JP5264390B2

JP5264390B2 - 内径溝加工工具

Info

Publication number: JP5264390B2
Application number: JP2008255157A
Authority: JP
Inventors: 敬悟溝口
Original assignee: Makino J Co Ltd
Current assignee: Makino J Co Ltd
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP2010082755A

Description

本発明は、工作機械の主軸にクランプされるいわゆるアタッチメント式の内径溝加工工具であって、差動歯車機構及びカム機構を内蔵し、切れ刃を有するバイトを主軸の回転により半径方向に往復移動する内径溝加工工具に関するものである。

加工物の穴内周面にＯリング溝等の内径溝加工をする方法の一つとして、溝削りバイトを使用して旋削加工を行う方法がある。この方法は、旋盤のチャックに保持された加工物を回転させ、溝削りバイトを回転させずに加工を行う方法である。また、他の方法として、マシニングセンタで、テーブル上に固定された加工物に対して、主軸にクランプされた工具を回転させて転削加工を行う方法がある。転削加工による方法では、溝削り用のＴ型工具などを用いて加工を行うことができる。しかし、Ｔ型工具などを用いた場合には、加工時間が長く、また、びびりが発生し加工面の性状が悪かったりするという問題があった。転削加工による方法の他の例として、差動歯車機構及びカム機構を内蔵した内径溝加工工具を使用した一例が、特許文献１で開示されている。文献１で開示されているリセッシングツールは、ツールの本体の回転を複雑なウォーム歯車機構等によることなく、平歯車の組合せのみの簡易な差動機構で、極めて僅かに減速して差動歯車に伝え、流体圧及びラックピニオン駆動偏心ピンによる差動クラッチにより溝カムを回転させ、カムの誘導によるホルダの摺動で切削刃物を加工物の穴内面に切り込ませて、穴内面に内周溝を形成するものである。

特許文献１の第３欄の第３０行目〜第４４行目には、差動歯車機構の構成の説明として、「本体１の段付軸の二段目には固定歯車１１が固着され、後フランジ３に本体１の軸心に平行して螺着した歯車軸１２にニードルローラ軸受１３を介して嵌装した中間歯車１４の左側歯が固定歯車１１と噛合う。しかし、中間歯車１４の左側歯は固定歯車１１に接近してスラストリング１５と共に遊嵌された差動歯車１６と噛合う。差動歯車１６は・・・スラストリング１５の端面と常時接触してクッションとなっている。差動歯車１６の右側面の一部分は・・・クラッチ歯と噛合う」と記載されている。また、特許文献１の第４欄の第６行目〜第１８行目には、カム機構の説明として、「カム１９はその段付外径にシフタ溝と前記スライドレール盤５の左側段付内径に遊合する頭部を有し、該頭部右端面に本実施例では１回転に２回昇降し上昇は緩やかに下降は急速なアルキメデス曲線よりなるカム溝が刻設してあり、・・・、これに相対するスライドレール盤５の頭部左側面に２等配して内径に接する盲穴が穿設してあって該穴にリセットカム２５が挿入されている」と記載されている。

また、特許文献１の第６欄の第１５行目〜第２３行目には、差動歯車機構の作用の説明として、「本体１の固定歯車１の回転が中間歯車１４を経由して差動歯車１６を従動させる。この場合固定歯車１１と中間歯車の左歯との組合せと差動歯車１６と中間歯車１４の右歯の組合せにおいて歯の大きさ即ちモジュールを変えて、夫々の組合せは等心間として歯数編成を変えることにより差動歯車１６の回転は固定歯車１１より僅かに遅れるようになっている」と記載されている。

実公昭６３−１７６０２号公報

本発明は、比較的簡単な構成で、精度の良い加工を行うことができる内径溝加工工具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、工作機械の主軸に着脱するシャンク部を有し、互いに異なる歯数の入力歯車と出力歯車を有する差動歯車機構及びカム機構を内蔵し、前記主軸の回転をバイトの半径方向の往復移動に変換して内径溝を加工する内径溝加工工具であって、前記出力歯車が取り付けられ、前記入力歯車が取り付けられた入力軸と同軸に相対回転可能に配置された出力軸と、前記出力軸の前部に半径方向に形成されたガイド穴と、半径方向の往復移動が可能に前記ガイド穴に挿入され、半径方向の先端部に切れ刃を有するバイトと、前記入力軸の前端に着脱可能に取り付けられ、前端面にカム溝が形成されたカムと、前記バイトに取り付けられ、前記カムのカム溝に係合するカムフォロアと、を具備する内径溝加工工具が提供される。

また、前記内径溝加工工具において、前記バイトが一対設けられ、一対の前記バイトが互いに反対方向に移動するように設けることもできる。

以上の如く、本発明の内径溝加工工具によれば、出力軸の前側に形成されたガイド孔にバイトが挿入され、このバイトが差動歯車機構及びカム機構により半径方向に往復移動が可能になっているため、比較的簡単な構成で内径溝加工を行うことができる。また、バイトがガイド孔に嵌合、保持されて案内されるため、バイトの剛性が高まり、精度の良い加工を行うことができる。

また、カムを入力軸の前端に着脱可能に取り付けるようにした場合、加工条件に応じてカムを交換することができ、種々の深さ、カム線図のパターン等の加工条件で内径溝を加工することができる。また、出力軸の半径方向反対側にそれぞれの切れ刃を向けた一対のバイトを設けた場合は、バイトに作用する切削抵抗の背分力を相殺することができるため、工具の回転バランスが良くなり、更に加工精度を向上することができる。

以下に本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明に係る内径溝加工工具の一実施の形態を示す。本発明に係る内径溝加工工具は、マシニングセンタの主軸頭に装着されて使用されるものであり、一端に主軸に装着されるテーパ部を有し、他端に軸部を有する工具本体（入力軸）と、軸部に隙間を有して外挿される出力軸と、工具本体の回転を出力軸に伝動する差動歯車機構と、差動歯車機構による作動原理で出力軸の端部に備わるバイトを半径方向に往復動作させるカム機構と、を備えている。すなわち、本発明に係る内径溝加工工具は、差動歯車機構とカム機構との協働により、出力軸の端部に備わるバイトを半径方向に往復動作させて、加工物の穴内面に内径溝を加工するものである。

図１には、本実施の形態の内径溝加工工具１が装着される主軸頭２が示されている。本実施の形態の主軸頭２は、スピンドルスルー方式でクーラントを供給できるようになっている。クーラントは、工具本体３の内部を通り、バイト１８の切れ刃１８ａ近傍に設けられた吐出口から吐出される。クーラントの冷却作用により切れ刃寿命を延長させ、クーラントの潤滑作用により仕上げ面を良好にし、切りくず処理性を向上させることができる。クーラントの圧力は任意であるが、高圧でクーラントを吐出することにより、上記効果を高めることも可能である。

工具本体３は、一端にショートテーパ部５を有し、マシニングセンタの主軸２ａのテーパ穴内面４ａと端面４ｂとにより二面拘束で保持されるようになっているが、これには限られない。例えば、ショートテーパ部５に代えてロングテーパ部を形成し、主軸頭２のテーパ穴内面４ａに一面で拘束されるようにすることもできる。本実施の形態のように、工具本体３を二面で拘束する場合には、工具１の剛性が高まり、精度の良い加工を行うことができる。工具本体３には、ショートテーパ部５に続いて断面Ｖ字状の外周溝６ａを有するフランジ部６が形成されている。外周溝６ａには、工具交換装置のＡＴＣアームが係合し、工具本体３が把持されるようになっている。工具本体３の先端側に形成された軸部７は、工具ハウジング２２の内側で一対の軸受２３，２４により回動可能に支持されている。軸部７の先端部には、カム機構を構成するカム３３が軸部７と同軸に設けられている。

一対の軸受２３，２４の両側には、複数のオイルシール４１，４２，４３が配設されており、工具本体３と工具ハウジング２２との間や、オイルシールケース４４と出力軸１０との間にクーラントや切りくずが侵入しないように、密封されている。主軸頭２側に設けられたオイルシール４１は、工具ハウジング２２と工具本体３の軸部７との間を密封し、軸部７の先端側に設けられた一対のオイルシール４２，４３は、オイルシールケース４４と出力軸１０との間を密封する。

一対の軸受２３，２４の間には、工具本体３の軸部７の外周面に固定された入力歯車２６と、出力軸１０の端部側の外周面に固定された出力歯車２７とが互いに離間して位置している。入力歯車２６と出力歯車２７には、両歯車２６，２７で歯数が異なることを除いて、外径寸法や歯幅などは同じである転位歯車を使用することができる。入力歯車２６と出力歯車２７は、伝達歯車２８に噛合して、工具本体３の回転が出力軸１０に伝達されるようになっている。伝達歯車２８は、一対の軸受４６，４７に支持され、伝達歯車軸４８の周りを回転する。入力歯車２６と出力歯車２７と伝達歯車２８は、差動歯車機構の構成要素である。差動歯車機構によれば、歯数の異なる入力歯車２６と出力歯車２７に伝達歯車２８を噛合させることにより、入力軸としての工具本体３と出力軸としての出力軸１０の回転速度を変化させることができる。すなわち、入力歯車２６の歯数をａとし、出力歯車２７の歯数をｂとした場合は、出力軸のギア比はａ／ｂとなるため、主軸を回転速度Ｎ_Sで回転させた場合、出力軸の回転速度Ｎ_Oは、Ｎ_O＝Ｎ_S×（ａ／ｂ）となる。このため、入出力歯車２６，２７の歯数を僅かに違う数にすることによって、入力軸と出力軸に僅かな回転速度の差を生じさせることができる。例えば、入力歯車２６の歯数を１４９とし、出力歯車２７の歯数を１５０とした場合、入力軸を１５０回転させると出力軸は１４９回転し、入力軸を出力軸よりも相対的に１回転多く回転させることができる。後述するように、工具本体３の軸部７の先端に設けられたカム３３を、相対的に１回転させることで、カム３３に設けられたカム溝３７に沿ってカムフォロア１９を一周させることができ、これにより、出力軸１０に保持されているバイト１８を半径方向に一往復動作させることができ、所定の切り込み量を切れ刃に与えて、内径溝を加工することが可能となる。

カム３３は、頭部３５と柄部３６とを有して段付き円柱形状をなし、工具本体３の軸部７の先端側に形成された穴部８ａに軸部７と同軸に柄部３６が着脱可能に挿入されている。カム３３には、軸方向の一端から他端に亘って、クーラントを通す貫通孔３８が形成されている。カム３３は、軸部７のねじ穴８ｂに螺合する止めねじ３９の先端を柄部３６の係止穴３６ａに係合させることにより、穴部８ａに固定されるようになっている。カム３３が軸部７に固定された状態で、頭部３５の垂直面は軸部７の先端面に当接するようになっている。頭部３５の先端面には、図３（ａ）に示すように、カムフォロア１９が移動自在に係合するカム溝３７が形成されている。

カム溝３７に係合するカムフォロア１９は、ピン状をなしており、基部側がバイト１８の移動方向に対して直角方向で、バイト１８側面に圧入などにより一体的に固定されている。工具本体３と出力軸１０との回転速度の差により、カム３３が相対的に１回転すると、図３（ｂ）のカム線図に示すように、カム３３の回転角度によってカムフォロア１９の中心とカム３３の回転中心との間の中心距離が変化するようになっている。すなわち、カム３３の回転によりバイト１８が半径方向に移動するようになっている。図示するカム線図では、中心距離が角度領域ＡからＣにかけて角度の大きさに比例して増加し、角度領域ＣからＤにかけて中心距離の増加する割合が小さくなり、角度領域Ｄで最大の中心距離となる。そして、角度領域Ｄを過ぎると、角度領域Ｆにかけて、角度の大きさに反比例して中心距離が小さくなる。本実施形態のカム線図によれば、角度領域Ａ〜Ｄまでの切削工程（接触工程）において、切れ刃１８ａに負担をかけることなくスムーズに切削を行うことができ、精度の良い溝加工を行うことができ、角度領域Ｄ〜Ｆまでの非切削工程（離脱工程）において、切れ刃１８ａを素早く退避させることができ、加工能率を高めることができる。

カム線図は、カム３３が１回転したときのカムフォロア１９の動きを示したものであり、カム３３の回転に伴ってカムフォロア１９は同様の動きを繰り返すこととなる。カムフォロア１９の半径方向の移動量は、カムフォロア１９中心とカム３３の回転中心との間の中心距離に等しく、バイト１８の切れ刃１８ａによる内径溝加工の切り込み量に対応する。すなわち、カム３３の先端面に形成されたカム溝３７の形態により、カムフォロア１９の半径方向の移動量が規定され、加工物の穴内面に形成される溝深さが決定されるようになっている。

工具本体３の軸部７に回動自在に隙間を有して外挿される出力軸１０は、小径部１１と、段部１２を介して小径部１１に続く大径部１３とを有している。先端側の小径部１１は加工物の穴に挿入される部分であり、この小径部１１には、バイト１８を半径方向に移動自在に案内保持するガイド孔１４が形成されている。基端側の大径部１３の外周面には、出力歯車２７が一体的に設けられている。また、大径部１３の外周面には、出力歯車２７に隣接して、オイルシールケース４４との間で一対のオイルシール４２，４３が接している。出力軸１０の内部には、工具本体３の軸部７の先端が入る小径穴部１５と大径穴部１６とが形成されている。先端側の小径穴部１５は、ガイド孔１４に連通する連通孔を有しており、この連通孔を介して、小径穴部１５に配置されたカム３３の頭部３５に形成されたカム溝３７に、バイト１８の側面に突設されたカムフォロア１９の先端側が係合するようになっている。

さらに、本実施の形態の内径溝加工工具１は、バイト１８の切れ刃位置が原点にあるとき、すなわち、切れ刃位置がガイド孔１４内に引っ込んでいるときの位置を検出するための位置決め機構を備えている。位置決め機構により、バイト１８の切れ刃位置の原点を検出することで、加工物の穴に出力軸１０の小径部１１を挿入する際に、切れ刃１８ａが加工物に干渉することを防止することができる。位置決め機構は、主軸頭２の端面に固定されているソケット５１と、ソケット５１に接続する回り止めピン５２と、一端が回り止めピン５２に接続し、他端がオイルシールケース４４に接続するエアチューブ５３と、供給されたエアの背圧を検出する圧力センサ（図示せず）と、を備えている。ソケット５１、回り止めピン５２、エアチューブ５３には、エアを流すための貫通孔５４がそれぞれ形成されている。また、工具本体３の軸部７及び出力軸１０には、バイト１８の切れ刃位置が原点にあるときに、機械側から供給されたエアが、ソケット５１、回り止めピン５２、エアチューブ５３の貫通孔５４を通り、工具本体３の軸部７及び出力軸１０を通って、外に排出されるようにするための連通孔５６が形成されている。したがって、供給されたエアが工具本体３の外部に排出されて、背圧が検出されないとき、切れ刃位置が原点にあると認識でき、逆に、背圧が検出されたとき、切れ刃位置が原点にないと認識することができる。

本実施の形態の位置決め機構において、内径溝加工工具１が、ＡＴＣマガジン（図示せず）内に存するときは、常にカム３３は定められた周回数ごとにくる原点位相（所定の角度位置）になるようにする。位置決め機構による工具１の位置決めを含む、実際のシーケンスは、次のようになる。
１．工具１をＡＴＣ（自動工具交換装置）によって主軸頭２に装着する。
２．工具１を位置決め機構により原点出しして、切れ刃１８ａが引っ込んでいる状態で工具１の先端（出力軸１０の先端）を加工物の穴の中に挿入する。
３．マシニングセンタの主軸２ａを所定の周回数（ｒ周とする）だけ回転し、穴内周面に内径溝加工を行う。
４．工具１を位置決め機構により原点出しして、切れ刃１８ａが引っ込んでいる状態とし、工具１を穴から抜き出す。
５．他に加工する箇所があるときは他の加工位置に工具１を移動させ、上記２〜４のシーケンスを繰り返し実施する。
６．加工を終了する。
７．この時点において、主軸２ａは、主軸周回数カウント機能、例えば、Ｃｓ軸制御（主軸回転送り制御）によって、正確にｒ×ｈ（ｈは整数）周回転している。
８．カム３３の位相がずれることを防止するため、主軸オリエンテーション（一定回転角度位置に主軸を停止させること）を行わずに、ＡＴＣで工具交換を行い、工具１を工具マガジン内に戻す。なお、Ｃｓ軸制御により切れ刃の原点出しのための主軸の回転位置決めも行う。

以上のように、本実施の形態の内径溝加工工具によれば、出力軸１０の前側に形成されたガイド孔１４にバイト１８が嵌合、挿入され、このバイト１８が差動歯車機構及びカム機構により半径方向に往復移動が可能になっているため、比較的簡単な構成で内径溝加工を行うことができる。また、バイト１８がガイド孔１４に保持されているため、バイト１８の剛性が高まり、びびりの発生しない精度の良い加工を行うことができる。特に、加工した内径溝にＯリングを装着して用いる場合、びびりマークのない、しかも周回方向のみの引き目の加工面が得られ、漏れのない良好なシール性を発揮する。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施の形態では、差動歯車機構及びカム機構により１本のバイト１８が半径方向に移動するようになっているが、図４及び図５に示すように、半径方向の反対側にそれぞれ切れ刃を向けて設けられた一対のバイト６１，６２を差動歯車機構及びカム機構により半径方向に動くようにすることもできる。この場合、一対のバイト６１，６２の動く方向（一対のバイトが互いに近づく方向及び離れる方向）と直交する方向に動くスライダ６５を設け、このスライダ６５を差動歯車機構及びカム機構により往復移動させ、スライダ６５の往復移動を一対のバイト６１，６２の動きに変換する機構により、一対のバイト６１，６２を半径方向に動くようにすることができる。具体的には、左右に往復移動するスライダ６５に凸形案内面６７ａ，６７ｂを八の字形に二つ形成し、一対のバイト６１，６２には凸形案内面６７ａ，６７ｂに係合する凹形案内面６３ａ，６３ｂをそれぞれ形成する。スライダ６５の凸形案内面６７ａ，６７ｂにバイト６１，６２の凹形案内面６３ａ，６３ｂが係合した状態で、スライダ６５が左右に移動することにより、一対のバイト６１，６２が上下方向に移動するようになる。このようにすれば、２枚の切れ刃により切削が行われるため、個々の切れ刃に作用する背分力を相殺することができ、安定した切削を行うことができ、加工精度を高めることができる。

本発明に係る内径溝加工工具の一実施の形態を示す断面図である。内径溝加工工具の斜視図である。（ａ）はカムの正面図、（ｂ）はカムの回転角度とカムフォロア中心及びカム回転中心間の距離との関係を示すカム線図である。本実施の形態の内径溝加工工具の変形例を示す断面図である。図４に示す内径溝加工工具の斜視図である。

符号の説明

１内径溝加工工具
２主軸頭
２ａ主軸
３工具本体
１０出力軸
１４ガイド孔
１８バイト
１９カムフォロア
２６入力歯車
２７出力歯車
２８伝達歯車
３３カム
３７カム溝

Claims

工作機械の主軸に着脱するシャンク部を有し、互いに異なる歯数の入力歯車と出力歯車を有する差動歯車機構及びカム機構を内蔵し、前記主軸の回転をバイトの半径方向の往復移動に変換して内径溝を加工する内径溝加工工具であって、
前記出力歯車が取り付けられ、前記入力歯車が取り付けられた入力軸と同軸に相対回転可能に配置された出力軸と、
前記出力軸の前部に半径方向に形成されたガイド孔と、
半径方向の往復移動が可能に前記ガイド穴に挿入され、半径方向の先端部に切れ刃を有するバイトと、
前記入力軸の前端に着脱可能に取り付けられ、前端面にカム溝が形成されたカムと、
前記バイトに取り付けられ、前記カムのカム溝に係合するカムフォロアと、
を具備する内径溝加工工具。
前記バイトが一対設けられ、一対の前記バイトが互いに反対方向に移動するように設けられている請求項１に記載の内径溝加工工具。