JP2022001392A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】円形ワークを切削加工する切削工具を有する工作機械において、故障を発生しにくくする。【解決手段】工作機械１は、主軸３と、切削工具５とを備えている。主軸３は、円形ワークＷを保持して軸心Ｏ１の回りに回転可能な保持部７を有している。切削工具５は、主軸３の前側に配置され、主軸３の軸心Ｏ１に交差する回転中心Ｏ２の回りに回転する。切削工具５は、刃部１１を有している。刃部１１は、切削工具５が回転中心Ｏ２の回りに回転するときに、刃部１１の周回軌跡Ｃ上に円形ワークＷの被切削部が位置するように、配置されている。【選択図】図３

Description

本発明は、工作機械に関し、特に、円形ワークを切削加工する切削工具を有する工作機械に関する。

従来の工作機械は、縦旋盤において、加工軸を昇降運動させることにより、面取り工具を軸線方向に移動させて、ギアワークを面取り加工している。
また、特許文献１では、円筒状ワーク２の端部研削方法として、バイト６が往復動作して面取りする技術が開示されている。

特開平８−２９４８０１号公報

前述の工作機械では、加工軸の細かい昇降運動（往復動作）に起因して、加工軸のボールねじが故障しやすくなっていた。

本発明の目的は、円形ワークを切削加工する切削工具を有する工作機械において、故障を発生しにくくすることにある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。

本発明の一見地に係る工作機械は、主軸と、切削工具とを備えている。
主軸は、円形ワークを保持して軸心の回りに回転可能な保持部を有している。
切削工具は、主軸の前側に配置され、主軸の軸心に交差する回転中心の回りに回転する。
切削工具は、刃部を有している。
刃部は、切削工具が回転中心の回りに回転するときに、刃部の周回軌跡上に円形ワークの被切削部が位置するように、配置されている。
この工作機械では、切削工具が回転することで、円形ワークの被切削部を切削する。このように、従来とは異なり加工軸の昇降動作がないので、工作機械は故障しにくい。

円形ワークは内周ギア又は外周ギアを有していてもよい。
刃部は、二又形状であって、周回軌跡上を移動するときに内周ギア又は外周ギアのいずれか一つの歯の円周方向両側を切削してもよい。
この工作機械では、一回の切削動作によって一つの歯の円周方向両側が切削されるので、加工効率が良い。

刃部は、周回軌跡上を移動するときに内周ギア又は外周ギアのいずれか一つの歯の円周方向両側と同時に、当該歯の円周方向両側の歯の円周方向片側を切削してもよい。
この工作機械では、一回の切削動作によって一つの歯の円周方向両側及び当該歯の円周方向両側の歯の円周方向片側が切削されるので、加工効率が良い。

刃部は、主軸が回転停止しているときに円形ワークの被切削部を通過して切削してもよい。
この工作機械では、円形ワークが停止しているので、切削工具が円形ワークの被切削部を正確に切削できる。

主軸は、切削工具による円形ワークの加工と次の加工の間に、保持部を軸心の回りに所定角度回転させてもよい。
この工作機械では、切削工具が円形ワークを切削する前に、保持部によって、円形ワークの被切削部の位置がその前の切削加工のときの位置から回転方向に変更されている。したがって、円形ワークの周方向に沿って、切削加工が連続的に実行される。

刃部の周回軌跡は、刃部が円形ワークの被切削部を加工する前の第１回転位置と、刃部が円形ワークの被切削部を加工した後の第２回転位置とを含んでいてもよい。
刃部は、周回軌跡に沿って第１回転位置から第２回転位置に回転することで回転の途中に円形ワークの被切削部を切削し、周回軌跡に沿って第２回転位置から第１回転位置に切削動作と同じ回転方向に回転することで回転の後に次に被切削部を切削可能な状態になってもよい。
この工作機械では、切削工具の刃部は、第１回転位置から第２回転位置に回転することで切削加工を行い、次に第２回転位置から第１回転位置に回転することで切削可能な状態になる。切削工具はいずれの回転動作でも回転方向が同じであるので、全体の回転動作がスムーズになる。

刃部の第２回転位置から第１回転位置への回転は、刃部の第１回転位置から第２回転位置ヘの回転よりも高速であってもよい。
この工作機械では、切削加工を終了してから次の切削加工可能な状態までの時間が短くなる。

工作機械は、切削工具を回転する工具駆動機構をさらに備えていてもよい。

本発明に係る工作機械では、加工軸の昇降動作がないので、故障しにくい。

第１実施形態に係る工作機械の模式的斜視図。 工作機械の模式的正面図。 工作機械による切削加工を模式的に示す断面図。 図３の部分拡大図。 工作機械による切削加工を示す模式的部分平面図。 工作機械による切削加工を示す模式的部分平面図。 工作機械の制御構成を示すブロック図。 工作機械の切削加工制御動作を示すフローチャート。 第２実施形態に係る工作機械による切削加工を模式的に示す断面図。

１．第１実施形態
（１）基本構成
図１〜図６を用いて、工作機械１を説明する。図１は、第１実施形態に係る工作機械の模式的斜視図である。図２は、工作機械の模式的正面図である。図３は、工作機械による切削加工を模式的に示す断面図である。図４は、図３の部分拡大図である。図５及び図６は、工作機械による切削加工を示す模式的部分平面図である。

工作機械１は、円形ワークＷを面取り加工する装置である。面取り加工は、ワークにおける端面と歯面との角部である歯形稜線部を面取りするものである。

円形ワークＷは内周ギア２１及び外周ギア２３を有するギアワークであり、具体的には工作機械１は円形ワークＷの内周ギア２１を面取り加工する。なお、以下の説明では、内周ギア２１の個々の歯を説明するときは、歯２１Ａとする。
さらに詳細には、円形ワークＷは、図３及び図４に示すように、筒状部２５とフランジ部２７を有しており、内周ギア２１は筒状部２５の内周面に形成されたスプラインギアであり、外周ギア２３はフランジ部２７の外周面に形成されている。

工作機械１は、主軸３と、切削工具５とを備えている。
主軸３は、円形ワークＷを回転するワーク回転装置である。主軸３は、保持部７を有している。保持部７は、円形ワークＷを保持して軸心Ｏ１の回りに回転可能である。保持部７は、具体的には、円形ワークＷの筒状部２５の外周面（フランジ部２７と反対側端部）を保持するチャック機構である。

切削工具５は、主軸３の前側に配置され、主軸３の軸心Ｏ１に交差する回転中心Ｏ２の回りに回転する。具体的には、工作機械１は、切削工具５を回転する工具駆動機構９をさらに備えている。工具駆動機構９は、具体的には、一般的な旋盤に設けられ回転工具（ドリル、エンドミル）によってワークを削る機構であり、工具駆動軸、それに直交して設けられ切削工具５を支持するドライブ軸、両者を伝動連結する伝達機構、工具駆動軸を回転させるモータ等を有している。
切削工具５は、刃部１１を有している。刃部１１は、図５及び図６に示すように、二又形状である。

刃部１１は、図３に示すように、切削工具５が回転中心Ｏ２の回りに回転するときに、刃部１１の周回軌跡Ｃ上に円形ワークＷの被切削部Ｗ１（内周ギア２１の一部、後述）が位置するように、配置されている。なお、第１実施形態では図３において切削工具５は時計回りに回転する。
詳細には、刃部１１の周回軌跡Ｃは、刃部１１が円形ワークＷの被切削部Ｗ１を加工する前の第１回転位置Ｃ１と、刃部１１が円形ワークＷの被切削部Ｗ１を加工した後の第２回転位置Ｃ２とを含んでいる。

この工作機械１では、切削工具５が回転することで、刃部１１が円形ワークＷの被切削部Ｗ１を切削する。このように、従来とは異なり加工軸の昇降動作がないので、工作機械１は故障しにくい。

（２）制御構成
図７を用いて、工作機械１の制御構成を説明する。図７は、工作機械の制御構成を示すブロック図である。工作機械１は、コントローラ５１を有している。
コントローラ５１は、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ）と、記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤなど）と、各種インターフェース（例えば、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェースなど）を有するコンピュータシステムである。コントローラ５１は、記憶部（記憶装置の記憶領域の一部又は全部に対応）に保存されたプログラムを実行することで、各種制御動作を行う。

コントローラ５１は、単一のプロセッサで構成されていてもよいが、各制御のために独立した複数のプロセッサから構成されていてもよい。
コントローラ５１の各要素の機能は、一部又は全てが、制御部を構成するコンピュータシステムにて実行可能なプログラムとして実現されてもよい。その他、制御部の各要素の機能の一部は、カスタムＩＣにより構成されていてもよい。
コントローラ５１は、主軸３や工具駆動機構９に接続され、具体的にはそれらのモータを駆動可能である。
なお、コントローラ５１には、図示しないが、円形ワークＷの大きさ、形状及び位置検出するセンサ、各装置の状態を検出するためのセンサ及びスイッチ、並びに情報入力装置が接続されている。

（３）切削動作
図８を用いて、切削加工制御動作を説明する。図８は、工作機械の切削加工制御動作を示すフローチャートである。

（３−１）概略動作
切削工具５の刃部１１が、第１回転位置Ｃ１から第２回転位置Ｃ２に回転することで、円形ワークＷを切削加工する。その後に、保持部７が円形ワークＷを所定角度回転することで、円形ワークＷの次の被切削部Ｗ１の位置を刃部１１の周回軌跡Ｃ上に配置する。上記の動作が繰り返されることで、切削加工が、円形ワークＷの周方向に沿って、連続的に実行される。つまり、円形ワークＷは間欠的に所定角度（１ピッチ分の角度）回転させられ、回転停止時に被切削部Ｗ１が切削工具５の刃部１１によって切削加工される。

（３−２）詳細動作
以下に説明する制御フローチャートは例示であって、各ステップは必要に応じて省略及び入れ替え可能である。また、複数のステップが同時に実行されたり、一部又は全てが重なって実行されたりしてもよい。
さらに、制御フローチャートの各ブロックは、単一の制御動作とは限らず、複数のブロックで表現される複数の制御動作に置き換えることができる。
なお、各装置の動作は、制御部から各装置への指令の結果であり、これらはソフトウェア・アプリケーションの各ステップによって表現される。

ステップＳ１では、円形ワークＷの内周ギア２１の歯２１Ａが全て面取り加工されたか否かが判断される。具体的には、コントローラ５１が上記判断を実行する。全て面取り加工されれば、プロセスは終了する。面取り加工されていない歯２１Ａがあれば、プロセスはステップＳ２に移行する。

ステップＳ２では、刃部１１は、切削動作と同じ回転方向に周回軌跡Ｃに沿って移動し、つまり第２回転位置Ｃ２（加工後位置）から第１回転位置Ｃ１（加工前位置）に回転する。これにより、刃部１１は、次に円形ワークＷの被切削部Ｗ１を切削可能な状態になる。具体的には、コントローラ５１が工具駆動機構９を制御することで上記動作を実行させる。なお、上記のように切削工具５はいずれの回転動作でも回転方向が同じであるので、全体の回転動作がスムーズになる。
なお、第２回転位置Ｃ２から第１回転位置Ｃ１への回転において、刃部１１は、停止状態から加速、減速して停止状態に至る。また、第２回転位置Ｃ２から第１回転位置Ｃ１への回転角度は、例えば、２７０度である。

ステップＳ３では、図５及び図６に示すように、保持部７が円形ワークＷを軸心Ｏ１の回りに所定角度回転させる。これにより、円形ワークＷの次の被切削部Ｗ１が、刃部１１の周回軌跡Ｃ上に位置する。このように、主軸３は、切削工具５による円形ワークＷの加工と次の加工の間に、円形ワークＷの次の被切削部Ｗ１を加工位置に移動させる。具体的には、コントローラ５１が主軸３を制御して上記動作を実行させる。
なお、ステップＳ３はステップＳ２と同時に又は重複して実行されても良いし、ステップＳ２より先に実行されてもよい。

ステップＳ４では、刃部１１は、周回軌跡Ｃに沿って第１回転位置Ｃ１（加工前位置）から第２回転位置Ｃ２（加工後位置）に回転することで、円形ワークＷの被切削部Ｗ１を切削する。具体的には、コントローラ５１が工具駆動機構９を制御することで、上記動作を実行させる。
なお、第１回転位置Ｃ１から第２回転位置Ｃ２への回転において、刃部１１は、停止状態から加速、減速して停止状態に至る。また、第１回転位置Ｃ１から第２回転位置Ｃ２への回転角度は、例えば、９０度である。

上記の切削動作（ステップＳ４）では、刃部１１が円形ワークＷの被切削部Ｗ１を通過して切削するときに、主軸３は回転停止している。したがって、切削工具５が円形ワークＷの被切削部Ｗ１を正確に切削できる。
被切削部Ｗ１を具体的に説明する。上記の切削動作（ステップＳ４）では、刃部１１は、周回軌跡Ｃ上を移動するときに内周ギア２１のいずれか一つの歯２１Ａの円周方向両側を切削する。また、刃部１１は、周回軌跡Ｃ上を移動するときに内周ギア２１は前述の歯２１Ａと同時に、その円周方向両側の歯２１Ａの円周方向片側を切削する。この工作機械１では、切削工具５の一回の切削動作によって一つの歯２１Ａの円周方向両側及びその円周方向両側の歯２１Ａの円周方向片側が切削されるので、加工効率が良い。

上記の切削準備動作（ステップＳ２）における刃部１１の第２回転位置Ｃ２から第１回転位置Ｃ１への回転は、刃部１１の第１回転位置Ｃ１から第２回転位置Ｃ２ヘの回転よりも高速である。したがって、切削加工を終了してから次の切削加工可能な状態までの時間が短くなる。

２．第２実施形態
第１実施形態では円形ワークの内周ギアが面取り加工されていたが、外周ギアが面取り加工されてもよい。
図９を用いて、そのような実施例を第２実施形態として説明する。図９は、第２実施形態に係る工作機械による切削加工を模式的に示す断面図である。

なお、第２実施形態の基本的構造及び動作は第１実施形態と同じであるので、異なる点を中心に説明する。
円形ワークＷは内周ギア２１及び外周ギア２３を有するギアワークであり、具体的には工作機械１は円形ワークＷの外周ギア２３を面取り加工する。

刃部１１は、切削工具５が回転中心Ｏ２の回りに回転するときに、刃部１１の周回軌跡Ｃ上に円形ワークＷの被切削部Ｗ１（外周ギア２３の一部）が位置するように、配置されている。なお、第２実施形態では図９において切削工具５は反時計回りに回転する。
詳細には、刃部１１の周回軌跡Ｃは、刃部１１が円形ワークＷの被切削部Ｗ１を加工する前の第１回転位置Ｃ１と、刃部１１が円形ワークＷの被切削部Ｗ１を加工した後の第２回転位置Ｃ２とを含んでいる。

この工作機械１では、切削工具５が回転することで、円形ワークＷの被切削部Ｗ１を切削する。このように、従来とは異なり加工軸の昇降動作がないので、工作機械１は故障しにくい。
切削工具５の刃部１１は、第１回転位置Ｃ１から第２回転位置Ｃ２に回転することで、円形ワークＷを切削加工する。その後、保持部７は、円形ワークＷを所定角度回転させることで、円形ワークＷの次の被切削部Ｗ１の位置を刃部１１の周回軌跡Ｃ上に配置する。上記の動作が繰り返されることで、切削加工が、円形ワークＷの周方向に沿って、連続的に実行される。つまり、円形ワークＷは間欠的に所定角度（１ピッチ分の角度）回転させられ、回転停止時に被切削部Ｗ１が切削工具５の刃部１１によって切削加工される。

詳細に説明すれば、刃部１１は、切削動作と同じ回転方向に周回軌跡Ｃに沿って移動し、つまり第２回転位置Ｃ２（加工後位置）から第１回転位置Ｃ１（加工前位置）に回転する。これにより、刃部１１は、次に円形ワークＷの被切削部Ｗ１を切削可能な状態になる。なお、上記のように切削工具５はいずれの回転動作でも回転方向が同じであるので、全体の回転動作がスムーズになる。

次に、保持部７が円形ワークＷを軸心Ｏ１の回りに所定角度回転させる。これにより、円形ワークＷの次の被切削部Ｗ１が、刃部１１の周回軌跡Ｃ上に位置する。このように、主軸３は、切削工具５による円形ワークＷの加工と次の加工の間に、円形ワークＷの次の被切削部Ｗ１を加工位置に移動させる。

次に、刃部１１は、周回軌跡Ｃに沿って第１回転位置Ｃ１（加工前位置）から第２回転位置Ｃ２（加工後位置）に回転することで、円形ワークＷの被切削部Ｗ１を切削する。
上記の切削動作では、刃部１１が円形ワークＷの被切削部Ｗ１を通過して切削するときに、主軸３は回転停止している。したがって、切削工具５が円形ワークＷの被切削部Ｗ１を正確に切削できる。

３．実施形態の共通事項
第１実施形態及び第２実施形態は下記の点が共通である。
工作機械（例えば、工作機械１）は、主軸と、切削工具とを備えている。
主軸（例えば、主軸３）は、円形ワーク（例えば、円形ワークＷ）を保持して軸心（例えば、軸心Ｏ１）の回りに回転可能な保持部（例えば、保持部７）を有している。
切削工具（例えば、切削工具５）は、主軸の前側に配置され、主軸の軸心に交差する回転中心（例えば、回転中心Ｏ２）の回りに回転する。
切削工具は、刃部（例えば、刃部１１）を有している。
刃部は、切削工具が回転中心の回りに回転するときに、刃部の周回軌跡（例えば、周回軌跡Ｃ）上に円形ワークの被切削部（例えば、被切削部Ｗ１）が位置するように、配置されている。
この工作機械では、切削工具が回転することで、円形ワークの被切削部を切削する。このように、従来とは異なり加工軸の昇降動作がないので、工作機械は故障しにくい。

４．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
本発明は、バリや余肉を除去する装置にも適用可能である。
円形ワークの形状や種類は特に限定されない。円形ワークはギアでなくてもよい。

切削工具の刃部の形状は限定されない。刃部の形状は二又でなくてもよい。
切削工具の刃部は一つの歯の円周方向両側のみを切削してもよい。または、刃部は実施形態よりも多くの歯を一度に加工してもよい。

刃部の第１回転位置と第２回転位置との角度位置関係は特に限定されない。
刃部は、円形ワークの位置決め後に切削できるタイミングが実現できれば良いので、第１回転位置や第２回転位置で停止しなくてもよいし、第１回転位置から第２回転位置への移動と第２回転位置から第１回転位置への移動の速度が同じでもよい。

本発明には、円形ワークを切削加工する切削工具を有する工作機械に広く適用できる。

１ ：工作機械
３ ：主軸
５ ：切削工具
７ ：保持部
９ ：工具駆動機構
１１ ：刃部
２１ ：内周ギア
２１Ａ ：歯
２３ ：外周ギア
５１ ：コントローラ
Ｃ ：周回軌跡
Ｃ１ ：第１回転位置
Ｃ２ ：第２回転位置
Ｏ１ ：軸心
Ｏ２ ：回転中心
Ｗ ：円形ワーク

Claims (8)

1. 円形ワークを保持して軸心の回りに回転可能な保持部を有している主軸と、
   前記主軸の前側に配置され、前記主軸の前記軸心に交差する回転中心の回りに回転する切削工具と、を備え、
   前記切削工具は、刃部を有しており、
   前記刃部は、前記切削工具が前記回転中心の回りに回転するときに、前記刃部の周回軌跡上に前記円形ワークの被切削部が位置するように、配置されている、
   工作機械。
2. 前記円形ワークは内周ギア又は外周ギアを有しており、
   前記刃部は、二又形状であって、前記周回軌跡上を移動するときに前記内周ギア又は前記外周ギアのいずれか一つの歯の円周方向両側を切削する、請求項１に記載の工作機械。
3. 前記刃部は、前記周回軌跡上を移動するときに前記内周ギア又は前記外周ギアのいずれか一つの歯の円周方向両側と同時に、当該歯の円周方向両側の歯の円周方向片側を切削する、請求項２に記載の工作機械。
4. 前記刃部は、前記主軸が回転停止しているときに前記円形ワークの前記被切削部を通過して切削する、請求項１〜３のいずれかに記載の工作機械。
5. 前記主軸は、前記切削工具による前記円形ワークの加工と次の加工の間に、前記保持部を前記軸心の回りに所定角度回転させる、請求項４に記載の工作機械。
6. 前記刃部の前記周回軌跡は、前記刃部が前記円形ワークの前記被切削部を加工する前の第１回転位置と、前記刃部が前記円形ワークの前記被切削部を加工した後の第２回転位置とを含んでおり、
   前記刃部は、前記周回軌跡に沿って前記第１回転位置から前記第２回転位置に回転することで前記円形ワークの前記被切削部を切削し、前記周回軌跡に沿って前記第２回転位置から前記第１回転位置に切削動作と同じ回転方向に回転することで次に前記被切削部を切削可能な状態になる、請求項４に記載の工作機械。
7. 前記刃部の前記第２回転位置から前記第１回転位置への回転は、前記刃部の前記第１回転位置から前記第２回転位置ヘの回転よりも高速である、請求項６に記載の工作機械。
8. 前記切削工具を回転する工具駆動機構をさらに備えている、請求項１〜７のいずれかに記載の工作機械。

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