JP3713194B2 - 平面用バニシング工具 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークの表面の平面部分に接触して転圧加工を行うための平面用ローラバニシング工具に関する。
【0002】
【従来の技術】
ワークの表面の仕上げ加工を行う手段としては、ローラをワークの表面の微小な凹凸に押圧してわずかに塑性変形させることで平面粗さを減少させる転圧加工があげられる。この転圧加工は、旋盤等の工作機械にバニシング工具を装着することにより、研削仕上げやラップ仕上げに比べて、簡便に短時間で精度の高い仕上げ加工ができるというメリットを有している。
ここで、ワークの表面のうちの平面部分にローラを押し当てて転圧加工を行うバニシング工具を、特に平面用バニシング工具という。この平面用バニシング工具は、工作機械の回転運動や直進運動可能な駆動機構の主軸に固定可能なシャンクにスプリングを介して円盤状のフレームを連結し、このフレームに放射状に形成した溝とマンドレルとでローラを支持する構成を有している。ローラはマンドレルによりワークの表面のうちの平面部分(以下、単に表面と称する)に向けて押圧されており、ローラをワークの表面に当接させた状態でシャンクを回転させると、ローラが回転(自転)しながら、フレームの中心に対して円運動(公転)する。これにより、ローラの円運動の軌跡に沿ってワークの表面が転圧加工される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ワークの加工面が大きい場合は、平面用バニシング工具をワークに対して相対的に平行移動させる必要があるが、平面用バニシング工具をワークに対して相対的に平行移動させると、移動方向の前側のローラで転圧加工されたワークの表面部分が、移動方向の後側のローラで重複して転圧加工されることになる。ここで、平行移動の過程においてワークの表面が重複して転圧加工されると、ワークの表面に微妙な盛り上がりや窪みが発生することがあり、ワークの面粗さを低下させる原因となっていた。
従って、本発明の解決する課題は、平面用バニシング工具をワークに対して相対的に移動させながらワークの表面を転圧加工する際に、平面用バニシング工具の移動に起因する加工不良を無くすことで所望の面粗さを得ることができる平面用バニシング工具を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決する本発明の請求項1に係る発明は、駆動機構に装着可能なシャンクを有し、シャンクの先端にワークの平面を回転しながら転圧する転圧手段を支持するフレームを備えた平面用バニシング工具において、フレームは、シャンクに固定されるスペーサと、転圧手段をワークに向けて押圧する押圧部を有するマンドレルとにより、シャンクの中心軸に対して直角な方向に遊動可能に支持されており、押圧部は傾斜を有していることを特徴とする平面用バニシング工具とした。
【0005】
このような構成によれば、フレームがシャンクに対して遊動可能に構成されているので、平面用バニシング工具がワークに対して平行移動すると、シャンクの中心軸に対してフレームが移動方向の後側に相対的に移動する。このとき、マンドレルの押圧部が傾斜を有しているので、移動方向の前後に位置する転圧手段とマンドレルの押圧部との接触状況が変わる。つまり、移動方向の前側の転圧手段にかかる押圧力が増大するので、この転圧手段の転圧力が増大する。一方、移動方向の後側の転圧手段にかかる押圧力が減少するので、この転圧手段による転圧力は減少する。これにより、ワークの平面への転圧加工は実質的に前側のローラのみにより行われ、ワークの表面は重複して転圧加工されないので、ワークの表面の盛り上がりや窪みの発生を防止できる。また、このような平面用バニシング工具は、シャンクを介して工作機械の主軸のストロークや押圧量を直接的にフレームおよびローラに及ぼすことができるので、ワークの表面の転圧量を精度良く制御することができる。
なお、「遊動可能」とは、ある部材(フレーム)が、外部からの力を受けた場合に、その力の向きと同一の方向に移動可能であることを意味している。
【0006】
また、本発明の請求項2に係る発明は、請求項1に記載の平面用バニシング工具において、転圧手段が、フレームに形成された溝に挿入されたテーパ付きローラまたはボールであることとした。
【0007】
このような構成によれば、平面用バニシング工具の平行移動時に、移動方向の前後に位置する転圧手段とマンドレルの押圧部との接触状況を容易に、かつ、大きく変化させることができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参考にして説明する。
図1(a)の側面の一部破断側面図、(b)の底面図、および図2の分解図に示すように、平面用バニシング工具1は、中心軸Cに沿って配置された、細長のシャンク2と、リング状のマンドレル3と、放射状の溝4を有する円盤状のフレーム5から構成されている。また、この溝4には、押圧部であるテーパを有するローラ6が挿入されている。
【0009】
次に、この平面用バニシング工具1の各構成要素について以下に説明する。なお、以下の説明において上側とは図1(a)の上側を、下側とは図1(a)の下側を意味するものとする。
まず、シャンク2は、中心軸Cに沿って貫通穴7を有する本体部8と、本体部8の下方において本体部8から円周方向に突出するフランジ部9とから構成されている。
本体部8の上端部8aは、図示しない工作機械からのクーラント供給管を貫通穴7に固定するための結合溝10を有している。また、本体部8の下端8b(先端)には、ネジ溝11が形成されている。
さらに、フランジ部9の下面9aには、等間隔に複数のネジ穴12が形成されており、このネジ穴12にはノックピン13がねじ込まれている。
【0010】
また、マンドレル3は、円筒状の部材であり、その下面は、下向きに凸形状となる押圧部であるテーパ面15を形成しており、テーパ面15の外周部は、段差部16を有している。そして、マンドレル3の上面には、ノックピン13の突出位置に対応する位置に凹部14が形成されている。
マンドレル3は、この凹部14にノックピン13を挿入することでシャンク2に対する回転を防止すると共に、マンドレル3の側部を係止する筒状のロックカバー17をシャンク2のフランジ部9の側面にねじ込むことでフランジ部9に固定されている。
【0011】
図2に示すように、フレーム5は、円盤状の部材であり、中心位置に円形の開口部17を有しており、フレーム5の周縁部分は、上方に向けて壁部18が立設している。また、フレーム5は開口部17を中心として放射状に細長の溝4が形成されており、この溝4にローラ6が挿入される。
【0012】
ここで、フレーム5の開口部17の周辺部は、下側からスペーサ19により支えられるようにしてシャンク2の本体部8に支持される。
スペーサ19は、下端に鍔20を有する筒状部材であり、シャンク2の本体部8の下端部8bに皿ネジ22により固定される。これにより、図1に示すようにフレーム5の開口部17の縁に形成された突出部21は、スペーサ19の鍔20により下側から支えられることになる。
このように構成することで、工作機械の主軸のストローク量および押圧力を直接、フレーム5およびローラ6に伝えることができるので、ワークWの表面の転圧量を正確に制御することができる。
【0013】
なお、開口部17の内径はスペーサ19の円筒部の外径よりも大きいので、開口部17の突出部21の内径とスペーサ19の円筒部の外径の間には、図3に示すような隙間23aが形成されている。また、開口部17の外径とスペーサの鍔20の外形との間にも、ほぼ同じ隙間23bが形成されている。
【0014】
また、図2に示すようにフレーム5の壁部18は、上面18aと内面18bを有し、マンドレル3の段差部16は下面16aと側面16bを有しており、図3に示すようにフレーム5は、上面18aを下面16aに当接させることでマンドレル3に支持されている。
ここで、フレーム5の壁部18の内面18bとマンドレル3の段差部16の側面16bとの間にも、前記とほぼ同様な隙間24a(図3参照)が形成されている。
【0015】
従って、フレーム5は、中心部がスペーサ19により上向きに支えられ、周縁部がマンドレル3の段差部16により下向きに押さえ付けられるので、中心軸Cの方向には遊びはほとんどない。一方、中心軸Cに垂直な方向(図1の左右方向)にはそれぞれ隙間23a,23b,24aがあるので、フレーム5はこの方向には移動が可能である。つまり、フレーム5は、中心軸Cに垂直な方向に遊動可能となっている。
【0016】
ローラ6は、フレーム5の半径方向(開口部17から壁部18に向かう方向)に径が大きくなるようなテーパを有しており、その両端部は、ワークWの表面ととの噛み込みを防止するために面取り加工が施されている。
なお、ローラ6は、下部または側部がフレーム5の溝4の縁に線接触することで落下が防止され、ローラ6の上部がマンドレル3のテーパ面15と線接触することで、ワークWの表面側に押圧されている。
【0017】
また、この平面用バニシング工具1は、本体部8の上端部8a側の結合溝10からクーラントを貫通穴7に供給することでワークWの表面にクーラントを供給しながら転圧加工をすることができる。
図1に示すように、本体部8の下端部8bのネジ溝11には、貫通穴7から本体部8の外周面に貫通するように形成された連絡穴25が形成されている。さらに、本体部8の外面には、連絡穴25に連なるように下向きに縦溝26が刻まれている。従って、クーラントは、本体部8の下端部8bの皿ネジ22の端面位置まで貫通穴7内を流動し、連絡穴25および縦溝26を通って、フレーム5に流れ落ちる。そして、フレーム5とマンドレル3のテーパ面15との間から、フレーム5の溝4を通って、ワークWの表面に噴出する。
【0018】
次に、この平面用バニシング工具1を用いてワークWの表面に転圧加工を行う手順について説明する。なお、ここでは平面用バニシング工具1がワークWに対して平行移動するものとして説明するが、平面用バニシング工具1を固定し、ワークWを載置したテーブルを平行移動させるか、その両者を平行移動するように構成しても良い。
【0019】
まず、平面用バニシング工具1のシャンク2に好適なツールホルダを介して、例えば、フライス盤やマシニングセンタ等の工作機械の駆動機構の主軸に固定する。これにより、平面用バニシング工具1の中心軸Cは、平面用バニシング工具1の回転軸となる。
次に、図3に示すように、工作機械を操作し、平面用バニシング工具1のローラ6をワークWの表面に当接させる。そして、フレーム5の溝4とローラ6との隙間からクーラントを供給しつつ、工作機械の主軸を回転させて、平面用バニシング工具を中心軸Cに対して矢印Aの方向に回転させる。これにより各ローラ6は、矢印aの向きに自転しながら、中心軸Cを中心として矢印Aの向きに公転する。
ここで、主軸のストローク量でローラ6がワークWの表面を転圧加工する転圧量が適切な値(例えば、0.02〜0.05mm)となるように制御することで、ワークWの表面の凸部が所定の転圧量だけ塑性変形し、ワークWの表面が環状に鏡面仕上げされる。
【0020】
この状態で所定時間、ワークWの表面の転圧加工を行ったら、平面用バニシング工具1を図4の矢印Bの方向に平行移動させる。このとき、主にワークWの表面とローラ6との間に生じる摩擦力により、フレーム5には主軸の進行方向とは逆向きの力がかかる。ここで、前記のようにフレーム5は中心軸Cに対して垂直な方向に遊動可能に構成されているため、フレーム5の位置が、図4に示すように、中心軸Cの位置に対して後方に所定量dだけずれる。この所定量dは、前記の隙間23a,23b,24aの幅により決まるものであり、フレーム5が所定量dだけ後方に移動すると、図2に示した左側の壁部18の内面18bとマンドレル3の左側の段差部16の側面16bが当接し、フレームの開口部17の左側とスペーサ19の左側とが当接する。つまり、図4の左側の隙間23a,23b,24aがなくなり、その分だけ図中の右側の隙間23a,23b,24aが大きくなる。
【0021】
ここで、この平面用バニシング工具1のマンドレル3はローラ6を押圧する押圧部がテーパ面15であるため、フレーム5の位置が中心軸Cの位置に対して後方にずれると、進行方向の前側、後側の位置するローラ6a,6bのそれぞれとマンドレル3のテーパ面15との接触状態が変化する。
進行方向の後側のローラ6aは、マンドレル3のテーパ面15の高い位置でテーパ面15と線接触することになるので、そのぶんだけローラ6aがワークWの表面側に押圧される力が小さくなる。従って、ローラ6aがワークWの表面を転圧する力が小さくなるので、ローラ6aによるワークWの表面の転圧は実質的に行われなくなる。
【0022】
一方、進行方向の前側のローラ6bは、マンドレル3のテーパ面15の低い位置でテーパ面15と線接触することになるので、そのぶんだけローラ6aは、ワークWの表面に強く押圧されることになる。従って、ローラ6aがワークWの表面を転圧する力が大きくなる。
従って、平面用バニシング工具1の平行移動時に、実質的に進行方向の前側のローラ6bのみによりワークWの表面の転圧加工が行われる。よって、後側のローラ6aによってワークWの表面が重複して転圧加工されることがないので、ワークWの表面の盛り上がりや、窪みの発生を防止できる。
【0023】
このとき、主軸の平行移動時にフレーム5にかかっていた進行方向後向きの力が消えるので、フレーム5の位置は、図3に示す位置に戻り、工作機械の主軸とフレーム5の中心とが一致する。
従って、この位置において、ワークWの表面の転圧加工を行い、以降、前記の動作を繰り返して、ワークWの残りの領域についても鏡面仕上げを行う。なお、転圧加工の加工幅が平面用バニシング工具1の有効加工径よりも大きい場合は、加工面を二回以上重ね合わせるようにして転圧加工することが望ましい。
【0024】
このような平面用バニシング工具1は、フレーム5を中心軸Cに対して垂直な方向に遊動可能に構成すると共に、ローラ6の押圧部にテーパ面15を用いることで、平面用バニシング工具1の平行移動時にローラ6によるワークWの表面の転圧力を容易に制御することができる。従って、広範囲の転圧加工を精度良く、迅速に行うことができる。
【0025】
次に、本発明の別の実施の形態を図を用いて説明する。なお、図5(a)、(b)において図1と同じ構成要素について同一の符号を付して、その説明を省略する。
図5(a)に示すように、この平面用バニシング工具51は、フレーム55の開口部17を中心として複数の丸穴54を形成し、各丸穴54に転圧手段である球形のボール56を挿入している。
転圧手段をボール56にすることで、ローラ6を用いた場合に比べて、同一面積のフレーム5,55内に配置できる転圧手段の数を増加させることができる。また、ボール56は転がりに方向性がないため、ワークWの表面との間のスリップが少なくなるので、ワークWに対して平面用バニシング工具51を高速回転させることが可能となる。
さらに、このボール56をワークWの表面に向けて押圧するマンドレル53の押圧部65は、曲面形状を有しており、押圧部65とボール56とが点接触をするように配置されている。
【0026】
ここで、フレーム55の開口部67は、突出部61においてスペーサ59の鍔70に下側から支持されている。なお、突出部61とスペーサ59の内筒部との間には隙間73aが、開口部67と鍔70との間には隙間73bがそれぞれ形成されている。
また、フレーム55の周縁部に立設する壁部68の内面68bとマンドレル53の段差部の側面66bとの間にも隙間74aが形成されている。
【0027】
図5(b)に示すように、この平面用バニシング工具51がワークWの表面に対して矢印Bの方向に平行移動すると、スペーサ59とマンドレル53により中心軸Cに垂直な方向に遊動可能に支持されているフレーム55は、図中の左側の壁部68の内面68bとマンドレル53の側面66bとが当接するまで後方に移動する。また、このとき、フレーム55の開口部67の左側とスペーサ59の左側とが当接する。一方、図中の右側に位置する隙間73a,73b,74aが非平行移動時に比べて大きくなる。
【0028】
これにより、マンドレル53の押圧部65とボール56との接触位置が変化する。すなわち、進行方向の後側のボール56aは、押圧部65の曲線形状に沿って高い位置で押圧されることになるので、ボール56aのワークWの表面に対する転圧力が減少する。一方で、進行方向の前側のボール56bは、押圧部65の曲線形状に沿って低い位置で押圧されることになるので、ボール56bのワークWの表面に対する転圧力が増大する。
このようにマンドレル53の押圧部65とボール56との接触位置が変化することで、平面用バニシング工具51の進行方前側のボール56bによってのみ転圧加工が行われることになるので、ワークの表面は重複加工されないようになる。従って、ワークWの表面の盛り上がりや窪み発生を防止できる。
【0029】
【発明の効果】
本発明は、フレームをシャンクの中心軸に対して直角な方向に遊動可能に支持すると共に、転圧手段をワークに向けて押圧する押圧部が傾斜を有する平面用バニシング工具とした。従って、平面用バニシング工具をワークに対して相対的に平行移動させた際に、移動方向の前後に位置する転圧手段とマンドレルの押圧部との接触状況を容易に制御することができるので、転圧手段がワークの表面に及ぼす転圧力の増減を容易に制御することができる。これにより、簡単な構成で、平行移動の重複した転圧加工を防止できるので、ワークの表面に窪みや盛り上がりが発生しない。よって、ワークの表面の仕上げ加工を迅速に、かつ、精度良く行うことができる。
特に、転圧手段をテーパ付きローラまたはボールとすると、平面用バニシング工具をワークに対して相対的に平行移動させた時に、転圧手段とマンドレルの押圧部との接触状況を容易に、かつ、大きく変化させることができる。従って、簡単な構成でワークの表面の仕上げ加工をさらに精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の平面用バニシング工具の実施の形態を示す、(a)一部破断側面図、(b)底面図である。
【図2】 平面用バニシング工具の下部の分解図である。
【図3】 平面用バニシング工具でワークの表面に転圧加工を行っている状態を示す説明図である。
【図4】 平面用バニシング工具をワークの表面に対して平行移動させた状態を示す説明図である。
【図5】 本発明の別の実施の形態における、(a)転圧加工時、(b)平行移動時の平面用バニシング工具を示す説明図である。
【符号の説明】
1,51 平面用バニシング工具
2 シャンク
3,53 マンドレル
4,54 溝
5,55 フレーム
6,56 ローラ (転圧手段)
8 本体部
15 テーパ面 (押圧部)
19,59 スペーサ
23a,23b,24a,73a,73b,74a, 隙間
56 ボール (転圧手段)
65 押圧部

Claims (2)

  1. 駆動機構に装着可能なシャンクを有し、前記シャンクの先端にワークの平面を回転しながら転圧する転圧手段を支持するフレームを備えた平面用バニシング工具において、
    前記フレームは、前記シャンクに固定されるスペーサと、前記転圧手段を前記ワークに向けて押圧する押圧部を有するマンドレルとにより、前記シャンクの中心軸に対して直角な方向に遊動可能に支持されており、前記押圧部は傾斜を有していることを特徴とする平面用バニシング工具。
  2. 前記転圧手段は、前記フレームに形成された溝に挿入されたテーパ付きローラまたはボールであることを特徴とする請求項1に記載の平面用バニシング工具。
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