(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の切れ刃を有する環状工具と、
前記環状工具を取り付け、前記環状工具を当該環状工具の軸線回りに回転させる工具主軸と、
工作物を保持する工作物保持台と、
前記工具主軸と前記工作物保持台との相対位置及び前記工具主軸の回転を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記工具主軸及び前記工作物保持台を、前記環状工具の外周面がすくい面となり、前記環状工具の端面が逃げ面となる相対位置関係に配置し、
前記環状工具の外周面の周速度と前記工作物の切削点の移動速度との速度比が０以上となるように前記速度比を変動させながら前記環状工具で前記工作物の加工を行うことと、前記速度比を一定にしながら前記環状工具で前記工作物の加工を行うことを、交互に行う、切削装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記速度比を一定とし続ける時間を、前記速度比を変動させ続ける時間より長くする、請求項１に記載の切削装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記速度比の変動時の平均速度比の絶対値が１．０となるように前記速度比を変動させながら前記環状工具で前記工作物の加工を行う、請求項１又は２に記載の切削装置。
【請求項４】
環状の切れ刃を有する環状工具と、
前記環状工具を取り付け、前記環状工具を当該環状工具の軸線回りに回転させる工具主軸と、
工作物を保持する工作物保持台と、
前記工具主軸と前記工作物保持台との相対位置及び前記工具主軸の回転を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記工具主軸及び前記工作物保持台を、前記環状工具の外周面がすくい面となり、前記環状工具の端面が逃げ面となる相対位置関係に配置し、
前記環状工具の外周面の周速度と前記工作物の切削点の移動速度との速度比の変動時の平均速度比の絶対値が１．０となるように前記速度比を変動させながら前記環状工具で前記工作物の加工を行う、切削装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記速度比を常時変動させながら前記環状工具で前記工作物の加工を行う、請求項４に記載の切削装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記環状工具が一方向に回転した状態で前記速度比を変動させながら前記環状工具で前記工作物の加工を行う、請求項１−５の何れか一項に記載の切削装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記環状工具の外周面の周速度を変動させ、前記工作物の切削点の移動速度を一定にして、前記速度比を変動させながら前記環状工具で前記工作物の加工を行う、請求項１−６の何れか一項に記載の切削装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記速度比を周期的に変動させながら前記環状工具で前記工作物の加工を行う、請求項１−７の何れか一項に記載の切削装置。
【請求項９】
環状の切れ刃を有する環状工具と、
前記環状工具を取り付け、前記環状工具を当該環状工具の軸線回りに回転させる工具主軸と、
工作物を保持する工作物保持台と、
前記工具主軸と前記工作物保持台との相対位置及び前記工具主軸の回転を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記工具主軸及び前記工作物保持台を、前記環状工具の外周面がすくい面となり、前記環状工具の端面が逃げ面となる相対位置関係に配置し、
前記環状工具の外周面の周速度と前記工作物の切削点の移動速度との速度比を変動させながら前記環状工具で前記工作物の加工を行うことと、前記速度比を一定にしながら前記環状工具で前記工作物の加工を行うことを、交互に行う、切削装置。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記速度比を一定とし続ける時間を、前記速度比を変動させ続ける時間より長くする、請求項９に記載の切削装置。
【請求項１１】
環状の切れ刃を有する環状工具と、
前記環状工具を取り付け、前記環状工具を当該環状工具の軸線回りに回転させる工具主軸と、
工作物を保持する工作物保持台と、
前記工具主軸と前記工作物保持台との相対位置及び前記工具主軸の回転を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記工具主軸及び前記工作物保持台を、前記環状工具の外周面がすくい面となり、前記環状工具の端面が逃げ面となる相対位置関係に配置し、
前記環状工具の外周面の周速度と前記工作物の切削点の移動速度との速度比の変動時の最小速度比が１．０となるように前記速度比を変動させながら前記環状工具で前記工作物の加工を行う、切削装置。
【請求項１２】
環状の切れ刃を有する環状工具と、
前記環状工具を取り付け、前記環状工具を当該環状工具の軸線回りに回転させる工具主軸と、
工作物を保持する工作物保持台と、
前記工具主軸と前記工作物保持台との相対位置及び前記工具主軸の回転を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記工具主軸及び前記工作物保持台を、前記環状工具の外周面がすくい面となり、前記環状工具の端面が逃げ面となる相対位置関係に配置し、
前記環状工具の外周面の周速度と前記工作物の切削点の移動速度との速度比の変動時の平均速度比の絶対値が１．０となるように前記速度比を変動させながら前記環状工具で前記工作物の加工を行う、切削装置。
【請求項１３】
環状の切れ刃を有する環状工具と、前記環状工具を取り付け、前記環状工具を当該環状工具の軸線回りに回転させる工具主軸と、工作物を保持する工作物保持台と、を備える切削装置の切削方法であって、
前記工具主軸及び前記工作物保持台を、前記環状工具の外周面がすくい面となり、前記環状工具の端面が逃げ面となる相対位置関係に配置する配置工程と、
前記環状工具の外周面の周速度と前記工作物の切削点の移動速度との速度比が０以上となるように前記速度比を変動させながら前記環状工具で前記工作物の加工を行うことと、前記速度比を一定にしながら前記環状工具で前記工作物の加工を行うことを、交互に行う加工工程と、
を備える、切削方法。
【請求項１４】
環状の切れ刃を有する環状工具と、前記環状工具を取り付け、前記環状工具を当該環状工具の軸線回りに回転させる工具主軸と、工作物を保持する工作物保持台と、を備える切削装置の切削方法であって、
前記工具主軸及び前記工作物保持台を、前記環状工具の外周面がすくい面となり、前記環状工具の端面が逃げ面となる相対位置関係に配置する配置工程と、
前記環状工具の外周面の周速度と前記工作物の切削点の移動速度との速度比を変動させながら前記環状工具で前記工作物の加工を行うことと、前記速度比を一定にしながら前記環状工具で前記工作物の加工を行うことを、交互に行う加工工程と、
を備える、切削方法。
【請求項１５】
環状の切れ刃を有する環状工具と、前記環状工具を取り付け、前記環状工具を当該環状工具の軸線回りに回転させる工具主軸と、工作物を保持する工作物保持台と、を備える切削装置の切削方法であって、
前記工具主軸及び前記工作物保持台を、前記環状工具の外周面がすくい面となり、前記環状工具の端面が逃げ面となる相対位置関係に配置する配置工程と、
前記環状工具の外周面の周速度と前記工作物の切削点の移動速度との速度比の変動時の最小速度比が１．０となるように前記速度比を変動させながら前記環状工具で前記工作物の加工を行う加工工程と、
を備える、切削方法。
【請求項１６】
環状の切れ刃を有する環状工具と、前記環状工具を取り付け、前記環状工具を当該環状工具の軸線回りに回転させる工具主軸と、工作物を保持する工作物保持台と、を備える切削装置の切削方法であって、
前記工具主軸及び前記工作物保持台を、前記環状工具の外周面がすくい面となり、前記環状工具の端面が逃げ面となる相対位置関係に配置する配置工程と、
前記環状工具の外周面の周速度と前記工作物の切削点の移動速度との速度比の変動時の平均速度比の絶対値が１．０となるように前記速度比を変動させながら前記環状工具で前記工作物の加工を行う加工工程と、
を備える、切削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削装置及び切削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
切削装置では、エンドミル、バイト等の切削工具でチタン合金やインコネル等の難切削材でなる工作物を切削加工すると、切削工具の切れ刃は工作物と大きな切削抵抗力で長時間接触することになるので、切れ刃の接触部分に高温の切削熱が発生し易く、工具寿命が低下するおそれがある。
【０００３】
そこで、例えば、特許文献１には、回転可能な丸駒形状の切削工具の回転軸線を切削送り方向と平行に配置し、切削工具を回転させながら工具端面をすくい面として工作物を切削加工するロータリー切削方法が提案されている。このロータリー切削方法では、切削工具が回転しているので、切れ刃に発生する切削熱は全周に分散されることになり、工具寿命を向上できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−６８８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のロータリー切削方法では、繋がった切屑が連続的に流出するため、この切屑が主軸や工作物に絡まった場合、切削装置の故障等の問題が発生する。チップブレーカ等を設けた切削工具では、上記問題を解消可能であるが、工具形状が特殊形状となるため工具コストが高くなる傾向にある。また、切削加工中に切屑を切断することが可能な装置が提案されている（特開平５−５０３０１号公報、特開２００９−２０８１６２号公報参照）が、切削工具としてバイトを用いた切削装置であり、難切削材でなる工作物を切削加工したときは工具寿命が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、切削加工中に発生する切屑を分断でき、且つ工具寿命の向上を図ることができる切削装置及び切削方法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】
【０００７】
（切削装置）
本発明の切削装置は、環状の切れ刃を有する環状工具と、前記環状工具を取り付け、前記環状工具を当該環状工具の軸線回りに回転させる工具主軸と、工作物を保持する工作物保持台と、前記工具主軸と前記工作物保持台との相対位置及び前記工具主軸の回転を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記工具主軸及び前記工作物保持台を、前記環状工具の外周面がすくい面となり、前記環状工具の端面が逃げ面となる相対位置関係に配置し、前記環状工具の外周面の周速度と前記工作物の切削点の移動速度との速度比が０以上となるように前記速度比を変動させながら前記環状工具で前記工作物の加工を行うことと、前記速度比を一定にしながら前記環状工具で前記工作物の加工を行うことを、交互に行う。
【０００８】
この環状工具による切削加工では、切削加工中に速度比を変動させることで、 切屑の流出形状、流出方向、流出角度、流出速度が変動するため、切屑は環状工具の工具本体の外周面に引っ張られて分断されて切屑の工具主軸や工作物に対する絡まりを防止できる。
【０００９】
（切削方法）
本発明の切削方法は、環状の切れ刃を有する環状工具と、前記環状工具を取り付け、前記環状工具を当該環状工具の軸線回りに回転させる工具主軸と、工作物を保持する工作物保持台と、を備える切削装置の切削方法であって、前記工具主軸及び前記工作物保持台を、前記環状工具の外周面がすくい面となり、前記環状工具の端面が逃げ面となる相対位置関係に配置する配置工程と、前記環状工具の外周面の周速度と前記工作物の切削点の移動速度との速度比が０以上となるように前記速度比を変動させながら前記環状工具で前記工作物の加工を行うことと、前記速度比を一定にしながら前記環状工具で前記工作物の加工を行うことを、交互に行う加工工程と、を備える。本発明の切削方法によれば、上述した切削装置における効果と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る切削装置の全体構成を示す図である。
【図２Ａ】図１の切削装置に用いられる環状工具を示す正面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの環状工具の側面図である。
【図３】環状工具の周速度と工作物の送り速度との速度比の変動パターンの取得を説明するためのフローチャートである。
【図４Ａ】速度比を周期的に常時変動させる第１の変動パターンを示す図である。
【図４Ｂ】速度比を周期的に常時変動させる第２の変動パターンを示す図である。
【図４Ｃ】速度比を周期的に常時変動させる第３の変動パターンを示す図である。
【図４Ｄ】速度比を常時変動させず、速度比の周期的な変動の間に速度比を一定にする変動パターンを示す図である。
【図４Ｅ】速度比を周期的に常時変動させる別例の変動パターンを示す図である。
【図５】環状工具を用いた第１の変動パターンの速度比における切削加工方法を説明するためのフローチャートである。
【図６Ａ】速度比が極大値になったときの切屑の流出状態を示す斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ａを環状工具の回転軸線に直角であって工作物の回転軸線に平行な方向から見た図である。
【図７Ａ】速度比が極大値から極小値になったときの切屑の流出状態を示す斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ａを環状工具の回転軸線に直角であって工作物の回転軸線に平行な方向から見た図である。
【図８Ａ】速度比が極小値から極大値になったときの切屑の流出状態を示す斜視図である。
【図８Ｂ】図８Ａを環状工具の回転軸線に直角であって工作物の回転軸線に平行な方向から見た図である。
【図９Ａ】図２Ａ，図２Ｂの環状工具によるトラバース方向送りでの円筒切削状態を示す工作物の回転軸線に直角な方向であって環状工具を正面から見た図である。
【図９Ｂ】図９Ａを工作物の回転軸線に直角な方向であって環状工具を側面から見た図である。
【図１０Ａ】図２Ａ，図２Ｂの環状工具による平面切削状態を示す平面に直角な方向から見た図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａを平面に平行な方向から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（１．切削装置の機械構成）
図１に示すように、切削装置１は、工作物保持台１０と、ベッド２０と、心押し台３０と、往復台４０と、送り台５０と、チルト台６０と、刃物台７０と、制御装置８０等とを備える。なお、以下の説明では、工作物保持台１０に設けられている回転主軸１１の回転主軸線Ｒｗ方向をＺ軸線方向、回転主軸１１の回転主軸線Ｒｗ方向と水平面内で直交する方向をＸ軸線方向、Ｚ軸線方向及びＸ軸線方向と直交する方向をＹ軸線方向と称する。
【００１２】
工作物保持台１０は、直方体状に形成され、ベッド２０上に設置される。工作物保持台１０には、回転主軸１１が回転主軸線Ｒｗ回りに回転可能に設けられる。回転主軸１１には、一端側に工作物Ｗの一端側の周面を把持可能な爪１２ａを備えたチャック１２が取り付けられる。回転主軸１１は、工作物保持台１０内に収容された主軸モータ１３により回転駆動される。
【００１３】
ベッド２０は、直方体状に形成され、回転主軸１１の下方において工作物保持台１０からＺ軸線方向に延びるように床上に設置される。ベッド２０の上面には、心押し台３０及び往復台４０が摺動可能な一対のＺ軸ガイドレール２１ａ，２１ｂが、Ｚ軸線方向に延びるように、且つ、相互に平行に設けられる。さらに、ベッド２０には、一対のＺ軸ガイドレール２１ａ，２１ｂの間に、往復台４０をＺ軸線方向に駆動するための、図略のＺ軸ボールねじが配置され、このＺ軸ボールねじを回転駆動するＺ軸モータ２２が配置される。
【００１４】
心押し台３０は、ベッド２０に対してＺ軸線方向に移動可能なように、一対のＺ軸ガイドレール２１ａ，２１ｂ上に設けられる。心押し台３０には、チャック１２に把持された工作物Ｗの自由端面を支持可能なセンタ３１が設けられる。すなわち、センタ３１は、センタ３１の軸線が回転主軸１１の回転主軸線Ｒｗと一致するように心押し台３０に設けられる。
【００１５】
往復台４０は、矩形板状に形成され、ベッド２０に対してＺ軸線方向に移動可能なように、一対のＺ軸ガイドレール２１ａ，２１ｂ上の工作物保持台１０と心押し台３０との間に設けられる。往復台４０の上面には、送り台５０が摺動可能な一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂが、Ｘ軸線方向に延びるように、且つ、相互に平行に設けられる。さらに、往復台４０には、一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂの間に、送り台５０をＸ軸線方向に駆動するための、図略のＸ軸ボールねじが配置され、このＸ軸ボールねじを回転駆動するＸ軸モータ４２が配置される。
【００１６】
送り台５０は、矩形板状に形成され、往復台４０に対してＸ軸線方向に移動可能なように、一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂ上に設けられる。送り台５０の上面には、チルト台６０を支持する一対のチルト台支持部６１がＺ軸線方向に所定間隔をあけて配置される。
【００１７】
チルト台６０は、クレードル状に形成され、送り台５０に対してチルト軸線Ｒｃ回りに回転（揺動）可能なように、一対のチルト台支持部６１に支持される。チルト台６０の上面には、刃物台７０が配置される。一方のチルト台支持部６１には、チルト台６０をチルト軸線Ｒｃ回りに回転（揺動）駆動するチルトモータ６２が配置される。
【００１８】
刃物台７０には、工具主軸７１が工具軸線Ｒｔ回りに回転可能に設けられる。そして、刃物台７０には、工具主軸７１を工具軸線Ｒｔ回りに回転駆動する工具用モータ７２が配置される。工具主軸７１には、後述する環状工具９０がチャッキングされる。また、刃物台７０には、環状工具９０を冷却するための切削油を供給する図略の切削油供給装置と繋がる供給ノズル７３が備えられる。
【００１９】
制御装置８０は、主軸回転制御部８１と、往復台移動制御部８２と、送り台移動制御部８３と、チルト制御部８４と、工具回転制御部８５とを備える。ここで、各部８１〜８５は、それぞれ個別のハードウエアによる構成することもできるし、ソフトウエアによりそれぞれ実現する構成とすることもできる。
【００２０】
主軸回転制御部８１は、主軸モータ１３を制御して回転主軸１１を所定の回転数で回転駆動させる。
往復台移動制御部８２は、Ｚ軸モータ２２を制御して往復台４０を一対のＺ軸ガイドレール２１ａ，２１ｂに沿って往復移動させる。
【００２１】
送り台移動制御部８３は、Ｘ軸モータ４２を制御して送り台５０を一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂに沿って往復移動させる。
チルト制御部８４は、チルトモータ６２を制御してチルト台６０を回転（揺動）駆動させる。
工具回転制御部８５は、工具用モータ７２を制御して環状工具９０を工具主軸７１とともに回転駆動させる。
【００２２】
制御装置８０は、チルトモータ６２を制御して環状工具９０を所定角度に傾斜させ、主軸モータ１３及び工具用モータ７２を制御して、工作物Ｗを回転させるとともに環状工具９０を回転させ、Ｘ軸モータ４２及びＺ軸モータ２２を制御して、工作物Ｗと環状工具９０とをＸ軸方向及びＺ軸方向に相対移動することにより、環状工具９０の外周面を工作物Ｗに切り込ませて工作物Ｗの切削加工を行う。
【００２３】
（２．環状工具の形状）
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、環状工具９０は、直円錐台状の工具本体９１と、工具本体９１の根元側の小径端面９１ａから延びる円柱状の工具軸９２とで構成される。工具本体９１の外周面は、直円錐面状のすくい面９１ｂとして形成され、工具本体９１の大径端面は、平坦な逃げ面９１ｃとして形成される。そして、工具本体９１のすくい面９１ｂと逃げ面９１ｃとの成す稜線は、連続した円形状、すなわち途中で分断されていない円形状の切れ刃９１ｒとして形成される。工具軸線Ｒｔに対し直角な方向から見たときの環状工具９０のすくい面９１ｂと逃げ面９１ｃとの成す刃先角αは、切れ刃９１ｒの強度を保持するため、４５度以上、好ましくは７０度から８０度で形成される。
【００２４】
（３．環状工具を用いた切削加工方法）
ここで、環状工具９０を用いた切削加工方法では、図６Ａ，Ｂに示すように、環状工具９０の工具本体９１の外周面の周速度と工作物Ｗの切削点Ｐｔの移動速度との速度比（工具本体９１の外周面の周速度／工作物Ｗの切削点Ｐｔの移動速度）を＋１．０以上（周速度≧移動速度）とすることで、切屑Ｋ１が環状工具９０の工具本体９１の外周面に引っ張られる効果を得ることができる。これにより、切屑Ｋ１が分断されるので、切屑Ｋ１が工具主軸７１や工作物Ｗに絡まってしまうことを防止できる。なお、本例での工作物Ｗの切削点Ｐｔの移動速度とは、環状工具９０の送り速度と工作物Ｗの周速度とを合成した速度である。また、正の速度比は、環状工具９０の回転方向がｒｔの場合であり、負の速度比は、環状工具９０の回転方向がｒｔとは逆方向の場合である。
【００２５】
ところが、環状工具９０を用いた切削加工方法では、速度比を＋２．０と一定にして切削加工し続けると、環状工具９０と切屑Ｋ１との間の摩擦仕事が増加するため、工具寿命が低下する傾向にある。そこで、切削加工中に速度比を変動させたところ、工具寿命の延長効果が得られるとともに、切屑Ｋ１の分断作用が得られることが判明した。工具寿命の延長効果は、切削加工中に速度比を変動させた方が、速度比を＋２．０と一定にした場合と比較して、環状工具９０と切屑Ｋ１との間の摩擦仕事が小さくなるためである。また、切屑Ｋ１の分断作用は、切削加工中に速度比を変動させることで、切屑Ｋ１の流出形状、流出方向、流出角度、流出速度が変動するためである。
【００２６】
速度比の変動は、環状工具９０の外周面の周速度を変動させることで、環状工具９０の外周面の周速度を上げるときに環状工具９０による切屑Ｋ１を引っ張る力が増加するタイミングで、より確実に切屑Ｋ１を分断できる。一方、工作物Ｗの切削点Ｐｔの移動速度を変動させると切削加工能率が変動する。そこで、工作物Ｗの切削点Ｐｔの移動速度は一定で環状工具９０の外周面の周速度を変動させることとする。そして、速度比は、＋１．０とすることで環状工具９０と工作物Ｗとの摩擦仕事が最小となり、工具寿命延長効果が得られるため、以下に説明する速度比の変動パターンでは、原則として速度比＋１．０を基準とする。
【００２７】
速度比を周期的に常時変動させる第１の変動パターンとしては、速度比を０以上の所定範囲内で変動させるパターン、例えば図４Ａに示すように、最小速度比が０、最大速度比が＋２．０、１周期が２ｔの正弦波状に変動させるパターンが考えられる。
速度比を周期的に常時変動させる第２の変動パターンとしては、平均速度比が＋１．０となるように変動させるパターン、例えば図４Ｂに示すように、最小速度比が＋０．３、最大速度比が＋１．７、１周期が２ｔの正弦波状に変動させるパターンが考えられる。
速度比を周期的に常時変動させる第３の変動パターンとしては、最小速度比が＋１．０となるように変動させるパターン、例えば図４Ｃに示すように、最小速度比が＋１．０、最大速度比が＋１．７、１周期が２ｔの正弦波状に変動させるパターンが考えられる。
【００２８】
また、速度比を常時変動させず、速度比の周期的な変動の間に速度比を一定にする変動パターンとしては、例えば図４Ｄに示すように、所定時間２ｔは最小速度比が＋１．０、最大速度比が＋２．０、１周期が０．５ｔの正弦波状に変動させ、続く所定時間３ｔは速度比を＋１．０で一定に維持することを繰り返すパターンが考えられる。速度比を一定にする時間は、工具寿命を向上を図るため、速度比を変動させる時間よりも長くなるようにする。なお、この例では、正弦波状の変動を４周期としたが、正弦波状の変動を少なくとも半周期有する変動パターンとしてもよい。
【００２９】
また、速度比を周期的に常時変動させる別例の変動パターンとしては、環状工具９０を一定の周期で正逆回転、例えば図４Ｅに示すように、最小速度比が‐２．０、最大速度比が＋２．０、１周期が２ｔの正弦波状に変動させるパターンとしてもよい。なお、この例では、この場合、環状工具９０を正逆回転させたが、環状工具９０を逆回転させずに停止、すなわち最小速度比が０、最大速度比が＋２．０、１周期が２ｔの正弦波状に変動させるパターンとしてもよい。
なお、上述の各パターンにおける速度比の変動は、正弦波状としたが、三角波や矩形波等としてもよい。
【００３０】
次に、円筒状の工作物Ｗの外周面Ｗｓを周方向に切削加工するとき、すなわちプランジ方向送りで切削加工するときの速度比の変動パターンとして第１の変動パターンの取得方法について、図３のフローチャートを参照して説明する。
制御装置８０は、環状工具９０の工具径を取得し（図３のステップＳ１）、工作物Ｗのワーク径を取得する（図３のステップＳ２）。ここで、環状工具９０の工具径は、計測装置で実測して得る。この工具径は、実測した逃げ面９１ｃ（切れ刃９１ｒ）の直径、すなわち図６Ｂに示す切削点Ｐｔを通る工具軸線Ｒｔに直角な円周の直径を使用する。工作物Ｗのワーク径は、切削点Ｐｔでの工作物Ｗの外径であり、設計図面やＮＣプログラムから得る。
【００３１】
次に、制御装置８０は、取得した工作物Ｗのワーク径に基づいて、工作物Ｗの切削点Ｐｔの移動速度を算出する（図３のステップＳ３）。工作物Ｗの切削点Ｐｔの移動速度ｖは、工作物Ｗの外周面Ｗｓ上の切削点Ｐｔの回転速度であり、工作物Ｗのワーク径ｄ及び工作物Ｗの回転速度ｎにより次式（１）で表される。
【００３２】
【数１】
0006645041.tif 000002
【００３３】
次に、制御装置８０は、第１の変動パターンの最小速度比０及び最大速度比２．０、並びに算出した工作物Ｗの切削点Ｐｔの移動速度に基づいて、環状工具９０の外周面の最小の周速度及び最大の周速度を算出する（図３のステップＳ４）。環状工具９０の周速度Ｖは、環状工具９０の切れ刃９１ｒ上の切削点Ｐｔの回転速度であり、速度比ν及び工作物Ｗの切削点Ｐｔの移動速度ｖにより次式（２）で表される。
【００３４】
【数２】
0006645041.tif 000003
【００３５】
次に、制御装置８０は、取得した環状工具９０の工具径及び算出した環状工具９０の外周面の最小・最大の周速度、並びに第１の変動パターンの１周期に基づいて、正弦波状に変動する環状工具９０の回転速度を算出する（図３のステップＳ５）。環状工具９０の回転速度Ｎは、環状工具９０の工具径Ｄ及び環状工具９０の外周面の周速度Ｖにより次式（３）で表される。以上により、図４Ａの最小速度比が＋１．０、最大速度比が＋２．０、１周期が２ｔの正弦波状に変動させるパターンを取得できる。
【００３６】
【数３】
0006645041.tif 000004
【００３７】
次に、環状工具９０を用いた第１の変動パターンの速度比における切削加工方法を、図５のフローチャート及び図６Ａ，Ｂ−図８Ａ，Ｂの切削加工状態図を参照して円筒状の工作物Ｗの外周面Ｗｓを周方向に切削加工する場合について説明する。なお、初期状態においては、環状工具９０の工具軸線ＲｔとＸ軸線とが平行になるように、チルト台６０を位置決めしているとする。
【００３８】
先ず、制御装置８０は、チルト台６０をチルト軸線Ｒｃ回りで回転（揺動）させ、環状工具９０の工具軸線Ｒｔを傾斜させる（図５のステップＳ１１）。具体的には、チルト制御部８４は、チルトモータ６２を制御してチルト台６０をチルト軸線Ｒｃ回りで回転（揺動）駆動させ、環状工具９０の工具軸線Ｒｔを以下の状態になるまで傾斜させる。すなわち、工作物Ｗの回転主軸線Ｒｗと直角であって工作物Ｗの外周面Ｗｓの切削点Ｐｔを通る直線Ｌｔを、工作物Ｗの回転主軸線Ｒｗを中心に切削方向Ｇに所定角度θ傾斜させ、得られる直線Ｌｃと平行になるように、環状工具９０の工具軸線Ｒｔを傾斜させる。
【００３９】
次に、制御装置８０は、図３のステップＳ６で求めた正弦波状に変動する環状工具９０の回転速度に基づいて、環状工具９０を工具軸線Ｒｔ回りで回転方向ｒｔに回転させるとともに、工作物Ｗを回転主軸線Ｒｗ回りで回転方向ｒｗに回転させる（図５のステップＳ１２）。具体的には、工具回転制御部８５は、工具用モータ７２を制御して環状工具９０を工具主軸７１とともに主軸回転速度が上記正弦波状となるように回転駆動させ、主軸回転制御部８１は、主軸モータ１３を制御して回転主軸１１を一定回転速度で回転駆動させる。
【００４０】
そして、制御装置８０は、工作物Ｗの外周面Ｗｓの切削点Ｐｔに環状工具９０の切れ刃９１ｒを位置決めする（図５のステップＳ１３）。具体的には、往復台移動制御部８２は、Ｚ軸モータ２２を制御して往復台４０を一対のＺ軸ガイドレール２１ａ，２１ｂに沿って移動させ、送り台移動制御部８３は、Ｘ軸モータ４２を制御して送り台５０を一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂに沿って移動させることで、工作物Ｗの外周面Ｗｓの切削点Ｐｔに環状工具９０の切れ刃９１ｒを位置決めする。
【００４１】
そして、制御装置８０は、環状工具９０を工作物Ｗに対しＸ軸線方向に移動させて工作物Ｗの外周面Ｗｓを周方向に切削加工する（図３のステップＳ１４）。具体的には、送り台移動制御部８３は、Ｘ軸モータ４２を制御して送り台５０を一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂに沿って移動させることで、環状工具９０で工作物Ｗの外周面Ｗｓを周方向に切削加工する。
【００４２】
上述の切削加工においては、環状工具９０の工具本体９１の外周面の周速度と工作物Ｗの切削点Ｐｔの移動速度との速度比が極大値になったとき及び極小値になったとき、切屑の流出形状、流出方向、流出角度、流出速度が大きく変化する。よって、切屑は、速度比が極大値又は極小値となったタイミングで分断されて流出し易く、従来のように繋がった切屑の連続的な流出とはならないので、切屑が工具主軸７１や工作物Ｗに絡まることはない。
【００４３】
具体的には、図６Ａ，Ｂは、速度比が極大値になったときの切屑Ｋ１の流出状態を示し、図７Ａ，Ｂは、速度比が極大値から極小値になったときの切屑Ｋ２の流出状態及び分断された切屑Ｋ１の放出状態を示し、図８Ａ，Ｂは、速度比が極小値から極大値になったときの切屑Ｋ３の流出状態及び分断された切屑Ｋ２の放出状態を示す。
【００４４】
図６Ａ，Ｂ−図８Ａ，Ｂから明らかなように、切屑Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３の流出形状は、速度比が極大値になったときの切屑Ｋ１，Ｋ３の流出形状は、速度比が極小値になったときの切屑Ｋ２の流出形状と比較して、切れ刃９１ｒの工作物Ｗに対する切込み量が大きいため幅広となる。速度比が極大値になったときの切屑Ｋ１，Ｋ３の流出方向、流出角度及び流出速度は、速度比が極小値になったときの切屑Ｋ２の流出方向、流出角度及び流出速度と比較して、すくい面９１ｂに接触する部分が多いため、速度比が極小値になったときはＸ軸線に略平行な方向に比較的低速で流出していたのに対し、速度比が極大値になったときはＸ軸線に対しすくい面９１ｂ側に傾斜した方向に比較的高速で流出する。よって、切屑Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３は、速度比が極大値又は極小値となったタイミングで分断される。
【００４５】
そして、制御装置８０は、切削加工が完了したか否かを判断し（図５のステップＳ１５）、切削加工が完了していないと判断したときは切削加工を継続する。一方、切削加工が完了したと判断したときは次工作物Ｗの有無を判断し（図５のステップＳ１６）、次工作物Ｗが有ると判断したときは現工作物Ｗを次工作物Ｗと交換し（図５のステップＳ１７）、ステップＳ１１に戻って上述の処理を繰り返す。一方、次工作物Ｗが無いと判断したときは環状工具の回転を停止し（図５のステップＳ１８）、全ての処理を終了する。
【００４６】
なお、環状工具９０では、工具本体９１の工具外周面をすくい面９１ｂが回転しながら工作物Ｗの外周面Ｗｓに対し切り込んでいく引き切り作用を示す。このため、引き切り作用により切削抵抗力を低減して切れ刃９１ｒの温度を低減できるので、環状工具９０の工具寿命の向上を図れる。よって、環状工具９０を用いた切削加工では、切れ刃９１ｒの温度が問題となるチタン合金やインコネル等の難切削材の切削において、より高能率な切削が可能となる。
【００４７】
（４．その他）
なお、上述の実施形態では、環状工具９０の工具本体９１の外周面の周速度は、環状工具９０のすくい面９１ｂと逃げ面９１ｃとの成す切れ刃９１ｒでの周速度を用いたが、すくい面９１ｂにおける切削工具９０の工具軸線Ｒｔ方向の中間部での周速度、もしくはすくい面９１ｂの全域の平均周速度を用いてもよい。また、すくい面９１ｂにおける切削工具９０の工具軸線Ｒｔ方向の中間部以外の一部分もしくは一部の領域（例えば、切屑Ｋと接する領域のみ）の平均周速度を用いてもよい。また、平均周速度の対象となるすくい面９１ｂの領域は、切れ刃９１ｒを含む外周面でもよいし、切れ刃９１ｒをすくい面９１ｂの領域とは別として扱い、平均周速度の対象としなくてもよい。
【００４８】
また、環状工具９０の工具径は、実測した逃げ面９１ｃ（切れ刃９１ｒ）の直径としたが、実測したすくい面９１ｂにおける切れ刃９１ｒと切屑Ｋとの接触長さの中間部の直径でもよい。
また、環状工具９０の工具本体９１は、円錐台状に形成したが、軸直角断面が円であればよく、例えば円柱状もしくは逆円錐台状に形成してもよい。この場合の環状工具は、すくい面を正とすると逃げ面が工作物Ｗと干渉するおそれがあるため、すくい面を負とするか逃げ面となる部分を凹ませて工作物Ｗとの干渉を防止する。
【００４９】
また、上述の実施形態では、円筒状の工作物Ｗの外周面Ｗｓを周方向に切削する場合、すなわちＸ(プランジ)方向送りでの加工について説明したが、Ｚ（トラバース）方向送りでの加工も同様である。すなわち、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、環状工具９０の工具軸線Ｒｔが、切削点Ｐｔの法線に平行な状態から切削送り方向Ｇｔに所定角度θ傾斜した状態になるようにセットする。そして、環状工具９０のすくい面９１ｂを工具軸線Ｒｔ回りで回転方向ｒｔに回転させるとともに、工作物Ｗを回転軸線Ｒｗ回りで回転方向ｒｗに回転させ、環状工具９０Ａを工作物Ｗの回転軸線Ｒｗに平行な方向に送ることにより、もしくは環状工具９０の送りはせずに工作物Ｗを回転軸線Ｒｗに平行な方向に送ることにより、工作物Ｗの外周面Ｗｓを切削加工する。
【００５０】
また、上述の実施形態では、円筒研削を例に説明したが、平面研削においても環状工具９０の適用は可能である。すなわち、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、環状工具９０の工具軸線Ｒｔが、工作物ＷＷの上平面ＷＷｓに対し直角な状態から切削送り方向ＧＧに所定角度θ傾斜した状態になるようにセットする。そして、環状工具９０のすくい面９１ｂを工具軸線Ｒｔ回りで回転方向ｒｔに回転させるとともに、環状工具９０を工作物ＷＷの上平面ＷＷｓに沿って移動させることにより、もしくは環状工具９０の移動はせずに工作物ＷＷを上平面ＷＷｓに平行な方向に移動させることにより、工作物ＷＷの上平面ＷＷｓを切削加工する。
【００５１】
（５．効果）
本実施形態の切削装置１は、環状の切れ刃９１ｒを有する環状工具９０と、環状工具９０を取り付け、環状工具９０を当該環状工具９０の工具軸線Ｒｔ回りに回転させる工具主軸７１と、工作物Ｗを保持する回転主軸１１（工作物保持台）と、工具主軸７１と回転主軸１１（工作物保持台）との相対位置及び工具主軸７１の回転を制御する制御装置８０と、を備える。そして、制御装置８０は、工具主軸７１及び回転主軸１１（工作物保持台）を、環状工具９０の外周面がすくい面９１ｂとなり、環状工具９０の端面が逃げ面９０ｃとなる相対位置関係に配置し、環状工具９０の外周面の周速度と工作物Ｗの切削点Ｐｔの移動速度との速度比を変動させながら環状工具９０で工作物Ｗの加工を行う。
【００５２】
この環状工具９０による切削加工では、切削加工中に速度比を変動させることで、切屑Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３の流出形状、流出方向、流出角度、流出速度が変動するため、切屑Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３が分断されて切屑の工具主軸７１や工作物Ｗに対する絡まりを防止できる。
【００５３】
また、制御装置８０は、環状工具９０の外周面の周速度を変動させ、工作物Ｗの切削点Ｐｔの移動速度を一定にして速度比を変動させながら環状工具９０で工作物Ｗの加工を行う。環状工具９０の外周面の周速度を変動させることで、環状工具９０の外周面の周速度を上げるときに環状工具９０による切屑Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３を引っ張る力が増加するタイミングで、より確実に切屑Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３を分断できる。また、工作物Ｗの切削点Ｐｔの移動速度を変動させた場合は、切削加工能率が変動するが、環状工具９０の外周面の周速度を変動させた場合は、安定した切削加工能率が得られる。
【００５４】
また、制御装置８０は、速度比を周期的に変動させながら環状工具９０で工作物Ｗの加工を行うので、速度比を不定期に変動させる場合と比較して切削加工制御が容易となる。
また、制御装置８０は、速度比を常時変動させながら環状工具９０で工作物Ｗの加工を行うので、繋がった切屑の連続的な流出の発生を防止できる。
また、制御装置８０は、速度比を変動させながら環状工具９０で工作物Ｗの加工を行うことと、速度比を一定にしながら環状工具９０で工作物Ｗの加工を行うことを、交互に行うので、所望の長さで切屑Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３を分断できる。
また、制御装置８０は、速度比を一定とし続ける時間を、前記速度比を変動させ続ける時間より長くするので、工具寿命の向上を図ることができる。
【００５５】
また、制御装置８０は、速度比が０以上となるように速度比を変動させながら環状工具９０で工作物Ｗの加工を行うので、切屑Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３は、環状工具９０の工具本体９１の外周面に引っ張られて分断される。
また、制御装置は、速度比の変動時の最低速度比が１．０以上となるように速度比を変動させながら環状工具で工作物の加工を行うので、環状工具９０と工作物Ｗとの摩擦仕事をちいさくでき、工具寿命延長効果が得られる。
【００５６】
また、制御装置８０は、環状工具９０の回転方向が正逆回転となるように環状工具９０で工作物Ｗの加工を行うので、回転方向の変動時に切屑Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３を分断できる。
また、制御装置８０は、速度比の変動時の平均速度比の絶対値が１．０となるように速度比を変動させながら環状工具９０で工作物Ｗの加工を行うので、環状工具９０と工作物Ｗとの摩擦仕事が最小となり、工具寿命延長効果が得られる。
【００５７】
本実施形態の切削方法は、環状の切れ刃９１ｒを有する環状工具９０と、環状工具９０を取り付け、環状工具９０を当該環状工具９０の工具軸線Ｒｔ回りに回転させる工具主軸７１と、工作物を保持する回転主軸１１（工作物保持台）と、を備える切削装置１の切削方法であって、工具主軸７１及び回転主軸１１（工作物保持台）を、環状工具９０の外周面がすくい面９１ｂとなり、環状工具９０の端面が逃げ面９１ｃとなる相対位置関係に配置する配置工程と、環状工具９０の外周面の周速度と工作物Ｗの切削点Ｐｔの移動速度との速度比を変動させながら環状工具９０で工作物Ｗの加工を行う加工工程と、を備える。本実施形態の切削方法によれば、上述した切削装置１における効果と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００５８】
１：切削装置、  ７：回転主軸、  ７１：工具主軸、  ８０：制御装置、  ９０：環状工具、  ９１ｂ：すくい面、  ９１ｃ：逃げ面、  ９１ｒ：切れ刃、  Ｗ：工作物
【図１】
0006645041.tif 000005
【図２Ａ】
0006645041.tif 000006
【図２Ｂ】
0006645041.tif 000007
【図３】
0006645041.tif 000008
【図４Ａ】
0006645041.tif 000009
【図４Ｂ】
0006645041.tif 000010
【図４Ｃ】
0006645041.tif 000011
【図４Ｄ】
0006645041.tif 000012
【図４Ｅ】
0006645041.tif 000013
【図５】
0006645041.tif 000014
【図６Ａ】
0006645041.tif 000015
【図６Ｂ】
0006645041.tif 000016
【図７Ａ】
0006645041.tif 000017
【図７Ｂ】
0006645041.tif 000018
【図８Ａ】
0006645041.tif 000019
【図８Ｂ】
0006645041.tif 000020
【図９Ａ】
0006645041.tif 000021
【図９Ｂ】
0006645041.tif 000022
【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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