JP4167350B2 - 非真円形状切削加工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，例えば，高速相対回転する軸部材と該軸部材を回転可能に支持する外・内の筒部材との間に動圧流体圧力を発生させるため，軸部材又は筒部材の周面を非真円形状に切削加工するのに適用することができる軸状又は筒状の工作物に対する非真円形状切削加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，小型ロータ，例えば，民生用ＶＴＲのシリンダ装置には，軸受が組み込まれることが多く採用されてきた。ＶＴＲのシリンダ装置は，軸部材と円筒部材とから成り，相対的に回転運動を行うものであるが，各部品の加工誤差と組立てによる誤差とが累積誤差となり，許容範囲を超えてしまうことがあった。また，民生用ＶＴＲシリンダ装置は，回転速度が低くて済むので，軸部材と円筒部材との間に軸受を介在した構造に構成したとしても特に問題は無いが，放送用ＶＴＲシリンダ装置は，回転速度が高く，振動，潤滑油，寿命等に問題を有する。更に，情報関連機器に用いられる回転駆動体は，高い回転速度を要するため，振動が最大の対策として挙げられていた。
【０００３】
これらの課題を解決するため，シリンダ装置に対して種々の軸受が開発されてきた。従来の軸受の製造方法には，工作物に対する加工精度を高めてより真円度を追及した真円軸受方式，磁力による浮上を目的とした磁気軸受方式，軸振動の原因と成るオイルホイップを防止するために軸受の形を二円弧や三円弧に分割した二円弧軸受や三円弧軸受，或いはチルティングパット軸受等が挙げられる。しかしながら，真円軸受方式は，比較的に加工が容易ではあるが，回転速度に限界がある。磁気軸受方式は，磁気の漏洩等の対策を必要とするので，コストアップとなり，二円弧軸受や三円弧軸受又はチルティングパット軸受等は軸受精度も低く，また加工が煩わしい等の問題がある。
【０００４】
そこで，シリンダ装置には，軸受として動圧流体軸受が使用されるようになった。流体軸受は回転によって外部から気体をかき込むために軸受面に螺旋状の溝が形成されている。螺旋状の溝の形成には，エッチング加工，転造による成形，レーザ加工による刻設が施されている。しかしながら，これらの動圧流体軸受は，回転の安定性は良いが，製造コストの増加，真円軸受に比較してロータのアンバランスによる振動に対しては動剛性が低いという課題が残され，該課題を解消するため，動圧流体膜の圧縮特性を活用して半径方向の軸受剛性を高めた技術が開発された（例えば，特開平７−１４５８１２号公報参照）。
【０００５】
特開平７−１４５８１２号公報に開示された動圧気体軸受は，外筒部材と同軸に配された軸部材の何れか一方の輪郭線に周方向に複数周期の規則的な凹凸を形成しておき，前記外筒部材が高速回転することで前記軸部材と該外筒部材との間に動圧空気圧力が発生し，該外筒部材が該軸部材から浮上支持されている。また，外筒部材と軸部材との間における規則的な凹凸の形成方法は，（１）凸面を有する押圧部材を外筒部材又は軸部材の何れかの一方の表面上に等間隔に配設し，該押圧部材によって複数方向から押圧することで凹凸を形成する方法，（２）規則的な凹凸の形状に形成された型に，外筒部材又は軸部材の何れかの一方を挿入して該外筒部材又は該軸部材を押出し成形により凹凸を形成する方法，又は（３）規則的な凹凸を有する金型に樹脂を射出し，該樹脂に金型の凹凸を転写する射出成形により凹凸を形成する方法がある。
【０００６】
また，慣性力を小さくして高速往復運動を可能にしたＮＣリード加工装置が知られている（例えば，特開平２−１８０５０３号公報，特開平３−７３２０２号公報参照）。該ＮＣリード加工装置は，図１１及び図１２に示すように，ベッド３０には, Ｘ−Ｚ移動テーブルの一部を構成するＺ軸移動テーブル３７, 及び固定式のテーブル３４が取り付けられている。テーブル３４に取り付けられたスライドベース３５，テーブル３４に取り付けられたサーボモータ３６，サーボモータ３６の駆動軸と一体構造に構成された回転軸５０，スライドベース３５に往復移動可能に取り付けられ且つ回転軸５０の回転運動に応じて往復運動可能なスライド４０，及びスライド４０の一端に取り付けられた高速バイト３８を有している。Ｚ軸移動テーブル３７上にはＸ軸移動テーブル３１が取り付けられている。Ｚ軸移動テーブル３７は, Ｚ軸駆動用サーボモータ３９の駆動によってＺ軸方向に移動させられる。また, Ｘ軸移動テーブル３１は, Ｚ軸移動テーブル３７に取り付けられたＸ軸駆動用サーボモータ４７の駆動によってＸ軸方向に移動させられる。更に, Ｘ軸移動テーブル３１上に主軸台４３が取り付けられている。
【０００７】
主軸台４３には, 工作物３３を切削加工するのに必要な加工回転を与えるサーボモータ４５が組み込まれている。サーボモータ４５は, ＮＣ旋盤として工作物３３に旋削加工を行う場合に適している高速回転を行う機能を有すると共に, リード加工の切削を行う場合に適した低速回転を行う機能を有している。サーボモータ４５の高速回転又は低速回転の制御は, ＮＣ装置の指令によって行ってもよく, 又は切換えスイッチによって行ってもよい。或いは, 図示していないが, Ｘ軸移動テーブル３１上に, 高速回転用のサーボモータと低速回転用のサーボモータの２種類のサーボモータを設置してもよいことは勿論である。また, Ｘ軸移動テーブル３１上の主軸台４３のサーボモータ４５によって回転駆動される主軸４６には, 工作物保持用チャックであるクランプ３２が設けられている。クランプ３２によって保持される工作物３３と対向する位置には, 複数のバイト４８，４９が取り付けられた刃物台４１，４２及びスライドベース３５をセットするテーブル３４がベッド３０に固定されている。刃物台４１，４２は, 一般のＮＣ旋盤として作動させる場合に使用するものである。スライドベース３５は, ＮＣリード加工装置として作動させ, 工作物３３にリード加工を行う場合に利用する。スライドベース３５は，高速バイト３８を備えており，工作物３３に対してリード加工するためのリード加工用刃物台である。スライドベース３５は，テーブル３４に取外し可能に取り付けられ, 工作物３３の外周面にリード加工を切削加工するため, 工作物３３の回転軸線と平行な方向に往復運動可能である。スライドベース３５に対する往復運動は, テーブル３４に取外し可能に固定したリード加工駆動用サーボモータ３６によって達成される。
【０００８】
該ＮＣリード加工装置は，ＶＴＲデッキ，ビデオカメラ，ＤＡＴデッキ等に用いられる下部シリンダに，情報の媒体である磁気テープが安定して走行するためにガイドすなわちリードを加工するのに開発されたものであり，主軸４６に保持された工作物３３の下部シリンダに正対して配置され，リード加工を行うには主軸サーボモータ４５により駆動される下部シリンダの回転角に対応して一定ストロークで往復運動を繰り返すようプログラムされ，主軸サーボモータ４５による回転に正比例してサーボモータ３６は前進移動と後退移動を行っている。同時にＺ軸方向である工作物３３の長手方向の切り込みがＺ軸サーボモータ３９に指令され，数拾μｍでの微動移動が行われ，最終的に下部シリンダの外周面に形成されるリード部の長手方向が完成する。
【０００９】
【発明が解決しょうとする課題】
しかしながら，工作物に凹凸を形成する加工方法は，いずれも問題がある。上記（１）の押圧部材により軸部材又は筒部材（内筒部材又は外筒部材）を押圧することで凹凸を形成する方法，及び上記（２）の凹凸を形成した型に軸部材又は外筒部材を挿入してして押出し成形により凹凸を形成する方法は，材料の塑性変形を利用したものであり，材料の変形が弾性範囲を超えた力を解放した時に元に回復しない状態の塑性変形が発生するものであり，物体内の応力がある値を超えると，その一部又は全体に永久歪みを生じるという，永久的な歪みを発生させる方法の塑性変形加工であった。また，上記（３）の金型に流動性を与えた樹脂を強制射出し樹脂の固まるのを待って製品を取出す方法は，広く普及している樹脂成形による製造方法である。塑性加工は固体形状の材料の一部又は全域に塑性変形を与えて要求する形状と寸法の製品を製造する加工方法で，他の加工方法に比べて製品を多量に生産することができる利点を有する反面，圧延，引抜き，押出し等の素材の形状を全く変える成形方法では，加工過程において加工硬化，析出硬化，異方性，残留応力及び製品表面の荒れ等の材質の変化が大きいという課題が残されている。
【００１０】
また，前掲特開平７−１４５８１２号公報に開示された動圧気体軸受の製造方法は，軸部材の外周に三等分に配した押圧部材で押圧することで凹凸を形成する方法であるが，凹部の体積に略等しい分の体積が何れかの部位に現れるが，その全てがラジアル方向に現れるとは限らない，体積分の移動が軸部材の軸方向に伸びとして現れれば，μｍオーダの単位で直径を管理せねばならぬ動圧軸受にあっては寸法精度の品質を危惧することになる。また，三個所の押圧部材が作用するタイミングと押圧力は全て同じでなければ同様の課題を残すことになる。最も大きな課題であるのは押圧により発生した残留応力である。残留応力を抱いたままの状態であれば，その形状を保ち続けることができても，そこに別の外力，例えば，切削バイト等の刃物が作用した場合，残留応力のバランスが崩れ，製品は予期せぬ歪みとなって現れ，品質の低下をきたすことになる。また，凹凸を形成した型に軸部材又は外筒部材を挿入し，押出し成形により凹凸を形成する方法であっても，塑性加工には代わりないので製品には残留応力が発生することになる。また，外筒部材に作用する押圧力を高めれば，ついには外筒部材の内壁から外壁にいたる全域が塑性状態となり，外筒部材の外周直径も膨らみ製品として成立しなくなる。
【００１１】
上記のように，流体動圧軸受を構成する軸部材及び外筒部材の何れかに凹凸部を形成して軸部材及び外筒部材を非真円形状に形成する製造方法は，（１）押圧部材で軸部材又は外筒部材を押圧する塑性加工方法，（２）凹凸を設けた金型に軸部材又は外筒部材を挿通して押出す塑性加工方法，及び（３）樹脂を射出成形による製造方法の何れかが採用されていた。しかしながら，上記のように，従来の塑性加工方法は，押圧部材や押出し型の段取替えや調整作業の繁雑さ，更に，軸部材又は外筒部材に残る残留応力の件，また，μｍオーダで寸法管理をしなければならない流体動圧軸受を樹脂成形で作製することには問題がある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，軸部材，内筒部材や外筒部材の筒部材等の工作物をバイト又は高速バイトを用いてポイント切削加工することにより，工作物の把持状態を変更することなく，工作物を非真円形状に切削加工することを可能にし，工作物の非真円形状をプログラムの変更で簡単に設定でき，工作物に対してポイント切削加工であるので，プログラムで求める自由曲線が，ＮＣ同時４軸又は同時３軸の制御により，多彩な非真円形状が切削可能になり，製品設計の自由度が高くなり，押圧部材や押出し型等の種々の装置を不要とし，段取り替えの時間が短くて済み，また，旋盤の仕様範囲内の大きさの工作物であれば，工作物のサイズには広い範囲で対応できる非真円形状切削加工方法を提供することである。
【００１３】
この発明は，軸部材，筒部材等の工作物を予め決められた非真円形状の加工形状に対応して前記工作物を回転駆動する主軸の回転軸であるＣ軸の回転角，前記主軸に保持された前記工作物の切削加工位置及び前記工作物に対するＸ軸テーブル上の刃物台に取り付けられたバイト及び前記Ｘ軸テーブルに固定されたスライドベース上で往復移動するスライドに取り付けられた高速バイトのＺ軸方向と該Ｚ軸方向に直交するＸ又はＹ軸方向の刃先位置との関係を予め数値化し，該予め数値化された記憶情報に基づいて前記工作物に対する前記バイト又は前記高速バイトに切込み指令を発し，前記工作物の切削加工時に変化する前記主軸の前記Ｃ軸の前記回転角と前記工作物の切削加工位置に同期して，前記工作物に対して前記バイト又は前記高速バイトの前記刃先位置を前記Ｚ，Ｘ又はＹ軸方向に相対往復移動させ，前記軸部材に対する把持状態を維持した状態で前記Ｃ軸のサーボ制御に前記Ｘ軸，前記Ｚ軸，前記スライドを作動させるＹ軸を同期させて前記工作物の外面を前記バイト又は前記高速バイトによって非真円形状に切削加工することから成る精密ＮＣ旋盤による非真円形状切削加工方法において，
前記主軸の回転によって回転駆動される前記工作物に対して，先ず前記バイトによって前記工作物に対して通常のＺ軸移動とＸ軸移動の合成送りによる切削加工を行い，次いで前記工作物の把持状態を変更すること無く，
前記工作物の前記回転軸の前記主軸の加速度が予め決められた所定の加速度以下の加速度に応答して，前記工作物に対する前記Ｚ軸方向の前記バイトの相対移動量，前記Ｚ軸方向に直交する前記Ｘ軸方向の前記バイトの相対移動量を前記主軸の前記回転軸である前記Ｃ軸のサーボ制御に前記Ｘ軸，前記Ｚ軸，前記スライドを作動させるＹ軸を同期させ，
前記工作物の前記回転軸の前記主軸の加速度が予め決められた所定の加速度以上の加速度に応答して，前記工作物に対する前記Ｚ軸方向の前記高速バイトの相対移動量，前記Ｚ軸方向に直交する前記Ｘ軸方向の前記Ｘ軸テーブルの相対移動量，前記Ｘ軸テーブル上で前記Ｘ軸方向に平行な前記Ｙ軸方向の前記高速バイトの相対移動量を前記主軸の前記回転軸である前記Ｃ軸のサーボ制御に前記Ｘ軸，前記Ｚ軸，前記スライドを作動させるＹ軸を同期させ，
更に，前記主軸の回転角が３６０°に至るまでの予め定められた角度又は３６０°を超える予め定められた角度に応答して，前記主軸の回転角に同期させて前記バイト又は前記高速バイトに切込み指令を発し，前記工作物に対する長手方向であるＺ軸方向の加工形状を前記工作物の回転軸心に対して傾斜した前記工作物の外面に前記加工形状の凹部及び凸部を連続して形成する制御を行って前記工作物の外面を非真円形状に切削加工することを特徴とする非真円形状切削加工方法に関する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明による非真円形状切削方法の実施例を説明する。この非真円形状切削方法は，精密ＮＣ旋盤を用いて軸部材，筒部材等の工作物の内面又は外面を非真円形状に切削加工するものであり，例えば，動圧流体圧力によって軸部材を回転支持する動圧流体軸受等の機器における軸部材や筒部材を，非真円形状に切削加工するのに適用して好ましいものである。
【００１５】
この非真円形状切削方法で使用した精密ＮＣ旋盤は，図６〜８に示すように，主として，軸状又は筒状工作物の軸部材１を把持する把持手段のチャック９を備えた主軸５，主軸５を回転させるＣ軸スピンドルモータ又はサーボモータ７を組み込んだ主軸台６，主軸台６を載置した主軸５の長手方向であるＺ軸方向にＺ軸サーボモータ１９によりベッド４上で往復移動するＺ軸テーブル８，チャック９に把持された軸部材１と対向し且つＺ軸方向とは直交するＸ軸方向にＸ軸サーボモータ１０によりベッド４上で往復移動するＸ軸テーブル１１，Ｘ軸テーブル１１上に配置されたバイト２０が取り付けられる複数個の刃物台１２，Ｘ軸テーブル１１上に固定されたテーブル１６に固定されたスライドベース１３，スライドベース１３の一端に高速バイト１５を取り付けたスライド１４，及びスライド１４をＸ軸とは平行方向に往復運動するＹ軸サーボモータ１８を備えている。
【００１６】
この実施例では，精密ＮＣ旋盤によって切削される軸状又は筒状の工作物として軸部材１の実施例について説明する。軸部材１に通常の切削加工を行う場合には，把持手段のチャック９に把持された軸部材１をＣ軸スピンドルモータ又はサーボモータ７の駆動によって回転させ，Ｚ軸サーボモータ１９の駆動によってＺ軸テーブル８と，Ｘ軸サーボモータ１０の駆動によってＸ軸テーブル１１とに往復移動を与え，Ｘ軸テーブル１１上の刃物台１２にセットした複数個のバイト２０から選択し，選択したバイト２０によってＺ軸移動とＸ軸移動との合成送りによって軸部材１に対して切削加工する。
【００１７】
次に，精密ＮＣ旋盤によって軸部材１に非真円形状切削を行う場合には，上記切削加工時の軸部材１に対するチャック９による把持状態を維持した状態で，軸部材１の外面を非真円形状に切削加工する。従って，軸部材１に対して把持状態が変更されないので，軸部材１の把持状態の同心度のずれは発生しない。図１に示すように，軸部材１の外面を円周方向に６０゜毎に凸部２と凹部３とが規則正しく形成され，凸部２と凹部３との接続が緩やかな曲線Ｒで形成されている。軸部材１の中心Ｏは主軸５の回転中心軸であり，Ｃ軸スピンドルモータ又はサーボモータ７の駆動によって主軸５を回転させると，主軸５に取り付けた軸部材１が回転する。一方，主軸５の正面に配されたＸ軸テーブル１１をＺ軸と直交する方向に移動させるＸ軸サーボモータ１０を駆動すれば，Ｘ軸テーブル１１はＸ軸方向に移動する。Ｘ軸テーブル１１上には，バイト２０及び高速バイト１５が取り付けられており，バイト２０及び高速バイト１５はＸ軸方向に移動することになる。
【００１８】
図１に示すように，軸部材１の加工形状である外周輪郭は，バイト１５，２０の刃先が軸部材１に接した位置と軸部材１の外周の回転移動位置とが合成した軌跡であり，軸部材１の回転角度に同期してバイト２０及び高速バイト１５を移動させるＸ軸サーボモータ１０を正逆駆動することによって，バイト２０及び高速バイト１５もＸ軸方向に前進後退を繰り返すことになる。軸部材１の直径寸法を求めるまで，バイト２０及び高速バイト１５を軸部材１に近付けることで，一番近付いた位置が軸部材１の凹部３の底部３Ｂとなり，逆に一番離れた位置が凸部２の先端部２Ｔになり，軸部材１の直径寸法が決定される。
【００１９】
次に，軸部材１の長手方向の切込み量は次のようにして制御される。上記のように，軸部材１の外形輪郭が決定されるので，Ｚ軸テーブル８に前進，即ち，バイト２０，１５側への移動指令をＺ軸サーボモータ１９に与えると，指令を受けたＺ軸テーブル８はバイト２０又は高速バイト１５側へ近付いてくるので，主軸５の前端面のチャック９に把持された軸部材１は，端面側からバイト２０又は高速バイト１５によって長手方向に切り込まれ，所定の長さに至れば，ストレート状（図示せず）の凹凸を備えた軸部材１が完成する。図１では，軸部材１は，断面図であり，長手方向の形状は示されていない。
【００２０】
軸部材１に対して，凸部２と凹部３とが軸部材１の回転中心軸に対して平行なストレート形状に形成することができるが，ストレートの加工形状に限定されるものでは無い。Ｃ軸スピンドルモータ又はサーボモータ７の駆動によって刻々変化する主軸５の回転角を高分解能のロータリエンコーダ（図示せず）によって連続的に検出される。また，Ｚ軸サーボモータ１９によってＺ軸テーブル８の刻々変わる実際の移動量は，Ｚ軸サーボモータ１９に設けたパルスコーダ（図示せず）によって連続的に検出される。これらの検出値は，ＮＣ制御装置の記憶情報と比較され，比較情報に基づいて各サーボモータ７，１９は制御されるので，Ｚ軸テーブル８の長手切込み移動量を軸部材１の回転角に同期させて移動させれば，軸部材１が形成する凹凸も回転中心軸に対して任意の角度に形成することが可能である。例えば，軸部材１が一回転（３６０゜）に至るまでの予め定められた回転角になった時，又は３６０゜を超える予め定められた回転角になった時に，Ｚ軸テーブル８の長手方向の切込みが行えるように設定しておけば，凹凸の位置は直前の位置よりも定められた回転角分だけ早目の位置又は遅れた位置に形成される。このずれ分を次々と重ねて行けば，図２に示すように，回転中心軸に対してテーパ形状，言い換えれば，ヘリカル形の凹凸を備えた軸部材１Ａが完成する。
【００２１】
また，軸部材１に対する切削形状は，ヘリカル形の方向変換も可能である。例えば，軸部材１Ｂに形成する凹凸を，図３に示すように，始めは一方への傾き方向に形成し，途中から方向転換して他方への傾きに方向を変更する。切削加工方法は，３６０゜に至るまでの予め定められた回転角，又は３６０゜を越える予め定められた回転角の違いによって形成するヘリカル形の傾き方向が違うので，前もって入力する記憶情報を指示しておけばよいことになる。また，軸部材１の中央部のみをストレート形にしておき，始めは一方への傾き方向に形成し，終りを他方への傾き方向に形成することも，入力する記憶情報で簡単に切削加工することができる。
【００２２】
軸部材１に形成する凹部３の深さを，連続して変化させた形状に切削することもできる。Ｘ軸サーボモータ１０で駆動され，軸部材１の回転軸と直交する方向（Ｃ軸方向）に移動するＸ軸テーブル１１，Ｘ軸テーブル１１上に配されたバイト２０及び高速バイト１５で軸部材１の直径寸法を管理する機構であり，一番近付いた位置が軸部材１の凹部３の底部３Ｂで，逆に一番離れた位置が凸部２の先端部２Ｔになり，直径寸法が設定される。従って，バイト１５，２０の刃先を一番近付いた位置よりも手前で設定すれば，凹部３も浅く形成できる。Ｘ軸サーボモータ１０で駆動され，往復移動を繰り返すＸ軸テーブル１１に設けたバイト２０及び高速バイト１５の刻々変わる実際の移動位置は，Ｘ軸サーボモータ１０に設けられたパルスコーダにより連続的に検出される。同時に，Ｚ軸サーボモータ１９によって軸部材１の長手方向の移動を受け持つＺ軸テーブル１１の刻々変わる実際の移動量は，Ｚ軸サーボモータ１９に設けたパルスコーダ又はリニアスケールによって連続的に検出される。従って，Ｘ軸サーボモータ１０とＺ軸サーボモータ１９を同期させることで，前もってＮＣ制御装置に記憶させている凹部３が連続して変化する情報に基づき，図４に示すように，凹部３の深さが連続して変化した軸部材１Ｃを切削加工することができる。
【００２３】
凹部３が連続して変化すれば，同時に凸部２も連続して変化するので，このままでは製品として成りたたない。本発明による軸部材１の切削加工方法は同一のＮＣ旋盤を使用して，軸部材１を把持変更すること無く，第一次工程と第二次工程とに別けて製造している。それ故に，規定寸法よりも直径が大きくなる凸部２に関しては第一次工程において規定寸法まで仕上げておくか，又は再度，凸部２に仕上加工を施す第三次工程を設けてもよい。
【００２４】
以上，軸部材１の切削加工に関する制御方法は，軸部材１の回転位相をＣ軸としてサーボ制御を行い，Ｃ軸のサーボ制御にＸ軸，Ｚ軸，スライド１４を作動させる時のＹ軸を同期させ，同時３軸又は同時４軸で補間しながら，一定周期で繰り返される指令に対して，サーボモータの追従遅れなどに起因する位置偏差がゼロになるように制御する学習制御と，速度ループゲインの特性改善によるサーボモータの高応答性を併せ持つハイゲイン学習制御を用いて形状誤差を更に小さくするように，切削加工するものである。
【００２５】
また，精密ＮＣ旋盤には，Ｘ軸サーボモータ１０で駆動されるＸ軸テーブル１１上にスライドベース１３を搭載していることにある。図１で示す軸部材１の断面は，切削形状が円周を三等分に分割したものであるが，軸部材１のサイズによってはこれに限られるものではない。更に，切削形状を多分割したものもあれば，軸部材１の切削速度を増すために，主軸５の回転速度を更に高めることも必要になってくる。加工時に問題となるのが，断面の輪郭に形成した凹凸で作る軌跡を，速やかな応答速度で追従する高速バイト１５が必要になってくる。そこで，重量が軽く，往復移動時に発生する慣性力が小さく，しかも機械剛性に優れたスライド１４について説明する。
【００２６】
スライド１４は，Ｘ軸テーブル１１上にセットされたスライドテーブル１３に往復移動するように設けられ，スライド１４自体の重量は軽く構成でき，機械剛性にも優れた構造に構成できるので，高速回転運動をする主軸５に対して良好に追従して往復移動できることから，軸部材１に非真円形状に加工する時に，高速バイト１５による切削加工装置として用いることができる。図１２に示すスライド４０がＺ軸方向と平行方向に取り付けられているが，本発明のスライド１４は，軸部材１が往復移動するＺ軸方向に対して直交するＸ軸方向と平行なＹ軸方向に移動するように，Ｘ軸テーブル１１上に配設され，Ｘ軸方向の往復移動に加えてＹ軸方向に高速で往復移動可能に形成されている。高速バイト１５を用いて軸部材１を非真円形状に加工する方法は，上記に述べた通常の非真円加工と基本的には変わらないものである。スライドベース１３の作動時には，Ｘ軸サーボモータ１０に代えてＹ軸サーボモータ１８を駆動するが，この時，工作物の切削形状によってはＸ軸サーボモータ１０を駆動することもできる。また，工作物の凹部３が連続して変化する非真円形状の場合は，Ｚ軸サーボモータ１９に同期してＸ軸サーボモータ１０を駆動する。
【００２７】
Ｙ軸サーボモータ１８及びスライドベース１３は，Ｘ軸テーブル１１に固定されている。Ｙ軸サーボモータ１８とスライドベース１３とは, Ｘ軸テーブル１１上でＺ軸方向に直交するＸ軸方向に移動可能に配置されている。Ｙ軸サーボモータ１８の駆動軸１７は, 一対の軸受で回転可能に取り付けられた回転軸２４に連結され，回転軸２４の外周面には雄ねじが形成され, 雄ねじにはナット部材が螺合し, それによって, 雄ねじとナット部材とでボールねじが形成され，ナット部材にはスライド１４が固定されている。従って，Ｙ軸サーボモータ１８が駆動すると，雄ねじが回転するので，雄ねじの回転によってナット部材が往復移動し，それによってスライド１４が往復移動することになる。スライド１４には，高速バイト１５がセットされるので，スライド１４の往復移動が高速バイトの往復移動となる。
【００２８】
この非真円形状切削加工方法は，例えば，図５に示すステップ（Ｓ）によって軸部材１を切削加工する。まず，軸部材１に対する加工形状の非真円形状を各種データにより分析し，分析結果をコントローラに入力する（Ｓ１）。切削加工する軸部材１の非真円形状の分析によって認識された加工形状に応答して，軸部材１を高速バイト１５又はバイト２０のいずれで切削加工するかを決定するが，この実施例では，Ｘ軸方向に動くバイトの加速度を判断基準にする。主軸５の加速度Ｇが予め決められた所定の加速度Ｇ₀ より大きいか否かを判断する（Ｓ２）。主軸５の加速度Ｇが加速度Ｇ₀ より大きいことに応答して高速バイト１５で軸部材１を切削加工し（Ｓ３），また，小さいことに応答してバイト２０で軸部材１を切削加工する（Ｓ４）。高速バイト１５で軸部材１を切削加工する場合には，軸部材１を通常の切削加工を行った状態で軸部材１の把持状態を変更すること無く，Ｚ軸方向の軸部材１の移動量，Ｚ軸に直交するＸ軸方向のＸ軸テーブル１１の移動量，Ｘ軸テーブル１１上でＸ軸方向に平行なＹ軸方向の高速バイト１５を設けたスライド１４の移動量，及びＣ軸での主軸１の加速度Ｇを演算して制御する（Ｓ５）。また，ステップ２において，バイト２０で軸部材１を切削加工する場合には，軸部材１を通常の切削加工を行った状態で，軸部材１の把持状態を変更すること無く，Ｚ軸方向の軸部材１の移動量，Ｚ軸に直交するＸ軸方向のバイト２０の移動量及びＺ軸方向に平行なＣ軸での主軸５の加速度Ｇを演算して制御する（Ｓ４）。
【００２９】
これらの演算結果は，パソコン上の任意のフォルダーにテキストデータとして入力し（Ｓ７），テキストファイルを作成する（Ｓ８）。次いで，テキストデータを高速ＤＮＣ運転用のバイナリファイルに変換登録し，これを出力し（Ｓ９），バイナリファイルを作成する（Ｓ１０）。この時，テキストデータをコントローラ（ＮＣ）に登録し，コントローラ（ＮＣ）でバイナリ変換することもできる。次いで，ＤＮＣ運転モードで切削加工を行うか否かを判断する（Ｓ１１）。ＤＮＣ運転モードで切削加工を行う場合には，パソコン又はネットワークコンピュータからの指令で，軸部材１に対して高速ＤＮＣ運転を実行する（Ｓ１２）。また，ステップ１１でＤＮＣ運転モードで切削加工を行わない場合には，加工機のメモリーから通常の運転又は高速サイクル運転を実行する（Ｓ１３）。上記の処理ステップによって，軸部材１に所定の非真円形状を切削加工することができる。
【００３０】
次に，図９及び図１０を参照して，この発明による非真円形状切削加工方法の別の実施例を説明する。図９及び図１０では，図６及び図７に対応するものであり，同一の部品名については図６及び図７に示す数字に，符号Ａを付加して同一の数字で示している。図６及び図７に示す実施例では，主軸５がＺ軸テーブル８上に設置された実施例を説明したが，その構成に限るものではない。この実施例は，図９及び図１０に示すように，主軸５Ａを取り付けた主軸台６Ａをベッド４Ａに対して固定し，主軸５Ａにチャック９Ａによって取り付けられた軸部材等の工作物１Ａに対してバイト２０ＡをＺ軸方向とＸ軸方向に相対移動させるものである。Ｘ軸サーボモータ１０Ａで往復移動するＸ軸テーブル１１Ａを，Ｚ軸サーボモータ１９Ａで往復移動するＺ軸テーブル８Ａ上に搭載し，工作物１Ａに対してバイト２０ＡをＺ軸サーボモータ１９ＡとＸ軸サーボモータ１０Ａとの作動でＺ軸方向とＸ軸方向に相対移動させるように構成することもできる。この実施例は，作動としては上記実施例と基本的には同様であるので，重複する説明を省略する。
【００３１】
また，図９及び図１０に示す実施例では，図示していないが，Ｘ軸テーブル１１Ａ上にスライドベース１３Ａを取り付け，上記実施例のように，スライドベースにスライドをＹ軸方向に相対移動させ，スライドに高速バイトをセットして高速切削に対応できるように構成することもできる。或いは，図示していないが，Ｘ軸テーブル１１をベッド４に固定しておき，主軸台６をＸ軸方向とＺ軸方向にバイト２０に対して相対移動させるように構成することもできる。更に，Ｘ軸テーブル１１をベッド４に固定した場合に，スライドベース１３をＸ軸テーブル１１に設置し，スライド１３をＹ軸方向に相対移動できるように構成し，高速切削に対応できるように構成することもできる。
【００３２】
【発明の効果】
この発明による軸状及び／又は筒状の工作物に対する非真円形状切削加工方法は，上記のように構成されているので，精密ＮＣ旋盤のみで製品を完成させることができ，塑性加工方法や樹脂成型方法等の他の設備を必要とせず，高品質で安価な製品を提供できる。また，この発明は，ポイント切削で実施でき，非真円形状の入力や形成がデジタル的に処理ができるので，量産試作などに対しても速やかな対応と製品設計の自由度が高く，高価な金型が不要となり，段取り替えに要する調整時間も短くて済む。この発明は，基本的に精密ＮＣ旋盤での切削加工であり，切削可能な工作物の材質であれば，鋼材，非鉄金属等を問わない。更に，精密ＮＣ旋盤の仕様の範囲内であれば，工作物の大きさにも対処でき，従って，軸受の形状を含み軸受が負担する負荷に対しての対応範囲が広く，非真円形状の多彩な形状の切削加工，例えば，流体動圧軸受の軸部材や筒部材の製造に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による非真円形状切削加工方法によって作製された非真円形状の軸部材の一実施例を示す断面図である。
【図２】 非真円形状の軸部材の一例を示し，軸部材の外面に形成された凹部と凸部が軸方向に対して傾いて形成された状態を示す平面図である。
【図３】 非真円形状の軸部材の別の例を示し，軸部材の外面に形成された凹部と凸部が軸方向に対する形成角度を途中で変更した状態を示す平面図である。
【図４】 非真円形状の軸部材の更に別の例を示し，軸部材の外面に形成された凹部と凸部についての形成深さが連続して変化した状態を示す断面図である。
【図５】 この発明による非真円形状切削加工方法の処理工程を示したフローチャートである。
【図６】 この発明による非真円形状切削加工装置として使用した精密ＮＣ旋盤の一実施例を示す側面図である。
【図７】 図６に示す精密ＮＣ旋盤の平面図である。
【図８】 図６に示す精密ＮＣ旋盤の正面図である。
【図９】 この発明による非真円形状切削加工方法を達成する装置として使用した精密ＮＣ旋盤の別の実施例を示す側面図である。
【図１０】 図９に示す精密ＮＣ旋盤の平面図である。
【図１１】 従来のＮＣリード加工機を示す側面図である。
【図１２】 図９のＮＣリード加工機の平面図である。
【符号の説明】
１ 軸部材
２ 凸部
２Ｔ 凸部の先端部
３ 凹部
３Ｂ 凹部の底面
４，４Ａ ベッド
５，５Ａ 主軸
６，６Ａ 主軸台
７，７Ａ Ｃ軸スピンドルモータ又はサーボモータ
８，８Ａ Ｚ軸テーブル
９，９Ａ チャック
１０，１０Ａ Ｘ軸サーボモータ
１１，１１Ａ Ｘ軸テーブル
１２，１２Ａ 刃物台
１３ スライドベース
１４ スライド
１５ 高速バイト
１６ テーブル
１７ 駆動軸
１８ Ｙ軸サーボモータ
１９，１９Ａ Ｚ軸サーボモータ
２０，２０Ａ バイト
２４ 回転軸

Claims (1)

1. 軸部材，筒部材等の工作物を予め決められた非真円形状の加工形状に対応して前記工作物を回転駆動する主軸の回転軸であるＣ軸の回転角，前記主軸に保持された前記工作物の切削加工位置及び前記工作物に対するＸ軸テーブル上の刃物台に取り付けられたバイト及び前記Ｘ軸テーブルに固定されたスライドベース上で往復移動するスライドに取り付けられた高速バイトのＺ軸方向と該Ｚ軸方向に直交するＸ又はＹ軸方向の刃先位置との関係を予め数値化し，該予め数値化された記憶情報に基づいて前記工作物に対する前記バイト又は前記高速バイトに切込み指令を発し，前記工作物の切削加工時に変化する前記主軸の前記Ｃ軸の前記回転角と前記工作物の切削加工位置に同期して，前記工作物に対して前記バイト又は前記高速バイトの前記刃先位置を前記Ｚ，Ｘ又はＹ軸方向に相対往復移動させ，前記軸部材に対する把持状態を維持した状態で前記Ｃ軸のサーボ制御に前記Ｘ軸，前記Ｚ軸，前記スライドを作動させるＹ軸を同期させて前記工作物の外面を前記バイト又は前記高速バイトによって非真円形状に切削加工することから成る精密ＮＣ旋盤による非真円形状切削加工方法において，
   前記主軸の回転によって回転駆動される前記工作物に対して，先ず前記バイトによって前記工作物に対して通常のＺ軸移動とＸ軸移動の合成送りによる切削加工を行い，次いで前記工作物の把持状態を変更すること無く，
   前記工作物の前記回転軸の前記主軸の加速度が予め決められた所定の加速度以下の加速度に応答して，前記工作物に対する前記Ｚ軸方向の前記バイトの相対移動量，前記Ｚ軸方向に直交する前記Ｘ軸方向の前記バイトの相対移動量を前記主軸の前記回転軸である前記Ｃ軸のサーボ制御に前記Ｘ軸，前記Ｚ軸，前記スライドを作動させるＹ軸を同期させ，
   前記工作物の前記回転軸の前記主軸の加速度が予め決められた所定の加速度以上の加速度に応答して，前記工作物に対する前記Ｚ軸方向の前記高速バイトの相対移動量，前記Ｚ軸方向に直交する前記Ｘ軸方向の前記Ｘ軸テーブルの相対移動量，前記Ｘ軸テーブル上で前記Ｘ軸方向に平行な前記Ｙ軸方向の前記高速バイトの相対移動量を前記主軸の前記回転軸である前記Ｃ軸のサーボ制御に前記Ｘ軸，前記Ｚ軸，前記スライドを作動させるＹ軸を同期させ，
   更に，前記主軸の回転角が３６０°に至るまでの予め定められた角度又は３６０°を超える予め定められた角度に応答して，前記主軸の回転角に同期させて前記バイト又は前記高速バイトに切込み指令を発し，前記工作物に対する長手方向であるＺ軸方向の加工形状を前記工作物の回転軸心に対して傾斜した前記工作物の外面に前記加工形状の凹部及び凸部を連続して形成する制御を行って前記工作物の外面を非真円形状に切削加工することを特徴とする非真円形状切削加工方法。

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