JP4761679B2

JP4761679B2 - 非円形加工機

Info

Publication number: JP4761679B2
Application number: JP2001287938A
Authority: JP
Inventors: 良夫市田; 喜隆森本; 隆之介佐藤; 博文家
Original assignee: Takamatsu Machinery Co Ltd
Current assignee: Takamatsu Machinery Co Ltd
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2021-09-21
Also published as: JP2003094202A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工物を加工する加工機、より詳細には、加工物を非円形体に加工する加工機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関、例えば自動車、航空機その他の装置に採用されている内燃機関において使用されているピストンの断面形状は、一般には円形断面を有していると言われているが、より詳細には、燃焼工程において発生する高熱によるピストン及び／又はシリンダー内部の熱変形や、シリンダ内部を摺動するピストンを締め付ける際に発生する締め付け変形等を考慮して、ピストンの断面形状は真円ではなく、僅かに楕円形状に形成されていることは知られている。しかしながら、その変形度合いは僅かで、例えば、自動車用ピストンにおいては長径と短径との差は約０．１ｍｍ程度である。そして、このピストンの外周面の加工は、これまでは通常、倣い旋盤により行なわれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このピストンを加工する際の倣い旋盤の主軸の回転数は、一般には６００ｒｐｍ〜８００ｒｐｍ程度であり、このように比較的低い回転数に設定するのは、倣い旋盤作業において触針が確実にマスターモデルをトレースするためであり、主軸の回転数が高回転になると、触針がマスターモデルから離れてしまい、高精度に加工することが難しくなる。その結果、これまでの倣い旋盤作業における非円形体加工は、その作業効率が大きく制限されていた。
【０００４】
更に、今日の高速往復運動をもたらす起動装置において、例えばそこで使用されるピストンの断面形状は、従来の楕円形状のみならず、楕円成分に更に高次の非円形成分を加えた、より高度な断面形状を有するピストン形状の実現化が望まれている。しかし、公知の倣い旋盤作業においてはその様な複雑な形状のピストン加工はマスターモデルが複雑になるため、ほとんど出来ないか又は非常に困難である。そのため、これまでそのような要求を満たすべく電気・油圧制御による加工機、電磁力と圧電素子の駆動による加工機、さらにはリニアモーターを利用した加工機、等が開発されているが、何れも所望の非円形成分の加工を高速かつ高精度な状態で実現するまでには至っていない。
【０００５】
本発明の目的は、共振現象を利用して、任意の形状の非円形体を高速かつ高精度に加工することができる加工機を提供することである。
【０００６】
本発明は、加工機本体と、この加工機本体に回転自在に支持された主軸と、前記主軸に取付けられた加工物取付け手段と、前記主軸の軸線に実質上平行な第１の方向及びこの第１の方向に対して実質上垂直な第２の方向に移動自在に前記加工機本体に支持された移動テーブルと、前記移動テーブルに弾性手段を介して支持された加工工具と、前記弾性手段を振動させるための加振手段と、前記加振手段を加振制御するための制御系と、を具備し、
前記制御系は、前記主軸の回転数に同期した駆動制御信号を加振手段に送給し、前記加振手段は、前記駆動制御信号に基づいて前記弾性手段を加振し、これによって、前記弾性手段が共振して前記加工工具を共振状態に保持し、この共振状態の前記加工工具が前記加工物取付け手段に取付けられた加工物に非円形加工を施すことを特徴とする非円形加工機である。
【０００７】
本発明に従えば、加工工具は弾性手段を介して移動テーブルに支持され、制御系は加振手段を加振制御し、加振手段は弾性手段を介して加工工具を共振状態に保持し、このような共振状態において加工工具が加工物に加工を施す。このとき、制御系は主軸の回転数に同期した駆動制御信号、例えば主軸の一回転当たり２回又は３回以上の所定回数加振するための駆動信号を生成し、この駆動制御信号に基づいて加振手段が弾性手段を加振するので、加工物の周方向の第１特定部位においては、加工工具が加工物に近接する方向に幾分突出して作用するようになり、また加工物の周方向の上記特定部位とは異なる他の第２特定部位においては、加工工具が加工物から離隔する方向に幾分後退して作用するようになり、従って、加工物を所望の非円形形状、例えば楕円形等に加工することができる。また、このような加工では、倣い旋盤のように触針を用いてマスタシリンダーをトレースする必要はなく、それ故に、高速で加工することが加工となり、加工効率を高めることができる。尚、加振手段としては、圧電素子、磁歪素子等を用いることができる。
【０００８】
また、本発明では、前記加振手段が前記弾性手段を加振する圧電素子から構成され、前記圧電素子に印加される電圧によって前記弾性手段が加振され、これによって、前記弾性手段が共振して前記加工工具を共振状態に保持することを特徴とする。
【０００９】
本発明に従えば、加振手段が圧電素子から構成されるので、圧電素子に電圧を印加することによって、弾性手段を共振させて加工工具を共振状態に保持することができ、比較的簡単な構成でもって加工物を非円形状に加工することができる。
【００１０】
また、本発明では、前記弾性手段は、一対の板ばねから構成され、前記一対の板ばねの長手方向中間部間に、前記加振手段による加振運動を増幅するための質量体が取り付けられ、前記質量体に前記加工工具が装着されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、弾性手段は一対の板ばねから構成され、かかる一対の板ばねの長手方向中間部に質量体、例えばブロック状の部材が装着され、この質量体に加工工具が装着されているので、共振状態における変位を一対の板ばね及び質量体により拡大することができ、この拡大変位機能を利用して加工物を所望形状の非円形状に加工することができる。
【００１２】
また、本発明では、前記加工機本体は加工物を切削加工するための旋盤本体であり、前記加工物取付け手段は加工物を着脱自在に保持するためのチャック手段であり、前記加工工具は加工物を切削加工するための切削工具であり、前記加振手段は前記主軸の一回転当たり複数回の割合で前記弾性手段を加振し、これによって、加工物の外径が非円形になるように切削加工されることを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、加工機本体が旋盤本体であり、加工物取付け手段がチャック手段であり、また加工工具が切削工具であるので、通常の旋盤、例えばＮＣ旋盤を用いて加工物を非円形状に加工することができる。
【００１４】
また、本発明では、前記弾性手段が前記加工工具を支持するためのばね手段から構成されていることを特徴とする。
本発明に従えば、弾性手段がばね手段、例えば板ばねから構成されているので、簡単な構成でもって加工工具を共振させることができる。
【００１５】
更に、本発明は、加工機本体と、前記加工機本体の作動を制御する制御系と、により構成される非円形体を加工する加工機であって、
前記加工機本体は、前記加工機本体に回転自在に支持された主軸と、この主軸と一体的に回転駆動し、前記加工物を着脱自在に保持するチャック手段と、前記主軸の軸線と実質上平行な第１の方向及びこの第１の方向に対して実質的に垂直な第２の方向に移動可能に支持された移動テーブルと、前記移動テーブルに装着され、前記加工物を切削加工するための加工工具と、を有しており、
前記加工工具は、前記移動テーブルに弾性手段及び質量体を介して支持され、前記弾性手段は加振手段によって増幅振動するように構成されており、
前記制御系は、前記加工工具の位置を測定するための位置測定手段と、切削加工条件を予め設定するための加工条件設定手段と、前記加振手段を駆動するための駆動手段と、を有しており、
前記制御系は、前記加工条件設定手段からの設定信号及び前記位置測定手段からの測定信号に基づいて駆動制御信号を生成し、前記駆動手段は、前記駆動制御信号に基づいて前記加振手段を加振し、これによって、前記弾性手段が共振して前記加工工具を共振状態に保持し、この共振状態の前記加工工具が前記チャック手段に取付けられた加工物に非円形加工を施すことを特徴とする非円形加工機である。
【００１６】
本発明に従えば、加工物を加工する加工工具は、移動テーブルに弾性手段及び質量体を介して支持され、弾性手段は加振手段によって増幅振動するように構成されているので、加工工具は、増幅振動状態、即ち共振振動状態において加工物を加工し、加工物を非円形状の所望形状に加工すことができる。また、位置測定手段は加工工具の位置を測定し、制御系は加工条件設定手段により設定された加工条件と位置測定手段により測定した位置に基づいて駆動制御信号を生成し、駆動手段はこの駆動制御信号に基づいて加振手段を駆動するので、加工物を高精度に加工することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う非円形加工機の一実施形態について説明する。図１は、本発明に従う非円形加工機の一例としてのＮＣ旋盤の一実施形態を簡略的に示す正面図であり、図２は、図１のＮＣ旋盤の加工工具及びその近傍を簡略的に示す斜視図である。
【００１８】
図１において、図示のＮＣ旋盤は、加工機本体としての旋盤本体２を備え、この旋盤本体２が例えば工場の床面に設置される。旋盤本体２の一端部（図１において右端部）には主軸部４が設けられ、この主軸部４内に主軸（図示せず）が回転自在に支持されている。この主軸には、加工物取付け手段としてのチャック手段６が取り付けられ、このチャック手段６は主軸と一体的に所定方向に回転される。例えば切削加工を施す加工物７は、このチャック手段６に着脱自在に取り付けられる。
【００１９】
旋盤本体２には、移動テーブル機構８が設けられている。この移動テーブル機構８は、往復テーブル１２及び移動テーブル１６を備え、往復テーブル１２が主軸（図示せず）の軸線に実質上平行である第１の方向（図１において左右方向）に延びる第１の案内機構１０に移動自在に支持され、また移動テーブル１６が上記第１の方向に対して実質上垂直である第２の方向（図１において紙面に垂直な方向）に延びる第２の案内機構１４に移動自在に支持されている。このように構成されているので、移動テーブル１６は上記第１及び第２の方向に移動自在に旋盤本体２に支持されている。
【００２０】
この実施形態では、加工物７を加工するための加工工具１８、例えば切削工具は、この移動テーブル１６に取り付けられる。図２をも参照して更に説明すると、移動テーブル１６の上面には工具支持体２０が固定され、この工具支持体２０に弾性手段２２を介して加工工具１８が取り付けられている。工具支持体２０は、移動テーブル１６に取り付けられる下支持部材２４と、この下取付部材２４の上方に配置された上取付部材２６と、これら取付部材２４，２６を接続する接続部材２７とから構成されている。弾性手段２２はばね手段、この実施形態では一対の板ばね２８，３０から構成され、一対の板ばね２８，３０の長手方向（図２において上下方向）の中間部には、これら板ばね２８，３０を挟むように質量体３２，３４が取り付けられている。質量体３２，３４はブロック状の部材から構成され、それらの一方３４の先端部外面に加工工具１８が取り付けられている。
【００２１】
この工具支持体２０には、更に、一対の板ばね２８，３０を加振するための加振手段３６と、加工工具１８の位置を測定するための位置測定手段３８が設けられている。この形態では、加振手段３６は圧電素子４０から構成され、この圧電素子４０が工具支持体２０の下取付部材２４の内面に取り付けられ、その出力部が一方の板ばね３０に作用するように構成されている。また、位置測定手段３８は例えばレーザ変位計４２から構成され、このレーザ変位計４２が接続部材２８の内面に取り付けられている。このように構成されているので、圧電素子４０の出力部を短時間の周期でもって伸張させることによって、その出力部が板ばね３０に作用し、これによって一対の板ばね２８，３０を加振することができる。また、レーザ変位計４２は、例えば質量体３２（又は質量体３４、板ばね２８、加工工具１８）に向けてレーザ光を投射し、そして質量体３２（又は質量体３４、板ばね２８、加工工具１８）からの反射レーザ光を受光し、このようにして質量体３２（又は質量体３４、板ばね２８、加工工具１８）の位置（即ち加工工具１８の位置）を計測する。尚、実施形態では、圧電素子４０によって板ばね３０を加振しているが、他方の板ばね２８を加振するようにしてもよく、或いは双方の板ばね２８，３０を同時に加振するようにしてもよい。また、加振手段３６としては、磁歪素子等の他の素子を用いるようにしてもよい。また、位置測定手段３８は静電容量型非接触変位計等を使用してもよい。
【００２２】
一般に、圧電素子４０は電圧が供給された時に供給された電圧にほぼ比例してその出力部が伸張して変位するが、圧電素子を単体で使用した場合にはその変位量が一般に５０μｍ以下であり、更に圧電素子４０には予荷重が必要であるため、この圧電素子４０自体に切削工具１８を取付けて動作させたときには、その変位量は大きくても１０μｍ程度であり、加工工具１８を充分に移動させることができない。これに対し、上述したように、弾性手段２２（この形態では一対の板ばね２８，３０）を介して加工工具１８を取り付け、この弾性手段２２を加振手段３６（この形態では圧電素子４２）によって加振して加工工具１８を共振状態に保持したときには、一対の板ばね２８，３０の増幅作用によって加工工具１８の変位を拡大することができ、後述するように加工物７を所望の非円形状に加工することができる。
【００２３】
図３は、図２に示す工具支持構造体の各周波数におけるコンプライアンス（μｍ／Ｎ）及び位相角度を示したもの、即ち伝達関数を有限要素解析にて予測したものである。
【００２４】
上述の予測を基に、ＮＣ旋盤の主軸にロータリーエンコーダ（図示せず）を取付け、このロータリーエンコーダーから送られてくる回転角度情報を基礎として工作物、即ち加工物７の回転に同期し且つ共振周波数付近になるように圧電素子４０に変位データを与えることにより、加工工具１８は共振して変位が拡大されることが実験的にも確認できた。このとき、加工工具１８（例えば切削工具）の運動が主軸（図示せず）の一回転当たりに２波長の正弦波に支配されるようにすれば、加工される加工物７の断面形状は楕円形状となる。更に、加工工具１８の位置測定に、例えば分解能０．１μｍ程度のレーザ変位計４２を使用し、このレーザ計測計４２によって加工工具１８の取付部位の位置を測定してフィードバック制御することにより一層高精度の非円形加工が実現することが出来る。
【００２５】
このような加工工具１８の位置測定によるフィードバック制御を行うために、更に、次のように構成されている。再び図２を参照して、工具支持体２０に関連して制御系５２が設けられている。図示の制御系５２は、加工物７の加工条件等を予め設定するための制御手段５４、信号変換手段５８及び差動増幅回路６０を備えている。制御手段５４は、例えばパソコン５６から構成され、パソコン５６の入力手段、例えばキーボード５７、マウス等によって加工条件が入力され、パソコン５６からの加工条件等のデジタル信号が信号変換手段５８によってアナログ信号へ変換され、かく変換されたアナログ信号が差動増幅回路６０の一方の入力部に送給される。この差動増幅回路６０の他方の入力部には、レーザ計測計４２からの位置計測信号が入力される。差動増幅回路６０は、信号変換手段５８からの信号及びレーザ計測計４２からの計測信号に基づいて駆動制御信号を出力し、かかる駆動制御信号が、加振手段３６としての圧電素子４０を駆動するための駆動回路６２（駆動手段を構成する）に送給され、駆動回路６２はかかる駆動制御信号に基づいて駆動信号を生成し、この駆動信号によって圧電素子４０が加振される。
【００２６】
このようなＮＣ旋盤では、圧電素子４０に上述したようにして駆動信号が送られ、この圧電素子４０の変位によって一対の板ばね２８，３０に振動が加えられ、板ばね２８，３０、質量体３２，３４及び加工工具１８が矢印で示す方向（図２において左右方向）に共振状態に保持される。この共振状態において加工工具１８によって加工物７を加工すると、例えば図２に示す位置、即ち加工工具１８が図２において最も右方へ移動した近接位置（加工工具１８が加工物７に最も近接する位置）においては、加工工具１８が加工物７を幾分大きく加工し、従って、加工物７は、周方向におけるその部位が短径部となるように加工される。一方、加工工具１８が図２において最も左方に移動した離隔位置（加工工具１８が加工物７から最も離隔する位置）においては、加工工具１８が加工物７を加工する加工量が幾分少なくなり、従って、加工物７は、周方向におけるその部位が長径部となるように加工される。
【００２７】
このように加工するので、加工物７の回転数、即ちＮＣ旋盤の主軸（図示せず）に同期して加工工具１８を共振状態に保持し、この共振状態において、加工工具１８が図２に示す近接位置から上記離隔位置に移動するときには、加工物７の回動に伴って加工工具１８による加工量が少しずつ少なくなり、従って、加工物７は、その径が漸増されるように加工されるのに対し、加工工具１８が上記離間位置から上記近接位置に移動するときには、加工物７の回転に伴って加工工具１８による加工量が少しずつ多くなり、従って、加工物７は、その径が漸減されるように加工される。このようなことから、例えば、加工物７の１回転当たり加工工具１８を２回振動させる、換言すると加工物７の１回転当たり圧電素子４０によって２回加振することによって、主軸（図示せず）の特定角度位置及びこのこの特定角度位置から１８０度回動した角度位置において加工工具１８が上記近接位置に位置し、また上記特定角度位置から９０度回動した角度位置及びこの角度位置から１８０度回動した角度位置において加工工具１８が上記離間位置に位置するようになる。従って、このように設定した場合、加工物７を楕円形状に加工すことができる。
【００２８】
このような共振状態における加工中、レーザ計測計４２が質量体３２の位置を逐次計測し、その計測データが差動増幅回路６０に送給され、差動増幅回路６０はこの測定データ及び制御手段５６からの加工条件の信号に基づいて、圧電素子４０を駆動制御するための駆動制御信号を生成するので、高精度に加工工具１８の軌跡を制御することができ、加工物７を所望形状に一層高精度に加工することができる。
【００２９】
図４は、図１及び図２に示すＮＣ旋盤を用いて周波数測定を行なった結果を示している。この周波数測定結果から、加工工具１８が４６．５Ｈｚで共振していることが分かる。このことは、加工物７を例えば楕円形状に加工するためにはＮＣ旋盤の主軸回転数に換算すると、１３９５ｒｐｍに相当する。これは、従来の倣い旋盤方式に比較して約２倍の回転数に相当し、従来に比して高速で楕円形状に切削加工することができることが分かる。また、図４から、近接する周波数付近には共振モードが存在しないことから、この付近の周波数により加振を行なえば、加工工具１８の運動はほとんど正弦波状態にて運動することが予想される。更に、この周波数付近以外の指令値に対しては加工工具１８は共振時の１０％程度の運動が得られることが明らかとなった。
【００３０】
また、図１及び図２に示すＮＣ旋盤を用いてオープン制御による非円形加工実験を行なった。理想的には無負荷時の振幅が切削時の振幅と一致することが望ましいが、実際には周期的な切削力の変動が加工工具１８の振動に影響を与える。そこで、加工物７の最終的な加工形状である楕円の長径寸法、短径寸法及び振幅に関する目標値を制御手段５４（パソコン５６）によって設定し、設定した切削条件でもって切削加工を行なった。これは、長径寸法を形成する振幅から短径寸法を形成する振幅を引いた振幅になるように正弦波状の目標値を設定して加工工具１８の振動を制御するためである。制御手段５４を構成しているパソコン５６のメモリ（図示せず）へ予め保存されている形状データをパソコン５６のアナログ電圧出力ポートを介して電圧を出力し、加振手段３６としての圧電素子４０に制御信号を送った。これにより圧電素子４０が一対の板ばね２８，３０を介して加工工具１８を共振周波数で振動し、こうして加工工具１８は最大の振動変位を発生した。
【００３１】
圧電素子４０には常に正の電圧を与えるのが望ましい。それは圧電素子４０自体は、電圧を印加していない状態から伸び縮みするのではなく、電圧を印加したときにのみその電圧の強さに比例して伸張するようにするためであり、このように制御することによって、加工工具１８は、圧電素子４０を常に伸張させて加振されるようになり、圧電素子４０へオフセット電圧を印加して、この圧電素子４０をある所定の基準位置へ設定するようにする。そこで、基本となる目標値と振幅の（１／２）の値とをオフセット電圧として設定し、圧電素子４０が常に伸びる方向への運動となるような電圧を印加するのである。
【００３２】
図５は圧電素子４０に供給電圧２Ｖを与えた場合におけるパソコンからの目標値（破線）と実加工時における加工工具１８の変位量（実線）をＮＣ旋盤の主軸回転角度で計測したものであり、図６は両者の角度変化に基づく軌跡誤差を示したものである。
【００３３】
これらより目標値と実際の加工工具の変位の最大誤差は約±２μｍとなり、良好な楕円切削が実現できた。
また、図７は供給電圧と加工工具の最大変位量との関係を示したものである。これより、４００μｍ程度まで圧電素子４０への供給電圧の増加に対する加工工具１８の変位振幅は比例的に増大することが分かる。
【００３４】
次に、ＮＣ旋盤の主軸へ取付けたロータリーエンコーダ（図示せず）を利用し、このロータリーエンコーダから送られてくる回転角度情報を基に加工物７の回転に（１／２）倍の周期に同期して共振している加工工具１８付近の変位データからレーザ変位計４２による現在値データを上述したようにフィードバック制御しながら加工物７を加工した。その結果は、左記の図５と図６及び図７と同様に、図８と図９及び図１０に示す通りであり、図８は、目標値に対する加工作業中の加工工具１８の応答状態を示し、図９は、目標値に対する角度変化に基づく軌跡誤差を示している。図８から、加工工具１８の変位は目標とする正弦波状となっていることが分かり、また最大切込み深さが１３８μｍのとき、楕円形状は長径と短径との差がその約２倍の２７２μｍとなるが、上述したフィードバック制御を行なうことにより、図９に示すように、加工後の形状誤差がオープン制御の場合とほぼ同一の±２．５μｍ以内になっていることが分かる。
【００３５】
更に、図１０は、フィードバック制御時における供給電圧に対する加工工具１８の振幅を示している。図１０から明らかなとおり、圧電素子４０への供給電圧にほぼ比例して加工工具１８の振幅も増加していることが分かる。また、図１１は、同様にフィードバック制御時における供給電圧に対する加工物７の形状誤差を示している。図１１に示す通り、このＮＣ旋盤においては何れの切込み作業においても、ほぼ±２．５μｍの形状誤差内にて加工物７の加工を行うことができた。
【００３６】
以上、本発明に従う非円形加工機の一実施形態をＮＣ旋盤に適用して説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、その他の加工機、例えば中ぐり盤等に適用することができ、中ぐり盤に適用した場合には、楕円形状の穴加工を行うことができる。
【００３７】
また、例えば、上述した実施形態では、加工工具１８を主軸の１回転当たり２回振動（１周期が１／２回転となる）させて加工物７を楕円形状に加工しているが、これに限定されることなく、主軸１回転当たり３回振動（１周期が１／３回転となる）させるようにしてもよく、或いは主軸１回転当たり４回以上振動させるようにしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の請求項１の非円形加工機によれば、加振手段は主軸の回転数に同期して弾性手段を介して加工工具を共振状態に保持し、このような共振状態において加工工具が加工物に加工を施すので、加工物の周方向の第１特定部位においては、加工工具が加工物に近接する方向に幾分突出して作用するようになり、また加工物の周方向の上記特定部位とは異なる他の第２特定部位においては、加工工具が加工物から離隔する方向に幾分後退して作用するようになり、従って、加工物を所望の非円形形状、例えば楕円形等に加工することができる。
【００３９】
また、本発明の請求項２の非円形加工機によれば、加振手段が圧電素子から構成されるので、圧電素子に電圧を印加することによって、弾性手段を共振させて加工工具を共振状態に保持することができ、比較的簡単な構成でもって加工物を非円形状に加工することができる。
【００４０】
また、本発明の請求項３の非円形加工機によれば、弾性手段に質量体が装着され、この質量体に加工工具が装着されているので、共振状態における変位を質量体により拡大することができ、この拡大変位機能を利用して加工物を所望形状の非円形状に加工することができる。
また、本発明の請求項４の非円形加工機によれば、通常の旋盤、例えばＮＣ旋盤を用いて加工物を非円形状に加工することができる。
【００４１】
また、本発明の請求項５の非円形加工機によれば、弾性手段が、ばね手段から構成されているので、簡単な構成でもって加工工具を共振させることができる。
【００４２】
更に、本発明の請求項６の非円形加工機によれば、位置測定手段は加工工具の位置を測定し、加工条件設定手段により設定された加工条件と位置測定手段により測定した位置に基づいて駆動手段が加振手段を駆動するので、加工物を高精度に非円形加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う非円形加工機の一例としてのＮＣ旋盤の一実施形態を簡略的に示す正面図である。
【図２】図１のＮＣ旋盤の加工工具及びその近傍を簡略的に示す斜視図である。
【図３】図１のＮＣ旋盤における加工工具の共振周波数とそのときの加工工具の変位拡大の状態を有限要素解析により予測し、コンプライアンス及び位相角度にて示している図である。
【図４】図１のＮＣ旋盤における加工工具の周波数解析を行なった結果を示す図である。
【図５】図１のＮＣ旋盤において、オープン制御による目標値（圧電素子への供給電圧）と加工工具の振幅との関係を示す図である。
【図６】図１のＮＣ旋盤において、オープン制御における目標値に対する角度変化に基づく加工工具の軌跡誤差を示す図である。
【図７】図１のＮＣ旋盤において、オープン制御による圧電素子への供給電圧と加工工具の振幅との関係を示す図である。
【図８】フィードバック制御時における圧電素子への供給電圧の目標値と加工工具の振幅との関係を示す図である。
【図９】フィードバック制御時における目標値に対する角度変化に基づく加工工具の軌跡誤差を示す図である。
【図１０】フィードバック制御時における目標値（圧電素子への供給電圧）に対する加工工具の振幅を示す図である。
【図１１】フィードバック制御時における目標値（圧電素子への供給電圧）に対する加工物の加工後の形状誤差を示す図である。
【符号の説明】
２旋盤本体
４主軸部
６チャック手段
７加工物
８移動テーブル機構
１６移動テーブル
１８加工工具
２０工具支持体
２２弾性手段
２８，３０板ばね
３２，３４質量体
３６加振手段
３８位置測定手段
４０圧電素子
４２レーザ変位計
５４制御手段
６０作動増幅回路
６２駆動回路

Claims

加工機本体と、この加工機本体に回転自在に支持された主軸と、前記主軸に取付けられた加工物取付け手段と、前記主軸の軸線に実質上平行な第１の方向及びこの第１の方向に対して実質上垂直な第２の方向に移動自在に前記加工機本体に支持された移動テーブルと、前記移動テーブルに弾性手段を介して支持された加工工具と、前記弾性手段を振動させるための加振手段と、前記加振手段を加振制御するための制御系と、を具備し、
前記制御系は、前記主軸の回転数に同期した駆動制御信号を加振手段に送給し、前記加振手段は、前記駆動制御信号に基づいて前記弾性手段を加振し、これによって、前記弾性手段が共振して前記加工工具を共振状態に保持し、この共振状態の前記加工工具が前記加工物取付け手段に取付けられた加工物に非円形加工を施すことを特徴とする非円形加工機。
前記加振手段が前記弾性手段を加振する圧電素子から構成され、前記圧電素子に印加される電圧によって前記弾性手段が加振され、これによって、前記弾性手段が共振して前記加工工具を共振状態に保持することを特徴とする請求項１に記載の非円形加工機。
前記弾性手段は、一対の板ばねから構成され、前記一対の板ばねの長手方向中間部間に、前記加振手段による加振運動を増幅するための質量体が取り付けられ、前記質量体に前記加工工具が装着されていることを特徴とする請求項２記載の非円形加工機。
前記加工機本体は加工物を切削加工するための旋盤本体であり、前記加工物取付け手段は加工物を着脱自在に保持するためのチャック手段であり、前記加工工具は加工物を切削加工するための切削工具であり、前記加振手段は前記主軸の一回転当たり複数回の割合で前記弾性手段を加振し、これによって、加工物の外径が非円形になるように切削加工されることを特徴とする請求項２又は３に記載の非円形加工機。
前記弾性手段が前記加工工具を支持するばね手段から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の非円形加工機。
加工機本体と、前記加工機本体の作動を制御する制御系と、により構成される非円形体を加工する加工機であって、
前記加工機本体は、前記加工機本体に回転自在に支持された主軸と、この主軸と一体的に回転駆動し、前記加工物を着脱自在に保持するチャック手段と、前記主軸の軸線と実質上平行な第１の方向及びこの第１の方向に対して実質的に垂直な第２の方向に移動可能に支持された移動テーブルと、前記移動テーブルに装着され、前記加工物を切削加工するための加工工具と、を有しており、
前記加工工具は、前記移動テーブルに弾性手段及び質量体を介して支持され、前記弾性手段は加振手段によって増幅振動するように構成されており、
前記制御系は、前記加工工具の位置を測定するための位置測定手段と、切削加工条件を予め設定するための加工条件設定手段と、前記加振手段を駆動するための駆動手段と、を有しており、
前記制御系は、前記加工条件設定手段からの設定信号及び前記位置測定手段からの測定信号に基づいて駆動制御信号を生成し、前記駆動手段は、前記駆動制御信号に基づいて前記加振手段を加振し、これによって、前記弾性手段が共振して前記加工工具を共振状態に保持し、この共振状態の前記加工工具が前記チャック手段に取付けられた加工物に非円形加工を施すことを特徴とする非円形加工機。