JP6070292B2 - サポート機能付回転工具 - Google Patents

Description

本発明は、サポート機能付回転工具、特にクランクシャフトのクランクピンのような幅狭領域の加工に適したサポート機能付回転工具に関する。

図６は、クランクシャフトの一例として直列２気筒内燃機関に用いられるクランクシャフトを示している。クランクシャフト１００は、２つのクランクピン１０１と、これらのクランクピン１０１の両端に配置された合計３つのクランクジャーナル１０２と、クランクピン１０１とクランクジャーナル１０２とを連結するクランクアーム１０３と、クランクアーム１０３に一体に形成されたカウンタウエイト１０４と、を有している。

従来、クランクシャフトの加工はクランクシャフトミラーと呼ばれる専用機を用いて行われていたが、汎用性のあるマシニングセンタ又はフライス盤を用いて加工することが望まれていた。マシニングセンタを用いてクランクピン１０１を加工するためには、図７に示すように、クランクアーム１０３及びカウンタウエイト１０４に干渉しないように先端部に刃部２０１が設けられた長尺状のエンドミル２００を用いる必要がある。そして、クランクシャフト１００を回転させて、エンドミル２００の刃部２０１がクランクピン１０１の外周面に略直交するようにクランクピン１０１の回転に追従させる。

しかしながら、このような長尺状のエンドミル２００を用いて切削加工を行うと、切削加工時に受ける切削抵抗により工具にいわゆるビビリ振動が生じ、加工面の品質が低下するおそれがあった。このようなビビリ振動を防止するため、特許文献１では、固定ホルダに支持部材を取り付け、支持部材の先端部に配置された軸受が刃部の先端部を回転自在に支持することでビビリ振動を防止することが開示されている。また、特許文献２では、回転支持部材に旋回可能なサポート部材を取り付け、サポート部材の先端部に形成されたサポート面が刃部の摺動面に半分以下接触することでビビリ振動を防止することが開示されている。

特開２００１−３２８０２１号公報 特開平８−２５７８２３号公報

しかしながら、これらの特許文献１及び２に記載の工具を用いてクランクシャフト１００のクランクピン１０１を加工しようとすると、クランクピン１０１の両脇に位置するクランクアーム１０３及びカウンタウエイト１０４が支持部材に干渉してしまい、これらの工具をクランクピン１０１の加工に流用することはできなかった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ビビリ振動を抑制しながらクランクピンのような幅狭領域の加工が可能なサポート機能付回転工具を提供することにある。

（１） 加工ヘッドのスピンドルに取り付けられ、クランクシャフトのクランクピンを加工するサポート機能付回転工具であって、
円柱状の柱部と、該柱部の先端部に位置する刃部とを有し、前記柱部の外径寸法が前記刃部の外径寸法よりも小さい外径寸法を有する回転工具と、
前記回転工具を保持する工具ホルダと、
前記回転工具を支持する支持部材と、を備え、
該支持部材は、前記工具ホルダに軸受を介して前記回転工具の回転を許容するように取り付けられるハウジングと、該ハウジングから延びるアーム部と、該アーム部の先端に取り付けられて前記回転工具の前記柱部を支持する支持部と、を有し、
前記支持部は、前記クランクピンの軸方向における幅寸法が前記刃部の外径寸法以下であることを特徴とするサポート機能付回転工具。
（２） 加工ヘッドのスピンドルに取り付けられるサポート機能付回転工具であって、
円柱状の柱部と、該柱部の先端部に位置する刃部とを有し、前記柱部の外径寸法が前記刃部の外径寸法よりも小さい外径寸法を有する回転工具と、
前記回転工具を保持する工具ホルダと、
前記回転工具を支持する支持部材と、を備え、
該支持部材は、前記工具ホルダに軸受を介して前記回転工具の回転を許容するように取り付けられるハウジングと、該ハウジングから延びるアーム部と、該アーム部の先端に取り付けられて前記回転工具の前記柱部を支持する支持部と、を有し、
前記支持部は、幅寸法が前記刃部の外径寸法以下であることを特徴とするサポート機能付回転工具。
（３） 前記回転工具は、前記刃部と前記柱部とが着脱可能であることを特徴とする（１）又は（２）に記載のサポート機能付回転工具。
（４） 前記アーム部は、前記回転工具の前記柱部を挟んで対向する第１アームと第２アームからなることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のサポート機能付回転工具。
（５） 前記支持部は、所定の隙間を介して前記柱部の全周を覆う円筒状の支持面を有することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載のサポート機能付回転工具。
（６） 前記回転工具は、前記柱部の内部にオイルが通る油路を有し、
前記支持面は、所定の隙間を介して該油路の開口部に対向し、前記油路を通って供給されて前記隙間に充填されるオイルにより前記柱部を支持することを特徴とする（５）に記載のサポート機能付回転工具。
（７） 前記ハウジングは、前記加工ヘッドに形成される加工ヘッド側回り止め部と係合する工具側回り止め部を有することを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載のサポート機能付回転工具。

上記（１）に記載の態様によれば、回転工具を支持する支持部材の支持部は、クランクピンの軸方向における幅寸法が刃部の外径寸法以下であるので、支持部がクランクピンの両脇に位置するクランクアーム及びカウンタウエイトに干渉することがなく、支持部によりビビリ振動を抑制した状態でクランクピンの加工を行うことができる。

上記（２）に記載の態様によれば、回転工具を支持する支持部材の支持部は、幅寸法が刃部の外径寸法以下であるので、幅狭領域を加工する際にも周辺部に干渉することがなく、支持部によりビビリ振動を抑制した状態で加工を行うことができる。

上記（３）に記載の態様によれば、刃部が柱部に対して着脱可能であるので、回転工具と支持部材との組み付けを容易に行うことができる。

上記（４）に記載の態様によれば、支持部を第１及び第２アームで両持ちすることでより安定して回転工具を支持することができる。

上記（５）に記載の態様によれば、支持面が柱部の全周を覆うことでよりビビリ振動を抑制することができる。

上記（６）に記載の態様によれば、オイルによるスクイーズ効果によりビビリ振動を抑制することができる。

上記（７）に記載の態様によれば、加工ヘッドに対する支持部材の回転を防止することができる。

本発明の一実施形態に係るサポート機能付回転工具の斜視図である。 図１に示すサポート機能付回転工具の分解斜視図である。 図１に示すサポート機能付回転工具の断面図である。 図１に示すサポート機能付回転工具を用いてクランクピンを加工する様子を示す斜視図である。 図４の加工時におけるサポート機能付回転工具の刃部及び支持部を先端側から見た図である。 クランクシャフトを示す平面図である。 従来の長尺状のエンドミルを用いてクランクピンを加工する様子を示す平面図である。

以下、本発明に係る一実施形態のサポート機能付回転工具について図面を用いて説明する。
本実施形態のサポート機能付回転工具１０は、図１〜図３に示すように、回転工具としてのエンドミル２０と、マシニングセンタ等の加工ヘッド８０のスピンドルに着脱可能なシャンク部１１とエンドミル２０を保持するチャック部１２とがＡＴＣ把持部１３を介して一体に形成された工具ホルダ３０と、エンドミル２０を支持する支持部材４０とを備えて構成される。

工具ホルダ３０は、チャック部１２が円柱状を呈してＡＴＣ把持部１３に接続される。ＡＴＣ把持部１３は、チャック部１２よりも大径の円柱状を呈し、外周面に断面略Ｖ字状の環状Ｖ溝１３ａが形成され、サポート機能付回転工具１０はその環状Ｖ溝１３ａを介して、不図示の自動工具交換装置（ＡＴＣ）のアームに把持されるようになっている。

チャック部１２に保持されるエンドミル２０は、円柱状の柱部２１と、柱部２１の先端部に位置する刃部２２とを有し、刃部２２をクランクピン１０１に略直交するように当接させることで、クランクピン１０１の外周面を切削することができる。柱部２１の外径寸法Ｄ１は、刃部２２の外径寸法Ｄ２よりも小さい外径寸法を有し、刃部２２と柱部２１とが着脱可能に構成されている。より具体的に説明すると、柱部２１は先端部が中空状に形成され、内周面には雌ネジ部２１ａが設けられている。刃部２２は、後端部に柱部２１の雌ネジ部２１ａに螺合する雄ネジ部２２ａが設けられ、柱部２１と刃部２２とを相対回転させることで刃部２２と柱部２１との着脱が可能となっている。なお、切削時のエンドミル２０の回転方向は、雄ネジ部２２ａと雌ネジ部２１ａが螺合する方向に設定される。

チャック部１２の外周面には、２つの軸受５１，５２が並列に配置されており、一端がＡＴＣ把持部１３に当接するとともに、他端がチャック部１２のＡＴＣ把持部１３とは反対側の外周面に形成された雄ネジ部に螺合するナット５５により位置決めされている。

チャック部１２の外周面は、軸受５１，５２を介して支持部材４０のハウジング４１に対向し、チャック部１２がハウジング４１に回転自在に保持されるように構成されている。支持部材４０のハウジング４１には、先端面４２からエンドミル２０の回転軸線を挟んで１８０°の位置に一対のアーム４３，４３が延設されており、一対のアーム４３，４３の先端部に支持部４５が取り付けられている。また、ハウジング４１の外周面の一部には、外周側にさらに突出する突出部４１ａが形成され、突出部４１ａから回り止めピン４１ｂが後方に突出するように設けられている。なお、符号５７は、ハウジング４１の後端面に取り付けられる押さえ板である。

一対のアーム４３，４３は、エンドミル２０の回転軸線を挟んで線対称になっており、エンドミル２０の柱部２１が挿通する空間を挟んで対向している。一対のアーム４３，４３は、エンドミル２０の延伸方向をＸ方向、一対のアーム４３，４３が対向する方向をＹ方向とすると、Ｘ及びＹ方向に直交するＺ方向幅がＤ３に設定されている。対向面には、Ｚ方向一方に矩形状の凹部４４が形成されている。支持部４５は、両凹部４４，４４を連結する矩形状の平板部４６からＺ方向一方に向かってエンドミル２０が挿通する空間を埋設する突起部４７が一体に形成され、平板部４６及び突起部４７に跨ってエンドミル２０の柱部２１が挿通する貫通孔４８が穿設されている。貫通孔４８は柱部２１より僅かに大きな内径寸法を有し、貫通孔４８の内周面が、柱部２１の外周面と所定の隙間を介して対向する支持面４９をなしている。

支持部４５の平板部４６及び凹部４４，４４には、連通するボルト穴が２つずつ合計で４つ形成されており、ボルト５３により支持部４５が一対のアーム４３，４３に取り付けられる。支持部４５のＺ方向幅は、一対のアーム４３，４３のＺ方向幅Ｄ３と同じ幅に設定されており、支持部４５を一対のアーム４３，４３に取り付けた状態で、支持部４５は一対のアーム４３，４３とＺ方向一方と他方の両面で面一になっている。さらに、一対のアーム４３，４３及び支持部４５の先端面は、貫通孔４８に挿通するエンドミル２０の柱部２１の先端面と面一となっている。

柱部２１に刃部２２を取り付けると、刃部２２が一対のアーム４３，４３及び支持部４５の先端面から突出する。ここで、一対のアーム４３，４３及び支持部４５のＺ方向幅Ｄ３は、刃部２２の外径寸法Ｄ２と等しいか、若しくは、刃部２２の外径寸法Ｄ２より短くなっており、刃部２２よりも幅方向に突出するものがないように構成されている。なお、ボルト５３も、ボルト穴から突出することがないようにヘッドがボルト穴の内部に埋設される。

エンドミル２０の柱部２１には、その中心にオイルが供給される軸方向油路２４が形成され、刃部２２の雄ネジ部２２ａにぶつかるところで径方向に延びる複数の径方向油路２５に分岐している。軸方向油路２４及び径方向油路２５に供給されたオイルは、柱部２１の外周面から支持面４９に向かって吐出され、柱部２１の外周面と支持面４９との間に形成された隙間にオイルが充填される。支持部４５の貫通孔４８に挿通するエンドミル２０の柱部２１は、充填されるオイルによるスクイーズ効果により支持され、これにより、エンドミル２０のビビリ振動が抑制される。

このサポート機能付回転工具１０は、使用時には、ＡＴＣ把持部１３の環状Ｖ溝１３ａが自動工具交換装置（ＡＴＣ）のアームに把持され、シャンク部１１がマシニングセンタ等の加工ヘッド８０のスピンドルに取り付けられる。このとき、ハウジング４１に設けられた回り止めピン４１ｂが、加工ヘッド８０の回り止め部８５に係合し、加工ヘッド８０に対するハウジング４１の回転が防止される。

図４及び図５に示すように、クランクピン１０１の加工時には、Ｚ方向がクランクピン１０１の延伸方向に一致するようにサポート機能付回転工具１０を配置する。一対のアーム４３，４３及び支持部４５のＺ方向幅Ｄ３は、刃部２２の外径寸法Ｄ２と等しいか、若しくは、刃部２２の外径寸法Ｄ２より短くなっており、刃部２２よりも幅方向に突出するものがないので、一対のアーム４３，４３及び支持部４５がクランクアーム１０３及びカウンタウエイト１０４に干渉することがなく、ビビリ振動を抑制しながらクランクピン１０１の加工が可能となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、エンドミル２０を支持する支持部材４０の支持部４５は、クランクピン１０１の軸方向における幅寸法であるＺ方向幅Ｄ３が刃部２２の外径寸法Ｄ２以下であるので、支持部４５がクランクピン１０１の両脇に位置するクランクアーム１０３及びカウンタウエイト１０４に干渉することがなく、支持部４５によりビビリ振動を抑制した状態でクランクピン１０１の加工を行うことができる。

また、エンドミル２０は、刃部２２と柱部２１とが着脱可能であるので、エンドミル２０と支持部材４０との組み付けを容易に行うことができる。

また、エンドミル２０の柱部２１を挟んで対向する一対のアーム４３，４３で支持部４５を両持ちすることでより安定してエンドミル２０を支持することができる。

また、支持部４５は、所定の隙間を介して柱部２１の全周を覆う円筒状の支持面４９を有するので、支持面４９が柱部２１の全周を覆うことでよりビビリ振動を抑制することができる。

また、エンドミル２０は、柱部２１の内部にオイルが通る軸方向油路２４及び径方向油路２５を有し、支持面４９は、所定の隙間を介して径方向油路２５の開口部に対向する。軸方向油路２４及び径方向油路２５を通って柱部２１の外周面と支持面４９との間に供給されたオイルは、柱部２１の外周面と支持面４９との間に形成された隙間に充填される。この隙間に充填されたオイルにより柱部２１が支持されるので、オイルによるスクイーズ効果によりビビリ振動を抑制することができる。

なお、支持構造は、オイルによるスクイーズ効果により支持する構造に限定されるものではなく、他の支持構造を採用することもできる。例えば、一対のアーム４３，４３の先端部に、それぞれ支持部としてのローラ若しくはボールを収容し、これらのローラ若しくはボールが柱部２１の外周面に接触して両側から支持することでビビリ振動を抑制してもよい。この場合においても、支持部としてのローラ若しくはボールは、刃部２２の外径寸法Ｄ２以下に設定する必要がある。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上記実施形態では、クランクピン１０１を加工するサポート機能付回転工具について説明したが、サポート機能付回転工具１０の用途はクランクピン１０１の加工に限定されるものではなく、様々な被加工具に適用することができ、特に幅狭部を有する被加工具に好適に使用され得る。
また、アーム部は、一対のアーム４３，４３に限定されるものではなく、一つのアームにより支持部を片持ちしてもよい。

また、一対のアーム４３，４３は、全ての領域の幅寸法（Ｚ方向幅Ｄ３）が刃部２２の外径寸法Ｄ２以下である必要はなく、加工時にクランクアーム１０３及びカウンタウエイト１０４と干渉しない範囲では刃部２２の外径寸法Ｄ２より大きくしてもよい。
また、一対のアーム４３，４３は、さらにクランクシャフト１００を把持又は、クランクシャフト１００に当接する接触部を有していてもよい。これにより、クランクシャフト１００の振動も抑制することができる。

１０ サポート機能付回転工具
２０ エンドミル（回転工具）
２１ 柱部
２２ 刃部
２４ 軸方向油路（油路）
２５ 径方向油路（油路）
３０ 工具ホルダ
４０ 支持部材
４１ ハウジング
４１ｂ 回り止めピン（工具側回り止め部）
４３ アーム（アーム部、第１アーム、第２アーム）
４５ 支持部
４９ 支持面
５１，５２ 軸受
８０ 加工ヘッド
８５ 回り止め部（加工ヘッド側回り止め部）
１００ クランクシャフト
１０１ クランクピン
Ｄ１ 柱部の外径寸法
Ｄ２ 刃部の外径寸法
Ｄ３ 支持部の幅寸法，アームの幅寸法

Claims (7)

1. 加工ヘッドのスピンドルに取り付けられ、クランクシャフトのクランクピンを加工するサポート機能付回転工具であって、
   円柱状の柱部と、該柱部の先端部に位置する刃部とを有し、前記柱部の外径寸法が前記刃部の外径寸法よりも小さい外径寸法を有する回転工具と、
   前記回転工具を保持する工具ホルダと、
   前記回転工具を支持する支持部材と、を備え、
   該支持部材は、前記工具ホルダに軸受を介して前記回転工具の回転を許容するように取り付けられるハウジングと、該ハウジングから延びるアーム部と、該アーム部の先端に取り付けられて前記回転工具の前記柱部を支持する支持部と、を有し、
   前記支持部は、前記クランクピンの軸方向における幅寸法が前記刃部の外径寸法以下であることを特徴とするサポート機能付回転工具。
2. 加工ヘッドのスピンドルに取り付けられるサポート機能付回転工具であって、
   円柱状の柱部と、該柱部の先端部に位置する刃部とを有し、前記柱部の外径寸法が前記刃部の外径寸法よりも小さい外径寸法を有する回転工具と、
   前記回転工具を保持する工具ホルダと、
   前記回転工具を支持する支持部材と、を備え、
   該支持部材は、前記工具ホルダに軸受を介して前記回転工具の回転を許容するように取り付けられるハウジングと、該ハウジングから延びるアーム部と、該アーム部の先端に取り付けられて前記回転工具の前記柱部を支持する支持部と、を有し、
   前記支持部は、幅寸法が前記刃部の外径寸法以下であることを特徴とするサポート機能付回転工具。
3. 前記回転工具は、前記刃部と前記柱部とが着脱可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のサポート機能付回転工具。
4. 前記アーム部は、前記回転工具の前記柱部を挟んで対向する第１アームと第２アームからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のサポート機能付回転工具。
5. 前記支持部は、所定の隙間を介して前記柱部の全周を覆う円筒状の支持面を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のサポート機能付回転工具。
6. 前記回転工具は、前記柱部の内部にオイルが通る油路を有し、
   前記支持面は、所定の隙間を介して該油路の開口部に対向し、前記油路を通って供給されて前記隙間に充填されるオイルにより前記柱部を支持することを特徴とする請求項５に記載のサポート機能付回転工具。
7. 前記ハウジングは、前記加工ヘッドに形成される加工ヘッド側回り止め部と係合する工具側回り止め部を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のサポート機能付回転工具。
   
   
   
   
   

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