JP5262198B2 - ねじ切り加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、所定の部材にねじ部を形成するためのねじ切り加工方法に関する。

従来、所定の部材にねじ部を形成するためのねじ切り加工として、例えば次のような構成および方法が用いられている。すなわち、ねじ切り加工においては、切削加工によりねじ部が形成される加工対象としてのワーク（被削物）が、所定の回転軸線を有する回転部に対して支持されることにより、回転させられる。このように回転するワークに対し、その周面（ここでは外周面とする）に、ねじ部を形成するための切削工具（切削インサート、チップ等とも称される）が作用する。切削工具のワークに対する作用に際しては、ワークの回転軸線に平行な一定の方向が切削工具の送り方向とされ、切削工具がワークに対して相対的に移動させられる。ここで、切削工具の送り方向への移動を含む直線移動には、ボールねじを有する送り機構が広く用いられている。

ワークの外周面に形成されるねじ部は、一般に複数パスの旋削によって形成される。具体的には、切削工具は、凸Ｖ字状をなす一対の切刃を有する。この一対の切刃がなす凸Ｖ字状は、ワークの回転軸線を含む断面形状において、ワークに形成されるねじ部におけるねじ溝の形状に対応する。このように凸Ｖ字状の切刃を有する切削工具が、その切刃をワークの外周面に対してワークの径方向内側（回転中心側）に向けて切り込ませるとともに、一定の送り方向に所定の送り量で送り出される（移動させられる）。そして、切削工具のワークに切り込んだ状態での送り方向への所定の移動量の送出し（切削パス）が、切削パスごとに切込み量が増加させられながら、複数回行われる。これにより、最終の切削パスが終了した時点で、所望の形状を有する螺旋状の切削部としてのねじ部が、ワークの外周面に形成される（例えば、特許文献１〜３参照。）。

このようにして行われるねじ切り加工においては、切削工具のワークに対する切込み方法として、ラジアル・インフィード、フランク・インフィード、修正フランク・インフィード、および千鳥切込みが知られている。ラジアル・インフィードは、いわゆる直角切込みである。すなわち、ラジアル・インフィードにおいては、切削工具による切削パスごとの切込み量の増加に際し、切刃が、ワークの径方向（回転軸線に対して直角方向）に切り込むこととなる。フランク・インフィードは、いわゆる片刃切込みである。すなわち、フランク・インフィードにおいては、切削工具による切削パスごとの切込み量の増加に際し、切刃が、その凸Ｖ字状をなす一側（送り方向後側）の切刃に沿って切り込むこととなる。つまり、フランク・インフィードにおいては、ワークに形成されるねじ部においてＶ字状となるフランク（ねじ部のねじ山の頂とねじ溝の谷底とを連絡する面）のうちの一側（送り方向後側）のフランクに沿って、切刃が切り込むこととなる。修正フランク・インフィードは、片刃切込みの修正タイプである。すなわち、修正フランク・インフィードにおいては、フランク・インフィードの場合に切刃が沿うこととなる一側のフランクについての切込みゼロカット（切込みがゼロとなること）が無くされている。千鳥切込みにおいては、切削工具による切削パスごとの切込み量の増加に際し、切刃が、Ｖ字状となる両側（送り方向前側および後側）の切削面に対して交互に沿うように切り込むこととなる。

そして、これらの切込み方法が用いられる従来のねじ切り加工においては、特許文献１〜３にも記載されているように、一般的には、切削パスごとの取代断面積（単位時間あたりの切削量）が均等となるように、あるいは切削パスごとの切込み量が一定となるように、切削パスごとの切削工具の移動量が配分されている。

このような従来の切込み加工によっては、比較的高精度な加工が要求される場合において、ねじの圧力角やピッチ誤差や歯厚等のねじ部の形状について十分に安定した精度が得られないという問題がある。かかる問題の原因としては、ねじ切り加工における切削荷重に対して、加工設備や切削工具やワークにおける変位（たわみ等）が大きいことが挙げられる。

具体的には、ねじ切り加工に際しては、切削工具がワークに作用することによる切削荷重が生じる。このねじ切り加工にともなう切削荷重には、主に、切削工具がワークに切り込んだ状態で送り方向に送り出されることによる移動抵抗としての荷重と、切削工具の切刃がワークに作用することによる切削抵抗としての荷重とが含まれる。そして、こうした切削荷重に対して生じる加工設備等の各部における変位は、次のようなことに起因する。

すなわち、加工設備における変位は、切削工具の送り機構を構成するボールねじのバックラッシュや、ワークを回転させるための回転軸となる主軸の剛性等に起因する。また、切削工具における変位は、切削工具が保持されるホルダその他の切削工具の送り機構を構成する各部の剛性等がに起因する。また、ワークにおける変位は、前記のとおり回転部に対して支持されるワークの支持剛性（例えばワークを把持するチャック機構における把持剛性等）や、ワーク自体の剛性等がに起因する。つまりは、ねじ切り加工において、切削工具の送り機構を構成するボールねじのバックラッシュが存在することや、加工設備や切削工具やワークにおける各部について十分な剛性が得られないことにより、切削荷重に対する各部における変位が大きくなり、安定した加工精度の確保が困難となる場合がある。
特開昭６３−２７２４１６号公報 特開昭６３−２７２４１７号公報 特開昭６３−２７２４１８号公報

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、加工設備における変位を低減させることができ、ねじ部の形状についての精度の安定性を向上することができるねじ切り加工方法を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

すなわち、請求項１においては、所定の軸線を回転軸線として回転する加工対象であるワークに対して、該ワークに作用する切削工具を前記回転軸線に平行な一定の送り方向に所定の送り量送り出す切削パスを、該切削パスごとに前記切削工具の前記ワークに対する切込み量を増加させながら複数回行うことで、前記ワークにねじ部を形成するねじ切り加工方法であって、前記切削工具は、ボールねじ機構を備える送り機構により、送り方向への移動を含む直線移動が可能に設けられ、最終の前記切削パスを行うに際して、前記ねじ部の、前記回転軸線を含む断面形状においてＶ字状をなす一対の切削面に残存する取代を、前記一対の切削面のうち前記送り方向後側の切削面よりも前記送り方向前側の切削面に多く配分することにより、最終の前記切削パスの加工中において、移動抵抗による荷重および切削抵抗による荷重を含む、前記切削工具に作用する切削荷重を、常に送り方向と反対の一定方向に作用させるものである。

請求項２においては、前記断面形状における前記切削パスごとの切削断面積を、前記ねじ部を形成するまでに複数回行う前記切削パスのうち、前期側で行われる前記切削パスで比較的大きく、後期側で行われる前記切削パスで比較的小さくし、前記後期側で行われる前記切削パスの前記切削断面積を、前記前期側で行われる前記切削パスの前記切削断面積に対して、徐々にあるいは段階的に減少させるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、加工設備における変位を低減させることができ、ねじ部の形状についての加工精度の安定性を向上することができる。

本発明は、加工対象である所定の部材（ワーク）の周面に、切削工具を用いてねじ部を形成するためのねじ切り加工において、ワークに切削工具が作用することにより生じる切削荷重を利用することで、安定した加工精度の確保の妨げの原因となる、加工中に生じる加工設備における変位を低減させようとするものである。以下、本発明の内容について、実施の形態を用いて具体的に説明する。

まず、本実施形態に係るねじ切り加工を行うための設備（以下「加工設備」という。）の構成等について説明する。図１は、本実施形態に係る加工設備の構成を示す。図１に示すように、本実施形態に係るねじ切り加工は、所定の軸線Ｓを回転軸線として回転するワーク１を加工対象とするものである。ワーク１の加工は、ワーク１に対して切削工具（切削インサート、チップ等とも称される）２が作用することにより行われる。ワーク１が切削工具２による加工を受けることにより、ワーク１において、その外周面１ａにねじ部１０が形成される。つまり、本実施形態に係るねじ切り加工は、軸線Ｓを回転軸線として回転するワーク１に切削工具２を作用させることにより、ワーク１の外周面１ａにねじ部１０を形成するものである。

ワーク１は、軸状（円柱状）の部材であり、所定の回転軸線を有する回転部に対して支持されることにより、軸線Ｓを回転軸線として回転させられる。本実施形態に係る加工設備においては、前記回転部として、モータ等の回転駆動源（図示略）によって回転可能に設けられる主軸３が備えられる。主軸３が有する回転軸線は、ワーク１が回転軸線とする軸線Ｓに対応する。すなわち、ワーク１は、主軸３に対して同心配置された状態で支持されることにより、主軸３の回転によって軸線Ｓを回転軸線として一定の方向に回転させられる（矢印Ａ１参照）。

ワーク１は、主軸３に対して、主軸３と一体的に回転するように支持される。ワーク１は、チャック機構４を介することにより主軸３に支持される。チャック機構４は、主軸３の一端部において、主軸３と一体的に回転するように設けられる。チャック機構４は、前記のとおり主軸３に対して同心配置された状態となるワーク１の一端部を把持する。つまり、ワーク１は、その一側端部（図１において左側端部）がチャック機構４によって把持されることにより、主軸３に対してチャック機構４を介して主軸３と一体的に回転するように支持される。チャック機構４は、チャック部となる複数の爪部５を有し、この爪部５によってワーク１を外周面１ａ側から掴むことにより、ワーク１を主軸３に対して固定状態となるように把持する。

切削工具２は、略三角形平板状に形成され、その略三角形の各角部に切刃部２０を有する。切削工具２は、切刃部２０をワーク１に対して外周面１ａ側から作用させることにより、ワーク１を切削する。切削工具２によるワーク１の切削には、一つの切刃部２０が用いられる。したがって、切削工具２は、三箇所に有する切刃部２０のうちの一箇所の切刃部２０をワーク１に作用させることができる姿勢で支持される。

切削工具２は、ワーク１に対する作用に際し、ワーク１の回転軸線である軸線Ｓに平行な一定の方向が送り方向とされ、前述のように回転可能に支持されるワーク１に対して相対的に移動させられる。本実施形態では、切削工具２は、主軸３に支持された状態（以下「支持状態」という。）のワーク１の先端側（チャック機構４により把持される側と反対側）から、ワーク１の支持側（チャック機構４により把持される側）に向かう方向（図１において左方向）が、送り方向とされる（矢印Ａ２参照）。つまり、本実施形態では、切削工具２は、前記送り方向を含む直線方向（図１における左右方向）に移動可能に設けられることにより、支持状態のワーク１に対して相対的に移動する。なお、切削工具２は、支持状態のワーク１に対して、ワーク１の周方向について所定の位置（本実施形態では図１に示すようにワーク１の周方向における下端の位置に対応する位置）から作用する。

切削工具２は、本実施形態の加工設備に備えられる送り機構３０により、送り方向への移動を含む直線移動（以下単に「直線移動」ともいう。）が可能に設けられる。送り機構３０は、ボールねじ機構によって切削工具２を直線移動させる。すなわち、送り機構３０は、ボールねじ機構を構成する部材として、切削工具２の送り方向と平行な方向に延設される送りねじ軸３１と、この送りねじ軸３１がねじ込まれた状態となるナット部３２とを備える。

送り機構３０において、ボールねじ機構を構成する送りねじ軸３１とナット部３２とは、支持面３３上に設けられるベースハウジング３４内に収容された状態で設けられる。したがって、送りねじ軸３１は、その軸方向が切削工具２の送り方向と平行となる姿勢で、ベースハウジング３４内において回転可能に支持される。そして、この送りねじ軸３１に対して、ナット部３２がねじ込まれた状態となる。なお、図示は省略するが、送りねじ軸３１とナット部３２との間には、送りねじ軸３１の回転にともない転がりながら移動する多数のボールが挟み込まれた状態で存在する。つまり、送りねじ軸３１が所定の位置で回転することにより、前記ボールが送りねじ軸３１とナット部３２との間を転がりながら移動し、ナット部３２が前記ボールを介して送りねじ軸３１に沿って移動する。

送りねじ軸３１は、サーボモータ３５により回転駆動させられる。つまり、送りねじ軸３１は、その一端側がサーボモータ３５の出力軸に連結され、サーボモータ３５の駆動力によって回転する。サーボモータ３５は、ベースハウジング３４の外側においてベースハウジング３４の壁部に支持固定される。

また、送り機構３０においては、切削工具２を直線移動させる送り台３６が備えられる。送り台３６は、前述したボールねじ機構によって直線移動する。すなわち、送り台３６は、ボールねじ機構を構成するナット部３２に対して一体的に固定され、送りねじ軸３１の回転によるナット部３２の移動にともなって移動する。かかる構成により、送り台３６が、切削工具２の送り方向を含む直線方向（矢印Ａ３参照）に直線移動するように設けられる。言い換えると、送り台３６の直線移動方向に、切削工具２の送り方向が含まれる。なお、本実施形態では、図１に示すように、送り台３６に対して、その直線移動方向両端部に対応して配置される二個のナット部３２が用いられている。

このように移動可能に設けられる送り台３６に対して、切削工具２が支持される。切削工具２は、送り台３６の台上にて、ブラケット３７およびホルダ３８を介して支持される。ホルダ３８は、アーム状に構成される部分であり、送り台３６の台上にて立った状態で設けられる。ホルダ３８は、その先端部（上端部）に、切削工具２を支持する。ここで、切削工具２は、ホルダ３８に対して、前記のとおり一箇所の切刃部２０をワーク１に作用させることができる姿勢で支持される。ブラケット３７は、送り台３６の台上に設けられ、ホルダ３８の一部を収容する。

以上のような構成を備える送り機構３０により、切削工具２が直線移動する。すなわち、サーボモータ３５の駆動力によって送りねじ軸３１が回転することにより、送り台３６が、ナット部３２を介して送りねじ軸３１の軸方向に沿って移動する。この送り台３６の移動により、送り台３６上にブラケット３７およびホルダ３８を介して支持される切削工具２が直線移動することとなる。

このように、送り機構３０によって直線移動する切削工具２が用いられ、軸線Ｓを回転軸線として回転するワーク１の外周面１ａにねじ部１０を形成するねじ切り加工が行われる。ワーク１に対するねじ切り加工は、複数の切削パスによる旋削によって行われる。

図２は、ワーク１の回転軸線（軸線Ｓ）を含む断面形状（以下「軸線断面形状」という。）におけるねじ部１０（図１参照）のねじ溝１１の部分を示す。図２に示すように、切削工具２が有する切刃部２０は、凸Ｖ字状をなす一対の切刃２１を有する。この一対の切刃２１がなす凸Ｖ字状は、図２に示すワーク１の軸線断面形状において、ワーク１に形成されるねじ部１０におけるねじ溝１１の形状に対応する。つまり、切削工具２が有する切刃部２０は、一対の切刃２１によって凸Ｖ字状に構成され、切削工具２は、図２に示すようなワーク１の軸線断面形状において、切刃部２０が凸Ｖ字状となる姿勢で、ワーク１に対して作用することとなる。

このように、ワーク１のねじ切り加工においては、凸Ｖ字状の切刃部２０を有する切削工具２が、その切刃部２０をワーク１の外周面１ａに対してワーク１の径方向内側（回転中心側）に向けて切り込ませるとともに、送り機構３０によって一定の送り方向に所定の送り量（移動量）で送り出される（移動させられる）。本実施形態では、ワーク１に形成されるねじ部１０は、ワーク１の軸方向について、ワーク１の先端から所定の範囲の部分に形成される。したがって、前記のとおりワーク１の先端側（図１における右側）からワーク１の支持側（図１における左側）に向かう方向を送り方向とする切削工具２は、支持状態のワーク１に対して、ワーク１の先端からねじ部１０が形成される所定の範囲で送り出される。つまり、支持状態のワーク１に対する切削工具２の所定の送り量は、ワーク１においてねじ部１０が形成される部分の軸方向（送り方向）の範囲に対応して設定される、送り方向への移動量となる。

そして、切削工具２のワーク１に切り込んだ状態での送り方向への所定の移動量の送出し、つまり切削パスが、切削パスごとに切込み量が増加させられながら、複数回行われる。これにより、最終回の切削パスが終了した時点で、所望の形状を有する螺旋状の切削部としてのねじ部１０が、ワーク１の外周面１ａに形成される。本実施形態では、切削パスは９回行われる。つまり、９回目の切削パスが終了した時点で、ワーク１において、ねじ部１０として、外周面１ａに螺旋状となるねじ溝１１が形成される。

複数回の切削パスが行われるワーク１にねじ部１０を形成するためのねじ切り加工において、所定の姿勢で保持された状態の切削工具２の刃先（切刃部２０の先端）のワーク１に対する相対的な移動経路（以下単に「移動経路」という。）は、例えば次のようになる。すなわち、切削工具２は、支持状態のワーク１との関係において、送り方向を含む直線方向（以下「軸方向」という。）、およびワーク１に切り込む方向を含む直線方向（以下「径方向」という。）に相対的に移動する。切削工具２の軸方向の移動については、切削工具２は前述したように送り機構３０によって移動させられる。また、切削工具２の径方向については、加工設備において、主軸３等を含むワーク１を支持する部分と、送り機構３０における切削工具２を支持する部分（例えばホルダ３８等）との少なくともいずれかが移動することにより、切削工具２がワーク１に対して相対的に移動させられる。

ワーク１のねじ切り加工に際しては、切削工具２の刃先の位置について、移動経路における移動開始位置が設定される。この移動開始位置は、例えば、支持状態のワーク１に対して、軸方向についてワーク１の先端位置から送り方向と反対方向側（図１において右側）に、かつ、径方向についてワーク１の外周面１ａから外側（図１において下側）に、それぞれ間隔を隔てた所定の位置となる。したがって、この場合、切削工具２の刃先の位置についての移動開始位置は、図１において、支持状態のワーク１に対して、ワーク１の先端面の下端位置の右下に位置することとなる。

そして、切削工具２の刃先は、前記移動開始位置から、例えば次の四つの経路をたどることにより、軸方向を長手方向とする長方形状の軌跡を描くこととなる。すなわち、前述した移動開始位置から、径方向について切削工具２がワーク１に対して所定の切込み量切り込んだ状態での位置に対応する位置（第一の位置）まで径方向内側（図１において上側）に向けて移動する経路と、第一の位置から、軸方向について切削工具２がワーク１に切り込んだ状態で送り方向に所定の送り量移動した位置（第二の位置）まで送り方向側（図１において左側）に移動する経路と、第二の位置から、径方向について切削工具２がその刃先の位置が移動開始位置に対応する位置（第三の位置）となるまで径方向外側（図１において下側）に向けて移動する経路と、第三の位置から、軸方向について切削工具２が移動開始位置まで送り方向と反対方向側（図１において右側）に移動して戻る経路との四つの経路である。

このように、軸方向を長手方向とする長方形状の軌跡を描く切削工具２の刃先についての一連の移動経路が、１回の切削パスが行われるごとの移動サイクルとなる。したがって、切削工具２の刃先の移動経路において、切削パスごとに、切削工具２のワーク１に対する切込み量（外周面１ａからの切込み深さ）の増加分だけ、前述した移動開始位置から第一の位置までの切削工具２の刃先の移動量が増加することとなる。そして、本実施形態では、ワーク１にねじ部１０が形成されるまでに９回の切削パスが行われることから、前記のような移動サイクルが９回行われることとなる。

また、本実施形態に係るねじ切り加工においては、切削工具２のワーク１に対する切込み方法として、千鳥切込みが採用されている。すなわち、前述したように複数回（９回）の切削パスの旋削により行われるねじ切り加工において、切削工具２による切削パスごとの切込み量の増加に際し、切刃２１が、Ｖ字状となる両側（送り方向前側および後側）の切削面に対して交互に沿うように切り込むこととなる。

図２においては、９回の切削パスについての各回の切削パスによるねじ溝１１の形状に達するまでの切削面が、二点鎖線で示されている。つまり、図２において切刃部２０が位置する部分が、１回目の切削パスによって切除される部分に対応し、かかる部分に対して、２回目以降の切削パスごとの切込みが、切刃部２０の凸Ｖ字状に対応してＶ字状に形成される切削面うちの送り方向（矢印Ｂ参照）の前側の切削面および後側の切削面で互い違いに沿うように行われる。そして、最終の切削パスである９回目の切削パスによる切削面が、最終的にねじ部１０のねじ溝１１を形成する面となる。

このような支持状態のワーク１に対する切削工具２の刃先の位置の相対的な移動は、加工設備に備えられる制御装置において記憶部等に格納されるＮＣプログラムに基づいて行われる。このＮＣプログラムに基づいて行われる切削工具２の刃先の位置制御には、サーボモータ３５の回転量等を検出するエンコーダ（図示略）からの出力値が用いられる、サーボモータ３５のサーボ制御等が含まれる。

以上のように、本実施形態に係るねじ切り加工方法は、所定の軸線Ｓを回転軸線として回転する加工対象であるワーク１に対して、ワーク１に作用する切削工具２を前記回転軸線に平行な一定の送り方向に所定の送り量送り出す切削パスを、この切削パスごとに切削工具２のワーク１に対する切込み量を増加させながら複数回行うことで、ワーク１にねじ部１０を形成するものである。

このようにして行われる本実施形態のねじ切り加工においては、切削工具２がワーク１に作用することによる切削荷重が生じる。このねじ切り加工にともなう切削荷重には、主に、切削工具２が送り機構３０によってワーク１に切り込んだ状態で送り方向に送り出されることによって切削工具２が受ける移動抵抗としての荷重と、切削工具２の切刃２１がワーク１に作用することによって切削工具２が受ける切削抵抗としての荷重とが含まれる。以下では、前者の荷重を「移動抵抗による荷重」とし、後者の荷重を「切削抵抗による荷重」とする。また、以下では、便宜上、これらの各荷重が作用する方向として、送り方向を含む直線方向（軸方向）についてのみ考慮する。

移動抵抗による荷重について、その作用する方向は、切削工具２の送り方向と反対方向となる。また、移動抵抗による荷重の大きさは、サーボモータ３５による駆動力が一定であること等によって略一定となる。

一方、切削抵抗による荷重については、その作用する方向および大きさが、切削パスごとの切削量の影響を受けて変動する。したがって、切削工具２において凸Ｖ字状をなす一対の各切刃２１について、Ｖ字状をなす切削面のうち、送り方向前側の切削面についての切削量と、送り方向後側の切削面についての切削量とが略同じである場合は、切削抵抗による荷重は、略相殺されることとなる。言い換えると、各切刃２１について、送り方向前側の切削面についての切削量と、送り方向後側の切削面についての切削量とが異なることにより、切削工具２が、軸方向のいずれかの方向に切削抵抗による荷重を受けることとなる。実際には、切削工具２が受ける切削抵抗による荷重は、Ｖ字状をなす各切削面において、切削量が多い側から少ない側に向かう方向に生じる。

切削パスごとの切削量は、ねじ切り加工に際して予め設定される切削パスごとの取代（切削代）に基づく。つまり、切削パスごとの切削量は、切削工具２の刃先の位置のワーク１に対する移動量によるものであるため、前述したように切削工具２の刃先の位置制御を行うためのＮＣプログラムにより、切削パスごとの取代が予め設定される。

このように予め設定される切削パスごとの取代に基づく切削量は、その予め設定されている取代に対して変動する場合がある。こうした切削量の変動は、加工設備やワーク１における各部について十分な剛性が得られないこと等による、ねじ切り加工にともなう各部における変位（たわみ等）が原因となる。つまり、ねじ切り加工中に加工設備等における各部について変位が生じることで、ＮＣプログラムに基づいて制御される切削工具２の刃先の位置にずれが生じ、予め設定されている取代に対して切削量が変動する場合がある。

こうした切削量の変動は、切削工具２に作用する切削抵抗による荷重を変動させ、ねじ切り加工において生じる切削荷重の不安定化を招き、結果として、ねじ部１０の形状についての加工精度の不安定化につながる。つまり、切削量の変動が生じることにより、ねじ切り加工において生じる切削荷重が不安定となり、ねじ部１０の形状の加工精度について十分な安定性が得られない場合がある。こうした加工精度の不安定化は、ねじ部１０の形状について比較的高精度な加工が要求される場合に特に問題となる。

また、前述のように加工精度の不安定化につながる切削量の変動の原因となる、ねじ切り加工にともなう加工設備における変位としては、切削工具２の送り機構３０を構成するボールねじ機構におけるバックラッシュによるものがある。ボールねじ機構におけるバックラッシュの要因としては、軸方向の隙間がある。ボールねじ機構における軸方向の隙間とは、無負荷時における送りねじ軸３１およびナット部３２のボールを介する軸方向の相対的な移動量である。つまり、送り機構３０を構成するボールねじ機構において軸方向の隙間が存在することにより、ねじ切り加工において、ボールねじ機構におけるバックラッシュによって切削工具２の刃先の位置にずれが生じ、前述したような切削量の変動が生じる場合がある。

したがって、ねじ切り加工において、送り機構３０を構成するボールねじ機構における軸方向の隙間による、送りねじ軸３１およびナット部３２のボールを介する軸方向の相対的な移動が防止されることにより、ボールねじ機構におけるバックラッシュが低減され、加工精度の不安定化につながる切削量の変動が抑制される。

そこで、本実施形態に係るねじ切り加工方法は、最終的にねじ部１０のねじ溝１１を形成する切削となる最終の切削パスにおいて、ねじ切り加工中に切削工具２に作用する切削荷重のうち、切削抵抗による荷重を意図的に所定の方向に生じさせる。これにより、ボールねじ機構においてバックラッシュの要因となる軸方向の隙間（いわゆるガタ）が詰められ、ボールねじ機構におけるバックラッシュが低減され、加工精度の不安定化につながる切削量の変動が抑制される。

ここで、切削工具２に対して意図的に生じさせる切削抵抗による荷重についての所定の方向は、切削工具２において移動抵抗による荷重が作用する方向（送り方向と反対方向）と同じ方向となる。つまり、前述したようにねじ切り加工中において切削工具２に対して略一定の大きさで作用する移動抵抗による荷重に対して、それが作用する方向と同じ方向に、切削抵抗による荷重が加わることにより、切削荷重の安定化が図られる。また、切削抵抗による荷重は、前述したようにＶ字状をなす各切削面において、切削量が多い側から少ない側に向かう方向に生じる。

したがって、最終の切削パスが行われるに際して（最終の１回前の切削パスが行われた状態において）、最終の切削パスにおける切削量を規定することとなる取代が、Ｖ字状をなす各切削面において、送り方向前側に多く配分される。つまり、本実施形態では、９回目の切削パスが行われるに際して（８回目の切削パスが行われた状態において）、最終的にねじ溝１１を形成する切削面に対する取代が、Ｖ字状をなす各切削面において、送り方向後側（図２において右側）の切削面よりも送り方向前側（図２において左側）の切削面に多く配分される。これにより、最終の（９回目の）切削パスにおいて、切削工具２に作用する切削抵抗による荷重が、移動抵抗による荷重が作用する方向と同じ方向に生じることとなる。

最終の切削パスに際しての、Ｖ字状をなす各切削面に対する取代の配分について、図３を用いて具体的に説明する。図３は、本実施形態のねじ切り加工における切削パスごとの取代の配分を示す。図３においては、８回目までの切削パスについての各回の切削パスによるねじ溝１１の形状に達するまでの切削面が二点鎖線で示されているとともに、最終の（９回目の）切削パスによる取代（符号１２ａ、１２ｂ参照）が示されている。また、図３において、矢印Ｃで示される方向が、切削工具２の送り方向に対応する。

図３に示すように、本実施形態に係るねじ切り加工方法においては、最終の（９回目の）切削パスが行われるに際して、ねじ部１０の、ワーク１の軸線断面形状においてＶ字状をなす一対の切削面に残存する取代１２ａ、１２ｂが、前記一対の切削面のうち送り方向後側（図３において右側）の切削面（符号１１ｂ参照）よりも送り方向前側（図３において左側）の切削面（符号１１ａ参照）に多く配分される。

最終の切削パスが行われるに際して、ワーク１の軸線断面形状においてＶ字状をなす一対の切削面に残存する取代１２ａ、１２ｂとは、最終の切削パスにより、切削工具２によって切削される部分となる。つまり、取代１２ａ、１２ｂは、複数回（９回）の切削パスによって形成されるねじ部１０について、９回目の切削パスによって切削される、ねじ溝１１を形成する切削面（符号１１ａ、１１ｂ参照）に対する取代部分となる。

したがって、最終の切削パスが行われるに際して、ねじ部１０の、ワーク１の軸線断面形状においてＶ字状をなす一対の切削面である、ねじ溝１１を形成するフランク（ねじ部１０のねじ山の頂とねじ溝１１の谷底とを連絡する面）１１ａ、１１ｂのうち、送り方向前側のフランク１１ａに残存する取代１２ａが、送り方向後側のフランク１１ｂに残存する取代１２ｂよりも多く配分される。なお、以下の説明では、ねじ溝１１を形成するフランク１１ａ、１１ｂについて、送り方向前側のフランク１１ａを指して「前側フランク１１ａ」とし、送り方向後側のフランク１１ｂを指して「後側フランク１１ｂ」とする。また、各フランク１１ａ、１１ｂに残存する取代１２ａ、１２ｂについて、前側フランク１１ａに残存する取代１２ａを指して「前側取代１２ａ」とし、後側フランク１１ｂに残存する取代１２ｂを指して「後側取代１２ｂ」とする。

前側取代１２ａおよび後側取代１２ｂの多少は、９回目の切削パスによって切削される部分の厚さの大小による。言い換えると、前側取代１２ａおよび後側取代１２ｂの多少は、８回目の切削パスが行われた状態における切削面（符号１３ａ、１３ｂ参照）から、前側フランク１１ａおよび後側フランク１１ｂまでの切削深さの大小による。つまりは、図３に示すように、ワーク１の軸線断面形状において、前側取代１２ａの表面となる８回目の切削パスによる前側の切削面１３ａと前側フランク１１ａとの間の幅（寸法Ｍ１）と、後側取代１２ｂの表面となる８回目の切削パスによる後側の切削面１３ｂと後側フランク１１ｂとの間の幅（寸法Ｍ２）との大小関係が、前側取代１２ａと後側取代１２ｂとの量の相対的な関係に対応する。なお、切削面１３ａ、１３ｂと、フランク１１ａ、１１ｂとは、いずれもＶ字状をなす一対の切刃２１の形状に沿う形状を有するため、同じ側（送り方向前側または後側）において互いに略平行となる。

したがって、前述したように前側取代１２ａが後側取代１２ｂよりも多く配分されるねじ切り加工方法においては、前側取代１２ａの量に対応する寸法Ｍ１が、後側取代１２ｂの量に対応する寸法Ｍ２よりも大きくなる（Ｍ１＞Ｍ２となる）。つまり、最終となる９回目の切削パスが行われるに際して（８回目の切削パスが行われた状態において）、Ｍ１＞Ｍ２の関係が満たされるように、ＮＣプログラムによる切削工具２の刃先の位置制御が行われる。

以上のような本実施形態のねじ切り加工方法によれば、加工設備における変位を低減させることができ、ねじの圧力角やピッチ誤差や歯厚等のねじ部１０の形状についての加工精度の安定性を向上することができる。

すなわち、前述したように、最終の切削パスに際して前側取代１２ａが後側取代１２ｂよりも多く配分されることにより、切削抵抗による荷重が作用する方向の変動が抑制される。これにより、最終の切削パスの加工中においては、切削工具２に対して、切削抵抗による荷重が、送り方向前側から後側に向かう方向、つまり移動抵抗による荷重が作用する方向と同じ方向に常に作用することとなる。つまり、移動抵抗による荷重および切削抵抗による荷重を含む切削工具２に作用する切削荷重が、常に一定の方向（送り方向と反対方向）に作用することとなる。

このように、最終の切削パス中において切削工具２に作用する切削荷重が常に一定の方向となることにより、送り機構３０を構成するボールねじ機構における軸方向の隙間が詰められ、加工設備における変位であるボールねじ機構のバックラッシュが低減される。つまり、切削工具２に対して常に一定の方向に作用する切削荷重により、ホルダ３８、送り台３６、およびナット部３２を介する送りねじ軸３１への荷重入力方向が一方向に安定化され、ナット部３２がボールを介して送りねじ軸３１に一定の方向に押し付けられることで、ボールねじ機構における軸方向の隙間（いわゆるガタ）に起因するバックラッシュが解消される。これにともない、最終の切削パスにおける切削量の変動が抑制される。結果として、加工精度の安定性が向上する。

すなわち、例えば前側取代１２ａと後側取代１２ｂとが等しく配分された場合（Ｍ１＝Ｍ２とされた場合）、最終の切削パスにおいて、加工設備等の各部における変位により、切削抵抗による荷重が作用する方向が変動する可能性がある。こうした切削抵抗による荷重が作用する方向の変動は、Ｖ字状となる切削面について送り方向前側と後側とで切削量についてアンバランスを生じさせ、加工精度の不安定化を招くこととなる。そこで、前述したように、前側取代１２ａが後側取代１２ｂよりも多く配分されることにより、最終の切削パスにおいて、切削抵抗による荷重が作用する方向が一定となり、加工精度の向上が図られる。

したがって、後側取代１２ｂよりも多く配分される前側取代１２ａは、後側取代１２ｂとの相対的な関係において、少なくとも、最終の切削パスにおいて切削工具２に作用する切削抵抗による荷重が常に移動抵抗による荷重が作用する方向と同じ方向に作用する程度に多く配分される。ここで、前側取代１２ａに対して相対的に少なく配分される後側取代１２ｂについては、切削工具２の切刃部２０の形状がワーク１に対して良好に転写でき加工精度が確保される観点から、後側取代１２ｂがゼロ（Ｍ２＝０）でないことが好ましい。

また、本実施形態のねじ切り加工方法においては、各切削パスによる切削量について、次のような工夫が施されている。すなわち、ねじ部１０のねじ溝１１が形成されるまでの合計の切削量が、計９回行われる切削パスによる切削量について、前期側で行われる切削パスによる切削量が比較的多く、後期側で行われる切削パスによる切削量が比較的少なくなるように配分されている。

各切削パスにおける切削量は、ワーク１の軸線断面形状における面積（切削断面積）で表される。したがって、図３に示すように、各切削パスにおける切削量は、各回の切削パスにより形成される切削面を示す二点鎖線で囲まれる領域Ｓ１〜Ｓ９の面積が、計９回行われる切削パスにおける切削断面積（取代の断面積）に対応する。つまり、領域Ｓ１の面積が、１回目の切削パスの切削断面積に対応し、領域Ｓ２〜Ｓ９の面積が、２回目以降順に行われる各切削パスの切削断面積に対応する。したがって、本実施形態のねじ切り加工方法は、９回の切削パスにおいて、前期側で行われる切削パスの切削断面積が比較的大きく、後期側で行われる切削パスの切削断面積が比較的小さくなるように行われる。

具体的には、各回における切削パスの切削断面積の大きさ、つまり９回の切削パスにおける切削断面積の相対的な関係（切削量の配分）は、例えば図４に示すような態様となる。すなわち、図４に示すように、本実施形態のねじ切り加工においては、９回の各切削パスの切削断面積について、前期側で行われる１〜３回目の各切削パスの切削断面積（領域Ｓ１〜Ｓ３の各面積）が、後期側で行われる７〜９回目の各切削パスの切削断面積（領域Ｓ７〜Ｓ９の各面積）に比べて大きくなっている。

そして、切削断面積の変化の態様としては、前期側で行われる切削パスおよび後期側で行われる切削パスのそれぞれにおいて、切削断面積は比較的緩やかに減少し、前期側の切削パスから後期側の切削パスにかけて（４〜６回目の切削パスを介して）、切削断面積は比較的急に減少している。つまり、切削断面積が比較的大きくなる前期側の切削パスから、切削断面積が比較的小さくなる後期側の切削パスにかけて、切削断面積が徐々に減少させられている。この場合の切削断面積の変化の態様は、図４に示すように、曲線Ｌ１により模式的に表される。

このように、本実施形態のねじ切り加工方法においては、ワーク１の軸線断面形状における切削パスごとの切削断面積が、ねじ部１０を形成するまでに複数回行われる切削パスのうち、前期側で行われる切削パスで比較的大きく、後期側で行われる切削パスで比較的小さくされる。そして、後期側で行われる切削パスの切削断面積が、前期側で行われる切削パスの切削断面積に対して、徐々に減少させられる。

なお、切削断面積の変化の態様は、本実施形態の場合に限定されるものではない。すなわち、切削パスごとの切削断面積の配分については、前期側で行われる切削パスで比較的大きく、後期側で行われる切削パスで比較的小さくされるとともに、後期側で行われる切削パスの切削断面積が、前期側で行われる切削パスの切削断面積に対して、徐々にあるいは段階的に減少させられるものであればよい。

したがって、切削断面積の変化の態様は、例えば図５に示すようなものであってもよい。すなわち、図５（ａ）に示す切削断面積の変化の態様は、折れ線Ｌ２により模式的に表されるものである。具体的には、前期側で行われる１〜３回目の各切削パスの切削断面積（領域Ｓ１〜Ｓ３の各面積）と、これらに対して小さくなる、後期側で行われる７〜９回目の各切削パスの切削断面積（領域Ｓ７〜Ｓ９の各面積）とが、それぞれにおいて互いに等しい大きさとされるとともに、４〜６回目の切削パスを介して徐々（直線的に）に減少させられる態様である。

また、図５（ｂ）に示す切削断面積の変化の態様は、折れ線Ｌ３により模式的に表されるものである。具体的には、前半（１〜４回目）の各切削パスの切削断面積（領域Ｓ１〜Ｓ４の各面積）と、これらに対して小さくなる、後半（５〜９回目）の各切削パスの切削断面積（領域Ｓ５〜Ｓ９の各面積）とが、それぞれにおいて互いに等しい大きさとされている。つまりこの場合、前期側で行われる切削パスの切削断面積が、後期側で行われる切削パスの切削断面積に対して、段階的に減少させられている。

以上のように、各切削パスの切削断面積の調整により、各切削パスによる切削量について工夫が施されることにより、前述したような前側取代１２ａと後側取代１２ｂの配分による加工精度の安定化を、より効果的なものとすることができる。

すなわち、ねじ切り加工の各切削パスにおいては、加工設備等において剛性の不足等によって生じる各部の変位（たわみ等）が原因で、ＮＣプログラムによって予め設定される取代に対応する所望の切削量が得られないことがある。各切削パスにおいて所望の切削量が得られないことは、例えば各切削パスによる切削量が全体を通して均等である場合等において、後期側で行われる切削パスで、各回の切削パスにおいて切削量が不十分であったことのしわ寄せを生じさせる。具体的には、後期側で行われる切削パスにおいて、その切削量が予め設定される量に対して増加し、切削による負荷が増すことで、切削工具２を含む加工設備やワーク１のたわみ等が生じる。こうした現象は、特に切削量についてのしわ寄せが大きくなる最終の切削パスにおいて問題となり、加工精度の不安定化を招くこととなる。

そこで、前述のように切削断面積の調整によって各切削パスによる切削量が、前期側に対して後期側で少なくなるように配分されることにより、ねじ切り加工における仕上げに近い後期側の切削パスにおいて、それまでの切削パスにおいて切削量が不十分であったことのしわ寄せによる不具合、つまり切削による負荷が増すことによる加工設備やワーク１のたわみ等が解消される。これにより、全体としての加工時間の長期化をともなうことなく、ＮＣプログラムによって制御される切削工具２の刃先の位置についての誤差を低減することができ、加工精度を安定させることができる。

なお、以上説明した本実施形態のねじ切り加工方法においては、切削工具２のワーク１に対する切込み方法として、千鳥切込みが採用されているが、これに限定されるものではない。すなわち、本発明に係るねじ切り加工方法は、切込み方法として例えばラジアル・インフィードや修正フランク・インフィードが採用されるねじ切り加工においても適用可能である。また、本実施形態では、ワーク１に形成されるねじ部１０が、軸状の部材であるワーク１の外周面１ａに形成される雄ねじであるが、これに限定されるものではない。すなわち、本発明に係るねじ切り加工方法は、ワークとしての軸状の部材の内周面等に形成されることとなる雌ねじを形成するねじ切り加工においても適用可能である。

本発明の一実施形態に係る加工設備の構成を示す図。 ワークの回転軸線を含む断面形状におけるねじ部のねじ溝部分の拡大図。 ねじ切り加工における切削パスごとの取代の配分を示す図。 各切削パスの切削断面積の変化の態様例を示す図。 同じく他の態様例を示す図。

１ ワーク
２ 切削工具
１０ ねじ部
１１ ねじ溝
１１ａ 前側フランク（送り方向前側の切削面）
１１ｂ 後側フランク（送り方向後側の切削面）
１２ａ 前側取代
１２ｂ 後側取代
３０ 送り機構

Claims (2)

1. 所定の軸線を回転軸線として回転する加工対象であるワークに対して、該ワークに作用する切削工具を前記回転軸線に平行な一定の送り方向に所定の送り量送り出す切削パスを、該切削パスごとに前記切削工具の前記ワークに対する切込み量を増加させながら複数回行うことで、前記ワークにねじ部を形成するねじ切り加工方法であって、
   前記切削工具は、ボールねじ機構を備える送り機構により、送り方向への移動を含む直線移動が可能に設けられ、
   最終の前記切削パスを行うに際して、前記ねじ部の、前記回転軸線を含む断面形状においてＶ字状をなす一対の切削面に残存する取代を、前記一対の切削面のうち前記送り方向後側の切削面よりも前記送り方向前側の切削面に多く配分することにより、最終の前記切削パスの加工中において、移動抵抗による荷重および切削抵抗による荷重を含む、前記切削工具に作用する切削荷重を、常に送り方向と反対の一定方向に作用させる、ことを特徴とするねじ切り加工方法。
2. 前記断面形状における前記切削パスごとの切削断面積を、前記ねじ部を形成するまでに複数回行う前記切削パスのうち、前期側で行われる前記切削パスで比較的大きく、後期側で行われる前記切削パスで比較的小さくし、前記後期側で行われる前記切削パスの前記切削断面積を、前記前期側で行われる前記切削パスの前記切削断面積に対して、徐々にあるいは段階的に減少させることを特徴とする請求項１に記載のねじ切り加工方法。

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