JP4426407B2 - 切削加工装置 - Google Patents

Description

この発明は、各辺間の内側コーナーが９０度の凹入段部や四角形の角孔或いは辺間の内側コーナーが９０度以上の凹入段部や六角形などの多角形の角孔を切削するもので、切削コーナーにＲが残らないようにした切削加工装置に関する。

エンドミルによるフライス作業において、角穴形状や内側コーナー部を直角に加工する際、エンドミルのＲ寸法が残り、角形形状に加工できない。

通常、このような加工を行なう場合、Ｒ寸法が小さくなるよう出来るだけ外径の小さい小径のエンドミルで加工を行なうしかなかった。

ところで、小径エンドミルの場合、刃物剛性不足にともない単位時間あたりの切削量の著しい低下や、最適条件にて加工を行なうための刃物回転数の確保及び刃物剛性不足による刃先の破損などがある。

このため、加工効率が大幅に低下すると共に、大幅なコストアップになる。

そこで、型彫り放電加工や、加工箇所が貫通加工の場合ワイヤーカット放電加工で行なうのが一般的である。

しかしながら、電極の製作や、型彫り、ワイヤー放電加工のいずれの場合、段取り変えが必要となり、かつワークの着脱芯出し作業による段取り時間が増加すると共に、加工速度も切削加工と比較すると大幅に遅くなるなどによって大幅なコストアップになる。

そこで、ワークに前もって設けてある下穴に角穴加工用刃体の角柱状刃部を圧入すると共に、ワークに対し相対的に自転できない角柱状刃部の歳差運動により角柱状刃部の先端面の周縁部でワークの下穴周面を下穴深さ方向に剪断切削しながら、下穴の断面形状を角柱状刃部の先端面の多角形状に加工するものがある（特許文献１参照）。

また、数値制御装置の補間制御と同等の制御によって、切刃の外端点が切削対象のインコーナ形状に合致する移動軌跡を描くように回転工具と被加工物とが工具底面に対し平行な面上で相対移動させ、これに同期して主軸回転、すなわち回転工具の回転を制御して、ピン角、微小アールのインコーナの切削を行なうようにしたものがある（特許文献２参照）。
特開平８−２９４８０９号公報 特開２００２−１８２７１６号公報

ところで、特許文献１の角柱状刃部を歳差運動させながら剪断切断する方式にあっては、ワークに前もって下穴を加工しておくので、下穴の加工に手間がかかって大幅なコストアップになる。

また、下穴の深さを角穴の加工深さよりも深くするか或いは下穴を貫通させる必要が（切断層の逃げのため）ある。

上記のような条件を具備しないと加工できない。すなわち、加工に条件がともなう問題があった。

特に、コーナー加工の場合、回転切削でないため刃物が逃げ（刃物の全周が加工形状に囲まれていないため逃げやすい）、加工精度が著しく低下する。

特許文献２の切削方式によると、数値制御できる機械でないと加工することができないと共に、数値制御にともなう機械側テーブルの移動にともないエネルギー的にもコストのアップになると共に、テーブルガイドの部分の摩耗により加工精度にも問題が発生する。

そこで、この発明は、下穴の加工が不要になり、かつ入力軸の回転のみで角形状の加工ができると共に、ワークを積載した機械側テーブルを移動させる必要がないため、エネルギー的にもコストダウンとなり、又テーブルガイドの部分摩耗を防ぐと共に、数値制御が装備されていない機械でも辺間の内側コーナーが９０度以上の凹入段部や六角形などの多角形の角孔を切削することができるようにした切削加工装置を提供することにある。

上記のような課題を解決するために、この発明は、機械に対し不回転状態に接続するケーシングと、このケーシングの末端から挿入してフリーに回転するように軸承すると共に、上記機械側から回転伝達を受けるように設けた入力軸と、この入力軸の先端側に末端側を屈曲及び屈曲による軸方向変位が生じても回転伝達可能な自在継手を介し連結した中間軸と、この中間軸の外側に軸承すると共に、適宜のガイド手段により前後方向にスライドするように設けた第１スライダと、この第１スライダの端面に対向させて上記入力軸の先端に共に回転するように設けたＸ軸用カムと、上記第１スライダに軸支してＸ軸用カムの周面に接触させたカムフォロアと、上記中間軸の先端側に末端側を屈曲及び屈曲による軸方向変位が生じても回転伝達可能な自在継手を介し連結した先軸と、この先軸の外側に軸承すると共に、適宜のガイド手段により左右方向にスライドするように設けた第２スライダと、この第２スライダの端面に対向させて上記中間軸と共に回転するように設けたＹ軸用カムと、上記第２スライダに軸支してＹ軸用カムの周面に接触させたカムフォロアと、上記先軸の先端ホルダに保持させたバイトとからなり、上記入力軸の回転運動を上記Ｘ軸用カム及びＹ軸用カムにより角軸状運動に変換すると共に、変換にともない第１及び第２スライダを追従スライドさせて上記バイトによる角孔形状や内コーナーをＲが存在しないよう切削する構成を採用する。

また、前記ホルダにバイトをセットする際、ホルダの位相に対しバイトの位相を正確に取り付く位相決め手段を設けた構成を採用することもある。

さらに、前記ケーシングの周面に第１及び第２スライダの少なくとも片方のスライド方向に平行する位相決め基準面部を設けた構成を採用することもある。

以上のように、この発明の切削加工装置によれば、入力軸の回転を中間軸から先端にバイトを保持させた先軸にそれぞれの先端と末端を連結する自在継手を介し伝達すると共に、Ｘ軸用カムとＹ軸用カムとで追従スライドする第１及び第２スライダによって回転運動を角形状運動に変換するので、バイトにより角孔形状や内コーナーを切削し、しかもＲの存在しない切削が可能になる。

このため、入力軸の回転のみで角形状の切削加工ができて、ワークを積載した機械側テーブルを移動させる必要がないため、エネルギー的にもコストダウンとなり、かつ数値制御が装備されていない機械でも辺間の内側コーナーが９０度以上の凹入段部や六角形などの多角形の角孔を切削加工することができる特有な効果がある。

また、ホルダにバイトをセットする際、位相決め手段によりホルダの位相に対しバイトの位相が正確に取り付く効果もある。

さらに、ワーク加工位相もケーシングの基準面によって３６０度自在に位相決めが可能になる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

この発明の第１の実施形態では、図１から図５に示すように、機械Ａに対し不回転状態に接続するケーシング１には、ケーシング１の末端から挿入してベアリング１４を介しフリーに回転するように軸承すると共に、機械側から回転伝達を受ける入力軸２が設けてある。

上記機械Ａに対するケーシング１の不回転状態の接続及び入力軸２の回転伝達は、図１に示すように、周知方式の機械Ａの回転スピンドル３に設けてあるテーパー孔４に入力軸２の末端から突出するテーパーシャンク５を嵌入して回転の伝達を行ない、上記テーパーシャンク５の嵌入状況下にケーシング１の外側に設けてある固定ブロック６の位置決めピン７の先端が機械Ａに設けてあるブロック８のテーパー孔９に嵌入して位置決めピン７を突出力の付与バネ１０に抗して押し戻しながら、押し戻しにともない位置決めピン７から突出する突出部材１１の透孔１２に固定ブロック６から突出するピン１３を嵌入させた構成以外に、例えば図６に示すように、ベアリング１４を介し入力軸２を軸承してあるケーシング１の末端のフランジ１５を機械Ａの前面に当接すると共に、フランジ１５の周縁部に設けてある複数の透孔１６に挿入したボルト（図示省略）を機械Ａのネジ穴（図示省略）にねじ込んで取付け、入力軸２の末端に取付けるギヤやプーリ（図示省略）に回転伝達を受けるようにした構成がある。

また、入力軸２の先端に中間軸１７の末端を屈曲及び屈曲による軸方向変位が生じても回転伝達可能な自在継手１８を介し連結し、この中間軸１７の外側には、ベアリング１９を介し軸承すると共に、ガイド手段２０により前後方向にスライドする第１スライダ２１が設けてある。

上記のガイド手段２０は、図示の場合第１スライダ２１の外周対向位置で、両端が前後方向に向く平行なガイド溝２２と、この両ガイド溝２２をスライド自在に抱き込むガイドベース２３（このガイドベース２３は、ケーシング１にボルトを介し固定してある）と押え板２４との組み合わせにより（ガイドベース２３に押え板２４をボルト止めする）構成したが、上記以外の構成によってガイドすることもある。

さらに、入力軸２の先端には、入力軸２と共に回転するように固定（図示の場合、ボルト２５を介し）すると共に、周面に第１スライダ２１に軸支したカムフォロア２６を接触させたＸ軸用カム２７が設けてある。

また、中間軸１７の先端に先軸２９の末端を屈曲及び屈曲による軸方向変位が生じても回転伝達可能な自在継手１８を介し連結すると共に、この先軸２９の外側には、先軸２９に対しベアリング３０を介し軸承すると共に、ガイド手段２０を介し左右方向にスライドする第２スライダ３１が第１スライダ２１上に設けてある。

上記第２スライダ３１のガイド手段２０は、第１スライダ２１のガイド手段と同様につき説明を省略する。

さらに、第２スライダ３１の端面に対向させて中間軸１７と共に回転する（図示の場合キー３２を介し）Ｙ軸用カム３３が設けてあり、第２スライダ３１には、軸支してＹ軸用カム３３の周面の接触させたカムフォロア３４が設けてある。

上記のカムフォロア２６、３４は、図示の場合第１スライダ２１及び第２スライダ３１の１箇所に軸支して、バネ２８により第１スライダ２１、第２スライダ３１に付与してある押圧力によりＸ軸用カム２７、Ｙ軸用カム３３の周面にカムフォロア２６、３４を押し付けて、第１スライダ２１及び第２スライダ３１のスライド伝達を行なうようにしたが、対向２ヶ所のカムフォロアでカムを挟み込むようにしてもよい。

なお、カムフォロア２６、３４を、図１２に示すように（図１２は、カムフォロア３４側を示したが、カムフォロア２４側も同様に構成する）カムフォロア３４の支持用の軸５１に偏芯カラー５２を介しカムフォロア３４を取付けることで（偏芯カラー５２を回動操作して）、Ｙ軸用カム３３（Ｘ軸用カム２７も同様）と軸間距離を調整することができる。

なお、図４、５に示すＸ軸用カム２７及びＹ軸用カム３３は、四角形の角穴や図７に示すようにワークＷの辺から内方にＬ形の段部Ｂや、コ字状の段部（図示省略）を切削する形状に限定されず、例えば図８、９に示すような、六角形の角穴（孔）加工のＸ軸用カム２７、Ｙ軸用カム３３を使用して、六角穴を切削することもある。

また、先軸２９の先端ホルダ３５には、バイト３６が保持させてある。

上記ホルダ３５に対するバイト３６の保持は、図１に示すようにホルダ３６の先端面から内方に向けて設けた穴３７にバイト３６の末端部を挿入し、ホルダ３６の外周面から穴３７に貫通するネジ孔３８にネジ軸３９をねじ込んで取付けるようにしてある。

なお、上記の各自在継手１８には、例えばユニバーサルジョイントが使用されている。

次に上記構成の切削加工機による四角形の角穴の切削を図１０のバイト移動量図に基づいて説明する。

まず、図１０の（ａ）に示すように、ワークＷの切削加工センターにバイト３６のセンターを合致させると共に、バイト３６の刃先を四角形の角穴の一辺の辺長の２等分位置になるように位相を決める。

次いで一方向に入力軸２を回転する。

すると、入力軸２から自在継手１８を介し中間軸１７に中間軸１７から自在継手１８を介し先軸２９に回転を伝えながら、バイト３６を回転させてワークＷを切削する。

その際共に回転するＸ軸用カム２７によって第１スライダ２１を、またＹ軸用カム３３によって第２スライダ３１をそれぞれスライド（入力軸２の４５°回転により）させるのでバイト３６による切削点が図１０の（ａ）から図１０の（ｂ）に示すように移動させる。

上記の状況下からＸ軸用カム２７によって第１スライダ２１を、またＹ軸用カム３３によって第２スライダ３１をそれぞれスライドさせるので、バイト３６による切削点が図１０の（ｃ）に示すように入力軸２の９０°回転で辺長の二等分位置迄移動し、入力軸２の１３５°回転で図１０の（ｄ）に示すように辺長の終点に移動する。

この状況下からＸ軸用カム２７によって第１スライダ２１を、またＹ軸用カム３３によって第２スライダ３１をそれぞれスライドさせるので、バイト３６による切削点が図１０の（ｅ）に示すように入力軸２の１８０°回転で辺長の二等分位置迄移動し、入力軸２の２２５°回転で図１０の（ｆ）に示すように、辺長の終点に移動する。

次にＸ軸用カム２７によって第１スライダ２１を、またＹ軸用カム３３によって第２スライダ３１をそれぞれスライドさせて、図１０の（ｇ）に示すように入力軸２の２７０°回転により辺長の二等分位置迄移動させ、図１０の（ｈ）に示すように入力軸２の３１５°回転により辺長の終点迄移動させ、然るのち、Ｘ軸用カム２７によって第１スライダ２１を、またＹ軸用カム３３によって第２スライダ３１をそれぞれスライドさせて、入力軸２の３６０°回転で図１０の（ｉ）に示すようにバイト３６を図１０の（ａ）に示す切削開始点に到達させる。

その結果、図１０の（ｉ）に示すように、ワークＷの角穴Ｓが切削される。

すなわち、バイト３６が四角形の軌道を描くので、図１０の（ｉ）に示すような四角形角穴Ｓが切削される。

勿論、四角形の角穴Ｓのそれぞれのコーナーの切削は、Ｘ軸用カム２７及びＹ軸用カム３３による第１スライダ２１及び第２スライダ３１の強制的なスライドにともなうバイト３６の正確な正方形の軌跡によってＲが存在しない。

そして、図１０の（ｉ）に示す四角形の角穴Ｓに、図７に示すように、ワークＷに平面Ｌ形の段部Ｂや平面コ形の段部なども切削（図示省略）することもできる。

また、図８、９に示すように、四角形のＸ軸用カム２７にかえて六角形のＸ軸用カム２７′を、四角形のＹ軸用カム３３にかえて六角形のＹ軸用カム３３′を用いる。

すると、図１１の（ａ）から（ｉ）に示す切削工程図に示すように前述の六角形のＸ軸用カム２７′と六角形のＹ軸用カム３３′及び第１スライダ２１及び第２スライダ３１の追従スライドによってバイト３６が六角形の軌跡移動し、六角形の角穴Ｓが切削できる。

なお、刃物（バイト３６）サイズよりも大きい角穴を加工したい場合、座標を移動させ加工すれば、大きい角穴を加工することができるが、この場合、コーナー加工となり、回転切削でないと刃先が逃げ、加工精度が著しく低下する（刃物の全周が加工形状に囲まれていないと逃げやすい）。

この発明の第２の実施形態では、図１及び図２に示すように、ホルダ３５にバイト３６をセットする際、ホルダ３５の位相に対しバイト３６の位相を正確に取り付く位相決め手段Ｅが設けてある。

上記の位相決め手段Ｅは、図示の場合バイト３６を三角柱とし、ホルダ３５にバイト３６の三角柱の末端部を挿入（嵌入）する三角穴を設けたが、上記形状に限定されず、三角以外の多角形や、丸軸の周面例えば対向二辺を平行状に切削した（小判形）などであってもよいが、挿嵌入部は、刃物（バイト３６）の角数に合わせておけばワーク加工位相と刃先位相を間違えることなくセットでき、角数分で構成された各刃先刃切部を使用することができる。これは、挿嵌入部と刃先角数が一致しないと使用できない刃先が生じるためである。

この発明の第３の実施形態では、図１及び図２に示すように、ケーシング１の周面には、第１及び第２スライダの少なくとも片方のスライド方向に平行する位相決め基準面部Ｆが設けてある。

上記の基準面部Ｆは、図示のケーシング１の周面に溝条を切削して設けたが、同目的を達成する手段、例えば、定規となる部材を取付けて設けることもできる。

すると、基準面部ＦによってワークＷの加工位相決めが容易に、かつ正確に決めることができる。

この発明の切削加工装置を示す一部切欠正面図 同上の底面図 同上の要部を示す縦断拡大正面図 図３のＩ−Ｉ線に沿う断面図 図３のII−II線に沿う断面図 ホルダの他の支持を示す横断平面図 ワークの加工例を示す斜視図 Ｘ軸用六角形加工カムを示す平面図 Ｙ軸用六角形加工カムを示す平面図 四角形の角穴の加工バイトの移動を示す平面図 六角形の角穴の加工バイトの移動を示す平面図 カムフォロアの軸承部分を示す縦断正面図

符号の説明

Ａ 機械
Ｂ 段部
Ｓ 角孔
１ ケーシング
２ 入力軸
３ スピンドル
４ テーパー孔
５ テーパーシャンク
６ 固定ブロック
７ 位置決めピン
８ ブロック
９ テーパー孔
１０ バネ
１１ 突出部材
１２ 透孔
１３ ピン
１４ ベアリング
１５ フランジ
１６ 透孔
１７ 中間軸
１８ 自在継手
１９ ベアリング
２０ ガイド手段
２１ 第１スライダ
２２ ガイド溝
２３ ガイドベース
２４ 押え板
２５ ボルト
２６ カムフォロア
２７ Ｘ軸用カム
２８ バネ
２９ 先軸
３０ ベアリング
３１ 第２スライダ
３２ キー
３３ Ｙ軸用カム
３４ カムフォロア
３５ ホルダ
３６ バイト
Ｅ 位相決め手段
Ｆ 基準面

Claims (3)

1. 機械に対し不回転状態に接続するケーシングと、このケーシングの末端から挿入してフリーに回転するように軸承すると共に、上記機械側から回転伝達を受けるように設けた入力軸と、この入力軸の先端側に末端側を屈曲及び屈曲による軸方向変位が生じても回転伝達可能な自在継手を介し連結した中間軸と、この中間軸の外側に軸承すると共に、適宜のガイド手段により前後方向にスライドするように設けた第１スライダと、この第１スライダの端面に対向させて上記入力軸の先端に共に回転するように設けたＸ軸用カムと、上記第１スライダに軸支してＸ軸用カムの周面に接触させたカムフォロアと、上記中間軸の先端側に末端側を屈曲及び屈曲による軸方向変位が生じても回転伝達可能な自在継手を介し連結した先軸と、この先軸の外側に軸承すると共に、適宜のガイド手段により左右方向にスライドするように設けた第２スライダと、この第２スライダの端面に対向させて上記中間軸と共に回転するように設けたＹ軸用カムと、上記第２スライダに軸支してＹ軸用カムの周面に接触させたカムフォロアと、上記先軸の先端ホルダに保持させたバイトとからなり、上記入力軸の回転運動を上記Ｘ軸用カム及びＹ軸用カムにより角軸状運動に変換すると共に、変換にともない第１及び第２スライダを追従スライドさせて上記バイトによる角孔形状や内コーナーをＲが存在しないよう切削することを特徴とする切削加工装置。
2. 前記ホルダにバイトをセットする際、ホルダの位相に対しバイトの位相を正確に取り付く位相決め手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の切削加工装置。
3. 前記ケーシングの周面に第１及び第２スライダの少なくとも片方のスライド方向に平行する位相決め基準面部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の切削加工装置。

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