製管する際に発生した黒皮と呼ばれる酸化皮膜で覆われている。この酸化皮膜は、表面が粗く寸法精度を必要とする場合は表面をそぎ落とす切削(所謂、スカイビング)やブラスト加工によって表面を滑らかにする。
従来、金属管の管内面を高精度に切削加工する技術として、特許文献1や2に開示されている加工工具が知られている。これらの加工工具は、金属管の径方向に切り刃チップを搭載したカートリッジを押し当てて、切削加工を行う。特許文献1の加工工具では、加工工具の軸心に備えられたロッドを前後させることにより、加工工具が金属管に進入する際にはカートリッジを系方向に押し出し、後退する際には引き込むように構成している。
また、特許文献2によれば、荒びき切削加工とフローティング切削加工を行う切削工具の後方にさらにローラバニシング加工する工具を取り付けて、金属管に進入する際には切削加工を行い、後退する際にはバニシングローラーを繰り出して切削加工面を転圧する。
なお、ローラバニシング加工はローラにより切削加工面を転圧して塑性変形させ、平滑に仕上げる加工法である。
特許文献1及び2の技術は、切り刃を備えたカートリッジは、加工工具の回転中心に設けられたドライブシャフトに対して、径方向から突き当たるように設けられている。特許文献1の技術においては、ドライブシャフト(ピストンロッド12a、同公報図1)の前端にテーパ部が形成されており、このテーパにカートリッジが乗り上げることにより、カートリッジは押し出される。このような構造のため、加工工具の軸心にあるドライブシャフトの位置と金属管の中心がズレると、金属管の管内面を均一に切削することができない。
また、特許文献2の技術においても、ドライブシャフト(移動軸14、同公報図1)を中心に、直径方向に一対のカートリッジ(アダプタ)が配置され、夫々のカートリッジから中心方向に当てボルトが螺着されている。ドライブシャフトが貫通したインナーカラーにボルトが当接しており、特許文献1と同様にカートリッジの位置はドライブシャフトの位置に依存することになる。
製管する際に発生した黒皮は薄い酸化膜であり、特許文献1や2の加工工具では、金属管とドライブシャフトの位置がズレると、黒皮を薄く精度良く削り落とす事ができなかった。このようなズレは、金属管や加工工具の歪みや、回転のブレ等で頻繁に発生する。従って、従来の加工工具では、このようなズレが生じることに対応するためには、黒皮よりも厚く切削加工することが必要とされる。
本発明はかかる従来の課題を解決するために、ドライブシャフトの位置と金属管の中心がズレたとしても均一に管内の表面をそぎ落とす切削加工をすることのできる加工工具を提供することを目的とする。
上記目的を解決するために、本発明の切削加工工具は、回転中心に中心孔が設けられた棒状の基体部と、
夫々が金属管の管内面に対して切削加工を行う切り刃を保持し、回転中心に対して同一円周上であって、回転中心を挟んで対向して設けられ、前記回転中心方向に向けて付勢された一対のカートリッジと、
前記中心孔を前後動可能であり、前記一対のカートリッジの位置に対応して回転中心の軸線に対して直交して交わる貫通孔が設けられたドライブシャフトと、
前記貫通孔に挿入され、回転中心の軸線方向の移動を規制される一方、回転中心に対して径方向には摺動可能であって、径方向における中心線に線対称に当該中心線からの距離が変化するカム面が径方向の外周両側に設けられた連携体と、
前記一対のカートリッジに夫々設けられ、前記カム面に当接するスライダーとを備えることを特徴とする。
夫々が金属管の管内面に対して切削加工を行う切り刃を保持し、回転中心に対して同一円周上であって、回転中心を挟んで対向して設けられ、前記回転中心方向に向けて付勢された一対のカートリッジと、
前記中心孔を前後動可能であり、前記一対のカートリッジの位置に対応して回転中心の軸線に対して直交して交わる貫通孔が設けられたドライブシャフトと、
前記貫通孔に挿入され、回転中心の軸線方向の移動を規制される一方、回転中心に対して径方向には摺動可能であって、径方向における中心線に線対称に当該中心線からの距離が変化するカム面が径方向の外周両側に設けられた連携体と、
前記一対のカートリッジに夫々設けられ、前記カム面に当接するスライダーとを備えることを特徴とする。
本発明に係る切削加工装置では、加工工具の直径上に対向したカートリッジが互いの距離関係が維持された状態で、加工工具のドライブシャフトから径方向に自由状態に保持されるため、ドライブシャフトの位置と金属管の中心がズレたとしても均一に切削加工することができる。
以下に図面に基づき本発明の切削加工工具1の実施例を説明する。図1は切削加工工具1の斜視図である。切削加工工具1は、工作機械のスピンドル(図示せず)に装着され、切削加工工具1は、金属管の中心に切削加工工具1の回転中心Cを合わせて金属管の孔内に差し込まれ(往き方向F)る。スピンドルの回転中心の軸廻りに回転され、金属管の管内面に対して精密仕上げ加工をする。
切削加工工具1は、棒状の基体部2と、基体部2の外周に一対のカートリッジ4(図1においては、一方側のカートリッジのみが示されている。)を備えている。一対のカートリッジ4は、回転中心Cに対して同一円周上であって、回転中心Cを挟んで対向して配置されており、夫々のカートリッジ4には外周に向けて切り刃5が装着されている。また、基体部2の後端には、バネ部材6の一端がボルト7により固定されている。バネ部材6の他端は、回転中心Cに向けてカートリッジ4を付勢する。一対のカートリッジ4から回転中心Cを中心に90度回転した基体部2の外周には、一対のガイド8が設けられている(図1においては、一方側のガイド8のみが示されている。)。
切削加工工具1は、往き方向Fにおいて、切削対象のワークである金属管の管内面に向けてカートリッジ4を繰り出し、戻り方向Bにおいてはカートリッジ4を引き込んで、切り刃5の刃先が金属管の管内面に当たらないようにする。
図2は、切削加工工具1の断面を示す。基体部2の回転中心Cには中心孔10が設けられており、ドライブシャフト3が挿入されている。ドライブシャフト3は、図示しない工作機械に設けられた油圧シリンダー等の駆動力付与機構と連結されることにより、ドライブシャフト3は中心孔10に沿って回転中心Cの軸線方向に移動する。図2Aはドライブシャフト3が往き方向F(前進)に移動したときの断面であり、図2Bはドライブシャフトが戻り方向B(後退)に移動したときの断面である。また、図2Cと図2Dは、ドライブシャフト3と後述する連携体11の関係を示す斜視図である。
図2Cと図2Dにおいて、ドライブシャフト3には、回転中心Cの軸線方向(往き方向F/戻り方向B)に対して直交して交わる貫通孔13が設けられている。連携体11は、貫通孔13に挿入されている。連携体11は、その周囲を貫通孔13により囲まれて、回転中心Cの軸線方向には移動が規制される一方、回転中心Cを中心とした径方向Rには摺動可能である。径方向Rにおいて外周側になる連携体11の両側面はカム面11aになっている。カム面11aは、径方向Rにおける連携体11の中心線BCを基準とすると、中心線BCからの距離が変化する面である。両側のカム面11aは中心線BCに対して線対称である。本例においては前側11bが中心線BCに平行でかつ離れた面であり、後側11dが中心線BCに平行でかつ近い面であり、その間は前側11bと後側11dを滑らかに連結するテーパー11cになっている。尚、図2Cと図2Dは、テーパー11cの傾斜が強調されて図示されている。
基体部2にも、径方向Rに、基体部2を径方向Rに貫通する連絡孔16が設けられており、連絡孔16が基体部2の外周に上下に開口した位置にカートリッジ4が配置される。カートリッジ4の裏側(回転中心C側)には、スライダー12が設けられており、連携体11のカム面11aに対して、連絡孔16の中で当接している。
ドライブシャフト3の中心孔10は、ショルダー2aよりも後端が拡幅されており、連結カラー17が設けられている。連結カラー17には、図示しない油圧シリンダー等の駆動力付与機構と連結可能なように雌螺子孔14aが設けられている。中心孔10の中のスプリング15は、連結カラー17と基体部2のショルダー2aとの間に設けられており、ドライブシャフト3を戻り方向B側に付勢する。また、基体部2には、ドライブシャフト3の軸受けキャップ18が設けられている。また、基体部2の中心孔10のさらに後側には、切削加工工具1を他の機器に連結可能なように雌螺子孔2bになっている。
前述したようにカートリッジ4は、バネ部材6により径方向Rにおいて回転中心Cに向けて押さえつけられている。よって、図2Aにおいて、ドライブシャフト3が往き方向Fに前進したときには、上下のカートリッジ4のスライダー12は、連携体11の低い側の後側11dに当接しており、切り刃5が径方向Rにおいて縮径方向に後退した状態である。図2Bにおいて、ドライブシャフトが戻り方向に後退したときには、スライダー12は、連結カラーの高い側の前側11bに当接しており、切り刃5が拡径方向に突出した状態である。テーパー11cは、カートリッジ4のスライダー12による乗り移りを滑らかにするものである。
図3A、図3B、図3Cは、連携体11の作用を示す図であり、何れの図においてもドライブシャフト3が戻り方向Bに後退してカートリッジ4は拡径方向に押し出されている。金属管Wは歪みや切削加工工具のブレなどで金属管Wの中心PCと切削加工工具の回転中心Cがズレることが発生する(図中、ズレは強調して描かれている。)。基体部2にはこのズレを抑制するためにカートリッジ4と同周の位置にガイド8(図1参照)を設けているが、ガイド8は金属管Wの管内面を摺動するのに対してカートリッジ4は管内面を切削するものであるため、ズレの発生は避けられない。金属管Wの内周面の黒皮を剥ぎ取るような微細な切削においてズレが発生すると黒皮が部分的に残ることになる。
図3Aは金属管Wの中心PCと切削加工工具1の回転中心Cが一致している状態、図3B、図3Cは上下にズレている状態である。一対のカートリッジ4の間に連携体11が挟まれており、一対のカートリッジ4の間の距離Lは連携体11により定められる。また、連携体11は、ドライブシャフト3に対して独立して径方向に自由に動け、切削加工工具1の回転中心Cの位置がどの位置であっても、これには依存しない。よって、一対のカートリッジ4の間の距離Lの中心、すなわち連携体11の中心である中心線BCは、金属管Wの中心PCに位置することになり、金属管Wの管内面に倣った位置での切削ができる。
図4は、切削加工工具1の後方にさらにローラバニシング加工するバニシング工具20を取り付けた複合工具の例を示している。このバニシング工具20の例では、金属管に進入する際にはバニシングローラー21は収容された状態で、後退する際にはバニシングローラーを繰り出して切削加工面を転圧する。
バニシング工具20は、図示しない駆動力付与機構と切削加工工具1の間に連結される。工具本体22の内部を貫通する駆動軸27は、ドライブシャフト3の連結カラー14に接続可能な雄螺子部27aを有している。また、工具本体22の先端には、切削加工工具1の基体部2に設けられた雌螺子孔2bに連結する雄螺子部22aが設けられている。
工具本体22の外周にはインナーリング23が固定されている。またインナーリング23を被うように円筒体のアウターレース24が装着されている。アウターレース24はスラストベアリング25、スプリング26により回転中心Cに沿って若干移動可能に保持されている。またアウターレース24の外周面には等ピッチに平行して複数個のバニシングローラー21の嵌合孔24aが穿孔されている。またインナーリング23の外周は往き方向Fに拡径するテーパに形設されていて、テーパ面上にアウターレース24の嵌合孔24aに嵌挿されたバニシングローラ-21が転動自在に当接している。バニシングローラー21は往き方向Fに縮径するテーパに形設されている。
従って、バニシング工具20が往き方向Fのとき、バニシングローラー21は金属管の管内面に接触し、もし抵抗を受ければインナーリング23の逆テーパ面を摺動してスプリング26を圧縮し、縮径する。次に戻り方向Bのときは、インナーリング23の逆テーパ面を拡径方向に摺動し、管内面を転圧する。
この例においては、戻り方向Bのときに転圧するバニシング工具を接続したが、往き方向Fのときに拡径して転圧し、戻り方向Bのときは縮径するバニシング工具(例えば、USP4367576、1983年1月11日)を接続しても良い。
1 切削加工工具
2 基体部
2a ショルダー
2b 雌螺子孔
3 ドライブシャフト
4 カートリッジ
5 切り刃
6 バネ部材
7 ボルト
8 ガイド
10 中心孔
11 連携体
11a カム面
12 スライダー
13 貫通孔
14 連結カラー
14a 雌螺子孔
15 スプリング
16 連絡孔
17 連結カラー
18 キャップ
20 バニシング工具
21 バニシングローラー
22 工具本体
22a 雄螺子部
23 インナーリング
24 アウターレース
24a 嵌合孔
25 スラストベアリング
26 スプリング
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Claims (2)
- 回転中心に中心孔が設けられた棒状の基体部と、
夫々が金属管の管内面に対して切削加工を行う切り刃を保持し、回転中心に対して同一円周上であって、回転中心を挟んで対向して設けられ、前記回転中心に向けて付勢された一対のカートリッジと、
前記中心孔を前後動可能であり、前記一対のカートリッジの位置に対応して回転中心の軸線に対して直交して交わる貫通孔が設けられたドライブシャフトと、
前記貫通孔に挿入され、回転中心の軸線方向の移動を規制される一方、回転中心に対して径方向には摺動可能であって、径方向における中心線に線対称に当該中心線からの距離が変化するカム面が径方向の外周両側に設けられた連携体と、
前記一対のカートリッジに夫々設けられ、前記カム面に当接するスライダーとを備えることを特徴とする切削加工工具。
- 請求項1の切削加工工具において、連携体のカム面は、前側が前記中心線に平行でかつ離れた面であり、後側が前記中心線に平行でかつ近い面であり、その間は前側と後側を滑らかに連結するテーパーになっていることを特徴とする切削加工工具。
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2021
- 2021-03-24 JP JP2021050243A patent/JP2022148521A/ja active Pending
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