JP3753640B2 - 切削加工装置と加工方法とそのプログラムと記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、蒸気タービンやガスタービン製品等の上下二つ割れ円筒状ケーシングのような、内側曲面等を有する被加工物を加工する切削加工装置とその加工方法とそのプログラムとそれを記録した媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば、蒸気タービンやガスタービン製品等は上下二つ割れの円筒状ケーシングを有している。このような円筒状ケーシングは、通常、軸芯に平行な分割面をもつ上半ケーシングと下半ケーシングの２個のケーシングからなり、これら上半と下半のケーシングがボルト締結され１体となる構造となっている。また、このケーシングの内面は、ケーシングの軸心を中心軸とする円筒形状、あるいは円錐形状の軸回転面を有するものが多い。このようなケーシング（以下「被加工物」ともいう）の機械加工方法としては、一般に、上半・下半ケーシングをボルト締結により一体化して加工する旋削加工や、上半・下半ケーシングを個別に加工するミーリング加工が採用されている。ミーリング加工を行う縦型ミーリングマシンによる加工は、縦型旋盤による上下一体ケーシングの旋削加工に比べて工具費や加工時間の面で著しく効率が劣るが、ケーシングの両端が狭く閉じている場合等、被加工物の形状によって旋削加工が困難な場合に用いられている。
【０００３】
図９の縦型旋盤による加工の一例を示す正面図のように、旋削加工としては、縦型旋盤のテーブル５１上に、このテーブル５１の回転軸心５２にケーシング軸心が一致するようにして上下一体としたケーシング５３を固定し、テーブル５１を回転させてこのケーシング５３を回転させながら、切削バイト５４等の切削工具を長手方向および半径方向に移動させながら所定の軸回転面５５を加工している（従来例１）。
【０００４】
一方、図１０の縦型ミーリングマシンによる加工の一例を示す正面図と図１１の同側断面図のように、ミーリング加工としては、縦型マシニングセンターのテーブル５６上に分割面を上向きに半ケーシング５７を固定し、回転する工具５８（サイドカッター）を機械本体主軸部５９でケーシング５７内面の周方向に沿って三次元的に移動させることにより、工具５８の切刃幅寸法分を切削しながら所定の形状に成型している。この縦型ミーリングマシンを使用して加工する場合の切削方法としては、図１２(a),(b) の図１１に示す加工部の拡大断面図に示すように、工具５８を、ケーシング内周の軸方向傾斜角や曲率と同一形状の外周切刃６０（平刃）を有する特殊な専用サイドカッター５８と(a) 、又はＲ付き刃６１（丸刃）を有するサイドカッター５８とし(b) 、このようなサイドカッター５８を回転させながら工具軸に垂直な平面内を円弧運動させ（図１０）、その動作を図１２に示すように軸方向にずらして繰り返すことによって多数の周方向パスを重ねて内周形状を創成する方法が採用されている（従来例２）。
【０００５】
また、他のミーリング加工によってケーシング内面を加工する方法として、ボールエンドミルを使用し、工具軌跡を少しずつずらしながら加工する方法も考えられる（従来例３）。
【０００６】
なお、この種の加工技術として、特開平５−１４３１４０号公報記載の加工方法があるが、この発明は三次元加工を行う場合の工具移動中心軌跡を計算するものであり、本願発明のように、円板状回転工具（サイドカッター）を用いて円筒状ケーシング等の内面を効率良く加工できるものではない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来例１の旋削加工では、
１．加工範囲が周上の一部分にしか無い場合でも全体を回転させて加工するので、全周に加工部が存在するのと同じ加工動作が必要となり、無駄に加工時間を要する、
２．しかも、この場合には切削が断続となるため、切削バイトの切刃に欠損が生じ易く、工具寿命を短くする場合がある、
３．円筒状ケーシング等で両端が狭まった形状の場合、切削バイトの保持位置が長くなり加工に必要なバイト保持剛性を確保した機構を構成できない。また、両端が閉じて中間部のみを加工するような形状の場合はまったく加工できない、
という課題を生じる。
【０００８】
また、前記従来例２の縦型ミーリングマシンによる加工では、前記旋削加工の課題は解決できるが、
１．円錐もしくは曲率をもった形状の軸回転面を加工する場合、図１２(a) のように外周切刃６０を被削物の形状（角度）に一致したサイドカッター５８としなければならない。ただし、この方法では、円錐角や曲率が連続的に変化するような加工物には対応できない、
２．この場合、図１２(b) のようにＲ付き刃６１を有するサイドカッター５８を使用して円錐角や曲率が連続的に変化する加工物に対応することができるが、所定の面粗度を得るためには円弧運動の軌跡を狭い間隔でずらしながら加工することとなり、非常に多くの切削パスが必要となり効率が落ちてしまう、
という課題を生じる。
【０００９】
さらに、前記従来例３のボールエンドミルでは、
１．ボールエンドミルの特性から工具軸芯付近の切削速度が極端に小さくなるため加工曲面との接点の位置によっては非常に切削性が悪くなる、
２．加工時間短縮のため工具パスを減らそうとした場合、同程度の仕上がり面粗度を得るためには大きな半径のボールエンドミルが必要となるが、前記したように工具外周付近と軸芯付近との切削速度の差が大きくなりすぎて切削性が悪くなる、
という課題を生じる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、前記課題を解決するために、本願発明の切削加工装置は、被加工物の軸心と円盤状回転工具の回転軸とを平行に配置し、該被加工物への自由曲面加工を前記円盤状回転工具で被加工物の軸方向に複数列加工することによって行う切削加工装置であって、前記円盤状回転工具の側面に回転しながら切削する切刃を設け、該円盤状回転工具の回転軸を水平方向に配置した状態で該円盤状回転工具の切刃によって切削する周方向と交差する被加工物の軸方向に該円盤状回転工具を送ることにより前記切刃で被加工物を軸方向に切削する送り装置を設け、該送り装置で送る円盤状回転工具の加工位置を、少なくとも被加工物の自由曲面の加工形状と工具寸法を含む加工諸元に基づいて制御する制御装置を設け、該制御装置に、被加工物の軸方向に円盤状回転工具を送る加工母線を設定し、該加工母線を、円盤状回転工具の加工によって残る波状の突起の高さが所定の面粗度以下となるように被加工物の軸方向と交差する方向に所定間隔で変更する機能を持たせている。このように円盤状回転工具の側面に切刃を設け、この切刃を前面に向けて円盤状回転工具を回転させながら被加工物の軸方向に円盤状回転工具を送って被加工物を切削することにより、被加工物の曲面部分であっても所定の面粗度以下となるように迅速に加工することができる。しかも、円盤状回転工具の加工位置を制御装置で制御して被加工物を加工するので、単一の工具で被加工物を連続的に加工することができる。
【００１１】
その上、円盤状回転工具の加工母線を被加工物の軸方向と交差する方向に所定間隔で変更して被加工物を加工するので、単一の工具で被加工物の様々な曲面を連続的に加工することができる。
【００１２】
また、被加工物の軸心と円盤状回転工具の回転軸とを平行に配置し、該被加工物への自由曲面加工を前記円盤状回転工具で被加工物の軸方向に複数列加工することによって行う切削加工装置であって、前記円盤状回転工具の側面に回転しながら切削する切刃を設け、該円盤状回転工具の回転軸を水平方向に配置した状態で該円盤状回転工具の切刃によって切削する周方向と交差する被加工物の軸方向に該被加工物を送ることにより前記切刃で被加工物を軸方向に切削する送り装置を設け、該送り装置で送る被加工物の加工位置を、少なくとも被加工物の自由曲面の加工形状と工具寸法を含む加工諸元に基づいて演算する制御装置を設け、該制御装置で演算した被加工物の軸方向と交差する方向の加工位置に前記円盤状回転工具の座標位置を制御する制御機構を前記送り装置に設け、前記制御装置に、被加工物の軸方向に該被加工物を送る加工母線を設定し、該加工母線を、円盤状回転工具の加工によって残る波状の突起の高さが所定の面粗度以下となるように被加工物の軸方向と交差する方向に所定間隔で変更する機能を持たせてもよい。このような構成によれば、送り装置に設けた制御機構によって円盤状回転工具の座標位置を制御しながら、被加工物を送り装置でこの被加工物の軸方向に送って迅速に加工することができる。
【００１３】
さらに、送り装置に、被加工物を軸方向に送る送り機構と、制御装置で演算した被加工物の加工位置に円盤状回転工具の座標位置を制御する制御機構とを設ければ、送り装置に設けた制御機構によって演算した被加工物の加工位置に、円盤状回転工具の座標位置を制御しながら送り機構で被加工物を軸方向に送って迅速に加工することができる。
【００１４】
また、円盤状回転工具の側面に設ける切刃を、最外周部に位置する主切刃と、該主切刃の内側切削半径を含む外側切削半径となるように半径方向内側に設けた副切刃とで構成し、該主切刃と副切刃とを周方向にずらして設ければ、主切刃で切削した内周側を副切刃で切削するようにできるので、主切刃で切削した後の被加工物と円盤状回転工具との干渉を避けるとともに、主切刃と副切刃とからなる切削深さで被加工物を切削することができ、迅速な切削加工を行うようにできる。
【００１５】
一方、本願発明の切削加工方法は、被加工物の軸心と円盤状回転工具の回転軸とを平行に配置し、該被加工物への自由曲面加工を前記円盤状回転工具で被加工物の軸方向に複数列加工することによって行う切削加工方法であって、少なくとも被加工物の自由曲面の加工形状と工具寸法を含む加工諸元に基づいて、前記回転軸を回転させながら被加工物の軸方向に設定した加工母線に沿って前記円盤状回転工具を移動させることにより、該円盤状回転工具の側面に設けた切刃で切削する周方向と交差する被加工物の軸方向に該被加工物を切削し、該円盤状回転工具で切削する被加工物の軸方向に設定する加工母線を、円盤状回転工具の加工によって残る波状の突起の高さが所定の面粗度以下となるように被加工物の軸方向と交差する方向に所定間隔でずらしながら被加工物を加工するようにしている。このように回転する円盤状回転工具の回転軸を被加工物の軸心と平行にし、この円盤状回転工具を被加工物の軸方向に設定した加工母線に沿って送ることにより軸方向に加工した後に、この加工母線を所定間隔で被加工物の軸方向と交差する方向にずらしながら被加工物を所定の面粗度以下となるように切削するので、加工面が曲面であっても連続的に迅速な加工を行うことができる。
【００１６】
また、工作機械に、少なくとも被加工物の自由曲面の加工形状と工具寸法と円盤状回転工具の加工によって残る突起の高さによって決まる加工面粗度を含む加工諸元を入力し、入力した加工面粗度を満足するように加工開始から加工終了までの円盤状回転工具の加工母線間隔と座標位置とを工作機械のコンピュータに算出させて被加工物を切削するようにすれば、工作機械のＣＮＣマクロプログラムによって円盤状回転工具の加工座標を制御しながら加工するようにできるので、工作機械での設定のみで加工制御を迅速に行って被加工物の曲面を加工するようにできる。
【００１７】
さらに、本願発明のプログラムは、前記切削加工方法を工作機械に実行させるためのプログラムであって、工作機械のコンピュータに、少なくとも被加工物の自由曲面の加工形状と工具寸法を含む加工諸元に基づいて、該被加工物の軸心と平行に配置した円盤状回転工具の回転軸を回転させながら被加工物の軸方向に設定した加工母線に沿って該円盤状回転工具を移動させることにより被加工物を軸方向に切削する自由曲面加工を該円盤状回転工具で被加工物の軸方向に複数列加工することによって行い、該円盤状回転工具による被加工物への切削加工を軸方向に複数列加工することによって残る突起の高さで決まる被加工物の加工面粗度を満足するように、円盤状回転工具で被加工物を軸方向に切削する加工母線の間隔を演算する機能と、該加工母線に沿って送る円盤状回転工具の切削座標位置を演算する機能と、を実現させるようにしている。このプログラムによっても、工作機械のＣＮＣ（Computerized Numerical Control）により円盤状回転工具の加工座標を制御しながら加工するようにできるので、工作機械での設定のみで、被加工物の軸心と平行に回転軸を配置した円盤状回転工具によって被加工物を軸方向に所定の面粗度以下となるように切削する曲面加工における加工制御を迅速に行って加工することができる。
【００１８】
また、本願発明のコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、前記切削加工方法を工作機械に実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、工作機械のコンピュータに、少なくとも被加工物の自由曲面の加工形状と工具寸法を含む加工諸元に基づいて、該被加工物の軸心と平行に配置した円盤状回転工具の回転軸を回転させながら被加工物の軸方向に設定した加工母線に沿って該円盤状回転工具を移動させることにより被加工物を軸方向に切削する自由曲面加工を該円盤状回転工具で被加工物の軸方向に複数列加工することによって行い、該円盤状回転工具による被加工物への切削加工を軸方向に複数列加工することによって残る突起の高さで決まる被加工物の加工面粗度を満足するように、円盤状回転工具で被加工物を軸方向に切削する加工母線の間隔を演算する機能と、該加工母線に沿って送る円盤状回転工具の切削座標位置を演算する機能と、を実現させるためのプログラムを記録しており、前記プログラムと同様に、工作機械のＣＮＣによって円盤状回転工具の加工座標を制御しながら加工し、工作機械での設定のみで、被加工物の軸心と平行に回転軸を配置した円盤状回転工具によって被加工物を軸方向に所定の面粗度以下となるように切削する曲面加工における加工制御を迅速に行って加工できるプログラムを提供することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本願発明の第１実施形態を示す切削加工装置の側断面図であり、図２は同切削加工装置の正面図である。図３は加工後の被加工物を示す斜視図であり、図４は加工後の被加工物の端面図である。図５は円盤状回転工具の一例を示す図面であり、(a) は正面図、(b) は側面図、図６は円盤状回転工具の他の例を示す図面であり、(a) は正面図、(b) は側面図である。この実施形態では、円錐形状の軸回転面となる被加工円錐面（以下「内側曲面」という）を加工する場合を例に説明する。
【００２０】
図１に示すように、切削加工装置１には、被加工物２の分割面である開放部３を上向き状態にしてこの被加工物２を固定するテーブル４と、このテーブル４に固定した被加工物２を切削する切刃５を側面に設けた円盤状回転工具６と、この円盤状回転工具６の回転軸７を水平方向に配置した状態で、この回転工具６を被加工物２の軸方向に送る送り装置８が設けられている。この切削状態では、円盤状回転工具６の回転軸７と被加工物２の軸心ｖとが平行に配置されている。しかも、通常、被加工物２の最も長い軸方向を、一般的縦型工作機械において最も長い可動範囲を持つＸ軸方向となるように固定することにより、このＸ軸方向に機械可動範囲一杯の連続した切削送りが可能となるようにしている。
【００２１】
前記送り装置８には、円盤状回転工具６を支持するとともに主軸の回転を横向きに変換して回転駆動するアングルヘッド９と、このアングルヘッド９を上部から支持する機械本体主軸部１０とが設けられている。これらアングルヘッド９と機械本体主軸部１０は、円盤状回転工具６による被加工物２の水平分割面付近での加工時に被加工物２と干渉しないような大きさで形成されている。この機械本体主軸部１０が、送り装置８に設けられた図示しない送り機構（例えば、ボールネジ機構等）によって被加工物２の軸方向に送られるように構成されている。
【００２２】
図２にも示すように、開放部３が上向き状態でテーブル４に固定された半円状の被加工物２は、内側曲面１１が送り装置８によって送られる円盤状回転工具６の回転する切刃５で切削されており、制御装置１２で制御されている加工位置に円盤状回転工具６を位置するように座標制御されている。この工具の座標制御は、送り装置８に設けられた図示しない制御機構（例えば、ボールネジ機構等）によって行われる。このように、回転する円盤状回転工具６を被加工物２の軸方向に送って連続的な切削加工ができるようにしている。
【００２３】
図３，４に示すように、この円盤状回転工具６が軸方向に送られる加工母線１３は、被加工物２の軸方向と交差する方向（周方向）に所定間隔ｗで変更するように制御されており、被加工物２の内側曲面１１を軸方向に複数列加工した時に、円盤状回転工具６の加工によって残る波状の突起１４の高さｈが所定の面粗度（高さｈによって決まる表面粗さ）以下となるように制御装置１２で加工母線１３の間隔ｗが制御されている。なお、この実施形態では、説明上加工母線１３の間隔を広く記載しているが、実際には波状の突起１４による高さｈで決まる面粗度によって設定される。
【００２４】
図５(a),(b) に示すように、前記円盤状回転工具６としては、サイドカッター本体１５の切削側面（前面）に切刃を配置した円盤状回転工具（以下「ディスクカッター」という）が使用される。
【００２５】
このディスクカッター６は、円盤状のカッター本体１５の切削面となる前側の側面１６に切削機能をつかさどる切刃５が設けられており、その切刃５は、最外周の全周に等間隔で設けられた主切刃５Ａと、この主切刃５Ａで切削された被加工物２とカッター本体１５との干渉を避けるために主切刃５Ａの内周側に偏位（オフセット）させて、主切刃５Ａの最小切削半径を含むように設けられた２枚の副切刃５Ｂで構成されている。
【００２６】
このように構成されたディスクカッター６が、前記図１，２に示すように、送り装置８の機械本体主軸部１０に設けられたアングルヘッド９に取付けられ、被加工物２の軸心長手方向に移動させられるとともに半径方向に移動させられて、所定の円錐角θを有する被加工物２の内側曲面１１を加工するように構成されている。
【００２７】
図６(a),(b) に示すように、別の例のディスクカッター６としては、円盤状のカッター本体１５の切削面となる前側の側面１６に切削機能をつかさどる切刃５が等間隔で複数本設けられ、この切刃５を、最外周の全周に等間隔で設けられた主切刃５Ａと、この主切刃５Ａと同数で、主切刃５Ａの内側切削径を含む外側切削径となるようように設けられた副切刃５Ｂとで構成している。この例の場合には、主切刃５Ａと同数の副切刃５Ｂが設けられているので、この副切刃５Ｂによっても被加工物２を効率良く切削することができるので、主切刃５Ａで切削した被加工物２とカッター本体１５との干渉を避けるとともに、これらの切刃５Ａ，５Ｂによって一度で深い切削をすることを可能としている。例えば、図５(a) に示す切削深さｒに対して、図６(a) に示す切削深さｓのように深く切削することができる。なお、このディスクカッター６の選択は、被加工物２の形状や切削条件等に応じて決定すればよい。
【００２８】
以上のように構成された切削加工装置１によれば、図１に示すように、ディスクカッター６の回転軸７を被加工物２の軸心ｖと平行にセットし、図２に示すように、ディスクカッター６の中心と内側曲面１１との接点が加工母線１３上となるように配置する。この例では、内側曲面１１の中央部から加工しているが、端部から加工するようにしてもよい。
【００２９】
この加工状態のディスクカッター６による加工位置は制御装置１２で制御されており、ディスクカッター６は送り装置８の送り機構によって被加工物２の軸方向に移動させられながら、制御機構で被加工物２の円錐角θと同一角度で斜めに移動させられる。このようにディスクカッター６と被加工物２とを軸方向に相対移動させ、この移動時に回転するディスクカッター６で内側曲面１１を切削するようにしている。この実施形態では、被加工物２がテーブル４に固定され、ディスクカッター６が可動するように構成されている。
【００３０】
すなわち、ディスクカッター６は、被加工物２の内側曲面１１（被加工円錐面）と同じ円錐角θで、この内側曲面１１と軸心ｖを同一とする円錐面の加工母線１３上を移動させられることとなる。この移動は、送り装置８の制御装置１２によって制御されており、被加工物２の軸方向（X軸方向）を連続して切削することができる。しかも、ディスクカッター６に設けられた切刃５Ａ，５Ｂによって切削する方向（周方向）と、この回転するディスクカッター６の送り方向（軸方向）とが交差するように構成されているので、被加工物２の大面積を１回の送りで切削することができる。
【００３１】
そして、１つの加工母線１３に沿って軸方向に連続して切削した後は、制御装置１２によってディスクカッター６の加工母線１３が軸方向と交差する方向（横方向）に所定間隔で設定された１ピッチ分隣に移動させられる。次に、移動させられたディスクカッター６は、回転しながらその加工母線１３に沿って被加工物２の軸方向に送られるとともに、被加工物２の円錐角θと同一角度の斜めに移動させられて、被加工物２を軸方向に切削する。その後は、以上の手順を順次繰り返すことにより被加工物２の内側曲面１１（軸回転面）を成形する。
【００３２】
このようにして加工された被加工物２は、前記図３に示すように、内側曲面１１に波状の突起１４が形成される。この突起１４の高さｈは内側曲面１１の半径が小さいぼど、切削工具径が大きいぼど、また加工母線上を移動する工具軌跡の間隔が狭いほど低くなる。実際の加工の仕上げ段階では、所定の仕上がり面粗度を得るため、この突起１４の高さｈが必要な面粗度以下となるように工具軌跡の間隔、すなわち加工母線１３の間隔を狭めて加工することとなる。
【００３３】
したがって、被加工物２の内側曲面１１（被加工円錐面）を同一のディスクカッター６（切削工具）で被加工物２の軸方向に連続した加工を行うことができるので、多くの加工に同一工具を適用して迅速な加工を行うことが可能となる。
【００３４】
ところで、上述したように被加工物２を加工するディスクカッター６の動作を実現するためには、通常、複雑な三次元座標計算が必要である。しかし、本願発明に係る切削加工方法によれば、複雑な三次元座標計算を要することなく加工装置に設けられたコンピュータによるＣＮＣで加工することができる。
【００３５】
図７は本願発明の切削加工装置による切削加工方法の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは加工装置１のコンピュータに入力されたマクロプログラムによってＣＮＣで加工する流れを示している。以下、このフローチャートに基づいてその加工方法を説明する。
【００３６】
まず、開始(a) 時に、加工形状（円錐角・代表半径・長さ等）の入力(b) 、適用する工具や切削諸元からなる加工諸元（工具半径・工具ノーズ半径・加工面粗度・切削送り速度・加工開始方向等）の入カ(c) 、をすれば、入力データ（値）の妥当性・整合性が確認される(d) 。
【００３７】
この段階まではディスクカッター６（円盤状回転工具）による加工は行われておらず、加工装置１に設けられているＣＮＣにデータを記憶させている状態であり、入力データに異常等があれば停止してエラー表示をした状態となり、その後の作業は進められない(e) 。
【００３８】
その後、ＣＮＣによって加工諸元の入力データに合わせて加工ピッチ（加工母線の間隔）又は加工回数の算出と(f) 、基本的な加工パスとなる軸回転面の加工母線の算出が行われ(g) 、以降、１パス分の実際の工具軌跡に相当する機械の各座標値の算出と(h) 、その１パス分の実加工（実移動）が行われ(i) 、加工終了まで繰り返されて(j) 、１つの被加工物の加工が終了する(k) 。
【００３９】
このような切削加工方法を加工装置１に設けられたコンピュータに実現させるプログラムとしては、切刃５の円弧（工具寸法）と切削深さとによって内側曲面１１（加工形状）の切削円弧長さが明らかとなるため、隣り合う加工母線１３間の距離から切削によって生じる波形の突起１４の高さｈを算出することができるので、この突起１４の高さｈが所定の面粗度以下となるようにするとともに、隣り合う切削部の間に削り残しを生じないような加工ピッチ（加工母線の間隔）となるように演算される。なお、他に工具ノーズ半径等の加工諸元も考慮して突起１４の高さｈや面粗度を演算するようにしてもよい。
【００４０】
また、座標位置の算出としては、被加工物２を軸方向に切削した時に隣り合う切削部の間に削り残しを生じることがなく、切刃５の円弧と切削深さとによって生じる突起１４の高さｈが所定の面粗度以下となるように演算される。
【００４１】
そして、このプログラムを加工装置１に設けられたコンピュータのＣＮＣマクロプログラムとして入力することにより、加工装置１のＣＮＣでディスクカッター６の工具経路を自動計算させながら加工することが可能となり、ＮＣプログラムを作成するための三次元自動プログラミングシステム等が不要となる。しかも、鋳物素材の偏肉により加工代などの加工諸元に変動を生じても、現場で工作機械のコンピュータに入力した加工諸元に変更を加えることにより、ＣＮＣマクロプログラムによって即時加工パス（加工母線位置、加工深さ等）に変更を反映させることが可能となり、迅速な対応が可能となる。例えば、被加工物２の厚みに変動を生じた場合、前記フローチャートの(b) における加工形状の値に変更を加えることにより、その後の加工においてはその変更値によって計算された座標位置で加工するようにできる。
【００４２】
つまり、加工装置のＣＮＣマクロプログラムに複数の機能を持たせることにより、複雑な三次元座標計算に基づいて別途作成するＮＣプログラム等を要することなく加工できるようにし、しかも、加工諸元に変動が生じるような被加工物２の内側曲面加工等を、加工装置１に設けられた工具経路を自動計算するＣＮＣマクロプログラムを現場で設定変更することにより迅速に対応できるようにしている。
【００４３】
図８は本願発明の第２実施形態を示す切削加工装置の側断面図である。この第２実施形態では、被加工物の内側曲面（軸回転面）形状が途中から変化するような場合を示している。また、前記第１実施形態では、被加工物２をテーブル４に固定し、送り装置８で機械本体主軸部１０を軸方向に移動させながらディスクカッター６の座標を制御して被加工物２を加工する例を示したが、この第２実施形態では、被加工物１７を固定したテーブル１８をＸ軸方向（図の左右方向であり、被加工物の軸方向）に移動可能なように構成し、ディスクカッター６をＹ軸（図の上下方向）とＺ軸（図の紙面直角方向）の方向に移動可能なようにして被加工物１７を切削するように送り装置１９が構成されている。つまり、通常、被加工物１７の最も長い軸方向ｖが、一般的縦型工作機械において最も長い可動範囲を持つＸ軸方向となるように設け、このＸ軸方向の移動を機械可動範囲一杯の切削送りが可能であるテーブル１８に持たせている。なお、上述した第１実施形態と同一の構成には同一符号を付して、その説明は省略する。
【００４４】
図示するように、切削加工装置２１に設けられたテーブル１８には、内側曲面２０の傾斜が途中で変化する被加工物１７が開放部３を上向き状態にして固定されている。この被加工物１７は、上述した第１実施形態と同様に円錐形状であるが、内側曲面２０（被加工円錐面）の円錐角θが、途中で逆向きに傾斜するように変化している。
【００４５】
一方、ディスクカッター６は、回転軸７を水平方向に配置した状態で機械本体主軸部１０のアングルヘッド９に設けられている。したがって、この第２実施形態では、被加工物１７の軸方向ｖに移動するＸ軸の移動機能をテーブル１８に持たせているので、ディスクカッター６を設けた機械本体主軸部１０は、Ｙ軸、とＺ軸の２軸に移動可能であればよくなる。また、この第２実施形態でも、ディスクカッター６による切削は、制御装置１２で制御されている被加工物１７の軸方向に設定された加工母線１３に沿うようにディスクカッター６の座標位置が制御される。
【００４６】
このように構成された送り装置２１では、被加工物１７の軸方向移動はテーブル１８で行われ、ディスクカッター６は他の２軸方向に移動させられて切刃５で被加工物１７を切削するように構成されている。
【００４７】
この第２実施形態でも、上述した図３，４に示すように、このディスクカッター６の加工母線１３は所定間隔で周方向に変更するように制御されており、被加工物１７の内側曲面２０を軸方向に複数列加工した時に、ディスクカッター６の加工によって残る波状の突起１４によって形成される高さｈが所定の面粗度以下となるように制御装置１２で加工母線１３の間隔が制御されている。
【００４８】
この第２実施形態の切削加工装置２１によれば、被加工円錐面の円錐方向が途中で逆転した円錐面の組み合わせに対しても、同一のディスクカッター６（円盤状回転工具）にて連続的な加工が可能であり、連続的な加工を行うことによって効率の良い加工を行うことができる。このような被加工物１７の加工面の変化は、被加工円錐面の円錐角θが階段的あるいは連続的に変化するような場合でも同一の切削工具の適用が可能であり、加工面が変化するような被加工物１７であっても連続的な加工を行って迅速に加工することができる。
【００４９】
また、この第２実施形態においても、前記図７に示すように、切削加工方法を加工装置２１に設けられたコンピュータによるＣＮＣマクロプログラムとして入力することにより、加工装置２１のＣＮＣでディスクカッター６の工具経路を自動計算させながら加工することは可能である。しかも、被加工物１７の加工諸元に変動を生じても、現場で工作機械のコンピュータに入力した加工諸元に変更を加えることにより、ＣＮＣマクロプログラムによって即時変更が可能となり、迅速に対応することができる。
【００５０】
なお、被加工物２，１７の送り装置８，１９としては、上述した第１実施形態のようにディスクカッター６をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸に移動可能な構成としても、前記第２実施形態のように被加工物１７を軸方向に送るＸ軸の移動機能をテーブル１８に持たせ、ディスクカッター６をＹ軸、Ｚ軸の２軸に移動可能な構成にしても、その他の構成にしてもよく、これらＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸に移動可能な構成は、ディスクカッター６側、又はテーブル１８側のいずれに設けてもよい。
【００５１】
また、被加工物２，１７の内側曲面１１，２０は円錐面に限定されず、円錐凸面側等、ディスクカッター６によるアプローチが可能であれば平面を含むあらゆる自由曲面の加工においても同じ効果を奏することができる。
【００５２】
さらに、上述した実施形態は一実施形態であり、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００５３】
【発明の効果】
本願発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載するような効果を奏する。
【００５４】
回転する円盤状回転工具を軸方向に送ることにより、軸方向の傾斜角や曲率等の影響を受けずに被加工物を軸方向に加工することができるので、効率よく迅速に被加工物を切削加工することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第１実施形態を示す切削加工装置の側断面図である。
【図２】図１に示す切削加工装置の正面図である。
【図３】加工後の被加工物を示す斜視図である。
【図４】加工後の被加工物の端面図である。
【図５】円盤状回転工具の一例を示す図面であり、(a) は正面図、(b) は側面図である。
【図６】円盤状回転工具の他の例を示す図面であり、(a) は正面図、(b) は側面図である。
【図７】本願発明の切削加工装置による切削加工方法の一例を示すフローチャートである。
【図８】本願発明の第２実施形態を示す切削加工装置の側断面図である。
【図９】従来の縦型旋盤による加工の一例を示す正面図である。
【図１０】従来の縦型ミーリングマシンによる加工の一例を示す正面図である。
【図１１】従来の縦型ミーリングマシンによる加工の一例を示す側面図である。
【図１２】図１１に示す加工部の拡大断面図であり、(a) は平刃、(b) は丸刃の拡大断面図である。
【符号の説明】
１…切削加工装置
２…被加工物
３…開放部
４…テーブル
５…切刃
６…円盤状回転工具（ディスクカッター）
７…回転軸
８…送り装置
９…アングルヘッド
１０…機械本体主軸部
１１…内側曲面
１２…制御装置
１３…加工母線
１４…突起
１５…カッター本体
１６…側面
１７…被加工物
１８…テーブル
１９…送り装置
２０…内側曲面
２１…切削加工装置
θ…円錐角
ｈ…高さ
ｗ…所定間隔
【発明の属する技術分野】
本願発明は、蒸気タービンやガスタービン製品等の上下二つ割れ円筒状ケーシングのような、内側曲面等を有する被加工物を加工する切削加工装置とその加工方法とそのプログラムとそれを記録した媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば、蒸気タービンやガスタービン製品等は上下二つ割れの円筒状ケーシングを有している。このような円筒状ケーシングは、通常、軸芯に平行な分割面をもつ上半ケーシングと下半ケーシングの２個のケーシングからなり、これら上半と下半のケーシングがボルト締結され１体となる構造となっている。また、このケーシングの内面は、ケーシングの軸心を中心軸とする円筒形状、あるいは円錐形状の軸回転面を有するものが多い。このようなケーシング（以下「被加工物」ともいう）の機械加工方法としては、一般に、上半・下半ケーシングをボルト締結により一体化して加工する旋削加工や、上半・下半ケーシングを個別に加工するミーリング加工が採用されている。ミーリング加工を行う縦型ミーリングマシンによる加工は、縦型旋盤による上下一体ケーシングの旋削加工に比べて工具費や加工時間の面で著しく効率が劣るが、ケーシングの両端が狭く閉じている場合等、被加工物の形状によって旋削加工が困難な場合に用いられている。
【０００３】
図９の縦型旋盤による加工の一例を示す正面図のように、旋削加工としては、縦型旋盤のテーブル５１上に、このテーブル５１の回転軸心５２にケーシング軸心が一致するようにして上下一体としたケーシング５３を固定し、テーブル５１を回転させてこのケーシング５３を回転させながら、切削バイト５４等の切削工具を長手方向および半径方向に移動させながら所定の軸回転面５５を加工している（従来例１）。
【０００４】
一方、図１０の縦型ミーリングマシンによる加工の一例を示す正面図と図１１の同側断面図のように、ミーリング加工としては、縦型マシニングセンターのテーブル５６上に分割面を上向きに半ケーシング５７を固定し、回転する工具５８（サイドカッター）を機械本体主軸部５９でケーシング５７内面の周方向に沿って三次元的に移動させることにより、工具５８の切刃幅寸法分を切削しながら所定の形状に成型している。この縦型ミーリングマシンを使用して加工する場合の切削方法としては、図１２(a),(b) の図１１に示す加工部の拡大断面図に示すように、工具５８を、ケーシング内周の軸方向傾斜角や曲率と同一形状の外周切刃６０（平刃）を有する特殊な専用サイドカッター５８と(a) 、又はＲ付き刃６１（丸刃）を有するサイドカッター５８とし(b) 、このようなサイドカッター５８を回転させながら工具軸に垂直な平面内を円弧運動させ（図１０）、その動作を図１２に示すように軸方向にずらして繰り返すことによって多数の周方向パスを重ねて内周形状を創成する方法が採用されている（従来例２）。
【０００５】
また、他のミーリング加工によってケーシング内面を加工する方法として、ボールエンドミルを使用し、工具軌跡を少しずつずらしながら加工する方法も考えられる（従来例３）。
【０００６】
なお、この種の加工技術として、特開平５−１４３１４０号公報記載の加工方法があるが、この発明は三次元加工を行う場合の工具移動中心軌跡を計算するものであり、本願発明のように、円板状回転工具（サイドカッター）を用いて円筒状ケーシング等の内面を効率良く加工できるものではない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来例１の旋削加工では、
１．加工範囲が周上の一部分にしか無い場合でも全体を回転させて加工するので、全周に加工部が存在するのと同じ加工動作が必要となり、無駄に加工時間を要する、
２．しかも、この場合には切削が断続となるため、切削バイトの切刃に欠損が生じ易く、工具寿命を短くする場合がある、
３．円筒状ケーシング等で両端が狭まった形状の場合、切削バイトの保持位置が長くなり加工に必要なバイト保持剛性を確保した機構を構成できない。また、両端が閉じて中間部のみを加工するような形状の場合はまったく加工できない、
という課題を生じる。
【０００８】
また、前記従来例２の縦型ミーリングマシンによる加工では、前記旋削加工の課題は解決できるが、
１．円錐もしくは曲率をもった形状の軸回転面を加工する場合、図１２(a) のように外周切刃６０を被削物の形状（角度）に一致したサイドカッター５８としなければならない。ただし、この方法では、円錐角や曲率が連続的に変化するような加工物には対応できない、
２．この場合、図１２(b) のようにＲ付き刃６１を有するサイドカッター５８を使用して円錐角や曲率が連続的に変化する加工物に対応することができるが、所定の面粗度を得るためには円弧運動の軌跡を狭い間隔でずらしながら加工することとなり、非常に多くの切削パスが必要となり効率が落ちてしまう、
という課題を生じる。
【０００９】
さらに、前記従来例３のボールエンドミルでは、
１．ボールエンドミルの特性から工具軸芯付近の切削速度が極端に小さくなるため加工曲面との接点の位置によっては非常に切削性が悪くなる、
２．加工時間短縮のため工具パスを減らそうとした場合、同程度の仕上がり面粗度を得るためには大きな半径のボールエンドミルが必要となるが、前記したように工具外周付近と軸芯付近との切削速度の差が大きくなりすぎて切削性が悪くなる、
という課題を生じる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、前記課題を解決するために、本願発明の切削加工装置は、被加工物の軸心と円盤状回転工具の回転軸とを平行に配置し、該被加工物への自由曲面加工を前記円盤状回転工具で被加工物の軸方向に複数列加工することによって行う切削加工装置であって、前記円盤状回転工具の側面に回転しながら切削する切刃を設け、該円盤状回転工具の回転軸を水平方向に配置した状態で該円盤状回転工具の切刃によって切削する周方向と交差する被加工物の軸方向に該円盤状回転工具を送ることにより前記切刃で被加工物を軸方向に切削する送り装置を設け、該送り装置で送る円盤状回転工具の加工位置を、少なくとも被加工物の自由曲面の加工形状と工具寸法を含む加工諸元に基づいて制御する制御装置を設け、該制御装置に、被加工物の軸方向に円盤状回転工具を送る加工母線を設定し、該加工母線を、円盤状回転工具の加工によって残る波状の突起の高さが所定の面粗度以下となるように被加工物の軸方向と交差する方向に所定間隔で変更する機能を持たせている。このように円盤状回転工具の側面に切刃を設け、この切刃を前面に向けて円盤状回転工具を回転させながら被加工物の軸方向に円盤状回転工具を送って被加工物を切削することにより、被加工物の曲面部分であっても所定の面粗度以下となるように迅速に加工することができる。しかも、円盤状回転工具の加工位置を制御装置で制御して被加工物を加工するので、単一の工具で被加工物を連続的に加工することができる。
【００１１】
その上、円盤状回転工具の加工母線を被加工物の軸方向と交差する方向に所定間隔で変更して被加工物を加工するので、単一の工具で被加工物の様々な曲面を連続的に加工することができる。
【００１２】
また、被加工物の軸心と円盤状回転工具の回転軸とを平行に配置し、該被加工物への自由曲面加工を前記円盤状回転工具で被加工物の軸方向に複数列加工することによって行う切削加工装置であって、前記円盤状回転工具の側面に回転しながら切削する切刃を設け、該円盤状回転工具の回転軸を水平方向に配置した状態で該円盤状回転工具の切刃によって切削する周方向と交差する被加工物の軸方向に該被加工物を送ることにより前記切刃で被加工物を軸方向に切削する送り装置を設け、該送り装置で送る被加工物の加工位置を、少なくとも被加工物の自由曲面の加工形状と工具寸法を含む加工諸元に基づいて演算する制御装置を設け、該制御装置で演算した被加工物の軸方向と交差する方向の加工位置に前記円盤状回転工具の座標位置を制御する制御機構を前記送り装置に設け、前記制御装置に、被加工物の軸方向に該被加工物を送る加工母線を設定し、該加工母線を、円盤状回転工具の加工によって残る波状の突起の高さが所定の面粗度以下となるように被加工物の軸方向と交差する方向に所定間隔で変更する機能を持たせてもよい。このような構成によれば、送り装置に設けた制御機構によって円盤状回転工具の座標位置を制御しながら、被加工物を送り装置でこの被加工物の軸方向に送って迅速に加工することができる。
【００１３】
さらに、送り装置に、被加工物を軸方向に送る送り機構と、制御装置で演算した被加工物の加工位置に円盤状回転工具の座標位置を制御する制御機構とを設ければ、送り装置に設けた制御機構によって演算した被加工物の加工位置に、円盤状回転工具の座標位置を制御しながら送り機構で被加工物を軸方向に送って迅速に加工することができる。
【００１４】
また、円盤状回転工具の側面に設ける切刃を、最外周部に位置する主切刃と、該主切刃の内側切削半径を含む外側切削半径となるように半径方向内側に設けた副切刃とで構成し、該主切刃と副切刃とを周方向にずらして設ければ、主切刃で切削した内周側を副切刃で切削するようにできるので、主切刃で切削した後の被加工物と円盤状回転工具との干渉を避けるとともに、主切刃と副切刃とからなる切削深さで被加工物を切削することができ、迅速な切削加工を行うようにできる。
【００１５】
一方、本願発明の切削加工方法は、被加工物の軸心と円盤状回転工具の回転軸とを平行に配置し、該被加工物への自由曲面加工を前記円盤状回転工具で被加工物の軸方向に複数列加工することによって行う切削加工方法であって、少なくとも被加工物の自由曲面の加工形状と工具寸法を含む加工諸元に基づいて、前記回転軸を回転させながら被加工物の軸方向に設定した加工母線に沿って前記円盤状回転工具を移動させることにより、該円盤状回転工具の側面に設けた切刃で切削する周方向と交差する被加工物の軸方向に該被加工物を切削し、該円盤状回転工具で切削する被加工物の軸方向に設定する加工母線を、円盤状回転工具の加工によって残る波状の突起の高さが所定の面粗度以下となるように被加工物の軸方向と交差する方向に所定間隔でずらしながら被加工物を加工するようにしている。このように回転する円盤状回転工具の回転軸を被加工物の軸心と平行にし、この円盤状回転工具を被加工物の軸方向に設定した加工母線に沿って送ることにより軸方向に加工した後に、この加工母線を所定間隔で被加工物の軸方向と交差する方向にずらしながら被加工物を所定の面粗度以下となるように切削するので、加工面が曲面であっても連続的に迅速な加工を行うことができる。
【００１６】
また、工作機械に、少なくとも被加工物の自由曲面の加工形状と工具寸法と円盤状回転工具の加工によって残る突起の高さによって決まる加工面粗度を含む加工諸元を入力し、入力した加工面粗度を満足するように加工開始から加工終了までの円盤状回転工具の加工母線間隔と座標位置とを工作機械のコンピュータに算出させて被加工物を切削するようにすれば、工作機械のＣＮＣマクロプログラムによって円盤状回転工具の加工座標を制御しながら加工するようにできるので、工作機械での設定のみで加工制御を迅速に行って被加工物の曲面を加工するようにできる。
【００１７】
さらに、本願発明のプログラムは、前記切削加工方法を工作機械に実行させるためのプログラムであって、工作機械のコンピュータに、少なくとも被加工物の自由曲面の加工形状と工具寸法を含む加工諸元に基づいて、該被加工物の軸心と平行に配置した円盤状回転工具の回転軸を回転させながら被加工物の軸方向に設定した加工母線に沿って該円盤状回転工具を移動させることにより被加工物を軸方向に切削する自由曲面加工を該円盤状回転工具で被加工物の軸方向に複数列加工することによって行い、該円盤状回転工具による被加工物への切削加工を軸方向に複数列加工することによって残る突起の高さで決まる被加工物の加工面粗度を満足するように、円盤状回転工具で被加工物を軸方向に切削する加工母線の間隔を演算する機能と、該加工母線に沿って送る円盤状回転工具の切削座標位置を演算する機能と、を実現させるようにしている。このプログラムによっても、工作機械のＣＮＣ（Computerized Numerical Control）により円盤状回転工具の加工座標を制御しながら加工するようにできるので、工作機械での設定のみで、被加工物の軸心と平行に回転軸を配置した円盤状回転工具によって被加工物を軸方向に所定の面粗度以下となるように切削する曲面加工における加工制御を迅速に行って加工することができる。
【００１８】
また、本願発明のコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、前記切削加工方法を工作機械に実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、工作機械のコンピュータに、少なくとも被加工物の自由曲面の加工形状と工具寸法を含む加工諸元に基づいて、該被加工物の軸心と平行に配置した円盤状回転工具の回転軸を回転させながら被加工物の軸方向に設定した加工母線に沿って該円盤状回転工具を移動させることにより被加工物を軸方向に切削する自由曲面加工を該円盤状回転工具で被加工物の軸方向に複数列加工することによって行い、該円盤状回転工具による被加工物への切削加工を軸方向に複数列加工することによって残る突起の高さで決まる被加工物の加工面粗度を満足するように、円盤状回転工具で被加工物を軸方向に切削する加工母線の間隔を演算する機能と、該加工母線に沿って送る円盤状回転工具の切削座標位置を演算する機能と、を実現させるためのプログラムを記録しており、前記プログラムと同様に、工作機械のＣＮＣによって円盤状回転工具の加工座標を制御しながら加工し、工作機械での設定のみで、被加工物の軸心と平行に回転軸を配置した円盤状回転工具によって被加工物を軸方向に所定の面粗度以下となるように切削する曲面加工における加工制御を迅速に行って加工できるプログラムを提供することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本願発明の第１実施形態を示す切削加工装置の側断面図であり、図２は同切削加工装置の正面図である。図３は加工後の被加工物を示す斜視図であり、図４は加工後の被加工物の端面図である。図５は円盤状回転工具の一例を示す図面であり、(a) は正面図、(b) は側面図、図６は円盤状回転工具の他の例を示す図面であり、(a) は正面図、(b) は側面図である。この実施形態では、円錐形状の軸回転面となる被加工円錐面（以下「内側曲面」という）を加工する場合を例に説明する。
【００２０】
図１に示すように、切削加工装置１には、被加工物２の分割面である開放部３を上向き状態にしてこの被加工物２を固定するテーブル４と、このテーブル４に固定した被加工物２を切削する切刃５を側面に設けた円盤状回転工具６と、この円盤状回転工具６の回転軸７を水平方向に配置した状態で、この回転工具６を被加工物２の軸方向に送る送り装置８が設けられている。この切削状態では、円盤状回転工具６の回転軸７と被加工物２の軸心ｖとが平行に配置されている。しかも、通常、被加工物２の最も長い軸方向を、一般的縦型工作機械において最も長い可動範囲を持つＸ軸方向となるように固定することにより、このＸ軸方向に機械可動範囲一杯の連続した切削送りが可能となるようにしている。
【００２１】
前記送り装置８には、円盤状回転工具６を支持するとともに主軸の回転を横向きに変換して回転駆動するアングルヘッド９と、このアングルヘッド９を上部から支持する機械本体主軸部１０とが設けられている。これらアングルヘッド９と機械本体主軸部１０は、円盤状回転工具６による被加工物２の水平分割面付近での加工時に被加工物２と干渉しないような大きさで形成されている。この機械本体主軸部１０が、送り装置８に設けられた図示しない送り機構（例えば、ボールネジ機構等）によって被加工物２の軸方向に送られるように構成されている。
【００２２】
図２にも示すように、開放部３が上向き状態でテーブル４に固定された半円状の被加工物２は、内側曲面１１が送り装置８によって送られる円盤状回転工具６の回転する切刃５で切削されており、制御装置１２で制御されている加工位置に円盤状回転工具６を位置するように座標制御されている。この工具の座標制御は、送り装置８に設けられた図示しない制御機構（例えば、ボールネジ機構等）によって行われる。このように、回転する円盤状回転工具６を被加工物２の軸方向に送って連続的な切削加工ができるようにしている。
【００２３】
図３，４に示すように、この円盤状回転工具６が軸方向に送られる加工母線１３は、被加工物２の軸方向と交差する方向（周方向）に所定間隔ｗで変更するように制御されており、被加工物２の内側曲面１１を軸方向に複数列加工した時に、円盤状回転工具６の加工によって残る波状の突起１４の高さｈが所定の面粗度（高さｈによって決まる表面粗さ）以下となるように制御装置１２で加工母線１３の間隔ｗが制御されている。なお、この実施形態では、説明上加工母線１３の間隔を広く記載しているが、実際には波状の突起１４による高さｈで決まる面粗度によって設定される。
【００２４】
図５(a),(b) に示すように、前記円盤状回転工具６としては、サイドカッター本体１５の切削側面（前面）に切刃を配置した円盤状回転工具（以下「ディスクカッター」という）が使用される。
【００２５】
このディスクカッター６は、円盤状のカッター本体１５の切削面となる前側の側面１６に切削機能をつかさどる切刃５が設けられており、その切刃５は、最外周の全周に等間隔で設けられた主切刃５Ａと、この主切刃５Ａで切削された被加工物２とカッター本体１５との干渉を避けるために主切刃５Ａの内周側に偏位（オフセット）させて、主切刃５Ａの最小切削半径を含むように設けられた２枚の副切刃５Ｂで構成されている。
【００２６】
このように構成されたディスクカッター６が、前記図１，２に示すように、送り装置８の機械本体主軸部１０に設けられたアングルヘッド９に取付けられ、被加工物２の軸心長手方向に移動させられるとともに半径方向に移動させられて、所定の円錐角θを有する被加工物２の内側曲面１１を加工するように構成されている。
【００２７】
図６(a),(b) に示すように、別の例のディスクカッター６としては、円盤状のカッター本体１５の切削面となる前側の側面１６に切削機能をつかさどる切刃５が等間隔で複数本設けられ、この切刃５を、最外周の全周に等間隔で設けられた主切刃５Ａと、この主切刃５Ａと同数で、主切刃５Ａの内側切削径を含む外側切削径となるようように設けられた副切刃５Ｂとで構成している。この例の場合には、主切刃５Ａと同数の副切刃５Ｂが設けられているので、この副切刃５Ｂによっても被加工物２を効率良く切削することができるので、主切刃５Ａで切削した被加工物２とカッター本体１５との干渉を避けるとともに、これらの切刃５Ａ，５Ｂによって一度で深い切削をすることを可能としている。例えば、図５(a) に示す切削深さｒに対して、図６(a) に示す切削深さｓのように深く切削することができる。なお、このディスクカッター６の選択は、被加工物２の形状や切削条件等に応じて決定すればよい。
【００２８】
以上のように構成された切削加工装置１によれば、図１に示すように、ディスクカッター６の回転軸７を被加工物２の軸心ｖと平行にセットし、図２に示すように、ディスクカッター６の中心と内側曲面１１との接点が加工母線１３上となるように配置する。この例では、内側曲面１１の中央部から加工しているが、端部から加工するようにしてもよい。
【００２９】
この加工状態のディスクカッター６による加工位置は制御装置１２で制御されており、ディスクカッター６は送り装置８の送り機構によって被加工物２の軸方向に移動させられながら、制御機構で被加工物２の円錐角θと同一角度で斜めに移動させられる。このようにディスクカッター６と被加工物２とを軸方向に相対移動させ、この移動時に回転するディスクカッター６で内側曲面１１を切削するようにしている。この実施形態では、被加工物２がテーブル４に固定され、ディスクカッター６が可動するように構成されている。
【００３０】
すなわち、ディスクカッター６は、被加工物２の内側曲面１１（被加工円錐面）と同じ円錐角θで、この内側曲面１１と軸心ｖを同一とする円錐面の加工母線１３上を移動させられることとなる。この移動は、送り装置８の制御装置１２によって制御されており、被加工物２の軸方向（X軸方向）を連続して切削することができる。しかも、ディスクカッター６に設けられた切刃５Ａ，５Ｂによって切削する方向（周方向）と、この回転するディスクカッター６の送り方向（軸方向）とが交差するように構成されているので、被加工物２の大面積を１回の送りで切削することができる。
【００３１】
そして、１つの加工母線１３に沿って軸方向に連続して切削した後は、制御装置１２によってディスクカッター６の加工母線１３が軸方向と交差する方向（横方向）に所定間隔で設定された１ピッチ分隣に移動させられる。次に、移動させられたディスクカッター６は、回転しながらその加工母線１３に沿って被加工物２の軸方向に送られるとともに、被加工物２の円錐角θと同一角度の斜めに移動させられて、被加工物２を軸方向に切削する。その後は、以上の手順を順次繰り返すことにより被加工物２の内側曲面１１（軸回転面）を成形する。
【００３２】
このようにして加工された被加工物２は、前記図３に示すように、内側曲面１１に波状の突起１４が形成される。この突起１４の高さｈは内側曲面１１の半径が小さいぼど、切削工具径が大きいぼど、また加工母線上を移動する工具軌跡の間隔が狭いほど低くなる。実際の加工の仕上げ段階では、所定の仕上がり面粗度を得るため、この突起１４の高さｈが必要な面粗度以下となるように工具軌跡の間隔、すなわち加工母線１３の間隔を狭めて加工することとなる。
【００３３】
したがって、被加工物２の内側曲面１１（被加工円錐面）を同一のディスクカッター６（切削工具）で被加工物２の軸方向に連続した加工を行うことができるので、多くの加工に同一工具を適用して迅速な加工を行うことが可能となる。
【００３４】
ところで、上述したように被加工物２を加工するディスクカッター６の動作を実現するためには、通常、複雑な三次元座標計算が必要である。しかし、本願発明に係る切削加工方法によれば、複雑な三次元座標計算を要することなく加工装置に設けられたコンピュータによるＣＮＣで加工することができる。
【００３５】
図７は本願発明の切削加工装置による切削加工方法の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは加工装置１のコンピュータに入力されたマクロプログラムによってＣＮＣで加工する流れを示している。以下、このフローチャートに基づいてその加工方法を説明する。
【００３６】
まず、開始(a) 時に、加工形状（円錐角・代表半径・長さ等）の入力(b) 、適用する工具や切削諸元からなる加工諸元（工具半径・工具ノーズ半径・加工面粗度・切削送り速度・加工開始方向等）の入カ(c) 、をすれば、入力データ（値）の妥当性・整合性が確認される(d) 。
【００３７】
この段階まではディスクカッター６（円盤状回転工具）による加工は行われておらず、加工装置１に設けられているＣＮＣにデータを記憶させている状態であり、入力データに異常等があれば停止してエラー表示をした状態となり、その後の作業は進められない(e) 。
【００３８】
その後、ＣＮＣによって加工諸元の入力データに合わせて加工ピッチ（加工母線の間隔）又は加工回数の算出と(f) 、基本的な加工パスとなる軸回転面の加工母線の算出が行われ(g) 、以降、１パス分の実際の工具軌跡に相当する機械の各座標値の算出と(h) 、その１パス分の実加工（実移動）が行われ(i) 、加工終了まで繰り返されて(j) 、１つの被加工物の加工が終了する(k) 。
【００３９】
このような切削加工方法を加工装置１に設けられたコンピュータに実現させるプログラムとしては、切刃５の円弧（工具寸法）と切削深さとによって内側曲面１１（加工形状）の切削円弧長さが明らかとなるため、隣り合う加工母線１３間の距離から切削によって生じる波形の突起１４の高さｈを算出することができるので、この突起１４の高さｈが所定の面粗度以下となるようにするとともに、隣り合う切削部の間に削り残しを生じないような加工ピッチ（加工母線の間隔）となるように演算される。なお、他に工具ノーズ半径等の加工諸元も考慮して突起１４の高さｈや面粗度を演算するようにしてもよい。
【００４０】
また、座標位置の算出としては、被加工物２を軸方向に切削した時に隣り合う切削部の間に削り残しを生じることがなく、切刃５の円弧と切削深さとによって生じる突起１４の高さｈが所定の面粗度以下となるように演算される。
【００４１】
そして、このプログラムを加工装置１に設けられたコンピュータのＣＮＣマクロプログラムとして入力することにより、加工装置１のＣＮＣでディスクカッター６の工具経路を自動計算させながら加工することが可能となり、ＮＣプログラムを作成するための三次元自動プログラミングシステム等が不要となる。しかも、鋳物素材の偏肉により加工代などの加工諸元に変動を生じても、現場で工作機械のコンピュータに入力した加工諸元に変更を加えることにより、ＣＮＣマクロプログラムによって即時加工パス（加工母線位置、加工深さ等）に変更を反映させることが可能となり、迅速な対応が可能となる。例えば、被加工物２の厚みに変動を生じた場合、前記フローチャートの(b) における加工形状の値に変更を加えることにより、その後の加工においてはその変更値によって計算された座標位置で加工するようにできる。
【００４２】
つまり、加工装置のＣＮＣマクロプログラムに複数の機能を持たせることにより、複雑な三次元座標計算に基づいて別途作成するＮＣプログラム等を要することなく加工できるようにし、しかも、加工諸元に変動が生じるような被加工物２の内側曲面加工等を、加工装置１に設けられた工具経路を自動計算するＣＮＣマクロプログラムを現場で設定変更することにより迅速に対応できるようにしている。
【００４３】
図８は本願発明の第２実施形態を示す切削加工装置の側断面図である。この第２実施形態では、被加工物の内側曲面（軸回転面）形状が途中から変化するような場合を示している。また、前記第１実施形態では、被加工物２をテーブル４に固定し、送り装置８で機械本体主軸部１０を軸方向に移動させながらディスクカッター６の座標を制御して被加工物２を加工する例を示したが、この第２実施形態では、被加工物１７を固定したテーブル１８をＸ軸方向（図の左右方向であり、被加工物の軸方向）に移動可能なように構成し、ディスクカッター６をＹ軸（図の上下方向）とＺ軸（図の紙面直角方向）の方向に移動可能なようにして被加工物１７を切削するように送り装置１９が構成されている。つまり、通常、被加工物１７の最も長い軸方向ｖが、一般的縦型工作機械において最も長い可動範囲を持つＸ軸方向となるように設け、このＸ軸方向の移動を機械可動範囲一杯の切削送りが可能であるテーブル１８に持たせている。なお、上述した第１実施形態と同一の構成には同一符号を付して、その説明は省略する。
【００４４】
図示するように、切削加工装置２１に設けられたテーブル１８には、内側曲面２０の傾斜が途中で変化する被加工物１７が開放部３を上向き状態にして固定されている。この被加工物１７は、上述した第１実施形態と同様に円錐形状であるが、内側曲面２０（被加工円錐面）の円錐角θが、途中で逆向きに傾斜するように変化している。
【００４５】
一方、ディスクカッター６は、回転軸７を水平方向に配置した状態で機械本体主軸部１０のアングルヘッド９に設けられている。したがって、この第２実施形態では、被加工物１７の軸方向ｖに移動するＸ軸の移動機能をテーブル１８に持たせているので、ディスクカッター６を設けた機械本体主軸部１０は、Ｙ軸、とＺ軸の２軸に移動可能であればよくなる。また、この第２実施形態でも、ディスクカッター６による切削は、制御装置１２で制御されている被加工物１７の軸方向に設定された加工母線１３に沿うようにディスクカッター６の座標位置が制御される。
【００４６】
このように構成された送り装置２１では、被加工物１７の軸方向移動はテーブル１８で行われ、ディスクカッター６は他の２軸方向に移動させられて切刃５で被加工物１７を切削するように構成されている。
【００４７】
この第２実施形態でも、上述した図３，４に示すように、このディスクカッター６の加工母線１３は所定間隔で周方向に変更するように制御されており、被加工物１７の内側曲面２０を軸方向に複数列加工した時に、ディスクカッター６の加工によって残る波状の突起１４によって形成される高さｈが所定の面粗度以下となるように制御装置１２で加工母線１３の間隔が制御されている。
【００４８】
この第２実施形態の切削加工装置２１によれば、被加工円錐面の円錐方向が途中で逆転した円錐面の組み合わせに対しても、同一のディスクカッター６（円盤状回転工具）にて連続的な加工が可能であり、連続的な加工を行うことによって効率の良い加工を行うことができる。このような被加工物１７の加工面の変化は、被加工円錐面の円錐角θが階段的あるいは連続的に変化するような場合でも同一の切削工具の適用が可能であり、加工面が変化するような被加工物１７であっても連続的な加工を行って迅速に加工することができる。
【００４９】
また、この第２実施形態においても、前記図７に示すように、切削加工方法を加工装置２１に設けられたコンピュータによるＣＮＣマクロプログラムとして入力することにより、加工装置２１のＣＮＣでディスクカッター６の工具経路を自動計算させながら加工することは可能である。しかも、被加工物１７の加工諸元に変動を生じても、現場で工作機械のコンピュータに入力した加工諸元に変更を加えることにより、ＣＮＣマクロプログラムによって即時変更が可能となり、迅速に対応することができる。
【００５０】
なお、被加工物２，１７の送り装置８，１９としては、上述した第１実施形態のようにディスクカッター６をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸に移動可能な構成としても、前記第２実施形態のように被加工物１７を軸方向に送るＸ軸の移動機能をテーブル１８に持たせ、ディスクカッター６をＹ軸、Ｚ軸の２軸に移動可能な構成にしても、その他の構成にしてもよく、これらＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸に移動可能な構成は、ディスクカッター６側、又はテーブル１８側のいずれに設けてもよい。
【００５１】
また、被加工物２，１７の内側曲面１１，２０は円錐面に限定されず、円錐凸面側等、ディスクカッター６によるアプローチが可能であれば平面を含むあらゆる自由曲面の加工においても同じ効果を奏することができる。
【００５２】
さらに、上述した実施形態は一実施形態であり、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００５３】
【発明の効果】
本願発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載するような効果を奏する。
【００５４】
回転する円盤状回転工具を軸方向に送ることにより、軸方向の傾斜角や曲率等の影響を受けずに被加工物を軸方向に加工することができるので、効率よく迅速に被加工物を切削加工することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第１実施形態を示す切削加工装置の側断面図である。
【図２】図１に示す切削加工装置の正面図である。
【図３】加工後の被加工物を示す斜視図である。
【図４】加工後の被加工物の端面図である。
【図５】円盤状回転工具の一例を示す図面であり、(a) は正面図、(b) は側面図である。
【図６】円盤状回転工具の他の例を示す図面であり、(a) は正面図、(b) は側面図である。
【図７】本願発明の切削加工装置による切削加工方法の一例を示すフローチャートである。
【図８】本願発明の第２実施形態を示す切削加工装置の側断面図である。
【図９】従来の縦型旋盤による加工の一例を示す正面図である。
【図１０】従来の縦型ミーリングマシンによる加工の一例を示す正面図である。
【図１１】従来の縦型ミーリングマシンによる加工の一例を示す側面図である。
【図１２】図１１に示す加工部の拡大断面図であり、(a) は平刃、(b) は丸刃の拡大断面図である。
【符号の説明】
１…切削加工装置
２…被加工物
３…開放部
４…テーブル
５…切刃
６…円盤状回転工具（ディスクカッター）
７…回転軸
８…送り装置
９…アングルヘッド
１０…機械本体主軸部
１１…内側曲面
１２…制御装置
１３…加工母線
１４…突起
１５…カッター本体
１６…側面
１７…被加工物
１８…テーブル
１９…送り装置
２０…内側曲面
２１…切削加工装置
θ…円錐角
ｈ…高さ
ｗ…所定間隔
Claims (8)
- 被加工物の軸心と円盤状回転工具の回転軸とを平行に配置し、該被加工物への自由曲面加工を前記円盤状回転工具で被加工物の軸方向に複数列加工することによって行う切削加工装置であって、
前記円盤状回転工具の側面に回転しながら切削する切刃を設け、該円盤状回転工具の回転軸を水平方向に配置した状態で該円盤状回転工具の切刃によって切削する周方向と交差する被加工物の軸方向に該円盤状回転工具を送ることにより前記切刃で被加工物を軸方向に切削する送り装置を設け、該送り装置で送る円盤状回転工具の加工位置を、少なくとも被加工物の自由曲面の加工形状と工具寸法を含む加工諸元に基づいて制御する制御装置を設け、該制御装置に、被加工物の軸方向に円盤状回転工具を送る加工母線を設定し、該加工母線を、円盤状回転工具の加工によって残る波状の突起の高さが所定の面粗度以下となるように被加工物の軸方向と交差する方向に所定間隔で変更する機能を持たせた切削加工装置。 - 送り装置に、固定した被加工物の軸方向に円盤状回転工具を送る送り機構と、制御装置で演算した被加工物の加工位置に前記円盤状回転工具の座標位置を制御する制御機構とを設けたことを特徴とする請求項１記載の切削加工装置。
- 被加工物の軸心と円盤状回転工具の回転軸とを平行に配置し、該被加工物への自由曲面加工を前記円盤状回転工具で被加工物の軸方向に複数列加工することによって行う切削加工装置であって、
前記円盤状回転工具の側面に回転しながら切削する切刃を設け、該円盤状回転工具の回転軸を水平方向に配置した状態で該円盤状回転工具の切刃によって切削する周方向と交差する被加工物の軸方向に該被加工物を送ることにより前記切刃で被加工物を軸方向に切削する送り装置を設け、該送り装置で送る被加工物の加工位置を、少なくとも被加工物の自由曲面の加工形状と工具寸法を含む加工諸元に基づいて演算する制御装置を設け、該制御装置で演算した被加工物の軸方向と交差する方向の加工位置に前記円盤状回転工具の座標位置を制御する制御機構を前記送り装置に設け、前記制御装置に、被加工物の軸方向に該被加工物を送る加工母線を設定し、該加工母線を、円盤状回転工具の加工によって残る波状の突起の高さが所定の面粗度以下となるように被加工物の軸方向と交差する方向に所定間隔で変更する機能を持たせた切削加工装置。 - 円盤状回転工具の側面に設ける切刃を、最外周部に位置する主切刃と、該主切刃の内側切削半径を含む外側切削半径となるように半径方向内側に設けた副切刃とで構成し、該主切刃と副切刃とを周方向にずらして設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の切削加工装置。
- 被加工物の軸心と円盤状回転工具の回転軸とを平行に配置し、該被加工物への自由曲面加工を前記円盤状回転工具で被加工物の軸方向に複数列加工することによって行う切削加工方法であって、
少なくとも被加工物の自由曲面の加工形状と工具寸法を含む加工諸元に基づいて、前記回転軸を回転させながら被加工物の軸方向に設定した加工母線に沿って前記円盤状回転工具を移動させることにより、該円盤状回転工具の側面に設けた切刃で切削する周方向と交差する被加工物の軸方向に該被加工物を切削し、該円盤状回転工具で切削する被加工物の軸方向に設定する加工母線を、円盤状回転工具の加工によって残る波状の突起の高さが所定の面粗度以下となるように被加工物の軸方向と交差する方向に所定間隔でずらしながら被加工物を加工する切削加工方法。 - 工作機械に、少なくとも被加工物の自由曲面の加工形状と工具寸法と円盤状回転工具の加工によって残る突起の高さによって決まる加工面粗度を含む加工諸元を入力し、入力した加工面粗度を満足するように加工開始から加工終了までの円盤状回転工具の加工母線間隔と座標位置とを工作機械のコンピュータに算出させて被加工物を切削することを特徴とする請求項５記載の切削加工方法。
- 請求項５記載の切削加工方法を工作機械に実行させるためのプログラムであって、
工作機械のコンピュータに、少なくとも被加工物の自由曲面の加工形状と工具寸法を含む加工諸元に基づいて、該被加工物の軸心と平行に配置した円盤状回転工具の回転軸を回転させながら被加工物の軸方向に設定した加工母線に沿って該円盤状回転工具を移動させることにより被加工物を軸方向に切削する自由曲面加工を該円盤状回転工具で被加工物の軸方向に複数列加工することによって行い、該円盤状回転工具による被加工物への切削加工を軸方向に複数列加工することによって残る突起の高さで決まる被加工物の加工面粗度を満足するように、円盤状回転工具で被加工物を軸方向に切削する加工母線の間隔を演算する機能と、該加工母線に沿って送る円盤状回転工具の切削座標位置を演算する機能と、を実現させるプログラム。 - 請求項５記載の切削加工方法を工作機械に実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
工作機械のコンピュータに、少なくとも被加工物の自由曲面の加工形状と工具寸法を含む加工諸元に基づいて、該被加工物の軸心と平行に配置した円盤状回転工具の回転軸を回転させながら被加工物の軸方向に設定した加工母線に沿って該円盤状回転工具を移動させることにより被加工物を軸方向に切削する自由曲面加工を該円盤状回転工具で被加工物の軸方向に複数列加工することによって行い、該円盤状回転工具による被加工物への切削加工を軸方向に複数列加工することによって残る突起の高さで決まる被加工物の加工面粗度を満足するように、円盤状回転工具で被加工物を軸方向に切削する加工母線の間隔を演算する機能と、該加工母線に沿って送る円盤状回転工具の切削座標位置を演算する機能と、を実現させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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