JP6865413B2 - Ｎｃ旋盤及びこれを用いた切削加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、被加工物を高精度に加工することができるＮＣ旋盤及びこれを用いた切削加工方法に関する。

被加工物を例えば非円形形状に加工するＮＣ旋盤（及びこれを用いた加工方法）として、回転切削工具を用いたものが提案されている。このＮＣ旋盤は、被加工物を保持するためのチャック手段が装着された主軸と、主軸を回転自在に支持する主軸台と、主軸を回動させるための主軸駆動源と、被加工物を切削加工するための回転切削工具と、回転切削工具が取り付けられた支持テーブルと、回転切削工具を回動させるための工具回転用駆動源とを備え、主軸台と支持テーブルのいずれか一方が他方に対して第１の方向（例えば、Ｚ軸方向）に相対的に移動自在に旋盤本体に支持され、また主軸台と支持テーブルのいずれか一方がそれらの他方に対して第１の方向に対して実質上垂直な第２の方向（例えば、Ｘ軸方向）に移動自在に旋盤本体に支持されている。

このＮＣ旋盤においては、主軸（これと一体的にチャック手段及び被加工物）が主軸駆動源によって回動され、また回転切削工具が工具回転用駆動源によって回動され、この回転する回転切削工具が被加工物に作用することによって、被加工物に対する切削加工が行われる。

特開２０１２−７１３８１号公報

しかしながら、このようなＮＣ旋盤（これを用いた加工方法）では、主軸駆動源（即ち、主軸）と工具回転用駆動源（即ち、回転切削工具）とが別個独立して回転制御されるために、被加工物を所定形状に高精度に加工することが難しいという問題がある。

このＮＣ旋盤においては、支持テーブルに工具ホルダが回転自在に支持され、この工具ホルダに回転切削工具が装着される。また、切削駆動源は工具ホルダに駆動連結され、この工具ホルダを介して回転切削工具が一体的に回転される。このような支持構造を介して回転切削工具が支持テーブルに取り付けられるので、工具ホルダへの回転切削工具の取付けに誤差が生じると、工具ホルダの回転軸線と回転切削工具の中心軸線との間に位置ずれが生じ、この工具ホルダに回転切削工具が偏心して取り付けられた状態となる。従って、回転切削工具が工具ホルダの回転軸線を中心として偏心した状態で回転するために、回転切削工具の回転角度位置によって、その回転刃先部における被加工物に作用する部位の加工作用半径（換言すると、工具ホルダの回転軸線と回転刃先部の切削作用部位までの距離）が変動し、このことに起因して被加工物を高精度に加工することが難しくなる。

本発明の目的は、工具ホルダの回転軸線と回転切削工具の中心軸線との間の位置ずれの影響を少なくして被加工物を高精度で加工することができるＮＣ旋盤及びこれを用いた切削加工方法を提供することである。

本発明の請求項１に記載のＮＣ旋盤は、被加工物を保持するためのチャック手段が装着された主軸と、前記主軸を回転自在に支持する主軸台と、前記主軸を回動させるための主軸駆動源と、前記被加工物を切削加工するための回転切削工具と、前記回転切削工具が工具ホルダを介して取り付けられた支持テーブルと、前記回転切削工具を回動させるための工具回転用駆動源と、前記主軸台及び前記支持テーブルのいずれか一方をそれらの他方に対して第１の方向に相対的に移動自在に支持する第１支持機構と、前記主軸台及び前記支持テーブルのいずれか一方を前記第１支持機構を介して移動させるための第１移動駆動源と、前記主軸台及び前記支持テーブルのいずれか一方をそれらの他方に対して前記第１の方向に対して実質上垂直な第２の方向に相対的に移動自在に支持する第２支持機構と、前記主軸台及び前記支持テーブルのいずれか一方を前記第２支持機構を介して移動させるための第２移動駆動源と、前記第１移動駆動源、前記第２移動駆動源、前記主軸駆動源及び前記工具回転用駆動源を制御するためのコントローラとを備えたＮＣ旋盤において、
前記コントローラは、補正加工寸法条件を演算するための補正加工条件演算手段と、前記補正加工寸法条件を加工寸法条件として設定するための補正加工条件設定手段とを含んでおり、
前記被加工物の所定回転角度毎の前記被加工物の加工位置における前記回転切削工具のすくい面と前記被加工物の形状表面との交線を曲線として表して前記主軸の回転数と前記回転切削工具の送りに同期した点群データとしたスプライン曲線が作成され、前記スプライン曲線を用いて前記被加工物の所定回転角度毎の前記第１の方向の送り量及び前記第２の方向の第２送り量を算出して第１加工寸法条件としての切削加工データが作成され、前記コントローラは、作成された前記切削加工データに基づいて、前記第１移動駆動源を駆動して前記主軸台及び前記支持テーブルのいずれか一方を前記第１の方向に移動させるとともに、前記第２移動駆動源を駆動して前記主軸台及び前記支持テーブルのいずれか一方を前記第２の方向に移動させて前記被加工物に対する第１切削加工を行い、前記第１切削加工中においては、前記回転切削工具の回転数（ｒ）が前記主軸の回転数（Ｒ）のｎ倍又は１／ｎ倍（ｎ：「１」以上の整数）となるように前記主軸駆動源及び前記工具回転用駆動源を同期させて回転制御し、
前記補正加工条件演算手段は、前記第１加工寸法条件による前記第１切削加工後の前記被加工物の外形寸法と前記第１加工寸法条件とに基づいて、前記回転切削工具の中心軸線と前記工具ホルダの回転軸線との位置ずれを反映させた補正加工寸法条件を演算し、前記補正加工条件設定手段は、前記補正加工条件演算手段により演算された前記補正加工寸法条件を加工寸法条件として設定し、
前記コントローラは、前記補正加工条件設定手段により設定された前記補正加工寸法条件に基づいて前記第１移動駆動源及び前記第２移動駆動源を駆動して前記被加工物に対する第２切削加工を行い、前記第２切削加工中においては前記回転切削工具及び前記主軸を前記第１切削加工時と同じ回転条件で同期回転するように、また前記被加工物の特定被加工回転角度部位と前記回転切削工具の特定切削回転角度部位とを前記第１切削加工時と同様の関連付けとなるように前記主軸駆動源及び前記工具回転用駆動源を回転制御することを特徴とする。

また、本発明の請求項２に記載のＮＣ旋盤では、前記回転切削工具の切削刃先部は円形状であり、前記回転切削工具の前記切削刃先部は、前記主軸の中心軸線から所定距離上下方向上方又は下方にオフセットしていることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に記載のＮＣ旋盤を用いた切削加工方法は、被加工物を保持するためのチャック手段が装着された主軸を回転自在に支持する主軸台と、前記被加工物を切削加工するための回転切削工具が工具ホルダを介して取り付けられた支持テーブルとを備えたＮＣ旋盤を用いた切削加工方法において、
前記被加工物の所定回転角度毎の前記被加工物の加工位置における前記回転切削工具のすくい面と前記被加工物の形状表面との交線を曲線として表して前記主軸の回転数と前記回転切削工具の送りに同期した点群データとしたスプライン曲線を作成し、前記スプライン曲線を用いて前記被加工物の所定回転角度毎の第１の方向の送り量及び前記第１の方向に対して実質上垂直な第２の方向の第２送り量を算出して第１加工寸法条件を生成する第１加工寸法条件生成工程と、
工具回転軸線を中心として回転する前記回転切削工具の回転数（ｒ）を、前記被加工物を前記チャック手段を介して回転させる前記主軸の回転数（Ｒ）のｎ倍又は１／ｎ倍（ｎ：「１」以上の整数）となるように前記回転切削工具及び前記主軸の回転を同期させ、前記第１加工寸法条件の前記第１方向の送り量でもって、前記主軸台及び前記支持テーブルのいずれか一方を前記第１の方向に移動させるとともに、前記第１加工寸法条件の前記第２の方向の送り量でもって、前記主軸台及び前記支持テーブルのいずれか一方を前記第２の方向に移動させて前記被加工物を切削加工する第１切削加工工程と、
前記第１切削加工工程の後に、前記第１切削加工工程における前記第１加工寸法条件と切削加工した前記被加工物の外形寸法とに基づいて、前記回転切削工具の中心軸線と前記回転切削工具を取り付ける前記工具ホルダの回転軸線との位置ずれを算出する工具位置ずれ算出工程と、
前記工具位置ずれ算出工程の後に、第２加工寸法条件として前記回転切削工具の前記位置ずれを反映させた補正加工寸法条件を設定する補正加工条件設定工程と、
前記第１切削加工工程と同じ回転条件でもって同期回転させるとともに、前記被加工物の特定被加工回転角度部位と前記回転切削工具の特定切削回転角度部位とを前記第１切削加工工程と同様の関連付けとなるように前記回転切削工具及び前記主軸を回転制御して、前記補正加工条件設定工程にて設定した前記補正加工寸法条件でもって前記被加工物を切削加工する第２切削加工工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明の請求項１に記載のＮＣ旋盤によれば、被加工物を切削する工具として回転切削工具が用いられ、この回転切削工具が工具回転用駆動源により回転駆動され、被加工物をチャック手段を介して一体的に回動させる主軸が主軸駆動源により回転駆動され、この回転切削工具の回転数（ｒ）が主軸の回転数（Ｒ）のｎ倍又は１／ｎ倍（ｎ：「１」以上の整数）となるように同期して回転制御されるので、被加工物の被加工回転角度部位と回転切削工具の切削回転角度部位とが所定の関係に保つことができ、回転切削工具の切削点と被加工物への工具接触点とが常に同じ断面で同じようになる。
そして、第２回目の切削加工の際に、補正加工条件演算手段は、第１加工寸法条件による第１切削加工後の被加工物の外形寸法と第１加工寸法条件とに基づいて、回転切削工具の中心軸線と工具ホルダの回転軸線との位置ずれを反映させた補正加工寸法条件を演算し、補正加工条件設定手段は、この補正加工寸法条件を加工寸法条件として設定し、コントローラは、この補正加工寸法条件に基づいて第１移動駆動源及び第２移動駆動源を駆動して被加工物に対する第２切削加工を行い、第２切削加工中においては回転切削工具及び主軸を第１切削加工時と同じ回転条件で同期回転するように、また被加工物の特定被加工回転角度部位と回転切削工具の特定切削回転角度部位とを第１切削加工時と同様の関連付けとなるように主軸駆動源及び工具回転用駆動源を回転制御するので、第１回目の切削加工のときに生じた加工誤差を少なくすることができ、これによって、被加工物に対する高精度の切削加工が可能となり、例えば被加工物を非円形形状に加工する場合において効果的に働き、非円形形状に高精度に加工することが可能となる。

また、本発明の請求項２に記載のＮＣ旋盤によれば、回転切削工具の切削刃先部は、主軸の中心軸線から所定距離上下方向上方（又は下方）にオフセットしているので、非円形形状に加工を行う際に被加工物と回転切削工具とが干渉する干渉範囲を狭くすることができ、これによって、種々の非円形加工に適用することが可能となる。

また、本発明の請求項３に記載のＮＣ旋盤を用いた切削加工方法によれば、工具回転軸線を中心として回転する回転切削工具の回転数（ｒ）を主軸の回転数（Ｒ）のｎ倍又は１／ｎ倍（ｎ：「１」以上の整数）となるように回転切削工具及び主軸の回転を同期させて被加工物を第１加工寸法条件でもって切削加工し、次いで、第１加工寸法条件と切削加工した被加工物の外形寸法に基づいて、回転切削工具の中心軸線と工具ホルダの回転軸線との位置ずれを算出し、その後、第２加工寸法条件として回転切削工具の位置ずれを反映させた補正加工寸法条件を設定し、第１回目と同じ回転条件でもって回転切削工具及び主軸を同期回転させるとともに、被加工物の特定被加工回転角度部位と回転切削工具の特定切削回転角度部位とを第１切削加工工程と同様の関連付けとなるようにして被加工物を切削加工するので、回転切削工具の中心軸線と工具ホルダの回転軸線との位置ずれの影響を少なくして高精度の切削加工が可能となる。

本発明に従うＮＣ旋盤（及び本発明の切削加工方法の一例を適用したＮＣ旋盤）の一実施形態を簡略的に示す斜視図。 図１のＮＣ旋盤における回転切削工具及び被加工物の近傍を拡大して示す部分拡大斜視図。 非円形加工の際に生じる回転切削工具と被加工物との干渉を説明するための説明図。 回転切削工具と被加工物との干渉が解消されたことを説明するための説明図。 図１のＮＣ旋盤の制御系を簡略的に示すブロック図。 図１のＮＣ旋盤を用いた切削加工方法の流れを示すフローチャート。 工具ホルダに回転切削工具を取り付けたときの取付誤差を説明するための説明図。 回転切削工具の取付誤差が切削加工に与える影響を説明するための説明図。 回転切削工具の回転刃先部の切削作用部位を説明するための拡大平面図。 図６に示す切削加工方法を用いて切削加工したときの加工形状を説明するための説明図。

以下、添付図面を参照して、本発明に従うＮＣ旋盤（本発明に従う切削加工方法の一例を適用したＮＣ旋盤）について説明する。図１及び図２において、図示のＮＣ旋盤２は、工場の床面などに設置されるベッド本体４を備え、ベッド本体４の片側部（図１において右上部）には主軸部６が配設され、この主軸部６とベッド本体４との間に第１支持機構（図示せず）が介在されている。主軸部６には主軸（図示せず）が回転自在に支持され、この主軸にチャック手段８が装着され、加工すべき被加工物１０は、このチャック手段８に着脱自在に装着される。

第１支持機構は、第１の方向（主軸の軸線方向のＺ軸方向であって、図１において左下から右上の方向）に延びる一対の第１案内支持部（図示せず）を有し、かかる一対の第１案内支持部がベッド本体４の片側部上面に配設され、主軸部６は、第１支持機構の一対の案内支持部に支持され、これらに沿って第１の方向に往復移動自在である。

また、ベッド本体４の他側部（図１において左下部）には支持テーブル１２が配設され、この支持テーブル１２とベッド本体４との間に第２支持機構（図示せず）が介在されている。支持テーブル１２は矩形状であり、その上部に工具取付部１４が設けられている。この工具取付部１４には工具ホルダ１６が回転自在に装着され、かかる工具ホルダ１６に回転切削工具１８が取り付けられる。

第２支持機構は、第１の方向に対して実質上垂直な第２の方向（主軸の軸線に対して実質上垂直なＸ軸方向であって、図１において右下から左上の方向）に延びる一対の第２案内支持部（図示せず）を有し、一対の第２案内支持部がベッド本体４の他側部上面に配置され、支持テーブル１２は、第２支持機構の一対の第２案内支持部に支持され、これらに沿って第２の方向に往復移動自在である。

図５をも参照して、このＮＣ旋盤２においては、主軸部６の主軸（図示せず）に関連して、例えば電動モータから構成される第１移動駆動源２０及び主軸駆動源２２が設けられ、第１移動駆動源２０がベッド本体４に配設され、主軸駆動源２２が主軸部６に配設されている。第１移動駆動源２０と主軸部６との間には、例えばボールねじ機構（図示せず）が介在され、この第１移動駆動源２０が所定方向（又は所定方向と反対方向）に回動すると、ボールねじ機構を介して主軸部６が第１支持機構（図示せず）に沿って矢印２４（又は矢印２６）で示す方向、即ち回転切削工具１８に近接する方向（又は離隔する方向）に移動される。また、主軸駆動源２２が所定方向に回動すると、主軸及びチャック手段８が矢印２７で示す方向に回動される。尚、第１移動駆動源２０及びボールねじ機構（図示せず）に代えてリニアモータ駆動源を含むリニアモータ駆動機構を採用するようにしてもよい。

更に、支持テーブル１２の回転切削工具１８に関連して、例えば電動モータから構成される第２移動駆動源２８及び工具回転用駆動源３０が設けられ、第２移動駆動源２８がベッド本体４に配設され、工具回転用駆動源３０が支持テーブル１２に配設されている。第２移動駆動源２８と支持テーブル１２との間には、例えばボールねじ機構（図示せず）が介在され、この第２移動用駆動源２８が所定方向（又は所定方向と反対方向）に回動すると、ボールねじ機構を介して支持テーブル１２が第２支持機構（図示せず）に沿って矢印３２（又は矢印３４）で示す方向、即ちベッド本体４の背面側に向けて（又はベッド本体４の手前側に向けて）に移動される。また、工具回転用駆動源３０が所定方向に回動すると、工具ホルダ１６及び回転切削工具１８は、矢印３６（図２参照）で示す方向に回動される。尚、この実施形態では、回転切削工具１８は、図２において上から見て反時計方向（矢印３６で示す方向）に回転させているが、これとは反対に、図２において上から見て時計方向に回転させるようにしてもよい。また、この支持テーブル１２の往復動に関しても、第２移動駆動源２８及びボールねじ機構（図示せず）に代えてリニアモータ駆動源を含むリニアモータ駆動機構を採用するようにしてもよい。

このＮＣ旋盤２においては、図２及び図７〜図１０に示すように、回転切削工具１８は、断面が円形状のものから構成され、その上端部全周が回転刃先部４０として機能し、この回転刃先部４０は円形状であり、後述するように回転しながら被加工物１０の表面に作用して切削加工を行う。

また、この回転切削工具１８の回転刃先部４０は、主軸（図示せず）の中心軸線（換言すると、チャック手段８に保持された被加工物１０の中心軸線）よりも上下方向下方に所定オフセット量Ｈ（図４参照）ずれるように支持テーブル１２（具体的には、工具ホルダ１６）に取り付けられており、このように回転切削工具１８をオフセットさせることにより、切削加工時の回転切削工具１８と被加工物１０とが干渉する干渉範囲を狭くすることができ、種々の非円形加工を行うことが可能となる。

図３及び図４を参照して、回転切削工具１８と被加工物１０との干渉について説明すると、図３に示すように、主軸（図示せず）の中心点Ｏ（換言すると、被加工物１０の中心点）と回転切削工具１８の回転刃先部４０とが上下方向に一致する（主軸の中心点Ｏと回転刃先部４０とを結ぶ線Ｌ１が水平となる）ように回転切削工具１８を取り付けた場合、例えば、被加工物１０の一部が楕円状に突出する形状である（例えば、カムシャフトのカム部などである）と、回転切削工具１８と被加工物１０とが加工中に干渉するようになる。

即ち、図３に破線で示すように、被加工物１０の円弧状部及びその付近を加工するときには、回転切削工具１８の回転刃先部４０の上流側（矢印４２で示す被加工物１０の回転方向上流側）に被加工物１０の急激な突部は存在せず、回転切削工具１８と被加工物１０との相互干渉は生じないが、図３に実線で示すように、被加工物１０の楕円状突出部の先端部付近を加工するときには、回転切削工具１８の回転刃先部４０の上流側に被加工物１０の急激な突部が存在し、この急激な突部が回転切削工具１８に衝突し、被加工物１０と回転切削工具１８との相互干渉が生じるようになり（図３に斜線で示す領域４３が回転切削工具１８と干渉するようになる）、この回転切削工具１８でもって被加工物１０を加工できない。

これに対して、図４に示すように、回転切削工具１８の回転刃先部４０が主軸（図示せず）の中心点Ｏ（被加工物１０の中心点）よりも上下方向下方に所定オフセット量Ｈずれる（換言すると、回転刃先部４０を通る線Ｌ１と並行な線をＬ２とすると、線Ｌ１と線Ｌ２との間隔がＨとなる）ように回転切削工具１８を取り付けた場合、例えば、被加工物１０が図３に示すと同様の形状であったとしても、この所定オフセット量Ｈによって、回転切削工具１８と被加工物１０との相互干渉を回避することができる。

即ち、図４に破線で示すように、被加工物１０の円弧状部及びその付近を加工するときには、回転切削工具１８の回転刃先部４０の上流側（矢印４２で示す被加工物１０の回転方向上流側）に被加工物１０の急激な突部は存在せず、回転切削工具１８と被加工物１０との相互干渉は生じることはなく、また図４に実線で示すように、被加工物１０の楕円状突出部の先端部付近を加工するときにおいても、回転切削工具１８の回転刃先部４０の上流側に被加工物１０の急激な突部が存在せず、このときにも回転切削工具１８と被加工物１０との相互干渉が生じることはなく、従って、回転切削工具１８自体が同じものであっても図３及び図４に示す形状の被加工物１０を加工することが可能となる。尚、この回転切削工具１８の上下方向のオフセットは、上下方向上方にオフセットさせてもよく、上方にオフセットさせても下方にオフセットさせたと同様の作用効果が達成される。

このＮＣ旋盤２は、図５に示す制御系を備えており、後述する如くして作成されるＮＣ加工データを用いて被加工物１０（例えば、図２に示すような三次元カム）の切削加工を行うことができる。図５において、この制御系は、ＮＣ旋盤２の各種構成要素、例えば第１移動駆動源２０、主軸駆動源２２、第２移動駆動源２８及び工具回転用駆動源３０などを制御するためのコントローラ５２を備えている。コントローラ５２は、データを読み込むためのデータ読込み手段５４と、データを読み出すためのデータ読出し手段５６と、各種構成要素（第１移動駆動源２０など）を制御するための制御手段５８と、各種データを記憶するメモリ手段６０とを備えている。

また、このコントローラ５２は、更に、回転切削工具１８の工具ホルダ１６への取付誤差を反映させて加工寸法条件を後述する如く補正して補正加工寸法条件を演算するための補正加工条件演算手段６２と、演算した補正加工寸法条件を設定するための補正加工条件設定手段６４とを含んでいる。

また、ＮＣ旋盤２は、各種データを入力するための入力装置６６を備え、この入力装置６６は、操作パネルなどから構成される操作入力手段６８と、作成した加工条件データを入力するためのデータ入力手段７０とを備え、操作入力手段６８を操作入力することによって、手動操作でもって加工条件データを入力することができ、またデータ入力手段７０を用いることによって、別個のコンピュータ（図示せず）を用いて作成した加工条件データなどを入力することができる。

このＮＣ旋盤２においては、主軸（図示せず）（即ち、被加工物１０）と回転切削工具１８とを同期して回転駆動するために、更に、次のように構成されている。即ち、主軸には、その回転角度を検知するための主軸回転角度検知手段７２が設けられ、また工具ホルダ１６には、その回転角度（換言すると、これと一体的に回動する回転切削工具１８の回転角度）を検知するための工具回転角度検知手段７４が設けられ、これら回転角度検知手段７２，７４は、例えばロータリーエンコーダなどを用いることができる。主軸回転角度検知手段７２及び工具回転角度検知手段７４からの検知信号はコントローラ５２に送給される。また、コントローラ５２の制御手段５８は回転同期手段７６を含み、この回転同期手段７６は、主軸の回転と回転切削工具１８（工具ホルダ１６）の回転とを同期して回転させる。

このようにして同期回転される回転切削工具１８及び主軸（図示せず）の回転数は、次のように構成される。この回転切削工具１８の回転数（ｒ）が主軸の回転数（Ｒ）のｎ倍又は１／ｎ倍（ｎ：「１」以上の整数）となるように、例えば１倍となるように設定される。このように設定することにより、回転切削工具１８の回転刃先部４０の切削作用部位（例えば、特定作用部位）と、被加工物１０の被切削部位（例えば、特定被切削部位）とが関連付けられ、一定の関連付けを持って被加工物１０を切削加工することができる。

次に、主として図２及び図５とともに図６〜図１０を参照して、上述したＮＣ旋盤２を用いた切削加工について説明する。この切削加工方法では、回転切削工具１８の取付誤差の影響を抑えて加工することができる。

まず、回転切削工具１８の取付誤差について、図７及び図９を参照して説明する。例えば、工具ホルダ１６は、工具回転用駆動源３０の作用によって回転軸線Ｑ１を中心として回転される。この工具ホルダ１６に回転切削工具１８を取り付けた場合、その取付誤差がないとこの回転軸線Ｑ１と回転切削工具１８の中心軸線Ｑ２とは一致し、工具ホルダ１６と回転切削工具１８とは同心状に回転される。

一方、上述のように取り付けた場合に回転切削工具１８の取付誤差が発生すると、工具ホルダ１６の回転軸線Ｑ１と回転切削工具１８の中心軸線Ｑ２との間に位置ずれが生じ、その位置ずれ量は、例えば図７に示すように、工具ホルダ１６の回転軸線Ｑ１と回転切削工具１８の中心軸線Ｑ２との間隔Ｗとなる。このように位置ずれが生じると、回転切削工具１８は、工具ホルダ１６に偏心して取り付けられた状態となり、このように偏心した状態で回転すると、その回転は、例えば図９に示すようになり、工具ホルダ１６の回転軸線Ｑ１を中心として振れた状態となり、回転切削工具１８の回転角度位置によって、その回転刃先部４０における被加工物１０に作用する切削作用部位の加工作用半径（即ち、工具ホルダ１６の回転軸線Ｑ１から回転切削工具１８における回転刃先部４０の切削作用部位までの距離）が変動し、この加工作用半径の変動に起因して、被加工物１０を高精度に加工することが難しくなる。このＮＣ旋盤２では、次のようにして切削加工することにより、この加工作用変動をほぼ解消して高精度の加工が可能になる。

次に、主として図６を参照して、このＮＣ旋盤２を用いた切削加工の流れについて説明する。切削加工を行うには、まず、被加工物１０を切削加工する外形加工条件（即ち、加工寸法条件）の設定が行われる（第１加工寸法条件設定工程Ｓ１）。被加工物１０を非円形形状に加工する場合には、例えば、次のようにして加工寸法条件が作成される。この加工寸法条件の作成には、ＮＣ旋盤２の入力装置６６とは別個のコンピュータ（例えば、パソコン）（図示せず）が用いられ、このコンピュータにて加工寸法条件が作成され、その後、この加工寸法条件をコントローラ５２に読み込む際に加工に必要な命令が付加されてＮＣ加工データが作成され、作成されたＮＣ加工データがコントローラ５２のデータ読込み手段５４によりメモリ手段６０に登録される。

旋削用加工データ（例えば、第１回目の加工寸法条件）を作成するには、被加工物１０（例えば、図２に示す三次元カム）の形状に関するデータ（即ち、被加工物１０の設計データ）の読込みが行われ、このデータの読込みは、例えば、パソコンを用いて行われる。そして、図４に示す位置関係に回転切削工具１８をオフセットし、被加工物１０の所定回転角度（即ち、主軸の所定回転角度）毎の被加工物１０の加工位置を設定する。この所定回転角度は、例えば１度の角度に設定することができ、１度に設定した場合、被加工物１０の全周を３６０に分割して次の通りの作業が行われる。

各加工位置において回転切削工具１８のすくい面と被加工物１０の形状表面（例えば、三次元カムの表面）との交線を作成し、この交線をスプライン曲線として表す。このスプライン曲線については、主軸の回転数と回転切削工具１８の送りに同期した点群データを作成し、これら点群データ間については補間し、上述の交線の全体を補間するようにしてスプライン曲線を作成する。

このようにして得られた交線のスプライン曲線上に回転切削工具１８の送り量を考慮した通過点を改めてこのスプライン曲線上に作成する。このとき、回転切削工具１８の形状に起因して、その半径の影響でもって加工位置により切込みすぎる箇所が生じるために、回転切削工具１８のすくい面上においてスプライン曲線の法線方向に回転切削工具１８の半径Ｒだけオフセットした基準点軌跡点列を作成する。この場合、回転切削工具１８の中心点を基準にして回転切削工具１８の第１の方向の送り量及び第２方向の送り量が決定されるので、この基準点（回転切削工具１８の中心点）の軌跡点列が作成される。そして、この基準点軌跡点列を連結することによって、軌跡点列連結データが作成される。

その後、基準点軌跡点列を連結した軌跡点列連結データに基づいて被加工物１０の所定回転角度毎の第１の方向における送り速度が一定となる補正基準点軌跡点列を作成し、更にこの補正基準点軌跡点列を連結した補正軌跡点列連結データ（換言すると、補正基準点軌跡点列を連結したスプライン曲線）に基づいて主軸（即ち、被加工物１０）の所定回転角度毎の第２方向の送り量を算出し、第１の方向の所定送り量及び第２の方向の算出された送り量に基づいて、加工寸法条件としての旋削加工データ（第１加工寸法条件）が作成される。この切削加工データの作成方法については、特開２０１２−７１３８１号公報に開示されたものと同様の内容であり、その詳細については、特開２０１２−７１３８１号公報を参照されたい。

このようにして作成された旋削加工データが、コンピュータ（図示せず）から入力装置６６のデータ入力手段７０を介してコントローラ５２に入力され、かかる入力の際に、操作入力手段６８を入力操作して必要な命令が付加され、このようにしてＮＣ加工データ、即ち第１回目の切削加工を行う第１加工寸法条件を含む加工データがコントローラ５２のメモリ手段６０に登録される。

そして、このように登録されたＮＣ加工データを用いて第１回目の切削加工が行われる（第１切削加工工程Ｓ２）。この第１切削加工工程Ｓ２においては、被加工物１０の第１回目の加工時に、データ読出し手段５６によりメモリ手段６０から読み出され、制御手段５８は読み出されたＮＣ加工データに基づいて第１移動駆動源２０及び第２移動駆動源２８を作動制御し、これによって、主軸部６（即ち、被加工物１０）は、主軸の所定回転角度毎に第１の方向に所定送り量だけ移動するとともに、支持テーブル１２（即ち、回転切削工具１８）は、第２の方向に算出された送り量だけ移動する。このとき、制御手段５８は、主軸駆動源２２及び工具回転用駆動源３０を同期して作動制御し、被加工物１０の回転及び回転切削工具１８の回転によって、被加工物１０は、所望の三次元形状に切削加工され、回転切削工具１８の回転刃先部４０は、図２に曲線Ｙで示すように被加工物１０に作用する。

このようにして第１回目の切削加工（第１切削加工工程Ｓ２）が行われた後、被加工物１０の外形形状（外形寸法）を測定し、この測定した外形寸法（加工後の外形寸法）と加工前に設定した第１加工寸法条件とに基づいて回転切削工具１８の位置ずれ量を算出する（工具位置ずれ算出工程Ｓ３）。この算出された位置ずれ量は、例えば、操作入力手段６８により入力され、入力された位置ずれデータは、メモリ手段６０に登録される。

第１回目の切削加工においては、主軸（即ち、被加工物１０）の回転数と工具ホルダ１６（即ち、回転切削工具１８）の回転数とが所定の関係で同期回転して切削加工が行われるので、被加工物１０の被加工回転角度部位（特定被加工回転角度部位）と回転切削工具１８の回転刃先部４０の切削回転角度部位（特定切削回転角度部位）とが関連付けられて切削加工が行われ、回転切削工具１８の位置ずれ（所謂、取付誤差）が加工後の被加工物１０の外形形状（外形寸法）として現れるようになり、従って、被加工物１０の加工後の外形寸法（加工後の外形寸法）と加工前の第１加工寸法条件とに基づいて回転切削工具１８の位置ずれ量を算出することが可能となる。

この実施形態では、第１回目の加工条件データ（第１加工寸法条件を含むデータ）と同様にして第２回目の加工条件データ（第２加工寸法条件を含むデータ）が作成され、作成された加工条件データは、入力装置６８のデータ入力装置７０から入力され、第２回目の切削加工データ（第２加工寸法条件を含んだデータ）に変換されてメモリ手段６０に登録される（第２加工寸法条件入力工程Ｓ４）。

このように入力された第２回目の加工寸法条件（第２加工寸法条件）は、コントローラ６２の補正加工条件演算手段６２により、回転切削工具１８の位置ずれ量を反映した補正加工条件に補正演算され（補正加工条件演算工程Ｓ５）、２回目の切削加工における加工条件として、この補正加工条件（所謂、補正加工寸法条件）が補正加工条件設定手段６４により設定され、メモリ手段６０に登録される（補正加工条件設定工程Ｓ６）。

その後、設定された補正加工条件（補正加工寸法条件）でもって、上述したと同様にして被加工物１０に対する第２回目の切削加工が行われる（第２切削加工工程Ｓ７）。この第２回目の切削加工においても、主軸（即ち、被加工物１０）の回転数と工具ホルダ１６（即ち、回転切削工具１８）の回転数とが、第１回目の切削加工と同じ回転条件（例えば、同じ回転数）で同期回転して切削加工が行われ、このようにすることにより、第２回目の切削加工時における被加工物１０の被加工回転角度部位（特定被加工回転角度部位）と回転切削工具１８の回転刃先部４０の切削回転角度部位（特定切削回転角度部位）とが、第１回目の切削加工時と同様の関連付けでもって切削加工され、これによって、第２回目の切削加工においても回転切削工具１８の回転刃先部４０の特定切削回転角度位置が被加工物１０の特定被加工回転角度部位に作用して切削加工が行われる。

このとき、第２回目の加工条件については、第２回目の加工条件に回転切削工具１８の位置ずれ量を反映させて補正した補正加工寸法条件を含む切削加工データとなっているので、この補正加工寸法条件においては、この位置ずれ量を解消した条件となっており、それ故に、この補正加工寸法条件を用いた切削加工では、回転切削工具１８の位置ずれの切削加工に及ぼす影響を抑えることができ、その結果、被加工物１０を高精度に加工することが可能となる。

このことを図７〜図１０を参照して説明すると、例えば、回転切削工具１８を工具ホルダ１６に取り付けたときに、図７に示すように、この工具ホルダ１６の回転軸線Ｑ１に対して回転切削工具１８の中心軸線Ｑ２が距離Ｗだけ位置ずれしているとすると、この位置ずれに起因して、回転切削工具１８は、工具ホルダ１６の回転軸線Ｑ１を中心として偏心して回転して被加工物１０の表面に作用する。例えば、図８に示すように切削加工するときには、切削位置Ｐ１（Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）においては、この回転切削工具１８の回転刃先部４０の部位Ａ１（Ａ２，Ａ３，Ａ４）が作用して切削加工が行われ、このときの各切削位置Ｐ１（Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）における回転切削工具１８（回転刃先部４０）の被加工物１０に作用する部位Ａ１（Ａ２，Ａ３，Ａ４）は、図９に示す位置関係となる。

この図９において、切削位置Ｐ１（Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）における回転切削工具１８の回転刃先部４０の状態は実線（破線、一点鎖線、二点鎖線）で示す位置関係となり、回転切削工具４０の位置ずれがあると、その回転角度位置によって被加工物１０に作用する部位が変動し、高精度の切削加工が難しくなる。従って、位置ずれがあるときの被加工物１０の切削後の形状は、図８に実線で示すようになる。

この位置ずれが存在しない（即ち、工具ホルダ１６の回転中心Ｑ１と回転切削工具１８の中心軸線Ｑ２とが一致する）場合、回転切削工具４０は、図８に破線で示すように被加工物１０に作用し、その切削加工後の被加工物１０の外形形状は、図８に破線で示すようになり、この図８からも理解されるように、位置ずれが存在していると高精度に切削加工することが難しいことがわかる。

これに対して、主軸（被加工物１０）と回転切削工具１８とを同期して回動させたときには、図１０に示すように、被加工物１０の所定切削部位Ｐ１（Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４)には回転切削工具１８の所定切削作用部位が作用して切削加工が行われる。そして、このとき、回転切削工具１８の位置ずれを補正して切削加工すると、この位置ずれの切削加工に及ぼす影響をほとんどなくすことができ、加工後の形状は、図１０に実線で示すように設計データに実質上一致する形状となり、被加工物１０を高精度に加工することができる。尚、図１０において、設計データを一点鎖線Ｘで示している。

第３回目以降については、第３回目（第４回目、第５回目・・・）の加工条件（加工寸法条件）にこの位置ずれ量を反映させた補正を行うようにすればよい。このようにすることに代えて、より高精度の加工を行うときには、第１回目の切削加工後に行ったように、第３回目（第４回目、第５回目・・・）の加工条件（加工寸法条件）を補正するときに、第２回目（第３回目、第４回目・・・）の切削加工後に回転切削工具１８の位置ずれを再度算出し、この算出した位置ずれ量を用いて次の切削加工の補正加工条件（補正加工寸法条件）を設定するようにすることもできる。

尚、この実施形態では、コントローラ５２側で補正加工条件（補正加工寸法条件）を補正演算しているが、例えばコンピュータ（図示せず）側で補正加工条件（補正加工寸法条件）を作成し、この作成した補正加工条件をデータ入力装置７０を介してコントローラ５２に入力するようにしてもよい。

以上、本発明に従うＮＣ旋盤（及びこれを用いた切削加工方法）の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施例に限定されず、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。

例えば、上述した実施形態では、回転切削工具１８が取り付けられた支持テーブル１２に対して主軸部６（即ち、主軸）が第１の方向に往復移動される形態のＮＣ旋盤に適用して説明したが、このような形態のＮＣ旋盤に限定されず、主軸部６に対して支持テーブル１２が第１の方向に往復移動される形態のものにも同様に適用することができる。

また、例えば、上述した実施形態では、主軸部６（即ち、主軸）に対して支持テーブル１２が第２の方向に往復移動される形態のＮＣ旋盤に適用して説明したが、このような形態のＮＣ旋盤に限定されず、支持テーブル１２に対して主軸部６が第２の方向に往復移動される形態のものにも同様に適用することができる。

また、例えば、上述した実施形態では、回転切削工具１８により被加工物１０を非円形形状に切削加工する場合に適用して説明したが、被加工物１０を適宜の形状、例えば円形状などに切削加工する場合などに広く適用することができる。

２ ＮＣ旋盤
４ ベッド本体
６ 主軸部
１０ 被加工物
１２ 支持テーブル
１６ 工具ホルダ
１８ 回転旋削工具
２０ 第１移動駆動源
２２ 主軸駆動源
２８ 第２移動駆動源
３０ 工具回転用駆動源
５２ コントローラ
６４ 補正加工条件設定手段
７６ 回転同期手段

Claims (3)

1. 被加工物を保持するためのチャック手段が装着された主軸と、前記主軸を回転自在に支持する主軸台と、前記主軸を回動させるための主軸駆動源と、前記被加工物を切削加工するための回転切削工具と、前記回転切削工具が工具ホルダを介して取り付けられた支持テーブルと、前記回転切削工具を回動させるための工具回転用駆動源と、前記主軸台及び前記支持テーブルのいずれか一方をそれらの他方に対して第１の方向に相対的に移動自在に支持する第１支持機構と、前記主軸台及び前記支持テーブルのいずれか一方を前記第１支持機構を介して移動させるための第１移動駆動源と、前記主軸台及び前記支持テーブルのいずれか一方をそれらの他方に対して前記第１の方向に対して実質上垂直な第２の方向に相対的に移動自在に支持する第２支持機構と、前記主軸台及び前記支持テーブルのいずれか一方を前記第２支持機構を介して移動させるための第２移動駆動源と、前記第１移動駆動源、前記第２移動駆動源、前記主軸駆動源及び前記工具回転用駆動源を制御するためのコントローラとを備えたＮＣ旋盤において、
   前記コントローラは、補正加工寸法条件を演算するための補正加工条件演算手段と、前記補正加工寸法条件を加工寸法条件として設定するための補正加工条件設定手段とを含んでおり、
   前記被加工物の所定回転角度毎の前記被加工物の加工位置における前記回転切削工具のすくい面と前記被加工物の形状表面との交線を曲線として表して前記主軸の回転数と前記回転切削工具の送りに同期した点群データとしたスプライン曲線が作成され、前記スプライン曲線を用いて前記被加工物の所定回転角度毎の前記第１の方向の送り量及び前記第２の方向の第２送り量を算出して第１加工寸法条件としての切削加工データが作成され、前記コントローラは、作成された前記切削加工データに基づいて、前記第１移動駆動源を駆動して前記主軸台及び前記支持テーブルのいずれか一方を前記第１の方向に移動させるとともに、前記第２移動駆動源を駆動して前記主軸台及び前記支持テーブルのいずれか一方を前記第２の方向に移動させて前記被加工物に対する第１切削加工を行い、前記第１切削加工中においては、前記回転切削工具の回転数（ｒ）が前記主軸の回転数（Ｒ）のｎ倍又は１／ｎ倍（ｎ：「１」以上の整数）となるように前記主軸駆動源及び前記工具回転用駆動源を同期させて回転制御し、
   前記補正加工条件演算手段は、前記第１加工寸法条件による前記第１切削加工後の前記被加工物の外形寸法と前記第１加工寸法条件とに基づいて、前記回転切削工具の中心軸線と前記工具ホルダの回転軸線との位置ずれを反映させた補正加工寸法条件を演算し、前記補正加工条件設定手段は、前記補正加工条件演算手段により演算された前記補正加工寸法条件を加工寸法条件として設定し、
   前記コントローラは、前記補正加工条件設定手段により設定された前記補正加工寸法条件に基づいて前記第１移動駆動源及び前記第２移動駆動源を駆動して前記被加工物に対する第２切削加工を行い、前記第２切削加工中においては前記回転切削工具及び前記主軸を前記第１切削加工時と同じ回転条件で同期回転するように、また前記被加工物の特定被加工回転角度部位と前記回転切削工具の特定切削回転角度部位とを前記第１切削加工時と同様の関連付けとなるように前記主軸駆動源及び前記工具回転用駆動源を回転制御することを特徴とするＮＣ旋盤。
2. 前記回転切削工具の切削刃先部は円形状であり、前記回転切削工具の前記切削刃先部は、前記主軸の中心軸線から所定距離上下方向上方又は下方にオフセットしていることを特徴とする請求項１に記載のＮＣ旋盤。
3. 被加工物を保持するためのチャック手段が装着された主軸を回転自在に支持する主軸台と、前記被加工物を切削加工するための回転切削工具が工具ホルダを介して取り付けられた支持テーブルとを備えたＮＣ旋盤を用いた切削加工方法において、
   前記被加工物の所定回転角度毎の前記被加工物の加工位置における前記回転切削工具のすくい面と前記被加工物の形状表面との交線を曲線として表して前記主軸の回転数と前記回転切削工具の送りに同期した点群データとしたスプライン曲線を作成し、前記スプライン曲線を用いて前記被加工物の所定回転角度毎の第１の方向の送り量及び前記第１の方向に対して実質上垂直な第２の方向の第２送り量を算出して第１加工寸法条件を生成する第１加工寸法条件生成工程と、
   工具回転軸線を中心として回転する前記回転切削工具の回転数（ｒ）を、前記被加工物を前記チャック手段を介して回転させる前記主軸の回転数（Ｒ）のｎ倍又は１／ｎ倍（ｎ：「１」以上の整数）となるように前記回転切削工具及び前記主軸の回転を同期させ、前記第１加工寸法条件の前記第１方向の送り量でもって、前記主軸台及び前記支持テーブルのいずれか一方を前記第１の方向に移動させるとともに、前記第１加工寸法条件の前記第２の方向の送り量でもって、前記主軸台及び前記支持テーブルのいずれか一方を前記第２の方向に移動させて前記被加工物を切削加工する第１切削加工工程と、
   前記第１切削加工工程の後に、前記第１切削加工工程における前記第１加工寸法条件と切削加工した前記被加工物の外形寸法とに基づいて、前記回転切削工具の中心軸線と前記回転切削工具を取り付ける前記工具ホルダの回転軸線との位置ずれを算出する工具位置ずれ算出工程と、
   前記工具位置ずれ算出工程の後に、第２加工寸法条件として前記回転切削工具の前記位置ずれを反映させた補正加工寸法条件を設定する補正加工条件設定工程と、
   前記第１切削加工工程と同じ回転条件でもって同期回転させるとともに、前記被加工物の特定被加工回転角度部位と前記回転切削工具の特定切削回転角度部位とを前記第１切削加工工程と同様の関連付けとなるように前記回転切削工具及び前記主軸を回転制御して、前記補正加工条件設定工程にて設定した前記補正加工寸法条件でもって前記被加工物を切削加工する第２切削加工工程と、
   を含むことを特徴とするＮＣ旋盤を用いた切削加工方法。

Images