JP2014018961A - 曲面の旋削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より良好な表面平滑度が得られるとともに三次元曲面に加工できる旋削方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係る曲面の旋削方法は、旋削用バイトが設けられた送り装置及び前記送り装置と協働して動作する作業台を備える旋盤を用意するステップと、ワークを前記作業台に位置決めするステップと、前記作業台で前記ワークを連動して回転させるステップと、前記送り装置で前記旋削用バイトをコントロールして、前記旋削用バイトを回転されている前記ワークに対して高速で且つ往復に運動させることで、前記ワークの円周方向での加工を実現するステップと、前記送り装置を前記作業台に対して平行移動させることで、前記ワークにおいて曲面を形成するステップと、を備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、旋削方法に関し、特に曲面を加工するための旋削方法に関するものである。

従来の機械加工方法において、一般的にはフライスを用いて曲面加工を行なう。しかし、フライスにおける隣り合う切削刃が順次にワークの表面を切削するため、ワークの表面に不連続な切削刀痕が形成される問題がある。このため、より良好な表面平滑度を得るには、ワークに対して更に研磨する必要がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明は、より良好な表面平滑度が得られるとともに三次元曲面に加工できる旋削方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る曲面の旋削方法は、旋削用バイトが設けられた送り装置及び前記送り装置と協力して動作する作業台を備える旋盤を用意するステップと、ワークを前記作業台に位置決めするステップと、前記作業台で前記ワークを連動して回転させるステップと、前記送り装置で前記旋削用バイトをコントロールして、前記旋削用バイトを回転されている前記ワークに対して高速で且つ往復運動させることで、前記ワークの円周方向での加工を実現するステップと、前記送り装置を前記作業台に対して平行移動させることで、前記ワークにおいて曲面を形成するステップと、を備える。

本発明に係る曲面の旋削方法は、移動機構を備える旋盤を用いて、送り装置をＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って移動させるとともに、送り装置をＺ軸方向に沿って高速で且つ往復移動させて、Ｚ軸方向におけるワークの円周方向に沿った切削量を異ならせることにより、３次元曲面を有するワークを加工する。つまり、本発明の曲面の旋削方法は、作業台の回転と送り装置の高速での往復運動との相互作用を利用するとともに、送り装置を作業台に対してＹ軸方向に沿って移動させて、ワークに対して連続的に旋削加工する。これにより、ワークにおいて旋削し得た曲面の平滑度もより高い。

本発明の実施形態に係る曲面の旋削方法を用いた旋盤の斜視図である。 図１に示された旋盤の一部分を取り除いた状態を示す図である。 図２に示された旋盤の分解図である。 図１に示された旋盤の送り装置及び作業台の斜視図である。 図１に示された旋盤の送り装置の分解図である。 図５に示された旋盤の送り装置を別の視点から見た分解図である。 本発明の曲面の旋削方法のフローチャートである。

図１及び図２に示すように、本発明に係る曲面の旋削方法を用いた旋盤１００は、ワークに対して曲面加工を行なうために用いられ、且つ台座（ｍａｃｈｉｎｅ ｓｕｐｐｏｒｔ）１０と、作業台（ｗｏｒｋ ｔａｂｌｅ）２０と、移動機構３０と、送り装置（ｆｅｅｄｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）４０と、コントローラ（図示せず）と、を備える。作業台２０は、台座１０に装着されている。移動機構３０は、台座１０に移動可能に装着され且つ作業台２０の上方に位置する。送り装置４０は、移動機構３０にスライド可能に装着されている。コントローラは、作業台２０、移動機構３０及び送り装置４０にそれぞれ電気的に接続されている。移動機構３０は、コントローラの指令に基づいて送り装置４０を連動して移動させる。

台座１０は、基底部（ｂａｓｅ）１１と、基底部１１上に間隔をあけて平行に突設されている２つの支持体１３と、を備える。各支持体１３の基底部１１から離れている端面には、２つの第一レール１３１が間隔をあけて平行に設置されている。各第一レール１３１は、Ｘ軸方向（第一方向）に沿って延伸している。２つの第一レール１３１の間には、第一スライド凹部１３３が形成されている。

作業台２０は、ほぼ円柱形であり、且つ駆動部品２１を介して基底部１１に回転可能に装着されている。なお、作業台２０は、２つの支持体１３の間に位置する。作業台２０は、駆動部品２１の回転によってワーク（図示せず）を回転させる。本実施形態において、駆動部品２１は、ダイレクトドライブモータ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｒｉｖｅ Ｍｏｔｏｒ）である。

図３を併せて参照すると、移動機構３０は、２つの支持体１３上にスライド可能に装着されている。また、該移動機構３０は、２つの支持体１３に対して垂直であり且つ作業台２０の上方に位置する。移動機構３０は、横梁（ｃｒｏｓｓ ｂｅａｍ）３１と、横梁３１の両端に形成されているスライド台３３と、スライド台３３に装着されている第一駆動アセンブリ３５と、横梁３１に装着されている第二駆動アセンブリ３７と、を備える。横梁３１は、細長い形状であり、且つ前記Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向（第二方向）に沿って延在している。また、横梁３１には、互いに平行な２つの第二レール３１１が形成されている。各スライド台３３は、２つの第一スライド許容部３３１を備え、且つ第一スライド許容部３３１を介して第一レール１３１にスライド可能に取り付けられる。第一駆動アセンブリ３５は、第一スライド凹部１３３内に収容され、且つ横梁３１を駆動して前記Ｘ軸方向に沿って移動させる。第一駆動アセンブリ３５は、第一可動子３５１及び第一固定子３５３を備える。第一可動子３５１はスライド台３３に固定され、第一固定子３５３は第一スライド凹部１３３内に固定される。第一可動子３５１と第一固定子３５３とが互いに作用して推進されることによって、前記スライド台３３は前記支持体１３に対してＸ軸方向に移動する。第二駆動アセンブリ３７は、横梁３１の２つの第二レール３１１の間に固定され、且つ第二可動子３７１及び第二固定子３７３を備える。第二可動子３７１は送り装置４０に固定され、第二固定子３７３は横梁３１に固定される。第二可動子３７１と第二固定子３７３とが互いに作用して推進されることによって、送り装置４０は横梁３１に対してＹ軸方向に移動する。本実施形態において、第一駆動アセンブリ３５及び第二駆動アセンブリ３７は、ともに高性能のリニアモーター（ｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｏｒ）である。

図４及び図５を併せて参照すると、送り装置４０は、滑動部４１、固定座４３、バイトホルダ４５、送り駆動機構４７及び旋削用バイト４９を備える。滑動部４１には、２つの第二スライド許容部４１１が設けられている。送り装置４０は、第二スライド許容部４１１を介して第二レール３１１にスライド可能に取り付けられる。バイトホルダ４５は、固定座４３にスライド可能に装着される。送り駆動機構４７は、固定座４３内に収容して装着され、且つコントローラに電気的に接続されてバイトホルダ４５の上下移動を制御する。旋削用バイト４９は、バイトホルダ４５に固定される。

固定座４３は、筐体４３１及び該筐体４３１の両側に装着された２つの装着板４３３を備える。筐体４３１は、互いに平行な第一側壁４３１１及び第二側壁４３１３を備える。第一側壁４３１１と第二側壁４３１３との間には、収容空間４３１５が形成されている。第一側壁４３１１における前記収容空間４３１５側の表面（つまり、筐体４３１の内側面）には、第一ガイドレール４３１７が設置されている。第二側壁４３１３の第一ガイドレール４３１７に対応する位置には、ガイド溝４３１８が設けられている。ガイド溝４３１８の両側には、第二ガイドレール４３１９がそれぞれ設けられている。この２つの第二ガイドレール４３１９は、第二側壁４３１３における収容空間４３１５の背面側（つまり、筐体４３１の外側面）に位置する。２つの装着板４３３が収容空間４３１５を密封するように筐体４３１の両側に装着された後、固定座４３は滑動部４１に固定される。

図６を併せて参照すると、バイトホルダ４５は、ほぼ「Ｔ」字状を呈し、且つ主体４５１と、主体４５１の長手方向に沿って主体４５１の短手方向の略中央部から主体４５１に対して垂直に突設されているスライド板４５３と、を備える。主体４５１は、ほぼシャトル形を呈し（即ち、主体４５１のＺ軸方向（第三方向）前方の端部の幅は、Ｚ軸方向前方に向かうに従って狭くなるようにテーパ状とされる）、且つスライド板４５３から離れている面には、２つの挟持部４５１１が間隔をあけて設置されている。Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方に直交する方向である。主体４５１における挟持部４５１１の反対側の面には、４つのスライダー４５１３が設置されている。この４つのスライダー４５１３は、スライド板４５３の両側にそれぞれ２つずつ設置され、且つ第二側壁４３１３の第二ガイドレール４３１９にスライド可能に取り付けられる。スライド板４５３は、ガイド溝４３１８から収容空間４３１５内に挿入されて、収容空間４３１５を２つの空間に分割する。スライド板４５３の主体４５１から離れている端面には、ガイド部４５３１が形成されている。ガイド部４５３１が第一側壁４３１１の第一ガイドレール４３１７にスライド可能に取り付けられることによって、バイトホルダ４５はＺ軸方向に沿って往復運動することができる。

送り駆動機構４７は、２つの駆動モジュール４７１を備える。２つの駆動モジュール４７１は、収容空間４３１５のスライド板４５３によって分割された２つの空間内にそれぞれ収容される。各駆動モジュール４７１は、可動子４７１１及び固定子４７１３を備える。可動子４７１１は装着板４３３に固定され、固定子４７１３はスライド板４５３の側面に固定される。本実施形態において、駆動モジュール４７１は、高性能のリニアモーターである。

旋削用バイト４９は、２つの挟持部４５１１の間に固定される。

旋盤１００を組み立てる際、先ず、駆動部品２１を２つの支持体１３の間に装着して、作業台２０を駆動部品２１に固定する。次に、スライド台３３を介して横梁３１を２つの支持体１３にスライド可能に設置する。次に、第一駆動アセンブリ３５の第一可動子３５１を移動機構３０のスライド台３３に固定し、第一駆動アセンブリ３５の第一固定子３５３を支持体１３の第一スライド凹部１３３内に固定し、第二駆動アセンブリ３７の第二可動子３７１を送り装置４０の滑動部４１に固定し、第二駆動アセンブリ３７の第二固定子３７３を移動機構３０の横梁３１の２つの第二レール３１１の間に固定した後、第一駆動アセンブリ３５及び第二駆動アセンブリ３７をコントローラにそれぞれ電気的に接続させる。次に、バイトホルダ４５を固定座４３に装着し、２つの駆動モジュール４７１を、収容空間４３１５の分割された２つの空間にそれぞれ収容してバイトホルダ４５の両側面に固定し、２つの装着板４３３を固定座４３に装着して収容空間４３１５を密封する。次いで、滑動部４１を固定座４３に装着した後、旋削用バイト４９をバイトホルダ４５に固定する。最後に、第二スライド許容部４１１を第二レール３１１に係合固定させて、送り装置４０を移動機構３０にスライド可能に装着させる。

図７に示すように、本発明の実施形態に係る曲面の旋削方法は、以下のステップを備える。

ステップＳ１において、上記の旋盤１００を準備する。

ステップＳ２において、ワークを旋盤１００の作業台２０に位置決めする。

ステップＳ３において、第二駆動アセンブリ３７は、送り装置４０を駆動して、送り装置４０を前記Ｙ軸方向に沿って前記ワークの上方に移動させる。

ステップＳ４において、作業台２０は、駆動部品２１により駆動されて、ワークを動かして回転させる。

ステップＳ５において、駆動モジュール４７１は、旋削用バイト４９を駆動して、ワークに必要な切削量に基づいて、前記ワークに対してＺ軸方向に沿って高速で且つ往復運動させて、回転されている前記ワークの円周方向での旋削加工を実現する。本工程において、旋削用バイト４９は、送り装置４０の駆動及び制御下で、切削量に基づいて、ワークに対して前記Ｘ軸方向（第一方向）及び前記Ｙ軸方向（第二方向）への移動速度よりも速い速度で、往復移動して加工を行う。この往復運動によって、Ｚ軸方向におけるワークの円周方向に沿った切削量は異なるようになる。

ステップＳ６において、コントローラは、移動機構３０を駆動して、この移動機構３０を介して、旋削用バイト４９を前記Ｘ軸方向に沿って移動させて、回転されている前記ワークの直径方向に沿って旋削加工を行なう。以上により、前記ワークにおいて３次元曲面を形成することができる。

本発明に係る曲面の旋削方法は、移動機構３０を備える旋盤１００を用いて、送り装置４０をＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って移動させるとともに、送り装置４０をＺ軸方向に沿って高速で且つ往復移動させて、Ｚ軸方向におけるワークの円周方向に沿った切削量を異ならせることにより、３次元曲面を有するワークを加工する。つまり、本発明の曲面の旋削方法は、作業台２０の回転と送り装置４０の高速での往復運動との相互作用を利用するとともに、送り装置４０を作業台２０に対してＹ軸方向に沿って移動させる。これにより、ワークに対して連続的に加工することができ、旋削し得た曲面の平滑度はより高い。

また、変形例として、旋盤１００の中の送り装置４０を固定して、作業台２０を送り装置４０に対して往復に移動させるような構成を採用しても、本発明の曲面の旋削方法を実現できる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形又は修正が可能であり、該変形又は修正も本発明の特許請求の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。

１００ 旋盤
１０ 台座
１１ 基底部
１３ 支持体
１３１ 第一レール
１３３ 第一スライド凹部
２０ 作業台
２１ 駆動部品
３０ 移動機構
３１ 横梁
３１１ 第二レール
３３ スライド台
３３１ 第一スライド許容部
３５ 第一駆動アセンブリ
３５１ 第一可動子
３５３ 第一固定子
３７ 第二駆動アセンブリ
３７１ 第二可動子
３７３ 第二固定子
４０ 送り装置
４１ 滑動部
４１１ 第二スライド許容部
４３ 固定座
４３１ 筐体
４３１１ 第一側壁
４３１３ 第二側壁
４３１５ 収容空間
４３１７ 第一ガイドレール
４３１８ ガイド溝
４３１９ 第二ガイドレール
４３３ 装着板
４５ バイトホルダ
４５１ 主体
４５１１ 挟持部
４５１３ スライダー
４５３ スライド板
４５３１ ガイド部
４７ 送り駆動機構
４７１ 駆動モジュール
４７１１ 可動子
４７１３ 固定子
４９ 旋削用バイト

Claims (11)

1. 旋削用バイトが設けられた送り装置と、前記送り装置と協働して動作する作業台と、を備える旋盤を準備するステップと、
   ワークを前記作業台に位置決めするステップと、
   前記作業台で前記ワークを連動して回転させるステップと、
   前記送り装置で前記旋削用バイトをコントロールして、前記旋削用バイトを回転されている前記ワークに対して高速で且つ往復に運動させることで、前記ワークの円周方向での加工を実現するステップと、
   前記送り装置を前記作業台に対して平行移動させることで、前記ワークにおいて曲面を形成するステップと、
   を備えることを特徴とする曲面の旋削方法。
2. 前記旋盤は、台座と、前記台座に装着されている駆動部品と、をさらに備え、前記作業台は、前記駆動部品により駆動されて回転しながら、前記ワークを連動して回転させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の曲面の旋削方法。
3. 前記旋盤は、前記台座に装着される移動機構をさらに備え、前記移動機構は、横梁、第一駆動アセンブリ及び第二駆動アセンブリを備え、前記横梁は、前記台座にスライド可能に装着され且つ前記第一駆動アセンブリにより駆動されて前記台座に対して第一方向に沿って移動し、前記送り装置は、前記移動機構にスライド可能に装着され且つ前記第二駆動アセンブリにより駆動されて前記移動機構に対して前記第一方向と直交する第二方向に沿って移動し、前記送り装置の前記作業台に対する平行移動は、前記第一方向に沿う平行移動及び前記第二方向に沿う平行移動を含む
   ことを特徴とする請求項２に記載の曲面の旋削方法。
4. 前記送り装置は、送り駆動機構をさらに備え、前記旋削用バイトは、前記送り駆動機構によりコントロールされて、前記第一方向及び前記第二方向双方に対して垂直である第三方向に沿って、前記ワークへ高速で往復運動して、前記ワークに対して曲面を旋削加工することを特徴とする請求項３に記載の曲面の旋削方法。
5. 前記台座は、基底部と、前記基底部に間隔をあけて互いに平行に突設されている２つの支持体と、を備え、各支持体の前記基底部から離れている端面には、間隔をあけて且つ互いに平行な２つの第一レールが設置され、
   前記移動機構は、前記横梁の両端に形成されているスライド台をさらに備え、各スライド台は、２つの第一スライド許容部を備え、前記２つの第一スライド許容部と前記２つの第一レールとがスライド可能に結合されることによって、前記移動機構は前記第一方向に沿って移動可能になる
   ことを特徴とする請求項４に記載の曲面の旋削方法。
6. 前記第一駆動アセンブリは、前記スライド台に固定される第一可動子及び前記支持体に固定される第一固定子を備え、前記第一可動子と前記第一固定子とが互いに作用して、前記スライド台を前記支持体に対して前記第一方向に沿って移動させるように推進する
   ことを特徴とする請求項５に記載の曲面の旋削方法。
7. 前記支持体の２つの前記第一レールの間には、第一スライド凹部が形成されており、前記第一固定子は、前記第一スライド凹部内に固定され、前記第一可動子は、前記第一スライド凹部の内部にスライド可能に収容される
   ことを特徴とする請求項６に記載の曲面の旋削方法。
8. 前記第二駆動アセンブリは、前記送り装置に固定される第二可動子及び前記横梁に固定される第二固定子を備え、前記第二可動子と前記第二固定子とが互いに作用して、前記送り装置を前記横梁に対して前記第二方向に沿って移動させるように推進する
   ことを特徴とする請求項３に記載の曲面の旋削方法。
9. 前記送り装置は、固定座及び前記旋削用バイトを固定するためのバイトホルダをさらに備え、前記固定座は、前記移動機構にスライド可能に装着され、前記バイトホルダは、前記固定座にスライド可能に装着され、前記送り駆動機構は、前記固定座内に収容状態に装着され、且つ前記バイトホルダを前記固定座に対して移動するようにコントロールして、前記バイトホルダを前記第三方向に沿って移動させる
   ことを特徴とする請求項３に記載の曲面の旋削方法。
10. 前記固定座は、筐体を備え、前記筐体は、互いに平行な第一側壁及び第二側壁を備え、前記第一側壁の前記第二側壁から離れている表面には、第一ガイドレールが設置されており、前記第二側壁における前記第一ガイドレールに対応する位置には、ガイド溝が設けられ、前記ガイド溝の両側には、第二ガイドレールが設置され、前記第二ガイドレールは、前記第二側壁の前記第一側壁から離れている表面に位置し、
    前記バイトホルダは、主体及びスライド板を備え、前記主体は、前記第二ガイドレールとスライド可能に結合され、前記スライド板は、前記ガイド溝から前記筐体内に挿入されて前記第一ガイドレールとスライド可能に結合される
    ことを特徴とする請求項９に記載の曲面の旋削方法。
11. 前記主体には、前記第二ガイドレールと結合するためのスライダーが設置され、前記スライド板の前記主体から離れている端面には、前記第一ガイドレールと結合するためのガイド部が形成され、前記主体の前記スライド板から離れている面には、前記旋削用バイトを固定するための２つの挟持部が間隔をあけて設置されている
    ことを特徴とする請求項１０に記載の曲面の旋削方法。