JP5353375B2

JP5353375B2 - 切削加工方法

Info

Publication number: JP5353375B2
Application number: JP2009084801A
Authority: JP
Inventors: 正宏早渕; 敏行安藤; 和孝村井; 崇岩間; 秀典米崎
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: JP2010234478A

Description

本発明は、金属素材の外周面又は内周面を切削する切削加工方法に関する。

鋼材等の金属素材の加工方法として、旋盤やマシニングセンタを用いた切削加工が広く行われている。切削加工は、素材の内周面又は外周面における円筒状の面よりなる加工面を切削することに利用されることも多い。この場合には、具体的には、金属素材よりなるワークと切削工具とを、相対的に回転させながら軸方向に移動させて切削を行う。

ところで、切削加工を行う際には、切り屑が生じる。この切り屑の形態としては、粉状に分断される場合と、螺旋状に渦巻きながら長く伸びる場合がある。切り屑が分断されずに長くなれば、切削工具やワークに絡みついたり、切り屑処理に手間がかかったりして、種々の問題を引き起こす。
そのため、切り屑は、細かく分断されるほど良いとされている。しかしながら、切り屑の形態は、ワークである金属素材の性質に左右され、簡単に制御することはできない。
そこで、従来においては、たとえば特許文献１に記載されているようなスローアウェイチップというような特殊な切削工具を用い、発生する切り屑を適宜分断する工夫を凝らしていた。

特開平１０−２１７００７号公報

しかしながら、上記特殊な切削工具を用いても、金属素材の材質や切削条件によっては、うまく切り屑を分断できない場合もある。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、特殊な切削工具を用いることなく、素材の性質に関係なく容易に切り屑を分断できる切削加工方法を提供しようとするものである。

本発明は、ワークを保持可能なワーク保持手段と、切削工具を保持可能なツール保持手段と、両者を相対的に回転及び相対的に軸方向へ移動させることができる駆動手段とを備えた切削装置を用いた切削加工方法であって、
上記ワークの円筒状の加工面に対し、仕上げ切削を行う際の切削方向と交差するように位置する予備溝を設ける予備切削工程と、
上記加工面に上記予備溝の深さを超える切削代の仕上げ切削を行う仕上げ切削工程とを有し、
上記予備切削工程と上記仕上げ切削工程とは、上記ワーク及び上記切削工具を上記ワーク保持手段及び上記ツール保持手段に保持させた状態を維持したまま同じ切削工具を用いて行い、かつ、
上記切削工具のすくい面が上記加工面の周方向に向くよう保持されており、上記予備切削工程においては、上記切削工具の上記ワークに対する相対的な回転数を０とした状態で、上記すくい面に略直交する方向に上記切削工具を移動させることにより、上記予備溝を軸方向に沿った直線状に設けることを特徴とする切削加工方法にある（請求項１）。

本発明は、上記のごとく、予備切削工程において予備溝を設けた後に仕上げ切削工程において仕上げ切削を行う。これにより、仕上げ切削を行っている際の切り屑は、上記予備溝に到達する毎に分断され、ワークの加工面の直径以下の長さにすることができる。そのため、長い切り屑がワークや切削工具に絡まることによる不具合を防止することができる。

さらに、本発明では、上記予備切削工程と仕上げ切削工程とを、ワーク及び切削工具をワーク保持手段及びツール保持手段にそれぞれ保持させたまま取り外さずに続けて行い、同じ切削工具で予備溝成形と仕上げ切削とを実施する。これにより、予備溝切削と仕上げ切削とを行う際のワークと切削工具との位置関係を同じ状態に維持することができる。
そして、たとえば、２つの切削工具を用いて予備切削工程と仕上げ切削工程とを別々の切削工具で行う場合と比べると、格段に上記２工程の切削精度の連携をはかることができる。２つの切削工具を用いる方法としては、２つの切削工具を１つのツール保持手段に対して脱着させて変更するか、２つのツール保持手段にそれぞれ保持させておくかの方法が考えられる。しかし、これらの方法では、いずれにしても、２つの切削工具間の微妙な位置ズレを考慮する必要があるが、本発明ではそのような問題を全く考慮する必要がない。

そのため、たとえば、予備溝の溝深さと仕上げ切削の切削代との差が少なく、仕上げ切削時に予備溝の底を非常に薄くしか切削できない寸法設定であっても、確実に予備溝を消滅させるように仕上げ切削することができ、高品質に仕上げることができる。もし、予備溝切削時と仕上げ切削時において切削工具を変更していた場合には、２つの切削工具の微妙な位置ズレや、切削工具自体の寸法精度が影響し、溝深さの寸法設定によっては溝底が残ってしまい、不良となる場合もあるが、本発明ではそのような不具合を容易に防止できる。また、ワークの保持状態を２つの工程間で維持することも重要である。

このように、予備溝の深さと仕上げ切削時の切削代とを精度良く制御できるので、ワークの素材に応じて最適な予備溝深さを選択する自由度が広がり、切り屑の分断化をさらに容易に行うことができる。
また、上記切削精度の向上によって、仕上げ切削の切削代が１００μｍ未満の場合というような、予備溝の溝深さと仕上げ切削の切削代との差も小さくせざるを得ない場合には、本発明が特に有効である。
以上のように、本発明によれば、特殊な切削工具を用いることなく、素材の性質に関係なく容易に切り屑を分断できる切削加工方法を提供することができる。

参考例１における、切削装置の構成を示す説明図。参考例１における、加工面に螺旋状の予備溝を設けた例を示す説明図。参考例１における、予備溝と仕上げ切削の切削代の関係を示す説明図。実施例１における、切削装置の構成を示す説明図。実施例１における、加工面に直線状の予備溝を設けた例を示す説明図。

また、上記切削装置としては、少なくとも、上記ワークと上記切削工具の相対的な回転数及び相対的な軸方向移動速度の条件を数値情報に基づいて指令し制御する制御手段を備えたものを用いることができる。そして、上記予備切削工程においては、上記相対的な回転数を０に調整することによって、上記予備溝を軸方向に沿った直線状に設ける。この場合には、いわゆるマシニングセンタと呼ばれる切削装置を適用できる。マシニングセンタは、ワークをワーク保持手段に固定し、切削工具を保持したツール保持手段を回転させながら軸方向に移動させることができる。そして、マシニングセンタの場合には、上記のごとく、相対的な回転数を０にすることによって、直線状に予備溝を設けることが好ましい。

マシニングセンタを用いて円筒状の加工面を切削する際には、一旦セットした切削工具による切削代を変更することができない。そのため、螺旋状の予備溝を形成した場合には、仕上げ切削を行う際に予備溝の底部が残存するおそれがある。これに対し、相対回転数を０にして軸方向に切削工具を移動させた場合には、切削工具の切刃に囲まれたすくい面に略直行する方向に切削工具が移動し、これにより、本来切削される深さよりも浅い予備溝を形成することができる。実際には、切削した予備溝となる場合と、圧潰されて窪んだ予備溝となる場合があるが、いずれも、切り屑の分断化効果を発揮させうる。

なお、本発明においては、市販されている通常のさまざまな切削工具を利用することができる。

（参考例１）
本発明の実施例にかかる切削加工方法につき、図１〜図３を用いて説明する。
本例では、図１に示すごとく、ワーク８を保持可能なワーク保持手段１１と、切削工具２を保持可能なツール保持手段１２と、両者を相対的に回転及び相対的に軸方向へ移動させることができる駆動手段１３、１４とを備えた切削装置１を用いる。

この切削工具１は、いわゆる旋盤であって、ワーク８と切削工具２の相対的な回転数及び相対的な軸方向移動速度の条件を数値情報に基づいて指令し制御する制御手段（図示略）を備えている。ワーク８を保持するワーク保持手段１１に設けられた駆動手段１３は、ワーク８の軸心を中心として矢印Ｃ方向に回転可能に構成されており、切削工具２を保持するツール保持手段１２に設けられた駆動手段１４は、ワーク８に対する径方向（矢印Ｘ方向）の移動、及びワーク８の軸方向に平行な方向（矢印Ｚ方向）への移動が可能なように構成されている。
また、本例で切削加工を施すワーク８は、図１、図２に示すごとく、円筒状の鋼部材であり、その加工面は、内周面８１である。

ワーク８に対する切削加工を行うに当たっては、まず、ワーク保持手段１１にワークを装着すると共に、ツール保持手段１２に切削工具２を装着する。
そして、ワーク８の加工面８１に対し、仕上げ切削を行う際の切削方向と交差するように位置する予備溝７（図２）を設ける予備切削工程を実施する。具体的には、後の仕上げ切削がワーク８の内周面８１において軸方向とほぼ直交する方向に近い方向が切削方向となるので、上記予備溝７としては、軸方向とある程度角度がある螺旋状の軌跡をとればその役割を果たす。そのため、本例では、仕上げ切削の場合よりも、ワーク８と切削工具２の相対的な回転数を低下させ、かつ、両者の相対的な軸方向移動速度を高めるように調整した。これにより、図２に示すごとく、螺旋状の予備溝７が得られた。

次に、ワーク８の加工面８１に上記予備溝７の深さ以上の切削代の仕上げ切削を行う仕上げ切削工程を実施する。具体的には、ワーク８と切削工具２とを予備切削工程の場合よりも速い速度で相対回転させると共に、両者の軸方向の相対的な移動速度を予備切削工程の場合よりも遅くし、切削軌跡がワーク８の加工面８１において円状に形成されながら、徐々にずれて重なり合い、仕上げ切削後の切削面は溝等のない滑らかな面に仕上げられる。そして、仕上げ切削の切削位置が上記の予備溝７と交差する度に、切り屑が分断された。

図３に示すごとく、本例では、仕上げ切削の切削代Ｄ₀は３００μｍに設定した。これに対して、上記予備溝７の深さはＤ₁は２５０μｍとした。そのため、予備溝７が存在する位置での切削代Ｄ₂は５０μｍである。なお、ここで示す各切削代の寸法関係は一例であって、切削目的に応じて変更可能である。
また、上記予備切削工程と上記仕上げ切削工程とは、ワーク８及び切削工具２をワーク保持手段１１及びツール保持手段１２に保持させた状態を維持したまま同じ切削工具２を用いて行った。

次に、本例の作用効果について説明する。
本例では、上記のごとく、予備切削工程において予備溝７を設けた後に仕上げ切削工程において仕上げ切削を行うので、仕上げ切削を行っている際の切り屑は、予備溝７に到達する毎に分断され、ワーク８の加工面８１の直径以下の長さにすることができる。そのため、長い切り屑がワークや切削工具に絡まることによる不具合を防止することができる。

さらに、上記予備切削工程と仕上げ切削工程とを、ワーク８及び切削工具２をワーク保持手段１１及びツール保持手段１２にそれぞれ保持させたまま取り外さずに続けて行い、同じ切削工具で予備切削工程と仕上げ切削工程とを実施する。これにより、予備溝切削と仕上げ切削とを行う際のワーク８と切削工具２との位置関係を同じ状態に維持することができる。
そして、２つの切削工具を用いて予備切削工程と仕上げ切削工程とを別々の切削工具で行う場合と比べると、格段に上記２工程の切削精度の連携を図ることができる。

そのため、本例のように、予備溝７の溝深さＤ₁と仕上げ切削の切削代Ｄ₀との差が少なく、仕上げ切削時に予備溝７の底を非常に薄くしか切削できない寸法設定（Ｄ₂）であっても、確実に予備溝７を消滅させるように仕上げ切削することができ、高品質に仕上げることができる。

このように、本例では、予備溝７の深さと仕上げ切削時の切削代とを精度良く制御できるので、ワーク８の素材に応じて最適な予備溝深さを選択する自由度が広がり、切り屑の分断化をさらに容易に行うことができる。そして、特殊な切削工具を用いることなく、素材の性質に関係なく容易に切り屑を分断できる切削加工方法を実施できる。

（実施例１）
本例は、図４に示すごとく、切削装置３として、いわゆるマシニングセンタを用いた例である。参考例１と同様に、切削加工を施すワーク８は、図４、図５に示すごとく、円筒状の鋼部材であり、その加工面は、内周面８１である。

同図に示すごとく、切削装置３は、ワーク８を保持可能なワーク保持手段３１と、切削工具２を保持可能なツール保持手段３２と、両者を相対的に回転及び相対的に軸方向へ移動させることができる駆動手段３３とを備えている。切削装置３は、ワーク８と切削工具２の相対的な回転数及び相対的な軸方向移動速度の条件を数値情報に基づいて指令し制御する制御手段（図示略）を備えている。
本例のワーク保持手段３１とツール保持手段３２とは、いずれも平面方向及び上下方向のいわゆるＸＹＺ方向のいずれにも移動可能に構成されているが、最初の位置決めを行った後には、ツール保持手段３２の軸心をワーク８の軸心に合致させた状態で、ツール保持手段３２を矢印Ｃ方向に回転させる動きと、ツール保持手段３２をＺ方向に移動させる動きとを駆動手段３３によって行うよう構成されている。

ワーク８に対する切削加工を行うに当たっては、まず、ワーク保持手段３１にワークを装着すると共に、ツール保持手段３２に切削工具２を装着する。
そして、ワーク８の加工面８１に対し、仕上げ切削を行う際の切削方向と交差するように位置する予備溝７（図５）を設ける予備切削工程を実施する。具体的には、上記予備溝７としては、ワーク８の軸方向に平行な直線状のものとする。そのため、本例では、ワーク８と切削工具２との相対的な回転数を０に調整すると共に、図５に示すごとく、両者を相対的に軸方向（矢印Ｚ方向）に移動させることによって、予備溝７を軸方向に沿った直線状に設けた。

次に、ワーク８の加工面８１に上記予備溝７の深さ以上の切削代の仕上げ切削を行う仕上げ切削工程を実施する。具体的には、ワーク８と切削工具２とを相対回転させながら、両者の軸方向の相対的な移動をゆっくりと行うことにより、切削軌跡がワーク８の加工面８１において円状に形成されながら、徐々にずれて重なり合い、仕上げ切削後の切削面は溝等のない滑らかな面に仕上げられる。そして、仕上げ切削の切削位置が上記の予備溝７と交差する度に、切り屑が分断された。

本例の場合には、上記構成のマシニングセンタを用いるので、図５に示すごとく、ツール保持手段３２の外周面に切削工具２が配置される関係で、一旦セットした切削工具２による切削代の目標値を変更することができない。そのため、螺旋状の予備溝を形成する場合には、仕上げ切削の場合とほぼ同じ深さの予備溝しか形成されない。これに対し、相対回転数を０にして軸方向に切削工具２を移動させた場合には、切削工具２の切刃に囲まれたすくい面に略直行する方向に切削工具が移動することとなる。これは、円柱状の加工面８１を切削する場合には、切削工具２のすくい面をほぼ周方向に向けて、周方向に相対移動させるようセットするためである。これにより、上記予備切削工程では、すくい面を切削方向に向けて切削する場合の本来切削される深さよりも浅い予備溝を形成することができる。そして、これにより、切り屑の分断化効果を十分に発揮させることができ、また、仕上げ切削工程の実施によって、予備溝７を確実に消滅させることができる。
その他は、参考例１と同様の作用効果が得られる。

１、３切削装置
１１、３１ワーク保持手段
１２、３２ツール保持手段
１３、１４、３３駆動手段
７予備溝
８ワーク
８１加工面

Claims

ワークを保持可能なワーク保持手段と、切削工具を保持可能なツール保持手段と、両者を相対的に回転及び相対的に軸方向へ移動させることができる駆動手段とを備えた切削装置を用いた切削加工方法であって、
上記ワークの円筒状の加工面に対し、仕上げ切削を行う際の切削方向と交差するように位置する予備溝を設ける予備切削工程と、
上記加工面に上記予備溝の深さを超える切削代の仕上げ切削を行う仕上げ切削工程とを有し、
上記予備切削工程と上記仕上げ切削工程とは、上記ワーク及び上記切削工具を上記ワーク保持手段及び上記ツール保持手段に保持させた状態を維持したまま同じ切削工具を用いて行い、かつ、
上記切削工具のすくい面が上記加工面の周方向に向くよう保持されており、上記予備切削工程においては、上記切削工具の上記ワークに対する相対的な回転数を０とした状態で、上記すくい面に略直交する方向に上記切削工具を移動させることにより、上記予備溝を軸方向に沿った直線状に設けることを特徴とする切削加工方法。