JP6199124B2 - 加工部品の製造方法、切削加工装置及び切削加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、切削工具を用いた加工部品の製造方法、切削加工装置及び切削加工方法に関する。

従来、切削工具を用いた切削加工において、切削工具が想定された寿命まで持たずに摩耗してしまうという問題があった。この対策の一つとして、切削工具表面に硬質被覆層を形成する事で切削工具を長寿命化させる手法が知られている。例えば、下記特許文献１には、炭化タングステン基超硬合金で構成された工具基体の表面に、ＡｌとＣｒの複合窒化物からなる硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆切削工具が開示されている。この表面被覆切削工具には、ＰＶＤ法の一種である、アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法によって硬質被覆層が成膜されている。

特開２０１３−９４８９７号公報（第１１頁、図２）

しかしながら、特許文献１のように切削工具にコーティングを施しても、切削工具の寿命を十分に延ばすことはできていない。従来の切削加工方法では、図９に示すように、切削工具５により被削材２に切削加工が行われ、切削加工面１１が形成されると共に切屑１０が生成される。この際、切削加工が行われている切削工具刃先１５は非常に高温高圧になりやすいため、冷却や潤滑の目的で切削油１３を供給しながら切削加工が行われることが多い。しかしながら、切削加工中、切削工具５は被削材２および切屑１０と連続的に接触するため、切削油１３が切削工具刃先１５にほとんど届かず、切削油１３の冷却効果や潤滑効果が十分に発揮されない。そのため、切削工具５が摩耗しやすくなり、切削工具にコーティングを施したとしても、切削工具寿命が短くなるという問題が生じる。その結果、切削工具５の交換回数の増加につながり、作業効率の悪化や加工コストの増大を招いてしまう。

本発明は、上記従来技術の有する問題に鑑みてなされたものであり、切削工具の寿命を延ばすことができ、作業効率向上やコスト低減を可能とする加工部品の製造方法、切削加工装置及び切削加工方法を提供することを目的とする。

本発明は、被削材を切削工具で切削し所望の形状に加工して得られる加工部品の製造方法であって、被削材の切削する部位を、切削工具で切削する前にレーザー光を照射して被削材に凹部を形成する凹部形成工程と、凹部の表面に切削工具を断続的に当接させ、被削材を断続的に切削する断続切削工程と、断続切削工程の後に、被削材の凹部よりも内方に位置する部位に切削工具を連続的に当接させて被削材を連続的に切削する工程とを有することを特徴とするものである。

また、凹部は、被削材表面に所定間隔で複数形成されていることを特徴とするものである。

また、凹部は、切削工具の切削方向に沿って形成された溝形状を有することを特徴とするものである。

また、被削材を切削工具で切削し所望の形状に加工して加工部品を得る切削加工装置であって、被削材の切削する部位に、レーザー光を照射して被削材に凹部を形成するレーザー光源と、凹部の表面に切削工具を断続的に当接させて被削材を断続的に切削させた後に、被削材の凹部よりも内方に位置する部位に切削工具を連続的に当接させて被削材を連続的に切削させる駆動部とを有することを特徴とするものである。

また、被削材を切削工具で切削し所望の形状に加工する切削加工方法であって、被削材の切削する部位を、切削工具で切削する前にレーザー光を照射して被削材に凹部を形成し、凹部の表面に切削工具を断続的に当接させ、被削材を断続的に切削した後に、被削材の凹部よりも内方に位置する部位に切削工具を連続的に当接させて被削材を連続的に切削することを特徴とするものである。

本発明によれば、切削加工直前に被削材にレーザー光を照射して、被削材の切削する部位に凹部を形成させることで、切削加工時に、切削工具の刃を被削材に断続的に当接させるようになっている。したがって、切削加工中に、切削油が切削工具刃先に行き渡りやすくなり、切削工具を長寿命化させることができる。

本発明の実施形態に係る切削加工装置の概略図である。 図１に示す切削加工装置において、切削加工時の加工室内を示す図である。 図２の右側面図である。 本発明の実施形態に係る切削加工方法の第１プロセスを示す図である。 本発明の実施形態に係る切削加工方法の第２プロセスを示す図である。 本発明の実施形態に係る切削加工方法の切削加工開始直後を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る切削加工方法の切削加工中に、凹部中心に切削工具刃先が到達した状態を示す概略図である。 らせん状の凹部を形成した場合の側面図である。 従来の切削加工を示す概略図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態に係る切削加工方法では、図１に示すような切削加工装置１００を用いて行われる。切削加工装置１００は、切削加工が行われる加工室１と、被削材２を回転支持するためのチャック３及びガイドブッシュ４と、被削材を切削する切削工具５と、切削工具５を保持する工具ホルダー６と、切削工具５に後述する切削油１３を供給するための切削油ノズル７と、被削材２表面に後述する凹部９を形成するためのレーザー照射装置８とを備えている。

図２は、図１における加工室１内で切削加工を行っている状態の側面図であり、図３は、図２の右側面図である。図２、３に示すように、本実施形態に係る切削加工方法では、切削工具５による切削加工直前に、レーザー照射装置８を用いて被削材２の切削する部位に対してレーザー光１４をパルス照射して被削材２表面に凹部９を形成する。続いて、被削材９に図３に示すような凹部９があらかじめ形成された状態で、切削油１３を供給しながら被削材２を切削工具５で切削加工することで、切屑１０および切削加工面１１が生成される。

なお、本実施形態において使用されるレーザー照射装置８の光源は特に限定されるものではなく、炭酸ガスレーザー、アルゴンレーザー、エキシマレーザー、ＹＡＧレーザー、ヘリウムネオンレーザー、ルビーレーザー等を使用できる。

図４に、本実施形態の切削工程の第１プロセス、図５に第２プロセスを示す。図４に示す第１プロセスでは、切削工具５による切削加工の直前にレーザー光１４を被削材２に照射することで凹部９を形成した後に、切削油１３を供給しながら切削工具５で断続的な切削加工を行う。この時、被削材２に対する切り込み深さは凹部９の深さよりも浅くなるように行う。そのため、切削工具５の通過位置は、図４中の点線１６に示すようになり、被削材２の表面にはレーザー照射により形成された凹部９の一部が残る状態となっている。そして、続く図５に示す第２プロセスにおいて、再度被削材２に対して凹部９の深さ以上の切り込みで仕上げ加工を行う事で、平滑な切削加工面１１が得られ、所望の形状に加工した加工部品が製造される。

ここで、本発明の実施形態に係る切削加工方法との比較のため、従来の切削加工の概略図を図９に示す。同図に示す切削加工においては、切削工具５上を切屑１０が接触しながら流れていくため、切削工具刃先１５は、連続的に被削材２及び切屑１０に接触し、切削油１３が到達することができない。そのため、切削油１３による冷却効果や潤滑効果が作用しにくく、切削工具刃先１５が高温・高圧になりやすい。その結果、切削工具５の摩耗は激しくなり、切削工具寿命は短くなる。

一方、図６に本実施形態における切削加工開始直後の概略図、図７に凹部９中心に切削工具刃先が到達した状態の概略図を示し、切削油到達可能エリア１２を図中の網線部に示す。切削加工開始直後は、従来の切削加工と同様に切削工具５と被削材９及び切屑１０が接触しており、切削油到達可能エリア１２は切削工具５の上部に限られる。しかし、被削材２の回転に伴い切削工具５が凹部９中心部にまで到達すると、切削工具５と被削材２が離間する時間ができる。そのため、切削油１３は切削工具５の刃先を含む全域に到達することが可能となる。これにより、特に摩耗の激しい切削工具刃先１５において切削油１３による冷却効果や潤滑効果が作用しやすくなり、切削工具５の摩耗抑制と長寿命化に顕著に効果が期待できる。

また、切削工具５が長寿命化する事で、切削加工中の切削工具５の交換回数が削減でき、作業効率の向上や加工コストの削減に効果が期待できる。さらに、切削する際に発生する切屑１０が細かく分断されるため、長く繋がった切屑１０が加工部品の表面を傷つけたり、加工部品にからみついて作業効率を低下させるといった懸念も解消される。

なお、本発明において用いられる切削工具５は、ろう付けバイトやスローアウェイチップ等特に限定されるものではない。また、材質も超硬や高速度鋼、CBNチップ等を制限なく使用する事ができる。

また、レーザーの照射条件（レーザー出力、スポット径、走査速度等）に関しては、被削材２の種類、所望の凹部９の大きさ・形状、切屑１０長さ等に応じて適宜設定される。

ここで、本実施形態では、凹部９が加工直前に形成された主に金属材料である被削材９を断続的に切削するが、その際、切削工具５と被削材９は多数回接触と離間を繰り返すため、切削加工中の切削工具５には定期的に衝撃が加わり続けることとなり、切削工具刃先１５を欠損してしまう恐れがある。そのため、切削工具５と被削材９が接触する際の衝撃をできるだけ小さくする必要があり、凹部９の形状は、図４に示すような三角形形状である事が好ましい。切削抵抗は切り込み量に応じて増加するため、図４のような三角形形状
にすることで切削加工開始時の切削抵抗をできるだけ低い状態から徐々に増加させることができ、衝撃による摩耗を減らすことが可能である。しかし、特にこれに限定されるものではなく、図３に示すような四角形状や、図示しないが波線形状などでも、切削工具５の長寿命化の効果を奏する。

なお、被削材２表面の凹部９形成をレーザー照射によって行うのは、深さ制御が容易でかつ短時間にでき、また作業効率が良いためである。

また、凹部９のパターンは切削油１３を切削工具刃先１５へ供給しやすくするために、切削工具５と被削材２の離間回数の多い方が良いため、図２に示すように、被削材２が１回転する間にレーザー光１４が複数回パルス照射されて、複数の凹部９が被削材２表面に形成される事が好ましい。しかし、特にこれに限定されるものではなく、図８に示すようにレーザー光１４を連続照射する事で被削材２表面にらせん状パターンの凹部９を形成することでも同様の効果を得る事ができる。

１…加工室、２…被削材、３…チャック、４…ガイドブッシュ、５…切削工具、６…工具ホルダー、７…切削油ノズル、８…レーザー照射装置、９…凹部、１０…切屑、１１…切削加工面、１２…切削油到達可能エリア、１３…切削油、１４…レーザー光、１５…切削工具刃先、１６…切削工具の通過位置、１００…切削加工装置

Claims (5)

1. 被削材を切削工具で切削し所望の形状に加工して得られる加工部品の製造方法であって、前記被削材の切削する部位を、前記切削工具で切削する前にレーザー光を照射して前記被削材に凹部を形成する凹部形成工程と、前記凹部の表面に前記切削工具を断続的に当接させ、前記被削材を断続的に切削する断続切削工程と、前記断続切削工程の後に、前記被削材の前記凹部よりも内方に位置する部位に前記切削工具を連続的に当接させて前記被削材を連続的に切削する工程とを有することを特徴とする加工部品の製造方法。
2. 前記凹部は、前記被削材表面に所定間隔で複数形成されている請求項１に記載の加工部品の製造方法。
3. 前記凹部は、前記切削工具の切削方向に沿って形成された溝形状を有する請求項１に記載の加工部品の製造方法。
4. 被削材を切削工具で切削し所望の形状に加工して加工部品を得る切削加工装置であって、前記被削材の切削する部位に、レーザー光を照射して前記被削材に凹部を形成するレーザー光源と、前記凹部の表面に前記切削工具を断続的に当接させて前記被削材を断続的に切削させた後に、前記被削材の前記凹部よりも内方に位置する部位に前記切削工具を連続的に当接させて前記被削材を連続的に切削させる駆動部とを有することを特徴とする切削加工装置。
5. 被削材を切削工具で切削し所望の形状に加工する切削加工方法であって、前記被削材の切削する部位を、前記切削工具で切削する前にレーザー光を照射して前記被削材に凹部を形成し、前記凹部の表面に前記切削工具を断続的に当接させ、前記被削材を断続的に切削した後に、前記被削材の前記凹部よりも内方に位置する部位に前記切削工具を連続的に当接させて前記被削材を連続的に切削することを特徴とする切削加工方法。
   

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