JPH05200664A - 回転軸対称曲面の加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】研削砥石を工作機械に取り付けた後、工作機械
上で工具軌跡制御機能及び、工具姿勢制御機能を用い
て、研削砥石を整形加工することにより、研削砥石の工
作機械への取付け精度を向上し、加工される回転軸対称
曲面の加工精度を向上させる。 【構成】被加工物を自転運動させ、被加工物の自転軸に
対して工具が相対的軌跡上を移動することにより、回転
軸対称の面を加工する工作機械において、工具を目標と
する加工面形状にたいし常に垂直に当接させる工具姿勢
制御手段を有し、工具である研削砥石を上記工作機械に
取り付けたまま、工作機械の工具軌跡制御機能、及び工
具姿勢制御機能を用いて高精度に整形し、当該砥石を用
いて被加工物に高精度な回転軸対称な面を加工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転軸対称な面の研削
加工にかかわり、加工面を高精度に加工するのに好適な
加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転軸対称な曲面の加工においては、被
加工面の自転軸上に工具の先端の円弧形状の中心が一致
した位置を工具原点とし、この原点からの座標系を用い
て被加工面回転中心に対して、工具を相対的軌跡上を移
動させることにより加工を行っている。上記の工具原点
設定における誤差は、被加工面の形状誤差の主要因であ
るため、これを極力小さくする必要がある。また、工具
先端の円弧形状の輪郭精度も被加工面の形状誤差要因と
なるため工具先端が被加工面に常に垂直に当接させる工
具姿勢制御機能を設けて、工具先端のある１点のみが加
工に関与する方法を取っているが、この場合には工具姿
勢制御を行う回転テーブルの回転中心と砥石先端を高精
度に位置合わせする必要がある。しかし研削加工では研
削砥石の表面の凹凸や振れ回りなどにより正確に位置を
把握することが非常に困難である。

【０００３】従来技術においては、ノリタケ技報 工業
機材編 １９９０ ＮＯ．１に記載のように、砥石を工
作機械に取り付けて砥石整形を行い、砥石の振れ回りを
低減することについて考慮されているが、平面形状の研
削加工であるため工具原点設定における誤差や、砥石の
輪郭精度については考慮されていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】研削砥石には、砥石の
輪郭精度軸の同軸度、砥石軸の軸受部の回転精度などの
劣化により、振れ回りが発生する。砥石の振れ回りは、
研削面粗さの劣化や砥石摩耗の原因となり、加工精度向
上の障害となる。このため上記従来技術では、砥石の振
れ回りを小さくするための対策を行っているが、回転軸
対称な曲面を加工する場合には、このほかに以下に挙げ
るような問題点がある。

【０００５】工具姿勢制御機能を持つ工作機械で回転軸
対称な曲面を加工する場合、被加工面の回転軸と工具姿
勢制御を行う回転テーブルの回転軸が同一平面内にある
ときを工具原点としている。上記加工方法では、工具姿
勢制御を行う回転テーブルの回転軸に対して工具先端の
円弧形状の中心が一致していないと、被加工面と工具の
当接点に誤差が生じ、被加工面の回転中心軸に対する工
具軌跡の相対的位置誤差となり、被加工面の形状精度劣
化の原因となる。このため工具を工作機械に取り付ける
ときに、工具姿勢制御を行う回転テーブルの回転軸に対
し、工具先端の円弧形状の中心を高精度に位置決めしな
ければならない。

【０００６】また工具先端が理想的な円弧形状でないと
きも、被加工面と工具の当接点に誤差が生じ、加工形状
誤差の原因となる。このため砥石先端の円弧形状には、
高い輪郭精度が必要である。

【０００７】被加工面形状が凹面である場合、工具先端
の円弧形状の半径が被加工面の最小曲率半径より大きい
ときには、被加工面と工具が工具先端以外の場所で接触
し、被加工面を必要以上に削り形状誤差発生の原因とな
る。しかし工具先端の曲率半径が小さすぎると、加工に
関与する砥石の砥粒切れ刃が少ないため砥石摩耗が起こ
りやすく、これも形状誤差の原因となる。以上の理由か
ら工具先端の曲率半径は被加工面形状に応じた最適な値
にする必要がある。

【０００８】しかし表面に凹凸がある研削砥石を高精度
に工作機械に取り付けることは非常に困難であり、特に
工具先端の円弧形状の中心と回転テーブルの回転中心を
高精度に合わせることは一層難しい。また被加工面形状
に応じた円弧形状を持つ砥石も短時間に供給できないた
め、円弧形状の半径が極めて小さい砥石を使用してい
た。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の方法
をもって達成される。研削砥石を工作機械の砥石駆動軸
に取付け、工作機械に取り付けた砥石成形用工具を用い
て工作機械上で砥石を整形することにより、振れ回りの
低減や砥石真円度の向上が達成できる。この整形時に被
加工面と工具との相対軌跡を制御する機能、及び工具姿
勢制御機能を用いて砥石を整形することにより、砥石先
端は回転テーブルの中心軸を中心とした高精度な円弧形
状に整形される。また工具軌跡の制御指令を変えること
により、砥石先端を任意の曲率半径の円弧形状に整形す
ることができる。

【００１０】

【作用】工具である研削砥石を工具軌跡制御機能と工具
姿勢制御機能を用いて、工作機械上に取り付けた砥石整
形用工具に当接させつつ、相対的軌跡上を移動させる。
砥石整形用工具は、研削砥石より硬度が高いため、研削
砥石の摩耗・破砕が起き、研削砥石が加工される。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施例である砥石整形法である。図２
は、本発明の実施例である加工方法である。図３には、
工具原点設定時に発生する誤差を示す。図４には、工具
先端の円弧形状と加工面の形状誤差の関係を示す。図５
は、本発明を適用して加工した被加工面の形状誤差の測
定結果である。図６は、従来技術により加工した被加工
面の形状誤差の測定結果である。

【００１２】図２において、１は加工機本体にしてＹ軸
テーブル２をＹ軸方向に移動可能に支承している。３は
Ｘ軸テーブルにしてＹ軸テーブル２の上にＸ軸方向に移
動可能に支承されている。４は回転テーブルにしてＸ軸
テーブル３上に固定され、回転テーブル４上にはＸＹＺ
ステージ５が固定されている。研削砥石６が自転できる
ように支承している砥石スピンドル７はＸ軸、Ｙ軸、Ｚ
軸方向に微動調整可能なＸＹＺテーブル５に固定してあ
る。８は被加工物にして自転運動できる主軸９に固定さ
れ、主軸９は主軸モータ１０により駆動される。１１は
数値制御装置にして、Ｘ軸テーブル駆動モータ１２、Ｙ
軸テーブル駆動モータ１３、回転テーブル駆動モータ１
４を制御し、研削砥石６をＸＹ平面内の任意の位置で任
意の工具姿勢に制御することができる。

【００１３】本構成において、工具原点、工具先端と回
転テーブルの回転中心の距離を入力した後、研削砥石６
を砥石スピンドル７により、被加工物８を主軸駆動モー
タ１０によりそれぞれ回転させつつ、Ｘ軸テーブル３、
Ｙ軸テーブル２、回転テーブル４をそれぞれＸ軸テーブ
ル駆動モータ１２、Ｙ軸テーブル駆動モータ１３、回転
テーブル駆動モータ１４を数値制御装置１１を用いて制
御することにより、任意の工具軌跡上を移動させ目標と
する加工面形状を得る。

【００１４】上記加工法においては、Ｘ軸テーブル３、
Ｙ軸テーブル２、回転テーブル４の軌跡を指定するとき
の原点として、被加工物８の回転中心軸と回転テーブル
４の回転中心軸が同一ＹＺ平面内にあるときを工具原点
としている。このため研削砥石６を回転テーブル４の回
転中心に対し高精度に取り付ける必要があり、回転テー
ブル４の上に固定されたＸＹＺステージ５を用いて位置
決めしている。しかし実際には、研削砥石６には表面の
凹凸や振れ回りがあるため、工具の取付けには誤差が含
まれている。

【００１５】これらの誤差を図３に示す。図３では、工
具原点設定時における被加工物８、研削砥石６及び回転
テーブル４の位置を示している。工具取付け時における
誤差には、 研削砥石６の先端円弧形状の中心１６と回転テーブル
４の回転中心１５のＸ軸方向、Ｙ軸方向の合わせ誤差Δ
Ｘ、ΔＹ、 研削砥石１６の先端円弧形状の曲率半径Ｒの読み取り
誤差ΔＲ がある。このような工具取付け時の誤差が大きいと図４
に示すように実際の研削砥石１８で加工された面１９
は、理想形状をもつ研削砥石２０で加工された面２１に
対し、形状誤差Δｄが発生する。また、実際の研削砥石
１８の先端円弧形状の曲率半径が目標とする被加工面２
１の最小曲率半径より大きいと、実際の研削砥石１８は
被加工面を削り過ぎてしまうために、目標とする形状に
加工できない。一方、研削砥石の先端の円弧形状の曲率
半径が小すぎると、砥石摩耗が大きくなり形状精度が得
られない、また研削面粗さが劣化するという問題があ
る。

【００１６】そこでは本発明では、図１に示すように工
作機械の主軸９に回転式研削砥石整形工具２２を取付
け、これと研削砥石６を当接させつつ、Ｘ軸テーブル駆
動モータ１２、Ｙ軸テーブル駆動モータ１３、回転テー
ブル駆動モータ１４を数値制御装置１１を用いて制御す
ることにより、Ｘ軸テーブル３、Ｙ軸テーブル２、回転
テーブル４を任意の軌跡上を移動させ、砥石表面を加工
した。上記方法では、研削砥石６の軌跡は回転テーブル
４の回転中心１５を基準として移動するため、研削砥石
６の先端には回転テーブル４の回転中心１５を中心とし
た高精度な円弧が整形でき、上記の工具取付け時の誤差
ΔＸ、ΔＹ、ΔＲが低減できる。また数値制御指令を変
えることにより、研削砥石６の先端に任意の曲率半径の
円弧形状を整形することにより、被加工面に応じた最適
な形状の砥石を短時間に供給することができる。

【００１７】最後に、実際に加工を行った結果について
述べる。被加工物として超硬合金Ｋ０５（外径２５ｍ
ｍ）の非球面金型、研削砥石としてダイヤモンドビトリ
ファイド砥石８００番を使用し、工具送り量0.5μｍ／
ｒｅｖ、主軸回転数３０ｒ／ｍｉｎ、砥石回転数１８０
００ｒ／ｍｉｎにて加工した。従来技術である工作機械
上で砥石先端の円弧形状部分の砥石整形を行わない方法
では、研削砥石先端の円弧形状の曲率半径が0.5ｍｍの
砥石を用いた。従来技術における研削砥石の振れ回りと
先端の円弧形状の輪郭精度は、それぞれ20μｍ、5μｍ
であり、これによる加工後の形状精度は図６に示すよう
に1.7μｍ、研削面粗さ0.6μｍRmaxであった。

【００１８】本発明においては任意の曲率半径に研削砥
石先端を整形できるため、被加工面の局部的な最小曲率
半径の計算結果、3.2ｍｍに基づき、研削砥石の先端の
円弧形状の曲率半径を３ｍｍに工作機械上で整形した。
回転式砥石整形用工具として180番のダイヤモンド砥粒
が植え込まれたカップ型工具を使用し、切り込み量10μ
ｍ、工具送り速度10ｍｍ／ｍｉｎ、整形工具回転数5000
ｒ／ｍｉｎにて砥石整形を行った。本発明による研削砥
石整形精度は、振れ回り1.2μｍ、先端の円弧形状の輪
郭精度0.7μｍが得られた。図５には本発明による被加
工面の形状精度を示す。形状精度は0.4μｍが得られ、
研削面粗さも0.1μｍRmaxに向上した。このように研削
砥石の取付け精度が向上させ、最適な形状の砥石で加工
を行った結果、加工精度が向上した。

【００１９】

【発明の効果】研削砥石の取付け精度が向上でき、最適
な形状の砥石で加工を行った結果、加工精度が向上でき
る。また工作機械上で研削砥石の先端の円弧形状を任意
に整形できるため、短時間で最適形状の砥石を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である砥石整形法を示す図であ
る。

【図２】本発明の実施例である加工方法を示す図であ
る。

【図３】工具原点設定時に発生する誤差を示す図であ
る。

【図４】工具先端の円弧形状と加工面の形状誤差の関係
を示す図である。

【図５】本発明を適用して加工した被加工面の形状誤差
の測定結果を示す図である。

【図６】従来技術により加工した被加工面の形状誤差の
測定結果を示す図である。

【符号の説明】

１…加工機本体， ２…Ｙ軸テーブル， ３…Ｘ軸テーブル， ４…回転テーブル， ５…ＸＹＺステージ， ６…研削砥石， ７…砥石スピンドル， ８…被加工， ９…主軸， １０…主軸モータ， １１…数値制御装置， １２…Ｘ軸テーブル駆動モータ， １３…Ｙ軸テーブル駆動モータ， １４…回転テーブル駆動モータ， １５…回転テーブル４の回転中心， １６…研削砥石６の先端円弧形状の中心， １７…被加工物８の回転中心， １８…実際の研削砥石， １９…実際の研削砥石１８で加工された面， ２０…理想的な研削砥石， ２１…研削砥石２０で加工された面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加工物を自転運動させ、被加工物の自転
   軸に対して工具が相対的軌跡上を移動することにより、
   回転軸対称の面を加工する工作機械において、工具を目
   標とする加工面形状にたいし常に垂直に当接させる工具
   姿勢制御手段を有し、工具である研削砥石を上記工作機
   械に取り付けたまま、工作機械の工具軌跡制御機能及
   び、工具姿勢制御機能を用いて高精度に整形し、当該砥
   石を用いて被加工物に高精度な回転軸対称面を加工でき
   るようにしたことを特徴とする回転軸対称曲面の加工方
   法。