JP4253424B2 - 鉄系被削材切削用刃具の刃先研磨方法 - Google Patents

鉄系被削材切削用刃具の刃先研磨方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は,鉄系被削材から成るワークの切削後の寸法管理及び面粗度管理のために,切削用刃具の刃先を研磨する鉄系被削材切削用刃具の刃先研磨方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ステンレス材料等の鉄系材料から成るワークの切削加工等において,ワークの切削に伴って切削用刃具の刃先が摩耗するので,ワークの仕上がり加工寸法及び面粗度等の加工精度が徐々に変化する。切削用刃具の刃先の摩耗については,切削の使用開始後の初期摩耗が大きく現れ,ある切削距離に至ると寸法変化が一定の値に飽和して,面粗度等の加工精度が安定してくる。
【0003】
初期摩耗領域で使用中の切削用刃具で切削されたワークは,加工寸法については,±0.2μレベルまでの公差範囲であれば,オペレータによる寸法管理を行うことで対処可能であるが,面粗度については管理できない。特に,ステンレス材料等の鉄系材料から成るワークに寸法公差±0.5μ,面粗度Ry0.5μといった厳しい加工精度が要求された場合,寸法管理は可能であっても非常に困難であり,面粗度に至っては要求精度を満たすことが殆ど不可能である。このように,特に面粗度の管理が厳しい場合には,初期摩耗領域で使用中の切削用刃具で切削されたワークは,通常,要求精度を満たすことができないので不良品として廃棄されることが多い。
【0004】
一般的に,鉄系被削材を切削するための切削用刃具の刃先の摩耗の進行は,初期摩耗が終了した段階で,実質的に停止する。切削用刃具の刃先の初期摩耗量は,刃具材質とワークの材質等の関係によって異なるが,数μ〜数十μの範囲で存在する。切削用刃具によって加工されたワークの寸法精度及び面粗度等の加工精度は,初期摩耗が終了した段階で安定するという性質がある。
【0005】
【発明が解決しょうとする課題】
そこで,鉄系被削材から成るワークを切削するための切削用刃具による切削加工の前に,刃先を予め研磨して,切削用刃具の初期摩耗を早期に終了させ,刃先の摩耗を,摩耗量の増加量が殆どない安定した状態にする点で解決すべき課題がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は,上記の課題を解決することであり,初めて使用を開始する切削用刃具については,予め刃先を機械的に意図的に摩耗させて,鉄系被削材から成るワークの加工によって摩耗した後の状態と同じ状態を早期に作り出すことにより,安定した摩耗領域で切削用刃具を使用可能にし,初期摩耗領域でワークを加工する場合に不良品として廃棄されることになるワークを生じさせず,当初より,安定した寸法精度及び面粗度にてワークを切削加工することができる鉄系被削材切削用刃具の刃先研磨方法を提供することである。
【0007】
この発明は,鉄系被削材から成るワークを切削するための切削用刃具の刃先を,研磨材にて,初期摩耗量が摩耗した状態と同じ状態にまで予め研磨することから成る鉄系被削材切削用刃具の刃先研磨方法において,
前記切削用刃具の前記刃先の研磨による摩耗量が,研磨の前後において,前記切削用刃具によって前記ワークを切削したときの切削寸法の変化量に基づいて計測されることを特徴とする鉄系被削材切削用刃具の刃先研磨方法に関する。
【0008】
この鉄系被削材切削用刃具の刃先研磨方法によれば,例えば,未使用の切削用刃具について,初期摩耗領域を早期に経過させて,初期摩耗量が摩耗した状態と同じ状態にまで研磨材にて予め研磨するので,初期摩耗が終了するまで鉄系被削材から成るワークを切削加工することによる不良品の発生が回避され,研磨済みの切削用刃具によってワークを当初から正式に切削加工することが可能になる。
【0009】
前記研磨材は旋盤機内のチャックに取り付けられて前記旋盤機内の主軸によって回転される砥石であり,前記切削用刃具の前記刃先は,回転する前記砥石に当てることにより研磨される。この場合,前記砥石は,前記旋盤機内に配設される研磨専用チャックに取り付けられて前記旋盤機内に配設される研磨専用スピンドルによって回転することが可能である。切削用刃具の刃先は,旋盤機内のチャック又は研磨専用チャックに取り付けられて旋盤機内の主軸又は研磨専用スピンドルによって回転される砥石によって,初期摩耗量に相当する量だけ研磨される。
【0010】
この鉄系被削材切削用刃具の刃先研磨方法では,刃先が研磨される前の切削用刃具によって切削した加工ワークの寸法と,刃先が研磨された後の切削用刃具によって切削した加工ワークの寸法との寸法差によって,研磨による刃先の摩耗量が算出される。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下,図面の記載に基づいて,この発明による鉄系被削材切削用刃具の刃先研磨方法の実施例を説明する。図1はこの発明による鉄系被削材切削用刃具の刃先研磨方法の一実施例を示す概念図である。
【0012】
図1に示すように,旋盤機内の主軸である回転軸10の先端に取り付けられたチャック11の爪12間に,切削用刃具1の刃先2を研磨する砥石3が同軸状に把持される。砥石3は,爪12に挟まれる軸部4と,軸部4の先端側に一体的な粒度#2000番程度の研磨部5とから構成された軸付き砥石である。回転軸10の回転によって,回転する研磨部5に切削用刃具1の刃先2が当てられて,刃先2が研磨される。切削用刃具1は,鉄系被削材から成るワークを切削するための刃具であり,刃先2の研磨を調節するため,研磨部5に対して回転軸10の軸線方向と回転軸10に直交する径方向とに位置変更及びスライド可能である。なお,回転軸10及びチャック11については旋盤機内のものとして説明したが,研磨専用のスピンドルとチャックに交換して用いてもよい。
【0013】
切削用刃具1の刃先2を砥石3に対して操作することによって,刃先2は,数μ〜数十μの初期摩耗量に相当する摩耗量にて研磨される。研磨した摩耗量が,所定の初期摩耗量に相当する量であるのを確認するために,上記の旋盤のチャック11から砥石3を外して,チャック11に実ワークを装着して,研磨後の刃先2の実質研磨量を,研磨前の座標にて,実ワークを切削加工したときの切削寸法の変化量に基づいて計測する。初期摩耗量は,予め切削用刃具1と被削材であるワークにて目当てを行っておくことが必要である。なお,軸付きの砥石3の粒度番手は,#2000番よりも粗いと刃先切削面が粗くなり,ワークの加工面の粗度が却って悪くなることに注意する。
【0014】
切削用刃具1の刃先2を初期摩耗量に相当する摩耗量の研磨の確認は,図2に示す確認フローチャートに従って,次のように行われる。即ち,先ず,座標系1にて,新しい切削用刃具1でワークを切削加工する(ステップ1)。ステップ1の切削加工により切削されたワークの切削寸法Aを測定する(ステップ2)。切削寸法Aは,例えば,ワークの切削加工された内径(又は外径)であり,加工点の座標をメモリに記憶する。次に,砥石3をチャック11に取り付けて,回転する砥石3によって切削用刃具1を微小切込みすることにより,刃先2を研磨する(ステップ3)。このとき,回転する砥石3の外径に切削用刃具1の刃先2を当て,そのときのX軸(回転軸10に交差する方向の軸)位置を0に設定し,Z軸(回転軸10の軸線13方向)位置を研磨用軸付き砥石3の端面から離した位置とし,その状態から切削用刃具1を−X軸(追い込み研磨する方向)に所定量移動した状態で切削用刃具1を,図1でEで示すように,Z軸方向に一往復させることで,刃先2を砥石3で研磨する。
【0015】
回転軸10を停止した後,チャック11から砥石3を外して,別のワークを再度チャック11に取り付け,研磨された刃先2の切削用刃具1によって,座標系1にてワークを切削加工(ステップ4)し,切削加工されたワークを測定することで,切削寸法Bが決定される(ステップ5)。ステップ2で測定したワークの切削寸法Aと,ステップ5で測定したワークの切削寸法Bとを比較し(ステップ6),比較した結果,所定の初期摩耗量に相当する摩耗量までの研磨不足量Cを算出し,研磨不足量Cに対応して刃先2の研磨を追込み加工する(ステップ7)。追込み加工の工程は,ステップ3の工程と同様である。再度,座標系1にて,ワークを取り付けて,再度研磨された刃先2の切削用刃具1によって切削加工して,切削寸法D(ステップ8)を測定し,刃先2に対して初期摩耗量に相当する寸法差(=A−D)の研磨が指示通りの所定の初期摩耗量に相当する研磨量で行われたことを確認する(ステップ9)。
【0016】
上記の研磨量の確認は,ワークを実際に切削加工して,最終研磨とりしろを確認しているが,旋盤機内にタッチセンサを設けて,刃先2の研磨量を直接にチェックしても差し支えない。
【0017】
図3には,研磨がされた(研磨有り)刃先2を有する切削用刃具1と,研磨がされていない(研磨無し)刃先2を有する切削用刃具1との摩耗曲線を比較したグラフである。図3の横軸は切削距離(m)であり,縦軸は摩耗量(μ)である。図3から理解されるように,刃先2が研磨されていない切削用刃具1では,切削距離が増加するに従って摩耗が進行し,ある程度(切削距離にして500m)で,摩耗の進行が停止して,約6μm(初期摩耗量)の安定した摩耗量が維持されるのに対して,研磨有りの刃先2を有する切削用刃具1では,当初から,摩耗量自体が少なく,且つ実質的に一定しており,殆ど増加していない。
【0018】
図4には,図3と同様に,研磨有りの刃先2を有する切削用刃具1と,研磨無しの刃先2を有する切削用刃具1とによる,ワークの切削加工による面粗度(Ra)を比較したグラフである。図4に示すように,研磨有りの刃先2を有する切削用刃具1では,面粗度は,加工初期のワークから0.040Raに低減した値である。一方,研磨無しの刃先2とを有する切削用刃具1は,当初,大きな面粗度を示した後,相当の加工ワーク数をこなした後(ワークの加工数として75個あり,これらは,従来不良品として廃棄されている)にようやく,0.100Raの面粗度に落ち着いている。元々の刃先の形状及び粗さは,母材の成形,研磨の粗さ及びコーティング層のバラツキにより,初期状態では0.1Raよりも悪いが,刃先が摩耗していくにつれて,バニッシュ効果と刃先のコーティング層の脱落とに伴って,0.1Ra近傍にて安定する。
【0019】
【発明の効果】
この発明による切削用刃具の刃先研磨方法は,以上のように構成されているので,初めて使用を開始する切削用刃具については,予め刃先を機械的に意図的に研磨されて,ワークの加工によって初期摩耗量を摩耗した後の状態と同じ状態が作り出される。切削用刃具は,初期摩耗量を経た後の安定した摩耗領域で使用可能となる。その結果,初期摩耗領域でワークを加工する場合に不良品として廃棄されることになるワークが発生しないので,無駄となるワークが生じない。更に,この研磨方法で得られた切削用刃具は,当初より,摩耗量が増加しない安定した寸法精度及び面粗度にてワークを切削加工することができ,±0.5μmのワーク寸法公差に対しても殆ど補正が必要なく,且つ面粗度についても,加工機内且つ粒度の細かい研磨材による研磨及び実ワーク加工方向と同一方向での研磨となるため,理想的なバニッシュに近い刃先形状が得られ,加工開始時点から,0.06Ra以内に入る精度仕様で切削加工をすることができ,作業効率を大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明による切削用刃具の刃先研磨方法の一実施例を示す概略図である。
【図2】 この発明による切削用刃具の刃先研磨方法において,切削用刃具の刃先の研磨状態を確認する確認手順を示す確認フローチャートである。
【図3】 研磨有りの刃先を有する切削用刃具と,研磨無しの刃先を有する切削用刃具との摩耗曲線を比較したグラフである。
【図4】 研磨有りの刃先を有する切削用刃具と,研磨無しの刃先を有する切削用刃具とによる,ワークの切削加工による面粗度(Ra)を比較したグラフである。
【符号の説明】
1 切削用刃具
2 刃先
3 砥石
4 軸部
5 研磨部
10 回転軸
11 チャック

Claims (3)

  1. 鉄系被削材から成るワークを切削するための切削用刃具の刃先を,研磨材にて,初期摩耗量が摩耗した状態と同じ状態にまで予め研磨することから成る鉄系被削材切削用刃具の刃先研磨方法において,
    前記切削用刃具の前記刃先の研磨による摩耗量が,研磨の前後において,前記切削用刃具によって前記ワークを切削したときの切削寸法の変化量に基づいて計測されることを特徴とする鉄系被削材切削用刃具の刃先研磨方法。
  2. 前記研磨材は旋盤機内のチャックに取り付けられて前記旋盤機内の主軸によって回転される砥石であり,前記切削用刃具の前記刃先は,回転する前記砥石に当てることにより研磨されることを特徴とする請求項1に記載の鉄系被削材切削用刃具の刃先研磨方法。
  3. 前記砥石は,前記旋盤機内に配設される研磨専用チャックに取り付けられて前記旋盤機内に配設される研磨専用スピンドルによって回転されることを特徴とする請求項2に記載の鉄系被削材切削用刃具の刃先研磨方法。
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