特開 2017-222019 旋盤

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-222019(P2017-222019A)

(43)【公開日】2017年12月21日

(54)【発明の名称】旋盤

(51)【国際特許分類】

   B23B 31/00 20060101AFI20171124BHJP

   B23Q 11/08 20060101ALI20171124BHJP

   B23B 19/02 20060101ALI20171124BHJP

   B23B 25/00 20060101ALI20171124BHJP

【ＦＩ】

   B23B31/00 B

   B23Q11/08 Z

   B23B19/02 Z

   B23B25/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2016-121260(P2016-121260)

(22)【出願日】2016年6月17日

(71)【出願人】

【識別番号】000100827

【氏名又は名称】アイシン機工株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000006297

【氏名又は名称】村田機械株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112472

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 弘

(74)【代理人】

【識別番号】100188226

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 俊達

(74)【代理人】

【識別番号】100202223

【弁理士】

【氏名又は名称】軸見 可奈子

(72)【発明者】

【氏名】小出 好朗

(72)【発明者】

【氏名】石原 正史

(72)【発明者】

【氏名】松倉 康浩

【テーマコード（参考）】

3C011

3C032

3C045

【Ｆターム（参考）】

3C011DD00

3C032FF14

3C045FD20

(57)【要約】

【課題】切削屑がワークと切削工具との間に入り込むことを抑制することが可能な旋盤を提供する。
【解決手段】本発明の旋盤１０では、主軸カバー３０が、爪部材１４，１４同士の間の扇形領域１５の側方と前方とを覆っているので、主軸１１が回転したときの扇形領域１５内の空気の流れが制限され、ワークＷの被加工部分から主軸１１の前面に向かう気流の発生が抑えられる。これにより、切削屑Ｋを主軸１１側に引き寄せる吸引現象が抑えられ、切削屑ＫがワークＷと切削工具４０との間に入り込むことを抑制することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークを保持するチャックの複数の爪部材が、放射状に並んで主軸の前面から突出している旋盤であって、切削工具の刃先が前記主軸の回転軸線に対して斜めに配置された状態で前記回転軸線と交差する方向に移動して、前記ワークの回転対称面を切削する旋盤において、
前記主軸のうち前記複数の爪部材を含む前端部を側方から包囲すると共に、前記主軸又は前記主軸を回転可能に支持する支持部の何れかに固定されて、後端部を前記主軸又は前記支持部によって閉塞されている側方カバー部と、
前記側方カバー部から内側に張り出し、前記主軸を前方から覆う前面カバー部と、
前記前面カバー部のうち前記主軸の中心部との対向位置に形成され、前記ワークが挿通される挿通孔とを有する主軸カバーを備えた旋盤。

【請求項2】

前記主軸、前記ワーク及び前記ワークを加工する切削工具を収容して切削屑の飛散を防止する加工部屋が備えられ、
前記加工部屋のうち前記主軸の全体を側方から包囲する部位が、前記側方カバー部として利用されると共に、前記前面カバー部は、前記加工部屋内を、前記主軸を収容する第１部屋とその第１部屋以外の第２部屋とに仕切るように備えられている請求項１に記載の旋盤。

【請求項3】

ワークを保持するチャックの複数の爪部材が、放射状に並んで主軸の前面から突出している旋盤であって、切削工具の刃先が前記主軸の回転軸線に対して斜めに配置された状態で前記回転軸線と交差する方向に移動して、前記ワークの回転対称面を切削する旋盤において、
隣り合う前記爪部材同士の間の扇形領域を側方から覆う側方カバー部と、
前記側方カバー部の前端から前記主軸の中心側に張り出し、前記扇形領域を前方から覆う前面カバー部を有する主軸カバーを備えた旋盤。

【請求項4】

ｃＢＮ焼結体の刃部を有する切削工具を備えた請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載の旋盤。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主軸の前端部にワークを保持するチャックを有する旋盤に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の旋盤として、チャックの複数の爪部材が、放射状に並んで主軸の前面から突出しているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０９−１５５６０８号公報（段落［０００８］，図１，２）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記した従来の旋盤では、切削屑がワークと切削工具（一般に「チップ」と呼ばれている）との間に入り込んで切削工具やワークが損傷することがあった。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、切削屑がワークと切削工具との間に入り込むことを抑制することが可能な旋盤の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本願発明者が、従来の旋盤において、ワークと切削工具との間に切削屑が入り込む瞬間を捉えた動画をスロー再生して観察したところ、切削屑が主軸側に引き寄せられる吸引現象が確認された。特に、後述の旋削スカイビング加工では、図８に示すように、切削屑Ｋが軽い為に、上記吸引現象によりワークＷに絡みつく。更に、切削屑Ｋは線状に排出されるためワークＷに絡みついた状態でワークＷと切削工具３との間に切削屑Ｋが頻繁に入り込む。この吸引現象は、同図の矢印に示すように、主軸１の前面から突出している爪部材２，２同士の間の扇形領域Ｒ内の空気が、主軸１の回転に伴って爪部材２の側面２Ｓに押されて回転中心から離れる側に送り出され、そのために、主軸１の前方から主軸１の中央部に向かう吸引力Ｆが発生すると推測される。そして、上記吸引現象の発生原因が、主軸の前面から突出して放射状に並んでいるチャックの爪部材にあるとの見地に基づき、以下の本願発明を完成するに至った。

【0007】

なお、従前は、特に焼入れ鋼等の高硬度材の加工では、切削屑が加工熱によって燃焼する程度までワークの被加工部分における切削速度（特に周速）を大きくすることが通常であったため、切削屑が燃焼により脆化し、上記不具合が発生し難かったが、近年では、種々の理由によりワークの被加工部分の切削速度を従前より下げる必要があり、その結果、切削屑が燃焼するに至らず、上記不具合が問題になってきているものと推測される。

【0008】

上記見知からなされた請求項１の発明は、ワークを保持するチャックの複数の爪部材が、放射状に並んで主軸の前面から突出している旋盤であって、切削工具の刃先が前記主軸の回転軸線に対して斜めに配置された状態で前記回転軸線と交差する方向に移動して、前記ワークの回転対称面を切削する旋盤において、前記主軸のうち前記複数の爪部材を含む前端部を側方から包囲すると共に、前記主軸又は前記主軸を回転可能に支持する支持部の何れかに固定されて、後端部を前記主軸又は前記支持部によって閉塞されている側方カバー部と、前記側方カバー部から内側に張り出し、前記主軸を前方から覆う前面カバー部と、前記前面カバー部のうち前記主軸の中心部との対向位置に形成され、前記ワークが挿通される挿通孔とを有する主軸カバーを備えた旋盤である。

【0009】

請求項２の発明は、前記主軸、前記ワーク及び前記ワークを加工する切削工具を収容して切削屑の飛散を防止する加工部屋が備えられ、前記加工部屋のうち前記主軸の全体を側方から包囲する部位が、前記側方カバー部として利用されると共に、前記前面カバー部は、前記加工部屋内を、前記主軸を収容する第１部屋とその第１部屋以外の第２部屋とに仕切るように備えられている請求項１に記載の旋盤である。

【0010】

請求項３の発明は、ワークを保持するチャックの複数の爪部材が、放射状に並んで主軸の前面から突出している旋盤であって、切削工具の刃先が前記主軸の回転軸線に対して斜めに配置された状態で前記回転軸線と交差する方向に移動して、前記ワークの回転対称面を切削する旋盤において、隣り合う前記爪部材同士の間の扇形領域を側方から覆う側方カバー部と、前記側方カバー部の前端から前記主軸の中心側に張り出し、前記扇形領域を前方から覆う前面カバー部を有する主軸カバーを備えた旋盤である。

【0011】

なお、「切削工具の刃先が前記主軸の回転軸線に対して斜めに配置された状態で前記回転軸線と交差する方向に移動して、前記ワークの回転対称面を切削する加工」は、一般に「スカイビング加工」とも呼ばれ、この加工を旋盤で行う場合に「旋削スカイビング加工」と呼ばれる。旋削スカイビング加工の一例は、例えば、特許第３９８４０５２号に掲載されている。

【0012】

請求項４の発明は、ｃＢＮ焼結体の刃部を有する切削工具を備えた請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載の旋盤である。

【発明の効果】

【0013】

本発明の旋盤によれば、ワークの被加工部分から主軸の前面に向かう気流の発生を主軸カバーにより抑えることができ、切削屑がワークに絡みついてワークと切削工具との間に入り込むことを抑制することが可能になる。

【0014】

また、所謂、旋削スカイビング加工にてワークを加工する場合、切削屑が非常に薄く軽量なカンナ屑状になるので、従来の旋盤では切削屑が主軸側に吸引され、ワークに絡み付き易くなる。これに対し、請求項３の発明では、そのような旋盤に主軸カバーを備えたので、従来に比べて切削屑のワークへの絡み付き抑制の大きな効果を得ることができる。

【0015】

さらには、一般的に焼入れ鋼等の高硬度材の加工では非常に高い加工熱が発生する為、刃部の摩耗が早くなってしまう。ここで、ｃＢＮ（立方晶型窒化硼素）焼結体の刃部を有する切削工具を使用した場合、その切削工具は、通常の材料の切削工具に比べて切削性能を高くすることができるが、耐熱性が弱いためにワークの被加工部分の切削速度を低くせざるを得ず、その結果、切削屑が燃焼されず、切削屑が主軸側に吸引され易くなる。これに対し、請求項４の発明では、そのような旋盤に主軸カバーを備えたので、従来に比べて切削屑のワークへの絡みつき抑制の大きな効果を得ることができる。

【0016】

また、主軸カバーは、筒状の側方カバー部の前端から内側に前面カバー部を張り出した構造にすることで強度を高くすることができる。ここで、主軸カバーは、旋盤のうち主軸を回転可能に支持する支持部に固定されていてもよいし、主軸に一体回転可能に固定されていてもよい。なお、側方カバー部は、円筒状に限らず、多角形の筒状であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係る第１実施形態の旋盤の主軸カバーが外された状態の斜視図

【図2】主軸カバーが取り付けられた状態の旋盤の斜視図

【図3】切削工具を拡大した斜視図

【図4】第２実施形態の旋盤の斜視図

【図5】第３実施形態の旋盤の斜視図

【図6】第４実施形態の旋盤の斜視図

【図7】第５実施形態の旋盤の斜視図

【図8】従来の問題を説明するための旋盤の主軸の斜視図

【発明を実施するための形態】

【0018】

［第１実施形態］
以下、本発明の一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。本実施形態の旋盤１０は、主軸カバー３０を備えている点以外は公知な構造になっている。即ち、旋盤１０の主軸１１は、旋盤１０の固定ベース１０Ｈ（本体の「支持部」に相当する）から水平に突出する回転駆動軸１２の前端部にチャック１３を備えている。チャック１３は、円柱状の本体部１３Ｈを有し、その本体部１３Ｈの前面が主軸１１の前面にもなっている。

【0019】

チャック１３の複数（例えば、３つ）の爪部材１４は、主軸１１の前面から突出しかつ主軸１１の回転中心寄り位置から径方向に放射状に延びた略角柱状をなしている。また、各爪部材１４の前面のうち主軸１１の中心側の端部からは円弧状突部１４Ａが突出していて、複数の円弧状突部１４Ａが略同一の円上に並んでいる。さらに、複数の爪部材１４は、本体部１３Ｈに内蔵された油圧シリンダ（図示せず）から動力を受けて主軸１１の径方向に連動して直動する。これにより、爪部材１４群が開閉されて（即ち、チャック１３が開閉されて）、棒状のワークＷがチャック１３により主軸１１の中心部に心出しされた状態で保持される。

【0020】

なお、チャック１３の前方には、別のチャック又はテイルストック（共に図示せず）が設けられ、それら別のチャック等によりワークＷの前端部を回転自在に保持される。

【0021】

主軸カバー３０は、ベース部３４から前方に突出した側方カバー部３１の前端に前面カバー部３２を備えてなる。ベース部３４は、四角形の板状をなし、その四隅には取付孔３４Ａが貫通形成されている。側方カバー部３１は、主軸１１の外側に遊嵌される円筒状になっている。また、側方カバー部３１の軸長は、固定ベース１０Ｈの前面１０Ｓから爪部材１４の前面までの距離より、僅かに大きくなっている。さらに、前面カバー部３２は、側方カバー部３１から内側に張り出した円板状をなし、前面カバー部３２の中央には、ワーク挿通孔３３が貫通形成されている。

【0022】

また、固定ベース１０Ｈの前面１０Ｓには、ベース部３４の複数の取付孔３４Ａに対応して複数の螺子孔１０Ｎが形成されている。そして、ベース部３４を固定ベース１０Ｈの前面１０Ｓに重ね、取付孔３４Ａに通したボルトＢを螺子孔１０Ｎに締め付けてベース部３４を固定ベース１０Ｈに固定すると、図２に示すように、側方カバー部３１が主軸１１の外側に遊嵌され、円弧状突部１４Ａ群からなる円筒体が、ワーク挿通孔３３の径方向の内側に遊嵌され、円弧状突部１４Ａ群の前面はワーク挿通孔３３に対して軸方向に突出した状態になる。この状態で、主軸１１は主軸カバー３０と摺接することなく回転することができる。

【0023】

図２には、旋盤１０に設けられた切削工具４０が示されている。この切削工具４０は、旋盤１０のツール保持部（図示せず）に固定されて、例えば、ＮＣ制御により前後方向Ｘ、左右方向Ｙ、上下方向Ｚの任意の位置に移動することができる。切削工具４０は、図３に拡大して示されており、下端部に刃部４１を有する。刃部４１は、例えば、平均粒径が０．５〜２［μｍ］のｃＢＮ（立方晶型窒化硼素）粒子の焼結体であり、下方を向いた略水平な逃げ面４２と、ワークＷに側方から臨むすくい面４３とを有する。また、それら逃げ面４２とすくい面４３とが交差してなる刃先４４（刃筋）は、ワークＷの上部の周速方向（図３のＶの方向）に対して、０度、９０度、１８０度以外の、好ましくは３０〜６５度の傾斜角αで傾斜している。

【0024】

本実施形態の旋盤１０の構成に関する説明は以上である。この旋盤１０でワークＷを加工する場合は、爪部材１４群の間にワークＷを配置し、油圧シリンダ（図示せず）にてチャック１３を締めてワークＷを保持させる。次いで、図２に示すように、主軸カバー３０を固定ベース１０Ｈに取り付ける。この状態で旋盤１０の図示しない起動スイッチをオンすると、主軸１１が所定の回転速度で回転し、切削工具４０の位置がＮＣ制御により変更されてワークＷの側面の例えば上部に刃部４１が押し付けられて、ワークＷの側面の一部が旋削スカイビング加工される。なお、主軸１１の回転速度は、刃部４１を構成するｃＢＮ焼結体が変質する所定温度（例えば、１３００度）以上に刃部４１が加熱されない大きさに設定されている。

【0025】

旋削スカイビング加工が開始されると、ワークＷの一部がカンナ屑のような薄肉帯状の切削屑ＫとなってワークＷの下方又は側方に延びていく。その際、従来の旋盤であれば、その切削屑ＫがワークＷの被加工部分から主軸１１側に吸引されてワークＷに巻き付き、さらには、ワークＷと切削工具４０との間に入り込んでワークＷ及び切削工具４０を破損させることが懸念された。

【0026】

しかしながら、本願実施形態の旋盤１０では、主軸カバー３０が、爪部材１４，１４同士の間の扇形領域１５（図１参照）の側方と前方とを覆っているので、主軸１１が回転したときの扇形領域１５内の空気の流れが制限され、ワークＷの被加工部分から主軸１１の前面に向かう気流の発生が抑えられる。これにより、切削屑Ｋを主軸１１側に引き寄せる吸引現象が抑えられ、切削屑ＫがワークＷに絡み付いてワークＷと切削工具４０との間に入り込むことを抑制することができる。そして、切削屑Ｋは、例えば、自重により自然落下してワークＷから離れていく。このように、本実施形態の旋盤１０では、主軸カバー３０を備えたことで、切削屑ＫのワークＷへの絡み付きによる不具合を防ぐことができ、効率良く切削加工を行うことが可能になる。また、主軸カバー３０により主軸１１を異物の当接から保護するという効果も奏する。

【0027】

なお、旋削スカイビング加工を行った場合、切削工具をワークの端面に宛がってワークの軸方向に移動する通常の切削加工に比べて、切削幅が広いので加工時間が短くなるという効果を奏する。また、刃部４１を例えば、ｃＢＮ焼結体で構成した場合には、一般的な超硬合金で構成したものに比べ、刃先４４を鋭利にして切削能力を高くすることができるという効果を奏する。

【0028】

［第２実施形態］
本実施形態の主軸カバー３０Ｖは、図４に示されており側方カバー部３１に側方カバー部３１内から粉塵や潤滑油を排出するための排出窓３１Ｂとが備えられている。また、これら操作窓３１Ａ及び排出窓３１Ｂは、それらの開口縁にヒンジ連結された回動蓋３５Ａ，３５Ａにより開閉可能になっている。各回動蓋３５Ａは、通常、閉塞状態に保持されていて、操作摘まみ３５Ｓを操作して開くことができる。

【0029】

本実施形態の構成によれば、操作摘まみ３５Ｓを操作して各回動盤３５Ａを開けば、主軸カバー３０を固定ベース１０Ｈから取り外すことなく主軸カバー３０内の清掃等のメンテナンス作業を行うことができる。

【0030】

［第３実施形態］
本実施形態の主軸カバー３０Ｗは、図５に示されており、主軸１１に固定されて一体に回転するようになっている。具体的には、この主軸カバー３０Ｗは、主軸１１の外側に嵌合される側方カバー部３１Ｗの前端に、第１実施形態の主軸カバー３０と同じ前面カバー部３２を備えてなる。また、側方カバー部３１Ｗには、例えば、周方向に複数の貫通孔が形成されていて、それら貫通孔に通したボルトＢを主軸１１の周面に形成された図示しない雌螺子孔に螺合して主軸カバー３０Ｗが主軸１１に固定されている。このような構成にしても第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。

【0031】

［第４実施形態］
本実施形態の旋盤に備えた主軸カバー３０Ｙは、図６に示されており、第３実施形態の主軸カバー３０Ｗの側方カバー部３１Ｗの前端から内側に複数の扇形突片３７が片持ち梁状に張り出して、各扇形領域１５を前方から覆う構造になっている。本実施形態の主軸カバー３０Ｙによっても第３実施形態の主軸カバー３０Ｗと同様の作用効果を奏する。

【0032】

［第５実施形態］
図７に示した本実施形態の旋盤１０Ｚは、加工部屋５０を有している。加工部屋５０は、旋盤１０Ｚの固定ベース１０Ｈに飛散防止カバー５１を取り付けてなり、その加工部屋５０の一内側面から主軸１１が突出した状態になっている。また、加工部屋５０内は、主軸１１の突出方向の先方が加工空間５２になっていて、主軸１１のチャック１３に保持されたワークＷが、加工空間５２内で切削工具（図示せず）により切削加工される。なお、飛散防止カバー５１には、加工空間５２を旋盤１０Ｚの前面に開放するための作業窓５３が形成されかつ、飛散防止カバー５１の一部が作業窓５３を開閉するためのスライドドア５４になっている。

【0033】

この旋盤１０Ｚには、加工部屋５０内を、主軸１１側の内部に備える第１部屋５８と、内側が加工空間５２となった第２部屋５９とに仕切る仕切板５６が備えられている。仕切板５６は、例えば、主軸１１の回転軸と直交する板状をなしかつ、外縁部を折り曲げてなる取付部５６Ａを有している。そして、取付部５６Ａが加工部屋５０の内面に重ねられてボルトＢにて固定され、仕切板５６がチャック１３の爪部材１４の前面に対して隙間を空けて対向している。また、仕切板５６には、主軸１１の回転軸と同心のワーク挿通孔５７が貫通形成され、そのワーク挿通孔５７を通してワークＷを主軸１１のチャック１３に保持させることができるようになっている。

【0034】

本実施形態の構成に関する説明は以上である。このような構成にしても、ワークＷの被加工部分から主軸１１の前面に向かう気流の発生を抑えることができ、切削屑ＫがワークＷに絡みついてワークＷと切削工具との間に入り込むことを抑制することが可能になる。なお、本実施形態では、加工部屋５０のうち主軸１１の全体を側方から包囲する部位が、本発明に係る「側方カバー部」に相当し、仕切板５６が本発明に係る「前面カバー部」に相当する。

【0035】

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

【0036】

（１）前記各実施形態の旋盤１０には、爪部材１４が３つ備えられていたが、爪部材は、３つに限定されるものではなく、４つ以上の複数であってもよい。

【0037】

（２）前記第１実施形態では、ｃＢＮ焼結体の刃部４１を有した切削工具４０で旋削スカイビング加工を行う旋盤１０を例示したが、本発明は、ｃＢＮ焼結体以外の組成物で構成された刃部を有する切削工具で加工を行うものや、旋削スカイビング加工以外の通常の加工方法でワークを加工するものに適用してもよい。

【0038】

（３）前記各実施形態の主軸カバー３０の側方カバー部３１，３１Ｗ，３１Ｙの断面は円形であったが、側方カバー部の断面は、四角形又はその他の多角形であってもよい。

【0039】

（４）前記切削工具４０は、ツール保持部に固定されて、前後方向Ｘ、左右方向Ｙ、上下方向Ｚの任意の位置に移動できることを例示したが、本発明は、これらの方向を複合的に組み合わせた円弧状に移動させてもよい。

【0040】

（５）前記第１実施形態では、円弧状突部１４Ａ群がワーク挿通孔３３を貫通し、それら円弧状突部１４Ａ群の前面が前面カバー部３２の前方（即ち、側方カバー部３１の外側）に位置していたが、円弧状突部１４Ａ群がワーク挿通孔３３を貫通せず、円弧状突部１４Ａ群の前面が前面カバー部３２の後方（即ち、側方カバー部３１の内側）に位置していてもよい。

【符号の説明】

【0041】

１０ 旋盤
１０Ｈ 固定ベース（支持部）
１１ 主軸
１３ チャック
１４ 爪部材
１５ 扇形領域
３０，３０Ｖ，３０Ｗ，３０Ｙ 主軸カバー
３１，３１Ｗ，３１Ｙ 側方カバー部
３２ 前面カバー部
３３，３３Ｘ ワーク挿通孔
４０ 切削工具
４１ 刃部
４４ 刃先
５０ 加工部屋
Ｗ ワーク
Ｚ 切削屑

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】