JP2011161541A - 切削加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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とともに、加工ツールを加工ヘッドから取り外すことなくドレッシングすることができる切削加工装置を提供する。
【解決手段】ワークＷを載置する載置面を有したテーブル１と、テーブル１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軸としてワークＷに対して３次元的に相対移動可能な加工ヘッド２と、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に対して切削加工可能とされるとともに、先端３ａが半球状に形成された加工ツール３とを具備した切削加工装置において、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をテーブル１上の所定領域に配設して成るものである。
【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。

特開２００７−２３００７９号公報

しかしながら、上記従来の切削加工装置においては、加工ツールの消耗が激しいことから長時間に亘って連続的に加工するのが困難である。然るに、加工ツールを電解加工して切削性を維持させることが考えられるが、その場合、加工ヘッドから加工ツールを一旦取り外し、その加工ツールに対して電解加工を行ってドレッシングを行った後、再び加工ヘッドに取り付けるといった作業が必要となり、作業性が著しく悪くなって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とともに、加工ツールを加工ヘッドから取り外すことなくドレッシングす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前記テーブル上の所定領域に配設して成ることを特徴とする。

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、前記ドレッシング手段は、電極と、該電極上を覆った非導電材から成るカバーと、該カバーに形成され、前記加工ツールの先端の輪郭に倣った形状の凹部と、前記カバーの凹部内に形成されて前記電極を臨ませた複数のスリットとを有するとともに、前記加工ツールの先端を前記凹部に合致させつつその延設方向に沿って往復動させることによりドレッシング可能とされたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の切削加工装置において、前記スリットは、その長さが順次異なるよう形成されており、前記加工ツールの先端を前記凹部に合致させつつその延設方向に沿って往復動させると、当該先端の突端側よりも基端側の方がより多く前記電極に臨ませ得るよう構成されたことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか１つに記載の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１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テーブル上の所定領域に配設して成るので、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とともに、加工ツールを加工ヘッドから取り外すことなくドレッシングすることができる。

請求項２の発明によれば、ドレッシング手段は、電極と、該電極上を覆った非導電材から成るカバーと、該カバーに形成され、加工ツールの先端の輪郭に倣った形状の凹部と、カバーの凹部内に形成されて電極を臨ませた複数のスリットとを有するとともに、加工ツールの先端を凹部に合致させつつその延設方向に沿って往復動させることによりドレッシング可能とされたので、電解加工をパルス状に行わせることができ、電解作用で溶出された加工ツール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。加えて、ドレッシング手段をテーブル上の所定領域に配設して成るので、ドレッシング手段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。

請求項３の発明によれば、スリットは、その長さが順次異なるよう形成されており、加工ツールの先端を凹部に合致させつつその延設方向に沿って往復動させると、当該先端の突端側よりも基端側の方がより多く電極に臨ませ得るよう構成されたので、加工ツールの半球状の先端に対して全体的に均一な電解が可能とされる。

請求項４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。

本発明の実施形態に係る切削加工装置を示す正面図 同切削加工装置を示す平面図 同切削加工装置における加工ヘッド及び加工ツールを示す拡大図 同切削加工装置における加工ツールの駆動手段を示す断面模式図 同切削加工装置における加工ツールを示す拡大図 同切削加工装置におけるドレッシング手段が配設されたテーブルを示す３面図 同ドレッシング手段を示す拡大正面図 同ドレッシング手段を示す拡大平面図

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。

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をテーブル１上の所定領域に配設して成るので、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とともに、加工ツール３を加工ヘッド２から取り外すことなくドレッシングすることができる。

また、ドレッシング手段１０は、電極１０ａと、該電極１０ａ上を覆った非導電材から成るカバー１０ｂと、該カバー１０ｂに形成され、加工ツール３の先端３ａの輪郭に倣った形状の凹部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）とを有するとともに、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ことによりドレッシング可能とされたので、電解加工をパルス状に行わせることができ、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。加えて、ドレッシング手段１０をテーブル１上の所定領域に配設して成るので、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。

更に、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。

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、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テーブル上の所定領域に配設して成るものであれば足り、例えば加工ツール３がＺ軸に対して所定角度傾斜しないもの或いは支持手段４によって加工ヘッドが回動可能に支持されるものではいもの等に適用してもよい。

また、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テーブル上の所定領域に配設して成る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

Claims (4)

1. 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前記テーブル上の所定領域に配設して成ることを特徴とする切削加工装置。
2. 前記ドレッシング手段は、電極と、該電極上を覆った非導電材から成るカバーと、該カバーに形成され、前記加工ツールの先端の輪郭に倣った形状の凹部と、前記カバーの凹部内に形成されて前記電極を臨ませた複数のスリットとを有するとともに、前記加工ツールの先端を前記凹部に合致させつつその延設方向に沿って往復動させることによりドレッシング可能とされたことを特徴とする請求項１記載の切削加工装置。
3. 前記スリットは、その長さが順次異なるよう形成されており、前記加工ツールの先端を前記凹部に合致させつつその延設方向に沿って往復動させると、当該先端の突端側よりも基端側の方がより多く前記電極に臨ませ得るよう構成されたことを特徴とする請求項２記載の切削加工装置。
4. 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１〜３の何れか１つに記載の切削加工装置。

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