JPH06711A - 切削加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 単一の切削工具を用い、所定の切刃正面形状
とは異なる一横断面形状の加工形状をワークに切削加工
する方法を提供せんとするものである。 【構成】 ５軸形又は６軸形工作機械（２０）を用い、
その機械主軸（３４）を介してヘールバイト形の所定の
刃正面形状を有した切削工具（４０）にＡ軸又はＣ軸等
の少なくとも２つの軸回りの回転変位を、同切削工具
（４０）のワーク（Ｗ）との相対移動軌跡に沿う移動過
程に、制御、付与し刃正面形状と異なる一横断面形状を
有した加工形状をワーク（Ｗ）の被加工部に切削加工す
るようにした切削加工方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械の機械主軸に
装着した切削工具の姿勢を制御してワークに所望の加工
形状を切削加工する方法に関し、特に、直交するＸ、Ｙ
２軸方向に移動可能なテーブルと、同テーブルに取付け
られたワークに向けてそのＸ、Ｙ軸と直交したＺ軸方向
に移動可能な機械主軸と、同機械主軸に装着した切削工
具にＸ、Ｙ、Ｚ軸と異なる他の少なくとも２つの軸（Ａ
軸、Ｂ軸、Ｃ軸の何れか２つの軸）の回りに回転変位を
付与可能な回動送り軸を有した工作機械を用い、機械主
軸に装着されたヘールバイト形切削工具が有する所定の
刃正面形状とは異なる横断面形状を備えた加工形状をワ
ークの被加工部に切削加工する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の３軸とＣ軸とを有した工
作機械を用い、その工作機械の機械主軸に装着され、ワ
ークの被加工部において得るべき加工形状の一横断面形
状と一致した刃正面形状を有するヘールバイト形切削工
具を機械主軸を介してＣ軸を回転制御することにより、
切削工具とワークとの相対的な移動軌跡の変化に応じて
切削工具の切刃姿勢を変化させ、常に、刃正面形状に一
致した横断面形状がワークの被加工部に転写、切削され
るようにした切削加工方法が、本出願人の出願に係る特
公昭６３−５４４８５号公報に記載されている。更に詳
述するならば、図６に示すように、工作機械３のＸ、Ｙ
軸方向に移動可能な加工テーブル４に設置した被加工ワ
ーク１と、Ｚ軸方向に移動可能な主軸ヘッド９にＣ軸の
回動送りを可能に設けた工具主軸１０に取付けた切削工
具２とをＸ、Ｙ、Ｚ軸の三次元方向に相対的に移動させ
て切削加工を行うに当たり、同切削工具２はワーク１の
被加工部において得るべき加工形状の一横断面形状をし
た総形ヘールバイトを用い、その総形ヘールバイトの刃
先中心の移動軌跡をＸ、Ｙ、Ｚ軸の三次元方向の送りで
制御するとともに同総形ヘールバイトの刃先中心を通る
軸線を中心として回転するＣ軸の回転角度を制御するこ
とにより被加工ワーク１と総形ヘールバイト２とを相対
的に移動させ、総形ヘールバイトの刃先の移動軌跡が得
るべき所望の三次元形状と一致するように制御装置１２
により制御して被加工ワーク１を加工するようにした切
削加工方法であり、上記工作機械３は、加工テーブル４
をＸ、Ｙ軸方向に送る送り駆動モータ５、６と主軸ヘッ
ド９を送り機構７を介してＺ軸方向に送る送り駆動モー
タ８と主軸ヘッド９を介して工具主軸１０にＣ軸回転を
付与するＣ軸駆動モータ１１とを具備し、これらの４つ
の駆動モータは、夫々制御装置１２に接続されて、制御
機構を形成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、上述した
切削方法では、４軸形の工作機械の機械主軸に装着した
総形ヘールバイトが有する刃正面形状を、そのまま、１
対１の形状転写関係によって被加工ワークに切削加工す
る点を特徴としたものであり、従って、被加工ワークに
切削加工される加工形状は、総形ヘールバイトの刃正面
形状により完全に一義的に決まってしまうと言う制限が
ある点で、多様性に欠ける問題がある。即ち、被加工ワ
ークに種々の異なる加工形状を切削加工しなければなら
ない場合には、加工形状が変化する都度、対応した総形
ヘールバイトを選定して工作機械の機械主軸に交換、装
着し、切削加工を遂行する必要があり、多数の切削工具
を予め準備する必要がある点や工具交換を行いながら切
削加工を遂行することは、加工能率の点で制限があると
言う欠点もある。

【０００４】他方、工作機械においては、図６に示した
従来の４軸形工作機械ばかりでなく、上述したＣ軸に加
えて、それと直交する方向に更にＡ軸、Ｂ軸等の回転送
り軸系を有した工作機械が従来から提供されている。

【０００５】依って、本発明の目的は、１つの切削工
具、特に、所定の刃正面形状を有した１つのヘールバイ
ト形切削工具を用いて、その刃正面形状とは異なる横断
面形状を有した加工形状をワークの被加工部に切削加工
することができる切削加工方法を提供せんとするもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の発明の目的に鑑み
て、本発明は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の直動送り機構に加え
て少なくとも２つの軸回りに機械主軸を介して切削工具
に回転変位を制御、付与することが可能な工作機械を用
い、その工作機械の機械主軸に装着したヘールバイト形
の所定の刃正面形状を有した切削工具をワークとの移動
軌跡に沿う移動時に、上記の２つの軸回りに変位を与え
ることにより、刃正面形状と異なる一横断面形状を有し
た加工形状をワークの被加工部に得られるようにした切
削加工方法としたものである。

【０００７】すなわち、本発明によれば、テーブルに取
付けられたワークと機械主軸に装着された切削工具との
間で相対的なＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の変位を付与可能な直動
送り軸と、前記前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のうち少なくとも２つ
の軸の回りに回転変位を付与可能な回動送り軸を有した
工作機械によってワークに切削加工をおこなう切削加工
方法において、前記機械主軸に装着され、予め整形され
た所定の刃正面形状を有した切削工具を、前記テーブル
に取付られたワークに対して相対的にＸ、Ｙ、Ｚの３軸
方向に所定の工具軌跡に沿って移動させ、前記切削工具
の相対移動時に前記機械主軸に装着した切削工具が、前
記ワークの被加工部分に切削加工すべき加工形状の一横
断面形状に対応した所定の切刃姿勢になるように前記回
動送り軸を制御し、前記機械主軸のＺ軸方向の送り動作
により、前記切削工具を前記所定の切刃姿勢のまま切り
込み方向の微増送りを繰り返し、以て前記刃正面形状と
異なる横断面形状を有した加工形状をワークに切削加工
することを特徴とした切削加工方法が提供される。

【０００８】

【作用】上述の構成によれば、ワークの被加工部には切
削工具が２軸の回りに回転変位を付与されることによ
り、その刃正面形状と異なる一横断面形状を有した加工
形状が切削加工されるから、単一本の切削工具を用いて
も、その切刃正面形状とは異なる一横断面形状を有した
加工形状がワークに得られるのである。

【０００９】以下、本発明を添付図面に示す実施例に基
づいて、更に、詳細に説明する。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の切削加工方法において用いら
れる工作機械の構成の一例を示す斜視図、図２（ａ）、
（ｂ）はヘールバイト形切削工具の側面図と切刃正面形
状のままワークを加工した場合のワーク被加工部の断面
図、図３（ａ）、（ｂ）は図１の工作機械におけるＣ軸
方向にヘールバイト形切削工具を回転変位させ、切刃正
面形状と異なる一横断面形状を有した加工形状をワーク
に切削加工した場合の状態を示した断面図、図４
（ａ）、（ｂ）は、図１の工作機械におけるＡ軸方向に
ヘールバイト形切削工具を回転変位させ、切刃正面形状
と異なる一横断面形状を有した加工形状をワークに切削
加工した場合の状態を示した断面図、図５（ａ）、
（ｂ）は、切削工具の２軸回りの回転変位量の相違によ
りワークの被加工面の面粗度が異なることを説明した断
面図である。

【００１１】図１を参照すると、本発明の切削加工方法
を実行するために利用可能な工作機械の１例が示されて
おり、５軸立形工作機械である。即ち、同工作機械２０
は、ベッド２２に搭載されて、水平面内で直交するＸ、
Ｙの２軸方向に移動可能な加工テーブル２４を有し、こ
の加工テーブル２４上に被加工ワークＷが取り付けられ
る。加工テーブル２４のＸ軸方向、Ｙ軸方向の送り移動
は、ベッド２２に具備された夫々の送り機構を介して、
駆動モータＭｘ、Ｍｙを駆動源にして遂行される。

【００１２】他方、同工作機械２０はコラム２６の上部
に、上記のＸ軸、Ｙ軸に直交したＺ軸方向に移動可能な
ラム２８を有し、このラム２８に回転面板３０を介して
主軸頭３２が取り付けられ、この主軸頭３２が機械主
軸、つまり、スピンドル３４を備えている。そして、上
記ラム２８は駆動モータＭｚを駆動源にしてＺ軸方向の
送り動作を行い、それによって回転面板３０を介して主
軸頭３２及び主軸３４を加工テーブル２４に向け、又は
逆に加工テーブル２４から離れる向きに送り動作させ得
るようになっている。そして、主軸頭３２及びそれに回
転自在に保持された主軸３４は、回転面板３０と共に駆
動モータＭａを駆動源にしてＡ軸回転が可能に、また、
主軸３４は主軸頭３２に搭載された駆動モータＭｃを駆
動源にして同主軸３４の軸心の回りにＣ軸回転が可能に
設けられている。斯くして主軸３４の先端に切削工具４
０を装着することにより、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向
における送り移動でワークＷに対して同切削工具４０に
所望の軌跡に沿う相対移動とワーク内部に向けての切り
込み送りとを与え、更に、必要に応じてＣ軸およびＡ軸
の回転変位を利用して加工テーブル２４に取り付けられ
たワークＷに切削加工を施すことができるのである。な
お、上述した駆動モータＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚ及びＭａ、Ｍ
ｃはＮＣ装置から成る制御装置３８に接続され、同制御
装置３８の指令入力に従って作動が制御されるようにな
っている。

【００１３】上述の５軸立形工作機械２０は、Ｘ軸、Ｙ
軸、Ｚ軸の直交３軸の送り機構に加えて主軸頭３２を介
して主軸３４およびその主軸３４に装着される切削工具
４０を、Ｃ軸およびＡ軸回転させ得る構造を有している
が、必要に応じてもう１軸のＢ軸の回転変位を付与する
ことが可能な６軸立形工作機械も本発明の実施に用い得
ることは言うまでもない。また、立形工作機械に限ら
ず、主軸の送り軸を成すＺ軸が水平配置の横形工作機械
を利用して実施することも可能である。

【００１４】さて、ここで切削工具４０に注目すると、
本発明の切削工具４０は、ヘール加工原理に従って切削
作用を行うヘールバイト形切削工具であり、図２（ａ）
に一例を示すように、工具シャンク４２の下部領域の工
具保持端に切削刃４８が固定ねじ４６により固定され、
同切削刃４８の上方域には切削作用時の切削反力に起因
した振動を吸収することが可能な弾性変形支点を形成す
るためのスリット４４が削設された構造を有している。
切削刃４８は、その刃正面形状、即ち、図２（ａ）にお
ける矢印“Ｆ”方向に見た形状が円弧形状、台形状等の
予め選定した形状、寸法の切刃形状に整形されており、
ワークＷの被加工部の表面との間で相対的な移動を行う
ことにより、同ワークＷに刃正面形状と一定の相関々係
を有した加工形状の切削加工を施すものである。いま、
図２の（ａ）のヘールバイト形切削工具４０の切削刃４
８は、その刃正面形状が真円の部分円弧を成す円弧形状
を有する場合を想定すると、円弧状の刃正面形状を、そ
のままワークＷの被加工部に転写するように切削工具４
０の切削刃４８を、その中心線回りに工作機械のＣ軸回
動送り手段の作動で姿勢制御すると、図２（ｂ）に示す
ように、円弧断面を有した加工形状が、ワークＷの被加
工部に切削、形成される。このように、工作機械のＣ軸
回動送り手段のみによって、ヘールバイト形切削工具４
０の切削刃４８の姿勢を切削移動方向へ移動する間に制
御して常に、刃正面形状と１対１の加工形状をワークＷ
に切削加工する方法は、既述した図６の従来技術に相当
するに過ぎない。

【００１５】ところが、本発明によれば、ヘールバイト
形切削工具４０を用い、かつ、工作機械のＡ軸、Ｃ軸の
２つの回動送り手段を利用することにより、刃正面形状
（本例では円弧形状）と一定の相関々係を有すると共に
図２（ｂ）のような円弧断面と異なる一横断面形状を有
した加工形状をワークＷに切削加工することができるの
である。

【００１６】図３（ａ）、（ｂ）は、円弧形の刃正面形
状を有したヘールバイト形切削工具４０の切削刃４８
に、工作機械２０の駆動モータＭｃを駆動源としたＣ軸
回動送り手段によって、主軸３４に装着された状態で図
２（ａ）の姿勢からＣ軸に一定の角度の回転変位を付与
し、かつ、同切削工具４０をワークＷの被加工部に対し
てＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三次元方向の移動軌跡に沿って移
動させ、その一定の角度の回転変位量を維持するように
Ｃ軸回動送り手段を制御装置３８から制御して切削加工
した場合に楕円の長径方向をワーク深さ方向にした略半
楕円を一横断面とした加工形状がワークＷの被加工部に
切削、形成された状態を示しているものである。つま
り、Ｃ軸回動送り手段により、図２（ａ）に矢印Ｃで示
す方向の右回り方向に所定の角度による回転変位を主軸
３４を介してヘールバイト形切削工具４０に付与する制
御と、その付与した姿勢を移動軌跡が直進路ばかりでな
く、曲線路である場合も常時、それを維持させる制御と
の二制御を行って切削加工を遂行したものである。

【００１７】ここで、同楕円横断面の加工形状は、単一
のヘールバイト形切削工具４０を所定の移動軌跡に沿っ
て移動させる間に、工作機械２０のＺ軸送り機構によっ
て切り込み量を漸増させ、所定の深さの楕円横断面形状
の加工形状を得たものであることは言うまでもない。

【００１８】他方、図４（ａ）、（ｂ）は、ヘールバイ
ト形切削工具４０を図２（ａ）の状態から、Ａ軸回動送
り手段によって、所定の角度の回転変位を付与し、切削
刃４８の切刃姿勢を同図４（ａ）に示すように、垂直姿
勢から寝かせた姿勢を得、その姿勢状態でヘールバイト
形切削工具４０を三次元送り方向に移動させ、このとき
に、Ｃ軸回動送り手段によって、その切削刃４８の姿勢
を維持させることにより、楕円の短径をワーク深さ方向
にした略半楕円を一横断面形状とした加工形状を得たも
のである。つまり、本例では、Ａ軸回動送り手段とＣ軸
回動送り手段との２つの回動送り手段を制御装置３８で
制御して所望の楕円断面の加工形状を得たものである。

【００１９】上述した図３、図４の図示例に基づく記載
から、本発明は、ヘールバイト形切削工具４０の切削刃
４８の刃正面形状とは異なる形状を一横断面形状とする
加工形状を切削加工する方法であることが理解できる
が、これらの加工形状は、ワークの切削加工過程で少な
くとも２つの回動送り手段を駆使し、切れ刃の刃正面形
状とは異なる横断面形状の加工形状を得るように切削刃
の姿勢を得、その姿勢を移動軌跡に沿って維持すること
により、ワークＷに切削加工を施す場合を説明している
が、移動過程の途次にＡ軸回動送り手段又はＣ軸回動送
り手段を駆使して切削刃４８に回転変位を付与し、複数
の異なる加工形状をワークＷの被加工部に切削加工する
ことも可能であり、或いは、ワークＷが成形金型等の場
合には、隅部の狭小な領域を曲面加工する過程と、比較
的広い面積領域を加工する過程で、ヘールバイト形切削
工具４０の移動軌跡方向に見た切刃姿勢を種々の回転変
位状態に調節しながら切削加工を進行させることも可能
である。

【００２０】ここで、図５（ａ）を参照すると、ヘール
バイト形切削工具４０の切削刃４８が円弧状の刃正面形
状を有した例に就いて、図３（ａ）の切れ刃姿勢を維持
してピックフィードＰｆ１で繰り返しワークＷの加工面
を加工した場合を示し、このとき、ワークＷの広い面積
領域の加工面には単純にピックフィードＰｆ１を維持し
て加工すると、図示の比較的高い切り残し高さＨ１を有
した粗い加工肌部が形成されるが、他方、ワークＷの隅
部Ｗａでは曲率半径の小さな曲面加工を得ることが可能
であることが理解できる。

【００２１】一方、図５（ｂ）を参照すると、ヘールバ
イト形切削工具４０の切削刃４８が円弧状の刃正面形状
を有した例に就いて、図４（ａ）の切れ刃姿勢を維持し
てピックフィードＰｆ２で繰り返しワークＷの加工面を
加工した場合を示し、このとき、ワークＷの広い面積領
域の加工面には単純にピックフィードＰｆ２を維持して
加工すると、低い切り残し高さＨ２を有した加工肌部が
形成されることが、示され、この場合にはワークＷの隅
部Ｗａでは曲率半径の小さな曲面加工を得ることが困難
であることが理解できる。つまり、本例では加工面の面
粗度を良好にすることが可能であると共に、同じ加工面
積部分を切削加工するとき、ピックフィード回数が少な
くて済むこと、即ち、加工能率が図５（ａ）の場合より
高いことが理解できる。

【００２２】このような図５（ａ）、（ｂ）を参照する
と、単一本のヘールバイト形切削工具４０を用いて切削
加工を遂行する過程で、ワークＷの加工領域の広狭状況
を勘案しながら、切削加工を適切に進捗させることが可
能であることが分る。以上、本発明を実施例に就いて説
明したが、本発明に係る切削加工方法は、図示例の５軸
立形工作機械を利用する場合に限定されないことは言う
までもない。また、図示例のＡ軸、Ｃ軸の回動送り手段
によれば、両者の複合回転変位でＢ軸回りの回転変位を
切削工具に付与することも可能であることが理解できよ
う。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、本発
明によれば、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の送り機構に加えて少な
くとも２つの軸回りに機械主軸を介して切削工具に回転
変位を制御、付与することが可能な工作機械を用い、そ
の工作機械の機械主軸に装着したヘールバイト形の所定
の刃正面形状を有した切削工具をワークとの移動軌跡に
沿う移動時に、上記の２つの軸回りに回転変位を与える
ことにより、刃正面形状と異なる一横断面形状を有した
加工形状をワークの被加工部に切削加工可能にした切削
加工方法が得られ、従って、一本の切削工具を駆使して
刃正面形状の一定の相関々係を有した様々な加工形状を
切削加工できると言う点で、切削加工性能の多様化、加
工能率の向上、ワーク加工面の良好な面粗度の確保等の
種々の効果を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の切削加工方法において用いられる工作
機械の構成の一例を示す斜視図である。

【図２】（ａ）はヘールバイト形切削工具の側面図であ
る。 （ｂ）は同ヘールバイト形切削工具の切刃正面形状のま
まワークを加工した場合のワーク被加工部の断面図であ
る。

【図３】（ａ）は図１の工作機械におけるＣ軸方向にヘ
ールバイト形切削工具を回転変位させた状況を示す部分
側面図である。 （ｂ）は（ａ）の姿勢で切刃正面形状と異なる一横断面
形状を有した加工形状をワークに切削加工した場合の状
態を示した断面図である。

【図４】（ａ）は、図１の工作機械におけるＡ軸方向に
ヘールバイト形切削工具を回転変位させた状況を示す部
分側面図である。 （ｂ）は、同姿勢の切削工具で切削した切刃正面形状と
異なる一横断面形状を有した加工形状をワークに切削加
工した場合の状態を示した断面図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）は、切削工具の２軸回りの回転
変位量の相違によりワークの被加工面の面粗度が異なる
ことを説明した断面図である。

【図６】従来の切削加工方法の実施に用いられる工作機
械の構成を説明する斜視図である。

【符号の説明】

２０…工作機械 ２２…ベース ２４…加工テーブル ３２…主軸頭 ３４…主軸 ３８…制御装置 ４０…切削工具 ４２…シャンク ４８…切削刃 Ｍａ…駆動モータ Ｍｃ…駆動モータ Ｍｘ…駆動モータ Ｍｙ…駆動モータ Ｍｚ…駆動モータ Ｗ…ワーク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 テーブルに取付けられたワークと機械主
   軸に装着された切削工具との間で相対的なＸ、Ｙ、Ｚ軸
   方向の変位を付与可能な直動送り軸と、前記前記Ｘ、
   Ｙ、Ｚ軸のうち少なくとも２つの軸の回りに回転変位を
   付与可能な回動送り軸を有した工作機械によってワーク
   に切削加工をおこなう切削加工方法において、 前記機械主軸に装着され、予め整形された所定の刃正面
   形状を有した切削工具を、前記テーブルに取付られたワ
   ークに対して相対的にＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に所定の工
   具軌跡に沿って移動させ、 前記切削工具の相対移動時に前記機械主軸に装着した切
   削工具が、前記ワークの被加工部分に切削加工すべき加
   工形状の一横断面形状に対応した所定の切刃姿勢になる
   ように前記回動送り軸を制御し、 前記機械主軸のＺ軸方向の送り動作により、前記切削工
   具を前記所定の切刃姿勢のまま切り込み方向の微増送り
   を繰り返し、 以て前記刃正面形状と異なる横断面形状を有した加工形
   状をワークに切削加工することを特徴とした切削加工方
   法。