特開 2023-62468 穴加工方法、制御装置及び工作機械

(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】P2023062468

(43)【公開日】2023-05-08

(54)【発明の名称】穴加工方法、制御装置及び工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23G 3/02 20060101AFI20230426BHJP

   B23G 5/06 20060101ALI20230426BHJP

   B23G 1/16 20060101ALI20230426BHJP

【ＦＩ】

B23G3/02

B23G5/06 D

B23G1/16 Z

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021172469

(22)【出願日】2021-10-21

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-02-22

(71)【出願人】

【識別番号】000154990

【氏名又は名称】株式会社牧野フライス製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100160705

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】前田 淳一

(72)【発明者】

【氏名】加藤 大貴

(57)【要約】

【課題】タップ加工において、ねじ切りの終端部にバリが生じないようにできる穴加工方法を提供する。
【解決手段】回転軸線Ｃｒ回りに回転し、下穴６’にねじ溝を加工するための刃部１４ａを有するねじ部１４と、回転軸線Ｃｒと下穴６’の中心軸線Ｃ６とを一致させた横断面視において、下穴６’との間に空間２０を形成する非係合部１７と、を備えたタップ工具１０を用いた穴加工において、中心軸線Ｃ６と回転軸線Ｃｒとが一致する第１の状態において、タップ工具１０を回転させ、ワーク８側へ前進させてねじ溝を加工することと、回転軸線Ｃｒ回りにタップ工具１０を回転させ、タップ工具１０を下穴６’の内部において回転軸線Ｃｒに直交する方向の非係合部１７側へ移動させることによって、第１の状態からねじ部１４とねじ溝との係合が解除された第２の状態へ移行させることと、タップ工具１０をねじ穴６から退避させることと、を含む。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の軸線回りに回転し、被加工物に設けられた下穴にねじ溝を加工するための刃部を有するねじ部と、前記第１の軸線と前記下穴の中心軸線とを一致させた横断面視において、前記下穴との間に空間を形成する非係合部と、を備えたタップ工具を用いて行う穴加工において、
前記下穴の中心軸線と前記第１の軸線とが一致する第１の状態において、前記タップ工具を回転させると共に該被加工物の側へ前進させることによって前記下穴にねじ溝を加工することと、
前記第１の軸線回りに前記タップ工具を回転させると共に、前記タップ工具を前記下穴の内部において前記第１の軸線に直交する方向の前記非係合部の側へ移動させることによって、前記タップ工具を該第１の状態から前記ねじ部と前記ねじ溝との係合が解除された第２の状態へ移行させることと、
前記タップ工具を前記下穴の中心軸線の方向に沿って後退させ、ねじ穴から退避させることと、
を含むことを特徴とする穴加工方法。

【請求項2】

回転中心とされた第１の軸線回りに回転し、被加工物に設けられた下穴にねじ溝を加工するための刃部を有するねじ部と、前記第１の軸線と前記下穴の中心軸線とを一致させた横断面視において、前記下穴との間に空間を形成する非係合部と、を備えたタップ工具を用いて行う穴加工であって、
前記下穴の中心軸線と前記第１の軸線とが一致する第１の状態において、前記タップ工具を回転させると共に該被加工物の側へ前進させることによって前記下穴にねじ溝を加工することと、
前記タップ工具が、前記下穴の内部において前記第１の軸線に直交する方向の前記非係合部の側に移動され、前記ねじ部と前記ねじ溝との係合が解除された第２の状態において、前記タップ工具を前記下穴の中心軸線の方向に沿って後退させ、ねじ穴から退避させることと、
を含むねじ穴の穴加工方法において、
前記第１の状態において、前記タップ工具の外周形状に沿って第１の仮想円を画定し、
前記第２の状態において、前記下穴の中心軸線と一致する前記タップ工具の第２の軸線を中心とする円であって、前記下穴の内径よりも小さく、かつ、前記第２の軸線と前記下穴の中心軸線とを一致させた横断面視において、前記タップ工具を内側に含むと共に前記刃部の近傍を通過する第２の仮想円を画定し、
前記第１の仮想円と前記第２の仮想円との交点のうち、前記第２の状態における前記刃部から遠方側の交点となる回転用交点を演算し、
前記回転用交点を通過し、前記第１の軸線に平行な第３の軸線回りに前記タップ工具を回転させることによって、前記タップ工具を該第１の状態から該第２の状態へ移行させると共に、前記ねじ溝の加工残余部分を加工することを更に含むことを特徴とする、穴加工方法。

【請求項3】

前記タップ工具の前記下穴に挿入された深さから、前記下穴に前記ねじ溝を加工することを終了する際の、前記タップ工具の前記第１の軸線回りの回転面上における前記刃部の向きを演算することと、
前記タップ工具における前記回転用交点の位置を演算することと、を更に含む、請求項２に記載の穴加工方法。

【請求項4】

前記タップ工具の前記非係合部の形状は、横断面視で前記第１の仮想円及び／又は前記第２の仮想円に内接し、かつ、重なる円弧形状とされている、請求項２に記載の穴加工方法。

【請求項5】

請求項２から請求項４の何れか１項に記載の加工方法による加工を制御する制御装置であって、
前記第１の軸線に対する前記回転用交点の前記タップ工具上における位置と、
前記第１の状態から前記第２の状態へ移行する際の、前記タップ工具を回転させる角度と、を前記タップ工具毎に関連付けして記憶する記憶部を有する、制御装置。

【請求項6】

請求項５に記載の制御装置と、
前記タップ工具を保持して回転させる主軸と、
第１の回転軸線の方向に沿って移動するＺ軸直動送り部と、前記第１の回転軸線と直交する方向に移動するＸ軸直動送り部、及び、前記第１の回転軸線と前記Ｘ軸直動送り部との両方に直交する方向に移動するＹ軸直動送り部によって該主軸を前記被加工物に対して相対移動させる送り機構と、を有し、
前記下穴に前記ねじ溝を加工することは、前記主軸の回転と、前記Ｚ軸直動送り部の相対移動と、によって行われ、
前記タップ工具の前記第１の状態から前記第２の状態への移行は、前記主軸を前記記憶部に記憶した角度で前記第１の軸線回りに回転させるのと同時に、前記Ｘ軸直動送り部及び前記Ｙ軸直動送り部を移動させることによって、前記回転用交点を中心とし、前記第２の仮想円と同じ半径の円弧の軌道に沿って移動させる、工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワークに設けられた下穴をねじ穴に加工する穴加工方法、工作機械の制御装置及び工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ＮＣフライス盤やマシニングセンタと共に利用されるタップ工具として、回転軸線を有し、ワークに設けられた下穴の中心軸線と回転軸線を一致させた状態で下穴をねじ穴に加工するタップ工具（ワンウェイタップ）が開示されている。このタップ工具は、ねじ穴のねじ溝を加工する刃部を有するねじ部と、刃部の回転方向後方に位置するパッド部であって、ねじ溝の加工中に、刃部によって加工されたねじ溝に係合するパッド部と回転軸線とねじ穴の中心軸線とを一致させた横断面視において、ねじ穴との間に空間を形成する非係合部と、を備える。ここで、非係合部とねじ穴との間に形成される空間は、タップ工具が、回転軸線とねじ穴の中心軸線とが一致した状態から、ねじ穴内で回転軸線に直交する方向で移動した場合に、ねじ部とねじ溝との係合及びパッド部とねじ溝との係合の同時解除を可能とする大きさを有することを特徴とする。これにより、加工後に、回転軸線に直交する方向に移動してねじ穴のねじ溝との係合が解除されるため、タップ工具を回転させることなく、ねじ穴から回転軸線方向に高速で引き抜くことが可能となり、加工開始点に戻る時間も含めた加工時間の短縮化を実現することができる。

【0003】

このようなタップ工具では、一般的な管用ねじのタップ工具のように、ねじ切りの終端部に、いわゆる、ストップマークを生じさせることはないものの、加工残余物としてのバリが生じやすく、また、逆回転させることなく引きぬくことができるため、図８に示すようにねじ切りの終端部６ＥにバリＢＵが残ることがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６７４２４６８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、上記事情を鑑み、タップ加工において、ねじ切りの終端部にバリが生じないようにできる穴加工方法の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明によれば、第１の軸線回りに回転し、被加工物に設けられた下穴にねじ溝を加工するための刃部を有するねじ部と、第１の軸線と下穴の中心軸線とを一致させた横断面視において、下穴との間に空間を形成する非係合部と、を備えたタップ工具を用いて行う穴加工において、下穴の中心軸線と第１の軸線とが一致する第１の状態において、タップ工具を回転させると共に被加工物の側へ前進させることによって下穴にねじ溝を加工することと、第１の軸線回りにタップ工具を回転させると共に、タップ工具を下穴の内部において第１の軸線に直交する方向の非係合部の側へ移動させることによって、タップ工具を該第１の状態からねじ部とねじ溝との係合が解除された第２の状態へ移行させることと、タップ工具を下穴の中心軸線の方向に沿って後退させ、ねじ穴から退避させることと、を含むことを特徴とする穴加工方法が提供される。

【0007】

本発明によれば、回転中心とされた第１の軸線回りに回転し、被加工物に設けられた下穴にねじ溝を加工するための刃部を有するねじ部と、第１の軸線と下穴の中心軸線とを一致させた横断面視において、下穴との間に空間を形成する非係合部と、を備えたタップ工具を用いて行う穴加工であって、下穴の中心軸線と第１の軸線とが一致する第１の状態において、タップ工具を回転させると共に被加工物の側へ前進させることによって下穴にねじ溝を加工することと、タップ工具が、下穴の内部において第１の軸線に直交する方向の非係合部の側に移動され、ねじ部とねじ溝との係合が解除された第２の状態において、タップ工具を下穴の中心軸線の方向に沿って後退させ、ねじ穴から退避させることと、を含むねじ穴の穴加工方法において、第１の状態において、タップ工具の外周形状に沿って第１の仮想円を画定し、第２の状態において、下穴の中心軸線と一致するタップ工具の第２の軸線を中心とする円であって、下穴の内径よりも小さく、かつ、第２の軸線と下穴の中心軸線とを一致させた横断面視において、タップ工具を内側に含むと共に刃部の近傍を通過する第２の仮想円を画定し、第１の仮想円と第２の仮想円との交点のうち、第２の状態における刃部から遠方側の交点となる回転用交点を演算し、回転用交点を通過し、第１の軸線に平行な第３の軸線回りにタップ工具を回転させることによって、タップ工具を第１の状態から第２の状態へ移行させると共に、ねじ溝の加工残余部分を加工することを更に含むことを特徴とする穴加工方法が提供される。

【0008】

さらに、本発明によれば、本発明に係る加工方法による加工を制御する制御装置であって、第１の軸線に対する回転用交点のタップ工具上における位置と、第１の状態から第２の状態へ移行する際の、タップ工具を回転させる角度と、をタップ工具毎に関連付けして記憶する記憶部を有する、制御装置が提供される。

【0009】

また、本発明によれば、本発明に係る制御装置と、タップ工具を保持して回転させる主軸と、第１の回転軸線の方向に沿って移動するＺ軸直動送り部と、第１の回転軸線と直交する方向に移動するＸ軸直動送り部、及び、第１の回転軸線とＸ軸直動送り部との両方に直交する方向に移動するＹ軸直動送り部によって主軸を被加工物に対して相対移動させる送り機構と、を有し、下穴にねじ溝を加工することは、主軸の回転と、Ｚ軸直動送り部の相対移動と、によって行われ、タップ工具の第１の状態から第２の状態への移行は、主軸を記憶部に記憶した角度で第１の軸線回りに回転させるのと同時に、Ｘ軸直動送り部及びＹ軸直動送り部を移動させることによって、回転用交点を中心とし、第２の仮想円と同じ半径の円弧の軌道に沿って移動させる、工作機械が提供される。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る加工方法によると、タップ工具が下穴の内部において回転されると共に第１の軸線に直交する方向に沿って非係合部側に移動されることによって、第１の状態からタップ工具のねじ部とねじ溝との係合が解除された第２の状態へ移行され、この状態から、タップ工具を下穴の中心軸線の方向に沿って移動し（後退させ）、ねじ穴から退避させることができる。これによって、タップ工具をねじ穴から高速で引き抜くことができる。また、第１の状態から第２の状態への移行は、第１の状態における第１の仮想円と第２の状態における第２の仮想円との交点となる回転用交点を通過し、第１の軸線に平行な第３の軸線回りにタップ工具を回転させることによっても行うことができる。このとき、タップ工具のねじ部の刃部は、円弧形状の軌道ＴＲに沿って移動させることができるため、第１の状態から回転を開始した直後の刃部は、ねじ穴の内周部を摺動するように移動させることができる。これによって、刃部は、ねじ溝の加工における残余部分（不完全ねじ部）となり得るバリを削り取ることができる。

【0011】

さらに、本発明に係る制御装置によると、加工を制御する制御装置は記憶部を有しており、回転用交点のタップ工具上における位置と、第１の状態から第２の状態へ移行する際のタップ工具を回転させる角度と、をタップ工具毎に関連付けして記憶させておく（格納しておく）ことができる。このため、タップ工具及びねじ穴の寸法に関係なく高速で穴加工を行うことができる。

【0012】

また、本発明に係る工作機械よると、タップ工具の第１の状態から第２の状態への移行は、タップ工具を保持する主軸を記憶部に記憶した角度で第１の軸線回りに回転させるのと同時に、Ｘ軸直動送り部及びＹ軸直動送り部を移動させることによって、回転用交点を中心とし、第２の仮想円と同じ半径の円弧の軌道に沿って移動させることができる。このため、第１の状態から回転を開始した直後の刃部を、ねじ穴の内周部に沿って摺動させることができ、刃部は、ねじ溝の加工におけるバリを削り取ることができる。また、工作機械が標準的に具備するＸ軸直動送り部及びＹ軸直動送り部を移動させることによって、刃部をねじ穴の内周部に沿って摺動させることができるため、汎用性の高い穴加工を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る加工方法で用いられる工作機械及び工作機械の主軸頭に装着されたよるタップ工具の正面図を示す。

【図2】図２は、図１のタップ工具の斜視図を示す。

【図3】図３は、図１のタップ工具の正面図を示す。

【図4】図４は、タップ工具及びタップ工具によって加工されるねじ穴の横断面図を示す。

【図5】図５は、図４に示されたタップ工具に作用する切削抵抗と、その主分力及び背分力と、を表示したタップ工具及びねじ穴の横断面図を示す。

【図6】図６は、図４の状態からタップ工具が回転移動した後のタップ工具及びねじ穴の横断面図を示す。

【図7】図７は、本発明の実施形態に係る加工方法によるタップ加工のフローチャートを示す。

【図8】図８は、タップ工具及びねじ穴のねじ切りの終端部にバリが生じている状態の横断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付図面を参照して、実施形態に係る加工方法、工作機械及び制御装置を説明する。同様な又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。理解を容易にするために、図の縮尺を変更して説明する場合がある。

【0015】

図１は、立形マシニングセンタとされた本発明に係る工作機械１００と、工作機械１００に装着され、本発明に係る加工方法による加工に用いられるタップ工具１０と、を示す。図中には、工作機械１００を水平面上に配置したときの機械前後方向及び機械上下方向を矢印で示す。図中のＹは、機械前後方向（Ｙ軸方向）を示しており、Ｚは、機械上下方向（Ｚ軸方向）を示す。また、ここでは、水平面において、Ｙ軸方向と直交する方向（図１の紙面に対して垂直な方向）を機械横方向（Ｘ軸方向）と称する。

【0016】

工作機械１００は、工場の床面に固定された基台としてのベッド１０２、ベッド１０２の上面においてＹ軸方向に移動可能に設けられ、非加工物としてのワーク８がクランプ固定されるＹ軸直動送り部としてのＹ軸スライダ１０４、及び、ベッド１０２の機械後方側（図１の右側）の上面から立設されたコラム１０８を備える。さらに、コラム１０８の前面においてＸ軸方向に沿って移動可能に設けられたＸ軸直動送り部としてのＸ軸スライダ１１０、Ｘ軸スライダ１１０に対してＺ軸方向に移動可能に設けられたＺ軸直動送り部としてのＺ軸スライダ１１２、及び、Ｚ軸スライダ１１２に固定され、主軸１１４を鉛直方向に沿った第１の軸線としての回転軸線Ｃｒを中心として回転可能に支持する主軸頭１１６を備える。工作機械１００が、このように構成されることによって、主軸頭１１６を、ワーク８に対して相対的に移動させ、かつ、位置決めすることができる。また、工作機械１００は、工作機械１００による加工を制御するための制御装置１２０及び図示しない自動工具交換装置を備える。制御装置１２０は、後述するようにタップ工具１０の回転中心の位置（回転軸線Ｃｒ）及び回転角を格納（記憶）するための記憶部１２２と、タップ工具１０の刃部１４ａ（図２参照）の向きを演算し、タップ工具１０における回転用交点としての退避回転中心Ｐｖの位置を演算するための演算部１２４と、を有する。

【0017】

工作機械１００は、タップ加工を、いわゆる同期タップ加工、すなわち、主軸１１４の回転とＺ軸方向の送りとを同期させた加工を実行する。本明細書では、タップ工具１０がタップ加工を実行するためのＺ軸方向の直線移動を前進移動とも称し、タップ工具１０をねじ穴６から引き抜くためのＺ軸方向の直線移動を後退移動とも称する。また、本実施形態において、主軸１１４の回転軸線Ｃｒとタップ工具１０の回転軸線Ｃｒとは、常に一致するため、本明細書では、これらに同一の符号を与える。

【0018】

本実施形態によるタップ工具１０の斜視図を図２に、正面図を図３に示す。また、ねじ穴を加工した直後のタップ工具１０及びねじ穴６を、図３の切断線Ａ－Ａ線に沿って切断した横断面図を図４に示す。タップ工具１０は、その回転軸線Ｃｒが、ワーク８に設けられた下穴６’の中心軸線Ｃ６に一致させた状態で、タップ加工、即ち下穴６’をねじ穴６にするための加工を行う。図４では、符号６ａで示される円が下穴６’及びねじ穴６の内径に対応し、符号６ｂで示される円がねじ穴６の谷の径、即ち、タップ工具１０の呼び径に対応する。また、図４には、主軸１１４の回転面上の回転角（位相角）を定義するための十字の基準線（以下、「原線」と称する）Ｌｏを示す。ここでは、横断面視で、基線の３時の方向における回転角を０度と定義し、６時、９時及び１２時の方向をそれぞれ回転角９０度、１８０度及び２７０度と定義する。

【0019】

図２及び図３に示すように、タップ工具１０は、基端側のシャンク部１１と、先端側の加工部１２と、を備える。加工部１２の先端にはテーパ部１３を備える。加工部１２は、回転軸線Ｃｒに対して非対称に形成されており、ねじ穴６のねじ溝を加工する複数の刃部１４ａを有する雄ねじ状のねじ部１４と、刃部１４ａによって加工されたねじ溝と係合する雄ねじ状のパッド部１５、１６と、加工中に下穴６’及びねじ穴６に接触しない非係合部１７と、を有する。ねじ部１４には、長手方向に所定のねじピッチで間隔をおいて配置された複数のねじ山が形成されており、刃部１４ａは、複数のねじ山の各々の回転方向前方側に設けられている。本実施形態では、タップ工具１０は、三角ねじのねじ溝を形成するためのものとされている。なお、ここでは、タップ工具１０は、三角ねじのねじ溝を形成するものとして説明するが、これに限らず、タップ工具は、台形ねじ、角ねじ等他の形状のねじを形成するものとされてもよい。

【0020】

従来の典型的なタップ工具では、例えば、切削のための刃部を有するねじ部は、４本の長手方向に延在する切削油流通用の溝を介して、タップ工具の周方向に沿って９０度の間隔で４つのねじ部が配置されている。これに対して、本実施形態によるタップ工具１０では、１つのねじ部１４だけが配置されている。図４に示されている実施例では、１つのねじ部１４は、概ね８時（１５０度）から９時（１８０度）の方向に配置されている。１つのねじ部１４の刃部１４ａは、その切削の原理が従来のタップ工具と同様であり、図５に示されるように、すくい面１４ｂを有する。このため、従来のタップ工具と同様にねじ溝を加工することができる。図５には、回転方向Ｔで回転するタップ加工中に、切削力に対する反力としてタップ工具１０の刃部１４ａの先端に作用する切削抵抗Ｒｃと、その背分力Ｒｂ及び主分力Ｒｐと、をベクトル表記で示す。

【0021】

図４に示されている本実施形態に係るタップ工具１０は、時計回りに回転するものとして構成されている。パッド部１５、１６は、ねじ部１４の回転方向後方側に形成されており、本実施形態では２つのパッド部として、第１のパッド部１５と、第２のパッド部１６と、が形成されている。第１のパッド部１５とねじ部１４との間には第１の溝１８が形成され、第１のパッド部１５と第２のパッド部１６との間には第２の溝１９が形成されている。第１のパッド部１５と第２のパッド部１６の回転方向前方側に形成された第１の溝１８と第２の溝１９とを介してパッド部１５、１６には切削液を効率よく供給することができる。これにより、パッド部１５、１６とワーク８の間の潤滑が良くなり、刃部１４ａで形成されたねじ溝の表面とパッド部１５、１６とが擦れることによって生じる損傷から、タップ工具１０及びワーク８を保護することができる。

【0022】

各パッド部１５、１６には、ねじ部１４と同様に雄ねじが形成されているものの、刃部１４ａは形成されていない。また、パッド部１５、１６の雄ねじの半径は、ねじ部１４の雄ねじの半径よりもわずかに小さく形成されているが、ねじ部１４の刃部１４ａによって形成されたねじ穴６のねじ溝に螺合できる程度の大きさに形成されている。

【0023】

図５に示されるように、パッド部１５、１６は、加工中に生じる切削抵抗Ｒｃをねじ穴６で受け止め、刃部１４ａが撓まないように設けられている。切削抵抗Ｒｃの作用する方向は、ねじ穴６に当接する（接触する）すくい面１４ｂの角度を変えることによって変化する。本実施形態では、主に第２のパッド部１６が、切削抵抗Ｒｃを受け止める役割を果たす。ここでは、第２のパッド部１６は、刃部１４ａに作用する切削抵抗Ｒｃの作用方向の延長線上に位置するように形成されている。切削抵抗Ｒｃによって、刃部１４ａが押圧された加工部１２は、切削抵抗Ｒｃの作用方向に沿って押し出される、このとき、押し出された加工部１２の第２のパッド部１６がねじ穴６のねじ溝に当接する。これによって、切削抵抗Ｒｃがねじ穴６に伝達され、第２のパッド部１６（加工部１２）は、ねじ穴６に支持されるため、刃部１４ａが撓むことを防止又は抑制することができる。

【0024】

図４に示されるように、非係合部１７は、湾曲した平滑な表面とされており、横断面視で点１７ａ及び点１７ｂを結ぶ曲線、本実施形態では、円弧状に形成されている。本実施形態によるタップ工具１０では、１つのねじ部１４だけが配置されているため、非係合部１７とねじ穴６の内径との間には空間２０が形成される。図６に示されるように、第１の状態であるねじ溝の加工が終了した状態において、ねじ切りの終端部６Ｅにおいて停止した穴底停止位置におけるねじ部１４（点線表示）は、タップ工具１０が、退避回転中心Ｐｖを通過し、回転軸線Ｃｒに平行な第３の軸線としての退避回転軸Ｃｖ回りに退避回転角θｓだけ時計回りに回転されることによって、ねじ部１４（実線表示）は、穴底停止位置から工具退避可能位置（リトラクト位置）へと回転移動される。このため、空間２０（図４参照）は、リトラクト位置へと回転移動されたねじ部１４、第１のパッド部１５及び第２のパッド部１６が、ねじ穴６と係合しない位置へと移動され、タップ工具１０を逆回転させることなく後退移動できる程度の大きさに形成されている。具体的には、ねじ穴６との関係から、十分な大きさの空間２０を形成することができるように、非係合部１７の形状が画定されている。なお、空間２０の大きさは、マージンをもって少し大きめに形成されてもよい。

【0025】

空間２０は、また、切削中には、刃部１４ａへ切削液を供給するための経路、及び、切削によって生じた切りくずを排出するための経路としての役割を有しており、加工面の品質を向上させ、工具寿命を延ばす効果を有する。さらに、非係合部１７の形状を、円弧状に形成することによって、タップ工具１０の横断面の面積を大きくする（タップ工具１０を太くする）ことができ、タップ工具１０の剛性を高くすることができる。なお、以下の説明では、非係合部１７の形状は、円弧状に形成されているとして説明するが、これに限らず、非係合部１７の形状は、所定の剛性が確保できる程度において横断面視で多角形状等の他の形状に形成されてもよい。

【0026】

図６において実線で示されるように、リトラクト位置へと回転され、ねじ部１４及びパッド部１５、１６とねじ溝との係合が解除されたタップ工具１０は、回転軸線Ｃｒ方向の後退移動によってねじ穴６から引き抜くことができる。従来のタップ工具では、ねじ溝との係合を解除できないため、タップ工具を逆回転させながら引き抜く必要がある。これに対して、本実施形態に係るタップ工具１０の引き抜きは、回転させることなく後退移動だけで引き抜くことができるため、高速で後退移動を行うことができる。

【0027】

ねじ溝の加工が終了し、ねじ切りの終端部６Ｅにおいて停止した穴底停止位置におけるタップ工具１０の向き（回転面上の位相角）は、ねじ穴６の深さが異なると加工に必要なタップ工具１０の回転数も異なるため、ねじ穴６毎に異なる。従って、タップ工具１０のねじ切りの終端部６Ｅの向き（回転面上の位相角）、退避回転軸Ｃｖ（退避回転中心Ｐｖ）の位置や退避回転軸Ｃｖ回りに横断面視で時計回りに退避回転角θｓだけ回転させた工具退避可能位置もねじ穴６毎（タップ工具１０毎）に異なる。このため、タップ工具１０は、加工開始点（図示省略）に位置決めされる際に、主軸１１４の原線Ｌｏに対して所定の位相角に設定される。これによって、演算部１２４は、この所定の位相角及び主軸１１４のモータのエンコーダの情報から、加工後の穴底停止位置におけるタップ工具１０の位相角（図４では、１５０度から１８０度の間）を算出し、算出されたタップ工具１０の位相角に基づいて退避回転角θｓを算出することができるように構成されている。

【0028】

タップ工具１０の回転移動は、以下のようにして行われる。図６に示されるように、ねじ溝の加工が終了した第１の状態において、タップ工具１０（図６中の点線）の外周形状に沿って第１の仮想円ＶＣ１を画定する。また、予定しているリトラクト位置へとタップ工具１０（図６中の実線）が回転された第２の状態において、下穴６’の中心軸線Ｃ６と一致する位置におけるタップ工具１０の軸線Ｃ２（第２の軸線）を中心とする第２の仮想円ＶＣ２を画定する。ここで、第２の仮想円ＶＣ２の半径は、下穴６’の内径よりも小さく、かつ、軸線Ｃ２と下穴６’の中心軸線Ｃ６とを一致させた横断面視において、タップ工具１０を内側に含むと共に刃部１４ａの近傍を通過するように設定される。このため、第１の仮想円ＶＣ１と第２の仮想円ＶＣ２は、２点（２箇所）で交差する。これらの交点のうち、第２の状態における刃部１４ａから遠方側にある交点を、タップ工具１０を第２の状態へ移行（回転）させるための中心（退避回転中心Ｐｖ）とする。第２の状態は、タップ工具１０の横断面形状と下穴６’との関係によって画定されるため、退避回転角θｓは、タップ工具１０の横断面形状により異なる。このため、退避回転角θｓは、タップ工具１０に関連付けて制御装置１２０の記憶部１２２に予め格納（記憶）しておくことができる。さらに、ねじ穴６、ねじピッチ、並びに、タップ工具１０毎に類型された穴底停止位置におけるタップ工具１０の位相角、ねじ切りの終端部６Ｅの位置（Ｘ座標及びＹ座標）も記憶部１２２に予め記憶される。なお、本実施形態では、第１の仮想円ＶＣ１と第２の仮想円ＶＣ２とは、タップ工具１０に対する円の中心の相対位置が同じ位置とされており、第１の仮想円ＶＣ１は、第１の状態での軸線Ｃ２を中心とした円とされている。また、直径は、第１の仮想円ＶＣ１及び第２の仮想円ＶＣ２と同じとされている。

【0029】

本実施形態に係る制御装置１２０を有する工作機械１００を用いて、本実施形態に係る加工方法によって行われるタップ加工の例を、図７に示すフローチャートに沿って以下に説明する。以下に説明するタップ加工は、制御装置１２０においてタップ工具１０毎に格納されたマクロプログラムが実行されることによって、工作機械１００が作動され、加工が行われる。なお、以下の説明では、タップ加工は、ねじの規格のねじの呼び毎に個別に用意されたマクロプログラムによって行われるとして説明するが、これに限らず、例えば、工作機械１００（制御装置１２０）に実装されたＭコードやＧコードによって指令すること等、他の態様で行われてもよい。

【0030】

最初に、被加工物を加工する加工プログラムが実行されており、該加工プログラム中のタップ加工を行う箇所には、所望のねじの呼びに対応したマクロプログラム番号が記述されている。ステップＳ１０では、制御装置１２０において、加工プログラム中のタップ加工のマクロプログラムが記述されている箇所まで実行されると、ねじの呼びに対応したマクロプログラム番号が指定され、所定のＺ軸方向の位置（高さ）にある加工開始点、ねじ穴６の深さ、主軸１１４の回転速度及び下穴６’の位置（Ｘ座標、Ｙ座標）を引数とするマクロプログラムが呼び出される。具体的には、例えば、加工プログラム中には、G65 P0061 X100 Y100 R-100 Z20 S100；と記述されている。ここで、G65がＮＣ（数値制御装置）の加工プログラムで用いられるマクロ呼び出し指令、Pが呼び出すマクロプログラム番号、Xが穴中心のＸ座標、Yが穴中心のＹ座標、RがＺ座標における加工開始点、Zがねじ加工を行うＺ座標方向の長さ、Sが主軸回転速度（図６参照）を示す。これらの引数は、後述するパラメタと異なり、工作機械１００のオペレータが所望の数値を指定するものである。このとき、呼び出されたマクロプログラムの処理を絶対座標系で取り扱うのか（例えば、G90：アブソリュート指令）又は、相対座標系で取り扱うのか（例えば、G91：インクレメンタル指令）は、制御装置１２０に設定されているモーダルの状態を取得して確認される。以下のマクロプログラムの処理（ステップ）は、座標値が絶対座標系による、又は、相対座標系によるかの違いであって、処理内容自体は同一とされている。

【0031】

次に、ステップＳ２０では、マクロプログラムにおいて、予め入力され、制御装置１２０の記憶部１２２に格納（記憶）されているパラメタを読み込む。パラメタは、具体的には、ねじ切りの終端部６Ｅの位置（Ｘ座標、Ｙ座標）、退避回転中心Ｐｖの位置（Ｘ座標、Ｙ座標）、退避回転角θｓ、ねじピッチ等である。これらのパラメタは、ねじの直径、ねじのピッチに応じて異なる値であるため、ねじの呼び毎に個別にパラメタを記憶しておく必要があり、本実施形態では、マクロプログラム毎に対応したパラメタが予め記憶されている。なお、これらのパラメタは、入力されるのではなく、予めマクロプログラム自体に直接書き込まれていてもよい。また、主軸１１４の回転速度及びねじピッチから、Ｚ軸方向（前進方向）の送り速度が算出される。

【0032】

次に、ステップＳ３０では、タップ工具１０を所定のＺ軸方向の位置（高さ）にある加工開始点に位置決めする（移動させる）。すなわち、タップ工具１０が装着された工作機械の主軸１１４の回転軸線Ｃｒとワーク８に設けられた（形成された）下穴６’の中心軸線Ｃ６とを一致させると共に、タップ工具１０の先端を加工開始点まで移動（下降）させ、位置決めする。このとき、主軸１１４の原線Ｌｏに対するタップ工具１０の位相角は所定の値に設定される。

【0033】

次に、ステップＳ４０では、主軸１１４の回転速度と算出した前進方向の送り速度をねじのピッチに応じて同期させて、同期タップ加工が行われる。タップ工具１０がＺ軸方向に所定の距離だけ移動して、指令されたねじ深さに達したなら、主軸１１４の回転と送り（前進移動）が停止する。これによって、ワークの下穴６’がねじ穴６に加工される。

【0034】

次に、ステップＳ５０では、タップ工具１０は、退避回転軸Ｃｖ回りに退避回転角θｓだけ回転される。具体的には、タップ工具１０は、主軸１１４を記憶部１２２に記憶した退避回転角θｓで回転軸線Ｃｒ回りに回転させるのと同時に、Ｘ軸スライダ１１０及びＹ軸スライダ１０４を移動させることによって、退避回転中心Ｐｖを中心とし、第２の仮想円ＶＣ２と同じ半径の円弧の軌道ＴＲに沿って第１の状態から第２の状態へと移行される（図６中の矢印Ｓ）。これによって、タップ工具１０のねじ部１４やパッド部１５、１６とねじ穴６のねじ溝との係合は完全に解除される。さらに、タップ工具１０は、退避回転軸Ｃｖ回りに退避回転角θｓだけ回転されることによって、その刃部１４ａは、円弧形状の軌道ＴＲに沿って移動するため、第１の状態から回転を開始した直後の刃部１４ａは、ねじ穴６の内周部を摺動するように移動する。これによって、刃部１４ａは、ねじ溝の加工における残余部分（不完全ねじ部）となり得るバリＢＵ（図８参照）を削り取る（加工する）ことができる。

【0035】

次に、ステップＳ６０では、タップ工具１０は、回転させることなく上方側へ加工開始点まで後退移動される。後退移動の際の主軸１１４のＺ軸方向の送り速度は、加工時、すなわち、前進移動の際の送り速度に比較して２倍以上高速にすることができる。これらのステップによって、一つのねじ穴６のタップ加工が完了する。

【0036】

本実施形態によると、タップ工具１０が下穴６’の内部において回転軸線Ｃｒに直交する方向に沿って非係合部１７側に移動されることによって、第１の状態からタップ工具１０のねじ部１４とねじ溝との係合が解除された第２の状態へ移行され、この状態から、タップ工具１０を下穴６’の中心軸線Ｃ６の方向に沿って移動し、ねじ穴６から退避させることができる。これによって、タップ工具１０をねじ穴６から高速で引き抜くことができる。また、第１の状態から第２の状態への移行は、第１の状態における第１の仮想円ＶＣ１と第２の状態における第２の仮想円ＶＣ２との交点となる退避回転中心Ｐｖを通過し、回転軸線Ｃｒに平行な退避回転軸Ｃｖ回りにタップ工具１０を回転させることによって行われる。このとき、タップ工具１０のねじ部１４の刃部１４ａは、円弧形状の軌道ＴＲに沿って移動させることができるため、第１の状態から回転を開始した直後の刃部１４ａは、ねじ穴６の内周部を摺動するように移動させることができる。これによって、刃部１４ａは、ねじ溝の加工における加工残余部分（不完全ねじ部）となり得るバリＢＵを削り取ることができる。タップ工具１０は下穴６’の内部において回転軸線Ｃｒに直交する方向（水平方向）に沿って非係合部１７側へ移動すると説明したが、ねじ溝は規格で定められた所定のねじピッチの螺旋であるため、退避回転軸Ｃｖ回りのタップ工具１０の回転動作の際に、ねじピッチに合せて回転軸線Ｃｒに平行な方向にタップ工具１０を前進移動させる動作が同期して行われている。

【0037】

また、本実施形態によると、加工を制御する制御装置１２０は記憶部１２２を有しており、退避回転中心Ｐｖのタップ工具１０上における位置と、第１の状態から第２の状態へ移行する際のタップ工具１０を回転させる退避回転角θｓと、をタップ工具１０毎に関連付けして記憶させておくことができる。このため、タップ工具１０及びねじ穴６の寸法に関係なく高速で穴加工を行うことができる。

【0038】

さらに、本実施形態によると、タップ工具１０の第１の状態から第２の状態への移行は、タップ工具１０を保持する主軸１１４を記憶部１２２に記憶した退避回転角θｓで回転軸線Ｃｒ回りに回転させるのと同時に、Ｘ軸スライダ１１０部及びＹ軸スライダ１０４を移動させることによって、退避回転中心Ｐｖを中心とし、第２の仮想円ＶＣ２と同じ半径の円弧の軌道ＴＲに沿って移動させることができる。このため、第１の状態から回転を開始した直後の刃部１４ａを、ねじ穴６の内周部に沿って摺動させることができ、刃部１４ａは、ねじ溝の加工におけるバリＢＵを削り取ることができる。また、例えば、工作機械１００の制御装置１２０が標準的に具備する円弧補完の指令等を用いてＸ軸スライダ１１０部及びＹ軸スライダ１０４を移動させることによって、刃部１４ａをねじ穴６の内周部に沿って摺動させることができるため、汎用性の高い穴加工を行うことができる。

【0039】

以上により、本実施形態に係る加工方法は、タップ加工において、ねじ切りの終端部にバリＢＵを生じさせないようにすることができる。

【0040】

なお、本実施形態のタップ工具１０は、２つのパッド部１５、１６を備えているとして説明したが、これに限らず、タップ工具は、パッド部を、１つ又は３つ以上備えてもよい。

【0041】

また、本実施形態のタップ工具１０は、第１のパッド部１５とねじ部１４との間に第１の溝１８を有するとして説明したが、これに限らず、パッド部とねじ部との間に溝を形成しない、従って、パッド部がねじ部に連続して形成されてもよい。

【0042】

さらに、本実施形態では、パッド部１５、１６はねじ部１４の半径よりもわずかに小さい半径を有するとして説明したが、これに限らず、パッド部の半径とねじ部の半径とが等しく形成されてもよい。

【符号の説明】

【0043】

６ ねじ穴
６’ 下穴
８ ワーク（被加工部）
１０ タップ工具
１４ ねじ部
１４ａ 刃部
１７ 非係合部
２０ 空間
１００ 工作機械
１０４ Ｙ軸スライダ（Ｙ軸直動送り部）
１１０ Ｘ軸スライダ（Ｘ軸直動送り部）
１１２ Ｚ軸スライダ（Ｚ軸直動送り部）
１１４ 主軸
１２０ 制御装置
１２２ 記憶部
１２４ 演算部
ＢＵ バリ（加工残余部分）
Ｃ２ 軸線（第２の軸線）
Ｃ６ 中心軸線
Ｃｒ 回転軸線（第１の軸線）
Ｃｖ 退避回転軸（第３の軸線）
Ｐｖ 退避回転中心（回転用交点）
ＶＣ１ 第１の仮想円
ＶＣ２ 第２の仮想円
θｓ 退避回転角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2023-01-19

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の軸線回りに回転し、被加工物に設けられた下穴にねじ溝を加工するための刃部を有するねじ部と、前記第１の軸線と前記下穴の中心軸線とを一致させた横断面視において、前記下穴との間に空間を形成する非係合部と、を備えたタップ工具を用いて行う穴加工において、
前記下穴の中心軸線と前記第１の軸線とが一致する第１の状態において、前記タップ工具を回転させると共に該被加工物の側へ前進させることによって前記下穴にねじ溝を加工することと、
前記第１の軸線回りに前記タップ工具を退避回転角だけ回転させると共に、前記タップ工具を前記下穴の内部において前記第１の軸線に直交する方向の前記非係合部の側へ移動させることによって、前記タップ工具を該第１の状態から前記ねじ部と前記ねじ溝との係合が解除された第２の状態へ移行させることと、
前記タップ工具を前記下穴の中心軸線の方向に沿って後退させ、ねじ穴から退避させることと、
を含むことを特徴とする穴加工方法。

【請求項2】

回転中心とされた第１の軸線回りに回転し、被加工物に設けられた下穴にねじ溝を加工するための刃部を有するねじ部と、前記第１の軸線と前記下穴の中心軸線とを一致させた横断面視において、前記下穴との間に空間を形成する非係合部と、を備えたタップ工具を用いて行う穴加工であって、
前記下穴の中心軸線と前記第１の軸線とが一致する第１の状態において、前記タップ工具を回転させると共に該被加工物の側へ前進させることによって前記下穴にねじ溝を加工することと、
前記タップ工具が、前記下穴の内部において前記第１の軸線に直交する方向の前記非係合部の側に移動され、前記ねじ部と前記ねじ溝との係合が解除された第２の状態において、前記タップ工具を前記下穴の中心軸線の方向に沿って後退させ、ねじ穴から退避させることと、
を含むねじ穴の穴加工方法において、
前記第１の状態において、前記タップ工具の外周形状に沿って第１の仮想円を画定し、
前記第２の状態において、前記下穴の中心軸線と一致する前記タップ工具の第２の軸線を中心とする円であって、前記下穴の内径よりも小さく、かつ、前記第２の軸線と前記下穴の中心軸線とを一致させた横断面視において、前記タップ工具を内側に含むと共に前記刃部の近傍を通過する第２の仮想円を画定し、
前記第１の仮想円と前記第２の仮想円との交点のうち、前記第２の状態における前記刃部から遠方側の交点となる回転用交点を演算し、
前記回転用交点を通過し、前記第１の軸線に平行な第３の軸線回りに前記タップ工具を回転させることによって、前記タップ工具を該第１の状態から該第２の状態へ移行させると共に、前記ねじ溝の加工残余部分を加工することを更に含むことを特徴とする、穴加工方法。

【請求項3】

前記タップ工具の前記下穴に挿入された深さから、前記下穴に前記ねじ溝を加工することを終了する際の、前記タップ工具の前記第１の軸線回りの回転面上における前記刃部の向きを演算することと、
前記タップ工具における前記回転用交点の位置を演算することと、を更に含む、請求項２に記載の穴加工方法。

【請求項4】

前記タップ工具の前記非係合部の形状は、横断面視で前記第１の仮想円及び／又は前記第２の仮想円に内接し、かつ、重なる円弧形状とされている、請求項２に記載の穴加工方法。

【請求項5】

請求項２から請求項４の何れか１項に記載の加工方法による加工を制御する制御装置であって、
前記第１の軸線に対する前記回転用交点の前記タップ工具上における位置と、
前記第１の状態から前記第２の状態へ移行する際の、前記タップ工具を回転させる角度と、を前記タップ工具毎に関連付けして記憶する記憶部を有する、制御装置。

【請求項6】

請求項５に記載の制御装置と、
前記タップ工具を保持して回転させる主軸と、
第１の回転軸線の方向に沿って移動するＺ軸直動送り部と、前記第１の回転軸線と直交する方向に移動するＸ軸直動送り部、及び、前記第１の回転軸線と前記Ｘ軸直動送り部との両方に直交する方向に移動するＹ軸直動送り部によって該主軸を前記被加工物に対して相対移動させる送り機構と、を有し、
前記下穴に前記ねじ溝を加工することは、前記主軸の回転と、前記Ｚ軸直動送り部の相対移動と、によって行われ、
前記タップ工具の前記第１の状態から前記第２の状態への移行は、前記主軸を前記記憶部に記憶した角度で前記第１の軸線回りに回転させるのと同時に、前記Ｘ軸直動送り部及び前記Ｙ軸直動送り部を移動させることによって、前記回転用交点を中心とし、前記第２の仮想円と同じ半径の円弧の軌道に沿って移動させる、工作機械。