JP3170695U - 薄板端面の加工工具ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】既存の工作機械の主軸に簡単に着脱自在にでき、あらゆる形状寸法の薄板材のリブ加工が簡便・且つ、歪みなく高精度に実施できる薄板端面の加工工具ユニットを提供する。【解決手段】加工機の主軸Ｓに装着された加工工具ユニット１００において、負荷側となる回転軸Ｓを二軸Ｓ１，Ｓ２等に複軸化するとともに、両軸の回転方向を同一方向または逆方向とし、上記両軸に回転刃具Ｔ１を備え薄板材１０の隙間Ｘ１よりも刃具外径間の隙間Ｘとし、この隙間に薄板材を挿入して薄板材の両端面１０ａ，１０ｂを同時に切削加工する加工工具ユニットである。【選択図】図１

Description

本考案は、炭素繊維強化プラスチック積層板やアルミニウム薄板等の薄板両端面を加工する加工工具に係わり、特に、各種薄板端面（リブ）に側圧歪みを与えることなく精度良く・効率良く端面加工する加工装置の工具ユニットに関するものである。

近年、例えば、航空機による国際的な物流増大に対応する事と、対地球環境向上を図るための低燃費性の要求が高まり、航空機の機体軽量化と燃費改善が図られている。その具体的方策として、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）等の繊維強化プラスチック系の薄板材が軽量で、且つ、高い強度と剛性とを備えているため、航空機等の構造部材の薄肉リブとして使用されている。

上記薄板材のリブ加工は、図９と図１０に示すような加工手順で実施されている。治具１は、図９に示すように、薄板材Ｐの底面Ｐ１と裏面Ｐ２をクランプし、加工面となる側面Ｐ３を工作機械の主軸に装着した工具ホルダーＨのエンドミルＥにより側面加工し、続いて、治具を反転クランプして裏面Ｐ２側を加工する。上記加工は、図１０に示すように、荒加工▲１▼▲２▼と、仕上げ加工▲１▼▲２▼を繰り返して実施される（非特許文献。）。

しかし、上記薄板材の端面加工（リブ加工）では、下記の不具合がある。▲１▼薄板材のリブ加工は、エンドミルによる加工側圧により、薄板が反加工面側に撓んで歪み、加工精度を低下させる。▲２▼薄板が反加工面側に撓んで歪むのを治具により防止する事も可能だが、加工空間を狭めるとともに、ワークの着脱に手間と時間を要し、多量生産に向かない。▲３▼薄板の反加工面側への歪みを最小にした微小切り込み加工も可能であるが、残留応力が時間経過と共にワークに撓み戻りを起こして加工精度を狂わせる。

そこで、上記従来技術の問題点を解消させるべく、プラスチック成形体の二端面切削加工方法が提供されている。その構成は、相対する一対の荒削り容回転切削刃間に、プラスチック成形体を通過させて荒削りを完了し、継いでラ削り終了プラスチック成形体を一対の仕上げ切削用回転切削刃間を通過させて該プラスチック成形体の相対する面を平行且つ平滑な切削加工面に加工するものである（例えば、特許文献１参照。）。

これにより、プラスチック成形体の二端面切削加工が荒削り工程と仕上げ工程に分けて加工されるから、荒削りの振動が仕上げ削りに影響されずに高精度に仕上げられると共に、成形体に側面方向の加工歪みが解消されていて、効率良く・高精度に加工されるメリットを持っている。

特開平０４−１４１３１０号公報

上記特開平０４−１４１３１０号公報のプラスチック成形体の二端面切削加工方法は、上記のようなメリットがあるものの、下記の問題点が残存している。即ち、一対の回転切削刃は、独立して対向する一対の切削刃駆動部のユニットを加工装置本体の枠体に設置しなければならないので、専用機械になり、高価な加工装置になること。また、ワークも特殊な形状となる為、クランプ治具も特殊なものに限定される。これらの理由により、汎用性が無く、既存の工作機械において、プラスチック成形体の二端面切削加工の実施は不可能である。

本考案は、上記のプラスチック成形体の二端面切削加工方法における問題点に鑑みてなされたものである。その目的は、既存の工作機械、例えば竪型フライス盤や横型フライス盤、マシニングセンター、研削盤等の主軸に簡単に着脱自在にできる上に、あらゆる形状寸法の薄板材の端面加工（リブ加工）が簡便・且つ、高精度に実施できる薄板端面の加工工具ユニットを提供する。

上記目的を達成するべく本考案の請求項１による薄板端面の加工工具ユニットは、加工機の主軸に駆動箱で支持されたシャンク部を連結し、上記シャンク部の回転トルクを駆動箱内の駆動系を介した負荷側に回転軸を備え、上記回転軸の軸端に回転刃具を装着する加工工具ユニットであって、上記加工工具ユニットの負荷側となる回転軸を二軸等に複軸化するとともに、両複軸の回転方向を同一方向または逆方向とし、上記複軸に回転刃具を備えて刃具外径間に薄板材よりも狭い隙間を形成し、上記刃具外径間の隙間に薄板材を挿入して薄板材の両端面を同時に切削加工することを特徴とする。

また、本考案の請求項２による薄板端面の加工工具ユニットは、請求項１記載の薄板端面の加工工具ユニットにおいて、上記回転刃具は、荒加工刃具と仕上加工刃具とを交換可能とすると共に、荒加工刃具の外径寸法よりも仕上加工刃具の外径寸法を仕上切削を見込んで僅かに大径としたことを特徴とする。

また、本考案の請求項３による薄板端面の加工工具ユニットは、請求項１記載の薄板端面の加工工具ユニットにおいて、上記駆動箱を薄板材の両端面及び切削送り方向に対して旋回位置調節機構を備えることで薄板材に対する刃具外径間の隙間調節を可能とし、薄板材の両端面に対する刃具の切込量を調節可能としたことを特徴とする。

また、本考案の請求項４による薄板端面の加工工具ユニットは、請求項１〜３のいずれか一つの項に記載の薄板端面の加工工具ユニットにおいて、上記駆動箱にサイドスルークーラントノズルを装備したことを特徴とする。

また、本考案の請求項５による薄板端面の加工工具ユニットは、請求項１〜３のいずれか一つの項に記載の薄板端面の加工工具ユニットにおいて、上記駆動箱に備える複軸及び回転刃具にセンタースルークーラント流路を装備したことを特徴とする。

また、本考案の請求項６による薄板端面の加工工具ユニットは、請求項４または５記載の薄板端面の加工工具ユニットにおいて、上記センタークーラントノズル叉はセンタークーラント流路に液体クーラントまたは泡状クーラントまたは不燃性ガス等を供給することを特徴とする。

上記請求項１〜３における薄板端面の加工工具ユニットによると、薄板の端面切削は、加工工具ユニットの負荷側となる回転軸を二軸等に複軸化するとともに、両複軸の回転方向を同一方向または逆方向とし、上記複軸に回転刃具を備えて刃具外径間に薄板材よりも狭い隙間を形成し、上記刃具外径間の隙間に薄板材を挿入して薄板材の両端面を同時に切削加工することで、各種薄板端面（リブ）に側圧歪みを与えることなく精度良く・効率良く端面加工される。
更に、加工工具ユニットにおいて、回転刃具は、荒加工刃具と仕上加工刃具とを交換可能とすると共に、荒加工刃具の外径寸法よりも仕上加工刃具の外径寸法を仕上切削を見込んで僅かに大径としたから、両複軸の間隔を変更しなくても荒加工と仕上げ加工が１つの加工工具ユニットで実行される。
更に、加工工具ユニットにおいて、上記駆動箱を薄板材の両端面及び切削送り方向に対して旋回位置調節機構を備えることで薄板材に対する刃具外径間の隙間調節を可能とし、薄板材の両端面に対する刃具の切込量を調節可能に荒加工と仕上げ加工が１つの加工工具ユニットで実行される。

上記請求項４〜６における薄板端面の加工工具ユニットによると、駆動箱にサイドスルークーラントノズルを装備し、また、複軸及び回転刃具にセンタースルークーラント流路を装備している。これにより、上記センタークーラントノズル叉はセンタークーラント流路を介して薄板端面と刃具に液体クーラントまたは泡状クーラント叉は不燃性ガス等が供給され、効率の良い切削加工が実行される。

上記請求項１〜３における薄板端面の加工工具ユニットによると、薄板の端面切削は、加工工具ユニットの複軸に回転刃具を備えて刃具外径間に薄板材よりも狭い隙間を形成し、上記刃具外径間の隙間に薄板材を挿入して薄板材の両端面を同時に切削加工でき、各種薄板端面（リブ）に側圧歪みを与えることなく精度良く・効率良く端面加工できる。
更に、加工工具ユニットにおいて、荒加工刃具の外径寸法よりも仕上加工刃具の外径寸法を仕上切削を見込んで僅かに大径としたから、両複軸の間隔を変更しなくても荒加工と仕上げ加工が１つの加工工具ユニットで実行できる。

更に、加工工具ユニットにおいて、上記駆動箱を薄板材の両端面及び切削送り方向に対して旋回位置調節機構により薄板材に対する刃具外径間の隙間調節を可能とし、薄板材の両端面に対する刃具の切込量を調節可能に荒加工と仕上げ加工が１つの加工工具ユニットで実行できる。

上記請求項４〜６における薄板端面の加工工具ユニットによると、駆動箱にサイドスルークーラントノズルを装備し、また、複軸及び回転刃具にセンタースルークーラント流路を装備したから、上記センタークーラントノズル叉はセンタークーラント流路を介して薄板端面と刃具に液体クーラントまたは泡状クーラントまたは不燃性ガス等が効率良く供給でき、無酸素状態での効率の良い切削加工が高精度に実行できる。

本考案の第１の実施の形態で、薄板端面の加工工具ユニットとその周辺の斜視図である。 本考案の第２の実施の形態で、薄板端面の加工工具ユニットの左側面図である。 本考案の第２の実施の形態で、薄板端面の加工工具ユニットの正面図である。 本考案の第２の実施の形態で、薄板端面の加工工具ユニットの底面図である。 本考案の第３の実施の形態で、薄板端面の加工工具ユニットの外観斜視図である。 本考案の第１，２の実施の形態で、加工工具ユニットによる薄板端面の切削作用図である。 本考案の第１，２の実施の形態で、薄板端面の肉厚寸法に対応した作用平面図である。 本考案の第４の実施の形態で、薄板端面の荒加工と仕上加工を同時実施する作用図である。 従来例を示し、薄板端面の片側加工を実施する正面図である。 従来例を示し、薄板端面の片側加工を荒加工と仕上加工する手順図である。

以下、図１乃至図８を参照し、本考案の第１の実施の形態となる薄板端面の加工工具ユニットを説明する。以下、実施例によりその詳細を説明する。

本考案の薄板端面の加工工具ユニット１００は、下記のようにその主たる構成要件からなる。まず、図１に示すように、薄板端面の加工工具ユニットは、竪型フライス盤や横型フライス盤、マシニングセンター、研削盤等の加工機Ｋの電動機Ｍで駆動される主軸Ｓに着脱可能に構成されている。即ち、上記加工工具ユニット１００は、加工機Ｋの主軸Ｓに駆動箱Ｂで支持されたシャンク部ＴＳを連結し、上記シャンク部の回転トルクＴを駆動箱内の駆動系ＧＯを介した負荷側となる回転軸を複軸化の二軸Ｓ１，Ｓ２とし、両軸Ｓ１，Ｓ２の回転方向を同一方向または逆方向（図示のとおり）とする。上記二軸Ｓ１，Ｓ２の把持部Ｈ１，Ｈ２には、回転刃具（エンドミル：Ｅ１，Ｅ２）を備え、刃具外径間の隙間Ｘは薄板材１０の板厚Ｘ１よりも狭い隙間Ｘとし、上記刃具外径間の隙間Ｘに薄板材１０を挿入して薄板材の両端面１０ａ，１０ｂを同時に切削加工する。即ち、加工機Ｋの下方には炭素繊維強化プラスチック積層板ＣＰやアルミ板等の薄板材１０を冶具Ｇで固定するテーブル３を備え、ＮＣ制御装置ＣＣにより薄板材１０が三次元方向に位置制御される。そして、荒加工工具Ｔ１を先行使用させ、仕上加工工具Ｔ２を後行使用させるべく、上記２軸Ｓ１，Ｓ２の把持部Ｈ１，Ｈ２に荒加工工具Ｔ１と仕上加工工具Ｔ２とを交換可能に備えたものである。

以下、図１〜図４に見るように、薄板端面の加工工具ユニット１００の詳細構成を説明する。上記加工工具ユニット１００は、シャンク部ＴＳの回転トルクＴを駆動箱内の駆動系ＧＯを介した負荷側となる回転軸を複軸化の二軸Ｓ１，Ｓ２とする構成を説明する。図１に示す第１の実施例は、駆動箱Ｂの内部において、シャンク部ＴＳの下端部を回転自在（軸受で支持）に支持し、且つ下端部と直結する第１軸Ｓ１と、第１軸Ｓ１に嵌着する歯車Ｇ１が第２軸Ｓ２に嵌着する歯車Ｇ２に噛み合っている。これにより、上記各軸Ｓ１，Ｓ２は、矢印で示すように、相互に逆方向に逆転駆動する。上記荒加工工具Ｔ１と仕上加工工具Ｔ２とは、バリ抑制作用を発揮させるべく、逆回転に対応するように、逆刃で同じすくい角を持ったエンドミルである。

尚、上記荒加工工具と仕上加工工具との刃すくい角を逆向きとすれば、各軸Ｓ１，Ｓ２を同じ回転方向とすることも可能である。その構成は、図２〜図４に示すように、第２の実施例は、駆動箱Ｂの内部において、シャンク部ＴＳの下端部を回転自在に支持し、且つ下端部の従軸Ｓ´に連結した主歯車Ｇｍに、第１軸Ｓ１の歯車Ｇ１と第２軸Ｓ２の歯車Ｇ２を個別に噛み合わせている。これにより、上記各軸Ｓ１，Ｓ２は、矢印で示すように、相互に同じ方向に回転駆動する。

上記駆動箱Ｂの裏面（外面）１０Ａには、図１と図２に示すように、加工機Ｋとの位置決めピン１４と一体化したクーラント液Ｃや不燃性ガス（窒素ガス等）Ｎや泡状クーラントＡＣやの供給用のカプラ１５を備えており、この接合部１６が加工機Ｋの主軸Ｓの近くに開口させた位置決め供給口１７と着脱可能になっている。上記カプラ１５は、図５に示す第３の実施の形態のように、その噴射ノズル１５Ａが駆動箱Ｂの下面に開口しており、荒加工工具Ｔ１と仕上加工工具Ｔ２とに向けてクーラント液Ｃを噴射するサイドスル−クーラントを構成している。また、センタースルークーラントとするには、クーラント液Ｃ叉は不燃性ガス（窒素ガス等）Ｎ叉は泡状クーラント液ＡＣをカプラ１５から第１軸Ｓ１と第２軸Ｓ２とのセンタースルー孔ｈ，ｈに分割供給し、この先端の把持部Ｈ１，Ｈ２から回転刃具（エンドミルＥ１，Ｅ２等）即ち、荒加工工具Ｔ１と仕上加工工具Ｔ２のセンタースルー孔ｈ１，ｈ２に供給される冷却回路を構成している。勿論、クーラント液Ｃを加工機１の主軸（１軸）Ｓの尾端からシャンク部ＴＳのセンター孔ｈ０に供給する方式としても良い。

本考案の薄板端面の加工工具ユニット１００は、上記のように構成されており、以下のように薄板端面の加工が実施される。先ず、図１と図２に示すように、薄板材１０は、加工機１のテーブル３に治具を介して固定される。上記薄板材１０に対して、ＮＣ制御装置ＣＣにより薄板材１０が三次元方向に位置制御され、荒加工工具側を先行使用させ、仕上加工工具を後行使用すべく、上記２軸Ｓ１，Ｓ２の把持部Ｈ１，Ｈ２に各工具が把持される。

先ず、図１と図６において、荒加工工具Ｔ１となる回転刃具（エンドミルＥ１，Ｅ２等）の隙間Ｘは、薄板材１０の板厚Ｘ１よりも狭い隙間Ｘとし、上記回転刃具（エンドミルＥ１，Ｅ２等）の隙間Ｘに薄板材１０を挿入・挟み込んで薄板材の両端面１０ａ，１０ｂを同時に荒加工する。続いて、仕上加工工具Ｔ２と交換するも、その隙間Ｘを狭い隙間Ｘ１よりも僅かに狭い仕上隙間Ｘ２となる工具外径寸法の工具とする。この仕上隙間Ｘ２のもとに、仕上加工する。

また、別の加工は、図７に示すように、上記駆動箱Ｂを薄板材１０の両端面１０ａ，１０ｂ及び切削送り方向Ｆに対して旋回位置調節機構２０を備えることで薄板材に対する刃具外径間の隙間Ｘを切削板厚Ｘ１に調節を可能とし、薄板材の両端面に対する刃具の切込量を調節可能とした。上記旋回位置調節機構２０は、その１実施例として、駆動箱Ｂの側面に取り付けられているカプラ１５の取付位置を円周方向に微調節固定する構成とする。
上記旋回位置調節機構２０により、上記駆動箱Ｂを切削送り方向Ｆに対して旋回αして固定することで、薄板材１０の両端面１０ａ，１０ｂの板厚Ｘ１（Ａ）よりも狭い隙間Ｘ２（Ｂ´）となり、この隙間Ｘ２（Ｂ´）で、薄板材の両端面を加工することが可能となる。尚、上記旋回位置調節機構２０は、その他の任意な手段が採用できる。

更に、別の加工は、図８に示すように、上記加工工具ユニット１００において、回転切削刃具は、荒加工刃具Ｔ１と仕上加工刃具Ｔ２とを両軸Ｓ１，Ｓ２に装着する。そして、荒加工刃具Ｔ１の外径寸法Ｄ１よりも仕上加工刃具Ｔ２の外径寸法Ｄ２を仕上切削代を見込んで僅かに大径とする。
そして、薄板材１０の両端面１０ａに対して、荒加工刃具Ｔ１と仕上加工刃具Ｔ２とを直列複軸仕上加工し、リブ片面を複軸（２軸）で、同時加工することが可能となる。その後に、薄板材１０の両端面１０ｂに対して、荒加工刃具Ｔ１と仕上加工刃具Ｔ２とを直列複軸仕上加工し、リブ片面を複軸（２軸）で、工具交換することなく効率良く同時加工する。

尚、上記各加工において、加工工具ユニットにおいて、駆動箱にサイドスルークーラントノズルを装備し、また、複軸及び回転切削刃具にセンタースルークーラント流路を装備している。これにより、上記サイドスルークーラントノズル１５Ａ叉はセンタースルークーラント流路ｈ１，ｈ２を介して薄板端面と刃具に液体クーラントＣまたは泡状クーラントＡＣまたは窒素ガスＮ等が供給され、効率の良い切削加工が実行される。

上記加工によるメリットは、▲１▼両側同時加工であるから、薄肉リブ加工時にも、ワークの倒れや加工歪みを最小限に抑制できる。▲２▼同時両面加工により、加工効率が２倍以上に高められる。▲３▼リブの仕上肉厚の調節は、工具径の微妙な設定調節による他、駆動箱１０の加工面に対する旋回角度の大小微調節により、切り込み深さ（カッター間隙間）が替えられるからリブの仕上肉厚の調節が簡単にできる。▲４▼サイドスルクーラントノズルやセンタースル−クーラントノズルを備えているから、クーラント供給や窒素ガスや泡状クーラントによる無酸素加工や泡包囲加工等による加工面保護や切粉処理が完璧に行なわれる。

本考案の実施形態となる薄板端面の加工工具ユニット１００によれば、下記の効果が奏せられる。薄板の端面切削は、加工工具ユニットの複軸に回転刃具を備えて刃具外径間に薄板材よりも狭い隙間を形成し、上記刃具外径間の隙間に薄板材を挿入して薄板材の両端面を同時に切削加工でき、各種薄板端面（リブ）に側圧歪みを与えることなく精度良く・効率良く端面加工できる。

更に、薄板端面の加工工具ユニットによれば、荒加工刃具の外径寸法よりも仕上加工刃具の外径寸法を仕上切削を見込んで僅かに大径としたから、両複軸の間隔を変更しなくても荒加工と仕上げ加工が１つの加工工具ユニットで実行できる。
更に、加工工具ユニットによれば、上記駆動箱を薄板材の両端面及び切削送り方向に対して旋回位置調節機構により薄板材に対する刃具外径間の隙間調節を可能とし、薄板材の両端面に対する刃具の切込量を調節可能に荒加工と仕上げ加工が１つの加工工具ユニットで実行できる。

更に、薄板端面の加工工具ユニットによれば、駆動箱にサイドスルークーラントノズルを装備し、また、複軸及び回転刃具にセンタースルークーラント流路を装備したから、上記センタークーラントノズル叉はセンタークーラント流路を介して薄板端面と刃具に液体クーラントまたは泡状クーラント窒素ガス等が効率良く供給でき、無酸素状態での効率の良い切削加工が高精度に実行できる。

本考案は、その対象物を炭素繊維強化プラスチック積層板やアルミ板等の薄板材の実施例で説明したものであるが、様々な複合積層板の薄板や厚板への適用が可能である。

３ テーブル
１０ 薄板材
１０ａ，１０ｂ 両端面
１４ 位置決めピン
１５ カプラ
１５Ａ 噴射ノズル
１６ 接合部
１７ 供給口
１００ 加工工具ユニット
Ｂ 駆動箱
Ｃ クーラント液
ＣＣ ＮＣ制御装置
ＣＰ 炭素繊維強化プラスチック積層板
Ｅ１，Ｅ２ 回転刃具（エンドミル等）
Ｇ 冶具
ＧＯ 駆動系
Ｇ１〜Ｇ４ 歯車
Ｇｍ 主歯車
Ｋ 加工機
Ｈ１，Ｈ２ 把持部
Ｍ 電動機
Ｎ 窒素ガス
ｈ１，ｈ２ センタースルー孔
Ｓ 主軸
Ｓ´ 従軸
Ｓ１，Ｓ２ ２軸
Ｔ 回転トルク
Ｔ１ 荒加工工具
Ｔ２ 仕上加工工具
ＴＳ シャンク部
Ｘ 刃具外径間の隙間
Ｘ１，Ｘ２ 板厚の隙間

Claims (6)

1. 加工機の主軸に駆動箱で支持されたシャンク部を連結し、上記シャンク部の回転トルクを駆動箱内の駆動系を介した負荷側に回転軸を備え、上記回転軸の軸端に回転刃具を装着する加工工具ユニットであって、上記加工工具ユニットの負荷側となる回転軸を二軸等に複軸化するとともに、両複軸の回転方向を同一方向または逆方向とし、上記複軸に回転刃具を備えて刃具外径間に薄板材よりも狭い隙間を形成し、上記刃具外径間の隙間に薄板材を挿入して薄板材の両端面を同時に切削加工することを特徴とする薄板端面の加工工具ユニット。
2. 上記回転刃具は、荒加工刃具と仕上加工刃具とを交換可能とすると共に、荒加工刃具の外径寸法よりも仕上加工刃具の外径寸法を仕上切削を見込んで僅かに大径としたことを特徴とする請求項１記載の薄板端面の加工工具ユニット。
3. 上記駆動箱を薄板材の両端面及び切削送り方向に対して旋回位置調節機構を備えることで薄板材に対する刃具外径間の隙間調節を可能とし、薄板材の両端面に対する刃具の切込量を調節可能としたことを特徴とする請求項１記載の薄板端面の加工工具ユニット。
4. 上記駆動箱にサイドスルークーラントノズルを装備したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つの項に記載の薄板端面の加工工具ユニット。
5. 上記駆動箱に備える複軸及び回転刃具にセンタースルークーラント流路を装備したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つの項に記載の薄板端面の加工工具ユニット。
6. 上記センタークーラントノズル叉はセンタークーラント流路に液体クーラントまたは泡状クーラントまたは不燃性ガス等を供給することを特徴とする請求項４または５記載の薄板端面の加工工具ユニット。

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