CN114096378A - 凹痕加工方法 - Google Patents

Abstract

在被加工物(40)的曲面(41)上形成凹痕的凹痕加工方法中，使在棒状主体(2)上具有切削刃(5a)的切削工具1以轴心(2a)为中心旋转。使被加工物(40)以第一轴(20a)为中心旋转。以使切削工具(1)的前端部(3)沿着被加工物(40)的曲面(41)的方式，使切削工具(1)或被加工物(40)在第一轴(20a)所穿过且与Y轴正交的假想面上或与假想面平行的面上移动。每当切削工具1旋转时，切削刃(5a)在曲面(41)上形成凹痕。

Description

凹痕加工方法

技术领域

本公开的一个形态涉及一种在被加工物的曲面形成凹痕的凹痕加工方法。

背景技术

有时会在铝、铜合金、它们的铸件、钢铁材料、树脂等被加工物的表面形成大量微小的凹陷即凹痕。例如，有时通过刮研加工(scraping)会在金属制成的被加工物上形成凹痕。有时会利用多个凹痕在被加工物的表面形成缎纹图案(satin pattern)。这是由于通过在被加工物上形成凹痕，能够使与被加工物接触的配合材料与被加工物之间产生的摩擦阻力变小。其原理为，例如，有时，被加工物与配合材料接触而产生磨损粉末，磨损粉末被夹在被加工物与配合材料之间而使摩擦阻力增大。通过将磨损粉末收纳在凹痕内，能够抑制因磨损粉末而使摩擦阻力增大。或者，在向被加工物与配合材料之间注入水、油，水、油有时会填充在凹痕中。当配合材料通过凹痕的附近时，水、油会以高压力从凹痕排出至配合材料与被加工物之间(挤压效应)。利用该压力使配合材料变得难以与被加工物接触，由此使配合材料与被加工物之间的摩擦阻力变小。

因此，有时在发动机的缸、涡轮增压器等筒状构件的内壁、人工关节的接合面等形成凹痕。在美国专利第9872772号说明书中，公开了在球面状的接合面形成有凹痕的人工关节。以往的凹痕例如通过激光加工、抛丸(shot blasting)、蚀刻、冲压成型等形成。在这些加工方法中，如参照图20所示，难以减小形成在面81上的凹痕82的进入角θ。图20并非为以往的结构，而是示意地示出本形态之一。另外，有可能由于加工时产生的热、残留应力等而使被加工物的表面产生变质、变形。若凹痕的进入角变大，则会妨碍水、油进入凹痕内，有可能使亲和性(亲水性、亲油性)降低(钉扎效应)。因此，有可能难以减小被实施了凹痕的被加工物的摩擦阻力。在抛丸、冲压成型等情况下，难以高精度地再现凹痕的形状。

在日本特开平10-052998号公报中，公开了一种利用铣刀、立铣刀等切削工具来对被加工物的表面添加装饰的方法。在这种方法中，使切削工具旋转并使切削工具的切削刃稍微与被加工物的表面相抵。由此，能够在被加工物的表面将例如具有圆形、椭圆形的多个凹痕形成为水珠图案状。通过利用切削工具对被加工物进行加工，能够将凹痕的进入角设定得小。因此，能够减少加工时产生的毛刺、热、残留应力等，即使不进行研磨处理(lappingprocess)这样的精加工，也容易将被施加了凹痕的被加工物的表面状态良好地加工。在被加工物的平面、圆筒面等加工凹痕时，能够沿着相对于被加工物的切削工具的相对进给方向连续地加工凹痕。因此，能够良好地保持被加工物的表面状态，并在比较短的时间内在被加工物上加工多个凹痕。

发明内容

发明要解决的问题

也可以考虑使立铣刀沿轴向进出、后退来在被加工物的曲面上加工凹痕。然而，这种加工方法在形成多个凹痕时需要大量时间。因此，一直以来，需要一种在曲面上形成具有简单且合适的形状的多个凹痕的加工方法。

用于解决问题的手段

本公开的一个特征涉及一种在被加工物的曲面上形成凹痕的凹痕加工方法。使在棒状主体上具有切削刃的切削工具以棒状主体的轴为中心旋转。使被加工物以第一轴为中心旋转。以切削工具的前端部沿着被加工物的曲面的方式，使切削工具或被加工物在第一轴所穿过的假想面上或与假想面平行的面上移动。每当切削工具旋转时，切削刃在曲面上形成凹痕。

因此，使切削工具或被加工物在平面上即二维地移动。使切削工具和被加工物分别以轴为中心旋转。由此，能够在短时间内在曲面上形成多个凹痕。而且能够使凹痕的深度成为大致规定的深度且能够减小进入角。通过使深度成为大致规定的深度，能够容易以相同形状且相同尺寸再现多个凹痕。通过减小进入角，能够减少加工时产生的毛刺、热、残留应力等。

本公开的其他的特征涉及一种在被加工物的曲面上形成凹痕的凹痕加工方法。使在棒状主体上具有切削刃的切削工具以棒状主体的轴为中心旋转。不使被加工物旋转，以切削工具的前端部沿着被加工物的曲面的方式，使切削工具或被加工物在相互正交的3个方向上移动。每当切削工具旋转时，切削刃在曲面上形成凹痕。

因此，使切削工具或被加工物三维地移动。仅使切削工具以轴为中心旋转。而且不使被加工物旋转。由此，能够在短时间内在曲面上形成多个凹痕。而且能够使凹痕的深度成为大致规定的深度且能够减小进入角。

根据本公开的其他特征，切削刃沿着棒状主体的长度方向连续地延伸。一边保持切削工具的棒状主体相对于被加工物的角度，一边使棒状主体相对于被加工物相对移动。由此，切削刃的相对于曲面的接触点改变。因此，能够通过改变接触点来避免力集中在切削刃的一部分。由此，能够延长切削刃的寿命。

根据本公开的其他特征，以使棒状主体相对于切削工具的与被加工物的曲面相接的面的角度成为规定角度的方式，使切削工具相对于被加工物倾斜。由此，切削刃的相对于曲面的接触点相同。因此，能够使切削刃相对于曲面的进入角、切入深度成为规定的角度、深度。由此，能够重复形成相同形状且相同尺寸的多个凹痕。

本公开的其他特征涉及一种在被加工物的曲面上形成凹痕的凹痕加工方法。曲面具有球面状的一部分形状，使被加工物以穿过球面状的球面中心的第一轴为中心旋转。使被加工物以与第一轴正交的第二轴为中心旋转。使在棒状主体上具有切削刃的切削工具以棒状主体的轴为中心旋转。切削工具的前端部沿着被加工物的球面状的一部分移动。每当切削工具旋转时，切削刃在曲面上形成凹痕。

因此，使被加工物和切削工具合计以3个轴为中心旋转。由此，能够在短时间内在曲面的球面状部分形成多个凹痕。球面状的一部分形状可以是凸状或者凹状中的任一种。而且能够使凹痕的深度成为大致规定的深度且能够减小进入角。

本公开的其他特征涉及一种在被加工物的曲面上形成凹痕的凹痕加工方法。通过改变切削工具相对于曲面的相对移动速度以及移动量，使多个凹痕的间隔以及伴随切削工具相对于曲面的相对移动的切入深度成为规定的大小。因此，能够针对曲面的每个部分使多个凹痕的间隔以及深度带有变化。

附图说明

图1是加工装置以及工件保持装置的立体图。

图2是使工作台倾斜时的加工装置的一部分以及工件保持装置的一部分的立体图。

图3是切削工具的立体图。

图4是切削工具的仰视图。

图5是切削工具的一部分侧面和被加工物的凸状曲面的一部分剖面的侧视图。

图6是切削工具的一部分侧面和被加工物的凹状曲面的一部分剖面的侧视图。

图7是加工装置以及工件保持装置的控制装置的框图。

图8是使切削工具的轴心的倾斜角成为规定的角度而在被加工物的曲面上形成凹痕时的加工装置的一部分以及工件保持装置的一部分的侧视图。

图9是凹痕以螺旋状排列而形成的曲面的立体图。

图10是图9中的X部分的放大示意图。

图11是使切削工具的轴心的导程角(lead angle)成为规定的角度而在被加工物的曲面上形成凹痕时的加工装置的一部分以及工件保持装置的一部分的侧视图。

图12是使切削工具移动且使轴心倾斜而在被加工物的曲面上形成凹痕时的加工装置的一部分以及工件保持装置的一部分的侧视图。

图13是使切削工具在轴心方向为规定方向的情况下移动而在被加工物的曲面上形成凹痕时的加工装置的一部分以及工件保持装置的一部分的侧视图。

图14是使工作台旋转而在被加工物的曲面上形成凹痕时的加工装置的一部分以及工件保持装置的一部分的侧视图。

图15是使切削工具移动而在被加工物的曲面上形成凹痕时的加工装置以及工件保持装置的侧视图。

图16是加工装置以及工件保持装置的控制装置的框图。

图17是图21中的Y部分的放大示意图。

图18是凹痕以从曲面的顶点偏移的位置为中心螺旋状地排列而形成的曲面的立体图。

图19是具有多个切削刃的切削工具的前端部的侧视图。

图20是示意地示出在面上形成的凹痕的进入角的剖视图。

图21是凹痕以格子状排列而形成的曲面的立体图。

具体实施方式

接下来，基于图1～11来说明本公开的一个实施方式。如图3所示的切削工具1是用于如图10所示那样在被加工物40上形成分离的多个凹痕(微小的凹陷)42的切削工具。如图1所示，凹痕42由利用切削工具1的凹痕加工机13形成。凹痕加工机13具有安装有切削工具1的加工装置10和设置有被加工物40的工件保持装置20。例如，加工装置10配置在上方，工件保持装置20配置在加工装置10的下方。

如图3所示，切削工具1具有棒状主体2和设置在棒状主体2的前端的前端部3。棒状主体2例如为圆棒状或者圆柱状。棒状主体2的轴心2a位于棒状主体2的横截面的中心，并在长度方向上延伸。轴心2a成为切削工具1旋转的中心。前端部3形成为以轴心2a为中心的圆锥形状。前端部3的直径随着朝向棒状主体2的前端而变小。在前端部3的端部形成有将轴心2a横切的平面状的顶部3a。

如图3、图4所示，前端部3具有1个切削刃部5。切削刃部5从前端部3的周缘向棒状主体2的径向突出。切削刃部5的切削刃5a为从棒状主体2向径向伸出的圆弧状。切削刃5a的切削刃端部5d从顶部3a向棒状主体2的径向伸出。切削刃5a在棒状主体2的径向最突出的位置具有径向前端部5e。切削刃5a在比径向前端部5e靠棒状主体2的基部侧具有与前端部3连接的切削刃基部5f。

如图3、图4所示，切削刃部5在比切削刃5a靠切削工具1的旋转方向侧(图4中左方)具有前刀面5c(rake face)。前刀面的前角例如为-20～10°。另外，在前刀面5c的相反侧(图4中切削刃5a的右方)具有后刀面(flank)5b。后刀面5b大致朝向棒状主体2的径向外方。前刀面5c和后刀面5b所成的脊线的切削刃5a为大致圆弧状。

图3所示的切削刃部5由与切削工具1的棒状主体2相同的材质形成，或者由不同的材质形成。例如，切削刃部5和棒状主体2由工具钢、高速钢(高速工具钢)、超硬合金形成。或者，棒状主体2由碳素钢、不锈钢、工具钢、高速钢、超硬合金形成，切削刃部5由单晶金刚石(MCD)、多晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷形成，切削刃部5与棒状主体2接合。或者，切削刃部5由与棒状主体2相同或不同的材料形成，在与切削刃部5对应的区域实施涂层等表面处理。表面处理例如通过化学气相沉积法(CVD)、物理沉积法(PVD)等实施，将TiAlN、TiAlCrN、TiAlCrSiN等Ti系、CVD金刚石、类金刚石碳(DLC)等涂层用作切削刃部5。

如图5所示，切削工具1能够在被加工物40的曲面41上形成凹痕42。曲面41为凸状，例如具有球面状、圆筒状的一部分形状。被加工物40例如由碳素钢、一般结构轧钢、铬钼钢、不锈钢、铸铁等钢铁材料构成。或者，被加工物40例如由钴铬合金、铝以及铝合金、铜以及铜合金等非铁金属、树脂材料构成。被加工物40例如为轴承的球、内圈、配管的接头、由钴铬合金等构成的人工关节的人工骨的骨头(头部)。棒状主体2和切削刃部5的材料根据被加工物40的材料适当地选择而设定。

如图5所示，切削工具1使轴心2a相对于被加工物40设置为规定的角度。例如，以轴心2a相对于被加工物40的曲面41的法线N具有倾斜角度A的方式设置切削工具1。切削工具1被设置为使径向前端部5e相对于曲面41成为规定的深度42a。切削工具1以轴心2a为中心旋转。切削刃5a在规定的旋转角度区域切削曲面41，在其他的旋转角度区域从曲面41离开。由此，切削刃5a断续地切削曲面41。切削工具1每旋转1次，1个切削刃5a将曲面41切削1次，从而形成凹痕42。

如图5所示，倾斜角度A设定为比90°小，例如为75°以下、60°以下、45°以下，以使切削刃5a从曲面41离开。优选地，以凹痕42具有规定的切削方向的长度42b的方式使倾斜角度A设定为比0°大，例如为1°以上、2°以上、5°以上，以使切削刃5a切削曲面41。规定的深度42a被设定为使凹痕42的最大深度为例如0.001～0.1mm。

如图10所示，通过切削刃5a，凹痕42形成为在切削方向上具有长度方向的椭圆状。凹痕42非常小，切削方向的长度42b例如为0.5～1mm。切削方向是切削刃5a(参照图5)相对于曲面41行进的方向，例如，将切削刃5a的规定部分到达曲面41的点和从曲面41离开的点连结的方向。凹痕42具有相对于切削方向正交的宽度。宽度最大的最大宽度42c比长度42b短，例如为0.01～0.5mm。

图5所示的切削刃5a相对于曲面41倾斜地进入被加工物40，逐渐深入被加工物40内。然后，切削刃5a逐渐从被加工物40向外移出而浅浅地切削被加工物40，并从曲面41倾斜地移动。因此，凹痕42在两端变浅，在长度方向的大致中央变深。例如，在加工面上照射激光而形成的凹痕或者通过喷丸而形成的凹痕相对于加工面具有大致直角的陡峭的角度(sharp angle)。与这种凹痕相比，凹痕42相对于曲面41没有陡峭的角度。因此，容易发挥填充于凹痕42内的液体的压力产生的挤压效应。

如图6所示，切削工具1也能够在具有凹状的曲面51的被加工物50上形成凹痕52。曲面51为凹状，例如具有球面状、圆环内周的一部分形状。被加工物50例如由聚乙烯等树脂材料构成。或者，被加工物50例如由钢铁材料、铝以及铝合金、铜以及铜合金等金属材料构成。被加工物50例如为轴承的外轮、与人工关节的头部卡合的聚乙烯制的人工骨的衬垫(嵌入件)。切削工具1被设置为具有倾斜角度A且径向前端部5e相对于曲面51成为规定的深度52a。

图5所示的被加工物40例如设置成骨头，图6所示的被加工物50例如设置成与被加工物40卡合的衬垫。被加工物40、50能够相互卡合地相对旋转。在使被加工物40、50相对旋转时产生的摩擦被凹痕42、52减轻。例如，在凹痕42、52中填充水、体液、油等液体。当被加工物40、50相互滑动时，利用挤压效应使液体以高压力从凹痕42、52排出至被加工物40、50之间。利用该压力使被加工物40、50难以相互接触，从而减小摩擦阻力。例如，通过使被加工物40和被加工物50滑动，从被加工物40、50的一方或两方产生磨损粉末，该磨损粉末被保持在凹痕42、52内。

如图1所示，加工装置10具有大致沿Z方向延伸的主轴11和使主轴11以Z轴为中心旋转的工具旋转用马达12。在主轴11的前端设置有安装有切削工具1的安装部。主轴11利用工具旋转用马达12而使切削工具1以轴心2a为中心旋转。主轴11的移动或旋转由图7所示的控制装置30内存储的控制部33所控制。

如图1所示，工件保持装置20具有基台21和能够移动或旋转地安装在基台21的上表面的工作台22。被加工物40由设置在工作台22的上表面的工件保持片22a保持。工作台22在由工件保持片22a保持被加工物40的状态下与被加工物40一同移动或旋转。

如图1所示，工件保持装置20具有第一轴旋转用马达23和第二轴旋转用马达24。工作台22利用第一轴旋转用马达23而相对于基台21以第一轴20a为中心旋转。第一轴20a穿过曲面41的球面状的一部分形状的球面中心41a和工作台22的旋转中心22b。工作台22利用第二轴旋转用马达24而相对于基台21以第二轴20b为中心旋转。第二轴20b沿Y轴方向延伸并穿过工作台22的旋转中心22b而与第一轴20a正交。加工装置10或主轴11例如利用进给丝杠机构(feed screw mechanism)、齿轮齿条机构、X轴、Y轴、Z轴方向移动用马达25、26、27(参照图7)而相对于基台21在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上移动。加工装置10以及工作台22的移动或旋转由存储在图7所示的控制装置30内的控制部33所控制。此外，X轴方向、Y轴方向、Z轴方向是相互正交的关系。

如图7所示，加工装置10和工件保持装置20的各构件的移动或旋转经由I/F电路34而由控制装置(PC)30内的控制部(CPU)33所控制。在存储部(ROM)35中存储有包含控制部33的执行所需的命令的程序、算法以及数据。与加工方式相关的数据、被加工物40的坐标数据、与各马达12、23～27的转速等相关的数据经由键盘等输入装置37而输入。输入的数据经由I/F电路31而存储于存储部(RAM)32。被加工物40的坐标数据由接触探针等的曲面测量传感器36通过预先测量曲面41的规定的多个点来修正。控制部33基于存储数据而向各马达12、23～27发送规定的驱动指令，各马达12、23～27基于发送信号而进行规定的驱动动作。

如图2所示，切削工具1在与切削方向正交且穿过轴心2a的假想面B1上相对于曲面41的法线N1以具有倾斜角A1的方式倾斜。切削工具1在与切削方向平行且穿过轴心2a的假想面B2上相对于曲面41的法线N2以具有导程角A2的方式倾斜。

如图8所示，形成凹痕的一个方法是，以轴心2a的倾斜角A1成为规定角度的方式使加工装置10以及工作台22移动或旋转。工作台22利用第一轴旋转用马达23和第二轴旋转用马达24(参照图1)而以第一轴20a以及第二轴20b为中心旋转。加工装置10利用X轴方向移动用马达25和Z轴方向移动用马达27(参照图7)而沿着与假想面平行的面移动，该假想面与Y轴正交且穿过第一轴20a。

图8所示的前端部3以位于距曲面41规定的距离的位置且与第一轴20a相邻的方式设置。将轴心2a的倾斜角A1设置为规定的角度。使切削工具1以轴心2a为中心以规定的速度旋转，使工作台22以第一轴20a为中心旋转。利用各马达24、25、27(参照图7)，以如下方式使切削工具1和工作台22相对移动：一边使前端部3与曲面41之间的距离和轴心2a的倾斜角A1保持为规定的距离和角度，一边使前端部3相对于第一轴20a的轴中心逐渐分离至曲面41的最外周缘41b为止，当超过最外周缘41b后再逐渐接近。最外周缘41b是距曲面41的第一轴20a最远的周缘，相当于所谓的球面赤道。由此，前端部3相对于曲面41在图10所示的螺旋C的轨迹上移动。

图5所示的切削刃5a每当切削工具1以轴心2a为中心旋转时，重复与曲面41的接触和分离。切削刃5a在与曲面41接触时切削曲面41，因此断续地切削曲面41。如图10所示，通过切削刃5a的1次的切削，在曲面41上形成椭圆状的凹痕42。切削刃5a(参照图8)相对于曲面41沿螺旋C相对移动。由此，多个凹痕42沿螺旋C形成在曲面41上。切削刃5a到达曲面41而开始1次切削的点和从曲面41离开而结束1次切削的点两者均排列在螺旋C上。由此，各凹痕42的长度方向沿螺旋C的延伸方向形成。

图8所示的切削刃5a因轴心2a的倾斜角A1为规定角度而在相同部分与曲面41接触，例如，在径向前端部5e(参照图5)与曲面41接触。通过在切削刃5a的相同部分重复切削曲面41，能够在曲面41上以相同的椭圆状形成相同尺寸的多个凹痕42。

图8所示的切削工具1的相对于曲面41的相对移动速度以及移动量既可以适当改变，也可以设定为规定的速度以及移动量。例如，根据前端部3与第一轴20a之间的距离来设定工作台22的以第一轴20a为中心的旋转速度。在前端部3与第一轴20a相邻时，使工作台22以第一轴20a为中心高速旋转。随着前端部3从第一轴20a分离，减小工作台22的以第一轴20a为中心的旋转速度。由此，能够大致等间隔地配置多个凹痕42，凹痕42被均等地配置在曲面41上。或者，将工作台22的以第一轴20a为中心的旋转速度设定为规定的速度。由此，多个凹痕42在第一轴20a周围的曲面41上以较小的间隔设置，在从第一轴20a离开的曲面41上以较大的间隔设置。

通过伴随图8所示的切削工具1的相对于曲面41的相对移动而改变切入深度，能够使多个凹痕42的深度42a(参照图5)带有变化。例如，从第一轴20a开始加工，在其附近增大切入深度，随着切削工具1的相对移动而逐渐使切入深度减小。由此，多个凹痕42的大小设定为，在第一轴20a的周围的曲面41上较大，在从第一轴20a离开的曲面41上较小。

如图11所示，形成凹痕的其他方法为，以使轴心2a的导程角A2(参照图2)成为规定角度的方式使工作台22或加工装置10或主轴11移动或旋转。工作台22利用第一轴旋转用马达23(参照图1)而以第一轴20a为中心旋转。工作台22利用第二轴旋转用马达24(参照图1)而以第二轴20b为中心以规定的角度倾斜。进而，加工装置10或主轴11利用各马达25～27(参照图7)而沿着与假想面平行的面移动，该假想面与Y轴正交且穿过第一轴20a。

图11所示的前端部3以位于距曲面41规定的距离的位置且与第一轴20a相邻的方式设置。将轴心2a的导程角A2(参照图2)设置为规定的角度。在图11中，法线N2(参照图2)与轴心2a和纸面正交的方向重叠，因此在图11中看不到导程角A2。使切削工具1以轴心2a为中心以规定的速度旋转，使工作台22以第一轴20a为中心旋转。利用各马达24～27(参照图7)，一边将前端部3与曲面41之间的距离和轴心2a的导程角A2保持为规定的距离和角度，一边使前端部3从第一轴20a的轴中心逐渐离开而相对于曲面41沿螺旋C(参照图10)相对移动。

图5所示的切削刃5a每当切削工具1以轴心2a为中心旋转时，切削1次曲面41来形成凹痕42。多个凹痕42沿着图10所示的螺旋C形成。切削刃5a到达曲面41而开始1次切削的点位于螺旋C的内周侧(或外周侧)。切削刃5a从曲面41离开而完成1次切削的点位于螺旋C的外周侧(或内周侧)。由此，如图10中的虚线所示，各凹痕42的长度方向相对于螺旋C的延伸方向倾斜。由于轴心2a的导程角A2(参照图2)为规定的角度，因此切削刃5a在相同部分与曲面41接触。因此，与轴心2a的倾斜角A1(参照图2)为规定角度的情况同样地，切削刃5a能够在曲面41上以相同的椭圆状形成相同尺寸的多个凹痕42。

接下来，基于图12～13来说明本公开的其他实施方式。在该实施方式中，代替图1所示的凹痕加工机13而使用图12、图13所示的凹痕加工机14。凹痕加工机14具有加工装置15来代替加工装置10。加工装置15具有绕轴中心旋转的主轴16。如图12所示，形成凹痕的一种方法为使切削工具1移动且使轴心2a倾斜。加工装置15或主轴16能够相对于工件保持装置20而沿X轴方向以及Y轴方向以及Z轴方向移动，进而能够改变倾斜方向。在主轴16的前端设置有安装有切削工具1的安装部。主轴16使切削工具1以轴心2a为中心旋转。加工装置15或主轴16的旋转、移动或倾斜由图7所示的控制部33所控制。

如图12所示，工作台22利用第一轴旋转用马达23(参照图1)而以第一轴20a为中心旋转。主轴16以使前端部3相对于曲面41具有规定的距离的方式，沿着与假想面平行的面移动，该假想面与Y轴正交且穿过第一轴20a。进而，主轴16以使轴心2a的倾斜角A1具有规定的角度的方式倾斜。切削工具1以轴心2a为中心旋转。切削刃5a每当切削工具1旋转1次时，对曲面41进行1次切削而形成凹痕42(参照图10)。通过使轴心2a的倾斜角A1成为规定的角度，切削刃5a在相同部分与曲面41接触。

如图13所示，在形成凹痕的其他方法中，利用凹痕加工机14以使轴心2a延伸的方向与Z轴方向相同的方式来使切削工具1移动。工作台22利用第一轴旋转用马达23(参照图1)而以第一轴20a为中心旋转。主轴16以使前端部3相对于曲面41具有规定的距离的方式沿着与假想面平行的面移动，该假想面与Y轴正交且穿过第一轴20a。切削工具1以在Z轴方向上延伸的轴心2a为中心旋转。切削刃5a每当切削工具1旋转1次时，对曲面41进行1次切削而形成凹痕42(参照图10)。

如图13所示，在切削工具1因主轴16而移动时，轴心2a相对于曲面41的倾斜角度A发生增减。如图3所示，切削刃5a从切削刃端部5d到切削刃基部5f在长度方向上具有规定的长度。参照图5，因倾斜角度A的增减，切削刃5a与曲面41接触的部分在长度方向上变化。例如，切削刃5a在倾斜角度A小的情况下在靠近切削刃端部5d的部分与曲面41接触。在倾斜角度A大的情况下，在靠近径向前端部5e或切削刃基部5f的部分与曲面41接触。切削刃5a与曲面接触的部分随着倾斜角度A变大而从前端部3的前端侧变为基部侧。

接下来，基于图14来说明本公开的其他实施方式。在该实施方式中，代替图1所示的凹痕加工机13，使用图14所示的凹痕加工机19。凹痕加工机19具有工件保持装置17来代替工件保持装置20。工件保持装置17具有省略图示的基台和能够旋转地安装在基台的上表面的工作台18。工作台18在上表面具有保持被加工物40的工件保持片18a。形成凹痕的一种方法是，使被加工物40绕2个轴旋转，进而使切削工具1以轴心2a为中心旋转。工作台18以穿过球面中心41a和工作台18的旋转中心18b的第一轴17a为中心旋转。工作台18以穿过旋转中心18b而在Y轴方向上延伸的第二轴17b为中心旋转。第一轴17a和第二轴17b相互正交。工作台18和切削工具1的旋转由图7所示的控制部33控制。

如图14所示，前端部3以位于距曲面41规定距离的位置的方式设置。将轴心2a的倾斜角度A设置为规定的角度。使切削工具1以轴心2a为中心以规定的速度旋转，使工作台18以第一轴17a为中心高速地旋转。进而，使工作台18以第二轴17b为中心比较低速地旋转。由此，在以球面中心41a为中心的球面状的曲面41上形成多个凹痕42(参照图10)。

接下来，基于图15、16来说明本公开的其他实施方式。在该实施方式中，代替图1所示的凹痕加工机13，使用图15所示的凹痕加工机67。凹痕加工机67具有加工装置60和工件保持装置70来代替加工装置10和工件保持装置20。形成凹痕的一种方法是，不使被加工物40旋转，使切削工具1移动或使轴心2a倾斜。

如图15所示，加工装置60具有X轴导向件61、能够沿X轴导向件61移动的X方向移动构件62、相对于X方向移动构件62在Y轴方向上移动的Y方向移动构件63以及相对于Y方向移动构件63在Z轴方向上移动的Z方向移动构件64。X轴导向件61被保持在省略图示的支撑台上并在X轴方向上延伸设置。X方向移动构件62例如利用进给丝杠机构、齿轮齿条机构、X轴方向移动用马达62a而相对于X轴导向件61移动。Y方向移动构件63和Z方向移动构件64例如利用进给丝杠机构、齿轮齿条机构、Y轴方向移动用马达63a、Z轴方向移动用马达64a而相对于X方向移动构件62在Y方向以及Z方向上移动。

如图15所示，加工装置60具有摆动构件65和主轴66，摆动构件65以能够调整角度的方式安装于Z方向移动构件64，主轴66以能够轴向旋转的方式设置于摆动构件65。摆动构件65利用倾斜角度调整用马达65a而相对于Z方向移动构件64在X方向或者Y方向上摆动。在主轴66的前端设置有安装有切削工具1的安装部。主轴66利用工具旋转用马达66a而使切削工具1以轴心2a为中心旋转。如图16所示，加工装置60的各马达62a～66a由存储在控制装置30内的控制部33控制。如图15所示，被加工物40被保持于工件保持装置70。工件保持装置70具有基台71和安装于基台71的上表面的工作台72。被加工物40被保持在设置于工作台72的上表面的工件保持片72a上。

如图15所示，主轴66以前端部3相对于曲面41具有规定的距离的方式在X轴、Y轴、Z轴方向上移动。进而，主轴66以使轴心2a具有规定的倾斜角度A的方式倾斜。切削工具1以轴心2a为中心旋转。切削刃5a每当切削工具1旋转1次时，对曲面41进行1次切削来形成凹痕42(参照图10)。以不使被加工物旋转并使切削工具的前端部沿着被加工物的曲面的方式，使切削工具或被加工物在相互正交的3个方向上移动。每当切削工具旋转时，切削刃在曲面上形成凹痕。

如上所述，在被加工物40的曲面41上形成凹痕42的凹痕加工方法如图8、图11所示，使在棒状主体2上具有切削刃5a的切削工具1以轴心2a为中心旋转。使被加工物40以第一轴20a为中心旋转。以切削工具1的前端部3沿着被加工物40的曲面41的方式，使切削工具1或被加工物40在第一轴20a所穿过且与Y轴正交的假想面上或与假想面平行的面上移动。每当切削工具1旋转时，切削刃5a在曲面41上形成凹痕42(参照图10)。

因此，使切削工具1或被加工物40在平面上即二维地移动。使切削工具1以轴心2a为中心旋转，使被加工物40以第一轴20a为中心旋转。由此，能够在短时间内在曲面41上形成多个凹痕42。而且，能够使凹痕42的深度42a(参照图5)成为大致规定的深度且能够减小进入角。通过使深度42a成为大致规定的深度，能够容易地以相同形状且相同尺寸再现多个凹痕42。通过减小进入角，能够减少加工时产生的毛刺、热、残留应力等。

如图15所示，使在棒状主体2上具有切削刃5a的切削工具1以棒状主体2的轴心2a为中心旋转。以不使被加工物40旋转并使切削工具1的前端部3沿着被加工物40的曲面41的方式，使切削工具1或被加工物40在相互正交的X轴、Y轴、Z轴方向上移动。每当切削工具1旋转时，切削刃5a在曲面41上形成凹痕42(参照图10)。

因此，使切削工具1或被加工物40三维地移动。仅使切削工具1以轴心2a为中心旋转。而且不使被加工物40旋转。由此，能够在短时间内在曲面41上形成多个凹痕42。而且能够使凹痕42的深度42a(参照图5)成为大致规定的深度且能够减小进入角。

如图5所示，切削刃5a沿棒状主体2的长度方向以圆弧状连续地延伸。如图13所示，保持切削工具1的棒状主体2相对于被加工物40的角度，且使棒状主体2相对于被加工物40相对移动。由此，切削刃5a相对于曲面41的接触点改变。因此，通过改变接触点，能够避免力集中在切削刃5a的一部分。由此能够延长切削刃5a的寿命。

如图8、图11、图12所示，以使棒状主体2相对于切削工具1的与被加工物40的曲面41相接的面的倾斜角A1或导程角A2(参照图2)成为规定的角度的方式，使切削工具1相对于被加工物40倾斜。由此，使切削刃5a相对于曲面41的接触点相同。因此，能够使切削刃5a相对于曲面41的进入角、切入深度成为规定的角度、深度。由此，能够重复形成相同形状且相同尺寸的多个凹痕42(参照图10)。

如图14所示，曲面41具有球面状的一部分形状，以穿过球面状的球面中心41a的第一轴17a为中心使被加工物40旋转。以与第一轴17a正交的第二轴17b为中心使被加工物旋转。使在棒状主体2上具有切削刃5a的切削工具1以轴心2a为中心旋转。切削工具1的前端部3沿着被加工物40的曲面41的球面状的一部分移动。每当切削工具1旋转时，切削刃5a在曲面41上形成凹痕42(参照图10)。

因此，使被加工物40以2个轴为中心旋转，使切削工具1以轴心2a为中心旋转，合计以3个轴为中心旋转。由此，能够在短时间内在曲面41的球面状部分形成多个凹痕42。而且能够使凹痕42的深度成为大致规定的深度且能够减小进入角。

改变图8所示的切削工具1相对于曲面41的相对移动速度以及移动量、或者随着切削工具相对于曲面的相对移动改变切入深度。由此，能够使多个凹痕42(参照图10)的间隔以及深度42a(参照图5)成为规定的大小。因此，能够针对曲面41的每个部分使多个凹痕42的间隔以及深度42a带有变化。

能够对以上说明的各实施方式施加各种各样的改变。各凹痕加工方法在图6所示的被加工物50的凹状的曲面51上形成凹痕52时也能够适用。各凹痕加工方法在具有凸状的一部分形状和凹状的一部分形状这两者的曲面上形成凹痕时也能够适用。也可以通过使图1所示的切削工具1的以轴心2a为中心的旋转速度增大等，来在图10所示的曲面41上形成例如接近正圆的凹痕、在与切削方向正交的方向上具有长度方向的椭圆状的凹痕。也可以通过使图1所示的被加工物40的以第一轴20a为中心的旋转速度减小等，形成例如沿切削方向将多个椭圆形状的一部分重叠而连续的凹痕。也可以使例如被加工物40的以第一轴20a为中心的旋转速度变化，来在曲面41上使凹痕42不等间隔地排列。

曲面41既可以是例如半球状，也可以具有球状的一部分。或者也可以是其他的各种各样的曲面形状。根据图8、图9的加工方法，切削工具1相对于半球状的底面在成为顶点的假想面上移动。由此，能够在顶点附近形成凹痕42。也可以代替这种方法，在不通过顶点的假想面上使切削工具1移动。在这种情况下，虽然不能在顶点附近形成凹痕42，但是能够在曲面41的其他的区域形成凹痕42。

曲面41上的前端部3的相对移动的轨迹不限于图10所例示的螺旋C，可以适当改变。例如，使图12所示的被加工物40以在Z轴方向上延伸的第一轴20a为中心旋转1次，暂时停止被加工物40的旋转。使切削工具1沿着与Y轴正交的假想面相对于曲面41相对移动，使被加工物40以第一轴20a为中心再旋转1次。通过重复该动作，前端部3在曲面41中以将第一轴20a作为中心的多个同心圆状相对地移动。例如，也可以以使前端部3位于曲面41的距第一轴20a最远的点来开始凹痕42的形成并在曲面41的与第一轴20a相邻的点结束的方式，使切削工具1相对于曲面41相对移动。

例如，不使工作台22旋转，在X轴方向或Y轴方向上，使前端部3位于曲面41的距第一轴20a最远的点。使前端部3从该位置相对移动至与X轴或Y轴正交且与第一轴20a成为线对称的点。使切削工具1沿X轴方向或Y轴方向移动，使前端部3再次相对移动至与X轴或Y轴正交且与第一轴20a成为线对称的点。通过重复该动作，如图17、图21所示，能够将凹痕42在曲面41上排列成沿着在X轴方向或Y轴方向上大致等间隔地平行排列的多个线D排列的格子状。例如，不将曲面41的球面形状的顶点41c(参照图18)配置在第一轴20a上(参照图8)，使被加工物40以规定的角度倾斜地设置。由此，也可以如图18所示，作为将螺旋C的中心C1与曲面41的顶点41c错开的配置。

也可以采用图8、图11所示那样的使轴心2a的倾斜角A1或导程角A2(参照图2)成为规定的角度来进行切削的方法和图13所示那样的使轴心2a的倾斜角度A变化来进行切削的方法的中间的方法来形成凹痕。例如，使图1所示的工作台22以第二轴20b为中心在规定的微小的角度范围内旋转。由此，切削刃5a与曲面41接触的部分略微位移。通过避免切削刃5a在相同部分重复进行切削，能够延长工具寿命。进而，由于切削刃5a与曲面41接触的部分的位移比较微小，所以能够减小形成的凹痕的形状的偏差。

例如，切削刃部5也可以具有从前端部3向径向突出的三角形状的切削刃。利用该切削刃，能够在曲面41上形成所谓的纺锤状的凹痕。纺锤状的凹痕在将2个点连结的直线的两侧具有将2个点以弧状连结的周缘部。例如，切削工具1也可以位于从棒状主体2的轴心2a离开的位置，并具有向轴心2a方向突出的切削刃。利用该切削工具1能够在曲面41上形成所谓的新月状的凹痕。新月状的凹痕在连结2个点的直线的单侧或连结2个点的直线上具有将2个点以弧状或直线状连结的周缘部。

例如，参照图19所示，切削工具1也可以在前端部3具有多个切削刃5a。多个切削刃5a既可以在周向上排列，也可以在轴向上排列。在图19的前端部3，6个切削刃5a在周向上等间隔地排列。大致等间隔例如切削刃部5既可以具有包括3个以上的角的多边形的切削刃，也可以具有自由曲线状、将多个形状组合而成的形状的切削刃。也可以在切削工具1上设置多个种类的形状的切削刃，以在曲面41上形成多个种类的形状的凹痕。或者，也可以准备具有不同形状的切削刃的多个切削工具。棒状主体2可以如图3所示那样为圆棒状，或者也可以为剖面多边形的棒状等。能够适当选择切削工具1的旋转方向和曲面41相对于切削工具1的相对移动方向。例如，也可以使工作台22的以第一轴20a为中心的旋转方向为左右方向中的任一方向。换言之，凹痕42的加工既可以是上切，也可以是下切。

Claims (6)

1.一种凹痕加工方法，在被加工物的曲面上形成凹痕，所述凹痕加工方法的特征在于，

使在棒状主体上具有切削刃的切削工具以所述棒状主体的轴为中心旋转，

使所述被加工物以第一轴为中心旋转，

以所述切削工具的前端部沿着所述被加工物的所述曲面的方式，使所述切削工具或所述被加工物在所述第一轴所穿过的假想面上或者与所述假想面平行的面上移动，每当所述切削工具旋转时，所述切削刃在所述曲面上形成凹痕。

2.一种凹痕加工方法，在被加工物的曲面上形成凹痕，所述凹痕加工方法的特征在于，

使在棒状主体上具有切削刃的切削工具以所述棒状主体的轴为中心旋转，

不使所述被加工物旋转，

以所述切削工具的前端部沿着所述被加工物的所述曲面的方式，使所述切削工具或所述被加工物在相互正交的3个方向上移动，每当所述切削工具旋转时，所述切削刃在所述曲面上形成凹痕。

3.根据权利要求1或2所述的凹痕加工方法，其特征在于，

所述切削刃沿着所述棒状主体的长度方向连续地延伸，

一边保持所述切削工具的所述棒状主体相对于所述被加工物的角度，一边使所述棒状主体相对于所述被加工物进行相对移动来改变所述切削刃相对于所述曲面的接触点。

4.根据权利要求1或2所述的凹痕加工方法，其特征在于，

以使所述棒状主体相对于所述切削工具的与所述被加工物的所述曲面相接的面的角度成为规定角度的方式，使所述切削工具相对于所述被加工物倾斜，从而使所述切削刃相对于所述曲面的接触点相同。

5.一种凹痕加工方法，在被加工物的曲面上形成凹痕，所述凹痕加工方法的特征在于，

所述曲面具有球面状的一部分形状，以穿过所述球面状的球面中心的第一轴为中心使所述被加工物旋转，

以与所述第一轴正交的第二轴为中心使所述被加工物旋转，

使在棒状主体上具有切削刃的切削工具以所述棒状主体的轴为中心旋转，所述切削工具的前端部沿着所述被加工物的所述球面状的一部分移动，每当所述切削工具旋转时，所述切削刃在所述曲面上形成凹痕。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的凹痕加工方法，其特征在于，

通过改变所述切削工具相对于所述曲面的相对移动速度以及移动量、或随着所述切削工具相对于所述曲面的相对移动而改变切入深度，从而使多个凹痕的间隔以及深度成为规定的大小。

Images