JP7053362B2 - ねじ切り加工方法及び工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、びびり振動を抑制することができるねじ切り加工方法と、当該方法を実行可能な工作機械とに関するものである。

旋削加工で２つの刃具を使用し、２つの刃具の回転中心軸周りの配置を、対向１８０°のバランス配置に対して相対的にずらすことにより、各刃先で生じる再生効果をキャンセルすることにより再生びびり振動を抑制する技術が知られている（特許文献１参照）。
一方、ねじ切り加工では、刃具の切れ刃の２つの稜線の内、１つの稜線のみを被削材に切り込むねじ切り加工方法が知られている（片刃切込み、逆片刃切込み）。

特開２０１７－１２７９６０号公報

特許文献１の旋削加工方法によれば、丸削りにおいて第１刃具と第２刃具の再生効果を相殺することでびびり振動を抑制することができる。しかしながら、ねじ切り加工においては、再生効果が第１刃具については１パス前の加工面、第２刃具については現在の第１刃具が生成した加工面に存在するため、効果的に再生効果を相殺することができない。
一方、片刃切込み、逆片刃切込みによれば、全ての切れ刃稜線を切り込ませる直角切込みに比べて切削幅が小さくなるため、びびり振動を抑制することができる。しかしながら、仕上げ加工においては、ねじ形状を高精度に加工するため、直角切込みを行いたい場合がある。

そこで、本発明は、仕上げ加工を含むねじ切り加工において効果的にびびり振動を抑制することができるねじ切り加工方法及び工作機械を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ワークを所定の回転速度で回転させながら刃具を径方向に切り込ませ、回転軸方向に送ってねじ部の加工を行った後、刃具を径方向へ逃がすというパスを１サイクルとして複数回繰り返すことにより、ねじ切り加工を行う方法であって、
仕上げ加工の少なくとも１パス前の加工において、刃具を２つ用いて、一方の刃具では片刃切込みにより、他方の刃具では逆片刃切込みによって互いに異なるフランクの加工を同時に行った後、仕上げ加工では、刃具を１つ用いて直角切込みでの加工を行うことで、１パス前の片刃切込みの再生効果と逆片刃切込みの再生効果とを相殺させることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、仕上げ加工前の加工で用いる２つの刃具は、ワークの回転中心軸周りに１８０°となる配置に対し、何れか一方を回転中心軸周りで鋭角となる所定の角度だけずらせた配置とすることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１の構成において、仕上げ加工前の加工で用いる２つの刃具は、ワークの回転中心軸周りに０°となる配置に対し、何れか一方を回転中心軸周りで鋭角となる所定の角度だけずらせた配置とすることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、ワークを所定の回転角度で回転させながら、ワークに対して刃具を径方向に切り込ませ、回転軸方向に送ってねじ部を加工を行った後、刃具を径方向へ逃がすというパスを１サイクルとして複数回繰り返すことにより、ねじ切り加工を実行可能な工作機械であって、
請求項１乃至３の何れかに記載のねじ切り加工方法を実行可能であることを特徴とする。

本発明によれば、ねじ切りの仕上げ加工の少なくとも１パス前に、２つの刃具を使用し、一方の刃具では片刃切込みでの加工を、他方の刃具では逆片刃切込みでの加工を同時に実施して互いに異なるフランクを加工するので、仕上げパスの直角切込みによる加工では、１パス前の片刃切込みの再生効果と逆片刃切込みの再生効果とを相殺することができる。よって、仕上げ加工を含むねじ切り加工において効果的にびびり振動を抑制することができる。

従来のねじ切り加工の説明図で、（Ａ）はワークを側面から、（Ｂ）はワークを軸方向からそれぞれ見た状態を示す。 仕上げ加工の１パス前のねじ切り加工の説明図で、（Ａ）はワークを側面から、（Ｂ）はワークを軸方向からそれぞれ見た状態を示す。 ねじ切り加工を実施するＮＣ旋盤の説明図で、（Ａ）は図２の加工を、（Ｂ）は図５の加工をそれぞれ行う場合を示す。 仕上げ加工の説明図で、（Ａ）はワークを側面から、（Ｂ）はワークを軸方向からそれぞれ見た状態を示す。 刃具の配置の変更例をワークの軸方向から示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず図１は、先に挙げた特許文献１の旋削加工方法をねじ切り加工で実施した場合の一例であり、２つの刃具を対向１８０°のバランス配置に対して相対的に所定の角φだけオフセットしてねじ切り加工を行う様子を示す。Ｗはワーク、１０は第１刃具、２０は第２刃具で、１１は第１刃具１０による１パス前の加工面、２１は第２刃具２０による１／２回転前の第１刃具１０の加工面、ハッチングで示す２３，２３は加工による除去部である。矢印Ａはワークの回転方向である。
一般的にねじ切り加工では、１パス前の加工面が再生効果を持つが、図１の加工では第１刃具１０が加工する１パス前の加工面１１だけでなく、第２刃具２０が加工する１／２回転前の第１刃具１０の加工面２１も再生効果を持つ。ここで、ピッチ角θ１、θ２を特許文献１に記載のように設定して再生効果をキャンセルしようとしても、１パス前の加工面起伏を小さくすることはできないため、びびり振動を効果的に抑制することができない。

これに対して本発明では、図２に示すように、仕上げ加工の１パス前に２つの刃具１０，２０を１８０°の配置に対して鋭角である所定の角αだけオフセットするのは同様であるが、第１刃具１０は、切れ刃の２つの稜線の内、１つの稜線のみをワークＷに切り込む片刃切込みにより、第２刃具２０は、切れ刃の２つの稜線の内、第１刃具１０と逆側の稜線のみをワークＷに切り込む逆片刃切込みによって、互いに異なるフランク（ねじ山の斜面）の加工を行う点が異なっている。
ここで、適切なオフセット角αは、下記式（１）で求めるα’付近の値である。なお、式（１）で用いるびびり振動周波数は、振動センサやマイクロフォンなどにより加工中に測定することができる。

図３（Ａ）に、図２の加工を行う工作機械の一例を示す。ここではＮＣ旋盤５０を例示しており、ベッド５１上の主軸台５２には、モータ５３によって回転駆動する主軸５４が設けられて、端部に設けたチャック５５によってワークＷを把持して回転することで、第１刃物台５６及び第２刃物台５７に設けた刃具により旋削加工が可能となっている。５８はチャック５５の爪、５９は主軸５４の回転検出用のエンコーダである。
このＮＣ旋盤５０では、第１刃具１０を第１刃物台５６に取り付けてワークＷの上方に、第２刃具２０を第２刃物台５７に取り付けてワークＷの下方にそれぞれ移動させ、ワークＷを所定の回転速度で回転させながら図２のように径方向に切り込ませ、回転軸方向に送ってそれぞれ片刃切込みと逆片刃切込みとで異なるフランクの加工を行った後に、各刃具１０，２０を径方向へ逃がすというパスを１サイクルとし、これを複数回繰り返すことにより、ねじ切り加工を行う。但し、第１刃具１０及び第２刃具２０はワークＷの上下からでなく左右から切り込ませてねじ切り加工を行ってもよい。

次に、仕上げ加工を行う。図４は、１つの刃具３０を使用し直角切込みでねじ切り加工を行う様子を示す。ここでは同図（Ａ）のように、刃具３０は、１パス前の第１刃具１０の加工面１２と、１パス前の第２刃具２０の加工面２２とを同時に切削する。１パス前に式（１）に基づいて刃具３０を配置することで、第１刃具１０と第２刃具２０との加工面１２，２２の起伏は、同図（Ｂ）のように逆位相となりキャンセルするため、仕上げの最終パスでは再生びびり振動を生じることなく加工することができる。なお、刃具３０は、第１刃具１０又は第２刃具２０の何れかであってもよい。

このように、上記形態のねじ切り加工方法及びＮＣ旋盤５０によれば、仕上げ加工の１パス前の加工において、刃具１０，２０を２つ用いて、一方の第１刃具１０では片刃切込みにより、他方の第２刃具２０では逆片刃切込みによって互いに異なるフランクの加工を同時に行った後、仕上げ加工では、刃具３０を１つ用いて直角切込みでの加工を行うので、仕上げパスの直角切込みによる加工では、１パス前の片刃切込みの再生効果と逆片刃切込みの再生効果とを相殺することができる。よって、仕上げ加工を含むねじ切り加工において効果的にびびり振動を抑制することができる。

なお、上記形態では、２つの刃具１０，２０を１８０°の配置に対して少しの角度だけオフセットする場合について述べたが、図５に示すように、０°の配置に対して鋭角となる少しの角度だけオフセットする場合でも実施することができる。この場合のＮＣ旋盤５０は、図３（Ｂ）に示すように、第１刃具１０を取り付けた第１刃物台５６と、第２刃具２０を取り付けた第２刃物台５７とをそれぞれワークＷの上方から下向きに切り込んで片刃切込みと逆片刃切込みとを行い、ねじ切り加工を行うことになる。但し、第１刃具１０と第２刃具２０とはワークＷの下方から切り込ませてもよいし、ワークＷの側方から切り込ませてもよい。
また、図５の場合、適切なオフセット角βは、下記式（２）で求める値β’付近の値となる。

一方、工作機械としてはＮＣ旋盤に限らず、上述のねじ切り加工方法を実行可能であれば、複合加工機やマシニングセンタ等であってもよい。また、仕上げ加工前の加工では、複数パス前から２つの刃具を用いて互いに異なるフランクを加工する場合に限らず、仕上げ加工の１パス前の加工でのみ２つの刃具を用いて互いに異なるフランクを加工してもよい。

１０・・第１刃具、１２・・第１刃具による１パス前の加工面、２０・・第２刃具、２２・・第２刃具による１パス前の加工面、３０・・刃具、２３・・除去部、５０・・ＮＣ旋盤、５２・・主軸台、５４・・主軸、５５・・チャック、５６・・第１刃物台、５７・・第２刃物台、Ｗ・・ワーク、α，β・・オフセット角。

Claims (4)

1. ワークを所定の回転速度で回転させながら刃具を径方向に切り込ませ、回転軸方向に送ってねじ部の加工を行った後、前記刃具を前記径方向へ逃がすというパスを１サイクルとして複数回繰り返すことにより、ねじ切り加工を行う方法であって、
   仕上げ加工の少なくとも１パス前の加工において、前記刃具を２つ用いて、一方の前記刃具では片刃切込みにより、他方の前記刃具では逆片刃切込みによって互いに異なるフランクの加工を同時に行った後、
   前記仕上げ加工では、前記刃具を１つ用いて直角切込みでの加工を行うことで、前記１パス前の前記片刃切込みの再生効果と前記逆片刃切込みの再生効果とを相殺させることを特徴とするねじ切り加工方法。
2. 前記仕上げ加工前の加工で用いる２つの前記刃具は、前記ワークの回転中心軸周りに１８０°となる配置に対し、何れか一方を前記回転中心軸周りで鋭角となる所定の角度だけずらせた配置とすることを特徴とする請求項１に記載のねじ切り加工方法。
3. 前記仕上げ加工前の加工で用いる２つの前記刃具は、前記ワークの回転中心軸周りに０°となる配置に対し、何れか一方を前記回転中心軸周りで鋭角となる所定の角度だけずらせた配置とすることを特徴とする請求項１に記載のねじ切り加工方法。
4. ワークを所定の回転角度で回転させながら、前記ワークに対して刃具を径方向に切り込ませ、回転軸方向に送ってねじ部を加工を行った後、前記刃具を前記径方向へ逃がすというパスを１サイクルとして複数回繰り返すことにより、ねじ切り加工を実行可能な工作機械であって、
   請求項１乃至３の何れかに記載のねじ切り加工方法を実行可能であることを特徴とする工作機械。

Images