JP4270482B2

JP4270482B2 - Ｎｃ旋盤による偏心位置球面加工方法

Info

Publication number: JP4270482B2
Application number: JP2000340141A
Authority: JP
Inventors: 博小柴
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2000-11-08
Filing date: 2000-11-08
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2020-11-08
Also published as: JP2002144106A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＮＣ旋盤のワーク台が備える主軸に取り付けられた被加工物に対して、主軸の軸心から偏心した位置の被加工部に球面加工を施す際に好適に使用されるＮＣ旋盤による偏心位置球面加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、ＮＣ旋盤における主軸１２の軸心１２ａを中心とした球面加工方法を説明するための概略側断面図である。ＮＣ旋盤は、回転駆動される主軸１２と、刃物台に載置されたタレットヘッドが備える工具軸１０とを備え、工具軸１０は主軸１２と平行なＺ軸とＺ軸に直交するＸ軸及びＹ軸とからなる直交３軸方向に移動可能であり、さらに工具軸１０はＺ軸に対して交差角を持たせて配置可能に構成されている。
【０００３】
上記ＮＣ旋盤において、主軸１２に装着されたチャック１３に被加工物Ｗを取り付ける一方、工具軸１０にボーリング工具Ａを取り付け、ボーリング工具Ａの切削刃先１４の円形軌跡が、主軸１２の軸心１２ａと交わるように工具軸１０を主軸１２の軸心１２ａに対して交差角θを持たせて配置する。ボーリング工具Ａとは、切削刃先１４が先端に位置し、かつ切削刃先１４が当該工具軸１０の軸心１０ａから離れて位置する工具である。それから、被加工物Ｗを主軸１２の軸心１２ａ回りに回転させる。この状態は、工具軸１０が主軸１２の軸心１２ａを中心として回転している状態と等価である。この状態の下で、ボーリング工具Ａを工具軸１０の軸心１０ａ回りに回転させると共に、ボーリング工具Ａを被加工物Ｗに近接するようにＺ軸方向に切削送りさせることによって、主軸１２の軸心１２ａを中心とした被加工部に球面加工を施すことができる。
【０００４】
この球面加工方法においては、半径（主軸１２の軸心１２ａと工具軸１０の軸心１０ａとの交点Ｐから球面Ｑまでの距離）Ｒ＝ｄ／２ｓｉｎθの球面Ｑを被加工物Ｗに形成することができる。ここで、ｄはボーリング工具Ａの工具径（切削刃先１４の円形軌跡の直径）であり、θは交差角である。また、ボーリング工具Ａが被加工物Ｗに最初に接触した地点（加工開始点）からボーリング工具Ａを距離ＤだけＺ軸方向に切削送りさせれば、球深さＤの球面加工を施すことができる。
【０００５】
一方、主軸１２の軸心１２ａから偏心した位置の被加工部に球面加工を施す場合は、主軸１２に偏心チャックを取り付けたＮＣ旋盤を使用する。この加工方法は、被加工物Ｗの偏心点が軸心１２ａ上に位置するように被加工物Ｗを偏心チャックにチャッキングして、加工したい偏心位置を中心として被加工物Ｗを回転させるという動作を除けば、それ以外の動作は上述した主軸１２を中心とした球面加工方法と同様である。これによって、主軸１２の軸心１２ａから偏心した位置の被加工部に球面加工を施すことができる。また、主軸１２に偏心チャックを取り付けると共に、工具軸１０に旋削バイトを取り付けたＮＣ旋盤を使用して偏心位置の被加工部に球面加工を施すこともできる。この加工方法では、被加工物Ｗの偏心点が軸心１２ａ上に位置するように被加工物Ｗを偏心チャックにチャッキングして、加工したい偏心位置を中心として被加工物Ｗを回転させる一方、旋削バイトの切削点を軸心１２ａを含むＸ−Ｚ平面上で円弧補間運動させると共に、旋削バイトを被加工物Ｗに近接するようにＺ軸方向に平行移動させることによって、被加工物Ｗの偏心位置に球面加工を施すことができる。
【０００６】
さらに、他の加工方法としては、ボールエンドミルを装着したマシニングセンタを使用し、回転させたボールエンドミルを固定した被加工物の偏心位置の被加工部に押し当てて球面加工を施す方法がある。さらに、他の加工方法としては、球面加工専用ヘッドを備えた球面加工専用機を使用して、偏心位置の被加工部に球面加工を行う方法がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記偏心チャックを取り付けたＮＣ旋盤を使用する加工方法では、特殊なチャックを使用するため設備費が高価になるという問題と共に、旋削バイトを使用する加工方法では、回転中心部では切削速度が０となるため最適加工条件が得られず、加工精度が確保できないという問題がある。また、ボールエンドミルを装着したマシニングセンタを使用する加工方法では、球面全体の切削となるため、加工面にいわゆるビビリが発生しやすく、面荒さの確保が困難であるという問題がある。さらに、球面加工専用機を使用する加工方法では、球面加工を含む複合加工を行う場合に、複数の加工装置の準備、加工装置の設置スペースの確保、加工装置間での被加工物の搬送、各加工装置の段取り換え等に多大のコストを要するという問題がある。そのため、球面加工を含む複合加工が、多品種少量生産における大きなネックとなっている。
【０００８】
この発明は上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、汎用性を有するＮＣ旋盤において高精度の球面加工を可能とすると共に、球面加工と他の加工との集約化、設備投資の抑制、加工時間の低減、工程間移動時間の低減等を図ることによって、製造コストの低減を図ることを可能にしたＮＣ旋盤による偏心位置球面加工方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び効果】
そこで、請求項１のＮＣ旋盤による偏心位置球面加工方法は、回転駆動される主軸１２と、この主軸１２に対して主軸１２と平行なＺ軸とＺ軸に直交するＸ軸及びＹ軸とからなる直交３軸方向に相対移動可能な刃物台３とを備え、さらに上記刃物台３に載置されたタレットヘッドＴの工具軸１０を上記主軸１２に対して所定の交差角を持たせて配置可能に構成したＮＣ旋盤１において、上記主軸１２に被加工物Ｗを取り付ける一方、上記工具軸１０に切削工具Ａを取り付け、上記主軸１２の軸心１２ａから偏心した偏心点Ｓを中心とした被加工部に球面加工を施すためのＮＣ旋盤による偏心位置球面加工方法であって、上記主軸１２を回転させることによって上記被加工部を旋回させると共に、上記被加工部の旋回移動に対して上記刃物台３又は上記主軸１２をＸ−Ｙ平面上に円弧補間運動させることによって上記切削工具Ａを上記被加工部の旋回に相対的に追従移動させ、これによって上記偏心点Ｓを中心とした上記切削工具Ａの相対回転運動を行いながら、上記切削工具Ａの切削刃先１４の円形軌跡が、上記偏心点Ｓを通りＺ軸に平行な中心線Ｓａと交わるように上記工具軸１０を上記中心線Ｓａに対して交差角θを持たせて配置し、上記切削工具Ａが被加工物Ｗに近接するように上記刃物台３をＺ軸方向に相対移動させることによって、上記被加工部に球面加工を施すことを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２のＮＣ旋盤による偏心位置球面加工方法は、回転駆動される主軸１２と、この主軸１２に対して主軸１２と平行なＺ軸とＺ軸に直交するＸ軸及びＹ軸とからなる直交３軸方向に相対移動可能な刃物台３とを備え、さらに上記刃物台３に載置されたタレットヘッドＴの工具軸１０を上記主軸１２に対して交差角を持たせて配置可能に構成したＮＣ旋盤１において、上記主軸１２に被加工物Ｗを取り付ける一方、上記工具軸１０に切削工具Ａを取り付け、上記主軸１２の軸心１２ａから偏心した偏心点Ｓを中心とした被加工部に球面加工を施すためのＮＣ旋盤による偏心位置球面加工方法であって、上記主軸１２を回転させることによって上記被加工部を旋回させると共に、上記被加工部の旋回移動に対して上記刃物台３又は上記主軸１２をＸ−Ｙ平面上に円弧補間運動させることによって上記切削工具Ａを上記被加工部の旋回に相対的に追従移動させ、これによって上記偏心点Ｓを中心とした上記切削工具Ａの相対回転運動を行いながら、上記切削工具Ａの切削刃先１４の円形軌跡が、上記偏心点Ｓを通りＺ軸に平行な中心線Ｓａと交わるように上記工具軸１０を上記中心線Ｓａに対して交差角θを任意設定可能に持たせて配置し、上記切削工具Ａが被加工物Ｗに近接するように上記刃物台３をＺ軸方向に相対移動させることによって、上記被加工部に球面加工を施すことを特徴としている。
【００１１】
上記請求項１及び請求項２のＮＣ旋盤による偏心位置球面加工方法では、被加工物Ｗの回転による被加工部の旋回と円弧補間運動による刃物台３又は主軸１２の円形移動とを組み合わせることによって、切削工具Ａは偏心位置にある被加工部の偏心点Ｓを中心として相対的に回転することになる。これによって、切削工具Ａと被加工部との相対的な動きが、主軸１２の軸心１２ａを中心とした球面加工方法の場合と同じになるので、主軸１２の軸心１２ａから偏心した位置の被加工部に球面加工を施すことができる。
【００１２】
このように請求項１又は請求項２のＮＣ旋盤による偏心位置球面加工方法によれば、汎用性を有するＮＣ旋盤１を用いて被加工物Ｗの偏心位置にある被加工部に球面加工を施すことができる。これによって、偏心位置球面加工工程と他の加工工程との集約を図ることが可能となり、設備投資の抑制、加工時間の低減、工程間移動時間の低減等により、製造コストの低減を図ることができる。この製造コストの低減は、多品種少量生産の場合に特に効果的である。
【００１３】
また請求項２のＮＣ旋盤による偏心位置球面加工方法によれば、切削工具Ａの回転運動と切削工具Ａの被加工部に対する相対回転運動とを組み合わせた創成加工方法であるため、相対回転の中心となる被加工部の中心（偏心点Ｓ）においても最適な加工条件を確保できるので、高精度の球面を創成することができる。また、Ｒ＝ｄ／２ｓｉｎθであるから交差角θを変更することによって同一工具径の切削工具で異なった球形の球面加工を施すことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、この発明のＮＣ旋盤による偏心位置球面加工方法の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、この発明の偏心位置球面加工方法を実施する複合加工ＮＣ旋盤１の外観を示す斜視図であり、図２は複合加工ＮＣ旋盤１の概略的構成を示す側面図である。複合加工ＮＣ旋盤１は、基台２と、基台２の上部に配置される刃物台３と、基台２の側部に配置されるワーク台４とを備える。
【００１５】
刃物台３は、Ｚ軸台５と、Ｘ軸台６と、Ｙ軸台７とを備えて構成されている。Ｚ軸台５は、基台２の上部に配置されると共に、基台２の上面に平行に設定されるＺ軸方向に移動可能に設けられている。また、Ｘ軸台６は、Ｚ軸台５の上部に配置されると共に、基台２の上部に平行でＺ軸に直交するＸ軸方向に移動可能に設けられている。さらに、Ｙ軸台７は、Ｘ軸台６の移動方向の一方側に位置する側部に配置されると共に、Ｘ軸及びＺ軸に共に直交するＹ軸方向に移動可能に設けられている。これによって、Ｙ軸台７はＸ軸−Ｙ軸−Ｚ軸から成る直交３軸方向に移動可能となる。
【００１６】
Ｙ軸台７には、タレットヘッドＴが取り付けられている。タレットヘッドＴは、ホルダ機枠８と揺動部９とを備えて構成されている。ホルダ機枠８は、略円盤状の部材であり、Ｙ軸台７の側部であってＸ軸台６とは反対側に位置する側部に配置されている。また、揺動部９は、ホルダ機枠８の側部（Ｙ軸台７とは反対側）に取り付けられると共に、Ｘ軸に平行な回転軸線Ｌ１回りに（矢印Ｂ方向に）回転可能に設けられている。そして、揺動部９は一端側に工具軸１０を備え、この工具軸１０にボーリング工具Ａが着脱自在に取り付けられる。ボーリング工具とは、切削刃先１４が先端に位置し、かつ切削刃先１４が当該工具軸１０の軸心１０ａから離れて位置する工具である。工具軸１０は、Ｘ軸に直交する回転軸線Ｌ２回りに回転可能に設けられている。
【００１７】
したがって複合加工ＮＣ旋盤１では、揺動部９を角変位させることによって、ボーリング工具Ａを矢印Ｂ方向に角変位させることができる。これによって、ボーリング工具ＡをＺ軸に対して交差角を持たせて配置することができる。尚、ボーリング工具Ａは不使用時等には図２に示す工具収容部１１に収容され、工具軸１０には他の回転工具（ドリルなど）を取り付けて使用することもできる。
【００１８】
一方、ワーク台４は、基台２の側部であって、Ｘ軸方向の一方側に位置する側部に隣接して配置されている。そして、ワーク台４の側部であってボーリング工具Ａに対向する側部には、主軸１２がＺ軸と平行な回転軸線回りに回転可能に設けられている。そして、主軸１２の先端には、チャック１３が取り付けられている。チャック１３は、被加工物Ｗを把持する。
【００１９】
Ｘ軸台６、Ｙ軸台７、Ｚ軸台５は、図示しない制御装置によって移動方向及び移動量が制御され、これによって被加工物Ｗに対してボーリング工具Ａを直交３軸方向に移動させることができる。また、工具軸１０及び主軸１２は上記制御装置によって回転数が制御され、これによってボーリング工具Ａ及び被加工物Ｗの回転数が制御される。
【００２０】
次に、偏心位置球面加工方法の手順を説明する。図３は、偏心位置球面加工方法を説明するための側断面図である。偏心位置球面加工方法とは、主軸１２の軸心１２ａから偏心した偏心点Ｓを中心とした被加工物Ｗにおける被加工部に球面加工を施すための加工方法である。まず、主軸１２に装着されているチャック１３に被加工物Ｗを取り付ける一方、工具軸１０にはボーリング工具Ａを取り付ける。それから、Ｘ軸台６、Ｙ軸台７、Ｚ軸台５を移動させると共に、揺動部９を角度変位させて、ボーリング工具Ａを被加工物Ｗに対する加工開始位置に位置決めする。加工開始位置とは、ボーリング工具Ａの切削刃先１４の円形軌跡が偏心点Ｓを通りＺ軸に平行な中心線Ｓａと交わると共に、工具軸１０が中心線Ｓａに対して交差角θを持って配置される位置である。
【００２１】
次に、被加工物Ｗを回転させることによって上記被加工部を旋回させると共に、上記被加工部の旋回移動に対して工具軸１０をＸ−Ｙ平面上に円弧補間運動させることによって工具軸１０を上記被加工部の旋回に相対的に追従移動させる。円弧補間運動は、図４に示すようにボーリング工具Ａの位置決めをしたときに、被加工部の中心（偏心点Ｓ）に対してＺ軸方向で対向する点を基準として、この基準点が主軸１２の軸心１２ａを中心として軸心１２ａから偏心点Ｓまでの距離（偏心量）ｔを半径とする円運動をするように行う。これによって、図４（ｂ）に示すように、被加工物Ｗの被加工部は主軸１２の軸心１２ａを中心として旋回し、工具軸１０は主軸１２の軸心１２ａを中心として円形移動する。
【００２２】
このように被加工物Ｗの回転による被加工部の旋回と円弧補間運動による工具軸１０の円形移動とを組み合わせることによって、偏心位置にある被加工部の偏心点Ｓは工具軸１０の相対的な回転中心となる。これによって、ボーリング工具Ａと被加工部との相対的な動きが、主軸１２の軸心１２ａを中心とした球面加工方法の場合と同じになるので、ボーリング工具Ａを回転させると共に、ボーリング工具Ａが被加工物Ｗに近接するように刃物台３をＺ軸方向に切削送りすることによって、主軸１２の軸心１２ａから偏心した位置の被加工部に球面加工を施すことができる。
【００２３】
この球面加工方法においては、半径（主軸１２の軸心１２ａと工具軸１０の軸心１０ａとの交点Ｐから球面Ｑまでの距離）Ｒ＝ｄ／２ｓｉｎθの球面Ｑを被加工物Ｗに形成することができる。ここで、ｄはボーリング工具Ａの工具径（切削刃先１４の円形軌跡の直径）であり、θは交差角である。また、ボーリング工具Ａが被加工物Ｗに最初に接触した地点（加工開始点）からボーリング工具Ａを距離ＤだけＺ軸方向に切削送りさせれば、球深さＤの球面加工を施すことができる。
【００２４】
上記実施の形態によれば、汎用性を有する複合加工ＮＣ旋盤１を用いて被加工物Ｗの偏心位置にある被加工部に球面加工を施すことができる。これによって、偏心位置球面加工工程と他の加工工程との集約を図ることが可能となり、設備投資の抑制、加工時間の低減、工程間移動時間の低減等により、製造コストの低減を図ることができる。この製造コストの低減は、多品種少量生産の場合に特に効果的である。
【００２５】
また、ボーリング工具Ａの回転とボーリング工具Ａの被加工部に対する相対回転とを組み合わせた創成加工方法であるため、相対回転の中心となる被加工部の中心においても最適な加工条件を確保できるので、高精度の球面を創成することができる。
【００２６】
以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。上記実施の形態では、切削工具としてボーリング工具Ａを使用しているが、エンドミルを使用してもよい。
【００２７】
また上記実施の形態では、工具軸１０をＸ方向及びＹ方向に移動させる複合加工ＮＣ旋盤１を用いているが、被加工物ＷをＸ方向及びＹ方向に移動させる複合加工ＮＣ旋盤を用いてもよい。この場合は、主軸１２を回転させて被加工物Ｗを回転させると共に、主軸１２をＸ−Ｙ平面上に円弧補間運動させることによって被加工部の中心が固定点となるように、即ち被加工部の中心を回転中心として被加工物Ｗが回転するように移動させる。これによって、被加工部の中心は被加工物Ｗに対する工具軸１０の相対的な回転中心となる。この回転運動をさせながら、工具軸１０を回転させると共に、Ｚ軸方向に移動させることによって、偏心位置に球面加工を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の偏心位置球面加工方法を実施する複合加工ＮＣ旋盤の外観を示す斜視図である。
【図２】上記複合加工ＮＣ旋盤の概略的構成を示す側面図である。
【図３】偏心位置球面加工方法の手順を説明するための側断面図である。
【図４】円弧補間の手順を説明するための説明図であり、（ａ）は側断面図であり、（ｂ）はＺ軸方向から見た正面図である。
【図５】ＮＣ旋盤における主軸の軸心を中心とした球面加工方法を説明するための側断面図である。
【符号の説明】
１複合加工ＮＣ旋盤
３刃物台
４ワーク台
１０工具軸
１０ａ工具軸の軸心
１２主軸
１２ａ主軸の軸心
Ａボーリング工具
Ｓ偏心点
Ｓａ偏心点を通りＺ軸に平行な中心線
Ｗ被加工物
θ 交差角

Claims

回転駆動される主軸（１２）と、この主軸（１２）に対して主軸（１２）と平行なＺ軸とＺ軸に直交するＸ軸及びＹ軸とからなる直交３軸方向に相対移動可能な刃物台（３）とを備え、さらに上記刃物台（３）に載置されたタレットヘッド（Ｔ）の工具軸（１０）を上記主軸（１２）に対して所定の交差角を持たせて配置可能に構成したＮＣ旋盤（１）において、上記主軸（１２）に被加工物（Ｗ）を取り付ける一方、上記工具軸（１０）に切削工具（Ａ）を取り付け、上記主軸（１２）の軸心（１２ａ）から偏心した偏心点（Ｓ）を中心とした被加工部に球面加工を施すためのＮＣ旋盤による偏心位置球面加工方法であって、上記主軸（１２）を回転させることによって上記被加工部を旋回させると共に、上記被加工部の旋回移動に対して上記刃物台（３）又は上記主軸（１２）をＸ−Ｙ平面上に円弧補間運動させることによって上記切削工具（Ａ）を上記被加工部の旋回に相対的に追従移動させ、これによって上記偏心点（Ｓ）を中心とした上記切削工具（Ａ）の相対回転運動を行いながら、上記切削工具（Ａ）の切削刃先（１４）の円形軌跡が、上記偏心点（Ｓ）を通りＺ軸に平行な中心線（Ｓａ）と交わるように上記工具軸（１０）を上記中心線（Ｓａ）に対して交差角（θ）を持たせて配置し、上記切削工具（Ａ）が被加工物（Ｗ）に近接するように上記刃物台（３）をＺ軸方向に相対移動させることによって、上記被加工部に球面加工を施すことを特徴とするＮＣ旋盤による偏心位置球面加工方法。
回転駆動される主軸（１２）と、この主軸（１２）に対して主軸（１２）と平行なＺ軸とＺ軸に直交するＸ軸及びＹ軸とからなる直交３軸方向に相対移動可能な刃物台（３）とを備え、さらに上記刃物台（３）に載置されたタレットヘッド（Ｔ）の工具軸（１０）を上記主軸（１２）に対して交差角を持たせて配置可能に構成したＮＣ旋盤（１）において、上記主軸（１２）に被加工物（Ｗ）を取り付ける一方、上記工具軸（１０）に切削工具（Ａ）を取り付け、上記主軸（１２）の軸心（１２ａ）から偏心した偏心点（Ｓ）を中心とした被加工部に球面加工を施すためのＮＣ旋盤による偏心位置球面加工方法であって、上記主軸（１２）を回転させることによって上記被加工部を旋回させると共に、上記被加工部の旋回移動に対して上記刃物台（３）又は上記主軸（１２）をＸ−Ｙ平面上に円弧補間運動させることによって上記切削工具（Ａ）を上記被加工部の旋回に相対的に追従移動させ、これによって上記偏心点（Ｓ）を中心とした上記切削工具（Ａ）の相対回転運動を行いながら、上記切削工具（Ａ）の切削刃先（１４）の円形軌跡が、上記偏心点（Ｓ）を通りＺ軸に平行な中心線（Ｓａ）と交わるように上記工具軸（１０）を上記中心線（Ｓａ）に対して交差角（θ）を任意設定可能に持たせて配置し、上記切削工具（Ａ）が被加工物（Ｗ）に近接するように上記刃物台（３）をＺ軸方向に相対移動させることによって、上記被加工部に球面加工を施すことを特徴とするＮＣ旋盤による偏心位置球面加工方法。