JP2014073549A - 曲面加工方法および曲面加工用のワイヤソー - Google Patents

Abstract

【課題】
大きなワークの曲面の加工に有効な方法、および曲面の加工に有用なワイヤソーを提供する。
【解決手段】
一対の切断用ローラ２の間にワイヤ４を巻き掛けて張架し、ワイヤ４を走行させると共に、切断用ローラ２の間のワイヤ４をワイヤ４に対し相対的に加工方向Ｃに送り移動させて、ワーク５を切断するワイヤソー１において、切断用ローラ２の回転の中心線を加工しようとする曲面６に対して垂直な状態を維持しながら、ワイヤ４を加工位置での曲面６に一致する状態として、ワイヤ４を曲面６に沿って加工方向Ｃに送り移動させ、ワーク５に曲面６を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば航空機用構造材などの大きなワークをワイヤにより曲面として切断する加工方法およびこの切断加工に利用可能なワイヤソーに関する。

航空機用構造材、例えばハニカムコア材は、翼の内部に組み込まれるため、翼の内部空間に沿った曲面形状として切断される。従来、このような曲面加工では、カッタにより少しずつ削り出しているため、加工時間がかかり、加工能率が悪く、加工面も不連続になりやすい。また、大きなワークの曲面加工では、加工装置が大型し、曲面の連続的な切削が難しいという点でも問題があった。

一方、特許文献１は、１本のワイヤを一対のガイドローラに巻き掛け、１本のワイヤでワークを切断するときに、ワイヤの切断方向とワイヤ支持部分の全剛性の方向とを一致させる、ことを開示している。

特許文献１の技術によると、ワークの支持形態や、ワークとワイヤとの位置関係から、大きなワークの曲面の連続的な切断加工には不向きである。

ＷＯ２００８／００１８１６号公報

したがって、本発明の課題は、大きなワークの曲面の連続的な加工に有効な方法、および曲面の連続的な加工に有用なワイヤソーを提供することである。

上記の課題のもとに、本発明の曲面加工方法は、一対の切断用ローラの間にワイヤを巻き掛けて張架し、前記ワイヤを走行させると共に、前記切断用ローラの間の前記ワイヤをワークに対し相対的に加工方向に送り移動させて、前記ワークを切断するワイヤソーにおいて、前記切断用ローラの回転の中心線を前記ワークの加工しようとする曲面に対して垂直な状態を維持しながら、前記ワイヤを加工位置での前記曲面に一致する状態として、前記ワイヤを前記曲面に沿って加工方向に相対的に送り移動させ、前記ワークに前記曲面を形成する、ことを特徴としている（請求項１）。前記の「垂直」は、後にも記載するが、正確な意味での垂直の他、ほぼ垂直も含まれる。

本発明に係る曲面加工方法は、前記切断用ローラの回転の中心線を加工方向において仰角・俯角の方向に変化させて、前記切断用ローラを前記曲面の仰角・俯角の変化に追従させる、ことを特徴としている（請求項２）。

また、本発明に係る曲面加工方法は、前記切断用ローラの回転の中心線を加工方向において左右の傾きの方向に変化させて、前記切断用ローラを前記曲面の左右の傾きの変化に追従させる、ことを特徴としている（請求項３）。

さらに、本発明に係る曲面加工方法は、加工方向において左右の幅の異なる前記ワークの切断時に、前記各切断用ローラの送り速度を異ならせ、前記ワークの左右端での加工時間をほぼ一致させる、ことを特徴としている（請求項４）。

そして、本発明に係る曲面加工装置は、一対の切断用ローラの間にワイヤを巻き掛けて張架し、前記ワイヤを走行させると共に、前記切断用ローラの間の前記ワイヤをワークに対し相対的に加工方向に送り移動させて、前記ワークを切断するワイヤソーにおいて、前記切断用ローラの間で前記ワイヤに所定の張力を与えながら前記ワイヤを走行させるワイヤ駆動装置と、前記各切断用ローラ毎に設けられ、前記各切断用ローラのローラ軸を加工方向における仰角・俯角を制御するＡ軸および前記Ａ軸を回動させるＡ軸駆動手段を有するローラ姿勢制御装置と、前記切断用ローラの間の前記ワイヤと前記ワークとを相対的に加工方向に移動させる加工送り装置と、前記各ローラ姿勢制御装置を前記ワークの高さ方向に位置決めする位置決め装置と、前記ローラ姿勢制御装置のＡ軸駆動手段、前記加工送り装置および前記位置決め装置を制御し、前記切断用ローラのローラ軸を加工しようとする曲面に対して垂直な状態を維持しながら、前記ワイヤを加工位置での前記曲面に一致する状態として、前記ワイヤを前記曲面に沿って加工方向に送り移動させる制御装置と、からなることを特徴としている（請求項５）。

本発明は、前記曲面加工装置において、前記Ａ軸駆動手段を前記Ａ軸に連結したＡ軸駆動モータにより構成する（請求項６）か、または前記Ａ軸駆動手段を加工方向に延びる固定のカムおよび前記Ａ軸に連結され前記カムに連動するカムフォロアにより構成する（請求項７）、ことを特徴としている。

また、本発明は、前記曲面加工装置において、前記ローラ姿勢制御装置に、前記切断用ローラの間の前記ワイヤに対して直交する方向のＢ軸および前記Ｂ軸を回動させるＢ軸駆動手段を組み込み、前記各切断用ローラのローラ軸を加工位置における前記曲面の左右の傾き角に追従させている（請求項８）。

本発明は、前記曲面加工装置において、前記Ｂ軸駆動手段を前記ワイヤの張力の作用点と前記Ｂ軸との間のキャスタ構造のアームにより構成する（請求項９）か、または前記Ｂ軸駆動手段を前記Ｂ軸に連結したＢ軸駆動モータにより構成している（請求項１０）。

本発明は、前記曲面加工装置の前記ワイヤ駆動装置において、一対の切断用ローラの間のワイヤに、ワイヤ案内用溝の部分で前記ワイヤの直径以下のたわみ防止用ガイドローラを組み込み、前記ワイヤのたわみを防止している（請求項１１）。

本発明に係る前記曲面加工装置において、前記ワイヤは、有端状のワイヤとする（請求項１２）か、または無端状のワイヤとする（請求項１３）。

本発明に係る曲面加工方法によると、一対の切断用ローラ間のワイヤをワークに対し相対的に加工方向に送り移動させて、ワークの曲面を切断するから、大きな曲面の切断加工がワイヤの一度の連続的な送り移動によって行え、また切断加工の過程で、切断用ローラの回転の中心線をワークの加工しようとする曲面に対して垂直な状態を維持させているから、切断用ローラの位置でのワイヤの外れ、ワイヤのこすれ、ワイヤの振れなどの好ましくない現象がなくなり、曲面が連続的で滑らかな曲面として形成できる（請求項１）。

本発明に係る曲面加工方法によると、切断用ローラの回転の中心線を加工方向において仰角・俯角の方向に変化させているから、切断用ローラが曲面の仰角・俯角の変化に追従し、曲面の仕上がりが良好となる（請求項２）。

また、本発明に係る曲面加工方法によると、切断用ローラの回転の中心線を加工方向において左右の傾きの方向に変化させているから、曲面に傾きがあっても、傾きに沿った切断加工ができる（請求項３）。

さらに、本発明に係る曲面加工方法によると、左右の幅の異なるワークの切断時に各切断用ローラの送り速度を異ならせ、ワークの左右端での加工時間をほぼ一致させているから、左右の幅の異なるワークの切断時にも、左右端で切断加工が同時に終わり、しかもワイヤが曲面の母線に重なるように移動するため、曲面の性質に適合した精度の良い曲面の切断加工が可能となる（請求項４）。

そして、本発明に係る曲面加工用のワイヤソーによると、前記の曲面加工方法による効果、すなわち、一対の切断用ローラ間のワイヤをワークに対し相対的に加工方向に送り移動させて、ワークの曲面を切断するから、大きな曲面の切断加工がワイヤの一度の連続的な送り移動によって行え、また切断加工の過程で、切断用ローラの回転の中心線をワークの加工しようとする曲面に対して垂直な状態を維持させているから、切断用ローラの位置でのワイヤの外れ、ワイヤのこすれ、ワイヤの振れなどの好ましくない現象がなくなり、曲面が連続的で滑らかな面として形成できる、という効果の他に、切断用ローラのローラ軸の仰角・俯角の制御がＡ軸およびＡ軸駆動手段によって積極的に行われ、ワイヤの高さが位置決め装置によって位置決めされるから、多種の曲面の加工が可能となり、またＡ軸駆動手段や位置決め装置の駆動に制御装置の数値制御などの位置制御機能が利用でき、その制御や制御指令の入力が容易となる（請求項５）。

本発明に係る曲面加工用のワイヤソーによると、Ａ軸をＡ軸駆動モータにより駆動するから、Ａ軸の仰角・俯角の制御が電気的な指令により行え（請求項６）、また、Ａ軸をカム、カムフォロアにより駆動するから、ワークの曲面の位置とＡ軸の仰角・俯角との対応が機械的に確実に設定できる（請求項７）。

また、本発明に係る曲面加工用のワイヤソーによると、ローラ姿勢制御装置に、Ｂ軸およびＢ軸を回動させるＢ軸駆動手段を組み込んでいるから、ワークの曲面の傾きにも対応が可能となる（請求項８）。

本発明に係る曲面加工用のワイヤソーによると、Ｂ軸駆動手段をキャスタ構造のアームにより構成して、一対の切断用ローラをワイヤの傾き方向の分力により作動させるから、Ｂ軸の傾きの制御が特別な駆動手段を必要とされず、自動的に行え（請求項９）、またＢ軸駆動手段をＢ軸駆動モータとすれば、Ｂ軸の傾きの制御が電気的な指令によって行える（請求項１０）。

本発明に係る曲面加工用のワイヤソーによると、一対の切断用ローラの間のワイヤに、たわみ防止用ガイドローラを組み込んでいるから、ワイヤの中間位置でのたわみが防止でき、加工後に、目標の曲面に忠実な曲面が得られる（請求項１１）。

さらに本発明に係る曲面加工装置によると、有端状のワイヤによれば、切断位置において常に新しいワイヤの使用が可能となり（請求項１２）、また無端状のワイヤによれば、ワイヤが繰り返し使用できる（請求項１３）。

本発明に係る曲面加工方法の説明図であり、（１）はその平面図、（２）はその背面図、（３）はその左側面図、（４）はその右側面図である。 本発明に係る曲面加工用のワイヤソーの平面図である。 本発明に係る曲面加工用のワイヤソーの側面の方向から見た一部の断面図である。 本発明に係る曲面加工用のワイヤソーの一部の正面図である。 本発明に係る曲面加工用のワイヤソーにおいて、一対の切断用ローラの支持部分の拡大側面図である。 本発明に係る曲面加工用のワイヤソーにおいて、一対の切断用ローラの支持部分の拡大背面図である。 本発明に係る曲面加工用のワイヤソーにおいて、一対の切断用ローラの支持部分の拡大断面面である。 本発明に係る曲面加工用のワイヤソーにおいて、Ａ軸を駆動する部分の他の例の側面面である。 本発明に係る曲面加工用のワイヤソーにおいて、一対の切断用ローラの間のワイヤを支持するたるみ防止用ガイドローラの側面面である。 本発明に係る曲面加工用のワイヤソーにおいて、たるみ防止用ガイドローラの支持部分の説明面であり、（１）は同じ送り位置での平面図、（２）は異なる送り位置での平面図である。 本発明に係る曲面加工用のワイヤソーにおいて、他の例でのワイヤ駆動装置の平面図である。

図１は、本発明に係る曲面加工方法を示している。図１において、説明の便宜上、図示のように、直交座標ＸＹＺが設定されているものとする。

本発明に係る曲面加工方法は、ワイヤソー１を前提としている。ワイヤソー１は、一対の切断用ローラ２の間にワイヤ４を巻き掛けて張架し、ワイヤ４を走行させると共に、切断用ローラ２の間のワイヤ４をＹ方向、すなわち切断用ローラ２の間のワイヤ４に直交する加工方向Ｃに送り移動させ、切断域の１本の直線のワイヤ４でワーク５を切断する。

一対の切断用ローラ２は、一例として同じ大きさの溝付きローラであり、それぞれワーク５の左右端から離れた位置で回転自在に支持され、切断用ローラ２の回転の中心線すなわちローラ軸３をワーク５の加工しようとする曲面６に対して垂直な状態を維持するように支持されている。

各切断用ローラ２は、曲面６に対して垂直な状態を維持するために、ローラ軸３を加工方向Ｃにおいて仰角・俯角αの方向に制御され、切断用ローラ２のローラ軸３を曲面６の加工位置での仰角・俯角αの変化に追従し、さらに必要に応じて、ローラ軸３を加工方向Ｃにおいて左右の傾き角βの方向に変化させて、切断用ローラ２を曲面６の加工位置での左右の傾きの変化に追従する。前記の仰角・俯角αおよび傾き角βは、ともにＺ方向つまり垂直線に対する角度として表されている。

ワイヤ４は、図示の例において、無端状のワイヤであって、それぞれ左右の案内ローラ７を経て一対の切断用ローラ２の溝内に必要な張力のもとに巻き掛けて張架され、一対の切断用ローラ２の間で切断域を形成し、ワーク５の切断のために、図１の（１）の矢印ように、連続走行または往復走行を行う。ワイヤ４は、好ましくは固定砥粒方式のワイヤであるが、ワーク５の性質によっては遊離砥粒方式のワイヤとすることもできる。

ワーク５は、一例として航空機の翼内に組み込まれる立方体のハニカムコア材のような大きなワークであり、加工に備えて、加工プレート８の上面に接着などにより取り付けられ、加工後に上面および下面において所望の曲面６を形成する。

曲面６は、１本の直線のワイヤ４による切断であることから、１直線を運動させて得られる曲面、例えば錐面、柱面、双曲放物面や一葉双曲面、これらの連続的な組み合わせ曲面などであり、それらの曲面６は、１直線に対応する多数の母線により形成されている。図１の具体例において、加工しようとする上側の曲面６は、左側の端部において、Ｙ方向で広く、Ｚ方向で高く、右側の端部において、Ｙ方向で狭く、Ｚ方向で低いため、全体として偏平な楕円錐面に近似する曲面となっている。

そして、本発明に係る曲面加工方法は、切断用ローラ２をワーク５に干渉しないように左右端から離れた位置に配置し、切断用ローラ２の回転の中心線、すなわちローラ軸３を加工しようとする曲面６に対して垂直な状態を維持しながら、ワイヤ４を加工位置での曲面６に一致する状態、正確にはワイヤ４を加工位置での曲面６の母線に常に重なる状態として、曲面６に沿って加工方向Ｃに送り移動させることによって、ワーク５に所望の曲面６を形成する。加工方向Ｃは、ワイヤ４に直交する方向であるから、切断加工の時に、ワイヤ４は、平行移動ないし平行に近い状態で移動することになる。

このようにして、ワーク５は、ワイヤ４の走行によって切断され、上面で曲面６を形成する。切り取られた部分は、最終的に曲面６から分離する。この後に、ワイヤ４は、もとの位置まで後退し、次に下面の曲面６に沿って移動し、下面に曲面６を形成する。このようなワイヤ４によるワーク５の切断によれば、曲面６の加工がワイヤ４の長さに応じ広い幅にわたって、ワイヤ４の１回の連続的な送り移動により能率良く行える。

切断用ローラ２の回転の中心線、すなわちローラ軸３は、加工しようとする曲面６、正確には曲面６をそのまま延長した想像上の曲面に対して垂直な状態を維持している。前記の「垂直」は、切断時にワイヤ４に作用する抵抗力を切断用ローラ２の位置でローラの半径方向でローラ軸３により正しく受け止め、切断用ローラ２の溝からのワイヤ４の外れ、切断用ローラ２の溝側壁に対するワイヤ４のこすれ、ワイヤ４の振れなどの好ましくない現象を防止するために必要である。前記の「垂直」には、正確な意味での垂直のほかに、前記の好ましくない現象によって実際に大きな影響を受けず、加工精度の許容範囲内ならば、ほぼ垂直も含まれる。

左右端の切断用ローラ２の加工方向Ｃへの送り速度は、ワーク５の左右端の幅が同じであれば、同じ速度値に設定されるが、図１の具体例のように、ワーク５の左右端の幅が同じでないときは、速度値を異ならせ、ワーク５の左右端での加工時間すなわち加工開始から加工終了までの時間を一致させて、ワーク５の左右端での幅の相違に対応する。

図１の具体例では、左右の切断用ローラ２をそれぞれ切断開始位置へ移動させてから、加工中に、左端において切断用ローラ２の加工方向Ｃへの送り速度は低く設定され、右端において切断用ローラ２の加工方向Ｃへの送り速度は高く設定される。ワイヤ４が曲面６の切断開始位置に到達した時点で、左端の切断用ローラ２は通常の送り速度で加工方向Ｃへ移動し、右端の切断用ローラ２は通常の送り速度よりも低い速度で加工方向Ｃへ移動することによって、左右端の切断はほぼ同時に完了する。このような送り速度の設定や加工時間の設定は、ワイヤ４を曲面６の母線に常に重なるように一致させる意味でも有効である。しかし、切断加工に要求される精度内なら、送り速度や、加工時間の設定は、任意に設定できる。

また、曲面６は、図１において、左端で高く、右端で低く傾斜しているため、左右端の切断用ローラ２は、切断中に、高さを変え、かつ切断用ローラ２の回転の中心線、すなわちローラ軸３の傾き角βを変化させて、曲面６の傾きの変化に追従する。しかし、曲面６に左右端で傾きがないか、または傾きがあっても、精度上無視できる程度の傾きならば左右端の切断用ローラ２について、切断中に傾きの制御は不要となる。

つぎに、図２ないし図４は、本発明に係る曲面加工用方法を実施するための曲面加工用のワイヤソー１を示している。ここでも、図１と同様に、直交座標ＸＹＺが設定されているものとする。

曲面加工用のワイヤソー１は、一対の切断用ローラ２の間に、ワイヤ４を巻き掛けて張架し、ワイヤ４を走行させると共に、切断用ローラ２の間の切断域のワイヤ４を加工方向Ｃに送り移動させて、ワーク５を切断するために、ワイヤ駆動装置１０、ローラ姿勢制御装置１５、加工送り装置１６、位置決め装置１７および制御装置１８を有している。

具体的に記載すると、曲面加工用のワイヤソー１は、切断用ローラ２の間で切断域のワイヤ４に所定の張力を与えながら、ワイヤ４を走行させるワイヤ駆動装置１０と、各切断用ローラ２毎に設けられ、各切断用ローラ２のローラ軸３を加工方向Ｃにおける仰角・俯角αを制御するＡ軸１１およびＡ軸１１を回動させるＡ軸駆動手段１３、各ローラ軸３の加工方向Ｃにおける左右の傾き角βを制御するＢ軸１２およびＢ軸１２を回動させるＢ軸駆動手段１４を含むローラ姿勢制御装置１５と、切断用ローラ２の間の切断域のワイヤ４とワーク５とを相対的に加工方向Ｃに移動させる加工送り装置１６と、各ローラ姿勢制御装置１５をワーク５の高さ方向に位置決めする位置決め装置１７と、これらの制御装置１８と、からなる。

制御装置１８は、ローラ姿勢制御装置１５のＡ軸駆動手段１３、Ｂ軸駆動手段１４、加工送り装置１６および位置決め装置１７を制御し、切断用ローラ２のローラ軸３を加工しようとする曲面６に対して垂直な状態を維持しながら、ワイヤ４を加工位置での曲面６、正確には加工位置の母線に重なる状態とし、ワイヤ４を曲面６に沿って加工方向Ｃに送り移動させる。

ワイヤ駆動装置１０は、一対の切断用ローラ２の間で切断域のワイヤ４に所定の張力を与えながらワイヤ４を走行させるために、送り出し側において、送り出し用のリール１９からワイヤ４を送り出し、ワイヤ４をトラバース機構２０のトラバースローラ２１、ダンサ機構２２のダンサローラ２３、複数のガイドローラ２４を経て、一方の案内ローラ７および切断用ローラ２に案内し、一方の切断用ローラ２と他方の切断用ローラ２との間に所定の張力でワイヤ４を巻きかけてから、巻き取り側において、ワイヤ４を複数のガイドローラ２４、ダンサ機構２２のダンサローラ２３、トラバース機構２０のトラバースローラ２１を経て巻き取り用のリール１９に巻き取られる。

このように、２つのリール１９のうち一方は送り出し用、他方は巻き取り用となっており、それらは、専用のリール駆動モータ２５、回転伝達手段３０によって駆動される。これらのリール駆動モータ２５は、ワーク５の切断時に、図２の矢印のように、ワイヤ４を連続走行または往復走行させる。

トラバース機構２０は、トラバースローラ２１をトラバースモータ２７、トラバース送りねじユニット２６によってリール１９の軸方向に移動させることにより、送り出し用のリール１９では、リール巻き胴のワイヤ４の送り出し位置でワイヤ４を送り出し、また巻き取り用のリール２５では、リール巻き胴にワイヤ４の巻き取り位置でワイヤ４を整列状態として巻き取る。

また、ダンサ機構２２は、それぞれのリール１９と切断用ローラ２との間ワイヤ経路中に配置されており、ダンサローラ２３をダンサアーム２８、ダンサトルクモータ２９によりワイヤ４に対して目標の張力を付与すると共に、ダンサローラ２３の変位によってワイヤ４のゆるみを吸収する。

ローラ姿勢制御装置１５は、それぞれの切断用ローラ２のローラ軸３の加工方向Ｃにおける仰角・俯角αを制御するためにＡ軸１１を有し、また、ローラ軸３を加工方向Ｃにおける左右の傾き角βを制御するためにＢ軸１２を有している。

図５ないし図７は、ローラ姿勢制御装置１５の要部、すなわちＡ軸１１およびＢ軸１２の支持部分を例示している。これらの図５ないし図７において、切断用ローラ２のローラ軸３は、一例としてほぼＺ形のアーム３２の一端にＺ方向として支持されており、アーム３２は、中間部分でＹ方向のＢ軸１２およびブラケット３３により回動自在に支持され、他端のバランスウエイト３１により釣り合う状態となっている。Ｂ軸１２の延長線は、切断用ローラ２と案内ローラ７との間のワイヤ４と一致させてあるから、切断用ローラ２の傾き角βは、Ｂ軸１２および切断用ローラ２と案内ローラ７との間のワイヤ４を中心として変化することになる。

しかも、Ｂ軸１２の延長線は、切断用ローラ２に対するワイヤ４の張力の作用点、すなわち送り出し側の切断用ローラ２では切断用ローラ２からワイヤ４が離れる点、巻き取り側の切断用ローラ２では切断用ローラ２にワイヤ４が接する点からから離してある。このため、アーム３２は、キャスタ構造を構成しており、ワイヤ４の張力を受けて、Ｂ軸１２を中心として回動するようになっている。

位置決め装置１７による高さ制御によって、ワイヤ４が傾くと、切断用ローラ２は、ワイヤ４から傾き方向の分力を受けて、Ｂ軸１２を中心として回動し、ワイヤ４の傾き方向に追従する。したがって、この例において、キャスタ構造のアーム３２は、ワイヤ４の傾き方向の分力によって作動する消極的なＢ軸駆動手段１４を構成している。しかし、このＢ軸駆動手段１４は、図５において、想像線で例示するように、Ｂ軸１２にＢ軸駆動モータ３６を取り付けて、曲面６の傾きに応じて積極的に駆動するものともできる。

ブラケット３３は、ユニットホルダ３４の側面に取り付けられており、ユニットホルダ３４は、仰角・俯角αを制御するために、Ａ軸駆動モータ３５のモータ軸に連結されている。Ａ軸駆動モータ３５は、Ａ軸駆動手段１３を構成しており、また、そのモータ軸は、Ｘ方向のＡ軸１１を兼用し、その先端で案内ローラ７を回転自在に支持している。

なお、図示の例では、Ａ軸１１が切断用ローラ２の間のワイヤ４の延長線から外れた位置にあるが、Ａ軸１１をワイヤ４の延長線上に配置すれば、Ａ軸１１の回動時に、ワイヤ４の切断位置は、変位しない。このため、ワイヤ４の位置データの設定が容易となる点で有利である。

このようにして、Ａ軸１１は、ユニットホルダ３４、Ｂ軸１２、アーム３２などによって切断用ローラ２を保持し、Ａ軸駆動モータ３５により駆動されたときに、ローラ軸３の仰角・俯角αを制御する。Ａ軸１１は、Ｂ軸１２に対して空間的に直交しているから、ユニットホルダ３４の回動は、Ｂ軸１２の回動に影響することはない。

そして、Ａ軸駆動モータ３５は、位置決め装置１７の位置決めテーブル３７に取り付けられている。位置決めテーブル３７は、加工送り装置１６の加工送りテーブル４１に対してＺ方向のリニアガイド３８、送りねじユニット３９および加工送りテーブル４１の上部に取り付けられた位置決めモータ４０によってＺ方向すなわちワーク５の高さ方向に移動自在となっている。

加工送り装置１６は、ワイヤ４をＹ方向すなわち加工方向Ｃに移動させるために、加工送りテーブル４１を有している。加工送りテーブル４１は、ベース４３に設けられた送り案内フレーム４２に対してＹ方向のリニアガイド４４、送りねじユニット４５および送り案内フレーム４２の端部に取り付けられた送りモータ４６によって加工方向Ｃすなわちワーク５の幅方向に移動自在となっている。

上記のような構成によって、各ローラ姿勢制御装置１５は、位置決め装置１７によりＺ方向に位置決めされ、かつ加工送り装置１６により加工方向Ｃに加工送りされる。そして一対の切断用ローラ２のローラ軸３は、曲面６の変化に応じて、Ａ軸１１を中心として、仰角・俯角αを変え、またＢ軸１２を中心として、左右の傾き角βを変えることになる。仰角・俯角αは、加工しようとする曲面６の変化に応じ、Ａ軸駆動モータ３５の回転により積極的に制御されるが、左右の傾き角βは、既述のように、ワイヤ４の張力にもとづく傾き方向の分力によって消極的に制御される。なお、Ｂ軸１２は、その向きを切断用ローラ２の間の切断域のワイヤ４に対して直交する方向となっているから、ワイヤ４の張力の影響を受けて、切断域のワイヤ４の方向に変位することはない。

図示の例において、ワイヤ駆動装置１０のリール１９、トラバース機構２０およびダンサ機構２２は、ベース４３の上またはベース４３を取り付ける床面上に取り付けられているから、加工送りテーブル４１の加工方向Ｃへの移動のときに、加工方向Ｃに移動せず、取り付け位置に固定されている。したがって、切断域のワイヤ４が加工方向Ｃに移動すると、各加工用ローラ２と対応のリール１９との間の距離が延び、結果的にワイヤ４の張力が高まり、その分ダンサアーム２８が大きく変位するため、リール駆動モータ２５は、送り出し側では、リール１９の送り出し回転量を多くし、巻き取り側では、リール１９の巻き取り回転量を少なくして、ワイヤ４の張力の高まりに自動的に対応し、ワイヤ４を目標の張力に維持する。

なお、前記のワイヤ駆動装置１０のリール１９、トラバース機構２０およびダンサ機構２２などが加工送りテーブル４１の後方に図示しない取り付けブラケットなどにより支持され、それらが加工送りテーブル４１のＹ方向の移動と共に移動するときには、ワイヤ４の加工方向Ｃへの移動によって、ワイヤ４の張力が高まらないため、ワイヤ４の張力制御は、安定することから、制御の安定という観点から見れば、好ましい形態とも言える。この好ましい形態は、後述の図１１に例示されている。

そして、制御装置１８は、プログラムコントローラやＮＣ制御コンピュータなどにより構成されており、ワイヤ駆動装置１０のリール駆動モータ２５、トラバースモータ２７、ダンサトルクモータ２９、ローラ姿勢制御装置１５のＡ軸駆動モータ３５、位置決め装置１７の位置決めモータ４０、加工送り装置１６の送りモータ４６の回転方向、回転速度を制御し、一対の切断用ローラ２のローラ軸３を加工しようとする曲面６に対して垂直な状態を維持しながら、切断域のワイヤ４を曲面６の加工位置における母線に重ねるように一致させ、ワイヤ４を曲面６に沿って送り移動させる。

加工の準備段階で、オペレータは、ワーク５の加工しようとする表面側および裏面側の曲面６を直交座標ＸＹＺ上の位置決め用のデータとして制御装置１８に入力し、それらのデータにもとづいて制御装置１８を作動できるように設定する。ワーク５は、図示しない搬入・搬出装置によりパレットに搭載されて、ワイヤソー１の加工位置に案内され、図示しない位置決め手段により加工位置に位置決めされ、図示しないクランプ装置により加工位置に固定される。

加工前に、制御装置１８は、ワイヤ駆動装置１０のリール駆動モータ２５、トラバースモータ２７、ダンサトルクモータ２９を駆動し、ワイヤ４に所定の張力を与えながら切断のために走行させると共に、位置決めモータ４０および送りモータ４６を駆動して、切断域のワイヤ４をワーク５の加工開始位置に案内する。

この後に、制御装置１８は、上面側の曲面６の加工を開始し、送りモータ４６を駆動して、ワイヤ４を加工方向Ｃに送り移動させると共に、位置決めモータ４０を駆動して、ワイヤ４をワーク５の曲面６に合わせて高さ方向すなわちＺ方向に位置決めし、さらに加工送りに応じてＡ軸駆動モータ３５を駆動して、切断用のローラ２のローラ軸３をワーク５の曲面６の仰角・俯角αの変化に追従させる。

既に記載したように、ワーク５の曲面６の左右の傾き角βは、ワイヤ４の張力にもとづく傾き方向の分力によって、キャスタ構造のアーム３２をＢ軸１２の周りの回動により消極的に制御される。しかし、前記のように、Ｂ軸１２にＢ軸駆動モータ３６を連結して、Ｂ軸１２を積極的に駆動することもできる。したがって、Ｂ軸駆動モータ３６が設けられているときに、制御装置１８は、予め入力されているデータにもとづいて、加工送りに応じてＢ軸駆動モータ３６を積極的に駆動し、Ｂ軸１２を加工しようとする曲面６の傾きの変化に追従させることになる。

このようにして、ワイヤソー１は、ワイヤ４をワーク５の上面側の曲面６に沿って送り移動させ、常に加工位置の曲面６、正確には加工位置の母線にワイヤ４を重ねるように一致させて、曲面６の切断を進める。上面側の曲面６の切断が終了したら、ワイヤソー１はワーク５の下面側の曲面６の加工を行う。上面側および下面側の曲面６の加工の完了によって、ワーク５は、上側の曲面６と下側の曲面６とを輪郭とする目標の芯材として製作される。

図８は、Ａ軸駆動手段１３の他の例を示している。図８のＡ軸駆動手段１３は、カム５２とカムフォロア５３とで構成されている。カム５２は、加工方向Ｃに延び、曲面６に対応する溝カムであり、送り案内フレーム４２の側面などに固定されている。カムフォロア５３は、Ａ軸１１に連結され、ワイヤ４の加工方向Ｃの移動にともなって、カム５２の溝に沿って移動し、溝形状に応じて回動することによりワーク５の曲面６の変化に追従し、Ａ軸１１の仰角・俯角αを変化させる。この動作のために、カム５２の溝は、加工しようとする曲面６に適合するように加工されている。

次に、図９および図１０は、ワイヤ駆動装置１０にたわみ防止用ガイドローラ４７の組み込み例を示している。一対の切断用ローラ２の間隔が長いとき、ワイヤ４の中間部分が切断の抵抗力を受けて、たわむことが考えられる。図９および図１０の具体例は、一対の切断用ローラ２の間にワイヤ案内用溝の部分でワイヤ４の直径以下の薄い厚みのたわみ防止用ガイドローラ４７を組み込み、切断域でのワイヤ４のたわみを防止している。

たわみ防止用ガイドローラ４７は、ガイドローラ軸４９によりガイドバー４８の中間位置で回転自在に支持され、ガイドバー４８は、一端で一方のアーム３２にピン５０により回動自在に支持され、他端で他方のアーム３２にピン５０と長孔５１とにより回動自在で２本のピン５０の間の距離の変化を許容するように支持されている。このような支持構造によって、たわみ防止用ガイドローラ４７は、一対の切断用ローラ２の中間位置において一対の切断用ローラ２と共に仰角・俯角α、傾き角βを変え、ワイヤ４の中間位置を支えて、切断域でのワイヤ４のたわみを防止する。

ガイドバー４８は、切断加工時に、ワイヤ４の加工方向Ｃの移動にともなって、図１０の（１）のように、左右端で同じ送り量で移動するか、または図１０の（２）のように、左右端で異なる送り量で移動する。なお、たわみ防止用ガイドローラ４７は、ワイヤ案内用溝の外周部分から中心部分までの面で偏平ならっぱ状の面を形成している。このらっぱ状の面は、切り屑をはね上げる案内面として作用する。

図１１は、ワイヤ駆動装置１０において、１つのリール１９により無端状のワイヤ４を送り出し、巻き取る例を示している。図２ないし図４の具体例は、有端状のワイヤ４を言わばオープンリール式としているが、図１１の具体例は、１つのリール１９に無端状のワイヤ４を一層巻きとし、１つのリール１９をリール駆動モータ２５で駆動することによってワイヤ４を走行させている。ここでのリール１９、ダンサ機構２２やリール駆動モータ２５は、一方の加工送りテーブル４１の背面部分に固定された取り付けブラケット５４により支持されており、ワイヤ４の加工方向Ｃの移動とともに移動する。この例において、ワイヤ４の送り出し側にダンサ機構２２が設けられるが、トラバース機構２０は、不要であるから設けられていない。

また図１１の具体例では、リール１９、ダンサ機構２２やリール駆動モータ２５が加工送りテーブル４１により支持されているが、リール１９、ダンサ機構２２やリール駆動モータ２５を図示しない台車に搭載し、この台車を加工送りテーブル４１の移動に連動させれば、リール１９、ダンサ機構２２やリール駆動モータ２５は、ワイヤ４の加工方向Ｃへの送りのときに、加工送りテーブル４１とともに移動する。このような構成にすると、加工送りテーブル４１は、リール１９などを支えなくてもよく、小さな力で移動することになる。

以上の具体例において、加工方向Ｃの送り移動は、ワイヤ４をＹ方向に移動させ、ワーク５を固定して行われているが、ワイヤ４を固定して、ワーク５をＹ方向に移動させることによっても行える。したがって、ワイヤ４とワーク５とは、加工方向Ｃに相対的に移動すればよいことになる。

また、ワーク５の曲面６に傾きβが無いとき、あるいは傾きβが有っても一定であるならば、左右の切断用ローラ２のＺ方向の位置を加工初期に設定することによって、目標の曲面６の加工が可能となるから、Ｂ軸１２は省略できる。さらに、直交座標ＸＹＺの設定は例示であるから、その設定は例示以外にも設定することもできる。

図示の具体例は、一例であるから、ワイヤ駆動装置１０、ローラ姿勢制御装置１５、加工送り装置１６、位置決め装置１７などは、同じ機能を有すものとして他の構成によっても実現できるから、図示のものに限定されない。例えば、ワイヤ駆動装置１０のトラバース機構２０は、リール１９の垂直な設置に対応して、ワイヤ４を上下方向に案内するものとして構成でき、またダンサ機構２２は、トルクモータではなく、スプリンクや重力を利用する形式のものとして構成することもできる。

また、実施形態は、１本のワイヤ４でワーク５を切断しているが、本発明は、１本の切断方式に限らず、２本以上のワイヤ４でワーク５を切断する、マルチ切断する方式に利用することも可能である。

本発明は、ワーク５として航空機用構造材のハニカムコア材の曲面６の加工を対象として開発されたが、ワーク５は、上記のものに限定されず、各種の材料や大きさ、形状の曲面の加工にも利用できる。

１ ワイヤソー
２ 切断用ローラ
３ ローラ軸
４ ワイヤ
５ ワーク
６ 曲面
７ 案内ローラ
８ 加工プレート
１０ ワイヤ駆動装置
１１ Ａ軸
１２ Ｂ軸
１３ Ａ軸駆動手段
１４ Ｂ軸駆動手段
１５ ローラ姿勢制御装置
１６ 加工送り装置
１７ 位置決め装置
１８ 制御装置
１９ リール
２０ トラバース機構
２１ トラバースローラ
２２ ダンサ機構
２３ ダンサローラ
２４ ガイドローラ
２５ リール駆動モータ
２６ トラバース送りねじユニット
２７ トラバースモータ
２８ ダンサアーム
２９ ダンサトルクモータ
３０ 回転伝達手段
３１ バランスウエイト
３２ アーム
３３ ブラケット
３４ ユニットホルダ
３５ Ａ軸駆動モータ
３６ Ｂ軸駆動モータ
３７ 位置決めテーブル
３８ リニアガイド
３９ 送りねじユニット
４０ 位置決めモータ
４１ 加工送りテーブル
４２ 送り案内フレーム
４３ ベース
４４ リニアガイド
４５ 送りねじユニット
４６ 送りモータ
４７ たるみ防止用ガイドローラ
４８ ガイドバー
４９ ガイドローラ軸
５０ ピン
５１ 長孔
５２ カム
５３ カムフォロア
５４ 取り付けブラケット
α 仰角・俯角
β 傾き角
Ｃ 加工方向
ＸＹＺ 直交座標

Claims (13)

1. 一対の切断用ローラの間にワイヤを巻き掛けて張架し、前記ワイヤを走行させると共に前記切断用ローラの間の前記ワイヤをワークに対し相対的に加工方向に送り移動させて、前記ワークを切断するワイヤソーにおいて、
   前記切断用ローラの回転の中心線を前記ワークの加工しようとする曲面に対して垂直な状態を維持しながら、前記ワイヤを加工位置での前記曲面に一致する状態として、前記ワイヤを前記曲面に沿って加工方向に相対的に送り移動させ、前記ワークに前記曲面を形成する、ことを特徴とする曲面加工方法。
2. 前記切断用ローラの回転の中心線を加工方向において仰角・俯角の方向に変化させて、前記切断用ローラを前記曲面の仰角・俯角の変化に追従させる、ことを特徴とする請求項１記載の曲面加工方法。
3. 前記切断用ローラの回転の中心線を加工方向において左右の傾きの方向に変化させて、前記切断用ローラを前記曲面の左右の傾きの変化に追従させる、ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の曲面加工方法。
4. 加工方向において左右の幅の異なる前記ワークの切断時に、前記各切断用ローラの送り速度を異ならせ、前記ワークの左右端での加工時間をほぼ一致させる、ことを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の曲面加工方法。
5. 一対の切断用ローラの間にワイヤを巻き掛けて張架し、前記ワイヤを走行させると共に前記切断用ローラの間の前記ワイヤをワークに対し相対的に加工方向に送り移動させて、前記ワークを切断するワイヤソーにおいて、
   前記切断用ローラの間で前記ワイヤに所定の張力を与えながら前記ワイヤを走行させるワイヤ駆動装置と、前記各切断用ローラ毎に設けられ、前記各切断用ローラのローラ軸を加工方向における仰角・俯角を制御するＡ軸および前記Ａ軸を回動させるＡ軸駆動手段を有するローラ姿勢制御装置と、前記切断用ローラの間の前記ワイヤと前記ワークとを相対的に加工方向に移動させる加工送り装置と、前記各ローラ姿勢制御装置を前記ワークの高さ方向に位置決めする位置決め装置と、前記ローラ姿勢制御装置のＡ軸駆動手段、前記加工送り装置および前記位置決め装置を制御し、前記切断用ローラのローラ軸を加工しようとする曲面に対して垂直な状態を維持しながら前記ワイヤを加工位置での前記曲面に一致する状態として、前記ワイヤを前記曲面に沿って加工方向に送り移動させる制御装置と、からなることを特徴とする曲面加工用のワイヤソー。
6. 前記Ａ軸駆動手段を前記Ａ軸に連結したＡ軸駆動モータにより構成する、ことを特徴とする請求項５記載の曲面加工用のワイヤソー。
7. 前記Ａ軸駆動手段を加工方向に延びる固定のカムおよび前記Ａ軸に連結され前記カムに連動するカムフォロアにより構成する、ことを特徴とする請求項５記載の曲面加工用のワイヤソー。
8. 前記ローラ姿勢制御装置に、前記切断用ローラの間の前記ワイヤに対して直交する方向のＢ軸および前記Ｂ軸を回動させるＢ軸駆動手段を組み込み、前記各切断用ローラのローラ軸を加工位置における前記曲面の左右の傾き角に追従させる、ことを特徴とする請求項５記載の曲面加工用のワイヤソー。
9. 前記Ｂ軸駆動手段を前記ワイヤの張力の作用点と前記Ｂ軸との間のキャスタ構造のアームにより構成する、ことを特徴とする請求項８記載の曲面加工用のワイヤソー。
10. 前記Ｂ軸駆動手段を前記Ｂ軸に連結したＢ軸駆動モータとする、ことを特徴とする請求項８記載の曲面加工用のワイヤソー。
11. 前記ワイヤ駆動装置において、一対の切断用ローラの間のワイヤに、ワイヤ案内用溝の部分で前記ワイヤの直径以下のたわみ防止用ガイドローラを組み込み、前記ワイヤのたわみを防止する、ことを特徴とする請求項５記載の曲面加工用のワイヤソー。
12. 前記ワイヤを有端状のワイヤとする、ことを特徴とする請求項５記載の曲面加工用のワイヤソー。
13. 前記ワイヤを無端状のワイヤとする、ことを特徴とする請求項５記載の曲面加工用のワイヤソー。

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