JPH03117516A - ねじ切り加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はねじ切り加工装置、特にマシニングセンタ等の
工作機械を用いて大径あるいは特殊ねじ切り加工を簡単
に行うための改良されたねじ切り加工装置に関する。

［従来の技術］ 被加工物を加工テーブルに載置固定し、この被加工物と
対向して設けられた回転工具主軸に所望の各種の工具を
着脱自在に装着して異なる種類の加工を行うマシニング
センタが汎用加工機械として広く用いられている。

このようなマシニングセンタにおいて、ねじ切り加工を
行う場合、前記回転工具主軸にタップあるいはダイスが
装着される。

第７図には、従来におけるマシニングセンタを用いたね
じ切り加工の一例が示されている。

被加工物１０は加工テーブル１２上に固定載置され、一
方、この被加工物１０あるいは加工テーブル１２と対向
Ｉ２て配置された回転工具主軸１４にはシェルタツブ等
の加工工具１６が装着され、前記被加工物１０に設けら
れた下穴１０ａに対１２て所望のねじ切り加工が行われ
る。

前記回転工具主軸１４を回転するために、主軸ヘッド１
８には主軸モータ２０が接続され、前記シェルタツブ１
６が所定の回転速度で回転駆動される。

前記回転工具主軸１４を軸方向（Ｚ）に送り駆動するた
めに、軸送りモータ２２が設けられており、この軸送り
モータ２２によって回転駆動される送りネジ２４が詳細
には図示していないが、前記回転工具主軸１４をＺ方向
に移動することができ、これによって、前記主軸１４の
回転と同期して所望のネジ送りを行うことができる。

第７図において、符号１００は前記シェルタツブ１６の
回転軌跡を示し、これによって所望のネジピッチでねじ
切り作用が行われる。

このようなマシニングセンタによるねじ切り加工で大径
ネジを論量りする場合、前記シェルタツブ以外に、第８
図に示される如き、複数のタップセグメント２８を工具
ベース３０にねじ固定する植刃が用いられ、これによっ
て所望の大径ねじ切りが可能となる。

１、か１．なから、このようなシェルタツブあるいは植
刃タップでも、例えば呼び径Ｍ１００程度の大径ねじ加
工に対１．ては十分に対応することができず、このため
、従来においては、第９図で示される如きシャンク３２
にタップカッタ３４が固定されたねじ切りカッタを用い
、第１０図の如く、このねじ切りカッタを被加工物１０
の下穴１０ａに対して公転（１０２）させながら、所定
の回転数でそれ自体が自転（１０４）して大径ねじ加圧
を行う方式が提案されている。

このとき、前述した如く、シャンク３２はＺ軸方向に一
公転毎にピッチｐだけ軸送りされ、このようなねじ加工
送りはヘリカル送りとして知られている。

従って、このようなヘリカル送りを用いたねじ加工によ
れば、所望の大径ネジ加工が可能となる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前述した従来装置においては、ねじの加
工精度が加工工具のねじ内切刃の精度により左右され、
また回転工具主軸に自転及び公転を与えなければならな
いので、加工誤差が生じ易く高度な有効径精度や安定し
たネジピッチを得ることが極めて困難であり、実際上高
精度ねじ切りを実現することができなかった。

また、前記ヘリカル送りでも可変ピッチネジや角度を任
意に設定自在なテーパネジ加工を行うことはほとんど不
可能であった。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は、従来不可能であった大径加工あるいは特殊ね
じ切り加工を効率よく高精度で実現可能なねじ切り加工
装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、マシニングセン
タのように加工テーブルと回転工具主軸とを備えた加工
機械に、丁ねじ切り加工を行う際に、従来の旋盤におけ
るねじ切りバイトを用いた旋削ねじ切り加工の原理を組
み合わせて、被加工物とねじ切りバイトとの両者を同期
して駆動する新たな駆動方式によって所望の大径あるい
は特殊ねじ切り加工を可能としたことを特徴とする。

すなわち、本発明において、被加工物は加工テーブルに
固定載置され、一方この加工テーブルと対向して設けら
れた回転工具主軸にはねじ切りバイトがその工具軸と直
交方向に取り付けられる。

そして、前記加工テーブルは直交２軸（Ｘ、　Ｙ）方向
に位置制御しながら送り駆動可能であり、方、前記回転
工具主軸は比較的低速度で回転位相（θ）制御しながら
回転駆動可能であり、更に、その軸（Ｚ）送りも位置制
御されている。

そして、前記テーブル送り、主軸回転そして、軸送りの
各駆動装置は数値制御装置によって、回転工具主軸が一
回転する間にねじ切りバイトが所定の切込み量で被加工
物の内周または外周に接するよう加工テーブルを工具軸
を中心にして一周駆動し、またこの間に回転工具主軸の
軸送りを所定のネジピッチ分だけ同期して軸送りされて
いる。

［作用］ 従って、本発明によれば、ねじ切り加工の際には、回転
工具主軸は比較的ゆっくりとした低速度で位相制御され
ながら回転駆動され、このときのねじ切りバイトの回転
位相が常時制御される。

そして、このとき、前記主軸の回転位相と同期して被加
工物を載せた加工テーブルは工具軸を中心として所定の
送り径で回転駆動され、この結果、ねじ切りバイトは所
望の切込み量で被加工物の下穴あるいは下軸に内接ある
いは外接することができる。

そして、この送り駆動中、回転工具主軸は従来と同様に
軸方向に送り制御され、この結果、回転工具主軸の軸を
、Ｘ−Ｙ平面においては、固定しながら被加工物側を軸
周囲に送り駆動することによって所望の大径加工あるい
は特殊ねじ切り加工を行うことが可能となる。

［実施例］ 以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を説明する。

第１図には本発明に係るねじ切り加工装置の主要部が示
されており、被加工物４０は加工テーブル４２上に固定
載置され、この被加工物４０または加工テーブル４２と
対向して回転工具主軸４４が回転自在に設けられ、この
主軸４４は主軸モータ４６によって主軸ヘッド４８を介
して駆動されている。

従って、この主軸４４はマシニングセンタで多用される
エンドミルやドリル等を所望の回転数制御で駆動して、
通常のミーリング加工及びドリル加工等を行うことが可
能である。

本発明において特徴的なことは、この主軸４４がねじ切
り加工に際しては回転位相（θ）制御されながら、比較
的低速度で回転駆動可能なことであり、またこのねじ切
り加工時には第１図で簡略的に示されているように、ね
じ切りバイト５０が工具軸Ｚと直交方向に取り付けられ
る。

一方、前記加工テーブル４２は、Ｘ送すモータ５２及び
Ｘ送すネジ５４によってＸ軸方向に送り駆動され、同様
にＹ送すモータ５６及びＹ送すネジ５８によってＹ軸方
向に送り駆動され、本発明においては、これらのＸＹの
直交２軸方向に位置制御しながら送りテーブル４２が送
り駆動されている。

また、前記主軸４４は軸道リモータ６０及び軸送りネジ
６２によってＺ方向に任意に位置制御しながら駆動され
、ネジ加工に際してはこの２軸送りにてねじピッチを定
められる。

第２図には本発明におけるねじ切り加工制御装置の全体
的な構成が示されており、前記各モータ４６．５２．５
６．６０をそれぞれ送り制御するために、各モータの制
御装置６４．６Ｂ、６８゜７０が設けられており、また
各モータの回転位相はそれぞれ位相検出器？２．７４．
７６．７８により検出され、対応する制御装置にこの検
出位相が供給されている。前記各検出器？２．７４．７
６．７８は例えばモータ主軸に近接配置されたロークリ
エンコーダ等から形成されている。

従って、各制御装置６４．６６．６８．７０はそれぞれ
対応するモータ４６．　５２．　５６．　６０の回転位
相を常時監視しなからモータを送り制御することができ
、主軸４４の回転位相及び軸送り位置そして加工テーブ
ル４２のＸＹ座標を制御することが可能となる。

本発明において、前記各制御装置６４．６６゜６８．７
０は数値制御装置８０によって同期制御されており、こ
の結果、前記回転工具主軸４４が回転位相制御されなが
ら一回転する間に、これと同期して前記加工テーブル４
２を工具軸２を中心にして一周駆動し、これによってね
じ切りバイト５０と被加工物４０との相対速度差による
切削速度でねじ切り加工が行われることとなり、このと
き、ねじ切りバイト５０の先端は従来の旋削方式による
ねじ切り加工と同様にねじの円弧に対して常に直角力゛
向に対向させることが可能となる。

そして、この主軸４４と加工テーブル４２との組み合わ
せ駆動により、ねじ切りバイト５０は所定の切込み量で
被加工物４０の内周または外周に接して所望の大径ねじ
あるいは可変ピッチ、テーバねじ等の加工が行われる。

前記ねじピッチは前述したように、主軸４４の軸（Ｚ）
方向位置制御にて選択され、数値制御装置８０は予め記
憶された加工指令に基づいて主軸４４の回転位相、軸送
りそして加工テーブル４２のＸＹ座標制御を同期制御す
る。

もちろん、数値制御装置８０は、マシニングセンタを従
来と同様の各種の加工を行うため、単なる回転数制御指
令を主＄１１１４４に指示することができ、あるいは被
加工物４０の移動指令を加工テーブル４２へ指示するこ
とが可能である。

第３図には本発明を用いて被加工物４０の雌ねじ加工を
する加工状態が示され、またこのときの主軸４４と被加
工物（加工テーブル）の平面的な移動軌跡が第４図に示
されている。

本発明において特徴的なことは、主軸４４の工具軸Ｚは
Ｘ−Ｙ平面上で固定され、主軸４４は単にθ方向に回転
位相制御されるのみで良いことにある。

従って第３．４図の矢印５０で示すねじ切りバイトは即
に符号２００で示す如くＺ軸を中心と１５で回転駆動さ
れ、このときの位を目θが検出器７２によって常に監視
されている。

もちろん、本発明において、このねじ切りバイト５０の
一回転に対して輔送りモータ６０が所定のピッチｐだけ
Ｚ軸方向の送りを行い、このねじピッチｐは任意に可変
され、数値制御装置８０がこの送り量を予め設定してい
る。

一方、被加工物４０（加工テーブル４２）はＸＹ送り制
御されており、第４図において、この被加工物４０のＸ
Ｙ送り軌跡は下穴４０ａの中心０の軌跡と１７て示され
ている。

第４図において、下穴４０ａはねじ切りバイト５０のθ
が０度、４５度及び９０度の３ケ・所で代表して示され
、それぞれ下穴の符号として４０ａ−１，４０ａ−２そ
して４０ａ−３として示されている。

そして、本発明において、主軸４４力仁−回転する間に
、ねじ切りバイト５０が所定の切込み量で被加工物の下
穴４０ａの内周に接するよう加工テーブル４２を一周駆
動するためには、第４図から明らかな如く、下穴４０ａ
の中心Ｏは工具軸Ｚを通り、ねじ切りバイト５０の先端
すなわちバイト５０が下穴４０ａに切込む加工点と反対
側であってかつ加工点から等距離にある軌跡上を通り、
図において、前記３例の下穴４０ａに対してその中心Ｏ
は０１，０２゜０３の如く移動し、この結果、下穴４０
ａの中心Ｏの軌跡は工具軸Ｚを中心とした円弧軌跡２０
２となることが明らかである。

このことは、下穴中心Ｏとバイト５０の加工点との距離
が常に一定に保たれなければならないことから明らかで
ある。

そしてこのときの円弧半径は被加工物４０の下穴４０ａ
と主軸４４の半径の差分に等しい。

従って、主軸４４の一回転そして加工テーブル４２の一
回転によってねじ切りバイト５０を下穴４０ａの内周に
一条のねじを形成することが可能となり、このときの加
工速度は、バイト５０と下穴４０ａの回転速度の差分か
ら得られる。

従って、本発明によれば、前記主軸４４と加工テーブル
４２との同期位置を制御し、またＺ軸方向に送りピッチ
を制御することによって所望の大径ねじ、可変ピッチね
じ、テーバねじ等の特殊ねじ加工を可能とする。

Ｔ％５図には本発明を被加工物４０の外周に雄ねじを形
成するために用いた状態が示され、このときの主軸４４
と被加工物４０との相対移動が第６図に平面図として示
されている。

前述した雌ねじと同様に、雄ねじ加工の場合においても
、主軸４４の軸Ｚは固定され、その周囲に被加工物４０
（加工テーブル４２）が回転することとなり、その軌跡
２０４は前記雌ねじ切りと同様に工具軸Ｚを中心と１７
た円弧状軌跡となる。

そして、その軌跡半径はねじ切りバイト５０と被加工物
４０の半径の総和に等しい。

この雄ねじ切り加工においても、このねじ径、ピッチ及
びテーバ等が数値制御装置８０の初期設定によって任意
に選択可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、従来のタップや
ダイスによるねじ切り加工では不可能であった大径ねじ
や可変ピッチあるいはテーパねじ等の特殊ねじを高速か
つ高精度に加工することが可能となる。

また、１本のねじ切りバイトで、雄ねじ加工、雌ねじ加
工の両者に兼用し、また左ねじ、右ねじの両方向に対し
ても数値制御装置の初期設定で切替え可能であり、この
結果、マシニングセンタの汎用性と旋削方式による高精
度の加工とを組み合わせた効率の良い高精度のねじ切り
が可能となる。

そして、前記マシニングセンタの利用による工具段取り
時間の短縮化が図れ、またねじ切りバイトの兼用により
工具費用が著しく安価になるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るねじ切り加工装置のねじ切り加工
部の機構を示す要部斜視図、 第２図は本発明に係るねじ切り加工装置の制御部の概略
説明図、 第３図は本発明により雌ねじを加工するときの被加工物
とねじ切りバイトの加工状態を示す斜視図、 第４図は第３図における被加工物とねじ切りバイトの相
対関係を示す平面図、 第５図は本発明に係るねじ切り装置を用いて雄ねじ加工
を行うときの被加工物とねじ切りバイトの関係を示す斜
視図、 第６図は第５図における被加工物とねじ切りバイトの相
対関係を示す平面図、 第７図は従来におけるマシニングセンタを用いたねじ切
り加工状態を示す斜視図、 第８図は、従来用いられている植刃タップの斜視図、 第９図は従来における大径ねじ切り用のねじ切りカッタ
の説明図、 第１０図はねじ切りカッタをヘリカル送りした従来のね
じ切り加工状態を示す説明図である。 ４０　・・・　被加工物 ４２　・・・　加工テーブル ４４　・・・　回転工具主軸 主軸モータ ねじ切りバイト Ｘ送りモータ Ｙ送りモータ 軸送りモータ 主軸制御装置 Ｘ送り制御装置 Ｙ送り制御装置 軸送り制御装置 数値制御装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被加工物を載置する加工テーブルと、 ねじ切りバイトが工具軸と直交方向に取付け可能な回転
   工具主軸と、 前記加工テーブルを直交２軸（Ｘ、Ｙ）方向に位置制御
   しながら送り駆動可能なテーブル送り駆動装置と、 前記回転工具主軸を回転位相（θ）制御しながら比較的
   低速度で回転駆動可能な主軸駆動装置と、前記回転工具
   主軸を被加工物に向かって工具軸（Ｚ）に沿って位置制
   御しながら駆動可能な軸送り駆動装置と、 前記回転工具主軸が一回転する間にねじ切りバイトが所
   定の切込み量で被加工物の内周または外周に接するよう
   前記加工テーブルを工具軸を中心にして一周駆動し、ま
   たこの間に回転工具主軸の軸送りを所定のねじピッチ分
   だけ同期して軸送りする数値制御装置と、 を備えたことを特徴とするねじ切り加工装置。