JP2005169601A - ワーク旋削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄肉円筒状ワークの内径面もしくは外径面の旋削加工時におけるびびり振動を効率よく確実に抑制してワーク壁面を高精度加工することができ、ワーク加工面にびびりのない高精度加工製品を安定して量産することができるワーク旋削装置を提供する。
【解決手段】円筒状ワーク１の内径面もしくは外径面を旋削加工する旋削工具２と、この旋削工具２のワーク旋削点２ａとの間でワーク１壁部を挟んでワーク旋削点２ａに対向する位置に配置され、そのワーク旋削点２ａとの間でワーク１を押さえるバックアップローラ３とを備え、旋削工具２とバックアップローラ３とを同期させてワーク軸方向に駆動するように構成したものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、円筒状ワークの内径面もしくは外径面を自動機械的に旋削加工するワーク旋削装置に係り、特に薄肉円筒状ワークの旋削加工時におけるびびり振動対策を施したワーク旋削装置に関するものである。

従来のワーク旋削装置として、薄肉円筒状ワークの外径面をバイトで自動機械的に旋削加工するものは周知である。このような従来のワーク旋削装置において、ワーク外径面の旋削加工時に生じるびびり振動を抑止すべく、そのびびり振動対策として、弾性中空体からなるマンドレルをワーク内に挿入し、そのマンドレルをワークの回転遠心力で膨張させてワーク内周面に密着させることにより、ワークの剛性を高めて、旋削抵抗によるワークの変形を防止するように構成したものは既に知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第２９１３９２９号公報（段落［０００７］，［００１５］、図１〜図４）

従来のワーク旋削装置は以上のように構成されているので、ワーク旋削加工時のびびり振動対策としてワーク内に挿入したマンドレルの存在によってワーク外径面だけしか旋削加工することができないという課題があった。また、ワーク内に挿入するマンドレルが弾性中空体からなっているため、バイトによるワーク旋削点でのワーク剛性が損なわれる危惧があり、ワーク外径面の旋削加工精度に問題が生じるという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、薄肉円筒状ワークの内径面もしくは外径面の旋削加工時におけるびびり振動を確実に抑制してワーク壁面を効率よく高精度加工することができるワーク旋削装置を得ることを目的とする。

この発明に係るワーク旋削装置は、円筒状ワークの内径面もしくは外径面を旋削加工する旋削工具と、この旋削工具のワーク旋削点との間でワーク壁部を挟んで前記ワーク旋削点に対向する位置に配置され、そのワーク旋削点との間で前記ワークを押さえるバックアップ部材とを備え、前記旋削工具と前記バックアップ部材とをワーク軸方向に同期駆動するように構成したものである。

この発明によれば、円筒状ワークの内径面もしくは外径面を旋削加工する旋削工具のワーク旋削点にワーク壁部を挟んで対向位置し当該ワーク壁部を前記ワーク旋削点に押し付けるバックアップ部材が前記旋削工具に同期してワーク軸方向に移動するので、そのバックアップ部材によってワーク旋削加工時のびびり振動を効率よく確実に抑制することができ、このため、ワークの高精度加工が可能となって、ワーク加工面にびびりのない高精度加工製品を安定して量産できるという効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるワーク旋削装置を示す概略図である。
図１に示すワーク旋削装置は、薄肉円筒状のワーク１内に挿入セットされて当該ワーク１の内径面を旋削加工するバイト（旋削工具）２と、前記ワーク１の外径面に当接配置されて当該ワーク１の回転に追従回転するバックアップローラ（バックアップ部材）３とを備えている。ここで、ワーク１の内径面に対するバイト２のワーク旋削点（バイト刃先）２ａと、ワーク１の外径面に対するバックアップローラ３の当接点３ａは、ワーク１の壁部を挟んで対向する位置に配置されている。そして、前記バイト２とバックアップローラ３は、両者の前記位置関係を維持した状態で同期してワーク１の軸方向に駆動されるようになっている。

さらに詳しく説明すると、前記バックアップローラ３は回転軸４を介してサポート５に回転自在に支持されている。そのサポート５は、ベース７に両端が回転自在に取り付けられてワーク１の軸線と平行するスクリューロッド（ボールねじ）６に螺合されている。また、前記ベース７にはスクリューロッド６と平行するスライドガイド８が設けられ、このスライドガイド８に前記サポート５がスライド自在に嵌め込まれており、これにより、当該サポート５が前記スクリューロッド６と共回りしないようになっている。そして、前記スクリューロッド６はサーボモータ９で回転駆動されるようになっており、そのサーボモータ９は、ＮＣコントローラ１０により前記バイト２の軸方向移動に同期して前記スクリューロッド６を回転駆動するようになっている。すなわち、前記ＮＣコントローラ１０は、ワーク旋削加工時のバイト２の軸方向移動速度とスクリューロッド６のネジ送りによるバックアップローラ３の軸方向移動速度とが同一速度となるようにバイト２の駆動系とサーボモータ９とを制御駆動するものである。

図２は円筒状ワークの旋削加工時のびびり振動系を説明するための模式図であり、同図に示すように、旋削加工すべき円筒状ワーク１を支持するワーク支持機構１１は、バネ１２とダンパ部１３を備えている。ここで、円筒状ワーク１の質量をＭ、ワーク支持機構１１のバネ１２の定数をｋ、ダンパ部１３の粘性減衰係数をｃ、バイト２の旋削抵抗をＦ（ｔ）とすると、びびり振動の運動方程式は次式で表される。
Ｍ（ｄ^２ｘ／ｄｔ^２）＋ｃ（ｄｘ／ｄｔ）＋ｋｘ（ｔ）＝Ｆ（ｔ）ｃｏｓθ
通常は、びびり振動が起きる時のｘを変化、すなわち、旋盤の主軸回転数を変化させてびびり振動の周波数とずれた箇所（ワークの被旋削箇所）を探しその箇所のワーク壁面を旋削加工するが、この発明では、上式のパラメータＭ，ｃ，ｋ、Ｆを変化させることにより、びびり振動の周波数をずらしてワークを旋削加工するものである。

次に動作について説明する。
バイト２による円筒状ワーク１の内径面旋削加工に際しては、ＮＣコントローラ１０でバイト２とサーボモータ９が制御駆動され、サーボモータ９でスクリューロッド６が定位置回転駆動されてサポート５がネジ送りされることにより、サポート５上のバックアップローラ３がバイト２に同期してワーク軸方向に移動する。このようなバイト２とバックアップローラ３の同期移動は、バイト２のワーク旋削点２ａとバックアップローラ３のワーク１外径面への当接点３ａとがワーク１の壁部を挟んで対向する位置関係を維持した状態で行われる。換言すると、その位置関係を維持した状態でバイト２とバックアップローラ３が同一速度でワーク軸方向に移動するようにＮＣコントローラ１０がサーボモータ９とバイト２を駆動制御する。これにより、バイト２とバックアップローラ３が同期移動することで、ワーク１の慣性質量Ｍおよびバイト２の旋削抵抗Ｆが変化し、その効果によりびびり振動の周波数が変化して少なくともワーク旋削点２ａには、びびりが発生しなくなる。したがって、ワーク１の内径面をびびりなく高精度に旋削加工することができる。

以上説明した実施の形態１によれば、薄肉円筒状のワーク１の内径面を旋削加工するバイト２と、このバイト２のワーク旋削点２ａとの間でワーク１の壁部を挟んで前記ワーク旋削点２ａに対向する位置に配置されワーク１の外径面を押さえるバックアップローラ３とをワーク軸方向に同期駆動するように構成したので、前記ワーク１の内径面旋削加工時のワーク剛性を前記バックアップローラ３で確保しながらワーク１の質量Ｍおよびバイト２の旋削抵抗Ｆを変化させる効果が得られ、その効果によってびびり振動の周波数が変化することにより、びびりが発生しなくなる。このため、ワーク１の内径面旋削加工時にびびり振動対策としてワーク旋削条件を変更せずともワーク１の内径面を効率よく高精度に旋削加工することができるという効果がある。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２によるワーク旋削装置を示す概略図であり、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態２では、上記実施の形態１のバックアップローラ３に代わる高圧流体噴霧用の噴射ノズル２０をワーク１の外径面から離してサポート５に取り付け、その噴射ノズル２０の噴射口がバイト２のワーク旋削点２ａとの間でワーク１の壁部を挟んで対向する位置関係を維持して前記バイト２と同期駆動されるように構成したものである。このような噴射ノズル２０は可撓性のホース２１を介して高圧ポンプ２２の吐出口に接続され、この高圧ポンプ２２によりタンク２３内の液体をワーク１の外径面に高圧噴射するようになっている。この高圧噴射する液体としては、好ましくは切削液が用いられる。ここで、前記高圧ポンプ２２は、バイト２のワーク旋削抵抗に対応（均衡）した圧力の高圧流体（例えば、高圧切削液）を噴射ノズル２０からワーク１の外径面に噴射させるべく、ＮＣコントローラ１０によって制御されるようになっている。したがって、前記噴射ノズル２０の系統は高圧流体噴霧装置を構成するものである。

次に動作について説明する。
バイト２によるワーク１の内径面旋削加工時には、ＮＣコントローラ１０によってバイト２とサーボモータ９および高圧ポンプ２２が同時に制御駆動され、スクリューロッド６の定位置回転によりネジ送りされるサポート５と共に噴射ノズル２０が前記バイト２のワーク旋削点（バイト刃先）２ａに同期してワーク軸方向に移動する。その同期移動時において、前記噴射ノズル２０は高圧ポンプ２２から圧送された高圧流体をワーク１の外径面に噴射する。すなわち、上述のようにバイト２と同期移動する噴射ノズル２０は、バイト刃先２ａの反対側となるワーク１の外径面に対して高圧流体を噴射する。その噴射力はバイト２のワーク旋削抵抗Ｆに対応（均衡）した力（ワーク旋削抵抗Ｆの反作用力）となることにより、前記ワーク旋削抵抗Ｆが変化する。これにより、ワーク内径面の旋削加工時には、びびり振動の周波数が変化するため、びびりが発生しなくなる。したがって、ワーク１の内径面をびびりなく高精度に旋削加工することができる。

以上説明した実施の形態２によれば、ワーク１の内径面を旋削加工するバイト（旋削工具）２と、このバイト２のワーク旋削点２ａとの間でワーク１の壁部を挟み且つ当該ワーク壁面から離れて前記ワーク旋削点２ａに対向する位置に配置され、その対向位置にて前記ワーク旋削点２ａとは反対側のワーク壁面に高圧流体を噴射する噴射ノズル（高圧噴霧装置）２０とを備え、それらのバイト２と噴射ノズル２０とをワーク軸方向に同期駆動するように構成したので、前記噴射ノズル２０からワーク１の外径面に噴射された高圧流体によって、ワーク１の内径面旋削加工時におけるびびり振動を効率よく抑制することができるという効果がある。すなわち、ワーク１の内径面旋削加工時にはバイト２と噴射ノズル２０とがワーク軸方向に同期移動しながらバイト２のワーク旋削点２ａと反対側のワーク外径面に前記噴射ノズル２０から高圧流体が噴射されるので、その噴射力によりワーク内径面の旋削抵抗Ｆに対応した反作用力を得ることができ、これにより、ワーク旋削抵抗Ｆが変化し、びびり周波数が変化するため、ワーク１の内径面旋削加工時のワーク剛性を確保することができて、ワーク１の内径面をびびりなく安定して高精度旋削加工することができるという効果がある。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３によるワーク旋削装置を示す概略図であり、図１〜図３と同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態３では、上記実施の形態２における高圧流体噴射用の噴射ノズル２０をコーティング材料吹付手段となる吹付ノズル３０に置き換えたものである。この実施の形態３において、ワーク１の外径面に吹き付けるコーティング材料としては低融点熱可塑性材料が適用される。このため、タンク２３には低融点熱可塑性材料を溶融するヒータ３１が設けられている。なお、この実施の形態３の他の構成は上記実施の形態２と同一のため、その同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

次に動作について説明する。
ワーク１の内径面旋削加工時には、前記実施の形態２の場合と同じくＮＣコントローラ１０によってバイト２とサーボモータ９および高圧ポンプ２２が同時に制御駆動されることで、バイト２のワーク旋削点２ａと同期してワーク１の軸方向に移動する吹付ノズル３０は、前記ワーク旋削点２ａの反対側となるワーク１の外径面に低融点熱可塑性材料の溶融高圧流体を吹き付ける。その吹き付け低融点熱可塑性材料はワーク１の外径面で固まってコーティング膜１４を形成する。

以上説明した実施の形態３によれば、吹付ノズル３０が前記実施の形態２の噴射ノズル２０の場合と同じくバイト２のワーク旋削点２ａに同期してワーク軸方向に移動しながらワーク１内径面におけるバイト２のワーク旋削点２ａとは反対側のワーク１外径面に低融点熱可塑性材料を吹き付けるように構成したので、ワーク１の外径面に吹き付けられた低融点熱可塑性材料がワーク１の外径面で固まってコーティング膜１４を形成することにより、ワーク１の慣性質量Ｍが増大し、びびり周波数が変化するため、ワーク１の内径面旋削加工時のびびり振動が抑制されてワーク１の内径面を効率よく高精度に旋削加工することができるという効果がある。

なお、上記各実施の形態において、バックアップローラ３、噴射ノズル２０、吹き付けノズル３０をバイト２に同期させてワーク軸方向に移動させる手段としてスクリューロッド６を適用したが、そのスクリューロッド６は、例えばシリンダなど前記バックアップローラ３等をワーク軸方向に移動させ得るものであれば、いかなるものであってもよい。また、上記各実施の形態では、ワーク１の内径面を旋削加工する場合について説明したが、バイト２とバックアップローラ３、バイト２と噴射ノズル２０、バイト２と吹付ノズル３０をそれぞれ逆に配置すれば、ワーク１の外径面を旋削加工することができ、この場合も上記各実施の形態と同様の作用効果が得られる。

この発明の実施の形態１によるワーク旋削装置を示す概略図である。 円筒状ワークの旋削加工時のびびり振動系を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態２によるワーク旋削装置を示す概略図である。 この発明の実施の形態３によるワーク旋削装置を示す概略図である。

符号の説明

１ ワーク、２ バイト（旋削工具）、２ａ ワーク旋削点（バイト刃先）、３ バックアップローラ、３ａ 当接点、４ 回転軸、５ サポート、６ スクリューロッド（ボールねじ）、７ ベース、８ スライドガイド、９ サーボモータ、１０ ＮＣコントローラ、１１ ワーク支持機構、１２ バネ、１３ ダンパ部、１４ コーティング膜、２０ 噴射ノズル（高圧流体噴霧装置）、２１ ホース（高圧流体噴霧装置）、２２ 高圧ポンプ（高圧流体噴霧装置）、２３ タンク（高圧流体噴霧装置）、３０ 吹付ノズル。

Claims (3)

1. 円筒状ワークの内径面もしくは外径面を旋削加工する旋削工具と、この旋削工具のワーク旋削点との間でワーク壁部を挟んで前記ワーク旋削点に対向する位置に配置され、そのワーク旋削点との間で前記ワークを押さえるバックアップ部材とを備え、前記旋削工具と前記バックアップ部材とをワーク軸方向に同期駆動するように構成したことを特徴とするワーク旋削装置。
2. 円筒状ワークの内径面もしくは外径面を旋削加工する旋削工具と、この旋削工具のワーク旋削点との間でワーク壁部を挟み且つワーク壁面から離れて前記ワーク旋削点に対向する位置に配置され、その対向位置にて前記ワーク旋削点とは反対側のワーク壁面に高圧流体を噴射する高圧流体噴霧装置とを備え、前記旋削工具と前記高圧流体噴霧装置とをワーク軸方向に同期駆動するように構成したことを特徴とするワーク旋削装置。
3. 円筒状ワークの内径面もしくは外径面を旋削加工する旋削工具と、この旋削工具のワーク旋削点との間でワーク壁部を挟み且つワーク壁面から離れて前記ワーク旋削点に対向する位置に配置され、その対向位置にて前記ワーク旋削点とは反対側のワーク壁面にコーティング材料を吹き付ける吹付手段とを備え、前記旋削工具と前記吹付手段とをワーク軸方向に同期駆動するように構成したことを特徴とするワーク旋削装置。

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