JPH1110408A - スローアウェイの切削工具とその切削加工方法 - Google Patents

スローアウェイの切削工具とその切削加工方法

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JPH1110408A
JPH1110408A JP16373497A JP16373497A JPH1110408A JP H1110408 A JPH1110408 A JP H1110408A JP 16373497 A JP16373497 A JP 16373497A JP 16373497 A JP16373497 A JP 16373497A JP H1110408 A JPH1110408 A JP H1110408A
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JP
Japan
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tool
cutting
temperature
electrode
cutting tool
Prior art date
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JP16373497A
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English (en)
Inventor
Shinya Sekiyama
伸哉 関山
Shinji Sawa
沢  真司
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】工具の摩耗や欠損等を常時モニタすることによ
り加工面品質の低下を防止し、製品の歩留まりを向上さ
せる。 【解決手段】スローアウェイ工具のすくい面上に複数種
の異種金属を接触状態で形成し、それを熱電対として切
削温度を高精度に測定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は切削加工方法係り、
とくに加工面の品質を要求される高精度な切削工程を対
象とし、その加工工具、加工方法及びその自動化に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に回転対称部品は、切削工具に工具
鋼や超硬合金等の高硬度で靭性の高い材質のバイトを用
いた旋削加工により製造される。このバイトは永久的に
使用できるわけではなく、加工時間(切削距離)と共に
徐々に摩耗し、加工面の品質に悪影響を及ぼすようにな
る。
【0003】また、この工具の摩耗状況は加工条件や、
被加工物と工具材質との組み合わせ等によって大きく異
なる。
【0004】そこで、一般には対象となる被加工物を加
工し、工具の材種を含めた最適な加工条件を予め実験的
に求める方法を採用している。これは実際の被加工物を
適当な切削距離まで加工し、加工面の品質を評価した
り、工具であるバイトの摩耗状況を直接観察したりし
て、工具の寿命を決める方法である。実際は、この方法
によって決めた工具の寿命に相当する加工時間や、加工
個数に至ったときに適宜工具を交換しながら加工を行
う。
【0005】この方法では工具交換のための自動化が困
難であり、何らかの以上が発生し寿命時間に至っていな
いうちに工具が欠損した場合などは全く効果がない。従
って加工中に工具の異常を検知する方法が種々試みられ
ているが、何れの方法も問題点があり、実用化されてい
ない。例えば樫村らの方法(「ニューラルネットワーク
による工具損耗状態の認識」日本機械学会講演論文集N
o.967-1(96.3.21))では、切削工具に生じる切削力をイ
ンプロセスで測定し、測定結果と過去の実験例との比較
により工具の摩耗状態を把握するものである。切削力は
工具の損耗状態と強い相関関係があることが種々の研究
結果から分かっており、インプロセスでの工具損耗の監
視には有効な手段である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述の切削工具の寿命
は実際の被加工物を相当数加工し、作業者が工具の切れ
刃の摩耗を拡大鏡で観察したり、加工面精度の低下を定
性的に判断し決めていた。
【0007】しかしながら、従来の方法では実際の加工
状況を完全に模することは不可能である。このためまだ
使用できる工具を交換してしまったり、寿命がきていて
もそのまま使って加工面の品質の低下を招いたりする。
さらに、予め工具の寿命を求めるため、長い場合は数日
間に渡って実験を行う必要があった。
【0008】また、樫村らの方法では切削力を測定する
ために機上に動力計やアンプ、比較検討するためのコン
ピュータ等を設置する必要がある。さらに切削力の測定
は周囲の雰囲気に影響を受けやすく、特に切削熱により
高温になるバイト周辺では正確に切削力を測定できない
問題があり、量産工程への実用化が困難である。
【0009】この解決方法として、例えば加工面の品質
を常時測定し、予め決められた品質に至らなかった場合
には、工具が寿命に達したと判断して、工具の交換を行
う方法がある。しかし、被加工物の全数の測定を行う必
要があり、また工具が寿命に至っていない場合でも、必
ず測定を行う必要があるため非常に効率が悪い。
【0010】1つの工具で複数の被加工物を加工する
際、常に工具の摩耗状況が解れば上述の課題は解決され
る。つまり、工具の寿命は切削距離や加工時間に対し、
一意的に決まるものではない。極端に言えば、1個の被
加工物を加工しただけで、寿命に達する工具もあるはず
である。すなわち、被加工物の歩留まりを向上させるた
めには、加工工具がどのような状況にあるのかを常に監
視する必要がある。このためには、工具の寿命が常にモ
ニタ出来る方法が必要となる。
【0011】一般に、工具の寿命は工具の刃先を顕微鏡
で観察し、作業者のノウハウをもとづき判断している
が、大量生産の自動加工機で被加工物を1個加工する度
に、工具の摩耗状況を測定するのは非常に困難である。
また、視覚的に判断する方法として、モニタカメラ等で
監視する方法も考えられるが、切削液や切りくずが飛散
している環境でモニタするのは困難である。また、上述
したように切削力をインプロセスで測定する方法では装
置が高価かつ複雑であったり、切削熱の影響で確実な評
価ができなかったりする。
【0012】以上のことを踏まえ、加工面の品質を維持
し、製品歩留まりが向上できるように、個別に寿命判断
できる切削工具を安価に提供する必要がある。
【0013】
【課題を解決するための手段】そこで、発明者らは、切
削工具の摩耗が進行すると切削温度が上昇する現象に着
目し、切削点近傍の温度を常時モニタし、非定常的な切
削温度の上昇が工具の摩耗の判断基準となることを見い
だした。従って、切削点の温度を感度よく測定すること
により工具の寿命を常時監視することができる。その結
果、被加工物の歩留まりの向上と、寿命に達していない
工具の無駄な交換をなくすことが出来る。
【0014】また、切削点の温度を感度よく測定するた
めには、切削点近傍に温度計を設置しなければならな
い。温度測定の感度を向上するためには測定点を出来る
だけ切削点近くに設置する必要がある。実験室レベルで
は、岩田他2名「銅の超精密ダイヤモンド切削における
切削温度の解析」精密工学会誌No53、Vol8(1
987)に述べられているような方法で温度を測定して
いた。この方法では装置が非常に煩雑であるため実際の
量産加工時の測定には適用できない。従って、この方法
は実際の作業で使われることはなかった。しかも赤外線
による切削温度の測定のため切削加工液等を用いること
ができない。また、市販の熱伝対を工具に埋め込む方法
も考えられるが、工具材料は一般に高硬度であり熱伝対
を埋め込むための加工が困難である。
【0015】これに対し、本発明はスローアウェイ切削
工具の表面に直接熱電対型の温度センサを設置し、切削
点の温度を測定する方法を与えるものである。これは切
削点の近傍に、工具生産時のプロセスにて直接温度セン
サを設置することができるため、温度測定の感度が非常
に高い。また、工具の大量生産時の保護膜の成膜プロセ
スを大きく変えることなく生産できるため、非常に安価
に提供できる。
【0016】スローアウェイ切削工具上に設けた熱電対
は切削点近傍の温度を測定する。この測定結果からは切
削抵抗の増加や加工モードの変化を一意的に表す。すな
わち最も高精度な加工が出来る加工面の延性モードの切
削では切削抵抗が小さいため切削点でに温度上昇は加工
距離に対し、リニアな関係である。それに対し、工具が
摩耗してくると加工のモードがむしれ型に移行し、切削
抵抗が大きくなり、切削点の温度が上昇する。その結
果、加工面の品質が低下する。とくに工具の摩耗の進行
により発生する非定常的な温度上昇は加工面の品質低下
を端的に示す。これは従来に比べ加工点の近傍での温度
測定が可能となったため明らかになったことである。
【0017】従って、工具上に設けた温度センサにより
加工点近傍の温度を常時測定することにより、工具の寿
命、加工面の品質を定常的にモニタ出来る。
【0018】また、温度センサは異種金属の接合による
熱電対を、薄膜プロセスにより工具上に配置することで
切削温度を感度よく安定して測定できる。このプロセス
は一般的に工具の保護膜の製造工程での薄膜プロセスを
そのまま適用することにより、安価に製造できる。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面を参照して
説明する。図1は本発明の工具の切れ刃部分の拡大図、
図2は切れ刃正面から見た工具の断面模式図、図3は本
発明の概略の模式的に表した図である。
【0020】本発明の工具は母材(2-g)の超硬合金
を所望の形状に成形した後、すくい面(2−c)上に鉄
の電極膜(2−d)とコンスタンタンの電極膜(2−
e)をそれぞれ工具中心線を境に接触させた状態でスパ
ッタリングにより1ミクロンの厚さに成膜し、さらにそ
の上に窒化チタンの保護膜(2−h)を4ミクロンの厚
さにCVD法にて形成している。なお、この材料にはこ
の測定原理から異種金属であればあらゆる組み合わせで
も測定可能である。母材は超硬合金以外のサーメットや
工具鋼等でも同様である。保護膜も窒化チタン以外でも
構わない。
【0021】電極膜にはそれぞれ絶縁された配線(2−
f)を設置してあり、この配線を温度測定器3に接続
し、切削点の温度を測定する。図面では電極膜を並列に
並べて配置しているが、上下2層に配置しても良い。ま
た、工具の材質を熱電対の第1の電極として用い、保護
膜を第2の電極に用いても同様である。
【0022】上述の工具(JIS#DNMG15061
2型)を用いφ200mmの機械構造用炭素鋼鋼材(S
45C)を回転数を500r/min、工具送り速度を
0.2mm/回転、切り込み深さ0.2mmの加工条件
で外径旋削したときの温度センサからの測定結果を図4
に示す。切削加工液は水溶性の切削油剤をかけてあるが
加工液の影響は工具のすくい面で直接温度測定している
ためほとんどない。
【0023】図4のように切削温度は切削距離が0〜
0.7kmまでの場合、まず切削開始点で急激に温度が
上昇し、その後加工時間と共に定常的に切削温度が徐々
に上昇し、加工終了と共に徐々に室温に戻ることがわか
る。また、同じ加工条件で切削距離が2.8〜3.5k
mの場合の結果は切削温度の上昇が急峻で、かつ温度の
ばらつきが大きい。この結果に相当する工具の摩耗状況
を示したのが図5であり、切削距離の増加と共に摩耗が
大きくなっていくことが解る。なお、摩耗は工具の前逃
げ面(2−b)の被加工物と工具とが接触する境界部に
生じる摩耗部の高さで評価している。このときの加工面
の状況は工具の摩耗が原因で加工モードが変化したた
め、バリが多く、図のように加工面粗さが劣化してい
る。
【0024】以上の結果から、切削温度の上昇は工具の
摩耗、すなわち被加工面の品質と良い相関関係を持って
いるため、本発明の工具を用い加工時に常時切削温度を
精度よく測定することにより、加工時の工具摩耗の監
視、被加工面の品質のモニタが出来る。
【0025】また、この温度測定結果をある閾値を設
け、設定温度以上になったときは工具交換を行うように
することにより、いち早く工具の摩耗による被加工物の
劣化を防ぐことが出来る。
【0026】
【発明の効果】従来は予め数日間の実験を行い寿命を判
定した後、その結果に基づいて適宜加工個数や加工時間
等で工具を交換していた。本発明によれば常に加工点の
状況をモニタ出来るためこの実験をなくすことが出来
る。
【0027】また、工具の摩耗による加工面の品質劣化
を前もってモニタ出来るため、被加工物の歩留まりも向
上出来る。
【0028】さらに、工具を新品に交換した直後に何ら
かの原因で工具が欠損してしまった場合、従来は加工面
の精度(寸法等)を評価することにより判断している
が、本発明の工具を用いれば、工具欠損時には切削温度
が上昇しないため、すぐに異常がわかり、製品の歩留ま
りを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の工具の切れ刃部分の拡大模式図。
【図2】切れ刃正面から見た工具の断面模式図。
【図3】本発明の概略の模式的に表した図。
【図4】本発明の工具による切削温度の測定結果の一
例。
【図5】本発明の工具の摩耗量、加工面の表面粗さと切
削距離との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
1…被加工物、 2…本発明の工具
(バイト)、2−a…スローアウェイ工具部、 2−b
…工具前逃げ面、2−c…工具すくい面、 2
−d…電極(鉄)、2−e…電極(コンスタンタン)、
2−f…配線部、2−g…工具母材(超硬合金)、 2
−h…工具保護膜(窒化チタン)、3…温度表示部、4
…工具摩耗部。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】切削工具のすくい面上に異種金属を接合し
    て成る熱電対型の温度センサを形成したことを特徴とす
    るスローアウェイ切削工具。
  2. 【請求項2】所望の形状の母材上の切削点近傍に、少な
    くとも2種類以上の異種金属薄膜を接触状態で薄膜形成
    し、各々の金属薄膜上に電極を成形したことを特徴とす
    るスローアウェイ切削工具。
  3. 【請求項3】請求項1に記載のスローアェイ切削工具を
    用い、切削点近傍の切削温度を常時監視し、その測定し
    た切削温度をもとに加工状況を判定することを特徴とす
    るスローアウェイの切削加工方法。
JP16373497A 1997-06-20 1997-06-20 スローアウェイの切削工具とその切削加工方法 Pending JPH1110408A (ja)

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