JP2000308938A - 機械加工装置および機械加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンタリング加工などの機械加工の能率を向
上させることができる装置および機械加工方法を提供す
る。 【解決手段】 被加工材と工具１とを相対回転させて被
加工材の加工をおこなう機械加工装置６であって、中心
軸線と平行な軸線を中心に自転するように保持された公
転軸８と、その公転軸８の中心軸線に対して偏心しかつ
その公転軸８の中心軸線に対して平行な軸線を中心に自
転し、さらに先端部に前記被加工材と工具１とのいずれ
か一方が装着される主軸４と、これら公転軸８と主軸４
とをそれぞれ異なる回転数で回転させる回転駆動機構Ｍ
1 ，Ｍ3 とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、工具と被加工材
との相対回転によって加工をおこなう機械加工装置およ
び機械加工方法に関し、特に工具もしくは被加工材を自
転かつ公転させる機械加工装置および方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】機械加工方法の一種であるコンタリング
加工と称される加工方法は、切刃を備えた切削工具を自
転させると同時に、その切削工具を被削材（被加工材）
を中心に公転させる加工方法であり、その典型的な例は
エンドミル加工である。その一例が、特開平６３−２１
２４４２号公報に記載されている。この公報に記載され
たコンタリング加工方法は、エンドミルを自転させつつ
公転させて加工をおこなうにあたり、自転かつ公転する
エンドミルの刃先の回転径をレーザ光線によって測定
し、その測定結果に基づいて数値制御装置における工具
径補正機能により工具径を補正するように構成したもの
である。そして、実際の切削加工においては、エンドミ
ルを先ず加工対象孔の中心部に挿入し、その位置から刃
先が加工対象孔の内面に接する位置、より正確には加工
径となる位置に移動させ、その後、加工対象孔の内面に
沿って移動させる。すなわちエンドミルを工作機械の主
軸に取り付けて自転させ、その主軸をいわゆるＸ−Ｙ平
面内で円運動させることにより、エンドミルを公転させ
ている。

【０００３】またこれとは異なる形式の装置として、極
座標系の機構を使用した装置が知られている。すなわ
ち、モータによって回転もしくは揺動運動させられる主
アームの先端に、主軸用のモータと工具軸アームとが取
り付けられ、その工具軸アームの先端に主軸用モータに
よって回転させられる工具軸が取り付けられている。こ
の種の装置では、主アームと工具軸アームとを連動させ
て揺動運動させることにより、工具軸を円運動すなわち
公転させ、あるいは主アームを回転させることにより、
工具軸を公転させ、その公転半径を工具軸アームの主ア
ームに対する相対角度を変えることによって変更する。

【０００４】さらに他の形式の装置として、第１の軸に
その半径方向に移動する工具軸を取り付け、その工具軸
を第１の軸と共に回転させることにより工具軸を公転さ
せ、かつ第１の軸の半径方向における工具軸の位置を変
えることにより、工具軸の公転半径を変更するように構
成した装置が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したコンタリング
加工における切刃と被削材との相対速度すなわち切削速
度は、工具の自転よる切刃の周速と公転による円運動速
度とを加えたものになる。しかしながら、上述した従来
のコンタリング加工では、工具を取り付けた主軸を円運
動させることにより、工具を公転させているので、公転
速度が自転速度に比較してきわめて低速であり、切削速
度は実質的に工具の自転速度すなわち主軸の回転数で決
定されてしまう。

【０００６】すなわち従来のいわゆるＸ−Ｙ座標系の装
置では、Ｘ−Ｙ平面での２軸方向への送りを協調させる
ことにより工具を公転させているので、制御上の制約で
公転速度を高速化することが困難である。また主軸を２
軸方向に移動させるためには、例えば主軸頭をコラムに
沿って上下動させると同時に、コラムをベッド上で水平
移動させることになり、したがって移動させるべき部分
の質量がきわめて大きいので、主軸の公転速度を高速化
することが困難である。

【０００７】また、揺動運動する主アームの先端部で工
具軸アームを揺動させることにより、工具軸を公転運動
させる極座標系の装置においても、工具軸アームを揺動
させるモータや工具軸を自転させるモータを主アームと
共に揺動運動させることになり、また上記のＸ−Ｙ座標
系の装置と同様に、２つのモータの協調動作によって工
具軸を公転運動させるので、工具軸の公転速度を高速化
することが困難である。

【０００８】さらに、他の形式の装置においても、工具
軸を自転させるためのモータを、工具軸と共に公転運動
させることになるので、その質量が大きいことにより、
高速回転させることが困難である。そして、工具軸を公
転させる形式の装置では、工具軸の公転半径を変更する
のに伴って工具軸を自転させるためのモータの位置が変
化するので、回転する部材の全体としての重心位置が変
化する。そのために、公転速度の増大に伴って振動が大
きくなるおそれがある。

【０００９】結局、従来では、工具軸あるいはこれに取
り付けた切削工具の公転速度を速くすることができない
ので、切削速度に占める主軸の公転による速度の割合は
高々２〜３％程度に過ぎず、そのため、工具の送り量が
小さいので加工能率を高めるために、工具の自転速度を
速くし、あるいは切刃の幅を大きくして加工をおこなわ
ざるを得ない。

【００１０】しかしながら切削幅が大きければ、切刃に
対して切り屑が接触する面積が大きくなり、その結果、
摩擦や発熱が顕著になって工具寿命が低下することにな
り、この点で加工能率が大きく制約される不都合があっ
た。また、上述したコンタリング加工は、切刃が被削材
に繰り返し食い込むいわゆる断続切削になるが、上記従
来の方法では、工具の公転速度が遅く、送り量が小さい
ことにより、すなわち自転速度が速いことにより、切刃
が被削材に食い込む繰り返し回数が増大する。言い換え
れば、幅が大きくかつ長さの短い切り屑が多数生じる切
削をおこなうことになる。そのため、衝撃力が切刃に作
用する回数が多くなり、またその衝撃力が大きいために
工具寿命が低下する可能性が高く、この点で加工能率が
制約される。

【００１１】この発明は、上記の事情を背景としてなさ
れたものであり、工具と被加工材との相対回転による機
械加工の加工能率を向上させることのできる装置および
方法を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するために、請求項１に記載した発明は、被加
工材と工具とを相対回転させて被加工材の加工をおこな
う機械加工装置において、中心軸線と平行な軸線を中心
に自転するように保持された公転軸と、その公転軸の中
心軸線に対して偏心しかつその公転軸の中心軸線に対し
て平行な軸線を中心に自転し、さらに先端部に前記被加
工材と工具とのいずれか一方が装着される主軸と、これ
ら公転軸と主軸とをそれぞれ異なる回転数で回転させる
回転駆動機構とを備えていることを特徴とする装置であ
る。

【００１３】したがって請求項１の発明では、主軸を回
転させると同時に公転させることにより、その先端部に
取り付けた工具あるいは被加工材を自転かつ公転させる
ことができ、その結果、公転速度の制約要因がないこと
により、加工速度における公転による速度割合すなわち
工具と被加工材との相対送り速度や送り量を大きくする
ことができる。

【００１４】また、請求項２の発明は、請求項１の構成
に加えて、前記回転駆動機構が、基台部に固定された公
転用モータと、その公転用モータから前記公転軸に動力
を伝達する公転用伝動機構と、前記基台部に固定された
主軸用モータと、その主軸用モータから前記主軸に動力
を伝達する主軸用伝動機構とを備えていることを特徴と
する装置である。

【００１５】したがって請求項２の発明では、いずれの
モータも固定されているので、主軸を公転させるのに伴
って旋回運動させる質量が小さくなり、そのために、主
軸の公転速度を高速化することができる。

【００１６】請求項３の発明は、請求項１の構成に加
え、前記公転軸の内部に該公転軸の中心軸線に対して偏
心した軸線を中心にして自転する偏心軸が配置され、そ
の偏心軸の中心軸線に対して偏心した位置に前記主軸が
自転自在に保持されていることを特徴とする装置であ
る。

【００１７】したがって請求項３の発明では、偏心軸を
回転させることにより、工具もしくは被加工材の公転軸
に対する偏心量すなわち工具もしくは被加工材の公転半
径が変化する。その結果、工具と被加工材との相対送り
量や加工半径を任意に変化させることができるうえに、
加工途中で偏心軸を回転させることにより、テーパ形状
の加工やリセス加工などをおこなうことが可能になる。

【００１８】請求項４の発明は、請求項３の構成に加
え、前記偏心軸を、前記公転軸と一体となって回転させ
るとともに公転軸に対して相対回転させる公転半径変更
機構が設けられていることを特徴とする装置である。

【００１９】したがって請求項４の発明では、主軸に取
り付けた工具もしくは被加工材を自転かつ公転させつつ
その公転半径を変更でき、そのため、テーパ加工やリセ
ス加工などの加工対象形状の径が変化する加工を容易に
おこなうことができる。

【００２０】請求項５の発明は、請求項４の構成に加え
て、前記公転半径変更機構が、相互に関連して回転する
３つの回転要素によって差動回転作用をおこなう差動機
構を有し、それら３つの回転要素のうち第１の回転要素
が前記公転用伝動機構に連結され、第２の回転要素が前
記偏心軸に連結され、さらに第３の回転要素が前記基台
部に固定された公転半径変更用モータに連結されている
ことを特徴とする装置である。

【００２１】したがって請求項５の発明では、主軸を回
転させるための機構と、主軸を公転させるための機構
と、その公転半径を変更する機構とが互いに独立した構
成となり、またモータなどの重量の大きい部材を円運動
させることがないので、主軸の公転速度を高速化するこ
とができ、それに伴って主軸の自転速度と公転速度との
比率を自由に設定でき、さらには主軸の公転中にその公
転半径を任意に変更することができる。

【００２２】請求項６の発明は、請求項３の構成に加え
て、前記主軸がその中心軸線に重心が一致するようにバ
ランス調整され、その主軸を偏心位置に取り付けられた
前記偏心軸がその中心軸線に重心が一致するようにバラ
ンス調整され、前記主軸を自転自在に保持している偏心
軸が取り付けられた前記公転軸がその中心軸線に重心が
一致するようにバランス調整されていることを特徴とす
るものである。

【００２３】したがって請求項６の発明では、偏心軸を
回転させて主軸の公転半径を変化させても、全体として
の重心の位置が実質的に変化しないので、主軸の公転回
転数を高くしても振動が生じず、そのため、加工精度の
悪化や工具に対する負荷の増大を招くことなく、主軸す
なわち工具もしくは被加工材の公転速度を高速化するこ
とができる。

【００２４】請求項７の発明は、被加工材と工具とのい
ずれか一方を自転かつ公転させつつ前記被加工材と前記
工具との他方に接触させて被加工材の加工をおこなう機
械加工方法において、予め定めた最大加工断面積と加工
速度との少なくともいずれか一方に基づいて前記工具に
よる単位時間当たりの加工量を求め、その単位時間当た
りの加工量に基づいて前記被加工材もしくは工具の公転
回転数に対する自転回転数の比率を決定し、その比率を
満たすように前記被加工材もしくは工具を自転かつ公転
させて前記被加工材の加工をおこなうことを特徴とする
方法である。

【００２５】したがって請求項７の発明では、工具の寿
命を短縮したり工具に対する負荷を増大させたりせず
に、加工効率のよい自転回転数および公転回転数を設定
することができ、機械加工の能率を向上させることがで
きる。

【００２６】請求項８の発明は、切刃を有する工具を自
転させつつ公転させ、その工具によって被加工材を断続
切削する機械加工方法において、前記工具の公転回転数
に対する自転回転数の比率を、３７以下に設定して、前
記工具に設けられた切刃によって前記被加工材の断続切
削をおこなうことを特徴とする方法である。

【００２７】したがって請求項８の発明では、工具を回
転させる断続切削の際の工具と被加工材との相対送り量
が大きくなり、そのために、１刃当たりの切削幅を小さ
くしても切削量あるいは加工能率が低下しない。言い換
えれば、加工能率を低下させることなく、１刃当たりの
切削幅を小さくし、それに伴って発熱や切削抵抗、衝撃
力などを低下させることができるので、工具寿命を向上
させることができる。さらには、その工具寿命の範囲で
１刃当たりの切削量を増大させることにより、加工能率
を向上させることができる。

【００２８】請求項９の発明は、切刃を有する工具を自
転させつつ公転させ、その工具によって被加工材を断続
切削する機械加工方法において、前記工具が自転かつ公
転することに基づく前記切刃の前記被加工材に対する切
削速度のうち、前記工具が公転することにより生じる切
削速度の割合を、７％以上に設定して前記被加工材の切
削をおこなうことを特徴とする方法である。

【００２９】したがって請求項９の発明では、請求項８
の発明と同様に、工具と被加工材との相対送り速度を増
大させることができるので、１刃当たりの切削幅を小さ
くし、それに伴って工具に対する負担を低下させてその
寿命の向上を図り、さらには工具寿命の範囲で切削量を
増大させて加工能率を向上させることができる。

【００３０】そして請求項１０発明は、被加工材と工具
とのいずれか一方を自転かつ公転させつつ前記被加工材
と前記工具との他方に接触させて被加工材の加工をおこ
なう機械加工方法において、前記被加工材と工具とのい
ずれか一方の公転回転数に対する自転回転数の比率を、
前記被加工材に生じる加工面の面粗さに基づいて変更し
て前記被加工材の加工をおこなうことを特徴とする方法
である。

【００３１】したがって、請求項１０の発明では、１つ
の装置もしくは工具で荒加工から仕上げ加工までの各種
の加工をおこなうことができ、その結果、設備コストを
低廉化できるのみならず、加工工数を削減して機械加工
の高能率化を図ることができる。

【００３２】請求項１１の発明は、被加工材と工具との
いずれか一方を自転かつ公転させつつ前記被加工材と前
記工具との他方に接触させ、かつこれら被加工材と工具
との一方を回転中心軸線と平行な方向に相対的に前後動
させて被加工材の加工をおこなう機械加工方法におい
て、前記被加工材もしくは工具の公転回転数に対する自
転回転数の比率を、前記被加工材と工具との一方を前記
回転中心軸線と平行な方向での前方に向けて移動させる
加工工程と後方に向けて移動させる加工工程とで異なら
せることを特徴とする方法である。

【００３３】したがって請求項１１の発明では、工具も
しくは被加工材を、その軸線方向に往復移動させる間
に、工具もしくは被加工材の自転回転数と公転回転数と
の比率を小さくした荒加工とその比率を大きくした仕上
げ加工とをおこなうことができ、その結果、全体として
の加工時間を短縮して生産性を向上させることができ
る。

【００３４】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明を図面を参照し
て具体的に説明する。先ず、この発明に係る機械加工装
置を、切削加工をおこなう装置を例に採って説明する
と、図１において、工具１は、シャンク２の先端部の外
周に切刃３を設けたミーリングカッタであり、この工具
１を先端部に装着する主軸４が、保持軸５の内部に配置
されている。この保持軸５は、円筒状の軸であって、図
１に示す切削加工装置６全体のハウジング（すなわち基
台部）７に一体化されている。したがって保持軸５は、
被削材（図示せず）に対して移動させられるものの、自
転することはない。

【００３５】この保持軸５の内部には、公転軸８が軸受
９によって自転自在に保持されている。この公転軸８に
は、その軸心に対して偏心しかつ軸線方向に延びた孔が
形成され、その内部に偏心軸１０が軸受１１によって自
転自在に保持されている。したがってこの偏心軸１０
は、公転軸８が自転することにより、公転軸８の軸心を
中心にして公転する。この偏心軸１０は、前記主軸４の
公転半径を変更するためのものであって、その軸心に対
して偏心しかつ軸線方向に貫通した貫通孔が形成され、
その貫通孔の内部に主軸４が軸受１２によって自転自在
に保持されている。

【００３６】図２は、上述した各軸の半径方向での相対
位置を模式的に示しており、保持軸５に対して公転軸８
が同軸上に配置されている。この公転軸８の軸心Ｏ8 に
対して偏心した位置に軸心Ｏ10を持つ偏心軸１０が、公
転軸８の内部に配置されている。この偏心軸１０の内部
に自転自在に配置された主軸４は、偏心軸１０の軸心Ｏ
10に対して偏心している。

【００３７】したがって偏心軸１０を自転させると、そ
の軸心Ｏ10から外れた位置にある主軸４が、その軸心Ｏ
10を中心とした円周Ｃ10上を移動する。その公転軸８に
対する偏心軸１０の偏心量と、偏心軸１０に対する主軸
４の偏心量とが等しい場合には、主軸４の軸心Ｏ4 が公
転軸８の軸心Ｏ8 に一致して公転軸８に対する主軸４の
偏心量がゼロとなることがある。すなわち、偏心軸１０
を自転させることにより、その内部に配置した主軸４の
公転軸８に対する偏心量が変化する。そして、公転軸８
に対する偏心軸１０の偏心量と、偏心軸１０に対する主
軸４の偏心量とが等しい場合には、その偏心量の２倍を
限度として、公転軸８に対する主軸４の偏心量が、ゼロ
からそれ以上に変化する。

【００３８】この主軸４に取り付けられた工具１は、主
軸４と共に自転する一方、主軸４が公転軸８の内部に保
持されているので、公転軸８が自転することにより、主
軸４すなわち工具２が、公転軸８の軸心Ｏ8 を中心に公
転する。その場合の公転半径が、前記偏心軸１０を回転
させて設定される公転軸８に対する主軸４の偏心量とな
る。

【００３９】前記公転軸８の図１における右側の端部
は、ハウジング７の後端部側まで延びており、その外周
に嵌合させた軸受１３を介してハウジング７によって回
転自在に支持されている。この公転軸８における後端側
の部分には、軸心を中心とした貫通孔が形成されてお
り、その貫通孔の内部に入力軸１４が軸受１５を介して
回転自在に保持されている。この入力軸１４は前記主軸
４を自転させるためのものであって、主軸用モータＭ1
に連結されている。なお、この主軸用モータＭ1 は、基
台部であるハウジング７に固定されている。またこの入
力軸１４における図１での左側端部は、公転軸８の内部
で前記主軸４の後端部に接近した位置に延びている。

【００４０】そしてこの入力軸１４の端部には外径の異
なる複数のローラ１６が接触した状態に配置されてい
る。これらのローラ１６は、入力軸１４の軸線と平行と
なるように公転軸８に取り付けた支持ピン１７に回転自
在に取り付けられている。さらに、これら複数のローラ
１６の全体を覆うように円筒体１８が嵌合させられてい
る。なお、各ローラ１６は、この円筒体１８と入力軸１
４との間に圧入された状態となっており、それぞれの接
触圧力が高いことにより、摩擦力によってトルクを伝達
するようになっている。

【００４１】円筒体１８は、主軸４の後端部の外周を覆
っており、その主軸４の外周面と円筒体１８の内周面と
の間に、前記ローラ１６と同様に外径の異なる複数のロ
ーラ１９が圧入されている。そのローラ１９を回転自在
に取り付けてある支持ピン２０が、主軸４の外周側に軸
受を介して回転自在に配置したリング状歯車２１に連結
されている。さらにこのリング状歯車２１が、前記偏心
軸１０の後端部にピンによって連結されている。

【００４２】したがって入力軸１４のトルクが、その外
周面に接触しているローラ１６の自転により円筒体１８
に伝達され、またこの円筒体１８のトルクが、その内周
面に密着している他の複数のローラ１９の自転によって
主軸４に伝達される。すなわちモータＭ1 によって入力
軸１４を回転させることにより、そのトルクが主軸４に
伝達されて主軸４が自転する。そして各ローラ１６，１
９が相対的に公転することにより、入力軸１４に対する
主軸４の偏心量すなわち主軸４の公転半径が変更され
る。

【００４３】前記公転軸８のうちリング状歯車２１の外
周側の部分に、内外周面に貫通した複数の切欠き部が形
成され、前記リング状歯車２１に噛合した中間歯車２２
が各切欠き部に配置されている。これらの中間歯車２２
が配置されている各部分における公転軸８の肉厚が、そ
の内側の軸線方向に沿う孔の軸心が公転軸８の軸心に対
して偏心していることにより、相互に異なっており、し
たがって各中間歯車２２の外径が、それぞれの部分にお
ける公転軸８の肉厚に合わせて大小に異なっている。す
なわち各中間歯車２２の最も外周側の部分を結んだ円
が、公転軸８の軸心を中心とした円となるように構成さ
れている。なお、各中間歯車２２は公転軸８に取り付け
た支持ピン２３によって回転自在に支持されている。

【００４４】また各中間歯車２２が、内歯歯車である公
転半径変更歯車２４に噛合している。この公転半径変更
歯車２４は、円筒軸２５の先端部の内周面に形成されて
いる。そしてこの円筒軸２５は、前記公転軸８の外周側
に入力軸１４と同軸上に嵌合させて配置され、かつ軸受
２６によって回転自在に保持されている。

【００４５】前記入力軸１４の外周側に位置する公転軸
８の外周部に公転軸歯車２７が固定され、またこの公転
軸歯車２７に隣接して配置された中間軸歯車２８が前記
円筒軸２５に固定されている。その公転軸歯車２７が、
差動機構２９における入力歯車３０に噛合し、また中間
軸歯車２８が差動機構２９における出力歯車３１に噛合
している。

【００４６】ここで差動機構２９について説明すると、
この差動機構２９は、図３に示す構成の機構を利用して
構成されている。すなわち図３において、リング状部材
１００の内周面にスプラインなどの歯１０１が形成され
ており、その歯１０１より歯数の少ない外歯１０２が形
成された可撓性リング１０３が、前記リング状部材１０
０の内周側に回転自在に配置されている。この可撓性リ
ング１０３の内周側には、楕円形の回転部材１０４がベ
アリング１０５を介して配置されており、その長径の両
端部で可撓性リング１０３がリング状部材１００の歯１
０１に押し付けられて噛合させられている。したがって
図３に示す機構では、可撓性リング１０３の歯数がリン
グ状部材１００の歯数より少ないので、可撓性リング１
０３を１回転させてもリング状部材１００は１回転せず
に歯数の差だけ回転角度が少なくなる。

【００４７】図４は、差動機構２９を分解して模式的に
示す図であって、上記のリング状部材１００に相当する
一対のサーキュラースプライン３２，３３と、これらに
噛合する前記可撓性リング１０３に相当するフレクスプ
ライン３４と、その内周側に嵌合させられた楕円形状の
回転部材１０４に相当するウェーブジェネレータ３５と
を有している。すなわち内周面にスプライン歯を形成し
た一対の円筒状のサーキュラスプライン３２，３３と、
そのサーキュラスプライン３２，３３のスプライン歯に
噛合するスプライン歯が外周面に形成され、かつ可撓性
のある円筒体であるフレクスプライン３４と、楕円形の
カムの外周面にボールベアリングがはめ込まれ、そのボ
ールベアリングの外周に前記フレクスプライン３４が嵌
合されるウェーブジェネレータ３５とを備えている。

【００４８】一方のサーキュラスプライン３２の歯数と
フレクスプライン３４の歯数とが等しく（例えば２００
枚に）設定され、そのサーキュラスプライン３２が入力
歯車３０の内周側に嵌合固定されている。これに対して
他方のサーキュラスプライン３３の歯数が、フレクスプ
ライン３４の歯数よりわずか多く（例えば２０２枚に）
設定されており、このサーキュラスプライン３３が出力
歯車３１の内周側に嵌合固定されている。そしてそのウ
ェーブジェネレータ３５が調整軸３６に嵌合固定され、
かつその調整軸３６が半径変更モータＭ2 に連結されて
いる。なお、この半径変更モータＭ2 は、この発明の基
台部に相当するハウジング７に固定されている。

【００４９】したがってこの差動機構２９では、ウェー
ブジェネレータ３５すなわち調整軸３６を固定した状態
で入力歯車３０を回転させると、入力歯車３０に固定し
たサーキュラスプライン３２の歯数とフレクスプライン
３４の歯数とが等しいので、フレクスプライン３４が入
力歯車３０と同一回転数で回転する。これに対して出力
歯車３１に固定してあるサーキュラスプライン３３の歯
数が、フレクスプライン３４の歯数より多いので、出力
歯車３１がその歯数差に応じて減速されて回転する。上
記の例では、フレクスプライン３４の歯数が“２００”
に対して、サーキュラスプライン３３の歯数が“２０
２”であるから、出力歯車３１は、２００／２０２＝１
００／１０１に減速されて回転する。

【００５０】このように回転数の差が生じるが、その場
合であっても主軸４の公転半径が変化しないように入力
歯車３０と公転軸歯車２７との歯数比および出力歯車３
１と中間軸歯車２８との歯数比が設定されている。一例
として、入力歯車３０の歯数が“１００”で、公転軸歯
車２７の歯数が“２００”の場合、出力歯車３１の歯数
が“１０１”で、かつ中間軸歯車２７の歯数が“２０
０”に設定される。このような構成の場合、調整軸３６
すなわちウェーブジェネレータ３５を固定した状態で例
えば入力歯車３０を１０１ｒｐｍで回転させれば、出力
歯車３１が１００ｒｐｍで回転し、かつ公転軸歯車２７
が１０１／２ｒｐｍで回転する。そして出力歯車３１が
１００ｒｐｍで回転することにより、これに噛合してい
る中間軸歯車２８が、１００×１０１／２００＝１０１
／２ｒｐｍで回転する。すなわち公転軸歯車２７と中間
軸歯車２８とが同速度で回転する。

【００５１】したがって公転軸８の回転数と円筒軸２５
との回転数とが等しくなるので、円筒軸２５に形成した
公転半径変更歯車２４とこれに噛合している中間歯車２
２とこれに噛合しているリング状歯車２１とが一体とな
って回転する。すなわち各ローラ１６，１９の公転方向
の位相が一定に維持される。

【００５２】また一方、フレクスプライン３４と出力歯
車３１側のサーキュラスプライン３３との歯数に相違が
あるために、フレクスプライン３４の回転に対してサー
キュラスプライン３３の減速が生じ、その減速度は歯数
に差に応じたものとなる。上記の例では、歯数の差が
“２”であるから、フレクスプライン３４の回転に対し
てサーキュラスプライン３３は、２／２００＝１／１０
０の割合で減速される。すなわち調整軸３６と共にフレ
クスプライン３４を１００ｒｐｍで回転させると、サー
キュラスプライン３３がマイナス（−）１ｒｐｍで相対
回転する。なお、入力歯車３０側のサーキュラスプライ
ン３２とフレクスプライン３４とは歯数が同じであるた
め、回転数に差が生じない。結局、調整軸３６と共にフ
レクスプライン３４を回転させると、入力歯車３０と出
力歯車３１との回転位相に相違が生じる。すなわち調整
軸３６の回転数の１／１００の回転速度で入力歯車３０
と出力歯車３１との相対回転運動を生じさせることがで
きる。

【００５３】このような相対回転は、公転軸８とリング
状歯車２１との相対回転すなわち各ローラ１６，１９の
相対的な公転速度として現れる。そして各ローラ１６，
１９の相対的な公転によって主軸４の入力軸１４に対す
る偏心量すなわち公転半径が変化するので、上記の装置
では、公転半径の微調整を容易におこなうことができ
る。なお、図１において符号３７は公転歯車を示し、こ
の公転歯車３７は前記入力歯車３０に噛合している。そ
してこの公転歯車３７に公転用モータＭ3 が連結されて
いる。なお、この公転用モータＭ3 は、この発明の基台
部に相当するハウジング７に固定されている。また、上
記の公転半径変更モータＭ2 と、差動機構２９と、この
差動機構２９から公転軸８にトルクを伝達する系統およ
び差動機構２９から偏心軸１０にトルクを伝達する系統
が、この発明における公転半径変更機構に相当してい
る。

【００５４】そして、図１に示す切削加工装置において
は、主軸４の公転運動を二次元方向の直線運動の組合せ
によって達成するのではなく、主軸４を内蔵している公
転軸８の自転によって達成するので、主軸４を高速で自
転かつ公転させることができる。また、上記の例では、
偏心軸１０の自転によって主軸４の公転軸８に対する偏
心量を変更できるので、公転中にその半径を変更するこ
とができる。そのため、テーパ孔の切削加工や内径の相
違する複数種類のボーリング加工さらにはリセス加工な
どを容易におこなうことができる。

【００５５】なお、上述した主軸用モータＭ1 から主軸
４に到るトルクの伝達系統がこの発明の主軸用伝動機構
に相当し、また公転用モータＭ3 から公転軸８に到るト
ルクの伝達系統がこの発明の公転用伝動機構に相当し、
さらにこれら２つの伝動機構を併せた機構が、この発明
の回転駆動機構に相当している。

【００５６】上述した主軸４に工具１を取り付けて切削
加工をおこなう場合、主軸４および公転軸８を回転させ
ることにより、主軸４を自転させつつ公転させ、またそ
の間に偏心軸１０を回転させることにより、主軸４の公
転半径を変化させる。このように各軸を回転させた場合
の振動を防止するために、上記の３軸は以下のようにバ
ランス調整されている。

【００５７】図５はそのバランス調整の状態を説明する
ための図であって、先ず、主軸４はその先端部に工具も
しくは工具に相当する重量を取り付け、その状態で中心
軸線Ｏ4 上に重心が一致するようにバランス調整されて
いる。これは、例えば、主軸４の外周の一部を削り取っ
たり、あるいは反対にネジなどの調整用のウエイトを取
り付けるなど所定の質量Ｗb を付加・削除することによ
りおこなうことができる。また、半径方向でのバランス
調整のみならず、軸線方向におけるバランス調整もおこ
なわれる。

【００５８】また、偏心軸１０については、上記のよう
にバランス調整した主軸４を偏心位置に組み付けた状態
で、全体としての重心が中心軸線Ｏ10に一致するように
バランス調整されている。このバランス調整も上記の例
と同様に、偏心軸１０の外周の一部に、所定の質量Ｗb
を付加・削除することによりおこなうことができる。

【００５９】そして、公転軸８については、主軸４を組
み付けかつバランス調整された偏心軸１０を偏心位置に
組み付けた状態で、その外周の一部に所定の質量Ｗb を
付加・削除することにより、中心軸線Ｏ8 上に重心が一
致するようにバランス調整されている。なお、この公転
軸８および上記の偏心軸１０についても、その軸線方向
におけるバランス調整がおこなわれている。

【００６０】したがって公転軸８を回転させて主軸４を
公転させた場合、その全体としての重心が、公転軸８の
回転中心Ｏ8 に一致しているので、主軸４を高速で公転
させても振動が生じることがなく、少なくとも偏心荷重
やそれに起因する振動が防止もしくは抑制される。この
ような状態は、主軸４の公転半径を変更した場合にも維
持される。すなわち、主軸４および偏心軸１０のそれぞ
れが回転中心に重心が一致するようにバランス調整さ
れ、その状態で公転軸８に組み付けられるとともに、回
転中心Ｏ8 に重心が実質的に一致しているので、偏心軸
１０が回転して主軸４の半径方向での位置が変化して
も、全体としての重心の位置が変化しない。したがって
主軸４の公転半径の変更の前後でバランスの変化がな
く、高速回転させても振動を効果的に防止もしくは抑制
することができる。

【００６１】つぎに上記の加工装置の作用すなわちこの
発明の機械加工方法の一例について説明する。この発明
に係る切削加工装置は、前述したように、それぞれ固定
設置された主軸用モータＭ1 と公転用モータＭ3 とを駆
動することにより、主軸４すなわちこれに取り付けた工
具１が自転しつつ公転するので、公転速度を従来になく
高速化することができ、それに伴い工具の自転回転数と
公転回転数との比率Ｋを適宜に設定することができる。
そして、その比率Ｋが工具寿命や加工能率に大きく影響
するので、先ず、その比率Ｋを決定する。

【００６２】図６は、その自転／公転比Ｋを決定する方
法を示すフローチャートであって、先ず、自転／公転比
Ｋの初期値を設定する（ステップＳ１）。この自転／公
転比Ｋが“１”であれば、工具が１回自転する間に１回
公転することになり、これは、ボーリング加工であり、
したがって断続切削をおこなうコンタリング加工は自転
／公転比Ｋが“１”より大きい値の場合におこなわれ
る。そこで、自転／公転比Ｋの初期値はコンタリング加
工となる値のうちの小さい値を採用し、例えば整数の
“２”を設定する。

【００６３】一方、加工対象物の材質や加工形状などに
基づいて使用する工具が決まるので、その工具の切刃の
刃数Ｚを指定し（ステップＳ２）、また工具径Ｄ1 を指
定する（ステップＳ３）。

【００６４】これら自転／公転比Ｋと工具の刃数Ｚおよ
び径Ｄ1 と製品の加工孔の径Ｄ0 とに基づいて切削厚み
ｔを計算する（ステップＳ４）。図７は切削箇所の模式
的な拡大図であり、Ｃ1 の符号を付した線が前刃の軌
跡、Ｃ2 の符号を付した線が後刃の軌跡である。これら
の各刃の軌跡は、工具が自転しつつ公転することにより
生じる。ステップＳ４では、これらの各刃の軌跡の間隔
が最も大きい箇所の寸法が計算される。そしてその計算
は、工具に関する上記の各データＺ，Ｄ1 および自転／
公転比Ｋに基づいて幾何学的におこなうことができる。

【００６５】また、最大切削断面積Ａを指定する（ステ
ップＳ５）。この最大切削断面積Ａは切削中での瞬間で
の最大値であり、これは工具ごとのボーリング加工にお
けるデータなどの既存のデータに基づいて指定する。す
なわち工具の１刃ごとの負荷は切削断面積に応じて増大
し、工具に許容できる最大切削断面積は工具データとし
て予め用意されている。ステップＳ５ではその既存のデ
ータに基づいて最大切削断面積Ａを指定する。

【００６６】ステップＳ４で計算された切削厚みｔとス
テップＳ５で指定された最大切削断面積Ａとから切削幅
ｆz （＝Ａ／ｔ）が計算される（ステップＳ６）。

【００６７】さらに使用工具に関する条件として切削速
度Ｖを指定する（ステップＳ７）。切削速度Ｖは、切刃
の被削材に対する相対速度であり、切削速度Ｖが大きい
ほど切刃の摩耗が進行しやすく、工具寿命が短くなる。
したがって加工条件から工具寿命が決まるから、それに
基づいて切削速度Ｖを指定する。

【００６８】切削速度Ｖは、工具の自転による切刃の周
速と公転による周速とを加えたものであるから、ステッ
プＳ１で設定した自転／公転比ＫとステップＳ７で指定
した切削速度Ｖとに基づいて公転回転数Ｎを計算する
（ステップＳ８）。具体的には、加工孔の径をＤ0 、工
具の径をＤ1 とすると、 Ｎ＝Ｖ×1000／〔π×｛Ｄ0 ＋Ｄ1 （Ｋ−１）｝〕 で求められる。なお、切削速度Ｖは、工具が公転するこ
とによる切削速度ＶA と自転することによる切削速度Ｖ
B とを加算した速度となり、それぞれの切削速度ＶA ，
ＶB は、 ＶA ＝Ｎ×Ｄ0 ×π ＶB ＝Ｎ×（Ｋ−１）×Ｄ1 ×π でも求めることができる。

【００６９】つぎに、加工能率Ｑを計算する（ステップ
Ｓ９）。この加工能率Ｑは、単位時間あたりの切削量で
あり、上記の公転回転数Ｎと、切削幅ｆz と、加工径Ｄ
0 と、粗材径Ｄ2 とに基づいて計算される。こうして求
めた加工能率Ｑが要求を満たすものであるか否かの判定
をおこなう（ステップＳ１０）。これは、例えば要求さ
れている切削加工のサイクルタイムなどに基づいて判定
することができる。

【００７０】このステップＳ１０の判定結果が否定的で
あれば、切削速度Ｖを増大させることができるか否かが
判定される（ステップＳ１１）。前述したステップＳ７
において、工具に許容される切削速度のうち最大値より
遅い切削速度を指定してあれば、このステップＳ１１で
肯定的に判断され、その場合は、ステップＳ７に進んで
切削速度Ｖを許容される範囲で増大させる。すなわち加
工能率Ｑを増大させる方向に切削条件を変更する。

【００７１】これに対してステップＳ１１で否定的に判
断された場合には、切削断面積Ａを増大させることがで
きるか否かが判断される（ステップＳ１２）。前述した
ステップＳ５において、最大切削断面積Ａとして最大値
より小さい値を指定していれば、このステップＳ１２で
肯定的に判断され、その場合はステップＳ５に進んで最
大切削断面積Ａの値を大きくする。すなわち、加工能率
Ｑを増大させるように切削条件を変更する。

【００７２】これとは反対にステップＳ１２で否定的に
判断された場合には、刃数Ｚの多い工具に変更できるか
否かが判断される（ステップＳ１３）。これは、用意さ
れている工具の有無で判断される。刃数Ｚの多い工具に
変更できる場合に、ステップＳ２に進んで、新たに選択
した工具刃数Ｚを指定する。その場合、刃数Ｚが増大す
ることになるので、加工能率Ｑを増大させるように切削
条件を変更することになる。

【００７３】工具を変更することができないことにより
ステップＳ１３で否定判断された場合には、自転／公転
比Ｋを小さい値に下げ（ステップＳ１４）、ステップＳ
４の前に戻る。すなわち自転／公転比Ｋを小さくすれ
ば、公転回転数が相対的に大きくなり、１枚の切刃によ
る１回あたりの切削長さが長くなり、加工能率Ｑが増大
する。

【００７４】なお、上述した過程においては、加工能率
Ｑの判定結果に基づく切削条件の選択をおこなっている
が、ステップＳ１では自転／公転比Ｋを小さい値に設定
しているので、その状態では加工能率Ｑが高くなってい
る。したがって通常は、ステップＳ１０で肯定判断さ
れ、当初指定した加工条件を変更する必要が生じること
はない。

【００７５】上記のようにして加工能率Ｑの判定をおこ
なった後、加工精度の判定をおこなう。図７に示すよう
に、切刃は円運動をおこなうので、被削材の内面は円弧
状に削り取られ、また前刃が切削した後に残る部分に後
刃が切り込む間に、工具は公転速度に応じて加工孔の円
周方向にわずか移動している。そのために、図７に符号
Ｈで示す高さの三角形断面の凸部が残る。この凸部の高
さＨは、図７から知られるように、後刃が被削材に切り
込むまでの工具の移動量すなわち工具の公転速度に関係
しており、公転回転数Ｎが大きいほど高さＨが高くな
る。そこで、加工能率Ｑの判定結果が肯定的であった場
合には、ステップＳ１５に進んで、切削残留部である凸
部の幾何学的な高さＨを、自転／公転比Ｋを利用して計
算する（ステップＳ１５）。

【００７６】この高さＨは、加工寸法の誤差あるいは面
粗度として現れるものであるから、その高さＨを要求精
度と対比して判定する（ステップＳ１６）。前述したよ
うに工具の公転速度すなわち公転回転数が大きいと、工
具が所定角度回転する間の工具の移動量が大きくなり、
それに伴って切削残留凸部の高さＨが高くなるから、上
記のように自転／公転比Ｋの初期値を小さくしてある場
合には、高さＨが高く、加工精度が低くなっている。例
えば荒加工の場合には、自転／公転比Ｋが初期値であっ
てもステップＳ１６で肯定的に判定されることがあり、
その場合、高さＨの判定の基礎となった自転／公転比Ｋ
の値を採用する（ステップＳ１７）。そして、その自転
／公転比Ｋに基づいて工具の自転数、公転数、送り速度
などの切削条件を設定する。なお、自転数は、ステップ
Ｓ８で求めた公転数Ｎに、自転／公転比Ｋを掛け算する
（Ｎ×Ｋ）ことにより求めることができる。

【００７７】また一方、前記高さＨは、切刃の軌跡が直
線に近いほど、すなわち工具径Ｄ1が大きいほど低くな
り、加工精度が高くなる。そこで、切削残留凸部の高さ
Ｈが要求を満たさない程度に高く、そのためにステップ
Ｓ１６で否定判断された場合には、工具径Ｄ1 を増大さ
せることができるか否か、すなわち径Ｄ1 の大きい工具
に変更できるか否かが判断される（ステップＳ１８）。

【００７８】このステップＳ１８で肯定判断された場合
には、ステップＳ３に進んで新たな工具の径Ｄ1 を指定
する。これとは反対にステップＳ１８で否定的に判断さ
れた場合には、刃数Ｚの多い工具に変更できるか否かか
判断される（ステップＳ１９）。すなわち前述したよう
に、切削残留凸部の高さＨは、前刃に続いて後刃が被削
材に切り込むまでの間の工具の移動量が大きいほど高く
なるから、刃数が多いことにより前刃と後刃との間隔が
短ければ、その高さＨが低くなる。したがって工具径Ｄ
1 を増大できない場合には、刃数Ｚを多くできるか否か
を判断し、肯定的に判断された場合には、ステップＳ２
に進んで新たな工具の刃数Ｚを指定する。

【００７９】これとは反対にステップＳ１９で否定的に
判断された場合には、自転／公転比Ｋを大きくする（ス
テップＳ２０）。すなわち公転回転数を相対的に小さく
して、加工孔の円周方向に向けた工具の移動量を小さく
する。

【００８０】上記のステップＳ１８で肯定的に判断され
た工具径Ｄ1 を増大させた場合、あるいはステップＳ１
９で肯定的に判断されて工具の刃数Ｚを増大させた場
合、もしくはステップＳ２０で自転／公転比Ｋを増大さ
せた場合には、これらの加工条件の変更に伴って加工能
率Ｑが変化するので、上記のステップＳ４ないしステッ
プＳ１０を実行して、加工能率Ｑの計算と判定とを再度
おこなう。その加工能率Ｑの判定結果が肯定的である場
合、あるいは加工能率Ｑの計算および判定に伴って加工
条件が変化された場合、再度、ステップＳ１５で前記高
さＨの計算をおこなうとともにステップＳ１６でその判
定をおこなう。こうして、加工能率Ｑおよび加工精度の
要求を満たす自転／公転比Ｋを決定し、それに基づいて
自転数や公転数、送り速度などの切削条件を設定する。

【００８１】図８は自転／公転比Ｋおよび工具径Ｄ1 な
らびに刃数Ｚに応じて加工能率Ｑおよび加工精度（前記
高さＨ）の変化の傾向を示す線図である。すなわち自転
／公転比Ｋが大きいほど加工能率Ｑが大きくなるととも
に加工精度が低下し、また工具径Ｄ1 が大きいほど加工
精度が高くなり、さらに刃数Ｚが多いほど加工精度が高
くなる。

【００８２】このようにして設定された切削条件に基づ
いて前記主軸用モータＭ1 および公転用モータＭ3 の回
転数が制御され、また保持軸５と共に主軸４が軸線方向
に移動させられて切削加工がおこなわれる。図９は、上
述した装置に装着した工具１によって中繰り加工をおこ
なっている状態を示す模式図であり、前記主軸用モータ
Ｍ1 を駆動することにより、工具１はその軸心Ｏ1 （す
なわち主軸４の軸心Ｏ4 ）を中心に自転する。これと同
時に公転用モータＭ3 を駆動することにより、公転軸８
が自転させられ、それに伴って主軸４すなわち工具１が
公転軸８の軸心Ｏ8 すなわち加工孔４０の中心Ｏ40を中
心にして公転する。

【００８３】したがって主軸用モータＭ1 および公転用
モータＭ3 を駆動させた状態で、前記保持軸５を移動さ
せ、工具１を対象とする加工孔４０の内部に挿入する。
工具１が、自転および公転しているから、その先端部の
外周に設けてある切刃３は、工具１の自転による周速度
と公転による加工孔４０の円周方向への送り速度とを加
えた切削速度で被削材４１を切削することになる。その
場合、図１に示す装置では、工具１の公転速度の制約が
殆どないので、公転速度を速くして切削をおこなう。具
体的には、自転／公転比Ｋを“３７”以下とする。ま
た、公転回転数の増大に伴って切削幅を小さくする。こ
れは、公転回転数が大きければ、工具の送り量が増大し
て切り屑の長さが長くなって切削量が増大するからであ
る。

【００８４】図１０は、自転／公転比Ｋと加工能率との
関係を測定した結果を示す図である。ここで、加工能率
は、単位時間（ｍｉｎ）当たりの切削容積（ｃｃ）であ
り、内径５５ｍｍの孔を切削速度２００ｍ／ｍｉｎ、切
削幅０．６ｍｍで切削した場合の測定結果である。使用
した工具は外径２０ｍｍのエンドミルと外径５０ｍｍの
エンドミルである。

【００８５】図１０に示すように、公転回転数が大きい
ことにより自転／公転比Ｋが小さいほど加工能率が増大
し、自転／公転比Ｋが“３７”以下になるとその増大傾
向が顕著になり、特に“２０”以下であれば、従来一般
の自転／公転比Ｋを“１００”程度に設定した際の加工
能率の２倍以上の加工能率を得ることができる。なお、
図１０において自転／公転比Ｋが“１”の加工能率は、
連続切削であるボーリング加工の加工能率を示す。

【００８６】前述したようにコンタリング加工における
切削速度は、工具の自転による切刃の回転速度と公転に
よる切刃の送り速度との和となるが、この発明に係る上
記の切削加工装置では、公転回転数の制約がないので、
公転による切刃の送り速度を大きくする。具体的には、
この発明では、切削速度のうち工具の公転による速度の
割合が７％以上となるように設定する。これは、公転半
径の変更あるいは公転回転数の変更のいずれによって設
定してもよい。

【００８７】工具を自転かつ公転させるコンタリング加
工では、切刃が１回転する間に工具が所定寸法送られる
から、刃先の軌跡は図１１に示すように、加工孔４０の
内周面に沿ったループ状になる。その結果、切刃が被削
材に作用していない間に工具が送られる部分が生じ、こ
の部分がいわゆる切り残し部分となって加工孔４０の中
心に向けて突出した状態となる。その高さＨを加工精度
の指標とすることができる。図１２は自転／公転比Ｋと
加工精度Ｈ（μｍ）との関係を測定した結果を示してい
る。この測定をおこなった切削条件は、加工孔の内径５
５ｍｍ、切削速度２００ｍ／ｍｉｎ、切削幅０．６ｍｍ
である。また使用した工具は、外径２０ｍｍの８枚刃、
外径２０ｍｍの１６枚刃、外径５０ｍｍの８枚刃、外径
５０ｍｍの１６枚刃の各エンドミルである。

【００８８】この発明に係る上記の切削加工装置では、
公転回転数の制約がないために、自転／公転比Ｋを、連
続切削である“１”まで減少させることができ、それに
伴い加工精度を任意に設定することができる。すなわち
この発明の方法では、加工精度（言い換えれば切削面の
面粗さ）に基づいて自転／公転比Ｋを設定する。こうす
ることにより、いわゆる荒加工から仕上げ加工までの各
種の切削加工を、工具を交換することなく実行すること
ができる。例えば、所定の孔の内面の加工をおこなう場
合、開口端側からの送り工程で自転／公転比Ｋを小さく
して荒加工をおこない、戻り工程で自転／公転比Ｋを大
きくして加工精度の高い仕上げ加工をおこなうことによ
り、短時間で製品の加工を終了し、生産性を向上させる
ことができる。

【００８９】ここでこの発明の方法による加工例と従来
のエンドミル加工の例とを示す。 （本発明のコンタリング加工例）加工孔径：６５ｍｍ、
加工深さ：５０ｍｍ、工具径：２５ｍｍ、工具刃数：８
枚。切削速度は２００ｍ／ｍｉｎとし、そのうちの工具
の自転による速度は１４２．１ｍ／ｍｉｎ（７１．０５
％）であり、また工具の公転による速度は５７．９ｍ／
ｍｉｎ（２８．９５％）である。これを自転／公転比Ｋ
で示すと、１８０９．３／２８３．５＝６．３８（＜３
７）である。したがって１刃当たりの送り量は４ｍｍで
あり、また軸方向の切り込み量は１ｍｍとし、５１刃で
分担することとした。さらに半径方向への切り込み量は
２ｍｍとした。切削に要した時間は、０．１７６３分で
あった。さらに逃げ面の摩耗量が０．３ｍｍになるまで
に加工した被削材の数は、２００個であった。 （従来のエンドミル加工例）加工孔径：６５ｍｍ、加工
深さ：５０ｍｍ、工具径：２５ｍｍ、工具刃数：８枚。
切削速度は２００ｍ／ｍｉｎとし、そのうちの工具の自
転による速度は１９６．９９ｍ／ｍｉｎ（９８．５％）
であり、また工具の公転による速度は３．０１ｍ／ｍｉ
ｎ（１．５％）である。これを自転／公転比Ｋで示す
と、１９６．９９／３．０１＝６５．４５（＞３７）で
ある。したがって１刃当たりの送り量は０．１５ｍｍで
あり、また軸方向の切り込み量は４ｍｍ（各刃の切削
幅）とした。さらに半径方向への切り込み量は２ｍｍと
した。切削に要した時間は、０．８４８１分であった。
さらに逃げ面の摩耗量が０．３ｍｍとなるまでに加工し
た被削材の数は、２０個であった。

【００９０】これらの切削加工の例から明らかなよう
に、この発明の方法によれば、加工孔の軸線方向への切
り込み量が僅かであっても、すなわち切削幅が小さくて
も、短時間で加工が終了し、加工能率を従来になく高く
することができた。また、工具寿命が従来になく向上し
た。これは、１刃当たりの送り量が大きいことにより、
切刃に作用する衝撃回数や衝撃力が低下し、またボーリ
ング加工とは異なり断続切削であることにより切刃の空
冷をおこなうことができ、その結果、凝着や酸化などに
よる摩耗を抑制でき、さらには衝撃によるチッピングな
どの損傷を抑制することができたことに基づくものと思
われる。

【００９１】以上、この発明を具体例に基づいて説明し
たが、この発明は上述した具体例に限定されないのであ
り、例えば図１に示す偏心軸１０を、自転することので
きない固定軸としてもよく、このような構成であっても
公転回転数を大きくして送り量の大きい切削をおこなう
ことができる。また図１に示す構成では、トルクの伝達
をローラおよび歯車を介しておこなうように構成した
が、トルクの伝達を全て歯車あるいはローラによってお
こなうように構成し、あるいはチェーンなどの巻き掛け
伝動装置を介しておこなうように構成してもよい。さら
に、上記の具体例では、自転用のモータと公転用のモー
タならびに公転半径を変更するためのモータの３つのモ
ータを用いた構成としたが、これらいずれかのモータを
廃止し、それに替えて変速機構を介してトルクを自転用
および公転用もしくは公転半径変更用に分配するように
構成してもよい。そしてこの発明における差動機構は、
上述した具体例で示した構成のものに限定されないので
あって、要は、３つの回転要素が相互に関連して回転し
て差動作用をおこなうように構成されたものであればよ
い。

【００９２】また、上記の具体例では、孔の内面切削の
例を示したが、この発明では、それ以外の各種の切削加
工をおこなうことができるのであり、軸の外径の切削加
工、テーパ孔の内面あるいはテーパ軸の外面の切削加工
に適用することができる。この種のテーパ加工の場合に
は、図１に示す偏心軸１０を切削加工中に連続的に回転
させて工具の公転半径を変化させることにより、テーパ
加工を容易におこなうことができる。さらにこの発明
は、雄ねじや雌ねじの切削加工や孔あけ加工に適用する
ことができる。そしてこれらいずれの切削加工の場合で
あっても、公転回転数を大きくして送り量を従来になく
増大させることにより、加工能率を向上させることがで
きる。

【００９３】さらに、この発明は、工具を回転させる代
わりに、被加工材を回転させる機械加工装置にも適用す
ることができる。その一例を図１３および図１４に示し
てある。ここに示す例は、旋盤の例であり、ベッド２０
０の上にＸ軸テーブル２０１とＹ軸テーブル２０２とが
２段に積み重ねて配置されている。すなわち、Ｘ軸テー
ブル２０１は、ベッド２００の長手方向と直交する方向
に移動するリニアガイド機構２０３によってベッド２０
０上に配置されており、Ｙ軸テーブル２０２がそのＸ軸
テーブル２０１上に、ベッド２００の長手方向に移動す
るリニアガイド機構２０４を介して配置されている。そ
してそのＹ軸テーブル２０１上に、図１に示す装置が、
その主軸４の軸線をＹ軸テーブル２０２の移動方向と平
行にした状態で固定されている。また、この図１３およ
び図１４に示す例では、被加工材２０５を把持するチャ
ック２０６が主軸４の先端部に取り付けられている。

【００９４】さらにベッド２００の長手方向の一端部に
はコラム２０７が上方に向けて延びた状態に配置されて
いる。そのコラム２０７の上端部には、工具頭２０８が
設けられ、ここにバイトなどの工具２０９が、前記チャ
ック２０６に向けて突出した状態に取り付けられてい
る。このコラム２０７を挟んだ両側、より正確には前記
Ｘ軸テーブル２０１の移動方向での両側に、被加工材２
０５の搬入部２１０と搬出部２１１とが設けられてい
る。したがってＸ軸テーブル２０１を移動させることに
より主軸４に取り付けられたチャック２０６を、搬入部
２１０および工具２０９ならびに搬出部２１１の各々に
対向する位置に移動させ、またＹ軸テーブル２０２を移
動させることにより、チャック２０６を搬入部２１０お
よび工具２０９ならびに搬出部２１１の各々に向けて前
後動させるように構成されている。

【００９５】この図１３および図１４に示すように構成
した機械加工装置によれば、チャック２０６によって把
持した被加工材２０５を、前記主軸４を自転かつ公転さ
せつつ工具２０９に向けて移動させることにより、工具
２０９によって被加工材２０５の旋削加工をおこなうこ
とができる。その場合、主軸４と共に被加工材２０５が
自転かつ公転しつつ工具２０９に接触するので、被加工
材２０５と工具２０９とが間欠的に接触し、断続切削を
おこなうことになる。そのため、切削に伴って生じる切
り屑が短く分断されたものとなり、前述した具体例で得
られる加工能率の向上や面粗度の向上などの効果に加
え、切り屑の排出性が良好になる。

【００９６】またさらに、この発明は、上述したように
切削加工のための装置や方法に限らず、研削などの他の
機械加工をおこなう装置や方法に適用することができ
る。そして、この発明では、工具と被加工物とが相対的
に移動して加工をおこなえばよいのであるから、そのい
ずれか一方を自転かつ公転させるとともに、そのいずれ
か一方を、互いに直交する３軸の少なくともいずれか一
軸方向に移動させて加工をおこない、もしくは移動させ
るように構成されていればよい。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、主軸を回転させると同時にその主軸を偏心位置に
保持した公転軸を回転させることにより、主軸の先端部
に取り付けた工具あるいは被加工材を自転かつ公転させ
ることができ、その結果、公転速度の制約要因がないこ
とにより、加工速度における公転による速度割合すなわ
ち工具と被加工材との相対送り速度や送り量を大きくす
ることができる。そのため、請求項１の発明によれば、
例えばコンタリング加工の際の送り量を大きくして加工
能率を向上させることができると同時に、加工能率を低
下させることなく切削幅を小さくすることが可能にな
り、そのために切刃に対する負荷が低減して工具寿命を
向上させることができる。

【００９８】また、請求項２の発明によれば、請求項１
の構成に加えて、主軸を自転させるためのモータと主軸
を公転させるモータとのいずれもが固定されているの
で、主軸を公転させるに伴って旋回運動させる質量が小
さくなり、そのために、主軸の公転速度を高速化するこ
とができる。

【００９９】請求項３の発明および請求項４の発明によ
れば、偏心軸を自転させることにより、工具もしくは被
加工材の公転軸に対する偏心量が変化するので、工具も
しくは被加工材の送り量や加工半径を任意に変化させる
ことができるうえに、加工加工途中で偏心軸を自転させ
ることにより、テーパ形状の加工やリセス加工などをお
こなうことが可能になる。

【０１００】請求項５の発明によれば、主軸を回転させ
るための機構と、主軸を公転させるための機構と、その
公転半径を変更する機構とが互いに独立した構成とな
り、またモータなどの重量の大きい部材を円運動させる
ことがないので、主軸の公転速度を高速化することがで
き、それに伴って主軸の自転速度と公転速度との比率を
自由に設定でき、さらには主軸の公転中にその公転半径
を任意に変更することができる。

【０１０１】請求項６の発明によれば、偏心軸を回転さ
せて主軸の公転半径を変化させても、全体としての重心
の位置が実質的に変化しないので、主軸の公転回転数を
高くしても振動が生じず、そのため、加工精度の悪化や
切刃に対する負荷の増大を招くことなく、主軸すなわち
工具や被加工材の公転速度を高速化することができる。

【０１０２】請求項７の発明によれば、単位時間あたり
の加工量すなわち加工能率に基づいて工具もしくは被加
工材の公転回転数に対する自転回転数の比率を決定する
ので、工具の寿命を短縮したり工具に対する負荷を増大
させたりせずに、加工効率のよい自転回転数および公転
回転数を設定することができ、機械加工の能率を向上さ
せることができる。

【０１０３】請求項８の発明の方法によれば、断続切削
の際の工具と被加工材との相対送り量が大きくなり、そ
のために、１刃当たりの切削幅を小さくしても切削量あ
るいは加工能率が低下しない。言い換えれば、加工能率
を低下させることなく、１刃当たりの切削幅を小さく
し、それに伴って発熱や切削抵抗、衝撃力などを低下さ
せることができるので、工具寿命を向上させることがで
きる。さらには、その工具寿命の範囲で１刃当たりの切
削量を増大させることにより、加工能率を向上させるこ
とができる。

【０１０４】請求項９の発明の方法によれば、請求項８
の方法と同様に、工具と被加工材との相対送り速度を増
大させることができるので、１刃当たりの切削幅を小さ
くし、それに伴って工具に対する負担を低下させてその
寿命の向上を図り、さらには工具寿命の範囲で切削量を
増大させて加工能率を向上させることができる。

【０１０５】請求項１０発明の方法によれば、１つの装
置もしくは工具で荒加工から仕上げ加工までの各種の加
工をおこなうことができ、その結果、設備コストを低廉
化できるのみならず、加工工数を削減して機械加工の高
能率化を図ることができる。

【０１０６】そして請求項１１の発明によれば、工具も
しくは被加工材を、その軸線方向に往復移動させる間
に、工具もしくは被加工材の公転回転数に対する自転回
転数の比率を小さくした荒加工とその比率を大きくした
仕上げ加工とをおこなうことができ、その結果、全体と
しての加工時間を短縮して生産性を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の装置の一例を示す断面図である。

【図２】 その主軸、偏心軸、公転軸ならびに保持軸の
半径方向での相対位置を説明するための図である。

【図３】 差動機構に使用されている基本的な機構を説
明するための機構図である。

【図４】 差動機構の構成要素を分解して示す模式図で
ある。

【図５】 各軸のバランス調整の状態を示す説明図であ
る。

【図６】 自転／公転比を決定する方法を説明するため
のフローチャートである。

【図７】 切削箇所での切刃の軌跡を示す模式図であ
る。

【図８】 自転／公転比および工具径ならびに刃数の変
化に応じて加工能率および加工精度の変化に傾向を示す
線図である。

【図９】 図１に示す装置で孔の内面切削をおこなって
いる状態における工具と加工孔との相対位置を示す模式
図である。

【図１０】 自転／公転比と加工能率との関係を測定し
た結果を示す線図である。

【図１１】 この発明の方法による刃先の軌跡を示す図
である。

【図１２】 自転／公転比と加工精度との関係を測定し
た結果を示す線図である。

【図１３】 この発明を旋盤に適用した例を模式的に示
す正面図である。

【図１４】 この発明を旋盤に適用した例を模式的に示
す平面図である。

【符号の説明】

１…工具、 ３…切刃、 ４…主軸、 ６…切削加工装
置、 ７…ハウジング、 ８…公転軸、 １０…偏心
軸、 １４…入力軸、 Ｍ1 …主軸用モータ、Ｍ3 …公
転用モータ、 ４０…加工孔、 ４１…被削材。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工材と工具とを相対回転させて被加
   工材の加工をおこなう機械加工装置において、 中心軸線と平行な軸線を中心に自転するように保持され
   た公転軸と、 その公転軸の中心軸線に対して偏心しかつその公転軸の
   中心軸線に対して平行な軸線を中心に自転し、さらに先
   端部に前記被加工材と工具とのいずれか一方が装着され
   る主軸と、 これら公転軸と主軸とをそれぞれ異なる回転数で回転さ
   せる回転駆動機構とを備えていることを特徴とする機械
   加工装置。
2. 【請求項２】 前記回転駆動機構が、基台部に固定され
   た公転用モータと、その公転用モータから前記公転軸に
   動力を伝達する公転用伝動機構と、前記基台部に固定さ
   れた主軸用モータと、その主軸用モータから前記主軸に
   動力を伝達する主軸用伝動機構とを備えていることを特
   徴とする請求項１に記載の機械加工装置。
3. 【請求項３】 前記公転軸の内部に該公転軸の中心軸線
   に対して偏心した軸線を中心にして自転する偏心軸が配
   置され、その偏心軸の中心軸線に対して偏心した位置に
   前記主軸が自転自在に保持されていることを特徴とする
   請求項１に記載の機械加工装置。
4. 【請求項４】 前記偏心軸を、前記公転軸と一体となっ
   て回転させるとともに公転軸に対して相対回転させる公
   転半径変更機構が設けられていることを特徴とする請求
   項３に記載の機械加工装置。
5. 【請求項５】 前記公転半径変更機構が、相互に関連し
   て回転する３つの回転要素によって差動回転作用をおこ
   なう差動機構を有し、それら３つの回転要素のうち第１
   の回転要素が前記公転用伝動機構に連結され、第２の回
   転要素が前記偏心軸に連結され、さらに第３の回転要素
   が前記基台部に固定された公転半径変更用モータに連結
   されていることを特徴とする請求項４に記載の機械加工
   装置。
6. 【請求項６】 前記主軸がその中心軸線に重心が一致す
   るようにバランス調整され、その主軸を偏心位置に取り
   付けられた前記偏心軸がその中心軸線に重心が一致する
   ようにバランス調整され、前記主軸を自転自在に保持し
   ている偏心軸が取り付けられた前記公転軸がその中心軸
   線に重心が一致するようにバランス調整されていること
   を特徴とする請求項３に記載の機械加工装置。
7. 【請求項７】 被加工材と工具とのいずれか一方を自転
   かつ公転させつつ前記被加工材と前記工具との他方に接
   触させて被加工材の加工をおこなう機械加工方法におい
   て、 予め定めた最大加工断面積と加工速度との少なくともい
   ずれか一方に基づいて前記工具による単位時間当たりの
   加工量を求め、その単位時間当たりの加工量に基づいて
   前記被加工材もしくは工具の公転回転数に対する自転回
   転数の比率を決定し、その比率を満たすように前記被加
   工材もしくは工具を自転かつ公転させて前記被加工材の
   加工をおこなうことを特徴とする機械加工方法。
8. 【請求項８】 切刃を有する工具を自転させつつ公転さ
   せ、その工具によって被加工材を断続切削する機械加工
   方法において、 前記工具の公転回転数に対する自転回転数の比率を、３
   ７以下に設定して、前記工具に設けられた切刃によって
   前記被加工材の断続切削をおこなうことを特徴とする機
   械加工方法。
9. 【請求項９】 切刃を有する工具を自転させつつ公転さ
   せ、その工具によって被加工材を断続切削する機械加工
   方法において、 前記工具が自転かつ公転することに基づく前記切刃の前
   記被加工材に対する切削速度のうち、前記工具が公転す
   ることにより生じる切削速度の割合を、７％以上に設定
   して前記被加工材の切削をおこなうことを特徴とする機
   械加工方法。
10. 【請求項１０】 被加工材と工具とのいずれか一方を自
    転かつ公転させつつ前記被加工材と前記工具との他方に
    接触させて被加工材の加工をおこなう機械加工方法にお
    いて、 前記被加工材と工具とのいずれか一方の公転回転数に対
    する自転回転数の比率を、前記被加工材に生じる加工面
    の面粗さに基づいて変更して前記被加工材の加工をおこ
    なうことを特徴とする機械加工方法。
11. 【請求項１１】 被加工材と工具とのいずれか一方を自
    転かつ公転させつつ前記被加工材と前記工具との他方に
    接触させ、かつこれら被加工材と工具との一方を回転中
    心軸線と平行な方向に相対的に前後動させて被加工材の
    加工をおこなう機械加工方法において、 前記被加工材もしくは工具の公転回転数に対する自転回
    転数の比率を、前記被加工材と工具との一方を前記回転
    中心軸線と平行な方向での前方に向けて移動させる加工
    工程と後方に向けて移動させる加工工程とで異ならせる
    ことを特徴とする機械加工方法。