JP6828336B2

JP6828336B2 - 加工方法

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Publication number: JP6828336B2
Application number: JP2016181362A
Authority: JP
Inventors: 孝司横山
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2021-02-10
Anticipated expiration: 2036-09-16
Also published as: US20180079047A1; US11198205B2; JP2018043328A; CN107824814A; CN107824814B; DE102017121123A1

Description

本発明は、直線状の切れ刃を有する刃部を備えた切削工具、及びこの切削工具を用いた加工方法に関する。

近年、ＣＢＮ工具等の切削工具の性能向上に伴い、表面仕上げのための研削加工に代えて焼後のワークを高精度に切削するハードターニング加工やハードスカイビング加工が行われるようになっている。例えば、特許文献１には、旋盤の主軸に円筒状ワークの軸方向一端を把持し、ワークの軸心方向に対して傾斜した直線状の切れ刃を有する切削工具を旋盤のタレットに取り付け、切削工具の切れ刃をその長さの範囲で円筒状ワークの外周面に接触させることによって、当該外周面を旋削するスカイビング加工装置が開示されている。

図１０は、ハードスカイビング加工用として旋盤に装着される切削工具を例示している。図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、切削工具１２０は、切れ刃１２２ａを有するチップ（刃部）１２２と、チップ１２２が固定されるシャンク（取付部）１２１とを備えている。チップ１２２は、図１０（ｄ）に示すように、略正三角形状に形成され、その一辺に切れ刃１２２ａが形成されている。シャンク１２１は、横断面形状が正方形の角軸形状に形成されタレットに装着されるシャンク本体１２３（図１０（ａ），（ｂ）参照）と、シャンク本体１２３の軸方向一端側に設けられ、チップ１２２が固定される固定部１２４（図１０（ａ），（ｃ）参照）とを備えている。固定部１２４は、シャンク本体１２３と略同じ幅で、シャンク本体１２３よりも上下方向の寸法が大きく形成された略直方体形状であり、シャンク本体１２３と一体に形成されている。固定部１２４の上端の一方の角部には、傾斜状に切り欠かれた固定面１２４ａが形成され、この固定面１２４ａにチップ１２２が固定されている。

国際公開第２０１３／１７９８５０号

図１０（ｃ）に示すように、シャンク１２１の固定面１２４ａに取り付けられたチップ１２２は、シャンク本体１２３の軸心Ｃ２を通る座標軸Ｘに対して所定の振り角θが設定されている。一方、切れ刃１２２ａが形成されたチップ１２２の一辺は、図１０（ｄ）に示すように、その両端部がアール形状に湾曲しており、そのうちの直線部分が実際に切削に使用される切れ刃１２２ａとされている。図１０（ｄ）には、切れ刃１２２ａの両端の位置が符号Ｐａ，Ｐｂで示されている。

ところで、ＮＣ旋盤のようにワークの切削を数値制御により行う切削装置においては、切削工具の動作制御のために予めチップの位置を把握しておく必要がある。直線状の切れ刃１２２ａを有するチップ１２２においては、ツールプリセッタ等の測定機器を用いて切れ刃１２２ａの一方の端点Ｐａの位置（座標）が測定される。
しかしながら、切れ刃１２２ａの端点Ｐａは、チップ１２２の一辺におけるアール部と直線部との境界であるため、測定機器によってその位置を特定することはできず、当該端点Ｐａを直接測定することはできない。そのため、端点Ｐａに最も近いチップ１２２のコーナー部の頂点を基準点Ｐｃとして、当該基準点Ｐｃに対する端点Ｐａの相対位置の情報（距離等）を予めパラメータとして取得しておき、測定機器によって基準点Ｐｃを測定した後、当該基準点Ｐｃの測定値から前記相対位置の情報を用いて端点Ｐａの位置を演算により求めることが行われていた。

しかしながら、基準点Ｐｃ自体が実際には存在しない仮想点であるために、測定が困難であり、その基準点Ｐｃをもとに端点Ｐａを正確に求めることは極めて難しい。

本発明は、刃部の切れ刃における所定位置を容易に求めることができる切削工具、及び加工方法を提供することを目的とする。

本発明の切削工具は、直線状の切れ刃を有する刃部と、前記刃部が固定される固定部、及び切削装置に取り付けられる取付部本体を有する取付部と、を備え、前記切れ刃が、前記取付部本体の軸心に直交する平面上で前記軸心を通る仮想線に対して直交して配置され、前記切れ刃の長さ方向の中央が、前記仮想線上に配置されていることを特徴とする。

上記構成によれば、取付部本体の軸心に直交する平面上において前記軸心を原点とする第１座標軸及び第２座標軸を有する座標系を想定した場合に、一方の座標軸に前記仮想線を一致させたときの切れ刃の姿勢を基準姿勢として、第１及び第２座標軸に対して取付部本体の軸心回りに切削工具を所定の角度だけ回転させたとき、以下に示す（ａ）〜（ｃ）の値を用いて、第１及び第２座標軸における切れ刃の所定位置（例えば切れ刃の端点）の座標を演算により求めることが可能となる。
（ａ）切削工具の回転角度の値
（ｂ）切れ刃の長さ方向中央から切れ刃の所定位置までの距離の値
（ｃ）切れ刃の長さ方向中央から取付部本体の軸心までの距離の値
上記（ａ）の値は、切削装置による制御値であり、上記（ｂ）（ｃ）の値は、切削工具の設計値であるため、いずれも既知の値である。これらの既知の値を用いることによって、ツールプリセッタ等の測定装置を使用することなく演算によって切れ刃の端点の位置を容易に求めることができる。

前記切れ刃の長さ方向の中央は、前記取付部本体の軸心上に位置していることが好ましい。
この場合、上記（ｃ）の値が実質的にゼロとなるため、上記（ａ）（ｂ）の値を用いて、切れ刃の端点の座標をより容易に演算により求めることが可能となる。

前記取付部本体は、丸軸形状に形成されていることが好ましい。
近年、ＮＣ旋盤に代えて、切削工具をマシニングセンタに装着することによって旋削加工を行うことが考えられている。しかしながら、マシニングセンタには、角軸形状のシャンク（取付部）を装着することができないため、図１０に示すような切削工具１２０を用いることができない。したがって、本発明のように取付部本体を丸軸形状に形成することによってマシニングセンタに装着することが可能となる。

本発明の加工方法は、上記の切削工具を切削装置の工具回転軸に装着して円筒状のワークの表面を加工する方法であって、前記工具回転軸における割り出し機能により切れ刃の振り角を設定し、加工を行うことを特徴とする。
このような構成によって、切れ刃の振り角を任意に設定することができる。

本発明によれば、切削工具の刃部における切れ刃の所定位置を容易に求めることができる。

第１の実施形態に係る切削工具を装着した切削装置の説明図である。切削工具の平面図である。切削工具の側面図である。切削工具の正面図である。チップの平面図である。ワークを切削する様子を示す説明図である。切削工具の加工開始点を測定する方法を示す正面図である。第２の実施形態に係る切削工具の正面図である。切削工具の加工開始点を測定する方法を示す正面図である。（ａ）は、従来の切削工具の側面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）はチップの平面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る切削工具を装着した切削装置の説明図である。
切削装置１０は、例えば、マシニングセンタにより構成され、切削用の工具２０を装着することによってハードスカイビング加工を行う旋盤として機能するものである。切削装置１０は、切削工具２０を装着した工具ホルダ１３が着脱可能に取り付けられる工具回転軸１２と、ワークＷを着脱自在に取り付けるチャック１１ａを有する主軸１１とを備えている。

本実施形態のワークＷは円柱形状に形成され、その軸心が主軸１１の軸心Ｃ１と一致するように主軸１１に取り付けられる。したがって、以下の説明では、ワークＷの軸心に対しても主軸１１の軸心と同一の符号Ｃ１を付している。ワークＷは、主軸１１によって軸心Ｃ１回りに回転駆動される。

工具回転軸１２は、先端に工具ホルダ１３が取り付けられ、軸心Ｃ２回りに回転駆動される。工具回転軸１２の先端部には、工具ホルダ１３を装着するための装着孔１２ａが形成されている。切削装置１０は、工具回転軸１２を矢印ａ方向に移動させることでワークに切削工具２０を接触させ、矢印ｂ方向に移動させることでワークＷの外周面を切削するように構成されている。切削装置１０は、数値制御により工具回転軸１２の回転量（回転角度）を制御する機能（割り出し機能）を有している。

図２は、切削工具２０の平面図、図３は、切削工具２０の側面図、図４は、切削工具２０の正面図である。
切削工具２０は、シャンク（取付部）２１と、チップ（刃部）２２とを備えている。シャンク２１は、工具ホルダ１３に取り付けられるシャンク本体（取付部本体）２３を有している。なお、工具ホルダ１３は、マシニングセンタに切削工具を取り付けるための部品であり、市販のものを用いることができる。

シャンク本体２３は、円柱の丸軸形状に形成され、工具ホルダ１３に形成された装着孔１３ａに着脱自在に装着される。また、シャンク２１は、シャンク本体２３の先端部に一体に設けられた固定部２４を備えている。固定部２４は、チップ２２を固定するための部分であり、略半円柱形状に形成されている。

シャンク本体２３の軸心と、固定部２４の軸心とは一致している。固定部２４は、シャンク本体２３よりも大径に形成されている。切削工具２０のシャンク２１は、工具ホルダ１３とともに工具回転軸１２と同心状に取り付けられる。したがって、以下の説明では、シャンク２１及び工具ホルダ１３の軸心にも、工具回転軸１２の軸心と同一の符号Ｃ２を付している。

シャンク本体２３の外周面の一部には、固定部２４側ほど軸心Ｃ２に近づくように軸心Ｃ２に対して傾斜した平坦面２３ａが形成されている。この平坦面２３ａには、工具ホルダ１３の側面に螺合される固定ボルト１４の先端が当接される。この固定ボルト１４によって、シャンク２１が工具ホルダ１３に固定される。より具体的には、工具ホルダ１３に対するシャンク２１の抜け止めがなされると共に、軸心Ｃ２回りの相対回転が阻止される。

固定部２４は、円柱体の先端側の大部分を切り欠くことによって略半円柱形状に形成されている。固定部２４の外周面は、半円形の円筒面２４ｃと、軸心Ｃ２に沿って平坦に形成された取付面２４ａとを有している。固定部２４の取付面２４ａには、チップ２２を収容するための凹部２４ｂが形成されている。この凹部２４ｂは、チップ２２の平面形状と略同様の形状に形成されている。

図５は、チップ２２の平面図である。チップ２２は、平面視で三角形状に形成されている。チップ２２は、ＣＢＮを含有する焼結体等から形成されている。チップ２２の一つの辺は、ワークＷを切削するための切れ刃２２ａとされている。チップ２２は、固定部２４の凹部２４ｂに収容され、この切れ刃２２ａが固定部２４の先端面よりもわずかに突出している。チップ２２の平面視における略中央部には貫通孔２２ｂが形成され、この貫通孔２２ｂに挿入した固定ボルト２５（図２参照）を固定部２４に螺合することによってチップ２２が固定されている。

チップ２２の各コーナー部はアール状に丸められている。切れ刃２２ａは、チップ２２の一辺のうち直線状に形成された部分により構成されている。切れ刃２２ａの両端（端点Ｐａ，Ｐｂ）は、アール状部分との境界点となる。一方の端点Ｐａは、加工開始時にワークに接する加工開始点Ｐａ’とされ、他方の端点Ｐｂは、加工終了時にワークに接する加工終了点Ｐｂ’となる（図６参照）。

図４に示すように、シャンク２１の軸心Ｃ２に直交する平面上に配置され、かつ当該軸心Ｃ２において互いに直交する第１仮想線３１及び第２仮想線３２を想定したとき、固定部２４に固定されたチップ２２の切れ刃２２ａは、第１仮想線３１上に配置され、第２仮想線３２に直交している。また、切れ刃２２ａの長さ方向の中央Ｐｏは、第２仮想線３２上に配置されている。より詳しくは、切れ刃２２ａの長さ方向の中央Ｐｏは、シャンク２１の軸心Ｃ２上に位置している。第１仮想線３１及び第２仮想線３２は、後述するように切れ刃２２ａの加工開始点Ｐａ’の位置を求めるための直交座標系において切れ刃２２ａの基準姿勢を設定する際に用いられる。

図６は、ワークＷを切削する様子を示す説明図である。
ワークＷの切削を行うとき、切削工具２０のチップ２２はワークＷの軸心Ｃ１に対して所定の振り角θで傾斜した状態で配置される。そして、切削装置１０は、切れ刃２２ａの一端である加工開始点Ｐａ’をワークＷの軸心Ｃ１の側方に位置する外周面に接触させ、その後、矢印ｂ方向にチップ２２を移動させることで、ワークＷとの接触点を切れ刃２２ａ上で移動させ、接触点が切れ刃２２ａの他端である加工終了点Ｐｂ’に到ったところで切れ刃２２ａをワークＷから離反させる。

このようなチップ２２の動作によって、ワークＷの外周面が所定の加工範囲Ａで切削される。加工範囲ＡにおけるワークＷの切削は、切れ刃２２ａの長さ全体を用いて行われるため、切れ刃２２ａの摩耗・損傷が抑制され、チップ２２の寿命を高めることができる。また、通常の旋削加工に用いられるチップ２２は多角形の１つのコーナー部において切削を行うため、ワークＷの外周面に微細な螺旋状の溝が形成されるが、本実施形態では、直線状の切れ刃２２ａによって切削を行うので、当該溝の形成を抑制することができる。

以上のような切削加工を数値制御により行う場合には、切削装置１０側でチップ２２の位置（姿勢）を把握しておく必要がある。そのため、切削加工に先立ち、切削装置１０においてチップ２２の位置を取得する工程が行われる。本実施形態の切削装置１０は、チップ２２の加工開始点Ｐａ’の座標を求めることによってチップ２２の位置を把握するように構成されている。

図７は、切削工具２０の加工開始点Ｐａ’を取得する方法を示す説明図である。
前述のように、切削工具２０は、切れ刃２２ａの長さ方向の中央Ｐｏとシャンク２１の軸心Ｃ２とが一致している。本実施形態の切削装置１０は、シャンク２１の軸心Ｃ２を原点とする直交座標系を設定し、この直交座標系における加工開始点Ｐａ’の座標を求める。具体的には、軸心Ｃ２を通る水平なＸ軸と、Ｘ軸及び軸心Ｃ２に直交するＹ軸とを設定する。

切削工具２０のチップ２２は、図４に示すように第１仮想線３１がＸ軸に一致し、第２仮想線３２がＹ軸に一致しているときを基準姿勢（振り角θ＝０°）とし、この基準姿勢から工具回転軸１２の回転によってＸ軸に対して所定の振り角θで傾斜した状態が切削姿勢として設定される。

チップ２２の振り角θは、工具回転軸１２の回転量から取得される制御値である。また、切れ刃２２ａの長さ方向の中央Ｐｏから加工開始点Ｐａ’までの距離ｄ（図５参照）は、切削工具２０の設計値であるため、既知の値である。したがって、加工開始点Ｐａ’のＸＹ座標系における座標（ｘ’，ｙ’）は、次の式（１）、（２）により求めることができる。
ｘ’＝ｄｃｏｓθ ・・・（１）
ｙ’＝ｄｓｉｎθ ・・・（２）

切削装置１０は、切れ刃２２ａの長さ方向の中央Ｐｏから加工開始点Ｐａ’までの距離ｄを予めパラメータとして制御装置に記憶しておき、工具回転軸１２の回転量と距離ｄとを用いて加工開始点Ｐａ’の座標を求める。したがって、従来のようにツールプリセッタ等の測定機器を用いて切削装置に取り付けた切削工具のチップの位置を外部から測定する必要が無く、より正確にチップの位置を取得することができる。

また、本実施形態の切削工具２０は、丸軸形状のシャンク本体２３を備えているので、工具ホルダ１３を用いることによってマシニングセンタの工具回転軸１２に好適に装着することができる。

［第２の実施形態］
図８は、第２の実施形態に係る切削工具の正面図である。
本実施形態の切削工具２０は、第１実施形態と同様に、チップ２２の切れ刃２２ａが、シャンク本体２３の軸心Ｃ２に直交する第２仮想線３２に直交して配置されている。また、切れ刃２２ａの長さ方向の中央Ｐｏは、第２仮想線３２上に配置されている。しかし、切れ刃２２ａは、第１仮想線３１上には配置されておらず、切れ刃２２ａの中央Ｐｏは、軸心Ｃ２上に配置されていない。切れ刃２２ａは、第１仮想線３１に対して距離ｅだけ離れた位置で第１仮想線３１と平行に配置されている。

図９は、切削工具２０の加工開始点Ｐａ”を取得する方法を示す説明図である。
切削工具２０のチップ２２は、工具回転軸１２の回転によってＸ軸に対して所定の振り角θで傾斜した状態が切削姿勢として設定される。チップ２２の振り角θは、第１の実施形態と同様に、工具回転軸１２の回転量から取得される制御値である。また、切れ刃２２ａの長さ方向の中央Ｐｏから加工開始点Ｐａ”までの距離ｄ、及び、中央Ｐｏから軸心Ｃ２までの距離ｅは、切削工具２０の設計値であるため、既知の値である。これらの既知の値を用いることによって、加工開始点Ｐａ”のＸＹ座標系における座標（ｘ”，ｙ”）を演算によって求めることができる。

例えば、図９に示す例の場合、第１の実施形態と同様の手法により、切れ刃２２ａの中央Ｐｏが軸心Ｃ２上に配置されている場合を想定した加工開始点Ｐａ’ の座標（ｘ’，ｙ'）を、上記式（１）及び（２）により求める。そして、このＰａ’から距離ｅだけ離れた座標Ｐａ”（ｘ”，ｙ”）を次の式（３）、（４）により求めることができる。
ｘ”＝ｘ’＋ｅｓｉｎθ ・・・（３）
ｙ”＝ｙ’−ｅｃｏｓθ ・・・（４）

切削装置１０は、切れ刃２２ａの長さ方向の中央Ｐｏから加工開始点Ｐａ”までの距離ｄと、中央Ｐｏから軸心Ｃ２までの距離ｅとを予めパラメータとして制御装置に記憶しておき、工具回転軸１２の回転量と距離ｄ、ｅとを用いて加工開始点Ｐａ”の座標を求める。
なお、加工開始点Ｐａ” の座標は、以上の式（１）〜（４）を用いた計算方法に限らず、上記の既知の値を用いた他の計算方法により求めてもよい。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において変更することが可能である。
例えば、演算により求められる切れ刃の所定位置は、加工開始点に限らず、加工終了点であってもよく、その他の位置であってもよい。

切削工具は、チップがシャンクに着脱可能に取り付けられるものに限らず、シャンクと一体的に形成されたものであってもよい。
チップは、直線状の切れ刃を有するものであればよく平面視三角形状に限られない。また、チップの材質についても限定されるものではない。ただし、ハードスカイビング加工を行うために必要な硬度等を備えたものを適用することが好ましい。

切削工具は、シャンクのシャンク本体が角軸形状（角柱形状）に形成されたものであってもよい。この場合、角軸の軸心に対して、チップの切れ刃が所定の関係にあればよい。
切削装置は、マシニングセンタに限らずＮＣ旋盤等であってもよい。

１０：切削装置、２０：切削工具、２１：シャンク（取付部）、２２：チップ（刃部）、２２ａ：切れ刃、２３：シャンク本体（取付部本体）、２４：固定部、３２：第２仮想線、Ｃ２：軸心、Ｐａ：端点、Ｐａ’：加工開始点、Ｐａ”：加工開始点、Ｐｏ：切れ刃の中央

Claims

切削工具を切削装置の工具回転軸に装着して円筒状のワークの表面を加工する方法であって、
前記切削工具は、直線状の切れ刃を有する刃部と、
前記刃部が固定される固定部、及び切削装置に取り付けられる取付部本体を有する取付部と、を備え、
前記切れ刃が、前記取付部本体の軸心に直交する平面上において前記軸心を通る仮想線に直交して配置され、
前記切れ刃の長さ方向の中央が、前記軸心上に配置されており、
前記切削装置は、前記平面上において前記軸心を原点とするＸＹ座標系における前記切れ刃の所定位置の座標（ｘ’、ｙ’）を次の式（１）及び式（２）を用いて求めることで、前記刃部の位置を把握した状態で切削加工を行うことを特徴とする加工方法。
ｘ’＝ｄｃｏｓθ ・・・（１）
ｙ’＝ｄｓｉｎθ ・・・（２）
（ただし、θは、前記切削工具の回転角度である前記ＸＹ座標系のＸ軸に対する切れ刃の振り角、ｄは、前記切れ刃の長さ方向中央から前記所定位置までの距離）
切削工具を切削装置の工具回転軸に装着して円筒状のワークの表面を加工する方法であって、
前記切削工具は、直線状の切れ刃を有する刃部と、
前記刃部が固定される固定部、及び切削装置に取り付けられる取付部本体を有する取付部と、を備え、
前記切れ刃が、前記取付部本体の軸心に直交する平面上において前記軸心を通る仮想線に直交して配置され、
前記切れ刃の長さ方向の中央が、前記仮想線上に配置されており、
前記切削装置は、前記平面上において前記軸心を原点とするＸＹ座標系における前記切れ刃の所定位置の座標（ｘ”、ｙ”）を次の式（１）〜式（４）を用いて求めることで、前記刃部の位置を把握した状態で切削加工を行うことを特徴とする加工方法。
ｘ’＝ｄｃｏｓθ ・・・（１）
ｙ’＝ｄｓｉｎθ ・・・（２）
ｘ”＝ｘ’＋ｅｓｉｎθ ・・・（３）
ｙ”＝ｙ’−ｅｃｏｓθ ・・・（４）
（ただし、θは、前記切削工具の回転角度である前記ＸＹ座標系のＸ軸に対する切れ刃の振り角、ｄは、前記切れ刃の長さ方向中央から前記所定位置までの距離、ｅは、前記軸心から前記切れ刃の長さ方向中央までの距離）
前記取付部本体が、丸軸形状に形成されている、請求項１又は２に記載の加工方法。
前記所定位置は、切れ刃の加工開始点又は加工終了点である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の加工方法。