(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、容易に均一な厚みにて被削材を切削する。【解決手段】被削材の一部を切削する切削試験装置であって、上記被削材に対して当接して配置される切削工具と、上記切削工具を上記被削材に当接させた状態で上記切削工具及び上記被削材の一方を移動可能に保持する第１保持治具と、上記切削工具及び上記被削材の他方を上記移動部に対して移動しないように固定して保持する第２保持治具とを備える。【選択図】図１
2015062011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被削材の一部を切削する切削試験装置であって、
前記被削材に対して当接して配置される切削工具と、
前記切削工具を前記被削材に当接させた状態で前記切削工具及び前記被削材の一方を移動可能に保持する第１保持治具と、
前記切削工具及び前記被削材の他方を前記移動部に対して移動しないように固定して保持する第２保持治具と
を備えることを特徴とする切削試験装置。
【請求項２】
前記被削材が、前記切削工具によって内壁が切削される窪みを有する凹形状とされ、
前記切削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記載の切削試験装置。
【請求項３】
前記拘束部は、
前記被削材を狭持して拘束する複数の分割パーツと、
前記分割パーツ同士を締結する締結部と
を備え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保持治具は、前記切削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。
【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簡単に達成できる。
【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対象に設置した工具で、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、後方で軟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、切削加工において切込み深さは１／１０ｍｍ以下のオーダーであり、基礎試験においても切込み量の制御は重要である。しかしながら、特許文献１及び非特許文献１の方法では、被削材と工具とを離れた位置から衝突させる。このため、衝突時の位置精度を高めるためには、装置の構成部品の寸法誤差を極めて小さくしたり、極めて精密な軸調整等を行ったりする必要があり、多くの手間と費用がかかる。また、この場合であっても、常に均一な厚みにて被削材を切削することが難しい。
【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、容易に均一な厚みにて被削材を切削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、被削材の一部を切削する切削試験装置であって、上記被削材に対して当接して配置される切削工具と、上記切削工具を上記被削材に当接させた状態で上記切削工具及び上記被削材の一方を移動可能に保持する第１保持治具と、上記切削工具及び上記被削材の他方を上記移動部に対して移動しないように固定して保持する第２保持治具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、上記被削材が、上記切削工具によって内壁が切削される窪みを有する凹形状とされ、上記切削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。
【００１２】
第３の発明は、上記第２の発明において、上記拘束部が、上記被削材を狭持して拘束する複数の分割パーツと、上記分割パーツ同士を締結する締結部とを備え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保持治具が、上記切削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部を備えるという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、切削工具が被削材に対して当接して配置され、この切削工具及び被削材の一方を第１保持治具で移動させることによって被削材の一部を切削する。このため、被削材と切削工具とが離間した状態から衝突されることがないため、被削材と切削工具との位置関係を正確に合わせることが可能となる。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、容易に均一な厚みにて被削材を切削するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１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）が側面図である。
【図２】（ａ）が本発明の第１実施形態における切削試験装置が備える拘束リングの正面図であり、（ｂ）が拘束リングの取り付けられた被削材を示す側面図である。
【図３】本発明の第１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。
【図４】（ａ）が本発明の第２実施形態における切削試験装置が備える拘束リングを正面から見た分解図であり、（ｂ）が本発明の第２実施形態における切削試験装置が備える拘束リングの変形例を正面から見た分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
（第１実施形態）
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１保持治具）と、出力側治具３（第２保持治具）と、切削工具４と、拘束リング５（拘束部）とを備えている。
【００１８】
入力側治具２は、本体部よりも小径の先端部２ａを備える略円柱状の部材であり、図１に示すように、先端部２ａに切削工具４が取り付けられる。この入力側治具２は、不図示の圧縮ガス供給装置から供給される圧縮ガスの噴射力によって図１の矢印方向に移動される。このような入力側治具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を矢印方向に移動させる。
【００１９】
出力側治具３は、円柱状若しくは円筒状の部材であり、入力側治具２側の先端部で被削材Ｘを保持し、これによって被削材Ｘを固定する。この出力側治具３は、不図示のロードセル等のセンサと接続されており、切削工具４が被削材Ｘを切削しているときに入力側治具２よりに伝達される荷重をロードセルに対して伝達する。これによってロードセル等のセンサからは切削中に伝達される荷重が出力される。
【００２０】
また、出力側治具３の先端面３ｂには、ポケット３ａ（収容部）が設けられている。また、出力側治具３の入力側治具２に向けられた先端面３ｂは、入力側治具２によって図１の左側に移動される切削工具４を停止するためのストッパとして機能される。このような出力側治具３では、先端面３ｂにて切削工具４が停止されることによって、切削工具４及び入力側治具２がポケット３ａ内に入り込むことがない。このため、ポケット３ａにおいて、切削工具４によって被削材Ｘが切削されることで生じる切削片Ｘａ（図３（ｂ）参照）をつぶすことなく収容することができる。つまり、出力側治具３は、切削工具４で被削材Ｘが切削されることで生じた切削片Ｘａを収容するポケット３ａを備えている。
【００２１】
切削工具４は、水平方向に長い板状の部材であり、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に対して当接されている。
【００２２】
なお、本実施形態の被削材Ｘは、図１（ｂ）に示すように、側方から見た形状がコの字状（Ｕ状）の形状を有しており、中央部に窪みＸ１が設けられている（図２（ｂ）も参照）。この窪みＸ１は、側方から見たときに開放されており、側方から窪みＸ１の内部が視認可能とされている。また、窪みＸ１を形成する内壁の上下には、切削工具４によって切削される段部Ｘ２が設けられている。つまり、被削材Ｘは、切削工具４によって内壁が切削される窪みＸ１を有する凹形状とされている。上述の切削工具４は、段部Ｘ２に図１の右側から当接されて配置され、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。
【００２３】
図２（ａ）は、拘束リング５の正面図である。拘束リング５は、内周面側の上下に被削材Ｘを嵌合するための嵌合溝５ａを有する環状の部材である。この拘束リング５は、図２（ｂ）に示すように、嵌合溝５ａに被削材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Ｘ１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Ｘ１の内壁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。
【００２４】
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。
【００２５】
続いて、入力側治具２の先端部２ａ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Ｘ１に入れ、段部Ｘ２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、不図示の圧縮ガス供給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Ｘ２が切削される。
【００２６】
図３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３（ａ）に示すように、切削工具４は、出力側治具３の先端面３ｂに当たることによって停止する。このように切削工具４が停止すると、切削工具４が被削材Ｘを切削することによって生じた切削片Ｘａが潰れることなくポケット３ａに収容される。
【００２７】
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Ｘ１の側方が開放され、窪みＸ１が視認可能とされている。このため、窪みＸ１内において切削工具４が被削材Ｘの段部Ｘ２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。
【００２８】
以上のような本実施形態の切削試験装置１によれば、切削工具４が被削材Ｘに対して当接して配置され、この切削工具４を入力側治具２で移動させることによって被削材Ｘの一部を切削する。このため、被削材Ｘと切削工具４とが離間した状態から衝突されることがないため、被削材Ｘと切削工具４との位置関係を正確に合わせることが可能となる。したがって、本実施形態の切削試験装置１によれば、容易に均一な厚みにて被削材Ｘを切削することが可能となる。
【００２９】
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によって内壁が切削される窪みＸ１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Ｘ１の内壁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。
【００３０】
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、切削工具４で被削材Ｘが切削されることで生じた切削片Ｘａを収容するポケット３ａを備えている。このため、形状が保たれた切削片Ｘａを回収することができ、切削の様子を示すデータをより多く取得することが可能となる。
【００３１】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。また、本実施形態において、上記第１実施形態と異なるのは、拘束リングのみであるため、以下の説明では拘束リングを主として説明を行う。
【００３２】
図４（ａ）は、本実施形態の切削試験装置が備える拘束リング５Ａを正面から見た分解図である。この図に示すように、本実施形態の切削試験装置が備える拘束リング５Ａは、被削材Ｘを上下方向から狭持する２つの分割パーツ５１及び分割パーツ５２と、これらの分割パーツ５１及び分割パーツ５２を締結する締結ボルト５３（締結部）とを備えている。
【００３３】
分割パーツ５１は、拘束リング５Ａの上部を形作る部位であり、上方に膨らむように湾曲した円弧状に形状設定されている。この分割パーツ５１の内周面側の中央には被削材Ｘを嵌合するための嵌合溝５１ａが形成されている。また、分割パーツ５１は、両端部に締結ボルト５３が挿通されるボルト孔が形成されたフランジ５１ｂを備えている。
【００３４】
分割パーツ５２は、拘束リング５Ａの下部を形作る部位であり、下方に膨らむように湾曲した円弧状に形状設定されている。この分割パーツ５２の内周面側の中央にては被削材Ｘを嵌合するための嵌合溝５２ａが形成されている。また、分割パーツ５２は、両端部に締結ボルト５３が螺合されるボルト孔が形成されたフランジ５２ｂを備えている。
【００３５】
締結ボルト５３は、分割パーツ５１のフランジ５１ｂと分割パーツ５２のフランジ５２ｂとが当接して連通されたボルト孔に挿通かつ螺合することによって分割パーツ５１と分割パーツ５２と（すなわち複数の分割パーツ同士）を締結する。
【００３６】
このような構成を採用する本実施形態の切削試験装置によれば、締結ボルト５３によって分割パーツ５１と分割パーツ５２との締結力、すなわち被削材Ｘを拘束する力を調整することができる。よって、拘束リング５Ａを被削材Ｘに取り付けるときには、分割パーツ５１と分割パーツ５２との締結力を弱くすることで拘束リング５Ａを被削材Ｘに容易に取り付けることが可能となる。また、拘束リング５Ａを被削材Ｘに取り付けた後は、分割パーツ５１と分割パーツ５２との締結力を強くすることによって、切削工具４が被削材Ｘの窪みＸ１の内壁を切削するときに被削材Ｘが上下に開くことをより確実に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。
【００３７】
なお、図４（ｂ）に示すように、ブロック状でかつ被削材Ｘが嵌合される嵌合溝５４ａを有する分割パーツ５４と、ブロック状でかつ被削材Ｘが嵌合される嵌合溝５５ａを備える分割パーツ５５とが締結ボルト５６（締結部）によって締結された拘束リング５Ｂを用いても良い。
【００３８】
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。
【００３９】
例えば、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。
【００４０】
また、上記実施形態においては、切削工具４を入力側治具２に固定し、この切削工具４を被削材Ｘに当接させた状態から移動させ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を移動させることで被削材Ｘを切削工具４に対して移動させる構成を採用することも可能である。この場合、入力側治具２が本発明の第２保持治具として機能し、出力側治具３が本発明の第１保持治具として機能することになる。このような場合であっても、上記実施形態と同様に、切削工具４を被削材Ｘに当接させた状態から移動を開始する。
【符号の説明】
【００４１】
１  切削試験装置
２  入力側治具（第１保持治具）
２ａ  先端部
３  出力側治具（第２保持治具）
３ａ  ポケット（収容部）
３ｂ  先端面
４  切削工具
５  拘束リング（拘束部）
５Ａ  拘束リング（拘束部）
５Ｂ  拘束リング（拘束部）
５ａ  嵌合溝
５１  分割パーツ
５１ａ  嵌合溝
５１ｂ  フランジ
５２  分割パーツ
５２ａ  嵌合溝
５２ｂ  フランジ
５３  締結ボルト（締結部）
５４  分割パーツ
５４ａ  嵌合溝
５５  分割パーツ
５５ａ  嵌合溝
５６  締結ボルト（締結部）
Ｘ  被削材
Ｘ１  窪み
Ｘ２  段部
Ｘａ  切削片
【図１】
2015062011.tif 000003
【図２】
2015062011.tif 000004
【図３】
2015062011.tif 000005
【図４】
2015062011.tif 000006