JP4656371B2 - 切削加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、切削加工装置を用いて、被切削物を切削加工する場合の切削加工方法に関する。

金属被加工物などに精密な穴加工を施すには、粗加工を行った後、リーマなどにより穴内面の形状を仕上げる。この場合、穴の径は、仕上げに用いるリーマの大きさにより決まるため、所望の穴径とするために、リーマを選択することになる。また穴の径が異なる複数の穴を形成するには、それぞれの穴径専用の刃具を用いたり、コンタリング加工を行ったりしている。さらに穴の深さ方向の途中に径の異なる部位がある場合には、リセスカッターを使用する。

金属被加工物の中ぐり加工には、ボーリングバーを使用する場合もある。このボーリングバーは、工作機械のホルダーなどに取り付けられるバー本体と、このバー本体の先端に先端部が設けられ、この先端部に切刃が設けられている。バー本体は、剛性の高い超硬合金により形成され、たわみやびびりを防止する。

ところが、異なる穴を形成する度に、それぞれの穴径専用の刃具を用いるために、刃具を交換しなければならなく、時間がかかるため、コストの増大につながる。またコンタリング加工を行う場合には、機械的な問題から真円度に問題が生じやすい。さらにリセスカッターを使用する場合も、１回目の加工と２回目の加工とを行うため２プロセスが必要となり、やはりコストの増大につながりやすい。そのため、異なる径の穴を被切削物に加工する場合に、短時間にできる切削加工方法が望まれてきた。

そこで本発明の課題は、被切削物に精密加工を施す場合、短時間で効率よく異なる径の穴、または異なる径の外径を有する円筒を形成することのできる切削加工方法を提供することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記課題を解決するために、本発明の切削加工方法は、
被切削物を切削加工する切削加工装置に備えられた回転可能な主軸に取り付けられるホルダーにおいて前記主軸の回転軸よりも外の外縁部には、切削するための切削刃を棒状の本体部の先端部に定位置で動かないように取り付けた刃具の切削刃が主軸の回転軸の方を向くように装着され、
被切削物を切削加工装置の所定の位置に固定した後、
切削加工装置の主軸の回転数を調整することにより、刃具を回転軸からしなりによって離反させ、その主軸の回転に伴う遠心力に基づいて、刃具の本体部を弾性的に撓み変形させ、刃具の刃先の描く回転体の直径を変化させた状態で被切削物の外縁を切削加工し、その外縁形状を所望の大きさにする。

切削加工装置の主軸に、切削するための刃部を有する刃具を装着し、被切削物を固定する。主軸を回転させることにより、刃具は遠心力により、その本体部が、弾性的に撓み変形する。すなわち、回転中心から刃具の刃先までの長さを、回転数によって、変化させることができる。遠心力による撓み変形を利用するため、主軸の回転数を上げる、つまり回転を速くすることにより、回転中心から刃具の刃先までの長さは、大きく変化することになる。そして主軸の回転数の変化によって、刃先の描く回転体の直径の変化が生じるため、回転数を調整することで、所望の直径の円柱を作製することができる。

そして刃具としては、ボーリングバーを使用して切削加工を行うとよい。ボーリングバーは、棒状の本体部と、その先端に刃部を有する。本体部の刃部を有する先端と反対側を、ホルダーによって主軸に取り付け、ボーリングバーを回転させることにより、切削加工する。主軸の回転に伴って、ボーリングバーを回転させることにより、ボーリングバーの本体部が、遠心力により撓み変形を起こす。この変形は、ボーリングバーの形状や、材質等によって異なる。撓み変形量を変化させるために、本体部に、重りなどを装着してもよい。また、主軸の回転数を調整して、所望の径の外縁を形成した後に、回転数を変化させることにより、外縁とは異なる径の外縁を被切削物に形成することができる。

このような主軸の回転数の変化によって、所望の径を作製する切削加工方法の応用例としては、主軸の回転数を調整して、所望の径の穴を形成した後に、回転数を変化させることにより、異なる径の穴を被切削物に形成する加工方法が挙げられる。従来、一つの被切削物に、径の異なる穴を複数作製するためには、異なる刃具に交換していた。しかし本発明の方法によれば、回転数を変えるだけで、径を変化させることができるので、短時間に、複数の径の異なる穴を形成することができる。例えば、ある回転数Ｒによって、被切削物に直径ａの穴を形成後、回転数をＲ’にして、直径ｂの穴を形成する。続いて、回転数をＲに戻して、さらに、直径ａの穴を形成することもできる。この間、刃具を交換する必要はなく、切削加工装置の制御部によって、主軸の回転数を変化させ、切削すればよく、短時間に加工を施すことができる。

また他の例としては、主軸の回転数を調整して、所望の径の穴を形成した後に、主軸の回転数を変化させ、穴に径の異なる部位を形成することもできる。すなわち、一つの穴内に径の異なる部分を作製することができる。このような部分は、穴内に、２箇所、或いは３箇所以上作製することもできる。例えば、ある回転数Ｒによって、被切削物に直径ａの穴を形成する。そして回転数をＲ’にして、直径ａの穴内に、さらに直径の大きい直径ｂの部分を形成する。これにより、一つの穴内に、直径ａの部分と直径ｂの部分を形成することができる。径に応じた刃具に交換する必要はなく、回転数を変化させるのみなので、短時間にこのような穴を作製することができる。

ボーリングバーの本体部の中心軸よりも刃先側に重心のあるボーリングバーを使用し、主軸の回転数を上げることによって、被切削物に形成される穴の内径の仕上げ径を大きくし、主軸の回転数を下げることによって、被切削物に形成される穴の内径の仕上げ径を小さくする。

ボーリングバーの本体部の中心軸よりも刃部側に重心のあるボーリングバーを使用すれば、主軸の回転数を上げることにより、刃先側が回転軸から離れる方向に遠心力によって弾性変形する。したがって、このようなボーリングバーを使用すれば、回転数を上げることで、作製する穴の径を大きくすることができる。回転数を下げれば、弾性変形量が減少し、作製する穴の径が小さくなる。但し、静止状態における回転中心から刃先までの長さより小さくはならない。回転数と、刃先の描く回転体の直径との関係を予め把握しておけば、回転数を調整することで、所望の穴を被切削物に加工することができる。

以下、図を示しつつ本発明の実施例を説明する。図１は、本発明に用いる切削加工装置の縦型の一実施例を示す。切削加工装置１は、被切削物１５を固定するテーブル４、そのテーブル４と接続された本体部２とを含む。本体部２は、軸回転を行う主軸７と接続されたオーバアーム３を含む。主軸７は、オーバアーム３に取り付けられ、本体部２に内蔵されたモータにより中心軸を中心に回転（自転）を行う。主軸７には、ボーリングバー７１を固定するためのホルダー８が取り付けられている。

本体部２は、主軸７の回転の制御を行う制御部５を有する。制御部５の操作盤を操作することによって、モータの回転を変化させ、これによって主軸７の回転を変えることができる。すなわちホルダー８によって主軸７と一体に装着されたボーリングバー７１の回転を変化させることができる。また主軸７は、制御部５の操作によって、上下方向に移動することができる。この移動により、被切削物１５にボーリングバー７１の刃部を接触させ、切削加工することができる。被切削物１５は、テーブル４上に固定されるが、テーブル４は、横方向に移動が可能であり、これによって被切削物を横方向に移動させることができる。これにより被切削物の所望の位置に穴を形成することができる。

図２を用いて主軸に取り付けられ、切削するための切削刃を有するボーリングバーの説明をする。このボーリングバー７１は、本体部７２に先端部７５が形成され、その先端部７５には、刃７３がネジ７４によって取り付けられている。ボーリングバー７１の本体部７２の中心軸７６から、取り付けられた刃７３の先端７７までの長さｒ（図２（ｂ）参照）は、穴の所望の径よりも短い。ここで中心軸７６とは、ボーリングバー７１が本体部７２の主軸７に取り付けられた場合に、回転中心となる軸で、本体部の横幅を均等に１／２に分けた軸で、図２（ｃ）のｗ１とｗ２が同一となる軸である。さらに本体部の厚みも１／２に分けた軸であり、図２（ｃ）のｗ３とｗ４が同一となる。

ボーリングバー７１の先端部７５と反対の端部を、ホルダー８を用いて主軸７に固定する。ボーリングバー７１の中心軸７６から刃７３の刃先７７までの長さが、所望の径よりも細いものを使用する。続いて、テーブル４に被切削物１５を固定する。制御部５によって被切削物１５を水平方向まで移動させ、穴を形成する位置をボーリングバー７１直下にする。本体部２にある制御部５によって主軸７は回転し、上下方向移動するので、制御部５を操作して、主軸を回転させると共に下降させ、被切削物に穴を形成する。

図３を用いて、ボーリングバー７１の回転と形成される穴の径について説明する。図は、ボーリングバー７１がホルダー８によって主軸に取り付けられたところを示す。ボーリングバー７１の中心軸７６から刃先までの長さをｒとし、その２倍の長さをａとする。中心軸７６は、図２で説明した回転中心となる軸である。そしてボーリングバー７１を回転させることによってボーリングバー７１が回転数に応じて、遠心力によりしなって曲がる。この時の直径をｂとする。直径ｂは、ボーリングバー７１の回転数によって変化する。回転数を上げることにより、すなわち、回転速度を上げることにより、中心軸７６に対し刃先７７側に重心のあるボーリングバーでは、遠心力により、刃先７７の描く回転体の直径が大きくなる。したがってボーリングバー７１の回転数を上げることにより、被切削物１５に形成する穴の直径を大きくすることができる。そこで直径ｂが形成したい所望の径となるように回転速度を調整する。

次に図４に、切削加工装置の横型の実施例を示す。切削加工装置３１は、被切削物１５を固定するテーブル４、そのテーブル４と接続された本体部３２とを含む。本体部３２は、軸回転を行う主軸７を備え、本体部３２に内蔵されたモータにより軸回転を行う。また主軸７は、本体部３２に沿って、上下方向に移動することができる。これにより被切削物１５の所定の位置に穴を形成することができる。また主軸７には、ボーリングバー７１を固定するためのホルダー８が取り付けられている。

被切削物１５は、テーブル４上に固定装置によって固定することができる。そして図の左右方向、或いは、紙面垂直方向に移動することができる。これにより被切削物１５を移動させ、所望の位置に穴を形成することができる。そして前述の実施例と同様に、制御部５を操作し、主軸７を上下方向に移動させる。被切削物１５の所望の位置に所定の径の穴が形成されるように、ボーリングバー７１の回転数を調整して回転させ、被切削物１５を図の左から右へと移動させ、ボーリングバー７１によって穴を形成する。ボーリングバー７１の回転数を変化させることにより、形成される穴の径が変化することは、前述の実施例と同様である。

図５に形成される穴の実施例を示す。（ａ）は、被切削物８０の断面図である。（ｂ）は、被切削物の平面図８０である。被切削物８０には、径の大きさの異なる部位を有する２段の穴８１が形成されている。すなわち穴８１は、直径ｂ２の径とそれより大きい直径ｂ１の径を有する。

この穴８１の形成方法を説明する。まず径の直径の長さがｂ２となる回転数で、ボーリングバー７１を回転させ、所定の深さｈ２までの穴を完成させる。そして、回転数をさらに上げることによって、直径をｂ１として、ｈ１の深さの加工を施す。このように、回転数を変化させることにより、穴の径を変化させることができるため、ボーリングバー７１を取り替える必要がなく、加工にかかる時間を従来に比べかなり短縮することができる。尚、図では、上段の径が大きく、下段の径が小さい場合を示したがこれに限られない。上段の径が小さく、下段の径が大きい場合も同様にして形成することができる。或いは、径の変化が２段になる場合に限られず、３段、４段の変化を施すこともできる。

図６に、穴の深さ方向の途中に径の異なる部位９３がある穴９０の実施例の断面図を示す。図のようにこの被切削物９０には、直径ｂ２の径の途中に直径ｂ１の径９３の穴が形成されている。

このような穴９２の形成方法を説明する。まず、直径がｂ２となる回転数で、深さｈ５までの穴を切削する。続いて、直径がｂ１となるように回転数を上げて、その回転速度によって深さｈ３から深さｈ４まで切削し、径の大きい部位９３を穴の途中に形成して、穴９２の形状を完成する。このような切削加工を施す場合にも、ボーリングバー７１などの刃具を、所望の径に合わせて交換する必要がないため、短時間に多くの径の異なる穴を切削加工することができる。

図７に径の異なる穴を２つ形成した実施例を示す。（ａ）は、被切削物１００の断面図、（ｂ）は、その平面図である。被切削物１００には、径の異なる穴が２つ形成されている。穴１０１の直径はｂ３、穴１０２の直径はｂ４である。直径ｂ３に対し直径ｂ４の方が小さい場合を示している。

このような径の異なる複数の穴を形成する方法を説明する。まず、直径がｂ３となるように主軸の回転数を調整し、穴１０１を切削する。続いて、被切削物１００または主軸７を移動させることにより、ボーリングバー７１で切削する位置を変え、直径がｂ４となるように回転数を下げて切削し、穴を完成する。このように穴の径が異なる複数の穴を形成する場合において、回転数を変化させるだけで、形成することができる。さらの３つ以上の穴を形成する場合も、同様に、回転数を変化させるだけでよいため、短時間に穴を形成することができる。この方法によれば、径の異なる穴の数が多くなった場合でも、形成する時間が大幅に増えることない。

図８に、本発明の切削加工装置の縦型の他の実施例を示す。切削加工装置４１は、被切削物１５を固定するテーブル４、そのテーブル４と接続された本体部２を有する。さらに本体部２の上部のオーバアーム３には、主軸７を有する。主軸７には、切削加工するためのボーリングバー７１を固定するためのホルダー４２が、取り付けられる。

図９にホルダー４２の斜視図を示す。ホルダー４２は、主軸７に接続される円筒部４３と、さらにその下部に円筒部４３より回転する径の大きくなる、ボーリングバー７１を把持するための把持部４４からなる。把持部４４には、外縁部にボーリングバー７１を固定するチャック部が形成されている。このチャック部にボーリングバー７１の切削刃７３が回転軸の方を向くように、ボーリングバー７１を固定する。これにより被切削物の外縁形状を形成することができる。

前述の実施例同様に、制御部５の操作盤を操作することによって、主軸７の回転を変化させることができる。すなわちボーリングバー７１の回転を変化させることができる。また主軸７は、制御部５の操作によって、上下方向に移動することができる。さらに被切削物１５は、テーブル４上に固定されるが、テーブル４は、横方向に移動が可能であり、これによって、被切削物１５を横方向に移動させることができる。

図９に示したホルダー４２によりボーリングバー７１を固定して、切削形成した被切削物の実施例を図１０に示す。（ａ）は、その被切削物１１０の斜視図、（ｂ）は、その断面図である。図に示すように、被切削物１１０には、その円筒部１１１の側面の途中に細くなった細径部１１２を有する。

このような被切削物１１０の形成方法を説明する。まずｂ５の直径を有するように、ボーリングバー７１の回転数を調整し、被切削物１１０の円筒部１１１の側面を切削する。続いて、ｂ６の直径を有するように回転数を下げ、細径部１１２を形成する。このように回転数を変化させることにより、内円の径を変化させることだけではなく、外円の径も変化させることができる。

以上のように、主軸の回転数を変化させ、切削するための刃具の本体部の遠心力によるしなりを変化させることにより、異なった径を有する複数の穴を形成したり、一つの穴に異なった径を有する部位を形成したり、円筒の側面に異なった径の部分を形成することが容易にできる。従来のように刃具を交換する必要がないため、迅速に異なった径を作製することができる。

縦型の切削加工装置の実施例。 ボーリングバーの実施例。 回転数による形成される穴の径について説明する図。 横型の切削加工装置の実施例。 被切削物の実施例。 被切削物の実施例２。 被切削物の実施例３。 縦型の切削加工装置の実施例２。 ホルダーを説明する図。 被切削物の実施例４。

符号の説明

１ 切削加工装置
７ 主軸
１５ 被切削物
７１ 刃具（ボーリングバー）
７３ 切削刃
８０，９０，１００，１１０ 被切削物

Claims (3)

1. 被切削物を切削加工する切削加工装置に備えられた回転可能な主軸に取り付けられるホルダーにおいて前記主軸の回転軸よりも外の外縁部には、切削するための切削刃を棒状の本体部の先端部に定位置で動かないように取り付けた刃具の前記切削刃が前記主軸の回転軸の方を向くように装着され、
   前記被切削物を前記切削加工装置の所定の位置に固定した後、
   前記切削加工装置の主軸の回転数を調整することにより、前記刃具を前記回転軸からしなりによって離反させ、その主軸の回転に伴う遠心力に基づいて、前記刃具の前記本体部を弾性的に撓み変形させ、前記刃具の刃先の描く回転体の直径を変化させた状態で前記被切削物の外縁を切削加工し、その外縁形状を所望の大きさにすることを特徴とする切削加工方法。
2. 前記刃具として、ボーリングバーを使用する請求項１に記載の切削加工方法。
3. 前記主軸の回転数を調整して、所望の径の前記外縁を形成した後に、前記回転数を変化させることにより、前記外縁とは異なる径の外縁を前記被切削物に形成する請求項１または２に記載の切削加工方法。

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