(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体の外周に軸方向に多数の切刃が配置され、前記切刃が前記本体の外周面に形成されたねじれ溝に沿って配設された内面加工用ねじれ刃溝ブローチカッタであって、前記ブローチカッタのねじれ溝が複数条のねじれ溝とされている内面加工用ねじれ刃溝ブローチカッタを用い、前記複数条のねじれ溝の条数と同数以上のノズルを設け、ブローチ静止時においてぞれぞれの前記ノズルが相対する前記ねじれ溝にクーラントが供給されるように配置し、かつ、前記ノズルより供給量２ｃｃ〜１２ｃｃ／ｈｏｕｒ／１ノズルの微量ミストを供給しながら切削速度を２０〜６０ｍ／ｍｉｎで加工することを特徴とする高速ブローチ加工方法。
【請求項２】
前記ブローチカッタの切刃部は粉末ハイス又はこれと同等の耐磨耗性を有する高速度工具鋼を基材とし、前記切刃にＴｉＡｌＮ系の多層コーティングを被膜したブローチカッタであることを特徴とする請求項１記載のブローチ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は本体の外周に軸方向に多数の切刃を配置したブローチカッタを使用したブローチ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のブローチ加工は、切削速度が３〜１０ｍ／ｍｉｎが一般的であり、これ以上の高速での加工は、加工物材質がアルミ又はねずみ鋳物の部品（切削速度が２０〜３０ｍ／ｍｉｎ）などに限られていた。一般的なブローチ加工切削速度が３〜１０ｍ／ｍｉｎである理由は、ブローチ加工は加工能率が良く、加工精度が安定しており、また刃具の再研削周期が、トータル切削長５０〜１００ｍと、他の加工法より長く、刃具交換頻度が他の加工法より少なくて済み、一般にユーザのブローチ加工ラインではブローチ工程の前後工程より加工サイクルタイムが短く、切削速度を上げる必要が無いのが殆どであったためである。特願平１１−３００５１８号公報では、高速度工具鋼を基材とし、その切刃の少なくとも逃げ面にＴｉＡｌＮＣコーティングを被膜したブローチカッタを使用し、ブローチ加工切削速度が３ｍ／ｍｉｎで、ドライ切削又はエアブロー切削を行うブローチ加工方法が開示されているが、それ以上のブローチ加工切削速度で切削を行うことについては開示がない。また特願平９−１０８９３７号公報では、粉末高速度工具鋼又は超微粒子超硬合金を基材とし、更にそれらに硬質被膜を被膜し、かつ切り込みを少なくしたブローチカッタを使用し、ブローチ加工切削速度が１２ｍ／ｍｉｎで切削を行うブローチ加工方法が開示されているが、それ以上のブローチ加工切削速度で切削を行うことについては開示がない。
【０００３】
一方、切削時における振動の防止及び切屑詰まりをなくし、切削速度を上げるために実開昭６１−４６１２３号公報においては、ブローチの切刃をねじれ溝に沿って形成した内面加工用ねじれ刃溝ブローチカッタが記載されている。しかしながら１０ｍ／ｍｉｎを超えるような高速加工については示唆も開示もされていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ブローチ加工は、短時間で効率良く切削ができる加工法であるが、加工に費やすエネルギーは、他の切削加工法と比較すると大きい。なぜならば、大部分のブローチ加工は断続切削であり、荷重変動が不可避でそのため使用するブローチ盤の剛性を実切削荷重の２〜３倍の荷重が掛かっても加工精度不良などのトラブルが無い機械を選定している。ゆえにブローチを引っ張る移動体（ラム）の剛性、重量が必要以上に大きくなり、移動させるエネルギーが当然必要以上に大きくなるという問題があった。本発明の課題は上記問題点に鑑みて、実切削荷重を減らし、省エネをはかり、効率の良いブローチ加工方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、高速加工をすることにより、切り屑のせん断角が大きくなり切り屑厚さが減少して切削のエネルギーは減少し、刃具寿命が伸びるものと考え研究をした結果、２０〜６０ｍ／ｍｉｎのブローチ加工に於いては、加工物材質により傾向は異なるが、一般的に１０ｍ／ｍｉｎ以下の低速加工に対して切削荷重が約１５％減少し、刃具摩耗量も減少となり、刃具寿命が延びることを知得した。また、加工精度は、内面ブローチ加工の場合はブローチ仕上げ刃寸法に極力近くなり、６０ｍ／ｍｉｎでは、仕上げ刃寸法がそのまま転写されることを知得した。この知得により本願出願人は特願平１１−３４３８７３号を先に出願した。しかし、さらに省エネ、加工寸法精度を上げるべくねじれ刃溝について研究した結果、より振動が減少し、精度も上がり、荷重も減少することを知得した。
【０００６】
即ち、発明者等は、インボリュートスプラインの場合の軸直刃溝ブローチに対するねじれ刃溝ブローチの理論最大切削荷重減少率を次の式により求めた。なお、式中の符号及び記号は図３に示す。ブローチ１のスプライン歯数＝Ｚ、ねじれ刃溝１２のリード＝Ｌ、ねじれ刃溝のアキシャルピッチ及び軸直刃溝のピッチ＝Ｐ、ねじれ刃溝の条数＝Ｎ（但し  Ｎ＝Ｌ／Ｐ）、加工物２の切削長＝Ｈとすると、軸直刃溝ブローチの同時切削最大歯数ＺＡ、ねじれ刃溝ブローチの同時切削最大歯数ＺＮはそれぞれ（１）式（２）式で表され、理論最大切削荷重減少率ＲＷは（３）式で表すことができる。なお、ブローチは回転しない。
【０００７】
【式１】
0003694211.tif 000002
【０００８】
この式はインボリュートスプラインの他に角スプライン、丸形状などにも適用でき、軸直刃溝ブローチに対しねじれ刃溝ブローチの省エネ効果が大きなことを導いた。この知得により、本発明においては、本体の外周に軸方向に多数の切刃が配置され、前記切刃が前記本体の外周面に形成されたねじれ溝に沿って配設された内面加工用ねじれ刃溝ブローチカッタであって、前記ブローチカッタのねじれ溝が複数条のねじれ溝とされている内面加工用ねじれ刃溝ブローチカッタを用い、前記複数条のねじれ溝の条数と同数以上のノズルを設け、ブローチ静止時においてぞれぞれの前記ノズルが相対する前記ねじれ溝にクーラントが供給されるように配置し、かつ、前記ノズルより供給量２ｃｃ〜１２ｃｃ／ｈｏｕｒ／１ノズルの微量ミストを供給しながら切削速度を２０〜６０ｍ／ｍｉｎで加工する高速ブローチ加工方法を提供することにより上記課題を解決した。なお、切削速度２０〜６０ｍ／ｍｉｎは、現在の油圧シリンダ駆動及びボールねじ駆動での可能な速度である。なお、切削速度は現状のブローチ盤で得られる６０ｍ／ｍｉｎ以下に限定したが、６０ｍ／ｍｉｎを超える速度のものにも適用できるのは言うまでもない。なお、４０ｍ／ｍｉｎ〜６０ｍ／ｍｉｎが省エネ、作業能率の面からより適している。また、供給量２ｃｃ〜１２ｃｃ／ｈｏｕｒ／１ノズルの微量ミストであってもねじれ溝に沿って微量ミストが浸透していくのでクーラント効果が優れている。
【０００９】
より好ましくは、ブローチカッタの切刃部は粉末ハイス又はこれと同等の耐磨耗性を有する高速度工具鋼を基材とし、切刃にＴｉＡｌＮ系の多層コーティングを被膜したものを使用するとよい（請求項２）。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。図１の（ａ）は本発明の実施の形態を示すブローチ盤の部分説明図、（ｂ）は被削物の加工前の断面図、（ｃ）は被削物の加工後の断面図である。図１において、ブローチ盤本体２０上に固定されたジグ６上に被削物２を設置して、本体の外周にねじれ溝が設けられ、このねじれ溝に沿って軸方向に多数の切刃１１を配置したねじれ刃溝ブローチカッタ１を使用する。ねじれ刃溝ブローチカッタ１には２条のねじれ溝１２ａ，１２ｂが形成され、このねじれ溝に沿って切刃１１が設けられている。切刃部は粉末ハイスを基材とし、切刃１１にＴｉＡｌＮ系の多層コーティングが被膜されている。ねじれ刃溝ブローチカッタのねじれ溝１２ａ，１２ｂに向かってねじれ溝の条数に合わせて２本のミストノズル３ａ，３ｂがブローチ静止時にそれぞれねじれ溝１２ａ，１２ｂにミストがかかるように配置されている。
【００１２】
ブローチカッタ１を、図１に図示しないブローチ昇降装置を介し被削物２に挿入し、ブローチ盤本体２０に設けたブローチ引っ張り装置２１によりブローチカッタ１を回転することなく真っ直ぐ下方向へ引っ張る事により、ブローチ刃形状が被削物２に転写されることになる。
【００１３】
【実施例】
上述した装置を用いて加工した結果について述べる。被削物の加工形状は図１（ｃ）に示すようなインボリュートスプラインであり、その材質はＳ４８Ｃである。インボリュートスプライン諸元は、モジュール  ｍ＝１、圧力角  ＰＡ＝３７．５°、歯数  Ｚ＝２６、基準ピッチ円形  ＢＰＤ＝２２．９８７ｍｍである。また、ミストノズル位置は前述した図１の関係になるよう配置すると共に、さらに図で前後方向になる位置に設け計４ヶ所とした。ブローチ盤は油圧式の５トンブローチを用いた。
【００１４】
まず、ブローチカッタ１の切刃１１に、ミストノズルにより加工箇所に向け、４ｃｃ／ｈｏｕｒ／１ノズルの微量ミストをかけ、かつブローチ加工の切削速度を５〜６０ｍ／ｍｉｎを変化させ、従来の軸直刃溝ブローチとねじれ刃溝ブローチの２種について比較した。その結果を表１に示す。表１は切削速度と切削荷重の最大値との関係を示す。表２は切削速度６０ｍ／ｍｉｎでの切削速度と切削荷重の最大値との関係を示し、表３はそのときの切削消費電力量（油圧ポンプ駆動用電動機の入力）を示したものである。切削速度の増加に伴い、２０〜６０ｍ／ｍｉｎの高速にしたとき、実最大切削荷重が減少していることが分かる。また、４０〜６０ｍ／ｍｉｎでほぼ一定となっている。この傾向は、軸直刃溝の場合も本発明のねじれ刃溝の場合も同様な傾向であるが、ねじれ刃溝の場合は軸直刃溝の場合に比べ切削荷重が小さく、表２、表３に示すように切削速度６０ｍ／ｍｉｎの高速時の切削荷重及び消費電力量も低いことが分かる。また、加工後のブローチ刃の最大逃げ面摩耗量も減少している。
【００１５】
【表１】
0003694211.tif 000003
【００１６】
【表２】
0003694211.tif 000004
【００１７】
【表３】
0003694211.tif 000005
【００１８】
図２は、切削速度６０ｍ／ｍｉｎの切削加工時の消費電力量とブローチ引き抜き装置に取り付けられた油圧シリンダの油圧圧力の変化の様子を記録したものであり、（ａ）は軸直刃溝ブローチ、（ｂ）がねじれ刃溝ブローチの加工時の変化である。図からも明らかなように、ねじれ刃溝ブローチは軸直刃溝ブローチより電力量、油圧圧力とも脈動も小さく、全体の変化も小さい。なお、本発明のねじれ刃溝ブローチは、被加工形状が軸方向に真っ直ぐであり、ブローチ加工時にブローチの回転を伴うことなく直線に加工するものであり、ブローチ加工時にブローチの回転を伴い、被加工形状が軸方向に対し斜め方向に加工するヘリカル溝形状のブローチとは異なる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、内面加工用ねじれ刃溝ブローチカッタを使用し、切削速度を２０〜６０ｍ／ｍｉｎの高速としたので、振動が小さく、切削荷重も小さくなり、高速化と同時に省エネがはかれ、効率のよいブローチ加工方法を提供するものとなった。さらには、摩耗を減らし、ブローチ加工寸法精度をあげることが可能となった。また、複数のねじれ溝の条数と同数以上のノズルからねじれ溝に供給量２ｃｃ〜１２ｃｃ／ｈｏｕｒ／１ノズルの微量ミストが供給されるようにし、ねじれ溝に沿って微量ミストを浸透させ優れたクーラント効果を得られるので、クーラント消費も減り、省エネ、省資源、環境にも優しいものとなった。
【００２０】
また、ブローチカッタの切刃部は粉末ハイス又はこれと同等の耐磨耗性を有する高速度工具鋼を基材とし、切刃にＴｉＡｌＮ系の多層コーティングを被膜することにより、より高速加工に適し、摩耗の少ないものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態を示すブローチ盤の部分説明図、（ｂ）は被削物の加工前の断面図、（ｃ）は被削物の加工後の断面図である。
【図２】切削速度６０ｍ／ｍｉｎの切削加工時の消費電力量とブローチ引き抜き装置に取り付けられた油圧シリンダの油圧圧力の変化の様子を記録したものであり、（ａ）は軸直刃溝ブローチ、（ｂ）がねじれ刃溝ブローチの加工時の変化を示す実験結果である。
【図３】インボリュートスプラインの場合の軸直刃溝ブローチに対するねじれ刃溝ブローチの理論最大切削荷重減少率の式に用いる記号及び符号を示す説明図であり、（ａ）はブローチ盤に取り付けたブローチの部分説明図、（ｂ）はブローチの断面図である。
【符号の説明】
１  ブローチカッタ
２  被削物
３、３ａ、３ｂ  ノズル（ミストノズル）
１１  ブローチカッタの切刃
１２、１２ａ、１２ｂ  ねじれ溝
【図１】
0003694211.tif 000006
【図２】
0003694211.tif 000007
【図３】
0003694211.tif 000008