JPH06226502A - 球面切削加工方法および工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 球面を能率良く切削加工することができる球
面切削加工方法および装置を提供する。 【構成】 工具本体３０は、ノーズ４２，横切刃４４お
よび前切刃４６を有する４個のチップ４０を、前切刃４
６がノーズ４２に近い部分ほど工具軸線から遠くなる向
きに傾斜させて固定する。ワークピース１０の球面１２
の切削加工時には、切削工具を軸線Ｌ_T のまわりに高速
で、ワークピース１０を軸線Ｌ_W のまわりに極く低速で
ワークピース１０が１回転する毎に球面１２に切り込ん
で球面１２を切削加工する。前切刃４６の傾斜により、
通常はノーズ４２および横切刃４４により切削が行わ
れ、加工の最終段階に前切刃４６が球面１２に接触して
仕上げ加工する。前切刃４６の摩耗が少なく、研摩回数
が少なくて済み、加工能率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は被加工物に球面を切削加
工する球面切削加工方法および工具に関するものであ
り、特に、切削能率の向上に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】球面切削加工方法には、ワークピースと
切削工具とをそれぞれ互に交差する軸線まわりに回転さ
せるとともに、ワークピースと切削工具とを工具軸線に
平行な方向に相対移動させて球面を切削加工する方法が
ある。この方法に使用される切削工具は、ノーズと、そ
のノーズからそれぞれ直線的に延びた横切刃および前切
刃とを有するチップが工具本体の工具軸線から外れた位
置に固定されたものであるが、従来はチップの前切刃が
ノーズに近い部分ほど工具軸線に接近する向きに傾斜さ
せられていた。そのため、切削工具をそのチップから外
れた工具軸線まわりに回転させつつ切削工具とワークピ
ースとを工具軸線に平行な方向に相対移動させてワーク
ピースに球面を切削加工するとき、ノーズおよび横切刃
がワークピースに接触して球面を切削加工する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにチップのノーズおよび横切刃により切削加工を行う
場合、ノーズの摩耗が速く、頻繁に研摩し、あるいは摩
耗した分の刃先位置の調整を行うことが必要であり、加
工を頻繁に中断しなければならず、加工能率が悪い問題
があった。請求項１および２の発明はそれぞれ、ワーク
ピースに球面を能率良く切削加工することができる球面
切削加工方法および球面切削加工工具を提供することを
課題として為されたものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
の課題を解決するために、切削加工の最終段階におい
て、チップの前切刃を球面に、その球面に対する接線に
沿って接触させることを要旨とするものである。請求項
２の発明は、上記の課題を解決するために、チップの前
切刃をノーズに近い部分ほど工具軸線から遠くなる向き
に傾斜させるとともに、工具本体を工具軸線上に中心を
有しかつ前切刃のノーズ近傍部分に接する球面と干渉し
ない形状としたことを要旨とするものである。

【０００５】

【作用】請求項１の発明に係る球面切削加工方法により
ワークピースに球面を切削加工する場合、チップの前切
刃は切削加工の最終段階において球面に対する接線に沿
って接触し、球面を仕上げ加工する。請求項２の発明に
係る球面切削加工工具を用いてワークピースに球面を切
削加工する場合には、前切刃がノーズに近い部分ほど工
具軸線から遠くなる向きに傾斜させられているため、チ
ップはノーズおよび横切刃においてワークピースに切り
込み、所定の切削代の大半が切削された加工の最終段階
において前切刃のノーズ近傍部分が球面にその球面に対
する接線に沿って接触し、仕上げ加工する。球面が切削
されて半径が小さくなるに従ってワークピースと切削工
具とは互に接近する向きに移動するが、工具本体は前切
刃のノーズ近傍部分に接触する球面と干渉しない形状と
されているため、ワークピースと工具本体とが干渉する
ことはなく、支障なく加工が行われる。

【０００６】

【発明の効果】このように請求項１の発明によれば、前
切刃が球面を仕上げ加工するため、前切刃の位置は高精
度に設定され、維持されることが必要であるが、前切刃
は曲率半径の小さいノーズに比較して摩耗し難く、しか
も切削の最終段階において接触するため、一層摩耗が少
ない。したがって、ワークピースの加工精度を維持する
ための研摩回数や刃先位置調整回数が少なくて済む。切
削加工は主としてノーズおよび横切刃によって行われる
ため、摩耗量が比較的多いが、ワークピースの加工精度
は横切刃やノーズの位置で決まるわけではないため、こ
れらが摩耗しても研摩や刃先位置調整の必要はない。従
来はノーズの位置によってワークピースの加工精度が決
まり、そのノーズの摩耗が多いために、研摩や刃先位置
調整を頻繁に行わなければならなかったのに比較して、
加工能率を向上させることができるのである。

【０００７】請求項２の発明によれば、請求項１の方法
発明を実施し得る工具が得られる。工具本体は、前切刃
のノーズ近傍部分に接する球面と干渉しない形状とされ
る。前切刃のノーズ近傍部分においてワークピースの球
面を加工すれば、加工を能率良く行うことができるから
である。前切刃は、ワークピースの球面にその球面の接
線に沿って接触するため球面と成す角が小さく、切削に
よって除去される材料の量の割に切削抵抗が大きい。し
たがって、前切刃による加工をノーズ近傍部分のみなら
ず、ノーズから離れた部分においても行えば加工能率が
悪くなるのである。ワークピースとの接触部長さが小さ
く、切削抵抗の少ない横切刃およびノーズによって加工
の大半が行われ、前切刃による加工はノーズ近傍部分の
みにおいて加工の最終段階において行われるようにすれ
ば、加工を能率良く行うことができる。

【０００８】

【実施例】以下、請求項１および請求項２の発明の一実
施例を図面に基づいて詳細に説明する。

【０００９】図３には、本実施例の球面切削加工方法お
よび工具により球面切削加工されるワークピース１０が
示されている。ワークピース１０は、硬さがＨＲＣ４０
のステンレス製（ＳＩＣＳ１３）であり、球の外周面で
ある球面１２が２個所において互に平行に切り欠かれて
２個の側面１４が形成されるとともに、これら側面１４
と直交する中心線Ｌ_W を有する貫通孔１６が形成れてい
る。

【００１０】上記球面１２は図１および図２に示す球面
切削加工工具により切削加工される。図１において３０
は球面切削加工工具の工具本体である。この工具本体３
０は図２に示すように断面形状が円形を成し、その後端
部には、後端面と外周面とに開口する複数の係合切欠３
２が等角度間隔に形成されている。工具本体３０は係合
切欠３２において、図示しないスピンドルにより回転さ
せられる回転部材の係合突部に嵌合させられるととも
に、軸線方向に貫通して形成されたボルト穴３４を利用
して回転部材にボルトにより固定される。回転トルクは
係合切欠３２と係合突部との係合により伝達され、工具
本体３０は工具軸線Ｌ_T のまわりに回転させられる。ま
た、工具本体３０は図示しない移動装置により工具軸線
Ｌ_T に平行な方向に移動させられる。

【００１１】工具本体３０の先端面には、工具軸線Ｌ_T
を中心として等角度間隔に４個の突部３８が突設され、
各突部３８にそれぞれチップ４０が固定されている。チ
ップ４０は、図５に拡大して示すように正方形の板状を
成し、半径が０．２mmの丸みが付けられたノーズ４２
と、ノーズ４２からそれぞれ直線的に延びる横切刃４４
および前切刃４６とを有するとともに、図２に示すよう
に逃げ面４７が形成されている。チップ４０は、図１に
示すように突部３８に形成されたチップ嵌合切欠４８に
嵌合されるとともに、図示を省略する固定具により固定
されている。

【００１２】チップ嵌合切欠４８はほぼ工具本体３０の
半径方向に形成されている。チップ嵌合切欠４８の肩面
５０は工具軸線Ｌ_T 側の部分ほど突部３８の突出端側に
位置するように傾斜させられており、チップ４０は、前
切刃４６が、ノーズ４２に近い部分ほど工具軸線Ｌ_T か
ら遠くなる向きに傾斜した状態で固定される。前切刃４
６の傾斜は、チップ４０が球面１２を全部の切削代分切
削し終わった加工の最終段階において図５に示すように
球面１２にノーズ近傍部分において接触するように設定
される。

【００１３】前切刃４６のノーズ近傍部分とは、ノーズ
４２の終端からの距離を球面１２の半径で除した値が０
〜０．１の位置である。この値は、球面の半径が大きい
ときには小さくなり、０〜０．０１である。本来の目的
を達し、かつ、加工能率を低下させないという観点から
すれば、前切刃４６はノーズ４２との境界において球面
１２に接することが望ましいのであるが、製作誤差があ
ってちょうどノーズ４２との境界で接触させることは困
難であり、また、横切刃４４およびノーズ４２が摩耗し
た場合にこれらを再研摩しても前切刃４６が球面１２に
接するようにするために、実際上は上記範囲内のいずれ
かの位置で球面１２に接触するようにすることが望まし
いのである。

【００１４】なお、図５には前切刃４６が球面１２に接
する状態を明瞭に示すために、前切刃４６がノーズ４２
から離れた位置において球面１２に接触するように図示
されているが、実際にはノーズ４２の終端の近傍位置に
おいて接触する。また、チップ嵌合切欠４８の底面５０
の傾斜角度は前切刃４６に必要な傾斜角が得られる大き
さに設定され、チップ４０は、ノーズ４２が、ワークピ
ース１０の球面１２の半径より短い半径の円周上に位置
するように固定される。さらに、突部３８の工具本体３
０の周方向に延びる側面５２は、工具本体３０の中心か
ら外周側へ向かう向きに逃がされている。

【００１５】工具本体３０にはまた、その先端面に開口
し、工具軸線Ｌ_T を中心とする円形断面の凹部５４が形
成されるとともに、凹部５４と工具本体３０の後端面と
に開口する貫通孔５６が形成されている。凹部５４は、
前切刃４６がノーズ近傍部分において球面１２に接触す
るとき、ワークピース１０と干渉しない大きさに形成さ
れている。

【００１６】次に球面１２の切削加工について説明す
る。切削加工時には、ワークピース１０は貫通孔１６に
おいて図示しない支持部材により相対回転不能に支持さ
れ、支持部材が回転駆動装置（図示省略）によって回転
させられることにより、中心線Ｌ_W のまわりに回転させ
られる。加工開始時には工具本体３０は後退端位置にあ
り、ワークピース１０のセット後、ワークピース１０に
向かって前進させられてチップ４０がワークピース１０
の球面１２に切り込まされる。加工時には、工具本体３
０は毎分７２０回転で回転させられ、ワークピース１０
は毎分１回転で回転させられる。本ワークピース１０の
球面１２は切削代が３mmとされており、チップ４０は３
分割でワークピース１０に切り込まされる。また、各切
り込み終了後のドウェルは６０秒である。

【００１７】球面１２の荒加工および中仕上げ加工は、
図４に示すようにノーズ４２および横切刃４４によって
行われ、前切刃４６はワークピース１０に接触しない。
前切刃４６は球面１２が切削代分切削された加工の最終
段階において図５に示すようにノーズ４２の近傍部分に
おいて球面１２に接触し、仕上げ加工する。

【００１８】ノーズ４２および横切刃４４が球面１２を
荒加工，中仕上げ加工し、前切刃４６が仕上げ加工する
のであり、前切刃４６による加工は少なく、しかも前切
刃４６は球面１２に広い領域で接触するため摩耗が少な
く、多数のワークピース１０に球面１２を連続して能率
良く切削加工することができる。前切刃４６の摩耗が少
なく、研摩や刃先位置の調整を頻繁に行う必要がないこ
とから、チップ４０を予め設定された位置へ前進させて
は加工を行い、連続して多数のワークピース１０を加工
することができるのである。

【００１９】このように前切刃４６が傾斜させられたチ
ップ４０により球面１２を切削加工すれば、加工を繰り
返し行っても誤差はワークピース１０の直径について０
〜０．０５mmの範囲で収まることが測定により確かめら
れている。これは、表面が加工されて黒皮が除去された
素材に切削加工を乾式により行った場合、クーラントと
してオイルを使用した場合、黒皮素材の球面をクーラン
トとしてオイルを用いて切削加工した場合のいずれにつ
いても確かめられている。

【００２０】また、切削加工時にはワークピース１０は
中心線Ｌ_W のまわりに回転させられ、球面１２の切り欠
かれていない部分が、図１に二点鎖線で示すように工具
本体３０側に位置することもあるが、工具本体３０には
凹部５４が形成されているため、ワークピース１０が工
具本体３０と干渉することはない。チップ４０が球面１
２に切り込むに従ってワークピース１０は相対的に僅か
に凹部５４内に進入することとなるが、凹部５４はチッ
プ４０の前切刃４６のノーズ近傍部分が球面１２に接触
してもワークピース１０と干渉しない寸法を有してお
り、ワークピース１０が工具本体３０と干渉することは
ない。

【００２１】このように工具本体３０に凹部５４を形成
して球面１２との干渉を回避すれば、切削工具の剛性を
高くすることができる。チップ４０を固定する突部３８
を工具軸線方向において長いものとすれば、球面１２と
工具本体３０との干渉を避けることができる。しかし、
その場合には突部３８によるチップ４０の支持剛性が低
くなるため、工具本体３０に凹部５４を形成して球面１
２との干渉を回避する方がよいのである。

【００２２】なお、上記実施例においては工具本体３０
が工具軸線と平行な方向に移動させられるようになって
いたが、ワークピースを移動させてもよく、あるいは工
具本体とワークピースとの両方を移動させてもよい。

【００２３】また、上記実施例においてチップ４０を球
面１２に切り込ませる毎に６０秒間その位置に保って球
面全体を加工するようにされていたが、連続して移動さ
せつつ切削するようにしてもよいし、最後に６０秒間一
定位置に保って加工を終了するようにしてもよい。

【００２４】さらに、上記実施例においてチップ４０は
４個設けられていたが、４個に限らず、１個以上何個設
けてもよい。ただし、切削抵抗をバランスさせるために
２個以上を等角度間隔で設けることが望ましい。

【００２５】また、上記実施例においてノーズ４２には
半径０．２mmの丸みが付けられていたが、この大きさは
変更することができる。

【００２６】さらに、ワークピースと切削工具とをそれ
ぞれ互に直交する軸線まわりに回転させることは不可欠
ではなく、ワークピースの形状によっては直角以外の角
度で交差する軸線まわりに回転させて球面を切削加工し
てもよい。

【００２７】その他、特許請求の範囲を逸脱することな
く、当業者の知識に基づいて種々の変形，改良を施した
態様で本発明を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項２の発明の一実施例であり、請求項１の
発明の実施に使用される球面切削加工工具を示す正面図
（一部断面）である。

【図２】上記球面切削加工工具の側面図である。

【図３】上記球面切削加工工具により球面を切削加工さ
れるワークピースを示す正面断面図である。

【図４】上記球面切削加工工具による上記球面の切削開
始当初におけるチップの球面への切り込みを示す図であ
る。

【図５】上記球面切削加工工具のチップの前切刃が球面
に接触した状態を示す図である。

【符号の説明】

１０ ワークピース １２ 球面 ３０ 工具本体 ４０ チップ ４２ ノーズ ４４ 横切刃 ４６ 前切刃 ５４ 凹部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノーズとそのノーズからそれぞれ直線的
   に延びた横切刃および前切刃とを有するチップを備えた
   切削工具をそのチップから外れた工具軸線まわりに回転
   させるとともに、ワークピースを工具軸線と交差するワ
   ークピース軸線まわりに回転させ、切削工具とワークピ
   ースとを工具軸線に平行な方向に相対移動させてワーク
   ピースに球面を切削加工する方法において、 切削加工の最終段階において、前記チップの前記前切刃
   を前記球面に、その球面に対する接線に沿って接触させ
   ることを特徴とする球面切削加工方法。
2. 【請求項２】 工具軸線のまわりに回転可能な工具本体
   と、 ノーズとそのノーズからそれぞれ直線的に延びた横切刃
   および前切刃とを有し、前記工具本体の工具軸線から外
   れた位置に固定されたチップとを含む球面切削加工工具
   において、 前記前切刃を前記ノーズに近い部分ほど前記工具軸線か
   ら遠くなる向きに傾斜させるとともに、前記工具本体を
   工具軸線上に中心を有しかつ前記前切刃のノーズ近傍部
   分に接する球面と干渉しない形状としたことを特徴とす
   る球面切削加工工具。