JP4714506B2

JP4714506B2 - 被削材のビビリ及び撓み抑制装置

Info

Publication number: JP4714506B2
Application number: JP2005156844A
Authority: JP
Inventors: 柾司丹羽; 卓也加藤
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2005-05-30
Filing date: 2005-05-30
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2025-05-30
Also published as: JP2006326796A

Description

本発明は、旋盤等の工作機械において、切削加工中の被削材に発生するビビリ及び撓みを抑制する被削材のビビリ及び撓み抑制装置に関するものである。

切削加工中の被削材に発生するビビリや撓みは、被削材が長尺である場合に発生することが多い。その抑制対策の多くはベッド案内面上に振れ止め装置を設けて、切削荷重によって生ずる被削材の撓みを少なくすべく、１〜３個の回転ローラにより被削材の外周を支承することで、被削材の剛性を見かけ上高めることにより、ビビリや撓みの発生を抑制することが行われている。この振れ止め装置には、往復台に取着されてＺ軸方向へ移動可能なものと、ベッドに取着されて加工時に移動しないものとがある。

また、振れ止め方式以外では例えば、動弁カム等のワークを研削する研削盤に用いられるワークレスト装置に係る特許文献１に開示された発明が知られている。なお、この特許文献１の以下の説明においては、特許文献１の符号を本欄および「発明が解決しようとする課題」の欄のみに限定して適用するものである。

この特許文献１に開示された発明は同公報の図２、図３に示すように、ワークレスト本体２に、ワークＷの支持部分Ｗｂの周面に対抗する半円状の受面３を形成し、この受面３に研削加重Ｆの作用線の周方向両側に位置する２個のポケット部４_１，４_２が凹設されている。これらのポケット部４_１，４_２の中央部位には、受面３よりも径方向内方に所定量突出するワーク仮受部４ａ，４ａが突設されている。そして、流体供給手段５により各ポケット部４_１，４_２に圧力流体を供給し、その流体圧力でワークＷを静圧支持するようにしたものである。

特開平８−２８１５５４号公報

しかしながら、従来の技術による振れ止め装置は、旋削加工において、切削荷重を受止める押圧力を被削材に加えることにより、被削材と工具刃先の間で見かけ上の剛性を高めてビビリや撓みの発生を抑制している。したがって、振れ止め求心精度によって、加工後の振れ精度に影響が出るという問題があった。また、加工後の被削材に押圧痕が残るという問題があった。さらに、被削材の加工精度（面粗度、振れ精度、円筒度等）の厳しい条件によっては使用ができないという問題があった。

特許文献１に係る発明のワークレスト装置は、流体供給手段５により各ポケット部４_１，４_２に圧力流体を供給し、その圧力流体をワークレスト本体２とワークＷとの間に直接的に介在させているので、ワークＷの軸部Ｗｂと受面２との間の隙間ａが重要であり、両者の対向円弧がほぼ等しいこと、また、軸部の芯と受面円弧の芯とが一致することなど、製作・取付けに工数がかさみ、装置が高価となる問題がある。また、ワークレストと被削材との芯ずれは、曲げ力が作用し、装置のセッティングには、細心の注意を払う必要があるなどの問題があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、振れ止めの求心精度によって加工後の振れ精度に影響が出るという問題、加工後の被削材に押圧痕が残るという問題、装置が高価になるという問題などの課題を解決しようとするものである。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、切削加工に用いられる工作機械において切削加工中の被削材に発生するビビリ及び撓みを抑制する装置であって、切削バイトに対応する軸直角反対位置で被削材の外周の一部を没入可能に形成された凹形状の軸承筒内に圧力流体を流通可能な供給孔が穿孔された受台と、この受台の前記軸承面内で被削材の回転方向にずれないように片側で前記受台に止着され前記軸承面を被覆可能な可撓性の防振材と、前記供給孔から軸承面内に供給した圧力流体の流体圧力により前記防振材を被削材の外周の一部に押圧可能な圧力流体供給手段とを備えてなり、前記圧力流体供給手段から供給される圧力流体の流体圧力により前記防振材を当該被削材の外周に押圧して、当該被削材を支承するようにしたものである。また、請求項２に係る発明において、前記受台の軸承面を略半円凹形状とし、被削材の外周略半円部を没入可能としたものである。

これら請求項１及び２の発明によれば、受台に形成された軸承面を被覆する可撓性の防振材に切削加工する被削材の外周を当接させて、圧力流体供給手段により受台の供給孔から軸承面内に圧力流体を供給し、その流体圧力により前記防振材を当該被削材に押圧しながら積極的に排出して、その外周を支承するようにしたので、圧力流体の圧力の多少の変動が生じても、ビビリや撓みの発生を抑制する作用には影響が殆どない。また、受台の軸承面と被削材との間には防振材を介在させてその摩擦力によって制振しているので、流体圧力は直接的には作用せず、被削材を支承する圧力にばらつきが生じることは殆んどない。

次に、請求項３に係る発明において、前記圧力流体は切削液であるようにしたものである。この請求項３の発明によれば、旋盤等の本機に付属の切削液供給手段をそのまま使用することができるので、切削液の供給回収装置の特別な費用が不要となる。さらに、圧力空気よりは効率が良い。

本発明は、上述のとおりであるので、以下に記載するような効果を奏する。圧力流体供給手段により受台の供給孔から軸承面内に圧力流体を供給し、その流体圧力により前記防振材を当該被削材に押圧して、その外周を支承し摩擦力を利用して制振するようにしたので、加工の種類にかかわらずビビリや撓みの発生を抑制することができる。

また、受台の軸承面と被削材との間には防振材を介在させているので、被削材に押圧痕が生じることがない。また、圧力流体の流体圧力は直接的には作用せず、圧力変動の影響が少なく被削材を支承する圧力にばらつきが生じないから、ビビリや撓みの抑制効果が安定して得られる。防振材に浸透性材料を使用すると切削油の場合、被削材と防振材との間には液膜が形成されるので、加工後の被削材に焼け瑕や擦過瑕も防止することができる。

また、受台の軸承面は、防振材が開口部近傍以外では当接しないような半円凹形状に形成したので、かつ、圧力流体は被削材の回転方向と同一の他方の開口部に向かって排出されるので、圧力流体供給手段による流体圧力により被削材に当接させる防振材の押圧力が安定し、ビビリや撓みの発生を抑制する効果がより向上する。圧力流体を切削液にすることで効果は一層増大する。

また、供給孔の吐出口近傍における隙間を他の部分よりも拡張するようにしたので、供給孔の吐出口近傍においては高くなる流体圧力を容積拡張により減圧し、防振材を押圧する圧力流体の流体圧力を略均等にすることができ、ビビリや撓みの発生を抑制する効果がより向上し、振れ止め求心精度によって加工後の振れ精度に影響が出るという問題も解決される。さらに、切削液を用いる場合、旋盤等の本機に付属の切削液供給装置が利用できるので、特別な装置を設ける必要がなく、価格の上昇を抑えることができる。

本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図３を参照して以下のとおり説明する。図１は旋盤の対向刃物台に本発明の抑制装置を取付けた実施例を示す斜視図、図２はビビリ及び撓み抑制装置の切削作用部の軸直角斜視断面図、図３は切削液供給手段の切削液供給回路を示す簡略図である。

対向刃物台の旋盤における被削材のビビリ及び撓み抑制装置１の取付け例を図１により説明する。旋盤には被削材Ｗの上方に、切削バイト５がバイトホルダ４Ｂを介して取着された上刃物台３Ｂが、被削材Ｗの軸線に沿って往復移動可能に設けられ、この上刃物台３Ｂと対向する被削材Ｗの下方には、下刃物台３Ａが被削材Ｗの軸線に沿って往復移動可能に設けられている。下刃物台３Ａの側面には取付け板４Ａが螺着され、その側面に受台１０が、被削材Ｗを支承可能に取着されている。受台１０への切削液は、下刃物台３Ａと連結されたパイプ６を介して切削液供給手段により供給される。なお、下刃物台３Ａがない場合には、ワークレストを用いてベッド上に取着する。

本例で供給する圧力流体を切削液とした場合の図２，図３において、本発明に係る被削材のビビリ及び撓み抑制装置１は、切削バイト５に対応する軸直角反対位置で、被削材Ｗを支承可能な半円凹形状の軸承面１１ａ，１１ｂが形成され、その間の凹所の底に切削液の供給孔１４が開口した受台１０と、この受台１０の軸承面１１ａ，１１ｂを被覆可能な可撓性の防振材２０と、切削液槽３２の切削液を受台１０の軸承面１１ａ，１１ｂ内に供給する切削液供給手段３０とから構成されている。

受台１０の被削材Ｗ側には、被削材Ｗに沿った半円凹形状の軸承面１１ａ，１１ｂが被削材Ｗの軸方向に形成され、この軸承面１１ａ，１１ｂの間を上方に開口した被削材Ｗの軸方向に沿う半円凹形状の拡張軸承面１２が形成されている。軸直角な両側面は、上面が軸外周面に沿った円弧の壁が形成されている。したがって、半円凹形状は軸承面側が開口された容器となる。なお、図２の断面が半円凹形状の拡張軸承面１２は、被削材Ｗの軸方向に前記両側面まで通して形成し、前記両側面の壁に替えて側面の開放部を封止する蓋を設けてもよい。この場合の蓋上面は、被削材Ｗの円弧に沿った形状とし、防振材Ｗとの隙間は、開口部１１ｄと同程度が好ましく、蓋を上下移動させることにより隙間が調整できる。

これら受台１０の軸承面のうち、軸承面１１ａ，１１ｂの円弧形状は、軸承面１１ａ，１１ｂが後述する防振材２０により被覆され、その凹面内に被削材Ｗを没入させた状態において、被削材Ｗの没入している外周略半円部が、軸承面１１ａの開口部１１ｃでは、回転方向上流側になるのでボルト４０で締着された防振材２０を介して当接し、ここでは隙間が存在しない。軸承面１１ｂの開口部１１ｄでは防振材２０との間に隙間が存在し、排出液の絞り出口となる。軸承面１１ａ，１１ｂの他の部分は防振材２０の外周側と接触しないように形成されている。

そして、防振材２０の外周側と接触しない部分の受台１０の軸承面１１ａ，１１ｂの凹形状は、防振材２０の外周面との隙間が、開口部１１ｃ，１１ｄから遠ざかるに従い漸増するように形成されている。また、受台１０の拡張軸承面１２の凹形状は、防振材２０の外周面との間の隙間を、軸承面１１ａ，１１ｂと防振材２０の外周面との隙間よりもさらに拡張して供給される切削液の液圧力を均等化するように、軸承面１１ａ，１１ｂの間を被削材Ｗの軸中心で最深部とする半円凹形状に軸方向へ形成されている。この拡張軸承面１２の底部には、拡張軸承面１２を通じて軸承面１１ａ，１１ｂ内に切削液を流通可能な供給孔１４が穿孔されている。

次いで、防振材２０は、受台１０の軸承面１１ａから１１ｂまで全面にわたり被覆可能な可撓性の四角形状に形成され、その一端が、矢印９により示す被削材Ｗの回転方向（時計方向）の上流側である受台１０の開口部１１ｃ近傍の外端面に、ボルト４０，４０により止着されて、他端は、開口部１１ｄの外端面から切削液が絞られて排出するように形設されている。この防振材２０の素材としては、可撓性を有する鉄系金属材、非鉄系金属材、樹脂材、ゴム材、繊維材、木材などを選択的に使用することができる。

次いで、切削液供給手段３０は、切削液槽３２内に貯蔵された切削液３１を、供給ポンプ３３により圧力調整部３４に給送し、この圧力調整部３４により適正な液圧力に調整された切削液３１をパイプ６より供給孔１４に流入させ受台１０内へ供給する。受台１０内へ供給され軸承面１ａ，１１ｂ及び両側面より排出された後の切削液３１は、切削液回収パン３５内に回収され、フィルタ３６により不純物を濾過して切削液槽３２内に還流される。なお、切削液槽３２、供給ポンプ３３、切削液回収パン３５、フィルタ３６などは、旋盤等に設けられたものを兼用することができる。

引き続いて、上述した実施の形態において、切削加工中の被削材Ｗに発生するビビリ及び撓みを抑制する作動手順と作用について説明する。図示しないチャック、心押台等により回転可能に支持された被削材Ｗに対する受台１０の位置は、図２に示すように、パイプ６を経て供給孔１４から切削液３１を受台１０の軸承面１１ａ，１１ｂ，１２の半円凹形状内へ供給して、切削液３１の液圧力により防振材２０を被削材Ｗに押圧し、被削材Ｗにビビリや撓みが生じないようになる開口部１１ｄの隙間位置に調整して、受台１０を位置決めする。この場合、切削液３１の液圧力が過不足している際には、図３に示す圧力調整部３４により切削液３１の液圧力を適正圧力に調整する。

このように、防振材２０は、切削液３１の液圧力により被削材Ｗに押圧し、かつ、受台１０の開口部１１ｃ近傍の片側のみが止着されその他は自由にして絞りとして作用させて排出させるので、半円凹形状と相まって被削材Ｗの外周略半円部Ｗａを均一な押圧力で支承することができる。すなわち、受台１０の軸承面１１ａ，１１ｂの凹形状は、防振材２０の外周面との隙間が、開口部１１ｃ，１１ｄから遠ざかるに従い漸増するように形成されているので、切削液３１は被削材Ｗの回転方向と同一の他方の開口部１１ｄに向かって排出され、切削液３１の液圧力により被削材Ｗの外周略半円部Ｗａを押圧する防振材２０の押圧力が安定する。

また、受台１０の拡張軸承面１２の凹形状は、防振材２０の外周面との間の隙間を、軸承面１１ａ，１１ｂと防振材２０の外周面との隙間よりもさらに拡張するように、軸承面１１ａ，１１ｂの底部を開口した半円凹形状に形成されているので、供給孔１４の吐出口近傍における高い液圧力を拡張された容積により減圧し、防振材２０の外周面には均等な液圧力が作用する。そして、発明者らの試験では、例えば防振材として厚さが約３ｍｍの合成ゴムを用いて、被削材の直径４０ｍｍ、長さ６９０ｍｍにおいて、円筒度１５〜２０μｍが７μｍに、面粗度３μｍが１．３８μｍに改善されて良好な結果を得ることができた。

なお、本発明に係るビビリ及び撓みを抑制する装置は、上述した実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲においてさまざまな形態に構成することができる。例えば、圧力流体は切削液に限定されるものではなく、圧力空気とすることも自由であり、被削材が細長い場合に有効である。また、軸承面の形状も必ずしも被削材の形状に倣わせる必要はなく、供給する圧力流体の圧力、流量などの条件が整い、防振材を被削材に押圧することができればよい。また、防振材も必ずしも被削材の形状に倣わせる必要はなく、複数点で支承するようにしてもよい。したがって、軸承面形状が多角形型の凹部としてもよい。

対向刃物台の旋盤に本発明の抑制装置を取付けた実施例を示す斜視図である。本発明の抑制装置の切削作用部の軸直角斜視断面図である。切削液供給手段の切削液供給回路を示す簡略図である。

符号の説明

１被削材のビビリ及び撓み抑制装置
２旋盤
３Ａ下刃物台
３Ｂ上刃物台
４Ａ取付け板
４Ｂバイトホルダ
５切削バイト
１０受台
１１ａ，１１ｂ軸承面
１１ｃ，１１ｄ開口部
１２拡張軸承面
１４供給孔
２０防振材
３０切削液供給手段
３１切削液
３２切削液槽
３３供給ポンプ
３４圧力調整部
３５切削液回収パン
３６フィルタ
Ｗ被削材
Ｗａ外周略半円部

Claims

切削加工に用いられる工作機械において切削加工中の被削材に発生するビビリ及び撓みを抑制する装置であって、
切削バイトに対応する軸直角反対位置で被削材の外周の一部を没入可能に形成された凹形状の軸承筒内に圧力流体を流通可能な供給孔が穿孔された受台と、この受台の前記軸承面内で被削材の回転方向にずれないように片側で前記受台に止着され前記軸承面を被覆可能な可撓性の防振材と、前記供給孔から軸承面内に供給した圧力流体の流体圧力により前記防振材を被削材の外周の一部に押圧可能な圧力流体供給手段とを備えてなり、
前記圧力流体供給手段から供給される圧力流体の流体圧力により前記防振材を当該被削材の外周に押圧して、当該被削材を支承するようにしたことを特徴とする被削材のビビリ及び撓み抑制装置。
前記受台の軸承面を略半円凹形状とし、被削材の外周略半円部を没入可能とした請求項１に記載の被削材のビビリ及び撓み抑制装置。
前記圧力流体は切削液であることを特徴とする請求項１又は２に記載の被削材のビビリ及び撓み抑制装置。