JP2018079540A - 加工装置及び加工方法 - Google Patents
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Abstract
Description
こうした加工装置で加工されるワークであって、機械等に組み込まれ摺動する部分に係るもの等に対しては、表面における所望の硬度が要求されることがある。この場合、加工装置による加工の後で、焼入れを始めとする表面硬化処理が行われる。
かような表面硬化処理の一例であるレーザ焼入れ方法として、下記特許文献1に記載のものが知られている。この方法では、管状又は円柱状物体外周面のレーザを用いた焼入れ方法において、物体に照射されるレーザビームの回転方向の径が長手方向の径より大きいものとされている。
そして、焼入れに伴い生じるひずみ等に対応するため、ワークの焼入れ部位に対して焼入れ後仕上げ加工が行われるところ、この焼入れ方法では、ワークの焼入れのみが行われ、焼入れ後仕上げ加工は別の加工装置で実行される。ここで、焼入れ後仕上げ加工を行う加工装置は、硬化したワーク表面に対して加工精度を確保する観点から、精密仕上げ加工可能であることが好ましい。
ワークの精密仕上げ加工装置の一つとして、下記特許文献2に記載の楕円振動切削装置が知られている。この装置では、切削工具の刃先をワーク(被削材)に対して相対的に楕円振動させ、精密微細加工を施すことが可能である。そして、この楕円振動切削装置は、焼入れ鋼に形状創成加工を施し得るものとされている。
そこで、本開示は、表面硬化処理前の加工と表面硬化処理と表面硬化処理後の仕上げ加工について、より正確で時間やコストがかからない加工装置や加工方法を提供することを目的とする。
又、本開示は、加工方法において、ワークをクランプした状態で加工する加工工程を行った後、前記ワークの表面に表面硬化処理を施す表面硬化処理工程を行い、その後、前記ワークの前記表面に、振動加工用工具を振動させながら適用する仕上げ加工工程を行って、前記ワークをアンクランプすることが望ましい。
≪全体構成等≫
図1は、本発明の第1形態に係る加工装置1の前面図である。
加工装置1は、旋盤型の工作機械(複合加工機)をベースとして構成されるものであり、ベッド2と、その上に固定される機枠3と、主軸頭4と、その回転送り機構6と、ワークWを保持するワーク主軸8と、心押台10と、加工用工具としての1以上の切削用工具12と、これを収納する加工用工具収納部としての焼入れ前切削用工具収納部14と、表面硬化処理ユニットとしての焼入れユニット16と、これを収納する表面硬化処理ユニット収納部としての焼入れユニット収納部18と、焼入れ後の仕上げ加工用である振動加工ユニットとしての振動切削ユニット20と、これを収納する振動加工ユニット収納部としての振動切削ユニット収納部22と、各種情報を表示可能な表示部24を有する操作盤26と、これらを制御する制御手段28と、を備えている。
主軸頭4は、下側(X軸負側)に、切削用工具12等を保持するユニットクランプ機構としての工具クランプ機構31を有している。工具クランプ機構31は、マシニングセンタの主軸等において一般的に使用されている自動工具交換装置と工具ホルダの組合せを流用して構成される。
ここで、図1の右側(心押台10側)がZ軸の正側とされ、図1の紙面の奥側がY軸の負側とされ、図1の状態で(前側から)みて反時計回りに進む側がB軸の正側とされる。尚、各軸の設定は一例であり、正負を変えたり他の位置に移動したりする等、他の設定がなされても良い。又、回転送り機構6やワーク主軸8は、主軸頭4がワークWに対して相対的に移動可能であれば、どのような配置であっても良い。更に、切削用工具12を始めとする主軸頭4に装着される各種部材とワークWの相対位置も、図面以外のものに変更されて良い。
又、ワーク主軸8は、クランプしたワークを、Z軸周りの回転軸であるC軸で回転させるワーク回転機構34を有する。Z軸負側から正方向へみて時計回りに進む側がC軸の正側とされる。
心押台10は、センタ35と、Z軸方向に伸縮する伸縮機構36と、を備えており、ワークWに接近してワークWの心押しを行う。
加工装置1の切削用工具12では、Y軸負方向が主たる切削方向とされる。即ち、切削用工具12における切削では、ワークWをC軸正方向に回転することで切削運動を生成し、主軸頭4に装着された切削用工具12をZ軸負方向に相対的に送って切削用工具12をZ軸負方向に相対的に動かしながら、X軸負方向に切り込むことで切削される。
尚、切削用工具12における切削の方向や回転状態等は、Z軸正方向に移動させたり、Z軸方向を主たる切削方向としたりする等、適宜変更可能である。又、焼入れ前加工(焼入れ前切削)は、荒加工(荒切削)と、荒加工を施されたワークWを仕上げ加工する焼入れ前仕上げ加工(焼入れ前仕上げ切削)と、を含むものとされても良い。この場合、荒加工は、焼入れ前仕上げ加工による仕上げを前提として、その仕上げにより仕上げられる程度の精度でワークWを切削し、焼入れ前仕上げ加工は、後述の焼入れ後の仕上げ加工による仕上げを前提として、その仕上げにより仕上げられる程度の精度でワークWを切削する。
配線部42は、焼入れユニット収納部18を経て電源や制御手段28とつながっている。
ジョイント部44は、レーザ発振器40に対して左方に突出しており、その左方突出部分の上部が上述の工具ホルダと同じ形状に形成されることで、主軸頭4の工具クランプ機構31にクランプされるように形成されている。
焼入れユニット16は、ジョイント部44が工具クランプ機構31にクランプされることで、主軸頭4に装着される。
主軸頭4(工具クランプ機構31)は、焼入れユニット収納部18に収納された焼入れユニット16を装着することが可能であり、又装着された焼入れユニット16を焼入れユニット収納部18でアンクランプして収納することが可能である。
図2にも示される振動部50は、先端部60(下端部)に取り付けられる振動切削用工具61を備えている。振動加工用工具としての振動切削用工具61は、超精密加工用のもの(単結晶ダイヤモンドツール)であり、強力な楕円振動(円振動を含む)やそれによる切削負荷に耐えるものである。尚、振動切削用工具61として、他の種類のものが用いられても良い。
振動部50は、第1の圧電素子62と、第2の圧電素子64を備えており、これら圧電素子62,64の駆動により、振動切削用工具61に楕円振動を付与し、振動切削用工具61の刃先E(先端)を楕円振動させることが可能である。
圧電素子62は、複数の圧電素子部を含んでも良いし、単独の圧電素子のみを含んでも良い。これは、圧電素子64についても同様である。
ジョイント部54は、焼入れユニット16のジョイント部44と同様に成り、工具クランプ機構31にクランプされることで、振動切削ユニット20が主軸頭4に装着される。主軸頭4は、振動切削ユニット収納部22に収納された振動切削ユニット20を装着することが可能であり、又装着された振動切削ユニット20を振動切削ユニット収納部22でアンクランプして収納することが可能である。
振動切削ユニット20の振動部50は、ロッド状であって、主軸頭4へ装着されている場合にはワークWに向かう方向即ちX軸方向に延びていて、振動部中心軸MがX軸方向を向いている。振動切削用工具61は、X軸方向に延びる状態で振動部50の先端部60(ワークW側の端部)に取り付けられる。よって、X軸負方向が、ワークWに対する切込み方向となる。
又、加工装置1の振動切削ユニット20では、Y軸負方向が主たる切削方向とされる。即ち、振動切削ユニット20における切削では、ワークWをC軸正方向に回転することで切削運動を生成し、振動切削用工具61をY軸方向に相対的に振動させながら、X軸負方向に切り込むことで切削される。そして、かように切削しながら、主軸頭4が適宜Z軸方向にゆっくりと送られ、Z軸方向に加工面を広げていく。
第2の圧電素子64は、その駆動により、振動部50の先端部60について主にY軸方向で往復するようにたわませて、振動部50に取り付けられた振動切削用工具61を、主にY軸方向(切削方向)で振動させるものである。ここで、先端部60を振動させるため、たわみによる振動としては、少なくとも先端部60が自由端となる振動が選択され、好ましくは先端部と後端部の両端が自由である振動が選択される。以下、Y軸方向の振動(横振動)は、たわみ振動と呼称されることがある。
振動部50の縦振動とたわみ振動の基本的な共振周波数(基準共振周波数)は、何れも16.9kHz(キロヘルツ)である。
振動部50の先端部60を含む前部は、先端部60の振幅を拡大して振動切削用工具61をより効率良く振動するため、振動切削用工具61に近づくにつれて細くなるテーパ形状を有するように形成される。テーパ形状の種類としては、コニカルホーン形状や、エクスポネンシャルホーン形状、ステップホーン形状が例示される。
制御手段によって第1の圧電素子62と第2の圧電素子64に対して周期的な電圧が印加され、第1の圧電素子62と第2の圧電素子64が駆動されると、縦振動とたわみ振動により振動部50の先端部60が楕円軌跡を描いて振動し、振動切削用工具61が楕円振動する。振動切削用工具61を楕円振動させるための振動は、所定の共振モードに係る振動である。
振動部50では、図2に模式的な波形状の線(実波線と破波線)で示されるように、縦振動において1次の共振モードで振動するように圧電素子62が駆動され(図2(a))、たわみ振動において3次の共振モードで振動するように圧電素子64が駆動される(図2(b))。
かような共振モードの設定は、振動切削用工具61の容易な設置等様々な面で扱い易いロッド形状の振動部50に適合している。
振動部50の先端部60に注目した場合、先端部60の振動中心軸が振動部中心軸Mとなるべく一致するようにするため、振動切削用工具61が、他の先端部60における部品の重量との兼ね合いで、振動部中心軸Mを中心とした重量バランスが確保されるように取り付けられる。尚、先端部60においては、たわみ振動に影響をなるべく及ぼさないようにするために、重量の大きい部品は配置されない。
尚、縦振動の周波数やたわみ振動の周波数、あるいは振動部50の共振周波数や各振動における共振モードの次数は様々に変更可能である。又、振動部50の基準共振周波数について、好ましくは1kHz以上であり、より好ましくは5kHz以上、更に好ましくは超音波領域以上である。超音波領域の周波数としては、概ね、16kHz以上とされても良いし、17kHz以上とされても良いし、20kHz以上とされても良い。超音波領域の周波数における振動は、超音波振動と適宜呼称される。
図3において、振動部50によって楕円振動される振動切削用工具61がワークWを切削するプロセス(振動一周期程度の極短時間に亘る微視的なもの)が模式的に示される。
切削において、振動切削用工具61はまず、移動方向が比較的にX軸正方向に近い状態でワークWに対してY軸負方向に相対的に近づく(図3(b)〜図3(c))。このとき、振動切削用工具61は、微視的に観察可能である図示されない丸みを有する刃先EによってワークWを押しならし、逃げ面K側の刃先Eの丸み部において切削したばかりの面(既切削面U)を擦る。この加工プロセスは、バニシングプロセスあるいはプラウイングプロセスと呼ばれる。このプロセスは、直前の加工までにおいて既に形成された切屑Hに振動切削用工具61が再接触するまでの期間が主体となり(図3(c))、より詳細には、次に説明される材料除去プロセス中にも、刃先Eの丸み部では同時に行われている。
振動切削用工具61がワークWから離れると、一周期内における材料除去プロセスは終了し、図3(a)の状態(但し一周期分進んだ位置)に戻る。
図4は、加工装置1の動作例ないし加工装置1により実行される加工方法に係るフローチャートである。以下、ステップは適宜Sと略される。
ワーク主軸8のワーククランプ機構32にワークWが装着されると(S1,ワーククランプ工程)、制御手段28は、心押台10を伸縮機構36によりZ軸負方向へ延ばしてセンタ35をワークWに当てると共に(S2)、主軸頭4を回転送り機構6により焼入れ前切削用工具収納部14へ移動させ、工具クランプ機構31に切削用工具12を装着させる(S3)。
尚、制御手段28は、かようなワークWの荒加工の後、切削用工具12を交換し、あるいは切削用工具12を交換せずに、ワークWの焼入れ前仕上げ加工を行っても良い。又、制御手段28は、荒加工及び焼入れ前仕上げ加工の少なくとも一方において、切削用工具12の交換を行っても良い。
そして、制御手段28は、焼入れユニット16付きの主軸頭4をワークWの隣接位置まで移動させ、操作盤26を通じて予め入力されメモリ72に記憶されている焼入れ手順に従い、レーザ発振器40に発生させたレーザ光Lを、主軸頭4を通じてワークWに当てさせて、ワークWに対する焼入れを行う(S7,図6,表面硬化処理工程としてのレーザ焼入れ工程)。
ワークWに対するレーザ光Lの周方向の送り速度は、その周方向に交わる方向である軸方向の送り速度より高速であり、レーザ光Lの照射幅(照射箇所のZ軸方向の大きさ)に応じた幅である帯状の一周部分がほぼ同時に焼入れ温度に達するものとされている。又、軸方向の送り速度は、直前の一周部分が焼入れ温度を下回らないようなものとされ、又直前の一周部分と照射中の一周部分との間に焼入れ温度を下回る部分を生じないようなものとされている。これらの周方向送り速度や軸方向送り速度は、予め材質等毎にレーザ光Lの照射を試行することで決定しておき、メモリ72に記憶しておいて、レーザ光L照射制御時に参照する。ワークWの材質は、操作盤26から入力可能である。かようなレーザ光L照射箇所の高速の周方向送りと低速の軸方向送りにより、ワークWの表面を軸方向に向けて連続的に且つ一回の昇温で焼入れすることができ、レーザ光L照射箇所の周囲の焼き戻しによるワークW表面の軟化が低減ないし防止される。但し、レーザ焼入れによるワークWの表面硬化層において、硬度は完全に均一にはならず、硬度分布が存在することとなるし、焼入れ深さも完全に一致せず、焼入れ深さの不均一さも存在することとなる。
尚、ワークWが多角柱を始めとする円柱状以外の長尺体であっても、円柱状のものと同様に焼入れすることができる。又、ワークWがY,Z軸方向にそれぞれ長い辺を持つ大きい面を有するものであっても、レーザ光L照射箇所を、Y軸方向に高速に送りつつZ軸方向に低速で送れば、あるいはZ軸方向に高速に送りつつY軸方向に低速で送れば、同様に焼入れ可能であり、ワークWがかような大きい面を複数有していても、適宜一面ずつY軸(Z軸)方向の高速送りとZ軸(Y軸)方向の低速送りを行うことで同様に焼入れ可能である。
そして、制御手段28は、振動切削ユニット20付きの主軸頭4をワークWの隣接位置まで移動させ、操作盤26を通じて予め入力されメモリ72に記憶されている、所望の焼入れ後の仕上げ加工の施工形状に応じた焼入れ後の仕上げ加工手順に従い、主軸頭4を通じて振動切削用工具61をワークWに適用させ、ワークWの焼入れ後の仕上げ加工を行う(S10,図7,仕上げ加工工程)。
かような振動切削は、振動切削用工具61の摩耗を抑制する効果や、加工力を低減する効果を有しており、極めて鋭利な振動切削用工具61を用いた微細加工や精密加工、超精密加工に利用され、焼入れ鋼を始めとする硬質材料に係るワークWに対しても、工具摩耗抑制効果の発揮や加工力低減効果の発揮が期待できる。
振動切削は、鋭利な振動切削用工具61によって加工中の上滑りを防止するのみならず、振動による切屑引き上げ効果(材料除去プロセス)によって切削力(特に切込み方向(X軸正方向)の背分力)を低減することができるため、工具が振動しない通常の切削に比べ、振動切削では、より小さな切取り量で上滑りが防止されると共に、ワークWの表面硬化層において硬度の分布や硬化深さの不均一さが存在していたとしても、加工誤差や削り残しが防止される。
振動切削は、ワークWの同じ表面箇所に対して複数回行われても良いが、加工時間を低減する観点や、仕上げ面上のつなぎ目の発生を防止する観点、又1回の振動切り込みであっても数十ミクロンないし数百ミクロンの硬化層表面を十分除去可能である観点から、好ましくはワークWの同じ表面箇所に対して1回行われる。
そして、次の加工対象としてのワークWが存在する場合には、S1から繰り返す(Return To Start)。
加工装置1は、ワークWをクランプするワーククランプ機構32と、ワークWに対する加工を行う切削用工具12と、レーザ光Lを発射可能であるレーザ発振器40を有している焼入れユニット16と、振動切削用工具61を装着した先端部60を振動可能である振動切削ユニット20と、を備えており、切削用工具12、焼入れユニット16、及び振動切削ユニット20は、ワークWに対して相対的に移動可能であり、振動加工ユニット60は、ワークWに対して振動切削用工具61を振動させながら適用することにより、仕上げ加工を行う。
よって、焼入れ(表面硬化処理)したワークWであっても振動切削により仕上げ加工を行うことができる。又、切削用工具12による焼入れ(硬化処理)前の切削(荒加工)と、振動切削用工具61による焼入れ(硬化処理)後の仕上げ加工とが、ワークWの1回のクランプで行われるため、ワークWについて硬化処理前の切削後アンクランプして硬化処理を行いその後の仕上げ加工で再度クランプする場合に比べ、硬化処理前切削のクランプの装着誤差と硬化処理後仕上げ加工時のクランプの装着誤差との重畳が防止される。更に、硬化処理前の切削と、硬化処理(レーザ焼入れ)と、硬化処理後の仕上げ加工に係る運動機構を共用することができ、加工装置1がコンパクトになり、クランプ回数の減少も相まって、加工の時間やコストが低減される。
更に、ワークWに対して相対的に移動可能であり、切削用工具12、焼入れユニット16、及び振動切削ユニット20をそれぞれクランプ可能である工具クランプ機構31を備えている。よって、工具クランプ機構31に切削用工具12を装着してワークWに焼入れ前切削を行った後、工具クランプ機構31に焼入れユニット16を装着してワークWに焼入れを行い、更に工具クランプ機構31に振動切削ユニット20を装着してワークWに焼入れ後の仕上げ加工を施すことができ、工具やそれぞれのユニットを独立して移動可能に設置する場合のようにユニット同士の移動範囲の重複や移動時の干渉を考慮しなくても良く設計が容易になるし、その場合に比べ、工具や各ユニットの移動機構が1つで済むため、加工装置1がコンパクトになる。
又更に、ワークWに対してレーザ光Lを照射することにより、前記ワークに対する焼入れを行う焼入れユニット16が、表面硬化処理ユニットである。よって、硬化処理前後の切削の各クランプにおいて重畳し得る誤差を見越した深い焼入れや加工量の多い焼入れ後の仕上げ加工は不要となり、加工の時間やコストが低減される。更に、深い焼入れが不要であるから、比較的に焼入れ深さの浅いレーザ焼入れを、表面硬化処理に用いることが可能となる。又、加工量の多い仕上げ加工は不要であるから、精密微細加工に適しており比較的に加工量を確保し難い振動加工を、焼入れ後の仕上げ加工に効率的に用いることが可能となる。
又、振動切削用工具61は、楕円振動する。よって、焼入れ後の仕上げ加工をより正確に行える。
更に、切削工程S4は、切削用工具12により行われ、レーザ焼入れ工程S7は、レーザ光Lを発射可能なレーザ発振器40を有する焼入れユニット16により行われ、仕上げ加工工程S10は、振動切削用工具61を振動可能な振動切削ユニット20により行われ、切削用工具12、焼入れユニット16、及び振動切削ユニット20は、これらをそれぞれ装着可能な工具クランプ機構31により、ワークWに対して相対的に移動される。よって、工具やそれぞれのユニットを移動可能に設置する場合のように工具や各ユニット同士に係る移動範囲の重複や移動時の干渉を考慮しなくても良く実行が容易になる。
又更に、ワークWに対してレーザ光Lを照射することにより、ワークWに対する焼入れを行うレーザ焼入れ工程S7が、表面硬化処理工程である。よって、硬化処理前後のクランプで重畳し得る取り付け誤差を見越した深い焼入れや加工量の多い焼入れ後の仕上げ加工は不要となり、加工の時間やコストが低減される。更に、深い焼入れが不要であるから、比較的に焼入れ深さの浅いレーザ焼入れを、表面硬化処理として用いることが可能となる。又、加工量の多い仕上げ加工は不要であるから、精密微細加工に適しており比較的に加工量を確保し難い振動加工を、焼入れ後の仕上げ加工に効率的に用いることが可能となる。
尚、加工装置1の振動切削ユニット20における振動部50は、縦振動とたわみ振動を行うものであったが、これに代えて、2つの縦振動子を備えた振動部が用いられても良い。この場合、2つの縦振動子は、角度を持ってL型やV型に配置され、あるいは平行(U型)に配置され、2つの縦振動子の先端部を連結する連結部材が設けられて、連結部材に振動切削用工具が取り付けられる。そして、少なくとも何れかの縦振動子によって、連結部材に対し、切削方向の振動である横振動が与えられると共に、切込み方向や送り方向ないしそれらの中間の方向の振動である縦振動が与えられる。
更に、振動部50の振動において、ねじり振動が組み合わされても良い。
又、楕円振動を発生する振動部50に代えて、たわみ振動のみを発生する振動部が用いられても良い。
振動は、ワークWに与えられても良いし、振動加工用工具とワークWに与えられても良い。
又、切削用工具12、焼入れユニット16、及び振動切削ユニット20の少なくとも何れか2つは、同じタレットに載せられることで、ワークWに対して切替可能とされていても良いし、同じATCのマガジンに装着されることで、ワークWに対して切替可能とされていても良い。
工具クランプ機構は、非接触トランス結合を利用して振動切削ユニット20に対する電力供給を非接触で行うものであっても良い。この場合、配線部52を機械内部に埋め込むことができるため、配線部52の干渉等を防止することができる。又、切削用工具12と同じオートマチックツールチェンジャ(ATC)のマガジンに振動切削ユニット20を装着することが容易になると共に、振動切削ユニット20をX軸周りの回転軸であるA軸周りに回転位置制御して利用することも容易となる。
切削用工具12は、ジョイント部を有する焼入れ前切削用工具ユニットに保持されても良く、この場合、焼入れ前切削用工具ユニットが、工具クランプ機構31にクランプされても良い。
工具クランプ機構31に代えて、工具をクランプせず、各ユニットに設けられた被係合部に対して係合する係合部を有するユニットクランプ機構が設けられても良い。
又、主軸頭が、工具クランプ機構とは別に、かようなユニットクランプ機構を有するものとされ、各ユニットがジョイント部ではなく被係合部においてユニットクランプ機構にクランプされるようにしても良い。この場合、ジョイント部は省略されて良い。
上記第1形態は、旋盤型の複合加工機において焼入れユニットと振動切削ユニットが導入される形態となったが、これと異なり、マシニングセンタやそれをベースとする5軸加工機においてこれらユニットが導入された形態とされても良いし、他の工作機械に各ユニットが導入されても良い。
心押台10が省略されたり、工程の種類によって心押しが止められたり、ワークのクランプS1と主軸頭4に対する切削用工具12のクランプS3が同時に行われあるいは順序を逆にして行われるようにしたり、焼入れユニット収納部18と振動切削ユニット収納部22の位置が入れ替えられたり、ジョイント部54がテーパ面をプルスタッドで引き込むジョイントとされたり、工具クランプ機構として2面拘束式中空テーパシャンク(HSK)をクランプ可能なものを始めとする2面拘束式のものを使用したり、工具クランプ機構として一般的な工具交換機構に代えてパレット装着部に見られるような鋼球の出没による連結機構を使用したり、レーザ光Lの中心波長や照射幅や出力を様々なものとしたり、操作盤26やその表示部24が省略されあるいは別体とされたり、制御手段28が別体とされたり、制御手段28が各ユニット等に個別に分散して設けられたり、機枠3が省略されたり、各クランプ機構の少なくとも一方をチャック以外のものとしたりする等、各種の工程や部材ないし部分の構成要素,順序,形状,配置,個数,有無,材質,形式等は、適宜変更されても良い。
≪全体構成等≫
図8は、本発明の第2形態に係る加工装置101の前面図である。
加工装置101は、マシニングセンタをベースとしたものであって、上下逆転した立て旋盤型(倒立旋盤型)の工作機械と考えることができる。第2形態に係る加工装置101において、第1形態の加工装置1と同様の部材や部分等には、加工装置1と同じ符号が付され、適宜説明が省略される。
加工装置101は、主軸頭4に内蔵されており、Y軸方向(図の紙面垂直方向)及びZ軸方向(図の上下方向)においてそれぞれ移動可能であってC軸の周りで回転可能である主軸(下端部以外図示略)を備えている。当該主軸の下端部には、ワークWを保持するワーククランプ機構32が設けられている。
更に、刃物台102の上側であって振動部台108の右側には、表面硬化処理ユニットとしてのめっき槽110が固定されている。めっき槽110は、ここではクロムめっき槽である。めっき槽110と振動切削ユニット106(振動部50)との間には、衝立112が立てられている。
加工装置101は、まずワーククランプ機構32ないし刃物台102を介してワークWを回転しつつ(切削用工具12に対して相対的に)移動して切削用工具12に当て、ワークWを切削(旋削)する(加工工程)。切削用工具12がX軸方向とZ軸方向の中間の方向を向いているので、ワークWの端面(XY平面に沿う面)と長手面(YZ平面に沿う面)とを1本の切削用工具12で加工することができる。
次いで、加工装置101は、ワーククランプ機構32ないし刃物台102を介してワークWをめっき槽110に対して相対的に移動し、めっき槽110内のめっきに浸漬する(表面硬化処理工程としてのめっき工程)。
続いて、加工装置101は、振動部50の振動切削用工具61を振動させ、更に切削用工具12の場合と同様に、振動部50に対してワークWを相対的に移動してワークWに振動切削用工具61を適用し、めっきされたワークWに対して仕上げ加工を施す(仕上げ加工工程)。
めっき前の加工や仕上げ加工において発生する切粉は、めっき槽110の方向に移動したとしても、衝立112によりその移動を阻止されるので、めっき槽110に切粉が混入する事態を防止することができる。
第2形態に係る加工装置101は、ワークWをクランプするワーククランプ機構32と、ワークWに対する切削を行う切削用工具12と、ワークWにめっきを施すめっき槽110と、振動切削用工具61を装着した先端部60を振動可能である振動切削ユニット106と、を備えており、切削用工具12、めっき槽110、及び振動切削ユニット106は、ワークWに対して相対的に移動可能であり、振動加工ユニット106は、ワークWに対して振動切削用工具61を振動させながら適用することにより、仕上げ加工を行う。よって、ワークWに対する1回のクランプで荒加工と表面硬化処理(めっき)と仕上げ加工を行うことができ、表面硬化処理ないし仕上げ加工がより正確になり、運動機構の共用により加工装置101がコンパクトになり、クランプ回数の減少も相まって、加工時間や加工のコストが低減される。
又、ワークWに対してめっきを施すためのめっき槽110が表面硬化処理ユニットである。よって、硬化処理前後の切削の各クランプにおいて重畳し得る誤差を見越した厚いめっきや加工量の多い焼入れ後の仕上げ加工は不要となり、加工の時間やコストが低減される。更に、厚いめっきが不要であるから、めっき材料の使用量が低減される。又、加工量の多い仕上げ加工は不要であるから、精密微細加工に適しており比較的に加工量を確保し難い振動加工を、めっき後の仕上げ加工に効率的に用いることが可能となる。加えて、高い硬度を確保するために高硬度なめっき(高硬度クロムめっき等)を施す場合、50ミクロン程度以上にめっき層の肉厚を厚くするには、その程度の肉厚まで一旦めっきした後、表面を研磨して表面のピット(凹部)を平坦にしてから、再度めっきを行い、研磨とめっきを適宜繰り返すところ、めっき前の加工とめっきとその後の仕上げ加工が集約された加工装置101では、かような繰り返しは実用的でなく、実用上では上述の程度の肉厚に係る薄いめっきのみを行うこととなる。このとき、めっき後の仕上げ加工の精度が得られないとすると、めっきの一部が十分な硬度を確保できないほど薄くなってしまったり、めっきの肉厚以上に加工されてめっきが一部剥がれることとなったりしてしまうが、加工装置101では、仕上げ加工の精度が十分に確保されるから、加工装置101は高硬度めっきに対しても適したものとなっている。
第2形態に係る加工装置101は、第1形態に係る加工装置1と同様の変更例を適宜有する他、次の変更例を適宜有する。
切削用工具12や振動部50は、それぞれ、互いに同じ方向あるいは異なる方向を向く状態で複数配置されていても良い。
衝立112に代えて、めっき槽110及び加工空間(切削用工具12や振動部50が配置された空間)の少なくとも一方を覆うカバーが配置されても良い。この場合、カバーは、ワークW等が通過するための開口部あるいは開閉可能な扉を備えていても良い。
≪全体構成等≫
図9は、本発明の第3形態に係る加工装置201の一部模式図である。
加工装置201は、移動するテーブルの有無や各種工具ないしめっき槽110の配置を除き、第2形態の加工装置101と同様に成る。第3形態に係る加工装置201において、第2形態の加工装置101と同様の部材や部分等には、加工装置101と同じ符号が付され、適宜説明が省略される。
加工装置201において、めっき槽110は、ベッド2に載せられている。
又、加工装置201は、振動部50(振動切削用工具61)と切削用工具12を搭載したタレット202を備えている。タレット202は、X軸方向に移動可能であり、加工装置201は、上下逆転した立て旋盤型(倒立旋盤型)の工作機械と考えることができる。又、タレット202は、C軸周りで回転可能であり、ワークWに適用する工具(振動切削用工具61,切削用工具12)を交換可能である。加工装置202において、タレット202及び振動部50が振動切削ユニットを構成するとみても良い。
加工装置201は、まずワーククランプ機構32やタレット202を介してワークWを回転しつつ(切削用工具12に対して相対的に)移動して切削用工具12に当て、ワークWを切削(旋削)する(加工工程)。
次いで、加工装置201は、ワーククランプ機構32を介してワークWをめっき槽110に対して相対的に移動し、めっき槽110内のめっきに浸漬する(表面硬化処理工程としてのめっき工程)。
続いて、加工装置101は、タレット202により切削用工具12から交換された振動部50の振動切削用工具61を振動させ、更に切削用工具12の場合と同様に、振動部50に対してワークWを相対的に移動してワークWに振動切削用工具61を適用し、めっきされたワークWに対して仕上げ加工を施す(仕上げ加工工程)。
第3形態に係る加工装置201においても、第2形態に係る加工装置101と同様に、一度のクランプで荒加工と表面硬化処理(めっき)と仕上げ加工を行うことができ、表面硬化処理ないし仕上げ加工がより正確になり、運動機構の共用により加工装置101がコンパクトになり、クランプ回数の減少も相まって、加工時間や加工のコストが低減される。
又、めっき槽110が(ベッド2に対し)移動しないので、めっき槽110が常により一層安定する。
第3形態に係る加工装置201は、第1形態に係る加工装置1や第2形態に係る加工装置101と同様の変更例を適宜有する他、次の変更例を適宜有する。
切削用工具12や振動部50は、第2形態と同様に、ワークWへの適用時、X軸方向とZ軸方向の中間の方向に向いていても良い。
第3形態においても、第2形態やその変更例と同様に、衝立112やカバーが設置されていても良い。
めっき槽110は、ベッド2に固定された移動しないテーブルに載置されていても良い。
Claims (10)
- クランプされたワークに対する加工を行う加工用工具と、
前記ワークに表面硬化処理を施す表面硬化処理ユニットと、
振動加工用工具を装着した先端部を振動可能である振動加工ユニットと、
を備えており、
前記加工用工具、前記表面硬化処理ユニット、及び前記振動加工ユニットは、前記ワークに対して相対的に移動可能であり、
前記振動加工ユニットは、前記ワークに対して前記振動加工用工具を振動させながら適用することにより、仕上げ加工を行う
ことを特徴とする加工装置。 - 前記振動加工ユニットは、前記振動加工用工具を楕円振動させる
ことを特徴とする請求項1に記載の加工装置。 - 更に、前記ワークに対して相対的に移動可能であり、前記加工用工具、前記表面硬化処理ユニット、及び前記振動加工ユニットをそれぞれクランプ可能であるユニットクランプ機構を備えている
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の加工装置。 - 前記表面硬化処理ユニットは、前記ワークに対してレーザ光を照射することにより、前記ワークに対する焼入れを行うレーザ焼入れユニットである
ことを特徴とする請求項1ないしは請求項3の何れかに記載の加工装置。 - 前記表面硬化処理ユニットは、前記ワークに対してめっきを施すためのめっき槽である
ことを特徴とする請求項1ないしは請求項3の何れかに記載の加工装置。 - ワークをクランプした状態で加工する加工工程を行った後、
前記ワークの表面に表面硬化処理を施す表面硬化処理工程を行い、
その後、前記ワークの前記表面に、振動加工用工具を振動させながら適用する仕上げ加工工程を行って、
前記ワークをアンクランプする
ことを特徴とする加工方法。 - 前記振動加工用工具は、楕円振動する
ことを特徴とする請求項6に記載の加工方法。 - 更に、前記加工工程は、加工用工具により行われ、
前記表面硬化処理工程は、表面硬化処理ユニットにより行われ、
前記仕上げ加工工程は、振動加工用工具を振動可能な振動加工ユニットにより行われ、
前記加工用工具、前記表面硬化処理ユニット、及び前記振動加工ユニットは、これらをそれぞれ装着可能なユニットクランプ機構により、前記ワークに対して相対的に移動される
ことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の加工方法。 - 前記表面硬化処理工程は、前記ワークに対してレーザ光を照射することにより、前記ワークに対する焼入れを行うレーザ焼入れ工程である
ことを特徴とする請求項6ないしは請求項8の何れかに記載の加工方法。 - 前記表面硬化処理工程は、前記ワークに対してめっきを施すめっき工程である
ことを特徴とする請求項6ないしは請求項8の何れかに記載の加工方法。
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