JP2003094202A - 非円形加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 共振現象を利用して、任意の形状の非円形体
を高速かつ高精度に加工することができる加工機を提供
すること。 【解決手段】 加工機本体に回転自在に支持された主軸
と、この主軸に取付けられたチャック手段と、主軸の軸
線に実質上平行な第１の方向及びこの第１の方向に対し
て実質上垂直な第２の方向に移動自在に支持された移動
テーブルとを備えた加工機。移動テーブルには工具支持
体２０が取り付けられ、加工工具１８は弾性手段２２を
介して工具支持体２０に取り付けられ、弾性手段２２に
関連して加振手段３６が設けられる。加振手段３６が主
軸の回転数に関連して弾性手段２２を加振して加工工具
１８を共振状態に保持し、この共振状態の加工工具１８
が加工物７に加工を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加工物を加工する
加工機、より詳細には、加工物を非円形体に加工する加
工機に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関、例えば自動車、航空機その他
の装置に採用されている内燃機関において使用されてい
るピストンの断面形状は、一般には円形断面を有してい
ると言われているが、より詳細には、燃焼工程において
発生する高熱によるピストン及び／又はシリンダー内部
の熱変形や、シリンダ内部を摺動するピストンを締め付
ける際に発生する締め付け変形等を考慮して、ピストン
の断面形状は真円ではなく、僅かに楕円形状に形成され
ていることは知られている。しかしながら、その変形度
合いは僅かで、例えば、自動車用ピストンにおいては長
径と短径との差は約０．１ｍｍ程度である。そして、こ
のピストンの外周面の加工は、これまでは通常、倣い旋
盤により行なわれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このピストンを加工す
る際の倣い旋盤の主軸の回転数は、一般には６００ｒｐ
ｍ〜８００ｒｐｍ程度であり、このように比較的低い回
転数に設定するのは、倣い旋盤作業において触針が確実
にマスターモデルをトレースするためであり、主軸の回
転数が高回転になると、触針がマスターモデルから離れ
てしまい、高精度に加工することが難しくなる。その結
果、これまでの倣い旋盤作業における非円形体加工は、
その作業効率が大きく制限されていた。

【０００４】更に、今日の高速往復運動をもたらす起動
装置において、例えばそこで使用されるピストンの断面
形状は、従来の楕円形状のみならず、楕円成分に更に高
次の非円形成分を加えた、より高度な断面形状を有する
ピストン形状の実現化が望まれている。しかし、公知の
倣い旋盤作業においてはその様な複雑な形状のピストン
加工はマスターモデルが複雑になるため、ほとんど出来
ないか又は非常に困難である。そのため、これまでその
ような要求を満たすべく電気・油圧制御による加工機、
電磁力と圧電素子の駆動による加工機、さらにはリニア
モーターを利用した加工機、等が開発されているが、何
れも所望の非円形成分の加工を高速かつ高精度な状態で
実現するまでには至っていない。

【０００５】本発明の目的は、共振現象を利用して、任
意の形状の非円形体を高速かつ高精度に加工することが
できる加工機を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、加工機本体
と、この加工機本体に回転自在に支持された主軸と、前
記主軸に取付けられた加工物取付け手段と、前記主軸の
軸線に実質上平行な第１の方向及びこの第１の方向に対
して実質上垂直な第２の方向に移動自在に前記加工機本
体に支持された移動テーブルと、前記移動テーブルに弾
性手段を介して支持された加工工具と、前記弾性手段を
振動させるための加振手段と、を具備し、前記加振手段
が前記主軸の回転数に同期して前記弾性手段を加振して
前記加工工具を共振状態に保持し、この共振状態の前記
加工工具が前記加工物取付け手段に取付けられた加工物
に加工を施すことを特徴とする非円形加工機である。

【０００７】本発明に従えば、加工工具は弾性手段を介
して移動テーブルに支持され、加振手段は弾性手段を介
して加工工具を共振状態に保持し、このような共振状態
において加工工具が加工物に加工を施す。このとき、加
振手段は主軸の回転数に同期して、例えば主軸の一回転
当たり２回又は３回以上の所定回数加振するので、加工
物の周方向の第１特定部位においては、加工工具が加工
物に近接する方向に幾分突出して作用するようになり、
また加工物の周方向の上記特定部位とは異なる他の第２
特定部位においては、加工工具が加工物から離隔する方
向に幾分後退して作用するようになり、従って、加工物
を所望の非円形形状、例えば楕円形等に加工することが
できる。また、このような加工では、倣い旋盤のように
触針を用いてマスタシリンダーをトレースする必要はな
く、それ故に、高速で加工することが加工となり、加工
効率を高めることができる。尚、加振手段としては、圧
電素子、磁歪素子等を用いることができる。

【０００８】また、本発明では、前記加振手段が前記弾
性手段を加振する圧電素子から構成され、前記圧電素子
に印加される電圧によって前記弾性手段を介して前記加
工工具が共振状態に保持されることを特徴とする。

【０００９】本発明に従えば、加振手段が圧電素子から
構成されるので、圧電素子に電圧を印加することによっ
て、弾性手段を共振させて加工工具を共振状態に保持す
ることができ、比較的簡単な構成でもって加工物を非円
形状に加工することができる。

【００１０】また本発明に従えば、前記弾性手段には、
前記加振手段による加振運動を増幅するための質量体が
取り付けられ、前記質量体に前記加工工具が装着されて
いることを特徴とする。

【００１１】本発明に従えば、弾性手段に質量体、例え
ばブロック状の部材が装着され、この質量体に加工工具
が装着されているので、共振状態における変位を質量体
により拡大することができ、この拡大変位機能を利用し
て加工物を所望形状の非円形状に加工することができ
る。

【００１２】また、本発明では、前記加工機本体は加工
物を切削加工するための旋盤本体であり、前記加工物取
付け手段は加工物を着脱自在に保持するためのチャック
手段であり、前記加工工具は加工物を切削加工するため
の切削工具であり、前記加振手段は前記主軸の一回転当
たり複数回の割合で前記弾性手段を加振し、これによっ
て、加工物の外径が非円形になるように切削加工される
ことを特徴とする。

【００１３】本発明に従えば、加工機本体が旋盤本体で
あり、加工物取付け手段がチャック手段であり、また加
工工具が切削工具であるので、通常の旋盤、例えばＮＣ
旋盤を用いて加工物を非円形状に加工することができ
る。

【００１４】また、本発明では、前記弾性手段が前記加
工工具を支持するためのばね手段から構成されているこ
とを特徴とする。本発明に従えば、弾性手段がばね手
段、例えば板ばねから構成されているので、簡単な構成
でもって加工工具を共振させることができる。

【００１５】更に、本発明は、加工機本体と、前記加工
機本体の作動を制御する制御系と、により構成される非
円形体を加工する加工機であって、前記加工機本体は、
前記加工機本体に回転自在に支持された主軸と、この主
軸と一体的に回転駆動し、前記加工物を着脱自在に保持
するチャック手段と、前記主軸の軸線と実質上平行な第
１の方向及びこの第１の方向に対して実質的に垂直な第
２の方向に移動可能に支持された移動テーブルと、前記
移動テーブルに装着され、前記加工物を切削加工するた
めの加工工具と、を有しており、前記加工工具は、前記
移動テーブルに弾性手段及び質量体を介して支持され、
前記弾性手段は加振手段によって増幅振動するように構
成されており、前記制御系は、前記加工工具の位置を測
定するための位置測定手段と、切削加工条件を予め設定
するための加工条件設定手段と、前記加工条件設定手段
からの設定信号と前記位置測定手段からの測定信号とに
基づいて前記加振手段を駆動するための駆動手段と、を
有していることを特徴とする非円形加工機である。

【００１６】本発明に従えば、加工物を加工する加工工
具は、移動テーブルに弾性手段及び質量体を介して支持
され、弾性手段は加振手段によって増幅振動するように
構成されているので、加工工具は、増幅振動状態、即ち
共振振動状態において加工物を加工し、加工物を非円形
状の所望形状に加工すことができる。また、位置測定手
段は加工工具の位置を測定し、加工条件設定手段により
設定された加工条件と位置測定手段により測定した位置
に基づいて駆動手段が加振手段を駆動するので、加工物
を高精度に加工することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に従う非円形加工機の一実施形態について説明する。
図１は、本発明に従う非円形加工機の一例としてのＮＣ
旋盤の一実施形態を簡略的に示す正面図であり、図２
は、図１のＮＣ旋盤の加工工具及びその近傍を簡略的に
示す斜視図である。

【００１８】図１において、図示のＮＣ旋盤は、加工機
本体としての旋盤本体２を備え、この旋盤本体２が例え
ば工場の床面に設置される。旋盤本体２の一端部（図１
において右端部）には主軸部４が設けられ、この主軸部
４内に主軸（図示せず）が回転自在に支持されている。
この主軸には、加工物取付け手段としてのチャック手段
６が取り付けられ、このチャック手段６は主軸と一体的
に所定方向に回転される。例えば切削加工を施す加工物
７は、このチャック手段６に着脱自在に取り付けられ
る。

【００１９】旋盤本体２には、移動テーブル機構８が設
けられている。この移動テーブル機構８は、往復テーブ
ル１２及び移動テーブル１６を備え、往復テーブル１２
が主軸（図示せず）の軸線に実質上平行である第１の方
向（図１において左右方向）に延びる第１の案内機構１
０に移動自在に支持され、また移動テーブル１６が上記
第１の方向に対して実質上垂直である第２の方向（図１
において紙面に垂直な方向）に延びる第２の案内機構１
４に移動自在に支持されている。このように構成されて
いるので、移動テーブル１６は上記第１及び第２の方向
に移動自在に旋盤本体２に支持されている。

【００２０】この実施形態では、加工物７を加工するた
めの加工工具１８、例えば切削工具は、この移動テーブ
ル１６に取り付けられる。図２をも参照して更に説明す
ると、移動テーブル１６の上面には工具支持体２０が固
定され、この工具支持体２０に弾性手段２２を介して加
工工具１８が取り付けられている。工具支持体２０は、
移動テーブル１６に取り付けられる下支持部材２４と、
この下取付部材２４の上方に配置された上取付部材２６
と、これら取付部材２４，２６を接続する接続部材２７
とから構成されている。弾性手段２２はばね手段、この
実施形態では一対の板ばね２８，３０から構成され、一
対の板ばね２８，３０の長手方向（図２において上下方
向）の中間部には、これら板ばね２８，３０を挟むよう
に質量体３２，３４が取り付けられている。質量体３
２，３４はブロック状の部材から構成され、それらの一
方３４の先端部外面に加工工具１８が取り付けられてい
る。

【００２１】この工具支持体２０には、更に、一対の板
ばね２８，３０を加振するための加振手段３６と、加工
工具１８の位置を測定するための位置測定手段３８が設
けられている。この形態では、加振手段３６は圧電素子
４０から構成され、この圧電素子４０が工具支持体２０
の下取付部材２４の内面に取り付けられ、その出力部が
一方の板ばね３０に作用するように構成されている。ま
た、位置測定手段３８は例えばレーザ変位計４２から構
成され、このレーザ変位計４２が接続部材２８の内面に
取り付けられている。このように構成されているので、
圧電素子４０の出力部を短時間の周期でもって伸張させ
ることによって、その出力部が板ばね３０に作用し、こ
れによって一対の板ばね２８，３０を加振することがで
きる。また、レーザ変位計４２は、例えば質量体３２
（又は質量体３４、板ばね２８、加工工具１８）に向け
てレーザ光を投射し、そして質量体３２（又は質量体３
４、板ばね２８、加工工具１８）からの反射レーザ光を
受光し、このようにして質量体３２（又は質量体３４、
板ばね２８、加工工具１８）の位置（即ち加工工具１８
の位置）を計測する。尚、実施形態では、圧電素子４０
によって板ばね３０を加振しているが、他方の板ばね２
８を加振するようにしてもよく、或いは双方の板ばね２
８，３０を同時に加振するようにしてもよい。また、加
振手段３６としては、磁歪素子等の他の素子を用いるよ
うにしてもよい。また、位置測定手段３８は静電容量型
非接触変位計等を使用してもよい。

【００２２】一般に、圧電素子４０は電圧が供給された
時に供給された電圧にほぼ比例してその出力部が伸張し
て変位するが、圧電素子を単体で使用した場合にはその
変位量が一般に５０μｍ以下であり、更に圧電素子４０
には予荷重が必要であるため、この圧電素子４０自体に
切削工具１８を取付けて動作させたときには、その変位
量は大きくても１０μｍ程度であり、加工工具１８を充
分に移動させることができない。これに対し、上述した
ように、弾性手段２２（この形態では一対の板ばね２
８，３０）を介して加工工具１８を取り付け、この弾性
手段２２を加振手段３６（この形態では圧電素子４２）
によって加振して加工工具１８を共振状態に保持したと
きには、一対の板ばね２８，３０の増幅作用によって加
工工具１８の変位を拡大することができ、後述するよう
に加工物７を所望の非円形状に加工することができる。

【００２３】図３は、図２に示す工具支持構造体の各周
波数におけるコンプライアンス（μｍ／Ｎ）及び位相角
度を示したもの、即ち伝達関数を有限要素解析にて予測
したものである。

【００２４】上述の予測を基に、ＮＣ旋盤の主軸にロー
タリーエンコーダ（図示せず）を取付け、このロータリ
ーエンコーダーから送られてくる回転角度情報を基礎と
して工作物、即ち加工物７の回転に同期し且つ共振周波
数付近になるように圧電素子４０に変位データを与える
ことにより、加工工具１８は共振して変位が拡大される
ことが実験的にも確認できた。このとき、加工工具１８
（例えば切削工具）の運動が主軸（図示せず）の一回転
当たりに２波長の正弦波に支配されるようにすれば、加
工される加工物７の断面形状は楕円形状となる。更に、
加工工具１８の位置測定に、例えば分解能０．１μｍ程
度のレーザ変位計４２を使用し、このレーザ計測計４２
によって加工工具１８の取付部位の位置を測定してフィ
ードバック制御することにより一層高精度の非円形加工
が実現することが出来る。

【００２５】このような加工工具１８の位置測定による
フィードバック制御を行うために、更に、次のように構
成されている。再び図２を参照して、工具支持体２０に
関連して制御系５２が設けられている。図示の制御系５
２は、加工物７の加工条件等を予め設定するための制御
手段５４、信号変換手段５８及び差動増幅回路６０を備
えている。制御手段５４は、例えばパソコン５６から構
成され、パソコン５６の入力手段、例えばキーボード５
７、マウス等によって加工条件が入力され、パソコン５
６からの加工条件等のデジタル信号が信号変換手段５８
によってアナログ信号へ変換され、かく変換されたアナ
ログ信号が差動増幅回路６０の一方の入力部に送給され
る。この差動増幅回路６０の他方の入力部には、レーザ
計測計４２からの位置計測信号が入力される。差動増幅
回路６０は、信号変換手段５８からの信号及びレーザ計
測計４２からの計測信号に基づいて駆動制御信号を出力
し、かかる駆動制御信号が、加振手段３６としての圧電
素子４０を駆動するための駆動回路６２（駆動手段を構
成する）に送給され、駆動回路６２はかかる駆動制御信
号に基づいて駆動信号を生成し、この駆動信号によって
圧電素子４０が加振される。

【００２６】このようなＮＣ旋盤では、圧電素子４０に
上述したようにして駆動信号が送られ、この圧電素子４
０の変位によって一対の板ばね２８，３０に振動が加え
られ、板ばね２８，３０、質量体３２，３４及び加工工
具１８が矢印で示す方向（図２において左右方向）に共
振状態に保持される。この共振状態において加工工具１
８によって加工物７を加工すると、例えば図２に示す位
置、即ち加工工具１８が図２において最も右方へ移動し
た近接位置（加工工具１８が加工物７に最も近接する位
置）においては、加工工具１８が加工物７を幾分大きく
加工し、従って、加工物７は、周方向におけるその部位
が短径部となるように加工される。一方、加工工具１８
が図２において最も左方に移動した離隔位置（加工工具
１８が加工物７から最も離隔する位置）においては、加
工工具１８が加工物７を加工する加工量が幾分少なくな
り、従って、加工物７は、周方向におけるその部位が長
径部となるように加工される。

【００２７】このように加工するので、加工物７の回転
数、即ちＮＣ旋盤の主軸（図示せず）に同期して加工工
具１８を共振状態に保持し、この共振状態において、加
工工具１８が図２に示す近接位置から上記離隔位置に移
動するときには、加工物７の回動に伴って加工工具１８
による加工量が少しずつ少なくなり、従って、加工物７
は、その径が漸増されるように加工されるのに対し、加
工工具１８が上記離間位置から上記近接位置に移動する
ときには、加工物７の回転に伴って加工工具１８による
加工量が少しずつ多くなり、従って、加工物７は、その
径が漸減されるように加工される。このようなことか
ら、例えば、加工物７の１回転当たり加工工具１８を２
回振動させる、換言すると加工物７の１回転当たり圧電
素子４０によって２回加振することによって、主軸（図
示せず）の特定角度位置及びこのこの特定角度位置から
１８０度回動した角度位置において加工工具１８が上記
近接位置に位置し、また上記特定角度位置から９０度回
動した角度位置及びこの角度位置から１８０度回動した
角度位置において加工工具１８が上記離間位置に位置す
るようになる。従って、このように設定した場合、加工
物７を楕円形状に加工すことができる。

【００２８】このような共振状態における加工中、レー
ザ計測計４２が質量体３２の位置を逐次計測し、その計
測データが差動増幅回路６０に送給され、差動増幅回路
６０はこの測定データ及び制御手段５６からの加工条件
の信号に基づいて、圧電素子４０を駆動制御するための
駆動制御信号を生成するので、高精度に加工工具１８の
軌跡を制御することができ、加工物７を所望形状に一層
高精度に加工することができる。

【００２９】図４は、図１及び図２に示すＮＣ旋盤を用
いて周波数測定を行なった結果を示している。この周波
数測定結果から、加工工具１８が４６．５Ｈｚで共振し
ていることが分かる。このことは、加工物７を例えば楕
円形状に加工するためにはＮＣ旋盤の主軸回転数に換算
すると、１３９５ｒｐｍに相当する。これは、従来の倣
い旋盤方式に比較して約２倍の回転数に相当し、従来に
比して高速で楕円形状に切削加工することができること
が分かる。また、図４から、近接する周波数付近には共
振モードが存在しないことから、この付近の周波数によ
り加振を行なえば、加工工具１８の運動はほとんど正弦
波状態にて運動することが予想される。更に、この周波
数付近以外の指令値に対しては加工工具１８は共振時の
１０％程度の運動が得られることが明らかとなった。

【００３０】また、図１及び図２に示すＮＣ旋盤を用い
てオープン制御による非円形加工実験を行なった。理想
的には無負荷時の振幅が切削時の振幅と一致することが
望ましいが、実際には周期的な切削力の変動が加工工具
１８の振動に影響を与える。そこで、加工物７の最終的
な加工形状である楕円の長径寸法、短径寸法及び振幅に
関する目標値を制御手段５４（パソコン５６）によって
設定し、設定した切削条件でもって切削加工を行なっ
た。これは、長径寸法を形成する振幅から短径寸法を形
成する振幅を引いた振幅になるように正弦波状の目標値
を設定して加工工具１８の振動を制御するためである。
制御手段５４を構成しているパソコン５６のメモリ（図
示せず）へ予め保存されている形状データをパソコン５
６のアナログ電圧出力ポートを介して電圧を出力し、加
振手段３６としての圧電素子４０に制御信号を送った。
これにより圧電素子４０が一対の板ばね２８，３０を介
して加工工具１８を共振周波数で振動し、こうして加工
工具１８は最大の振動変位を発生した。

【００３１】圧電素子４０には常に正の電圧を与えるの
が望ましい。それは圧電素子４０自体は、電圧を印加し
ていない状態から伸び縮みするのではなく、電圧を印加
したときにのみその電圧の強さに比例して伸張するよう
にするためであり、このように制御することによって、
加工工具１８は、圧電素子４０を常に伸張させて加振さ
れるようになり、圧電素子４０へオフセット電圧を印加
して、この圧電素子４０をある所定の基準位置へ設定す
るようにする。そこで、基本となる目標値と振幅の（１
／２）の値とをオフセット電圧として設定し、圧電素子
４０が常に伸びる方向への運動となるような電圧を印加
するのである。

【００３２】図５は圧電素子４０に供給電圧２Ｖを与え
た場合におけるパソコンからの目標値（破線）と実加工
時における加工工具１８の変位量（実線）をＮＣ旋盤の
主軸回転角度で計測したものであり、図６は両者の角度
変化に基づく軌跡誤差を示したものである。

【００３３】これらより目標値と実際の加工工具の変位
の最大誤差は約±２μｍとなり、良好な楕円切削が実現
できた。また、図７は供給電圧と加工工具の最大変位量
との関係を示したものである。これより、４００μｍ程
度まで圧電素子４０への供給電圧の増加に対する加工工
具１８の変位振幅は比例的に増大することが分かる。

【００３４】次に、ＮＣ旋盤の主軸へ取付けたロータリ
ーエンコーダ（図示せず）を利用し、このロータリーエ
ンコーダから送られてくる回転角度情報を基に加工物７
の回転に（１／２）倍の周期に同期して共振している加
工工具１８付近の変位データからレーザ変位計４２によ
る現在値データを上述したようにフィードバック制御し
ながら加工物７を加工した。その結果は、左記の図５と
図６及び図７と同様に、図８と図９及び図１０に示す通
りであり、図８は、目標値に対する加工作業中の加工工
具１８の応答状態を示し、図９は、目標値に対する角度
変化に基づく軌跡誤差を示している。図８から、加工工
具１８の変位は目標とする正弦波状となっていることが
分かり、また最大切込み深さが１３８μｍのとき、楕円
形状は長径と短径との差がその約２倍の２７２μｍとな
るが、上述したフィードバック制御を行なうことによ
り、図９に示すように、加工後の形状誤差がオープン制
御の場合とほぼ同一の±２．５μｍ以内になっているこ
とが分かる。

【００３５】更に、図１０は、フィードバック制御時に
おける供給電圧に対する加工工具１８の振幅を示してい
る。図１０から明らかなとおり、圧電素子４０への供給
電圧にほぼ比例して加工工具１８の振幅も増加している
ことが分かる。また、図１１は、同様にフィードバック
制御時における供給電圧に対する加工物７の形状誤差を
示している。図１１に示す通り、このＮＣ旋盤において
は何れの切込み作業においても、ほぼ±２．５μｍの形
状誤差内にて加工物７の加工を行うことができた。

【００３６】以上、本発明に従う非円形加工機の一実施
形態をＮＣ旋盤に適用して説明したが、本発明はかかる
実施形態に限定されるものではなく、その他の加工機、
例えば中ぐり盤等に適用することができ、中ぐり盤に適
用した場合には、楕円形状の穴加工を行うことができ
る。

【００３７】また、例えば、上述した実施形態では、加
工工具１８を主軸の１回転当たり２回振動（１周期が１
／２回転となる）させて加工物７を楕円形状に加工して
いるが、これに限定されることなく、主軸１回転当たり
３回振動（１周期が１／３回転となる）させるようにし
てもよく、或いは主軸１回転当たり４回以上振動させる
ようにしてもよい。

【００３８】

【発明の効果】本発明の請求項１の非円形加工機によれ
ば、加振手段は主軸の回転数に同期して弾性手段を介し
て加工工具を共振状態に保持し、このような共振状態に
おいて加工工具が加工物に加工を施すので、加工物の周
方向の第１特定部位においては、加工工具が加工物に近
接する方向に幾分突出して作用するようになり、また加
工物の周方向の上記特定部位とは異なる他の第２特定部
位においては、加工工具が加工物から離隔する方向に幾
分後退して作用するようになり、従って、加工物を所望
の非円形形状、例えば楕円形等に加工することができ
る。

【００３９】また、本発明の請求項２の非円形加工機に
よれば、加振手段が圧電素子から構成されるので、圧電
素子に電圧を印加することによって、弾性手段を共振さ
せて加工工具を共振状態に保持することができ、比較的
簡単な構成でもって加工物を非円形状に加工することが
できる。

【００４０】また、本発明の請求項３の非円形加工機に
よれば、弾性手段に質量体が装着され、この質量体に加
工工具が装着されているので、共振状態における変位を
質量体により拡大することができ、この拡大変位機能を
利用して加工物を所望形状の非円形状に加工することが
できる。また、本発明の請求項４の非円形加工機によれ
ば、通常の旋盤、例えばＮＣ旋盤を用いて加工物を非円
形状に加工することができる。

【００４１】また、本発明の請求項５の非円形加工機に
よれば、弾性手段が、ばね手段から構成されているの
で、簡単な構成でもって加工工具を共振させることがで
きる。

【００４２】更に、本発明の請求項６の非円形加工機に
よれば、位置測定手段は加工工具の位置を測定し、加工
条件設定手段により設定された加工条件と位置測定手段
により測定した位置に基づいて駆動手段が加振手段を駆
動するので、加工物を高精度に非円形加工することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う非円形加工機の一例としてのＮＣ
旋盤の一実施形態を簡略的に示す正面図である。

【図２】図１のＮＣ旋盤の加工工具及びその近傍を簡略
的に示す斜視図である。

【図３】図１のＮＣ旋盤における加工工具の共振周波数
とそのときの加工工具の変位拡大の状態を有限要素解析
により予測し、コンプライアンス及び位相角度にて示し
ている図である。

【図４】図１のＮＣ旋盤における加工工具の周波数解析
を行なった結果を示す図である。

【図５】図１のＮＣ旋盤において、オープン制御による
目標値（圧電素子への供給電圧）と加工工具の振幅との
関係を示す図である。

【図６】図１のＮＣ旋盤において、オープン制御におけ
る目標値に対する角度変化に基づく加工工具の軌跡誤差
を示す図である。

【図７】図１のＮＣ旋盤において、オープン制御による
圧電素子への供給電圧と加工工具の振幅との関係を示す
図である。

【図８】フィードバック制御時における圧電素子への供
給電圧の目標値と加工工具の振幅との関係を示す図であ
る。

【図９】フィードバック制御時における目標値に対する
角度変化に基づく加工工具の軌跡誤差を示す図である。

【図１０】フィードバック制御時における目標値（圧電
素子への供給電圧）に対する加工工具の振幅を示す図で
ある。

【図１１】フィードバック制御時における目標値（圧電
素子への供給電圧）に対する加工物の加工後の形状誤差
を示す図である。

【符号の説明】

２ 旋盤本体 ４ 主軸部 ６ チャック手段 ７ 加工物 ８ 移動テーブル機構 １６ 移動テーブル １８ 加工工具 ２０ 工具支持体 ２２ 弾性手段 ２８，３０ 板ばね ３２，３４ 質量体 ３６ 加振手段 ３８ 位置測定手段 ４０ 圧電素子 ４２ レーザ変位計 ５４ 制御手段 ６０ 作動増幅回路 ６２ 駆動回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 家 博文 石川県松任市旭丘１丁目８番地 高松機械 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3C045 AA01 CA16 DA18 GA05 HA05

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工機本体と、この加工機本体に回転自
   在に支持された主軸と、前記主軸に取付けられた加工物
   取付け手段と、前記主軸の軸線に実質上平行な第１の方
   向及びこの第１の方向に対して実質上垂直な第２の方向
   に移動自在に前記加工機本体に支持された移動テーブル
   と、前記移動テーブルに弾性手段を介して支持された加
   工工具と、前記弾性手段を振動させるための加振手段
   と、を具備し、 前記加振手段が前記主軸の回転数に同期して前記弾性手
   段を加振して前記加工工具を共振状態に保持し、この共
   振状態の前記加工工具が前記加工物取付け手段に取付け
   られた加工物に加工を施すことを特徴とする非円形加工
   機。
2. 【請求項２】 前記加振手段が前記弾性手段を加振する
   圧電素子から構成され、前記圧電素子に印加される電圧
   によって前記弾性手段を介して前記加工工具が共振状態
   に保持されることを特徴とする請求項１に記載の非円形
   加工機。
3. 【請求項３】 前記弾性手段には、前記加振手段による
   加振運動を増幅するための質量体が取り付けられ、前記
   質量体に前記加工工具が装着されていることを特徴とす
   る請求項２記載の非円形加工機。
4. 【請求項４】 前記加工機本体は加工物を切削加工する
   ための旋盤本体であり、前記加工物取付け手段は加工物
   を着脱自在に保持するためのチャック手段であり、前記
   加工工具は加工物を切削加工するための切削工具であ
   り、前記加振手段は前記主軸の一回転当たり複数回の割
   合で前記弾性手段を加振し、これによって、加工物の外
   径が非円形になるように切削加工されることを特徴とす
   る請求項２又は３に記載の非円形加工機。
5. 【請求項５】 前記弾性手段が前記加工工具を支持する
   ばね手段から構成されていることを特徴とする請求項１
   に記載の非円形加工機。
6. 【請求項６】 加工機本体と、前記加工機本体の作動を
   制御する制御系と、により構成される非円形体を加工す
   る加工機であって、 前記加工機本体は、前記加工機本体に回転自在に支持さ
   れた主軸と、この主軸と一体的に回転駆動し、前記加工
   物を着脱自在に保持するチャック手段と、前記主軸の軸
   線と実質上平行な第１の方向及びこの第１の方向に対し
   て実質的に垂直な第２の方向に移動可能に支持された移
   動テーブルと、前記移動テーブルに装着され、前記加工
   物を切削加工するための加工工具と、を有しており、 前記加工工具は、前記移動テーブルに弾性手段及び質量
   体を介して支持され、前記弾性手段は加振手段によって
   増幅振動するように構成されており、 前記制御系は、前記加工工具の位置を測定するための位
   置測定手段と、切削加工条件を予め設定するための加工
   条件設定手段と、前記加工条件設定手段からの設定信号
   と前記位置測定手段からの測定信号とに基づいて前記加
   振手段を駆動するための駆動手段と、を有していること
   を特徴とする非円形加工機。