JP4373927B2 - 外径用、内径用のスローアウェイ式バニシング工具 - Google Patents

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Description

本発明は、外径用のスローアウェイ式バニシング工具と、内径用のスローアウェイ式バニシング工具に関する。
従来、硬度がHRC40以上の焼入鋼の表面をバニシング加工する場合や、ステンレス材の表面をバニシング加工する場合は、ローラに代えてダイヤモンドを使用したバニシング工具が知られている。図4は、従来のダイヤモンドを使用したスローアウェイ式バニシング工具30を示し、(a)は平面図、(b)は(a)に示すS部を拡大した平面図、(c)は(b)に示すR−R線の断面図である。従来の外径用のスローアウェイ式バニシング工具30は、IMSバニシングツールのBNNタイプが知られている(非特許文献1参照)。
工具ホルダのサイズは、各種あり、最大のスローアウェイ式バニシング工具30は、断面(横×高さ)が25×25mmであり、全長は160mmである。
図4の(b)に示すように、工具ホルダ35の先端部にはチップホルダ36の取付座35aが設けられており、この取付座35aにチップホルダ36が、ボルト35bによって固定されている。このボルト35bは30°傾斜し、図4の(c)に示すチップホルダ36の取付座36eも30°傾斜している。
また、チップホルダ36の左先端部に45°の傾斜した穴36aが穿設され、この穴36aにダイヤモンドチップ37が挿入されて、ビス36cによって固定されている。また、チップホルダ36の中央部には略ダルマ形状の溝36bが施され、この溝36bによってダルマ状の頭部と外周面36dの間のみ一体に繋がっている。この工具ホルダ35のチップホルダ36への付勢方式は、この接続部36gの弾性体の弾性変形方式である。
図4の(c)に示すように、チップホルダ36は正面視ではT字状に形成されている。前記したボルト35b用の取付座36eは、30°程傾き、かつ、ボルト通し穴36fにはU字状に切り欠きが形成され、ボルト35bを緩めるだけで、チップホルダ36の交換ができ、締めることによってチップホルダ36を取付座35aの肩に押し付け勝手に固定する。
また、図4の(b)に示すように、ダイヤモンドチップ37の先端部には、非球面状に形成されたダイヤモンド37aが埋め込まれており、ダイヤモンドチップ37は、その球面から平面視で、5°の逃げ角α、βで形成されている。
また、ダイヤモンドチップ37の中心までの高さは、図4の(c)に示すように、工具ホルダ35の高さと同じ25mmである。
IMSバニシングカタログ BNNタイプ(株式会社アイ・エム・エス) 販売総合代理店ニトマック
しかしながら、従来の外径用のスローアウェイ式バニシング工具30は、チップホルダ36に設けられた接続部36gの弾性変形による付勢方式を採用しているので、ダイヤモンドチップ37がワークに与える押圧力の大きさを変えると、ダイヤモンドチップ37の姿勢が変化してしまうため、加工方向が固定できないうえ、加工中に付勢力を変え、押圧力を変えることができないという問題があった。また、フックの法則、つまり、変位と付勢力とが比例する直線的な線形が困難であるという問題、さらに、正確な付勢力の調整ができないという問題があった。
そこで、本発明は、これらの問題点を解決するために創案されたものであり、超硬質材チップが押圧力を受けても、超硬質材チップの姿勢が変ることがなく、加工中に付勢力を変えて押圧力を変えることができて、かつ、変位と付勢力との関係が線形であり、正確な付勢力の調整ができるスローアウェイ式バニシング工具を提供することを課題とする。
請求項1に係る外径用のスローアウェイ式バニシング工具(10)の発明は、チップホルダ(2)に着脱自在に取り付けられた超硬質材チップ(1)と、前記チップホルダ(2)に接続されたホルダピン(3)と、前記ホルダピン(3)に内挿され、ホルダピン(3)を付勢する角ばねからなる付勢手段(E)と、前記付勢手段(E)により発生する付勢力(F)を調整する付勢力調整手段(G)と、前記ホルダピン(3)の側面に長穴(3a)が設けられ、工具ホルダ(5)に両端支持され、前記長穴(3a)に通した平行ピン(7)と、前記ホルダピン(3)が収容されるとともに側面に前記付勢力調整手段の入力部が設けられた凸型部(5b)が直線状のI型部(5a)に一体に形成されたL型形状の工具ホルダ(5)とから構成されたことを特徴とする。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の外径用のスローアウェイ式バニシング工具(10)であって、前記超硬質材チップ(1)の材質は、ダイヤモンドまたはCBNであることを特徴とする。
請求項3に係る内径用のスローアウェイ式バニシング工具(20)の発明は、加工機に装着される筒状のシャンク(11)と、前記シャンク(11)内に回動軸(13)を介して内設され、ワーク押圧力(P)によって回動するチップホルダ(12)とを備えるとともに、前記シャンク(11)に内挿されたプッシャ(14)の端面に、シャンク(11)の軸方向へ付勢する付勢手段(E)と、前記付勢手段(E)により発生する付勢力(F)を調整する付勢力調整手段(G)と、前記付勢力(F)をチップホルダ(12)の大径軸(12c)に伝達し、前記プッシャ(14)の端面に設けられた傾斜面で前記大径軸(12c)の端部をシャンク(11)の軸方向へ付勢することで前記付勢力(F)の方向を前記大径軸(12c)の回動方向へ変換する付勢力変換手段(H)とを備え、前記付勢力(F)によりチップホルダ(12)を回動方向(f)に回動することによりワークへの押圧力(P)を付与する内径用のスローアウェイ式バニシング工具(20)であって、
前記チップホルダ(12)の先端部には取付座(12a)が設けられ、この取付座(12a)にスローアウェイ式の超硬質材チップ(1)が着脱自在に取り付けられたことを特徴とする。
請求項1に係る発明によれば、外径用のスローアウェイ式バニシング工具(10)は、超硬質材チップ(1)の取付座(2a)が設けられ、スローアウェイ式の超硬質材チップ(1)を使用することにより、超硬質材チップ(1)だけの交換でよく、形状をコンパクト化するとともに、先端部形状が半球面をした超硬質材チップ(1)とすることにより、外面、端面、内面(但し、大径の場合)等の多方向に同一の超硬質材チップ(1)で対応できる。
また、ホルダピン(3)の軸方向へ付勢する付勢手段(E)がホルダピン(3)に内挿され、この付勢手段(E)により発生する付勢力(F)を調整する付勢力調整手段(G)を設けたことにより、超硬質材チップ(1)が押圧力を受けても、加工途中で押圧力を変更しても超硬質材チップ(1)の姿勢が変化することがなく、かつ、加工中の姿勢が変わることない。また、正確な付勢力の調整ができる機構を設けたことにより、加工条件の設定が容易にできる。
また、請求項1に係る発明によれば、工具ホルダ(5)は、I型部(5a)に凸型部(5b)を設けてL型形状にしたことにより、付勢手段(E)をたわませてホルダピン(3)を付勢する付勢力調整手段(G)の位置をI型部(5a)から外側へ外すことができるので、容易に標準工具(六角棒レンチ)等を使用して付勢力調整手段の入力部を回すことができるため、付勢力の調整が容易にできる。
請求項2に係る発明によれば、超硬質材チップ(1)がダイヤモンドまたはCBNであることにより、被加工物の材質が硬度HRC40〜60の焼入鋼や、ステンレス材の表面をバニシング加工する場合であっても、硬度差があるため、バニシング加工が容易である。
請求項3に係る発明によれば、内径用のスローアウェイ式バニシング工具(20)であっても、チップホルダ(12)の先端部には取付座(12a)が設けられ、スローアウェイ式の超硬質材チップ(1)が交換可能に取り付けられたことにより、超硬質材チップ(1)だけの交換でよく、形状をコンパクト化され、加工時の干渉を防止することができる。また、チップホルダ(12)を除いたシャンク11は、内径用のローラバニシング工具との部品の共通化ができるため、安価にできる。
<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る外径用のスローアウェイ式バニシング工具10を示し、(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は(a)に示すA矢視図である。
図1の(a)に示すように、外径用のスローアウェイ式バニシング工具10は、平面視で工具ホルダ5の形状がL型に形成され、I型部5aと凸型部5bとが一体に形成されている。
図2は、スローアウェイ式バニシング工具10の先端部の拡大図であり、(a)は図1の(b)に示すB−B線の拡大断面図、(b)は図2の(a)に示すC−C線の断面図である。図2の(a)に示すように、スローアウェイ式バニシング工具10の超硬質チップ1は、チップホルダ2に設けられた取付座2aにビス2bによって交換可能に取り付けられている。超硬質材チップ(1)の材質は、ダイヤモンドおよびCBNである。ダイヤモンドは、1番硬い鉱石であるが工業用ダイヤでもよく、天然ダイヤであってもよい。2番目に硬いCBNは、Cubic Boron Nitrideの略で、立方晶窒化硼素といい、天然には存在しない物質である。これは、工業用ダイヤよりも安価なため、焼入れ鋼の切削加工に対応できる工具材料であり、良好な熱伝導率により、高速加工や環境にやさしいドライ加工が可能であるため、これを代用してもよい。
この他に、セラミックスや超硬材など、被加工材に対して硬度が高く、耐久性のある材料であっても構わない。
また、ダイヤモンドまたはCBNの先端部は半球面に形成されている。
超硬質材チップ1の超硬質材1aは、CBNチップ1のCBN1aとしてもよいが、以下、ここでは、ダイヤモンドチップ1のダイヤモンド1aとして説明することにする。
チップホルダ2がワークWに対して前後に摺動するホルダピン3は、チップホルダ2の側面に直角に接続され、1本のボルト2cによってチップホルダ2と一体に形成されている。
ダイヤモンド1aの先端部形状を半球面をしたことにより、外面、端面、内面(但し、大径の場合)等の多方向に同一の超硬質材チップ(1)で対応できるようになっている。
図2の(a)に示すように、ワークWに接近させたダイヤモンドチップ1は、外面加工を示し、2点鎖線で示すダイヤモンドチップ1は、端面加工を示している。
端面加工の場合は、工具ホルダ5の取り付け位置を90°変えてもよい。
さらに、ダイヤモンドチップ1の交換は、ビス2bの1本でできるため、今まで短時間での段取ができなかった作業が、これにより短時間にできる。
付勢手段Eは、スプリング4であり、ここでは角ばねを採用している。これは、負荷とたわみの比例関係が円形断面のコイルばねよりも角ばねの方が正確であるためである。
付勢力調整手段Gは、スプリング4の端部にプッシャ9を設け、そのプッシャ9にアジャストボルト6によって付勢する。そのため、アジャストボルト6は、凸型部5bの端部に螺入されている。
詳しくは、凸型部5bは、シリンダ形状の穴5eが穿設され、このシリンダ形状の穴5eにはガイドブッシュ8が嵌入され、このガイドブッシュ8を介してホルダピン3が嵌合されている。また、そのホルダピン3の穴には付勢手段Eであるスプリング4が内挿され、スプリング4の端部にはプッシャ9を介して、このホルダピン3に付勢力Fを与えるために、スプリング4をたわませる付勢力調整手段Gであるアジャストボルト6が設けられ、そのゆるみ止めのナット6aによって固定されている。これが付勢力調整機構である。
また、この付勢力調整機構は、ホルダピン3と対向する右面側よりスプリング4の台座になっているプッシャ9を介してアジャストボルト6等により、スプリング4のたわみ量を調整できるようになっている。
さらに、ホルダピン3の側面には長穴3aが設けられ、チップホルダ2の平行方向を保持するとともに、工具ホルダ5のI型部5aから凸型部5bに穴5eを挟んで平行ピン7が両端支持されている。このホルダピン3の長穴3aに平行ピン7を通すことによって、ホルダピン3の前後方向の出入り、つまり、押圧力Pに対して進退可能に移動できるようになっている。さらに、平行ピン7は、ホルダピン3の抜け止めも兼ねている。
その結果、押圧力Pの作用点と、ホルダピン3の摺動面とを接近させたため、スプリング4の変位と付勢力の関係において、線形性が維持され、正確な調整が可能になる。
つづいて、外径用のスローアウェイ式バニシング工具10の動作について、図1、図2を参照して詳細に説明する。図2の(a)に示すように、外径用のスローアウェイ式バニシング工具10の付勢力調整機構を構成する付勢手段Eにより、試加工から得られた付勢力Fを設定する。たとえば、アジャストボルト6はM6の並目ねじであり、そのピッチは1.0mmであるから、このアジャストボルト6を1回転することによってスプリング4を正確に1.0mmたわませることができる。スプリング4をたとえば、2.0mmから3.0mmへたわませることによって、15N(1.53kgf)から20N(2.04kgf)へ付勢力を5N(0.51kgf)だけ大きく調整できる。
なお、アジャストボルト6の回りに目盛り(10,20等分など)を刻印またはプリントすることにより、より正確なたわみ量の調整ができるため、加工プログラムを変更することなく押圧力を変更することができる。
外径用のスローアウェイ式バニシング工具10の手順はつぎのようにするとよい。
1)試加工から得られた付勢力Fを設定する。
2)押し込み量を機械側で設定する。
3)ワークWを回転させて、スローアウェイ式バニシング工具10に送りを与える。
4)加工開始端まで早送りにしてワークWに接近し、その後、加工送りに切り替え、バニシング加工を行う。
5)加工端にて加工送りを止め、ワークWからバニシング工具10を引き離す。
6)スローアウェイ式バニシング工具10を原位置に戻す。
このように、必要な加工圧に近い付勢力Fを事前にスプリング4に与え、加工時の押し込み量を最小限にして加工を行うことにより、線形の変位が可能になるとともに、内段取りにおける調整作業を外段取りに移行できるので、たわみ0から設定荷重までたわませて調整する作業時間を大幅に短縮できる。
たとえば、ワークWの硬度が、HRc42の場合は、ワークの回転速度を100〜250m/minに主軸台の主軸を回転させ、切り込みを0.2mm、1回転当たりの送りを0.05mmで加工送りを掛ける。その結果、工具ホルダ5の加工送りによって、前加工の引き目(粗さ表示では6Rmax相当)状態は、このダイヤモンドチップ1の球面によってバニシング加工、つまり、転造されて1.8〜3Rmaxの鏡面に仕上げられる。
<第2実施形態>
図3は、本発明の第2実施形態に係る内径用のスローアウェイ式バニシング工具20の工具ホルダ15を示し、(a)は断面図、(b)は(a)に示すD−D線の断面図である。図3に示すように、スローアウェイ式バニシング工具(以下、単にバニシング工具という)20の工具ホルダ15は、加工機に装着される筒状のシャンク11と、プッシャ14の傾斜面14aと、ワークWの内周面を押圧する押圧力Pによって正逆方向に回動するチップホルダ12を備えている。
前記シャンク11はパイプ状に形成され、その中央部にガイドブッシュ21が嵌入されており、このガイドブッシュ21を介して前記プッシャ14が内挿され、そのプッシャ14の端面には傾斜面14aが設けられている。
チップホルダ12は、V字状の溝が形成されている。この理由は、チップホルダ12のセンタリング機能を付与するためであり、V字状の溝形状でプッシャ14の動きを抑えることにある。つまり、チップホルダ12の大きなたわみは破損の原因になるため、チップホルダ12の傾き(θ)を最小限にする必要があり、これがダイヤモンドチップ1の破損を防ぐための方策である。この反対に全くの固定ではダイヤモンドチップ1が破損し易くなるため、微量のばね力(たわみ)を与えることが重要である。
チップホルダ12の中央部近傍の大径軸12cには、回動軸13が設けられ、後端部にはガイドローラ18がピン18aによって回転可能に軸支されている。
また、チップホルダ12の先端部には取付座12aが設けられ、スローアウェイ式のダイヤモンドチップ1がビス12bによって交換可能に取り付けられている。
ダイヤモンドチップ1は、サイズ(縦×横×厚みmm)が10×6×3であり、厚み方向の中央には、先端部が球状に形成された棒状の工業用ダイヤが埋め込まれている。このダイヤモンドチップ1は、表裏逆に取り付け可能であり、さらに、予備のダイヤモンドチップ1との交換がビス12bによって可能になっている。
付勢手段Eは、皿ばね17が表合わせと裏合わせとを交互に重ね合わせて複数枚配列されている。ここでは、コイルバネより大きな負荷容量を有する皿ばね17が好適である。
付勢力調整手段Gは、組み合わせ前記皿ばね17の端部にプッシャ19を設け、そのプッシャ19にベアリング16aを介してアジャストボルト16によって付勢する。そのため、アジャストボルト16は、シャンク11の軸端に螺入されている。
付勢力変換手段Hは、プッシャ14の端面に15〜20°の傾斜面14aが設けられ、ガイドローラ18を付勢している。
アジャストボルト16のねじは、ピッチ1.0mmの細目ねじであり、1回転回して皿ばね17を、たとえば、2.0mmから3.0mmへ、たわませることによって、23N(2.34kgf)から34N(3.47kgf)へ、付勢力を11Nだけ大きく調整ができる。これにより、シャンク11の軸方向へ付勢力Fに34Nが発生する。
ここで、図3(a)に示すように、ダイヤモンド(超硬質)チップ1の先端部と回動軸13までの距離をL1、回動軸13からガイドローラ18までをL2とすると、若干L1がL2より長くなっているが、仮にL1=L2とした場合、押圧力Pは、この付勢力変換手段Hの傾斜面14aにより、F×sin15°(=11N(1.12kgf))に変換されて、チップホルダ12の大径軸12cに伝達し、回動軸13を支点に回動方向fへ回動する。
つづいて、内径用のバニシング工具20の動作について図3を参照して詳細に説明する。図3に示すように、内径用のバニシング工具20の付勢力調整機構を構成する付勢手段Eの皿ばね17と、付勢力調整手段Gのアジャストボルト16により、アジャストボルト16の回し穴16bに工具を差込み、アジャストボルト16を回して皿ばね17をたわませ、付勢力Fを発生させて、必要な加工圧に近い付勢力Fに調整する。
そして、たとえば、NC旋盤の刃物台にバニシング工具20の工具ホルダ15を固定し、図3に示すように、ワークWの内周面に接近させ、回転を与えながら、ダイヤモンドチップ1をワークWの内周面に押し付けて、所定の押圧力Pを与える。そうすると、チップホルダ12は回動軸13を支点にして回動方向fの反対方向に回動する。
続いて、たとえば、ワークWの硬度がHB250の場合は、ワークWに100m/minの回転速度を与え、切り込みを0.2mm、1回転当たりの送りを0.05mmにして送りをかける。その結果、旋削加工の加工面(6Rmax)は、ダイヤモンドチップ1のダイヤモンド1aの球面によってバニシング加工が施され、1.8〜3Rmaxの鏡面に仕上げられる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前記した実施の形態に限定されることなく、適宜変更して実施することが可能である。たとえば、この実施形態の工具ホルダ5は、I型部5aと凸型部5bを一体に形成したが、2ピースにして別部品同士をボルト等で固定し、一体型のL型形状にしてもよい。
また、外径用のスローアウェイ式バニシング工具10のスプリングは、角ばねとしたが、皿ばねとしてもよいし、その他であっても構わない。また、内径用のスローアウェイ式バニシング工具20のスプリングは、皿ばねとしたが、角ばねとしてもよいし、その他であっても構わない。
さらに、長穴3aと平行ピン7の機能と同じにできるような、平行ピン7の代わりに、軸方向へキー、または、スプラインを設け、その抜け止め用のストッパを設けても構わない。
本発明の第1実施形態に係る外径用のスローアウェイ式バニシング工具を示し、(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は(a)に示すA矢視図である。 スローアウェイ式バニシング工具の先端部の拡大図であり、(a)は図1の(b)に示すB−B線の拡大断面図、(b)は図2の(a)に示すC−C線の断面図である。 本発明の第2実施形態に係る内径用のスローアウェイ式バニシング工具の工具ホルダを示し、(a)は断面図、(b)は(a)に示すD−D線の断面図である。 従来のスローアウェイ式バニシング工具を示し、(a)は平面図、(b)は(a)に示すS部を拡大した平面図、(c)は(a)に示すR−R線の断面図である。
符号の説明
1 超硬質材チップ
1a 超硬質材
2,12 チップホルダ
2a,12a 取付座
2b,12b ビス
3 ホルダピン
3a 長穴
4 スプリング
4a プッシャ
5,15 工具ホルダ
5a I型部
5b 凸型部
6,16 アジャストボルト
7 平行ピン
8,21 ガイドブッシュ
9,14,19 プッシャ
10,20 スローアウェイ式バニシング工具
11 シャンク
12c 大径軸
13 回動軸
14a 傾斜面
16a ベアリング
16b 回し穴
17 皿ばね
18 ガイドローラ
18a ピン
E 付勢手段
F 付勢力
G 付勢力調整手段
H 付勢力変換手段
P 押圧力
W ワーク
f 回動方向

Claims (3)

  1. チップホルダ(2)に着脱自在に取り付けられた超硬質材チップ(1)と、
    前記チップホルダ(2)に接続されたホルダピン(3)と、
    前記ホルダピン(3)に内挿され、ホルダピン(3)を付勢する角ばねからなる付勢手段(E)と、
    前記付勢手段(E)により発生する付勢力(F)を調整する付勢力調整手段(G)と、
    前記ホルダピン(3)の側面に長穴(3a)が設けられ、工具ホルダ(5)に両端支持され、前記長穴(3a)に通した平行ピン(7)と、
    前記ホルダピン(3)が収容されるとともに側面に前記付勢力調整手段の入力部が設けられた凸型部(5b)が直線状のI型部(5a)に一体に形成されたL型形状の工具ホルダ(5)と、
    から構成されたことを特徴とする外径用のスローアウェイ式バニシング工具(10)。
  2. 前記超硬質材チップ(1)の材質は、ダイヤモンドまたはCBNであることを特徴とする請求項1に記載の外径用のスローアウェイ式バニシング工具(10)。
  3. 加工機に装着される筒状のシャンク(11)と、前記シャンク(11)内に回動軸(13)を介して内設され、ワーク押圧力(P)によって回動するチップホルダ(12)とを備えるとともに、
    前記シャンク(11)に内挿されたプッシャ(14)の端面に、シャンク(11)の軸方向へ付勢する付勢手段(E)と、前記付勢手段(E)により発生する付勢力(F)を調整する付勢力調整手段(G)と、前記付勢力(F)をチップホルダ(12)の大径軸(12c)に伝達し、前記プッシャ(14)の端面に設けられた傾斜面で前記大径軸(12c)の端部をシャンク(11)の軸方向へ付勢することで前記付勢力(F)の方向を前記大径軸(12c)の回動方向へ変換する付勢力変換手段(H)とを備え、
    前記付勢力(F)によりチップホルダ(12)を回動方向(f)に回動することによりワークへの押圧力(P)を付与する内径用のスローアウェイ式バニシング工具(20)であって、
    前記チップホルダ(12)の先端部には取付座(12a)が設けられ、この取付座(12a)にスローアウェイ式の超硬質材チップ(1)が着脱自在に取り付けられたことを特徴とする内径用のスローアウェイ式バニシング工具(20)。
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