JP2010017801A

JP2010017801A - 切削加工方法及び切削加工装置

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Publication number: JP2010017801A
Application number: JP2008179412A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Yoshino; 清吉野
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2010-01-28
Anticipated expiration: 2028-07-09
Also published as: US8801345B2; CN101623764A; IT1394728B1; US9649734B2; US20100005936A1; DE102009032448A1; CN101623764B; US20140216218A1; ITMI20091093A1; JP5171444B2

Abstract

【課題】加工領域を狭くする事無く、また加工面の仕上げ精度を損ねることなく、びびり振動を抑制できる汎用性の高い切削加工方法及び切削加工装置を提供する。
【解決手段】工具主軸７は、切り込み角度が変更可能であり、ワーク５の軸線Ｍ１に垂直な平面内に設けたＸ軸上をＸ軸移動機構部１０により並進移動し、Ｙ軸上をＹ軸移動機構部８により並進進移動する。工具主軸７の切り込み角度をワーク５の動剛性が大きな角度に設定すると共に、切削工具６の軸線Ｍ３をワーク軸線Ｍ１に交差させ、Ｘ軸移動機構部１０及びＹ軸移動機構部８を協調動作させて、切削工具６をワーク５に対してワーク５の軸線に向かって切り込んで切削する。
【選択図】図２

Description

本発明は切削加工に関し、特にワークにびびり振動等が発生し難く、精度の高い切削加工が可能な切削加工方法及び切削加工装置に関する。

切削加工は、通常図１１の説明図に示すような構成で行われる。図１１において、３５は被切削加工物（ワーク）、３６は刃物台、３７は切削工具、３８はモータであり、Ｍ１はワーク３５の軸線、Ｍ５は工具軸線を示している。この図１１に示すように、刃物台３６はワーク３５の軸線Ｍ１と工具軸線Ｍ５が交差するように切削工具３７を備え、モータ３８によりＸ軸方向に並進移動可能となっている。そして、外径切削加工は、切削工具によるワーク３５の軸線方向切り込みを、ワーク３５に対してモータ３８によりＸ軸方向から行い、ワーク３５を回転させながら切削工具３７をワーク軸線Ｍ１方向に送ることで実施している。

しかし、この加工方法で重切削を行うと、ワーク３５の動剛性が小さい場合はびびり振動が発生して、ワーク加工面の仕上げ精度を悪化させたり、切削工具３７を損傷させるなどの問題が生じる場合があった。そこで、このような問題を解決するために、たとえば特許文献１や特許文献２に記載された切削加工方法が提案された。特許文献１に記載されている方法は、ワーク３５を旋削加工（切削加工）するにあたり、振れ止め装置をワーク３５に当接させてワーク３５の振動を抑えるものであった。また、特許文献２に記載されている方法は、ワーク３５の回転速度、即ち、主軸の回転速度を周期的に変動させて、びびり振動の抑制を図るものであった。

実用新案登録２５９０５９３号公報特開昭４９−１０５２７７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の方法は、ワーク３５の振れ止め装置が加工機械内に設置されるため、加工領域が狭くなり工作機械の小型化には不向きであった。一方、特許文献２に記載の方法は、加工中に主軸の回転速度を変動させるため、ワーク３５の加工面に回転速度の変動に起因した筋目が残りやすく、仕上げ精度が悪化するといった問題があった。

ここで、ワークのびびり振動と動剛性について説明すると、ワークのびびり振動は加工時に発生する振動現象で、加工条件やワークの動剛性等によって発生の有無が決まり、重切削など負荷の大きい加工条件で発生しやすく、ワークの動剛性が小さいと発生し易い。
図１２は動剛性の逆数であるワークの動コンプライアンスの一例を示している。この図から、角度３０°方向は動コンプライアンスが小さく（動剛性の値が大きく）、１２０°方向は動コンプライアンスが大きく（動剛性が小さく）なっていることがわかる。このように、ワークの動コンプライアンスには通常異方性があり、角度により動剛性が変化する。これは、ワーク自体が円柱形状で等方的であっても同様であり、主軸台に内在している異方性の影響を受けるためである。

この測定結果から、切削加工時にワークの回転中心に向かって切り込む角度が、ワークの動コンプライアンスが大きい１２０°の角度であればびびり振動が発生し易いが、動コンプライアンスの小さい３０°の角度であればびびり振動が発生し難く良好な加工が可能となる。また、切削工具が回転工具である場合の転削加工も同様であり、動コンプライアンスの小さい角度から切削加工すれば剛性の高い角度での加工となり、精度の高い加工が可能となる。

そこで、本発明は、上記ワークの動剛性の特性を鑑みて成されたものであって、加工領域を狭くする事無く、また加工面の仕上げ精度を損ねることなく、びびり振動を抑制できると共に加工精度を向上できる汎用性の高い切削加工方法及び切削加工装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、ワークの軸線に直交する方向から前記軸線に向けて切削工具を配置し、前記切削工具によるワーク切り込み角度を変更する角度変更手段を備えて切削加工を行う切削加工方法であって、ワークの動剛性が大きい角度を検出する角度検出ステップと、ワーク軸線に向かって切削工具を切り込む角度を、前記動剛性が大きい角度になるよう前記角度変更手段を調整する切り込み角度設定ステップと、設定された切り込み角度を維持して前記切削工具によりワークを切削する切削ステップと、を有することを特徴とする。
この方法によれば、ワークの回転中心に向かって切り込む角度をワークの動剛性の大きい方向に決定して加工するため、びびり振動の発生を抑えることができるし精度の高い加工を実施することができる。加えて、振れ止め装置といった装置を必要としないため、加工領域に影響を与えず汎用性が高い。

請求項２の発明は、ワークの軸線に直交する方向から前記軸線に向けて切削工具を配置し、ワーク或いは切削工具のうち一方が回転して切削する切削加工装置であって、前記切削工具のワーク切り込み角度を変更する角度変更手段と、ワークの動剛性が大きい角度を検出する角度検出手段と、前記角度変更手段を制御する角度設定手段と、切削を制御する切削制御手段と、を有し、前記角度設定手段が、前記角度検出手段により検出された動剛性が大きい角度に一致するよう前記角度変更手段を制御すると共に、前記切削制御手段が、前記角度設定手段により設定された切り込み角度を維持して前記切削工具によりワークの切削を実施することを特徴とする。
この構成によれば、角度検出手段が動剛性が最も大きい角度を検出して、角度設定手段がワークの回転中心に向かって切り込む角度をその方向に設定して加工するため、びびり振動の発生を抑えることができ、精度の高い加工を実施することができる。加えて、振れ止め装置といった装置を必要としないため、加工領域に影響を与えず汎用性が高い。

請求項３の発明は、請求項２に記載の発明において、ワークの軸線に対して垂直な方向に配置された工具主軸に前記切削工具が装着される一方、前記角度変更手段が、ワークの軸線に垂直な平面内に設けた第１軸上を移動する第１移動手段と、ワークの軸線に垂直な平面内に設けた前記第１軸とは異なる第２軸上を移動する第２移動手段と、前記工具主軸に設けた切り込み角度を変更可能とする工具主軸回動部とで構成され、前記角度設定手段が、前記角度検出手段により検出された動剛性が大きい角度になるよう前記工具主軸の切り込み角度を制御すると共に、前記第１移動手段及び前記第２移動手段を制御して前記切削工具の軸線をワークの軸線に交差させ、前記切削制御手段が、前記第１移動手段及び前記第２移動手段を制御して前記切削工具を２軸上で並進移動させて、前記交差状態を維持させながら回転しているワークに対してワークの回転中心に向かって切り込み制御することを特徴とする。
この構成によれば、工具主軸回動部を回動させることで切り込み角度を動剛性が大きい角度に容易に設定できる。そして、第１移動手段と第２移動手段により切削工具を並進移動させて回転するワークを切削することができ、びびり振動の発生を抑えて精度の高い旋削加工を実施することができる。

請求項４の発明は、請求項２に記載の発明において、ワークの軸線に対して垂直な方向に配置された刃物台に前記切削工具が装着される一方、前記角度変更手段が、前記刃物台の高さを調整する下サドルと、前記下サドル上で前記刃物台の切り込み角度を変更するための上サドルとからなる複合サドルで構成され、更に前記上サドルには、前記切削工具を設定された切り込み角度方向へ並進移動させる１軸移動手段を備え、前記角度設定手段が、前記角度検出手段により検出された動剛性が大きい角度に、前記刃物台の切り込み角度がなるよう前記上サドルの角度を制御すると共に、前記下サドルを制御して前記切削工具の軸線をワークの軸線に交差させ、前記切削制御手段が、前記１軸移動手段を制御して回転しているワークに対してワークの回転中心に向かって切り込み制御することを特徴とする。
この構成によれば、刃物台の傾斜角度を変えることで、切り込み角度を動剛性が大きい角度に容易に設定できる。そして、下サドルと上サドルにより切削工具の軸線をワークの軸線に交差させ、切り込み角度を維持させて回転するワークを切削することができ、びびり振動の発生を抑えて精度の高い旋削加工を実施することができる。

請求項５の発明は、請求項２に記載の発明において、ワークの軸線に対して垂直な方向に配置され、工具回転手段を備えた工具主軸に前記切削工具が装着される一方、前記角度変更手段が、ワークの軸線に垂直な平面内に設けた第１軸上を移動する第１移動手段と、ワークの軸線に垂直な平面内に設けた前記第１軸とは異なる第２軸上を移動する第２移動手段と、前記工具主軸に設けた切り込み角度を変更可能とする工具主軸回動部とで構成され、前記角度設定手段が、前記角度検出手段により検出された動剛性が大きい角度になるよう前記工具主軸の切り込み角度を制御すると共に、前記第１移動手段及び前記第２移動手段を制御して前記切削工具の軸線をワークの軸線に交差させ、前記切削制御手段が、前記第１移動手段及び前記第２移動手段を制御して前記切削工具を２軸上で並進移動させ、前記交差状態を維持させながら前記切削工具を回転させてワークに対してワークの回転中心に向かって切り込み制御することを特徴とする。
この構成によれば、工具主軸回動部を回動させることで、切り込み角度を動剛性が大きい角度に容易に設定できる。そして、第１移動手段と第２移動手段により切削工具を並進移動させて回転工具によりワークを切削することができ、びびり振動の発生を抑えて精度の高い転削加工を実施することができる。

請求項６の発明は、請求項２に記載の発明において、ワークの軸線に対して垂直な方向に配置され、工具回転手段を備えた刃物台に前記切削工具が装着される一方、前記角度変更手段が、前記刃物台の高さを調整する下サドルと、前記下サドル上で前記刃物台の切り込み角度を変更するための上サドルとからなる複合サドルで構成され、更に前記上サドルには、前記切削工具を設定された切り込み角度方向へ並進移動させる１軸移動手段を備え、前記角度設定手段が、前記角度検出手段により検出された動剛性が大きい角度に、前記刃物台の切り込み角度がなるよう前記上サドルの角度を制御すると共に、前記下サドルを制御して前記切削工具の軸線をワークの軸線に交差させ、前記切削制御手段が、前記１軸移動手段を制御して前記切削工具を回転させてワークに対してワークの回転中心に向かって切り込み制御することを特徴とする。
この構成によれば、刃物台の傾斜角度を変えることで、切り込み角度を動剛性が大きい角度に容易に設定できる。そして、下サドルと上サドルにより切削工具の軸線をワークの軸線に交差させ、切り込み角度を維持させながら回転工具によりワークを切削でき、びびり振動の発生を抑えて精度の高い転削加工を実施することができる。

本発明によれば、ワークの回転中心に向かって切り込む角度をワークの動剛性の大きい方向に決定し加工することができる。よって、びびり振動の発生を抑え、仕上げ面精度の高い加工を実施することができる。加えて、振れ止め装置といった装置を別途必要としないため、加工領域に影響を与えず汎用性が高い。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
〈第１実施形態〉
図１〜３は本発明に係る切削加工装置の第１の実施形態を示す説明図であり、図１はＹ軸方向から見た平面図、図２はワークの軸線方向から見た正面図を示している。図１，図２において、１は切削加工装置の主軸台、２は主軸台１に回転可能に支持された主軸、３はワーク５を把持するための爪４を備えて主軸２の先端に設置されたチャック、６は切削工具、７は切削工具６を取り付ける工具主軸、８は工具主軸７をＹ軸方向に並進移動させるＹ軸移動機構部、９は切削加工装置の図示しない基台上に設置されて工具主軸７のＸ軸方向への移動を可能とするサドル、１０はサドル９をＸ軸方向へ並進移動させるＸ軸移動機構部である。

Ｙ軸移動機構部８及びＸ軸移動機構部１０は、ボールねじ機構で構成され、Ｙ軸移動機構部８は、サドル９に設置されたＹ軸モータ８ａにより駆動され、Ｘ軸移動機構部１０は基台に設置されたＸ軸モータ１０ａにより駆動される。

尚、Ｍ１はワークの回転中心であるワーク軸線、Ｍ２は工具主軸軸線、Ｍ３は工具軸線を示し、ワーク軸線Ｍ１に垂直な平面をＸＹ平面としている。そして、工具主軸７は、その先端部に、工具主軸軸線Ｍ２と工具軸線Ｍ３が交差する形で回転割り出し可能に切削工具６を保持し、切削工具の切り込み角度の変更を可能とするための工具主軸回動部Ｌ１を備えている。

図３は、この切削加工装置を制御する制御装置を示している。この図３に示すように、各種モータを制御するための数値制御装置４０、動剛性の大きい角度を算出する角度検出装置４１、主軸２の回転角度を検出する主軸角度検出器４２、Ｘ軸モータ１０ａ駆動によるＸ軸変位量を検出するＸ軸検出器４３、Ｙ軸モータ８ａ駆動によるＹ軸変位を検出するＹ軸検出器４４、切削工具６の角度を検出する工具角度検出器４５を備えている。
尚、２ａは主軸２を回転させる主軸モータ、７ａは工具主軸回動部Ｌ１を駆動する工具主軸モータである。

そして、数値制御装置４０は、ワーク加工プログラムを記憶するプログラム記憶部４７、加工プログラムを解析するプログラム解析部４８、各種モータを制御する駆動制御部４９を備え、角度検出装置４１は、インパルスハンマ５１、動コンプライアンス算出部５２、動コンプライアンスから動剛性が最大となる角度を算出する演算部５３を備えている。

詳しくは、角度検出装置４１において、インパルスハンマ５１により生じた振動を動コンプライアンス算出部５２にてフーリエ解析等の処理を行い、動コンプライアンス値に変更する。演算部５２では、動コンプライアンス値と主軸角度とが同時に入力され、動コンプライアンスが最小（動剛性が最大）となる主軸角度＝ワークの角度（θ）が求められる。これは、インパルスハンマによる測定時に順次送られてくる動コンプライアンス値を以前に値と比較しながら小さい値と角度を残しても良いし、主軸（ワーク）１回転分の値を記憶し、その中の最小値の角度を選出しても良い。
そして、演算部５３により求められた動剛性が最大となる角度は、駆動制御部４９に送られ、駆動制御部４９では通常の加工プログラムを解析して生成された制御指令と合成し、モータ駆動信号を生成して各モータを制御する。

このように構成された切削加工装置による切削加工は以下のように実施される。まず上述した手順で動剛性が最大となる角度（θ）が求められる。そして、この測定結果から、ワーク５の動剛性が大きい方向がＸ軸方向からθの角度である場合（図２に示した状態）、数値制御装置４０により工具主軸７の工具主軸回動部Ｌ１が制御されて、ワーク５の軸線Ｍ１に向かって、即ち回転中心に向かって切り込む角度がθとなる。
その後、数値制御装置４０により、Ｘ軸モータ１０ａ及びＹ軸モータ８ａが操作されて、この角度において切削工具６の工具軸線Ｍ３がワーク軸線Ｍ１に交差する状態が維持され、切削工具５がワーク軸線Ｍ１に向かって切り込む切削制御（旋削制御）が行われる。

ワーク５に対する切削外径加工は、ワーク５を主軸２とともに回転させながら、切削工具５の切り込み角度θを一定に保つと共に、工具軸線Ｍ３をワーク軸線Ｍ１に交差させた状態を維持させて切削工具５を並進移動させて行われる。即ち、切削工具６をワーク５に対してワーク軸線Ｍ１に向かって切り込んで切削される。
切削工具６の並進操作は、Ｘ軸モータ１０ａとＹ軸モータ８ａを協調動作させて工具主軸７を移動させることで実施され、こうしてワーク５の外周面が切り込まれる。ついで、ワーク軸線Ｍ１に沿って送ることにより外径切削加工が行われる。

尚、ワーク外周に溝入れ加工を行う場合も同様であり、外径切削と同様に切削工具６の角度を割り出し、Ｘ、Ｙ軸の合成による移動動作で工具軸線Ｍ３に沿って工具主軸７を送り、切削加工が実施される。

このように、ワークの回転中心に向かって切り込む角度をワークの動剛性の大きい方向に決定して加工するため、びびり振動の発生を抑えることができるし精度の高い加工を実施することができる。加えて、振れ止め装置といった装置を必要としないため、加工領域に影響を与えず汎用性が高い。
また、工具主軸回動部を回動させることで切り込み角度を動剛性が大きい角度に容易に設定できるし、Ｘ軸移動機構部とＹ軸移動機構部により切削工具を並進移動させることで、回転するワークに対してワーク軸線と工具軸線の交差状態を維持させて切削することができ、精度の高い旋削加工を実施することができる。

〈第２実施形態〉
図４は本発明に係る切削加工装置の第２の実施形態を示している。この図４はワーク５の軸線方向から見た正面図であり、１５はＹ軸方向に並進移動する下サドル、１６は下サドル１５をＹ軸方向に並進移動させるＹ軸移動機構部、１８は下サドル１５の上に配置され切削工具１９に切り込み角度を与える上サドル、１７は上サドル１８の傾斜角度を調整するジャッキ、２０は切削工具１９が装着される刃物台、２１は刃物台２０を並進移動させるＸＳ軸移動機構部である。

上サドル１８は、ワーク５側の一端が下サドル１５に回転自在に連結され、他端が伸縮動作するジャッキ１７で支持されている。刃物台２０は、上サドル１８上に設けられたＸＳ軸移動機構部２１を介して上サドル１８に設置され、上サドル１８の最大傾斜方向へ並進移動可能に設置されている。

Ｙ軸移動機構部１６及びＸＳ軸移動機構部２１は、ボールねじ機構で構成され、Ｙ軸移動機構部１６は、図示しない基台に設置されたＹ軸モータ１６ａにより駆動され、ＸＳ軸軸移動機構部２１は上サドル１８に設置されたＸＳ軸モータ２１ａにより駆動される。こうして、刃物台２０は、下サドル１５と上サドル１８とからなる複合サドルにより上下移動すると共に、切り込み角度を変更でき、Ｙ軸モータ１６ａとジャッキ１７に設けられている図示しないジャッキ駆動モータを制御することで任意の切り込み角度に設定できる。尚、Ｍ４は工具軸線を示している。

図５は、この切削加工装置を制御する制御装置を示している。上記図３に示す制御装置とは駆動制御部４９が制御するモータ及び検出器の構成が異なり、ＸＳ軸モータ２１ａ、このＸＳ軸モータ２１ａの駆動による変位量を検出するＸＳ軸検出器５５、ジャッキ１７を駆動するジャッキ駆動モータ１７ａ、このジャッキ駆動モータ１７ａの駆動により変化する角度を検出するジャッキ角度検出器５７を備えている。尚、上記図３と同様の構成要素には同一の符号を付与し、説明を省略する。

このように構成された切削加工装置による切削加工は以下のように実施される。最初に、上述した第１の実施形態と同様の手順で動剛性が最大となる角度（θ）が求められる。尚、この角度は、Ｘ軸方向からみた角度であり、図４は求めた角度θに設定した状態を示している。
こうして求めた角度情報を基に、数値制御装置４０によりジャッキ駆動モータ１７ａが制御されて、ワーク５の回転中心に向かって切り込む角度がθに設定される。

そして、数値制御装置４０は、ワーク軸線Ｍ１と工具軸線Ｍ４が交差するよう刃物台２０の高さをＹ軸移動機構部１６のＹ軸モータ１６ａで調整し、その後ＸＳ軸移動機構部２１のＸＳ軸モータ２１ａを制御して、刃物台２０及び切削工具１９を並進動作させてワーク５の回転中心に向かって切り込みが成され、切削加工が実施される。

このように、ワークの回転中心に向かって切り込む角度をワークの動剛性の大きい方向に決定して加工するため、びびり振動の発生を抑えることができるし精度の高い加工を実施することができる。加えて、振れ止め装置といった装置を必要としないため、加工領域に影響を与えず汎用性が高い。
また、刃物台の傾斜角度を変えることで、切り込み角度を動剛性が大きい角度に容易に設定できるし、下サドルと上サドルにより切削工具の軸線をワークの軸線に交差させ、回転するワークに対してワーク軸線と工具軸線の交差状態を維持させて切削することができ、精度の高い旋削加工を実施することができる。

尚、上記第１及び第２の実施形態では、ワーク５に対して切削工具６，１９を移動させているが、切削加工はワーク５と切削工具６，１９の相対的な移動により行われるものであり、切削工具６，１９に対してワーク５が移動してもよい。

〈第３実施形態〉
図６，７は本発明に係る切削加工装置の第３の実施形態を示す説明図であり、図６はＹ軸方向から見た平面図、図７はワーク５の軸線Ｍ方向から見た正面図を示している。上記第１の実施形態とは工具駆動機構は同様であるが、切削工具５自身が回転して転削加工を行う点が異なっている。
図６，７において、２４は工具回転モータ（図示せず）を内蔵した工具主軸、２５は回転切削する回転工具（切削工具）、２６はサドル９により工具主軸２４を移動操作する主軸保持体であり、上記図１と同一の構成要素には同一の符号を付与してある。尚、主軸保持体２６には、切削工具２５の切り込み角度の変更を可能とする工具主軸回動部Ｌ２が設けられている。

また図８は、この切削加工装置を制御する制御装置を示している。上記図３とは、制御対象に工具２５を回転させる工具回転モータ２５ａが加わり、切削工具２５の切り込み角度は工具主軸回動部Ｌ２を駆動する主軸保持体モータ２６ａで行われる点が異なっている。尚、図３と同様の構成要素には同一の符号を付与して説明を省略する。

このように構成された切削加工装置による切削加工は以下のように実施される。最初に、上述した第１の実施形態で示した手順で動剛性が最大となる角度（θ）が求められる。。尚、この角度は、Ｘ軸方向からみた角度であり、図７は求めた角度θに設定した状態を示している。
こうして求めた角度情報を基に、数値制御装置４０により主軸保持体２６の工具主軸回動部Ｌが回動操作されて、ワーク５の回転中心に向かって切り込む角度がθに設定される。そして、数値制御装置４０により、Ｘ軸モータ１０ａ及びＹ軸モータ８ａが制御され、この角度において切削工具２５の工具軸線Ｍ３がワーク軸線Ｍ１に交差し、切削工具２５がワーク軸線Ｍ１に向かって切り込みが実施される。

ここでは、ワーク５を回転させずワーク５の切削加工が実施され、切削工具２５の切り込み角度θを一定に保つと共に、工具軸線Ｍ３をワーク軸線Ｍ１に交差させた状態を維持させて、工具回転モータ２５ａにより切削工具２５を回転させて実施される。即ち、回転工具２５をワーク５に対してワーク軸線Ｍ１に向かって切り込んでワークを転削加工する。

尚、エンドミル等の工具を用いて、ワークの軸線方向に沿って工具を送ることにより外周に溝を加工したり、平面を加工したりする場合も同様であり、切削工具６の角度を割り出し、Ｘ，Ｙ軸の合成による移動動作で工具軸線Ｍ３に沿って工具を送って切り込み、更に図示しないＺ軸（ワーク軸線方向）の移動を行うことにより切削加工が行われる。

このように、ワークの回転中心に向かって切り込む角度をワークの動剛性の大きい方向に決定して加工するため、びびり振動の発生を抑えることができるし精度の高い加工を実施することができる。加えて、振れ止め装置といった装置を必要としないため、加工領域に影響を与えず汎用性が高い。
また、主軸保持体の工具主軸回動部を回動させることで、切り込み角度を動剛性が大きい角度に容易に設定できるし、Ｘ軸移動機構部とＹ軸移動機構部により切削工具を並進移動させて回転工具によりワーク軸線と工具軸線の交差状態を維持させて切削することができ、精度の高い転削加工を実施することができる。

〈第４実施形態〉
図９は本発明に係る切削加工装置の第４の実施形態を示し、ワーク５の軸線方向から見た正面図を示している。上記第２の実施形態とは工具駆動機構は同様であるが、切削工具５自身が回転して転削加工を行う点が異なっている。
図９において、２９は回転切削する回転工具（切削工具）、３０はモータ（工具回転モータ）を内蔵した刃物台であり、上記図４と同一の構成要素には同一の符号を付与して説明を省略する。

また図１０は、この切削加工装置を制御する制御装置を示している。上記図５とは、制御対象に切削工具２９を回転させる工具回転モータ２９ａが加わった点が異なり、図５と同様の構成要素には同一の符号を付与して説明を省略する。

このように構成された切削加工装置による切削加工は以下のように実施される。まず第１の実施形態で示した手順で動剛性が最大となる角度（θ）が求められる。尚、この角度は、Ｘ軸方向からみた角度であり、図９は求めた角度θに設定した状態を示している。数値制御装置４０によりジャッキ１７のジャッキ駆動モータが制御されて、ワーク５の回転中心に向かって切り込む角度をθとしている。

その後、数値制御装置４０により、ワーク軸線Ｍ１と工具軸線Ｍ４が交差するよう刃物台３０の高さがＹ軸移動機構部１６のＹ軸モータ１６ａで調整され、その後ＸＳ軸移動機構部２１のＸＳモータ２１ａが制御されて刃物台２０及び切削工具１９が並進動作して、回転させた切削工具５によりワーク５の軸線Ｍ１に向かって切り込みが成され、切削加工（転削加工）が実施される。

尚、上記第３の実施形態と同様に、エンドミル等の工具を用いて、ワークの軸線方向に沿って工具を送ることにより外周に溝を加工したり、平面を加工したりする場合も同様であり、切削工具６の角度を割り出し、ＸＳ軸による移動動作で工具軸線Ｍ４に沿って工具を送って切り込み、更に図示しないＺ軸（ワーク軸線方向）の動作を行うことにより切削加工が行われる。

このように、ワークの回転中心に向かって切り込む角度をワークの動剛性の大きい方向に決定して加工するため、びびり振動の発生を抑えることができるし精度の高い加工を実施することができる。加えて、振れ止め装置といった装置を必要としないため、加工領域に影響を与えず汎用性が高い。
また、刃物台の傾斜角度を変えることで、切り込み角度を動剛性が大きい角度に容易に設定できる。そして、下サドルと上サドルにより切削工具の軸線をワークの軸線に交差させ、切り込み角度を維持させながら回転工具によりワークを切削でき、びびり振動の発生を抑えて精度の高い転削加工を実施することができる。

尚、上記実施形態は何れも、制御装置に角度検出装置４１を設けて、自身の制御で動コンプライアンスを算出して動剛性が最大となる方向を求めているが、角度検出装置４１は制御装置とは別体、即ち切削加工装置とは別体としても良く、必要なときに角度検出装置４１を装着して動コンプライアンス等を求めても良い。

本発明に係る切削加工装置の第１実施形態を示す平面説明図である。図１の正面説明図である。図１の切削加工装置の制御装置のブロック図である。本発明に係る切削加工装置の第２実施形態を示す正面説明図である。図４の切削加工装置の制御装置のブロック図である。本発明に係る切削加工装置の第３実施形態を示す平面説明図である。図６の正面説明図である。図６の切削加工装置の制御装置のブロック図である。本発明に係る切削加工装置の第４実施形態を示す正面説明図である。図９の切削加工装置の制御装置のブロック図である。従来の切削加工装置の概略図である。ワークの動剛性に異方性があることを示すワークの動コンプライアンス測定図である。

符号の説明

１・・主軸台、２・・主軸、２ａ・・主軸モータ、５・・ワーク、６・・切削工具、７・・工具主軸、８・・Ｙ軸移動機構部（第２移動手段）、８ａ・・Ｙ軸モータ、１０・・Ｘ軸移動機構部（第１移動手段）、１０ａ・・Ｘ軸モータ、１５・・下サドル、１６・・Ｙ軸移動機構部（第２移動手段）、１７・・ジャッキ、１８・・上サドル、１９・・切削工具、２０・・刃物台、２１・・ＸＳ軸移動機構部（１軸移動手段）、２４・・工具主軸、２５・・回転工具（切削工具）、２５ａ・・工具回転モータ（工具回転手段）、２６・・主軸保持体、２９・・回転工具（切削工具）、２９ａ・・工具回転モータ（工具回転手段）、３０・・刃物台、４０・・数値制御装置（角度変更手段）、４１・・角度検出装置（角度検出手段）、Ｍ１・・ワーク軸線、Ｍ３，Ｍ４・・工具軸線、Ｌ１，Ｌ２・・工具主軸回動部。

Claims

ワークの軸線に直交する方向から前記軸線に向けて切削工具を配置し、前記切削工具によるワーク切り込み角度を変更する角度変更手段を備えて切削加工を行う切削加工方法であって、
ワークの動剛性が大きい角度を検出する角度検出ステップと、
ワーク軸線に向かって切削工具を切り込む角度を、前記動剛性が大きい角度になるよう前記角度変更手段を調整する切り込み角度設定ステップと、
設定された切り込み角度を維持して前記切削工具によりワークを切削する切削ステップと、を有することを特徴とする切削加工方法。
ワークの軸線に直交する方向から前記軸線に向けて切削工具を配置し、ワーク或いは切削工具のうち一方が回転して切削する切削加工装置であって、
前記切削工具のワーク切り込み角度を変更する角度変更手段と、ワークの動剛性が大きい角度を検出する角度検出手段と、前記角度変更手段を制御する角度設定手段と、切削を制御する切削制御手段と、を有し、
前記角度設定手段が、前記角度検出手段により検出された動剛性が大きい角度に一致するよう前記角度変更手段を制御すると共に、前記切削制御手段が、前記角度設定手段により設定された切り込み角度を維持して前記切削工具によりワークの切削を実施することを特徴とする切削加工装置。
ワークの軸線に対して垂直な方向に配置された工具主軸に前記切削工具が装着される一方、前記角度変更手段が、ワークの軸線に垂直な平面内に設けた第１軸上を移動する第１移動手段と、ワークの軸線に垂直な平面内に設けた前記第１軸とは異なる第２軸上を移動する第２移動手段と、前記工具主軸に設けた切り込み角度を変更可能とする工具主軸回動部とで構成され、
前記角度設定手段が、前記角度検出手段により検出された動剛性が大きい角度になるよう前記工具主軸の切り込み角度を制御すると共に、前記第１移動手段及び前記第２移動手段を制御して前記切削工具の軸線をワークの軸線に交差させ、
前記切削制御手段が、前記第１移動手段及び前記第２移動手段を制御して前記切削工具を２軸上で並進移動させて、前記交差状態を維持させながら回転しているワークに対してワークの回転中心に向かって切り込み制御する請求項２記載の切削加工装置。
ワークの軸線に対して垂直な方向に配置された刃物台に前記切削工具が装着される一方、前記角度変更手段が、前記刃物台の高さを調整する下サドルと、前記下サドル上で前記刃物台の切り込み角度を変更するための上サドルとからなる複合サドルで構成され、
更に前記上サドルには、前記切削工具を設定された切り込み角度方向へ並進移動させる１軸移動手段を備え、
前記角度設定手段が、前記角度検出手段により検出された動剛性が大きい角度に、前記刃物台の切り込み角度がなるよう前記上サドルの角度を制御すると共に、前記下サドルを制御して前記切削工具の軸線をワークの軸線に交差させ、
前記切削制御手段が、前記１軸移動手段を制御して回転しているワークに対してワークの回転中心に向かって切り込み制御する請求項２記載の切削加工装置。
ワークの軸線に対して垂直な方向に配置され、工具回転手段を備えた工具主軸に前記切削工具が装着される一方、前記角度変更手段が、ワークの軸線に垂直な平面内に設けた第１軸上を移動する第１移動手段と、ワークの軸線に垂直な平面内に設けた前記第１軸とは異なる第２軸上を移動する第２移動手段と、前記工具主軸に設けた切り込み角度を変更可能とする工具主軸回動部とで構成され、
前記角度設定手段が、前記角度検出手段により検出された動剛性が大きい角度になるよう前記工具主軸の切り込み角度を制御すると共に、前記第１移動手段及び前記第２移動手段を制御して前記切削工具の軸線をワークの軸線に交差させ、
前記切削制御手段が、前記第１移動手段及び前記第２移動手段を制御して前記切削工具を２軸上で並進移動させ、前記交差状態を維持させながら前記切削工具を回転させて、ワークに対してワークの回転中心に向かって切り込み制御する請求項２記載の切削加工装置。
ワークの軸線に対して垂直な方向に配置され、工具回転手段を備えた刃物台に前記切削工具が装着される一方、前記角度変更手段が、前記刃物台の高さを調整する下サドルと、前記下サドル上で前記刃物台の切り込み角度を変更する上サドルとからなる複合サドルで構成され、
更に前記上サドルには、前記切削工具を設定された切り込み角度方向へ並進移動させる１軸移動手段を備え、
前記角度設定手段が、前記角度検出手段により検出された動剛性が大きい角度に、前記刃物台の切り込み角度が設定されるよう前記上サドルの角度を制御すると共に、前記下サドルを制御して前記切削工具の軸線をワークの軸線に交差させ、
前記切削制御手段が、前記交差状態を維持させながら、前記１軸移動手段を制御して前記切削工具を回転させて、ワークに対してワークの回転中心に向かって切り込み制御する請求項２記載の切削加工装置。