JP6625156B2 - 摺動面の窪み加工用工具および窪み加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械、ＸＹテーブルユニット、測定機等の移動体を案内面に対して摺動する摺動面に潤滑油を溜める窪みを加工するための工具および該工具を用いた窪み加工方法に関する。

工作機械やＸＹテーブルユニット、測定機等では、ベッド等の支持体に案内面を形成するとともに、テーブル等の移動体に摺動面を形成し、案内面と摺動面の間に潤滑油を供給して支持体上に移動体を滑り移動可能に支持するように案内装置が構成される。特許文献１には、そうした摺動面の一例が記載されている。

特許文献１の摺動面には、図９に示すような複数の凹部（窪み）が形成されており、その複数の凹部は、摺動方向に対して所定の第１の傾斜角度をもって傾斜した楕円状の第１の凹部と、摺動方向に対して対称の所定の第２の傾斜角度もって傾斜した楕円状の第２の凹部とから成る。第１と第２の凹部は摺動方向及び直角方向に交互に形成され、かつ、隣接する凹部の長手方向の端部が部分的に重なり合って凹部が連通され、移動体の移動に伴って、潤滑油が凹部間を流れるようになっている。特許文献１には、また、摺動面に第１と第２の凹部を形成する方法として、第１と第２の凹部の断面に対応した形状の切刃を有したスローアウェーチップを用いて、窪みを１つずつヘール加工することが記載されている。

特開２００６−２０７８１１号公報

特許文献１の摺動面では、凹部に溜った潤滑油は、移動体の移動に伴って移動方向の後方及び斜め後方の隣接する凹部へ次々に流動して、容易に摺動面全域の凹部に行き亘り、摺動面全体が均一に潤滑されて摺動面の偏摩耗が低減され、移動体の位置決め精度や運動精度を向上させることがでる。

然しながら、特許文献１に記載されている摺動面の加工方法では、多数の窪みを１つずつヘール加工によって形成するために、非常に時間と労力とが必要で、製造コストが高くなる問題がある。また、加工された窪みの周囲に摺動面から突出する返し（バリ）が発生し、加工後に改めて仕上げ加工する必要がある。

本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、摺動面の潤滑油溜め用の多数の概略楕円状の窪みを効率良く、バリが発生することなく加工できる窪み加工用工具および窪み加工方法を提供することを目的としている。

上述の目的を達成するために、本発明によれば、工作機械の回転主軸に取り付けられ、ワークを加工する工具において、前記回転主軸に取り付けられるシャンク部と、前記シャンク部に結合された刃部とを有したカッタボディと、前記刃部に設けられた２つの切刃とを具備し、
前記２つの切刃は、前記カッタボディの中心軸線に対して所定の捩れ角を以て螺旋状に延設され、かつ、前記カッタボディの中心軸線周りに１８０°の位相差で配置され、前記２つの切刃の間に、前記カッタボディの先端から前記カッタボディの中心軸線に対して平行に、かつ、互いに平行に延びる平面状の２つの切欠き部が形成されており、前記カッタボディの端部から軸方向に見たとき、前記２つの切欠き部に対して平行に延び、かつ前記カッタボディの中心軸線に対して垂直に交差する直線と、前記２つの切刃との２つの交点を結ぶ線分を長径とする共通の楕円の一部に沿って、前記２つの切刃が延設されている摺動面の窪み加工用工具が提供される。

また、本発明によれば、摺動面に浅形の細長概略楕円形状の複数の窪みを、前記楕円形状の長軸が摺動方向に対して傾斜するように形成する窪み加工方法において、カッタボディの外周に前記窪みの摺動方向に直交する高さ方向の寸法に相当する軸線方向範囲に亘って突出し、かつ、捩れ角を有して螺旋状に延設された少なくとも１つの切刃を具備する工具を工作機械の回転主軸に取り付け、前記窪みを加工すべきワークの加工面に対して前記工具の軸線を平行に配置し、前記工具の回転速度に同期させて前記工具とワークとを、前記工具の切刃の加工点の軌跡が、加工すべき窪みの浅形の細長概略楕円形状になるように、ワークの加工面に沿って相対移動させ、ワークの加工面に複数の窪みを加工するようにした窪み加工方法が提供される。

従来ヘール加工で行っている摺動面に浅形の概略細長楕円形状の窪みを、該楕円形状の長軸が摺動方向に対して傾斜するように複数加工する工程を、本発明によれば、回転工具とワークとを相対移動させて加工することができるので、加工能率が飛躍的に向上する。また、本実施形態では、螺旋状に延びる切刃を用いて、高い切削速度で窪みを加工することによって、窪みの周囲に返しまたはバリが生じることが防止される。

更に、摺動面に加工すべき浅形の概略細長楕円形状の窪みの寸法に適合した工具の諸元（例えば工具径、切刃の形状、寸法、個数）および加工条件を予め理論的に求めることができ、そうした工具を作製し、その加工条件で摺動面に窪みを加工することによって、所望の浅形の概略細長楕円形状の窪みを容易に加工することができる。その結果、所望の摺動面の接触面積割合、潤滑油の溜まり性、潤滑油の流動性を確保することができ、剛性や耐摩耗性が高く、かつ、移動体の運動精度、制御性、減衰性の高い摺動面を得ることが可能となる。

本発明の好ましい実施形態による窪み加工用工具の側面図である。 図１の工具の斜視図である。 工具の中心軸線周りに図１とは９０°異なる回転位置から見た工具の側面図である。 図３の矢視線IV-IVに沿う図１の工具の断面図である。 先端側から見た図１の工具の拡大端面図である。 加工すべき浅形の概略細長楕円形状の窪みと共に示す工具の模式図である。 アリ溝の摺動面に窪みを加工する場合を説明するための略示斜視図である。 図７の矢視線VIII方向に見た図７の側面図である。 本発明を適用して形成する窪みのパターンの一例を示す略示平面図である。 窪みのパターンの他の例を示す略示平面図である。 ４段に配設した切刃を有した工具を用いて窪みを加工する場合を説明するための略図である。 本発明のtの実施形態による窪み加工用工具の拡大端面図である。 （ａ）は、図１２の工具の工具経路を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の工具経路により加工される窪みを、工具経路に対応させて示した略示平面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
窪み加工用工具（以下、単に工具と記載する）１０は、少なくとも１つの切刃１６を有した略円柱状のカッタボディ１２を具備している。カッタボディ１２は、工具ホルダ４０（図６）を介して工作機械の回転主軸（図示せず）の先端に装着する円柱状のシャンク部１２ａと、シャンク部１２ａよりも先端側の刃部１２ｂとを有している。刃部１２ｂには、カッタボディ１２の先端から概ね中心部まで中心軸線Ｏに平行に延びる矩形の２つの切欠き部１４が互いに平行に形成されている。

本実施形態では、２つの切刃１６が形成されている。２つの切刃１６は、刃部１２ｂにおいて、切欠き部１４が形成されていない２つの側面１５に１つづず設けられている。２つの切刃１６の各々は所定の捩れ角α（図６）で側面１５に沿って弦巻き状または螺旋状に延設されている。各切刃１６の軸方向の位置は、形成すべき窪み５０（図６）のパターンによって決定され特に限定されないが、図９、１０に示すようなパターンの場合には、軸方向に同じ位置に配置される。図示する実施形態では、２つの切刃１６は、中心軸線Ｏに関して互いに１８０°の位相差で形成されている。

図４〜図６を参照すると、切刃１６は、すくい面１６ａを有している。本実施形態では、すくい面１６ａは工具１０のシャンク部１２ａの方に面している。２つの切刃１６は、工具１０の中心軸線Ｏに垂直な平面に切刃１６を投影したとき、中心軸線Ｏ上に中心を有し、２つの切刃１６の頂点Ｐを通過する線分ＰＰを長径とする共通の楕円の一部に沿って延設されている。該楕円は、その短軸（線分ＰＰに沿う軸線ζに対して垂直な軸線η）を中心として回転させた回転体の側面形状が、形成すべき窪み５０の底面の形状となるように決定することができる。なお、図４は、図３の矢視線IV-IVに沿う工具１０の断面である。図３において、矢視線IV-IVは、切刃１６の捩れ角αに垂直な直線である。また、請求項１に記載の切刃がカッタボディの端部から軸方向に見たとき、概略楕円の一部形状を呈していることは、図５において、切刃１６が切欠き部１４によって分断された２つの楕円弧に見えることを意味している。

頂点Ｐにおける切刃１６の高さｈは、形成すべき窪み５０の深さ、および、工具１０を加工すべきワークの摺動面との間に確保するクリアランスによって決定することができる。更に、切刃１６は、少なくとも、摺動方向Ｄsに直交する方向の窪み５０の寸法Ｈ（形成すべき窪み５０の高さ）に相当する軸線方向の範囲Ｌaに亘って形成される。

以下、本実施形態による工具１０を用いた窪み加工方法について説明する。
図７、８は、一例として、ワーク２１０のアリ溝の摺動面２１２、２１４に工具１０を用いて窪み５０を形成する場合を示している。該アリ溝は、水平の摺動面２１２と、摺動面２１２に対して角度θで傾斜した摺動面２１４とから形成される。加工に際して、工具１０は、その中心軸線Ｏが加工を施す摺動面２１２、２１４に平行で、かつ、摺動方向Ｄsに垂直になるように配向される。この状態で、工具１０を中心軸線Ｏ周りに回転させたときに、切刃１６の頂点Ｐが、摺動面２１２、２１４に形成される窪み５０の最深部を通過するように、工具１０を摺動面２１２、２１４から離反させて工具１０が位置決めされる。

この状態で、工具１０を中心軸線Ｏ周りに回転させながら、工具１０を摺動方向に平行に送り摺動面２１２、２１４に、例えば図９、１０に示すようなパターンで、複数の窪み５０を形成する。回転方向と送り方向は、限定されないが、好ましくは、図７に示すようにダウンカットとなるように決定される。

摺動面２１２、２１４に、例えば図９、１０に示すようなパターンで窪み５０を形成することができる。図９、１０において、窪み５０は第１の窪み５１と、第２の窪み５２を含んでいる。また第１と第２の窪みの間の平坦部分５４が案内面と接触する摺動面となる。

図９、１０において、細長楕円形状の複数の窪み５０は、その長く延びる方向（長軸方向）が、テーブル等の移動体の摺動方向、本実施形態ではＸ軸方向に対して所定の角度をもって傾斜した複数の第１の窪み５１と、前記第１の窪み５１の方向とは異なる方向へＸ軸方向に対して傾斜した複数の第２の窪み５２とから成る。図９、１０では、第１の窪み５１は、その長軸が前記移動体の摺動方向（Ｘ軸方向）に対して例えば４５°の角度をもって傾斜し、第２の窪み５２は、その長軸が−４５°の角度をもって傾斜している。

第１の窪み５１は、Ｘ軸、Ｚ軸方向に所定のピッチＰX、ＰZにて格子状に配列され、第２の窪み５２は、第１の窪み５１に対してＸ軸、Ｚ軸方向に１／２ＰX、１／２ＰZだけオフセットして交互に格子状に配列され、かつ隣接する第１と第２の窪み５１、５２の長軸方向の端部が部分的に重なり合って窪みが連通している。

図９に示すようなパターンで複数の窪み５０を形成する場合、まず、工具１０の中心軸線Ｏに対して垂直なＸ軸方向（摺動方向）に延びる直線に沿って複数の第１の窪み５１を一列に配列するように、工具１０をＸ軸方向に送る。これによって、Ｘ軸方向に配列された第１の窪み５１の第１列（１）が形成される。次いで、工具１０を第１列（１）の最初の第１の窪み５１に対してＸ軸方向に１／２Ｐx分だけオフセットして配置し、かつ、Ｚ軸方向に１／２Ｐzだけ工具１０を後退（図９では下方へ移動）させて、該工具１０を回転させつつＸ軸方向に送る。これによって、複数の第１の窪み５１の第２列（２）が形成される。上記の操作を最終列、図９の例では第８列（８）まで繰り返す。

次に、第２の窪み５２を形成する場合には、まず、第１の窪み５１を形成したときに用いた工具１０を、該工具１０とは逆方向の捩れ角の弦巻線または螺旋に沿って延設された切刃を有する工具（図示せず）に交換する。そして、工具１０をＺ軸方向に、第１の窪み５１の第１列（１）に合わせ、かつ、第１列（１）の中で最初に加工された第１の窪み５１に対してＸ軸方向に１／２Ｐxオフセットして配置し、工具１０を回転させつつＸ軸方向に送り、第２の窪み５２の第１列（１）を形成する。次いで、工具１０を第１列（１）の第２の窪み５２に対して−Ｘ軸方向に１／２Ｐxオフセットし、Ｚ軸方向に１／２Ｐzだけ後退（図９では下方へ移動）させて配置し、該工具１０を回転させつつＸ軸方向に送る。これによって、複数の第２の窪み５２の第２列（２）が形成される。上記の操作を操作を最終列、図９の例では第８列（８）まで繰り返す。

図１０に示す例では、第１の窪み５１は、Ｘ軸方向（摺動方向）にピッチＰXにて等間隔に配列され、奇数番目の列（ｎ＝１、３、…）の間ではＺ軸方向のピッチはＰzとなっている。ある奇数番目の列（ｎ＝１、３、…）の第１の窪み５１と、該奇数番目の列（ｎ＝１、３、…）に隣接した偶数番目の列（ｎ＋１）の第１の窪み５１との間のＺ軸方向のピッチは１／４Ｐzとなっている。第２の窪み５２は、同じ列内の第１の窪５１みに対してＺ軸方向に１／４Ｐzオフセットされている。また、ある奇数番目の列（ｎ＝１、３、…）の第２の窪み５２と、該奇数番目の列に隣接した偶数（ｎ＋１）番目の列の第２の窪み５２との間のＺ軸方向のピッチは１／４Ｐzとなっている。

図１０に示すようなパターンで複数の窪みを形成する場合、まず、工具１０の中心軸線Ｏに対して垂直なＸ軸方向に延びる直線に沿って複数の第１の窪み５１を一列に配列するように、工具１０をＸ軸方向に送る。これによって、第１の窪み５１の第１列（１）が形成される。次いで、工具１０を第１列（１）の最初の第１の窪み５１に対してＸ軸方向に１／２Ｐxオフセットし、かつ、Ｚ軸方向に１／４Ｐzだけ工具１０を後退（図１０では下方に移動）させて、該工具１０を回転させつつＸ軸方向に送る。これによって、複数の第１の窪み５１の第２列（２）が形成される。次いで、工具１０を第２列（２）の第１の窪み５１に対して−Ｘ軸方向に１／２Ｐxオフセットし、かつ、Ｚ軸方向に３／４Ｐzだけ工具１０を後退（図１０では下方に移動）させて、該工具１０を回転させつつＸ軸方向に送る。これによって、複数の第１の窪み５２の第２列（３）が形成される。上記のの操作を最終列、図１０の例では第８列（８）まで繰り返す。

次に、第２の窪み５２については、第１の窪み５１を形成したときに用いた工具１０を、該工具１０とは逆方向の捩れ角の弦巻線または螺旋に沿って延設された切刃を有する工具（図示せず）に交換する。次いで、該工具を第１の窪み５１の第１列（１）に対して、Ｚ軸方向に１／４Ｐzだけ前進（図１０では上方にオフセット）させ、かつ、第１の窪み５１に対してＸ軸方向に１／２Ｐx分だけオフセットして該工具を配置する。そして、工具１０を回転させつつＸ軸方向に送って、第２の窪み５２の第１列（１）を形成する。次いで、−Ｘ軸方向（図１０では左方）に１／２Ｐxオフセットし、Ｚ軸方向に３／４Ｐzだけ工具１０を後退（図１０では下方へ移動）させて工具を配置し、該工具を回転させつつＸ軸方向に送る。これによって、複数の第２の窪み５２の第２列（２）が形成される。次いで、工具をＸ軸方向に１／２Ｐxオフセットして配置し、かつ、１／４Ｐzだけ後退（図１０では下方へ移動）させて配置し、該工具を回転させつつＸ軸方向に送る。これによって、複数の第２の窪み５２の第２列（２）が形成される。上記の操作を最終列、図１０の例では第８列（８）まで繰り返す。

上記の実施形態では、一列ずつ窪み５０を形成する方法を説明したが、工具をＸ軸方向（摺動方向）に１回送る間に複数の列を形成するようにしてもよい。
図１１に示す例では、工具２０は、複数対、例えば図示するように、軸方向に配設された四対の切刃１６を有している。つまり、工具２０は、その中心軸線Ｏ方向に４段に配置され、各段に１８０°の位相差で配置された２つの切刃１６を有している。

図１１において、工具２０は、工具ホルダ４０を介してアングル主軸アタッチメント４００に取り付けられ、アングル主軸アタッチメント４００は、工作機械の主軸装置３００のハウジング等の静止部に固定され、かつ、その入力軸が工作機械の主軸装置３００に回転可能に支持された回転主軸３０２に結合される。入力軸に伝達される主軸３０２の回転は、アングル主軸アタッチメント内の歯車列（図示せず）を介して、回転軸の方向を変更され、工具２０が取り付けられている出力軸に伝達される。

ワーク２００は、例えば工作機械、ＸＹテーブルユニット、測定機等の移動体としてのテーブルとすることができる。本例では、摺動面１００は、ワーク２００において、ベッド等の支持体（図示せず）に設けられた案内面（図示せず）に対面する支承面２０２に貼付された摺動部材１００に形成することができる。摺動部材は、耐摩耗性が高くかつ摩擦係数の低い材料、例えばフッ素樹脂から薄板状に形成され、例えばターカイトやベアリーの商品名で市販されているベアリング材料を用いることができる。

上述の窪み加工方法の実施形態は、工具１０をＸ軸、つまりワークの加工面に沿って真直ぐに相対送りすれば、所望の窪みを加工することができる。請求項３に記載の発明は、上述の実施形態を含む上位概念の窪み加工方法であり、図１２、１３に示す他の実施形態を用いて説明する。工具１０は、図５に示すように切刃１６が楕円形状を呈するが、他の実施形態の工具１０′は、図１２に示すように、切刃１６′がシャンク部１２を示す円と同心の円形状を呈しており、これ以外は、図１の工具１０と同様の捩れ角と切欠き部１４とを有している。

この工具１０′を回転主軸に取り付け、図１３（ａ）に示すような工具経路ＣＰに沿って相対移動させると、ワークには図１３（ｂ）に示すような概略楕円形状の窪み５０を加工することができる。この工具経路ＣＰは、加工する窪み５０のＸ軸方向の長さに相当する区間、Ｙ軸方向に窪みの深さ方向の寸法だけ移動させる形状となっている。請求項３に記載の「前記工具の回転速度に同期させて前記工具とワークとを、前記工具の切刃の加工点の軌跡が、加工すべき窪みの浅形の細長概略楕円形状になるように、ワークの加工面に沿って相対移動させ」は、該他の実施形態をも含むものである。切刃１６、１６′の加工点に着目すると、共に窪みの深さに伴って、工具経路ＣＰと同様の形状の軌跡を描くことが分かる。

１０ 工具
１２ カッタボディ
１２ａ シャンク部
１２ｂ 刃部
１４ 切欠き部
１６ 切刃
５０ 窪み
５１ 第１の窪み
５２ 第２の窪み
２１０ ワーク
２１２ 摺動面
２１４ 摺動面

Claims (3)

1. 工作機械の回転主軸に取り付けられ、ワークを加工する工具において、
   前記回転主軸に取り付けられるシャンク部と、前記シャンク部に結合された刃部とを有したカッタボディと、
   前記刃部に設けられた２つの切刃とを具備し、
   前記２つの切刃は、前記カッタボディの中心軸線に対して所定の捩れ角を以て螺旋状に延設され、かつ、前記カッタボディの中心軸線周りに１８０°の位相差で配置され、
   前記２つの切刃の間に、前記カッタボディの先端から前記カッタボディの中心軸線に対して平行に、かつ、互いに平行に延びる平面状の２つの切欠き部が形成されており、
   前記カッタボディの端部から軸方向に見たとき、前記２つの切欠き部に対して平行に延び、かつ前記カッタボディの中心軸線に対して垂直に交差する直線と、前記２つの切刃との２つの交点を結ぶ線分を長径とする共通の楕円の一部に沿って、前記２つの切刃が延設されていることを特徴とした摺動面の窪み加工用工具。
2. 前記切刃は、前記カッタボディの中心軸線方向に離間配置された複数段の切刃を具備する請求項１に記載の窪み加工用工具。
3. 摺動面に浅形の細長概略楕円形状の複数の窪みを、前記楕円形状の長軸が摺動方向に対して傾斜するように形成する窪み加工方法において、
   カッタボディの外周に前記窪みの摺動方向に直交する高さ方向の寸法に相当する軸線方向範囲に亘って突出し、かつ、捩れ角を有して螺旋状に延設された少なくとも１つの切刃を具備する工具を工作機械の回転主軸に取り付け、
   前記窪みを加工すべきワークの加工面に対して前記工具の軸線を平行に配置し、
   前記工具の回転速度に同期させて前記工具とワークとを、前記工具の切刃の加工点の軌跡が、加工すべき窪みの浅形の細長概略楕円形状になるように、ワークの加工面に沿って相対移動させ、
   ワークの加工面に複数の窪みを加工することを特徴とした窪み加工方法。

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