JP2011161540A - 切削加工装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】加工ツールを3次元的に動作させるためのプログラムを簡素且つ安価なものとして製造コストを低減させることができる切削加工装置を提供する。
【解決手段】加工ヘッド2をテーブル1上方で支持するとともにZ軸を回動軸L1として回動可能な支持手段4を備え、且つ、加工ツール3は、Z軸に対して所定角度傾斜しつつ加工ヘッド2に取り付けられるとともに加工ヘッド2が当該加工ツール3の回転軸L2方向に移動可能とされ、当該加工ツール3先端の半球状の中心C位置が支持手段4の回動軸上に保持された状態にて当該加工ヘッド2がワークWに対して3次元的に相対移動して切削加工可能とされたものである。
【選択図】図1
【解決手段】加工ヘッド2をテーブル1上方で支持するとともにZ軸を回動軸L1として回動可能な支持手段4を備え、且つ、加工ツール3は、Z軸に対して所定角度傾斜しつつ加工ヘッド2に取り付けられるとともに加工ヘッド2が当該加工ツール3の回転軸L2方向に移動可能とされ、当該加工ツール3先端の半球状の中心C位置が支持手段4の回動軸上に保持された状態にて当該加工ヘッド2がワークWに対して3次元的に相対移動して切削加工可能とされたものである。
【選択図】図1
Description
本発明は、テーブル上に載置されたワークに対して3次元的な切削加工が可能な切削加工装置に関するものである。
金型等の3次元形状物品を製造する場合、通常、加工ツール(刃具)を3次元的に移動させつつ切削加工(研削加工或いは研磨加工)する切削加工装置が用いられている。かかる加工ツールは、加工ヘッドに取り付けられて回転軸周りに回転することによりワークに対して切削加工可能な刃具から成るものとされ、例えば先端が半球状に形成されたものが汎用的に用いられている。
上記切削加工装置においては、加工ツールをワークの加工面に対して垂直に立てた状態で切削加工を行おうとすると、加工ツール先端における半球状の突端で切削速度がゼロに近くなってしまうことから、従来より、ワークの加工面に対して加工ツールを所定角度傾斜させつつ切削加工を行うことが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この場合、工具先端点制御が必要であることから、切削加工装置として5軸制御加工機が必須とされていた。
しかしながら、上記従来の切削加工装置においては、5軸制御加工機を用いて工具先端点制御を行う必要があったため、加工ツールを3次元的に動作させるためのプログラム(3次元動作させるための軌跡プログラム)が極めて複雑且つ高価なものとなってしまい、製造コストが嵩んでしまうという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、加工ツールを3次元的に動作させるためのプログラムを簡素且つ安価なものとして製造コストを低減させることができる切削加工装置を提供することにある。
請求項1記載の発明は、ワークを載置する載置面を有したテーブルと、前記テーブルの幅方向をX軸、当該テーブルの長さ方向をY軸及び当該テーブルの載置面に対して垂直方向をZ軸として前記ワークに対して3次元的に相対移動可能な加工ヘッドと、該加工ヘッドに取り付けられて回転軸周りに回転することにより前記ワークに対して切削加工可能とされるとともに、先端が半球状に形成された加工ツールとを具備した切削加工装置において、前記加工ヘッドを前記テーブル上方で支持するとともに前記Z軸を回動軸として回動可能な支持手段を備え、且つ、前記加工ツールは、前記Z軸に対して所定角度傾斜しつつ前記加工ヘッドに取り付けられるとともに前記加工ヘッドが当該加工ツールの回転軸方向に移動可能とされ、当該加工ツール先端の半球状の中心位置が前記支持手段の回動軸上に保持された状態にて当該加工ヘッドが前記ワークに対して3次元的に相対移動して切削加工可能とされたことを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の切削加工装置において、前記加工ヘッドを前記回転軸方向に移動する駆動手段が前記支持手段に配設されたことを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項1又は請求項2記載の切削加工装置において、前記加工ツールの先端を電解加工することにより当該先端の半球状を一定に維持するドレッシング手段を具備したことを特徴とする。
請求項1の発明によれば、加工ヘッドをテーブル上方で支持するとともにZ軸を回動軸として回動可能な支持手段を備え、且つ、加工ツールは、Z軸に対して所定角度傾斜しつつ加工ヘッドに取り付けられるとともに加工ヘッドが当該加工ツールの回転軸方向に移動可能とされ、当該加工ツール先端の半球状の中心位置が支持手段の回動軸上に保持された状態にて当該加工ヘッドがワークに対して3次元的に相対移動して切削加工可能とされたので、加工ヘッドを3次元的に動作させるためのプログラムを簡素且つ安価なものとして製造コストを低減させることができる。
請求項2の発明によれば、加工ヘッドを回転軸方向に移動する駆動手段が支持手段に配設されたので、加工ツール先端の半球状の中心位置を支持手段の回動軸上に自動的に保持させることができる。
請求項3の発明によれば、加工ツールの先端を電解加工することにより当該先端の半球状を一定に維持するドレッシング手段を具備したので、加工ツールの切削性を長期に亘って良好に維持することができ、寿命を向上させることができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係る切削加工装置は、輪郭制御NC装置による長時間連続加工(仕上げ加工)を可能とする全自動グラインディングセンター(研削加工装置)に適用され、金型等の3次元形状物品(ワークW)を研削加工するためのもので、図1〜図5に示すように、テーブル1と、加工ヘッド2と、加工ツール3と、支持手段4と、駆動手段としてのモータM1と、ドレッシング手段10とから主に構成されている。
本実施形態に係る切削加工装置は、輪郭制御NC装置による長時間連続加工(仕上げ加工)を可能とする全自動グラインディングセンター(研削加工装置)に適用され、金型等の3次元形状物品(ワークW)を研削加工するためのもので、図1〜図5に示すように、テーブル1と、加工ヘッド2と、加工ツール3と、支持手段4と、駆動手段としてのモータM1と、ドレッシング手段10とから主に構成されている。
テーブル1は、基台B上に配設されるとともに、ワークWを載置する載置面を有した板状部材から成るもので、図1中左右方向(X方向)に移動可能とされている。また、基台B上には門型の固定部材Dが配設されており、当該固定部材Dにはフレーム5が配設されている。かかるフレーム5は、固定部材Dに対して2方向に摺動することにより、図2中上下方向(Y方向)及び図1中上下方向(Z軸)に移動可能とされている。即ち、本実施形態においては、テーブル1の幅方向をX軸、テーブル1の長さ方向をY軸及び当該テーブル1の載置面に対して垂直方向をZ軸として定義しており、当該X軸、Y軸及びZ軸が互いに直交する方向に延びる軸とされている。
加工ヘッド2は、支持手段4を介してフレーム5に取り付けられたもので、上記の如くテーブル1及びフレーム5がX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に対して動作するのに伴ってワークWに対して3次元的に相対移動可能とされている。尚、本実施形態においては、テーブル1がX軸方向に動作するものとされているが、加工ヘッド2がX軸方向に動作するもの(即ち、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の3方向に対して摺動)としてもよい。
加工ツール3は、図5に示すように、加工ヘッド2に取り付けられて回転軸L2周りに回転することによりワークWに対して切削(研削)加工可能とされるとともに、先端3aが半球状(中心Cの断面円弧状)に形成されたものである。かかる加工ツール3は、Z軸(鉛直方向)に対して所定角度(例えば45°程度)傾斜しつつ加工ヘッド2に取り付けられており、その傾斜した状態が維持されつつ回転軸L2周りに回転してワークWを切削(研削)加工し得るようになっている。
然るに、本実施形態に係る加工ツール3は、ダイヤモンド砥石やCBN(キュービック・ホウ素・ナイトライド)砥石から成るものとされている。加工ツール3は、エアースピンドルを主軸系に組み込んだものから成り、超高速回転(例えば、80000rpm)し得るものを採用するのが好ましい。尚、本実施形態においては、研削加工装置に適用されているが、研磨加工装置等、他の切削加工装置に適用してもよい。
支持手段4は、フレーム5に取り付けられて加工ヘッド2をテーブル1上方で支持するとともに、Z軸(鉛直方向)を回動軸L1として回動可能なものである。然るに、支持手段4はモータM2の駆動力にて回転可能とされており、当該モータM2(図2参照)が駆動すると、支持手段4がフレーム5に対して回動し、それに伴って加工ヘッド2が回動軸L1を中心として回動するよう構成されている。
本実施形態においては、加工ツール3を回転軸L2方向に移動するモータM1(駆動手段)が支持手段4に配設されている。かかるモータM1の出力軸は、図4に示すように、ピニオン7と連結されるとともに、当該ピニオン7と噛み合って移動自在なラック8が配設されている。このラック8は、ラックホルダ9にて保持されており、ピニオン7に形成された歯と噛み合ってラックアンドピニオンを構成している。尚、モータM1は、例えばサーボモータから成るものである。
ラックホルダ9は、加工ヘッド2を取り付けるための取付部材6に固定されており、ラック8の歯面が回転軸L2と平行な方向に延びるように設置されている。これにより、モータM1を回転駆動させると、ラックアンドピニオン機構により、取付部材6と共に加工ヘッド2及び加工ツール3が回転軸L2方向に摺動(前進又は後退)し得るようになっている。尚、本実施形態においては、駆動手段としてモータM1を用い、ラックアンドピニオン機構を介して加工ヘッド2を摺動させているが、他の駆動手段及び駆動機構を用いたもの(エアシリンダやオイルシリンダを用いたもの等)としてもよい。
更に、本実施形態においては、図3に示すように、ラックホルダ9を所定方向に常時付勢するためのスプリングS(コイルスプリング)が配設されており、これにより当該ピニオン7の歯とラック8の歯との噛み合い部分のバックラッシを抑制させている。従って、本実施形態によれば、加工ヘッド2及び加工ツール3の移動をより精度よく行わせることができるようになっている。尚、スプリングSに代えて他の付勢手段を具備するようにしてもよい。
ここで、本実施形態に係る加工ツール3は、Z軸に対して所定角度傾斜しつつ加工ヘッド2に取り付けられるとともに加工ヘッド2が当該加工ツール3の回転軸L2方向に移動(前進又は後退)可能とされ、図3に示すように、当該加工ツール3の先端3aの半球状の中心C位置が支持手段4の回動軸L1上に保持された状態にて当該加工ヘッド2がワークWに対して3次元的に相対移動して切削(研削)加工可能とされている。
即ち、加工ツール3の先端3aの半球状の中心C位置が支持手段4の回動軸L1上になるよう予めモータM1を駆動させて加工ツール3を回転軸L2方向の移動(前進又は後退)させ、その状態を保持しつつワークWに対する切削加工がなされるよう構成されているのである。これにより、例えばボールエンドミル等による3軸制御と同様のプログラムにて加工ツール3を動作させて切削加工(研削加工)させることができるので、5軸制御の如き複雑且つ高価なプログラムを必要としない。
ドレッシング手段10は、図6に示すように、テーブル1上の所定領域に載置されたもので、加工ツール3の先端3aを電解加工にてドレッシングすることにより当該先端3aの半球状(中心Cの断面円弧状)を一定に維持するものである。具体的には、ドレッシング手段10は、図7、8に示すように、電極10aと、該電極10a上を覆った樹脂等の非導電材から成るカバー10bと、該カバー10bに形成された凹部10baと、カバー10bの凹部10ba内に形成されて電極10aを臨ませた複数のスリット10bb〜10bfとを有している。
凹部10baは、加工ツール3の先端3aの輪郭に倣った形状とされ(図7参照)、図8中上下方向に延びて形成されている。その凹部10baの一部を切り欠いて形成されたスリット10bb〜10bfは、当該凹部10baの延設方向(図8中上下方向)に亘って複数形成されたもので、それぞれの長さが順次異なるようになっている。即ち、加工ツール3の先端3aを凹部10baに合致させつつその延設方向に沿って往復動させると、当該先端3aがスリット10bb〜10bfに至る度に電極10aに臨むこととなって電解加工されるので、電解加工がパルス状に行われるようになっている。これにより、電解作用で溶出された加工ツール3のボンド片等を良好に排出させつつドレッシングを行わせることができる。
本実施形態においては、加工ツール3の回転速度(L2周りの回転速度)を低下させた状態にてドレッシング手段10によるドレッシングが行われるよう制御されるとともに、フレーム5をY軸方向に往復移動させることにより、加工ツール3の先端3aを凹部10baに合致させつつその延設方向に沿って往復動させるよう構成されている。これにより、ドレッシング手段10によるドレッシングの際の往復動作を行わせるための別個の駆動源を必要とせず、製造コストを更に低下させることができる。
また、スリット10bb〜10bfは、その長さが順次異なるよう形成されており、加工ツール3の先端3aを凹部10baに合致させつつその延設方向に沿って往復動させると、先端3aの突端側よりも基端側の方がより多く電極10aに臨ませ得るよう構成(本実施形態においては、順次スリット10bb〜10bfの長さが長くなる如く構成)されている。即ち、加工ツール3の先端3aは、既述の如く半球状に形成されており、その突端から基端側になるに連れて周方向の長さが長くなっているので、先端3aの突端側よりも基端側の方をより多く電極10aに臨ませて電解加工すれば、全体的に均一な電解が可能とされるのである。
更に、本実施形態に係るドレッシング手段10は、開閉動作により電極10a及びカバー10b上を開放又は閉塞させるシャッター11が配設されている。このシャッター11は、ワークWに対する加工時には閉じた状態(電極10a及びカバー10b上を閉塞した状態)とされ、加工によって生じた粉塵等が電極10a及びカバー10bに付着してしまうのを防止しているとともに、ドレッシング時には、開いた状態(電極10a及びカバー10b上を開放した状態)とされ、加工ツール3の先端3aに対するドレッシング作業を可能とするよう構成されている。
而して、本実施形態においては、ワークWに対して連続的に切削(研削)加工する過程において、所定時間(加工ツール3の先端3aの消耗により加工に影響が予想される時間)が経過したことを条件として、切削(研削)加工を一旦中断し、ドレッシング手段10によるドレッシングを行わせるとともに、ドレッシングが終了した後に再び切削(研削)加工を再開させるよう制御される。即ち、加工ヘッド2に対する加工ツール3の取り外し及び取り付け作業を不要としつつ、加工ツール3の先端3aに対するドレッシングが自動的に行われるようになっているのである。
ドレッシングは、電解作用によって、加工ツール3のボンド部位を溶解する工程であるため、当該加工ツール3における先端3aの半球状の中心Cの位置が支持手段4の回動軸L1から僅かにずれてしまう。然るに、本実施形態によれば、モータM1を駆動して加工ヘッド2を当該加工ツール3の回転軸L2方向に移動(前進)させることにより、当該半球状の中心Cの位置が回動軸L1上に至るよう調整することができる。
上記実施形態によれば、加工ヘッド3をテーブル1上方で支持するとともにZ軸を回動軸L1として回動可能な支持手段4を備え、且つ、加工ツール3は、Z軸に対して所定角度傾斜しつつ加工ヘッド2に取り付けられるとともに加工ヘッド2が当該加工ツール3の回転軸L2方向に移動(前進又は後退)可能とされ、当該加工ツール3の先端3aにおける半球状の中心Cの位置が支持手段4の回動軸L1上に保持された状態にて当該加工ヘッド3がワークWに対して3次元的に相対移動(即ち、3軸制御)して切削(研削)加工可能とされたので、5軸制御等が必要なものに比べ、加工ヘッド2を3次元的に動作させるためのプログラムを簡素且つ安価なものとして製造コストを低減させることができる。
また、加工ヘッド2を回転軸L2方向に移動するモータM1(駆動手段)が支持手段4に配設されたので、加工ツール3の先端3aにおける半球状の中心C位置を支持手段4の回動軸L1上に自動的に保持させることができる。更に、加工ツール3の先端3aを電解加工することにより当該先端3aの半球状を一定に維持するドレッシング手段10を具備したので、加工ツール3の切削性を長期に亘って良好に維持することができ、寿命を向上させることができる。
以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば加工ツール3が、Z軸に対して所定角度傾斜しつつ加工ヘッド2に取り付けられるとともに加工ヘッド2が当該加工ツール3の回転軸L2方向に移動可能とされ、当該加工ツール3先端の半球状の中心C位置が支持手段4の回動軸L1上に保持された状態にて当該加工ヘッド2がワークWに対して3次元的に相対移動して切削加工可能とされたものであれば、駆動手段としてのモータM1等を配設せず、手動操作にて加工ヘッド2を回転軸L2方向に移動可能としてもよい。また、本実施形態においては、研削加工装置に適用されているが、他の切削加工(ボールエンドミル等による切削加工や研磨加工等)を行う加工装置に適用してもよい。
加工ヘッドをテーブル上方で支持するとともにZ軸を回動軸として回動可能な支持手段を備え、且つ、加工ツールがZ軸に対して所定角度傾斜しつつ加工ヘッドに取り付けられるとともに加工ヘッドが当該加工ツールの回転軸方向に移動可能とされ、当該加工ツール先端の半球状の中心位置が支持手段の回動軸上に保持された状態にて当該加工ヘッドがワークに対して3次元的に相対移動して切削加工可能とされた切削加工装置であれば、外観形状が異なるもの或いは他の機能が付加されたもの等にも適用することができる。
1 テーブル
2 加工ヘッド
3 加工ツール
3a 先端
4 支持手段
5 フレーム
6 取付部材
7 ピニオン
8 ラック
9 ラックホルダ
10 ドレッシング手段
11 シャッター
L1 回動軸
L2 回転軸
C (半球状の)中心
2 加工ヘッド
3 加工ツール
3a 先端
4 支持手段
5 フレーム
6 取付部材
7 ピニオン
8 ラック
9 ラックホルダ
10 ドレッシング手段
11 シャッター
L1 回動軸
L2 回転軸
C (半球状の)中心
Claims (3)
- ワークを載置する載置面を有したテーブルと、
前記テーブルの幅方向をX軸、当該テーブルの長さ方向をY軸及び当該テーブルの載置面に対して垂直方向をZ軸として前記ワークに対して3次元的に相対移動可能な加工ヘッドと、
該加工ヘッドに取り付けられて回転軸周りに回転することにより前記ワークに対して切削加工可能とされるとともに、先端が半球状に形成された加工ツールと、
を具備した切削加工装置において、
前記加工ヘッドを前記テーブル上方で支持するとともに前記Z軸を回動軸として回動可能な支持手段を備え、且つ、前記加工ツールは、前記Z軸に対して所定角度傾斜しつつ前記加工ヘッドに取り付けられるとともに前記加工ヘッドが当該加工ツールの回転軸方向に移動可能とされ、当該加工ツール先端の半球状の中心位置が前記支持手段の回動軸上に保持された状態にて当該加工ヘッドが前記ワークに対して3次元的に相対移動して切削加工可能とされたことを特徴とする切削加工装置。 - 前記加工ヘッドを前記回転軸方向に移動する駆動手段が前記支持手段に配設されたことを特徴とする請求項1記載の切削加工装置。
- 前記加工ツールの先端を電解加工することにより当該先端の半球状を一定に維持するドレッシング手段を具備したことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の切削加工装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010024833A JP2011161540A (ja) | 2010-02-05 | 2010-02-05 | 切削加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010024833A JP2011161540A (ja) | 2010-02-05 | 2010-02-05 | 切削加工装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011161540A true JP2011161540A (ja) | 2011-08-25 |
Family
ID=44592838
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010024833A Pending JP2011161540A (ja) | 2010-02-05 | 2010-02-05 | 切削加工装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011161540A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20210041330A1 (en) * | 2018-03-22 | 2021-02-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and device for taking a sample, and use of a device of this type |
-
2010
- 2010-02-05 JP JP2010024833A patent/JP2011161540A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20210041330A1 (en) * | 2018-03-22 | 2021-02-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and device for taking a sample, and use of a device of this type |
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