JP4917954B2 - 転削装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンドミルやドリル等の先端部に加工刃が形成された転削工具を、工作機械に取り付けて成る転削装置に関するものである。

エンドミルやドリル等に代表される先端部に加工刃が形成された転削工具を用いて金属板等の被加工材の高速加工を行う場合、その転削工具の回転数の増加に応じて転削工具の振れが増大することとなり、その結果、金属板等の被加工材の仕上げ面が粗くなったり、加工精度が悪化したりするという問題がしばしば発生することとなっていた。

その問題を解決するため、従来では、転削工具の加工精度、特に真円度などを高くすることにより、動バランスを向上させることが一般的に行われていたが、転削工具の転削工具ホルダへの取り付け精度や、転削工具ホルダの工作機械本体への取り付け精度には限界があるため、転削工具の重量バランスを確実にとり、その回転時の振れをなくすることは非常に難しいことであった。

そこで、その問題点を解消するため発明されたのが、特許文献１や特許文献２に記載された技術であったが、これらはそのいずれもが、転削工具の支持部付近にバランスウエイトを設けることで、動バランスを調整するものであって、回転時の振れを小さくするという効果はあるものの、転削工具を取り替えする毎にバランス調整し直す必要が生じるもので、実際の現場で使用することは、作業の効率性を考えると必ずしも最適なものとはいいえなかった。

更には、特許文献３記載の技術も特許出願されているが、それは転削工具の根元を環状弾性体で支持するという技術である。この技術によれば、環状弾性体によって高速回転時の転削工具の振れを改善することはできると考えられるが、その振れの抑制効果は必ずしも大きくはなく確実とはいいえないものであった。また、特許文献３中には、環状弾性体は合成ゴム、合成樹脂、木材等であると記載されており、転削工具の回転により磨耗したり、経年劣化する材料を用いて形成されたものであって、必ずメンテナンスが必要であり、管理することが非常に手間なものでもあった。

特開平７−１９２８８号公報 特開平１１−１７９６１２号公報 特開平９−８５５６２号公報

本発明は、上記従来の問題を解消せんとしてなされたもので、回転軸の回転数の増加に応じた転削工具の振れの増加を抑制することができ、被加工材の仕上げ面が粗くなったり、加工精度が悪化したりすることがなく、しかも、加工刃が形成された工具を取り替えする毎にバランス調整する必要もなく、且つ、磨耗等によるメンテナンスの必要性もない転削装置を提供することを課題とするものである。

請求項１記載の発明は、先端部に加工刃が形成された転削装置において、前記加工刃を回転させる回転軸の周囲に、その回転軸と軸心を同一とした円盤状の振れ止め部を設け、その振れ止め部の直径を前記回転軸の直径の３倍以上とすると共に、前記振れ止め部の厚みを前記回転軸の直径の１．５倍以下として成ることを特徴とする転削装置である。

請求項２記載の発明は、前記振れ止め部の直径は、前記回転軸の直径の３〜１０倍であることを特徴とする請求項１記載の転削装置である。

請求項３記載の発明は、前記振れ止め部の厚みは、前記回転軸の直径の０．３〜１．５倍であることを特徴とする請求項１または２記載の転削装置である。

請求項４記載の発明は、前記回転軸は、先端部に加工刃が形成された転削工具本体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の転削装置である。

請求項５記載の発明は、前記回転軸は、先端部に加工刃が形成された転削工具本体を支持する転削工具ホルダであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の転削装置である。

本発明の請求項１記載の転削装置によると、円盤状の振れ止め部を設けることで、コマを回したときにコマが直立性を保つ現象と同様のジャイロ効果を発生させ、回転軸の回転数の増加に応じた転削工具の振れの増加を、抑制することができ、その結果、被加工材の仕上げ面が粗くなったり、加工精度が悪化したりすることがなくなる。しかも、加工刃が形成された工具を取り替えする毎にバランス調整する必要もなく、且つ、磨耗等によるメンテナンスの必要性もない。

本発明の請求項２記載の転削装置によると、振れ止め部の直径を回転軸の直径の１０倍以下としたため、回転軸の回転数の増加に応じた転削工具の振れの増加を抑制することができるばかりか、振れ止め部が大きすぎて転削作業の邪魔になるということもない。

本発明の請求項３記載の転削装置によると、振れ止め部の厚みの下限値をも規定することで、回転軸の回転数の増加に応じた転削工具の振れの抑制効果が不十分となることもなくなる。

本発明の請求項４記載の転削装置によると、直径の小さな転削工具本体に振れ止め部を設けることができるので、振れ止め部が大きくなりすぎて転削作業の邪魔になるといったことがなくなる。

本発明の請求項５記載の転削装置によると、転削工具本体ではなく転削工具ホルダに振れ止め部を設けることができるので、メンテナンンスのたびに特殊な形状の転削工具本体を準備する必要もなく、一般市販の転削工具本体を使用することができる。

以下、本発明を実施形態に基づいて更に詳細に説明する。

まず、図１および図２（ａ）〜（ｃ）に基づいて、回転軸１を転削工具本体３とし、その転削工具本体３の周囲に、振れ止め部２を設けた実施形態について説明する。

図１および図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、回転軸１はエンドミルやドリル等の円柱状の転削工具本体３であって（図１および図２に示す転削工具本体３はエンドミル）、その転削工具本体３の先端部には、金属板等の被加工材を転削するためのねじれ刃状の加工刃５が形成されている。また、転削工具本体３の加工刃５が形成された側と逆の基部側（図２（ｂ）の下側）は、後記する転削工具ホルダ４に形成された挿入穴内に差込み、転削工具本体３を転削工具ホルダ４に固定するための取り付け軸部６となっている。

更に、その転削工具本体３の加工刃５と取り付け軸部６の境界部となる中央部分の周囲には、その転削工具本体３と軸心を同一とした円盤状の振れ止め部２が、例えば、焼きばめすることにより転削工具本体３と一体となり取り付けられている。

図２（ａ）〜（ｃ）に示す実施形態をもとに転削工具本体３及び振れ止め部２の寸法を説明すると、例えば、転削工具本体３の長さは１００ｍｍ、その直径は２０ｍｍであり、振れ止め部２の厚みは２０ｍｍ、その直径は６０ｍｍである。また、振れ止め部２は転削工具本体３の軸方向中央部分に取り付けられており、転削工具本体３の振れ止め部２から突出した加工刃５側と取り付け軸部６側の長さ寸法は同じで、夫々４０ｍｍである。（但し、図示した転削工具本体３及び振れ止め部２の寸法比率は、以上説明した実施形態のものの寸法比率とは多少異なる。）

この実施形態では、振れ止め部２の直径：６０ｍｍは、転削工具本体３の直径：２０ｍｍの３倍（６０ｍｍ／２０ｍｍ＝３）であり、振れ止め部２の厚み：２０ｍｍは、転削工具本体３の直径：２０ｍｍの１倍（２０ｍｍ／２０ｍｍ＝１）である。

この倍率については、後記の実施例で詳細を説明するが、振れ止め部２の直径を、転削工具本体３の直径の３〜１０倍、振れ止め部２の厚みを、転削工具本体３の直径の０．３〜１．５倍とすることで、コマを回したときにコマが直立性を保つ現象と同様のジャイロ効果を発生させ、回転軸１である転削工具本体３の回転数の増加に応じた振れの増加を抑制することができる。本実施形態では、振れ止め部２の直径は転削工具本体３の直径の３倍であり、振れ止め部２の厚みは転削工具本体３の直径の１倍であるので、上記した倍率の範囲内となり、回転軸１である転削工具本体３の回転数の増加に応じた振れの増加を抑制することができる。

転削工具ホルダ４も転削工具本体３と同様に略円柱状である。前記したように、転削工具ホルダ４の軸心には転削工具本体３の取り付け軸部６を上方から挿入し、転削工具本体３を固定するための挿入穴（図示せず、図１の上方に向け開口している。）が設けられている。また、転削工具ホルダ４の先端部には締め込みナット７が取り付けられており、この締め込みナット７を締め込むことにより転削工具本体３は転削工具ホルダ４に固定されるように構成されている。なお、８は、転削工具ホルダ４が回転自在に取り付けられた工作機械を示す。

一般には、転削工具本体３の振れ止め部２から突出した加工刃５側の長さが長いほど転削工具本体３の回転数の増加による転削工具の振れの増加が大きくなると考えられるが、回転軸１を転削工具本体３とし、その転削工具本体３の周囲に振れ止め部２を設けた本発明の実施形態にあっては、転削工具本体３の振れ止め部２から突出した加工刃５側の長さがたとえ２０ｍｍ以上であっても、転削工具本体３の直径を６ｍｍ〜３０ｍｍの範囲とすれば、転削工具本体３の回転数の増加によって転削工具の振れが増加することを確実に抑制することができる。なお、転削工具本体３の直径が６ｍｍ〜３０ｍｍの範囲外であっても、転削工具の振れの増加を抑制する効果は、転削工具本体３の直径が６ｍｍ〜３０ｍｍの範囲のものよりは小さいがある。

次に、図３に基づいて、回転軸１を転削工具ホルダ４とし、転削工具ホルダ４の周囲に、振れ止め部２を設けた実施形態について説明する。

この実施形態で、振れ止め部２が設けられる回転軸１は、加工刃５が設けられたエンドミルやドリルといった転削工具本体３ではなく、その転削工具本体３が固定された転削工具ホルダ４である。この実施形態では前記した実施形態と同様に、転削工具本体３は転削工具ホルダ４に固定される。即ち、加工刃５が設けられた転削工具本体３は、転削工具ホルダ４の回転に伴いその転削工具ホルダ４と一体となり回転することとなる。

この実施形態の振れ止め部２の直径は、回転軸１である転削工具ホルダ４の直径の３倍であり、振れ止め部２の厚みは、同じく回転軸１である転削工具ホルダ４の直径の０．７倍である。即ち、振れ止め部２の直径は回転軸１の直径の、３〜１０倍の範囲内であり、振れ止め部２の厚みも回転軸１の直径の、０．３〜１．５倍の範囲内である。従って、この実施形態でも、コマを回したときにコマが直立性を保つ現象と同様のジャイロ効果を発生させることができ、回転軸１である転削工具ホルダ４の回転数の増加に応じた転削工具の振れの増加を抑制することができる。

なお、回転軸１を転削工具ホルダ４とし、転削工具ホルダ４の周囲に、振れ止め部２を設けた実施形態においては、転削工具ホルダ４の寸法は、その直径を１０ｍｍ〜５０ｍｍとし、その長さを２０ｍｍ〜６０ｍｍとすることで、転削工具ホルダ４の回転数の増加による転削工具の振れの増加を、より確実に抑制することができる。

実施例では、回転軸を転削工具本体とし、その転削工具本体の周囲に、転削工具本体と軸心を同一とした円盤状の振れ止め部を設けた転削装置、即ち、図１に示す実施形態と同様の転削装置を用いて実験を行った。この実験では、振れ低減効果があると考えられる振れ止め部の直径と厚みを、転削工具本体３の直径に対してどの程度の倍率とすれば良いかを確認し、求め出した。

この実験では、一般の市販工具（振れ止め部なし）である直径２０ｍｍの超硬エンドミル工具（ＯＧＳ社製ＤＬＣ−ＥＴＳ）と、その超硬エンドミル工具の軸方向中央部分に、様々な直径（４０ｍｍ、６０ｍｍ、８０ｍｍ、１００ｍｍ）や厚み（２０ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍ、３５ｍｍ、４０ｍｍ）の円盤状の振れ止め部を、焼きばめすることにより超硬エンドミル工具と一体となるようにして取り付けた転削工具を用いて実験を行った。

転削工具の振れの測定には、キーエンス社製渦電流変位計（センサヘッド：ＥＸ−３５０Ｖ、アンプユニット：ＥＸ−Ｖ０１）を用いた。また、加工機は大隈豊和製マシニングセンタ（Ｖ３Ａ）を使用した。

まず、最初の実験では、円盤状の振れ止め部の直径を、転削工具本体の直径に対してどの程度の倍率とすれば、転削工具の振れの増加を抑制することができるのかを確認した。実験で使用した転削工具本体の直径は全て前記したように２０ｍｍである。また、振れ止め部の厚みは全て２０ｍｍとした。

この実験では、一般の市販工具である円盤状の振れ止め部を設けない転削工具（市販工具）と、転削工具本体の直径に対しその直径が２倍の４０ｍｍである円盤状の振れ止め部を設けた転削工具（リング直径４０ｍｍ）と、転削工具本体の直径に対しその直径が３倍の６０ｍｍである円盤状の振れ止め部を設けた転削工具（リング直径６０ｍｍ）と、転削工具本体の直径に対しその直径が４倍の８０ｍｍである円盤状の振れ止め部を設けた転削工具（リング直径８０ｍｍ）と、転削工具本体の直径に対しその直径が５倍の１００ｍｍである円盤状の振れ止め部を設けた転削工具（リング直径１００ｍｍ）を用いて実験を行った。その実験結果を図４に示す。

図４によれば、転削工具本体の直径に対しその直径が２倍の４０ｍｍである円盤状の振れ止め部を設けた転削工具（リング直径４０ｍｍ）は、円盤状の振れ止め部を設けない転削工具（市販工具）と、転削工具の回転数増加に対する振れ増加量は殆ど変わらず、振れ止め部の直径が転削工具本体の直径の２倍程度或いはそれ以下であれば、転削工具の振れ増加の抑制効果は殆ど期待できないことが確認できた。

これに対し、転削工具本体の直径に対しその直径が３倍以上の６０ｍｍ〜１００ｍｍである円盤状の振れ止め部を設けた転削工具（リング直径６０ｍｍ〜１００ｍｍ）では、転削工具の回転数が増加しても振れの増加量は、あまり大きくはない。即ち、転削工具本体の直径に対しその直径が３倍以上の円盤状の振れ止め部を設けることで、転削工具の振れの増加を抑制することができることが確認できた。

なお、円盤状の振れ止め部の直径は、必ずしも大きければ良いというものではなく、転削工具本体の直径に対しその直径が１０倍を超えれば、転削作業の邪魔となる他、円盤の加工精度によっては動バランスを崩すおそれがあることが考えられるため、振れ止め部の直径は、転削工具本体の直径の３〜１０倍とするのが最適である。

次の実験では、円盤状の振れ止め部の厚みを、転削工具本体の直径に対してどの程度の倍率とすれば、転削工具の振れの増加を更に抑制することができるのかを調べた。この実験で使用した転削工具本体の直径も全て２０ｍｍである。また、振れ止め部の直径は、先の実験で振れ止め効果が確認できた直径のものから選び、全て８０ｍｍとした。

この実験では、転削工具本体の直径寸法に対しその厚み寸法が１倍の２０ｍｍである円盤状の振れ止め部を設けた転削工具（リング厚２０ｍｍ）と、転削工具本体の直径寸法に対しその厚み寸法が１．２５倍の２５ｍｍである円盤状の振れ止め部を設けた転削工具（リング厚２５ｍｍ）と、転削工具本体の直径寸法に対しその厚み寸法が１．５倍の３０ｍｍである円盤状の振れ止め部を設けた転削工具（リング厚３０ｍｍ）と、転削工具本体の直径寸法に対しその厚み寸法が１．７５倍の３５ｍｍである円盤状の振れ止め部を設けた転削工具（リング厚３５ｍｍ）と、転削工具本体の直径寸法に対しその厚み寸法が２倍の４０ｍｍである円盤状の振れ止め部を設けた転削工具（リング厚４０ｍｍ）を用いて実験を行った。その実験結果を図５に示す。

図５によれば、転削工具本体の直径寸法に対しその厚み寸法が１．７５倍の３５ｍｍである円盤状の振れ止め部を設けた転削工具（リング厚３５ｍｍ）と、転削工具本体の直径寸法に対しその厚み寸法が２倍の４０ｍｍである円盤状の振れ止め部を設けた転削工具（リング厚４０ｍｍ）は、転削工具の回転数の増加に伴った振れの増加が僅かであるが認められ（但し、図４に示すリング直径４０ｍｍのものほどの増加量ではない。）、転削工具の振れ増加の抑制効果はあるものの顕著な抑制効果を奏するとまではいいえないことが確認できた。

これに対し、転削工具本体の直径寸法に対しその厚み寸法が１倍の２０ｍｍである円盤状の振れ止め部を設けた転削工具（リング厚２０ｍｍ）と、転削工具本体の直径寸法に対しその厚み寸法が１．２５倍の２５ｍｍである円盤状の振れ止め部を設けた転削工具（リング厚２５ｍｍ）と、転削工具本体の直径寸法に対しその厚み寸法が１．５倍の３０ｍｍである円盤状の振れ止め部を設けた転削工具（リング厚３０ｍｍ）では、転削工具の回転数が増加しても殆ど振れは発生していない。即ち、転削工具本体の直径寸法に対しその厚み寸法が１．５倍以下の円盤状の振れ止め部を設けることで、転削工具の振れの増加を更に抑制することができることが確認できた。

なお、円盤状の振れ止め部の厚みは、必ずしも小さければ良いというものではなく、転削工具本体の直径寸法に対しその厚み寸法が０．３倍未満であれば、その振れ抑制効果が不十分となることが考えられるため、振れ止め部の厚みは、転削工具本体の直径の０．３〜１．５倍とするのが最適である。

以上、回転軸を転削工具本体とし、その転削工具本体の周囲に、転削工具本体と軸心を同一とした円盤状の振れ止め部を設けた転削装置を用いた実験から得られた結果に基づき説明したが、回転軸を転削工具ホルダとし、その転削工具ホルダの周囲に、転削工具ホルダと軸心を同一とした円盤状の振れ止め部を設けた転削装置を用いて実験を行っても同等の結果が得られることが予想できる。

即ち、回転軸である転削工具ホルダの直径に対しその直径が３倍以上の円盤状の振れ止め部を設けることで、転削工具の振れの増加を抑制することができる。また、回転軸である転削工具本体の直径に対しその厚みが１．５倍以下の円盤状の振れ止め部を設けることで、転削工具の振れの増加を更に抑制することができる。

本発明の一実施形態を示す転削装置の斜視図である。 同実施形態の回転軸である転削工具本体を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図である。 本発明の異なる実施形態を示す転削装置の斜視図である。 振れ止め部の直径と、回転軸の回転による振れ増加量の関係を示す説明図である。 振れ止め部の厚みと、回転軸の回転による振れ増加量の関係を示す説明図である。

符号の説明

１…回転軸
２…振れ止め部
３…転削工具本体
４…転削工具ホルダ
５…加工刃

Claims (5)

1. 先端部に加工刃が形成された転削装置において、前記加工刃を回転させる回転軸の周囲に、その回転軸と軸心を同一とした円盤状の振れ止め部を設け、その振れ止め部の直径を前記回転軸の直径の３倍以上とすると共に、前記振れ止め部の厚みを前記回転軸の直径の１．５倍以下として成ることを特徴とする転削装置。
2. 前記振れ止め部の直径は、前記回転軸の直径の３〜１０倍であることを特徴とする請求項１記載の転削装置。
3. 前記振れ止め部の厚みは、前記回転軸の直径の０．３〜１．５倍であることを特徴とする請求項１または２記載の転削装置。
4. 前記回転軸は、先端部に加工刃が形成された転削工具本体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の転削装置。
5. 前記回転軸は、先端部に加工刃が形成された転削工具本体を支持する転削工具ホルダであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の転削装置。

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