JP6157171B2 - ポリゴン加工装置およびポリゴン加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、ポリゴン加工装置およびポリゴン加工方法に関する。

ワークの外周面をポリゴンカッタを用いて多角形等に加工するポリゴン加工が従来より行われている。ポリゴン加工は、主軸によって把持されたワークが軸線周りに回転し、工具主軸に装着されたポリゴンカッタが、ワークと所定の回転比で同期回転することによって行われる。

ワークの外周面に対して複数種類のポリゴン加工を行う場合、各ポリゴン加工間においてワークとポリゴンカッタとの位相を一致させてポリゴン加工を行うポリゴン加工方法がある（例えば、特許文献１参照。）。

特許第５０８０１２０号公報

上述のように、ワークの外周面に対してポリゴン加工を行う場合、まずワークに対して第１のポリゴン加工を行い、次いで、第１のポリゴン加工後のワークに対し、第１のポリゴン加工においてワークの外周面に生じたバリを除去するバリ取り加工等が行われ、次いで、回転工具台に設定された原点位置とポリゴンカッタとが相対的に所定の配置関係となるようにポリゴンカッタを回転させてから、バリ取り加工等が行われた後のワークに対し、第１のポリゴン加工においてワークの内周面に生じたバリを除去する等の第２のポリゴン加工を行う必要があり、加工の際の工程が増加するという欠点があった。

本発明の目的は、回転する主軸により把持されたワークを、主軸に対して同期回転する工具主軸に装着されたポリゴンカッタを用いて複数のポリゴン加工を行うポリゴン加工装置およびポリゴン加工方法を提供することにある。

上記目的を実現するために、本発明によれば、ワークを把持する主軸と、ポリゴンカッタが装着された工具主軸と、主軸および工具主軸を回転制御する制御手段とを備え、ワークに対して、ポリゴンカッタによって第１のポリゴン加工を行った後、ポリゴンカッタ以外の工具による加工を行い、当該加工後に、ポリゴンカッタによって第２のポリゴン加工を行うように構成され、主軸と工具主軸とを同期して回転させ、主軸と工具主軸との位相関係を維持してワークの加工を行うポリゴン加工装置は、制御手段は、第１又は第２のポリゴン加工に必要な同期の比率と、工具主軸を最大回転数を越えない回転数で回転させて、主軸が加工に必要な回転数で回転できるような第２の同期の比率との間で、 同期の比率を変更する同期比変更手段を備え、第１のポリゴン加工後、第２の比率で 主軸と工具主軸とを同期して回転させて加工を行い、加工後、同期の比率を変更して第２のポリゴン加工を行うように構成される。

ここで、第１又は第２のポリゴン加工に必要な同期の比率と、第２の同期の比率との間の同期の比率の変更は、主軸の回転位置が所定の定点に位置するタイミングで実行される。

また、第２の比率は、主軸の回転数が、工具主軸の回転数より高くなるように設定される。

本発明によれば、回転する主軸により把持されたワークに対して、主軸に対して同期回転する工具主軸に装着されたポリゴンカッタによって主軸と工具主軸との位相関係を維持して第１のポリゴン加工を行った後、ポリゴンカッタ以外の工具による加工を行い、当該加工後に、ポリゴンカッタによって主軸と工具主軸との位相関係を維持して第２のポリゴン加工を行うポリゴン加工方法は、主軸の回転数と工具主軸の回転数とが第１のポリゴン加工に必要な比率となるよう主軸と工具主軸とを同期回転させて第１のポリゴン加工を行う第１のポリゴン加工ステップと、第１のポリゴン加工ステップの後、工具主軸を最大回転数を越えない回転数で回転させて、主軸が加工に必要な回転数で回転できるような第２の同期の比率に変更して主軸と工具主軸とを同期回転させ、第１のポリゴン加工後のワークに対して加工を行う加工ステップと、加工ステップの後、主軸の回転数と工具主軸の回転数とが第２のポリゴン加工に必要な比率となるよう主軸と工具主軸とを同期回転させて第２のポリゴン加工を行う第２のポリゴン加工ステップと、を備える。

本発明によれば、回転する主軸により把持されたワークを、主軸に対して同期回転する工具主軸に装着されたポリゴンカッタを用いてポリゴン加工するポリゴン加工装置およびポリゴン加工方法を実現することができる。本発明によれば、ワークの外周面に対して２種類のポリゴン加工を行う場合、両時点におけるワークとポリゴンカッタとの位相を容易に一致させることができ、したがってワークの外周面に所定の位相関係で複数のポリゴン形状を正確に形成することができる。

本発明の実施例に係るポリゴン加工装置を適用可能な工作機械に搭載されるタレット刃物台の構成の一例を例示する断面図である。 本発明の実施例に係るポリゴン加工装置に用いられるポリゴンカッタを、図３に示すタレット刃物台に装着した状態を示す図であって、（ａ）は部分切欠側面図であり、（ｂ）は部分切欠正面図である。 本発明の実施例に係るポリゴン加工方法を実行可能な制御手段を示すブロック図である。 本発明の実施例によるポリゴン加工方法の動作フローを示すフローチャートである。 本発明の実施例によるポリゴン加工方法によりワークに対して２種類のポリゴン加工を施す一例を説明する図である。

図１は、本発明に係るポリゴン加工装置を適用可能な工作機械に搭載されるタレット刃物台の構成の一例を例示する断面図である。図２は、本発明の実施例に係るポリゴン加工装置に用いられるポリゴンカッタを、図３に示すタレット刃物台に装着した状態を示す図であって、（ａ）は部分切欠側面図であり、（ｂ）は部分切欠正面図である。このタレット刃物台１０は、工作機械であるＮＣ旋盤等の自動旋盤に搭載される。タレット刃物台１０は、刃物台本体１２と、刃物台本体１２に旋回可能に支持されるタレット１４とを備える。

タレット１４は、円柱または角柱状の外形を有する中空の頭部２０と、頭部２０の軸線方向一端から軸線方向へ同心に延設される中空円筒状の軸部２２とを備える。タレット１４の頭部２０の外周面には、工具を装着する複数の工具装着部２４が所定の割出角度毎に設けられる。各工具装着部２４には、バイト等の旋削工具２６やドリル、フライス等の回転工具２８等の加工工具を選択的に装着できる。軸部２２は、刃物台本体１２に回転可能および軸線方向移動可能に支持される。

タレット１４は、係合部３８を介して刃物台本体１２に離脱可能に係合されており、サーボモータ３２により、係合部３８を離脱位置に移動させ、軸部２２を回転駆動することによって、旋回駆動される。タレット１４の所定の旋回位置で、係合部３８を係合位置に移動させることによって、タレット１４が刃物台本体１２上で割出位置に固定され、所定の加工工具を選択することができる。

軸部２２内には、サーボモータ４６によって回転駆動される駆動軸４２が軸支されている。回転工具２８を工具主軸を備えたホルダ４８を介してタレット１４の所望の工具装着部２４に装着すると、工具主軸に連結される被動歯車５０が、駆動軸４２に取り付けられる駆動歯車４４に噛合し、回転工具２８が、サーボモータ４６によって回転駆動される。

所定の工具装着部２４には、図２に示すように、ポリゴンカッタ５４を、工具主軸を備えたホルダ６０を介して装着することができる。ホルダ６０の工具主軸にポリゴンカッタ５４が装着され、ホルダ６０内の動力伝達を介してポリゴンカッタ５４（工具主軸）に連結される被動歯車６２が、駆動歯車４４に噛合することによって、ポリゴンカッタ５４が、 サーボモータ４６によって回転駆動される。

タレット１４を旋回させて、ポリゴンカッタ５４を選択し、ワークＷを把持し、主軸モータによって回転駆動される主軸とポリゴンカッタ５４とを同期して回転させ、位相関係を維持することによって、ポリゴン加工を行い、ワークＷの外周面に対して楕円や多角形等を形成することができる。ポリゴン加工は、ワークＷの回転数とポリゴンカッタ５４の回転数とが所定の比率となるように、工具主軸と主軸とが回転駆動される。例えば、ワークの外周面に四角形を形成する場合は、ワークを１回転させる間に、その角数の半分である２枚の刃物を配置したポリゴンカッタを２回回転させることで形成する。また例えば、ワークの外周面に六角形を形成する場合は、ワークを１回転させる間に、その角数の半分である３枚の刃物を例えば三角形状を構成するように配置したポリゴンカッタを３回回転させることで形成する。

タレット１４を旋回させて、旋削工具２６を選択することによって、主軸の軸線を中心とした一般的なワークＷの切削加工を行うことができる。例えば、外径バイトを用いたワークの外径加工、ワークの外周面に生じたバリ取り加工などがある。

図３は、本発明の実施例に係るポリゴン加工方法を実行可能な制御手段を示すブロック図である。工具主軸及び主軸は、図３に示される制御手段によって駆動制御される。この制御手段は、本実施形態においては、数値制御（ＮＣ）旋盤に装備されるＮＣ装置７０から構成される。ただしＮＣ装置とは別の他の制御装置を使用することもできる。

ＮＣ装置７０は、入力部７２、表示部７４、処理部（ＣＰＵ）７６、記憶部（ＲＯＭ７８およびＲＡＭ８０）ならびに駆動制御部８２等を備える。

制御装置（ＮＣ装置７０）は、ＣＰＵ７６が、ＲＯＭ７８またはＲＡＭ８０に記憶された各種データや加工プログラム等に基づいて、駆動制御部８２に作動指令を出力し、駆動制御部８２が、ＣＰＵ７６からの作動指令に基づき、タレット刃物台１０の割出駆動源（サーボモータ）３２および回転駆動源（サーボモータ）４６や、主軸を回転駆動する主軸モータ等の駆動機構８８をそれぞれに制御し、タレット１４の旋回や、回転工具２８（工具主軸）や主軸の回転を作動させる。

図４は、本発明の実施例によるポリゴン加工方法の動作フローを示すフローチャートである。以下、主軸と工具主軸との同期比すなわち同期を維持した状態における回転速度（回転数）の比を、「第１の比率」や「第２の比率」といったように、「比率」という用語を用いて説明する。

まず、ステップＳ１０１において、ワークＷを把持する主軸の回転数とポリゴンカッタ５４が装着された工具主軸の回転数とが第１の比率を有するよう主軸と工具主軸とを同期回転させ、ポリゴンカッタ５４によって第１のポリゴン加工を行う。第１の比率は、必要な形状（例えば多角形）にポリゴン加工するために、必要な値に設定される。

第１のポリゴン加工の後、ステップＳ１０２において、主軸の回転数と工具主軸の回転数とが第１のポリゴン加工時の第１の比率とは異なる第２の比率を有するよう主軸と工具主軸とを同期回転させ、第１のポリゴン加工後のワークに対して切削加工を行う。ステップＳ１０２における切削加工に際しては、工具主軸に装着されたポリゴンカッタを予め退避させておく。ここで、切削加工において用いられる「第２の比率」について説明すると次の通りである。

切削加工は、 ポリゴンカッタ５４が使用されないため、主軸と工具主軸との同期は必要なく、ワーク加工の時間短縮等を図るべく、主軸の回転数をポリゴン加工時に比べて、高く設定することができる。例えば、細物のワークなど材料径が小さい場合には切削時におけるワークの回転数を高くした方がより効率的である。一方ポリゴンカッタが装着された工具主軸の最大回転数は、ワークを把持する主軸の最大回転数に比べて、許容された最大回転数は低い。このため、ステップＳ１０１のポリゴン加工時における主軸の回転数と工具主軸の回転数との間の上記第１の比率を維持したまま同期回転をして切削加工を行おうとすると、同期する工具主軸の許容最大回転数に制限される形で主軸の回転数も制限されてしまうので、ワークの回転数を十分に高くすることができない。そこで本発明では、ステップＳ１０２の切削加工時においては主軸と工具主軸との同期比を、切削加工する際に必要となる主軸の回転数が、同期する工具主軸に許容された最大回転数を超えない範囲内で収まるように設定される。一例を挙げると、ワークの外周面に四角形を形成する場合は、ステップＳ１０１の第１のポリゴン加工時ではワークを１回転させる間にポリゴンカッタを２回回転させる同期を行うが、ステップＳ１０２の切削加工時ではワークを例えば５回転させる間にポリゴンカッタが１回転する同期を行う、といったようにポリゴン加工と切削加工とで同期比を変更する。

ステップＳ１０２の切削加工の後、ステップＳ１０３において、主軸の回転数と工具主軸の回転数とが第２のポリゴン加工に必要な比率を有するように主軸と工具主軸とを同期回転させ、ポリゴンカッタによって第２のポリゴン加工を行う。第２のポリゴン加工時の比率としてステップＳ１０１のときの第１の比率と同一の比率とすることができる。

上述の各処理を実行するポリゴン加工装置は、ワークを把持する主軸と、ポリゴンカッタが装着された工具主軸と、主軸および工具主軸を回転制御する制御手段と、を備える。ここで、制御手段は、主軸の回転数と工具主軸の回転数とが、第１のポリゴン加工を行うために必要な上記第１の比率を有するよう主軸と工具主軸とを同期回転させる制御を行って、ワークに対してポリゴンカッタにより第１のポリゴン加工を行う処理（ステップＳ１０１）、第１のポリゴン加工後、主軸の回転速度と工具主軸の回転速度とが上記第２の比率を有するよう主軸と工具主軸とを同期回転させる制御を行って、第１のポリゴン加工後のワークに対して切削加工を行う処理（ステップＳ１０２）、切削加工後、主軸の回転速度と工具主軸の回転速度とが第２のポリゴン加工を行うために必要な比率を有するよう主軸と工具主軸とを同期回転させる制御を行って、切削加工後のワークに対してポリゴンカッタにより第２のポリゴン加工を行う処理（ステップＳ１０３）、の上記各処理を実行するよう、主軸および工具主軸の回転を制御する。ステップＳ１０３の切削加工においては、工具主軸の回転速度に対して上記第２の比率を有する主軸の回転速度は、切削加工に必要となる主軸の回転数が、工具主軸の回転数が当該工具主軸に許容された最大回転速度を超えない範囲内に収まるように設定される。

以上説明したように、ステップＳ１０１の第１のポリゴン加工では、第１のポリゴン加工に必要な第１の比率で同期回転を行い、ステップＳ１０２のポリゴンカッタ以外の工具による切削加工では、工具主軸を最大回転数よりも低い回転数で回転させても、切削加工に必要な回転数で主軸が回転できるような第２の比率で同期回転を行い、ステップＳ１０３のポリゴンカッタによる第２のポリゴン加工では、第２のポリゴン加工に必要な比率で同期回転を行う。第２のポリゴン加工の際に、第１の比率で同期回転を行うように設定することもできる。各ステップの処理は主軸および工具主軸の同期回転を停止しないで行うので、ワークとポリゴンカッタとは、常時同期回転しており、ワークの外周面に対して２種類のポリゴン加工を行う場合、ワークとポリゴンカッタとの位相を容易に一致させることができ、したがってワークの外周面に所定の位相関係で複数のポリゴン形状を正確且つ短時間に形成することができる。

なお同期比が、主軸が所定の定点、例えば主軸の回転角度が０度の位置となる主軸原点で、変更されるように構成されることによって、所定の定点で主軸と工具主軸の位相関係が常に一定となるため、第１ポリゴン加工時と第２ポリゴン加工時の位相合わせを、主軸が前記所定の定点に位置するタイミングで容易に行うことができる。また同期比の変更は、前記所定の定点で連続的に、または主軸を一旦停止させて行うことができる。主軸を一旦停止させて同期比の変更を行うことによって、主軸と工具主軸の位相関係の維持を容易且つ確実に行うことができ、前記所定の定点で連続的に同期比の変更を行うことによって、加工を円滑に連続的に行うことができる他、主軸および工具主軸の駆動に用いられる消費電力は回転を完全に停止する場合よりも少なくてすむ利点がある。

図５は、本発明の実施例によるポリゴン加工方法により主軸によって把持されたワークＷに対して、工具主軸に連結され、３枚の刃物６６を備えたポリゴンカッタ５４を用いて２種類のポリゴン加工を施す一例を説明する図である。図５（ａ）に示すようにワーク２の外周面に対して大小異なる２つの六角形を同じ位相で形成する場合について説明する。

まず、ステップＳ２０１において、外径バイト５７を割り出し、主軸に把持されたワークＷをガイドブッシュ５５によって案内して、ワークＷに対し、外径加工（切削加工）を行う。次いで、ステップＳ２０２において、ポリゴンカッタ５４を割り出し、ワークＷの外径加工された部分に、ステップＳ２０３に示すように六角形を形成する第１のポリゴン加工を行う。ステップＳ２０３における第１のポリゴン加工では、第１のポリゴン加工に必要な第１の比率で主軸と工具主軸との同期回転を行う。次いで、ステップＳ２０４において、外径バイト５７を割り出し、ワークＷに対し、外径加工（切削加工）を行う。ステップＳ２０４のポリゴンカッタ以外の工具となる外径バイト５７による切削加工では、工具主軸を最大回転数よりも低い回転数で回転させても、切削加工に必要な回転数で主軸が回転できるような第２の比率で同期回転を行う。そして、ステップＳ２０５に示すようにポリゴンカッタ５４を割り出し、ワークＷに六角形を形成する第２のポリゴン加工を行う。ステップＳ２０５における第２のポリゴン加工では、第２のポリゴン加工に必要な比率で主軸と工具主軸との同期回転を行う。本実施例の場合、第１のポリゴン加工と第２のポリゴン加工とで相似の六角形を同じ位相で形成するため、第２のポリゴン加工に際には、第１のポリゴン加工の場合と同一の第１の比率で同期回転を行う。第１のポリゴン加工を行う際と第２のポリゴン加工を行う際とで、ポリゴンカッタ５４の位相とワークＷの位相が一致するため、第１のポリゴン加工に対して、予め定められた位相で第２のポリゴン加工を行うことができる。

第１のポリゴン加工と第２のポリゴン加工との間に、ポリゴンカッタ５４（工具主軸）とワークＷ（主軸）とで位相が無関係な切削加工が行われる場合であっても、主軸と工具主軸の同期比を変更するのみで、ワークＷの外周面に対して、互いに所定の位相関係を有するポリゴン加工を簡単に行うことができる。

１０ タレット刃物台
１２ 刃物台本体
１４ タレット
２０ 頭部
２２ 軸部
２４ 工具装着部
２６ 旋削工具
２８ 工具主軸２８
３２ サーボモータ
３８ 係合
４２ 駆動軸
４４ 駆動歯車
４６ サーボモータ
４８ ホルダ
５０ 被動歯車
５４ ポリゴンカッタ
５５ ガイドブッシュ
５７ 外径バイト
６０ ホルダ
６２ 被動歯車
６６ 刃物
７０ ＮＣ装置
７２ 入力部
７４ 表示部
７６ ＣＰＵ
７８ ＲＯＭ
８０ ＲＡＭ
８２ 駆動制御部
８４ 可動構造体
８６ 選択動作記憶領域
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. 回転する主軸により把持されたワークに対して、前記主軸に対して同期回転する工具主軸に装着されたポリゴンカッタによって前記主軸と前記工具主軸との位相関係を維持して第１のポリゴン加工を行った後、前記ポリゴンカッタ以外の工具による加工を行い、当該加工後に、前記ポリゴンカッタによって前記主軸と前記工具主軸との位相関係を維持して第２のポリゴン加工を行うポリゴン加工方法であって、
   前記主軸の回転数と前記工具主軸の回転数とが第１のポリゴン加工に必要な比率となるよう前記主軸と前記工具主軸とを同期回転させて第１のポリゴン加工を行う第１のポリゴン加工ステップと、
   前記第１のポリゴン加工ステップの後、前記工具主軸を最大回転数を越えない回転数で回転させて、前記主軸が前記加工に必要な回転数で回転できるような第２の同期の比率に変更して前記主軸と前記工具主軸とを同期回転させ、前記第１のポリゴン加工後の前記ワークに対して加工を行う加工ステップと、
   前記加工ステップの後、前記主軸の回転数と前記工具主軸の回転数とが前記第２のポリゴン加工に必要な比率となるよう前記主軸と前記工具主軸とを同期回転させて第２のポリゴン加工を行う第２のポリゴン加工ステップと、
   を備え、
   前記主軸の回転位置が所定の定点に位置するタイミングで前記同期の比率が変更されることにより、前記所定の定点で前記主軸と前記工具主軸との前記位相関係が一定となることを特徴とするポリゴン加工方法。
2. 前記第１又は第２のポリゴン加工に必要な同期の比率と、前記第２の同期の比率との間の同期の比率の変更は、前記主軸の回転位置が所定の定点に位置するタイミングで実行されることを特徴とする請求項１に記載のポリゴン加工方法。
3. 前記第２の比率が、前記主軸の回転数が、前記工具主軸の回転数より高くなるように設定される請求項１または２に記載のポリゴン加工方法。
4. ワークを把持する主軸と、ポリゴンカッタが装着された工具主軸と、前記主軸および前記工具主軸を回転制御する制御手段とを備え、前記ワークに対して、前記ポリゴンカッタによって第１のポリゴン加工を行った後、前記ポリゴンカッタ以外の工具による加工を行い、当該加工後に、前記ポリゴンカッタによって第２のポリゴン加工を行うように構成され、前記主軸と前記工具主軸とを同期して回転させ、前記主軸と前記工具主軸との位相関係を維持して前記ワークの加工を行うポリゴン加工装置であって、
   前記制御手段は、前記第１又は第２のポリゴン加工に必要な同期の比率と、前記工具主軸を最大回転数を越えない回転数で回転させて、前記主軸が前記加工に必要な回転数で回転できるような第２の同期の比率との間で、前記主軸の回転位置が所定の定点に位置するタイミングで前記同期の比率を変更することにより、前記所定の定点で前記主軸と前記工具主軸との前記位相関係を一定とする同期比変更手段を備え、
   前記第１のポリゴン加工後、第２の比率で前記主軸と前記工具主軸とを同期して回転させて加工を行い、前記加工後、同期の比率を変更して第２のポリゴン加工を行うように構成されたことを特徴とするポリゴン加工装置。

Images