切りくず誘導機能付き切削工具およびその切削加工方法
【課題】 詰まりを生じることなく、切りくずのカールを矯正できて、さらに切りくずを所望の方向に矯正して誘導することができる切削工具、およびその切削加工方法を提供する。
【解決手段】 この切削工具１は、すくい面４に、切れ刃稜線５から延びて切りくず１０を案内する誘導溝７を有する。この誘導溝７は、溝幅が切りくず１０の幅よりも狭く、切りくず１０のすくい面側の一部を入り込ませて切りくず１０を案内する。すくい面４に、さらにカバー４を設けても良い。誘導溝７の代わりに、誘導突条を設けても良い。
【解決手段】 この切削工具１は、すくい面４に、切れ刃稜線５から延びて切りくず１０を案内する誘導溝７を有する。この誘導溝７は、溝幅が切りくず１０の幅よりも狭く、切りくず１０のすくい面側の一部を入り込ませて切りくず１０を案内する。すくい面４に、さらにカバー４を設けても良い。誘導溝７の代わりに、誘導突条を設けても良い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、旋削加工等を行う切りくず誘導機能付き切削工具およびその切削加工方法、特に、延性の高い材料に適した切削工具およびその切削加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、工業製品の大量生産、高性能化に伴い、切削加工においても高効率化、高精度化が求められている。これらの要求を実現するために、切りくずの適切な処理や、切削速度の増加が必要とされる。旋削加工において、切りくずの処理性、工具寿命、切削抵抗、加工精度は、被削性４項目と呼ばれ、それぞれを改善するための工夫がなされてきた。その中で、切りくずの処理性の悪さは、切りくずの絡みつき等のため、自動化を阻害する最大の要因である。
【０００３】
切りくずの処理性の改善のために、一般的には、切りくずのカールを強めて破壊，分断させるチップブレーカが使用される（例えば、非特許文献１）。この他に、切削工具のすくい面にカバーやパイプ等で切りくずの中空誘導路を形成するものが提案されている（例えば特許文献１）。突き切りバイトにおいては、すくい面に、切りくずを全幅に渡って内部に通す誘導溝を設けたものも提案されている（上記非特許文献１）。また、座繰り加工用の切削工具においては、すくい面の中央に切れ刃稜線に至る稜線部を設け、切りくずのロール化を防止することが提案されている（特許文献２）。
【０００４】
また、切削抵抗の減少のためには、切りくずを引っ張りながら旋削加工を行う手法が提案されている（非特許文献２）。切削加工の高能率化のために、切削速度を増加させた場合、切削熱が増大するため、工具寿命が減少し、仕上げ面性状の悪化を引き起こす。対策としては、切削油を使用することが挙げられるが、環境に対して悪影響を及ぼすことが問題となっている。上記の切りくずを引っ張りながら旋削加工を行う手法は、切削抵抗、切削熱を減少することによって工具摩耗を減少する手法として、効果的な手法と考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５２−１４２３７９号公報
【特許文献２】特開平７−２３７００５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ツールエンジニア編集部編著「ＮＣ工作機械活用マニュアル」株式会社大河出版、１９９０年９月１０日、ｐ９４〜９５
【非特許文献２】中山一雄：切削中に切りくずに加える張力の影響, 精密機械, 30-1(1964) pp.46-52.
【非特許文献３】社本英二，他2 名：楕円振動切削加工法( 第1 報) −加工原理と基本特性, 精密工学会誌, 62-8 (1996) pp.1127-1131.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
チップブレーカを使用する場合、切りくずがある程度の脆弱性を持ち、切りくずが流出する力を利用して切りくずの曲げによる破壊、分断を生じさせる必要がある。このため、プレス鋼や耐熱合金などのような延性の高い材料に対しては機能しない場合が多く、切りくずの絡みつきや仕上げ面の損傷を引き起こしている。また、チップブレーカが機能する場合にも、周期的な切削抵抗の変動を生じるため、振動問題を引き起こしたり、加工精度を低下させる可能性がある。
【０００８】
切削工具のすくい面に、カバーやパイプ等により中空誘導路を形成するものや、切りくずを内部に通す誘導溝を設けるものは、常に、切りくずが同じ幅で、同じ方向に、かつ強いカールを生じずに流出するとすれば、効果的な手法となる。しかし、切りくずの幅、方向、カールは切削条件によって変わる。その切りくず幅の変動を許容するために、中空誘導路や誘導溝の幅を広くした場合、切りくずが中でカールして中空誘導路や誘導溝の内壁面に角度を持って当たり、引っ掛かりを生じる。また、流出方向が中空誘導路や誘導溝の方向から大きくずれたり、強いカールを生じると、中空誘導路や誘導溝の入口付近において引っ掛かりを生じる。そのため、切りくずの詰まりが発生し、実用化が困難である。
【０００９】
すくい面の中央に稜線部を設けるものは、座繰り加工という限られた加工において、切りくずのロール化防止に効果的となる手法であり、一般的な旋削においては適用できない。すなわち、もともとの切りくず流出方向と切りくず幅、さらに切りくずの発生位置が決まっている加工であって、その切りくずの中央に、その切りくず流出方向に沿って切れ刃稜線に至る稜線部を設ける形状であるため、加工条件によって切りくず流出方向と切りくず幅、さらに切りくずの発生位置が変化する一般的な旋削では機能しない。
【００１０】
通常の切削において、切りくずは螺旋を描きながら流出して行く。これは切りくず生成時に横向きカール，上向きカールが発生するためである。上向きカールは、すくい面に垂直な向きのカールであり、切りくずと工具のすくい面との摩擦による，切りくずのすくい面付近の２次流れによって発生する。横向きカールは、すくい面と平行な向きのカールであり、切りくず生成時における切りくずの自由表面側の横流れが原因となって発生する。これら各方向のカールと流出方向とが組合わさって切りくずの流出経路が定まる。このように、それぞれのカールは異なる原因によって発生するため、切りくずのカールを矯正するためには、上向きカール、横向きカールのそれぞれについて対処しなければならない。また、切りくずの流出経路を規制するためには、各方向のカールと共に、流出方向を規制する必要がある。
【００１１】
一方、切りくずを引っ張りながら加工を行う手法は、基礎研究としては、切削抵抗を減少する効果が示されているが、実用的に切りくずを引っ張る方法がないため、長年にわたって実用化されていない。
切りくずを引っ張る手段として、例えば切りくずを挟み付けて送るローラを設けたとしても、切りくずの発生初期に、切りくずの先端をローラに導くには、切りくずの流出経路を規制しなければ、ローラで切りくずの先端を捕らえることができず、実用化できない。切りくずは、カールを生じ、また流出方向も切削条件等によって変わるため、その流出経路の規制が困難である。
【００１２】
高延性の切りくずを分断せずに所望の位置に導くことができれば，単に連続的な切りくず処理だけでなく、切りくずに張力を与えて切削する手法が実現でき、切削抵抗、動力、熱等を減少させ、被削性全般を向上させて、切削効率の向上や、工具寿命の延長を同時に実現することができる。
【００１３】
この発明の目的は、詰まりを生じることなく、横向きカールを矯正できて、切りくずを所望の方向に誘導することができる切りくず誘導機能付き切削工具および切削方法を提供することである。
この発明の他の目的は、切削条件や切削部位が種々変わっても、誘導溝による切りくずの確実な案内を可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、切れ刃稜線から遠くまで所望の箇所に切りくずの確実な案内を可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、張力を付与しながら切削が行えて、切削抵抗、動力、熱等を減少させて、切削効率の向上や、工具寿命の延長が図れ、かつ引張力付与手段への切りくずの案内を容易とすることである。
この発明のさらに他の目的は、切りくずの上向きカールを矯正可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明の切りくず誘導機能付き切削工具は、すくい面に、このすくい面の縁の切れ刃稜線またはこの切れ刃稜線の近傍から切れ刃稜線に対して遠ざかる方向に線状に延びて切りくずを案内する誘導形状部を設け、この誘導形状部は、幅が切りくずの幅よりも狭くすくい面に対して凹または凸となる部分であって、すくい面上に流出する切りくずの一部を、この切りくずの生成過程で塑性変形させその塑性変形部分に嵌まり合って切りくずを案内するものとする。すなわち、上記誘導形状部は、幅が切りくずの幅よりも狭くすくい面に対して凹または凸となる部分であって、切れ刃稜線の近傍で塑性変形をうけてすくい面上に切りくずとして流出する材料の一部を、その凹または凸形状とは逆の凸または凹形状に塑性変形させその塑性変形部分に嵌まり合って切りくずを案内するものである。
上記誘導形状部は、溝であっても突条であっても良い。すなわち、誘導溝であっても誘導突条であっても良い。誘導溝の場合、切りくずのすくい面との接触面に生じさせた突形状の塑性変形部分を入り込ませて切りくずを案内する。誘導突条の場合、切りくずのすくい面との接触面に生じさせた溝状の塑性変形部分に嵌まり込んで切りくずを案内する。
【００１５】
この構成の切削工具によると、切りくず幅よりも狭い凹または凸形状の誘導形状部を設けたため、切れ刃先端部（切れ刃稜線近傍）で切りくずが生成される際に、切りくずのすくい面との接触面の一部が、誘導形状部によって塑性変形させられる。この塑性変形部分が誘導形状部に嵌まり合うことにより、切りくずが案内されて、切りくずの流出方向が矯正され、かつ切りくずの横向きカールが矯正される。誘導形状部が溝の場合は、切りくずのすくい面との接触面に突形状の塑性変形部分を生じさせ、この突形状の塑性変形部分を入り込ませて切りくずを案内する。誘導形状部が突条の場合は、切りくずのすくい面との接触面に溝状の塑性変形部分を生じさせ、この溝状の塑性変形部分に嵌まり込んで切りくずを案内する。
上記誘導形状部は、切りくずのすくい面側に塑性変形部を生じさせ、互いに嵌まり合い状態として案内するものであるため、流出方向の矯正、およびカールの矯正が行われ、そのため、切りくずの幅が種々変わっても、円滑な案内が可能となる。
従来の孔やカバー等のような中に通す誘導路では、切りくずの流出方向を規制しないまま、切りくずの先端が誘導路内に進入しようとするため、誘導路の入口から外れて誘導されなかったり、また内壁面に角度を持って当たり、詰まりを生じ易いと考えられる。切削条件を変えると一般に流出方向が変化するため、目的の方向に導くことができず、上記の入口からの外れや角度を持った当たりが生じる。また、切りくずが誘導路内でカールして内壁面に当たることによっても、詰まりが生じる。
これに対して、上記誘導形状部によると、嵌まり合い状態で案内するため、単なる誘導ではなく、切りくずの流出方向の矯正とカールの矯正が行われ、そのため、詰まりのない円滑な案内が行える。なお、誘導形状部による切りくずの塑性変形は、切りくず生成のための塑性変形の一部として行われ、切りくずの流出を妨げるものではない。また、円滑な案内を行うにつき、切りくず幅と誘導形状部の幅（溝幅や突条幅）との適切な関係が限られるが、誘導形状部の幅に対して、円滑な案内が可能となる切りくずの許容幅が、中を通す誘導路に比べて広い。
このように流出方向が矯正され、かつ横向きカールが矯正されるため、切りくずを所望の方向に誘導することができる。このため、プレス鋼、耐熱合金、軟質アルミ等のような延性の高い材料のように、チップブレーカが機能しない材質の場合にも、連続的な切りくず処理が可能となる。切りくずの処理性が向上することで、上記延性材料に対する自動化が促進し、歩留りが向上し、さらに加工精度が向上する。また、切りくずに張力を与えて加工する方法が実現可能となる。
なお、上記誘導溝や誘導突条等の誘導形状部は、切れ刃稜線から形成しても良いが、切れ刃稜線には形成せず、切れ刃稜線の近傍から延びるように形成する方が、誘導形状部によってワークの仕上げ面を劣化させることが回避される点で好ましい。誘導溝の深さや、誘導突条の高さは、切れ刃稜線から遠ざかるに従って徐々に高くまたは深くなり、一定深さ，一定高さとなってさらに延びるようにすることが好ましい。
【００１６】
この発明の切削工具において、上記誘導溝や誘導突条等の誘導形状部を、上記すくい面に複数条並べて設けても良い。なお、複数条並べて設けた場合、１条の誘導形状部の幅を切りくずの幅よりも狭くするが、複数条の誘導形状部が並んだ誘導形状部群の幅は、切りくずの幅よりも広くてもよい。
切れ刃稜線のどの箇所から切りくずが延びるかは、切削条件によってかわることがある。そのため、誘導溝等の誘導形状部が１条であると、切りくずが誘導形状部で案内できない場合があるが、誘導形状部が複数条並べて設けられていると、いずれかの誘導形状部が切りくずに対して適切な位置となって効果的に案内することになり、誘導形状部による切りくずの確実な案内が行える。
【００１７】
この発明の切削工具において、上記すくい面を覆って上記すくい面との間に切りくずが通過する誘導路を形成するカバーを設けても良い。
ワークの各方向の面を連続して加工する場合などは、切削工具とワーク表面との角度の関係等が種々変わり、誘導溝だけでは確実には誘導できないときがある。このような場合に、上記カバーが設けられていると、より確実に誘導することができる。誘導溝による矯正のうえで、カバーにより規制するため、カバーのみで案内するものと異なり、切りくず流出方向の変化や誘導路内での切りくずのカールによる詰まりが防止される。
【００１８】
この発明の切削工具において、上記誘導溝等の誘導形状部よりも切れ刃稜線から遠くに位置して、内部が切りくずの通る誘導路となる誘導路形成部材を設けても良い。
誘導溝等の誘導形状部による案内は、すくい面に沿った案内であるため、切れ刃稜線から遠くになると案内できないが、上記誘導路形成部材を設けることで、切れ刃稜線から遠くまで所望の箇所に切りくずを確実に案内することができる。
【００１９】
この発明の切削工具において、シャンク部に、切れ刃稜線から延びて上記誘導溝等の誘導形状部で案内される切りくずを、切れ刃稜線から遠ざかる方向に引っ張る引張力付与手段を設けても良い。
引張力付与手段を設けて切りくずに張力を与えながら切削することにより、切削抵抗、動力、熱等を減少させ、被削性全般を向上させて、切削効率の向上や、工具寿命の延長を同時に実現することができる。この引張力付与手段を切削工具のシャンク部に設ければ、刃物台や工具ホルダに設ける場合に比べて、切れ刃稜線のより近くへ引張力付与手段を配置することが容易で、流出する切りくずを引張力付与手段へ案内し易く、特に、切りくずの先端を引張力付与手段で捕捉することが容易となる。
【００２０】
この発明の切削工具において、上記すくい面を、切れ刃稜線に垂直な断面の形状が凸曲線となる凸曲面としても良い。この場合に、上記誘導溝や誘導突条等の誘導形状部を設けると共に上記凸曲面としても良く、また上記誘導形状部を設けずに、上記凸曲面としても良い。誘導形状部を設けずに上記凸曲面としたものが、請求項９記載の切りくずの上向きカール抑制機能付き切削工具となる。
すくい面を上記凸曲面とした場合、切りくずがすくい面の凸曲面にならい、上向きカールが抑制される。通常の工具では、すくい面を凹曲面として上向きカールを積極的に生じさせるが、これとは逆に、凸曲面として上向きカールをなくすものである。凸曲面とするため、稜線を設けるものと異なり、旋削一般に適用できる。なお、上向きカールは、切りくずの所望位置への誘導の上で比較的影響が小さいため、特に必要な場合に凸曲面とすれば良い。
【００２１】
この発明の切削方法は、切削工具として、すくい面の縁の切れ刃稜線またはこの切れ刃稜線の近傍から延びる溝または突条からなる誘導形状部をすくい面に有する工具を用い、切りくずの幅が上記誘導形状部の幅よりも広くなり、すくい面上に流出する切りくずのすくい面との接触面に、この切りくずの生成時に前記誘導形状部で塑性変形部分を生じさせ、この塑性変形部分が前記誘導形状部と嵌まり合って案内させるように切削することを特徴とする。
この切削方法によると、この発明の切削工具につき説明したと同様に、詰まりを生じることなく、横向きカールが矯正され、さらに切りくずを所望の方向に矯正して誘導することができる。
この発明の切削方法は、回転するワークに切削工具を当てて切削する旋削に限らず、フライス等による切削や、ドリル等の回転工具による切削にも適用することができる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明の切りくず誘導機能付き切削工具は、すくい面に、このすくい面の縁の切れ刃稜線またはこの切れ刃稜線の近傍から切れ刃稜線に対して遠ざかる方向に線状に延びて切りくずを案内する誘導形状部を設け、この誘導形状部は、幅が切りくずの幅よりも狭くすくい面に対して凹または凹となる部分であって、すくい面上に流出する切りくずの一部を、この切りくずの生成時に塑性変形させその塑性変形部分に嵌まり合って切りくずを案内するものとしたため、詰まりを生じることなく、横向きカールを矯正できて、さらに切りくずを所望の方向に矯正して誘導することができる。
【００２３】
上記誘導形状部を、上記すくい面に複数条並べて設けた場合は、誘導形状部による切りくずのより確実な案内が可能となる。
上記すくい面を覆って上記すくい面との間に切りくずが通過する誘導路を形成するカバーを設けた場合は、誘導溝等の誘導形状部による切りくずのより一層確実な案内が可能となる。
上記誘導溝等の誘導形状部よりも切れ刃稜線から遠くに位置して、内部が切りくずの通る誘導路となる誘導路形成部材を設けた場合は、切れ刃稜線からより遠くまで、所望の箇所に切りくずの確実な案内が可能となる。
シャンク部に、引張力付与手段を設けた場合は、張力を付与しながら切削が行えて、切削抵抗、動力、熱等を減少させて、切削効率の向上や、工具寿命の延長が図れ、かつ切りくず処理手段への切りくずの案内が容易となる。
上記すくい面を、切れ刃稜線に垂直な断面の形状が凸曲線となる凸曲面とした場合は、切りくずの上向きカールが矯正される。
【００２４】
この発明の切削加工方法は、切削工具として、すくい面の縁の切れ刃稜線またはこの切れ刃稜線の近傍から延びる溝または突条からなる誘導形状部をすくい面に有する工具を用い、切りくずの幅が上記誘導形状部の幅よりも広くなり、すくい面上に流出する切りくずのすくい面との接触面に、この切りくずの生成時に前記誘導形状部で塑性変形部分を生じさせ、この塑性変形部分が前記誘導形状部と嵌まり合って案内させるように切削する方法であるため、詰まりを生じることなく、横向きカールを矯正できて、さらに切りくずを所望の方向に矯正して誘導することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（Ａ）はこの発明の一実施形態に係る切りくず誘導機能付き切削工具を用いた工作機械の概念構成を示す説明図、（Ｂ）はその切削工具の先端の斜視図、（Ｃ）は同切削工具のチップとカバーを示す正面図である。
【図２】同切削工具の斜視図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ同切削工具のチップの各例の平面図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ同切削工具の誘導溝を示す拡大断面図である。
【図５】同切削工具にカバーを設けた状態の斜視図である。
【図６】同カバーとチップを示す正面図および破断平面図である。
【図７】同切削工具に引張力付与手段を設けた状態の斜視図である。
【図８】同切削工具の誘導溝変形例となるチップとカバーの正面図である。
【図９】同切削工具に誘導路形成部材を設けた例の破断平面図である。
【図１０】同切削工具の誘導溝に係る試験方法の説明図である。
【図１１】同試験の各試験条件を示す図表である。
【図１２】同切削工具の試験方法を示す他の説明図である。
【図１３】同試験の試験結果を示す図表である。
【図１４】同試験の試験結果を示す写真である。
【図１５】同切削工具の上向きカールの試験における試験方法の説明図である。
【図１６】同試験方法の他の説明図である。
【図１７】同試験の試験結果を示すグラフである。
【図１８】切りくず引っ張り切削に係るシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１９】すくい角を異ならせた同シミュレーションの結果を示すグラフである。
【図２０】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれこの発明の他の実施形態に係る切りくず誘導機能付き切削工具におけるチップの各例の平面図である。
【図２１】（Ａ）は図１０（Ａ）の実施形態の切削工具の部分拡大断面図、（Ｂ）同切削工具における誘導突条とチップとの関係を断面で示す説明図である。
【図２２】同切削工具を用いた他の工作機械の概念構成を示すブロック図である。
【図２３】同工作機械の工作機械本体となる旋盤の正面図である。
【図２４】同工作機械本体の平面図である。
【図２５】同切削工具を用いたさらに他の工作機械の要部を示す概念構成の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図２２と共に説明する。図１は、切りくず処理機能付き工作機械の概要を示す。この工作機械は、回転するワークＷに切削工具１を当てて切削する工作機械であって、ワ−クＷから続いて切削工具１の切れ刃稜線５から流出する切りくず１０に引っ張り力を与える引張力付与手段１１と、この引張力付与手段１１に対して切りくず１０を誘導する切りくず誘導手段６と、引張力付与手段１１を通過した切りくず１０を処理する切りくず処理手段１２とを備える。また、引張力付与手段１１と切りくず処理手段１２との間に、内部に切りくず１０を通して案内するパイプ等の誘導路（図示せず）が設けられている。切りくず処理手段１２は、切りくず１０を裁断するか、または巻き取る処理を行う装置である。
ワークＷは、主軸１４により回転させられ、切削工具１は、直交２軸方向に移動可能な刃物台１５に取付けられる。引張力付与手段１１は、切削工具１に設けられ、または切削工具１の近傍に設けられる。
【００２７】
切削工具１は、上記切りくず誘導手段６が設けられた切りくず誘導機能付き切削工具とされる。切りくず誘導手段６は、すくい面４に設けた誘導形状部である誘導溝７と、すくい面７に被せたカバー８とでなる。なお、カバー８は、必ずしも設けなくても良い。
【００２８】
この切削工具１は、シャンク部となるシャンク２と、このシャンク２の先端のチップ取付座部２ａに取付けられたチップ３からなるスローアウェイバイトである。チップ取付座部２ａは切欠状凹部として形成され、チップ３は中央の取付孔に挿通した固定ねじ等の止め具９でシャンク２に固定される。チップ３は切れ刃となる部品であり、平面形状が三角形状とされて、シャンク２への取付面と反対側の面がすくい面４となる。チップ３は、すくい面４の各角部が円弧状に形成され、すなわち円弧状のノーズ部が形成され、その円弧状部分が切れ刃稜線５に形成されている。チップ３は、シャンク２の最先端となる使用位置２ｂにある切れ刃稜線５が加工に使用されるが、使用位置の切れ刃稜線５が摩耗すると、取り外して別の切れ刃稜線５が使用位置２ｂに来るように固定し直して使用される。なお、切れ刃稜線５は、上記円弧状の角部の他に、チップ３の各辺に形成しても良い。また、チップ３は四角形状であっても良い。
【００２９】
なお、切削工具１は、スローアウェイバイトに限らず、他の形式の差し込みバイトや、全体が同一材質で造られたむくバイト（完成バイトとも言う）であっても良いが、以下は上記スローアウェイバイトを例に説明する。
【００３０】
誘導溝７は、切れ刃稜線５の近傍から延びて切りくず１０を案内する溝であり、チップ３の角部の近傍から反対側の辺まで延びている。この実施形態では、誘導溝７は、切れ刃稜線５の至近位置から徐々に深くなるように設けられているため、図では切れ刃稜線５から続いて見えるように図示したが、切れ刃稜線５には誘導溝７は設けられていない。誘導溝７は切れ刃稜線５の近傍から徐々に深くなって一定深さで延びるように形成されている。誘導溝７は、必ずしも反対側の辺まで続いていなくても良く、途中で次第に浅くなってすくい面４に至る形状であっても良い。なお、誘導溝７は、切れ刃稜線５から延びて設けても良いが、切れ刃稜線５には設けず、切れ刃稜線５の近傍から延びて形成する方が、誘導溝７で仕上げ面を劣化させず、仕上げ面の面粗さに有利である。
誘導溝７は、溝幅が切りくず１０の幅よりも狭く、切りくず１０のすくい面側の一部１０ａを入り込ませて切りくず１０を案内する溝である。切りくず１０の幅は、切込み量等によって変わるが、切削工具１は、切削荷重や加工精度から使用可能な条件が定まっており、したがって切りくず１０の幅も、切削工具１を適正な使用条件で使用すると、その範囲が定まる。この適正な使用条件で生じる切りくず１０の幅に対して、誘導溝７の溝幅を狭くする。この例では、誘導溝７は、平面形状円弧状を成す切れ刃稜線５の中央から延びている。
【００３１】
図１および図２では、簡明のために、使用位置にある切れ刃稜線５から延びる誘導溝７のみを図示したが、実際には、図３（Ａ）に示すように、チップ３の全ての角の切れ刃稜線５から延びて設けられる。このため、各誘導溝７は、チップ３の中央で互いに交差する。チップ３を止めている止め具９は、この例ではすくい面４を構成しており、その箇所に誘導溝７の一部が形成される。
【００３２】
誘導溝７の断面形状は、例えば図４（Ａ）のように円弧状の断面形状とされるが、この他に、図１１のＣの例のように、両側の溝内両側が平行で底面が円弧状断面とされた形状や矩形等であっても良い。誘導溝７の形成は、例えば放電加工等で行われる。
誘導溝７は、１条に限らず、例えば図３（Ｂ），図４（Ｂ）に示すように、複数条を平行に並べて設けても良い。例えば、２条または３条であっても、３条以上であっても良い。すくい面４のこれら複数条の誘導溝７の形成箇所は、波形の断面形状となる。すくい面４の全面を上記のような波形の断面形状としても良い。なお、図３（Ｂ），図４（Ｂ）においても、簡明のために、一つの角部の切れ刃稜線５から延びる誘導溝７のみを図示したが、図示部分と同様に、他の各角部の切れ刃稜線５からも複数条の誘導溝７が延びている。また、誘導溝７を複数条並べて設けた場合、１条の誘導溝７の幅を切りくず１０の幅よりも狭くするが、複数条の誘導溝７が並んだ誘導溝群の幅は、切りくず１０の幅よりも広くてもよい。
【００３３】
図５および図６に示すように、カバー８は、すくい面４を覆ってすくい面４との間に、切りくず１０が通過するトンネル状の誘導路１６を形成する部品である。例えばカバー８の裏面に溝８ａを形成し、その溝８ａ内とすくい面４との間で誘導路１６を形成する。誘導路１６は、チップ３の使用位置２ｂの誘導溝７に沿って設けられ、チップ３が余裕を持って通過可能な幅とされる。誘導路１６の断面形状は、矩形状であっても、半円状等であっても良い。
カバー８は、例えばチップ３と略同じ平面形状とされ、止め具（図示せず）でシャンク２に固定される。カバー８には、チップ３と略同じ平面形状とする場合、切削の妨げとなることを回避するため、チップ３の使用位置２ｂとなる角部（すなわちノーズ部分）付近を切り落とした逃がし部８ｂを有する形状とされる。
なお、カバー８は、平らに形成し、チップ３のすくい面４に、切りくず幅よりも幅広の幅広溝（図示せず）を形成してその溝底に誘導溝７を設けても良い。または、カバー８とチップ３の両方に上記のような幅広溝を形成し、両側の幅広溝が組み合わされることで、内部に切りくず１０の通過可能な断面寸法の誘導路が形成されるようにしても良い。
また、カバー８は、チップ３を超えてシャンク２の表面上まで延びるものであっても良い。
【００３４】
図８に示すように、すくい面４に複数の誘導溝７を並べて設けた場合、カバー８で構成される誘導溝１６は、いずれの誘導溝７で案内される切りくず１０であっても、余裕を持って通過可能な断面形状とする。
【００３５】
図７に示すように、引張力付与手段１１は、切りくず１０を挟み込んで回転可能な一対の平行なローラ１７，１８と、いずれか一方または両方のローラ１７，１８を回転させるサーボモータ１９とで構成される。この例では図の下側のローラ１８がサーボモータ１９に直結して回転させられる。ローラ１７，１８は、支持枠２０に軸受（図示せず）を介して回転自在に支持され、上記支持枠２０にサーボモータ１９が取付けられる。この引張力付与手段１１は、支持枠２０を介して切削工具１のシャンク２に取付けられている。ローラ１７，１８の軸方向は、上記誘導溝７の延長方向と直交する方向である。
なお、引張力付与手段１１は、切削工具１１に取付ける代わりに、刃物台１５（図１）や、この刃物台１５に取付けられて切削工具１を保持する工具ホルダなどに取付けても良い。
【００３６】
図９に示すように、誘導溝７と引張力付与手段１１のローラ１７，１８との間に、内部が切りくず１０の通る誘導路２１ａとなる誘導路形成部材２１を設けても良い。誘導路２１ａは、切りくず１０を一対のローラ１７，１８の間に導くように設ける。誘導路形成部材２１は、この例ではパイプからなり、シャンク２に固定されている。この誘導路形成部材２１を設ける場合、図５のカバー８を省略しても良く、またカバー８を設けてさらに誘導路形成部材２１を設けても良い。
誘導路形成部材２１は、引張力付与手段１１の支持枠２０に設けるなどして、引張力付与手段１１の構成部品としても良い。また、誘導路形成部材２１は、図示の例では誘導溝７の近傍から延びているが、ローラ１７，１８の近傍のみに設けて、ローラ１７，１８の入口ガイドとしても良い。すなわち、引張力付与手段１１の切りくず入口を誘導路形成部材２１で構成してもよい。なお、入口ガイドとして誘導路形成部材２１を設けない場合、引張力付与手段１１の切りくず入口は、一対のローラ１７，１８における、切りくず１０の挟み込みが可能な幅部分である。
【００３７】
図１において、切削工具１のすくい面４の断面形状は、図１６（Ｂ）に示すように、切れ刃稜線５に垂直な断面が凸曲線となる凸曲面としてある。このすくい面４は、平面であっても、また切れ刃稜線５に垂直な断面が凹曲線となる凹曲面としても良い。
【００３８】
上記構成の切削工具１によると、切りくず１０の幅よりも狭い誘導溝７を設けたため、図１０のように、切削時に切りくず１０がすくい面４に押し当てられながら生成される際に、切りくず１０のすくい面４側の一部に、誘導溝７に入る塑性変形部１０ａが突条として形成され、この突条となった塑性変形部１０ａが誘導溝７に嵌まり込み状態となって案内される。これより切りくず１０の流出方向が矯正され、横向きカールが矯正される。誘導溝７は、切りくず７のすくい面４側の一部に生じた塑性変形部１０ａを入り込ませるものであるため、切りくず１０の幅が種々変わっても、円滑な案内が可能となる。
従来の孔やカバー等のような中に通す誘導路では、切りくずの流出方向を規制しないまま、切りくずの先端が路内に進入しようとするため、誘導路の入口から外れて誘導されなかったり、また内壁面に角度を持って当たり、詰まりを生じ易いと考えられる。切削条件を変えると一般に流出方向が変化するため、目的に方向に導くことができず、上記の入口からの外れや角度を持った当たりが生じる。また、切りくずが誘導路内でカールして内壁面に当たることによっても、詰まりが生じる。
これに対して、上記誘導溝７によると、嵌まり合い状態で案内するため、単なる誘導ではなく、切りくずの流出方向の矯正とカールの矯正が行われる。そのため、詰まりのない円滑な案内が行える。なお、誘導溝７による切りくず１０の塑性変形部１０ａの形成は、切りくず生成のための塑性変形の一部として行われ、切りくずの流出を妨げるものではない。
なお、円滑な案内を行うにつき、切りくず１０の幅と誘導溝７の溝幅との適切な関係が限られるが、溝幅に対して、円滑な案内が可能となる切りくず１０の許容幅が、中を通す誘導路に比べて広い。適切な溝幅の例は、後に試験例を示す。
【００３９】
このように切りくず１０の横向きカールが矯正されるため、切りくず１０を所望の方向に誘導することができる。このため、プレス鋼や耐熱合金などのような延性の高い材料のように、チップブレーカが機能しない材質の場合にも、連続的な切りくず処理が可能となる。また、引張力付与手段１１によって切りくず１０に張力を与えて加工する方法が実現可能となる。
【００４０】
誘導溝７を、図３（Ｂ）、図４（Ｂ）のように、すくい面４に複数条並べて設けた場合は、切削条件が変わっても、いずれかの誘導溝７が切りくず１０に対して適切な位置となって案内することになり、誘導溝７による切りくずの確実な案内が行える。すなわち、切れ刃稜線５のどの箇所から切りくず１０が延びるかは、切削条件によって変わることがある。そのため、誘導溝が１条であると、切りくず１０が誘導溝７で案内できない場合があるが、誘導溝７が複数条並べて設けられていると、いずれかの誘導溝７が切りくず１０に対して適切な位置となって効果的に案内することができる。
【００４１】
上記カバー８を設けた場合は、より確実な切りくず１０の案内が行える。ワークＷの各方向の面を連続して加工する場合など、広範囲を切削する場合、切削工具１とワーク表面との角度の関係等が種々変わり、誘導溝７だけでは確実には誘導できない場合がある。このような場合に、上記カバー８が設けられていると、より確実に誘導することができる。誘導溝７による矯正のうえで、カバー８により規制するため、カバー８のみで案内するものと異なり、誘導路１６内での切りくずのカールによる詰まりが防止される。
【００４２】
図９の誘導路形成部材２１を設けた場合は、より確実な誘導が行える。誘導溝７による案内は、すくい面４に沿った案内であるため、切れ刃稜線５から遠くになると案内できないが、上記誘導路形成部材２１を設けることで、切れ刃稜線５から遠くまで所望の箇所に切りくず１０を確実に案内することができる。
【００４３】
図１６（Ｂ）のように、すくい面４を凸曲面とした場合は、切りくず１０がすくい面４の凸曲面にならい、上向きカールが抑制される。通常の工具では、すくい面を凹曲面として上向きカールを積極的に生じさせるが、これとは逆に、凸曲面として上向きカールをなくすものである。凸曲面とするため、従来の稜線を設けるものと異なり、旋削一般に適用できる。なお、上向きカールは、切りくず１０の所望位置への誘導の上で比較的影響が小さいため、特に必要な場合に凸曲面とすれば良い。
【００４４】
なお、上記各実施形態では、切削工具１のすくい面４に設ける誘導形状部を誘導溝７とした場合につき説明したが、例えば、図２０，２１に示すように、誘導形状部として誘導突条７Ａを設けても良い。図２０（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ図３（Ａ），（Ｂ）に示すチップ３において、誘導溝７の代わりに誘導突条７Ａを設けた例を示す。図２０（Ａ）は、一つの角の切れ刃稜線５に対して誘導突条７Ａを１本ずつ設けた例、図２０（Ｂ）は、一つの角の切れ刃稜線５に対して誘導突条７Ａを複数本平行に並べた例である。いずれも、誘導突条７Ａは、誘導溝７を設ける場合と同じく、切れ刃稜線５またはこの切れ刃稜線５の近傍から反対側の辺まで延びて形成されている。誘導突条７Ａの高さは、切れ刃稜線５の近傍から次第に高くなり、一定高さで続く形状とされる。誘導突条７Ａは、必ずしも反対の辺まで延びていなくても良く、また反対の辺側へ次第に低くなってすくい面４に続く形状としても良い。誘導突条７Ａの横断面形状は、例えば図２１（Ａ）のように半円状とされる。また、誘導突条７Ａの突条幅は、切りくず１０の幅よりも狭く形成される。この誘導突条７Ａを設けたチップ３Ａは、図２のシャンク３に取付けられて切りくず誘導機能付き切削工具を構成する。この誘導突条７Ａを設けたチップ３Ａは、前述の各図の例の切削工具１において、誘導溝７を設けたチップの代わりに用いることができる。
【００４５】
図２１（Ｂ）示すように、誘導突条７Ａを有する切削工具を用いて切削した場合、切りくず１０がすくい面４に押し付けられながら生成される際に、切りくず１０のすくい面との接触面に溝状の塑性変形部分１０ａＡが生じる。この溝状の塑性変形部分１０ａＡに誘導突条７Ａが嵌まり込んで切りくずを案内する。このため、誘導溝７を設けた場合と同様に、切りくず１０の流出方向の矯正、カールの矯正が行われ、切りくず１０を所望の方向へ円滑に案内することができる。
【００４６】
つぎに、誘導溝７を設けた効果の確認試験例を説明する。供試体には、図３（Ａ）に示すチップ３を有する切削工具１において、誘導溝７の溝幅や断面形状を種々変えたものにつき行った。図１のカバー８は設けない。
【００４７】
ノーズ半径0.8 mm，刃先角60度の切削工具１を使用し、生成される切りくず１０の幅と厚さを考慮して，図１１の図表に示す４種類の案内溝７を、ノーズの中心位置にワイヤカット放電加工によって付与した。切削条件は、図１３の図表に示す４種類で、切削速度をいずれも200 m/min とし、図１２に示すようにアプローチ角αを１５度として加工実験を行なった。
図１３に示す元来の切りくず流出角( 図１０（Ａ）参照) は、コルウェル（Colwell ）の経験則に基づいて算出した推定値である．本実験では案内溝７によって制御する切りくず流出角の目標値は全て４５度( 図１２参照) であることから、例えば切込み0.2 mm，送り0.08 mm/rev の条件では，元来の流出角１９度からおよそ２６度の角度変化を強要することになると推測される。
【００４８】
実験結果を図１３に示す。まず、溝断面の小さいＡ，Ｂの場合について考察する。切込み 0.2 mm の２条件においては、フラットな通常工具に比べると横向きカールが抑制され，切りくず流出方向も概ね誘導溝７の方向に制御されたが、誘導溝７に沿って完全に真直ぐな切りくずを排出するには至らなかった。これは，切削に関与する切れ刃稜線５の位置と誘導溝７の位置が若干ずれているためと考えられ、誘導溝７の位置を切削位置に合わせるか、または誘導溝７を複数にする等によって解決するものと予想される。切込み0.5 mm，送り0.3 mm/revにおいては、切削位置と溝位置が一致し、図１４に写真で示すように誘導溝７に案内されて真直ぐに切りくずが流出した。一方、切込み1 mm，送り0.2 mm/revでは、誘導溝７に沿うことなく横向きカールを伴う切りくずが流出した。これは，溝断面が小さいために切りくず流出を矯正する力が小さかったためと考えられる。次に溝Ｃの場合，切込み 0.2 mm の２条件においては、誘導溝７に沿って真直ぐに切りくず１０が流出した．一方、切込みが大きい他の２条件では、強度不足のために工具先端に欠損を生じた。溝Ｄの場合、切込み 0.2 mm の２条件では、不完全な切りくず流出となった。これは、切りくず１０に対して溝幅が大きすぎたためと考えられる。一方、切込みが大きい他の２条件では、誘導溝７に沿って真直ぐに切りくず１０が流出した。
【００４９】
誘導溝７に沿って真直ぐに流出した切りくず１０は、すくい面４側に溝形状と反対の凸形状が確認された。従って、意図したメカニズムにより、少なくとも適切な条件範囲では，切りくず１０の流出方向と横向きカールを制御可能であることが確認された。
【００５０】
上向きカールの抑制の試験結果を説明する。図１６（Ｂ）に示すように、すくい面４が上向きカールと逆向きの曲率を持つ切削工具を作成した。なお誘導溝７は設けていない。図１５に示す近似二次元切削を行って、曲率半径の違いによる上向きカールの変化を実測した。曲率０（通常の工具），0.035 ，0.065 ，0.17 mm -1のすくい面を持つ工具を製作し：切削幅１mm，切込み0.1 mm，切削速度200 m/min で５回ずつ加工実験を行った。なお、すくい角は切れ刃稜線先端で０度となるように調整した。
【００５１】
各工具によって生成された切りくず１０の上向きカールの曲率を実測した結果を図１７に示す。すくい面の曲率によって上向きカールの曲率が小さくなり、すくい面の曲率が0.1 mm-1（すくい面の半径が10 mm ）程度で上向きカールが発生しなくなること、さらに大きなすくい面の曲率では逆向きにカールすることがわかった。
以上のように、工具のすくい面に凸の曲率を持たせることで、上向きカールを抑制し得ることが確認された。
【００５２】
引張力付与手段１１を設けたことによる作用を説明する。引張力付与手段１０を設けて切りくず１０に張力を与えながら切削することにより、切削抵抗、動力、熱等を減少させ、被削性全般を向上させて、切削効率の向上や、工具寿命の延長を同時に実現することができる。また、加工精度も向上する。切削抵抗の減少によって工具寿命が延長されることは、逆に、同じ工具寿命であれば、高速度の切削や、重切削が可能であることを意味し、従来よりも高能率化を実現することができる。この引張力付与手段１１を切削工具１のシャンク２に設ければ、刃物台１５や工具ホルダに設ける場合に比べて、切れ刃稜線５のより近くへ引張力付与手段１１を配置することが容易で、流出する切りくず１０を引張力付与手段１１へ案内し易く、特に、切りくず１０の先端を引張力付与手段で捕捉することが容易となる。
引張力付与手段１１は、切りくず１０を挟む一対のローラ１７，１８で構成したが、そのため、切りくず１０に連続的に送りを行いながら、張力を与えることができる。また、サーボモータ１９を用いたため、速度制御やトルク制御が可能となり、適切な張力を与えることができる。
【００５３】
引っ張り切削のシミュレーション結果を説明する。切りくずの引っ張り切削において、切りくずを引っ張ることによる見かけの摩擦角減少と加工動力の関係を、簡単なせん断角モデルを利用して解析した。その結果を図１８，図１９に示す。図１８は、すくい角が０度の場合を、図１９はすくい角が−２０度の場合をそれぞれ示す。摩擦角はいずれも３０度である。加工動力は、簡便な切削シミュレーションによく使用される考え方となる「最大せん断応力説」に基づく結果と、「最小エネルギー説」に基づく結果を示した。いずれの説においても、図１８，１９に示すように、見かけの摩擦角が０度付近の時に、加工動力が最小になることを確認した。これは、切りくずと切削工具のすくい面の間の摩擦力をキャンセルする力で切りくずを引っ張ることになる。
したがって、見かけの摩擦角が０度となるように引っ張り力を与えながら切削することで、引っ張り力も含めた加工動力が最小となり、摩擦発熱が減るので、切削工具の劣化、加工精度の低下も減ることになる。
【００５４】
この見かけの摩擦角が０度となるように、引張力付与手段１１を制御する機能を備えた工作機械の例を、図２２〜図２４に示す。
図２２において、この工作機械は、工作機械本体３０と、加工機制御装置５０とで構成される。なお、ここで言う工作機械本体３０は、工作機械の機械部分、つまり制御系を除く部分を言う。
【００５５】
図２３および図２４において、工作機械本体３０はタレット型の旋盤からなる。ベッド３１上に主軸台３２を介して主軸１４が支持され、主軸１４の主軸頭に、ワークＷを把持する主軸チャック１４ａが設けられている。主軸１４は、サーボモータ等からなる主軸モータ３３により回転駆動される。
【００５６】
刃物台１５は、正面形状が多角形状のタレット刃物台からなり、その多角形の各辺部分を構成するいずれかの外周面部分１５ａに、切削工具１が工具ホルダ４３を介して取付けられている。この切削工具１は、図１，図７に示す、誘導溝７および引張力付与手段１１を有する切りくず誘導機能付きの切削工具１とされる。刃物台１５の外周面部分１５ａに取付けられる工具は、バイト等の切削工具の他に、ドリルやミリングヘッド等の回転工具（図示せず）であっても良いが、少なくとも一つが、上記切りくず誘導機能付きの切削工具１とされる。
【００５７】
このタレット形の刃物台１５は、送り台３４の上側送り台部３４ｂに、タレット軸３５を介して割出回転可能に搭載されている。送り台３４は、送り台ベース３４ａと上側送り台部３４ｂとからなり、送り台ベース３４ａは、ベッド３１上に案内３６を介して、主軸軸方向（Ｚ軸方向）と直交する水平方向（Ｘ軸方向）に進退自在に設置されている。上側送り台部３４ｂは、送り台ベース３４ａ上に主軸軸方向（Ｚ）に進退自在に搭載されている。送り台ベース３４ａはＸ軸サーボモータ３７により、送りねじ機構３８を介して進退駆動される。上側送り台部３４ｂは、Ｚ軸サーボモータ３９により、送りねじ機構４０を介して進退駆動される。これら送り台ベース３４ａおよび上側送り台部３４ｂの進退移動により、刃物台１５が直交２軸方向に移動する。また、上側送り台部３４ｂに搭載された割出用モータ４１により、刃物台１５の旋回割出が行われる。
【００５８】
この工作機械本体３０は、図１の切りくず処理手段１２を有するものとされる。なお、図示の例では、刃物台１５を主軸１４と平行に配置したが、刃物台１５は主軸１４と直交する方向や、対面する方向に配置しても良い。刃物台１５は、タレット型に限らず、櫛歯状のものや、一つの切削工具１のみを支持するものであっても良い。また、この切りくず処理機能付き工作機械は、旋盤に限らず、切削工具１を用いる各種の工作機械に適用することができる。
【００５９】
図２２は、制御系の概念構成を示す。加工機制御装置５０は、コンピュータ式の数値制御装置およびプログラマブルコントローラからなる。加工機制御装置５０は、ＣＰＵ（中央処理装置）およびメモリ等で構成される演算制御部５１と、加工情報記憶手段５２とを有し、加工プログラム５３を演算制御部５１で実行して工作機械本体３０の各部の制御を行う。加工情報記憶手段５２は、加工プログラム５３の記憶部とパラメータ記憶部５４を有し、パラメータ記憶部５４には各種の制御動作の情報がパラメータとして記憶される。加工プログラム５３には、刃物台１５の各軸（Ｘ軸，Ｚ軸）方向の軸移動命令や、主軸１４の回転命令となる軸移動命令等が記述され、また切削工具１の形状（ノーズ半径、アプローチ角、すくい角、誘導溝を設けた場合にはその角度）等の工具に関する情報と、ワークＷの材質や種類等のワークＷに関する情報が、非実行命令の記述部分に記述される。
【００６０】
演算制御部５１は、基本制御部５５、軸移動制御部５６、およびシーケンス制御部５７を有している。基本制御部５５は、加工プログラム５３の命令を記述順に読み出して、軸移動命令を軸移動制御部５６に実行させ、加工プログラム５３のシーケンス命令をシーケンス制御部５７に転送する。シーケンス制御部５７は、工作機械本体３０の、例えばタレット刃物台１５の回転割出や機体カバー（図示せず）の開閉等の各種のシーケンス動作の制御を、内蔵のシーケンスプログラム（図示せず）に従って行う。
軸移動制御部５６は、工作機械本体３０のＸ軸サーボモータ３７，Ｚ軸サーボモータ３９，および主軸モータ３０等の軸移動の制御を行う手段である。軸移動制御部５６は、サーボ制御手段（図示せず）を有しており、加工プログラム５３から基本制御部５５を介して送られる軸移動命令の指令値（例えば、移動量や移動速度）に応じて、上記各軸サーボモータ３７，３９，３０の閉ループ制御を行う。閉ループ制御には、各軸サーボモータ３７，３９，３０に設けられたパルスコーダやエンコーダ等の位置検出器（図示せず）の情報を用いる。
【００６１】
このような基本構成の加工機制御装置５０において、次の切削速度計算手段５８、および切削同期回転制御手段５９が設けられている。切削速度計算手段５８は、切削の開始時から終了時に渡り、現在の切削速度を計算する手段であり、加工情報記憶手段５２に記憶された加工プログラム５３等の各種の情報と、軸移動制御部５６が認識している現在の位置情報等から切削速度を計算する。切削速度は、切削工具１が接する箇所のワークＷの周速であるため、切削の進行に伴うワーク径の減少等により変化するが、閉ループ制御を行う軸移動制御部５６の各軸の現在値と主軸回転数、あるいはそれらに対する加工プログラム５３の指令値、および加工情報記憶手段５２に記憶されている工具寸法に関するデータから、現在の周速が計算でき、切削速度が計算できる。例えば、工具長データＬが加工情報記憶手段５２に記憶されていて、Ｘ軸位置ｘと主軸回転数ｎが軸移動制御部５６から得られれば、切削速度計算手段５８は、上記Ｘ軸位置ｘと工具長データＬとから刃先位置を計算し、さらにその位置の回転半径を算出し、主軸回転数ｎとから周速を計算する。
【００６２】
切削同期回転制御手段５９は、引張力付与手段１１のローラ１７，１８の回転により切りくず１０を引っ張る速度（すなわち、ローラ１７，１８のうちの駆動側ローラの周速）が、ワークＷの回転で切削工具１により切削する切削速度と一致するように、ローラ回転駆動用のサーボモータ１９の回転速度を制御する手段である。サーボモータ１９には速度検出器（図示せず）を設け、切削同期回転制御手段５９は閉ループ制御を行う。
なお、ここで言う「同期回転制御」は、厳密な同期制御に限らず、切りくず１０を引っ張る速度と切削速度とを概ね一致させる制御を意味し、切削同期回転制御手段５９は、このような概ね一致させる制御を行うもので良い。サーボモータ１９の上記速度検出器には、例えばタコジェネレータが用いられる。また、サーボモータ１９は、インクリメンタル式のパルスコーダを持つものが一般的であるため、このようなパルスコーダやエンコーダ等の位置検出器から速度情報を得るものとしても良い。
【００６３】
このように、切削速度計算手段５８および切削同期回転制御手段５９を設け、引張力付与手段１１のローラ１７，１８による引っ張り速度を切削速度と一致するように制御することで、見かけの摩擦角が概ね０度となるように引っ張り力を与えながら切削することができる。これにより、引っ張り力も含めた加工動力が概ね最小となり、摩擦発熱が減るので、切削工具の劣化、加工精度の低下も減ることになる。また、加工プログラム５３等の情報や、軸移動制御部５６の現在位置情報等から周速を計算するので、専用のセンサを追加することなく、引っ張り速度と切削速度の同期制御が行え、簡単な構成で済む。
【００６４】
なお、引張力付与手段１１が上記ローラ１７，１８とサーボモータ１９とで構成される場合、切りくず１０のローラ１７，１８間への噛み込みの有無が、サーボモータ１９の電流フィードバック値（切りくずを引っ張り始めると、速度の同期を保つための負荷がかかり、モータトルクすなわち電流を増すことになる）によって確認できる。このため、噛み込みの確認手段（図示せず）を設け、切削開始後の設定時間までに噛み込みが確認できなかった場合にアラームを発生させる手段（図示せず）を設けても良い。
【００６５】
図２５は、見かけの摩擦角が０度となるように、引張力付与手段１１を制御する機能を備えた工作機械の他の例を示す。この例は、切削工具１の切れ刃稜線５の付近等に、切削工具１に作用する力を検出する力センサ６１を設け、この力センサ６１の検出値に応じて、引張力付与手段１１のローラ１７，１８の回転により切りくず１０を引っ張る力（モータトルク）を制御する作用力対応回転制御手段６２を設けたものである。力センサ６１は、例えば、切削力の背分力を検出するものであり、シャンク２（切削工具１と引張力付与手段１１の間）に埋め込んで設置する。作用力対応回転制御手段６２は、力センサ６１の出力をキャンセルするようにサーボモータにトルク指令を与える。上記力センサ６１の出力とサーボモータへのトルク指令値の対応は、予め校正することができる。上記センサ６１により検出される力は、例えば、切りくず１０とすくい面４との摩擦により生じる力であり、したがって、この力を相殺することで、見かけの摩擦角が０度となるように、切りくず１０を引っ張る制御が行える。
上記の力センサ６１は、切削工具１に加えられる切削力のみを検出するように配置された例であるが、このセンサは切削工具１とさらに引張力付与手段１１の両方に加えられる力を検出するように、切削工具１と引張力付与手段１１の両方を支える工具シャンクと刃物台等との間に配置することもできる。この場合、力センサが支える部分の質量が大きいために検出の応答性が悪くなるが、その代わりに切削工具１と引張力付与手段１１の両方に加えられる力の合力を検出することができるため、この検出値がゼロになるようにサーボモータへのトルク指令値を増減することによって正確に見かけの摩擦角をゼロにすることができる。
この実施形態の場合、力センサ６１が必要となるが、加工機制御装置の記憶情報から現在の切削速度が計算不可能な場合にも適用することができる。
【００６６】
なお、上記各実施形態では、旋削に用いる切削工具に適用した場合につき説明したが、この発明の切りくず誘導機能付き切削工具は、例えばプレーナのように並進運動するワークに対して切削する切削工具にも適用できる。また、切りくず１０に張力を付与することは困難であるが、フライス、ドリル、ミリングヘッドのような回転工具にも適用することができる。フライスの場合、切りくずの飛散のために機械の熱変形が生じたり、必要以上に切削油を使用したり、コンベヤーのような機械を動かし続けたりする必要があるが、この発明の切りくず誘導機能付き切削工具の切りくず誘導機能を用いれば、切りくずの回収が容易となる。また、ドリルの場合、切りくずの詰まりが頻繁に問題になるため、その切りくずの流出の制御に、この発明の切りくず誘導機能が効果的である。
【符号の説明】
【００６７】
１…切削工具
２…シャンク
３…チップ
３Ａ…チップ
４…すくい面
５…切れ刃稜線
６…切りくず誘導手段
７…誘導溝（誘導形状部）
７Ａ…誘導突条（誘導形状部）
８…カバー
１０…切りくず
１１…引張力付与手段
１２…切りくず処理手段
１４…主軸
１５…刃物台１６…誘導路
１７，１８…ローラ
１９…サーボモータ
２１ａ…誘導路
２１…誘導路形成部材
３０…工作機械本体
５０…加工機制御装置
５１…演算制御部
５２…加工情報記憶手段
５３…加工プログラム
５８…切削速度計算手段
５９…切削同期回転制御手段
６１…力センサ
６２…作用力対応回転制御手段
Ｗ…ワーク
【技術分野】
【０００１】
この発明は、旋削加工等を行う切りくず誘導機能付き切削工具およびその切削加工方法、特に、延性の高い材料に適した切削工具およびその切削加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、工業製品の大量生産、高性能化に伴い、切削加工においても高効率化、高精度化が求められている。これらの要求を実現するために、切りくずの適切な処理や、切削速度の増加が必要とされる。旋削加工において、切りくずの処理性、工具寿命、切削抵抗、加工精度は、被削性４項目と呼ばれ、それぞれを改善するための工夫がなされてきた。その中で、切りくずの処理性の悪さは、切りくずの絡みつき等のため、自動化を阻害する最大の要因である。
【０００３】
切りくずの処理性の改善のために、一般的には、切りくずのカールを強めて破壊，分断させるチップブレーカが使用される（例えば、非特許文献１）。この他に、切削工具のすくい面にカバーやパイプ等で切りくずの中空誘導路を形成するものが提案されている（例えば特許文献１）。突き切りバイトにおいては、すくい面に、切りくずを全幅に渡って内部に通す誘導溝を設けたものも提案されている（上記非特許文献１）。また、座繰り加工用の切削工具においては、すくい面の中央に切れ刃稜線に至る稜線部を設け、切りくずのロール化を防止することが提案されている（特許文献２）。
【０００４】
また、切削抵抗の減少のためには、切りくずを引っ張りながら旋削加工を行う手法が提案されている（非特許文献２）。切削加工の高能率化のために、切削速度を増加させた場合、切削熱が増大するため、工具寿命が減少し、仕上げ面性状の悪化を引き起こす。対策としては、切削油を使用することが挙げられるが、環境に対して悪影響を及ぼすことが問題となっている。上記の切りくずを引っ張りながら旋削加工を行う手法は、切削抵抗、切削熱を減少することによって工具摩耗を減少する手法として、効果的な手法と考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５２−１４２３７９号公報
【特許文献２】特開平７−２３７００５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ツールエンジニア編集部編著「ＮＣ工作機械活用マニュアル」株式会社大河出版、１９９０年９月１０日、ｐ９４〜９５
【非特許文献２】中山一雄：切削中に切りくずに加える張力の影響, 精密機械, 30-1(1964) pp.46-52.
【非特許文献３】社本英二，他2 名：楕円振動切削加工法( 第1 報) −加工原理と基本特性, 精密工学会誌, 62-8 (1996) pp.1127-1131.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
チップブレーカを使用する場合、切りくずがある程度の脆弱性を持ち、切りくずが流出する力を利用して切りくずの曲げによる破壊、分断を生じさせる必要がある。このため、プレス鋼や耐熱合金などのような延性の高い材料に対しては機能しない場合が多く、切りくずの絡みつきや仕上げ面の損傷を引き起こしている。また、チップブレーカが機能する場合にも、周期的な切削抵抗の変動を生じるため、振動問題を引き起こしたり、加工精度を低下させる可能性がある。
【０００８】
切削工具のすくい面に、カバーやパイプ等により中空誘導路を形成するものや、切りくずを内部に通す誘導溝を設けるものは、常に、切りくずが同じ幅で、同じ方向に、かつ強いカールを生じずに流出するとすれば、効果的な手法となる。しかし、切りくずの幅、方向、カールは切削条件によって変わる。その切りくず幅の変動を許容するために、中空誘導路や誘導溝の幅を広くした場合、切りくずが中でカールして中空誘導路や誘導溝の内壁面に角度を持って当たり、引っ掛かりを生じる。また、流出方向が中空誘導路や誘導溝の方向から大きくずれたり、強いカールを生じると、中空誘導路や誘導溝の入口付近において引っ掛かりを生じる。そのため、切りくずの詰まりが発生し、実用化が困難である。
【０００９】
すくい面の中央に稜線部を設けるものは、座繰り加工という限られた加工において、切りくずのロール化防止に効果的となる手法であり、一般的な旋削においては適用できない。すなわち、もともとの切りくず流出方向と切りくず幅、さらに切りくずの発生位置が決まっている加工であって、その切りくずの中央に、その切りくず流出方向に沿って切れ刃稜線に至る稜線部を設ける形状であるため、加工条件によって切りくず流出方向と切りくず幅、さらに切りくずの発生位置が変化する一般的な旋削では機能しない。
【００１０】
通常の切削において、切りくずは螺旋を描きながら流出して行く。これは切りくず生成時に横向きカール，上向きカールが発生するためである。上向きカールは、すくい面に垂直な向きのカールであり、切りくずと工具のすくい面との摩擦による，切りくずのすくい面付近の２次流れによって発生する。横向きカールは、すくい面と平行な向きのカールであり、切りくず生成時における切りくずの自由表面側の横流れが原因となって発生する。これら各方向のカールと流出方向とが組合わさって切りくずの流出経路が定まる。このように、それぞれのカールは異なる原因によって発生するため、切りくずのカールを矯正するためには、上向きカール、横向きカールのそれぞれについて対処しなければならない。また、切りくずの流出経路を規制するためには、各方向のカールと共に、流出方向を規制する必要がある。
【００１１】
一方、切りくずを引っ張りながら加工を行う手法は、基礎研究としては、切削抵抗を減少する効果が示されているが、実用的に切りくずを引っ張る方法がないため、長年にわたって実用化されていない。
切りくずを引っ張る手段として、例えば切りくずを挟み付けて送るローラを設けたとしても、切りくずの発生初期に、切りくずの先端をローラに導くには、切りくずの流出経路を規制しなければ、ローラで切りくずの先端を捕らえることができず、実用化できない。切りくずは、カールを生じ、また流出方向も切削条件等によって変わるため、その流出経路の規制が困難である。
【００１２】
高延性の切りくずを分断せずに所望の位置に導くことができれば，単に連続的な切りくず処理だけでなく、切りくずに張力を与えて切削する手法が実現でき、切削抵抗、動力、熱等を減少させ、被削性全般を向上させて、切削効率の向上や、工具寿命の延長を同時に実現することができる。
【００１３】
この発明の目的は、詰まりを生じることなく、横向きカールを矯正できて、切りくずを所望の方向に誘導することができる切りくず誘導機能付き切削工具および切削方法を提供することである。
この発明の他の目的は、切削条件や切削部位が種々変わっても、誘導溝による切りくずの確実な案内を可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、切れ刃稜線から遠くまで所望の箇所に切りくずの確実な案内を可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、張力を付与しながら切削が行えて、切削抵抗、動力、熱等を減少させて、切削効率の向上や、工具寿命の延長が図れ、かつ引張力付与手段への切りくずの案内を容易とすることである。
この発明のさらに他の目的は、切りくずの上向きカールを矯正可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明の切りくず誘導機能付き切削工具は、すくい面に、このすくい面の縁の切れ刃稜線またはこの切れ刃稜線の近傍から切れ刃稜線に対して遠ざかる方向に線状に延びて切りくずを案内する誘導形状部を設け、この誘導形状部は、幅が切りくずの幅よりも狭くすくい面に対して凹または凸となる部分であって、すくい面上に流出する切りくずの一部を、この切りくずの生成過程で塑性変形させその塑性変形部分に嵌まり合って切りくずを案内するものとする。すなわち、上記誘導形状部は、幅が切りくずの幅よりも狭くすくい面に対して凹または凸となる部分であって、切れ刃稜線の近傍で塑性変形をうけてすくい面上に切りくずとして流出する材料の一部を、その凹または凸形状とは逆の凸または凹形状に塑性変形させその塑性変形部分に嵌まり合って切りくずを案内するものである。
上記誘導形状部は、溝であっても突条であっても良い。すなわち、誘導溝であっても誘導突条であっても良い。誘導溝の場合、切りくずのすくい面との接触面に生じさせた突形状の塑性変形部分を入り込ませて切りくずを案内する。誘導突条の場合、切りくずのすくい面との接触面に生じさせた溝状の塑性変形部分に嵌まり込んで切りくずを案内する。
【００１５】
この構成の切削工具によると、切りくず幅よりも狭い凹または凸形状の誘導形状部を設けたため、切れ刃先端部（切れ刃稜線近傍）で切りくずが生成される際に、切りくずのすくい面との接触面の一部が、誘導形状部によって塑性変形させられる。この塑性変形部分が誘導形状部に嵌まり合うことにより、切りくずが案内されて、切りくずの流出方向が矯正され、かつ切りくずの横向きカールが矯正される。誘導形状部が溝の場合は、切りくずのすくい面との接触面に突形状の塑性変形部分を生じさせ、この突形状の塑性変形部分を入り込ませて切りくずを案内する。誘導形状部が突条の場合は、切りくずのすくい面との接触面に溝状の塑性変形部分を生じさせ、この溝状の塑性変形部分に嵌まり込んで切りくずを案内する。
上記誘導形状部は、切りくずのすくい面側に塑性変形部を生じさせ、互いに嵌まり合い状態として案内するものであるため、流出方向の矯正、およびカールの矯正が行われ、そのため、切りくずの幅が種々変わっても、円滑な案内が可能となる。
従来の孔やカバー等のような中に通す誘導路では、切りくずの流出方向を規制しないまま、切りくずの先端が誘導路内に進入しようとするため、誘導路の入口から外れて誘導されなかったり、また内壁面に角度を持って当たり、詰まりを生じ易いと考えられる。切削条件を変えると一般に流出方向が変化するため、目的の方向に導くことができず、上記の入口からの外れや角度を持った当たりが生じる。また、切りくずが誘導路内でカールして内壁面に当たることによっても、詰まりが生じる。
これに対して、上記誘導形状部によると、嵌まり合い状態で案内するため、単なる誘導ではなく、切りくずの流出方向の矯正とカールの矯正が行われ、そのため、詰まりのない円滑な案内が行える。なお、誘導形状部による切りくずの塑性変形は、切りくず生成のための塑性変形の一部として行われ、切りくずの流出を妨げるものではない。また、円滑な案内を行うにつき、切りくず幅と誘導形状部の幅（溝幅や突条幅）との適切な関係が限られるが、誘導形状部の幅に対して、円滑な案内が可能となる切りくずの許容幅が、中を通す誘導路に比べて広い。
このように流出方向が矯正され、かつ横向きカールが矯正されるため、切りくずを所望の方向に誘導することができる。このため、プレス鋼、耐熱合金、軟質アルミ等のような延性の高い材料のように、チップブレーカが機能しない材質の場合にも、連続的な切りくず処理が可能となる。切りくずの処理性が向上することで、上記延性材料に対する自動化が促進し、歩留りが向上し、さらに加工精度が向上する。また、切りくずに張力を与えて加工する方法が実現可能となる。
なお、上記誘導溝や誘導突条等の誘導形状部は、切れ刃稜線から形成しても良いが、切れ刃稜線には形成せず、切れ刃稜線の近傍から延びるように形成する方が、誘導形状部によってワークの仕上げ面を劣化させることが回避される点で好ましい。誘導溝の深さや、誘導突条の高さは、切れ刃稜線から遠ざかるに従って徐々に高くまたは深くなり、一定深さ，一定高さとなってさらに延びるようにすることが好ましい。
【００１６】
この発明の切削工具において、上記誘導溝や誘導突条等の誘導形状部を、上記すくい面に複数条並べて設けても良い。なお、複数条並べて設けた場合、１条の誘導形状部の幅を切りくずの幅よりも狭くするが、複数条の誘導形状部が並んだ誘導形状部群の幅は、切りくずの幅よりも広くてもよい。
切れ刃稜線のどの箇所から切りくずが延びるかは、切削条件によってかわることがある。そのため、誘導溝等の誘導形状部が１条であると、切りくずが誘導形状部で案内できない場合があるが、誘導形状部が複数条並べて設けられていると、いずれかの誘導形状部が切りくずに対して適切な位置となって効果的に案内することになり、誘導形状部による切りくずの確実な案内が行える。
【００１７】
この発明の切削工具において、上記すくい面を覆って上記すくい面との間に切りくずが通過する誘導路を形成するカバーを設けても良い。
ワークの各方向の面を連続して加工する場合などは、切削工具とワーク表面との角度の関係等が種々変わり、誘導溝だけでは確実には誘導できないときがある。このような場合に、上記カバーが設けられていると、より確実に誘導することができる。誘導溝による矯正のうえで、カバーにより規制するため、カバーのみで案内するものと異なり、切りくず流出方向の変化や誘導路内での切りくずのカールによる詰まりが防止される。
【００１８】
この発明の切削工具において、上記誘導溝等の誘導形状部よりも切れ刃稜線から遠くに位置して、内部が切りくずの通る誘導路となる誘導路形成部材を設けても良い。
誘導溝等の誘導形状部による案内は、すくい面に沿った案内であるため、切れ刃稜線から遠くになると案内できないが、上記誘導路形成部材を設けることで、切れ刃稜線から遠くまで所望の箇所に切りくずを確実に案内することができる。
【００１９】
この発明の切削工具において、シャンク部に、切れ刃稜線から延びて上記誘導溝等の誘導形状部で案内される切りくずを、切れ刃稜線から遠ざかる方向に引っ張る引張力付与手段を設けても良い。
引張力付与手段を設けて切りくずに張力を与えながら切削することにより、切削抵抗、動力、熱等を減少させ、被削性全般を向上させて、切削効率の向上や、工具寿命の延長を同時に実現することができる。この引張力付与手段を切削工具のシャンク部に設ければ、刃物台や工具ホルダに設ける場合に比べて、切れ刃稜線のより近くへ引張力付与手段を配置することが容易で、流出する切りくずを引張力付与手段へ案内し易く、特に、切りくずの先端を引張力付与手段で捕捉することが容易となる。
【００２０】
この発明の切削工具において、上記すくい面を、切れ刃稜線に垂直な断面の形状が凸曲線となる凸曲面としても良い。この場合に、上記誘導溝や誘導突条等の誘導形状部を設けると共に上記凸曲面としても良く、また上記誘導形状部を設けずに、上記凸曲面としても良い。誘導形状部を設けずに上記凸曲面としたものが、請求項９記載の切りくずの上向きカール抑制機能付き切削工具となる。
すくい面を上記凸曲面とした場合、切りくずがすくい面の凸曲面にならい、上向きカールが抑制される。通常の工具では、すくい面を凹曲面として上向きカールを積極的に生じさせるが、これとは逆に、凸曲面として上向きカールをなくすものである。凸曲面とするため、稜線を設けるものと異なり、旋削一般に適用できる。なお、上向きカールは、切りくずの所望位置への誘導の上で比較的影響が小さいため、特に必要な場合に凸曲面とすれば良い。
【００２１】
この発明の切削方法は、切削工具として、すくい面の縁の切れ刃稜線またはこの切れ刃稜線の近傍から延びる溝または突条からなる誘導形状部をすくい面に有する工具を用い、切りくずの幅が上記誘導形状部の幅よりも広くなり、すくい面上に流出する切りくずのすくい面との接触面に、この切りくずの生成時に前記誘導形状部で塑性変形部分を生じさせ、この塑性変形部分が前記誘導形状部と嵌まり合って案内させるように切削することを特徴とする。
この切削方法によると、この発明の切削工具につき説明したと同様に、詰まりを生じることなく、横向きカールが矯正され、さらに切りくずを所望の方向に矯正して誘導することができる。
この発明の切削方法は、回転するワークに切削工具を当てて切削する旋削に限らず、フライス等による切削や、ドリル等の回転工具による切削にも適用することができる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明の切りくず誘導機能付き切削工具は、すくい面に、このすくい面の縁の切れ刃稜線またはこの切れ刃稜線の近傍から切れ刃稜線に対して遠ざかる方向に線状に延びて切りくずを案内する誘導形状部を設け、この誘導形状部は、幅が切りくずの幅よりも狭くすくい面に対して凹または凹となる部分であって、すくい面上に流出する切りくずの一部を、この切りくずの生成時に塑性変形させその塑性変形部分に嵌まり合って切りくずを案内するものとしたため、詰まりを生じることなく、横向きカールを矯正できて、さらに切りくずを所望の方向に矯正して誘導することができる。
【００２３】
上記誘導形状部を、上記すくい面に複数条並べて設けた場合は、誘導形状部による切りくずのより確実な案内が可能となる。
上記すくい面を覆って上記すくい面との間に切りくずが通過する誘導路を形成するカバーを設けた場合は、誘導溝等の誘導形状部による切りくずのより一層確実な案内が可能となる。
上記誘導溝等の誘導形状部よりも切れ刃稜線から遠くに位置して、内部が切りくずの通る誘導路となる誘導路形成部材を設けた場合は、切れ刃稜線からより遠くまで、所望の箇所に切りくずの確実な案内が可能となる。
シャンク部に、引張力付与手段を設けた場合は、張力を付与しながら切削が行えて、切削抵抗、動力、熱等を減少させて、切削効率の向上や、工具寿命の延長が図れ、かつ切りくず処理手段への切りくずの案内が容易となる。
上記すくい面を、切れ刃稜線に垂直な断面の形状が凸曲線となる凸曲面とした場合は、切りくずの上向きカールが矯正される。
【００２４】
この発明の切削加工方法は、切削工具として、すくい面の縁の切れ刃稜線またはこの切れ刃稜線の近傍から延びる溝または突条からなる誘導形状部をすくい面に有する工具を用い、切りくずの幅が上記誘導形状部の幅よりも広くなり、すくい面上に流出する切りくずのすくい面との接触面に、この切りくずの生成時に前記誘導形状部で塑性変形部分を生じさせ、この塑性変形部分が前記誘導形状部と嵌まり合って案内させるように切削する方法であるため、詰まりを生じることなく、横向きカールを矯正できて、さらに切りくずを所望の方向に矯正して誘導することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（Ａ）はこの発明の一実施形態に係る切りくず誘導機能付き切削工具を用いた工作機械の概念構成を示す説明図、（Ｂ）はその切削工具の先端の斜視図、（Ｃ）は同切削工具のチップとカバーを示す正面図である。
【図２】同切削工具の斜視図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ同切削工具のチップの各例の平面図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ同切削工具の誘導溝を示す拡大断面図である。
【図５】同切削工具にカバーを設けた状態の斜視図である。
【図６】同カバーとチップを示す正面図および破断平面図である。
【図７】同切削工具に引張力付与手段を設けた状態の斜視図である。
【図８】同切削工具の誘導溝変形例となるチップとカバーの正面図である。
【図９】同切削工具に誘導路形成部材を設けた例の破断平面図である。
【図１０】同切削工具の誘導溝に係る試験方法の説明図である。
【図１１】同試験の各試験条件を示す図表である。
【図１２】同切削工具の試験方法を示す他の説明図である。
【図１３】同試験の試験結果を示す図表である。
【図１４】同試験の試験結果を示す写真である。
【図１５】同切削工具の上向きカールの試験における試験方法の説明図である。
【図１６】同試験方法の他の説明図である。
【図１７】同試験の試験結果を示すグラフである。
【図１８】切りくず引っ張り切削に係るシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１９】すくい角を異ならせた同シミュレーションの結果を示すグラフである。
【図２０】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれこの発明の他の実施形態に係る切りくず誘導機能付き切削工具におけるチップの各例の平面図である。
【図２１】（Ａ）は図１０（Ａ）の実施形態の切削工具の部分拡大断面図、（Ｂ）同切削工具における誘導突条とチップとの関係を断面で示す説明図である。
【図２２】同切削工具を用いた他の工作機械の概念構成を示すブロック図である。
【図２３】同工作機械の工作機械本体となる旋盤の正面図である。
【図２４】同工作機械本体の平面図である。
【図２５】同切削工具を用いたさらに他の工作機械の要部を示す概念構成の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図２２と共に説明する。図１は、切りくず処理機能付き工作機械の概要を示す。この工作機械は、回転するワークＷに切削工具１を当てて切削する工作機械であって、ワ−クＷから続いて切削工具１の切れ刃稜線５から流出する切りくず１０に引っ張り力を与える引張力付与手段１１と、この引張力付与手段１１に対して切りくず１０を誘導する切りくず誘導手段６と、引張力付与手段１１を通過した切りくず１０を処理する切りくず処理手段１２とを備える。また、引張力付与手段１１と切りくず処理手段１２との間に、内部に切りくず１０を通して案内するパイプ等の誘導路（図示せず）が設けられている。切りくず処理手段１２は、切りくず１０を裁断するか、または巻き取る処理を行う装置である。
ワークＷは、主軸１４により回転させられ、切削工具１は、直交２軸方向に移動可能な刃物台１５に取付けられる。引張力付与手段１１は、切削工具１に設けられ、または切削工具１の近傍に設けられる。
【００２７】
切削工具１は、上記切りくず誘導手段６が設けられた切りくず誘導機能付き切削工具とされる。切りくず誘導手段６は、すくい面４に設けた誘導形状部である誘導溝７と、すくい面７に被せたカバー８とでなる。なお、カバー８は、必ずしも設けなくても良い。
【００２８】
この切削工具１は、シャンク部となるシャンク２と、このシャンク２の先端のチップ取付座部２ａに取付けられたチップ３からなるスローアウェイバイトである。チップ取付座部２ａは切欠状凹部として形成され、チップ３は中央の取付孔に挿通した固定ねじ等の止め具９でシャンク２に固定される。チップ３は切れ刃となる部品であり、平面形状が三角形状とされて、シャンク２への取付面と反対側の面がすくい面４となる。チップ３は、すくい面４の各角部が円弧状に形成され、すなわち円弧状のノーズ部が形成され、その円弧状部分が切れ刃稜線５に形成されている。チップ３は、シャンク２の最先端となる使用位置２ｂにある切れ刃稜線５が加工に使用されるが、使用位置の切れ刃稜線５が摩耗すると、取り外して別の切れ刃稜線５が使用位置２ｂに来るように固定し直して使用される。なお、切れ刃稜線５は、上記円弧状の角部の他に、チップ３の各辺に形成しても良い。また、チップ３は四角形状であっても良い。
【００２９】
なお、切削工具１は、スローアウェイバイトに限らず、他の形式の差し込みバイトや、全体が同一材質で造られたむくバイト（完成バイトとも言う）であっても良いが、以下は上記スローアウェイバイトを例に説明する。
【００３０】
誘導溝７は、切れ刃稜線５の近傍から延びて切りくず１０を案内する溝であり、チップ３の角部の近傍から反対側の辺まで延びている。この実施形態では、誘導溝７は、切れ刃稜線５の至近位置から徐々に深くなるように設けられているため、図では切れ刃稜線５から続いて見えるように図示したが、切れ刃稜線５には誘導溝７は設けられていない。誘導溝７は切れ刃稜線５の近傍から徐々に深くなって一定深さで延びるように形成されている。誘導溝７は、必ずしも反対側の辺まで続いていなくても良く、途中で次第に浅くなってすくい面４に至る形状であっても良い。なお、誘導溝７は、切れ刃稜線５から延びて設けても良いが、切れ刃稜線５には設けず、切れ刃稜線５の近傍から延びて形成する方が、誘導溝７で仕上げ面を劣化させず、仕上げ面の面粗さに有利である。
誘導溝７は、溝幅が切りくず１０の幅よりも狭く、切りくず１０のすくい面側の一部１０ａを入り込ませて切りくず１０を案内する溝である。切りくず１０の幅は、切込み量等によって変わるが、切削工具１は、切削荷重や加工精度から使用可能な条件が定まっており、したがって切りくず１０の幅も、切削工具１を適正な使用条件で使用すると、その範囲が定まる。この適正な使用条件で生じる切りくず１０の幅に対して、誘導溝７の溝幅を狭くする。この例では、誘導溝７は、平面形状円弧状を成す切れ刃稜線５の中央から延びている。
【００３１】
図１および図２では、簡明のために、使用位置にある切れ刃稜線５から延びる誘導溝７のみを図示したが、実際には、図３（Ａ）に示すように、チップ３の全ての角の切れ刃稜線５から延びて設けられる。このため、各誘導溝７は、チップ３の中央で互いに交差する。チップ３を止めている止め具９は、この例ではすくい面４を構成しており、その箇所に誘導溝７の一部が形成される。
【００３２】
誘導溝７の断面形状は、例えば図４（Ａ）のように円弧状の断面形状とされるが、この他に、図１１のＣの例のように、両側の溝内両側が平行で底面が円弧状断面とされた形状や矩形等であっても良い。誘導溝７の形成は、例えば放電加工等で行われる。
誘導溝７は、１条に限らず、例えば図３（Ｂ），図４（Ｂ）に示すように、複数条を平行に並べて設けても良い。例えば、２条または３条であっても、３条以上であっても良い。すくい面４のこれら複数条の誘導溝７の形成箇所は、波形の断面形状となる。すくい面４の全面を上記のような波形の断面形状としても良い。なお、図３（Ｂ），図４（Ｂ）においても、簡明のために、一つの角部の切れ刃稜線５から延びる誘導溝７のみを図示したが、図示部分と同様に、他の各角部の切れ刃稜線５からも複数条の誘導溝７が延びている。また、誘導溝７を複数条並べて設けた場合、１条の誘導溝７の幅を切りくず１０の幅よりも狭くするが、複数条の誘導溝７が並んだ誘導溝群の幅は、切りくず１０の幅よりも広くてもよい。
【００３３】
図５および図６に示すように、カバー８は、すくい面４を覆ってすくい面４との間に、切りくず１０が通過するトンネル状の誘導路１６を形成する部品である。例えばカバー８の裏面に溝８ａを形成し、その溝８ａ内とすくい面４との間で誘導路１６を形成する。誘導路１６は、チップ３の使用位置２ｂの誘導溝７に沿って設けられ、チップ３が余裕を持って通過可能な幅とされる。誘導路１６の断面形状は、矩形状であっても、半円状等であっても良い。
カバー８は、例えばチップ３と略同じ平面形状とされ、止め具（図示せず）でシャンク２に固定される。カバー８には、チップ３と略同じ平面形状とする場合、切削の妨げとなることを回避するため、チップ３の使用位置２ｂとなる角部（すなわちノーズ部分）付近を切り落とした逃がし部８ｂを有する形状とされる。
なお、カバー８は、平らに形成し、チップ３のすくい面４に、切りくず幅よりも幅広の幅広溝（図示せず）を形成してその溝底に誘導溝７を設けても良い。または、カバー８とチップ３の両方に上記のような幅広溝を形成し、両側の幅広溝が組み合わされることで、内部に切りくず１０の通過可能な断面寸法の誘導路が形成されるようにしても良い。
また、カバー８は、チップ３を超えてシャンク２の表面上まで延びるものであっても良い。
【００３４】
図８に示すように、すくい面４に複数の誘導溝７を並べて設けた場合、カバー８で構成される誘導溝１６は、いずれの誘導溝７で案内される切りくず１０であっても、余裕を持って通過可能な断面形状とする。
【００３５】
図７に示すように、引張力付与手段１１は、切りくず１０を挟み込んで回転可能な一対の平行なローラ１７，１８と、いずれか一方または両方のローラ１７，１８を回転させるサーボモータ１９とで構成される。この例では図の下側のローラ１８がサーボモータ１９に直結して回転させられる。ローラ１７，１８は、支持枠２０に軸受（図示せず）を介して回転自在に支持され、上記支持枠２０にサーボモータ１９が取付けられる。この引張力付与手段１１は、支持枠２０を介して切削工具１のシャンク２に取付けられている。ローラ１７，１８の軸方向は、上記誘導溝７の延長方向と直交する方向である。
なお、引張力付与手段１１は、切削工具１１に取付ける代わりに、刃物台１５（図１）や、この刃物台１５に取付けられて切削工具１を保持する工具ホルダなどに取付けても良い。
【００３６】
図９に示すように、誘導溝７と引張力付与手段１１のローラ１７，１８との間に、内部が切りくず１０の通る誘導路２１ａとなる誘導路形成部材２１を設けても良い。誘導路２１ａは、切りくず１０を一対のローラ１７，１８の間に導くように設ける。誘導路形成部材２１は、この例ではパイプからなり、シャンク２に固定されている。この誘導路形成部材２１を設ける場合、図５のカバー８を省略しても良く、またカバー８を設けてさらに誘導路形成部材２１を設けても良い。
誘導路形成部材２１は、引張力付与手段１１の支持枠２０に設けるなどして、引張力付与手段１１の構成部品としても良い。また、誘導路形成部材２１は、図示の例では誘導溝７の近傍から延びているが、ローラ１７，１８の近傍のみに設けて、ローラ１７，１８の入口ガイドとしても良い。すなわち、引張力付与手段１１の切りくず入口を誘導路形成部材２１で構成してもよい。なお、入口ガイドとして誘導路形成部材２１を設けない場合、引張力付与手段１１の切りくず入口は、一対のローラ１７，１８における、切りくず１０の挟み込みが可能な幅部分である。
【００３７】
図１において、切削工具１のすくい面４の断面形状は、図１６（Ｂ）に示すように、切れ刃稜線５に垂直な断面が凸曲線となる凸曲面としてある。このすくい面４は、平面であっても、また切れ刃稜線５に垂直な断面が凹曲線となる凹曲面としても良い。
【００３８】
上記構成の切削工具１によると、切りくず１０の幅よりも狭い誘導溝７を設けたため、図１０のように、切削時に切りくず１０がすくい面４に押し当てられながら生成される際に、切りくず１０のすくい面４側の一部に、誘導溝７に入る塑性変形部１０ａが突条として形成され、この突条となった塑性変形部１０ａが誘導溝７に嵌まり込み状態となって案内される。これより切りくず１０の流出方向が矯正され、横向きカールが矯正される。誘導溝７は、切りくず７のすくい面４側の一部に生じた塑性変形部１０ａを入り込ませるものであるため、切りくず１０の幅が種々変わっても、円滑な案内が可能となる。
従来の孔やカバー等のような中に通す誘導路では、切りくずの流出方向を規制しないまま、切りくずの先端が路内に進入しようとするため、誘導路の入口から外れて誘導されなかったり、また内壁面に角度を持って当たり、詰まりを生じ易いと考えられる。切削条件を変えると一般に流出方向が変化するため、目的に方向に導くことができず、上記の入口からの外れや角度を持った当たりが生じる。また、切りくずが誘導路内でカールして内壁面に当たることによっても、詰まりが生じる。
これに対して、上記誘導溝７によると、嵌まり合い状態で案内するため、単なる誘導ではなく、切りくずの流出方向の矯正とカールの矯正が行われる。そのため、詰まりのない円滑な案内が行える。なお、誘導溝７による切りくず１０の塑性変形部１０ａの形成は、切りくず生成のための塑性変形の一部として行われ、切りくずの流出を妨げるものではない。
なお、円滑な案内を行うにつき、切りくず１０の幅と誘導溝７の溝幅との適切な関係が限られるが、溝幅に対して、円滑な案内が可能となる切りくず１０の許容幅が、中を通す誘導路に比べて広い。適切な溝幅の例は、後に試験例を示す。
【００３９】
このように切りくず１０の横向きカールが矯正されるため、切りくず１０を所望の方向に誘導することができる。このため、プレス鋼や耐熱合金などのような延性の高い材料のように、チップブレーカが機能しない材質の場合にも、連続的な切りくず処理が可能となる。また、引張力付与手段１１によって切りくず１０に張力を与えて加工する方法が実現可能となる。
【００４０】
誘導溝７を、図３（Ｂ）、図４（Ｂ）のように、すくい面４に複数条並べて設けた場合は、切削条件が変わっても、いずれかの誘導溝７が切りくず１０に対して適切な位置となって案内することになり、誘導溝７による切りくずの確実な案内が行える。すなわち、切れ刃稜線５のどの箇所から切りくず１０が延びるかは、切削条件によって変わることがある。そのため、誘導溝が１条であると、切りくず１０が誘導溝７で案内できない場合があるが、誘導溝７が複数条並べて設けられていると、いずれかの誘導溝７が切りくず１０に対して適切な位置となって効果的に案内することができる。
【００４１】
上記カバー８を設けた場合は、より確実な切りくず１０の案内が行える。ワークＷの各方向の面を連続して加工する場合など、広範囲を切削する場合、切削工具１とワーク表面との角度の関係等が種々変わり、誘導溝７だけでは確実には誘導できない場合がある。このような場合に、上記カバー８が設けられていると、より確実に誘導することができる。誘導溝７による矯正のうえで、カバー８により規制するため、カバー８のみで案内するものと異なり、誘導路１６内での切りくずのカールによる詰まりが防止される。
【００４２】
図９の誘導路形成部材２１を設けた場合は、より確実な誘導が行える。誘導溝７による案内は、すくい面４に沿った案内であるため、切れ刃稜線５から遠くになると案内できないが、上記誘導路形成部材２１を設けることで、切れ刃稜線５から遠くまで所望の箇所に切りくず１０を確実に案内することができる。
【００４３】
図１６（Ｂ）のように、すくい面４を凸曲面とした場合は、切りくず１０がすくい面４の凸曲面にならい、上向きカールが抑制される。通常の工具では、すくい面を凹曲面として上向きカールを積極的に生じさせるが、これとは逆に、凸曲面として上向きカールをなくすものである。凸曲面とするため、従来の稜線を設けるものと異なり、旋削一般に適用できる。なお、上向きカールは、切りくず１０の所望位置への誘導の上で比較的影響が小さいため、特に必要な場合に凸曲面とすれば良い。
【００４４】
なお、上記各実施形態では、切削工具１のすくい面４に設ける誘導形状部を誘導溝７とした場合につき説明したが、例えば、図２０，２１に示すように、誘導形状部として誘導突条７Ａを設けても良い。図２０（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ図３（Ａ），（Ｂ）に示すチップ３において、誘導溝７の代わりに誘導突条７Ａを設けた例を示す。図２０（Ａ）は、一つの角の切れ刃稜線５に対して誘導突条７Ａを１本ずつ設けた例、図２０（Ｂ）は、一つの角の切れ刃稜線５に対して誘導突条７Ａを複数本平行に並べた例である。いずれも、誘導突条７Ａは、誘導溝７を設ける場合と同じく、切れ刃稜線５またはこの切れ刃稜線５の近傍から反対側の辺まで延びて形成されている。誘導突条７Ａの高さは、切れ刃稜線５の近傍から次第に高くなり、一定高さで続く形状とされる。誘導突条７Ａは、必ずしも反対の辺まで延びていなくても良く、また反対の辺側へ次第に低くなってすくい面４に続く形状としても良い。誘導突条７Ａの横断面形状は、例えば図２１（Ａ）のように半円状とされる。また、誘導突条７Ａの突条幅は、切りくず１０の幅よりも狭く形成される。この誘導突条７Ａを設けたチップ３Ａは、図２のシャンク３に取付けられて切りくず誘導機能付き切削工具を構成する。この誘導突条７Ａを設けたチップ３Ａは、前述の各図の例の切削工具１において、誘導溝７を設けたチップの代わりに用いることができる。
【００４５】
図２１（Ｂ）示すように、誘導突条７Ａを有する切削工具を用いて切削した場合、切りくず１０がすくい面４に押し付けられながら生成される際に、切りくず１０のすくい面との接触面に溝状の塑性変形部分１０ａＡが生じる。この溝状の塑性変形部分１０ａＡに誘導突条７Ａが嵌まり込んで切りくずを案内する。このため、誘導溝７を設けた場合と同様に、切りくず１０の流出方向の矯正、カールの矯正が行われ、切りくず１０を所望の方向へ円滑に案内することができる。
【００４６】
つぎに、誘導溝７を設けた効果の確認試験例を説明する。供試体には、図３（Ａ）に示すチップ３を有する切削工具１において、誘導溝７の溝幅や断面形状を種々変えたものにつき行った。図１のカバー８は設けない。
【００４７】
ノーズ半径0.8 mm，刃先角60度の切削工具１を使用し、生成される切りくず１０の幅と厚さを考慮して，図１１の図表に示す４種類の案内溝７を、ノーズの中心位置にワイヤカット放電加工によって付与した。切削条件は、図１３の図表に示す４種類で、切削速度をいずれも200 m/min とし、図１２に示すようにアプローチ角αを１５度として加工実験を行なった。
図１３に示す元来の切りくず流出角( 図１０（Ａ）参照) は、コルウェル（Colwell ）の経験則に基づいて算出した推定値である．本実験では案内溝７によって制御する切りくず流出角の目標値は全て４５度( 図１２参照) であることから、例えば切込み0.2 mm，送り0.08 mm/rev の条件では，元来の流出角１９度からおよそ２６度の角度変化を強要することになると推測される。
【００４８】
実験結果を図１３に示す。まず、溝断面の小さいＡ，Ｂの場合について考察する。切込み 0.2 mm の２条件においては、フラットな通常工具に比べると横向きカールが抑制され，切りくず流出方向も概ね誘導溝７の方向に制御されたが、誘導溝７に沿って完全に真直ぐな切りくずを排出するには至らなかった。これは，切削に関与する切れ刃稜線５の位置と誘導溝７の位置が若干ずれているためと考えられ、誘導溝７の位置を切削位置に合わせるか、または誘導溝７を複数にする等によって解決するものと予想される。切込み0.5 mm，送り0.3 mm/revにおいては、切削位置と溝位置が一致し、図１４に写真で示すように誘導溝７に案内されて真直ぐに切りくずが流出した。一方、切込み1 mm，送り0.2 mm/revでは、誘導溝７に沿うことなく横向きカールを伴う切りくずが流出した。これは，溝断面が小さいために切りくず流出を矯正する力が小さかったためと考えられる。次に溝Ｃの場合，切込み 0.2 mm の２条件においては、誘導溝７に沿って真直ぐに切りくず１０が流出した．一方、切込みが大きい他の２条件では、強度不足のために工具先端に欠損を生じた。溝Ｄの場合、切込み 0.2 mm の２条件では、不完全な切りくず流出となった。これは、切りくず１０に対して溝幅が大きすぎたためと考えられる。一方、切込みが大きい他の２条件では、誘導溝７に沿って真直ぐに切りくず１０が流出した。
【００４９】
誘導溝７に沿って真直ぐに流出した切りくず１０は、すくい面４側に溝形状と反対の凸形状が確認された。従って、意図したメカニズムにより、少なくとも適切な条件範囲では，切りくず１０の流出方向と横向きカールを制御可能であることが確認された。
【００５０】
上向きカールの抑制の試験結果を説明する。図１６（Ｂ）に示すように、すくい面４が上向きカールと逆向きの曲率を持つ切削工具を作成した。なお誘導溝７は設けていない。図１５に示す近似二次元切削を行って、曲率半径の違いによる上向きカールの変化を実測した。曲率０（通常の工具），0.035 ，0.065 ，0.17 mm -1のすくい面を持つ工具を製作し：切削幅１mm，切込み0.1 mm，切削速度200 m/min で５回ずつ加工実験を行った。なお、すくい角は切れ刃稜線先端で０度となるように調整した。
【００５１】
各工具によって生成された切りくず１０の上向きカールの曲率を実測した結果を図１７に示す。すくい面の曲率によって上向きカールの曲率が小さくなり、すくい面の曲率が0.1 mm-1（すくい面の半径が10 mm ）程度で上向きカールが発生しなくなること、さらに大きなすくい面の曲率では逆向きにカールすることがわかった。
以上のように、工具のすくい面に凸の曲率を持たせることで、上向きカールを抑制し得ることが確認された。
【００５２】
引張力付与手段１１を設けたことによる作用を説明する。引張力付与手段１０を設けて切りくず１０に張力を与えながら切削することにより、切削抵抗、動力、熱等を減少させ、被削性全般を向上させて、切削効率の向上や、工具寿命の延長を同時に実現することができる。また、加工精度も向上する。切削抵抗の減少によって工具寿命が延長されることは、逆に、同じ工具寿命であれば、高速度の切削や、重切削が可能であることを意味し、従来よりも高能率化を実現することができる。この引張力付与手段１１を切削工具１のシャンク２に設ければ、刃物台１５や工具ホルダに設ける場合に比べて、切れ刃稜線５のより近くへ引張力付与手段１１を配置することが容易で、流出する切りくず１０を引張力付与手段１１へ案内し易く、特に、切りくず１０の先端を引張力付与手段で捕捉することが容易となる。
引張力付与手段１１は、切りくず１０を挟む一対のローラ１７，１８で構成したが、そのため、切りくず１０に連続的に送りを行いながら、張力を与えることができる。また、サーボモータ１９を用いたため、速度制御やトルク制御が可能となり、適切な張力を与えることができる。
【００５３】
引っ張り切削のシミュレーション結果を説明する。切りくずの引っ張り切削において、切りくずを引っ張ることによる見かけの摩擦角減少と加工動力の関係を、簡単なせん断角モデルを利用して解析した。その結果を図１８，図１９に示す。図１８は、すくい角が０度の場合を、図１９はすくい角が−２０度の場合をそれぞれ示す。摩擦角はいずれも３０度である。加工動力は、簡便な切削シミュレーションによく使用される考え方となる「最大せん断応力説」に基づく結果と、「最小エネルギー説」に基づく結果を示した。いずれの説においても、図１８，１９に示すように、見かけの摩擦角が０度付近の時に、加工動力が最小になることを確認した。これは、切りくずと切削工具のすくい面の間の摩擦力をキャンセルする力で切りくずを引っ張ることになる。
したがって、見かけの摩擦角が０度となるように引っ張り力を与えながら切削することで、引っ張り力も含めた加工動力が最小となり、摩擦発熱が減るので、切削工具の劣化、加工精度の低下も減ることになる。
【００５４】
この見かけの摩擦角が０度となるように、引張力付与手段１１を制御する機能を備えた工作機械の例を、図２２〜図２４に示す。
図２２において、この工作機械は、工作機械本体３０と、加工機制御装置５０とで構成される。なお、ここで言う工作機械本体３０は、工作機械の機械部分、つまり制御系を除く部分を言う。
【００５５】
図２３および図２４において、工作機械本体３０はタレット型の旋盤からなる。ベッド３１上に主軸台３２を介して主軸１４が支持され、主軸１４の主軸頭に、ワークＷを把持する主軸チャック１４ａが設けられている。主軸１４は、サーボモータ等からなる主軸モータ３３により回転駆動される。
【００５６】
刃物台１５は、正面形状が多角形状のタレット刃物台からなり、その多角形の各辺部分を構成するいずれかの外周面部分１５ａに、切削工具１が工具ホルダ４３を介して取付けられている。この切削工具１は、図１，図７に示す、誘導溝７および引張力付与手段１１を有する切りくず誘導機能付きの切削工具１とされる。刃物台１５の外周面部分１５ａに取付けられる工具は、バイト等の切削工具の他に、ドリルやミリングヘッド等の回転工具（図示せず）であっても良いが、少なくとも一つが、上記切りくず誘導機能付きの切削工具１とされる。
【００５７】
このタレット形の刃物台１５は、送り台３４の上側送り台部３４ｂに、タレット軸３５を介して割出回転可能に搭載されている。送り台３４は、送り台ベース３４ａと上側送り台部３４ｂとからなり、送り台ベース３４ａは、ベッド３１上に案内３６を介して、主軸軸方向（Ｚ軸方向）と直交する水平方向（Ｘ軸方向）に進退自在に設置されている。上側送り台部３４ｂは、送り台ベース３４ａ上に主軸軸方向（Ｚ）に進退自在に搭載されている。送り台ベース３４ａはＸ軸サーボモータ３７により、送りねじ機構３８を介して進退駆動される。上側送り台部３４ｂは、Ｚ軸サーボモータ３９により、送りねじ機構４０を介して進退駆動される。これら送り台ベース３４ａおよび上側送り台部３４ｂの進退移動により、刃物台１５が直交２軸方向に移動する。また、上側送り台部３４ｂに搭載された割出用モータ４１により、刃物台１５の旋回割出が行われる。
【００５８】
この工作機械本体３０は、図１の切りくず処理手段１２を有するものとされる。なお、図示の例では、刃物台１５を主軸１４と平行に配置したが、刃物台１５は主軸１４と直交する方向や、対面する方向に配置しても良い。刃物台１５は、タレット型に限らず、櫛歯状のものや、一つの切削工具１のみを支持するものであっても良い。また、この切りくず処理機能付き工作機械は、旋盤に限らず、切削工具１を用いる各種の工作機械に適用することができる。
【００５９】
図２２は、制御系の概念構成を示す。加工機制御装置５０は、コンピュータ式の数値制御装置およびプログラマブルコントローラからなる。加工機制御装置５０は、ＣＰＵ（中央処理装置）およびメモリ等で構成される演算制御部５１と、加工情報記憶手段５２とを有し、加工プログラム５３を演算制御部５１で実行して工作機械本体３０の各部の制御を行う。加工情報記憶手段５２は、加工プログラム５３の記憶部とパラメータ記憶部５４を有し、パラメータ記憶部５４には各種の制御動作の情報がパラメータとして記憶される。加工プログラム５３には、刃物台１５の各軸（Ｘ軸，Ｚ軸）方向の軸移動命令や、主軸１４の回転命令となる軸移動命令等が記述され、また切削工具１の形状（ノーズ半径、アプローチ角、すくい角、誘導溝を設けた場合にはその角度）等の工具に関する情報と、ワークＷの材質や種類等のワークＷに関する情報が、非実行命令の記述部分に記述される。
【００６０】
演算制御部５１は、基本制御部５５、軸移動制御部５６、およびシーケンス制御部５７を有している。基本制御部５５は、加工プログラム５３の命令を記述順に読み出して、軸移動命令を軸移動制御部５６に実行させ、加工プログラム５３のシーケンス命令をシーケンス制御部５７に転送する。シーケンス制御部５７は、工作機械本体３０の、例えばタレット刃物台１５の回転割出や機体カバー（図示せず）の開閉等の各種のシーケンス動作の制御を、内蔵のシーケンスプログラム（図示せず）に従って行う。
軸移動制御部５６は、工作機械本体３０のＸ軸サーボモータ３７，Ｚ軸サーボモータ３９，および主軸モータ３０等の軸移動の制御を行う手段である。軸移動制御部５６は、サーボ制御手段（図示せず）を有しており、加工プログラム５３から基本制御部５５を介して送られる軸移動命令の指令値（例えば、移動量や移動速度）に応じて、上記各軸サーボモータ３７，３９，３０の閉ループ制御を行う。閉ループ制御には、各軸サーボモータ３７，３９，３０に設けられたパルスコーダやエンコーダ等の位置検出器（図示せず）の情報を用いる。
【００６１】
このような基本構成の加工機制御装置５０において、次の切削速度計算手段５８、および切削同期回転制御手段５９が設けられている。切削速度計算手段５８は、切削の開始時から終了時に渡り、現在の切削速度を計算する手段であり、加工情報記憶手段５２に記憶された加工プログラム５３等の各種の情報と、軸移動制御部５６が認識している現在の位置情報等から切削速度を計算する。切削速度は、切削工具１が接する箇所のワークＷの周速であるため、切削の進行に伴うワーク径の減少等により変化するが、閉ループ制御を行う軸移動制御部５６の各軸の現在値と主軸回転数、あるいはそれらに対する加工プログラム５３の指令値、および加工情報記憶手段５２に記憶されている工具寸法に関するデータから、現在の周速が計算でき、切削速度が計算できる。例えば、工具長データＬが加工情報記憶手段５２に記憶されていて、Ｘ軸位置ｘと主軸回転数ｎが軸移動制御部５６から得られれば、切削速度計算手段５８は、上記Ｘ軸位置ｘと工具長データＬとから刃先位置を計算し、さらにその位置の回転半径を算出し、主軸回転数ｎとから周速を計算する。
【００６２】
切削同期回転制御手段５９は、引張力付与手段１１のローラ１７，１８の回転により切りくず１０を引っ張る速度（すなわち、ローラ１７，１８のうちの駆動側ローラの周速）が、ワークＷの回転で切削工具１により切削する切削速度と一致するように、ローラ回転駆動用のサーボモータ１９の回転速度を制御する手段である。サーボモータ１９には速度検出器（図示せず）を設け、切削同期回転制御手段５９は閉ループ制御を行う。
なお、ここで言う「同期回転制御」は、厳密な同期制御に限らず、切りくず１０を引っ張る速度と切削速度とを概ね一致させる制御を意味し、切削同期回転制御手段５９は、このような概ね一致させる制御を行うもので良い。サーボモータ１９の上記速度検出器には、例えばタコジェネレータが用いられる。また、サーボモータ１９は、インクリメンタル式のパルスコーダを持つものが一般的であるため、このようなパルスコーダやエンコーダ等の位置検出器から速度情報を得るものとしても良い。
【００６３】
このように、切削速度計算手段５８および切削同期回転制御手段５９を設け、引張力付与手段１１のローラ１７，１８による引っ張り速度を切削速度と一致するように制御することで、見かけの摩擦角が概ね０度となるように引っ張り力を与えながら切削することができる。これにより、引っ張り力も含めた加工動力が概ね最小となり、摩擦発熱が減るので、切削工具の劣化、加工精度の低下も減ることになる。また、加工プログラム５３等の情報や、軸移動制御部５６の現在位置情報等から周速を計算するので、専用のセンサを追加することなく、引っ張り速度と切削速度の同期制御が行え、簡単な構成で済む。
【００６４】
なお、引張力付与手段１１が上記ローラ１７，１８とサーボモータ１９とで構成される場合、切りくず１０のローラ１７，１８間への噛み込みの有無が、サーボモータ１９の電流フィードバック値（切りくずを引っ張り始めると、速度の同期を保つための負荷がかかり、モータトルクすなわち電流を増すことになる）によって確認できる。このため、噛み込みの確認手段（図示せず）を設け、切削開始後の設定時間までに噛み込みが確認できなかった場合にアラームを発生させる手段（図示せず）を設けても良い。
【００６５】
図２５は、見かけの摩擦角が０度となるように、引張力付与手段１１を制御する機能を備えた工作機械の他の例を示す。この例は、切削工具１の切れ刃稜線５の付近等に、切削工具１に作用する力を検出する力センサ６１を設け、この力センサ６１の検出値に応じて、引張力付与手段１１のローラ１７，１８の回転により切りくず１０を引っ張る力（モータトルク）を制御する作用力対応回転制御手段６２を設けたものである。力センサ６１は、例えば、切削力の背分力を検出するものであり、シャンク２（切削工具１と引張力付与手段１１の間）に埋め込んで設置する。作用力対応回転制御手段６２は、力センサ６１の出力をキャンセルするようにサーボモータにトルク指令を与える。上記力センサ６１の出力とサーボモータへのトルク指令値の対応は、予め校正することができる。上記センサ６１により検出される力は、例えば、切りくず１０とすくい面４との摩擦により生じる力であり、したがって、この力を相殺することで、見かけの摩擦角が０度となるように、切りくず１０を引っ張る制御が行える。
上記の力センサ６１は、切削工具１に加えられる切削力のみを検出するように配置された例であるが、このセンサは切削工具１とさらに引張力付与手段１１の両方に加えられる力を検出するように、切削工具１と引張力付与手段１１の両方を支える工具シャンクと刃物台等との間に配置することもできる。この場合、力センサが支える部分の質量が大きいために検出の応答性が悪くなるが、その代わりに切削工具１と引張力付与手段１１の両方に加えられる力の合力を検出することができるため、この検出値がゼロになるようにサーボモータへのトルク指令値を増減することによって正確に見かけの摩擦角をゼロにすることができる。
この実施形態の場合、力センサ６１が必要となるが、加工機制御装置の記憶情報から現在の切削速度が計算不可能な場合にも適用することができる。
【００６６】
なお、上記各実施形態では、旋削に用いる切削工具に適用した場合につき説明したが、この発明の切りくず誘導機能付き切削工具は、例えばプレーナのように並進運動するワークに対して切削する切削工具にも適用できる。また、切りくず１０に張力を付与することは困難であるが、フライス、ドリル、ミリングヘッドのような回転工具にも適用することができる。フライスの場合、切りくずの飛散のために機械の熱変形が生じたり、必要以上に切削油を使用したり、コンベヤーのような機械を動かし続けたりする必要があるが、この発明の切りくず誘導機能付き切削工具の切りくず誘導機能を用いれば、切りくずの回収が容易となる。また、ドリルの場合、切りくずの詰まりが頻繁に問題になるため、その切りくずの流出の制御に、この発明の切りくず誘導機能が効果的である。
【符号の説明】
【００６７】
１…切削工具
２…シャンク
３…チップ
３Ａ…チップ
４…すくい面
５…切れ刃稜線
６…切りくず誘導手段
７…誘導溝（誘導形状部）
７Ａ…誘導突条（誘導形状部）
８…カバー
１０…切りくず
１１…引張力付与手段
１２…切りくず処理手段
１４…主軸
１５…刃物台１６…誘導路
１７，１８…ローラ
１９…サーボモータ
２１ａ…誘導路
２１…誘導路形成部材
３０…工作機械本体
５０…加工機制御装置
５１…演算制御部
５２…加工情報記憶手段
５３…加工プログラム
５８…切削速度計算手段
５９…切削同期回転制御手段
６１…力センサ
６２…作用力対応回転制御手段
Ｗ…ワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
すくい面に、このすくい面の縁の切れ刃稜線またはこの切れ刃稜線の近傍から切れ刃稜線に対して遠ざかる方向に線状に延びて切りくずを案内する誘導形状部を設け、この誘導形状部は、幅が切りくずの幅よりも狭くすくい面に対して凹または凸となる部分であって、すくい面上に流出する切りくずの一部を、この切りくずの生成過程で塑性変形させその塑性変形部分に嵌まり合って切りくずを案内するものとした切りくず誘導機能付き切削工具。
【請求項２】
上記誘導形状部が誘導溝であって、この誘導溝は、切りくずのすくい面との接触面に生じさせた突形状の塑性変形部分を入り込ませて切りくずを案内するものとした請求項１記載の切りくず誘導機能付き切削工具。
【請求項３】
前記誘導形状部が誘導突条であって、この誘導突条は、切りくずのすくい面との接触面に生じさせた溝状の塑性変形部分に嵌まり込んで切りくずを案内するものとした請求項１記載の切りくず誘導機能付き切削工具。
【請求項４】
上記誘導形状部を、上記すくい面に複数条並べて設けた請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の切りくず誘導機能付き切削工具。
【請求項５】
上記すくい面を覆って上記すくい面との間に切りくずが通過する誘導路を形成するカバーを設けた請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の切りくず誘導機能付き切削工具。
【請求項６】
上記誘導形状部よりも切れ刃稜線から遠くに位置して、内部が切りくずの通る誘導路となる誘導路形成部材を設けた請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の切りくず誘導機能付き切削工具。
【請求項７】
シャンク部に、切れ刃稜線から延びて上記誘導形状部で案内される切りくずを、切れ刃稜線から遠ざかる方向に引っ張る引張力付与手段を設けた請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の切りくず誘導機能付き切削工具。
【請求項８】
上記すくい面を、切れ刃稜線に垂直な断面の形状が凸曲線となる凸曲面とした請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の切りくず誘導機能付き切削工具。
【請求項９】
すくい面を、このすくい面の縁の切れ刃稜線に垂直な断面の形状が凸曲線となる凸曲面とした切りくずの上向きカール抑制機能付き切削工具。
【請求項１０】
切削工具として、すくい面の縁の切れ刃稜線またはこの切れ刃稜線の近傍から延びる溝または突条からなる誘導形状部をすくい面に有する工具を用い、切りくずの幅が上記誘導形状部の幅よりも広くなり、すくい面上に流出する切りくずのすくい面との接触面に、この切りくずの生成時に前記誘導形状部で塑性変形部分を生じさせ、この塑性変形部分が前記誘導形状部と嵌まり合って案内させるように切削することを特徴とする切削加工方法。
【請求項１】
すくい面に、このすくい面の縁の切れ刃稜線またはこの切れ刃稜線の近傍から切れ刃稜線に対して遠ざかる方向に線状に延びて切りくずを案内する誘導形状部を設け、この誘導形状部は、幅が切りくずの幅よりも狭くすくい面に対して凹または凸となる部分であって、すくい面上に流出する切りくずの一部を、この切りくずの生成過程で塑性変形させその塑性変形部分に嵌まり合って切りくずを案内するものとした切りくず誘導機能付き切削工具。
【請求項２】
上記誘導形状部が誘導溝であって、この誘導溝は、切りくずのすくい面との接触面に生じさせた突形状の塑性変形部分を入り込ませて切りくずを案内するものとした請求項１記載の切りくず誘導機能付き切削工具。
【請求項３】
前記誘導形状部が誘導突条であって、この誘導突条は、切りくずのすくい面との接触面に生じさせた溝状の塑性変形部分に嵌まり込んで切りくずを案内するものとした請求項１記載の切りくず誘導機能付き切削工具。
【請求項４】
上記誘導形状部を、上記すくい面に複数条並べて設けた請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の切りくず誘導機能付き切削工具。
【請求項５】
上記すくい面を覆って上記すくい面との間に切りくずが通過する誘導路を形成するカバーを設けた請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の切りくず誘導機能付き切削工具。
【請求項６】
上記誘導形状部よりも切れ刃稜線から遠くに位置して、内部が切りくずの通る誘導路となる誘導路形成部材を設けた請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の切りくず誘導機能付き切削工具。
【請求項７】
シャンク部に、切れ刃稜線から延びて上記誘導形状部で案内される切りくずを、切れ刃稜線から遠ざかる方向に引っ張る引張力付与手段を設けた請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の切りくず誘導機能付き切削工具。
【請求項８】
上記すくい面を、切れ刃稜線に垂直な断面の形状が凸曲線となる凸曲面とした請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の切りくず誘導機能付き切削工具。
【請求項９】
すくい面を、このすくい面の縁の切れ刃稜線に垂直な断面の形状が凸曲線となる凸曲面とした切りくずの上向きカール抑制機能付き切削工具。
【請求項１０】
切削工具として、すくい面の縁の切れ刃稜線またはこの切れ刃稜線の近傍から延びる溝または突条からなる誘導形状部をすくい面に有する工具を用い、切りくずの幅が上記誘導形状部の幅よりも広くなり、すくい面上に流出する切りくずのすくい面との接触面に、この切りくずの生成時に前記誘導形状部で塑性変形部分を生じさせ、この塑性変形部分が前記誘導形状部と嵌まり合って案内させるように切削することを特徴とする切削加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１３−５９８５９（Ｐ２０１３−５９８５９Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２５８７８４（Ｐ２０１２−２５８７８４）
【出願日】平成２４年１１月２７日（２０１２．１１．２７）
【分割の表示】特願２００８−５０６９７（Ｐ２００８−５０６９７）の分割
【原出願日】平成２０年２月２９日（２００８．２．２９）
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【出願人】（０００００６２９７）村田機械株式会社 (4,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月２７日（２０１２．１１．２７）
【分割の表示】特願２００８−５０６９７（Ｐ２００８−５０６９７）の分割
【原出願日】平成２０年２月２９日（２００８．２．２９）
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【出願人】（０００００６２９７）村田機械株式会社 (4,916)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]