JP2006326814A - Ｎｃ自動旋盤 - Google Patents

Abstract

【課題】 カム装置のカムに倣って被削材を切削するＮＣ自動旋盤において、少ない種類の数のカムで多様な切削形状そして大きさの加工が行え、かつ高精度を維持しながら高速加工を行うことを目的とする。
【解決手段】 刃物の切込み方向に駆動を受けて移動する刃物台６にカム装置１１が配設され、該カム装置１１はカム１５の回転に伴うカム１５のリフト量をそのまま直線移動に変換する直線運動変換装置１６を有し、刃物１２が該直線運動変換装置１６に連結されて切込み方向で上記直線移動することにより、該刃物１２は上記刃物台６の移動量と直線運動変換装置１６の移動量が重畳されて移動し、制御装置により主軸とカムが同期回転するように制御される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被削材を把持する主軸と連動するカム装置を有し、カム装置のカム形状に倣って被削材を切削加工するＮＣ自動旋盤に関する。

非円形や偏心円の断面を有する軸体の切削加工方式として、従来のＮＣ自動旋盤では、特許文献１に開示されているごとく、加工すべき形状を事前にプログラム化し、それを制御装置のメモリーに記憶させ、記憶させた加工プログラムにしたがい、直交座標を有する刃物台に取り付けられた刃物を用いて順次切削加工を行わせることが知られている。

この方式は、切削加工に入る前段階で加工制御に係わるプログラムの作成に多大な時間を必要とし、また、プログラムの内容によっては切削速度が上げられないという問題もある。

一方、簡便な方式として知られているカム装置単体による偏心軸体の加工では、加工制御プログラムの作成が不要であること、加工精度を維持しながら比較的高速での切削加工が可能であることなどの利点がある。
特開平０５−３０５５０１

しかし、カム装置単体による加工では、カムと被削材とは、それらの形状そして寸法において、一対一で対応しており、その関係に自由度がなく、形状や寸法の変更が自由でない。したがって、各種の形状や大きさの断面をもつ軸体を加工する場合、これらの種類のすべてに対応した種類のカムを準備する必要がある。

本発明は、このような事情に鑑み、デジタル制御を有するＮＣ自動旋盤とアナログ制御を有するカム装置の各々がもつ利点機能を採取し、両者の機能を汎用ＮＣ自動旋盤に組み込みハイブリッド化することで、切削形状そして大きさの変更に自由度があり、また加工精度を維持しながら比較的高速での切削を可能とするＮＣ自動旋盤を提供することを目的とする。

本発明に係るＮＣ自動旋盤は、被削材を把持する主軸と連動するカム装置を有し、カム装置のカム形状に倣って被削材を切削加工する。

かかる自動旋盤において、本発明は、刃物の切込み方向に駆動を受けて移動する刃物台にカム装置が配設され、該カム装置はカムの回転に伴うカムのリフト量をそのまま直線移動に変換する直線運動変換装置を有し、刃物が該直線運動変換装置に連結されて切込み方向で上記直線移動することにより、該刃物は上記刃物台の移動量と直線運動変換装置の移動量が重畳されて移動し、制御装置により主軸とカムが同期回転するように制御されることを特徴としている。

このような構成の本発明では、先ず被削材の所定形状に合わせて所望のカムの選定が行われ、また、別途、被加工物の外径に合せて刃物台の移動量を定めるプログラムが設定される。したがって、カムの変位曲線にもとづくリフト量と刃物台の移動量とが重畳された量が被削材に対する刃物の切込量となる。例えば、被削材として偏心円の軸体を加工する
ときには、基礎円が刃物台の移動量、偏心量がカムのリフト量で決まる。したがって、両者を適宜組み合せることにより多様な形・大きさの軸体の加工が可能となる。このように、直径に係る基礎円と偏心量に係るカムのリフト量とを切り離して設定し、リフト量をそのまま被削材の偏心量とすることができるので、カムを精度よく製作するならば、被削材の径に係りなく高精度のリフト量がそのまま被削材の偏心量として伝達されて、被削材は高精度に加工される。従来のカム装置単体の場合には、例えば、大きな径の被削材のときには、カムの動きが拡大機構を経由するので拡大されて被削材を加工するようになり、これに伴い誤差も拡大されてしまい、加工精度を低下させてしまったのに比し、大きな利点となる。

本発明において、カム装置は複数の異なるカムを有しカム従動子が段階的にもしくは連続的に一つのカムから他のカムへ係合を選択的に変えることが可能となっていることが好ましい。こうすることにより、制御装置の指令によりカム従動子と係合するカムを選択して、各種の径そして形状を容易に設定できる。

本発明において、カムは、被削材が偏心量を伴う軸体の場合には、偏心軸線をもつ円形カムとすることができる。その場合、円形カムはテーパ状のカム軸として形成され、カム従動子がカム軸に対し軸線方向に相対移動して軸線方向での係合位置を選択可能とし、選択された任意の係合位置でのカム軸の断面における周面が変位曲線を形成しているようにすることができる。こうすれば、カム軸の形状によって、基礎円と変位曲線を連続的に選定できる。

また、円形カムは変位曲線が異なる複数の円板カムで形成され、該複数の円板カムが軸線方向でカム従動子と相対移動して、係合するカムを段階的に選択して切換えることも可能である。

以上のように、本発明では、被削材の加工形状を、基礎円と偏心量と切り離して、前者を刃物台の移動量によりそして後者をカムのリフト量で定めることとしたので、刃物台の移動量とカムのリフト量の選択と組み合せにより多種の大きさそして形状を加工でき、その結果、従来のＮＣ自動旋盤のような複雑な加工プログラムを作成する必要も、あるいはカム装置単体による加工のごとく被加工物の大きさそして形状に一対一で対応させた多種のカムを製作する必要もなくなり、きわめて簡単な構成でそして少ない種類のカムで、多種の加工を高速で実現できる。

さらに本発明では、このように、直径に係る基礎円と偏心量に係るカムのリフト量とを切り離して設定し、リフト量をそのまま被削材の偏心量とすることができるので、カムを精度よく製作するならば、被削材の径に係りなく高精度のリフト量がそのまま被削材の偏心量として伝達されて、被削材は高精度に加工される。従来のカム装置単体の場合には、例えば、大きな径の被削材のときには、カムの動きが拡大機構を経由するので拡大されて被削材を加工するようになり、これに伴い誤差も拡大されてしまい、加工精度を低下させてしまったのに比し、大きな利点となる。

以下、図面にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。

図１はＮＣ自動旋盤の主軸及び刃物台の位置関係を示す。この位置関係を示すのに便宜なように、立体空間で直交座標Ｘ，Ｙ，Ｚを設定する。図において、符号１は、主軸スタンドであり、旋盤のベッド(図示せず)上で紙面に対し直角なＺ方向にスライド案内されている。この主軸スタンド１には、主軸２が設けられて、被削材、例えばＺ方向に長い丸棒
素材をブッシュ４で把持している。

上記主軸スタンド１に対し、Ｚ方向手前位置には、Ｚ方向には不動の刃物台用スタンド５が設けられていて、ここには該刃物台用スタンド５上をＸ方向とＹ方向に移動可能な刃物台６が設けられている。この刃物台６には、複数（図示の例では四つ）の刃物ホルダ７，８，９，１０がＹ方向に間隔をもって設けられていて、刃物台６がＹ方向に移動することにより、加工に用いる刃物を保持せる刃物ホルダを選定する。図示の例では刃物ホルダ８に、本発明に係るカム装置１１が取り付けられており、該カム装置１１で刃物１２が保持されている。なお、他の刃物ホルダ７，９，１０には、他種の刃物が直接保持されている。勿論、刃物ホルダ８と同様に他の刃物ホルダにも刃物がカム装置を介して保持されていてもよい。上記刃物１２は、刃物台６のＸ方向移動によって、主軸２で把持されている被削材３に対して切り込む。

刃物ホルダ８に取り付けられているカム装置１１は、図２に見られるごとく、上記刃物ホルダ８により保持されている基台１３上に設けられたモータ１４により回転される円形カム１５と、該カム１５と協働する直線運動変換装置１６とを有し、該直線運動変換装置１６の先端部に刃物１２が保持されている。

本実施形態において、モータ１４はその駆動軸１４Ａが、主軸により把持されている棒状の被削材３の軸線、すなわち主軸の軸線と平行となる位置に配されており、円形カム（例えば、円板カム）１５がこの駆動軸１４Ａに対して偏心して取り付けられている。この円形カム１５は、軸線１５Ａを中心とした半径Ｒの円筒外周面を有し、上記軸線１５Ａが上記モータ１４の駆動軸１４Ａの軸線に対し距離ｒだけ偏心している。

上記円形カム１５と協働する直線運動変換装置１６は、円形カム１５の周面に接触するカム従動子としてのボール１６Ａと、該ボール１６Ａを回転自在に保持する部分に対して屈曲されて上記主軸の方（図１ではＸ方向）へ延びるＬ字状の腕体１６Ｂと、該腕体１６Ｂに取り付けられてさらに主軸の方へ延びる軸体１６Ｃと、該軸体１６Ｃの先端部に取り付けられた刃物保持体１６Ｄとを有している。上記腕体１６Ｂそして軸体１６Ｃの少なくとも一方は、それらの長手方向たるＸ方向にのみ摺動可能に軸受等により案内支持されていると共に、上記ボール１６Ａが上記Ｘ方向で円形カム１５と常時接触しているように図示しないばね等により付勢されている。また、刃物保持体１６Ｄは、バイト等の刃物１２を交換自在に保持するようになっている。

かかる直線運動変換装置１６による、カムの回転運動を直線運動への変換の原理は、次のごとくである。

円形カム１５がその回転軸線Ｏ（モータの駆動軸１４Ａの回転軸線と一致）まわりに角度θだけ回転したとき、上記軸線Ｏと、ボール１６Ａがカムと接触する点Ｃとの距離Ｌは、図３（Ｂ）でも明らかなように、

（数１）
Ｌ＝ｒcosθ＋Ｒ√｛１−（ｒsinθ／Ｒ）²｝ （１）
で表される。

すなわち、ボール１６Ａの円形カム１５との接触点Ｃは、軸線ＯからＸ方向でＬの距離にある。ボール１６ＡはＸ方向のみに移動可能なので、図３（Ａ）に見られるように、刃物１２の先端たる刃先１２Ａは被削材の中心Ｓとの距離が上記距離Ｌとなるように移動する。ここで、円形カム１５の回転と主軸２の回転は同期しており、円形カム１５が一回転すると主軸２すなわち被削材も一回転する。

図３（Ａ）に実線で示されるようにθ＝０°（及びθ＝３６０°）のとき、Ｌ＝Ｌ₀（＝Ｒ＋ｒ）であるが円形カム１５の回転に伴いθが変化すると、Ｌは上記（１）式にしたがい変化する。θ＝０°のときＬはＬ₀となる最大値であるが、二点鎖線で示される、θ＝１８０°のとき最小値Ｌ₁となる。すなわち、カム従動子はＬ₀−Ｌ₁の範囲で移動する。これに伴い刃物１２の刃先１２Ａもこれと同じＬ₀−Ｌ₁の範囲で移動する。すなわち、カム従動子のリフト量（変位量）の最大値はＬ₀−Ｌ₁である。

このようにして、円形カム１５が一回転すると、カムのリフト量がそのまま刃物１２の刃先１２ＡのＸ方向移動、すなわち切込量となって、主軸２により把持されている被削材３が一回転する間に該被削材３の加工がなされる。かくして、主軸２の軸線Ｓに対し距離ｒだけ偏心した半径Ｒの円をなす偏心円の加工が可能となる。

刃物１２の刃先１２Ａの加工開始位置は、ＮＣ機能での刃物台６のＸ方向移動により決定される。したがって、被削材３の直径の大小により刃物１２は刃物台６の移動に伴い前進後退し、その位置に対して加工量がカムの変位曲線のリフト量により定まる。図３（Ａ）では、刃先１２Ａの加工開始位置が破線で示される刃物に見られる位置まで後退している例が示されている。

本実施形態において、円形カム１５と主軸２との同期及び刃物台６の移動とは、ＮＣ自動旋盤に備えられたＮＣ機能をもつ制御装置により行われる。

このように、本発明によると、被削材の直径の大小に拘らず、カムのリフト量がそのまま被削材の切込量となるので、従来のカム装置単体によるカムの形状の転写における場合に生ずる、大きい被削材に対してカム変位量を拡大機構により拡大して刃物を移動させると誤差も拡大されてしまうという問題は、本発明によって回避できる。したがって、カムを精度よく製作しておけば、本発明ではその精度での被削材の加工ができる。しかも、この精度を維持しつつ、ＮＣ機能での刃物台６の移動によって、被削材の直径の大小に対処できる。

本発明は、図１〜３の実施形態に限定されず、種々変更可能である。例えば、カム装置１１を、図４に見られるごとく、複数のカムを有するようにして、適宜選択するようにできる。なお、図４において、前出実施形態と共通部位には、同一符号を付してその説明を省略する。

図４の例では、モータ１４の駆動軸１４Ａには、それぞれ変位曲線の異なる大中小三つの円形カム（例えば円板カム）１５−１，１５−２，１５−３が取り付けられている。図示の状態では、直線運動変換装置の腕体１６Ｂに保持されたボール１６Ａは、上記円形カム１５−１に係合している。

上記円形カム１５−１，１５−２，１５−３を回転駆動するモータ１４は、可動部材２０により支持されており、該可動部材２０にはラック２０Ａが形成され、このラック２０Ａにモータ２２の駆動軸２２Ａで回転されるピニオン２１が噛合している。したがって、このモータ２２でピニオン２１を所定回数だけ回転させることにより、この回転によって可動部材２０を左右に所定距離だけ移動させることができ、選択されたカム１５−１，１５−２，１５−３のうちの一つに対してボール１６Ａが係合するようになる。なお、その際、図示していないが、ボール１６Ａはその係合に必要距離だけＸ方向に移動するようになっている。

このような形態によれば、カムを交換することなく、モータ２２の回転により、所望の
変位曲線をもったカムを素早く選択できる。この形態においても、被削材の直径の大小に対しては、刃物台６をＸ方向に移動することにより対処する。

図４では、カムは段階的に選択可能であるが、これを連続的に行わしめることも可能である。図５において、図４の三つのカムに代えて、テーパ状のカム軸１７が採用されている。他の部材は、図４の場合と同様であり、共通部材に同一符号を付してその説明は省略する。

カム軸１７はテーパ軸として形成され、その軸線に直角な断面は軸線方向のどの位置でも円形である。該カム軸１７はその軸線がモータ１４の駆動軸１４Ａに対し所定距離だけ偏心して取り付けられている。上記カム軸１７には、直線運動変換装置の腕体１６Ｂにより支持されているボール１６Ａが係合しており、上記カム軸１７を軸線方向に移動することにより、上記ボール１６Ａとの係合位置を変え、所望のカム変位曲線を選択する。このカム軸１７の軸線方向移動は、図４の場合と同様に、モータ２２により回転されるピニオン２１と噛合するラック２０Ａを有する可動部材２０に取り付けられた上記モータ１４を、上記モータ２２の所定数だけ回動することにより、移動させることにより行われる。

また、本発明は、偏心した円板をもつ円形カムのみならず、任意の形状をもつカムを用いて、その形状をそのまま被削材に転移することが可能である。

本発明の一実施形態としてのＮＣ自動旋盤の主軸及び刃物台の位置関係を示す概要図である。 図１の装置におけるカム装置の構成を示す図である。 図１のカム装置に用いられる刃物が取り付けられた直線運動変換装置の作動原理をカムとの係りで示す図である。 本発明の他の実施形態を示す概要図である。 本発明のさらに他の実施形態を示す概要図である。

符号の説明

２ 主軸
３ 被削材
６ 刃物台
１１ カム装置
１２ 刃物
１５ カム
１５−１，１５−２，１５−３ カム
１６ 直線運動変換装置
１６Ａ カム従動子
１７ カム軸

Claims (5)

1. 被削材を把持する主軸と連動するカム装置を有し、カム装置のカム形状に倣って被削材を切削加工する自動旋盤において、刃物の切込み方向に駆動を受けて移動する刃物台にカム装置が配設され、該カム装置はカムの回転に伴うカムのリフト量をそのまま直線移動に変換する直線運動変換装置を有し、刃物が該直線運動変換装置に連結されて切込み方向で上記直線移動することにより、該刃物は上記刃物台の移動量と直線運動変換装置の移動量が重畳されて移動し、制御装置により主軸とカムが同期回転するように制御されることを特徴とするＮＣ自動旋盤。
2. カム装置は複数の異なるカムを有しカム従動子が段階的にもしくは連続的に一つのカムから他のカムへ係合を選択的に変えることが可能となっており、制御装置の指令によりカム従動子と係合するカムが選択されることとする請求項１に記載のＮＣ自動旋盤。
3. カムは偏心軸線をもつ円形カムであることとする請求項１又は請求項２に記載のＮＣ自動旋盤。
4. 円形カムはテーパ状のカム軸として形成され、カム従動子がカム軸に対し軸線方向に相対移動して軸線方向での係合位置を選択可能とし、選択された任意の係合位置でのカム軸の断面における周面が変位曲線を形成していることとする請求項３に記載のＮＣ自動旋盤。
5. 円形カムは変位曲線が異なる複数の円板カムで形成され、該複数の円板カムが軸線方向でカム従動子と相対移動して、係合するカムを選択的に切換え可能とする請求項３に記載のＮＣ自動旋盤。

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