JPH04504381A - 工作物の形削り方法および装置 - 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】 工作物の形削り方法および装置 本発明は、加工すべき工作物と工作物に作用する工具が、湾曲した工作物表面を 形成するために加工除去運動と送り運動とから生じる作用運動で工作物材料を加 工除去しながら互いに相対的に動き、工具が加工すべき工作物表面に作用する、 例えばバイトの刃として形成された、長く延びまたは平面状に拡がり、場合によ ってはこの長く延びた部分または平面状拡がり部分に湾曲した作用領域を有する 、工作物の形削り方法および装置に関する。材料を加工除去する加工方法として は例えば旋盤加工、研削またはフライス加工が考えられる。この場合、選択され た加工方法に応じて、工具の作用領域が切削キーの切削縁として、特にバイトの 主刃として、あるいは研削工具の研削キャロットとして形成されている。

ＣＮＣで補助されたならい加工方法の場合には、長く延びたあるいは凸形に湾曲 した刃を有する工具を、二つの軸線方向の運動により、場合によって回転する工 作物の表面上を案内し、所望の輪郭を擦り減らして形成することが既に知られて いる。切削運動時に工具の交点は工具の上方を移動する。従って、加工すべき工 作物表面の精度は実質的に、刃の幾何学形状の精度に依存する。これはしかし、 刃に徐々に発生する摩耗のだめに、非常に良くない、更に、凸形の工具によって 、凸形と凹形の工作物表面が加工される。これは特に、凸形の工作物の場合に、 工作物と工具の間で表面湾曲に合わせにくいので、不正確な表面加工をもたらす ことになる。

本発明の根底をなす課題は、工作物表面の任意の曲面および曲率変化を、高い形 状精度でおよび表面品質で生じることができる、冒頭に述べた種類の方法と装置 を提供することである。

この課題を解決するために、本発明では、工具の作用領域があらゆる加工位置で ほぼ点状に工作物表面に作用するかあるいはその長く延びた部分または平面状拡 がり部分と比較して短い距離区間で工作物表面に作用するように、工具と工作物 が互いに相対的に案内され、工具の作用領域と形成すべき工作物表面を通る、加 工除去運動方向に対してほぼ横方向に延びる接線が、その時々の加工位置におい て一致していることが提案される０本発明による方法によって、一種の皮むき工 程が行われる。この場合、工具の作用領域と加工すべき工作物表面の接線が一致 するという条件の下で、その都度の加工位置において、作用領域が工作物表面の 輪郭を点状に移動する。

本発明の好ましい実施形では、凸形の工作物ａｍのための凹形の作用領域曲面が 選択され、そして凹形の工作物表面のために凸形の作用領域曲面が選択される場 合には、工具の作用領域の曲率が製作すべき工作物表面の曲率に近接する。この 選択は好ましくは、工作物曲面が凸形の場合には、工具の作用面が工作物表面の 最大曲率半径よりも大きな曲率半径で凹形に湾曲すうように行われる。一方、工 作物表面が凹形に湾曲している場合には、作用面がその長手方向において、工作 物表面の最小曲率半径よりも小さな曲率半径で凸形に湾曲するように行われる。

空間的に動かないように配向された工具の作用領域がその延長方向において、加 工すべき工作物表面のすべの傾斜を含み、それによって接線条件がすべての加工 位置で工具と工作物の間の並進送り運動によりて満たされると、本発明による方 法は非常に簡単である。

この場合、工具と工作物が並進送り運動によって互いに相対的に案内され、それ によって各加工位置で所属の作用点が作用領域に沿って接線条件に応じて選択さ れる。この方法は特に例えばコンタクトレンズのような小さな工作物の表面加工 に適している。その際、加工精度と得られる表面品質は、作用領域の範囲の工具 の幾何学的形状精度に依存する。

表面品質と形状精度に対する非常に高い要求は、本発明の他の有利な実施形に従 って、工具と工作物が並進と回転の送り運動によって、接線条件に応じて互いに 相対的に案内され、すべての加工位置で常に同じ点が作用領域に沿って作用点と して選択されることにより満たされる。この手段により、得られる形状精度と表 面品質に対する、工具作用領域の幾何学的な形状精度の影響が除去される。工具 の寿命を延ばすために、加工工程が異なる場合に、工具の作用領域に沿った交互 に異なる点が作用点として選択される。従って、加工時に生じる工具の摩耗は作 用領域全体に分配される。

工具と工作物が並進と回転の送り運動によって、接線条件に応じて互いに相対的 に案内され、異なる加工位置のために、少なくとも部分的に興なる点が作用領域 に沿つて作用点として選択されると、特別な課題のために有利である。

高速加工を達成するために、工作物または工具が工作物軸線または工具軸線回り に迅速回転する加工除去運動にさらされると有利である。しかし、基本的には本 発明に従い、並進的な加工除去運動が可能である。

工具が工具ホルダーに締め付は固定され、工作物が工作物ホルダーに設けられ、 ホルダーの一つが送り運動を行う十字送り台に設けられている、本発明による方 法を実施するための装置では、本発明に従って、工具ホルダーまたは工作物ホル ダーを支持し、十字送り台の摺動軸線に対してほぼ垂直な軸線回りに揺動可能な 揺動ヘッドが、十字送り台に設けられている。工具は、揺動ヘッドが工具の作用 領域の清白軸線に対してほぼ平行な軸線回りに揺動するように、締め付けられて いることが合目的である。

更に、本発明では、工作物ホルダーまたは工具ホルダーを、特に回転するスピン ドル上に設けることができる。この場合、スピンドル台とスピンドルが揺動へラ ドに設けられているかあるいは工作物ホルダーまたは工具ホルダーを支持する揺 動ヘッドがスピンドルに設けられている。非常に高い精度に関する要求は、送り 運動がＣＮＣ＠ｍ装置によって制御されることによって満たされる。この場合、 揺動ヘッドも接線条件に応じてＣＮＣｌ１ｍ装置を介して制御可能である。

以下、図に略示した若干の実施例に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１　ａ　ｚ　ｃ図は並進送り運動用の工具を使用する、三つの加工例に適用し た皮むき加工原理を示す図、第２図は並進と回転の組合せ送り運動用の工具を使 用する、第１図の三つの加工例のための皮むき加工原理を示す図、 第３　ａ　％　Ｃ図は凹形の工作物表面を有する三つの例の場合の第２図と同様 な皮むき加工原理を示す図、第４図は皮むき加工のための変形されたＣＮＣ＠御 旋盤の概略図、 第５〜８図は第４図の旋盤によって実施可能な四つの異なる加工例の概略図であ る。

第１〜３図の原理図は、表面の一部１０が加工される工作物ｌと、工具３を示し ている。工作物は軸線１２回りに回転加工除去運動を行う、工具は長く延びかつ 例えば刃として形成された作用領域３０が、作用点３１において、送り運動を行 いながら、加工すべき工作物表面１０に点状に作用する。第１ａ、２ａおよび３ ａ図の場合には外周面が、第１ｂ、２ｂおよび３ｂ図の場合には端面が、そして 第１Ｃ，２Ｃおよび３Ｃ図の場合には端面側の傾斜面が皮むき加工を受ける。

凸形の工作物表面１０を加工するために、凹形の作用領域３０ををする工具３が 選択される。この作用領域の曲率半径は当該の切削面内において工作物表面１０ の最大曲率半径よりも大きくなっている（第１′ｇと第２図）、これとは逆に、 凸形の工作物表面を加工する場合には、凸形の作用面３０を育する工具が選択さ れる。この作用面の曲率半径は当該の切削面内において工作物表面１０の最小曲 率半径よりも小さくなっている（第３図）。上記の接線条件は図において、加工 すべき工作物表面１０と工作物３の作用領域３０の曲率中心１４．３２が、その 時々の加工点３１で工作物表面１０および作用領域３０と交叉する共通の直線２ ０上に設けられていることにより示しである。

第１ａ、１ｂおよびＩＣ図に示した実施例の場合には、工作物１と工具３の間に は専ら並進送り運動だけが生じる。これに応じて、接線条件を守ることができる ようにするために、工具３の作用領域３０内に、加工すべき工作物表面のすべて の勾配を含まなければならない、従って、加工すべき工作物表面に対して比較的 に大きな工具寸法が必要である１作用点が皮むき加工中作用領域３０に沿って移 動するので、表面加工の精度は、使用される工具の作用領域の幾何学的な精度に よって制約を受ける。

第２および３図に示した実施例の場合には、工具３の任意の軸線３３または３３ ′あるいは工作物１の例えば１３または１３′回りの他の回転自由度が、二つの 平面内で並進送り運動に付加される。それによって、その時々の加工点における 接線条件は、作用領域３０に沿った常に同じ作用点３１が接触し、加工すべき表 面ｌＯの形状精度や表面の賀に対する、作用領域３０の幾何学的な精度の影響が 除去されることにより、満たされる。更に、この手段により、第１図と比較して 第２および３図から判るように、工具の寸法が非常に小さくなる。

第４図には、第２および３図の範囲内で説明した上記の皮むき加工を行うための 旋盤の装備の変更を示している。旋盤は工作物１を工作物ホルダー１４に収容す るスピンドルへラド１５を含んでいる。このスピンドルヘッドのスピンドルは軸 線１２回りに回転加工運動を行う、工具３は横送り台４０と縦送り台４２からな る十字送り台４に設けられている。この十字送り台自体は、工具３を収容する工 具ホルダー４６を収容するための、円形テーブルとして形成された揺動ヘッド４ ４を備えている。横送り台４０と縦送り台４２の並進駆動と、揺動ヘッド４４の 回転駆動は、制御される駆動装置４１．４３．４５を介して行われる。この駆動 装置自体は共通のＣＮＣ＠ｍ装置５を介して、並進と回転の複合送り運動を行い ながら制御可能である。

第５図の加工例の場合には、スピンドル軸線１２に対する半径方向角度ａ、とａ ４の間を延びる半径Ｒ０の球欠１０が生じる。特にやや凹形に湾曲した長い刃３ ０を有するバイトとして形成された工具３は、円形テーブル４４に締め付は固定 され、そして図示していない十字送り台によってＺＸ平面（図面の平面）内で円 形テーブルと共にＸ輪とＺ軸の方向に並進送り可能であり、かつＺＸ平面に対し て垂直な円形テーブル４４の円中心軸線５０回りに回転送り可能である。切削作 用点３１と円中心軸線５０の間の間隔Ａは、旋盤の測定系や顕微鏡によって検出 可能である。好ましくは、球欠１０の中心が工作物零点５２として見なされる。

従うて、円中心軸線ａｓ　＊　ａｔ　＋　Ｘｓ　＊　Ｚｓ　＋　ＸｉおよびＺ【 のスタートと終了時の座標値は工作物零点５２に関連づけられる。ＺＸ平面内で 刃３０の作用点３１を通る接線が円形テーブルの半径方向ベクトルに垂直である と仮定すると、円形テーブルのスタート時の角度ａ、と終了時の角度ａ、につい て次の関係が成りここで、ＲＥ、ＤＩ　およびＤ２は、第５ｒＭにおいて公知の ように仮定された、スピンドル軸線１２に関連する球欠１０の半径と直径である 。

作用点３１における接線条件を考慮して、円形テーブル４４の中心軌道のスター ト時と終了時の座標について次の関係が生じる。

Ｘｓ　−Ｒｍ　ｓｉｎ　ａｌ　（ｌｂ）Ｚ、　ａｍ　Ｒ嘗ｃｏｓ　ａｌ　（ｌｃ ）Ｘｚ　−Ｒ廖ｓｉｎ　ａｔ　（２ｂ） Ｚｔ　−Ｒｓ　ｃｏｓ　ａｔ　（２ｃ）ここで、Ｒ１−Ａ＋Ｒ１は中心軌道の半 径を意味する。

第５図の球欠１０を加工するためには、ＣＮＣプログラムのデータブロックに次 の情報が存在しなければならない。

−反時計回りの円弧補間のための指示（命令Ｇ０３）−最終座標ＸＥ、Ｚ！ −制御に応じて半径Ｒ，または補間パラメータＩ。

Ｋ、この補間パラメータは図示実施例ではスタート座標Ｘｓ、Ｚ＊に対応する。

−円中心軸線の最終角度ａＥ。

運動の経過は軸線Ｘ、Ｚに沿った二つの並進運動の重なりであり、かつ直線補間 における円中心軸線５０（角度ａ）回りの回転運動である。

第６図の加工例は第５図に示した加工例に対して、次の点が異なっている。すな わち、作用点３１の範囲における工具３の刃３０の接線が、円形テーブル４４の 半径方向ベクトルに対して垂直でな（、迎角βだけ半径方向ベクトルに対して傾 斜している点が異なっている。この場合、工具３の作用点３１における接線条件 を考慮し、第６図に示したパラメータを使用すると、円形テーブル中心のスター ト時と終了時の座標について次の関係が生じる。

Ｋ＊　−１／２　Ｄ＋＋Ｃｓ　−１／２　Ｄｌ＋Ｒ％Ｉ　Ｓｉｎ　ａｍ　（３ｂ ）Ｚｓ　＝Ｂｓ　＋Ｆ＊　−Ｒｍ　ｃｏｓ　ｐｇ　＋　ＲＭ　ｃｏｓ　ａｍ　（ ３ｃ）Ｘｓ　−１／２　Ｄｔ＋Ｃｔ　−１／２　Ｄｔ＋Ｒｗ　ｓｉｎ　ａｔ　（ ４ｂ）Ｚ、＝８．　十ＦＥ　−Ｒ，ｃｏｓ　Ｚｔ　＋Ｒｗ　ｃｏｓ　ａｔ　（４ ｃ）ここでＲｗ　ｍＡ／ＣＯｓβである。

円形テーブルの半径方向ベクトルからの作用点３１の距離Ｖは旋盤の測定系や顕 微鏡で検出される。

スタート点Ｘｓ、Ｚｓ　と終了点Ｘｉ、Ｚｔの間で、Ｘ軸とＺ軸が円補間を通過 する。この円補間には、ａ、とａｌの間の円中心軸線ａの直線補間が重ねられる 。

上記の方法で、並んだ複数の輪郭区間を有する回転対称の工作物が形成可能であ る。その際、輪郭区間は球形や円筒形、円錐形あるいは平らに形成可能であり、 互いに接線方向または非接線方向に隣接可能である。

第７図に示した加工例の場合には、工作物１が球形の輪郭区間１０’、１０”、 １０″を有する。この輪郭区間は互いに接線方向に接続している。これに従うて 、工具３を備えた円形テーブルの運動経過は三つの加工区間Ａに分割されている 。この加工区間は異なる球中心５２’、５２’、５２”と異なる球半径ＲＩ。

Ｒｚ、Ｒｓに基づいて、三つの異なるＣＮＣブロックによって、第５または６図 の実施例のように形成される。その際、円形テーブル中心は工作物３の輪郭から 一定の間隔をおいて一点鎖線で示した軌道カーブ５４を移動する。

第８図の実施例の場合には、加工すべき工作物ｌは４個の輪郭区間１０’、１０ ’、１０”および１０”を有する０区間１０′は円錐形であり、区間１０″と１ ０１は球形であり、区間１０Ｉｖは平らに形成されている０輪郭区間の間の接続 は接線ではない、従って、加工過程での円形テーブル４４の運動経過は四つの加 工区間Ａと三つの補正区間Ｂに分割されている。この区間はＣＮＣプログラミン グにおいて互いに分離されたブロックによって表される０円錐形加工区間１０′ と平らな加工区間１０１ｖにおいて、円形テーブルは栄進運動する。一方、補正 区間Ｂにおいて円中心軸線回りに回転運動を行う（新しい接線条件を調節するた めに）。球形の表面範囲ｌＯ″、１０１を形成するためには、第５．　６１ｆｆ Ｉの実施例のように三つすべての軸線で並進と回転の複合運動が必要である。第 ８図に一点鎖線で示した、円形テーブル中心の軌道カーブ５４は、加工すべき工 作物表面から一定の間隔を有する。

ノー″Ｎ１ 補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成　３年１０Ｊ１１ １日

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. １．加工すべき工作物と工作物に作用する工具が、湾曲した工作物表面を形成す るために加工除去運動と送り運動とから生じる作用運動で工作物材料を加工除去 しながら互いに相対的に動き、工具が加工すべき工作物表面に作用する、例えば バイトの刃として形成された、長く延びまたは平面状に拡がり、場合によっては この長く延びた部分または平面状拡がり部分に湾曲した作用領域を有する、工作 物の形削り方法において、工具の作用領域があらゆる加工位置でほぼ点状に工作 物表面に作用するかあるいはその長く延びた部分または平面状拡がり部分と比較 して短い距離区間で工作物表面に作用するように、工具と工作物が互いに相対的 に案内され、工具の作用領域と形成すべき工作物表面を通る、加工除去運動方向 に対してほぼ横方向に延びる接線が、その時々の加工位置において一致している こと（接線条件）を特徴とする方法。
2. ２．形成すべき工作物表面が凸形に湾曲している場合に、工具の作用領域がその 長く延びた部分において、工作物表面の最大曲率半径よりも大きな曲率半径で凹 形に湾曲していることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．形放すべき工作物表面が凹形に湾曲している場合に、工具の作用領域がその 長く延びた部分において、工作物表面の最小曲率半径よりも小さな曲率半径で凸 形に湾曲していることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
4. ４．工具と工作物が並進送り運動によりて互いに相対的に案内され、各加工位置 で所属の作用点が作用領域に沿って接線条件に応じて選択されることを特徴とす る請求の範囲第２項または第３項記載の方法。
5. ５．工具と工作物が並進と回転の送り運動によって、接線条件に応じて互いに相 対的に案内され、すべての加工位置で常に同じ点が作用領域に沿って作用点とし て選択されることを特徴とする請求の範囲第１項から第３項までのいずれか一つ に記載の方法。
6. ６．加工過程が異なる場合に、交互に異なる点が工具の作用領域に沿って作用点 として選択されることを特徴とする請求の範囲第５項記載の方法。
7. ７．工具と工作物が並進と回転の送り連動によって、接線条件に応じて互いに相 対的に案内され、異なる加工位置のために、少なくとも部分的に異なる点が作用 領域に沿って作用点として選択されることを特徴とする請求の範囲第１項から第 ３項までのいずれか一つの記載の方法。
8. ８．工作物または工具が工作物軸線または工具軸線回りの回転加工除去連動にさ らされることを特徴とする請求の範囲第１項から第７項までのいずれか一つの方 法。
9. ９．工作物または工具が並進加工除去連動にさらされることを特徴とする請求の 範囲第１項から第８項までのいずれか一つの方法。
10. １０．工作物ホルダー（１４）に設けられた工作物と、工具ホルダー（４６）に 設けられた工具（３）とを備え、工具が工作物材料を加工除去しながら、加工除 去連動と送り運動によって生じる、湾曲した工作物表面（１０）を形成するため の作用運動で互いに相対的に動くことができ、工具（３）が加工すべき工作物表 面（１０）に作用する作用領域（３０）を備え、この作用領域が、例えばバイト の刃として形成され、長く延びているかまたは平面状に広がっており、場合によ っては長く延びた部分または平面状に広がっている部分が湾曲している、工作物 の形削り装置において、工具（３）の作用領域（３０）があらゆる加工位置（３ １）においてほぼ点状に工作物表面（１０）に作用するかあるいはその長く延び た部分または平面状拡がり部分と比較して短い距離区間で工作物表面に作用し、 工具の作用領域（３０）と工作物表面を通る、加工除去運動方向に対してほぼ横 方向に延びる接線が、その時々の加工位置において一致していること（接線条件 ）を特徴とする装置。
11. １１．形成すべき工作物表面（１０）が凸形に湾曲している場合に、工具（３） の作用領域（３０）がその長く延びた部分において、工作物表面の最大曲率半径 よりも大きな曲率半径で凹形に湾曲していることを特徴とする請求の範囲第１０ 項記載の装置。
12. １２．形成すべき工作物表面（１０）が凹形に湾曲している場合に、工具（３） の作用領域（３０）がその長く延びた部分において、工作物表面（１０）の最小 曲率半径よりも小さな曲率半径で凸形に湾曲していることを特徴とする請求の範 囲第１０項記載の装置。
13. １３．工具（３）と工作物（１）が並進送り運動によって互いに相対的に案内さ れ、各加工位置（３１）で所属の作用点が作用領域（３０）に沿って接線条件に 応じて選択可能であることを特徴とする請求の範囲第１０項から第１２項までの いずれか一つに記載の装置。
14. １４．工具（３）と工作物（１）が並進と回転の送り運動によって、接続条件に 応じて互いに相対的に移動可能であり、すべての加工位置（３１）で常に同じ点 が工具（３）の作用領域（３０）に沿って作用点として選択可能であることを特 徴とする請求の範囲第１０項から第１２項までのいずれか一つに記載の装置。
15. １５．加工過程が異なる場合に、交互に異なる点が工具の作用領域（３０）に沿 って作用点として選択可能であることを特徴とする請求の範囲第１４項記載の装 置。
16. １６．工具（３）と工作物（１）が並進と回転の送り運動によって、作用領域（ ３０）に沿って少なくとも部分的に異なる作用点を選択しながら、接線条件に応 じて異なる加工位置（３１）へ互いに相対的に移動可能であることを特徴とする 請求の範囲第１０項から第１２項までのいずれか一つの記載の装置。
17. １７．工具ホルダー（４６）または工作物ホルダー（１４）が送り運動を行う十 字透り台（４）上に設けられている請求の範囲第１０項から第１６項までのいず れか一つに記載の装置において、十字送り台（４）に、工具ホルダー（４６）ま たは工作物ホルダーを支持する揺動ヘッド（４，４）が設けられ、この揺動ヘッ ドが十字送り台（４）の摺動軸線に対してほぼ壁直な軸線の回りに揺動可能であ ることを特徴とする装置。
18. １８．工具ホルダー（４６）が送り連動を行う十字送り台（４）上に設けられて いる請求の範囲第１０項から第１７項までのいずれか一つに記載の装置において 、十字送り台（４）に、工具ホルダー（４６）を支持する揺動ヘッド（４４）が 設けられ、この揺動ヘッドが工具（３）の作用領域（３０）の湾曲軸線に対して ほぼ平行な軸の回りに揺動可能であることを特徴とする装置。
19. １９．工作物ホルダー（１４）または工具ホルダーが特に回転するスピンドルヘ ッド（１５）に設けられている請求の範囲第１０項から第１８項までのいずれか 一つに記載の装置において、スピンドルヘッド（１５）が揺動ヘッドに設けられ ていることを特徴とする装置。
20. ２０．工作物ホルダーまたは工具ホルダーが回転するスピンドルに設けられてい る請求の範囲第１０項から第１８項までのいずれか一つに記載の装置において、 工作物ホルダー（１４）または工具ホルダーを支持する揺動ヘッドが、スピンド ルヘッド（１５）またはスピンドルに設げられていることを特徴とする請求の範 囲第１０項から第１８項までのいずれか一つに記載の装置。
21. ２１．送り運動を制御するＣＮＣ制御装置を備えている、請求の範囲第１７項か ら第２０項までのいずれか一つに記載の装置において、揺動ヘッドがＣＮＣ制御 装置を介して接線条件に応じて制御可能であることを特徴とする装置。