JP2018001285A - ネジ加工用工具およびネジ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ネジ溝を形成する際の工具本体の移動回数を削減することにより、効率的なネジ加工を行う。【解決手段】工具本体１の先端部にすくい面３と逃げ面４とを備えた切刃部２が形成されており、この切刃部２には、すくい面３に対向する方向から見て、この切刃部２の刃幅方向に延びる主切刃５と、この主切刃５の両端部に形成された凸曲線状をなすコーナ刃６と、このコーナ刃６から切刃部２の後端側に延びる副切刃７とが形成されていて、副切刃７のうち主切刃５の両端部に形成された２つのコーナ刃６の少なくとも一方に連なる副切刃７Ｂは、すくい面３に対向する方向から見て主切刃５に鈍角に交差する方向に傾斜している。【選択図】図２

Description

本発明は、回転する被削材の外周面にネジ溝を形成するネジ加工用工具およびネジ加工方法に関するものである。

このようなネジ加工用工具として、例えば特許文献１には、バイトのチップの先端の外径を、創成するネジの山と谷の角部の内径よりも小さくしたものが記載されている。そして、この特許文献１には、このようなネジ加工用工具を用いて、被削材をその軸線回りに回転させながら周面に上記バイトの先端を突き立てて、荒削りから仕上げ削りまでの過程におけるチップの移動を、創成するネジの形状に対応して予めプログラムした数値制御によって実行させることにより、螺旋状にネジを刻むネジ加工方法も記載されている。

特開平６−２５４７２０号公報

ところが、この特許文献１に記載されたネジ加工用工具のようにバイトの先端の外径をネジの山と谷の角部の内径よりも小さくしたものでは、被削材の周面に先端が突き当てられたバイトが１回軸線方向に移動する際に被削材を削り取る切削量も小さくなり、より多くの回数移動させなければ所定の幅および深さのネジ溝を形成することができない。しかも、このような外径の小さいバイト先端によって上述のようにネジ溝を荒削りした後に、移動量を小さくして仕上げ削りしなければならず、結果的にネジ溝を形成するのに多くの時間を要することになる。

本発明は、このような背景の下になされたもので、ネジ溝を形成する際の工具本体の移動回数を削減して効率的なネジ加工を行うことが可能なネジ加工用工具およびネジ加工方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明のネジ加工用工具は、工具本体の先端部にすくい面と逃げ面とを備えた切刃部が形成されており、上記切刃部には、上記すくい面に対向する方向から見て、この切刃部の刃幅方向に延びる主切刃と、この主切刃の両端部に形成された凸曲線状をなすコーナ刃と、このコーナ刃から上記切刃部の後端側に延びる副切刃とが形成されていて、上記副切刃のうち上記主切刃の両端部に形成された２つの上記コーナ刃の少なくとも一方に連なる副切刃は、上記すくい面に対向する方向から見て上記主切刃に鈍角に交差する方向に傾斜していることを特徴とする。

また、本発明のネジ加工方法は、このようなネジ加工用工具を用いて、回転する被削材の周面に、上記切刃部を上記主切刃側から上記被削材の少なくとも径方向に段階的に切り込ませつつ、上記工具本体を上記被削材の回転軸線方向に相対的に移動させてネジ溝を形成することを特徴とする。

このように構成されたネジ加工用工具およびネジ加工方法では、工具本体先端部の切刃部に刃幅方向に延びる主切刃と、この主切刃の両端部にコーナ刃を介して連なり切刃部の後端側に延びる副切刃とが形成されており、切刃部を被削材の径方向に移動させて周面に切り込ませる際には、主切刃によって刃幅方向により広い範囲で被削材を削り取ることができる。

また、先に切刃部を切り込ませてネジ溝を形成した後、次に切刃部を切り込ませる際に副切刃に沿って切刃部を径方向に移動させれば、前の切り込みによって形成された溝壁面に滑らかに次の溝壁面を連続させることができる。このため、別工程で仕上げ削りを行う必要がなくなるので、工具本体の移動回数を削減して加工時間を短縮し、効率的なネジ加工を行うことが可能となる。

さらに、断面が台形状のネジ溝を形成する場合などには、上記副切刃のうち上記主切刃の両端部に形成された２つのコーナ刃の少なくとも一方に連なる副切刃が、上記すくい面に対向する方向から見て上記主切刃に鈍角に交差する方向に傾斜していているので、この傾斜の方向に沿って切刃部を送り出すことにより、仕上げ削りを要することなく傾斜した溝壁面を形成することができる。

また、切刃部に作用する切削抵抗のバランスや切削抵抗による工具本体の撓みなどを考慮すると、上記副切刃は上記主切刃よりも短いことが望ましい。さらに、上記副切刃の長さは、主切刃の長さの１／２以下であることが望ましく、１／５以下であるのがより望ましい。なお、この副切刃は、上記すくい面に対向する方向から見て直線状であってもよいが、コーナ刃よりも曲率半径の大きな凸曲線状とすることにより、たとえ工具本体に撓みが生じても、副切刃により形成される溝壁面を滑らかに連続させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、主切刃によって広い範囲で被削材を削り取ることができるとともに、副切刃によって滑らかな溝壁面を形成することができ、ネジ溝を形成する際の工具本体の移動回数を削減して加工時間を短縮し、効率的なネジ加工を行うことができる。

本発明のネジ加工用工具の一実施形態を示す斜視図である。 図１に示す実施形態の切刃部の平面図である。 図１に示す実施形態の切刃部の側面図である。 図１に示す実施形態の切刃部の正面図である。 図１に示す実施形態によりネジ加工を行う場合の本発明のネジ加工方法の一実施形態における切刃部の軌跡を示す図である。

図１ないし図４は、本発明のネジ加工用工具の一実施形態を示すものであり、図５は、この実施形態のネジ加工用工具を用いた本発明のネジ加工方法の一実施形態を示すものである。本実施形態のネジ加工用工具はネジ加工用の切削インサートであり、超硬合金等の硬質材料により形成された概略四角柱状の工具本体１を備えており、その長手方向の端部（本実施形態では両端部）に切刃部２を有している。このようなネジ加工用工具は、工具本体１が図示されないホルダに装着され、上記長手方向を回転する円柱状の被削材Ｗの周面（例えば外周面）に垂直にして１つの切刃部２をこの周面に向け、この１つの切刃部２を被削材Ｗに切り込ませることによりネジ加工に用いられる。

切刃部２には、被削材Ｗの回転方向（図３および図４において下側）に対向するように配置されるすくい面３と、このすくい面３から被削材Ｗの回転方向に向けて延びるように配置される逃げ面４とが形成されている。すくい面３には、切刃部２の後端側（図２および図３において右側）に向かうに従い被削材Ｗの回転方向側に向かうようにすくい角が与えられているとともに、逃げ面４には、すくい面３から離間して被削材Ｗの回転方向に向かうに従い切刃部２の内側に傾斜するように逃げ角が与えられている。

この切刃部２の先端には、すくい面３と切刃部２の先端側を向く逃げ面４との交差稜線部に、すくい面３に対向する方向から見て工具本体１の長手方向に垂直に切刃部２の刃幅方向（図２における上下方向）に延びる直線状の主切刃５が形成されている。また、主切刃５の両端部には、同じくすくい面３に対向する方向から見て主切刃５に接する凸円弧等の凸曲線状をなして工具本体１の後端側に湾曲するコーナ刃６がそれぞれ形成されるとともに、これらのコーナ刃６の後端からは切刃部２の後端側に向けて延びるように副切刃７が形成されている。

副切刃７は、本実施形態ではすくい面３に対向する方向から見てコーナ刃６に接する直線状に形成されている。なお、本実施形態のネジ加工用工具は、断面が１つの斜辺を有して台形状のネジ溝を被削材Ｗに形成するものであり、すくい面３に対向する方向から見て、２つのコーナ刃６に連なる２つの副切刃７のうち、一方の副切刃（図２において下側の副切刃）７Ａは、主切刃５に垂直にコーナ刃６から工具本体１の長手方向に延びているのに対して、他方の副切刃（図２において上側の副切刃）７Ｂは主切刃５に鈍角に交差する方向に傾斜して延びていて、その主切刃５に対する傾斜角はネジ溝断面の底面がなす直線に対する斜辺の傾斜角と一致している。

また、これらの副切刃７Ａ、７Ｂに沿った方向の副切刃７の長さは主切刃５の長さよりも短くされており、さらにコーナ刃６の周長や曲率半径も主切刃５の長さより短くされている。さらにまた、副切刃７は、本実施形態では各副切刃７Ａ、７Ｂに沿った方向の長さが主切刃５の長さの１／２以下、より望ましくは１／５以下とされており、例えば０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内となるように設定されている。なお、副切刃７よりも切刃部２の後端側においてすくい面３と切刃部２の両側方を向く２つの逃げ面４との交差稜線部は、後端側に向かうに従い上記長手方向に対して小さな角度ですくい面３の内側に向かうように傾斜し、逃げが与えられている。

このようなネジ加工用工具によって上述のように回転する被削材Ｗにネジ加工を行う本実施形態の加工方法では、切刃部２を上記主切刃５側から被削材Ｗの少なくとも径方向（図５における左右方向）に段階的に被削材Ｗの外周面に順次切り込ませつつ、形成すべきネジ溝のリードに沿うように工具本体１を被削材Ｗの回転軸線方向に相対的に移動させる。なお、本実施形態では、図５に示すように被削材Ｗの回転軸線方向（図５における上下方向）にも段階的に切刃部２をずらしつつ切り込ませている。

すなわち、本実施形態では、例えば図５に符号Ｐ１で示す位置において被削材Ｗに切刃部２を切り込ませつつ工具本体１を上記リードに沿うように相対的に移動させ、被削材Ｗの外周面に浅くて切刃部２の刃幅と同じ幅狭のネジ溝を形成する。このとき、図５に示すように切刃部２を主切刃５から上記他方の副切刃７Ｂの後端までの範囲内で被削材Ｗに切り込ませば、この他方の副切刃７Ｂにより上記回転軸線に対して傾斜した溝壁面が形成される。

次いで、回転軸線方向において上記位置Ｐ１における切刃部２の軌跡と重なり合う位置Ｐ２に切刃部２が位置するように工具本体１をずらし、同様に切刃部２を切り込ませつつ工具本体１を相対的に移動させ、ネジ溝の幅を広げる。さらに、上記位置Ｐ２の切刃部２の軌跡と重なり合ってネジ溝の開口部の幅が所定の幅となる位置Ｐ３に切刃部２が位置するように工具本体１をずらし、切刃部２を切り込ませつつ工具本体１を相対的に移動させる。このとき、図５に示すように切刃部２を主切刃５から上記一方の副切刃７Ａの後端までの範囲内で切り込ませば、上記傾斜した溝壁面に対向する上記回転軸線に垂直な溝壁面が形成される。

次に、位置Ｐ３から、さらに切刃部２を主切刃５から一方の副切刃７Ａの後端までの範囲内の位置Ｐ４に被削材Ｗの径方向内周側（図５において左側）に切り込ませつつ、工具本体１を被削材Ｗの回転軸線方向に相対的に移動させる。このとき、切刃部２を上記長手方向に沿って切り込ませることにより、位置Ｐ３、Ｐ４において一方の副切刃７Ａにより形成された溝壁面は連続して径方向内周側に延長される。

さらに、回転軸線方向において位置Ｐ４における切刃部２の軌跡と重なり合う位置Ｐ５に切刃部２が位置するように工具本体１をずらし、切刃部２を切り込ませつつ工具本体１を相対的に移動させてネジ溝の幅を広げた後、位置Ｐ６に切刃部２が位置するように工具本体１をずらして相対的に移動させる。このとき、位置Ｐ６における他方の副切刃７Ｂが位置Ｐ１における他方の副切刃７Ｂの軌跡と連続するように配置することにより、上記回転軸線に対して傾斜した溝壁面も連続して径方向内周側に延長される。

このように、切刃部２を被削材Ｗの回転軸線方向に段階的にずらしつつ、径方向にも段階的に切り込ませて工具本体１を被削材に対し相対的に移動させる操作を繰り返すことにより、図５に示すように所定の溝幅と深さを有するネジ溝が被削材Ｗの外周面に形成される。なお、このような操作は、例えば工作機械に備えられたコンピュータ等の演算手段に入力されるプログラムにより自動的に行うことが可能である。

また、被削材Ｗの外周面とネジ溝の溝壁面の交差稜線部に断面凸曲線状の面取りを施す場合には、被削材の外周面にネジ溝を形成する前または形成した後に、図５に符号Ｑで示す軌跡を描くように切刃部２を移動させてコーナ刃６により加工を行えばよい。さらに、上記位置Ｐ１〜Ｐ３、および位置Ｐ４〜Ｐ６におけるネジ加工の順序は、それぞれこの順通りでなくてもよい。

上記構成のネジ加工用工具においては、切刃部２の先端に、この切刃部２の刃幅方向に延びる主切刃５が形成されており、このようなネジ加工用工具を用いた上記ネジ加工方法では、この主切刃５によって図５に示したように１回の切り込みで刃幅方向により広い範囲の切削を行うことができる。このため、所定の幅のネジ溝を形成する際の切り込み回数すなわち工具本体１の移動回数を削減することができる。

また、この主切刃５の両端部には、コーナ刃６を介して副切刃７が形成されており、被削材Ｗの周面を径方向に先に切り込んだ後に次に切り込む際には、主切刃５から副切刃７の後端までの範囲内の切り込み量で該副切刃７に沿って切り込みを与えることにより、副切刃７によって形成されるネジ溝の溝壁面を滑らかに連続させることができる。このため、別工程で仕上げ削りを行う必要がなくなるので、上述のように切り込み回数を削減できることと相俟って、加工時間を短縮して効率的なネジ加工を行うことが可能となる。

さらに、本実施形態のネジ加工用工具は、上述のように被削材Ｗに１つの斜辺を有する断面台形状のネジ溝を形成するものであり、これに合わせて２つの副切刃７のうち一方の副切刃７Ａは、すくい面３に対向する方向から見て主切刃５に垂直に工具本体１の長手方向に延びているのに対し、他方の副切刃７Ｂは、ネジ溝断面の底面がなす直線に対する斜辺の傾斜角と等しい角度で主切刃５に鈍角に交差する方向に傾斜している。このため、上述のような斜辺を有する断面のネジ溝を形成する場合でも、上記他方の副切刃７Ｂの傾斜に沿って切刃部２を順次切り込ませることにより、切り込み回数を削減しつつ滑らかに連続した溝壁面を形成することが可能となる。

ただし、本実施形態では、このように被削材Ｗに１つの斜辺を有する断面台形状のネジ溝を形成する場合について説明したが、例えば等脚台形状等の２つの斜辺を有する断面台形状のネジ溝を被削材Ｗに形成する場合には、上記一方の副切刃７Ａも形成するネジ溝の断面の底面がなす直線に対する斜辺の傾斜角に合わせ、すくい面３に対向する方向から見て主切刃５に対して鈍角に交差する方向に傾斜していてもよい。

また、本実施形態では、副切刃７が主切刃５よりも短く形成されており、副切刃７をその後端まで切り込ませても、主切刃５に作用する切削抵抗とのバランスが損なわれたり、このような切削抵抗のアンバランスによって工具本体１に撓みが生じたりするのを防ぐことができるので、より高精度のネジ加工を行うことが可能となる。逆に、主切刃５は副切刃７よりも長いので、上述のように１回の切り込みで刃幅方向に広い範囲で被削材Ｗにネジ溝を形成することができる。

さらに、本実施形態では、こうして主切刃５よりも短くされた副切刃７の長さが、この主切刃５の長さの１／２以下とされており、不要な切削抵抗の増大を防ぐことができる。すなわち、副切刃７の長さが主切刃５の長さの１／２よりも長いと、切削抵抗が必要以上に増大して工具本体１に撓みが生じ易くなってしまうおそれがある。なお、このような切削抵抗の増大を一層確実に防ぐには、上述のように副切刃７の長さは主切刃５の長さの１／５以下とされるのが、より望ましい。ただし、この副切刃７の長さが短すぎても、切り込み量が小さくなりすぎて上述のように切り込み回数を削減して効率的なネジ加工を行うことができなくなるおそれがあるので、この副切刃７の長さは、主切刃５の長さの１／１０以上であるのが望ましく、具体的には上述のように０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内とされるのが望ましい。

また、本実施形態では、すくい面３に対向する方向から見て副切刃７が直線状に形成されており、この副切刃７に沿って切刃部２を切り込ませたときには、形成される溝壁面を上述のように滑らかに連続させることができる。ただし、ネジ加工時に工具本体１に万一撓みが生じると、先に形成された溝壁面と後に形成された溝壁面との境界に段差が付いてしまうおそれがあるので、そのような場合には、すくい面３に対向する方向から見て副切刃７をコーナ刃６の曲率半径よりも大きな曲率半径の凸円弧等の凸曲線状に形成してもよく、この場合の副切刃７の曲率半径は具体的には１ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内とされるのが望ましい。

さらに、本実施形態のネジ加工用工具では、本発明をネジ加工用の切削インサートに適用して、工具本体１をホルダに装着することによりネジ加工を行っているが、例えばソリッドやロウ付けのネジ加工用バイトのように刃先交換式ではないネジ加工用工具に本発明を適用することも可能である。また、本実施形態では、概略四角柱状の工具本体１の両端部に切刃部２が設けられているが、一端部だけに切刃部２が設けられていてもよい。さらに、本実施形態では、被削材Ｗの外周面にネジ溝を形成する場合について説明したが、円筒状の被削材の内周面にネジ加工を行うネジ加工用工具およびネジ加工方法に本発明を適用することも勿論可能である。

１ 工具本体
２ 切刃部
３ すくい面
４ 逃げ面
５ 主切刃
６ コーナ刃
７（７Ａ、７Ｂ） 副切刃
Ｗ 被削材

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明のネジ加工用工具は、工具本体の先端部にすくい面と逃げ面とを備えた切刃部が形成されており、上記切刃部には、上記すくい面に対向する方向から見て、この切刃部の刃幅方向に延びる主切刃と、この主切刃の両端部にそれぞれ形成された凸曲線状をなす２つのコーナ刃と、これらのコーナ刃から上記切刃部の後端側に延びる２つの副切刃とが形成されていて、これら２つの副切刃は、上記主切刃よりも短くされており、上記副切刃のうち上記主切刃の両端部に形成された２つの上記コーナ刃の少なくとも一方に連なる副切刃は、上記すくい面に対向する方向から見て上記主切刃に鈍角に交差する方向に傾斜していることを特徴とする。

また、切刃部に作用する切削抵抗のバランスや切削抵抗による工具本体の撓みなどを考慮して、上記２つの副切刃は上記主切刃よりも短くされている。さらに、上記副切刃の長さは、主切刃の長さの１／２以下であることが望ましく、１／５以下であるのがより望ましい。なお、この副切刃は、上記すくい面に対向する方向から見て直線状であってもよいが、コーナ刃よりも曲率半径の大きな凸曲線状とすることにより、たとえ工具本体に撓みが生じても、副切刃により形成される溝壁面を滑らかに連続させることができる。

Claims (6)

1. 工具本体の先端部にすくい面と逃げ面とを備えた切刃部が形成されており、上記切刃部には、上記すくい面に対向する方向から見て、この切刃部の刃幅方向に延びる主切刃と、この主切刃の両端部に形成された凸曲線状をなすコーナ刃と、このコーナ刃から上記切刃部の後端側に延びる副切刃とが形成されていて、
   上記副切刃のうち上記主切刃の両端部に形成された２つの上記コーナ刃の少なくとも一方に連なる副切刃は、上記すくい面に対向する方向から見て上記主切刃に鈍角に交差する方向に傾斜していることを特徴とするネジ加工用工具。
2. 上記副切刃は、上記主切刃よりも短いことを特徴とする請求項１に記載のネジ加工用工具。
3. 上記副切刃の長さは、上記主切刃の長さの１／２以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のネジ加工用工具。
4. 上記副切刃は、上記すくい面に対向する方向から見て直線状であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のネジ加工用工具。
5. 上記副切刃は、上記すくい面に対向する方向から見て上記コーナ刃よりも曲率半径が大きい凸曲線状であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のネジ加工用工具。
6. 請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のネジ加工用工具を用いて、回転する被削材の周面に、上記切刃部を上記主切刃側から上記被削材の少なくとも径方向に段階的に切り込ませつつ、上記工具本体を上記被削材の回転軸線方向に相対的に移動させてネジ溝を形成することを特徴とするネジ加工方法。

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