JP4604831B2 - 穴内壁面加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械によってテーパ状、逆テーパ状等の穴を形成する穴内壁面加工方法の改良に関するものである。

従来、この種の穴内壁面加工方法として、工作機械の主軸に偏心して取り付けたツール（カッタ）を回動させながらその回転軸方向に移動させてワークの穴内壁面を切削加工するものがある（特許文献１〜３参照）。
特開２００１−２７７０１５号公報 実公平０６−００５０６３号公報 実開昭６３−７４２０６号公報

しかしながら、このような従来の穴内壁面加工方法にあっては、後述するように、ツールがワークの穴内壁面を切削加工する際に生じる反力によって主軸が揺れるため、ツールが回動する加工軌跡が略楕円形となり、加工穴の真円度が低くなるという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、加工穴の真円度を高められる穴内壁面加工方法を提供することを目的とする。

本発明では、工作機械の主軸に偏心して取り付けた粗加工用のツールを回動させながらその回転軸方向に移動させてワークに予め形成された穴内壁面を切削加工する粗加工工程と、続いて主軸に偏心して取り付けた仕上加工用のツールを回動させながらその回転軸方向に移動させてワークの穴内壁面を切削加工する仕上加工工程とを行う穴内壁面加工方法において、前記粗加工用のツールの回動方向に対して前記仕上加工用のツールの回動方向を逆転させ、前記粗加工用のツールによる楕円形の加工軌跡によって削り残された部位を仕上加工用のツールの楕円形の軌跡によって削りとることを特徴とする。

本発明によると、粗加工用のツールの回動方向に対して仕上加工用のツールの回動方向を逆転させるため、ワークの穴内壁面は粗加工用のツールの楕円形の加工軌跡によって削り残された部位が、仕上加工用のツールによって削られ、最終的な加工断面形状を円形に近づけ、加工穴の真円度を高めることができる。

以下、本発明の実施形態を図１〜５を基に説明する。

図１、２は工作機械１の全体構成を示す正面図、側面図である。図１、２において、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が略水平横方向に延び、Ｙ軸が略垂直方向に延び、Ｚ軸が略水平前後方向に延びるものとして説明する。

工作機械１は、ツール（カッタ）９を支持してＸ軸回りに回転駆動される主軸（ホルダ）２と、この主軸２を互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸に沿って移動する横方向移動機構１０、垂直方向移動機構５、前後方向移動機構４とを備え、それぞれの移動量が図示しないコントローラによって数値制御される。

主軸２はコラム３に対して前後方向移動機構４を介してＺ軸方向に移動される。

前後方向移動機構４はコラム３に対して垂直方向移動機構５を介してＹ軸方向に移動される。この垂直方向移動機構５はコラム３に対してＹ軸方向に延びる２本のガイドレール６と、各ガイドレール６に沿ってそれぞれ摺動する各フォロワ７と、この前後方向移動機構４をＹ軸方向に駆動する図示しないアクチュエータ等によって構成される。

コラム３は架台８に対して横方向移動機構１０を介してＸ軸方向に移動される。この横方向移動機構１０は架台８に対してＸ軸方向に延びる２本のガイドレール１１と、各ガイドレール１１に沿ってそれぞれ摺動する各フォロワ１２と、コラム３をＹ軸方向に駆動するアクチュエータ１３等によって構成される。

図２、図３において、２０はワークであり、図示しないワーク支持機構によって支持されている。このワーク２０には予め下穴が形成されており、工作機械１によってこのワーク２０の穴内壁面２１が逆テーパ状に切削加工される。

主軸２には粗加工用のツール９と仕上加工用のツール１９が図示しないツール交換機を介して自動的に交換される（図４参照）。各ツール９，１９は主軸２の回転軸に対して偏心して取り付けられる。

なお、これに限らず、主軸２には粗加工用のツール９と仕上加工用のツール１９を手動で交換しても良い。

粗加工用のツール９によってワーク２０の穴内壁面２１を逆テーパ状に切削加工する粗加工工程は次の手順で行われる。

まず、ツール９が下方を向いた回転位置で主軸２を停止し、図２に矢印で示すように、垂直方向移動機構５と前後方向移動機構４を互いに同期して作動させてツール９をそれぞれの傾斜方向に沿って斜め下方に移動し、ツール９をワーク２０に予め形成されている下穴に挿入する。

次に、垂直方向移動機構５を作動させてツール９をＹ軸方向に沿って上方に移動し、主軸２をワーク２０の下穴と同軸上に配置する。

次に、主軸２を回転させながら前後方向移動機構４を作動させてツール９を図３に白抜き矢印で示すようにＸ軸方向に移動する。これにより、ツール９がワーク２０の穴内壁面２１を逆テーパ状に切削加工する。

この切削加工が終了すると、ツール９が下方を向いた回転位置で主軸２を停止し、垂直方向移動機構５と前後方向移動機構４を互いに同期して作動させてツール９をそれぞれの傾斜方向に沿って斜め上方に移動し、ツール９をワーク２０から抜き取る。

なお、仕上加工用のツール１９によってワーク２０の穴内壁面２１を逆テーパ状に切削加工する仕上加工工程も、上記した粗加工用のツール９による粗加工工程と同様の手順で行われる。

そして本発明の要旨とするところであるが、図４に示すように、主軸２に偏心して取り付けた粗加工用のツール９を正転させながら主軸２の回転軸方向に移動させてワーク２０に予め形成された穴内壁面２１を切削加工する粗加工工程と、主軸２に偏心して取り付けた仕上加工用のツール１９を逆転させながら主軸２の回転軸方向に移動させてワーク２０の穴内壁面２１を切削加工する仕上加工工程とを順に行う。すなわち、図４に矢印で示すように、粗加工用のツール９の回動方向に対して仕上加工用のツール１９の回動方向を逆転させる。

図３に示すように、粗加工用のツール９は、主軸２に把持される基端部９ａと、この基端部９ａから主軸２の回転軸（Ｚ軸）に対して傾斜した切刃９ｂとを有する。主軸２の回転に伴って切刃９ｂが図３に矢印で示すように円錐面状の軌跡を持って回動し、ワーク２０の穴内壁面２１を逆テーパ状に切削加工する。

仕上加工用のツール１９は、粗加工用のツール９と同様に、主軸２に把持される基端部（図示せず）と、この基端部９ａから主軸２の回転軸（Ｚ軸）に対して傾斜した切刃１９ｂとを有する。主軸２の回転に伴って切刃９ｂが図３に矢印で示すように円錐面状の軌跡を持って回動し、ワーク２０の穴内壁面２１を逆テーパ状に切削加工する。

仕上加工用のツール１９の切刃１９ｂは粗加工用のツール９の切刃９ｂに対してすくい面が互いに逆方向に向いて形成される。

なお、各ツール９，１９はこれに限らず、ツールホルダとストレート形状のカッタ単体とを組み合わせたいわゆる組み立て型の工具としても良い。

以上のように構成されて、次に作用及び効果について説明する。

図１に示すように、ツール９が回動する加工軌跡は、正転時と逆転時にてＹ軸について互いに対称的な略楕円形となる。ただし、正転時と逆転時に用いられるツール９は切刃のすくい面が互いに逆方向に向いて形成されているものとする。ツール９の加工軌跡が略楕円形となるのは、ツール９がワーク２０の穴内壁面２１を切削加工する際に生じる反力によって、コラム３と主軸２が図１に矢印で示すように横方向にわずかに揺動するためである。主軸２の変位が小さいときに切削負荷が増え、主軸２の変位が大きいときに切削負荷が小さくなるためである。ツール９の加工軌跡が正転時と逆転時にてＹ軸について互いに対称的な略楕円形となるのは、主軸２の正転時と逆転時にてツール９がワーク２０の穴内壁面２１を切削加工する際に生じる反力がＹ軸について互いに対称的に生じるためである。なお、図示した寸法差は、便宜上実際よりも誇張して大きくしてあるが、実際には、主軸２が揺れる振幅は１０μｍ以下の値である。

本発明は、粗加工用のツール９の回動方向に対して仕上加工用のツール１９の回動方向を逆転させるため、図４に矢印で示すように、ワーク２０の穴内壁面２１は粗加工用のツール９の楕円形の加工軌跡によって削り残された部位が、仕上加工用のツール１９によって削られ、最終的な加工断面形状を円形に近づけ、加工穴の真円度を高めることができる。

図５の（ａ）は、粗加工用のツール９と仕上加工用のツール１９を共に正転させた従来方法による主軸２、ツール１９の軌跡を示す。この主軸２、ツール１９の軌跡は互いに９０°傾斜した楕円形状となる。これは、主軸２の変位が小さいときに切削負荷が増え、主軸２の変位が大きいときに切削負荷が小さくなるためである。

図５の（ａ）は、粗加工用のツール９を正転させ、仕上加工用のツール１９を逆転させた本発明の穴内壁面加工方法による主軸２、ツール１９の軌跡を示す。この主軸２、ツール１９の軌跡は共に円形状に近づく。

図６の（ａ）は粗加工用のツール９と仕上加工用のツール１９を共に正転させた従来方法によるワーク２０の穴内壁面２１の加工断面形状を示す。この加工断面はＸ軸に対して４５°傾斜した楕円形状となり、真円度は例えば７．９μｍ程度になる。

図６の（ｂ）は粗加工用のツール９を正転させ、仕上加工用のツール１９を逆転させた本発明の穴内壁面加工方法によるワーク２０の穴内壁面２１の加工断面形状を示す。この加工断面は円形状に近づき、真円度は例えば３．２μｍ程度になり、従来の穴内壁面加工方法に比べて４．６μｍ程度向上する。

所定の回転位置で主軸２を停止し、各ツール９，１９をそれぞれの傾斜方向に沿って移動することによって各ツール９，１９をワーク２０の下穴に挿入し、この下穴と同軸上で回転する各ツール９，１９によってワーク２０の穴内壁面２１を逆テーパ状に切削加工する構成としたため、真円度の高い逆テーパ状の加工穴を形成することができる。

本発明は、ツールにワークの穴内壁面に摺接する案内部材を備えるツールを用いた穴内壁面加工方法（実公平０６−００５０６３号公報参照）にも適用でき、ワークに切刃の全面が当たる切削負荷の高い加工に対しても真円度を高めることができる。

なお、本願発明は穴の奥側で拡径する逆テーパ状の加工穴に限らず、穴の前側で拡径するテーパ状の加工穴や、他の形状の加工穴にも適用できる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は、穴内壁面加工方法はマニシングセンタ等や他の工作機械を用いた穴内壁面の加工に適用できる。

本発明の実施形態を示す工作機械の正面図。 同じく工作機械の側面図。 同じく工作機械によって切削加工されるワークの断面図。 同じく粗加工用のツールと仕上加工用のツールの加工軌跡を示す図。 （ａ）に従来方法による加工軌跡を、（ｂ）に本発明の方法による加工軌跡をそれぞれ示す図。 （ａ）に従来方法による加工断面を、（ｂ）に本発明の方法による加工断面をそれぞれ示す図。

符号の説明

１ 工作機械
２ 主軸
９ 粗加工用のツール
１９ 仕上加工用のツール
２０ ワーク
２１ 穴内壁面

Claims (2)

1. 工作機械の主軸に偏心して取り付けた粗加工用のツールを回動させながらその回転軸方向に移動させてワークに予め形成された穴内壁面を切削加工する粗加工工程と、続いて前記主軸に偏心して取り付けた仕上加工用のツールを回動させながらその回転軸方向に移動させてワークの穴内壁面を切削加工する仕上加工工程とを行う穴内壁面加工方法において、
   前記粗加工用のツールの回動方向に対して前記仕上加工用のツールの回動方向を逆転させ、
   前記粗加工用のツールによる楕円形の加工軌跡によって削り残された部位を仕上加工用のツールの楕円形の軌跡によって削りとることを特徴とする穴内壁面加工方法。
2. 前記主軸を所定の回転位置で停止し、前記主軸を前記ツールの傾斜方向に沿って移動することによって前記ツールをワークの下穴に挿入し、前記主軸をこの下穴と同軸上で回転しながらその回転軸方向に移動することによって前記ツールがワークの穴内壁面を逆テーパ状に切削加工することを特徴とする請求項１に記載の穴内壁面加工方法。

Images