JP4094856B2

JP4094856B2 - 円弧溝の加工方法

Info

Publication number: JP4094856B2
Application number: JP2002015805A
Authority: JP
Inventors: 克彦石井
Original assignee: DMG Mori Co Ltd; Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2022-01-24
Also published as: JP2003220501A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械を用い、工具とワークとを相対的に移動させて、底面が円弧状凹曲面をなす溝を前記ワークに加工する溝加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図９及び図１０に示すような半円筒状の凹部を有するワーク５０の該凹部内面に、底面が円弧状の凹曲面をなす溝（以下、円弧溝という）５１を形成する代表的な加工法として、放電電極を用いた放電加工を挙げることができる。
【０００３】
この加工法は、加工形状たる円弧溝５１に合致した形状の放電部を備えた放電電極を用い、この電極とワーク５０とを絶縁性を有する加工液中に浸漬し、電極とワーク５０との間に微小な隙間を持たせた状態で両者間に電圧を印加して放電させることにより、ワーク５０の放電部を溶融させて、ワーク５０に電極の放電部と同形状の円弧溝５１を形成するというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記放電電極を用いた放電加工法は、放電電極とワーク５０との間に放電を生起させることにより、ワーク５０の放電部を溶融させて、円弧溝５１を形成するというものであり、その加工速度が遅いため、生産性が悪く、しかも加工コストが高いという問題がある。また、加工形状に応じた専用の電極が必要であるため、この面でも加工コストが高くなる。
【０００５】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、ワークに底面が円弧状凹曲面をなす溝を加工するに当たり、これを低コストでしかも効率良く行うことができる溝加工方法の提供をその目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記目的を達成するための本発明の請求項１に記載した発明は、
工具を保持する主軸を備え、該主軸及びワークが直交２軸方向に相対移動可能に、前記主軸又はワークが前記直交２軸方向と垂直な揺動中心軸回りに揺動可能に、前記主軸を軸線中心に回転させて割出可能に構成された工作機械を用い、半円筒状をした凹部を有する前記ワークの該凹部内面に底面が円弧状の凹曲面をなす溝を加工する方法であって、
前記工具に、すくい面及び逃げ面を有する１つの刃先を備え、前記主軸の軸線に対して傾いた状態で前記主軸に保持された溝加工用バイトを使用し、
前記ワークを、形成すべき円弧状凹曲面をなす溝の中心軸線と前記揺動中心軸とが平行となるように配置し、
ついで、前記バイトの刃先を、前記ワークに対して所定の切り込み量を有するように位置決めした後、
前記バイト又はワークを前記揺動中心軸回りに揺動させる揺動動作と、前記バイト及びワークを前記直交２軸方向に直線移動させる直線移動動作との複合動作により、前記バイトの刃先が、前記切り込み量に応じて仮想的に設定される円弧状の加工軌跡と所定のすくい角を持って接するように且つ前記加工軌跡に沿って移動するように、更に、仕上げられる円弧溝に沿った一方端から円弧の中央位置まで移動するように、前記バイトをワークに対し非回転で相対的に移動させ、
次に、前記バイトが１８０度反転するように前記主軸を軸線中心に回転させて割出した後、
前記バイトの刃先を前記円弧溝の一方端から中央位置まで移動させたときと同様に、前記バイトの刃先が、前記円弧溝に沿った他方端から円弧の前記中央位置まで移動するように、前記バイトをワークに対し非回転で相対的に移動させて、
前記ワークに底面が円弧状凹曲面をなす溝を形成するようにしたことを特徴とする円弧溝の加工方法に係る。
【０００７】
この発明によれば、半円筒状をした凹部を有するワークが、形成すべき円弧状凹曲面をなす溝の中心軸線と揺動中心軸とが平行となるように配置され、刃先がワークに対して所定の切り込み量を有するように位置決めされた後、当該刃先が前記切り込み量に応じて仮想的に設定される円弧状の加工軌跡と所定のすくい角を持って接するように且つ前記加工軌跡に沿って移動するように、更に、仕上げられる円弧溝に沿った一方端から円弧の中央位置まで移動するように、バイトがワークに対し非回転で相対的に移動せしめられる。この相対移動は、バイト又はワークを揺動中心軸回りに揺動させる揺動動作と、バイト及びワークを直交２軸方向に直線移動させる直線移動動作との複合動作により行われる。これにより、刃先がワークに対して描く円弧状の加工軌跡に沿ってワークが削り取られて、加工軌跡に沿った円弧の一方端から中央位置まで円弧状の溝がワークに形成される。
【０００８】
この後、バイトが１８０度反転するように主軸が軸線中心に回転せしめられて割出された後、刃先を円弧溝の一方端から中央位置まで移動させたときと同様に、刃先が円弧溝に沿った他方端から円弧の中央位置まで移動するように、バイトがワークに対し非回転で相対的に移動せしめられる。これにより、刃先がワークに対して描く円弧状の加工軌跡に沿ってワークが削り取られて、加工軌跡に沿った円弧の他方端から中央位置まで円弧状の溝がワークに形成される。こうして、加工軌跡に沿った円弧の一方端から他方端までの全弧長に渡ってワークが削り取られ、当該加工軌跡に応じた円弧状の形状がワークに形成される。
【０００９】
尚、一度の加工で仕上り寸法の円弧溝を形成することができない場合には、所定の切り込み量で上記動作を繰り返すことにより、仕上がり寸法の円弧溝をワークに形成することができる。
【００１０】
斯くして、本発明では、バイトとワークとを、当該バイトの刃先がワークに対して円弧状の加工軌跡を描くように非回転で相対移動させることによってワークを削り取り、円弧状の溝を形成するようにしているので、高精度な加工面を得ることができる。また、放電加工に比べて加工速度が速く、効率的に加工することができるので、生産性を向上させることができ、加工コストを抑制することができる。また、加工形状に応じた専用の電極が不要であり、この点においても、加工コストを抑制することができる。
【００１１】
また、主軸の軸線に対して傾いた状態で主軸に保持された溝加工用バイトを工具に使用し、バイトの刃先を、仕上げられる円弧溝に沿った一方端から円弧の中央位置まで移動させた後、バイトを１８０度反転させ、この後、バイトの刃先を、円弧溝に沿った他方端から円弧の中央位置まで移動させているので、１回の加工動作におけるバイト刃先の移動範囲を狭くすることができ、円弧溝の弧長が長い場合であっても、上記相対移動の際に、バイトとワークとが干渉するといった不都合が生じるのを防止することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態に係る円弧溝の加工方法について添付図面に基づき説明する。尚、以下の説明では、工作機械として図１に示すような５軸制御立形マシニングセンタ１を用いて、図９及び図１０に示すような半円筒状の凹部を有するワーク５０の該凹部内面に、円弧溝５１を形成するものとする。また、前記円弧溝５１をワーク５０に荒加工なしに加工するものとして説明するが、これに限られるものではなく、荒加工後の仕上げ加工に本例の円弧溝の加工方法を適用しても良い。
【００１３】
図１に示すように、前記５軸制御立形マシニングセンタ１は、ベッド２と、該ベッド２上に配設されたコラム３と、該コラム３上に配設され、矢示Ｘ軸方向に移動可能になったサドル４と、このサドル４に支持され、矢示Ｚ軸方向に移動可能になった主軸頭５と、工具１０を保持するとともに、前記主軸頭５によって支持され、矢示Ｃ軸方向に回転，割出し可能になった主軸６と、前記ベッド２上に配設され、矢示Ｙ軸方向に移動可能及び矢示Ａ軸方向に揺動可能になったテーブル７などからなる。
【００１４】
また、前記５軸制御立形マシニングセンタ１は、前記サドル４を矢示Ｘ軸方向に移動させるＸ軸送り機構部（図示せず）と、前記主軸頭５を矢示Ｚ軸方向に移動させるＺ軸送り機構部（図示せず）と、前記テーブル７を矢示Ｙ軸方向に移動させるＹ軸送り機構部（図示せず）と、前記主軸６を矢示Ｃ軸方向に回転させるＣ軸回転割出機構部（図示せず）と、前記テーブル７を矢示Ａ軸方向に揺動させるＡ軸回転送り機構部（図示せず）と、これらＸ軸送り機構部（図示せず），Ｚ軸送り機構部（図示せず），Ｙ軸送り機構部（図示せず），Ｃ軸回転割出機構部（図示せず）及びＡ軸回転送り機構部（図示せず）の作動を制御する数値制御装置（図示せず）とを備える。また、前記テーブル７は、ワーク５０が載置，固定されるように構成されている。
【００１５】
前記工具１０には、例えば、図２に示すような工具が用いられる。この工具１０は、溝加工用バイト２０と、このバイト２０を前記主軸６の軸線に対して略４５度傾いた状態となるように保持，固定するホルダ１１などからなる。
【００１６】
前記バイト２０は、図３及び図４に示すように、シャンク部２１と刃部２２とからなり、刃部２２は、すくい面２３と、このすくい面２３と角度（刃物角）βで交差する主逃げ面２４と、すくい面２３の両側に形成された副逃げ面２５とから構成される。
【００１７】
尚、このバイト２０は、例えば、前記ホルダ１１に形成された取り付け穴１１ａに嵌挿された後、そのシャンク部２１が固定ボルト１２で締められることによって、前記ホルダ１１に保持，固定される。
【００１８】
そして、このように構成された５軸制御立形マシニングセンタ１及び工具１０を用いて、ワーク５０に底面が円弧状凹曲面をなす溝５１を加工する。まず、前記円弧溝５１の中心軸線と前記Ｘ軸の軸線とが平行となるように、前記ワーク５０を前記テーブル７に載置，固定した後、前記バイト２０の突出方向と前記円弧溝５１の中心軸線とが直交するように、前記主軸６をその軸中心に前記Ｃ軸回転割出機構部（図示せず）により回転させて、これを割出すとともに、図５（ａ）に示すように、前記テーブル７を前記Ａ軸回転送り機構部（図示せず）により揺動させて、前記ワーク５０をバイト２０の突出方向に傾斜させる。
【００１９】
ついで、前記工具１０の刃部２２を、前記ワーク５０に対して所定の切り込み量ｄを有するように位置決めした後、前記刃部２２が、前記切り込み量ｄに応じて仮想的に設定される円弧状の加工軌跡Ｌと接するように、前記工具１０とワーク５０とを相対的に移動させるべく、前記主軸頭５及びテーブル７を、前記Ｚ軸送り機構部（図示せず）及びＹ軸送り機構部（図示せず）によりそれぞれ移動させるとともに、テーブル７を前記Ａ軸回転送り機構部（図示せず）により揺動させる。
【００２０】
こうして、前記工具１０とワーク５０との相対的な位置関係が、順次、ワーク５０が右に水平より略４５度傾いた状態（図５（ａ）），ワーク５０が水平となった状態（図５（ｂ）），ワーク５０が左に水平より略４５度傾いた状態（図５（ｃ））へと変化して、前記刃部２２が、前記加工軌跡Ｌに沿った円弧の一方端から中央位置まで移動する第１動作が行われる。
【００２１】
尚、この時、前記刃部２２は、図６及び図７に示すようにして移動する。即ち、前記すくい面２３と主逃げ面２４との交差部Ｐを通り、前記ワーク５０に対する刃部２２の相対的な移動方向と平行な線を線Ｄ，直交する線を線Ｅとすると、前記すくい面２３と線Ｅとの間にすくい角α，前記主逃げ面２４と線Ｄとの間に主逃げ角γ，前記副逃げ面２５と溝５１の側面部との間に副逃げ角Ｆ，Ｇが形成された状態で、前記交差部Ｐが前記加工軌跡Ｌと接するように移動する。これにより、前記加工軌跡Ｌに沿った円弧の一方端から中央位置までワーク５０が削り取られる。
【００２２】
そして、上記第１動作を完了した後、図８（ａ）に示すように、前記工具１０を１８０度反転させるべく、前記主軸６をその軸中心に前記Ｃ軸回転割出機構部（図示せず）により回転させて、これを割出す。
【００２３】
次に、上記第１動作と同様にして、前記工具１０とワーク５０との相対的な位置関係が、順次、ワーク５０が左に水平より略４５度傾いた状態（図８（ａ）），ワーク５０が水平となった状態（図８（ｂ）），ワーク５０が右に水平より略４５度傾いた状態（図８（ｃ））へと変化して、前記刃部２２が、前記加工軌跡Ｌに沿った円弧の他方端から中央位置まで移動する第２動作を行うように、前記工具１０とワーク５０とを相対的に移動させる。これにより、前記加工軌跡Ｌに沿った円弧の他方端から中央位置までワーク５０が削り取られる。
【００２４】
こうして、前記加工軌跡Ｌに沿った円弧の一方端から他方端までの全弧長に渡って前記ワーク５０が削り取られ、当該加工軌跡Ｌに応じた円弧状の形状がワーク５０に形成される。
【００２５】
以降、所定の切り込み量ｄで上記第１動作及び第２動作を繰り返すことにより、所定の仕上がり寸法の円弧溝５１がワーク５０に形成される。尚、前記切り込み量ｄは、前記ワーク５０の材質や要求される加工精度などに応じて適宜設定される。
【００２６】
斯して、この円弧溝の加工方法によれば、非回転の工具１０とワーク５０とを、当該工具１０の刃部２２がワーク５０に対して円弧状の加工軌跡Ｌを描くように相対移動させることによってワーク５０を削り取り、円弧状の溝５１を形成するようにしているので、高精度な加工面を得ることができる。
【００２７】
また、放電加工に比べて加工速度が速く、効率的に加工することができるので、生産性を向上させることができ、加工コストを抑制することができる。また、加工形状に応じた専用の電極が不要であり、この点においても、加工コストを抑制することができる。
【００２８】
また、前記円弧溝５１の弧長が長い本例においては、前記刃部２２を前記加工軌跡Ｌに沿った円弧の一方端から他方端まで連続的に移動させるようにすると、工具１０とワーク５０とが干渉するといった不都合を生じるが、第１動作及び第２動作の２つの動作に分けることで、前記干渉を防止することが可能となる。
【００２９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の取り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。
【００３０】
上述の例では、５軸制御立形マシニングセンタ１を用いた際の円弧溝の加工方法をその一例として説明したが、これに限られるものではなく、例えば、５軸制御横形マシニングセンタ、或いはＢ，Ｃ軸旋回機能を備えた複合加工旋盤を用いた加工にも、これを適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る円弧溝加工を実施するための工作機械を示した斜視図である。
【図２】本実施形態の円弧溝加工で使用する工具を示した正面図である。
【図３】本実施形態に係る溝加工用バイトを示した正面図である。
【図４】図３に示した溝加工用バイトの側面図である。
【図５】本実施形態に係る工具とワークとの相対移動を説明するための説明図である。
【図６】図５におけるＢ部を拡大して示した詳細図である。
【図７】図６における矢示Ｃ方向の正面図である。
【図８】本実施形態に係る工具とワークとの相対移動を説明するための説明図である。
【図９】ワークの一例を説明するための説明図である。
【図１０】図９における矢示Ａ−Ａ方向の断面図である。
【符号の説明】
１５軸制御立形マシニングセンタ
２ベッド
３コラム
４サドル
５主軸頭
６主軸
７テーブル
１０工具
１１ホルダ
２０溝加工用バイト
２２刃部
２３すくい面
２４主逃げ面
５０ワーク
５１溝形状

Claims

工具を保持する主軸を備え、該主軸及びワークが直交２軸方向に相対移動可能に、前記主軸又はワークが前記直交２軸方向と垂直な揺動中心軸回りに揺動可能に、前記主軸を軸線中心に回転させて割出可能に構成された工作機械を用い、半円筒状をした凹部を有する前記ワークの該凹部内面に底面が円弧状の凹曲面をなす溝を加工する方法であって、
前記工具に、すくい面及び逃げ面を有する１つの刃先を備え、前記主軸の軸線に対して傾いた状態で前記主軸に保持された溝加工用バイトを使用し、
前記ワークを、形成すべき円弧状凹曲面をなす溝の中心軸線と前記揺動中心軸とが平行となるように配置し、
ついで、前記バイトの刃先を、前記ワークに対して所定の切り込み量を有するように位置決めした後、
前記バイト又はワークを前記揺動中心軸回りに揺動させる揺動動作と、前記バイト及びワークを前記直交２軸方向に直線移動させる直線移動動作との複合動作により、前記バイトの刃先が、前記切り込み量に応じて仮想的に設定される円弧状の加工軌跡と所定のすくい角を持って接するように且つ前記加工軌跡に沿って移動するように、更に、仕上げられる円弧溝に沿った一方端から円弧の中央位置まで移動するように、前記バイトをワークに対し非回転で相対的に移動させ、
次に、前記バイトが１８０度反転するように前記主軸を軸線中心に回転させて割出した後、
前記バイトの刃先を前記円弧溝の一方端から中央位置まで移動させたときと同様に、前記バイトの刃先が、前記円弧溝に沿った他方端から円弧の前記中央位置まで移動するように、前記バイトをワークに対し非回転で相対的に移動させて、
前記ワークに底面が円弧状凹曲面をなす溝を形成するようにしたことを特徴とする円弧溝の加工方法。