JP4621569B2 - 旋盤における主軸交叉内周の加工方法 - Google Patents

Description

この発明は、中心軸が主軸と交叉する方向の内周を旋盤で加工する方法に関するものである。

旋盤は、ワークを主軸回りに回転して円筒面を加工する工作機械であり、外周加工は勿論、ボーリングバイトを使用して内周加工を行うことができる。しかしこの場合の内周は、その中心軸が主軸の軸線と一致した円周である。

刃物台に回転工具の駆動装置を搭載した旋盤では、刃物台に装着したドリルやエンドミルなどをワークに向けて回転させながら刃物台を切込み送り方向（Ｘ軸方向）に送ることにより、中心軸が主軸と交叉する方向の内円筒面を加工することができる。しかし刃物台を主軸方向（Ｚ軸方向）とＸ軸方向にのみ送る機械では、中心軸が主軸と交叉する方向の内周溝を加工することは不可能である。

中心軸が主軸と交叉する方向の内周溝を加工するには、刃物台にＺ軸及びＸ軸に直交する方向（Ｙ軸方向）の送り機能を持たせ、Ｚ軸送りとＹ軸送りとの合成送りによって刃物台に円運動をさせる必要がある。すなわち、図６及び図７に示すように、Ｙ軸送り可能な刃物台の回転工具軸２７にシャフト３４の先端に溝フライス３５や側フライスを設けたＴスロットカッタと呼ばれる工具３０を取付けて回転工具軸２７を回転させながら刃物台をＺ−Ｙ平面で円運動Ｒをさせることにより、中心軸Ｂが旋盤の主軸軸線Ａと交叉する方向の内周溝４１を加工する。溝フライス３５に代えて側フライスや角フライスを設けたＴスロットカッタを用いることにより、同様な方法で内周溝の側壁の加工や面取加工を行うことができる。刃物の台の円運動Ｒは、Ｇコードやマクロにより実行する方法、Ｘ軸回りの螺旋運動のＸ軸送りをゼロにして実行する方法などがあり、確立された技術である。
なおこれらの技術は、特に文献を挙げるまでもない周知の技術である。

ところがＴスロットカッタを用いた上記方法による加工では、加工中に工具の振動（びびり）が生じやすく、びびりが発生すると加工精度の低下や加工面の悪化が起こり、これを避けようとすると、切り込み量を大きくできない、工具回転を高くできない、工具送り速度を速くできない、などの制限が生じ、加工能率が低くなる問題があった。特に溝深さの深い内周溝を加工するには、フライス３５の径に比べてシャフト３４の細い工具を用いなければならず、また孔の奥の方にある内周溝を加工するにはシャフト３４の長さが長い工具を用いる必要があり、このような場合にはシャフト３４が撓みやすくなり、フライス３５の支持剛性が低下するので、びびりによる加工面精度の低下や加工能率の低下が特に問題となる。

この発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、旋盤でその主軸と交叉する方向の中心軸を有する内周溝、内周壁にある段面、内周面の面取加工などの内周加工を高い精度でかつ能率良く行う技術手段を提供することを課題としている。

この発明は、ワーク４０の回転中心となる主軸軸線Ａを挟む両側に刃物台１４、１５を備え、当該両側の刃物台が共にＺ軸、Ｘ軸及びＹ軸送り可能で、かつ当該両側の刃物台が共にＺ−Ｙ平面で円運動可能な旋盤を用い、一方の刃物台１４の回転工具軸２７にシャフト先端にセンタ孔３３を備えたＴスロットカッタ３０を装着し、他方の刃物台１５には上記センタ孔３３に係合する先端３１を備えた支持シャフト３２を装着して、前記回転工具軸と支持シャフトの中心を一致させてそのセンタ孔３３に支持シャフト先端３１を押接した状態で回転工具軸２７を回転し、その押接状態を保持しながら、両刃物台１４、１５にＺ−Ｙ面での同期円運動をさせることにより、旋盤でその主軸と交叉する方向の中心軸を有する方向の内周加工を行うというものである。

前記両刃物台１４、１５のうち、少なくとも前記一方の刃物台１４は、Ｔスロットカッタ３０を回転駆動する回転工具軸２７を有することが必要である。好ましくは、両刃物台１４、１５共に回転工具軸２７、２８を備えた旋盤を用い、一方の回転工具軸２７にＴスロットカッタ３０を装着すると共に他方の回転工具軸２８に支持シャフト３２を装着して、両刃物台１４、１５を同期円運動させるときに両回転工具軸２７、２８を同期回転させる。この方法によれば、Ｔスロットカッタ先端のセンタ孔３３と支持シャフトの先端３１とに滑りが生じないから、両者の押接部における工具回転中の発熱や摩耗を防止できる。
なお加工する内周の中心軸は、旋盤の主軸軸線Ａと同一平面にある必要はない。

この発明によれば、Ｔスロットカッタ３０で旋盤の主軸軸線と交叉する方向の内周加工をするとき、Ｔスロットカッタ先端のフライス３５に作用する切削反力がＴスロットカッタのシャフト３４とそのセンタ孔に係合している支持シャフト３２との両者で受けられるので、工具の支持剛性が高くなり、加工中のびびりの発生を防止することができる。そのため、加工精度や加工面精度の低下を防止でき、切込み深さ、工具回転数、工具送り速度などを速くできるので、旋盤でその主軸と交叉する方向の内周加工を行うときの加工精度及び加工能率を向上させることができるという効果がある。

以下、図面を参照してこの発明の好ましい実施形態を説明する。図１及び図２は、この発明の方法で用いる旋盤の一例を示した図で、主軸軸線Ａ上で対向する２主軸と当該軸線を挟んで配置された２個の上タレット刃物台と１個の下タレット刃物台とを備えた旋盤である。

図１は模式的な正面図（ベッド上面を正面にして見た図）で、１はベッド、２はベッド１に固定の左主軸台、３はベッド上面に設けられたＺ軸方向の主軸ガイド、４はこの主軸ガイドに沿って移動可能な右主軸台、５は左主軸の右主軸側端部に装着された左チャック、６は右主軸の左主軸側端部に装着された右チャック、７は右主軸台４の送りモータである。

８はベッド上面に設けた上Ｚ軸ガイド、９は同下Ｚ軸ガイド、１０は上Ｚ軸ガイド８に沿って移動する上Ｚスライド、１１は下Ｚ軸ガイド９に沿って移動する下Ｚスライド、１２は上Ｚスライド１０に搭載された上傾斜台、１３は下Ｚスライド１１に搭載された下傾斜台、１４は上傾斜台１２に搭載された上刃物台（左上刃物台１４ａ、右上刃物台１４ｂ）、１５は下傾斜台１３に搭載された下刃物台、１６は上刃物台１４に装着された上タレット（左上タレット１６ａ、右上タレット１６ｂ）、１７は下刃物台１５に装着された下タレットである。

刃物台１４、１５には、タレット１６、１７を割り出す割出装置と当該タレットに装着した回転工具を駆動する回転工具駆動装置が内蔵されており、タレット１６、１７に回転工具を装着して当該工具をワークに向けた状態で回転駆動することができる。１８は左上刃物台１４ａのＺ軸送りモータ、１９は右上刃物台１４ｂのＺ軸送りモータ、２０は下刃物台１５のＺ軸送りモータである。

図２は上タレット１６及び下タレット１７のＸ軸及びＹ軸送り構造を示す側面図である。ベッド１の上面は水平面に対してオペレータ側が低くなる方向に６０度傾斜しており、Ｘ軸方向はこのベッド上面と平行な水平面に対して６０度傾斜した方向である。Ｚ軸は図２の紙面直角方向、Ｙ軸は図２の面内でＸ軸と直交する方向である。

上Ｚ軸ガイド８及び下Ｚ軸ガイド９に沿ってＺ軸方向に移動する上Ｚスライド１０及び下Ｚスライド１１の上面には、Ｘ軸ガイド２１が設けられており、当該Ｚスライドに搭載された傾斜台１２、１３は、それぞれのＸ軸ガイドに沿って移動可能である。上傾斜台１２及び下傾斜台１３の上面は、Ｘ軸に対して主軸側が低くなる方向に４５度傾斜しており、傾斜台１２、１３の上面には、当該傾斜方向の傾斜ガイド２２が設けられている。上下の傾斜台１２、１３に搭載されている上下の刃物台１４、１５は、傾斜ガイド２２に沿って移動可能である。

２３は上傾斜台１２をＸ軸方向に送る上Ｘ軸送りモータ、２４は上刃物台１４を傾斜方向に送る上傾斜送りモータである。上Ｘ軸送りモータ２３及び上傾斜送りモータ２４は、それぞれの方向の送りねじ（図示せず）の延長軸線上に設けられており、左右の上刃物台は共に同一の構造である。下傾斜台１３をＸ軸方向に送る下Ｘ軸送りモータ２５及び傾斜方向に送る下傾斜送りモータ２６は、それぞれ下Ｚスライド１１及び下傾斜台１３の図２における紙面背後側に配置されており、図２には表れていない。

上記構造において、タレット１６、１７に装着した工具をＺ軸方向又はＸ軸方向に送るためには、Ｚ軸送りモータ１８、１９、２０又はＸ軸送りモータ２３、２５を駆動してやればよい。一方、工具をＹ軸方向に送るときは、Ｘ軸送りモータ２３、２５で傾斜台１２、１３を所望のＹ方向送り量だけ送ると共に、刃物台１４、１５を傾斜方向にＸ方向送り量のルート２倍の送り量で送る。このＹ軸送りと上記Ｚ軸送りとをＸ軸回りの回転角をθとしてＹ＝sinθ、Ｚ＝cosθの関係で送ってやれば、刃物台１４、１５にＺ−Ｙ平面で円運動させることができる。

上記のような構造の、すなわち、上タレット１６及び下タレット１７が共にＹ軸送り可能でかつ回転工具の駆動装置を備えた旋盤を用い、図３に示すように、その一方のタレット（図では上タレット）１６の回転工具軸２７にＴスロットカッタ３０を装着し、他方（図では下タレット）の回転工具軸２８に先端３１の尖った支持シャフト３２を装着する。Ｔスロットカッタ３０としては、その先端軸心にセンタ孔３３を備えたものを用いる。

そしてＴスロットカッタ３０でワーク４０に主軸と交叉する方向の内周溝４１を加工するとき、Ｔスロットカッタ３０を装着した上タレット１６を移動してその先端のフライス３４を所定位置に差込み、そのセンタ孔３３に下タレット１７に装着した支持シャフト３２の先端を押接する。そして、Ｔスロットカッタ３０を回転させつつ上タレット１６を円運動させて内周溝４１を加工するとき、下タレットも同じ軌跡で同期して円運動させながら支持シャフト３２をＴスロットカッタ３０と同じ回転数で回転駆動する。

内周溝４１を加工するときの上タレット１６及びＴスロットカッタ３０の動作は、図６に示した従来方法の動作と同じであるが、このときＴスロットカッタ３０の先端が支持シャフト３２で支持され、加工反力がＴスロットカッタのシャフト３４と支持シャフト３２との両者で受け持たれる点が、従来技術と異なる。この両シャフト３４、３２での支持により、フライス３５の支持剛性が高くなり、加工中のびびりが防止される。

図３は溝フライスを設けたＴスロットカッタで内周溝４１を加工する例であるが、図４に示すように、角フライス３６を設けたＴスロットカッタ３０を用いて内周の面取加工を行うときも、同様にＴスロットカッタ３０の先端に支持シャフト３２の先端を押接させて加工することにより、加工中のびびりを防止できる。

なお、図３及び図５に例示したワーク４０は、丸棒の一端をチャック５で掴み、主軸を固定した状態でタレット１６、１７に装着した正面フライスで対向側面４２ａ、４２ｂを削り、主軸を９０度回転したあと固定して対向平面４３ａ、４３ｂを削り、次にタレット１６又は１７に装着したドリルで孔４４を開けてＴスロットカッタ３０でその孔の内周加工を行い、最後に旋削加工による端面削り及びチャック５で把持している部分の突っ切り加工により、丸棒からの総ての加工を旋盤上で行うことができるものである。

この発明の方法で用いる旋盤の一例を示す模式的な正面図 図１の旋盤の左半分を見た右側面図 この発明の方法による内周加工を示す説明図 角フライスを備えたＴスロットカッタでの加工の説明図 この発明の方法で加工されるワークの一例を示す斜視図 Ｔスロットカッタによる従来の主軸交叉内周の加工を示す説明図 図６のワークを加工する内周の軸方向から見た図

符号の説明

14,15 刃物台
27,28 回転工具軸
30 回転工具
31 先端
32 支持シャフト
33 先端中心
34 シャフト
35,36 フライス
Ａ 主軸軸線

Claims (2)

1. 主軸軸線(A)を挟む両側に刃物台(14,15)を備え、当該両刃物台が共にＸ、Ｙ及びＺ軸送り可能な旋盤を用い、前記両刃物台の一方(14)の回転工具軸(27)にシャフト(34)の先端にフライス(35,36)を備えた回転工具(30)を装着し、他方(15)には上記回転工具の先端中心(33)に係合する先端(31)を備えた支持シャフト(32)を装着して、前記回転工具軸と支持シャフトの中心軸を一致させてその先端相互を押接した状態で、回転工具軸(27,28)を回転しながら両刃物台(14,15)にＺ−Ｙ面での同期円運動をさせることを特徴とする、旋盤における主軸交叉内周の加工方法。
2. 前記両刃物台(14,15)が共に回転工具軸(27,28)を備えた前記旋盤を用い、一方の回転工具軸(27)に上記回転工具(30)を装着すると共に他方の回転工具軸(28)に支持シャフト(32)を装着して、両刃物台(14,15)を同期円運動させるときに両回転工具軸(27,28)を同期回転させる、請求項１記載の主軸交叉内周の加工方法。

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