JP3170483B2 - 曲面加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空調機器の圧縮機
に形成されているスクロール壁の壁面等、場所によって
曲率が変化する曲面をエンドミルによって切削加工する
ための方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、場所によって曲率が変化する曲面
をエンドミルで切削加工する方法として、特開平７−５
１９１６号公報に示されるようなスクロール状工作物の
加工方法が知られている。その概要を図７〜図１０に基
づいて説明する。

【０００３】図７及び図８に示すように、加工対象であ
る工作物３０は、円板状のフランジ部３１を有し、この
フランジ部３１の前面（図７では手前面）から前方にス
クロール状壁３２が突設されており、このスクロール状
壁３２は、中心部３４及びインボリュート曲線部３５か
らなっている。中心部３４は、スクロール状壁３２の内
壁面と外壁面との境界点を挾む所定領域に形成され、円
弧や直線等、インボリュート曲線以外の形状が組み合わ
されてなっている。インボリュート曲線部３５は、上記
中心部３４を挾む外壁面３５Ａ及び内壁面３５Ｂを有
し、両壁面３５Ａ，３５Ｂは互いに同一の円を基礎円と
するインボリュート曲線状に形成されている。

【０００４】そして、上記方法では、図８に示すように
チャック１５でフランジ部３１を把持しながら、図９に
示すようなエンドミル１６を用い、次の手順でスクロー
ル状壁３２の加工が進められる。

【０００５】１）図１０においてエンドミル１６の位置
を模擬的に表した円１６Ａ，１６Ｂに示されるように、
エンドミル１６の中心Ｏｔを工作物３０におけるインボ
リュート曲線の基礎円中心Ｏｗに対し図の下方向に基礎
円半径ｒｏ分だけ相対的にずらし、この位置でエンドミ
ル１６をインボリュート曲線部３５の内壁面３５Ｂの径
方向外側部に対して内側から接触させる（図１０の
）。なお、図１０ではスクロール状壁３２の位置を固
定してこれに対するエンドミル１６の位置を円１６Ａ，
１６Ｂとして表示しているが、上記方法は、上記チャッ
ク１５とともに工作物３０を基礎円中心Ｏｗ回りに回転
させながら加工を進めるものであり、加工開始時は、実
際には図１０に示した位置からスクロール状壁３２が１
８０°回転した位置でその左側から内壁面３５Ｂの径方
向外側部にエンドミル１６が当てられる。

【０００６】２）図１０の上下方向の相対位置は変える
ことなく、基礎円中心Ｏｗを中心にして図の反時計回り
方向に工作物３０を回転させながら、この回転に伴う内
壁面３５Ｂの半径減少分だけ工作物３０またはエンドミ
ル１６を図の左右方向に相対移動させる。このような動
作により、内壁面３５Ｂがその径方向外側部分から径方
向内側部分に向かって加工されることとなる（図１０の
及び円１６Ａ）。

【０００７】３）円１６Ｂに示すようにエンドミル１６
が上記インボリュート曲線状内壁面３５Ｂから中心部３
４にさしかかった時点（図１０の）からは、図の左右
方向の相対移動及び工作物回転に加えて上下方向にもエ
ンドミル１６と工作物３０とを相対移動させることによ
り、中心部３４を加工する（同図）。

【０００８】４）中心部３４の終点に達した時点では、
エンドミル１６は基礎円中心Ｏｗに対して上記と逆向き
（図１０では上向き）に基礎円半径ｒｏ分だけずれた位
置に自動的に位置することとなる。この状態から、前記
と同様、図の上下方向の相対移動は行わず、工作物３０
の回転駆動を続けながら、左右方向にのみエンドミル１
６と工作物３０とを相対移動させることにより、インボ
リュート曲線部３５の外壁面３５Ａをその径方向内側部
分から径方向外側部分に向かって連続加工する（同図
）。

【０００９】すなわち、この方法では、単一のエンドミ
ル１６を用いて、インボリュート曲線部３５の外壁面３
５Ｂ→中心部３４の壁面→インボリュート曲線部３５の
外側面３５Ａの順に切削加工が進められる。

【００１０】なお、図１０において、破線で示す曲線は
切削加工前のスクロール状壁３２の壁面を示しており、
網目で示す領域は、各加工位置においてエンドミル１６
と切削加工前のスクロール状壁３２の壁面とがオーバー
ラップする領域を示している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記インボリュート曲
線部３５では、中心部３４に近づくにつれて曲率が増大
し、図例ではインボリュート曲線部内壁面３５Ｂと中心
部３４の壁面との境界部もしくはその近傍で曲率が最大
になる。一方、エンドミル１６と加工曲面との接触長さ
は、図１０に示された網目領域を参照しても明らかなよ
うに、加工曲面の曲率がエンドミル１６の曲率に近づく
につれて（実際には曲率が大きくなるにつれて）増大す
る。従って、加工位置と接触長さとの関係は図１１のグ
ラフに示されるようになる。すなわち、エンドミル１６
と加工曲面との接触長さは、インボリュート曲線部内壁
面３５Ｂの加工終了間際から急増し、この内壁面３５Ｂ
の加工終了時もしくは中心部３４にさしかかった時点で
著しいピークを迎える。

【００１２】ここで、上記エンドミル１６には、図８に
示すように、断続切削を避けてスムーズな切削を行うべ
く切削刃１６ａが螺旋状に形成され、この切削刃１６ａ
がエンドミル１６の根元側に進行する向きにエンドミル
１６が回転駆動される。具体的には、図１２に示すよう
に、エンドミル１６の軸方向に延びる仮想直線であって
エンドミル１６の回転にかかわらずその位置にとどまる
直線Ｌと、エンドミル１６と一体に回る螺旋状切削刃１
６ａとの交点Ｑが、エンドミル１６の回転に伴って上記
直線Ｌに沿い根元側に後退する（同図では右側に移動す
る；矢印Ａｘ）ような向きにエンドミル１６が回転駆動
される（同図矢印Ａｒ）。

【００１３】従って、上記接触長さが大きくなるほど、
エンドミル１６が工作物３０をチャック１５から浮き上
がらせようとする力（図８及び図９の矢印Ｂ）が増大
し、この力は中心部３４もしくはその近傍に存する最大
曲率点で最も強くなる。このような引張力の増大に対抗
して工作物３０を静止状態に保つためには、チャック１
５による工作物３０のクランプ力（図８の矢印Ａ）を増
加させる必要があるが、このようなクランプ力の増加に
伴ってフランジ部３１の歪みが大きくなり（図８参
照）、その分加工精度が低下する不都合が発生する。

【００１４】本発明は、このような事情に鑑み、工作物
を把持する力を特に強めることなく、場所によって曲率
が変化する工作物曲面を良好に切削加工することができ
る曲面加工方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明は、場所によって曲率が変化する
曲面をもつ工作物を把持し、その曲面に回転するエンド
ミルの側面を当てながら当該曲面を切削加工する方法に
おいて、上記曲面のうち上記エンドミルの外周面の曲率
に最も近い部分を含む特定部分に対してエンドミルをそ
の回転に伴って切削刃が進行する方向と逆の方向に切り
込むことにより上記特定部分を切削加工した後、このエ
ンドミルの軸方向と直交する方向に当該エンドミルと工
作物とを相対移動させて上記特定部分以外の曲面部分を
切削加工するものである。

【００１６】なお、ここで「エンドミルの回転に伴って
切削刃が進行する方向」とは、前記図１２に示したよう
に、エンドミル１６の外周面上の任意の位置に固定的に
設定された（すなわちエンドミル１６の回転にかかわら
ず静止しているものと仮想された）エンドミル中心軸と
平行な方向の直線Ｌと、エンドミル１６と一体に回る螺
旋状切削刃１６ａとの交点Ｑに着目した場合、エンドミ
ル１６の回転に伴って上記交点Ｑが直線Ｌ上を移動する
方向（同図矢印Ａｘ）を意味する。

【００１７】この方法によれば、工作物の曲面におい
て、その曲率がエンドミルの外周面の曲率に最も近い部
分を含む特定部分、すなわちエンドミルとの接触長さが
最も大きくてエンドミルから最も強い引張力を受ける部
分を含む特定部分に対しては、エンドミルをその回転に
伴って切削刃が進行する方向と逆の方向に切り込む切削
動作が行われることにより、その切込み力が上記引張力
と相殺され、総じて工作物に作用する軸方向力は大幅に
軽減される。その後、特定部分以外の部分、すなわちエ
ンドミルとの接触長さが比較的小さい部分については、
エンドミルの軸方向と直交する方向に当該エンドミルと
工作物とを相対移動させて切削加工することにより、効
率の高い切削加工ができる。従って、この方法では、工
作物を把持する力を特に強くしなくても、加工対象曲面
全体を良好に切削加工することができる。

【００１８】なお、上記「曲面」は、狭義の曲面に限ら
ず、その一部に曲率が０の面すなわち平面が含まれてい
るものであってもよい。

【００１９】また、曲面の途中に上記特定部分が存在す
る場合には、例えばこの特定部分を切削加工した後、こ
のエンドミルの軸方向と直交する方向に当該エンドミル
と工作物とを相対移動させて上記特定部分から曲面の一
方の端部に至るまでの部分を切削加工し、次いで当該曲
面の他方の端部と上記特定部分との間の部分を切削加工
すれば、効率のよい曲面加工ができる。

【００２０】この方法は、前記図７にも示したようなイ
ンボリュート曲線状のスクロール壁の加工に特に適した
ものとなっている。すなわち、本発明は、最も曲率の大
きい部分を含む中心部から径方向外側にインボリュート
曲線状のスクロール壁が展開された工作物の当該壁面を
加工する曲面加工方法として好適であり、この場合に
は、上記工作物に対し、上記中心部において最も曲率の
大きい部分を含む特定部分にエンドミルをその回転に伴
って切削刃が進行する方向と逆の方向に切り込むことに
より当該特定部分を切削加工した後、上記工作物を上記
インボリュート曲率の基礎円中心回りに回転させながら
エンドミルの軸方向と直交する方向に当該エンドミルと
工作物とを相対的に直線移動させて上記特定部分以外の
部分を切削加工するようにすればよい。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態を図
面に基づいて説明する。

【００２２】図１は、本発明方法を実施するための加工
装置の一例を示したものである。図において、べッド１
０上にはＹ軸コラム１２が立設され、このＹ軸コラム１
２に沿って昇降可能、すなわち、上下方向であるＹ軸方
向に沿って移動可能に主軸台１４が装着されている。こ
の主軸台１４は、前記図９に示したようなエンドミル１
６を着脱可能に把持する主軸１７を備え、上記Ｙ軸コラ
ム１２内に設けられたボールねじ機構、及び図２に示す
Ｙ軸モータ１３によって昇降駆動されるようになってい
る。

【００２３】上記べッド１０上には、上記エンドミル１
６の中心軸と平行なＺ軸方向に延びるレール１８が設置
され、このレール１８に沿ってスライド可能にＺ軸テー
ブル２０が装着されている。このＺ軸テーブル２０は、
Ｚ軸モータ２２及び図略のボールねじ機構によって上記
Ｚ軸方向にスライド駆動されるようになっている。

【００２４】このＺ軸テーブル２０上には、上記Ｚ軸方
向とＹ軸方向とに直交するＸ軸方向にスライド可能にＸ
軸テーブル２４が装着されている。このＸ軸テーブル２
４は、図2に示すＸ軸モータ２５及び図略のボールねじ
機構によって上記Ｘ軸方向にスライド駆動されるように
なっている。

【００２５】このＸ軸テーブル２４上には工作物台２６
が立設されている。この工作物台２６は、上記Ｚ軸と平
行なＣ軸回りに回転可能に図略の主軸を支持している。
この主軸は、Ｃ軸モータ（回転駆動手段）２８によって
Ｃ軸回りに回転駆動されるとともに、その前端部にはチ
ャック１５を備え、前記図７にも示したような工作物３
０が着脱可能に装着されるようになっている。

【００２６】なお、この実施の形態の加工対象である工
作物３０は、前記図７に示したものと全く同様であり、
ここでは説明を省略する。また、上記チャック１５の回
転中心軸の位置は、当該チャック１５の回転に伴ってこ
れに把持された工作物３０がそのインボリュート基礎円
中心Ｏｗ回りに回転するような位置に設定されている。

【００２７】この加工装置は、図２に示すようなＮＣ制
御装置４０を備えている。このＮＣ制御装置４０は、上
記Ｚ軸モータ２２を作動させることにより、工作物３０
に対するエンドミル１６の位置決めを行うとともに、上
記Ｘ軸モータ２５、Ｙ軸モータ１３、及びＣ軸モータ２
８の作動制御により上記工作物３０におけるスクロール
状壁３２の壁面加工を実行させるものであり、この加工
制御に関与する機能として、データ読取り部４２、補間
データ演算部４４、及びパルス分配部４６を備えてい
る。

【００２８】データ読取り部４２は、外部から入力され
るＮＣデータ（スクロール状壁３２の加工形状や送り速
度等）を読取り、記憶するものである。補間データ演算
部４４は、データ読取り部４２で読み取られたデータに
基づき、上記スクロール状壁３２を加工するための補間
データ（詳細後述）を演算し、出力するものである。パ
ルス分配部４６は、上記補間データからＸ軸、Ｙ軸、Ｚ
軸、Ｃ軸の各軸にパルスを分配し、各軸モータ２５，１
３，２２，２８に出力するものである。

【００２９】なお、この実施の形態では、エンドミル１
６をＹ軸方向に移動させ、工作物３０をＸ軸方向に移動
させるものを示しているが、工作物３０をＹ軸方向に移
動させても良いし、エンドミル１６をＸ軸方向に移動さ
せるようにしてもよい。また、エンドミル１６もしくは
工作物３０をＸ軸方向、Ｙ軸方向の両方向に移動させる
ようにしてもよい。

【００３０】次に、上記装置により実行されるスクロー
ル状壁３２の加工方法を説明する。

【００３１】１）工作物３０全体をインボリュート基礎
円中心Ｏｗ回りに回転させることにより、当該工作物３
０を図３に示すような回転位置、すなわち、同図の円１
６Ｂに示すようにエンドミル１６の中心Ｏｔが前記基礎
円中心Ｏｗに対しＹ軸方向に沿って負の向き（下方）に
基礎円半径ｒｏ分だけ相対的にずれた位置で当該エンド
ミル１６が中心部３４の特定部分（すなわち最も曲率が
大きくてエンドミル１６の曲率に近い部分を含む部分）
を切削することが可能となる回転位置に位置決めする。

【００３２】２）エンドミル１６を所定の向きに高速回
転駆動する。具体的には、当該回転に伴ってエンドミル
１６の螺旋状切削刃１６ａがエンドミル先端から後退す
る向き（図９のエンドミル１６を先端側から見て反時計
回りとなる向き；図１２では矢印Ａｒの向き）に回転駆
動する。

【００３３】３）上記回転状態のまま、エンドミル１６
をその先端側からスクロール状壁３２の特定部分に対し
て軸方向に切り込ませる（図３の(1)）。この特定部分
は、インボリュート曲線部内壁面３５Ｂと中心部３４と
の境界部分もしくはその近傍の中心部３４の部分であっ
て、曲率が最も大きい部位を含んでいてエンドミル１６
との接触長さが最も大きい部分であり（円１６Ｂに付さ
れた網目領域参照）、従って、エンドミル１６から最も
強い引張力（すなわち工作物３０をチャック１５から浮
かそうとする力）を受ける部位である。しかし、この特
定部分に対して上記引張力と反対方向にエンドミル１６
を切り込むことにより、この切込み力と上記引張力とを
相殺することができ、これにより、上記引張力に起因し
てチャック１５から工作物３０が浮き上がるのを有効に
防止することが可能になる。

【００３４】４）上記のような軸方向の切込みが終了し
た後、エンドミル１６のＹ軸方向の位置を固定したまま
（すなわちインボリュート基礎円中心Ｏｗに対してその
基礎円半径分だけ偏心させたまま）、上記基礎円中心Ｏ
ｗを中心として図３の時計回り方向に工作物３０を回転
させ、この回転に伴う内壁面３５Ｂの半径増加分だけ工
作物３０とエンドミル１６とをＸ軸方向に相対移動させ
る。このような動作により、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に
示すように、エンドミル１６と内壁面３５Ｂとの接触点
における壁面３５Ｂの法線方向をＸ軸方向に保ちなが
ら、内壁面３５Ｂがその径方向内側部分から径方向外側
部分に向かって加工されることとなる（図３の(2)
(3)）。このとき、工作物３０に対して働く軸方向力
は、エンドミル１６の回転による引張力のみであり、上
記のような軸方向力の相殺はないが、この内壁面３５Ｂ
での加工は、図１０の円１６Ａに付された網目領域に表
されるように、当該内壁面３５Ｂとエンドミル１６との
接触長さが比較的小さい状態での加工であるため、通常
のクランプ力であっても、チャック１５からの工作物３
０の浮き上がりは回避できる。

【００３５】５）エンドミル１６が内壁面３５Ｂの終端
まで達した時点、すなわち内壁面３５Ｂの加工が完了し
た時点で、エンドミル１６を一旦工作物３０から後退さ
せる。そして、このエンドミル１６をＹ軸方向に沿って
上向きに基礎円直径分２ｒｏだけ上昇させた状態で、図
５（ａ）に示すようにインボリュート曲線部３５の外壁
面３５Ａの径方向外側端に同図右側から接触させる。す
なわち、基礎円ＢＣの中心Ｏｗから上方に基礎円半径ｒ
ｏ分だけずれた位置で外壁面３５Ａに接触させる。この
まま、工作物３０を基礎円中心Ｏｗを中心に同図反時計
回りに回転させながら、これに伴う半径減少分だけエン
ドミル１６を径方向外側から内側に向けてＸ軸方向に直
線移動させる。これにより、外壁面３５Ａの加工が進め
られる（図３の(4)及び図５（ｂ））。

【００３６】６）外壁面３５Ａの加工が終わり、エンド
ミル１６が中心部３４にさしかかると、上記Ｘ軸方向の
エンドミル１６の移動及びＣ軸回りの工作物３０の回転
に加えて、Ｙ軸方向に工作物３０を移動させ、最初に加
工した特定部分に至るまで中心部３４壁面の加工を行う
（図３(5) 及び図５（ｃ））。これにより、全壁面の加
工が終了する。

【００３７】なお、本発明方法の加工対象となる曲面
は、前記のようなインボリュート形状のものに限らず、
場所によって曲率が変化する種々の曲面に対して適用が
可能である。例えば、図６に示すような略放物線状の曲
面３８を加工する場合には、まず、最も曲率の大きい部
位Ｐを含む中心部分に対してエンドミル１６を軸方向
（図の奥行き方向）に切り込み（同図）、次いでこの
エンドミル１６と工作物３０とをエンドミル１６の軸方
向と直交する方向（図の上下方向及び左右方向）に相対
移動させて上記中心部分から曲面の一方の端部に至るま
での領域を加工し（同図）、次いで他方の端部と上記
中心部分との間の領域を加工するようにすればよい（同
図）。また、加工対象となる曲面には、曲率が０であ
る面すなわち平面が一部含まれていてもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明は、曲率が変化する
曲面をエンドミルで切削加工するにあたり、エンドミル
の外周面の曲率に最も近い部分を含む特定部分に対して
エンドミルをその回転に伴って切削刃が進行する方向と
逆の方向に切り込むことにより、この切込み力とエンド
ミルの回転に伴う引張力とを相殺し、その後、エンドミ
ルの軸方向と直交する方向に当該エンドミルと工作物と
を相対移動させて他の部分を切削加工するものであるの
で、工作物の把持力を特に増加させることなく、加工対
象曲面全域を良好に切削加工できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法が実施される加工装置の一例として
示されるスクロール加工装置の全体斜視図である。

【図２】上記加工装置に備えられるＮＣ制御装置の機能
構成を示すブロック図である。

【図３】本発明方法による工作物の加工手順を示す説明
図である。

【図４】（ａ）（ｂ）（ｃ）は上記スクロール状工作物
におけるインボリュート曲線部の内壁面を加工する様子
を示す正面図である。

【図５】（ａ）（ｂ）は上記スクロール状工作物におけ
るインボリュート曲線部の外壁面を加工する様子を示す
正面図、（ｃ）は上記スクロール状工作物における中心
部を加工する様子を示す正面図である。

【図６】略放物線状の曲面の加工に本発明方法を適用し
た例を示す断面図である。

【図７】スクロール状工作物の一例を示す正面図であ
る。

【図８】上記スクロール状工作物がチャックにより把持
されている様子を示す断面側面図である。

【図９】上記スクロール状工作物の壁面がエンドミルで
加工されている様子を示す断面側面図である。

【図１０】従来の方法による工作物の加工手順を示す説
明図である。

【図１１】従来の方法による加工中での工作物とエンド
ミルとの接触長さの変化を示すグラフである。

【図１２】エンドミルの回転に伴ってその螺旋状切削刃
が進行する方向を説明するための説明図である。

【符号の説明】

１５ チャック １６ エンドミル １６ａ 切削刃 ３０ 工作物 ３２ スクロール状壁 ３４ 中心部 ３５ インボリュート曲線部 ３５Ａ インボリュート曲線部の外壁面 ３５Ｂ インボリュート曲線部の内壁面 ３８ 略放物線状の曲面 ４０ ＮＣ制御装置 ＢＣ インボリュート曲線の基礎円 Ｏｗ インボリュート曲線の基礎円の中心 ｒｏ インボリュート曲線の基礎円の半径

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 場所によって曲率が変化する曲面をもつ
   工作物を把持し、その曲面に回転するエンドミルの側面
   を当てながら当該曲面を切削加工する方法において、上
   記曲面のうち上記エンドミルの外周面の曲率に最も近い
   部分を含む特定部分に対してエンドミルをその回転に伴
   って切削刃が進行する方向と逆の方向に切り込むことに
   より上記特定部分を切削加工した後、このエンドミルの
   軸方向と直交する方向に当該エンドミルと工作物とを相
   対移動させて上記特定部分以外の曲面部分を切削加工す
   ることを特徴とする曲面加工方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の曲面加工方法において、
   上記特定部分は上記曲面の途中部分であり、この特定部
   分を切削加工した後、このエンドミルの軸方向と直交す
   る方向に当該エンドミルと工作物とを相対移動させて上
   記特定部分から曲面の一方の端部に至るまでの部分を切
   削加工し、次いで、当該曲面の他方の端部と上記特定部
   分との間の部分を切削加工することを特徴とする曲面加
   工方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の曲面加工方法において、
   上記曲面は、中心部から径方向外側にインボリュート曲
   線状のスクロール壁が展開された工作物の当該壁面であ
   り、この工作物に対し、上記中心部もしくはその近傍の
   特定部分にエンドミルをその回転に伴って切削刃が進行
   する方向と逆の方向に切り込むことにより当該特定部分
   を切削加工した後、上記工作物を上記インボリュート曲
   率の基礎円中心回りに回転させながらエンドミルの軸方
   向と直交する方向に当該エンドミルと工作物とを相対的
   に直線移動させて上記特定部分以外の部分を切削加工す
   ることを特徴とする曲面加工方法。