JP3368849B2

JP3368849B2 - 試験片の加工装置および方法

Info

Publication number: JP3368849B2
Application number: JP31882898A
Authority: JP
Inventors: 純也鷹羽; 功敷根
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 1998-11-10
Filing date: 1998-11-10
Publication date: 2003-01-20
Anticipated expiration: 2018-11-10
Also published as: JP2000146778A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料の引張試
験など機械的、物理的性質を試験するために用いられる
試験片の加工装置および加工方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属製品で２０ｍｍ以下の薄板は、板状
または平板状の試験片、たとえばＪＩＳ５号試験片など
による引張り試験が規定されているが、特にアルミニウ
ムなどの軟質材はバリが生じ易く、引張り試験片成形の
ネックとなっている。

【０００３】試験片に加工される被加工部材（「元板」
ともいう）は、板材をプレスの打ち抜きか鋸盤の切り出
しにより加工するが、バリは避けられない。また、試験
片に加工する際には、被加工部材を多数積み重ねて切削
するが、バリによる隙間が新たな切削バリを発生させ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の加工装置または加工方法は、試験片の巾方向片側面
（端面）を切削し、掴み換え反対側側面を切削する場
合、バリは少なくなるが、煩雑であり掴み換え時に各試
験片がずれて各試験片の仕上げ寸法誤差が生じ易く精度
保証が出来ない。また、長手方向の引張り試験時の掴み
部である両端部を固定し切削する場合、各試験片間にバ
リによる隙間が残り精度保証はできるがバリの発生は避
けられない。

【０００５】本発明の課題は、バリのない寸法精度の良
好な試験片を容易に得られることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、機械的、物理的性質を試験するために用いら
れる板状の試験片の加工装置において、前記試験片に加
工される板状の被加工部材を複数重ねて押える押え手段
と、略円柱の外側面に切刃を有し回転する切削工具と、
前記切削工具の切刃を前記被加工部材の長手方向に沿っ
て移動させる第１の移動装置と、前記切削工具の切刃を
前記被加工部材の長手方向の一方の側から他方の側に相
対的に移動させかつそれぞれの側の側面に押し付ける第
２の移動装置とを備えてなり、前記押え手段は、前記被
加工部材が載置されるクランプベースと、該クランプベ
ースと前記被加工部材を挟んで対向し、該クランプベー
スと前記被加工部材の長手方向を挟んだ両端部で結合さ
れるクランプトップとを備え、前記クランプベースおよ
び前記クランプトップは、前記被加工部材を長手方向の
全長にわたって押え、前記被加工部材の長手方向と直交
する方向の幅が前記試験片の仕上げ幅より小さく形成さ
れなることである。第２の移動装置により試験片に加工
される被加工部材の長手方向側面に、略円柱の外側面に
切刃を有し回転する切削工具の切刃を押し付け、被加工
部材の長手方向側面を容易に切削し、板状の試験片を得
ることができる。

【０００７】

【０００８】押え手段により被加工部材の長手方向中央
部を押える。工具回転手段により切削工具を回転させ、
押し付け手段の第２の移動装置により被加工部材と切削
工具とを長手方向と直交する方向に相対的に移動させ、
被加工部材の側面に切削工具を押し付け、被加工部材の
側面に切り込むことができる。さらに、第１の移動装置
により被加工部材と切削工具とを長手方向に相対的に移
動させることにより、被加工部材を長手方向に加工する
ことができる。また、押え手段により被加工部材の中央
部を長手方向に渡って押え固定するので、切削工具によ
りバリのある被加工部材の側面を切削することによりバ
リが除去され、被加工部材同士の隙間はなくなり、バリ
のほとんどない試験片が得られる。また、押え手段は被
加工部材の中央部を長手方向に渡って押え固定するの
で、切削工具は押え手段に接触することなく被加工部材
の側面を切削工具の側面で容易に切削し、所要形状の試
験片に切削できる。

【０００９】そして、前記工具回転手段を前記切削工具
の軸方向に移動させる工具移動手段を備えてなることで
ある。工具移動手段を備えることにより、被加工部材の
一方の片側側面を加工した後に、工具回転手段を切削工
具の軸方向、たとえば上方向に移動させ、切削工具が被
加工部材の他方の片側側面に位置するように移動させ、
被加工部材の他方の側面を加工することができる。

【００１０】本発明の試験片の加工装置は、切削工具を
回転させて被加工部材の側面に押し付けて加工するの
で、無理なく切削することが可能であり、バリのない寸
法精度の良好な試験片を容易に得ることができる。被加
工部材が薄板の場合であっても、当て板を介して押える
ことにより切削が可能である。切削の際は、被加工部材
の形状に応じて切削工数を選択する。各コースともに２
〜４回の荒削りを行った後に、１〜２回の仕上げ切削を
行う。この切削条件の違いにより切削工具の回転数、被
加工物の切り込み量と長手方向への移動速度が最適とな
るように設定され、反復切削加工を行う。そして、この
切削工具を被加工部材に押し付けて切削する時に、切削
きり屑が細かく分断されて下に落ちるので、試験片の表
面に発生した切削きり屑の巻き込みによる加工傷を付け
ることがない。また、熱の発生も少なく寸法精度の良好
な試験片が得られる。

【００１１】また、本発明の機械的、物理的性質を試験
するために用いられる板状の試験片の加工方法は、前記
試験片に加工される被加工部材を複数重ね、押え手段に
よって該被加工部材を長手方向全長にわたって押えると
ともに、略円柱の外側面に切刃を有する切削工具を回転
させながら該切刃を前記被加工部材の長手方向に沿った
一方の側面に押し付け、該被加工部材と前記切削工具を
前記長手方向に相対的に移動させながら切削加工し、前
記切削工具を前記長手方向と直交する方向に移動し、該
被加工部材の他方の側面に押し付け、該被加工部材と前
記切削工具を前記長手方向に移動させながら切削加工し
てなり、前記押え手段は、前記被加工部材が載置される
クランプベースと、該クランプベースと前記被加工部材
を挟んで対向し、該クランプベースと前記被加工部材の
長手方向を挟んだ両端部で結合されるクランプトップと
を備えてなり、前記クランプベースおよび前記クランプ
トップは、前記被加工部材の長手方向と直交する方向の
幅が前記試験片の仕上げ幅より小さく形成されなること
を特徴とするものである。

【００１２】上記試験片の加工方法は、先の加工装置と
同様に、無理なく切削することが可能になり、バリのな
い寸法精度の良好な試験片を容易に得ることができる。
被加工部材が薄板の場合であっても、当て板を介して押
えることができる。また、切削工具を被加工部材に押し
付け切削する時に、切削きり屑の巻き込みが連続して発
生することがなく細かく分断されて下に落ちるので、試
験片の表面に切削きり屑による加工傷を付けることがな
い。また、熱の発生も少なく寸法精度の良好な試験片が
得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る試験片の加工
装置および加工方法の実施の形態を図面に基づいて詳細
に説明する。尚、図１〜８において、同一又は同等部分
には同一符号を付けて示す。

【００１４】図１は、本発明に係る試験片の加工装置の
一実施形態を示す正面図である。図２は、図１の左側面
図である。図３は、図１の I−I 線断面図である。図４
は、図１の平面図である。本実施形態の試験片の加工装
置１は、金属材料の機械的、物理的性質の試験、たとえ
ば引張試験などに使用する板状の試験片の加工に使用さ
れるもので、たとえばＪＩＳ５号引張試験片を自動成形
する場合に最適な加工装置である。試験片に加工される
べき被加工部材（「元板」ともいう）の長手方向両端外
側のテーブルの下に油圧シリンダーを設け、押え板（ま
たは後述のクランプトップ６）を介し多数の被加工部材
の中央を継続して押えて、これら各被加工部材を密着さ
せ切削バリの介入を無くす。さらに、エンドミルカッタ
−などの切削工具とＸＹテーブルをシーケンサーとサー
ボモーターやインバーターと組合わせ、全自動運転によ
り人力の介入を不要とするものである。

【００１５】図１に示すように、試験片の加工装置１
は、試験片に加工されるべき被加工部材６７の長手方向
６８側面に、回転する略円柱のエンドミルカッタ−（切
削工具）１８の外側面を押し付ける押し付け手段２３を
備える。エンドミルカッタ−１８の外側面には、切刃１
９が形成されている。さらに、試験片の加工装置１は、
被加工部材６７の長手方向中央部７０（図２）を押える
押え手段５と、エンドミルカッタ−１８を回転させる工
具回転手段１４と、この工具回転手段１４をエンドミル
カッタ−１８の軸方向２０に移動させる工具移動手段４
４とを備える。

【００１６】押し付け手段２３は、被加工部材６７とエ
ンドミルカッタ−１８とを長手方向６８に相対的に移動
させる第１の移動装置２４と、被加工部材６７とエンド
ミルカッタ−１８とを長手方向と直交する方向に相対的
に移動させる第２の移動装置３４とを有する。

【００１７】図３に示すように、第２の移動手段３４
は、被加工部材６７の載置されたベース盤４１に固定さ
れたナット部材３９と、これに噛み合う精密ボールねじ
３８とを有し、さらに精密ボールねじ３８は、インナベ
ース３７に固定されたサポートユニット４０によって軸
支され、ＡＣサーボモータ３５によってＥカップリング
３６を介して回転駆動される。なお、ベース盤４１は第
１の移動手段２４と共通のクロスＬＭガイド３１によっ
て長手方向６８と直交する方向７２に摺動自在に支持さ
れている。

【００１８】図５は、図１の II部詳細図である。第１
の移動手段２４は、図示していない被加工部材６７の載
置されるベース盤４１に固定されたナット部材３０と、
これに噛み合う精密ボールねじ２９とを有し、さらに精
密ボールねじ２９は、サポートユニット３２によって軸
支され、ＡＣサーボモータ２８によってＥカップリング
３３を介して回転駆動される。なお、ベース盤４１はク
ロスＬＭガイド３１によって長手方向６８に摺動自在に
支持される。

【００１９】図１に示すように、工具回転手段１４は、
ギアードモーター１５、スピンドルユニット１６および
コレットスピンドル１７を有し、ギアードモーター１５
の回転をスピンドルユニット１６およびコレットスピン
ドル１７を介してエンドミルカッター１８に伝達する。

【００２０】図２、３に示すように、工具移動手段４４
は、工具回転手段１４を固定するスピンドルベース４５
を支持するＬＭガイド４６と、スピンドルベース４５を
介して工具回転手段１４をエンドミルカッターの軸方向
（上下方向）２０に移動させるエアーシリンダー４８
と、エアーシリンダー４８のピストンロッド４９が締結
手段で固定されるトッププレート５０とを有する。

【００２１】図６は、図１のIII部詳細で押え手段５を
示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。図７
は、図６の IV−IV 線断面図である。押え手段５は、被
加工部材６７の長手方向６８の中央部７０に当てられる
クランプトップ６と、このクランプトップ６の両側に一
端が螺合される二つのプルボルト９と、二つのプルボル
ト９の各他端がピストンロッドの先端に螺合されクラン
プトップ６を二つのプルボルト９を介して押え付ける二
つの薄形の油圧シリンダー１０と、被加工部材６７を載
置するクランプベース７とを有する。油圧シリンダー１
０は、ニューマロック１１（図１、２）によって空気圧
から高圧に増圧された油圧によって作動する。クランプ
ベース７は、押し付け手段のベース盤４１に補助部材４
２およびボルト８を介して固定される。

【００２２】なお、図１〜４において、符号５１は右フ
レームベース、符号５２は左フレームベース、符号５３
はベースサポート、符号５４、５５はアンカベース、符
号５６はビフラマウントをそれぞれ示す。

【００２３】以上の構造を有する本実施形態の試験片の
加工装置１は、次のように作用する。すなわち、図１、
２において、押し付け手段２３により被加工部材の長手
方向６８側面に、略円柱の外側面に切刃を有し回転する
切削工具、たとえばエンドミルカッターの切刃１９を押
し付け、被加工部材の長手方向側面を容易に切削し、板
状の試験片を得ることができる。

【００２４】さらに、押え手段５により被加工部材の長
手方向中央部７０を押え、工具回転手段１４によりエン
ドミルカッター１８を回転させる。押し付け手段の第２
の移動装置３４により被加工部材６７とエンドミルカッ
ター１８とを長手方向と直交する方向に相対的に移動さ
せ、被加工部材６７の側面にエンドミルカッター１８の
切刃を押し付け、被加工部材６７の側面を切削すること
ができる。

【００２５】さらに、第１の移動装置２４により被加工
部材６７とエンドミルカッター１８とを長手方向６８に
相対的に移動させることにより、被加工部材６７を長手
方向に加工することができる。また、押え手段５により
被加工部材の中央部７０を長手方向６８に渡って押え固
定するので、エンドミルカッター１８によりバリのある
被加工部材の側面を切削することによりバリが除去さ
れ、被加工部材同士の隙間はなくなり、バリのほとんど
ない試験片が得られる。また、押え手段５は被加工部材
の中央部７０を長手方向６８に渡って押え固定するの
で、エンドミルカッター１８は押え手段５に接触するこ
となく被加工部材６７の側面をエンドミルカッター１８
の側面で容易に切削できる。

【００２６】そして、工具移動手段４４を備えることに
より、被加工部材６７の一方の片側側面を加工した後
に、工具回転手段４４をエンドミルカッターの軸方向２
０に移動させ、エンドミルカッターが被加工部材６７の
他方の片側側面に位置するように移動させ、被加工部材
６７の他方の側面を加工することができる。

【００２７】図８は、被加工部材の側面をエンドミルカ
ッターで切削する状態の説明図である。被加工部材６７
の板厚が異なるものを複数枚重ねた例である。エンドミ
ルカッター１８を回転させて被加工部材６７の側面に押
し付け、先ず一番外側の２点鎖線７３まで１回目の荒削
り切削を行い、次に２番目の２点鎖線７４まで２回目の
荒削り切削を行う。次に、３番目の２点鎖線７５まで中
削り切削を行い、最後に４番目の２点鎖線７６まで仕上
げ切削を行う。また、エンドミルカッター１８の移動の
順番としては、図６（Ａ）に示すように、たとえば１回
目の荒削り切削の場合は、ａ側面を切削し、ｂ側を廻っ
てｃ側面を切削し、続いてｄ側を廻って被加工部材６７
を１周する。２回目の荒削り切削および仕上げ切削にお
いても同様に各切削とも被加工部材６７を１周する。

【００２８】本発明の試験片の加工装置１は、エンドミ
ルカッター１８を回転させて被加工部材６７の側面に押
し付けて加工するので、無理なく切削することが可能で
あり、バリのない寸法精度の良好な試験片を容易に得る
ことができる。被加工部材６７が薄板の場合であって
も、当て板を介して押えることにより良好に切削が可能
である。切削の際は、被加工部材６７の形状に応じて切
削工数を選択する。各コースともに２〜４回の荒削りを
行った後に、１〜２回の仕上げ切削を行う。この切削条
件の違いによりエンドミルカッター１８の回転数、被加
工部材６７の切り込み量と長手方向への移動速度が最適
となるように設定され、反復切削加工を行う。そして、
このエンドミルカッター１８を被加工部材６７に押し付
けて切削する時に、切削きり屑が細かく分断されて下に
落ちるので、試験片の表面に発生した切削きり屑の巻き
込みによる加工傷を付けることがない。また、熱の発生
も少なく寸法精度の良好な試験片が得られる。

【００２９】次に、本発明の試験片の加工方法の実施形
態について、図１、２を利用して説明する。本発明の試
験片の加工方法は、機械的、物理的性質を試験するため
に用いられる板状の試験片の加工方法であって、たとえ
ばＪＩＳ５号引張試験片を自動成形する場合に最適であ
る。すなわち、積み重ねた多数の試験片に加工される被
加工部材（元板）６７の長手方向６８に平行に被加工部
材の中央部７０を押さえ、巾方向の被加工部材６７の端
側面の全面を片端面ずつ数回に分け交互に切削（荒削
り）し、目的の形状と寸法に仕上げ、被加工部材６７の
掴み換えを無くすことにより全数の被加工部材の寸法精
度を保証する方法である。

【００３０】この試験片の加工方法は、試験片に加工さ
れる被加工部材６７の長手方向中央部７０を押えるとと
もに、略円柱の外側面に切刃１９を有するエンドミルカ
ッター１８を回転させながら、この切刃を被加工部材６
７の側面に押し付け、被加工部材６７とエンドミルカッ
ター１８を長手方向６８に相対的に移動させながら切削
加工する。

【００３１】上記加工方法により、上記加工装置と同様
に、無理なく切削することが可能になり、バリのない寸
法精度の良好な試験片を容易に得ることができる。被加
工部材が薄板の場合であっても、当て板を介して押える
ことにより切削が可能である。また、エンドミルカッタ
ー１８を被加工部材６７に押し付け切削する時に、切削
きり屑の巻き込みが連続して発生することがなく細かく
分断されて下に落ちるので、試験片の表面に切削きり屑
による加工傷を付けることがない。また、熱の発生も少
なく寸法精度の良好な試験片が得られる。

【００３２】この際、被加工部材６７の材質、エンドミ
ルカッタ−１８の回転数、切削油の種類、温度などの条
件により、被加工部材６７への切り込み量と長手方向６
８への移動速度を調整し、必要に応じて反復切削加工を
行う。さらに、エンドミルカッタ−１８に荒削りと仕上
げ切削に応じた適正回転を与えることにより良好な切削
面、適正な加工能力、刃先寿命の延長をもたらすことが
できる。

【００３３】次に、試験片の加工装置および方法の特徴
について、まとめて挙げる。

【００３４】(1) 形状や位置の定まらぬ多数の被加工部
材を押え板またはクランプトップの中央部に案内し易く
し、削り残りを防ぐと共に、材質や板厚に関係無く全数
の被加工部材があたかも１枚の厚板状とさせ、精度の保
証された刃具との組合わせと仕上げ切削により、必要精
度が確保出来る。

【００３５】(2) 被加工部材の従来チャック部として利
用した個所も同時に切削することにより同部のバリを無
くし、引っ張り試験機への装着が容易となり、装着の自
動化も可能となる。

【００３６】(3) 軽く湾曲した被加工部材や０．１ｍｍ
の極薄板も多数の被加工部材と同時に積み重ね、中央部
を広範囲で押えることにより歪みやしわの発生を防ぐこ
とができる。

【００３７】(4) 被加工部材の中央部の押え板以外の巾
方向のはみ出しをなくし、エンドミルカッタ−などの刃
具により巾方向の側面の全面切削を可能にすると共に、
切削により減少する押え代を継続して押えることが必要
であり、寸法形状の大きい油圧シリンダーと配管をテー
ブルの下に設け、常時加圧を加えることにより目的を達
成する。

【００３８】(5) (1)項との組合わせにより被加工部材
の密着を阻害しているバリを数回の荒削りにより削除す
ることにより被加工部材間の隙間を無くし、あたかも１
枚板の状態を作り、被加工部材間の隙間に生じる切削バ
リをなくすことができる。

【００３９】(6) たとえば５号試験片の形状は長手方向
に対して巾方向は１／９程と狭く、未切削となる押え板
部のバリも範囲が狭く、継続する押し付け力に負けて潰
され、被加工部材の密着の阻害とならない。この有利な
形状を最大限に生かす唯一の装置、方法である。

【００４０】(7) 巾方向にはみ出しの無い形状は上下や
巾方向の無駄な動きを不要とし、短時間で効率の良い切
削加工ができる。

【００４１】(8) 重ねた板の両端の板をダミー板として
対応すれば、必要数の被加工部材の切削バリを防ぐこと
ができる。

【００４２】(9) 切削工具に直径３０ｍｍエンドミルカ
ッタ−を用いることにより、試験片のＲ部を加工し、Ｙ
Ｘ軸のサーボーモーターによる高度な曲線加工を不要と
する。このために汎用機器の組み合わせにより製作費用
を安価になると共に制御や操作が簡単となり、トラブル
の発生も少なく対応も容易となる。

【００４３】(10) 被加工部材の着脱以外は人手の介入
を不要とし、コストを削減するとともに加工技能や難解
な操作と作業の危険を排除することができる。

【００４４】(11) 加工技能などの制約が無くなり何時
でも必要な時に、高品位な試験片が短時間で入手でき
る。

【００４５】

【実施例】本実施形態の試験片の加工装置１（「本発明
装置」と表す）を、比較例として横フライス盤とマシンバイスを用いた従来加工装置
（「横フライス盤」と表す）、ＮＣフライス盤に市販治具を用い、チャック部を固
定する装置（「ＮＣフライス盤」と表す）、と比較した
結果を表１に示す。

【００４６】

【表１】

【００４７】表１により、特に、切削加工の技能は不要
となり、切削バリの発生を防止し、薄板の変形も防止で
きた。

【００４８】

【発明の効果】本発明の試験片の加工装置または加工方
法によれば、バリのない寸法精度の良好な試験片を容易
に得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る試験片の加工装置の一実施形態を
示す正面図である。

【図２】図１の左側面図である。

【図３】図１の I−I 線断面図である。

【図４】図１の平面図である。

【図５】図１の II部詳細図である。

【図６】図１のIII部詳細を示し、（Ａ）は平面図、
（Ｂ）は正面図である。

【図７】図６の IV−IV 線断面図である。

【図８】被加工部材の側面をエンドミルカッターで切削
する状態の説明図である。

【符号の説明】

１試験片の加工装置５押え手段１４工具回転手段１８エンドミルカッター（切削工具）１９切刃２０軸方向２３押し付け手段２４第１の移動装置３４第２の移動装置４４工具移動手段６７被加工部材６８長手方向６９側面７０中央部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 1/28 B23C 3/00 B23C 5/10 G01N 3/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】機械的、物理的性質を試験するために用
いられる板状の試験片の加工装置において、前記試験片
に加工される板状の被加工部材を複数重ねて押える押え
手段と、略円柱の外側面に切刃を有し回転する切削工具
と、前記切削工具の切刃を前記被加工部材の長手方向に
沿って相対移動させる第１の移動装置と、前記切削工具
の切刃を前記被加工部材の長手方向の一方の側から他方
の側に相対的に移動させかつそれぞれの側の側面に押し
付ける第２の移動装置とを備えてなり、前記押え手段は、前記被加工部材が載置されるクランプ
ベースと、該クランプベースと前記被加工部材を挟んで
対向し、該クランプベースと前記被加工部材の長手方向
を挟んだ両端部で結合されるクランプトップとを備え、前記クランプベースおよび前記クランプトップは、前記
被加工部材を長手方向の全長にわたって押え、前記被加
工部材の長手方向と直交する方向の幅が前記試験片の仕
上げ幅より小さく形成されなる試験片の加工装置。
【請求項２】請求項１において、前記工具回転手段を
前記切削工具の軸方向に移動させる工具移動手段を備え
てなる試験片の加工装置。
【請求項３】機械的、物理的性質を試験するために用
いられる板状の試験片の加工方法において、前記試験片
に加工される被加工部材を複数重ね、押え手段によって
該被加工部材を長手方向全長にわたって押えるととも
に、略円柱の外側面に切刃を有する切削工具を回転させ
ながら該切刃を前記被加工部材の長手方向に沿った一方
の側面に押し付け、該被加工部材と前記切削工具を前記
長手方向に相対的に移動させながら切削加工し、前記切
削工具を前記長手方向と直交する方向に移動し、該被加
工部材の他方の側面に押し付け、該被加工部材と前記切
削工具を前記長手方向に移動させながら切削加工してな
り、前記押え手段は、前記被加工部材が載置されるクランプ
ベースと、該クランプベースと前記被加工部材を挟んで
対向し、該クランプベースと前記被加工部材の長手方向
を挟んだ両端部で結合されるクランプトップとを備えて
なり、前記クランプベースおよび前記クランプトップは、前記
被加工部材の長手方向と直交する方向の幅が前記試験片
の仕上げ幅より小さく形成されなることを特徴とする試
験片の加工方法。