JP6269035B2 - 切削用工具及びそれを用いた工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、被加工金属の表面を切削加工する切削用工具及びそれを用いた工作機械に関する。

自動車で使用される金属部品には、高い精度が求められる。切削で加工される金属部品の精度向上には切削加工により発生したバリを確実に除去する必要があり、通常は、切削加工の後にバリ除去のために研磨が行われる。そのため、最初に、切削加工を行うためにマシニングセンタ等の工作機械に切刃を有する切削用工具を取付けて切削加工を行い、その後、研磨を行うために切削用工具から研磨用ブラシに交換して研磨を行う必要がある。そのため、研磨を含む金属部品の加工時間が長くなっていた。

特許文献１には、フライスカッターの外側に移動可能なカップ状ブラシを取り付けたフライス工具が開示されている。このフライス工具はフライス盤の主軸に取り付けられており、主軸の正回転時にはフライスカッターが金属部品を切削し、主軸の逆回転時にはカップ状ブラシが金属部品を研磨する。カップ状ブラシは主軸の正回転時には待機部位に位置しているため、フライスカッターによる切削を妨げない。ワークの切削が完了すると、主軸を逆回転させて、カップ状ブラシをフライスカッターの先端から突出させて金属部品の研磨工程を実行する。

特開２００１−３５３６１１号公報

特許文献１に記載のフライス工具においては、フライスカッターとカップ状ブラシの両方を備えているため、金属部品の切削加工と研磨を行うときに、工具を交換する必要がなく、加工時間はその分短くなる。しかし、切削工程と研磨工程とは別工程であるため、加工時間をそれ以上短くすることはできず、加工時間の短縮に関して更なる改良の余地があった。

上記問題に鑑み、本発明は、切削工程と研磨工程とを同時に実行することにより、加工時間の短縮を可能にする切削用工具及びそれを用いた工作機械を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る切削用工具の特徴構成は、円筒形状の基部と、前記基部の一方の底面から前記基部の軸心の方向に沿って延在する線状の砥材とを含み、前記砥材の先端が被加工金属の表面に接触しつつ前記砥材と前記被加工金属とが相対移動することにより前記被加工金属の表面に存在するバリを除去して研磨を行うブラシ本体と、前記軸心と同軸心且つ前記砥材の前記先端が端部から突出する状態で前記ブラシ本体を内部空間に収容する筒状部分と、前記端部の外周側に周方向に沿って等間隔に配置された複数の切刃とを有する切削加工部と、前記端部からの前記砥材の突出長さを変化させる変位機構と、を備え、前記変位機構は、前記ブラシ本体の前記軸心と同軸心に取り付けられ、前記ブラシ本体と一体化された変位軸と、前記変位軸と螺合し、外周の一部に歯車が形成された変位ナットと、を有し、前記変位ナットは前記筒状部分のうち前記切刃が配置された側と反対側の端部に回転可能に収容され、前記筒状部分のうち前記変位ナットが対向する部分の側面には前記歯車が外部に露出する開口が形成されている点にある。

本発明に係る切削用工具は、砥材に対して径方向外側に切刃が配置されている。この状態で切削用工具を回転させつつ被加工金属に対して相対移動させると、切削用工具のうち、切削用工具の相対移動方向に対して前方にある切刃が最初に被加工金属に当たり、当該被加工金属の表面の切削加工が行われる。切削加工により被加工金属の表面にはバリが発生するが、このバリは切刃の内側に配置された砥材により除去される。切削用工具の相対移動方向に対して砥材より後方に位置する切刃は、バリが除去された後の被加工金属の表面とは接触しないので、後方の切刃で新たに被加工金属の表面が切削加工されてバリが発生することはない。このように、切削工程と研磨工程とを行う際に、工具の交換や特許文献１に開示されたフライス工具のように切刃に対する砥材の出退を行うことなく、一度の工程で切削工程と研磨工程を同時に終了させることができるので、被加工金属の加工時間を大幅に短縮することができる。

砥材により被加工金属の研磨を行うと、バリの除去と引き換えに砥材が摩耗して短くなる。所定量のバリの除去を繰り返し安定して行うことができる研磨工程を実現するためには、砥材の突出長さを長すぎず短すぎず適度な長さの範囲に維持する必要がある。なぜなら、砥材の突出長さが長すぎると、研磨時の砥材の被加工金属への押し付けにより砥材の先端が広がってしまい必要な研磨量が確保できず、又、突出長さが短すぎると、砥材のコシが強くなり被加工金属を削り過ぎてしまうからである。本発明においては、変位機構により砥材を突出させるので、変位機構を研磨工程の制御を行う中で自動的に作動させ、研磨により摩耗した砥材の摩耗長さと同じ長さだけ砥材を突出させるよう制御することにより、砥材の突出長さを元に戻すことができ、砥材の寿命まで連続して自動で研磨工程を実行することが可能となる。これにより、被加工金属に対する切削工程と研磨工程とを同時に行う加工を自動的に連続して行うことができる。

そして、このような構成とすれば、開口に露出している歯車に外部から力を印加して変位ナットを回転させることができる。変位ナットが回転すると、変位ナットと螺合した変位軸は所定量だけ軸心方向に移動し、これにより、変位軸と一体化したブラシ本体も軸心方向に移動し、砥材を切削加工部から突出させることができる。従って、変位ナットを回転させるための歯車への外部からの力の印加を研磨工程の制御の中で自動的に行うことにより、砥材の寿命まで連続して自動で研磨工程を実行することが可能となる。

本発明に係る切削用工具においては、前記筒状部分の内部空間における前記端部の近傍に、それ以外の部分より内径が大きい拡径部分を有していると好適である。

上記のように、所定量のバリの除去を繰り返し安定して行うことができる研磨工程を実現するためには、砥材の突出長さを長すぎず短すぎず適度な長さの範囲に維持する必要がある。しかし、切刃による切削工程と砥材による研磨工程を同時に行うために、本実施態様においては、砥材の先端は切刃の先端よりわずかに突出しているにすぎず、所望の研磨工程を実現するには、この突出長さでは短すぎる。そこで、筒状部分の内部空間における端部近傍に拡径部分を設けると、研磨工程において砥材が被加工金属に押し付けられてその先端が広がっても切削加工部に接触することはない。すなわち、拡径部分を設けることにより、疑似的に突出長さを長くしているのである。これにより、砥材が切刃の先端からわずかに突出した状態であっても、適切な突出長さを確保することができる。

本発明に係る切削用工具においては、前記筒状部分のうち前記変位ナットが収容された部分の内周面及び前記変位ナットの外周面には、径方向に沿ってボールが出退するボールプランジャと、前記歯車の歯数と同数且つ周方向に沿って等間隔に形成され前記ボールと嵌合する凹穴とが各別に形成されていると好適である。

歯車の歯が開口の中央にきたときにボールプランジャのボールと凹穴が嵌合するように構成されていれば、変位ナットはその状態で固定されて回転しない。そして、歯車の歯と複数の凹穴とが周方向に沿って等間隔に形成されているので、外部からの力が歯車に作用することによりボールと凹穴との嵌合が外れて変位ナットが回転し、当該凹穴と隣接する凹穴とボールとが嵌合して変位ナットの回転が停止したときに、隣接する歯も開口の中央にくる。従って、常に開口の中央で歯を停止させることができ、次に変位ナットを回転させるときに歯に同じ力を印加することが可能になると共に、変位ナットの回転角度を一定にすることができる。変位ナットの回転によって砥材が切削加工部から突出するので、切削加工部から突出する砥材の突出量も一定にすることができ、摩耗した砥材の摩耗長さと同じ長さだけ砥材を突出させることができる。

本発明に係る工作機械の特徴構成は、上記の切削用工具が主軸に取り付けられ、前記切削用工具の近傍にキーが備えられており、前記キーと前記切削用工具とを相対移動させて前記キーと前記歯車の歯とを衝突させることで、前記凹穴と前記ボールとの嵌合が外れて前記変位ナットが回転し、前記ボールが前記凹穴に隣接する別の前記凹穴と嵌合して前記変位ナットの回転が止まり、これにより前記変位軸が前記軸心の方向に沿って所定長さだけ移動し、前記砥材の前記突出長さが変化する点である。

このような特徴構成とすれば、工作機械の一連の制御の中で研磨工程を所定回数行うごとにキーを使って変位ナットを一定角度回転させることにより、研磨により摩耗した砥材の摩耗長さと同じ長さだけ砥材を突出させるよう制御することができる。これにより、砥材の突出長さを元に戻すことができ、砥材の寿命まで連続して自動で研磨工程を実行することができる。

第１実施形態に係る切削用工具を備えたマシニングセンタの概略構成を表す斜視図である。 切削用工具の構成を表す分解斜視図である。 切削用工具の斜視図である。 切削用工具の縦断面図である。 図４のV-V線断面図である。 図４のVI-VI線断面図である。 変位ナットを回転させる原理を表す模式図である。 制御装置による研磨工程の自動運転の制御手順をフローチャートである。 制御工程の自動運転を行ったときの、切削加工部からのブラシの突出長さとワークへのブラシの切込長さの変化を表すグラフである。 第２実施形態に係る切削用工具の縦断面図である。 図１０のXI-XI線断面図である。

１．第１実施形態
〔マシニングセンタの構造〕
以下、本発明に係る切削用工具３０の第１実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１に示すように、切削用工具３０は、コンピュータ制御のマシニングセンタ１の主軸１２に取り付けられて使用される。マシニングセンタ１は工作機械の一例である。

マシニングセンタ１は、基台２に取り付けられたＸテーブル６、Ｙテーブル８と、基台２と一体化されたコラム４と、コラム４に取り付けられたＺスライダ１０と、Ｚスライダ１０に取り付けられた主軸ヘッド１４と、主軸ヘッド１４に取り付けられた主軸１２とを備えている。Ｘテーブル６、Ｙテーブル８、Ｚスライダ１０はエンコーダ付きモータ１６、１７、１８により駆動され、それぞれ独立してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動可能である。主軸１２はエンコーダ付きモータ１９により回転駆動される。エンコーダ付きモータ１６、１７、１８、１９の駆動を含むマシニングセンタ１全体の制御は制御装置２０により行われる。被加工金属としてのワーク２８は、Ｘテーブル上に載置されている。マシニングセンタ１の構成は既存のものと同様であるので、個々の構成要素についての詳細な説明は省略する。

マシニングセンタ１の横には、キー駆動装置２６が備えられている。キー駆動装置２６は、基台２２と、基台２２の上面にＸ軸方向に往復運動するように取り付けられた２本のエアシリンダ２３と、エアシリンダ２３の先端に取り付けられ、シリンダと共に往復運動する金属製のホルダ２４と、Ｙ軸方向に沿ってホルダ２４から突出するようにホルダ２４に取り付けられた鉄等の金属からなるキー２５とを有している。キー駆動装置２６においては、エアシリンダ２３を駆動させることにより、キー２５がＸ軸方向に沿って往復運動する。キー２５を迅速に動かすことができるのであれば、エアシリンダ２３に限らずオイルシリンダその他を駆動源として用いてもよい。キー駆動装置２６の具体的な動作については後述する。

〔切削用工具の構造〕
図２〜図４に示すように、切削用工具３０は、ブラシ本体３２と、切削加工部４０と、変位機構６０と、シャンク８０を備えている。

ブラシ本体３２は、金属製で円筒形状の基部３４と、基部３４の一方の底面に取り付けられ、そこから基部３４の軸心１００の方向に沿って延在しているブラシ３６を備えている。ブラシ３６は砥材の一例である。ブラシ３６は、繊維状のアルミナにナイロン等の樹脂を含浸させて線状に加工し、それを多数本束ねたものである。研磨工程においては、ブラシ３６の先端をワーク２８の表面に接触させてブラシ３６とワーク２８を相対移動させることにより、ブラシ３６はその先端を摩耗させつつアルミナの繊維でワーク２８の表面のバリを削り取り、ワーク２８の表面にあるバリを除去する。基部３４の側面には、内部空間まで貫通する２つのねじ孔３８が施されている。

本実施形態のブラシ３６はアルミナを用いたが、これに限られるものではない。例えば、シリコンカーバイドやダイヤモンド等、ワーク２８の材質や加工の目的に応じて、最適の材料を用いたブラシ３６を使用することができる。

切削加工部４０は、金属製で、内径の異なる２種類の円筒形状の第１収容部分４２と第２収容部分４６とを同軸心に配置している。第１収容部分４２と第２収容部分４６とを合わせた部分が筒状部分の一例である。径の大きい第２収容部分４６の端部にはフランジ４８が設けられている。第１収容部分４２の第２収容部分４６と反対側の端部には外径を大きくした切刃取付部分５６が設けられ、切刃取付部分５６の外周側端部には６個の切刃５６ａが周方向に沿って等間隔に配置されている。図４に示すように、切刃５６ａの先端は、切削加工部４０の端部からわずかに突出している。

図４に示すように、第１収容部分４２の内部空間と第２収容部分４６の内部空間とは繋がっている。第１収容部分４２の内部空間には、ブラシ本体３２と後述する変位機構６０の一部が収容され、第２収容部分４６の内部空間には、変位機構６０の残りの大部分が収容されている。切削加工部４０は、ブラシ本体３２が第１収容部分４２に収容された状態で、切削加工部４０の軸心が軸心１００と同軸心となるように構成されており、このときブラシ３６の先端は切刃５６ａの先端よりもわずかに突出している。第１収容部分４２の内側空間のブラシ３６の突出側の端部の近傍では、それ以外の部分より内径が大きくなった拡径部分４３を有している。第１収容部分４２の側面には貫通孔である２つの長孔４４が軸心１００の延在方向に沿って形成されている。

ブラシ本体３２が第１収容部分４２に収容され、且つ、後述する変位軸６２の嵌合凸部６４が基部３４の内部空間に嵌り込んだ状態で、ボルト５０が第１収容部分４２の外側から長孔４４を貫通してねじ孔３８と螺合し、嵌合凸部６４を締め付けることにより、ブラシ本体３２と変位軸６２とが固定されている。これにより、ブラシ本体３２は、切削加工部４０に対して軸心１００に沿った方向にのみ移動可能になり、周方向には回転しない。

図４、図５に示されているように、第２収容部分４６の側面には弓形の切欠き５２が形成されており、これにより、第２収容部分４６の内部空間と外部空間とを繋ぐ開口５２ａが形成されている。また、図６に示すように、切欠き５２が形成されていない第２収容部分４６の内周面には、１０個の半球状の凹穴４７が、軸心１００に垂直な平面上に等間隔で形成されている。

変位機構６０は、図２に示すように、変位軸６２と変位ナット７０とを備えている。変位機構６０はブラシ３６の切削加工部４０の端部から突出している長さ（以下、単に突出長さと称する）を変化させる機能を有する。変位軸６２は、嵌合凸部６４と、摺動部６６と、ねじ軸６８とを備えており、それらは同軸心になるように配置されている。嵌合凸部６４は円柱形状を有しており、図４に示すように、基部３４と摺動部６６とが接するまで基部３４の内部空間を貫通し、ボルト５０により締結されている。これにより、変位軸６２とブラシ本体３２とは同軸心で一体化されている。摺動部６６は嵌合凸部６４と隣接して配置されており、その外径が基部３４と同じの円柱形状を有している。摺動部６６は、基部３４と共に、第１収容部分４２に挿入された状態で使用される。ねじ軸６８は摺動部６６に対して嵌合凸部６４と反対側に配置されており、その外径は摺動部６６の外径より小さい。

変位ナット７０は、円柱形状の円柱部７２と１０枚の歯７４ａを有する歯車が形成されたギア部７４とが同軸心で積層され一体化された形状を有している。変位ナット７０の中心部には外周と同軸心でねじ軸６８と螺合するねじ孔７８が形成され、ねじ軸６８はねじ孔７８を貫通してさらに延在している。図４に示すように、変位ナット７０は、その全体が切削加工部４０の第２収容部分４６に回転可能な程度の間隙を有して収容される大きさである。図５に示すように、ギア部７４の歯７４ａはのこぎり刃のような非対称の形状を有している。図３〜図５に示すように、変位ナット７０が第２収容部分４６に収容された状態で、歯７４ａは開口５２ａから露出している。

図６に示すように、円柱部７２には、スプリング７６ｂにより径方向外側付勢されたボール７６ａが径方向に沿って出退するボールプランジャ７６が２個取り付けられている。図４に示すように、変位ナット７０が第２収容部分４６に収容された状態で、各ボールプランジャ７６が凹穴４７と対向すると、ボール７６ａがスプリング７６ｂの付勢力により凹穴４７と嵌合し、変位ナット７０の周方向の動きが固定される。ボール７６ａと凹穴４７が嵌合したとき、図５に示すように、歯７４ａが常に開口５２ａの中央にくるように、歯７４ａ、ボールプランジャ７６、凹穴４７の位置関係が定められている。

本実施形態においては、ボールプランジャ７６は２個使用したが、これに限られるものではない。ボールプランジャ７６の使用数は１個でも３個以上であってもよい。

シャンク８０は、図４に示すように、切削加工部４０のフランジ４８とボルト５４で締結されて一体化される。シャンク８０の切削加工部４０に当接する面は、軸心１００に沿って見たときに変位ナット７０と重なっている。これにより、変位ナット７０は、第２収容部分４６の内部空間で周方向には回転可能であるが、軸心１００に沿った方向には移動しない。変位ナット７０から突出しているねじ軸６８は、シャンク８０内部空間にまで延在している。図１に示すように、シャンク８０が、マシニングセンタ１の主軸１２にある不図示のチャックに挿入、固定されることにより、切削用工具３０は主軸１２と一体となって回転する。

本実施形態においては、基部３４は円筒形状であり、ブラシ３６は基部３４の底面の中心近傍には存在していなかったが、これに限られるものではない。基部３４が有底円筒形状を有しており、基部３４の底面全体にブラシ３６が存在するような構造であってもよい。

本実施形態においては、変位ナット７０にボールプランジャ７６を取り付け、第２収容部分４６に凹穴４７を形成したが、これに限られるものではない。変位ナット７０に凹穴４７を形成し、第２収容部分４６にボールプランジャ７６を取り付ける構造であってもよい。

〔切削用工具を用いての切削加工と研磨〕
マシニングセンタ１を用いて切削工程と研磨工程を同時に実行してワーク２８の加工を行う際には、まず、ワーク２８をＸテーブル６に固定した状態でＸテーブル６、Ｙテーブル８、Ｚスライダ１０を動かして、主軸１２に取り付けられた切削用工具３０の切刃５６ａの先端をワーク２８の表面から所望の切削量分だけＺ軸方向へ下げる。このときのワーク２８とブラシ３６の、ワーク２８の表面からのＺ軸方向の重なり長さを、以後「切込長さ」と称する。切込長さはブラシ３６のワーク２８への押し付け力に関係し、それはワーク２８の被研磨量に関係する。

Ｚスライダ１０を固定したまま切削用工具３０を回転させる。切削用工具３０が回転すると、切刃５６ａとブラシ３６は共に回転する。この状態でＸテーブル６、Ｙテーブル８を移動させると、切削用工具３０のうち、切削用工具３０の相対移動方向に対して前方にある切刃５６ａが最初にワーク２８に当たり、ワーク２８の表面の切削加工が行われる。切削加工によりワーク２８の表面にはバリが発生するが、このバリは切刃５６ａの内側に配置されたブラシ３６により除去される。切削用工具３０の相対移動方向に対してブラシ３６より後方に位置する切刃５６ａは、バリが除去された後のワーク２８の表面とは接触しないので、後方の切刃５６ａで新たにワーク２８の表面が切削加工されてバリが発生することはない。これにより、必要な寸法精度、面粗度を持つワーク２８が得られる。このように、切削工程と研磨工程とを行う際に、工具の交換や特許文献１に開示されたフライス工具のように切刃５６ａに対してブラシ３６の出退を行うことなく、一度の工程で切削工程と研磨工程を同時に終了させることができるので、ワーク２８の加工時間を大幅に短縮することができる。

切削工程と研磨工程が終了したら、切削用工具３０をワーク２８から離間させる。そして、図１には示されていないが、これらの加工が終了したワーク２８は自動的に次の加工対象のワーク２８に交換され、新たな切削工程と研磨工程が開始される。

〔ブラシの突出動作〕
切削用工具３０がワーク２８の研磨工程を実行する際には、切削加工部４０の切刃５６ａの先端からブラシ３６を所定の長さだけ突出させた状態で行う。以下、研磨工程実行前のブラシ３６の切刃５６ａの先端からの突出長さを初期長さと称する。研磨工程によりワーク２８のバリが除去されると、それと引き換えに、ブラシ３６の先端は摩耗して初期長さから短くなる。所望の研磨工程を実現するためには、ブラシ３６の突出長さを長すぎず短すぎず適度な長さの範囲に維持する必要がある。なぜなら、ブラシ３６の突出長さが長すぎると、研磨時のブラシ３６のワーク２８への押し付けによりブラシ３６の先端が広がってしまい必要な研磨量が確保できず、又、突出長さが短すぎると、ブラシ３６のコシが強くなりワーク２８を削り過ぎてしまうからである。所望の研磨工程を実行可能にするブラシ３６の突出長さの範囲、及び、研磨工程を１回実行したときのブラシ３６の摩耗量は、発明者により既に見出されている。

本実施形態においては、ブラシ３６の先端は切刃５６ａの先端よりわずかに突出しているだけであり、この突出長さは所望の研磨工程を実現する上で短すぎることがわかっている。そこで、本実施形態においては、第１収容部分４２の内部空間に拡径部分４３を設けると、研磨工程においてブラシ３６がワーク２８に押し付けられてその先端が広がっても切削加工部４０に接触することはない。すなわち、拡径部分４３を設けることは、突出長さを長くすることと同じである。これにより、ブラシ３６が切刃５６ａの先端からわずかに突出した状態であっても、適切な突出長さを確保することができる。

初期長さだけ突出させたブラシ３６でワーク２８を交換して繰り返しワーク２８の研磨を行うと、摩耗により徐々にブラシ３６の突出長さが短くなる。そのため、所定回数の研磨工程を実行した後には、ブラシ３６の突出長さが短くなりすぎて所望の研磨工程の実行が不可能になるため、ブラシ３６を切削加工部４０から突出させて、再度突出長さを初期長さに戻す必要がある。本実施形態において、ブラシ３６の突出長さを初期長さに戻すためには、変位ナット７０を回転させて行う。

具体的には、マシニングセンタ１において、Ｘテーブル６、Ｙテーブル８、Ｚスライダ１０を動かして、キー２５と切欠き５２を同じ高さにして近づける。その状態でエアシリンダ２３を作動させ、図７に示すように、キー２５をＸ軸方向に作動させる。歯７４ａは開口５２ａの中央で露出しているので、エアシリンダ２３により高速に移動するキー２５は切欠き５２に侵入して歯７４ａに衝突する。その力は、ボール７６ａと凹穴４７の嵌合を維持する力を上回り、ボール７６ａと凹穴４７の嵌合が外れてギア部７４、すなわち、変位ナット７０が回転する。そして、３６度回転したところで、ボール７６ａが隣接する凹穴４７に嵌入し、そこで変位ナット７０の回転が停止する。このとき、隣接する歯７４ａは、開口５２ａの中央で停止している。これにより、次に変位ナット７０を回転させるときに歯７４ａに同じ力を印加することが可能になると共に、変位ナット７０の回転角度を一定にすることができる。

変位ナット７０が３６度回転すると、ねじ孔７８も３６度回転し、ねじ軸６８（変位軸６２）は、それに対応した長さ、すなわち、ねじピッチの１０分の１の長さだけ軸心１００に沿って移動する。変位軸６２とブラシ本体３２とは一体化されているので、ブラシ３６が変位軸６２の移動量だけ切削加工部４０から突出する。この突出により、ブラシ３６の突出長さは初期長さに戻る。すなわち、変位ナット７０の３６度回転により突出するブラシ３６の突出長さと、所定回数の研磨工程の実行により摩耗したブラシ３６の摩耗量とは等しい。以下、変位ナット７０を３６度回転させることにより摩耗したブラシ３６を突出させて初期長さにすることを、ブラシ３６の突出補正を行う、と定義する。

このように、ブラシ３６の突出長さが初期長さであるときから研磨工程を所定回数繰り返し、ブラシ３６が摩耗したら突出補正により摩耗した摩耗長さ分だけブラシ３６を突出させ、突出長さを再度初期長さに戻して研磨工程を継続する。この一連の動作を自動的に繰り返して実行することにより、ブラシ３６の使用開始からブラシ３６が摩耗して使用不可能となるまで、連続して自動で研磨工程を実行することが可能になる。従って、ワーク２８の切削工程と研磨工程を同時に行うワーク２８の加工を連続して自動的に行うことができる。

〔切削工程と研磨工程の自動実行〕
次に、切削用工具３０をマシニングセンタ１の主軸１２に取り付けて、制御装置２０の制御により切削工程と研磨工程とをブラシ３６の寿命まで連続して自動的に実行するフローについて、図８を用いて説明する。

ワーク２８の加工を開始する前には、手動により、新しいブラシ３６の突出長さを初期長さに合わせてから、切削用工具３０を主軸１２に取り付ける。

切削工程と研磨工程の連続自動実行を開始すると、制御装置２０は、内部の実行プログラムにおいて、ブラシ３６の使用開始からの通算研磨回数（Ｍ）、ブラシ３６の突出長さが初期長さであるときから実行した研磨回数（Ｎ）、ブラシ３６の使用開始からブラシ３６の突出補正を行った回数（Ｙ）をそれぞれ０に設定する（Ｓ８０１）。

次に、制御装置２０は、加工対象のワーク２８を投入し（Ｓ８０２）、Ｘテーブル６、Ｙテーブル８、Ｚスライダ１０を移動させて、切削用工具３０のブラシ３６の先端がワーク２８に接触するように制御する。そして、制御装置２０は、Ｚスライダ１０を動かさず（高さを変えず）にＸテーブル６、Ｙテーブル８を動かしつつ切削用工具３０を回転させるよう制御してワーク２８の切削加工と研磨とを実行する（Ｓ８０３）。切削工程と研磨工程が終了したワーク２８は自動的に除去される（Ｓ８０４）。そして、実行プログラムにおいて、Ｍ、Ｎにそれぞれ１を加算する（Ｓ８０５）。

次に、制御装置２０は、Ｍの数値を、ブラシ３６が寿命により使用不可能となる研磨回数（Ａ）と比較する（Ｓ８０６）。Ｍの数値がＡの数値より小さければ（Ｓ８０６のＹｅｓ）、制御装置２０は、ブラシ３６には寿命が到来しておらず引き続き使用可能であると判断し、Ｓ８０７を実行する。

次に、制御装置２０は、Ｎの数値を、ブラシ３６の突出長さが初期長さであるときから突出補正が行われるまでの研磨回数（Ｂ）と比較する（Ｓ８０７）。Ｎの数値がＢの数値より小さければ（Ｓ８０７のＮｏ）、制御装置２０は、まだブラシ３６の突出補正を行う必要はないと判断して、Ｚスライダ１０を動かすことにより、１回の研磨工程でブラシ３６が摩耗する長さだけ主軸１２の高さを下げるよう制御する（Ｓ８０８）。そして、次の加工対象のワーク２８が投入される（Ｓ８０２）。Ｎの数値とＢの数値が等しければ（Ｓ８０７のＹｅｓ）、制御装置２０は、ブラシ３６の突出補正を実行する時期が到来したと判断し、Ｓ８０９を実行する。

次に、制御装置２０は、Ｙの数値を、ブラシ３６の寿命のために突出補正ができなくなる回数（Ｃ）と比較する（Ｓ８０９）。Ｙの数値がＣの数値より小さければ（Ｓ８０９のＹｅｓ）、ブラシ３６の突出補正は可能であり、制御装置２０は、ブラシ３６の突出補正を行って、ブラシ３６の突出長さを初期長さにするよう制御する（Ｓ８１０）。そして、Ｎの値を０に戻すと共に、Ｙに１を加算する（Ｓ８１１）。その後、Ｚスライダ１０を動かして、主軸１２の高さを切削工程と研磨工程の自動実行を開始したときの位置に戻す（Ｓ８１２）。そして、次の加工対象のワーク２８が投入される（Ｓ８０２）。

ＹとＣの数値が等しければ（Ｓ８０９のＮｏ）、制御装置２０は、ブラシ３６の残り長さが短すぎてもはや突出補正によりブラシ３６の突出長さを初期長さに戻すことはできないと判断する。そこで、制御装置２０は、初期長さには戻らないが、可能な限りブラシ３６を突出させる（Ｓ８１３）よう制御する。そして、Ｎの値を０に戻し（Ｓ８１４）、Ｚスライダ１０を動かして、当該突出長さで切削工程と研磨工程の実行が可能となる位置まで、主軸１２の高さを戻す（Ｓ８１５）。その後、次の加工対象のワーク２８が投入される（Ｓ８０２）。

Ｓ８０９のステップでＮｏと判断されたブラシ３６は寿命により使用不可能となる時期が近付いており、その後、Ｓ８０２からＳ８０８のステップを繰り返して所定数のワーク２８の研磨を行うと、ＭとＡの数値が等しくなり、Ｓ８０６のステップにおいてＮｏと判断される。これにより、制御装置２０は、ブラシ３６に寿命による交換時期が到来したと判断し、ブラシ３６を交換すべく、自動運転を終了させる。

このように、制御装置２０が、図８に示すようなフローで制御を行うことにより、ブラシ３６の使用開始から寿命により使用不可能となるまで、切削用工具３０は連続して自動で切削工程と研磨工程を実行することが可能となり、ワーク２８の加工の生産性を高めることが可能となる。

上記の切削工程と研磨工程を、２０００個のワーク２８に対して連続して自動で実行したところ、図９に示す結果が得られた。これより、全てのワーク２８に対して、ブラシ３６の「突出長さ」とブラシ３６の「切込長さ」の両方が、太い破線で示す仕様の範囲内にあるため、２０００個のワーク全てに対して所望の加工を実行できたことが確認された。

２．第２実施形態
以下、本発明に係る切削用工具３０の第２実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。本実施形態においては、切削加工部４０、変位機構６０の構造が第１実施形態とは異なっており、その他の構造は同じである。よって、本実施形態の説明においては、第１実施形態と同じ構成の箇所には同じ符号を付し、同様の構成に関する説明は省略する。

図１０、図１１に示すように、本実施形態に係る切削用工具３０の切削加工部４０は、長孔４４を有しておらず、第１収容部分４２の内周面には雌ねじ４５が形成されている。ブラシ本体３２と変位軸６２とは、基部３４の内部空間に嵌合凸部６４が嵌入した状態で皿ボルト１５０で締結されることにより、一体化している。このとき、皿ボルト１５０の頭は基部３４の外周面から突出していない。

変位軸６２の摺動部６６の替わりに、雌ねじ４５と螺合する雄ねじが外周面に形成されたねじ部１６６が備えられている。また、ねじ軸６８の替わりに、円柱状の軸の外周面に径方向外側に向かう４つのキー１６８ａを形成したキー軸１６８が備えられている。

変位ナット７０においては、ねじ孔７８の替わりに、キー１６８ａと嵌合するキー溝１７８ａを円柱状の孔に形成したキー孔１７８が備えられている。キー軸１６８がキー孔１７８に挿入された状態でキー１６８ａとキー溝１７８ａとの間には若干の隙間があるので、変位軸６２は、変位ナット７０の回転に従って回転し、且つ、軸心１００に沿って移動可能である。

本実施形態における突出補正は、第１実施形態と同様に行われる。変位ナット７０がキー２５からの力を受けて３６度回転した時は、それに従ってキー軸１６８も３６度回転する。それにより、キー軸１６８と一体化されているねじ部１６６も３６度回転するので、変位軸６２は、ねじ部１６６のねじピッチの１０分の１の長さだけ軸心１００に沿って移動する。従って、変位軸６２と一体化されたブラシ本体３２も３６度回転しつつ変位軸６２の移動量だけ切削加工部４０から突出する。

上記各実施形態においては、１回の突出補正につき変位ナット７０を３６度回転させたがこれに限られるものではない。ギア部７４の歯７４ａの歯数を変えることにより、別の角度で変位ナット７０を回転させてもよい。

上記各実施形態においては、変位ナット７０を回転させるために、マシニングセンタ１とは別の基台２２に搭載したエアシリンダ２３によりキー２５を移動させて歯７４ａに力を印加したが、これに限られるものではない。キー２５をマシニングセンタ１のＸテーブル６、又は、Ｙテーブル８に搭載して、Ｘテーブル６、又は、Ｙテーブル８を移動させることにより、歯７４ａに力を印加する構造であってもよい。

本発明は、被加工金属の表面を切削加工する切削用工具及びそれを用いた工作機械に利用することが可能である。

１ マシニングセンタ（工作機械）
１２ 主軸
２５ キー
２８ ワーク（被加工金属）
３０ 切削用工具
３２ ブラシ本体
３４ 基部
３６ ブラシ（砥材）
４０ 切削加工部
４２ 第１収容部分（筒状部分）
４３ 拡径部分
４６ 第２収容部分（筒状部分）
４７ 凹穴
５２ａ 開口
６０ 変位機構
６２ 変位軸
７０ 変位ナット
７４ ギア部（歯車）
７６ ボールプランジャ
７６ａ ボール
１００ 軸心

Claims (4)

1. 円筒形状の基部と、前記基部の一方の底面から前記基部の軸心の方向に沿って延在する線状の砥材とを含み、前記砥材の先端が被加工金属の表面に接触しつつ前記砥材と前記被加工金属とが相対移動することにより前記被加工金属の表面に存在するバリを除去して研磨を行うブラシ本体と、
   前記軸心と同軸心且つ前記砥材の前記先端が端部から突出する状態で前記ブラシ本体を内部空間に収容する筒状部分と、前記端部の外周側に周方向に沿って等間隔に配置された複数の切刃とを有する切削加工部と、
   前記端部からの前記砥材の突出長さを変化させる変位機構と、を備え、
   前記変位機構は、前記ブラシ本体の前記軸心と同軸心に取り付けられ、前記ブラシ本体と一体化された変位軸と、
   前記変位軸と螺合し、外周の一部に歯車が形成された変位ナットと、を有し、
   前記変位ナットは前記筒状部分のうち前記切刃が配置された側と反対側の端部に回転可能に収容され、
   前記筒状部分のうち前記変位ナットが対向する部分の側面には前記歯車が外部に露出する開口が形成されている切削用工具。
2. 前記筒状部分の内部空間における前記端部の近傍に、それ以外の部分より内径が大きい拡径部分を有している請求項１に記載の切削用工具。
3. 前記筒状部分のうち前記変位ナットが収容された部分の内周面及び前記変位ナットの外周面には、径方向に沿ってボールが出退するボールプランジャと、前記歯車の歯数と同数且つ周方向に沿って等間隔に形成され前記ボールと嵌合する凹穴とが各別に形成されている請求項１または２に記載の切削用工具。
4. 請求項３に記載の切削用工具が主軸に取り付けられ、
   前記切削用工具の近傍にキーが備えられており、
   前記キーと前記切削用工具とを相対移動させて前記キーと前記歯車の歯とを衝突させることで、前記凹穴と前記ボールとの嵌合が外れて前記変位ナットが回転し、前記ボールが前記凹穴に隣接する別の前記凹穴と嵌合して前記変位ナットの回転が止まり、これにより前記変位軸が前記軸心の方向に沿って所定長さだけ移動し、前記砥材の前記突出長さが変化する工作機械。

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