JP6381026B2 - 回転切削工具の減衰装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばエンドミルのような回転切削工具の振動を減衰する減衰装置に関し、特に、クランクシャフトの加工に使用される比較的長尺のエンドミルの振動を減衰するのに用いられて好適な回転切削工具の減衰装置に関するものである。

図８には、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１００が示されている。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に一体的に形成されたカウンタウェイト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またはフライス盤を用いて加工することが望まれていた。例えば、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、クランクアーム１０３およびカウンタウェイト１０４に干渉しないように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の回転に追随させる。

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所謂びびり振動が生じ、加工面の品質が低下するという問題があった。

このような問題を解決し得るものとして、粘弾性体を介して剛性体を切削工具のシャンクに当接させることにより、切削時のびびり振動を抑制するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第５１３１８２６号公報

ところで、特許文献１に記載のものでは、粘弾性体が切削工具のシャンクに直接接触されている。
このため、切削工具が例えば旋盤で使用されるバイトのように工具それ自体は固定されるようなものに対しては特許文献１に係る技術を問題なく適用することができるが、切削工具それ自体が回転される例えばエンドミルのような回転切削工具に対して特許文献１に係る技術を適用した場合、粘弾性に対する回転切削工具の相対回転によって両者間に大きな摩擦力が生じるため、回転切削工具の回転負荷の増大を招いたり、粘弾性体の早期摩耗を招いたりするという問題点がある。

本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、回転切削工具の回転負荷の増大を招いたり、粘弾性体の早期摩耗を招いたりすることなく、回転切削工具のびびり振動を抑制することができる回転切削工具の減衰装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、第１発明による回転切削工具の減衰装置は、
加工ヘッドのスピンドルに工具ホルダを介して取り付けられる回転切削工具の振動を減衰する回転切削工具の減衰装置であって、
回転切削工具の外周側を補助的に支持可能なアーム部材であって、加工ヘッド側から回転切削工具に向けて突き出す突出位置と、工具ホルダから後方の加工ヘッド側に退避される退避位置とに切替可能とされるアーム部材と、
回転切削工具の回転時にその回転切削工具の外周面と滑り合って接触する摺動部材と、
前記アーム部材と摺動部材との間に介在される粘弾性体とを備え、
回転切削工具の切削時の振動を、前記摺動部材を介して前記粘弾性体へと伝達して減衰するようにしたことを特徴とするものである。

また、第２発明による回転切削工具の減衰装置は、
加工ヘッドのスピンドルに工具ホルダを介して取り付けられる回転切削工具の振動を減衰する回転切削工具の減衰装置であって、
回転切削工具の外周側を補助的に支持可能なアーム部材と、
前記アーム部材の先端部に配設され、前記回転切削工具の外周面に向けて平坦な取付面を有するとともに、当該先端部の慣性質量を増大させる錘の役目もする取付ブロックと、
前記取付ブロックの取付面に粘弾性体を介して固着され、前記回転切削工具の回転時にその回転切削工具の外周面と滑り合って接触する摺動部材とを備え、
回転切削工具の切削時の振動を、前記摺動部材を介して前記粘弾性体へと伝達して減衰するようにしたことを特徴とするものである。

第１発明または第２発明において、前記アーム部材は、前記工具ホルダに軸受を介して回転切削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から回転切削工具に向けて延設される構成とするのが好ましい（第３発明）。

第１発明の回転切削工具の減衰装置によれば、回転切削工具の回転時にその回転切削工具の外周面と滑り合って接触する摺動部材が設けられ、回転切削工具の切削時のびびり振動を、その摺動部材を介して粘弾性体へと伝達して減衰するようにされているので、回転切削工具の回転負荷の増大を招いたり、粘弾性体の早期摩耗を招いたりすることなく、回転切削工具のびびり振動を抑制することができる。

また、アーム部材が、加工ヘッド側から回転切削工具に向けて突き出す突出位置と、少なくとも工具ホルダから後方の加工ヘッド側に退避される退避位置とに切替可能とされるので、切削加工時に突出位置としたアーム部材を、工具交換時に退避位置とすることができる。これにより、例えばＡＴＣ（自動工具交換装置）を用いて工具交換する際に、アーム部材とＡＴＣとの干渉を確実に回避することができる。

また、第２発明の回転切削工具の減衰装置によれば、先端部の慣性質量を増大させる錘の役目もする取付ブロックが配設され、その取付ブロックの取付面に粘弾性体を介して摺動部材が固着されるので、回転切削工具のびびり振動をより効果的に抑制することができる。

また、第３発明の回転切削工具の減衰装置によれば、工具ホルダに軸受を介して回転切削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から回転切削工具に向けてアーム部材が延設されるので、例えばＡＴＣを用いて工具交換する際に、特別な操作をすることなくアーム部材とＡＴＣとの干渉を確実に回避することができ、工具交換を速やかに行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る回転切削工具の減衰装置が適用されたマシニングセンタの要部斜視図である。 同減衰装置が適用されたマシニングセンタを用いてクランクピンを加工する様子を図１のＡ矢印方向から見た図である。 同減衰装置の変形例を説明する図（１）である。 同減衰装置の変形例を説明する図（２）である。 本発明の第２の実施形態に係る回転切削工具の減衰装置が適用されたマシニングセンタの要部斜視図である。 図５のＢ−Ｂ線断面図である。 同減衰装置が適用されたマシニングセンタ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。 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。

次に、本発明による回転切削工具の減衰装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に述べる各実施形態は、クランクシャフトのクランクピンを切削するエンドミルに対して本発明の回転切削工具の減衰装置が適用された例である。

〔第１の実施形態〕
図１には、本発明の第１の実施形態に係る回転切削工具の減衰装置が適用されたマシニングセンタの要部斜視図が示されている。また、図２には、同減衰装置が適用されたマシニングセンタを用いてクランクピンを加工する様子を図１のＡ矢印方向から見た図が示されている。

図１において、回転切削工具としてのエンドミル１は、マシニングセンタの加工ヘッド２の内部に回転自在に支承されるスピンドル３に工具ホルダ４を介して取り付けられている。
そして、工具ホルダ４の下方において、加工ヘッド２からエンドミル１へと架け渡されるように回転切削工具の減衰装置１０（以下、単に「減衰装置１０」と称する。）が配設されている。

＜工具ホルダの説明＞
工具ホルダ４は、スピンドル３に着脱可能なシャンク部４ａとエンドミル１を挟持するチャック部４ｂとがＡＴＣ把持部４ｃを介して一体的に連結されてなり、ＡＴＣ把持部４ｃの外周面に形成された断面略Ｖの字状の環状Ｖ溝５に図示されない自動工具交換装置（ＡＴＣ）の工具交換アームが係合してスピンドル３に対する工具ホルダ４の抜き差しにより、工具交換が行われるようになっている。

＜減衰装置の説明＞
減衰装置１０は、エンドミル１の外周側を補助的に支持可能なアーム部材１１を備えている。
アーム部材１１は、加工ヘッド２の先端部下面に固定されたブラケット１２に基端部がピン１３によって枢支される一方で、先端側がエンドミル１の刃部１ａの手前の下方位置に向けて延びる棒状部材よりなり、ピン１３を中心として上下方向に回動自在で、図１中実線で示されるように、加工ヘッド２側からエンドミル１に向けて突き出す突出位置と、同図中二点鎖線で示されるように、工具ホルダ４から後方の加工ヘッド２側に退避される退避位置との間で揺動可能とされている。
なお、図示されないエアシリンダや電動モータ等のアクチュエータを駆動源とする揺動機構により、アーム部材１１が突出位置と退避位置との間で揺動駆動されて、アーム部材１１の突出位置と退避位置との切替が行われる。

アーム部材１１の先端部には、先端機能部１５が配設されている。先端機能部１５は、アーム部材１１の先端に固着され、エンドミル１の外周面に向けて平坦な取付面を有する直方体状の取付ブロック１６を備えている。取付ブロック１６は、重みを付加する錘の役目も兼ねるもので、この取付ブロック１６の取付面には、平板状の粘弾性体１７を介して摺動部材１８が固着され、エンドミル１の回転時に摺動部材１８がそのエンドミル１の外周面と滑り合って接触するようになっている。

ここで、粘弾性体１７とは、ばね要素と減衰要素とを有するものであり、非線形なばね定数を有するものである。つまり、荷重を加えることによって粘弾性体１７を変形させた場合、粘弾性体１７のばね定数は荷重の大きさによって変化することになる。粘弾性体１７としては例えばゴム等が挙げられる。
また、摺動部材１８としては、例えば潤滑油を含浸させて自己潤滑性を持たせた銅系合金等の材料からなるものや、ポリアセタール（ＰＯＭ）やポリアミド（ＰＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂系の材料からなるものなどが挙げられる。

また、アーム部材１１、取付ブロック１６、粘弾性体１７および摺動部材１８の幅寸法（代表として、取付ブロック１６の幅寸法を図２において記号「Ｄ１」として表す。）は、エンドミル１の外径寸法Ｄ２と同等または若干小さくされている（Ｄ１≦Ｄ２）。これにより、エンドミル１よりも幅方向に突出するものがないので、アーム部材１１を突出位置として摺動部材１８をエンドミル１の外周面に接触させたとしても、アーム部材１１、取付ブロック１６、粘弾性体１７および摺動部材１８のいずれもクランクアーム１０３やカウンタウェイト１０４に干渉することがなく、後述する減衰動作を支障なく行うことができる。

以上に述べたように構成される減衰装置１０において、クランクシャフト（ワーク）１００のクランクピン１０１の切削を行うにあたり、アーム部材１１を突出位置として摺動部材１８をエンドミル１の外周面に接触させる。そして、スピンドル３の回転駆動により、エンドミル１をその軸線回りに回転させるとともに、クランクシャフト１００を回転させ、エンドミル１の刃部１ａ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の回転に追随させながら刃部１ａをクランクピン１０１に接触させて切削する。
このような長尺状のエンドミル１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ってびびり振動が生じる。びびり振動は、摺動部材１８を介して粘弾性体１７へと伝達され、該粘弾性体１７にて減衰される。

＜作用効果の説明＞
第１の実施形態の減衰装置１０によれば、エンドミル１の回転時にそのエンドミル１の外周面と滑り合って接触する摺動部材１８が設けられ、エンドミル１の切削時のびびり振動を摺動部材１８を介して粘弾性体１７へと伝達して減衰するようにされているので、エンドミル１の回転負荷の増大を招いたり、粘弾性体１７の早期摩耗を招いたりすることなく、エンドミル１のびびり振動を抑制することができる。
また、アーム部材１１が突出位置と退避位置とに切替可能とされるので、切削加工時に突出位置としたアーム部材１１を、工具交換時に退避位置とすることができる。これにより、ＡＴＣ（自動工具交換装置）を用いて工具交換する際に、アーム部材１１や先端機能部１５とＡＴＣとの干渉を確実に回避することができる。
また、錘の役目を兼ねる取付ブロック１５の重みの付加により、先端機能部１５の慣性質量が増すので、エンドミル１のびびり振動をより効果的に抑制することができる。

〔第１の実施形態の変形例の説明〕
なお、第１の実施形態においては、加工ヘッド２とエンドミル１との間の下側に減衰装置１０を設けた例を示したが、図３に示されるように、加工ヘッド２とエンドミル１との間の上側に減衰装置１０´を設けても良く、図４に示されるように、加工ヘッド２とエンドミル１との間の上側および下側の両方に減衰装置１０，１０´を設けても良い。

〔第２の実施形態〕
図５には、本発明の第２の実施形態に係る回転切削工具の減衰装置が適用されたマシニングセンタの要部斜視図が示されている。また、図６には、図５のＢ−Ｂ線断面図が、図７には、同減衰装置が適用されたマシニングセンタを用いてクランクピンを加工する様子を示す斜視図が、それぞれ示されている。
なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と同一または同様のものについては、図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとし、以下においては、第２の実施形態に特有の部分を中心に説明することとする。

図５に示されるように、本実施形態においては、マシニングセンタの加工ヘッド２にサポート機能付回転切削工具２０が装着されている。このサポート機能付回転切削工具２０は、エンドミル１、工具ホルダ４および工具補助支持体２１により構成されている。

＜工具補助支持体の説明＞
図６に示されるように、工具補助支持体２１は、エンドミル１の切削時のびびり振動を抑制する減衰装置３０を具備してエンドミル１を補助的に支持するものであり、工具ホルダ４におけるチャック部４ｂの外周面に軸受２２を介して装着されるハウジング２３を備えている。なお、ハウジング２３の外周面の一部には、外周側に突出する突出部２３ａが形成され、突出部２３ａには、回り止めピン２４が後方に突出するように植設され、該回り止めピン２４が、加工ヘッド２の回り止め部２５に係合し、加工ヘッド２に対するハウジング２３の回転が防止されるようになっている。

＜減衰装置の説明＞
減衰装置３０は、ハウジング２３からエンドミル１の刃部１ａの手前の上方および下方位置に向けて延設される一対のアーム部材３１を備えている。これらアーム部材３１は、エンドミル１の軸線を挟んで１８０°の位置に配されている。

アーム部材３１の先端部には、先端機能部３２が配設されている。先端機能部３２は、アーム部材３１の先端に固着され、エンドミル１の外周面に向けて平坦な取付面を有する直方体状の取付ブロック３３を備えている。取付ブロック３３は、先の取付ブロック１５と同様のもので、この取付ブロック３３の取付面には、先の粘弾性体１７と同様の粘弾性体３４を介して先の摺動部材１８と同様の摺動部材３５が固着され、エンドミル１の回転時に摺動部材３５がそのエンドミル１の外周面と滑り合って接触するようになっている。

第１の実施形態と同様に、アーム部材３１、取付ブロック３３、粘弾性体３４および摺動部材３５の幅寸法（代表として取付ブロック３３の幅寸法を図５において記号「Ｄ１」として表す。）は、エンドミル１の外径寸法Ｄ２と同等または若干小さくされている（Ｄ１≦Ｄ２）。これにより、アーム部材３１、取付ブロック３３、粘弾性体３４および摺動部材３５のいずれもクランクアーム１０３やカウンタウェイト１０４に干渉することがなく、後述する減衰動作を支障なく行うことができる。

図７に示されるように、クランクピン１０１の加工時には、エンドミル１の延伸方向（Ｘ方向）および一対のアーム部材３１が対向する方向（Ｙ方向）に直交する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切削工具２０を配置する。
そして、スピンドル３の回転駆動により、エンドミル１をその軸線回りに回転させるとともに、クランクシャフト１００を回転させ、エンドミル１の刃部１ａ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の回転に追随させながら刃部１ａをクランクピン１０１に接触させて切削する。
このような長尺状のエンドミル１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ってびびり振動が生じる。びびり振動は、摺動部材３５を介して粘弾性体３４へと伝達され、該粘弾性体３４にて減衰される。

＜作用効果の説明＞
第２の実施形態の減衰装置３０によっても、エンドミル１の回転時にそのエンドミル１の外周面と滑り合って接触する摺動部材３５が設けられ、エンドミル１の切削時のびびり振動を摺動部材３５を介して粘弾性体３４へと伝達して減衰するようにされているので、第１の実施形態の減衰装置１０と同様の作用効果を得ることができる。
さらに、サポート機能付回転切削工具２０において、工具ホルダ４に軸受２２を介してエンドミル１の回転を許容するように取り付けられるハウジング２３からエンドミル１に向けてアーム部材３１が延設されるので、ＡＴＣを用いて工具交換する際に、第１の実施形態のように、切削加工時に突出位置としたアーム部材１１を退避位置にするといった特別な操作をすることなくアーム部材３１とＡＴＣとの干渉を確実に回避することができ、サポート機能付回転切削工具２０の着脱で工具交換を速やかに行うことができる。

以上、本発明の回転切削工具の減衰装置について、複数の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

例えば、第１の実施形態においては、ピン１３を中心としてアーム部材１１を揺動させることで突出位置と退避位置とを切り換えるようにしたが、加工ヘッド側からアーム部材１１を直線移動機構により出し入れすることで突出位置と退避位置とを切り換えるようにしてもよい。

本発明の回転切削工具の減衰装置は、回転切削工具の回転負荷の増大を招いたり、粘弾性体の早期摩耗を招いたりすることなく、回転切削工具のびびり振動を抑制することができるという特性を有していることから、例えばマシニングセンタやフライス盤などの工作機械においてエンドミルのような長尺状の回転切削工具を用いる際に、その回転切削工具の切削時のびびり振動を抑制する用途に好適に用いることができる。

１ エンドミル（回転切削工具）
２ 加工ヘッド
３ スピンドル
４ 工具ホルダ
１０，３０ 減衰装置
１１，３１ アーム部材
１６，３３ 取付ブロック（錘）
１７，３４ 粘弾性体
１８，３５ 摺動部材
２２ 軸受
２３ ハウジング

Claims (3)

1. 加工ヘッドのスピンドルに工具ホルダを介して取り付けられる回転切削工具の振動を減衰する回転切削工具の減衰装置であって、
   回転切削工具の外周側を補助的に支持可能なアーム部材であって、加工ヘッド側から回転切削工具に向けて突き出す突出位置と、工具ホルダから後方の加工ヘッド側に退避される退避位置とに切替可能とされるアーム部材と、
   回転切削工具の回転時にその回転切削工具の外周面と滑り合って接触する摺動部材と、
   前記アーム部材と摺動部材との間に介在される粘弾性体とを備え、
   回転切削工具の切削時の振動を、前記摺動部材を介して前記粘弾性体へと伝達して減衰するようにしたことを特徴とする回転切削工具の減衰装置。
2. 加工ヘッドのスピンドルに工具ホルダを介して取り付けられる回転切削工具の振動を減衰する回転切削工具の減衰装置であって、
   回転切削工具の外周側を補助的に支持可能なアーム部材と、
   前記アーム部材の先端部に配設され、前記回転切削工具の外周面に向けて平坦な取付面を有するとともに、当該先端部の慣性質量を増大させる錘の役目もする取付ブロックと、
   前記取付ブロックの取付面に粘弾性体を介して固着され、前記回転切削工具の回転時にその回転切削工具の外周面と滑り合って接触する摺動部材とを備え、
   回転切削工具の切削時の振動を、前記摺動部材を介して前記粘弾性体へと伝達して減衰するようにしたことを特徴とする回転切削工具の減衰装置。
3. 前記アーム部材は、前記工具ホルダに軸受を介して回転切削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から回転切削工具に向けて延設される請求項１または２に記載の回転切削工具の減衰装置。

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