JP2003205432A - 工具アタッチメントおよびそれを用いた加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同時４軸制御加工装置における機械構造上お
よび制御上の誤差を減少させて、同時４軸制御加工を高
精度かつ高速で行うことを可能とする。 【解決手段】 工具アタッチメント10の工具ホルダ２に
よって、Ｃ軸に対しボールカッタ１の軸心を傾斜させ、
かつ、ボールカッタ１のＲ中心Ｒ_CをＣ軸と一致させ
て、ボールカッタ１を支持する。従来、ボールカッタ１
のＲ中心Ｒ_CとＣ軸とのオフセット量Δｒの分を補正す
ることに起因して発生していた、同時４軸加工装置の機
械構造上および制御上の誤差を無くし、かつ、制御最大
速度の低下を防ぐことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、同時４軸制御加工
を高精度かつ高速で行うための技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】同時４軸制御加工装置は、図４に示すよ
うに、互いに直交するＸ軸（第１軸）、Ｙ軸（第２軸）
およびＺ軸（第３軸）方向への直線動作と、当該各軸の
何れか１軸（図示の例ではＺ軸）を中心とするＣ軸（第
４軸）の旋回動作とを同時制御して、ボールカッタ１に
より、ワークＷに任意の曲面加工を行うものである。

【０００３】この同時４軸加工装置は、図示のごとく、
ボールカッタ１の軸心を、Ｃ軸（Ｚ軸と平行な回転軸）
に対し傾斜させるように支持することが可能なアタッチ
メント３を用いることで、工具ホルダ２からのボールカ
ッタ１の突出量を可能な限り少なくし、かつ、ワークＷ
と工具ホルダ２等との干渉を防ぐことが可能となり、様
々な形状を加工することが可能となる。また、このアタ
ッチメント３を用いることで、加工速度がゼロとなるボ
ールカッタ１の回転中心を、ワークＷの被切削面から意
図的に外すことが可能となり、切削条件の改善にも貢献
することができる。

【０００４】図５には、従来のアタッチメント３の内部
構造の一例を、模式的に示している。図示のごとく、工
具ホルダ２を備える軸頭４は、アタッチメント３に、Ｃ
軸に対し所定の角度θをなすようにして支持されてい
る。そして、加工装置本体（図示省略）に設けられた駆
動軸５から、工具ホルダ２と駆動連結する従動軸６へ
と、かさ歯車７、８を介して、回転駆動力を伝達してい
る。一方、図６にも、従来のアタッチメント３の内部構
造の別例を、模式的に示している。図６の例は、工具ホ
ルダ２を回転駆動するための動力源であるモータ９を、
軸頭４の内部に内蔵したものである。なお、図５、図６
の何れの構造も、アタッチメント３は、アタッチメント
３自体をＣ軸回りに回転駆動する加工装置本体の駆動軸
体（図示省略）に対し、着脱自在となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図５、図６
に示す従来のアタッチメント３の形状は、何れも、アタ
ッチメント３の重量バランスを考慮して決定されてい
る。例えば、図５の例の場合には、かさ歯車の大径化に
よる重量増加を防ぐため、かさ歯車７、８の噛合い点を
可能な限りＣ軸に近付ける必要があり、図６の例の場合
には、モータ９の重量を考慮して、モータ９の重心を可
能な限りＣ軸に近付ける必要があり、それらの要因を考
慮して、アタッチメント３の全体形状が決定されたもの
である。その結果として、図５、図６に示す従来のアタ
ッチメント３の形状は、何れも、ボールカッタ１のＲ中
心Ｒ_Cが、Ｃ軸に対しΔｒだけオフセットしている。

【０００６】しかしながら、Ｃ軸に対するボールカッタ
１のＲ中心Ｒ_Cのオフセット量Δｒは、同時４軸制御加
工装置の加工精度および加工速度に、以下のような悪影
響を及ぼしていた。例えば、図７に示すように、Ｘ軸に
平行な、直線状の加工経路Ｌに対し、ボールカッタ１の
先端部が正確に加工経路Ｌ上をトレースするためには、
前述のオフセット量Δｒを補正した加工データを作成す
る必要があり、その結果、加工データ上の制御経路Ｍ
は、図７のごとく円弧を描くものとする必要があった。
かかる円弧状の動作は、同時４軸加工装置のＸ軸、Ｙ軸
及びＣ軸の同期制御によって実現されるが、各軸の加減
速の遅れ（機械的な変形、ガタ）の相違から、Ｘ軸に平
行な直線状の加工経路Ｌといった比較的単純な加工経路
の場合でも、加工精度を低下させる要因となっていた。

【０００７】また、図７に示す円弧状の制御経路Ｍは、
実際には、図８（ａ）に示すように円弧上の点と点との
間を直線でつないだ擬似円弧として構成される。そし
て、当該擬似円弧と理想の円弧との間の幾何学的誤差
が、加工精度に影響を与える場合があった。かかる幾何
学的誤差は、図８（ａ）に示す制御周期Ｔ_Lを、図８
（ｂ）に示すように制御周期Ｔ_Sへと短縮することによ
り、事実上問題のないレベルまで減少させることは可能
である。しかし、その結果として、加工データ量の増
大、制御装置の負荷増大を来し、制御最大速度の低下
（加工所要時間の増大）という弊害を生ずるものであっ
た。この傾向は、オフセット量Δｒが大きい程、Ｘ軸、
Ｙ軸に関する夫々の移動量の増大、加工データ量の増大
を招き、制御最大速度の低下はより顕著となった。さら
に、制御装置が認識するオフセット量と、実際のオフセ
ット量Δｒとの間に誤差が有る場合も、加工精度を低下
させることになった。以上のごとき、機械構造上および
制御上の誤差の発生は、ボールカッタ１のＲ中心が、Ｃ
軸に対しΔｒだけオフセットしていることに起因して発
生するものである。

【０００８】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、同時４軸制御加工装置
における機械構造上および制御上の誤差を減少させて、
同時４軸制御加工を高精度かつ高速で行うことを可能と
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の、本発明の請求項１に係る工具アタッチメントは、互
いに直交する第１軸、第２軸および第３軸方向への直線
動作と、当該各軸の何れか１軸を中心とする旋回動作と
を同時制御して、ボールカッタにより曲面加工を行う同
時４軸加工装置の工具アタッチメントであって、前記旋
回動作に係る第４軸に対し前記ボールカッタの軸心を傾
斜させ、かつ、前記ボールカッタのＲ中心を前記第４軸
と一致させて、前記ボールカッタを支持可能としたこと
を特徴とするものである。本発明によれば、前記ボール
カッタのＲ中心と前記第４軸とのオフセット分を補正す
ることに起因して発生する、同時４軸加工装置の機械構
造上および制御上の誤差を無くし、かつ、制御最大速度
の低下を防ぐことができる。

【００１０】また、本発明の請求項２に係る工具アタッ
チメントは、請求項１記載の工具アタッチメントにおい
て、前記工具ホルダをその回転軸に固定したモータと、
該モータを前記第４軸に対し所定の角度で傾斜支持する
基台とを有するものである。本発明によれば、前記基台
によって所定の角度で傾斜支持されたモータにより、前
記工具ホルダを回転駆動して、前記工具ホルダにより支
持されたボールカッタで、曲面加工を行うことが可能と
なる。

【００１１】また、本発明の請求項３に係る工具アタッ
チメントは、請求項２記載の工具アタッチメントにおい
て、前記基台は、前記第４軸と直交する方向へと移動す
るスライド機構を備えることを特徴とする。本発明によ
れば、前記スライド機構によって、基台を移動させるこ
とにより、工具ホルダを前記第４軸と直交する方向へと
移動させて、前記ボールカッタのＲ中心を前記第４軸に
一致させることができる。

【００１２】また、本発明の請求項４に係る工具アタッ
チメントは、請求項２または３記載の工具アタッチメン
トにおいて、前記基台は、前記モータを前記ボールカッ
タの軸心方向と平行な方向へと移動させるスライド機構
を備えるものである。本発明によれば、前記スライド機
構によって、前記モータを移動させることにより、前記
工具ホルダを前記ボールカッタの軸心方向と平行な方向
へと移動させ、前記ボールカッタのＲ中心を前記第４軸
に一致させることができる。

【００１３】また、上記課題を解決するための、本発明
の請求項５に係る加工方法は、請求項１から４のいずれ
か１項記載の工具アタッチメントを用いた同時４軸加工
装置の加工方法であって、前記ボールカッタの軸心を傾
斜させ、かつ、前記ボールカッタのＲ中心を前記第４軸
と一致させた条件下で同時４軸加工データを作成し、該
同時４軸加工データに基き、前記工具アタッチメントに
より支持されるボールカッタで加工を行うことを特徴と
するものである。本発明によれば、前記ボールカッタの
Ｒ中心と前記第４軸とのオフセット分を補正することに
起因して発生する、同時４軸加工装置の機械構造上およ
び制御上の誤差を無くし、かつ、前記オフセット分を補
正することによる同時４軸加工データのデータ量を減少
させて、制御最大速度を高めることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分
及び相当する部分については同一符号で示し、詳しい説
明は省略する。

【００１５】図１には、本発明の実施の形態に係る、同
時４軸加工装置のアタッチメント10を示している。アタ
ッチメント10は、軸頭４内に、工具ホルダ２をその回転
軸に固定したモータを内蔵し、モータを含む軸頭４を、
基台11によって、Ｃ軸に対し所定の角度θで傾斜支持し
たものである。また、かかる構造において、工具ホルダ
２は、ボールカッタ１のＲ中心Ｒ_CをＣ軸と一致させ
て、ボールカッタ１を支持することができるように位置
決めされている。なお、アタッチメント10は、アタッチ
メント10自体をＣ軸回りに回転駆動する駆動軸体（図示
省略）に対し、着脱自在となっている。よって、ボール
カッタ１の長さや径毎に専用のアタッチメント10を用意
しておき、それらを適宜交換することで、確実に、ボー
ルカッタ１のＲ中心Ｒ_CをＣ軸と一致させることができ
る。また、アタッチメント10と本体との連結構造および
加工装置本体の構造は、従来のものをそのまま用いるこ
とが可能である。

【００１６】また、図２に示すように、アタッチメント
1の基台11に、Ｃ軸と直交する方向（矢印Ｄ方向）へと
移動するスライド機構12を設けることも可能である。図
２の例では紙面と平行な方向へのスライド動作を示して
いるが、これに代えて紙面と直交する方向へのスライド
機構を設けたり、または、双方のスライド機構を供える
ものとすることも可能である。さらに、図３に示すよう
に、基台11に、モータを内蔵する軸頭４をボールカッタ
１の軸心方向と平行な方向（矢印Ｅ方向）へと移動させ
るスライド機構13を設けることも可能である。

【００１７】上記のアタッチメント10を同時４軸加工に
用いる際には、ボールカッタ１の軸心を所定の角度θに
傾斜させ、かつ、ボールカッタ１のＲ中心Ｒ_CをＣ軸と
一致させた条件下で同時４軸加工データを作成し、該同
時４軸加工データに基き、工具アタッチメント10により
支持されるボールカッタ１で加工を行うものである。

【００１８】上記構成をなす本発明の実施の形態によ
り、以下のような作用効果を得ることができる。まず、
本発明の実施の形態によれば、工具アタッチメント10の
工具ホルダ２によって、Ｃ軸に対しボールカッタ１の軸
心を傾斜させ、かつ、ボールカッタ１のＲ中心Ｒ_CをＣ
軸と一致させて、ボールカッタ１を支持することが可能
となり、従来、ボールカッタ１のＲ中心Ｒ_CとＣ軸との
オフセット量Δｒの分を補正することに起因して発生し
ていた、同時４軸加工装置の機械構造上および制御上の
誤差を無くし、かつ、制御最大速度の低下を防ぐことが
可能となる。また、従来問題となっていた、制御装置が
認識するオフセット量と、実際のオフセット量Δｒとの
間に誤差がある場合の加工精の低下も、アタッチメント
10側の調整のみで精度保証可能となる。

【００１９】また、工具アタッチメント10は、工具ホル
ダ２をその回転軸に固定したモータを内蔵する軸頭４
と、該モータを内蔵する軸頭４をＣ軸に対し所定の角度
θで傾斜支持する基台11とを有するものであることか
ら、基台11によって所定の角度θで傾斜支持されたモー
タを内蔵する軸頭４により、工具ホルダ２を回転駆動し
て、工具ホルダ２により支持されたボールカッタ１で、
曲面加工を行うことが可能となる。特に、近年では、軸
頭４に内蔵されたモータの小型化、軽量化が促進されて
いることから、アタッチメント10の重量バランスを考慮
しつつ、Ｃ軸に対しボールカッタ１の軸心を傾斜させ、
かつ、ボールカッタ１のＲ中心Ｒ_CをＣ軸と一致させ
て、ボールカッタ１を支持することが可能なアタッチメ
ントを、軽量、コンパクトに構成することが可能とな
る。

【００２０】また、図２に示すように、工具アタッチメ
ント10の基台11に、Ｃ軸と直交する方向（矢印Ｄ方向）
へと移動するスライド機構12を設けた場合には、スライ
ド機構12によって、基台11を移動させることにより、工
具ホルダ２をＣ軸と直交する方向へと移動させて、ボー
ルカッタ１のＲ中心Ｒ_CをＣ軸に一致させることができ
る。特に、長さＡの異なるボールカッタを交換して用い
る場合に、ボールカッタ１のＲ中心Ｒ_CをＣ軸に一致さ
せることが容易となり、工具アタッチメント10の汎用性
を高めることが可能となる。

【００２１】また、図３に示すように、工具アタッチメ
ント10の基台11に、モータを内蔵する軸頭４を、ボール
カッタ１の軸心方向と平行な方向（矢印Ｅ方向）へと移
動させるスライド機構13を設けた場合には、スライド機
構13によって、モータを内蔵する軸頭４を移動させるこ
とにより、工具ホルダ２をボールカッタ１の軸心方向と
平行な方向（矢印Ｅ方向）へと移動させ、ボールカッタ
のＲ中心Ｒ_CをＣ軸に一致させることができる。この場
合にも、長さＡの異なるボールカッタを交換して用いる
際に、ボールカッタ１のＲ中心Ｒ_CをＣ軸に一致させる
ことが容易となり、工具アタッチメント10の汎用性を高
めることが可能となる。なお、必要に応じて、工具アタ
ッチメント10に、スライド機構12、13の両方を設けるこ
とも可能である。

【００２２】そして、工具アタッチメント10を同時４軸
加工装置に取付けて用いる場合には、ボールカッタ１の
軸心を傾斜させ、かつ、ボールカッタ１のＲ中心Ｒ_Cを
Ｃ軸と一致させた条件下で同時４軸加工データを作成す
ることで、前記ボールカッタのＲ中心と前記第４軸との
オフセット分を補正することに起因して発生する、同時
４軸加工装置の機械構造上および制御上の誤差を無く
し、かつ、前記オフセット分を補正することによる同時
４軸加工データのデータ量を減少させて、制御最大速度
を高めることができる。そして、この同時４軸加工デー
タに基き、工具アタッチメント10により支持されるボー
ルカッタ１で加工を行うことにより、加工に要する時間
の短縮を図ることができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明はこのように構成したので、ボー
ルカッタ１のＲ中心が、Ｃ軸に対しΔｒだけオフセット
していることに起因して発生していた、同時４軸制御加
工装置における機械構造上および制御上の誤差を減少さ
せて、同時４軸制御加工を高精度かつ高速で行うことが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る、同時４軸加工装置
のアタッチメントを示す模式図である。

【図２】図１のアタッチメントの応用例を示す模式図で
ある。

【図３】図１のアタッチメントの他の応用例を示す模式
図である。

【図４】従来の同時４軸制御加工装置による加工例を示
す概略図である。

【図５】従来の、同時４軸加工装置のアタッチメントの
内部構造を示す模式図である。

【図６】従来の、同時４軸加工装置のアタッチメントの
内部構造の別例を示す模式図である。

【図７】従来のアタッチメントを用い、同時４軸加工を
行う際の、直線状の加工経路Ｌと、当該加工経路Ｌを得
るための、加工データ上の制御経路Ｍとを示す模式図で
ある。

【図８】図７に示す円弧状の制御経路を構成する擬似円
弧と、理想の円弧との幾何学的誤差を、制御周期との関
係で比較した図である。

【符号の説明】

１ ボールカッタ ２ 工具ホルダ ３ アタッチメント ４ 軸頭 ５ 駆動軸 ６ 従動軸 ７、８ かさ歯車 ９ モータ 10 アタッチメント 11 基台 12、13 スライド機構 Ｌ 加工経路 Ｍ 制御経路 Ｒ_C ボールカッタのＲ中心 Ｗ ワーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 正幸 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3C016 FA01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに直交する第１軸、第２軸および第
   ３軸方向への直線動作と、当該各軸の何れか１軸を中心
   とする旋回動作とを同時制御して、ボールカッタにより
   曲面加工を行う同時４軸加工装置の工具アタッチメント
   であって、 前記旋回動作に係る第４軸に対し前記ボールカッタの軸
   心を傾斜させ、かつ、前記ボールカッタのＲ中心を前記
   第４軸と一致させて、前記ボールカッタを支持可能とし
   たことを特徴とする工具アタッチメント。
2. 【請求項２】 前記工具ホルダをその回転軸に固定した
   モータと、該モータを前記第４軸に対し所定の角度で傾
   斜支持する基台とを有することを特徴とする請求項１記
   載の工具アタッチメント。
3. 【請求項３】 前記基台は、前記第４軸と直交する方向
   へと移動するスライド機構を備えることを特徴とする請
   求項２記載の工具アタッチメント。
4. 【請求項４】 前記基台は、前記モータを前記ボールカ
   ッタの軸心方向と平行な方向へと移動させるスライド機
   構を備えることを特徴とする請求項２または３記載の工
   具アタッチメント。
5. 【請求項５】 請求項１から４のいずれか１項記載の工
   具アタッチメントを用いた同時４軸加工装置の加工方法
   であって、 前記ボールカッタの軸心を傾斜させ、かつ、前記ボール
   カッタのＲ中心を前記第４軸と一致させた条件下で同時
   ４軸加工データを作成し、該同時４軸加工データに基
   き、前記工具アタッチメントにより支持されるボールカ
   ッタで加工を行うことを特徴とする加工方法。