JP6959117B2 - 加工用工具及び加工装置並びに加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、ベルト式無段変速機（ＣＶＴ）のプーリを加工する加工用工具及びこれを用いた加工装置並びにこれを用いた加工方法に関するものである。

ベルト式無段変速機（ＣＶＴ）のプーリは、高硬度で表面の加工精度が要求される回転体であり、このようなプーリを加工する場合、鍛造などにより生加工したワークを、熱処理したのち、旋盤等によって機械加工する。この機械加工時には、ワークを芯出し（センタ）してチャックに装着し、ワークを回転させながら、切削及び表面研削を行なう。

例えば上記機械加工時には、芯出したワークを回転させながら、まず、シーブ面をハードターニング加工によって切削加工し、次に、プーリの軸部の外周面をハードターニング加工によって切削加工し、その後、シーブ面等を、砥石等を用いて研削加工する。

一方、上記のハードターニング加工が点状のＣＢＮチップの切削刃によるポイント切削であるのに対して、幅のあるＣＢＮチップの切削幅を用いて広域に且つ凹凸の少ない切削を行なえるハードスカイビング加工（リードフリー加工とも呼ぶ）が開発されており、これによれば、送り速度を速くしても平滑な加工面を得られる（特許文献１）。

また、ハードターニング加工の場合もリードフリー加工の場合も、通常、シーブ面を切削加工するＣＢＮチップを専用のホルダに固定し、プーリの軸部外周面を切削加工するＣＢＮチップを専用のホルダに固定して、それぞれのホルダをホルダブラケットに取り付けて、このホルダブラケットをターレットに取り付けている。

特開２０１７−１９６６９２号公報

ところで、表面硬度の高いワークを高精度に切削加工する場合、切削時の主分力および送り分力が高いと、ターレットや工具ホルダのたわみや変形によって、加工面に逃げが生じるため、加工面のビビリやダレなどが生じて、寸法が追従しなくなったり、加工径が安定しなくなったりする不具合を招きやすく、これらの不具合の発生の抑制が求められる。

このような不具合は、上記のように、加工用工具がターレット⇔ホルダブラケット⇔ホルダ⇔ＣＢＮチップの４部品の多部品構造になっており、それぞれ部品の合せ部分で剛性低下が生じて撓みが発生するため、全体として変形が大きく生じやすいものと考えられる。
ハードスカイビング加工の場合、線接触で切削加工するため、切削時の主分力および送り分力が極めて高くなり、上記の不具合の発生がより顕著なものになる。

また、従来は、上記のようにシーブ面加工用ＣＢＮチップと軸部外周面加工用ＣＢＮチップとにそれぞれ違うホルダを使用しているため、工具切り替え時にターレット旋回を要している。
このため、加工時間を短縮できるリードフリー加工の場合、このターレット旋回時間分が生産効率を向上させる上で大きな課題になっている。

本発明はこのような課題に着目して創案されたもので、高硬度で表面の加工精度が要求されるＣＶＴ用プーリの加工において、生産性を向上させながら、所望の形状の平滑な加工面を得ることができるようにした、加工用工具及びこれを用いた加工装置並びにこれを用いた加工方法を提供することを目的としている。

（１）上記の目的を達成するために、本発明の加工用工具は、シーブ面と軸部外周面とを有する無段変速用プーリとしてのワークを加工する加工用工具であって、前記軸部外周面を切削するＣＢＮチップである第１切削刃と、前記シーブ面を切削するＣＢＮチップである第２切削刃と、前記第１切削刃及び前記第２切削刃が取り付けられ、刃物台に直接固定されるホルダとを備え、前記ホルダは、切削時に前記軸部外周面の方向を向く第１対向面と、切削時に前記シーブ面の方向を向く第２対向面と、前記第１対向面と前記第２対向面とが交叉する角部と、前記第１対向面における前記角部と隣接した個所に配置され前記第１切削刃を取り付ける第１取付部と、前記第２対向面における前記角部と隣接した個所に配置され前記第２切削刃を取り付ける第２取付部と、を有していることを特徴としている。
（２）前記ホルダは、ブロック状に形成され、前記ワークの側方に位置する前記刃物台に取り付けられる取付用基部と、前記取付用基部の一縁側に、前記取付用基部から突出し前記第１対向面と前記第２対向面と前記角部とを有する切削刃取付部と、を備え、前記取付用基部の他縁側であって前記切削刃取付部の前記第２対向面と反対側は、部分的に削ぎ落とされていることが好ましい。
（３）前記切削刃取付部の前記第２対向面の背後には、前記第２切削刃による背分力を加えるための補強肉部が形成されていることが好ましい。
（４）前記第１取付部と前記第２取付部とは、前記角部が延在する方向に沿って所定の間隔をあけて配置されていることが好ましい。
（５）前記第１切削刃及び前記第２切削刃は、幅広に切削を行なうハードスカイビング用の切削刃であることが好ましい。

（６）本発明の加工装置は、（１）〜（５）の何れか１項に記載された加工用工具が取り付けられた刃物台と、前記ワークが芯合わせされて取り付けられるワーク取付台と、を備えたことを特徴としている。

（７）本発明の加工方法は、（６）に記載された加工装置を用いて前記ワークを加工する加工方法であって、前記ワーク取付台に芯合わせされて取り付けられた前記ワークに対して、前記軸部外周面の前記シーブ面と離隔する側から接近する側へと、前記ワーク取付台の軸方向であるＺ軸方向に前記ホルダを移動させながら前記第１切削刃によって前記軸部外周面を切削する第１切削工程と、その後、前記第２切削刃が前記シーブ面の外周縁に達するように、前記Ｚ軸方向と直交するＹ軸方向に前記ホルダを移動させる中間工程と、その後、前記ワークに対して、前記シーブ面の外周縁から内周側へと、前記Ｙ軸方向に前記ホルダを移動させながら前記第２切削刃によって前記シーブ面を切削する第２切削工程と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、無段変速用プーリの軸部外周面を切削する第１切削刃とシーブ面を切削する第２切削刃とが何れも同一のホルダに取り付けられるので、加工用工具の構成部品点数を抑えることができ、工具の剛性を確保して撓みの発生を抑制することができる。このため、切削加工精度を向上させることができる。また、切削時の主分力および送り分力が極めて高いハードスカイビング加工用の切削刃を第１切削刃や第２切削刃に適用して、生産性を向上させながら、所望の形状の平滑な加工面を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る加工装置（ターレット旋盤）の要部を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る加工用工具の要部を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る加工用工具による切削加工時のホルダの動きを示す加工装置の要部正面図である。 本発明の一実施形態に係る加工用工具による切削加工時の切削刃の動きを示すワーク（プーリ）の正面図である。 本発明の一実施形態に係る加工用工具による切削加工時の切削刃の動きを示すワーク（プーリ）の平面図である。 本発明の一実施形態に係る加工用工具による切削加工時の切削刃の動きを示すワーク（プーリ）の斜視図である。

以下、図面を参照して本発明にかかる加工用工具及び加工装置並びに加工方法の実施形態を説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。かかる実施形態を部分的に用いて実施したり、一部を変更して実施したり、同等の機能を有する他の機構や装置に置き換えて実施したりすることができるものである。

〔加工装置の構成〕
まず、実施形態に係る加工装置を説明する。
図１に示すように、この加工装置は、旋回ターレットを有するターレット旋盤であり、旋盤のＺ軸（主軸）上に、クランプ装置１１とテールセンター（芯押しセンタ）１２とが互いに対向するように配置されてなるワーク取付台１０を備えている。また、Ｚ軸の側方（Ｙ軸方向）には、刃物台１３を有する旋回ターレット１４（ここでは、刃物台１３の一部のみ図示）が配置されている。

無段変速用プーリとしてのワーク２０Ｗは、加工対象のシーブ面２１Ｆを有する固定シーブ２１と、加工対象の軸部外周面２２Ｆを有するプーリ軸（軸部）２２とが一体になったものである。プーリ軸２２は固定シーブ２１のシーブ面２１Ｆ側に長く突出した第１軸部２３と、固定シーブ２１に対してシーブ面２１Ｆと反対側に短く突出した第２軸部２４とを有し、軸部外周面２２Ｆは図示しない可動プーリが軸方向に摺動する第１軸部２３に位置している。

ワーク２０Ｗは、第２軸部２４の先端部２４ａをクランプ装置１１にクランプされ、第１軸部２３の先端部２３ａをテールセンター１２に係止されて、ワーク２０Ｗの軸心が旋盤のＺ軸と一致するように配置されてワーク取付台１０に固定される。
ワーク取付台１０は固定されたワーク２０ＷをＺ軸周りに回転駆動する。刃物台１３を、旋盤のＺ軸方向、及び、旋盤のＺ軸に対して接近，離隔する方向（Ｙ軸方向）に移動させながら、刃物台１３に取り付けられた切削刃を、回転するワーク２０Ｗに当接させて切削を行なうようになっている。

〔加工用工具〕
加工用工具３０は、図１，図２に示すように、刃物台１３に固定されるホルダ３１と、ホルダ３１に固定された第１切削刃３２及び第２切削刃３３とを有している。第１切削刃３２は軸部外周面２２Ｆを切削する切削刃であり、第２切削刃３３はシーブ面２１Ｆを切削する切削刃である。

ホルダ３１は、鋼製であってブロック状（直方体のブロックの一部をそぎ落とした形状）に形成され、刃物台１３に取り付けられる取付用基部３１１と、この取付用基部３１１の一縁側から突出した切削刃取付部３１２とを有している。切削刃取付部３１２は、切削時に軸部外周面２２Ｆの方向を向く第１対向面３１３と、切削時にシーブ面２１Ｆの方向を向く第２対向面３１４と、第１対向面３１３と第２対向面３１４とが交叉する角部３１５と、を有している。

第１対向面３１３における角部３１５と隣接した個所には、第１切削刃３２を取り付ける第１取付部３２０が配置され、第２対向面３１４における角部３１５と隣接した個所には、第２切削刃３３を取り付ける第２取付部配置３３０が配置されている。

また、取付用基部３１１の他縁側であって切削刃取付部３１２の第２対向面３１４と反対側は、部分的に削ぎ落とされた肉削ぎ部３１６によって軽量化されている。
ただし、切削刃取付部３１２の第２対向面３１４と反対側（背後）には、肉削ぎ部３１６は設けられず、第２切削刃３３による背分力を加えるための補強肉部３１７が形成されている。

第１取付部３２０（第１切削刃３２）と第２取付部３３０（第２切削刃３３）とは、第１対向面３１３と第２対向面３１４とが交叉する角部３１５が延在する方向に沿って所定の間隔Ｌ（例えば２５ｍｍ）をあけて配置されている。また、ここでは、角部３１５が延在する方向における中間部３１８に対して、一側（図２の左側）に第１取付部３２０が配置され、他側（図２の右側）に第２取付部３３０が配置されている。

第１対向面３１３及び第２対向面３１４は何れも単純な平面ではなく、第１対向面３１３では、第１取付部３２０が形成される領域が取付用基部３１１から離隔する方向（切削時における軸部外周面２２Ｆの方向）に最も突出しており、第２対向面３１４では第２取付部３３０が形成される領域が切削時におけるシーブ面２１Ｆの方向に最も突出している。

第１切削刃３２及び第２切削刃３３は何れも、幅広に切削を行なうハードスカイビング用の切削刃であり、厚さを有する矩形のＣＢＮチップ（ＣＢＮ：Cubic boron nitride）により構成されている。また、第１切削刃３２及び第２切削刃３３は、第１取付部３２０及び第２取付部３３０の溝内に、刃先３２ａ，３３ａを傾斜させてボルトによって脱着可能に固定されている。また、刃先３２ａ，３３ａの先には、切り屑を受ける穴状の切り屑ポケット３２１，３３１が形成されている。

また、ホルダ３１には、第１対向面３１３の側から刃物台１３に直接当接する取付用基部３１１の底面部に亘ってボルト穴３１９が穿設されている。このボルト穴３１９は合計４個設けられ、刃物台１３に４点締めで直接固定される。なお、図２では、肉削ぎ部３１６のボルト穴３１９が切削刃取付部３１２の陰に隠れている。

〔加工方法〕
次に、この加工用工具３０を装備した加工装置による加工方法を説明する。
まず、ワーク取付台１０にワーク２０Ｗを芯合わせして取り付ける。そして、このワーク２０Ｗを回転させながら、まず、図３に矢印ａ１で示すように、軸部外周面２２Ｆをシーブ面２１Ｆと離隔する側から接近する側へと、ワーク取付台１０の軸方向であるＺ軸方向にホルダ３１を移動させながら第１切削刃３２によって軸部外周面２２Ｆを切削する（第１切削工程）。

その後、図３に矢印ａ２で示すように、第２切削刃３３がシーブ面２１Ｆの外周縁に達するように、ホルダ３１をＹ軸方向且つＺ軸方向に移動させる（中間工程）。
その後、図３に矢印ａ３で示すように、ワーク２０Ｗに対して、シーブ面２１Ｆの外周縁から内周側へと、Ｙ軸方向にホルダ３１を移動させながら第２切削刃３３によってシーブ面２１Ｆを切削する（第２切削工程）。

〔作用及び効果〕
本実施形態に係る加工用工具及び加工装置並びに加工方法は上述のように構成されているので、加工用工具がターレット⇔ホルダ⇔切削刃３２，３３（ＣＢＮチップ）の３部品と部品点数を削減することができ、部品の合せ部分での剛性低下を抑制することができ、撓みの発生を抑えることができる。

撓みの発生を抑えることで、切削加工精度を向上させることができる。また、切削時の主分力および送り分力が極めて高いハードスカイビング加工用の切削刃を第１切削刃３２や第２切削刃３３に適用して、生産性を向上させながら、所望の形状の平滑な加工面を得ることができる。

また、取付用基部３１１の他縁側が、部分的に削ぎ落とされた肉削ぎ部３１６によって軽量化されているので、ホルダ３１の重量を軽減することができる。
しかも、軽量化しながらも、切削刃取付部３１２の第２対向面３１４と反対側（背後）には、肉削ぎ部３１６は設けられず、補強肉部３１７が形成されているので、第２切削刃３３による背分力を確保することができる。

また、加工時の切削刃３２，３３の動きによる効果も得ることができる。
図４〜図６は、この切削加工の際の第１切削刃３２及び第２切削刃３３の動きを示す図であり、図４はワーク２０Ｗの正面図、図５はワーク２０Ｗの平面図、図６はワーク２０Ｗの斜視図である。

第１切削工程では、図４に矢印ａ１で示すように、第１切削刃３２は位置Ｐ１から位置Ｐ２へと、主としてＺ方向（Ｚ軸の一方向）に且つ僅かであるがＹ方向（Ｙ軸の一方向）に移動し、中間工程では、図４に矢印ａ２で示すように、第２切削刃３３は位置Ｐ３に達するようにＹ方向及びＺ方向に移動し、第２切削工程では、図４に矢印ａ３で示すように、第２切削刃３２は位置Ｐ３から位置Ｐ４へと、主としてＹ方向に且つ僅かであるがＺ方向移動する。

このように、Ｚ軸方向にもＹ軸方向にも一方向に移動して切削加工を行うので、円滑に短時間に加工を行え、切削刃３２，３３の動きが安定するため、加工精度も確保し易い。

第１取付部３２０（第１切削刃３２）と第２取付部３３０（第２切削刃３３）とは所定間隔Ｌで配設されているので、切削刃３２，３３どうしの干渉を回避することができ、この所定間隔Ｌを小さくする（ここでは、２５ｍｍ）ことによって、一層、円滑且つ短時間に加工を行うことができる。

また、第１切削工程においては、Ｚ方向への移動のみでも加工はできるが、Ｙ方向への移動も加えるため、刃先３２ａの一部への負荷の集中を回避することができ、刃先３２ａの偏摩耗を抑制することができる。

〔その他〕
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲でかかる実施形態を種々変更して実施することができる。
例えば、上記の実施形態では、切削刃３２，３３にハードスカイビング加工用の切削刃を適用しているが、ハードターニング加工用の切削刃を適用してもよい。

また、上記実施形態では、旋回ターレット１４の刃物台１３に加工用工具２０を固定しているが、旋回ターレット式ではない刃物台に加工用工具２０を固定して用いてもよい。
また、上記実施形態におけるホルダ３１の移動（切削刃３２，３３の移動）や切削箇所は一例であり、例えば、切削対象の軸部外周面２２Ｆとしては図示するものに限らない。

１０ ワーク取付台
１１ クランプ装置
１２ テールセンター（芯押しセンタ）
１３ 刃物台
１４ 旋回ターレット
２０Ｗ ワーク（無段変速用プーリ）
２１ 固定シーブ
２１Ｆ シーブ面
２２ プーリ軸（軸部）
２２Ｆ 軸部外周面
２３ 第１軸部
２３ａ 第１軸部２３の先端部
２４ 第２軸部
２４ａ 第２軸部２４の先端部
３０ 加工用工具
３１ ホルダ
３２ 第１切削刃
３２ａ 第１切削刃３２の刃先
３３ 第２切削刃
３３ａ 第２切削刃３３の刃先
３１１ 取付用基部
３１２ 切削刃取付部
３１３ 第１対向面
３１４ 第２対向面
３１５ 角部
３１６ 肉削ぎ部
３１７ 補強肉部
３１８ 角部３１５の延在方向の中間部
３１９ ボルト穴
３２０ 第１取付部
３３０ 第２取付部

Claims (7)

1. シーブ面と軸部外周面とを有する無段変速用プーリとしてのワークを加工する加工用工具であって、
   前記軸部外周面を切削するＣＢＮチップである第１切削刃と、
   前記シーブ面を切削するＣＢＮチップである第２切削刃と、
   前記第１切削刃及び前記第２切削刃が取り付けられ、刃物台に直接固定されるホルダとを備え、
   前記ホルダは、
   切削時に前記軸部外周面の方向を向く第１対向面と、
   切削時に前記シーブ面の方向を向く第２対向面と、
   前記第１対向面と前記第２対向面とが交叉する角部と、
   前記第１対向面における前記角部と隣接した個所に配置され前記第１切削刃を取り付ける第１取付部と、
   前記第２対向面における前記角部と隣接した個所に配置され前記第２切削刃を取り付ける第２取付部と、を有している
   ことを特徴とする、加工用工具。
2. 前記ホルダは、ブロック状に形成され、前記ワークの側方に位置する前記刃物台に取り付けられる取付用基部と、前記取付用基部の一縁側に、前記取付用基部から突出し前記第１対向面と前記第２対向面と前記角部とを有する切削刃取付部と、を備え、前記取付用基部の他縁側であって前記切削刃取付部の前記第２対向面と反対側は、部分的に削ぎ落とされている
   ことを特徴とする、請求項１に記載された加工用工具。
3. 前記切削刃取付部の前記第２対向面の背後には、前記第２切削刃による背分力を加えるための補強肉部が形成されている
   ことを特徴とする、請求項２に記載された加工用工具。
4. 前記第１取付部と前記第２取付部とは、前記角部が延在する方向に沿って所定の間隔をあけて配置されている
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載された加工用工具。
5. 前記第１切削刃及び前記第２切削刃は、幅広に切削を行なうハードスカイビング用の切削刃である
   ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載された加工用工具。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載された加工用工具が取り付けられた刃物台と、
   前記ワークが芯合わせされて取り付けられるワーク取付台と、を備えた
   ことを特徴とする、加工装置。
7. 請求項６に記載された加工装置を用いて前記ワークを加工する加工方法であって、
   前記ワーク取付台に芯合わせされて取り付けられた前記ワークに対して、前記軸部外周面の前記シーブ面と離隔する側から接近する側へと、前記ワーク取付台の軸方向であるＺ軸方向に前記ホルダを移動させながら前記第１切削刃によって前記軸部外周面を切削する第１切削工程と、
   その後、前記第２切削刃が前記シーブ面の外周縁に達するように、前記Ｚ軸方向と直交するＹ軸方向に前記ホルダを移動させる中間工程と、
   その後、前記ワークに対して、前記シーブ面の外周縁から内周側へと、前記Ｙ軸方向に前記ホルダを移動させながら前記第２切削刃によって前記シーブ面を切削する第２切削工程と、を有する
   ことを特徴とする、加工方法。

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