JP7516035B2 - 加工装置、加工方法および切削工具 - Google Patents
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Description
本発明は、ワークのネジ切り加工を行う加工装置、加工方法および切削工具に関する。
従来、チップを用いてワークの外周にネジ部分を形成する場合、チップの切削刃をワークの径方向に切り込み、ワークをその軸線方向に送りながらワークを軸線回りに回転させる。切削刃はネジ溝と同じ形状に形成されており、チップには、この切削刃を一つ設けたタイプのほか、切削刃を複数設けたタイプ（多刃ツールと称する）がある。例えば、特許文献１には、第１の切削刃と第２の切削刃が並んで配置された多刃ツールの構造が開示されている。
上記特許文献１に記載の多刃ツールによれば、第１の切削刃が摩耗しても、直後の第２の切削刃が、第１の切削刃で切削できなかった箇所を切削し直すことができる。
しかしながら、この多刃ツールを用いた場合には、第１の切削刃が削った箇所を第２の切削刃が削ることになるので、ワークのネジ底面の加工精度が低下する場合があった。
しかしながら、この多刃ツールを用いた場合には、第１の切削刃が削った箇所を第２の切削刃が削ることになるので、ワークのネジ底面の加工精度が低下する場合があった。
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、ワークのネジ底面の加工精度が向上する多刃ツールを用いた加工装置、多刃ツールを用いた加工方法および複数の切削刃からなる切削工具を提供することを目的とする。
本発明は、第１に、ワークを保持するワーク保持手段と、前記ワークを切削加工する多刃ツールを保持する刃物台と、前記ワーク保持手段と前記刃物台との相対移動によって前記ワークに対して前記多刃ツールを所定の加工送り方向に送り動作させる送り手段と、前記ワーク保持手段と前記刃物台とを前記ワークの径方向に相対的に往復振動させる振動手段と、前記ワークと前記多刃ツールとを相対的に回転させる回転手段とを備え、前記多刃ツールが、前記加工送り方向に沿って並んで配置される第１の切削刃と、該第１の切削刃の後方に配置されて該第１の切削刃の長さよりも短い第２の切削刃とを有しており、前記ワークと前記多刃ツールとを相対的に回転させながら前記加工送り方向に沿って相対的に送り移動させ、所定の螺旋状をなす同一の切削経路に沿って複数回に亘って前記ワークの径方向に切り込み加工を行うことで前記ワークにネジ部分を形成するネジ切り加工を行う加工装置であって、前記ワークの径方向への振動を伴って前記多刃ツールの第１の切削刃および第２の切削刃で前記ネジ部分を形成する溝加工と、前記ワークの径方向への振動を伴わずに前記多刃ツールの第１の切削刃のみで前記ワークの前記溝加工した箇所に接触して前記ネジ部分を形成する仕上げ加工とを行うように、前記送り手段、前記振動手段、および前記回転手段の動作を制御する制御部を備えていることを特徴とする。
第２に、ワークと該ワークを切削加工する多刃ツールとを相対的に回転させながら、前記ワークに対して前記多刃ツールを所定の加工送り方向に沿って相対的に送り移動させ、所定の螺旋状をなす同一の切削経路に沿って複数回に亘って前記ワークの径方向に切り込み加工を行うことで前記ワークにネジ部分を形成するネジ切り加工を行う加工方法であって、前記多刃ツールが、前記加工送り方向に沿って並んで配置される第１の切削刃と、該第１の切削刃の後方に配置され、該第１の切削刃の長さよりも短い第２の切削刃とを有しており、前記ネジ切り加工が、前記ワークと前記多刃ツールとによる前記ワークの径方向への相対的な往復振動を伴って前記多刃ツールの第１の切削刃および第２の切削刃で前記ネジ部分を形成する溝加工工程と、前記ワークの径方向への振動を伴わずに前記多刃ツールの第１の切削刃のみで前記ワークの前記溝加工した箇所に接触して前記ネジ部分を形成する仕上げ加工工程とを含んでいることを特徴とする。
第３に、ワークと該ワークを切削加工する多刃ツールとを相対的に回転させながら、前記ワークに対して前記多刃ツールを所定の加工送り方向に沿って相対的に送り移動させ、所定の螺旋状をなす同一の切削経路に沿って複数回に亘って前記ワークの径方向に切り込み加工を行うことで前記ワークにネジ部分を形成するネジ切り加工を行う加工方法に用いられる切削工具であって、前記ネジ切り加工が、前記ワークと前記多刃ツールとによる前記ワークの径方向への相対的な往復振動を伴って前記多刃ツールの第１の切削刃および第２の切削刃で前記ネジ部分を形成する溝加工工程と、前記ワークと前記多刃ツールとによる前記ワークの径方向への相対的な往復振動を伴わずに前記ワークの前記溝加工した箇所に接触して前記多刃ツールの第１の切削刃のみで前記ネジ部分を形成する仕上げ加工工程とを含み、前記多刃ツールが、前記加工送り方向に沿って並んで配置され、前記溝加工工程および前記仕上げ加工工程の双方で使用される第１の切削刃と、該第１の切削刃の後方に配置されて、前記溝加工工程でのみ使用される第２の切削刃とを有し、該第２の切削刃の長さが、前記第１の切削刃の長さよりも短く設定されていることを特徴とする。
本発明は以下の効果を得ることができる。
仕上げ加工では、第２の切削刃の刃先がワークのネジ底面に接触しないので、多刃ツールを用いてネジ切り加工を行う場合でも、加工精度の高いネジ部分を形成できる。
仕上げ加工では、第２の切削刃の刃先がワークのネジ底面に接触しないので、多刃ツールを用いてネジ切り加工を行う場合でも、加工精度の高いネジ部分を形成できる。
以下、図面を参照しながら本発明の加工装置、加工方法および切削工具について説明する。図１に示すように、工作機械１００は、主軸１１０と、刃物台１３０Ａと、制御装置１８０とを備えている。工作機械１００が本発明の加工装置に相当する。
主軸１１０の先端にはチャック１２０が設けられており、ワークＷはチャック１２０を介して主軸１１０に保持されている。主軸１１０がワーク保持手段に相当する。主軸１１０は、主軸台１１０Ａに回転自在に支持され、例えば主軸台１１０Ａと主軸１１０との間に設けられた主軸モータ（例えばビルトインモータ）１１５の動力によって回転する。
主軸１１０の先端にはチャック１２０が設けられており、ワークＷはチャック１２０を介して主軸１１０に保持されている。主軸１１０がワーク保持手段に相当する。主軸１１０は、主軸台１１０Ａに回転自在に支持され、例えば主軸台１１０Ａと主軸１１０との間に設けられた主軸モータ（例えばビルトインモータ）１１５の動力によって回転する。
主軸台１１０Ａは、Ｚ軸方向送り機構１６０に設置される。
Ｚ軸方向送り機構１６０は、ベッドと一体のベース１６１と、Ｚ軸方向送りテーブル１６３をスライド自在に支持するＺ軸方向ガイドレール１６２とを備えている。Ｚ軸方向送りテーブル１６３が、リニアサーボモータ１６５の駆動によって、ワークＷの回転軸線方向に一致する図示のＺ軸方向に沿って移動すると、主軸台１１０ＡがＺ軸方向に移動する。リニアサーボモータ１６５は可動子１６５ａおよび固定子１６５ｂを有し、可動子１６５ａはＺ軸方向送りテーブル１６３側に設けられ、固定子１６５ｂはベース１６１側に設けられている。
Ｚ軸方向送り機構１６０は、ベッドと一体のベース１６１と、Ｚ軸方向送りテーブル１６３をスライド自在に支持するＺ軸方向ガイドレール１６２とを備えている。Ｚ軸方向送りテーブル１６３が、リニアサーボモータ１６５の駆動によって、ワークＷの回転軸線方向に一致する図示のＺ軸方向に沿って移動すると、主軸台１１０ＡがＺ軸方向に移動する。リニアサーボモータ１６５は可動子１６５ａおよび固定子１６５ｂを有し、可動子１６５ａはＺ軸方向送りテーブル１６３側に設けられ、固定子１６５ｂはベース１６１側に設けられている。
刃物台１３０Ａには、ワークＷを旋削加工するバイト等の切削工具１３０が装着され、刃物台１３０Ａは、Ｘ軸方向送り機構１５０に設置される。
Ｘ軸方向送り機構１５０は、ベッドと一体のベース１５１と、Ｘ軸方向送りテーブル１５３をスライド自在に支持するＸ軸方向ガイドレール１５２とを備えている。Ｘ軸方向送りテーブル１５３が、リニアサーボモータ１５５の駆動によって図示のＺ軸方向に対して直交するＸ軸方向に沿って移動すると、刃物台１３０ＡがＸ軸方向に移動する。リニアサーボモータ１５５は可動子１５５ａおよび固定子１５５ｂを有し、可動子１５５ａはＸ軸方向送りテーブル１５３側に設けられ、固定子１５５ｂはベース１５１側に設けられている。
Ｘ軸方向送り機構１５０は、ベッドと一体のベース１５１と、Ｘ軸方向送りテーブル１５３をスライド自在に支持するＸ軸方向ガイドレール１５２とを備えている。Ｘ軸方向送りテーブル１５３が、リニアサーボモータ１５５の駆動によって図示のＺ軸方向に対して直交するＸ軸方向に沿って移動すると、刃物台１３０ＡがＸ軸方向に移動する。リニアサーボモータ１５５は可動子１５５ａおよび固定子１５５ｂを有し、可動子１５５ａはＸ軸方向送りテーブル１５３側に設けられ、固定子１５５ｂはベース１５１側に設けられている。
Ｙ軸方向送り機構を工作機械１００に設けてもよい。Ｙ軸方向は図示のＺ軸方向およびＸ軸方向に直交する方向である。Ｙ軸方向送り機構は、Ｚ軸方向送り機構１６０またはＸ軸方向送り機構１５０と同様の構造とすることができる。従来公知のようにＸ軸方向送り機構１５０とＹ軸方向送り機構の組み合わせにより、切削工具１３０をＸ軸方向に加えてＹ軸方向にも移動させることができる。
Ｚ軸方向送り機構１６０、Ｘ軸方向送り機構１５０、Ｙ軸方向送り機構は、リニアサーボモータを用いた例を挙げて説明したが、公知のボールネジとサーボモータを用いた構造としてもよい。
主軸１１０の回転、Ｚ軸方向送り機構１６０、Ｘ軸方向送り機構１５０等の移動は、制御部１８１で制御される。
制御部１８１は、ＣＰＵやメモリ等からなり、例えばＲＯＭに格納されている各種のプログラムやデータをＲＡＭにロードし、このプログラムを実行する。これにより、プログラムに基づいて工作機械１００の動作を制御できる。
制御部１８１は、ＣＰＵやメモリ等からなり、例えばＲＯＭに格納されている各種のプログラムやデータをＲＡＭにロードし、このプログラムを実行する。これにより、プログラムに基づいて工作機械１００の動作を制御できる。
図１の例では、制御部１８１は、主軸モータ１１５を駆動してワークＷを切削工具１３０に対して回転させ、Ｚ軸方向送り機構１６０を駆動してワークＷを切削工具１３０に対してＺ軸方向に移動させる。また、Ｘ軸方向送り機構１５０を駆動して切削工具１３０をワークＷに対してＸ軸方向に往復振動させ、同一の切削経路に沿って複数回に亘って螺旋状に切り込むことで、切削工具１３０によって、図２に示すようにワークＷにネジ部分が切削加工される。
切削工具１３０は、刃物台１３０Ａに保持されるホルダー１３０Ｂを有し、ホルダー１３０Ｂの先端に、例えば外ネジ加工用のチップ１３１がネジ止めされている。
チップ１３１は、図３に示すように、角柱状に形成された工具本体１３２を有し、工具本体１３２の中央位置には貫通孔１３３が形成され、チップ１３１をホルダー１３０Ｂにクランプするためのネジが挿入される。工具本体１３２の外周には、例えば２枚で１組の切削刃（前刃１４１と後刃１４２）が形成される。前刃１４１が第１の切削刃に、後刃１４２が第２の切削刃に相当する。このようにチップ１３１が、複数枚の切削刃を有し、ワークＷを切削加工する多刃ツールに相当する。なお、工具本体１３２の外周には、前刃１４１と後刃１４２が計３組設けられており、互いに等間隔で配置されている。
チップ１３１は、図３に示すように、角柱状に形成された工具本体１３２を有し、工具本体１３２の中央位置には貫通孔１３３が形成され、チップ１３１をホルダー１３０Ｂにクランプするためのネジが挿入される。工具本体１３２の外周には、例えば２枚で１組の切削刃（前刃１４１と後刃１４２）が形成される。前刃１４１が第１の切削刃に、後刃１４２が第２の切削刃に相当する。このようにチップ１３１が、複数枚の切削刃を有し、ワークＷを切削加工する多刃ツールに相当する。なお、工具本体１３２の外周には、前刃１４１と後刃１４２が計３組設けられており、互いに等間隔で配置されている。
前刃１４１と後刃１４２は、加工送り方向（図２のＺ軸方向）に沿って並んで配置され、前刃１４１が後刃１４２よりも前方（Ｚ軸の正方向：Ｚ軸の矢印と同じ方向。以下同じ）に位置する。前刃１４１や後刃１４２は、加工するネジ溝と同じ形状に形成され、前刃１４１と後刃１４２との間隔は、加工するネジ部分のピッチに基づいて定められる。
また、前刃１４１と後刃１４２の刃先を図２のＸ軸の正方向（Ｘ軸の矢印と同じ方向。以下同じ）に向けて配置し、ワークＷを図２のＺ軸の負方向（Ｚ軸の矢印とは逆の方向。以下同じ）に向けて送りながら、このワークＷを図２に矢印で示すように、前刃１４１と後刃１４２の刃先との接触位置で図の奥側から手前側に向かうように回転させた場合、ワークＷには右ネジが加工される。
また、前刃１４１と後刃１４２の刃先を図２のＸ軸の正方向（Ｘ軸の矢印と同じ方向。以下同じ）に向けて配置し、ワークＷを図２のＺ軸の負方向（Ｚ軸の矢印とは逆の方向。以下同じ）に向けて送りながら、このワークＷを図２に矢印で示すように、前刃１４１と後刃１４２の刃先との接触位置で図の奥側から手前側に向かうように回転させた場合、ワークＷには右ネジが加工される。
なお、ワークＷに左ネジを加工する場合には、前刃１４１と後刃１４２の刃先を図２のＸ軸の負方向（Ｘ軸の矢印とは逆の方向。以下同じ）に向けて配置し、ワークＷを図２のＺ軸の負方向に向けて送りながら、このワークＷを図２の矢印とは逆向きに回転させる。
ワークＷにネジ切り加工を行う場合、制御部１８１は、図４から図９で説明するように、一例として切り込み回数５とし、５回に亘って螺旋状に切り込み加工を行ってネジ部分を形成させる。切り込み回数は、ネジ部分を形成するまでの切り込み加工の回数である。
より具体的には、溝加工を例えば４回行った後、仕上げ加工を例えば１回行う。
まず溝加工は、ワークＷの径方向への振動を伴って（ワークＷに対してチップ１３１をＸ軸方向に往復振動させながら）ネジ部分を形成する工程であり、前刃１４１と後刃１４２の双方を使用する。
より具体的には、溝加工を例えば４回行った後、仕上げ加工を例えば１回行う。
まず溝加工は、ワークＷの径方向への振動を伴って（ワークＷに対してチップ１３１をＸ軸方向に往復振動させながら）ネジ部分を形成する工程であり、前刃１４１と後刃１４２の双方を使用する。
図４、図７は、溝加工の１パス目を説明する図である。
前刃１４１と後刃１４２の刃先をＸ軸の正方向に向けて配置し、後刃１４２が、Ｚ＝０の位置にあるときに加工時間を０ｓｅｃとする。この時点では、前刃１４１の刃先は図４のＡ点に、後刃１４２の刃先はａ点に位置する。
ワークＷが回転することで、相対的に刃先が図４のＹ軸の負方向（Ｙ軸の矢印とは逆の方向。以下同じ）に移動するとともに、ワークＷが図２のＺ軸の負方向に送られることで刃先が図４のＺ軸の正方向に移動する。前刃１４１と後刃１４２は、ワークＷの径方向（Ｘ軸の正方向：紙面の奥側）に所定の前進量で移動（往動）した後、その反対方向に所定の後退量で移動（復動）する。図４、図７は、ワークＷの１回転における切削工具１３０の往復移動の回数を振動回数Ｄとすると、振動回数Ｄが３（回／ｒ）の例である。
前刃１４１と後刃１４２の刃先をＸ軸の正方向に向けて配置し、後刃１４２が、Ｚ＝０の位置にあるときに加工時間を０ｓｅｃとする。この時点では、前刃１４１の刃先は図４のＡ点に、後刃１４２の刃先はａ点に位置する。
ワークＷが回転することで、相対的に刃先が図４のＹ軸の負方向（Ｙ軸の矢印とは逆の方向。以下同じ）に移動するとともに、ワークＷが図２のＺ軸の負方向に送られることで刃先が図４のＺ軸の正方向に移動する。前刃１４１と後刃１４２は、ワークＷの径方向（Ｘ軸の正方向：紙面の奥側）に所定の前進量で移動（往動）した後、その反対方向に所定の後退量で移動（復動）する。図４、図７は、ワークＷの１回転における切削工具１３０の往復移動の回数を振動回数Ｄとすると、振動回数Ｄが３（回／ｒ）の例である。
詳しくは、後刃１４２は、図４のａ点からｂ点に進んで工具軌跡ｔ０を形成する。その際、後刃１４２は、ａ点からＸ軸の正方向に次第に押し込まれ、ａ点とｂ点の中間位置で切り込み深さが最も大きくなり、その後、ｂ点に近づくに連れて切り込み深さが次第に小さくなってからｂ点に到達する。
相対的な刃先移動により、所定時間の経過後、後刃１４２は、工具軌跡ｔ０のｂ点から工具軌跡ｔ１のｂ点に移動する。
その後、後刃１４２は、工具軌跡ｔ１のｂ点から同じｔ１のｃ点に向かう。その際も、後刃１４２は、ｂ点からＸ軸の正方向に次第に押し込まれ、ｂ点とｃ点の中間位置で切り込み深さが最も大きくなり、その後、ｃ点に近づくに連れて切り込み深さが次第に小さくなってからｃ点に到達する。以降、後刃１４２は、工具軌跡ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６・・・の順に進む。
相対的な刃先移動により、所定時間の経過後、後刃１４２は、工具軌跡ｔ０のｂ点から工具軌跡ｔ１のｂ点に移動する。
その後、後刃１４２は、工具軌跡ｔ１のｂ点から同じｔ１のｃ点に向かう。その際も、後刃１４２は、ｂ点からＸ軸の正方向に次第に押し込まれ、ｂ点とｃ点の中間位置で切り込み深さが最も大きくなり、その後、ｃ点に近づくに連れて切り込み深さが次第に小さくなってからｃ点に到達する。以降、後刃１４２は、工具軌跡ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６・・・の順に進む。
前刃１４１は、後刃１４２よりも１回り前のピッチの位置にある。このため、後刃１４２が工具軌跡ｔ０に位置するときには、図４のＡ点からＢ点に進んで工具軌跡Ｔ０を形成する。その際、前刃１４１は、Ａ点からＸ軸の正方向に次第に押し込まれ、Ａ点とＢ点の中間位置で切り込み深さが最も大きくなり、その後、Ｂ点に近づくに連れて切り込み深さが次第に小さくなってからＢ点に到達する。相対的な刃先移動により、所定時間の経過後、前刃１４１は、工具軌跡Ｔ０のＢ点から工具軌跡Ｔ１のＢ点に移動する。その後、前刃１４１は、工具軌跡Ｔ１のＢ点から同じＴ１のＣ点に向かい、以降、前刃１４１は、工具軌跡Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５・・・の順に進む。
１パス目では、後刃１４２がＺ＝０の位置にあるときに加工時間を０ｓｅｃとするため、縦軸をＸ軸座標（切込方向）、横軸をリード方向とした図７に示すように、後刃１４２の工具軌跡ｔ０は、後刃主軸位相＝０（度）の位置から切り込み加工が開始されるように往復振動し、後刃主軸位相＝６０（度）の位置でピークになって復動となり、後刃主軸位相＝１２０（度）の位置で後刃１４２の刃先がワークＷの外周面まで到達する。次いで、後刃１４２の工具軌跡ｔ１は、後刃主軸位相＝１２０（度）の位置から切り込み加工が開始されるように往復振動し、後刃主軸位相＝２４０（度）の位置で後刃１４２の刃先がワークＷの外周面まで到達する。
一方、１パス目では、前刃１４１は、後刃１４２がＺ＝０の位置にあるときには後刃主軸位相＝６０（度）の位置にある。このため、前刃１４１の工具軌跡Ｔ０は、後刃主軸位相＝６０（度）の位置（前刃主軸位相＝０（度）の位置）から切り込み加工が開始されるように往復振動し、後刃主軸位相＝１２０（度）の位置（前刃主軸位相＝６０（度）の位置）でピークになって復動となり、後刃主軸位相＝１８０（度）の位置（前刃主軸位相＝１２０（度）の位置）で前刃１４１の刃先がワークＷの外周面まで到達する。
よって、図７に示すように、前刃１４１の工具軌跡と後刃１４２の工具軌跡が主軸位相（図７のグラフの横軸方向）でずれ、前刃１４１の工具軌跡と後刃１４２の工具軌跡に重複が発生する。後刃１４２の工具軌跡ｔ０が前刃１４１の工具軌跡Ｔ０に含まれる工具軌跡の重複の期間は、既に前刃１４１（工具軌跡Ｔ０）によって切削済みであるため、後刃１４２（工具軌跡ｔ０）がワークＷを実質上切削しない空振り期間になり、ワークＷに生じた切屑が分断されて切粉になる。以降、１パス目では、後刃１４２が復動時に前刃１４１の工具軌跡に達すると、切屑が分断される。
図５、図８は、２パス目の溝加工を説明する図である。
２パス目の切り込み量は１パス目と例えば同じ値に設定され、刃先をＸ軸の正方向に向けて配置した前刃１４１が、Ｚ＝０の位置にあるときに加工時間を０ｓｅｃとする。
前刃１４１は、工具軌跡Ｔ０からＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６・・・の順に進み、後刃１４２は、前刃１４１が工具軌跡Ｔ３のときにＺ＝０の位置にあり（工具軌跡ｔ３で示す）、ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７、ｔ８・・・の順に進む。
２パス目の切り込み量は１パス目と例えば同じ値に設定され、刃先をＸ軸の正方向に向けて配置した前刃１４１が、Ｚ＝０の位置にあるときに加工時間を０ｓｅｃとする。
前刃１４１は、工具軌跡Ｔ０からＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６・・・の順に進み、後刃１４２は、前刃１４１が工具軌跡Ｔ３のときにＺ＝０の位置にあり（工具軌跡ｔ３で示す）、ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７、ｔ８・・・の順に進む。
２パス目では、前刃１４１がＺ＝０の位置にあるときに加工時間を０ｓｅｃとするので、図８に示すように、前刃１４１の工具軌跡Ｔ０は、前刃主軸位相＝０（度）の位置から切り込み加工が開始されるように往復振動し、前刃主軸位相＝６０（度）の位置でピークになって復動となり、前刃主軸位相＝１２０（度）の手前で１パス目の取り代（図中に破線で示す）に到達する。次いで、前刃１４１の工具軌跡Ｔ１は、前刃主軸位相＝１２０（度）の位置から切り込み加工が開始されるように往復振動し、前刃主軸位相＝２４０（度）の手前で１パス目の取り代に到達する。
よって、図８に示すように、前刃１４１の工具軌跡と１パス目の取り代に重複が発生する。前刃１４１の工具軌跡Ｔ０が１パス目の取り代に含まれる工具軌跡の重複の期間は、前刃１４１（工具軌跡Ｔ０）がワークＷを実質上切削しない空振り期間になり、ワークＷに生じた切屑が分断される。
一方、この２パス目では、後刃１４２は、前刃１４１が工具軌跡Ｔ３のときに、Ｚ＝０の位置にある（工具軌跡ｔ３で示す）。このため、後刃１４２の工具軌跡ｔ３は、前刃主軸位相＝３００（度）の位置（後刃主軸位相＝０（度）の位置）から切り込み加工が開始されるように往復振動し、前刃主軸位相＝０（度）の位置（後刃主軸位相＝６０（度）の位置）でピークになって復動となり、前刃主軸位相＝６０（度）の位置（後刃主軸位相＝１２０（度）の位置）の手前で後刃１４２の刃先が前刃１４１の工具軌跡Ｔ３に到達する。
よって、図８に示すように、前刃１４１の工具軌跡と後刃１４２の工具軌跡に重複が発生する。後刃１４２の工具軌跡ｔ３が前刃１４１の工具軌跡Ｔ３に含まれる工具軌跡の重複の期間は、後刃１４２（工具軌跡ｔ３）がワークＷを実質上切削しない空振り期間になり、ワークＷに生じた切屑が分断される。以降、２パス目では、前刃１４１が復動時に１パス目の取り代に達した場合や、後刃１４２が復動時に前刃１４１の工具軌跡に達すると、切屑が分断される。
また、図示は省略するが、この溝加工では、３パス目では、例えば後刃１４２がＺ＝０の位置にあるときに加工時間を０ｓｅｃとし、４パス目では、例えば前刃１４１がＺ＝０の位置にあるときに加工時間を０ｓｅｃとする。そして、例えば３パス目と４パス目の切り込み量を変えており、３パス目の切り込み量を２パス目の切り込み量よりも小さな値に、４パス目の切り込み量を３パス目の切り込み量よりも小さな値にそれぞれ設定している。
これにより、３パス目では、後刃１４２が２パス目の取り代に達した場合や、後刃１４２が前刃１４１の工具軌跡に達すると、切屑が分断される。また、４パス目では、前刃１４１が３パス目の取り代に達した場合や、後刃１４２が前刃１４１の工具軌跡に達すると、切屑が分断される。
上記の溝加工はワークＷの径方向への振動を伴うのに対し、仕上げ加工は、ワークＷの径方向への振動を伴わずにネジ部分を形成する工程であり、前刃１４１のみを使用して後刃１４２は使用しない。このため、後刃１４２の長さは、前刃１４１の長さよりも短く設定されており、図３に示すように、後刃１４２の刃先は、前刃１４１の刃先よりもｈだけ低い位置に設けられている。つまり振動を伴う溝加工の際は切込み量と振幅を調整することによって、前刃１４１と後刃１４２で加工を行い、振動を伴わない仕上げ加工の際には前刃１４１のみが加工を行うことになる。なお、制御部１８１が、振動波形の振幅を、仕上げ加工では後刃１４２の刃先をワークＷのネジ底面に接触させない値に設定してもよい。振幅は、例えばワークＷに対する実際の切削工具の切り込み量に対する比率（振幅切込み比率）によって設定できる。
図６、図９は、５パス目の仕上げ加工を説明する図である。
最後の５パス目の切り込み量は４パス目の切り込み量よりも小さな値に設定される。この５パス目では、ワークＷの径方向に往復振動しないので、図９に示すように切り込み量が一定値になる。前刃１４１が、Ｚ＝０の位置にあるときに加工時間を０ｓｅｃとすると、前刃１４１の刃先は、図６に破線で示したネジ底面に接して進み、ワークＷのネジ底面を切削する。
最後の５パス目の切り込み量は４パス目の切り込み量よりも小さな値に設定される。この５パス目では、ワークＷの径方向に往復振動しないので、図９に示すように切り込み量が一定値になる。前刃１４１が、Ｚ＝０の位置にあるときに加工時間を０ｓｅｃとすると、前刃１４１の刃先は、図６に破線で示したネジ底面に接して進み、ワークＷのネジ底面を切削する。
このように、仕上げ加工では、後刃１４２の刃先がワークＷのネジ底面に接触しないので、チップ１３１を用いてネジ切り加工を行う場合でも、加工精度の高いネジ部分を形成できる。
また、多刃のチップ１３１を用いれば、切削刃が１枚のタイプを用いた場合に比べて、パス回数を減らすことができ、加工時間を短くできる。さらに、前刃１４１が削っていない箇所を後刃１４２が削り、後刃１４２が削っていない箇所を前刃１４１が削るので、１刃あたりに生ずる切削抵抗が少なくなり、長寿命になる。
また、多刃のチップ１３１を用いれば、切削刃が１枚のタイプを用いた場合に比べて、パス回数を減らすことができ、加工時間を短くできる。さらに、前刃１４１が削っていない箇所を後刃１４２が削り、後刃１４２が削っていない箇所を前刃１４１が削るので、１刃あたりに生ずる切削抵抗が少なくなり、長寿命になる。
図１では、主軸モータ１１５が回転手段に、Ｚ軸方向送り機構１６０が、主軸１１０をＺ軸方向（所定の加工送り方向）に移動させる送り手段にそれぞれ相当し、Ｘ軸方向送り機構１５０が、設定された振動波形に基づいて、切削工具１３０をＸ軸方向に往復振動させる振動手段に相当する例で説明した。しかし、本発明はこの例に限定されるものではない。例えば、振動手段をＸ軸方向送り機構１５０とは別に設置してもよい。また、切削工具１３０をＺ軸方向に送る場合や、主軸１１０を回転停止させて切削工具１３０を回転させることもできる。
また、切削刃を２枚で構成した例について図を用いて説明したが、切削刃を３枚以上で構成してもよい。
また、切削刃を２枚で構成した例について図を用いて説明したが、切削刃を３枚以上で構成してもよい。
１００ ・・・ 工作機械（加工装置）
１１０ ・・・ 主軸（ワーク保持手段）
１１０Ａ ・・・ 主軸台
１１５ ・・・ 主軸モータ（回転手段）
１２０ ・・・ チャック
１３０ ・・・ 切削工具
１３０Ａ ・・・ 刃物台
１３０Ｂ ・・・ ホルダー
１３１ ・・・ チップ（多刃ツール）
１３２ ・・・ 工具本体
１３３ ・・・ 貫通孔
１４１ ・・・ 前刃（第１の切削刃）
１４２ ・・・ 後刃（第２の切削刃）
１５０ ・・・ Ｘ軸方向送り機構（振動手段）
１５１ ・・・ ベース
１５２ ・・・ Ｘ軸方向ガイドレール
１５３ ・・・ Ｘ軸方向送りテーブル
１５４ ・・・ Ｘ軸方向ガイド
１５５ ・・・ リニアサーボモータ
１５５ａ ・・・ 可動子
１５５ｂ ・・・ 固定子
１６０ ・・・ Ｚ軸方向送り機構（送り手段）
１６１ ・・・ ベース
１６２ ・・・ Ｚ軸方向ガイドレール
１６３ ・・・ Ｚ軸方向送りテーブル
１６４ ・・・ Ｚ軸方向ガイド
１６５ ・・・ リニアサーボモータ
１６５ａ ・・・ 可動子
１６５ｂ ・・・ 固定子
１８０ ・・・ 制御装置
１８１ ・・・ 制御部
ｈ ・・・ 前刃の刃先から後刃の刃先までの長さ
Ｔ０～Ｔ６・・・ 前刃の工具軌跡
ｔ０～ｔ８・・・ 後刃の工具軌跡
Ｗ ・・・ ワーク
１１０ ・・・ 主軸（ワーク保持手段）
１１０Ａ ・・・ 主軸台
１１５ ・・・ 主軸モータ（回転手段）
１２０ ・・・ チャック
１３０ ・・・ 切削工具
１３０Ａ ・・・ 刃物台
１３０Ｂ ・・・ ホルダー
１３１ ・・・ チップ（多刃ツール）
１３２ ・・・ 工具本体
１３３ ・・・ 貫通孔
１４１ ・・・ 前刃（第１の切削刃）
１４２ ・・・ 後刃（第２の切削刃）
１５０ ・・・ Ｘ軸方向送り機構（振動手段）
１５１ ・・・ ベース
１５２ ・・・ Ｘ軸方向ガイドレール
１５３ ・・・ Ｘ軸方向送りテーブル
１５４ ・・・ Ｘ軸方向ガイド
１５５ ・・・ リニアサーボモータ
１５５ａ ・・・ 可動子
１５５ｂ ・・・ 固定子
１６０ ・・・ Ｚ軸方向送り機構（送り手段）
１６１ ・・・ ベース
１６２ ・・・ Ｚ軸方向ガイドレール
１６３ ・・・ Ｚ軸方向送りテーブル
１６４ ・・・ Ｚ軸方向ガイド
１６５ ・・・ リニアサーボモータ
１６５ａ ・・・ 可動子
１６５ｂ ・・・ 固定子
１８０ ・・・ 制御装置
１８１ ・・・ 制御部
ｈ ・・・ 前刃の刃先から後刃の刃先までの長さ
Ｔ０～Ｔ６・・・ 前刃の工具軌跡
ｔ０～ｔ８・・・ 後刃の工具軌跡
Ｗ ・・・ ワーク
Claims (3)
- ワークを保持するワーク保持手段と、前記ワークを切削加工する多刃ツールを保持する刃物台と、前記ワーク保持手段と前記刃物台との相対移動によって前記ワークに対して前記多刃ツールを所定の加工送り方向に送り動作させる送り手段と、前記ワーク保持手段と前記刃物台とを前記ワークの径方向に相対的に往復振動させる振動手段と、前記ワークと前記多刃ツールとを相対的に回転させる回転手段とを備え、前記多刃ツールが、前記加工送り方向に沿って並んで配置される第１の切削刃と、該第１の切削刃の後方に配置されて該第１の切削刃の長さよりも短い第２の切削刃とを有しており、前記ワークと前記多刃ツールとを相対的に回転させながら前記加工送り方向に沿って相対的に送り移動させ、所定の螺旋状をなす同一の切削経路に沿って複数回に亘って前記ワークの径方向に切り込み加工を行うことで前記ワークにネジ部分を形成するネジ切り加工を行う加工装置であって、
前記ワークの径方向への振動を伴って前記多刃ツールの第１の切削刃および第２の切削刃で前記ネジ部分を形成する溝加工と、前記ワークの径方向への振動を伴わずに前記多刃ツールの第１の切削刃のみで前記ワークの前記溝加工した箇所に接触して前記ネジ部分を形成する仕上げ加工とを行うように、前記送り手段、前記振動手段、および前記回転手段の動作を制御する制御部を備えている、加工装置。 - ワークと該ワークを切削加工する多刃ツールとを相対的に回転させながら、前記ワークに対して前記多刃ツールを所定の加工送り方向に沿って相対的に送り移動させ、所定の螺旋状をなす同一の切削経路に沿って複数回に亘って前記ワークの径方向に切り込み加工を行うことで前記ワークにネジ部分を形成するネジ切り加工を行う加工方法であって、
前記多刃ツールが、前記加工送り方向に沿って並んで配置される第１の切削刃と、該第１の切削刃の後方に配置され、該第１の切削刃の長さよりも短い第２の切削刃とを有しており、
前記ネジ切り加工が、前記ワークと前記多刃ツールとによる前記ワークの径方向への相対的な往復振動を伴って前記多刃ツールの第１の切削刃および第２の切削刃で前記ネジ部分を形成する溝加工工程と、前記ワークの径方向への振動を伴わずに前記多刃ツールの第１の切削刃のみで前記ワークの前記溝加工した箇所に接触して前記ネジ部分を形成する仕上げ加工工程とを含んでいる、加工方法。 - ワークと該ワークを切削加工する多刃ツールとを相対的に回転させながら、前記ワークに対して前記多刃ツールを所定の加工送り方向に沿って相対的に送り移動させ、所定の螺旋状をなす同一の切削経路に沿って複数回に亘って前記ワークの径方向に切り込み加工を行うことで前記ワークにネジ部分を形成するネジ切り加工を行う加工方法に用いられる切削工具であって、
前記ネジ切り加工が、前記ワークと前記多刃ツールとによる前記ワークの径方向への相対的な往復振動を伴って前記多刃ツールの第１の切削刃および第２の切削刃で前記ネジ部分を形成する溝加工工程と、前記ワークと前記多刃ツールとによる前記ワークの径方向への相対的な往復振動を伴わずに前記ワークの前記溝加工した箇所に接触して前記多刃ツールの第１の切削刃のみで前記ネジ部分を形成する仕上げ加工工程とを含み、
前記多刃ツールが、前記加工送り方向に沿って並んで配置され、前記溝加工工程および前記仕上げ加工工程の双方で使用される第１の切削刃と、該第１の切削刃の後方に配置されて、前記溝加工工程でのみ使用される第２の切削刃とを有し、該第２の切削刃の長さが、前記第１の切削刃の長さよりも短く設定されている、切削工具。
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