JP2022148521A - 管内面の切削加工工具 - Google Patents

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。

実開平１－１０１７０８号公報 特開平６－３９６０７公報

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。

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。

切削加工工具の斜視図である。 切削加工工具の断面を示す図である。 切削加工工具の作用を示す図である。 切削加工工具にバニシング工具が連結された複合工具の例を示す図である。

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
２７ 駆動軸
２７ａ 雄螺子部

Claims (2)

1. 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。
   
2. 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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