(57)【要約】【課題】連続切屑が発生するような外面切削や、内面切削の加工条件においても、比較的安価に、確実に連続切屑を分断できる手段を提供する。【解決手段】  ワーク１８を加工するための刃物４０が刃物固定体１３ａに固定され、刃物固定体１３ａが、直動機構によってワーク１８に接近するように送られ、回転機構によって回転されることで、ワーク１８表面に波状軌跡を形成する切削加工方法において、ワーク１８と刃物固定体１３ａとの相対速度を変化させることで、被削面４１に対して波状軌跡を描きながらワーク１８を加工し、回転機構の回転周波数をｎＨｚとし、１周目加工線４５又は２周目加工線４６等の振動数をｆＨｚとすると、ｆがｎの整数倍の近傍ではなく、刃物固定体１３ａのワーク１８に対する、円筒形状加工面一周辺りの送り量Ｖが、波状軌跡の振幅Ｓの２倍以下であることで、加工によって発生する連続切屑を分断する。【選択図】図６
2006312223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を加工するための刃物があって、前記刃物が刃物固定体に固定され、前記刃物固定体が直動機構によって他方に接近するように送られ、前記刃物固定体が回転機構によって送り方向と平行となる回転軸を中心として回転されることで、前記被加工物に前記回転軸を中心軸とする円筒形状加工面を形成する切削加工装置において、
前記被加工物を固定する板状部材と、前記板状部材を板厚方向に振動させる振動用アクチュエータと、前記板状部材を固定する板状部材固定治具とを備え、前記振動アクチュエータにより、前記板状部材の所定の位置で振幅を最大として振動させ、振幅と振動数を調整する、被加工物固定ユニットを有し、
前記板状部材を振動させることで前記被加工物を振動させ、前記刃物固定体を前記回転機構で回転させ、前記直動機構で前記加工物固定ユニット側に送ることで、前記刃物が前記被加工物の前記円筒形状加工面に対して波状軌跡を描きながら前記被加工物を加工する制御装置を有することを特徴とする切削加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載する切削加工装置において、
前記板状部材の中央部には、前記板状部材の剛性を減少させるヌキ穴が形成され、
前記板状部材の上端部が、前記板状部材固定治具に固定されることを特徴とする切削加工装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する切削加工装置において、
前記被加工物固定ユニットが、前記板状部材が前記刃物固定体の送り方向と垂直になるようにベースに固定され、
前記板状部材の上端部が、前記板状部材固定治具に固定され、
前記板状部材の下端部が、前記振動が加えられる方向に対して規制されることを特徴とする切削加工装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載する切削加工装置において、
前記回転機構の回転数から求められる回転周波数をｎＨｚとし、前記波状軌跡の振動数をｆＨｚとすると、ｆがｎの整数倍の近傍ではなく、
前記刃物固定体の前記被加工物に対する、前記円筒形状加工面一周辺りの送り量が、前記波状軌跡の振幅の２倍以下であることで、加工によって発生する連続切屑を分断することを特徴とする切削加工装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載する切削加工装置を用い、
前記刃物が前記被加工物の前記円筒形状加工面に対して波状軌跡を描きながら前記被加工物を加工することを特徴とする切削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば切削加工で発生する切屑を細かく分断し、きれいな加工面を得る切削加工装置、及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属材料や樹脂材料の切削加工において、内面切削をする場合、切屑の排出は加工面をきれいに保つためには重要な課題となる。
切屑には大きく分けて不連続切屑と連続切屑の２つがあり、特にアルミニウムのような材料に代表される破壊なしにせん断変形を起こすのに十分な靱性を持っている場合、得られる切屑は連続切屑と呼ばれる細長い切屑が発生し易くなる。
このような切屑は、高速切削で生じ易く、また低速でも切屑と工具すくい面間の摩擦が小さいことでも発生し易い。つまり、仕上げ加工等の条件の場合は、連続切屑が発生し易い。
【０００３】
切削加工において連続切屑は、切削状況が良好であることを示すことが多く、切屑排出の点から見ても、一般的には望ましい。しかし、細長く伸びた連続切屑は、工具や非加工物に巻きつき、加工面に悪影響を及ぼすこともある。特に、内面切削する場合には、切屑の逃げ場が限定されるため、連続切屑によってその排出の妨げとなり、結果、切削面を傷つけたり、刃先を傷めたり、最悪の場合には機械を壊すこともあり、障害になり易い。
つまり、排出される連続切屑は適度に分断される必要があり、特に内面切削に関しては、切屑の排出性の面でも、加工の妨げになることが多い点においても、連続切屑は好ましくない。
【０００４】
そこで、こうした連続切屑を分断し、排除する必要がある。
連続切屑の分断に関しては、特許文献１のような方法が開示されている。
特許文献１には、チップブレーカに関する技術、特にチップブレーカつきのダイヤモンド又は立方晶窒化硼素焼結体切削工具が公開されており、切削工具のチップの刃先形状に関する内容である。
一般的にチップブレーカは、細長く直線に伸び易い連続切屑に、工具の刃先に工夫をすることによって、切屑に折れを生じさせ、分断あるいはカールさせ、工具や加工面に巻きついたり巻き込まれたりするのを押さえる働きをするもののことを言う。
【０００５】
図１２にチップブレーカ１００の形状が示されており、切削工具の刃先近傍に、凸状、または凸と凹を組み合わせの形状で形成された工具すくい面であるチップブレーカ１００が、レーザー加工後、遊離研磨砥粒を用いた研磨方法によって研磨されて設けられているので、切屑切削性に優れ、かつ長寿命なチップブレーカ付き硬質焼結切削工具を示している。
このチップブレーカ１００によって、連続切屑を確実にカールさせ分断し、加工への悪影響を抑えることが可能となる。
【０００６】
一方、特許文献２では、切屑回収機を設け、そちらで切屑を分断して回収を行う方法を開示している。
図１３がその構成を示した図である。また図１４にその吸込口の内部構成を示している。この方法では、切削部付近にノズルを配置し、ノズル後方かブロア等の送風機で吸引することで、切屑を細かくしつつ回収する。
【０００７】
ところで、ワークの加工精度を上げるという目的では、加工に振動を組み合わせた方法が知られている。
特許文献３には、超音波振動を利用するバイスの技術が開示されている。
図１５には、特許文献３に係るバイスの側面図が示されている。また図１６にはバイス部２０３ａの拡大図斜視図が示されている。
特許文献３のバイス装置は、固定部２０１ｂとバイス部２０３ａによってバイスした状態で、前述の電圧アクチュエータ２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃを微動させることにより、ワークの平行度を容易かつ確実に出すことができる。
またこのような微動を与えることで、ワーク自体も微動状態となり、切削抵抗が低減し、熱歪みが少なく、容易に精密切削できるという効果を奏する。
【０００８】
このような振動を利用した発明は特許文献４に示されるような加工機にも用いられる。
特許文献４に開示される振動切削技術または振動切削方法は、穴あけ加工や、ねじ切り加工に応用され、加工機側を微振動させることによって、特許文献３同様に切削抵抗の低減と、加工精度の向上を目的としている。
図１７は特許文献４の振動切削装置について示されている。振動切削ユニット３０１は、ユニット本体３０３を備えており、ユニット本体３０３はドリルスリーブ３０５が、軸受部材３０７を介して回転可能に取り付けられている。
ドリルスリーブ３０５の内側にはドリルシャフト３０６がＺ方向に移動可能に収納されていて、このドリルシャフト３０６の先端には、コレットチャック３１５が取り付けられていて、このコレットチャック３１５はキャップ３１７によって固定されている。また、コレットチャック３１５にはドリル３１９が取り付けられている。
【０００９】
また、ドリルシャフト３０６の段付部３０６ａとドリルスリーブ３０５の段付部３０５ａの間にはコイルスプリング３０８が設けられ、ドリルシャフト３０６はコイルスプリング３０８によって、常時Ｚ方向に付勢されている。そして、切削加工時においてワーク３５９がドリル３１９に当接したとき、コイルスプリング３０８の付勢力に抗して僅かな量だけＺ方向上側に戻されることになる。なお、その戻り量はドリルシャフト３０６の段付部３０６ａがドリルスリーブ３０５の段付部３０５ａに当接する範囲を限界としている。
【００１０】
ドリルスリーブ３０５の後端部にはカム３２１がナット３２３によって取り付けられている。ドリルスリーブ３０５側には軸方向に延長されたキー３２２が設けられ、一方、カム３２１側には軸方向に延長されたキー溝３２４が形成されている。これらキー３２２がキー溝３２４に係合することにより、カム３２１はドリルスリーブ３０５に回転方向に一体化されている。また、ドリルシャフト３０６の後端部はドリルスリーブ３０５の後端部より突出していて、ナット３２６によって固定されている。このナット３２６のドリルシャフト３０６の後端部に対する螺合量を調整することにより、コイルスプリング３０８の強さを調整・設定するものである。
【００１１】
また、カム３２１の図中左側には板体３２５が配置されていて、この板体３２５はユニット本体３０３に固定されている。カム３２１には突起３２７が突設せれていて、一方、板体３２５側には、支持具３２９が取り付けられている。支持具３２９は、板体３２５に形成された円弧状開口部に取り付けられていて、円弧状開口部の範囲内で任意の位置に取り付け・固定されるようになっている。即ち、支持具３２９は、ボルト３３０とナット３３２を螺合させることにより、円弧状開口部の任意の位置に取り付けられる構成になっている。
【００１２】
突起３２７とボルト３３０の先端部との間には弾性部材としてのコイルスプリング３３３が張設されていて、カム３２１はこのコイルスプリング３３３によって常時付勢されている。また、支持具３２９の円弧状開口部における取り付け位置を適宜調整することによりコイルスプリング３３３のばね力を調整するようにしている。
このように構成されることにより、特許文献４の振動切削装置は以下の作用効果を奏する。
まず、主軸に把持されているワーク３５９は、主軸によって矢印ａの方向に回転している。一方、振動切削ユニット３０１側のカム３２１はコイルスプリング３３３によって回動付勢されている。
【００１３】
その状態で主軸台をＺ軸方向に所定の送り速度で移動させていく。それによって、ワーク３５９の先端がドリル３１９に当接・押圧することになる。最初にワーク３５９がドリル３１９に接触してから最初の切削が開始されるまでの間は、ワーク３５９に前進に伴ってドリル３１９及びドリルシャフト３０６がコイルスプリング３０８の付勢力に抗して僅かな量だけ押し戻される。
さらに、回転しているワーク３５９がドリル３１９側にワーク３５９側の回転が伝達され、それによって、ドリルスリーブ３０５及びカム３２１にも同方向の回転が伝達されることになる。カム３２１は、コイルスプリング３３３の付勢力に抗して、図１５手前方向に回転し、コイルスプリング３３３は弾性変形することによって、弾性力が蓄勢されることになる。
【００１４】
コイルスプリング３３３の弾性変形量がある一定以上を越えると、コイルスプリング３３３に蓄勢された力が、ワーク３５９に対するドリル３１９の切削抵抗よりも勝り、ワーク３５９の矢印ａとは逆方向に回転し、コイルスプリング３３３は元の状態に戻る。そして、再びワーク３５９の加工が進むにつれてコイルスプリング３３３に蓄勢される。これを繰り返すことで、所望の加工が施されることになる。
【００１５】
このような方法が従来とられてきたが、大量生産するラインへの適用を考えると、何れの方法も適当ではない。
特許文献１に示されるようなチップブレーカを備えた刃物は、高価なうえ欠損し易いので、大量生産ラインではコスト削減の足かせとなりかねない。また、一般的に特許文献１に示すような、ダイヤモンドや立方晶窒化硼素焼結体切削工具といった、特殊な刃物についてのチップブレーカは市販されておらず、入手し辛い点も問題となる。
また、特許文献２の方法は、分断という意味では確実な方法であるが、内面切削であり、製品固定で刃物を回転させて加工するという特性上、吸引口を設ける場所に制限があり、吸引口を切削部位に近づけることが難しく、吸引口に行くまでは連続切屑が長いままであるのでは、途中で別の部分に絡んでしまうことも考えられ問題となる可能性が高い。
また、特許文献３及び特許文献４に方法によっては、加工精度の向上ということが期待できるが、確実な連続切屑の分断ということを考慮してはおらず、確実な連続切屑の分断が出来なかった。
【００１６】
そこで、特許文献５に開示されるような方法を取ることも考えられる。特許文献５では振動バイトによる切削方法として、加工軌跡を制御することによって、確実に切屑を分断しうる技術を紹介している。
特許文献５においては、図１８に示すようにバイト４０１に備えられた切刃４０２に与えられる振動の波形が三角波形とされており、かつ、この振動の振幅ａ１はａ１＝ｆ１／２に設定されている。
そして、この切刃４０２の回転周期ｔｔｏｔａｌにおいて、切刃４０２が最も送り方向Ｆ側に触れた最先端位置Ａから最も送り方向Ｆの後方側に触れた最後端位置Ｂに至るまでの時間ｔｄは、ワークＷの回転周期Ｔに対してｔｄ＝Ｔ／４０とされており、かつ、切刃４０２がこの最後端位置Ｂから次に最先端位置Ａに至るまでの時間ｔｕは、ｔｕ＝３×Ｔ／１０とされており、従ってｔｄ／ｔｕ、即ち、ｔｄ≠ｔｕとされるとともに、ｎ＝３としたときに、Ｔ＝ｔｔｏｔａｌ×ｎ＋ｔｄが満たされることになる。
【００１７】
このような振動が与えられた切刃４０２が相対的にワークＷの外周面に対して描く軌跡Ｌは、その回転周期ｔｔｏｔａｌにおいて、図１９に示すようにワーク回転方向Ｃの後方側に向け、最後端位置Ｂから送り方向Ｆ側に緩やかに延びて最先端位置Ａに至り、この最先端位置Ａにおいて折れ曲がった後、急角度で送り方向Ｆの後方側に後方側に延びて最後端位置Ｂに至るように振れることとなり、かつ、このような送り方向Ｆと送り方向Ｆ後方側への触れを、振動が与えられない場合に描く軌跡Ｌｏを中心として繰り返しつつ、Ｌｏも沿ってワーク回転方向Ｃの後方側に向かうに従い送り方向Ｆ側に向かう螺旋状をなすことになる。
【００１８】
そしてこの軌跡Ｌ上において、ある最先端位置Ａからワーク回転方向Ｃの公報に一周する間に、切刃４０２は送り方向Ｆに３回、送り方向Ｆの後方側に４回振れ、このためこの最先端位置Ａから一周した位置には、４回目に送り方向Ｆの後方側に振れた最後端位置Ｂに位置し、しかもこの切刃４０２の振動の振幅ａ１は切刃４０２の一周当たりの送りｆ１の１／２に等しいから、これら最先端位置Ａと最後端位置Ｂとは送り方向Ｆおよびワーク回転方向Ｃに一致して配置される。従って、かかる振動を与えられた切刃４０２によって生成される切屑は、ワークＷが一周する間に、最先端位置Ａと最後端位置Ｂとが一致する位置において、少なくとも３つに分断されることになる。
なお、切刃４０２の振動の振幅ａ１をａ１＜ｆ１／２とした場合には、最先端位置Ａとこれから一周した最後端位置Ｂとは、一致することはないものの、送り方向Ｆに近接することとなり、これにより切屑には幅狭となる部分が形成されて、ここから切屑の折断が即されることとなる。
【００１９】
なお、特許文献５には切刃４０２を振動させる具体的な方法は直接的には開示されていないが、特許文献６や特許文献７のような方法で振動させることが知られている。
【特許文献１】特開２００４−２２３６４８号公報
【特許文献２】特開平６−１７０６０５号公報
【特許文献３】実開平６−５３０４３号公報
【特許文献４】特開２００１−１６２４０２号公報
【特許文献５】特開平１０−１５７０１号公報
【特許文献６】特開平８−３００２０７号公報
【特許文献７】特開２００１−１３８１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、特許文献５に示されるようなバイト本体に設けられた切刃を、その送り方向に振動させつつ送り出してワークを切削する方法では、多軸ボーリング加工のように、加工する軸の多い加工方法には向いておらず、実現は困難である。実際に特許文献５の方法を多軸ボーリング加工に適用する場合は、ボーリング加工軸１つずつに振動を発生させる装置を取り付けるか、軸頭全体を振動させる必要がある。
加工軸１つずつに取り付ける方法は、軸と軸との隙間に振動を発生させる装置を取り付けなければならず、特許文献６や特許文献７の方法では多くのスペースを必要とするために、適用は難しく、軸頭全体を振動させる方法では、軸頭自体がかなりの重量になってしまい、振動させるために巨大な油圧シリンダ等のアクチュエータを設ける等、重量によって発生する慣性力を相殺するだけの振動発生装置が必要となり、そのような装置を精度良く制御するのは困難である。
仮に実現可能であったとしても、多くのコストがかかってしまって現実的ではない。
【００２１】
つまり、従来技術では、中ぐり加工のように、被加工物を固定し刃物を回転させて加工する場合の連続切屑の分断等には、各軸に対して振動機を取り付けるスペースが制限されるため、適当でないという問題があった。
本発明は、そうした問題点を解決するためになされたものであり、連続切屑が発生するような外面切削や、内面切削の加工条件においても、比較的安価に、確実に連続切屑を分断できる手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明に係る切削加工装置、及び方法は、次のような構成を有している。
（１）被加工物を加工するための刃物があって、前記刃物が刃物固定体に固定され、前記刃物固定体が直動機構によって他方に接近するように送られ、前記刃物固定体が回転機構によって送り方向と平行となる回転軸を中心として回転されることで、前記被加工物に前記回転軸を中心軸とする円筒形状加工面を形成する切削加工装置において、前記被加工物を固定する板状部材と、前記板状部材を板厚方向に振動させる振動用アクチュエータと、前記板状部材を固定する板状部材固定治具とを備え、前記振動アクチュエータにより、前記板状部材の所定の位置で振幅を最大として振動させ、振幅と振動数を調整する、被加工物固定ユニットを有し、前記板状部材を振動させることで前記被加工物を振動させ、前記刃物固定体を前記回転機構で回転させ、前記直動機構で前記加工物固定ユニット側に送ることで、前記刃物が前記被加工物の前記円筒形状加工面に対して波状軌跡を描きながら前記被加工物を加工する制御装置を有することを特徴とする。
【００２３】
ここでいう振動用アクチュエータとは、例えば、油圧シリンダ等高い周波数の振動を発生しうるアクチュエータであり、バルブ制御アンプ等で制御されるもののことを言う。空圧シリンダや、モータとカムを組み合わせたものを適用することも考えられるが、空圧シリンダでは高応答かつ高圧力を発生しうるものが少なく、モータとカムの組み合わせは、振幅を変更するのにカム交換を必要とするため、再現性の問題や交換の煩雑さがある。これらの問題を解決し得れば、空圧シリンダや、モータとカムの組み合わせを利用して振動を発生させてもよい。
また、ここでいう波状軌跡とは、例えば正弦波等の一定間隔で振幅するような軌跡のことをいい、被加工物と刃物固定体との相対速度を変化させることによって、被加工物加工面に波形の軌跡を描き出し、その軌跡が交差するように制御することで、結果的に連続切屑を分断することができる。この波形の軌跡は、正弦波に限定されず、三角波や矩形波等も含まれるものとする。
【００２４】
（２）（１）に記載する切削加工装置において、前記板状部材の中央部には、前記板状部材の剛性を減少させるヌキ穴が形成され、前記板状部材の上端部が、前記板状部材固定治具に固定されることを特徴とする。
ここでいうヌキ穴とは、板状部材の中を切り取った形の穴のことを指しており、板状部材の剛性を調整するのに用いている。ヌキ穴の大きさ、形状等を工夫し、追加工してやることで、剛性を低下させることが可能である。
（３）（１）又は（２）に記載する切削加工装置において、前記被加工物固定ユニットが、前記板状部材が前記刃物固定体の送り方向と垂直になるようにベースに固定され、前記板状部材の上端部が、前記板状部材固定治具に固定され、前記板状部材の下端部が、前記振動が加えられる方向に対して規制されることを特徴とする。
【００２５】
（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載する切削加工装置において、前記回転機構の回転数から求められる回転周波数をｎＨｚとし、前記波状軌跡の振動数をｆＨｚとすると、ｆがｎの整数倍の近傍ではなく、前記刃物固定体の前記被加工物に対する、前記円筒形状加工面一周辺りの送り量が、前記波状軌跡の振幅の２倍以下であることで、加工によって発生する連続切屑を分断することを特徴とする。
ここでいう回転数から求められる回転周波数とは、刃物の回転速度は、被加工物の振幅回数と対比するために回転周波数ｎＨｚとして表したものであり、例えば刃物の回転数が６００ｒ．ｐ．ｍ．とすると、１分あたり６００回転するので、１秒あたりの１０回転。つまり、刃物の回転周波数ｎは１０Ｈｚとなる。
（５）（１）乃至（４）のいずれか１つに記載する切削加工装置を用い、前記刃物が前記被加工物の前記円筒形状加工面に対して波状軌跡を描きながら前記被加工物を加工することを特徴とする。
【００２６】
上記構成を有する切削加工装置、及び方法の作用効果について説明する。
本発明の切削加工装置、及び方法においては、
（１）被加工物を加工するための刃物があって、前記刃物が刃物固定体に固定され、前記刃物固定体が直動機構によって他方に接近するように送られ、前記刃物固定体が回転機構によって送り方向と平行となる回転軸を中心として回転されることで、前記被加工物に前記回転軸を中心軸とする円筒形状加工面を形成する切削加工装置において、前記被加工物を固定する板状部材と、前記板状部材を板厚方向に振動させる振動用アクチュエータと、前記板状部材を固定する板状部材固定治具とを備え、前記振動アクチュエータにより、前記板状部材の所定の位置で振幅を最大として振動させ、振幅と振動数を調整する、被加工物固定ユニットを有し、前記板状部材を振動させることで前記被加工物を振動させ、前記刃物固定体を前記回転機構で回転させ、前記直動機構で前記加工物固定ユニット側に送ることで、前記刃物が前記被加工物の前記円筒形状加工面に対して波状軌跡を描きながら前記被加工物を加工する制御装置を有することを特徴とするので、板状部材の弾性力を利用して少ない力で被加工物に対して振動を与え、被加工物の円筒形状加工面に対して波状軌跡を描いて連続切屑を確実に分断しうるという優れた効果を奏する。
【００２７】
また、振動を加えることによって、円筒形状加工面と刃物との切削抵抗を減少させ、スムーズに刃物を送ることで加工面をよりきれいに仕上げ得る。
さらに、刃物を固定する刃物固定体に振動機構を付加する必要が無いので多軸ボーリング加工のように軸数が多く、軸間がほとんど取れないような場合には、メリットが大きい。仮に刃物固定体側に振動機構を設ける必要があるとすると、刃物ごとに振動機構を設けるか、刃物固定体の集合である軸頭の送り機構に振動機構を付加する必要がある。前者の刃物ごとに振動機構を設ける場合、コンパクトな振動機構であっても、軸間の制限によりかなり制約を受けてしまうことは容易に予想されるし、後者の軸頭の送り機構全体を振動させるような振動機構は、かなりの質量を速い周期で振動させる必要があるので、巨大な振動機構が必要になるというデメリットがある。よって、被加工物側を振動させることによって、これらの問題を解決している。
【００２８】
（２）（１）に記載する切削加工装置において、前記板状部材の中央部には、前記板状部材の剛性を減少させるヌキ穴が形成され、前記板状部材の上端部が、前記板状部材固定治具に固定されることを特徴とするので、板状部材の剛性をヌキ穴の大きさで調整することができ、板状部材の形状にとって剛性が調整されるので、一度調整を行ってしまえば、同じ形状の被加工物には調整を行うことなく用いることが可能となり、大量生産にとってはメリットが高い。さらに、板状部材の剛性をヌキ穴によって調整するという単純な方法をとっているために、イニシャルコストが少なくて済むというメリットもある。
さらに、板状部材の上端部を固定し、下端部を振動方向に規制しているので、板状部材が振動を加えられる部分を中心に前後に振動することが可能である。
また、板状部材にヌキ穴があることにより、被加工物の表と裏を同時に加工するような場合には、両側に加工ユニットを持った加工機によって、片側の加工ユニットは表側を、片側の加工ユニットはヌキ穴を通して裏側を加工することができるので、大量生産等の場合にはリードタイムを短縮することに有効である。
【００２９】
（３）（１）又は（２）に記載する切削加工装置において、前記被加工物固定ユニットが、前記板状部材が前記刃物固定体の送り方向と垂直になるようにベースに固定され、前記板状部材の上端部が、前記板状部材固定治具に固定され、前記板状部材の下端部が、前記振動が加えられる方向に対して規制されることを特徴とするので、板状部材が振動を加えられる部分を中心に前後に振動することが可能であり、単純な構造で必要な規制が可能であるので、段取り替え時に余計な手間が省け、すばやく被加工物を交換できるメリットがある。特に大量生産を前提にする場合には、リードタイムを短縮することは大きなメリットが生まれる。
【００３０】
（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載する切削加工装置において、前記回転機構の回転数から求められる回転周波数をｎＨｚとし、前記波状軌跡の振動数をｆＨｚとすると、ｆがｎの整数倍の近傍ではなく、前記刃物固定体の前記被加工物に対する、前記円筒形状加工面一周辺りの送り量が、前記波状軌跡の振幅の２倍以下であることで、加工によって発生する連続切屑を分断することを特徴とするので、円筒形状加工面上に描かれる波状軌跡について、刃物送り方向を谷側とし、逆方向を山側とすると、１周目の波状軌跡の１周目谷部と２周目の波状軌跡の２周目山部が接するか、交わることで、切屑厚み０部ができ、外面切削加工や、特に内面切削加工において、切屑が発生時に確実に短く分断され、切屑の排出性を向上し、工具に連続切屑が絡む等することによって加工面を傷つけるのを防止し、装置の破損につながるようなこともなくなるという優れた効果を奏する。また、特殊な刃物を使う必要が無いので、イニシャルコストがかかったとしても、被加工物を大量に生産する場合には、結果的にコストを安く上げることができる。
【００３１】
（５）（１）乃至（４）のいずれか１つに記載する切削加工装置を用い、前記刃物が前記被加工物の前記円筒形状加工面に対して波状軌跡を描きながら前記被加工物を加工することを特徴とするので、板状部材の弾性力を利用して少ない力で被加工物に対して振動を与え、被加工物の円筒形状加工面に対して波状軌跡を描いて連続切屑を確実に分断し得るという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。最初に実施例の構成について説明する。
図１は、多軸ボーリング機１０の概略を斜視図で示したものである。多軸ボーリング機１０に関しては、一般的な加工装置であるので、その概略を簡単に説明する。
適度な作業高さを持つベース２０の上には、被加工物を固定するための被加工物固定ユニットである、ワーク固定ユニット２１が中央に固定されて、その左右に加工ユニット１１が直動機構を有し直動可能に設けられている。
加工ユニット１１は、原動機１６を備え、原動機１６からの動力を、軸頭２２に取り付けられた工具１３に伝える回転機構を有している。
刃物及び刃物固定体に対応する工具１３は、具体的に言うと切削用のバイト及び切削用バイトを固定している軸、または穴あけ用のドリル等、ボーリング加工を行うための工具である。
【００３３】
また加工ユニット１１はポンプユニット１７を備えて、オイルをミスト状にして工具１３側から加工面に供給して給油を行う構造になっている。ミスト状にして工具１３側から加工面に供給することで、直接的に工具１３付近にオイルミストを吹きかけることができ、潤滑としてオイルを用いる場合において、ミストの量が少なくてよいというメリットがある。なお、この部分にはオイルミストでなく、ミストにしていない液体状のオイルをそのまま葺き替えるようにしても良い。
このような加工ユニット１１は、ベース２０上を加工ユニット原動機１６に駆動されて直動し、ワーク固定ユニット２１に固定された被加工物であるワーク１８の加工を行う。
【００３４】
次に、多軸ボーリング機１０に備えるワーク固定ユニット２１について説明する。
図２は、ワーク固定ユニット２１の概略を斜視図で示したものである。
ワーク固定ユニット２１は、板状部材固定治具である治具イケール１５と、板状部材３１とからなり、板状部材３１にワーク１８を固定している。
このワーク１８の固定方法は、板状部材３１に備えるワーククランプ３４ａと基準金３４ｂをもちい、ワーク１８をワーククランプ３４ａと基準金３４ｂで挟み込むようにして固定している。
治具イケール１５は、３０ｍｍほどの厚みの剛性のある金属板にて略ロの字状に構成されている。そして治具イケール１５は、ワーク１８を高精度に加工するために、ベース２０との取り付け面である治具イケール１５の下面や、板状部材３１を取り付ける取り付け面等が、垂直かつ平行が出るように機械加工で仕上げられている。
【００３５】
そして、ベース２０との取り付け面である治具イケール１５の下面や、板状部材３１を取り付ける取り付け面には、図示しない位置決めピン穴が設けられ、治具イケール１５が毎回同じ位置にベース２０に取り付けられ、かつ、治具イケール１５に板状部材３１が取り付けられる際にも、同じ位置に取り付けられるようにしてある。
これはワーク１８が毎回ほぼ同じ位置に取り付けられ、量産されるワーク１８が同じ精度で加工できるようにするためである。
そして、このように加工される治具イケール１５は、ベース２０の上面であって、左右の加工ユニット１１の間にボルトで固定される。
【００３６】
板状部材３１は、中央部にヌキ穴３２を持ち、ワーククランプ３４ａを３つ、板状部材３１の表面に備える。また、ワーク１８の位置を決め易いようにピン状のガイド３３が数箇所設けられている。
この板状部材３１は板厚３０ｍｍ程度の板材を使っており、機械加工により必要な部分の面が出されたものである。
中央部にヌキ穴３２は、板状部材３１に固定されたワーク１８をベース２０上の左右の加工ユニット１１で両側から加工できるように配慮されて設けられており、かつ、板状部材３１自体の剛性を調整する機能も有している。この板状部材３１の剛性は、板状部材３１のばね性を左右し、板状部材３１に振動が加えられた際の挙動に大きく影響する。結果、ワーク１８に与える振動にも影響するので、必要であれば板厚を落としたり、ヌキ穴３２を大きくしたりすることで、板状部材３１の剛性を落としても良い。この板状部材３１のばね性を利用することによって、単純な構造で、比較的小さな力で振動を発生させることが可能になる。
【００３７】
この板状部材３１を治具イケール１５に取り付けるために、治具イケール１５には図示しないボルト穴と位置決めする穴が設けられている。このボルト穴を使用して、治具イケール１５に板状部材３１が固定されるが、固定箇所は、板状部材３１を振動させてたわませる必要があるため、上辺の数箇所をボルト等によって固定し、下辺をＬ型押さえ１５ａによって固定している。こうすることで、上下片が治具イケール１５に対して固定され、上辺は前方向に拘束され、下辺は治具イケール１５の取り付け面に対して垂直方向に拘束される。
【００３８】
ワーククランプ３４ａは、対になって設けられる基準金３４ｂとともに設けられ、ワーク１８の定められた位置に固定されるように設計されている。また、ワーククランプ３４ａと基準金３４ｂは、板状部材３１がアクチュエータ３５によって押される２点を結んだ中心線に対して、上下方向に等しい距離Ｌに配置される。距離Ｌを変更することにより、ワーク１８に伝わる振動の振幅を調整することが可能になる。
これら、ワーククランプ３４ａと基準金３４ｂでワーク１８をクランプすることで、加工時にワーク１８にズレが発生しないように保持することが可能である。
板状部材３１上に設けられるガイド３３は、ワーク１８を板状部材３１に固定する際に、取り付け性が向上するように案内する役目を果たしている。
【００３９】
なお、板状部材３１に固定されるワーク１８は、トランスミッションのケースであり、シャフトを平行に支えるためのベアリングが組みつけられる穴がいくつも空いている。これらはその部品に要求される精度が高いために非常に高精度の加工を要求する。
その為、ワーク１８はベース２０に対してきっちりと位置決めされる必要があり、各形状精度が要求されるので、ベース２０と治具イケール１５、治具イケール１５と板状部材３１、板状部材３１とワーク１８は、上記のようにそれぞれ必要な精度で位置決めされ、固定される必要がある。
【００４０】
さらに、治具イケール１５には、板状部材３１を振動させるためのアクチュエータ３５が２つ設けられている。アクチュエータ３５は、治具イケール１５のロの字状になった内側面２箇所に対称に取り付けられ、治具イケール１５に板状部材３１が取り付けられた際に、板状部材３１の中心に振動を与えることができる高さに取り付けられている。
よって、前述のように配置した、板状部材３１上のワーククランプ３４ａ及び基準金３４ｂによって固定されるワーク１８は、板状部材３１の中心が振動することによって、全体的に均一に振動し、かつ、加工ユニット１１の送り方向と同じ方向に振動させることが可能になる。
なお、本実施例では板状部材３１の中心にワーク１８を設け、ヌキ穴３２を中央付近に設けているので、板状部材３１の中心を、アクチュエータ３５によって振動させているが、特に中心である必要も無く、ワーククランプ３４ａや基準金３４ｂの位置とヌキ穴３２などの配置に応じて、振動させる場所を変更しても良い。
【００４１】
このアクチュエータ３５は内蔵する油圧シリンダ３５ａを、例えば、０．０５ｍｍストローク、２５Ｈｚ程度で高速に動作させることによって、板状部材３１に対して振動を与えている。この方法をとることで、工具１３の送りに対して振動が同じ方向に与えられることになる。
この、油圧シリンダ３５ａのストロークは任意に変えることが可能であり、また、振幅数も任意に変えることが可能である。
例えば、ストロークを大きく取った場合、工具１３とワーク１８が振動によって離れた時に、工具１３の刃先へ切削油が供給され易くなるので、その結果として、工具１３の磨耗が少なくなるような効果も期待できる。
【００４２】
また、振動に使う油圧シリンダ３５ａはφ３０ｍｍ程度の径で、１１．０ＭＰａ程度の油圧を加えている。本実施例では板状部材３１の厚みを３０ｍｍ程度とっているので、この程度のシリンダ径が必要となる。もっとも、板厚を落とすに伴って、シリンダ径や油圧を変更することは問題ない。
なお、この振動は工具１３の送り方向と同じ方向に与えられている。振動が送り方向と同じ方向に与えないと、加工精度に悪影響を及ぼす他、工具１３にもダメージを与えることになりかねないからである。
このアクチュエータ３５は、高速に動作させるために図４のような構成のシステムとなっている。
【００４３】
図４は、アクチュエータ３５に接続されるシステムのブロック図である。
アクチュエータ３５は油圧シリンダ３５ａで駆動するが、その応答性をあげるために、サーボバルブ３５ｂを内蔵しており、サーボバルブ３５ｂには、外部の油圧ポンプ３６から作動油が供給されている。また、サーボバルブ３５ｂにはバルブ制御アンプ３７が接続され、バルブ制御アンプ３７は、油圧シリンダ３５ａから拾った位置データを位置センサアンプ３８に取り込み、そのデータが送られて、フィードバック制御を行うことによって、油圧シリンダ３５ａを高精度に位置決めすることが可能である。
さらに、バルブ制御アンプ３７には、波形出力機３９が接続されており、アクチュエータ３５の動きを波形出力機３９に表示し、波形出力機３９側から、その振動数を制御可能なように接続されている。
波形出力機３９には、加工ユニット１１の回転数も取り込まれて、同時に表示されるようになっており、作業者が視覚的に波形を見て、アクチュエータ３５の振動数を制御しうるように構成されている。
【００４４】
次に、本実施例の作用効果について説明を行う。
まず、被加工物であるワーク１８に合わせて、加工ユニット１１に取り付けられている軸頭２２選択がなされる。そして、ワーク固定ユニット２１にワーク１８がセットされ、予め用意されたプログラムに従って、加工ユニット１１の原動機１６が働き、工具１３を回転させ、加工ユニット原動機１６によって、必要な位置まで加工ユニット１１が移動して、加工の準備が完了する。
加工に際しては、ワーク固定ユニット２１に備えられたアクチュエータ３５により、ワーク１８の固定された板状部材３１に、例えば２５Ｈｚ程度の振動が加えられる。このことによって、板状部材３１に固定されたワーク１８も、加工ユニット１１の送り方向と同じ方向に２５Ｈｚで振動する。
【００４５】
図３に、ワーク固定ユニット２１に固定された板状部材３１が振動する様子を側面図として示している。なお、加工ユニット１１やワーク１８等の振動状態を示すのに関わらない細かい部分は省略して示している。
これによれば、板状部材３１は上端部の数箇所をボルトによって、スペーサを介してワーク固定ユニット２１に固定され、下端部をワーク固定ユニット２１に固定されているＬ型押さえ１５ａによって押さえられている。こうすることで、上端部が治具イケール１５に対して片持ち状態で固定されて拘束され、下端部は治具イケール１５の取り付け面に対して垂直方向に拘束され、水平方向には移動可能である。
【００４６】
このように拘束されるので、アクチュエータ３５のロッドが前進して板状部材３１の中央部が押されることによって、板状部材３１が取り付け面に対して垂直方向にたわみ、アクチュエータ３５のロッドが後退するにともなって、板状部材３１のバネ性により元の状態に復元しようとする。これを繰り返すことによって、板状部材３１の中央部が振動し、板状部材３１に固定されたワーク１８もそれにともなって振動する。
この振動は、アクチュエータ３５が加工ユニット１１の送り方向と平行に取り付けられ、アクチュエータ３５のロッドは加工ユニット１１の送り方向と平行に動作するため、振動の方向は、加工ユニット１１の送り方向と平行に発生する。
【００４７】
なお、前述の通り板状部材３１の上端部は片持ち状態で固定されるが、下端部は取り付け面と平行方向には拘束されないので、板状部材３１が振動することを妨げない。
さらにワーク固定ユニット２１を構成する、板状部材３１が取り付けられる治具イケール１５は、３０ｍｍ程度の板厚の板材を前述のようにロの字状に組みあげている。
図２にも示されているように、加工ユニット１１の送り方向に幅広になるように板材を組み合わせ、かつ板厚よりも、板幅が広く（本実施例では３００ｍｍ）なるように構成されているので、加工ユニット１１の送り方向と平行に発生する振動に対して剛性があり、ワーク固定ユニット２１下面でベース２０に強いトルクで締め込まれ、ベース２０は十分な重量があることから、アクチュエータ３５の前後運動によって、ワーク固定ユニット２１が揺れることによって振動が減衰してしまうことを防いでいる。
そして、そのワーク固定ユニット２１の片側もしくは両側の加工ユニット１１が送られて、加工ユニット１１に備えられ、例えば６００ｒ．ｐ．ｍ．で回転する工具１３が、ワーク１８の加工面に当接して加工を開始する。
【００４８】
このように、アクチュエータ３５によって板状部材３１に与えられる振動は、ワーク１８を前後に振動させ、加工ユニット１１に取り付けられた工具１３の進行方向と、ワーク１８の振動の方向が、平行に存在するので、工具１３に余計な付加をかけることなく、加工面に対して波状軌跡が描かれる。
そして、加工が進められることで、この波状軌跡が前に描かれた波状軌跡と接するか、交差するように描かれ加工されていくことによって、連続切屑を発生させずに、加工が進められる。
本実施例では、ワーク１８の高精度仕上げ加工であるので、その加工に要する時間は４５秒程度と短く、月産数万個の加工を行うため、一度に数箇所の加工を行い、効率化を行うために、多軸ボーリング機を用い、加工ユニット１１は左右に対向するように設けられて、ワーク１８は両面から同時に加工される。
【００４９】
前述される、油圧シリンダ３５ａを備えたアクチュエータ３５で板状部材３１を振動させる場合において、実際に観測される波形を模式的に現したものが図５である。
図５には、縦軸を振幅ｆ、横軸を経過時間ｔとした場合のアクチュエータ３５の指令波形と、油圧シリンダ３５ａの実際に動いた状態を示したグラフである。
図５中の実線波形は指令信号６０で、バルブ制御アンプ３７から出される信号に基づいて描かれている。また、破線波形がフィードバック信号６５で、油圧シリンダ３５ａから戻ってくる信号に基づいて描かれる波形を示している。また、指令信号６０の山部を指令信号山部６０ａ、谷部を指令信号谷部６０ｂ、フィードバック信号６５の山部をフィードバック信号山部６５ａ、谷部をフィードバック信号谷部６５ｂとしている。
【００５０】
このように、アクチュエータ３５は略ノコギリ刃状に制御され、アクチュエータ３５に振動を加えられる板状部材３１もこの動きに追従して、結果的にワーク１８も指令信号６０及びフィードバック信号６５に類似した動きをする。
そして、ワーク１８の振動は、加工中であって工具１３の当接時に加えられ、工具１３は加工ユニット１１が送られることによって、工具１３に指令信号６０及びフィードバック信号６５に類似した波形が描かれることになる。この場合の波形は、加工ユニット１１の送り方向に対して奥側が指令信号山部６０ａ、及びフィードバック信号山部６５ａであり、手前側が指令信号谷部６０ｂ及びフィードバック信号谷部６５ｂに類似する波状波形となる。
なお、実際には、指令信号６０とフィードバック信号６５でズレがあるように、ワーク１８に転写される波状軌跡は厳密に指令信号６０やフィードバック信号６５の形状をトレースするわけではない。
【００５１】
工具１３は軸頭２２に取り付けられ、回転機構によって回転しながら送られるため、波状波形はワーク１８状に螺旋状に描かれ、後述するように一周当たり複数回の山が来るように制御されて送られるわけであるが、指令信号山部６０ａ及びフィードバック信号山部６５ａ又は指令信号谷部６０ｂ及びフィードバック信号谷部６５ｂに類似した形に描かれ、指令信号６０でいう指令信号山部６０ａと、事前に描かれた波状軌跡の指令信号谷部６０ｂ、フィードバック信号６５でいえばフィードバック信号山部６５ａと、事前に描かれた波状波形のフィードバック信号谷部６５ｂに該当する部分が交差することで、連続切屑が確実に切断されることになる。
【００５２】
つぎに、この加工の際に描かれる波状軌跡によって連続切屑が分断される仕組みについて、１つの切削部の加工面について観察することによって説明する。
図６は、振動を用いた切削の模式図である。この場合の波形は、実施例の波形とは異なるが、このように制御することも可能であるし、説明の為には正弦波形であるほうが分かりやすいので、正弦波形を用いて説明する。
図６では、図１における工具１３に対応する刃物４０及びそれを固定する刃物固定体１３ａはワーク１８の円筒形状加工面である被削面４１を切削可能なように、被削面４１に当接され、図示しない回転機構に固定され、Ｘ方向に送りが出来るように設けられている。一方、被削面４１を有するワーク１８は図示しない振動機構に固定されており、Ｘ2方向に振動可能に固定されている。なお、図６では、図として表し易いように、刃物４０がワーク１８の被削面４１を外側から切削するように表している。
【００５３】
このような構成になっているので、刃物４０を回転させながら送り、被削面４１を有するワーク１８をＸ方向に振動させることによって、ワーク１８と工具１３に着目すると、ワーク１８が前後に振動し、刃物４０が固定された刃物固定体１３ａが一定の速度で送られるので、両者の間で相対速度の変化が発生しているといえる。これによって、被削面４１は刃物４０と当接する部分が削られていき、波状軌跡である１周目加工線４５、２周目加工線４６が描かれながら、加工が進む。
【００５４】
被削面４１上にある、波状の模様を示す１周目加工線４５と２周目加工線４６に囲まれる被加工領域４７は、図示するように１周目加工線４５と２周目加工線４６が接するか、交わることで、切屑厚みが０になる部分（以下、切屑厚み０部４８という）ができて分断され、結果として連続切屑は発生せずに加工を進めることが出来る。なお、切屑厚みが０にならなくとも、１周目加工線４５と２周目加工線４６が近接して、厚みが０に近づけば、切屑の自重等で分断することも考えられるので、必ずしも厚み０である必要はない。もっとも、この最低厚みについては加工条件によって変化するため、実際の加工段階において調整する必要がある。
【００５５】
被削面４１上に描かれる１周目加工線４５や２周目加工線４６等の波状軌跡について、刃物４０送り方向を谷側、逆方向を山側とすると、１周目加工線４５の１周目谷部４５ａと２周目加工線４６の２周目山部４６ｂが接することで、切屑厚み０部４８ができる。もちろん、加工条件によっては、１周目谷部４５ａと２周目山部４６ｂ以外の１周目加工線４５及び２周目加工線４６上の点で接する、あるいは、１周目加工線４５と２周目加工線４６が交差することで、切屑厚み０部４８を作ることもありうる。
一方、１周目加工線４５と２周目加工線４６が接したり交わったりせずに、切屑厚み０部４８が出来ない場合は、振動の振幅に対しての送り量が適正でないので、被加工領域４７は分断されずに、結果的に連続切屑を生成する要因となる。
これらを更に模式的に示したのが、図７、図８、図９、図１０、図１１であり、これらは振動のパターンを示した模式図である。
【００５６】
図７には、加工条件１として、連続切屑を分断可能である加工パターンの模式図を示す。図８には、加工条件２として、連続切屑が分断できない加工パターンの模式図を、図９には、加工条件３として、連続切屑が分断できない加工パターンの模式図を、図１０には、加工条件４として、連続切屑が分断可能である加工パターンの模式図を、図１１には、加工条件５として、連続切屑が分断可能である加工パターンの模式図を示す。
各図において、端部５０がワーク端を表す線で、１周目加工線４５が１周目に刃物４０が通過する軌跡であり、２周目加工線４６が２周目に刃物４０が通過する軌跡であり、被加工領域４７は１周目加工線４５と２周目加工線４６に囲まれる領域である。また、図７、図８、図９、図１０、図１１においていずれも、２πを外周一周分として表し、横軸は円筒形状加工面である被削面４１の外周一周分であり、縦軸は加工距離を表す。
なお、刃物４０の回転速度は、ワーク１８の振動数と対比するために回転周波数ｎＨｚとして表す。例えば刃物４０の回転数が６００ｒ．ｐ．ｍ．とすると、刃物４０の回転周波数ｎは１０Ｈｚとなる。
【００５７】
刃物４０の回転周波数ｎに対して被削面４１の振動ｆを２．５倍とした場合、図６のように、外周一周辺りに１周目の加工線である１周目加工線４５が２．５波描かれることになる。同様に、２周目の加工線である２周目加工線４６も２．５波描かれる。一周が２．５波長であるので、１周目加工線４５と２周目加工線４６の波は半波長ずれることになる。また、工具１３の外周一周当たりに加工する距離を送り量Ｖとし、ワーク１８の振幅Ｓに対して、２倍としている。つまり送り量Ｖ：振幅Ｓ＝２：１の関係にしてある。これにより、１周目加工線４５の１周目谷部４５ａと２周目加工線４６の２周目山部４６ｂは丁度接することになり、切屑厚み０部４８を作る。図６上でもそれを示している。
刃物４０が、１周目加工線４５上を通って加工が終了し、２周目加工線４６の加工開始から加工終了までに、実際にワーク１８から切削されるのは、被加工領域４７である。この被加工領域４７は、１周目加工線４５及び２周目加工線４６によって囲まれており、図７では３つに分断されている。このことは、連続切屑とならずに加工を行うことが可能であることを意味している。
【００５８】
一方、図８に示される加工条件２では、被削面４１上に描かれる１周目加工線４５は外周一周あたり２波である。そして、２周目加工線４６も同様に外周一周あたり２波描かれる。送り条件は加工条件１と同様で、送り量Ｖ：振幅Ｓ＝２：１にしている。
これらの条件により、被削面４１上に加工されることによって描かれる１周目加工線４５及び２周目加工線４６は、それぞれ１周目加工線４５の１周目山部４５ｂ、２周目加工線４６の２周目山部４６ｂから開始することになるので、図８に示されるように１周目加工線４５と２周目加工線４６の位相が揃い、平行に並んでしまうので、切屑厚み０部４８はできず被加工領域４７は連続する。したがって、連続切屑が発生してしまう。このように、ワーク１８の振動数ｆが、刃物４０の回転周波数ｎの偶数倍の近傍である場合には、連続切屑は分断できない。言い換えれば、１周目加工線４５と２周目加工線４６が交差又は接しない、被加工領域４７が連続するような条件では、切屑厚み０部４８ができず、連続切屑を分断できない。
【００５９】
また、図９に示される加工条件３では、加工条件１と同様に１周あたり描かれる１周目加工線４５及び２周目加工線４６は２．５波長であるが、送り量が適切でないので、切屑厚み０部４８はできず、連続切屑は分断することができない。加工条件３では、刃物４０の送り条件が、送り量Ｖ：振幅Ｓ＝４：１の関係になっており、振幅Ｓよりも送り量Ｖが大きい。したがって、１周目加工線４５と２周目加工線４６は交わることはない。つまり、連続切屑は分断できないことになる。
図９でも図８と同様に１周目加工線４５と２周目加工線４６が交差又は接しないので、被加工領域４７が連続する加工条件となり、切屑厚み０部４８ができず、連続切屑を分断できない。
【００６０】
また、図１０に示される加工条件４では、被削面４１上に１周あたりに描かれる１周目加工線４５及び２周目加工線４６が、２．２５波長であり、送り条件が送り量Ｖ：振幅Ｓ＝１．４：１の関係である。
また、図１１に示される加工条件５では、被削面４１上に１周あたりに描かれる１周目加工線４５及び２周目加工線４６が、２．５波長であり、送り量が送り量Ｖ：振幅Ｓ＝１：１の関係である。こういった、加工条件４や加工条件５で描かれる図１０や図１１のような状態であれば、１周目谷部４５ａや２周目山部４６ｂ以外での、切屑厚み０部４８ができて被加工領域４７は分断されており、連続切屑は分断しうる。
【００６１】
以上説明するように、図６乃至図１１では、外面切削をモデルにして説明したが、本実施例の多軸ボーリング機１０について、内面切削を行う場合にも、同様の原理によって、連続切屑を分断しうる。なお、ドリル等の加工では、波状軌跡は形成されないが、前後振動によって、ドリル等と被加工物との間に定期的に隙間ができ、切屑の分断やドリル等の刃先への切削油の供給が可能になるので、ドリル等の摩擦の低減や冷却効果などが期待できる。
また、図７乃至図１１に示される加工条件１乃至加工条件５のように、加工条件を波形にして表示してやることで、連続切屑を分断できる加工条件を把握することが可能であり、さらに、これらの連続切屑の分断可能である加工条件が、ワーク１８の振動数と刃物４０の回転数によって、制御しうることも示している。また、送り量と振幅の関係によっても、制御しうることも示している。
【００６２】
つまり、具体的には、ワーク固定ユニット２１に固定されたワーク１８にアクチュエータ３５で振動を加えながら、加工ユニット１１に備えられた回転する工具１３によってワーク１８の内面を加工していく。この際に、ワーク１８に振動を加えるアクチュエータ３５は、バルブ制御アンプ３７に接続する波形出力機３９から、その振動数について制御可能であり、波形出力機３９には加工ユニット１１の回転数も取り込まれて、視覚的に波形によって加工状態を判断しうる。具体的には図７乃至図１１に示されるような波形を表示してやり、１周目加工線４５、２周目加工線４６に相当する波形を示してやることで、被加工領域４７が連続である加工条件か不連続である加工条件かが判別できる。
前述したように、刃物４０の回転数に併せて、ワーク１８の振動数を制御してやることで、連続切屑を分断することが可能であるので、波形出力機３９を監視して、アクチュエータ３５の振動数、及び振幅Ｓを制御してやることで、確実に連続切屑が分断できる。
【００６３】
上述したように、本発明の切削加工装置、及び方法によれば、以下のような優れた効果を奏する。
（１）  ワーク１８を加工するための刃物４０があって、刃物４０が刃物固定体１３ａに固定され、ワーク１８又は刃物固定体１３ａのすくなくともどちらか一方が、直動機構によって他方に接近するように送られ、ワーク１８又は刃物固定体１３ａのどちらか一方が、回転機構によって送り方向と平行となる回転軸を中心として回転されることで、ワーク１８に回転軸を中心軸とする被削面４１を形成する切削加工方法において、ワーク１８と刃物固定体１３ａとの相対速度を変化させることによって、刃物４０が、ワーク１８の被削面４１に対して１周目加工線４５又は２周目加工線４６等を描きながらワーク１８を加工し、回転機構の回転数から求められる回転周波数をｎＨｚとし、１周目加工線４５又は２周目加工線４６等の振動数をｆＨｚとすると、ｆがｎの整数倍の近傍ではなく、刃物固定体１３ａのワーク１８に対する、円筒形状加工面一周辺りの送り量が、１周目加工線４５又は２周目加工線４６等の振幅の２倍以下であることで、加工によって発生する連続切屑を分断することを特徴とするので、被削面４１上に描かれる１周目加工線４５や２周目加工線４６等の波状軌跡について、刃物４０送り方向を谷側、逆方向を山側とすると、１周目加工線４５の１周目谷部４５ａと２周目加工線４６の２周目山部４６ｂが接するか、交わることで、切屑厚み０部４８ができ、外面切削加工や、特に内面切削加工において、切屑が発生時に確実に短く分断される。
【００６４】
このことにより、切屑の排出性を向上し、工具１３に連続切屑が絡む等することによって加工面を傷つけるのを防止し、装置の破損につながるようなこともなくなるという優れた効果を奏する。また、ワーク固定ユニット２１を作成するに当たってイニシャルコストはかかるものの、高価な刃物４０が必要でなくなり、かつ、摩擦低減や冷却等が期待できるため刃物４０の寿命を延長させる効果も期待できる。また、切屑の排出が容易になり、確実に排出されることによって、切屑によって加工面を荒らしたり、切屑が絡んでの機械の故障等の恐れもなくなったりするため、結果的にコストダウンに繋がる。
（１）ワーク１８を加工するための刃物４０があって、刃物４０が刃物固定体１３ａに固定され、刃物固定体１３ａが直動機構によって他方に接近するように送られ、刃物固定体１３ａが回転機構によって送り方向と平行となる回転軸を中心として回転されることで、ワーク１８に回転軸を中心軸とする被削面４１を形成する切削加工装置において、ワーク１８を固定する板状部材３１と、板状部材３１を板厚方向に振動させるアクチュエータ３５と、板状部材３１を固定する治具イケール１５とを備え、アクチュエータ３５により、板状部材３１の所定の位置で振幅を最大として振動させ、振幅と振動数を調整する、ワーク固定ユニット２１を有し、板状部材３１を振動させることでワーク１８を振動させ、刃物固定体１３ａを回転機構で回転させ、直動機構でワーク固定ユニット２１側に送ることで、刃物４０がワーク１８の被削面４１に対して波状軌跡を描きながらワーク１８を加工する制御装置を有することを特徴とするので、板状部材３１の弾性力を利用して少ない力でワーク１８に対して振動を与え、ワーク１８の被削面４１に対して波状軌跡を描いて連続切屑を確実に分断しうるという優れた効果を奏する。
【００６５】
また、振動を加えることによって、被削面４１と刃物４０との切削抵抗を減少させ、スムーズに刃物４０を送ることで加工面をよりきれいに仕上げ得る。
さらに、刃物４０を固定する刃物固定体１３ａに振動機構を付加する必要が無いので多軸ボーリング加工のように軸数が多く、軸間がほとんど取れないような場合には、メリットが大きい。仮に刃物固定体１３ａ側に振動機構を設ける必要があるとすると、刃物４０ごとに振動機構を設けるか、刃物固定体１３ａの集合である軸頭２２の送り機構に振動機構を付加する必要がある。前者の刃物４０ごとに振動機構を設ける場合、コンパクトな振動機構であっても、軸間の制限によりかなり制約を受けてしまうことは容易に予想されるし、後者の軸頭２２の送り機構全体を振動させるような振動機構は、かなりの質量を速い周期で振動させる必要があるので、巨大な振動機構が必要になるというデメリットがある。よって、ワーク１８側を振動させることによって、これらの問題を解決している。
【００６６】
（２）（１）に記載する切削加工装置において、板状部材３１の中央部には、板状部材３１の剛性を減少させるヌキ穴３２が形成され、板状部材３１の上端部が、治具イケール１５に固定されることを特徴とするので、板状部材３１の剛性をヌキ穴３２の大きさで調整することができ、板状部材３１の形状にとって剛性が調整されるので、一度調整を行ってしまえば、同じ形状の被加工物には調整を行うことなく用いることが可能となり、大量生産にとってはメリットが高い。さらに、板状部材３１の剛性をヌキ穴３２によって調整するという単純な方法をとっているために、イニシャルコストが少なくて済むというメリットもある。
さらに、板状部材３１の上端部を固定し、下端部を振動方向に規制しているので、板状部材３１が振動を加えられる部分を中心に前後に振動することが可能である。
また、板状部材３１にヌキ穴３２があることにより、ワーク１８の表と裏を同時に加工するような場合には、両側に加工ユニット１１を持った加工機によって、片側の加工ユニット１１は表側を、片側の加工ユニット１１はヌキ穴３２を通して裏側を加工することができるので、大量生産等の場合にはリードタイムを短縮することに有効である。
【００６７】
（３）（１）又は（２）に記載する切削加工装置において、ワーク固定ユニット２１が、板状部材３１が刃物固定体１３ａの送り方向と垂直になるようにベース２０に固定され、板状部材３１の上端部が、治具イケール１５に固定され、板状部材３１の下端部が、前記振動が加えられる方向に対して規制されることを特徴とするので、板状部材３１が振動を加えられる部分を中心に前後に振動することが可能であり、単純な構造で必要な規制が可能であるので、段取り替え時に余計な手間が省け、すばやく被加工物を交換できるメリットがある。特に大量生産を前提にする場合には、リードタイムを短縮することは大きなメリットが生まれる。
【００６８】
（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載する切削加工装置において、前記回転機構の回転数から求められる回転周波数をｎＨｚとし、波状軌跡の振動数をｆＨｚとすると、ｆがｎの整数倍の近傍ではなく、刃物固定体１３ａのワーク１８に対する、被削面４１一周辺りの送り量が、波状軌跡の振幅の２倍以下であることで、加工によって発生する連続切屑を分断することを特徴とするので、被削面４１上に描かれる波状軌跡について、刃物４０送り方向を谷側とし、逆方向を山側とすると、１周目加工線４５又の１周目谷部４５ａと２周目加工線４６の２周目山部４６ｂが接するか、交わることで、切屑厚み０部４８ができ、外面切削加工や、特に内面切削加工において、切屑が発生時に確実に短く分断され、切屑の排出性を向上し、工具１３に連続切屑が絡む等することによって加工面を傷つけるのを防止し、装置の破損につながるようなこともなくなるという優れた効果を奏する。また、特殊な刃物を使う必要が無いので、イニシャルコストがかかったとしても、被加工物を大量に生産する場合には、結果的にコストを安く上げることができる。
【００６９】
（５）（１）乃至（４）のいずれか１つに記載する切削加工装置を用い、刃物４０がワーク１８の被削面４１に対して波状軌跡を描きながら前記被加工物を加工することを特徴とするので、板状部材３１の弾性力を利用して少ない力でワーク１８に対して振動を与え、ワーク１８の被削面４１に対して波状軌跡を描いて連続切屑を確実に分断し得るという優れた効果を奏する。
【００７０】
以上、本発明の切削加工装置、及び方法における実施の形態を例示したが、この実施の形態に限られることなく発明の趣旨を逸脱しない範囲で変形することを妨げない。
例えば、振動と振幅の加工条件について図７、図８、図９、図１０、図１１にそれぞれパターンとして示したが、これ以外にも切屑を分断できるパターンは存在するので、他の加工条件を採用することを妨げない。波状軌跡の形状が正弦波形でなく、ノコギリ刃状の軌跡であっても良い。
また、実施例においては多軸ボーリング加工にて本発明の方法を適用しているが、多軸ボーリング加工に限定するものでもなく、切削加工全般において適用することを妨げない。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本実施例の、多軸ボーリング機１０の概略を斜視図で示したものである。
【図２】本実施例の、ワーク固定ユニット２１の概略を斜視図で示したものである。
【図３】本実施例の、ワーク固定ユニット２１の側面図を示したもので、板状部材３１の動きを示している。
【図４】本実施例の、アクチュエータ３５に接続されるシステムのブロック図である。
【図５】本実施例の、指令信号とフィードバック信号について、経過時間と振幅の関係を表したグラフである。
【図６】本実施例の、振動を用いた切削の模式図である。
【図７】本実施例の、加工条件１として、連続切屑を分断可能である加工パターンの模式図を示す。
【図８】本実施例の、加工条件２として、連続切屑が分断できない加工パターンの模式図を示す。
【図９】本実施例の、加工条件３として、連続切屑が分断できない加工パターンの模式図を示す。
【図１０】本実施例の、加工条件４として、連続切屑が分断可能である加工パターンの模式図を示す。
【図１１】本実施例の、加工条件５として、連続切屑が分断できる加工パターンの模式図を示す。
【図１２】特許文献１の、チップブレーカの形状を示している。
【図１３】特許文献２の、切屑の切断装置の構成を示した図である。
【図１４】特許文献２の、吸込口の内部構成を示している。
【図１５】特許文献３の、バイスの側面図が示されている。
【図１６】特許文献３の、可動体２０３の先部を示している。
【図１７】特許文献４の、振動切削装置の断面について示している。
【図１８】特許文献５の、振動バイトの切削方法における、切刃の与えられる振動波形を示している。
【図１９】特許文献５の、振動バイトの切削方法の実施形態を示している。
【符号の説明】
【００７２】
１０      多軸ボーリング機
１１      加工ユニット
１３      工具
１５      治具イケール
１６      原動機
１７      ポンプユニット
１８      ワーク
２０      ベース
２１      ワーク固定ユニット
２２      軸頭
２３      加工ユニット原動機
３１      板状部材
３２      ヌキ穴
３３      ガイド
３４ａ      ワーククランプ
３４ｂ      基準金
３５      アクチュエータ
３５ａ      油圧シリンダ
３５ｂ      サーボバルブ
３６      油圧ポンプ
３７      バルブ制御アンプ
３８      位置センサアンプ
３９      波形出力機
４０      刃物
４１      被削面
４５      １周目加工線
４６      ２周目加工線
４７      被加工領域
５０      端部
６０      指令信号
６０ａ      指令信号山部
６０ｂ      指令信号谷部
６５      フィードバック信号
６５ａ      フィードバック信号山部
６５ｂ      フィードバック信号谷部
【図１】
2006312223.tif 000003
【図２】
2006312223.tif 000004
【図３】
2006312223.tif 000005
【図４】
2006312223.tif 000006
【図５】
2006312223.tif 000007
【図６】
2006312223.tif 000008
【図７】
2006312223.tif 000009
【図８】
2006312223.tif 000010
【図９】
2006312223.tif 000011
【図１０】
2006312223.tif 000012
【図１１】
2006312223.tif 000013
【図１２】
2006312223.tif 000014
【図１３】
2006312223.tif 000015
【図１４】
2006312223.tif 000016
【図１５】
2006312223.tif 000017
【図１６】
2006312223.tif 000018
【図１７】
2006312223.tif 000019
【図１８】
2006312223.tif 000020
【図１９】
2006312223.tif 000021