JP6379623B2 - 切削装置および切削方法 - Google Patents

Description

本発明は、工作物を切削加工する切削装置および切削方法に関する。

切削装置では、バイト等の切削工具でチタン合金やインコネル等の難削材でなる被切削物を切削すると、切削工具の切れ刃は被切削物と大きな切削抵抗力で長時間接触することになるので、切れ刃の接触部分に高温の切削熱が発生し易く、工具寿命が低下するおそれがある。そこで、従来は、切れ刃と被切削物との接触が間欠となるようにし、切れ刃の接触部分を冷却する期間を設けて工具寿命を向上させた装置が提案されている。

例えば、特許文献１には、切削工具の切れ刃と被切削物との接触が間欠となる楕円振動切削装置が記載されている。この楕円振動切削装置は、円柱状の楕円振動子に設けられた圧電素子に正弦波状電圧を入力し、楕円振動子を楕円振動させることにより楕円振動子に設けられた切削工具を楕円振動させて被切削物を切削する装置である。

特開２０００−５２１０１号公報

上述の楕円振動切削装置では、切削工具の切れ刃の同一部分が被切削物と常に接触することになるので、切れ刃は摩耗し易く、工具寿命の大幅な向上は期待できない。このため、さらなる工具寿命の向上が求められている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、切削工具の工具寿命の更なる向上を図ることができる切削装置および切削方法を提供することを目的とする。

（請求項１）本発明の切削装置は、切削工具を回転させて被切削物を切削する切削装置であって、前記切削工具は、外周面が位相に応じて径方向の位置が変化して断続的に前記被切削物に切り込むすくい面に形成され、端面が逃げ面に形成され、前記切削装置は、前記切削工具を前記切削工具の軸線回りに回転させる回転手段と、前記切削工具の回転軸線が、前記被切削物の切削面に対し垂直な状態から切削方向に所定角度傾斜した状態に設定する傾斜手段と、前記切削工具を前記被切削物に対し移動させ、前記切削工具の外周面を前記被切削物に切り込ませて前記被切削物を切削する移動手段と、を備える。

本発明によると、切削工具の外周面は、回転しながら被切削物に対し断続的に切り込んでいくことになる。このため、切削工具の外周面の同一部分が、被切削物と常に接触することはなく、外周面における被切削物との接触部分は、切削工具の回転に伴って移り変わっていくので、外周面の摩耗を抑制できる。さらに、上記切削工具による切削は、切削工具の外周面を被切削物から定期的に離脱する振動切削に近い状態となる。このため、切削油が、切削工具の外周面と被切削物との切削点に供給され易くなるので、外周面の温度を低減できる。そして、切削工具の外周面は、被切削物との離脱時は被切削物と断熱されるため、外周面の温度をさらに低減できる。よって、切削工具の工具寿命は、大幅に向上できる。また、切削工具は、回転しながら加工するので、見掛けの刃先角を切削工具の実際の刃先角より鋭くすることができ、切削抵抗が低減される。また、切削工具は、回転軸線を切削方向に所定角度傾斜させているので、切削に関与（寄与）していない逃げ面と被切削物との接触を回避でき、摩擦の影響を低減できる。

（請求項２）また、前記切削工具の外周面は、軸線方向に同位相で延びている形状であって工具径より小さい縮径部を有する形状に形成されるとよい。
切削工具は、外周面に縮径部を設けているので、外周面を断続的に被切削物に切り込むすくい面とすることができる。

（請求項３）また、前記切削工具の外周面は、前記切削工具の端面から根元に向かって前記切削工具の回転方向に位相が捩れた工具径より小さい縮径部を有する形状に形成されるとよい。
これにより、切削工具の外周面に供給される切削油には、切削工具の回転に伴って縮径部の内壁から切れ刃に向かって押し込む力が発生する。よって、大量の切削油が、縮径部を伝わって切削工具の切れ刃まで到達するので、加工点の温度の低減が可能となり、切削効率を高め、工具寿命を向上できる。

（請求項４）また、前記縮径部の幅は、前記切削工具の端面に向かうに従って狭くするように形成されるとよい。
これにより、切削工具の外周面に供給される切削油は、縮径部内に容易に導入されて切削工具の切れ刃に確実に供給できるので、加工点の温度のさらなる低減が可能となり、切削効率をより高め、工具寿命をより向上できる。

（請求項５）また、前記切削工具の外周面は、円錐状に形成されるとよい。
切削工具は、外周面を円錐状に形成しているので、すくい角の調整が容易となる。

（請求項６）また、前記切削工具の縮径部は、前記外周面の軸直角断面の輪郭を複数の波形凹凸状とすることで形成されるとよい。
切削工具は、外周面の輪郭を複数の波形凹凸状にしているので、振動切削に近い断続的な切り込みを実現できる。また、凹凸の形状（数）により、切削工具一回転あたりの切り込み回数を適宜に設定できる。

（請求項７）また、前記切削工具の縮径部は、前記外周面の軸直角断面を楕円状とすることで形成されるとよい。
切削工具は、外周面を楕円状にして縮径部を形成しているので、比較的低コストで切削工具を製作できる。

（請求項８）また、前記切削工具の縮径部は、前記外周面に所定間隔をあけて複数の溝を設けることで形成されるとよい。
切削工具は、溝の形状（数）により、切削工具一回転あたりの切り込み回数を適宜に設定できる。

（請求項１６）また、前記切削工具は、偏心した軸線回りに回転可能に形成されるとよい。
切削工具は、回転軸を偏心させることで被切削物に対し断続的に切り込む外周面を形成しているので、比較的低コストで切削工具を製作できる。

（請求項１０）また、前記切削工具の外周面は、円錐状に形成されるとよい。
切削工具は、外周面を円錐状に形成しているので、すくい角の調整が容易となる。
（請求項１１）また、前記切削装置は、円筒状の前記被切削物を中心軸線回りに回転させる回転主軸を備え、前記回転手段は、前記切削工具を前記切削工具の軸線回りに回転させ、前記傾斜手段は、前記切削工具の回転軸線が、前記被切削物の切削面に対し垂直な状態から前記被切削物の回転方向とは逆方向の切削方向に所定角度傾斜した状態に設定し、前記移動手段は、前記切削工具および前記被切削物を相対移動させ、前記切削工具の外周面を前記被切削物の外周面に切り込ませて前記被切削物の外周面を切削するとよい。
切削油は、切削工具の切れ刃に入り込み易くなるので、切削工具の切れ刃の温度上昇を抑えられる。また、切削工具の切れ刃のすくい角は鋭くできるので、切削工具の切れ刃に対する切削抵抗力を抑えられる。

（請求項１２）また、前記切削工具の端面の中心には、流体を吐出可能な吐出孔が設けられ、前記切削工具の端面には、前記吐出孔から径方向に放射状に外周縁まで延びる溝が形成されるとよい。
これにより、切削工具の吐出孔から吐出されて端面に供給される切削油は、切削工具の回転に伴って溝を伝わって切削工具の切れ刃まで到達するので、加工点の温度の低減が可能となり、切削効率を高め、工具寿命を向上できる。

（請求項１３）前記溝は、前記吐出孔から外周に向かって前記切削工具の回転方向とは逆方向に捩れて形成されるとよい。
これにより、切削工具の吐出孔から吐出されて端面に供給される切削油には、切削工具の回転に伴って溝の内壁から切れ刃に向かって押し込む力が発生する。よって、大量の切削油が、溝を伝わって切削工具の切れ刃まで到達するので、加工点の温度の低減が可能となり、切削効率を高め、工具寿命を向上できる。

（請求項１４）本発明の切削方法は、外周面が位相に応じて径方向の位置が変化して断続的に被切削物に切り込むすくい面に形成され、端面が逃げ面に形成された切削工具を回転させて前記被切削物を切削する切削方法であって、前記切削工具を前記切削工具の軸線回りに回転させる工程と、前記切削工具の回転軸線が、前記被切削物の切削面に対し垂直な状態から切削方向に所定角度傾斜した状態に設定する工程と、前記切削工具を前記被切削物に対し移動させ、前記切削工具の外周面を前記被切削物に切り込ませて前記被切削物を切削する移動工程と、を備える。
本発明の切削方法によれば、上述した切削装置における効果と同様の効果を奏する。

本発明の実施の形態に係る切削装置の全体構成を示す平面図である。 図１の切削装置に用いられる第一実施形態の切削工具の第一例を示す平面図である。 図２Ａの切削工具の側面図ある。 図１の切削装置に用いられる第一実施形態の切削工具の第二例を示す平面図である。 図１の切削装置に用いられる第一実施形態の切削工具の第三例を示す平面図である。 図１の切削装置に用いられる第一実施形態の切削工具の第四例を示す平面図である。 図５Ａの切削工具の側面図ある。 切削する場合の切削工具の状態を示す図である。 ロータリー工具による切削状態を示す斜視図である。 図７Ａを被切削物の回転軸方向から見た図である。 図２Ａ，Ｂの切削工具による切削状態を示す斜視図である。 図８Ａを被切削物の回転軸方向から見た図である。 フライス工具による切削状態を被切削物の回転軸方向から見た図である。 図９Ａをフライス工具の回転軸方向から見た図である。 図２Ａ，Ｂの切削工具による切削状態を被切削物の回転軸方向から見た図である。 図１０Ａを切削工具の回転軸方向から見た図である。 図２Ａ，Ｂの切削工具の別形態を示す図である。 図２Ａ，Ｂの切削工具のさらに別形態を示す図である。 図１の切削装置に用いられる第二実施形態の切削工具の第一例を示す平面図である。 図１３Ａの切削工具の側面図ある。 図１の切削装置に用いられる第二実施形態の切削工具の第二例を示す側面図である。 図１３Ａ，Ｂの切削工具の別形態を示す側面図である。 図１５Ａの切削工具の端面側から見た平面図ある。 図１３Ａ，Ｂの切削工具のさらに別形態を示す側面図である。 図１６Ａの切削工具の端面側から見た平面図ある。

（切削装置の機械構成）
図１に示すように、切削装置１は、主軸台１０と、ベッド２０と、心押し台３０と、往復台４０と、送り台５０と、チルト台６０と、刃物台７０と、制御装置８０等とから構成される。なお、以下の説明では、主軸台１０に設けられている回転主軸１１の軸線方向をＺ軸方向、回転主軸１１の軸線方向と水平面内で直交する方向をＸ軸方向と称する。

主軸台１０は、直方体状に形成され、床上に設置される。主軸台１０には、回転主軸１１が回転可能に設けられる。回転主軸１１には、一端側に被切削物Ｗの一端側の周面を把持可能な爪１２ａを備えたチャック１２が取り付けられる。回転主軸１１は、主軸台１０内に収容された主軸モータ１３により回転駆動される。

ベッド２０は、直方体状に形成され、回転主軸１１の下方において主軸台１０からＺ軸方向に延びるように床上に設置される。ベッド２０の上面には、心押し台３０および往復台４０が摺動可能な一対のＺ軸ガイドレール２１ａ，２１ｂが、Ｚ軸方向に延びるように、且つ、相互に平行に設けられる。さらに、ベッド２０には、一対のＺ軸ガイドレール２１ａ，２１ｂの間に、往復台４０をＺ軸方向に駆動するための、図略のＺ軸ボールねじが配置され、このＺ軸ボールねじを回転駆動するＺ軸モータ２２が配置される。

心押し台３０は、ベッド２０に対してＺ軸方向に移動可能なように、一対のＺ軸ガイドレール２１ａ，２１ｂ上に設けられる。心押し台３０には、チャック１２に把持された被切削物Ｗの自由端面を支持可能なセンタ３１が設けられる。すなわち、センタ３１は、センタ３１の軸線が回転主軸１１の軸線と一致するように心押し台３０に設けられる。

往復台４０は、矩形板状に形成され、ベッド２０に対してＺ軸方向に移動可能なように、一対のＺ軸ガイドレール２１ａ，２１ｂ上の主軸台１０と心押し台３０との間に設けられる。往復台４０の上面には、送り台５０が摺動可能な一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂが、Ｘ軸方向に延びるように、且つ、相互に平行に設けられる。さらに、往復台４０には、一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂの間に、送り台５０をＸ軸方向に駆動するための、図略のＸ軸ボールねじが配置され、このＸ軸ボールねじを回転駆動するＸ軸モータ４２が配置される。

送り台５０は、矩形板状に形成され、往復台４０に対してＸ軸方向に移動可能なように、一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂ上に設けられる。送り台５０の上面には、チルト台６０を支持する一対のチルト台支持部６１がＺ軸方向に所定間隔をあけて配置される。

チルト台６０は、クレードル状に形成され、送り台５０に対してＺ軸線回りに回転（揺動）可能なように、一対のチルト台支持部６１に支持される。チルト台６０の上面には、刃物台７０が配置される。一方のチルト台支持部６１には、チルト台６０をＺ軸線回りに回転（揺動）駆動するチルトモータ６２が配置される。

刃物台７０には、工具ホルダ７１がＸ軸線回りに回転可能に設けられる。そして、刃物台７０には、工具ホルダ７１をＸ軸線回りに回転駆動する工具用モータ７２が配置される。工具ホルダ７１には、後述する切削工具９０Ａ（９０Ｂ）がチャッキングされる。また、刃物台７０には、切削工具９０Ａ（９０Ｂ）を冷却するための切削油を供給する図略の切削油供給装置と繋がる供給ノズル７３が備えられる。

制御装置８０は、主軸回転制御部８１と、往復台移動制御部８２と、送り台移動制御部８３と、チルト制御部８４と、工具回転制御部８５とを備える。ここで、各部８１〜８５は、それぞれ個別のハードウエアによる構成することもできるし、ソフトウエアによりそれぞれ実現する構成とすることもできる。

主軸回転制御部８１は、主軸モータ１３を制御して回転主軸１１を所定の回転数で回転駆動させる。
往復台移動制御部８２は、Ｚ軸モータ２２を制御して往復台４０を一対のＺ軸ガイドレール２１ａ，２１ｂに沿って往復移動させる。

送り台移動制御部８３は、Ｘ軸モータ４２を制御して送り台５０を一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂに沿って往復移動させる。
チルト制御部８４は、チルトモータ６２を制御してチルト台６０をＺ軸線回りに回転（揺動）駆動させる。
工具回転制御部８５は、工具用モータ７２を制御して切削工具９０Ａ（９０Ｂ）を工具ホルダ７１とともに回転駆動させる。

制御装置８０は、チルトモータ６２を制御して切削工具９０Ａ（９０Ｂ）を所定角度に傾斜させ、主軸モータ１３および工具用モータ７２を制御して、被切削物Ｗを回転させるとともに切削工具９０Ａ（９０Ｂ）を回転させ、Ｘ軸モータ４２およびＺ軸モータ２２を制御して、被切削物Ｗと切削工具９０Ａ（９０Ｂ）とをＸ軸方向およびＺ軸方向に相対移動することにより、切削工具９０Ａ（９０Ｂ）の外周面を被切削物Ｗに断続的に切り込ませて被切削物Ｗの切削加工を行う。

なお、刃物台７０、工具ホルダ７１、工具用モータ７２および工具回転制御部８５等が、本発明の「回転手段」に相当し、往復台４０、Ｚ軸ガイドレール２１ａ，２１ｂ、Ｚ軸モータ２２、送り台５０、Ｘ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂ、Ｘ軸モータ４２、往復台移動制御部８２および送り台移動制御部８３等が、本発明の「移動手段」に相当し、チルト台６０、チルト台支持部６１、チルトモータ６２およびチルト制御部８４等が、本発明の「傾斜手段」に相当する。

（第一実施形態の切削工具の形状）
第一実施形態の切削工具９０Ａの外周面は、略円錐状に形成され、断続的に被切削物Ｗに切り込むすくい面に形成される。すなわち、切削工具９０Ａの外周面は、軸線方向に同位相で延びている形状、すなわち略円形の軸直角断面を軸線方向に連続させた形状であって工具径より小さい縮径部を有する形状に形成される。なお、本実施形態での工具径は、切削工具９０Ａの外周面の軸直角断面における最大径である。以下に、具体的な切削工具９０の形状例を図２から図５を参照して説明する。

図２Ａ及び図２Ｂの第一例に示すように、切削工具９０Ａは、略円錐台状の工具本体９１Ａと、工具本体９１Ａの根元側の小径端面９１ａｖから延びる円柱状の工具軸９２とで構成される。工具本体９１Ａの外周面９１ｂｖは、すくい面として形成され、工具本体９１Ａの大径端面９１ｃｖ（本発明の「端面」に相当）は、逃げ面として形成される。そして、工具本体９１Ａの外周面９１ｂｖと大径端面９１ｃｖとのなす稜線９１ｒｖは、切れ刃として形成される。刃先角βは、切れ刃の強度を保持するため、４５度以下、好ましくは０度から１０度で形成される。

そして、稜線（切れ刃）９１ｒｖは、外周面９１ｂｖの軸直角断面の輪郭を複数の波形凹凸状とすることで形成される。つまり、稜線（切れ刃）９１ｒｖは、二点鎖線で示す工具径Ｄｖの円周ｍｖに沿って正弦波状の波形を形成した形状、すなわち最大径がＤｖの６つの円弧状部分９１１ｒｖと、最小径がｄｖの６つの円弧状部分９１２ｒｖとが交互に出現する複数の花弁状に形成される。稜線（切れ刃）９１ｒｖのうち円弧状部分９１２ｒｖを含む付近（破線の範囲を含む付近）が縮径部Ｓａとなる。そして、外周面９１ｂｖは、大径端面９１ｃｖから小径端面９１ａｖに向かって花弁状の稜線（切れ刃）９１ｒｖを相似形で徐々に小さくした形状に形成される。これにより、外周面９１ｂｖは、切削工具９０Ａが回転するとき、縮径部Ｓａと異なる箇所が断続的に被切削物Ｗに切り込むすくい面となる。

また、図３の第二例に示すように、稜線（切れ刃）９１ｒｗは、長径を工具径Ｄｗ、短径を工具径Ｄｗより小さい径ｄｗとした楕円状に形成される。稜線（切れ刃）９１ｒｗのうち短径の部分９１１ｒｗを含む付近（破線の範囲を含む付近）が縮径部Ｓｂとなる。そして、外周面９１ｂｗは、大径端面９１ｃｗから小径端面９１ａｗに向かって楕円状の稜線（切れ刃）９１ｒｗを相似形で徐々に小さくした形状に形成される。これにより、外周面９１ｂｗは、切削工具９０Ａが回転するとき、縮径部Ｓｂと異なる箇所が断続的に被切削物Ｗに切り込むすくい面となる。

また、図４の第三例に示すように、稜線（切れ刃）９１ｒｘは、二点鎖線で示す工具径Ｄｘの円周ｍｘにおいて所定間隔ｅをあけて複数の溝９１１ｒｘを設けた歯車状に形成される。稜線（切れ刃）９１ｒｘのうち溝９１１ｒｘを含む付近（破線の範囲を含む付近）が縮径部Ｓｃとなる。そして、外周面９１ｂｘは、大径端面９１ｃｘから小径端面９１ａｘに向かって歯車状の稜線（切れ刃）９１ｒｘを相似形で徐々に小さくした形状に形成される。これにより、外周面９１ｂｘは、切削工具９０Ａが回転するとき、縮径部Ｓｃと異なる箇所が断続的に被切削物Ｗに切り込むすくい面となる。

また、図５Ａ及び図５Ｂの第四例に示すように、稜線（切れ刃）９１ｒｙは、二点鎖線で示す工具径Ｄｙの円周ｍｙと略同一の円形状に形成されるが、工具軸９２の中心軸線Ｃｙが、工具本体９１Ａの中心軸線Ｃと距離ｆだけ偏心するように、工具軸９２が工具本体９１Ａに設けられる。大径端面９１ｃｙと小径端面９１ａｙとのなす稜線（切れ刃）９１ｒｙのうち工具軸９２の中心軸線Ｃｙに近い部分９１１ｒｙを含む付近（破線の範囲を含む付近）が縮径部Ｓｄとなる。これにより、外周面９１ｂｙは、切削工具９０Ａが回転するとき、縮径部Ｓｄと異なる箇所が断続的に被切削物Ｗに切り込むすくい面となる。

（第一実施形態の切削工具を用いた切削方法）
次に、図２Ａ及び図２Ｂに示す切削工具９０Ａを用いた切削方法について説明する。なお、ここでは説明の便宜上、平板状の被切削物Ｗの平坦面を当該面に平行な切削方向に切削する場合について説明する。図６に示すように、先ず、切削工具９０Ａの回転軸線Ｒｃが、被切削物Ｗの切削面（平坦面）Ｗｐに対し垂直な状態から切削方向Ｇに所定角度θ傾斜した状態になるようにセットする。次に、切削工具９０Ａを回転軸線Ｒｃ回りで回転させ、切削方向Ｇに移動させる。

これにより、切削工具９０Ａの外周面９１ｂｖは、回転しながら被切削物Ｗに対し断続的に切り込んでいくことになる。このため、切削工具９０Ａの外周面９１ｂｖの同一部分が被切削物Ｗと常に接触することはなく、外周面９１ｂｖにおける被切削物Ｗとの接触部分は切削工具９０Ａの回転に伴って移り変わっていくので、外周面９１ｂｖの摩耗を抑制できる。さらに、切削工具９０Ａによる切削は、切削工具９０Ａの外周面９１ｂｖを被切削物Ｗから定期的に離脱する振動切削に近い状態となる。このため、切削工具９０Ａの外周面９１ｂｖ、特に切れ刃９１ｒｖと被切削物Ｗとの切削点に切削油が供給され易くなるので、切れ刃９１ｒｖの温度を低減できる。そして、切れ刃９１ｒｖは、被切削物Ｗとの離脱時は被切削物Ｗからの熱伝達が抑制されるため、切れ刃９１ｒｖの温度をさらに低減できる。よって、切削工具９０Ａの工具寿命を大幅に向上できる。

また、切削工具９０Ａのすくい角α、すなわち切削工具９０Ａの外周面９１ｂｖを切削方向Ｇと直角な方向から見たときの傾斜線Ｂｖと、被切削物Ｗの切削面Ｗｐに対し垂直な線Ｖとのなす見掛けの刃先角が本来の刃先角βよりも鋭くなるので、切削抵抗力を低減できる。この切削抵抗力の低減により切れ刃９１ｒｖの温度を低減できるので、切削工具９０Ａの工具寿命のさらなる向上を図れる。また、切削工具９０Ａの回転軸線Ｒｃを切削方向Ｇに所定角度θ傾斜させているので、大径端面９１ｃｖと被切削物Ｗとの接触を防止できる。

なお、すくい角αは、大きい程、切削抵抗力が小さくなる。また、傾斜角θは、０度より大きく、４５度以下となるようにする。傾斜角θが０度のときは、切削工具９０Ａの大径端面９１ｃｖが被切削物Ｗと擦れて発熱するため好ましくないためである。一方、傾斜角θが４５度より大きいと、すくい角αを０度としたとき、実際の刃先角βが４５度以下となって切れ刃の強度を保持することが困難となるからである。
以上より、切削工具９０Ａによれば、切れ刃９１ｒｖの温度が問題となる難切削材の切削において、より高能率な切削が可能となる。

次に、図２Ａ及び図２Ｂに示す切削工具９０Ａを用いた切削方法と、この切削方法に比較的近いロータリー工具およびフライス工具をそれぞれ用いた切削方法の相違点について説明する。なお、ここでは説明の便宜上、円筒状の被切削物Ｗの外周面を周方向に切削する場合について説明する。

図７Ａ及び図７Ｂに示すように、ロータリー工具１００は、円錐台状の工具本体１０１と、工具本体１０１の小径端面１０１ａから延びる円柱状の工具軸１０２とで構成される。工具本体１０１の大径端面１０１ｂの周縁部分には、連続した円形状の切れ刃１０１ｃが形成される。

このロータリー工具１００を用いた切削方法では、ロータリー工具１００を図示矢印ｒａで示す方向に回転させ、被切削物Ｗを図示矢印ｒｗで示す方向に回転させる。そして、ロータリー工具１００の回転軸線Ｃａを、被切削物Ｗの回転軸線Ｃｗと直角であって被切削物Ｗの外周面の切削点Ｐａを通る接線Ｌｗに対し平行にする。この状態で、ロータリー工具１００の切れ刃１０１ｃを被切削物Ｗの外周面の切削点Ｐａに切り込ませ、被切削物Ｗの外周面を周方向に切削する。

この切削中、ロータリー工具１００は切削点Ｐａにおいて受ける切削抵抗力により僅かに振動するが、その振動方向ｖａは被切削物Ｗの回転軸線Ｃｗと直角であって切削点Ｐａを通る方向、すなわち切削方向ａａに対し直交する方向である。よって、ロータリー工具１００の切れ刃１００ｃは、振動によって被切削物Ｗの外周面から径方向に周期的に離脱することになるので、被切削物Ｗの外周面の面粗さが悪化する傾向にある。

一方、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、切削工具９０Ａを用いた切削方法では、切削工具９０Ａを図示矢印ｒｃで示す方向に回転させ、被切削物Ｗを図示矢印ｒｗで示す方向に回転させる。そして、切削工具９０Ａの回転軸線Ｒｃを切削方向ａｃに所定角度θ傾斜させる。具体的には、被切削物Ｗの回転軸線Ｃｗと直角であって被切削物Ｗの外周面の切削点Ｐｃを通る直線Ｌｃを、回転軸線Ｃｗを中心に切削方向ａｃに所定角度θ傾斜させ、得られる直線Ｌｃｃと平行になるように、切削工具９０Ａの回転軸線Ｒｃを傾斜させる。この状態で、切削工具９０Ａの切れ刃９１ｒｖを被切削物Ｗの外周面の切削点Ｐｃに切り込ませ、被切削物Ｗの外周面を周方向に切削する。

この切削中、切削工具９０Ａは切削点Ｐｃにおいて受ける切削抵抗力により僅かに振動するが、その振動方向ｖｃは被切削物Ｗの回転軸線Ｃｗと直角であって切削点Ｐｃを通る接線Ｌｗの方向に対し切削工具９０Ａの傾斜方向に角度θ傾斜した方向、すなわち切削方向ａｃに対し（１８０−θ）度回転させた方向である。よって、切削工具９０Ａの切れ刃９１ｒｖは、振動によって被切削物Ｗの外周面から径方向に周期的に離脱する量が少ないので、被切削物Ｗの外周面の面粗さを高精度に切削できる。以上のように、切削工具９０Ａによる切削は、ロータリー工具１００による切削とは異なるものである。

また、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、フライス工具１１０は、円筒状の工具本体１１１の外周に等角度間隔で外周面から径方向に突出するように複数の切れ刃１１２が形成される。
このフライス工具１１０を用いた切削方法では、フライス工具１１０を図示矢印ｒｂで示す方向に回転させ、被切削物Ｗを図示矢印ｒｗで示す方向に回転させる。そして、フライス工具１１０の回転軸線Ｃｂを、被切削物Ｗの回転軸線Ｃｗと直角であって被切削物Ｗの外周面の切削点Ｐｂを通る直線Ｌｂに対し平行にする。この状態で、フライス工具１１０の切れ刃１１２を被切削物Ｗの外周面の切削点Ｐｂに切り込ませ、被切削物Ｗの外周面を周方向に切削する。

この切削においてフライス工具１１０の切れ刃１１２は、図９Ｂの点線Ｋｂで示すように、被切削物Ｗの外周面を切り込んでいくので、図９Ａに示すように、切り屑Ｗｂは被切削物Ｗの外周面に沿うように発生する。なお、図９Ｂでは切り屑Ｗｂを省略して示す。そして、この切り込み中は切れ刃１１２の同一部分が被切削物Ｗの外周面と常に接触している。

一方、切削工具９０Ａの切れ刃９１ｒｖは、図１０Ｂの点線Ｋｃで示すように、被切削物Ｗの外周面を切り込んでいくので、図１０Ａに示すように、切り屑Ｗｃは被切削物Ｗの外周面から径方向に立ち上がるように発生する。なお、図１０Ｂでは切り屑Ｗｃを省略して示す。そして、この切り込み中は切れ刃９１ｒｖの同一部分が被切削物Ｗの外周面と常に接触するのではなく、接触部分が移り変わっていく。

よって、切削油は、フライス工具１１０の切れ刃１１２よりも切削工具９０Ａの切れ刃９１ｒｖに入り込み易くなるので、フライス工具１１０の切れ刃１１２の温度上昇よりも切削工具９０Ａの切れ刃９１ｒｖの温度上昇を抑えられる。また、切削工具９０Ａの切れ刃９１ｒｖのすくい角αは、フライス工具１１０の切れ刃１１２のすくい角γ（図９Ｂ参照）よりも鋭くできるので、フライス工具１１０の切れ刃１１２に対する切削抵抗力よりも切削工具９０Ａの切れ刃９１ｒｖに対する切削抵抗力を抑えられる。以上のように、切削工具９０Ａによる切削は、フライス工具１１０による切削とは異なるものである。
なお、図７Ａ〜図１０Ｂでは、円筒状の被切削物Ｗの外周面を周方向に切削する場合、すなわちＸ(プランジ)方向送りでの加工について説明したが、Ｚ（トラバース）方向送りでの加工も同様である。

（第一実施形態の切削工具の別形態）
上述の第一実施形態では、切削工具９０Ａの工具本体９１Ａを略円錐台状に形成したが、図１１に示すように、工具本体１２１を略逆円錐台状に形成した切削工具１２０としても同様の効果を得られる。この場合、図６に示す切削工具９０のすくい角αを正としたとき、図１１に示す切削工具１２０のすくい角δは負となる。よって、切削工具１２０のすくい角δを鋭くするためには、被切削物Ｗの切削面Ｗｐに対する切削工具１２０の外周面１２１ｂｖとのなす角φを可能な限り大きくし、且つ、切削工具１２０の回転軸線Ｒｄの傾斜角θを可能な限り小さくする。

また、切削工具９０Ａでは、回転軸線Ｒｃの傾斜角θが０度のときは、切削工具９０の大径端面９１ｃｖが被切削物Ｗと擦れて発熱するため好ましくない。しかし、図１２に示すように、切削工具１３０の大径端面１３１ｃｖを小径端面１３１ａｖ側に凹ました凹形状、例えば球面状の一部もしくは円錐台形状等に形成する。これにより、大径端面１３１ｃｖと被切削物Ｗとの擦れを防止できるので、切削工具１３０の回転軸線Ｒｅの傾斜角θを０度としても切削可能となる。
なお、図１１及び図１２に示す切削工具１２０，１３０の形状は、図２Ａ及び図２Ｂに示す第一例に適用する場合について説明したが、図３〜図５Ｂに示す第二例から第四例に適用することも可能である。

（第二実施形態の切削工具の形状）
第二実施形態の切削工具９０Ｂの外周面は、第一実施形態の切削工具９０Ａと同様に、略円錐状に形成され、断続的に被切削物Ｗに切り込むすくい面に形成されるが、さらに切削工具９０Ｂの外周面には、切削油を加工点に導入するための縮径部Ｓｅが形成される。すなわち、切削工具９０Ｂの外周面は、切削工具９０Ｂの端面から根元に向かって切削工具９０Ｂの回転方向に捩れる工具径より小さい縮径部を有する形状に形成することにより、外周面に供給される切削油を外周面から加工点に導入できる。以下に、具体的な切削工具９０Ｂの形状例を図２に対応させて示す図１３、図１４を参照して説明する。なお、図２の切削工具９０Ａと同一構成部材は、同一番号、同一符号を付してそれらの詳細な説明を省略する。

図１３Ａ及び図１３Ｂの第一例に示すように、切削工具９０Ｂの工具本体９１Ｂの外周面９１ｂｖは、工具本体９１Ｂの大径端面９１ｃｖ（本発明の「端面」に相当）から根元側の小径端面９１ａｖに向かって切削工具９０Ｂの図示矢印ａの回転方向に捩れる縮径部Ｓｅを有する形状に形成される。これにより、工具本体９１Ｂの外周面９１ｂｖに供給される切削油Ｓには、切削工具９０Ｂの回転に伴って縮径部Ｓｅの内壁から切れ刃９１ｒｖに向かって押し込む力が発生する。よって、図示矢印で示すように、大量の切削油Ｓが、縮径部Ｓｅを伝わって切れ刃９１ｒｖに到達するので、加工点の温度の低減が可能となり、切削効率を高め、工具寿命を向上できる。

また、図１４の第二例に示すように、切削工具９０Ｂの工具本体９１Ｂの外周面９１ｂｖは、工具本体９１Ｂの大径端面９１ｃｖ（本発明の「端面」に相当）から根元側の小径端面９１ａｖに向かって切削工具９０Ｂの図示矢印ａの回転方向に捩れ、さらに工具本体９１Ｂの大径端面９１ｃｖに向かうに従って幅がｂａからｂｂまで徐徐に狭くなる縮径部Ｓｆを有する形状に形成される。これにより、工具本体９１Ｂの外周面９１ｂｖに供給される切削油Ｓは、図示矢印で示すように、縮径部Ｓｆ内に容易に導入されて切削工具９０Ｂの切れ刃９１ｒｖに確実に供給できるので、加工点の温度のさらなる低減が可能となり、切削効率をより高め、工具寿命をより向上できる。
なお、図１３Ａ、図１３Ｂ及び図１４に示す切削工具９０Ｂの各形状は、図２Ａ及び図２Ｂに示す第一例に適用する場合について説明したが、図３〜図５Ｂに示す第二例から第四例及び図１１及び図１２に示す別形態の第一例及び第二例に適用することも可能である。

（第二実施形態の切削工具の別形態）
上述の第二実施形態では、切削工具９０Ｂの工具本体９１Ｂの外周面９１ｂｖに捩れる縮径部Ｓｅ，Ｓｆを形成したが、図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、工具本体１４１の大径端面１４１ｃｖの中心に、軸線方向に延びて切削油供給装置に連通する吐出孔１４２を設け、工具本体１４１の大径端面１４１ｃｖに、吐出孔１４２において周方向に所定間隔をあけて吐出孔１４２から径方向に放射状に切れ刃１４１ｒｖのうち円弧状部分１４１２ｒｖまで延び、大径端面１４１ｃｖ側から見て切削工具１４０の図示矢印ａの回転方向とは逆方向に捩れる複数本の溝１４３を形成するようにしてもよい。

これにより、切削工具１４０の吐出孔１４２から吐出されて大径端面１４１ｃｖに供給される切削油Ｓには、図示矢印で示すように、切削工具１４０の回転に伴って溝１４３の内壁から切れ刃１４１ｒｖに向かって押し込む力が発生する。よって、大量の切削油が、各溝１４３を伝わって切削工具１４０の切れ刃１４１ｒｖまで到達するので、加工点の温度の低減が可能となり、切削効率を高め、工具寿命を向上できる。なお、図１５Ｂにおいては、便宜上、切削油Ｓの経路は１本のみ示す。各溝１４３の形状は、径方向に延びる直線状に形成してもよい。

また、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、工具本体１５１の中心に、大径端面１５１ｃｖに至る途中まで軸線方向に延びて切削油供給装置に連通する導入孔１５２を設け、この導入孔１５２の閉塞端面側の内周に、周方向に所定間隔をあけて径方向に放射状に切れ刃１５１ｒｖのうち円弧状部分１５１２ｒｖまで延びる複数本の供給孔１５３を形成するようにしてもよい。

これにより、切削工具１５０の導入孔１５２に導入される切削油Ｓは、図示矢印で示すように、切削工具１５０の回転に伴って各供給孔１５３を通って切削工具１５０の切れ刃１５１ｒｖまで到達するので、加工点の温度の低減が可能となり、切削効率を高め、工具寿命を向上できる。なお、図１６Ｂにおいては、便宜上、切削油Ｓの経路は１本のみ示す。
なお、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６Ａ及び図１６Ｂに示す切削工具１４０，１５０の形状は、図２Ａ及び図２Ｂに示す第一例に適用する場合について説明したが、図３〜図５Ｂに示す第二例から第四例及び図１１及び図１２に示す別形態の第一例及び第二例に適用することも可能である。

１：切削装置、 ９０Ａ，９０Ｂ，１２０，１３０，１４０，１５０：切削工具、 ９１Ａ，９１Ｂ：工具本体、 ９２：工具軸、 ９１ｂｖ，９１ｂｗ，９１ｂｘ，９１ｂｙ：工具本体の外周面（すくい面）、 ９１ｃｖ：工具本体の大径端面（逃げ面）、 ９１ｒｖ，９１ｒｗ，９１ｒｘ，９１ｒｙ：工具本体の外周面と大径端面とのなす稜線（切れ刃）、 Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅ，Ｓｆ：縮径部、 β：刃先角、 α、δ：すくい角、 θ：切削工具の回転軸線の傾斜角、 Ｇ：切削方向、 Ｗ：被切削物

Claims (14)

1. 切削工具を回転させて被切削物を切削する切削装置であって、
   前記切削工具は、外周面が位相に応じて径方向の位置が変化して断続的に前記被切削物に切り込むすくい面に形成され、端面が逃げ面に形成され、
   前記切削装置は、
   前記切削工具を前記切削工具の軸線回りに回転させる回転手段と、
   前記切削工具の回転軸線が、前記被切削物の切削面に対し垂直な状態から切削方向に所定角度傾斜した状態に設定する傾斜手段と、
   前記切削工具を前記被切削物に対し移動させ、前記切削工具の外周面を前記被切削物に切り込ませて前記被切削物を切削する移動手段と、
   を備える切削装置。
2. 前記切削工具の外周面は、軸線方向に同位相で延びている形状であって工具径より小さい縮径部を有する形状に形成される、請求項１の切削装置。
3. 前記切削工具の外周面は、前記切削工具の端面から根元に向かって前記切削工具の回転方向に位相が捩れた工具径より小さい縮径部を有する形状に形成される、請求項１の切削装置。
4. 前記縮径部の幅は、前記切削工具の端面に向かうに従って狭くするように形成される、請求項３の切削装置。
5. 前記切削工具の外周面は、円錐状に形成される、請求項２〜４の何れか一項の切削装置。
6. 前記切削工具の縮径部は、前記外周面の軸直角断面の輪郭を複数の波形凹凸状とすることで形成される、請求項２〜５の何れか一項の切削装置。
7. 前記切削工具の縮径部は、前記外周面の軸直角断面を楕円状とすることで形成される、請求項２〜５の何れか一項の切削装置。
8. 前記切削工具の縮径部は、前記外周面に所定間隔をあけて複数の溝を設けることで形成される、請求項２〜５の何れか一項の切削装置。
9. 前記切削工具は、偏心した軸線回りに回転可能に形成される、請求項１の切削装置。
10. 前記切削工具の外周面は、円錐状に形成される、請求項９の切削装置。
11. 前記切削装置は、円筒状の前記被切削物を中心軸線回りに回転させる回転主軸を備え、
    前記回転手段は、前記切削工具を前記切削工具の軸線回りに回転させ、
    前記傾斜手段は、前記切削工具の回転軸線が、前記被切削物の切削面に対し垂直な状態から前記被切削物の回転方向とは逆方向の切削方向に所定角度傾斜した状態に設定し、
    前記移動手段は、前記切削工具および前記被切削物を相対移動させ、前記切削工具の外周面を前記被切削物の外周面に切り込ませて前記被切削物の外周面を切削する、請求項１〜１０の何れか一項の切削装置。
12. 前記切削工具の端面の中心には、流体を吐出可能な吐出孔が設けられ、
    前記切削工具の端面には、前記吐出孔から径方向に放射状に外周縁まで延びる溝が形成される、請求項１の切削装置。
13. 前記溝は、前記吐出孔から外周に向かって前記切削工具の回転方向とは逆方向に捩れて形成される、請求項１２の切削装置。
14. 外周面が位相に応じて径方向の位置が変化して断続的に被切削物に切り込むすくい面に形成され、端面が逃げ面に形成された切削工具を回転させて前記被切削物を切削する切削方法であって、
    前記切削工具を前記切削工具の軸線回りに回転させる工程と、
    前記切削工具の回転軸線が、前記被切削物の切削面に対し垂直な状態から切削方向に所定角度傾斜した状態に設定する工程と、
    前記切削工具を前記被切削物に対し移動させ、前記切削工具の外周面を前記被切削物に切り込ませて前記被切削物を切削する移動工程と、を備える切削方法。

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