JP7446745B2 - ねじ軸の加工方法 - Google Patents
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Description
工具を保持して回転させる工具主軸と、軸状ワークを把持して回転させるワーク主軸と、前記ワーク主軸と対向するように配設され、前記軸状ワークを回転可能に支持する支持装置とを少なくとも備えた複合加工機械を用い、
前記軸状ワークの一方端を前記ワーク主軸により把持し、前記軸状ワークの他方端を前記支持装置により支持した状態で、当該軸状ワークを前記ワーク主軸によって回転させると共に、前記工具主軸に回転工具を装着して回転させ、該回転工具を前記軸状ワークの軸方向に沿って移動させることにより、前記軸状ワークにねじ溝を加工するようにしたねじ軸の加工方法に係る。
但し、±はねじ溝を正面から見た場合のねじ溝の傾斜によって定まり、ねじ溝が右側に下り傾斜となっているときは+、左側に下り傾斜となっているときは-である。また、dは軸状ワークに対する加工直径[mm]、pはねじ溝のピッチ[mm]である。また、B0は、前記X軸を中心として前記回転工具を旋回させることが可能なとき、前記回転工具と前記軸状ワーク以外の構造体との干渉を避けるために、機械構成に応じて決定される、水平面に対する前記回転工具の回転中心軸の角度[°]であり、Bは、前記X軸を中心として前記回転工具を旋回させることができないときの、水平面に対する前記回転工具の回転中心軸の角度[°]である。つまり、前記X軸を中心とした前記回転工具の旋回角度が0°である場合には、B=B0となる。
[複合加工機]
<複合加工機の基本的構成>
前記複合加工機2は、ベッド(図示せず)と、このベッド(図示せず)上に、図1に示した矢示Z軸方向に移動可能に配設されたコラム(図示せず)と、同じくベッド(図示せず)上に配設された第1主軸台8、第2主軸台10及び刃物台15などから構成される汎用の加工機であって、更に、第2主軸台10の上方に配設された収容装置60などを備えている。
前記コラム(図示せず)は、X軸及びY軸方向に移動可能にクイル6を保持しており、このクイル6には工具主軸7が設けられ、工具主軸7には、研削ユニット40の他各種工具が装着されるようになっている。そして、研削ユニット40は、前記収容装置60に収容されるようになっており、所定の動作によって工具主軸7への着脱が行なわれる。また、研削ユニット40以外の工具は適宜位置に設けられた工具マガジン(図示せず)に格納されており、この工具マガジン(図示せず)の近傍の工具交換位置に配設された工具交換装置(図示せず)によって、工具主軸7への着脱が行なわれる。また、この工具主軸7は、Y軸と平行な回転軸を中心に回転可能にクイル6に保持されている。
前記第1主軸台8は第1主軸9を回転自在に保持するとともに、内部に第1主軸9を回転させる駆動モータを備えており、同様に第2主軸台10は第2主軸11を回転自在に保持するとともに、内部に第2主軸10を回転させる駆動モータを備えている。そして、これら第1主軸台8及び第2主軸台10は相互に対向し、且つ第1主軸9と第2主軸11の軸線が同軸となるように配設され、また、第2主軸台10は第1主軸台8に対して、Z軸方向に進退可能になっている。
前記第1主軸9には第1チャック20が装着され、また、前記第2主軸11には第2チャック25が装着されており、これら第1チャック20及び第2チャック25により、軸状ワークWを把持する。尚、第1チャック20及び第2チャック25は同じ構成を備えている。したがって、以下では、代表して第1チャック20についてその構成を説明し、第2チャック25の対応する構成要素については括弧書きでその符号を付す。
前記刃物台15は、図1に示すように、矢示X軸方向、Z軸方向及びY’軸方向に移動可能になっており、第1チャック20側の端面に、前記Z軸に平行な回転軸を中心として回転可能にタレット16を保持している。タレット16は周面が平面状の取付面となった多角柱体から構成され、図1及び図2等に示すように、当該取付面に振れ止めユニット70が取り付けられている。尚、Y’軸は前記Y軸に対して所定の角度だけ、操作側に向けて前下がりとなるように傾斜している。また、刃物台15はX軸方向の移動とY’軸方向の移動との複合動作によってY軸方向(水平方向)への移動が創成されるようになっている。
前記振れ止めユニット70は、図11及び図13に示すように、一組の振れ止め装置72と、この振れ止め装置72を適宜間隔を空けて連結する連結板71と、前記振れ止め装置72に圧力流体を供給する圧力流体供給源とを備えて構成され、前記一組の振れ止め装置72は前記Z軸に沿って配設されている。尚、図11では、軸状ワークWの図示を省略している。
前記研削ユニット40は、図5に示すように、回転軸45と、この回転軸45を、その一方端が外部に延出した状態で、ベアリング46によって回転自在に支持するハウジング41と、回転軸45の前記一方端に取り付けられたねじ溝研削砥石55と、回転軸45に装着されたロータ49と、ロータ49の径方向外方に位置するようにハウジング41に保持されたステータ50などを備えて構成される。このロータ49及びステータ50は駆動モータを構成するもので、外部から供給される電力によって、ロータ49、このロータ49が取り付けられる回転軸45、及び回転軸45に取り付けられたねじ溝研削砥石55が回転する。尚、ステータ50には、可撓性を有する保護チューブ56により保護されたケーブルが接続されており、このケーブルを介して前記ステータ50に電力が供給される(図6~図8等参照)。
前記収容装置60は、図1に示すように、第2主軸台10の上方に配設されている。この収容装置60は、図1、図6-図10に示すように、研削ユニット40を出し入れするための開口を有し、内部に研削ユニット40が収容される空間を有する収容体61と、収容体61の開口部を開閉する蓋体63と、前記収容体61内に配設される開閉機構62、進退機構67、プーリ65、スライド・付勢部66及び係止部材69などから構成される。
前記定寸装置90は、図17-図20に示すように、前記第1主軸台8に沿って配設され、加工領域から隔離された格納領域を有するカバー体107内に格納される。このカバー体107は蓋体108によって開閉される開口を備えており、蓋体108はエアシリンダなどの適宜駆動源(図示せず)により駆動されて前記開口を開閉する。
ねじ軸測定装置110は、図26及び図28に示すように、測定位置において、ねじ溝が形成された軸状ワークWと対峙し、且つ光軸が相互に平行になるように配設された第1撮像カメラ111及び第2撮像カメラ112、ねじ軸Wを挟んで前記第1撮像カメラ111及び第2撮像カメラ112の撮像方向とはそれぞれ逆方向から撮像部位を照明する第1照明装置113及び第2照明装置114、並びに、これら第1、第2撮像カメラ111,112及び第1、第2照明装置113,114を保持するフレーム115から構成される測定ユニットと、前記第1撮像カメラ111及び第2撮像カメラ112によって撮像される画像を取り込む画像入力部116と、この画像入力部116の取り込みを制御する測定動作制御部117と、画像入力部116によって取り込まれた画像データを基に、ねじ軸Wのねじ部の寸法を算出する寸法算出部118とから構成される。尚、以下において、ねじ溝が形成された軸状ワークWを特に「ねじ軸W」という。
D=Ya1+Yp+Yb1+Δ
寸法算出部118は、この算出式によってねじ溝の有効径Dを算出する。
まず、本例では、ねじ軸Wを加工するための材料として、一般的な材質の長尺の軸状ワークWが用いられる。この軸状ワークWは、両端面にセンタ穴が穿孔され、且つ予めその表面に焼き入れ加工が施されており、その径方向の所定深さにおいて、設定された硬度を有している。また、この軸状ワークWは、少なくともねじ溝が形成されるべき外周面に研削加工が施されている。
但し、±はねじ溝を正面から見た場合のねじ溝の傾斜によって定まり、ねじ溝が右側に下り傾斜となっているときは+、左側に下り傾斜となっているときは-である。また、dは軸状ワークWに対する加工直径[mm]、pはねじ溝のピッチ[mm]である。また、B0は、図30(a)に示すように、前記X軸を中心としてA軸回りにミーリング工具TMを旋回可能な構成のときに、前記ミーリング工具TMの切削作用部(刃部)が前記軸状ワークWの頂部において形成されるべきねじ溝に当接可能であり、且つ、前記軸状ワークW以外の構造体との干渉を避けるために、機械構成に応じて決定される、水平面に対する前記ミーリング工具TMの回転中心軸の角度[°]であり、このような条件が満たされる任意の角度である。尚、このとき、ミーリング工具TMの回転中心軸を含む垂直面は前記頂部におけるねじ溝に対して直交した状態となっている。また、Bは、前記X軸を中心としてミーリング工具TMをA軸回りに旋回させることができない構成のときの、水平面に対する前記ミーリング工具TMの回転中心軸の角度[°]と言い換えることができ、前記X軸を中心とした前記ミーリング工具TMの旋回角度が0°である場合には、B=B0となる。
但し、Dは工具径[mm]である。また、Cは置換式であり以下で表わされる。
また、角度Aはねじ溝のリード角であり、以下の数式によって算出される。
以上ようにして、軸状ワークWにねじ溝が形成され、ねじ軸Wとなると、次に、上述したねじ軸測定装置110により、ねじ溝の加工精度が測定される。即ち、まず、前記測定動作制御部117による制御の下で、適宜移送装置により、測定ユニットが測定位置に移送される。そして、この測定動作制御部117による制御の下で、複合加工機2の第1主軸9及び第2主軸11の回転を制御して、ねじ軸Wを初期の回転位置として設定された角度位置に割り出した後、画像入力部116を介して、第1撮像カメラ111から第1の画像を入力すると共に、第2撮像カメラ112から第2の画像を入力する。ついでねじ軸Wを、その軸線を中心として180°反転させた後、第1撮像カメラ111から第3の画像を入力する。
D=Ya1+Ya3+Δ
寸法算出部118は、この算出式によってねじ溝の有効径Dを算出する。
2 複合加工機
3 制御装置
4 複合加工機制御部
7 工具主軸
8 第1主軸台
9 第1主軸
10 第2主軸台
11 第2主軸
15 刃物台
16 タレット
20 第1チャック
22 把持爪
23 把持面
25 第2チャック
27 把持爪
28 把持面
30 ロータリドレッサ
31 渦流センサ
32 第1ポイントドレッサ
33 第2ポイントドレッサ
40 研削ユニット
41 ハウジング
45 回転軸
49 ロータ
50 ステータ
55 研削砥石
60 収納装置
61 収容体
62 開閉機構
63 蓋体
65 プーリ
66 スライド・付勢部
67 進退機構
67a ツール保持部
70 振れ止めユニット
72 振れ止め装置
73 基台
74 受部材
74a V字状溝
75 押え部材
75a V字状溝
76 ガイドピン
77 クランプ機構
90 定寸装置
91 測定ヘッド
92 測定子
93 移送装置
94 直線移送機構
103 旋回機構
104 回転軸
105 旋回アーム
106 アクチュエータ
110 ねじ軸測定装置
111 第1撮像カメラ
112 第2撮像カメラ
113 第1照明装置
114 第2照明装置
115 画像入力部
116 測定動作制御部
117 寸法算出部
Claims (9)
- ボールねじのねじ軸を加工する方法であって、
工具を保持して回転させる工具主軸と、軸状ワークを把持して回転させるワーク主軸と、前記ワーク主軸と対向するように配設され、前記軸状ワークを回転可能に支持する支持装置とを少なくとも備え、前記ワーク主軸及び支持装置により、前記軸状ワークを水平方向であるZ軸に沿わせた状態で支持するように構成されると共に、前記工具主軸を、鉛直方向であるX軸方向、前記Z軸方向及びX軸方向に直交するY軸方向並びにZ軸方向に移動可能に構成された複合加工機械を用い、
前記軸状ワークの一方端を前記ワーク主軸により把持し、前記軸状ワークの他方端を前記支持装置により支持した状態で、該軸状ワークを前記ワーク主軸によって回転させると共に、前記工具主軸に回転工具を装着して回転させながら、該回転工具を前記軸状ワークの軸方向に沿って移動させることにより、前記軸状ワークにねじ溝を加工し、
前記ねじ溝の加工では、前記回転工具の切削作用部を、
前記軸状ワークの中心軸方向視で、前記軸状ワークの中心位置を通るX軸に平行な仮想線と前記回転工具の回転中心軸とが一致する状態で前記切削作用部が前記軸状ワークに接触する前記回転工具の位置から前記回転工具がX軸方向及びY軸方向の両方に移動した位置において、
前記軸状ワークに接触させた状態で、該回転工具を前記軸状ワークの軸方向に沿って移動させることにより、前記軸状ワークにねじ溝を加工するようにしたことを特徴とするねじ軸の加工方法。 - 前記回転工具の切削作用部を、前記軸状ワークの中心軸と直交するX軸-Y軸平面において、軸状ワークの中心位置を原点として、以下の数式によって算出される座標位置Xcp,Ycpに接触させるとともに、前記回転工具の回転中心軸をX軸-Z軸平面内において前記Z軸に対して、以下の数式によって算出される角度Bだけ傾斜させた状態で、該回転工具を前記Z軸に沿って移動させることにより、前記軸状ワークにねじ溝を加工するようにしたことを特徴とする請求項1記載のねじ軸の加工方法。
但し、±はねじ溝を正面から見た場合のねじ溝の傾斜によって定まり、ねじ溝が右側に下り傾斜となっているときは+、左側に下り傾斜となっているときは-である。また、dは軸状ワークに対する加工直径[mm]、pはねじ溝のピッチ[mm]である。また、B0は、前記X軸を中心として前記回転工具を旋回させることが可能なとき、前記回転工具と前記軸状ワーク以外の構造体との干渉を避けるために、機械構成に応じて決定される、水平面に対する前記回転工具の回転中心軸の角度[°]である。 - 前記軸状ワークは、予めその表面に焼き入れ加工が施された後、少なくともねじ溝が形成されるべき外周面に研削加工が施されていることを特徴とする請求項1又は2記載のねじ軸の加工方法。
- 前記回転工具を用いたねじ溝の切削加工後、前記回転工具に代えて研削砥石を前記工具主軸に装着し、前記軸状ワークを前記ワーク主軸によって回転させると共に、該研削砥石を前記軸状ワークの軸方向に沿って移動させることによって前記ねじ溝を研削加工するようにしたことを特徴とする請求項3記載のねじ軸の加工方法。
- 前記支持装置は、前記軸状ワークを把持して回転させることができるように構成されていることを特徴とする請求項1乃至4記載のいずれかのねじ軸の加工方法。
- 前記複合加工機械は刃物台を有するとともに、該刃物台には前記軸状ワークを回転可能に保持する振止装置が配設されており、該振止装置により軸状ワークを保持した状態で、前記ねじ溝の加工を行うようにしたことを特徴とする請求項1乃至5記載のいずれかのねじ軸の加工方法。
- 前記刃物台を前記工具主軸の軸方向への移動に同期させて該軸方向に移動させるようにしたことを特徴とする請求項6記載のねじ軸の加工方法。
- 回転工具を保持して回転させる工具主軸と、
軸状ワークを把持して回転させるワーク主軸と、
前記ワーク主軸と対向するように配設され、前記軸状ワークを回転可能に支持する支持装置と、
前記工具主軸及び前記ワーク主軸を少なくとも制御する制御装置と、を備え、
前記ワーク主軸及び支持装置により、前記軸状ワークを水平方向であるZ軸に沿わせた状態で支持するように構成されると共に、前記工具主軸を、鉛直方向であるX軸方向、前記Z軸方向及びX軸方向に直交するY軸方向並びにZ軸方向に移動可能に構成され、ボールねじのねじ軸を加工する工作機械であって、
前記制御装置は、
前記軸状ワークの一方端を前記ワーク主軸により把持し、前記軸状ワークの他方端を前記支持装置により支持した状態で、該軸状ワークを前記ワーク主軸によって回転させると共に、前記工具主軸に回転工具を装着して回転させながら、該回転工具を前記軸状ワークの軸方向に沿って移動させることにより、前記軸状ワークにねじ溝を加工し、
前記ねじ溝の加工では、前記回転工具の切削作用部を、
前記軸状ワークの中心軸方向視で、前記軸状ワークの中心位置を通るX軸に平行な仮想線と前記回転工具の回転中心軸とが一致する状態で前記切削作用部が前記軸状ワークに接触する前記回転工具の位置から前記回転工具がX軸方向及びY軸方向の両方に移動した位置において、
前記軸状ワークに接触させた状態で、該回転工具を前記軸状ワークの軸方向に沿って移動させることにより、前記軸状ワークにねじ溝を加工する処理を実行するように構成された、工作機械。 - 回転工具を保持して回転させる工具主軸と、軸状ワークを把持して回転させるワーク主軸と、前記ワーク主軸と対向するように配設され、前記軸状ワークを回転可能に支持する支持装置とを備え、前記ワーク主軸及び支持装置により、前記軸状ワークを水平方向であるZ軸に沿わせた状態で支持するように構成されると共に、前記工具主軸を、鉛直方向であるX軸方向、前記Z軸方向及びX軸方向に直交するY軸方向並びにZ軸方向に移動可能に構成され、ボールねじのねじ軸を加工する工作機械に用いられるプログラムであって、
前記軸状ワークの一方端を前記ワーク主軸により把持し、前記軸状ワークの他方端を前記支持装置により支持した状態で、該軸状ワークを前記ワーク主軸によって回転させると共に、前記工具主軸に回転工具を装着して回転させながら、該回転工具を前記軸状ワークの軸方向に沿って移動させることにより、前記軸状ワークにねじ溝を加工し、
前記ねじ溝の加工では、前記回転工具の切削作用部を、
前記軸状ワークの中心軸方向視で、前記軸状ワークの中心位置を通るX軸に平行な仮想線と前記回転工具の回転中心軸とが一致する状態で前記切削作用部が前記軸状ワークに接触する前記回転工具の位置から前記回転工具がX軸方向及びY軸方向の両方に移動した位置において、
前記軸状ワークに接触させた状態で、該回転工具を前記軸状ワークの軸方向に沿って移動させることにより、前記軸状ワークにねじ溝を加工する処理を実行するように構成された、プログラム。
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