JP4702902B2 - 立て削り用工具および立て削り加工方法 - Google Patents

Description

請求項に係る発明は、掘り込み加工（ポケット加工）や、２面にはさまれた内側峡間部の加工など、種々の輪郭の切削加工を行うのに適した立て削り用工具および立て削り加工方法に関するものである。

掘り込み加工や内側峡間部等を含む輪郭の切削加工を行うには、従来、コーナＲの寸法と同径（半径が同一）かまたはそれ以下の工具径を有するエンドミル（または同等の回転工具）を使用している。
図５（ｃ）〜（ｅ）は、同（ａ）に示す金属製のワーク（被削材）に、同（ｂ）のように小さなコーナＲ（１．５ｍｍ前後）を介し鋭角をはさんで二つの面が連続する内側峡間部１２等を切削加工にて形成する際の、従来の一般的な手順を示している。まず、図５（ｃ）のように、やや大径のエンドミル（回転工具）によって峡間部１２の入口部分の粗加工を行い、つぎに図５（ｄ）のように、より小径のエンドミルによって峡間部１２の奥の方の粗加工を行う。峡間部１２のうち、図５（ｅ）に示す最も奥の部分１２ｘと、上記の各エンドミルで加工した部分の周辺１２ｙとは、ヤスリ等を用いる手作業によって仕上げる。

エンドミルによる加工に代えて、図６に示す工具２１を用いるバーチカル加工を行うことも可能である。バーチカル加工用の工具２１は、回転軸の先端部に複数個の切れ刃（チップ）２３を配列したものである。その工具２１を、回転させながら図６（ａ）または同（ｂ）のように移動させることにより、エンドミルによる場合と同様にワーク３０を切削することができる。
なお、ワークに対し工具を縦に移動させることにより加工を行う、いわゆるスロッティング加工については、下記の特許文献１に記載がある。
特開平９−１０８７４７号公報

コーナＲ等の切削を上記のようにエンドミルによって行う場合、コーナＲの寸法に対して加工深さが深いときの対応が難しい。すなわち、小さなコーナＲ寸法に相当する小径のエンドミルであって加工深さに見合う長さのものを使用する必要があるが、そのような場合には、工具の曲がりによって加工面に逃げや食い込みが発生しやすい。
また、図５（ｅ）に示す内側峡間部１２の深い箇所１２ｘ等を手仕上げするには、熟練技能者による時間をかけた作業が必要になる。

図６に示す工具２１を用いるバーチカル加工によってもコーナＲ等の切削は可能であるが、その工具２１は、先端部に複数個の切れ刃２３を取り付けることから小径化が困難であり、コーナＲの小さい内側峡間部等の加工には適していない。
また、上記の特許文献１に示されたスロッティング加工は、板状のワークにプレス加工を行うためのもので、ブロック状のワークに対して内側峡間部等を切削加工する際に利用できるものではない。

請求項に係る発明は、以上のような不都合を解決するためのもので、ブロック状のワーク（被削材）に対し、コーナＲ寸法が小さくて加工深さが深い内側峡間部を含む種々の輪郭を切削加工するうえで好ましい立て削り用工具、および立て削り加工方法を提供するものである。

発明の立て削り用工具は、円柱形状をした工具先端部の全周縁に連続して切れ刃を形成するとともに、マシニングセンタに保持される円柱形状の工具保持部を、上記の工具先端部と軸心を同一にして一体に形成したこと、および工具先端部を上記の工具保持部よりも細くしたことを特徴とする。図１・図２にその一例を示している。
こうした立て削り用工具には、つぎのような作用的特徴がある。すなわち、
i) 切れ刃を有する工具先端部と工具保持部とをそれぞれ円柱形状にして同一軸心上に一体に設けるというシンプルな構成であるため、低コストで比較的簡単に製造することが可能である。
ii) 工具保持部にて工作機械に保持させたうえ上記切れ刃の一部をワークに当て、工具先端部を前方にして、回転させずに上記軸心に沿って移動させる、という動作を、逆方向への戻しを含めて繰り返すことにより、ブロック状のワークに切削加工を行うことができる。工具先端部を前方にして移動させるときワークを切削するが、その間、この工具には軸方向の力のみが作用するので、エンドミル等による場合と違って工具に曲がりが生じにくい。それにより、工具先端部が工具保持部よりも細い小径の長い工具であっても、加工面の逃げや食い込みが発生しないことになるので、深さ／半径比の大きい（半径／深さ比の小さい）加工をも円滑に行うことができる。そのため、コーナＲ寸法が小さくて加工深さが深い内側峡間部を含む種々の輪郭を、精度よく能率的に切削加工することが可能になる。手仕上げの作業についても、その量をゼロまたは僅かにすることができる。
iii) 工具先端部も工具保持部も円柱形状であるうえ、先端部の全周縁に連続して切れ刃が存在するため、向きや角度の調整をすることなくエンドミルと同様にマシニングセンタに取り付けることができ、当該機械によって能率的に切削加工を進めることができる。また、先端部の全周縁に切れ刃があるので、切れ刃のうちの特定箇所のみがワークに当たることがないように使用すること等により、補修や交換等をせずに長期間連続的に使用することも可能である。先端部を再加工して切れ刃を再生することも難しくない。

上記の立て削り用工具には、工具先端部における切れ刃の内側にすくい面を形成し、切れ刃に続く側面部分に逃げ角を設けるのがよい。図１の例においては符号４がすくい面、角度θが逃げ角である。
そのようにすれば、他の一般的な工具と同様に、きわめて円滑にワークを切削することができる。

発明による立て削り加工方法は、上記した立て削り用工具を、上記の工具保持部にて工作機械に保持させたうえ上記切れ刃の一部をワークに当て、工具先端部を前方にして、回転させずに上記軸心に沿って移動させることにより切削加工を行うことを特徴とする。
上記のような移動を、逆方向への戻しを含めて繰り返すことにより、前述のようにブロック状のワークに切削加工することができる。前述したとおり、上記移動の間にこの工具には軸方向の力のみが作用するので、工具に曲がりが生じにくく、したがって、加工面の逃げや食い込みを発生させることなく、半径／深さ比の小さい内側峡間部等の切削加工を精度よく能率的に行うことが可能になる。手仕上げの作業を少なく（またはゼロに）できるという効果もある。

発明の立て削り加工方法は、上記の立て削り用工具をマシニングセンタ（複数種類の工具を自動的に交換しながら各種の加工作業を行う多能型ＮＣ工作機械）に取り付けて（つまり工具保持部を当該機械に保持させて）使用することとするのが好ましい。
上記の立て削り用工具は、工具先端部も工具保持部も円柱形状であるうえ、先端部の全周縁に連続して切れ刃が存在することから、マシニングセンタに取り付けることによって能率的に切削加工を行うことができる。すなわち、前述のとおり上記工具は、特定箇所にて特定方向にのみ突出した切れ刃（チップ）が存在するバイト等を加工用工具とする場合とは違って、エンドミルと同様に、向きや角度（位相）の調整をせずに簡単にマシニングセンタに保持させ、特別な制御をすることなく切削加工を進めることができる。
なお、上記の工具は、マシニングセンタ以外の単能型の立て削り盤等に取り付けて使用することも可能である。ただし、単能型の工作機械には大型のワークを取り扱えるものが少ないため、加工深さの深い場合にも高精度の加工ができるという上記工具の能力を十分には発揮させ得ないことが多い。

発明の立て削り加工方法については、切削加工のための上記の移動中（つまり工具先端部を前方にした上記移動の際）でないいずれかの時期に（つまり、上記の移動から工具を戻す際、もしくは工具を停止させている間、または工具を交換するときなど）に、上記の立て削り用工具を上記軸心まわりに所定角度回転させるとよい。
そのようにすると、ワークに対したとえば長い直線に沿った大きな平面を形成する切削加工を行う場合であっても、先端部の全周縁に形成されている切れ刃のうち特定箇所のみが切削を担って局部的に激しく摩耗する、といった不都合が避けられる。つまり、上記のように所定角度ずつ回転させるなら、切れ刃の各部が切削加工を分担することになって摩耗の偏在が防止され、切れ刃の再研磨をしないで工具を連続使用できる期間が長くなる。それは、上記工具による加工の能率とコストとをともに低減できることにほかならない。
なお、上記工具の回転は、切削加工のための上記の移動中でない時期に行うので、その回転にともなって上記工具に曲げが生じたり、無理な力が作用したり、または加工面に逃げや食い込みが発生したりすることがない。

切削加工のための上記の移動ののち、戻す際（つまり工具先端部と反対の向きへ工具を移動させる際）には、上記切れ刃をワークから離して戻すようにするのが、とくに好ましい。
そうすれば、切削加工を行わない戻しの際には切れ刃がワークに接触しないため、ワークの加工面に無駄な接触痕が残らないうえ、切れ刃において摩耗の進行を遅らせることができる。

連続する２面にはさまれた（とくにコーナＲ寸法の小さい）内側峡間部をワークに形成するためには、上記の立て削り用工具を上記のように保持し移動させることとして、
1) マシニングセンタに取り付けたエンドミルまたはドリルによって当該内側峡間部の一部を切削加工したのち、
2) エンドミルまたはドリルによる上記加工の切削残りを、エンドミルまたはドリルに代えてマシニングセンタに取り付ける上記の立て削り用工具を使用して上記のとおり切削加工する
こととするのが好ましい。図３（ｄ）〜（ｇ）には、そのような手順の一例を示している。
上記工具は、小さなコーナＲを介し鋭角をはさんで二つの面が連続する内側峡間部を、その工具のみによって切削加工することも可能である。しかし、上記1)・2)に沿った手順で切削すれば、エンドミルまたはドリルによる粗加工を迅速に行えるため、さらに能率的に加工をい行うことができる。また、何の加工も施されていないワークの中ほどの部分に穴を開けることは上記工具によっては困難であるため、周囲が囲まれた閉じた輪郭の一部として内側峡間部を加工する場合等には、上記の手順をとることが概ね不可欠であるとも言える。

発明の立て削り用工具は、i)低コストで比較的簡単に製造できるほか、ii)半径／深さ比の小さい加工をも円滑に行うことができ、iii)マシニングセンタに取り付けることによりとくに能率的な切削加工を可能にする、といった効果を有する。切れ刃の内側にすくい面を形成し、切れ刃に続く側面部分に逃げ角を設けると、とくに円滑に切削加工を行える。

発明の立て削り加工方法によれば、半径／深さ比の小さい内側峡間部等の切削加工を精度よく能率的に行うことができる。上記の立て削り用工具をマシニングセンタに取り付けると、とくに能率的である。適切なタイミングで上記の立て削り用工具を軸心まわりに所定角度回転させるようにすれば、切れ刃の各部が切削加工を分担することになり、工具を長期間連続使用することが可能になる。また、工具を戻す際に切れ刃をワークから離すようにするなら、加工面に無駄な接触痕が残らない等の点で好ましい。そのほか、２面にはさまれた内側峡間部をワークに形成する際、エンドミルまたはドリルによって一部を切削加工したのちに上記の立て削り用工具を使用するのが、とくに能率的で好ましい。

図１〜図４を用いて発明の実施形態を紹介する。図１は立て削り用工具１を示す図で、同（ａ）は全体を示す側面図、同（ｂ）は同（ａ）におけるｂ部の詳細図である。また図２は、立て削り用工具１の工具先端部２の付近（図１（ｂ）に示す付近）を斜め前方から見た図（写真）である。図３（ａ）〜（ｇ）は、ブロック状のワーク（被削材）１０に対し、立て削り用工具１を用いて切削部１１を形成するための手順等を示す説明図である。また図４（ａ）〜（ｃ）は、テスト用のワーク１０’に立て削り用工具１を用いて試験的な切削部１１’を形成したときの結果を示す説明図（写真）である。

立て削り用工具１は図１（ａ）に示す形状のもので、直径が４ｍｍ前後の円柱形状の工具先端部２と、それよりもやや太い円柱形状の工具保持部６とを共通の直線軸心Ｃに沿って形成し、全長を約８０ｍｍにしたものである。超硬工具硬にてなる一体の棒状のブランク材を素材とし、それに機械加工等を施すことにより、図示の形状をもつ一体品に仕上げている。工具先端部２とそれに続く小径の部分に４０ｍｍ前後の長さをもたせ、それを有効加工深さとしている。

立て削り用工具１の工具先端部２には、図１（ｂ）および図２に示すとおり、先端面の全周縁上に連続するよう切れ刃（切削用の角部）３を形成している。先端面における切れ刃３の内側には、球面（逆球面）状の凹部を形成してこれをすくい面４としている。すくい面４の球面は、放電加工および研削によって形成した。また、切れ刃３から続く工具先端部２の側面には逃げ角θ（約０．５°）を付与し、当該側面を、切れ刃３から遠くなるほど直径が小さくなる逃げ面５としている。

上記の立て削り用工具１を使用して鉄鋼製・ブロック状のワーク１０を切削加工するための手順を、図３に示す。図３（ａ）は、溝１０ａの側壁１０ｂの一部に切削部１１を形成しようとするワーク１０を示す平面図で、同（ｂ）・同（ｃ）のそれぞれは、同（ａ）におけるｂ−ｂ断面図およびｃ部詳細である。形成すべき切削部１１の輪郭には、同（ｃ）のように、半径（Ｒ）が１．５ｍｍ程度の小さなコーナＲを有する最奥部１２ｂを介して二つの面１２ａ・１２ｃが鋭角的に連続する内側峡間部１２が含まれている。このようなワーク１０をマシニングセンタ（図示省略）に保持させ、図３（ｄ）〜（ｇ）に示す要領で内側峡間部１２等を加工する。

この例では、立て削り用工具１を使用する前に、図３（ｄ）のようにエンドミルおよびドリルによる穴加工を施している。すなわち、まず、峡間部１２の浅い部分であって２面１２ａ・１２ｃの間隔が広い部分を、マシニングセンタに取り付けたエンドミル（図示省略）によって切削し、穴１２ｄを開ける。さらに、峡間部１２の深い部分であって、２面１２ａ・１２ｃの間隔が狭まり最奥部１２ｂのＲ曲面に続く部分を、同じくマシニングセンタに取り付けたドリルによって加工し、穴１２ｅを開ける。穴１２ｄは２面１２ａ・１２ｃに接するものであり、穴１２ｅは穴１２ｄより小径で、２面１２ａ・１２ｃとともにコーナＲである最奥部１２ｂに重なるものである。

エンドミルとドリルによる穴１２ｄ・１２ｅの加工を行って残った部分を、エンドミルやドリルに代えてマシニングセンタに取り付ける上記の立て削り用工具１により切削加工する。工具１は、図１に示す工具保持部６によってマシニングセンタに保持させ、図３（ｅ）のように切れ刃３の一部をワーク１０に当てて下向きに移動させることにより切削を行う。すなわち、工具先端部２を前方とする向きに、回転させずに軸心Ｃに沿って工具１を真っ直ぐ移動させることにより、ワーク１０の側部を切削するのである。

図３（ｆ）に示すように、工具１は、真っ直ぐ下向きに移動させるとともに、上向きには、ワーク１０から離れる向きに斜めに戻している。すなわち、下向きに進めてワーク１０を切削する際には軸心Ｃに重なる軌跡ｓ１にてワーク１０を真っ直ぐに移動させるが、その下向きのストロークののち上に戻す際には、ワーク１０の加工面から次第に離れる斜め向きの軌跡ｓ２により上昇させる。こうすることにより、ワークの加工面に無駄な接触痕が残ることや切れ刃の摩耗が進むことを少しでも遅らせることができる。

上記のように上下に往復させながら、立て削り用工具１を、ワーク１０の内側峡間部１２の面１２ａ（または面１２ｃもしくは最奥部１２ｂ）の輪郭に沿って図３（ｇ）のように送って行くことにより、図３（ｃ）に示す内側峡間部１２を精度よく加工することができる。図３（ｄ）で使用するエンドミルおよびドリルの径を適切に定め、マシニングセンタの制御機能に基づいて工具１を正確に送るなら、従来（図５（ｅ）を参照）行っていた手作業による仕上げが不要になる。

立て削り用工具１を上記と同様に使用することにより、切削部１１のうち直線に沿った平面部分を切削加工することも可能である。その場合、工具１の切れ刃３のうち一部のみがワーク１０に接触して摩耗が集中することを防止するため、軸心Ｃを中心に工具１を適宜に所定角度ずつ回転させるのが好ましい。回転させるタイミングとしては、工具１をワーク１０に当てているときを避け、上記した戻しの際に回転させ、または適宜に工具１の動きを止めて回転させる。その回転には、マシニングセンタが有する主軸割り出し機能を利用するとよい。

図４（ａ）〜（ｃ）に、立て削り用工具１を用いてブロック状のワーク１０’を切削加工した結果を示す。この例では、図４（ａ）に示すテスト用のワーク１０’の平面的な輪郭部分の一部（上半分）に、上記の工具１（および図示しないマシニングセンタ）を用いて図４（ｂ）のとおり試験的切削部１１’を形成した。その結果、図４（ｃ）のような切りくずを発生しながら、円滑な切削によって切削部１１’を形成することができた。図示の例は加工深さが１５ｍｍ前後と浅いものであるが、工具１の有効加工深さ（前記）である６０ｍｍ以上の深さの加工も同様に行うことができた。

以上、発明の一実施形態を紹介したが、発明の実施が上記に限られるというわけではない。たとえば、立て削り用工具１の工具先端部２におけるすくい面は、図１・図２に示す球面（逆球面）状のものでなく、円錐（逆円錐）状の傾斜した凹面と底部の平面とを組み合わせた面とすることも可能である。

発明の実施形態としての立て削り用工具１を示す図で、同（ａ）は全体を示す側面図、同（ｂ）は同（ａ）におけるｂ部の詳細図である。 図１の立て削り用工具１について、工具先端部２の付近を斜め前方から見た図（写真）である。 図３（ａ）〜（ｃ）は、ブロック状のワーク１０とその切削部１１の形状等を示す図であり、図３（ｄ）〜（ｇ）は、そのようなワーク１０に対し、立て削り用工具１を用いて切削部１１を形成するための手順を示す説明図である。 図４（ａ）〜（ｃ）は、テスト用のワーク１０’に対し、立て削り用工具１を用いて試験的切削部１１’を形成した結果を示す説明図（写真）である。 図５（ａ）・（ｂ）はブロック状のワーク１０と切削すべき内側峡間部１２の輪郭を示し、図５（ｃ）〜（ｅ）は、そのワーク１０に内側峡間部１２を形成する際の従来の一般的な手順を示している。 図６（ａ）・（ｂ）は、図５とは別の従来の輪郭加工用工具およびその使用方法を示す説明図である。

符号の説明

１ 立て削り用工具
２ 工具先端部
３ 切れ刃
４ すくい面
６ 工具保持部
θ 逃げ角
１０ ワーク（被削材）
１１ 切削部
１２ 内側峡間部

Claims (5)

1. 円柱形状をした工具先端部の全周縁に連続して切れ刃が形成されているとともに、マシニングセンタに保持される円柱形状の工具保持部を、上記の工具先端部と軸心を同一にして一体に有すること、および工具先端部が上記の工具保持部よりも細いことを特徴とする立て削り用工具を、
   上記の工具保持部にてマシニングセンタに保持させたうえ上記切れ刃の一部をワークに当て、工具先端部を前方にして、回転させずに上記軸心に沿って移動させることにより、切削加工を行うこととし、
   連続する２面にはさまれた内側峡間部をワークに形成するために、
   1) マシニングセンタに取り付けたエンドミルまたはドリルによって当該内側峡間部の一部を切削加工したのち、
   2) エンドミルまたはドリルによる上記加工の切削残りを、エンドミルまたはドリルに代えて上記の立て削り用工具を、その工具先端部も工具保持部も円柱形状で両者の軸心が同一であるうえ先端部の全周縁に連続して切れ刃が存在するために、向きや角度の調整をすることなくエンドミルと同様に上記マシニングセンタに取り付け、上記切削加工すること
   を特徴とする立て削り加工方法。
2. 切削加工のための上記の移動中でないいずれかの時期に、上記の立て削り用工具を上記軸心まわりに所定角度回転させることを特徴とする請求項１に記載の立て削り加工方法。
3. 切削加工のための上記の移動の後、戻す際には、上記切れ刃をワークから離して戻すことを特徴とする請求項１または２に記載の立て削り加工方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の立て削り加工方法に使用することを特徴とする立て削り用工具。
5. 工具先端部における切れ刃の内側にすくい面が形成されていて、切れ刃に続く側面部分に逃げ角が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の立て削り用工具。