JP3750974B2 - 切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工物の穴の内面の切削とローラバニシング仕上げを同時に行う複合工具に係り、特に小径穴を高精度に表面仕上げする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、金属表面を表面粗さ0.8μRmax程度以下の超精密表面に仕上げる加工（高精度鏡面仕上げ）の方法に、金属表面をローラで押しつぶし塑性変形させるローラバニシング仕上げが用いられており、ローラバニシングツールによりバニシング仕上げされた金属表面は、表面粗さが向上するのみならず、表面の加工硬化により耐摩耗性、耐疲労性、耐腐食性が向上することが知られている。
【０００３】
従来、穴の内面のローラバニシングによる穴内面の高精度鏡面仕上げの加工をするには前加工としてドリルで荒加工された下穴をローラバニシングに適したある程度の寸法までに矯正するためにリーマ等の刃工具で切削加工を施していた。
【０００４】
しかし、かかる加工法によれば、寸法矯正と表面仕上げの２行程を要し、２種類の工具を用いているため、その分の加工時間、工具の交換又は被加工物を別の工作機に移す場合には被加工物の取り外し、移送、取り付けの各作業時間と、労力を要し、生産性が悪く不経済であるという問題があった。そのため、これらの切削加工による寸法矯正とローラバニシングによる表面仕上げの２行程を１工程にまとめて行いたいという要請が生じていた。
【０００５】
かかる要請に応える一つの可能性として切削刃と超硬ガイドとを持ち備えたバニシングリーマによる加工があるが、かかる超硬ガイドのスリップによるバニシングでは、表面粗さの向上に限界があり高品質が望めず、鉄系金属に対する耐久性に問題がある。鉄系金属の加工に用いた場合には超硬ガイドが短時間の使用で負傷し工具寿命が短い。
【０００６】
いずれにせよリーマ工具によれば大幅な寸法矯正はできず、穴径にあわせた多数の工具を必要とする。
【０００７】
さらに、穴加工における切り屑の排出は一般的な問題であり、その向上が望まれる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、１工程で切削による穴径の寸法矯正とローラバニシングによる穴内面の表面仕上げを同時に行う切削とローラバニシングを複合した工具を提供することを目的とする。
また、高度な仕上がり精度、非鉄金属のみならずあらゆる金属材料に対応しうる優れた耐久性、長い工具寿命、加工作業の大幅な簡略化と加工時間の大幅な短縮化とそれに伴う製品の生産性、経済性、品質の向上を達成しうる切削とローラバニシングを複合した工具を提供することを目的とする。
さらに、単純な内面加工に限らず段付き穴、止まり穴に適用可能で、ひいては外面、テーパ面、円筒平端面にも用いられる多用途多機能な切削とローラバニシングを複合した工具を提供することを目的とする。
また、従来の工具に比較して広範な寸法矯正を一の工具で実施できる切削とローラバニシングを複合した工具を提供することを目的とする。
また、かかる高性能を獲得しつつも、構造の複雑化を招来させず、小径穴の加工にも適用可能な小径の切削とローラバニシングを複合した工具を提供することを目的とする。
さらに他の目的は、切削時発生する切り屑を効率良く排除することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本出願第１の発明は、一又は二以上のカッタと、一又は二以上のローラと、前記カッタを埋設し前記ローラをローラ溝に回転自在に係止するボディ部と、前記ボディ部の内部に配置され前記ローラの外周面と互いに転動可能に当接するマンドレルとを装備し、回転駆動端末に接続された前記ボディ部の回転に応じて前記カッタを回転させると共に前記ボディ部の回転により前記マンドレルと被加工物の穴の内面との両方に圧接した前記ローラを回転させ、前記回転するカッタにより前記被加工物の穴の内面を切削し、前記回転するローラにより前記被加工物の穴の内面のローラバニシング仕上げを行う複合工具であって、前記カッタ及び前記ローラが前記ボディ部の外周上の周方向に並列配置されてなることを特徴とする切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具である。
【０００１０】
したがって本出願第１の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具によれば、切削により穴径の寸法精度を確保するカッタとローラバニシングにより穴内面の高精度鏡面仕上げを行うローラを一の工具に備えているので、１工程で穴径の寸法精度確保と穴内面の表面仕上げを実施できる利点がある。
【０００１１】
また、カッタとローラが周方向に並列配置されているので、各カッタが受ける切削抵抗の分力のうち主分力と背分力との合力を工具本体に負担させることなく、その合力がゼロで無い限り、ローラが支持する。その結果、工具本体には横荷重が作用せず、加工時においてその中心軸を真直に保持でき、被加工穴の高い円筒度が得られる。工具径に対する工具の突き出し長さが過大であっても工具の悪質な変形を起こさないのでびびり振動の発生を防ぎ走行が安定するという利点がある。それとともに、ローラの支持力はローラバニシングのバニシ圧として利用される。
【０００１２】
かかる走行の安定を得るためには、カッタとローラの総数は３以上であることが望ましい。 その場合には、一のカッタの回転方向後方近傍に少なくとも一のローラを配置することが好ましい。切削のガイドローラの役割を担いカッタの切削面に対する上下動を有効に防ぐからである。
【０００１３】
また、カッタとローラが周方向に並列配置されているということは、単に一工具で切削加工とローラバニシング仕上げ加工の２行程を行うということだけではなく、これら２工程を同時に行うということを意味する。
切削加工部と仕上げ加工部とを軸方向に直列配置した複合工具では、ある特定の被加工面は切削加工された後、工具の送りによりローラバニシング仕上げ加工されるため、止まり穴の加工においては穴底に仕上げ加工されない領域を残さざるを得ないが、本出願第１の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具によれば、貫通穴はもちろんのこと止まり穴の加工においても切削加工した面は常に仕上げ加工可能であり、未加工面を最小限に抑えることが可能となる。そのためには、カッタの有効使用範囲の全部とローラの有効使用範囲の全部が回転時に重なる構成をとるか、カッタの有効使用範囲の全部とローラの有効使用範囲の一部が回転時に重なる構成又はカッタの有効使用範囲の一部とローラの有効使用範囲の全部が回転時に重なる構成においてカッタの有効使用範囲の開始端とローラの有効使用範囲の前端の位置をおよそ一致させることが好ましい。
【００１４】
また本出願第２の発明は、本出願第１の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具において、前記カッタは偶数とし、各二のカッタが相互に前記ボディ部の中心軸について対称位置に配置されてなることを特徴とする。
【０００１５】
本出願第２の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具は、カッタに負荷される切削抵抗の主分力と背分力をかかる対称位置に配置された二のカッタ相互で相殺し、各カッタが受ける切削抵抗の分力のうち主分力と背分力の合力がゼロとなる。その結果、工具本体には横荷重を負担させないという構成となり、前述第１の発明による利点を同様に有する。
【０００１６】
また、本出願第２の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具によれば、両カッタの切削点を結ぶ線分が工具の中心を通る直径となるため、切削径が実測できる利点がある。
【００１７】
また本出願第３の発明は、本出願第１の発明または本出願第２の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具において、前記カッタは、前記ボディ部の外周面に設けられた切り屑ポケットの一端に取り付けられ、前記複合工具本体内部に工作液供給路を設け、当該工作液供給路から供給される工作液を、前記ローラと当該ローラを係止するローラ溝との隙間から前記複合工具外部に噴出させると共に、前記切り屑ポケットに開口する工作液排出口から噴出させることを特徴とする。
また本出願第４の発明は、一のカッタと、二のローラと、前記カッタを埋設し前記ローラをローラ溝に回転自在に係止するボディ部とを装備し、回転駆動端末に接続された前記ボディ部の回転に応じて前記カッタを回転させると共に前記ボディ部の回転により被加工物の穴の内面に圧接した前記ローラを回転させ、前記回転するカッタにより被加工物の穴の内面を切削し、前記回転するローラにより前記被加工物の穴の内面のローラバニシング仕上げを行う複合工具であって、前記カッタは、前記ボディ部の外周面に設けられた切り屑ポケットの一端に取り付けられ、前記カッタ及び前記ローラが前記ボディ部の外周上の周方向に並列配置されると共に、前記二のローラのうちの一のローラは、前記ボディ部の中心軸について前記一のカッタの対称位置に配置され、他の一のローラは、前記一のカッタの回転方向後方に続く前記ボディ部の外周の４分の１以内の円周上に配置され、前記複合工具本体内部に高圧の工作液を供給する工作液供給路を設け、当該工作液供給路から供給される高圧の工作液を、前記ローラと当該ローラを係止するローラ溝との隙間から前記複合工具外部に噴出させ、前記ローラの回転を支持すると共に、前記切り屑ポケットに開口する工作液排出口から噴出させることを特徴とする切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具である。
【００１８】
したがって本出願第４の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具は、カッタが一本であるので、カッタに負荷される切削抵抗の主分力と背分力をカッタ相互間で相殺することは無く、１００％ローラが負担する。
【００１９】
切削抵抗の分力のうち背分力は、カッタの対称位置に配置されているローラ(以下、「背面ローラ」という。）が100%負担する。したがって、背面ローラはカッタの受ける切削抵抗の背分力及びカッタの回転方向後方に続く本体外周の４分の１以内の円周上に配置されたローラ（以下、「追跡ローラ」という。）の支持反力の一部を100%バニシ圧に変換することとなる。これにより、特別な手段を講じることなく切削時に背面ローラと被加工面の接触面圧が増加しローラバニシングに要するバニシ圧を十分に付与することができ、所望の仕上がり表面粗さが得られる。
【００２０】
切削抵抗の分力のうち主分力は、追跡ローラが100%負担する。追跡ローラの支持反力のうち主分力方向成分が主分力と等しくなる。
追跡ローラがカッタの回転方向後方に続く本体外周の４分の１円周内において、最もカッタから離れた位置（カッタから９０度の位置）からカッタに近づくにつれて、上述の切削のガイドローラの役割が強くなるとともに、追跡ローラの支持反力のうち背分力方向成分がゼロから次第に増加する。
追跡ローラの支持反力のうち背分力方向成分がゼロから次第に増加した結果、背面ローラのバニシ圧が増加する。なぜなら、背面ローラの支持反力は切削の背分力と追跡ローラの支持反力の背分力方向成分の両方と釣り合うからである。
バニシ圧が増加したローラはさらなる表面仕上げ効果を発揮する。
【００２１】
また、カッタとローラを対称位置に配置することにより加工径を実測できる利点がある。
【００２２】
さらに、本出願第４の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具は一本のカッタと二本のローラの３点で加工径が決定されるため、本出願第６の発明の特定事項たるカッタ径調節機構によりカッタ径を変えることで、切削径をローラバニシング径の両方を同時に調節することができる。
【００２３】
また本出願第５の発明は、一又は二以上のカッタと、一又は二以上のローラと、前記ローラをローラ溝に回転自在に係止するフレームと、前記フレームの内部に配置され前記ローラの外周面と互いに転動可能に当接するマンドレルとを装備し、前記カッタは前記マンドレルの突出部に装着され前記ローラより前方に位置するように直列配置され、回転駆動端末に接続された前記マンドレルの回転により前記マンドレルと被加工物の穴の内面との両方に圧接した前記ローラを回転させると共に前記マンドレルの回転に応じて前記カッタを回転させ、前記回転するカッタにより前記被加工物の穴の内面を切削し、前記回転するローラにより前記被加工物の穴の内面のローラバニシング仕上げを行う複合工具であって、前記複合工具本体内部に工作液供給路を設け、前記ローラと当該ローラを係止するローラ溝との隙間から前記複合工具外部に、当該工作液供給路から供給される工作液を噴出させると共に、前記マンドレルの突出部に装着されたカッタに対して当該工作液供給路から工作液を供給することを特徴とする切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具である。
【００２４】
したがって本出願第５の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具によれば、切削により穴径の寸法精度を確保するカッタと穴内面の高精度鏡面仕上げを行うローラを一の工具に備えているので、１工程で穴径の寸法出しと穴内面の鏡面仕上げを実施できる利点がある。本出願第５の発明はカッタがローラより前方に位置するのでカッタで切削を行った後、連続してローラバニシングを行う貫通穴専用の工具である。切削とローラバニシングが独立しているため、お互いに影響を及ぼさず寸法出しと鏡面仕上げができる。さらに、カッタの形状を工具後退時のカッタマークを防止するように通常カッタよりランド幅を大きくバックテーパを小さく設定し、かつ、カッタのフローティング機構を省いたため小径化が実現できたものである。
【００２５】
また本出願第６の発明は、本出願第１の発明から本出願第５の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具のうちいずれか一において、前記カッタによる切削径を調節する切削径調節機構を備えたことを特徴とする。
【００２６】
したがって本出願第６の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具によれば、カッタの切削径が調節可能であるので、一の工具で数種の仕上がり内径寸法に加工できる利点がある。
【００２８】
以上で示したように、工具本体内部に工作液供給路が設けられているので、加工時において工具内部、切削点、ローラバニシング点等に工作液を確実に供給でき、切り屑の排出、工具部材の摩耗、接触する工具部材相互の又は工具部材と被加工物相互の摩擦、溶着を防止する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具につき図面を参照して説明する。
【００３０】
実施の形態１
図１は本発明の一実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具を示す側面図（ａ）、（ａ）に示すＡ−Ａ断面図（ｂ）及び（ｂ）に示すＢ−Ｂ断面図（ｃ）である。
図２は本発明の一実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具切削径調節機構を示す要部略式図である。
図３は本発明の一実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具のカッタ形状を示す要部拡大図である。
【００３１】
まず、実施の形態１の構成を説明する。
図１（ａ）に示すように、実施の形態１に係る切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具は、細長いほぼ円筒形を形成し、シャンク部１１に続くボディ部１２にピン穴１３が設けられ、続いて先端部にカッタ１４とローラ１５を埋設している。図１（ｂ）が示すように、カッタ１４とローラ１５はそれぞれ２つずつ各対称に配置されており、カッタ１４はボディ部１２の外周面をえぐるように設けられた切り屑ポケット１６の一端にろう付けされる。
【００３２】
以上のように、実施の形態１はカッタ１４の有効使用範囲の一部がローラ１５の有効使用範囲の全部とが重なるような構成を採る。
【００３３】
工具中心からカッタ１４の刃先とローラ１５の中心とにそれぞれ引き出した直線のつくる狭角１９は、ローラに切削ガイドとして役割や切り屑の排出性を考慮すると、より鋭角にした方が有利である。つまり、ローラ１５はカッタ１４後方でカッタ１４に近いほうが有利である。
しかし、極端に接近するとカッタ１４の保持強度が低下するため、実施の形態１は、工具径φ２０mmで約５０°とする。
【００３４】
図１（ｂ）、（ｃ）を参照すると、二つのローラ１５は、ローラ１５の形状よりわずかに大きく、ボディ部１２の外周部に対称に設けられた２つのローラ溝に、それぞれ回転自在に係止される。さらに、二つのローラ１５は、対面するローラ溝を開通させるボディ部１２の中心部の穴に挿入されたマンドレル１７に工具内部で接している。
マンドレル１７はその後端近傍にマンドレル細径部１７ｄを有し、そのマンドレル細径部１７ｄをピン穴１３から差し込まれるＵ型ピン１８のＵ型溝に回転自由に狭持され、軸方向の移動を抑止される。すなわち、マンドレル１７は本来的に軸方向に移動できるが、Ｕ型ピン１８の装着によって一定位置に位置決めされる。
【００３５】
図１（ｃ）に示されるように、Ｕ型ピン１８のピンヘッドは偏心している。実施の形態１は、この偏心度を変更したＵ型ピンを数個備えており、Ｕ型ピン１８を交換することによりマンドレル１７の軸方向位置を規定することができる。
しかして、実施の形態１は、マンドレル１７は、先端部にマンドレルテーパ部１７ａを設けており、マンドレル１７を軸方向に移動することによりローラ１５を工具半径方向に平行移動させ、ローラバニシング径を変えることができる。
ローラ１５はマンドレル１７と逆方向のテーパを付けられ、被加工面に水平を含め一定の角度で接触するようにされる。
【００３６】
カッタ１４の取り付け方法にはろう付けの他スローアウェイ方式があり、スローアウェイ方式では切削径の調節が可能である。実施の形態１の切削径調節機構を図２に示す。
図２は切削径調節機構を示す要部略式図である。工具の軸に対しテーパ角Ｔ１を設けたカッタ搭載面２１に逆方向にテーパを底面に設けたカッタ１４を搭載し、クランププレート２２をあてがい、これをネジ２３で固定する。
カッタ１４を固定する工具軸方向位置を変えることによって工具外周面からカッタ１４の突出量が変わり、その結果カッタ１４による切削径が変更される。
【００３７】
また、実施の形態１はシャンク部１１、ボディ部１２及びマンドレル１７に工作液供給路を備える。
シャンク部１１の終端に開口する工作液供給口１１ａから供給された工作液は、シャンク部１１内の工作液供給路１１ｂに流入し、続いてボディ部１２内の工作液供給路１２ａ、マンドレル１７内の工作液供給路１７ｂを通り、工作液排出口１７ｃからローラ１５及びその近辺に供給され、最終的にはローラ溝とローラ１５の隙間から工具外部へ噴出される。なお、工具使用時のマンドレルの回転によって工作液排出口１７ｃは３６０度方向を変えるため、工作液は２つのローラ１５双方に平等かつ効率良く供給される。
また、工作液供給路１２ａは図１（ｃ）紙面のほぼ垂直方向表及び裏に分流し工作液供給路２５に繋がり、切り屑ポケット１６の後端壁に開口する工作液排出口２６に達する。ゆえに工作液は２つある切り屑ポケット１６の双方に供給され、切り屑を前方に効率良く排出する。
【００３８】
次に加工時における他の動作を説明する。
工作機等の回転動力端末にシャンク部１１が接続され、軸回転を始めた実施の形態１の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具は、ドリルで荒加工された被加工物の下穴に送られ、まず始めにカッタ１４の前端が穴内面に接触し穴内面の切削を開始する。次いでローラ１５の前端が穴内面に接触しローラバニシングを開始する。このときローラ１５は、被加工物の穴内面及びマンドレル１７の両方に圧接し、穴内面に対し滑らず回転する。マンドレル１７もこれにあわせて従属的に回転し、ローラ１５の回転とバニシ圧をサポートする。
【００３９】
切削とローラバニシング仕上げの同時加工が終了した後、工具を後退させるが、このときカッタ１４の穴内面への再接触による傷の発生を防止する目的で図３に示すようにカッタ形状を工夫した。
すなわち、ランド３１のランド幅３２を大きくとることにより切削のガイドとしての役割を強化し、バックテーパ３３を緩くした。好適には、ランド幅３２は0.4mm以上とし、バックテーパ３３は1/1000〜3/10000とする。なお、切削径は位置３４で最大となる。
したがって、この図３で示すカッタ形状によれば、カッタ１４と被加工物穴内面との接触面積が大きいため、接触圧力が低減し、工具後退時の傷の発生を防止することができる。
この図３で示すカッタ形状は、後述するすべての実施の形態に適用可能であり、カッタマーク防止のための有効手段であり、特に工具の構造が複雑化しないため小径穴用の工具にも適用できる利点がある。
【００４０】
実施の形態２
次ぎに本発明の他の実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具につき図４、図５及び図６を参照して説明する。
図４は本発明の他の実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具を示す側面図（ａ）及び（ａ）に示す矢印Ｃ方向から見た要部側面図（ｂ）である。
図５は図４（ｂ）に示すＤ−Ｄ断面図（ａ）及び図４（ｂ）に示すＥ−Ｅ断面図（ｂ）である。
図６は本発明の他の実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具の切削径・テーパ角調節機構を補足説明する要部略式図である。
【００４１】
図４及び図５に示すように本実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具では、実施の形態１の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具とは異なり、カッタは一枚とされ、そのカッタの対称位置に一のローラは配置される。すなわち実施の形態２は、本出願第４の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具の一実施の形態であり、その作用は上述の通りでありここで繰り返さない。
しかし、実施の形態２は切削径調節機構を採用しており、また、マンドレルを備えず、工作液供給路を設けているのでこれらを中心に説明する。
【００４２】
本実施の形態２の構成要素たるシャンク部４１、ボディ部４２、ローラ４３、カッタ４４の作用は実施の形態１と同様である。
本実施の形態２においてカッタの取り付け方式はスローアウェイ方式である。カッタ４４はクランププレート４５及び六角穴付ボルト５２によって固着される。カッタ４４の位置修正や交換は六角穴付ボルト５２を緩めて行われる。
カッタ４４はボディヘッド部４２ａを貫通する雌ネジ穴５０にセットされた六角穴付止ネジ５１の端面によって底面を支持されており、六角穴付止ネジ５１の位置が調節されることによりカッタ４４の突出量、すなわち、切削径が調節される。また、六角穴付止ネジ５１はＤ−Ｄ断面だけでなくカッタ４４の後端側に、もう一つ設けられているので、かかる２つの六角穴付止ネジ５１を適宜独立に調節することによって、切削径のみならず、テーパ角も調節することができる（図６参照）。
【００４３】
本実施の形態２は、ボディ部４２に工作液供給路を備える。
ボディ部４２の外側面に開口する工作液供給口５３から供給された工作液は、ボディ部４２内の工作液供給路５４に流入し、ボディヘッド部４２ａ内で各ローラ４３のローラ溝へと分岐する工作液供給路５５を通り、ローラ４３及びその近辺に供給され、最終的にはローラ溝とローラ４３の隙間から工具外部へ噴出される。また、図示しないが実施の形態１で説明した工作液供給路２５及び切り屑ポケット１６の後端壁に開口する工作液排出口２６を本実施の形態２も備え、切り屑を前方に効率良く排出する。
なお、工作液供給口５３は実施の形態１ のようにシャンク部４１の終端に設けることも可能であるし、逆に、実施の形態１は本実施の形態２ のようにボディ部１２の外側面に設けることも可能である。内部給油機構を持たない汎用の工作機で使用するためには、ボディ部１２の外側面に工作液供給口を設けることが有効である。
【００４４】
本実施の形態２の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具の加工時における動作は実施の形態１とおよそ同一であるが、本実施の形態２は、マンドレルを備えず、工具の小径化に支障の無い構成を採り、その代替手段として高圧の工作液を上記工作液供給路から供給し、ローラ４３の回転を支持する。さらに、マンドレルと異なり高圧工作液はローラ４３とローラ溝の間、ローラ４３と被加工物の間及びその近辺に行き亘るため、ローラ４３とローラ溝の内壁やローラ４３と被加工物の被加工面との滑りを防止しローラ４３の回転を保証するとともに、切り屑を確実に排出する。
【００４５】
実施の形態３
次ぎに本発明の他の実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具につき図７及び図８を参照して説明する。
図７は本発明の他の実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具を示す側面図である。
図８は本発明の他の実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具を示す要部側面図である。
【００４６】
本実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具は、本出願第５の発明の一実施形態である。図７に示すように、リングカッタ７８及びローラ７７を回転させる回転駆動部材はシャンク部７１とそれに続くマンドレル７６が一体化したものである。かかる回転駆動部材は、ローラバニシング径調節機構の一部を構成するアジャストリング７２、ハウジング７３及びハウジングナット７４を貫通し、さらにフレーム７５を貫通し、フレーム７５の先端からマンドレル突出部７６ａを突出させる。フレーム７５には４つのローラ７７が埋設され、マンドレル７６のマンドレルテーパ部７６ｂに支持される。マンドレル突出部７６ａにはマンドレルのマンドレルテーパ部７６ｂに連続するテーパが付けられており、リングカッタ７８が装備される。カッタ径は固定式とコレットのような弾性変形を利用した調節式とがある。
本実施の形態３においては、マンドレル７６の回転がローラ７７に伝わり、ローラ７７が軸回転する。ローラ７７が被加工面に接触すれば、ローラ７７はフレーム７５と共々回転を始める。
【００４７】
ローラバニシング径調節機構は、マンドレル７６をフレーム７５に対し軸方向に移動させ、ローラバニシング径を微調整可能とする機構である。その構造、作用等は実公昭64-275にローラバニシングツールのツール径調節機構として詳述されている。
【００４８】
本実施の形態３は、図示しないが、マンドレル７６の内部に工作液供給路を設け、ローラ７７及びリングカッタ７８に対し工作液を供給することが可能であり上述の利点がある。
【００４９】
リングカッタ７８は、図８に示すようにフレーム７５の突出部７５ａに装備しても良い。この場合、リングカッタ７８及びローラ７７を回転させる回転駆動部材はシャンク部７１とそれに続くフレーム７５が一体化したものであり、マンドレルはローラ７８を回転支持し従属して回転する。フレーム７５の突出部７５ａにリングカッタ７８を取り付けることによりリングカッタ７８の保持力は増加する。また、工作液供給路８１、工作液排出口８２によりリングカッタ７８の後方から工作液を供給する。
【００５０】
本実施の形態３の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具は、実施の形態１と同様に切削とローラバニシング仕上げの同時加工が終了した後、工具を後退させるが、このときリングカッタ７８の穴内面への再接触による傷の発生を防止する目的で図３に示すようにリングカッタ７８の形状を工夫した。つまり、カッタのランド幅を広くすることで、切削のガイドとしての役割を強化し、さらに、バックテーパを緩くすることでカッタとワークの接触圧力を低減した。
また、本実施の形態３は、リングカッタ７８が回転駆動部材の延長部に装着され、ローラ７７と直列配置されており、しかもカッタのフローティング機構をあえて設けずに切削部とローラバニシング部との高精度な同軸度を確保し、ローラバニシングによるわずかな内径寸法の拡大によってカッタが仕上げ面に強く接触しない構成としたため、仕上がり精度が安定し、工具後退時においてカッタマークが付くことも無く工具の小径化を実現できた。
【００５１】
【発明の効果】
上述したように本発明は、カッタとローラを一の工具に備えているので、１工程で穴径の寸法精度確保と穴内面の表面仕上げを実施できるという効果がある。また、カッタ及びローラを並列配置したことにより、１工程で切削とローラバニシング仕上げを同時かつ同位置で行うことができるという効果がある。
さらに、上述したように、カッタに負荷される切削抵抗のうち主分力及び背分力を工具中心軸について対称配置したカッタにより相殺させることにより、かかる対称配置の構成を採らない場合は、ローラに十分負担させることにより工具本体には横荷重を負担さないという効果や、高圧の工作液をカッタ及びローラへ供給可能とした効果等があり、以上の効果は工具の真直、走行の安定及び十分なバニシ圧を維持し、精度の高い加工物を能率良く安定生産でき、かつ、あらゆる金属材料に対応しうる優れた耐久性、長い工具寿命、測定容易性、多品種少量生産、加工作業の大幅な簡略化と加工時間の大幅な短縮化とそれに伴う製品の生産性、経済性、品質の向上を達成しうるという多大な利益をもたらした。
また、そのような利益多き技術を、カッタのフローティング機構やマンドレルを省くことをはじめとする構造の簡略化の努力により、従来適用不可能であった小径穴の加工に対して開拓するという目覚ましい貢献があった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１を示す側面図（ａ）、Ａ−Ａ断面図（ｂ）及びＢ−Ｂ断面図（ｃ）である。
【図２】 本発明の実施形態１の要部略式図
【図３】 本発明の実施形態１のカッタ形状を示す要部拡大図
【図４】 本発明の実施形態２を示す側面図（ａ）、矢印Ｃ方向から見た要部側面図（ｂ）である。
【図５】 図４（ｂ）に示すＤ−Ｄ断面図（ａ）及び図４（ｂ）に示すＥ−Ｅ断面図（ｂ）である。
【図６】 本発明の実施形態２の切削径・テーパ角調節機構を説明する要部略式図である。
【図７】 本発明の実施形態３の側面図である。
【図８】 本発明の実施形態３の他の構成例を示す要部側面図である。
【符号の説明】
１１、４１、７１ シャンク部
１１ａ、５３ 工作液供給口
１２、４２ ボディ部
１２ａ、１７ｂ、２５、５４、５５、８１ 工作液供給路
１３ ピン穴
１４、４４ カッタ
１５、４３、７７ ローラ
１６ 切り屑ポケット
１７ マンドレル
１７ａ、７６ｂ マンドレルテーパ部
１７ｃ、２６、８２ 工作液排出口
１７ｄ、７６ マンドレル細径部
１８ Ｕ型ピン
２１ カッタ搭載面
２２、４５ クランププレート
２３ ネジ
３１ ランド
３２ ランド幅
３３ バックテーパ
３４ 切削最大位置
４６ ストッパ
４２ａ ボディヘッド部
５０ 雌ネジ穴
５１ 六角穴付止ネジ
５２ 六角穴付ボルト
７２ アジャストリング
７３ ハウジング
７４ ハウジングナット
７５ フレーム
７５ａ フレーム７５の突出部
７６ａ マンドレル突出部
７８ リングカッタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工物の穴の内面の切削とローラバニシング仕上げを同時に行う複合工具に係り、特に小径穴を高精度に表面仕上げする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、金属表面を表面粗さ0.8μRmax程度以下の超精密表面に仕上げる加工（高精度鏡面仕上げ）の方法に、金属表面をローラで押しつぶし塑性変形させるローラバニシング仕上げが用いられており、ローラバニシングツールによりバニシング仕上げされた金属表面は、表面粗さが向上するのみならず、表面の加工硬化により耐摩耗性、耐疲労性、耐腐食性が向上することが知られている。
【０００３】
従来、穴の内面のローラバニシングによる穴内面の高精度鏡面仕上げの加工をするには前加工としてドリルで荒加工された下穴をローラバニシングに適したある程度の寸法までに矯正するためにリーマ等の刃工具で切削加工を施していた。
【０００４】
しかし、かかる加工法によれば、寸法矯正と表面仕上げの２行程を要し、２種類の工具を用いているため、その分の加工時間、工具の交換又は被加工物を別の工作機に移す場合には被加工物の取り外し、移送、取り付けの各作業時間と、労力を要し、生産性が悪く不経済であるという問題があった。そのため、これらの切削加工による寸法矯正とローラバニシングによる表面仕上げの２行程を１工程にまとめて行いたいという要請が生じていた。
【０００５】
かかる要請に応える一つの可能性として切削刃と超硬ガイドとを持ち備えたバニシングリーマによる加工があるが、かかる超硬ガイドのスリップによるバニシングでは、表面粗さの向上に限界があり高品質が望めず、鉄系金属に対する耐久性に問題がある。鉄系金属の加工に用いた場合には超硬ガイドが短時間の使用で負傷し工具寿命が短い。
【０００６】
いずれにせよリーマ工具によれば大幅な寸法矯正はできず、穴径にあわせた多数の工具を必要とする。
【０００７】
さらに、穴加工における切り屑の排出は一般的な問題であり、その向上が望まれる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、１工程で切削による穴径の寸法矯正とローラバニシングによる穴内面の表面仕上げを同時に行う切削とローラバニシングを複合した工具を提供することを目的とする。
また、高度な仕上がり精度、非鉄金属のみならずあらゆる金属材料に対応しうる優れた耐久性、長い工具寿命、加工作業の大幅な簡略化と加工時間の大幅な短縮化とそれに伴う製品の生産性、経済性、品質の向上を達成しうる切削とローラバニシングを複合した工具を提供することを目的とする。
さらに、単純な内面加工に限らず段付き穴、止まり穴に適用可能で、ひいては外面、テーパ面、円筒平端面にも用いられる多用途多機能な切削とローラバニシングを複合した工具を提供することを目的とする。
また、従来の工具に比較して広範な寸法矯正を一の工具で実施できる切削とローラバニシングを複合した工具を提供することを目的とする。
また、かかる高性能を獲得しつつも、構造の複雑化を招来させず、小径穴の加工にも適用可能な小径の切削とローラバニシングを複合した工具を提供することを目的とする。
さらに他の目的は、切削時発生する切り屑を効率良く排除することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本出願第１の発明は、一又は二以上のカッタと、一又は二以上のローラと、前記カッタを埋設し前記ローラをローラ溝に回転自在に係止するボディ部と、前記ボディ部の内部に配置され前記ローラの外周面と互いに転動可能に当接するマンドレルとを装備し、回転駆動端末に接続された前記ボディ部の回転に応じて前記カッタを回転させると共に前記ボディ部の回転により前記マンドレルと被加工物の穴の内面との両方に圧接した前記ローラを回転させ、前記回転するカッタにより前記被加工物の穴の内面を切削し、前記回転するローラにより前記被加工物の穴の内面のローラバニシング仕上げを行う複合工具であって、前記カッタ及び前記ローラが前記ボディ部の外周上の周方向に並列配置されてなることを特徴とする切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具である。
【０００１０】
したがって本出願第１の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具によれば、切削により穴径の寸法精度を確保するカッタとローラバニシングにより穴内面の高精度鏡面仕上げを行うローラを一の工具に備えているので、１工程で穴径の寸法精度確保と穴内面の表面仕上げを実施できる利点がある。
【０００１１】
また、カッタとローラが周方向に並列配置されているので、各カッタが受ける切削抵抗の分力のうち主分力と背分力との合力を工具本体に負担させることなく、その合力がゼロで無い限り、ローラが支持する。その結果、工具本体には横荷重が作用せず、加工時においてその中心軸を真直に保持でき、被加工穴の高い円筒度が得られる。工具径に対する工具の突き出し長さが過大であっても工具の悪質な変形を起こさないのでびびり振動の発生を防ぎ走行が安定するという利点がある。それとともに、ローラの支持力はローラバニシングのバニシ圧として利用される。
【０００１２】
かかる走行の安定を得るためには、カッタとローラの総数は３以上であることが望ましい。 その場合には、一のカッタの回転方向後方近傍に少なくとも一のローラを配置することが好ましい。切削のガイドローラの役割を担いカッタの切削面に対する上下動を有効に防ぐからである。
【０００１３】
また、カッタとローラが周方向に並列配置されているということは、単に一工具で切削加工とローラバニシング仕上げ加工の２行程を行うということだけではなく、これら２工程を同時に行うということを意味する。
切削加工部と仕上げ加工部とを軸方向に直列配置した複合工具では、ある特定の被加工面は切削加工された後、工具の送りによりローラバニシング仕上げ加工されるため、止まり穴の加工においては穴底に仕上げ加工されない領域を残さざるを得ないが、本出願第１の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具によれば、貫通穴はもちろんのこと止まり穴の加工においても切削加工した面は常に仕上げ加工可能であり、未加工面を最小限に抑えることが可能となる。そのためには、カッタの有効使用範囲の全部とローラの有効使用範囲の全部が回転時に重なる構成をとるか、カッタの有効使用範囲の全部とローラの有効使用範囲の一部が回転時に重なる構成又はカッタの有効使用範囲の一部とローラの有効使用範囲の全部が回転時に重なる構成においてカッタの有効使用範囲の開始端とローラの有効使用範囲の前端の位置をおよそ一致させることが好ましい。
【００１４】
また本出願第２の発明は、本出願第１の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具において、前記カッタは偶数とし、各二のカッタが相互に前記ボディ部の中心軸について対称位置に配置されてなることを特徴とする。
【０００１５】
本出願第２の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具は、カッタに負荷される切削抵抗の主分力と背分力をかかる対称位置に配置された二のカッタ相互で相殺し、各カッタが受ける切削抵抗の分力のうち主分力と背分力の合力がゼロとなる。その結果、工具本体には横荷重を負担させないという構成となり、前述第１の発明による利点を同様に有する。
【０００１６】
また、本出願第２の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具によれば、両カッタの切削点を結ぶ線分が工具の中心を通る直径となるため、切削径が実測できる利点がある。
【００１７】
また本出願第３の発明は、本出願第１の発明または本出願第２の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具において、前記カッタは、前記ボディ部の外周面に設けられた切り屑ポケットの一端に取り付けられ、前記複合工具本体内部に工作液供給路を設け、当該工作液供給路から供給される工作液を、前記ローラと当該ローラを係止するローラ溝との隙間から前記複合工具外部に噴出させると共に、前記切り屑ポケットに開口する工作液排出口から噴出させることを特徴とする。
また本出願第４の発明は、一のカッタと、二のローラと、前記カッタを埋設し前記ローラをローラ溝に回転自在に係止するボディ部とを装備し、回転駆動端末に接続された前記ボディ部の回転に応じて前記カッタを回転させると共に前記ボディ部の回転により被加工物の穴の内面に圧接した前記ローラを回転させ、前記回転するカッタにより被加工物の穴の内面を切削し、前記回転するローラにより前記被加工物の穴の内面のローラバニシング仕上げを行う複合工具であって、前記カッタは、前記ボディ部の外周面に設けられた切り屑ポケットの一端に取り付けられ、前記カッタ及び前記ローラが前記ボディ部の外周上の周方向に並列配置されると共に、前記二のローラのうちの一のローラは、前記ボディ部の中心軸について前記一のカッタの対称位置に配置され、他の一のローラは、前記一のカッタの回転方向後方に続く前記ボディ部の外周の４分の１以内の円周上に配置され、前記複合工具本体内部に高圧の工作液を供給する工作液供給路を設け、当該工作液供給路から供給される高圧の工作液を、前記ローラと当該ローラを係止するローラ溝との隙間から前記複合工具外部に噴出させ、前記ローラの回転を支持すると共に、前記切り屑ポケットに開口する工作液排出口から噴出させることを特徴とする切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具である。
【００１８】
したがって本出願第４の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具は、カッタが一本であるので、カッタに負荷される切削抵抗の主分力と背分力をカッタ相互間で相殺することは無く、１００％ローラが負担する。
【００１９】
切削抵抗の分力のうち背分力は、カッタの対称位置に配置されているローラ(以下、「背面ローラ」という。）が100%負担する。したがって、背面ローラはカッタの受ける切削抵抗の背分力及びカッタの回転方向後方に続く本体外周の４分の１以内の円周上に配置されたローラ（以下、「追跡ローラ」という。）の支持反力の一部を100%バニシ圧に変換することとなる。これにより、特別な手段を講じることなく切削時に背面ローラと被加工面の接触面圧が増加しローラバニシングに要するバニシ圧を十分に付与することができ、所望の仕上がり表面粗さが得られる。
【００２０】
切削抵抗の分力のうち主分力は、追跡ローラが100%負担する。追跡ローラの支持反力のうち主分力方向成分が主分力と等しくなる。
追跡ローラがカッタの回転方向後方に続く本体外周の４分の１円周内において、最もカッタから離れた位置（カッタから９０度の位置）からカッタに近づくにつれて、上述の切削のガイドローラの役割が強くなるとともに、追跡ローラの支持反力のうち背分力方向成分がゼロから次第に増加する。
追跡ローラの支持反力のうち背分力方向成分がゼロから次第に増加した結果、背面ローラのバニシ圧が増加する。なぜなら、背面ローラの支持反力は切削の背分力と追跡ローラの支持反力の背分力方向成分の両方と釣り合うからである。
バニシ圧が増加したローラはさらなる表面仕上げ効果を発揮する。
【００２１】
また、カッタとローラを対称位置に配置することにより加工径を実測できる利点がある。
【００２２】
さらに、本出願第４の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具は一本のカッタと二本のローラの３点で加工径が決定されるため、本出願第６の発明の特定事項たるカッタ径調節機構によりカッタ径を変えることで、切削径をローラバニシング径の両方を同時に調節することができる。
【００２３】
また本出願第５の発明は、一又は二以上のカッタと、一又は二以上のローラと、前記ローラをローラ溝に回転自在に係止するフレームと、前記フレームの内部に配置され前記ローラの外周面と互いに転動可能に当接するマンドレルとを装備し、前記カッタは前記マンドレルの突出部に装着され前記ローラより前方に位置するように直列配置され、回転駆動端末に接続された前記マンドレルの回転により前記マンドレルと被加工物の穴の内面との両方に圧接した前記ローラを回転させると共に前記マンドレルの回転に応じて前記カッタを回転させ、前記回転するカッタにより前記被加工物の穴の内面を切削し、前記回転するローラにより前記被加工物の穴の内面のローラバニシング仕上げを行う複合工具であって、前記複合工具本体内部に工作液供給路を設け、前記ローラと当該ローラを係止するローラ溝との隙間から前記複合工具外部に、当該工作液供給路から供給される工作液を噴出させると共に、前記マンドレルの突出部に装着されたカッタに対して当該工作液供給路から工作液を供給することを特徴とする切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具である。
【００２４】
したがって本出願第５の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具によれば、切削により穴径の寸法精度を確保するカッタと穴内面の高精度鏡面仕上げを行うローラを一の工具に備えているので、１工程で穴径の寸法出しと穴内面の鏡面仕上げを実施できる利点がある。本出願第５の発明はカッタがローラより前方に位置するのでカッタで切削を行った後、連続してローラバニシングを行う貫通穴専用の工具である。切削とローラバニシングが独立しているため、お互いに影響を及ぼさず寸法出しと鏡面仕上げができる。さらに、カッタの形状を工具後退時のカッタマークを防止するように通常カッタよりランド幅を大きくバックテーパを小さく設定し、かつ、カッタのフローティング機構を省いたため小径化が実現できたものである。
【００２５】
また本出願第６の発明は、本出願第１の発明から本出願第５の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具のうちいずれか一において、前記カッタによる切削径を調節する切削径調節機構を備えたことを特徴とする。
【００２６】
したがって本出願第６の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具によれば、カッタの切削径が調節可能であるので、一の工具で数種の仕上がり内径寸法に加工できる利点がある。
【００２８】
以上で示したように、工具本体内部に工作液供給路が設けられているので、加工時において工具内部、切削点、ローラバニシング点等に工作液を確実に供給でき、切り屑の排出、工具部材の摩耗、接触する工具部材相互の又は工具部材と被加工物相互の摩擦、溶着を防止する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具につき図面を参照して説明する。
【００３０】
実施の形態１
図１は本発明の一実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具を示す側面図（ａ）、（ａ）に示すＡ−Ａ断面図（ｂ）及び（ｂ）に示すＢ−Ｂ断面図（ｃ）である。
図２は本発明の一実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具切削径調節機構を示す要部略式図である。
図３は本発明の一実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具のカッタ形状を示す要部拡大図である。
【００３１】
まず、実施の形態１の構成を説明する。
図１（ａ）に示すように、実施の形態１に係る切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具は、細長いほぼ円筒形を形成し、シャンク部１１に続くボディ部１２にピン穴１３が設けられ、続いて先端部にカッタ１４とローラ１５を埋設している。図１（ｂ）が示すように、カッタ１４とローラ１５はそれぞれ２つずつ各対称に配置されており、カッタ１４はボディ部１２の外周面をえぐるように設けられた切り屑ポケット１６の一端にろう付けされる。
【００３２】
以上のように、実施の形態１はカッタ１４の有効使用範囲の一部がローラ１５の有効使用範囲の全部とが重なるような構成を採る。
【００３３】
工具中心からカッタ１４の刃先とローラ１５の中心とにそれぞれ引き出した直線のつくる狭角１９は、ローラに切削ガイドとして役割や切り屑の排出性を考慮すると、より鋭角にした方が有利である。つまり、ローラ１５はカッタ１４後方でカッタ１４に近いほうが有利である。
しかし、極端に接近するとカッタ１４の保持強度が低下するため、実施の形態１は、工具径φ２０mmで約５０°とする。
【００３４】
図１（ｂ）、（ｃ）を参照すると、二つのローラ１５は、ローラ１５の形状よりわずかに大きく、ボディ部１２の外周部に対称に設けられた２つのローラ溝に、それぞれ回転自在に係止される。さらに、二つのローラ１５は、対面するローラ溝を開通させるボディ部１２の中心部の穴に挿入されたマンドレル１７に工具内部で接している。
マンドレル１７はその後端近傍にマンドレル細径部１７ｄを有し、そのマンドレル細径部１７ｄをピン穴１３から差し込まれるＵ型ピン１８のＵ型溝に回転自由に狭持され、軸方向の移動を抑止される。すなわち、マンドレル１７は本来的に軸方向に移動できるが、Ｕ型ピン１８の装着によって一定位置に位置決めされる。
【００３５】
図１（ｃ）に示されるように、Ｕ型ピン１８のピンヘッドは偏心している。実施の形態１は、この偏心度を変更したＵ型ピンを数個備えており、Ｕ型ピン１８を交換することによりマンドレル１７の軸方向位置を規定することができる。
しかして、実施の形態１は、マンドレル１７は、先端部にマンドレルテーパ部１７ａを設けており、マンドレル１７を軸方向に移動することによりローラ１５を工具半径方向に平行移動させ、ローラバニシング径を変えることができる。
ローラ１５はマンドレル１７と逆方向のテーパを付けられ、被加工面に水平を含め一定の角度で接触するようにされる。
【００３６】
カッタ１４の取り付け方法にはろう付けの他スローアウェイ方式があり、スローアウェイ方式では切削径の調節が可能である。実施の形態１の切削径調節機構を図２に示す。
図２は切削径調節機構を示す要部略式図である。工具の軸に対しテーパ角Ｔ１を設けたカッタ搭載面２１に逆方向にテーパを底面に設けたカッタ１４を搭載し、クランププレート２２をあてがい、これをネジ２３で固定する。
カッタ１４を固定する工具軸方向位置を変えることによって工具外周面からカッタ１４の突出量が変わり、その結果カッタ１４による切削径が変更される。
【００３７】
また、実施の形態１はシャンク部１１、ボディ部１２及びマンドレル１７に工作液供給路を備える。
シャンク部１１の終端に開口する工作液供給口１１ａから供給された工作液は、シャンク部１１内の工作液供給路１１ｂに流入し、続いてボディ部１２内の工作液供給路１２ａ、マンドレル１７内の工作液供給路１７ｂを通り、工作液排出口１７ｃからローラ１５及びその近辺に供給され、最終的にはローラ溝とローラ１５の隙間から工具外部へ噴出される。なお、工具使用時のマンドレルの回転によって工作液排出口１７ｃは３６０度方向を変えるため、工作液は２つのローラ１５双方に平等かつ効率良く供給される。
また、工作液供給路１２ａは図１（ｃ）紙面のほぼ垂直方向表及び裏に分流し工作液供給路２５に繋がり、切り屑ポケット１６の後端壁に開口する工作液排出口２６に達する。ゆえに工作液は２つある切り屑ポケット１６の双方に供給され、切り屑を前方に効率良く排出する。
【００３８】
次に加工時における他の動作を説明する。
工作機等の回転動力端末にシャンク部１１が接続され、軸回転を始めた実施の形態１の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具は、ドリルで荒加工された被加工物の下穴に送られ、まず始めにカッタ１４の前端が穴内面に接触し穴内面の切削を開始する。次いでローラ１５の前端が穴内面に接触しローラバニシングを開始する。このときローラ１５は、被加工物の穴内面及びマンドレル１７の両方に圧接し、穴内面に対し滑らず回転する。マンドレル１７もこれにあわせて従属的に回転し、ローラ１５の回転とバニシ圧をサポートする。
【００３９】
切削とローラバニシング仕上げの同時加工が終了した後、工具を後退させるが、このときカッタ１４の穴内面への再接触による傷の発生を防止する目的で図３に示すようにカッタ形状を工夫した。
すなわち、ランド３１のランド幅３２を大きくとることにより切削のガイドとしての役割を強化し、バックテーパ３３を緩くした。好適には、ランド幅３２は0.4mm以上とし、バックテーパ３３は1/1000〜3/10000とする。なお、切削径は位置３４で最大となる。
したがって、この図３で示すカッタ形状によれば、カッタ１４と被加工物穴内面との接触面積が大きいため、接触圧力が低減し、工具後退時の傷の発生を防止することができる。
この図３で示すカッタ形状は、後述するすべての実施の形態に適用可能であり、カッタマーク防止のための有効手段であり、特に工具の構造が複雑化しないため小径穴用の工具にも適用できる利点がある。
【００４０】
実施の形態２
次ぎに本発明の他の実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具につき図４、図５及び図６を参照して説明する。
図４は本発明の他の実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具を示す側面図（ａ）及び（ａ）に示す矢印Ｃ方向から見た要部側面図（ｂ）である。
図５は図４（ｂ）に示すＤ−Ｄ断面図（ａ）及び図４（ｂ）に示すＥ−Ｅ断面図（ｂ）である。
図６は本発明の他の実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具の切削径・テーパ角調節機構を補足説明する要部略式図である。
【００４１】
図４及び図５に示すように本実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具では、実施の形態１の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具とは異なり、カッタは一枚とされ、そのカッタの対称位置に一のローラは配置される。すなわち実施の形態２は、本出願第４の発明の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具の一実施の形態であり、その作用は上述の通りでありここで繰り返さない。
しかし、実施の形態２は切削径調節機構を採用しており、また、マンドレルを備えず、工作液供給路を設けているのでこれらを中心に説明する。
【００４２】
本実施の形態２の構成要素たるシャンク部４１、ボディ部４２、ローラ４３、カッタ４４の作用は実施の形態１と同様である。
本実施の形態２においてカッタの取り付け方式はスローアウェイ方式である。カッタ４４はクランププレート４５及び六角穴付ボルト５２によって固着される。カッタ４４の位置修正や交換は六角穴付ボルト５２を緩めて行われる。
カッタ４４はボディヘッド部４２ａを貫通する雌ネジ穴５０にセットされた六角穴付止ネジ５１の端面によって底面を支持されており、六角穴付止ネジ５１の位置が調節されることによりカッタ４４の突出量、すなわち、切削径が調節される。また、六角穴付止ネジ５１はＤ−Ｄ断面だけでなくカッタ４４の後端側に、もう一つ設けられているので、かかる２つの六角穴付止ネジ５１を適宜独立に調節することによって、切削径のみならず、テーパ角も調節することができる（図６参照）。
【００４３】
本実施の形態２は、ボディ部４２に工作液供給路を備える。
ボディ部４２の外側面に開口する工作液供給口５３から供給された工作液は、ボディ部４２内の工作液供給路５４に流入し、ボディヘッド部４２ａ内で各ローラ４３のローラ溝へと分岐する工作液供給路５５を通り、ローラ４３及びその近辺に供給され、最終的にはローラ溝とローラ４３の隙間から工具外部へ噴出される。また、図示しないが実施の形態１で説明した工作液供給路２５及び切り屑ポケット１６の後端壁に開口する工作液排出口２６を本実施の形態２も備え、切り屑を前方に効率良く排出する。
なお、工作液供給口５３は実施の形態１ のようにシャンク部４１の終端に設けることも可能であるし、逆に、実施の形態１は本実施の形態２ のようにボディ部１２の外側面に設けることも可能である。内部給油機構を持たない汎用の工作機で使用するためには、ボディ部１２の外側面に工作液供給口を設けることが有効である。
【００４４】
本実施の形態２の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具の加工時における動作は実施の形態１とおよそ同一であるが、本実施の形態２は、マンドレルを備えず、工具の小径化に支障の無い構成を採り、その代替手段として高圧の工作液を上記工作液供給路から供給し、ローラ４３の回転を支持する。さらに、マンドレルと異なり高圧工作液はローラ４３とローラ溝の間、ローラ４３と被加工物の間及びその近辺に行き亘るため、ローラ４３とローラ溝の内壁やローラ４３と被加工物の被加工面との滑りを防止しローラ４３の回転を保証するとともに、切り屑を確実に排出する。
【００４５】
実施の形態３
次ぎに本発明の他の実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具につき図７及び図８を参照して説明する。
図７は本発明の他の実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具を示す側面図である。
図８は本発明の他の実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具を示す要部側面図である。
【００４６】
本実施の形態の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具は、本出願第５の発明の一実施形態である。図７に示すように、リングカッタ７８及びローラ７７を回転させる回転駆動部材はシャンク部７１とそれに続くマンドレル７６が一体化したものである。かかる回転駆動部材は、ローラバニシング径調節機構の一部を構成するアジャストリング７２、ハウジング７３及びハウジングナット７４を貫通し、さらにフレーム７５を貫通し、フレーム７５の先端からマンドレル突出部７６ａを突出させる。フレーム７５には４つのローラ７７が埋設され、マンドレル７６のマンドレルテーパ部７６ｂに支持される。マンドレル突出部７６ａにはマンドレルのマンドレルテーパ部７６ｂに連続するテーパが付けられており、リングカッタ７８が装備される。カッタ径は固定式とコレットのような弾性変形を利用した調節式とがある。
本実施の形態３においては、マンドレル７６の回転がローラ７７に伝わり、ローラ７７が軸回転する。ローラ７７が被加工面に接触すれば、ローラ７７はフレーム７５と共々回転を始める。
【００４７】
ローラバニシング径調節機構は、マンドレル７６をフレーム７５に対し軸方向に移動させ、ローラバニシング径を微調整可能とする機構である。その構造、作用等は実公昭64-275にローラバニシングツールのツール径調節機構として詳述されている。
【００４８】
本実施の形態３は、図示しないが、マンドレル７６の内部に工作液供給路を設け、ローラ７７及びリングカッタ７８に対し工作液を供給することが可能であり上述の利点がある。
【００４９】
リングカッタ７８は、図８に示すようにフレーム７５の突出部７５ａに装備しても良い。この場合、リングカッタ７８及びローラ７７を回転させる回転駆動部材はシャンク部７１とそれに続くフレーム７５が一体化したものであり、マンドレルはローラ７８を回転支持し従属して回転する。フレーム７５の突出部７５ａにリングカッタ７８を取り付けることによりリングカッタ７８の保持力は増加する。また、工作液供給路８１、工作液排出口８２によりリングカッタ７８の後方から工作液を供給する。
【００５０】
本実施の形態３の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具は、実施の形態１と同様に切削とローラバニシング仕上げの同時加工が終了した後、工具を後退させるが、このときリングカッタ７８の穴内面への再接触による傷の発生を防止する目的で図３に示すようにリングカッタ７８の形状を工夫した。つまり、カッタのランド幅を広くすることで、切削のガイドとしての役割を強化し、さらに、バックテーパを緩くすることでカッタとワークの接触圧力を低減した。
また、本実施の形態３は、リングカッタ７８が回転駆動部材の延長部に装着され、ローラ７７と直列配置されており、しかもカッタのフローティング機構をあえて設けずに切削部とローラバニシング部との高精度な同軸度を確保し、ローラバニシングによるわずかな内径寸法の拡大によってカッタが仕上げ面に強く接触しない構成としたため、仕上がり精度が安定し、工具後退時においてカッタマークが付くことも無く工具の小径化を実現できた。
【００５１】
【発明の効果】
上述したように本発明は、カッタとローラを一の工具に備えているので、１工程で穴径の寸法精度確保と穴内面の表面仕上げを実施できるという効果がある。また、カッタ及びローラを並列配置したことにより、１工程で切削とローラバニシング仕上げを同時かつ同位置で行うことができるという効果がある。
さらに、上述したように、カッタに負荷される切削抵抗のうち主分力及び背分力を工具中心軸について対称配置したカッタにより相殺させることにより、かかる対称配置の構成を採らない場合は、ローラに十分負担させることにより工具本体には横荷重を負担さないという効果や、高圧の工作液をカッタ及びローラへ供給可能とした効果等があり、以上の効果は工具の真直、走行の安定及び十分なバニシ圧を維持し、精度の高い加工物を能率良く安定生産でき、かつ、あらゆる金属材料に対応しうる優れた耐久性、長い工具寿命、測定容易性、多品種少量生産、加工作業の大幅な簡略化と加工時間の大幅な短縮化とそれに伴う製品の生産性、経済性、品質の向上を達成しうるという多大な利益をもたらした。
また、そのような利益多き技術を、カッタのフローティング機構やマンドレルを省くことをはじめとする構造の簡略化の努力により、従来適用不可能であった小径穴の加工に対して開拓するという目覚ましい貢献があった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１を示す側面図（ａ）、Ａ−Ａ断面図（ｂ）及びＢ−Ｂ断面図（ｃ）である。
【図２】 本発明の実施形態１の要部略式図
【図３】 本発明の実施形態１のカッタ形状を示す要部拡大図
【図４】 本発明の実施形態２を示す側面図（ａ）、矢印Ｃ方向から見た要部側面図（ｂ）である。
【図５】 図４（ｂ）に示すＤ−Ｄ断面図（ａ）及び図４（ｂ）に示すＥ−Ｅ断面図（ｂ）である。
【図６】 本発明の実施形態２の切削径・テーパ角調節機構を説明する要部略式図である。
【図７】 本発明の実施形態３の側面図である。
【図８】 本発明の実施形態３の他の構成例を示す要部側面図である。
【符号の説明】
１１、４１、７１ シャンク部
１１ａ、５３ 工作液供給口
１２、４２ ボディ部
１２ａ、１７ｂ、２５、５４、５５、８１ 工作液供給路
１３ ピン穴
１４、４４ カッタ
１５、４３、７７ ローラ
１６ 切り屑ポケット
１７ マンドレル
１７ａ、７６ｂ マンドレルテーパ部
１７ｃ、２６、８２ 工作液排出口
１７ｄ、７６ マンドレル細径部
１８ Ｕ型ピン
２１ カッタ搭載面
２２、４５ クランププレート
２３ ネジ
３１ ランド
３２ ランド幅
３３ バックテーパ
３４ 切削最大位置
４６ ストッパ
４２ａ ボディヘッド部
５０ 雌ネジ穴
５１ 六角穴付止ネジ
５２ 六角穴付ボルト
７２ アジャストリング
７３ ハウジング
７４ ハウジングナット
７５ フレーム
７５ａ フレーム７５の突出部
７６ａ マンドレル突出部
７８ リングカッタ
Claims (6)
- 一又は二以上のカッタと、一又は二以上のローラと、前記カッタを埋設し前記ローラをローラ溝に回転自在に係止するボディ部と、前記ボディ部の内部に配置され前記ローラの外周面と互いに転動可能に当接するマンドレルとを装備し、回転駆動端末に接続された前記ボディ部の回転に応じて前記カッタを回転させると共に前記ボディ部の回転により前記マンドレルと被加工物の穴の内面との両方に圧接した前記ローラを回転させ、前記回転するカッタにより前記被加工物の穴の内面を切削し、前記回転するローラにより前記被加工物の穴の内面のローラバニシング仕上げを行う複合工具であって、
前記カッタ及び前記ローラが前記ボディ部の外周上の周方向に並列配置されてなることを特徴とする切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具。 - 前記カッタは偶数とし、各二のカッタが相互に前記ボディ部の中心軸について対称位置に配置されてなることを特徴とする請求項１に記載の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具。
- 前記カッタは、前記ボディ部の外周面に設けられた切り屑ポケットの一端に取り付けられ、
前記複合工具本体内部に工作液供給路を設け、当該工作液供給路から供給される工作液を、前記ローラと当該ローラを係止するローラ溝との隙間から前記複合工具外部に噴出させると共に、前記切り屑ポケットに開口する工作液排出口から噴出させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具。 - 一のカッタと、二のローラと、前記カッタを埋設し前記ローラをローラ溝に回転自在に係止するボディ部とを装備し、回転駆動端末に接続された前記ボディ部の回転に応じて前記カッタを回転させると共に前記ボディ部の回転により被加工物の穴の内面に圧接した前記ローラを回転させ、前記回転するカッタにより被加工物の穴の内面を切削し、前記回転するローラにより前記被加工物の穴の内面のローラバニシング仕上げを行う複合工具であって、
前記カッタは、前記ボディ部の外周面に設けられた切り屑ポケットの一端に取り付けられ、
前記カッタ及び前記ローラが前記ボディ部の外周上の周方向に並列配置されると共に、前記二のローラのうちの一のローラは、前記ボディ部の中心軸について前記一のカッタの対称位置に配置され、他の一のローラは、前記一のカッタの回転方向後方に続く前記ボディ部の外周の４分の１以内の円周上に配置され、
前記複合工具本体内部に高圧の工作液を供給する工作液供給路を設け、当該工作液供給路から供給される高圧の工作液を、前記ローラと当該ローラを係止するローラ溝との隙間から前記複合工具外部に噴出させ、前記ローラの回転を支持すると共に、前記切り屑ポケットに開口する工作液排出口から噴出させることを特徴とする切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具。 - 一又は二以上のカッタと、一又は二以上のローラと、前記ローラをローラ溝に回転自在に係止するフレームと、前記フレームの内部に配置され前記ローラの外周面と互いに転動可能に当接するマンドレルとを装備し、前記カッタは前記マンドレルの突出部に装着され前記ローラより前方に位置するように直列配置され、回転駆動端末に接続された前記マンドレルの回転により前記マンドレルと被加工物の穴の内面との両方に圧接した前記ローラを回転させると共に前記マンドレルの回転に応じて前記カッタを回転させ、前記回転するカッタにより前記被加工物の穴の内面を切削し、前記回転するローラにより前記被加工物の穴の内面のローラバニシング仕上げを行う複合工具であって、
前記複合工具本体内部に工作液供給路を設け、前記ローラと当該ローラを係止するローラ溝との隙間から前記複合工具外部に、当該工作液供給路から供給される工作液を噴出させると共に、前記マンドレルの突出部に装着されたカッタに対して当該工作液供給路から工作液を供給することを特徴とする切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具。 - 前記カッタによる切削径を調節する切削径調節機構を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項５のうちいずれか一に記載の切削とローラバニシング仕上げを行う複合工具。
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