JP2001157906A - 機械加工装置および機械加工方法 - Google Patents

機械加工装置および機械加工方法

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JP2001157906A JP33874999A JP33874999A JP2001157906A JP 2001157906 A JP2001157906 A JP 2001157906A JP 33874999 A JP33874999 A JP 33874999A JP 33874999 A JP33874999 A JP 33874999A JP 2001157906 A JP2001157906 A JP 2001157906A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 工具もしくは被加工材を自転かつ公転させて
機械加工をおこなう装置および方法において、加工能率
および加工面粗さならびに工具寿命を共に向上させる。 【解決手段】 被加工材もしくは工具１のいずれか一方
を自転かつ公転させつつこれら被加工材と工具とを接触
させて加工をおこなう機械加工装置において、前記被加
工材もしくは工具１の公転回転数を変更して公転回転数
に対する自転回転数の比率を、小数点以下の端数の付い
た数値に設定する自公転比設定手段Ｍ1 ，Ｍ3 を備え、
前記被加工材もしくは工具１を、その公転回転数と自転
回転数とが前記比率となるように回転させて加工をおこ
なうように構成されている。

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
転かつ公転させる装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】切削や研削などの機械加工は、一般に、
工具と被加工材とを相対回転させることによりおこなわ
れている。例えば切削加工であるボーンリング加工は、
工具を被加工材の円筒面に沿って走行させることによ
り、円筒面の内面を連続的に切削することによりおこな
われ、またこれと同様な円筒面の内面の切削であるボー
リング加工は、外周に切刃を設けた工具を自転させて円
筒面の内面を切削し、かつ切削部位を変えるためにその
工具を円筒面に沿って円周方向に移動させておこなわれ
る。
【０００３】前者のボーリング加工は、切刃が切削対象
面に沿って走行するので、連続切削となり、そのために
単位時間当たりの切削量すなわち加工能率が高く、また
切削面（切削部位）が連続するので、加工面の面粗さが
良好になる。その反面、切刃に常時切削荷重が作用し、
また温度の上昇も激しくなるので、切刃の寿命によって
切削速度あるいは加工能率が制限される。言い換えれ
ば、加工能率を優先して切削条件を設定すると、工具の
損耗が激しく、工具費が嵩んで加工コストが高くなる問
題がある。
【０００４】これに対して後者のエンドミル加工は、エ
ンドミルを自転させつつ円筒面の周方向に移動させるか
ら、断続切削となり、切刃に衝撃荷重が掛かるものの刃
先の空冷効果が生じるので、切刃に対する温度条件が緩
和される。その反面、エンドミルを円筒面の周方向に移
動させる速度が機構上制約されていて切削速度に殆ど影
響しないので、切削幅を広くできても加工能率が低くな
ってしまう問題があり、さらに断続切削であることによ
り加工面の面粗さが低くなる問題がある。加工面の面粗
さを向上させるためには、エンドミルの円筒面の周方向
への移動速度を低下させればよいが、そうすると加工能
率が更に低下する不都合が生じる。
【０００５】上記のような特性のあるエンドミル加工を
おこなう工具の一例が、特開昭６３−３４０１０号公報
に記載されている。この公報に記載されたエンドミル
は、ラフイングエンドミルであって、本体の軸状の部分
に螺旋状の溝とその溝によって区画された螺旋状の刃部
とが形成され、その刃部に、波形にうねった切刃が形成
され、かつそれら各切刃の波形の位相が、各切刃毎に予
め定めた位相だけずれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記の公報に記載され
た従来のラフイングエンドミルは、加工面にその切刃の
波形を転写するように構成されたものであり、そのエン
ドミルによる切削は、従来一般のエンドミルと同様に、
その中心軸線を中心に自転させ、かつその切削部位を変
更するために、加工対象面の中心を中心にして旋回させ
ておこなう。その場合、従来と同様に、加工対象面に沿
ったエンドミルの移動速度に対して自転速度が遙かに速
いので、切削速度は、実質的にエンドミルの自転速度で
決定される。したがって、切刃の耐久性や加工能率ある
いは加工面の面粗さなどを両立させることが困難であ
る。
【０００７】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、工具の耐久性や加工能率あるいは加工
面の面粗さなどを共に向上させることのでる機械加工装
置および機械加工方法を提供することを目的とするもの
である。
【０００８】
【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の発明は、被加工材もし
くは工具のいずれか一方を自転かつ公転させつつこれら
被加工材と工具とを接触させて加工をおこなう機械加工
装置において、前記被加工材もしくは工具の公転回転数
を変更して公転回転数に対する自転回転数の比率を、小
数点以下の端数の付いた数値に設定する自公転比設定手
段を備え、前記被加工材もしくは工具を、その公転回転
数と自転回転数とが前記比率となるように回転させて加
工をおこなうように構成されていることを特徴とする装
置である。
【０００９】また、請求項２の発明は、請求項１の構成
において、前記自公転比設定手段が、前記被加工材もし
くは工具の一方が１回公転する間に複数回自転すること
により、加工面に形成される波形軌跡の山の部分が、つ
ぎの公転の間に加工面に形成される波形軌跡の谷の部分
に重なるように自公転比率を設定する手段であることを
特徴とする装置である。
【００１０】したがって請求項１の発明あるいは請求項
２の発明では、被加工材もしくは工具が自転しつつ公転
して加工をおこなうので、断続的な加工となり、加工面
には工具が最も深く作用した谷の部分とそれらの間の山
の部分とが生じる。請求項１の発明では、その公転回転
数に対する自転回転数の比率が、小数点以下の端数が付
いた数値とされているので、前回の公転時に生じた山の
部分が、今回の公転の際には谷の部分もしくはその一部
として加工され、山の部分として残る量が小さくなり、
加工面の面粗さが良好になる。これは、請求項２の発明
でも同様である。また、公転回転数を変更できるので、
被加工材に対する工具の相対的な送り量を増大させるこ
とができ、その結果、加工能率が向上する。
【００１１】さらに、請求項３の発明は、請求項１もし
くは２の発明における前記自公転比設定手段が、単位時
間当たりの加工量と加工面粗さとに基づいて前記自公転
比を設定する手段を含むことを特徴とする装置である。
【００１２】したがって請求項３の発明では、被加工材
もしくは工具が公転することによる工具の相対的な送り
量を、単位時間当たりの加工量すなわち加工能率と加工
面粗さを反映した値とすることができ、その結果、公転
速度を適正に設定して加工能率および加工面粗さを向上
させることができる。
【００１３】請求項４の発明は、被加工材もしくは工具
のいずれか一方を自転かつ公転させつつこれら被加工材
と工具とを接触させて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、小数点以下の端数の付いた数値に
設定して加工をおこなうことを特徴とする方法である。
【００１４】また、請求項５の発明は、被加工材もしく
は工具のいずれか一方を自転かつ公転させつつこれら被
加工材と工具とを接触させて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、前記被加工材もしくは工具
の一方が１回公転する間に複数回自転することにより、
加工面に形成される波形軌跡の山の部分が、つぎの公転
の間に加工面に形成される波形軌跡の谷の部分に重なる
数値に設定して加工をおこなうことを特徴とする方法で
ある。
【００１５】したがって請求項４の発明あるいは請求項
５の発明では、被加工材もしくは工具を自転させつつ公
転させて加工をおこなうので、断続的な加工となり、加
工面には工具が最も深く作用した谷の部分とそれらの間
の山の部分とが生じる。請求項４の発明では、その公転
回転数に対する自転回転数の比率が、小数点以下の端数
が付いた数値とされているので、前回の公転時に生じた
山の部分が、今回の公転の際には谷の部分もしくはその
一部として加工され、山の部分として残る量が小さくな
り、加工面の面粗さが良好になる。これは、請求項２の
発明でも同様である。また、公転回転数を変更できるの
で、被加工材に対する工具の相対的な送り量を増大させ
ることができ、その結果、加工能率が向上する。
【００１６】これに対して請求項６の発明は、請求項４
もしくは５の方法において、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、単位時間当
たりの加工量と加工面粗さとに基づいて設定することを
特徴とする方法である。
【００１７】したがって請求項６の発明では、被加工材
もしくは工具が公転することによる工具の相対的な送り
量を、単位時間当たりの加工量すなわち加工能率と加工
面粗さとを反映した値とすることができ、その結果、公
転速度を適正に設定して加工能率および加工面粗さを向
上させることができる。
【００１８】さらに、請求項７の発明は、切削工具によ
って被削材の表面を切削する機械加工方法において、前
記切削工具と被削材とのいずれか一方を自転かつ公転さ
せて前記被削材に円筒面を切削し、かつその円筒面の内
面を、山部と谷部とが連続した波形状に切削して油たま
りを形成することを特徴とする方法である。
【００１９】また、請求項８の発明は、請求項７の発明
における前記油たまりの幅および深さを、前記切削工具
もしくは被削材の公転回転数に対する自転回転数の比率
を変えて調整することを特徴とする方法である。
【００２０】したがって請求項７の発明あるいは請求項
８の発明では、切削加工によって摩擦摺動面の油たまり
の加工をおこなうことができ、しかもその形状を回転数
の制御によって適宜に設定することができる。
【００２１】
【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。
【００２２】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。
【００２３】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。
【００２４】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。
【００２５】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。
【００２６】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。
【００２７】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。
【００２８】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。
【００２９】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。
【００３０】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。
【００３１】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。
【００３２】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。
【００３３】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。
【００３４】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。
【００３５】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、基台部に相当
するハウジング７に固定されている。
【００３６】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。
【００３７】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。
【００３８】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。
【００３９】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。
【００４０】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、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１
０にトルクを伝達する系統が、公転半径変更機構を構成
している。
【００４１】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。
【００４２】つぎに上記の加工装置の作用およびこの発
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１の自転回転数Ｎ
r と公転回転数Ｎa との比率Ｋ（＝Ｎa ／Ｎr ）を、例
えば“１”から数百の範囲で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および加
工面粗さに大きく影響し、また切削速度によって工具寿
命が大きく影響されるので、これらの要求事項および制
約条件に基づいて、自公転比Ｋおよび１刃当たりの切り
込み量ｆz を決定する。
【００４３】すなわち、切削速度Ｖは、工具１が自転す
ることによる速度Ｖr と公転することによる速度Ｖa と
の和（下記の（１）式）で表わされる。
【式１】
【００４４】ここで、工具１の径をＤTとし、その工具
１で切削する加工孔の内径をＤWとすると、工具１が自
転することによる切削速度Ｖr と公転することによる切
削速度Ｖa とは下記の（２）式および（３）式で求めら
れる。
【式２】
【式３】
【００４５】したがって、自転回転数Ｎr および公転回
転数Ｎa とは下記の（４）式および（５）式で表わされ
る。
【式４】
【式５】
【００４６】一方、単位時間当りの切削量（加工能率）
Ｑは、下記の（６）式で表わされる。ここで、Ａは取り
代断面積であって、切刃による１回当りの切込み深さと
その切り込まれる部位の内周と外周との平均の円周長さ
との積である。
【式６】 これを前記比率Ｋを使って表わすと、
【式７】
【００４７】つぎに加工面の面粗さについて説明する。
工具１を自転かつ公転させて切削をおこなうと、いずれ
かの切刃が切削をおこない、その切刃に続く次の切刃が
切削をおこなう間に、工具１が公転して加工孔の円周方
向にわずか移動する。その結果、加工面には、刃先の軌
跡が転写され、山の部分と谷の部分とが連続した波形状
が生じ、その山の部分の高さＨが高いほど、加工面の面
粗さが悪くなる。このような波形状を図５に模式的に示
してあり、この図５から加工面粗さＨは以下のように解
析される。
【００４８】すなわち加工孔の中心（工具１の公転の中
心）を原点とし、いずれかの谷の部分の中心と原点とを
結んだ線をＸ軸とし、さらにこのＸ軸に直交する線をＹ
軸としてＸ−Ｙ座標を想定すると、加工面粗さＨは下記
の（８）式で表わされる。
【式８】
【００４９】ここで、ｘおよびｙは、それぞれ山の部分
の座標である。したがってこれらｘ，ｙは、下記の
（９）式および（１０）式で表わされる。
【式９】
【式１０】
【００５０】なお、ａは工具１の中心の公転半径、ｂは
刃先の自転半径であり、θは公転角度であるから、
【式１１】
【式１２】 となる。
【００５１】ところで上記の座標値ｘ，ｙは下記の（１
３）式の関係にあるから、上記の公転角度θは（１３）
式を満たさなければならない。
【式１３】
【００５２】この（１３）式における右辺の分母は、工
具１が自転かつ公転することにより形成される波形状の
山の部分の数（すなわち山の部分を結んだ多角形数）で
ある。そして、その波形状は、先行の切刃によって形成
された山の部分の一部を後続の切刃が切削することによ
って形成されるから、（１３）式におけるＷの値は、工
具１の刃数Ｚに関係する値である。また、工具１の軸方
向の送り量ｆz に対して切刃の軸方向の長さ（すなわち
刃長）が長い場合には、前回の公転の際における各切刃
の周期（あるいは位相）が、今回のものとはずれること
により、前回の公転で形成された波形状における山の部
分の一部を、今回の公転で切削することになり、こうし
た場合には山の部分の数（多角形数）が更に多くなる。
したがって（１３）式におけるＷの値は、各公転ごとの
各切刃による切削の周期のずれに関係する値である。そ
の周期のずれにより工具１が何回公転すれば元のピッチ
に戻るかの数値をＢで表わすと、上記のＷは（１４）式
で表わされる。
【式１４】
【００５３】元のピッチに戻るまでの公転回数Ｂは、削
り取る山の部分の数を表わすと同時に、その逆数（１／
Ｂ）は周期のずれを表わす。一方、自公転比Ｋが整数で
あれば、前回の公転で生じた波形状の谷の部分を、今回
の公転の際にいずれかの切刃が谷の部分として切削し、
山の部分の数（多角形数）が変化しない。すなわち自公
転比Ｋの値として、前記の元のピッチに戻るまでの公転
回数Ｂの逆数（１／Ｂ）を小数点以下の端数としてもっ
ている数値（すなわち、整数でない数値）を採用する
と、切刃による切削周期のずれが生じて、後続の切削過
程で削られる山の部分の数が増大する。これら周期のず
れ（１／Ｂ）、削られる山の数（Ｂ）および自公転比Ｋ
のずれ値の一例をまとめて示すと図６のとおりである。
また、最大公約数（Ｚ，Ｂ）の値およびそれに基づいて
求めたＷの値の数例を示すと図７のとおりである。
【００５４】結局、上記のＷの値が大きくなれば、切削
によって生じる波形状における谷の部分と山の部分との
位相差が小さくなり、両者が接近することにより、山の
部分の高さＨが小さくなる。すなわち加工面の凹凸が少
なくなって面粗さが向上する。なお、図７に示すよう
に、刃数Ｚが素数であればＷの値が大きくなるので、刃
数Ｚを多くしたり、工具１の送り量を低下させずに加工
面粗さを向上できることが判る。
【００５５】図８は上述した関係を利用して切削条件を
決定する工程を示すフローチャートである。ここに示す
例は、粗材に形成されている孔の内径を目的とする内径
に切削する場合の例であり、先ず、加工孔の内径Ｄｗ
1、粗材の孔の内径Ｄｗ2、面粗さ精度Ｈが要求事項ある
いは前提事項として定められており、これを読み込む
（ステップＳ１）。また、加工のために許容されている
時間（サイクルタイム）などに基づいて加工能率Ｑが設
定され（ステップＳ２）、使用する工具に応じて切削速
度Ｖが設定され（ステップＳ３）、またその工具径ＤT
が読み込まれ（ステップＳ４）、さらにその刃数Ｚが読
み込まれる（ステップＳ５）。
【００５６】これらの加工条件および工具条件に基づい
て自公転比Ｋと１公転当たりの送り量ｆz とが決定され
る（ステップＳ６）。すなわち加工能率Ｑと、自公転比
Ｋと、１公転当たりの送り量ｆz との間には上記の
（７）式の関係があり、また面粗さＨと自公転比Ｋとの
間には、（８）式〜（１４）式で示される関係があるの
で、上記の加工条件および工具条件をこれらの式に代入
して演算することにより、自公転比Ｋおよび１公転当た
りの送り量ｆz が求められる。その場合、加工条件とし
て設定されている面粗さＨが小さい値の場合には、自公
転比Ｋと して小数点以下の端数の付いた実数を採用す
る。
【００５７】こうして決定された１公転当たりの送り量
ｆz の可否が判断される（ステップＳ７）。この値が大
きければ、１回で削り取る量が多くなって切刃にかかる
負荷が増大するので、切刃の強度によってこの送り量ｆ
z が制約される。したがって例えば、その送り量ｆz に
よって決まる最大瞬間切削断面積が許容値以下か否かに
よって送り量ｆz の可否を判断すればよい。このステッ
プＳ７で肯定的に判断されれば、上記の自公転比Ｋ、お
よび切削速度Ｖならびに１公転当たりの送り量ｆz を切
削条件として採用する（ステップＳ８）。
【００５８】これとは反対に１公転当たりの送り量ｆz
が大きすぎてステップＳ７で否定的に判断された場合に
は、刃数Ｚを増大できるか否かを判断する（ステップＳ
９）。すなわち刃数Ｚの多い工具が有るか否か、その工
具に交換することが可能か否かが判断される。
【００５９】刃数Ｚを増大できる場合には、その刃数Ｚ
に基づいて自公転比Ｋおよび１公転当たりの送り量ｆz
を演算し、その送り量ｆz について判断する。すなわち
上記のステップＳ６，Ｓ７を繰り返す。
【００６０】また、刃数Ｚの多い工具が無いなどの理由
でステップＳ９で否定的に判断された場合には、より大
径の工具に交換できるか否かを判断する。すなわち工具
径ＤTを増大できるか否かが判断される（ステップＳ１
０）。工具径ＤTを増大できることによりステップＳ１
０で肯定的に判断された場合には、その工具径ＤTに基
づいて自公転比Ｋおよび１公転当たりの送り量ｆz を演
算し、その送り量ｆz について判断する。すなわち上記
のステップＳ６，Ｓ７を繰り返す。
【００６１】これとは反対に、より大径の工具が無いな
どの理由により、ステップＳ１０で否定的に判断された
場合には、切削速度Ｖを高速化できるか否かを判断する
（ステップＳ１１）。切削速度Ｖとして、当初、最大値
を設定していなければ、切削速度Ｖを高速化でき、この
場合は、ステップＳ１１で肯定的に判断される。そし
て、その高速化した切削速度Ｖに基づいて、再度、自公
転比Ｋおよび１公転当たりの送り量ｆz を演算し、その
送り量ｆz について判断する。すなわちこの場合も上記
のステップＳ６，Ｓ７を繰り返す。
【００６２】これに対して、切削速度Ｖを高速化できな
い場合には、加工能率Ｑを低下し（ステップＳ１２）、
その新たな加工能率Ｑに基づいて自公転比Ｋおよび１公
転当たりの送り量ｆz を演算し、その送り量ｆz につい
て判断する。すなわち上記のステップＳ６，Ｓ７を繰り
返す。
【００６３】なお、図８に示すフローチャートでは、１
公転当たりの送り量ｆz の判断結果が否定的であった場
合、刃数Ｚの増大の可否、工具径ＤTの増大の可否、切
削速度Ｖの増大の可否を順に判断することとしてある
が、これらの判断順序は任意で良く、いずれの判断結果
も否定的である場合に加工能率Ｑを低下させることとす
ればよい。
【００６４】上述した機械加工装置および機械加工方法
の実施例を次に示す。
【実施例】工具径ＤTが６０ｍｍ、刃数Ｚが８枚の工具
を使用して、内径ＤW2の粗材孔を内径ＤW1の加工孔に加
工する。工具は自転かつ公転させつつ軸線方向に往復移
動させ、往工程で荒加工をおこない、復工程で仕上げ加
工をおこなう。半径方向での取り代は（ＤW1−ＤW2）／
２＝１．５ｍｍであるから、荒加工で１．３ｍｍを切削
し、仕上げ加工で０．２ｍｍを切削することとする。ま
た加工面粗さの精度Ｈは、荒加工で０．２ｍｍ、仕上げ
加工で０．００５ｍｍとする。さらに加工能率Ｑは、荒
加工で５０ｃｃ／ｍｉｎ、仕上げ加工で７．４ｃｃ／ｍ
ｉｎとする。これはボーリング加工での加工能率に近似
する値である。また切削速度Ｖは２５０ｍ／ｍｉｎであ
る。
【００６５】これらの条件に基づき、加工能率Ｑと自公
転比Ｋと１公転当たりの送り量ｆzとの関係が図９に示
す線図で表わされ、また加工面粗さＨと自公転比Ｋとの
関係が図９に併せて示す線図で表わされる。荒加工で要
求されている面粗さＨ＝０．２ｍｍに近い０．１８ｍｍ
を設定し、図９の下の図で、「０．１８」の線と交わる
自公転比Ｋ＝３を仮に採用する。図９の上の図で自公転
比Ｋ＝３と交わる送り量ｆz の線のうち、交点が要求加
工能率５０ｃｃ／ｍｉｎに近い線を探すと、送り量ｆz
＝０．４、加工能率Ｑ＝４７ｃｃ／ｍｉｎとなる。
【００６６】要求されている加工条件を満たす加工能率
Ｑ＝４７ｃｃ／ｍｉｎおよび加工面粗さＨ＝０．１８ｍ
ｍに基づいて、自公転比Ｋ＝３および送り量ｆz ＝０．
４が求まり、その送り量ｆz ＝０．４は充分許容できる
値であるから、自公転比Ｋ＝３、送り量ｆz ＝０．４、
切削速度Ｖ＝２５０ｍ／ｍｉｎを切削条件として採用す
る。
【００６７】これと同様にして仕上げ加工についての条
件を決める。すなわち図９の下の図において、面粗さＨ
＝０．００５ｍｍの線と交わる自公転比Ｋ＝３．８（＝
３＋０．８（５倍））を仮に採用する。図９の上の図
で、自公転比Ｋ＝３．８と要求されている加工能率Ｑ＝
７．４ｃｃ／ｍｉｎとの各線の交点を通る送り量ｆz の
線はｆz ＝０．５の線である。この送り量ｆz ＝０．５
は充分許容できる値であるから、仕上げ切削の条件とし
て、自公転比Ｋ＝３．８、送り量ｆz ＝０．５、切削速
度２５０ｍｍ／ｍｉｎを採用する。
【００６８】したがって仕上げ加工の際には、工具（エ
ンドミル）が１回公転するごとに周期が１／５ずつずれ
ることになり、前回の公転時に形成された山の部分が今
回の公転の際に切削され、このような切削過程が、５回
公転するまで繰り返し生じる。その結果、面粗さの悪化
要因である山の部分の高さＨが低くなって、面粗さが良
好になる。
【００６９】なお、比較のために上記の孔加工をボーリ
ング加工でおこなうとした場合、荒加工および仕上げ加
工の切削速度を共に２５０ｍ／ｍｉｎとすると、荒加工
での加工能率は５０ｃｃ／ｍｉｎ（ｆz ＝０．１７ｍｍ
／１公転）となり、仕上げ加工での加工能率は７．４ｃ
ｃ／ｍｉｎ（ｆz ＝０．１５ｍｍ／１公転）、面粗さＨ
＝６．３μｍとなる。上述したこの発明の装置および方
法によれば、ボーリング加工とそん色のない加工能率お
よび面粗さを達成でき、しかも１本のエンドミルを軸線
方向に往復移動させることにより荒加工と仕上げ加工と
を完了できる。したがって工具に対する負荷を増大させ
ずに、すなわち工具寿命を低下させずに、効率および精
度の良い加工をおこなうことができる。
【００７０】なおここで、この発明と上述した実施の形
態との関係を説明すると、図１に示す公転用モータＭ3
および主軸用モータＭ1 が自公転比変更手段を構成し、
また図８に示すステップＳ６がこの発明の自公転比設定
手段に相当する。
【００７１】なお、この発明の装置は、工具を自転かつ
公転させることができ、またその公転回転数を変更でき
る構成であればよいのであって、図１に示す構造に限定
されない。すなわち図１０に示すように、偏心軸ｆと同
一軸線上に内歯歯車２００を回転自在に設け、主軸４に
取り付けた外歯歯車２０１と主軸用モータＭ1 に取り付
けた外歯歯車２０２とをその内歯歯車２００に噛合さ
せ、他の構成は図１に示す構成と同一としてもよい。
【００７２】上述したようにこの発明の装置および方法
によれば、加工面に波形状を形成でき、かつその幅およ
び深さを自公転比によって制御できる。すなわち幅Ｌは
【式１５】 であり、深さＨは
【式１６】 である。
【００７３】円筒状の加工面にこのような制御された波
形状を形成すれば、これを円筒状摺動面の油たまりとす
ることができる。その油たまり２１０の模式図を図１１
に示してある。
【００７４】またこの発明では、バリなし加工も可能で
ある。すなわち、例えば前述したように円筒面を切削す
る場合、往工程で荒加工をおこない、復工程で仕上げ加
工をおこなう場合、往工程でその加工対象である円筒部
分を突き抜けるまで工具を移動させることにより、その
端部にバリが生じるが、復工程での加工開始端がそのバ
リの部分になるので、加工の完了した円筒面の軸線方向
の端部からバリが除去された状態となる。これは、要
は、加工対象物のエッジからエッジまでの範囲に亘って
工具を移動させて加工をおこなうことにより可能にな
り、往復のいずれの工程も荒加工もしくは仕上げ加工で
あっても同様である。
【００７５】なお、上述した具体例では、工具を自転か
つ公転させて切削をおこなう例を説明したが、この発明
は、上記の具体例に限定されないのであり、要は、工具
と被加工材とのいずれか一方が自転かつ公転して被加工
材を機械的に加工する装置あるいは方法であればよい。
すなわち機械加工は、研削などの他の加工であってもよ
く、また工具を自転かつ公転させる機構は、図１に示す
構成以外のものであってもよい。
【００７６】
【発明の効果】上記の説明から明らかなように、請求項
１の発明では、被加工材もしくは工具が自転しつつ公転
して加工をおこなうことにより断続的な加工となって、
加工面には工具が最も深く作用した谷の部分とそれらの
間の山の部分とが生じるが、その公転回転数に対する自
転回転数の比率が、小数点以下の端数が付いた数値とさ
れているので、前回の公転時に生じた山の部分が、今回
の公転の際には谷の部分もしくはその一部として加工さ
れ、その結果、山の部分として残る量が小さくなり、加
工面の面粗さが良好になる。また、公転回転数に対する
自転回転数の比率を小さくすることにより、工具による
加工速度における公転による速度の割合を大きくして、
能率のよい加工が可能なり、また断続加工であることに
より、工具の自転中における非加工時間を確保でき、工
具の寿命を長期化して工具比を低廉化させることができ
る。
【００７７】また、請求項２の発明では、加工によって
加工面に生じた波形形状の山の部分が、次の公転による
加工の際に加工を受け、その山の部分の高さすなわち凹
凸の寸法が小さくなるので、請求項１の発明と同様に、
加工能率および加工面粗さが共に良好な加工をおこなう
ことができ、かつ工具寿命を延ばすことができる。
【００７８】さらに、請求項３の発明によれば、被加工
材もしくは工具が公転することによる工具の相対的な送
り量を、単位時間当たりの加工量すなわち加工能率と加
工面粗さとを反映した値とすることができ、その結果、
公転速度を適正に設定して加工能率および加工面粗さを
向上させることができる。
【００７９】請求項４の発明あるいは請求項５の発明に
よれば、被加工材もしくは工具を自転させつつ公転させ
て加工をおこなうので、断続的な加工となり、加工面に
は工具が最も深く作用した谷の部分とそれらの間の山の
部分とが生じるが、その公転回転数に対する自転回転数
の比率が、小数点以下の端数が付いた数値とされている
ので、前回の公転時に生じた山の部分が、今回の公転の
際には谷の部分もしくはその一部として加工され、山の
部分として残る量が小さくなり、加工面の面粗さが良好
になる。これは、請求項５の発明でも同様である。ま
た、公転回転数を変更できるので、被加工材に対する工
具の相対的な送り量を増大させることができ、その結
果、加工能率が向上し、同時に工具の耐用寿命を延ばす
ことができる。
【００８０】これに対して請求項６の発明によれば、被
加工材もしくは工具が公転することによる工具の相対的
な送り量を、単位時間当たりの加工量すなわち加工能率
と加工面粗さとを反映した値とすることができ、その結
果、公転速度を適正に設定して加工能率および加工面粗
さを向上させることができる。
【００８１】さらに、請求項７の発明あるいは請求項８
の発明によれば、切削加工によって摩擦摺動面の油たま
りの加工をおこなうことができ、しかもその形状を回転
数の制御によって適宜に設定することができる。
【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】 加工面粗さをＸ−Ｙ座標系で説明するための
図である。
【図６】 所定の切刃による切削周期のずれおよび切削
周期が元のピッチに戻るまでの公転回数であるＢの値な
らび自公転比Ｋのずれ値との関係を表にして示す図であ
る。
【図７】 切削周期が元のピッチに戻るまでの公転回数
であるＢの値および刃数との最大公約数ならびにこれら
から求まるＷの値との例を表にして示す図である。
【図８】 切削条件を決定するためのフローチャートの
一例を示す図である。
【図９】 加工能率および加工面粗さに基づいて自公転
比および１公転当たりの送り量を決定するために使用す
るマップおよびそのマップの使用例を示す図である。
【図１０】 この発明の装置の他の例を模式的に示す図
である。
【図１１】 この発明の装置および方法で形成される油
たまりの例を示す部分拡大図である。
【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。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被加工材もしくは工具のいずれか一方を
    自転かつ公転させつつこれら被加工材と工具とを接触さ
    せて加工をおこなう機械加工装置において、 前記被加工材もしくは工具の公転回転数を変更して公転
    回転数に対する自転回転数の比率を、小数点以下の端数
    の付いた数値に設定する自公転比設定手段を備え、前記
    被加工材もしくは工具を、その公転回転数と自転回転数
    とが前記比率となるように回転させて加工をおこなうよ
    うに構成されていることを特徴とする機械加工装置。
  2. 【請求項２】 前記自公転比設定手段が、前記被加工材
    もしくは工具の一方が１回公転する間に複数回自転する
    ことにより、加工面に形成される波形軌跡の山の部分
    が、つぎの公転の間に加工面に形成される波形軌跡の谷
    の部分に重なるように自公転比率を設定する手段である
    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】 前記自公転比設定手段が、単位時間当た
    りの加工量と加工面粗さとに基づいて前記自公転比を設
    定する手段を含むことを特徴とする請求項１もしくは２
    に記載の機械加工装置。
  4. 【請求項４】 被加工材もしくは工具のいずれか一方を
    自転かつ公転させつつこれら被加工材と工具とを接触さ
    せて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、小数点以下の端数の付いた数値に設定して加工をお
    こなうことを特徴とする機械加工方法。
  5. 【請求項５】 被加工材もしくは工具のいずれか一方を
    自転かつ公転させつつこれら被加工材と工具とを接触さ
    せて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、前記被加工材もしくは工具の一方が１回公転する間
    に複数回自転することにより、加工面に形成される波形
    軌跡の山の部分が、つぎの公転の間に加工面に形成され
    る波形軌跡の谷の部分に重なる値に設定して加工をおこ
    なうことを特徴とする機械加工方法。
  6. 【請求項６】 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、単位時間当たりの加工量
    と加工面粗さとに基づいて設定することを特徴とする請
    求項４もしくは５に記載の機械加工方法。
  7. 【請求項７】 切削工具によって被削材の表面を切削す
    る機械加工方法において、 前記切削工具と被削材とのいずれか一方を自転かつ公転
    させて前記被削材に円筒面を切削し、かつその円筒面の
    内面を、山部と谷部とが連続した波形状に切削して油た
    まりを形成することを特徴とする機械加工方法。
  8. 【請求項８】 前記油たまりの幅および深さを、前記切
    削工具もしくは被削材の公転回転数に対する自転回転数
    の比率を変えて調整することを特徴とする請求項７に記
    載の機械加工方法。
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