(57)【要約】【課題】被削材の一部を切削する切削試験装置において、被削材を切削することで生じる切削片が工具により押し潰されることを防止する。【解決手段】被削材と当該被削材を切削する工具との一方を保持する第１保持治具と、被削材と工具との他方を保持すると共に移動される第２保持治具とを備え、第２保持治具を第１保持治具に対して移動させることで工具により被削材の一部を切削する切削試験装置であって、第２保持治具の移動を停止するストッパと、第１保持治具あるいは第２保持治具に形成されると共に、ストッパにより第２保持治具が停止されたときに工具で被削材が切削されることで生じた切削片を収容する収容空間を形成する切削片用凹部とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被削材と当該被削材を切削する工具との一方を保持する第１保持治具と、前記被削材と前記工具との他方を保持すると共に移動される第２保持治具とを備え、前記第２保持治具を前記第１保持治具に対して移動させることで前記工具により前記被削材の一部を切削する切削試験装置であって、
前記第２保持治具の移動を停止するストッパと、
前記第１保持治具あるいは前記第２保持治具に形成されると共に、前記ストッパにより前記第２保持治具が停止されたときに前記工具で前記被削材が切削されることで生じた切削片を収容する収容空間を形成する切削片用凹部と
を備えることを特徴とする切削試験装置。
【請求項２】
前記第１保持治具の前記第２保持治具側の先端部が前記ストッパとされていることを特徴とする請求項１記載の切削試験装置。
【請求項３】
前記第１保持治具が、前記第２保持治具の方向に向けて開口された前記切削片用凹部を有する基部と、前記基部から前記第２保持治具の方向に向けて突出する前記先端部とを備え、
前記先端部と前記基部とを接続するフィレットが形成されている
ことを特徴とする請求項２記載の切削試験装置。
【請求項４】
前記第１保持治具または前記第２保持治具に形成されると共に、前記ストッパにより前記第２保持治具が停止されたときに前記工具を収容する工具収容空間を形成する工具用凹部を備えることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の切削試験装置。
【請求項５】
前記被削材が、前記工具によって内側面が切削される窪みを有する凹形状とされ、
前記工具の移動方向と直交する方向であって前記被削材の外側から窪みに向けて前記被削材を拘束する拘束部を備える
ことを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の切削試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
切削速度の高速化は、加工時間の短縮による加工能率の向上、仕上げ面性状や寸法精度の向上が図れ、また降伏強度の高い素材の切削が可能になる手段として注目されている。大学や他研究機関では、高速切削における切削状態を把握するための基礎試験が実施されており、高速の切削速度を出すために、圧縮ガスを利用して物体を射出する方法を採用する切削試験装置が用いられている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。この方法を用いれば工作機械では達成できない領域の切削速度を比較的容易に達成できる。
【０００３】
例えば、特許文献１では、工具を内装したカプセル状の飛翔体を圧縮ガスで加速し、チャンバー内に固定した被削材の一辺を切削する。この切削試験装置は、カプセル状飛翔体により切りくずの回収が可能であるところに特徴がある。飛翔体は、溝を有する加速管で姿勢を拘束されており、被削材の高さを調整することで、切込み量を制御する。
【０００４】
また、非特許文献１では、被削材をガス銃で射出し、被削材軌道に対して設置した工具で、被削材の２辺を切削する方法を採用している。工具設置部は円管になっており、切削後の被削材は円管を通過し、後方で回収することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−８８２１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】G.Cutter, Chip geometries during high-speed machining for orthogonal cutting conditions, Int. J. Impact Engineering 45, 2005
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、被削材を切削すると、被削材から削られた一部が切削片となる。この切削片は、試験方法によっては高速で移動する工具等によって押し潰されるなどして、試験後に形状が残らない場合がある。切削片の形状や被削材の仕上げ面性状は、切削の状態を理解するのに有用なものである。このため、工具によって切削片が押し潰されることを防止することが求められている。
【０００８】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、被削材の一部を切削する切削試験装置において、被削材を切削することで生じる切削片が工具により押し潰されることを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【００１０】
第１の発明は、被削材と当該被削材を切削する工具との一方を保持する第１保持治具と、上記被削材と上記工具との他方を保持すると共に移動される第２保持治具とを備え、上記第２保持治具を上記第１保持治具に対して移動させることで上記工具により上記被削材の一部を切削する切削試験装置であって、上記第２保持治具の移動を停止するストッパと、上記第１保持治具あるいは上記第２保持治具に形成されると共に、上記ストッパにより上記第２保持治具が停止されたときに上記工具で上記被削材が切削されることで生じた切削片を収容する収容空間を形成する切削片用凹部とを備えるという構成を採用する。
【００１１】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記第１保持治具の上記第２保持治具側の先端部が上記ストッパとされているという構成を採用する。
【００１２】
第３の発明は、上記第２の発明において、上記第１保持治具が、上記第２保持治具の方向に向けて開口された上記切削片用凹部を有する基部と、上記基部から上記第２保持治具の方向に向けて突出する上記先端部とを備え、上記先端部と上記基部とを接続するフィレットが形成されているという構成を採用する。
【００１３】
第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、上記第１保持治具または上記第２保持治具に形成されると共に、上記ストッパにより上記第２保持治具が停止されたときに上記工具を収容する工具収容空間を形成する工具用凹部を備えるという構成を採用する。
【００１４】
第５の発明は、上記第１〜第４いずれかの発明において、上記被削材が、上記工具によって内側面が切削される窪みを有する凹形状とされ、上記工具の移動方向と直交する方向であって上記被削材の外側から窪みに向けて上記被削材を拘束する拘束部を備えるという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、切削片用凹部によって、第２保持治具がストッパによって停止されたときに、切削片を収容する収容空間が形成される。このため、この収容空間に切削片が収容されることによって、切削片が工具によって押し潰されることを防止することができる。したがって、本発明によれば、被削材の一部を切削する切削試験装置において、被削材を切削することで生じる切削片が工具により押し潰されることを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態における切削試験装置の概略構成を示す模式図であり、（ａ）が平面図であり、（ｂ）が側面図であり、（ｃ）が（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
【図２】本発明の一実施形態における切削試験装置が備える入力側治具の拡大図であり、（ａ）が平面図であり、（ｂ）が正面図である。
【図３】本発明の一実施形態における切削試験装置が備える出力側治具の拡大図であり、（ａ）が平面図であり、（ｂ）が正面図である。
【図４】本発明の一実施形態における切削試験装置により切削される被削材の側面図である。
【図５】本発明の一実施形態における切削試験装置の動作後の概略構成を示す模式図であり、（ａ）が平面図であり、（ｂ）が側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明に係る切削試験装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１８】
図１は、本実施形態の切削試験装置１の概略構成を示す模式図であり、（ａ）が平面図であり、（ｂ）が側面図であり、（ｃ）が（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。これらの図に示すように、本実施形態の切削試験装置１は、入力側治具２（第２保持治具）と、出力側治具３（第１保持治具）と、切削工具４（工具）と、拘束リング５（拘束部）とを備えている。
【００１９】
図２は、入力側治具２の拡大図であり、（ａ）が平面図であり、（ｂ）が正面図である。この図に示すように、入力側治具２は、略円柱状の本体部２ａと、当該本体部２ａの軸方向に突出して設けられる取付部２ｂとを備えている。本体部２ａは、切欠部２ａ２が設けられた先端部２ａ１を有している。この先端部２ａ１には、図２（ｂ）に示すように、切削工具４を取り付けるための取付孔２ａ３が設けられている。取付部２ｂは、不図示の打ち出し装置に対して取り付けられる部位である。
【００２０】
このような入力側治具２は、取付孔２ａ３に切削工具４が螺合されることによって当該切削工具４を保持し、不図示の打ち出し装置によって図１の矢印方向に移動される。このとき、入力側治具２は、切削工具４に被削材Ｘを切削するための荷重を入力し、切削工具４を図１の矢印方向に移動させる。
【００２１】
図３は、出力側治具３の拡大図であり、（ａ）が平面図であり、（ｂ）が正面図である。この図に示すように、出力側治具３は、略円柱状とされており、入力側治具２に向けられる側に先端部３ａ、工具用凹部３ｂ、切削片用凹部３ｃ及び被削材取付凹部３ｄを有している。また、出力側治具３の反対側には、出力側治具３が受ける荷重を計測する計測装置が取付られる取付孔３ｅが設けられている。
【００２２】
先端部３ａは、入力側治具２の移動を停止するストッパとして機能する部位であり、出力側治具３の最も入力側治具２寄りに設けられている。以下の説明においては、出力側治具３の先端部３ａを除く部位を基部３ｆと称する。すなわち、本実施形態においては、先端部３ａは、基部３ｆから入力側治具２の方向に向けて突出するように設けられている。なお、図３（ａ）に示すように、先端部３ａの根元部には先端部３ａと基部３ｆとを接続するフィレット３ｇが形成されており、先端部３ａと基部３ｆとが一体化されている。このフィレット３ｇは、先端部３ａと基部３ｆとによって形成される隅部に対して曲率を付けて湾曲させたものである。
【００２３】
工具用凹部３ｂは、先端部３ａに設けられており、入力側治具２の方向に向けて開口されている。この工具用凹部３ｂは、切削工具４が収容可能な大きさに設けられている。このような工具用凹部３ｂは、入力側治具２が出力側治具３の先端部３ａによって停止されたときに、工具用凹部３ｂの内部に切削工具４を収容する工具収容空間１０を形成する。
【００２４】
切削片用凹部３ｃは、基部３ｆに入力側治具２の方向に向けて開口されるように設けられており、工具用凹部３ｂの底部と接続されている。この切削片用凹部３ｃの平面視における幅は、後述する被削材Ｘの平面視における幅よりも僅かに広く設定されている。これによって、切削片Ｘａ（図５参照）が出力側治具３に接触することを抑止することができる。このような切削片用凹部３ｃは、入力側治具２が出力側治具３の先端部３ａによって停止されたときに、切削片用凹部３ｃの内部に切削片Ｘａ（図５参照）を収容する切削片収容空間２０を形成する。なお、この切削片用凹部３ｃと取付孔３ｅとによって形成される隅部にもフィレットが形成されている。
【００２５】
被削材取付凹部３ｄは、基部３ｆに入力側治具２の方向に向けて開口されるように設けられており、切削片用凹部３ｃの底部と接続されている。この被削材取付凹部３ｄは、被削材Ｘが取り付けられる部位であり、被削材Ｘと略同一の幅とされている。この被削材取付凹部３ｄに被削材Ｘが固定されることによって、出力側治具３に被削材Ｘが保持される。
【００２６】
これらの工具用凹部３ｂ、切削片用凹部３ｃ及び被削材取付凹部３ｄは、図３（ｂ）に示すように、先端部３ａ側を手前側とし取付孔３ｅ側を奥側とするならば、手前側から奥側に向けて、工具用凹部３ｂ、切削片用凹部３ｃ、被削材取付凹部３ｄの順に連続して設けられている。なお、図３（ａ）に示すように、工具用凹部３ｂ、切削片用凹部３ｃ、被削材取付凹部３ｄは、上下方向に出力側治具３を貫通するように設けられている。
【００２７】
図１に戻り、切削工具４は、上辺部及び下辺部が切削工具４を切削する刃とされている。この切削工具４は、被削材Ｘを切削する準備段階（すなわち入力側治具２を移動させる前の状態）で、図１に示すように、被削材Ｘに対して当接される。
【００２８】
図４は、被削材Ｘの側面図である。この図に示すように、被削材Ｘは、２つのアーム部Ｘ１とこれらのアーム部Ｘ１を上下に連結する連結部Ｘ２とを有し、側方から見た形状がコの字状（Ｕ状）の形状を有している。すなわち、被削材Ｘは、中央部に窪みＸ３が設けられた凹形状とされている。アーム部Ｘ１の長さは、側方から窪みＸ３の内部が視認可能とされている。また、アーム部Ｘ１には、切削工具４によって切削される段部Ｘ４が設けられている。上述の切削工具４は、段部Ｘ４に図１の右側から当接され、この状態から入力側治具２によって図１の左側に移動される。
【００２９】
拘束リング５は、内周面側の上下に被削材Ｘを嵌合する環状の部材である。この拘束リング５は、被削材Ｘが嵌合されることにより、上下方向（切削工具４の移動方向と直交する方向であって被削材Ｘの外側から窪みＸ３に向かう方向）から被削材Ｘを拘束する。このような拘束リング５は、切削工具４が被削材Ｘの窪みＸ３の内側面を切削するときに被削材Ｘが上下に開くことを防止する。本実施形態においては、図１に示すように、このような拘束リング５が、被削材Ｘのアーム部Ｘ１の先端部と、アーム部Ｘ１の連結部Ｘ２側の端部とに各々設けられている。
【００３０】
このように構成された本実施形態の切削試験装置１によって被削材Ｘを切削するときには、まず被削材Ｘに拘束リング５を取り付け、拘束リング５が取り付けられた被削材Ｘを出力側治具３に固定する。なお、拘束リング５の取り付けは、被削材Ｘを出力側治具３に設置した後であっても良い。
【００３１】
続いて、入力側治具２の先端部２ａ１に取り付けられた切削工具４を被削材Ｘに当接させて配置する。ここでは、切削工具４を被削材Ｘの窪みＸ３に入れ、段部Ｘ４に当接させる。このように切削工具４を被削材Ｘに当接させた後に、不図示の打ち出し装置によって入力側治具２を図１の矢印方向に移動させる。これによって切削工具４が図１の矢印方向に移動され、被削材Ｘの段部Ｘ４が切削される。
【００３２】
図５は、被削材Ｘが切削された後の状態を示す模式図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が側面図である。図５（ａ）に示すように、入力側治具２の本体部２ａが、出力側治具３の先端部３ａに当たることによって、入力側治具２が停止する。このとき、切削工具４が工具収容空間１０に収容される位置で停止し、被削材Ｘの一部を切削することによって生じた切削片Ｘａが切削片収容空間２０に収容される。
【００３３】
このような切削試験装置１を動作させることによって、出力側治具３に伝達された荷重がロードセル等を介して出力される。また、本実施形態の切削試験装置１においては、被削材Ｘの窪みＸ３の内部が側方から視認可能とされている。このため、窪みＸ３内において切削工具４が被削材Ｘの段部Ｘ４を削る様子を観察することができる。したがって、この様子を撮像装置によって撮像等することによって、切削中の様子を示すデータを取得することが可能となる。
【００３４】
以上のような本実施形態の切削試験装置１によれば、切削片用凹部３ｃによって、入力側治具２がストッパとして機能する出力側治具３の先端部３ａによって停止されたときに、切削片Ｘａを収容する切削片収容空間２０が形成される。このため、この切削片収容空間２０に切削片Ｘａが収容されることによって、切削片Ｘａが切削工具４によって押し潰されることを防止することができる。このため、形状を保った状態の切削片Ｘａを回収することができる。また、本実施形態の切削試験装置１によれば、切削工具４が入力側治具２に押し潰されて欠けることがなく、切削工具４の破片で被削材Ｘの仕上げ面に傷が入ることを防止することができる。
【００３５】
また、本実施形態の切削試験装置１によれば、出力側治具３の先端部３ａがストッパとして機能する。このため、別途ストッパを設置する必要がない。さらに、出力側治具３の基部３ｆから入力側治具２の方向に向けて上記先端部３ａが突出するように設けられている。このため、出力側治具３が全体として略円柱状の形状となり、被削材Ｘの切削中の荷重を出力側治具３から正確に計測装置に伝達することが可能となる。
【００３６】
また、本実施形態の切削試験装置１では、出力側治具３において先端部３ａと基部３ｆとを接続するフィレット３ｇが形成されている。このため、先端部３ａと基部３ｆとが滑らかに接続され、入力側治具２が出力側治具３に衝突したときに、先端部３ａと基部３ｆとの接続部に局所的に大きな応力が作用することを防止することができる。
【００３７】
また、本実施形態の切削試験装置１においては、出力側治具３が工具収容空間１０を形成するための工具用凹部３ｂを有している。このため、入力側治具２が出力側治具３の先端部３ａによって停止されるときに、切削工具４が出力側治具３に衝突することを防止することができる。よって、切削工具４が破損することを防止することができる。
【００３８】
また、本実施形態の切削試験装置１においては、被削材Ｘが、切削工具４によって内側面が切削される窪みＸ３を有する凹形状とされ、上下方向から被削材Ｘを拘束する拘束リング５を備えている。このため、切削工具４が被削材Ｘの窪みＸ３の内側面を切削するときに被削材Ｘが上下に開くことを防止することができ、より均一な厚みにて被削材Ｘを切削することが可能となる。
【００３９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４０】
例えば、上記実施形態においては、入力側治具２を移動させ、出力側治具３を固定させた構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、出力側治具３を移動させ、入力側治具２を固定する構成を採用することも可能である。また、被削材Ｘ及び切削治具４は、一方が出力側治具３に保持され、他方が入力側治具２に保持されれば良い。このときは、例えば、入力側治具２に工具収容空間等が設けられるようにすることも可能である。
【００４１】
また、上記実施形態においては、被削材Ｘを切削するときに切削工具４を被削材Ｘに当接させた状態から切削を開始する構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、切削工具４を被削材Ｘから離して配置し、入力側治具２の移動に伴って切削工具４を被削材Ｘに当てるようにしても良い。
【００４２】
また、上記実施形態においては、出力側治具３の先端部３ａがストッパとして機能する構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、出力側治具３に鍔状のストッパを設けると共に、入力側治具２に当該ストッパに当たる当接部を設け、当接部がストッパに当たることによって入力側治具２が停止される構成を採用することも可能である。また、例えば、出力側治具３と別体にてストッパを設置し、このストッパによって入力側治具２を停止させるようにしても良い。
【００４３】
また、上記実施形態においては、被削材Ｘが凹形状とされている例について説明した。しかしながら、本発明の試験対象とする被削材は、凹形状に限定されるものではない。
【００４４】
また、例えば、出力側治具３の先端部３ａあるいは入力側治具２の先端部２ａ１に対して、入力側治具２が出力側治具３の先端部３ａに衝突したときの衝撃を緩和するための緩衝材を設置しても良い。
【符号の説明】
【００４５】
１……切削試験装置、２……入力側治具（第２保持治具）、２ａ……本体部、２ａ１……先端部、２ａ２……切欠部、２ａ３……取付孔、２ｂ……取付部、２ｂ３……取付孔、３……出力側治具（第１保持治具）、３ａ……先端部、３ｂ……工具用凹部、３ｃ……切削片用凹部、３ｄ……被削材取付凹部、３ｅ……取付孔、３ｆ……基部、３ｇ……フィレット、４……切削工具（工具）、５……拘束リング、１０……工具収容空間、２０……切削片収容空間、Ｘ……被削材、Ｘ１……アーム部、Ｘ２……連結部、Ｘ３……窪み、Ｘ４……段部、Ｘａ……切削片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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