JPH08314515A - 切削加工方法およびばり取り加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 専用機を必要とすることなく作業効率よく的
確にばり取りなどを行うこと。 【構成】 主軸１９の中心軸線に対して直交する軸線周
りに回転駆動されるエンドミル２５を有する工具ホルダ
２３を主軸１９に装着する。Ｘ軸とＹ軸の同時多軸制御
により主軸１９の中心軸線に対して直交する平面に沿っ
て主軸１９と被加工物Ｗとを相対変位させ、その同時多
軸制御に同期させて主軸１９の回転角を定量的に制御す
ることにより、エンドミル２５の回転中心軸線Ａがこの
エンドミル２５の被加工物Ｗとの接触位置における加工
面に対してなす角度βを所定角度を保ち、前記相対変位
によって決まる工具移動軌跡をもってエンドミル２５に
よりばり取りを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、切削加工方法およびば
り取り加工方法に関し、特に同時多軸制御機能を有する
ＮＣ工作機械等にて実施する切削加工方法およびばり取
り加工方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ばり取りは、一般に、手持ちグラ
インダなどによる手作業、研磨ホイールあるいはワイヤ
ブラシによるばり取り専用機、ばり取りロボットにより
行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】手持ちグラインダなど
を使用した手作業によるばり取りでは、作業者負担が大
きく、作業効率が悪く、安定したばり取り加工精度を得
ることが難しい。

【０００４】ばり取り専用機によるばり取りでは、ばり
取りしか行わないばり取り専用機が必要であり、コスト
パフォーマンスが悪い。またワイヤブラシによるばり取
りでは、加工物表面を傷つけ、またたれ込みが生じ、形
状精度を低下させる原因になる。

【０００５】ばり取りロボットによるばり取りでは、高
価なロボットが必要であり、多くの場合、ばり削除量が
少なく、作業効率が悪い。削除量を高める場合には、切
削抵抗の増大によりロボットに要求されるアーム剛性が
高くなり、より一層、高価なロボットが必要になる。

【０００６】本発明は、上述のような問題点に着目して
なされたものであり、専用機を必要とすることなく作業
効率よく的確にばり取りなどを行う切削加工方法および
ばり取り加工方法を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述のような目的を達成
するために、請求項１による切削加工方法は、主軸の中
心軸線に対して直交する軸線周りに回転駆動される回転
多刃工具を有する工具ホルダを主軸に装着し、同時多軸
制御により主軸の中心軸線に対して直交する平面に沿っ
て主軸と被加工物とを相対変位させ、その同時多軸制御
に同期させて主軸の回転角を定量的に制御することによ
り、前記回転多刃工具の回転中心軸線が当該回転多刃工
具の被加工物との接触位置における加工面に対してなす
角度を所定角度に保ち、前記相対変位によって決まる工
具移動軌跡をもって前記回転多刃工具により被加工物を
切削することを特徴としている。

【０００８】請求項２による切削加工方法は、請求項１
に記載の切削加工方法において、前記主軸を軸線方向に
移動させることを特徴としている。

【０００９】請求項３による切削加工方法は、請求項２
に記載の切削加工方法において、前記主軸の軸線方向移
動を前記同時多軸制御に同期させ、アルキメデス補間運
動により傾斜面の加工を行うことを特徴としている。

【００１０】また上述のような目的を達成するために、
請求項４によるばり取り加工方法は、請求項１〜３の何
れかに記載の切削加工方法によって被加工物のばりを切
削除去することを特徴としている。

【００１１】請求項５によるばり取り加工方法は、工作
機械の主軸に前記回転多刃工具を有する工具ホルダを交
換可能に装着し、工作機械にてばり取りを行うことを特
徴としている。

【００１２】

【作用】請求項１による加工方法では、同時多軸制御に
より主軸の中心軸線に対して直交する平面に沿って主軸
と被加工物とを相対変位させながら、主軸の回転角を同
時多軸制御に同期させて定量的に制御することにより、
回転多刃工具の回転中心軸線が当該回転多刃工具の被加
工物との接触位置における加工面に対してなす角度が所
定角度に保たれ、主軸と被加工物との相対変位によって
決まる工具移動軌跡をもって回転多刃工具により被加工
物が切削される。

【００１３】請求項２による切削加工方法では、主軸が
軸線方向に移動することにより、主軸と被加工物との相
対変位によって決まる工具移動軌跡を主軸軸線方向に連
結してなる面状の切削が行われる。

【００１４】請求項３による切削加工方法では、主軸の
軸線方向移動を同時多軸制御に同期させてアルキメデス
補間運動を行わせることにより、テーパ面などの傾斜面
を切削する。

【００１５】また請求項４によるばり取り加工方法で
は、上述の請求項１〜３の何れかに記載の切削加工方法
を実施して被加工物のばりを切削除去する。

【００１６】請求項５によるばり取り加工方法では、工
作機械の主軸に回転多刃工具を有する工具ホルダを交換
可能に装着し、工作機械にてばり取りを行う。

【００１７】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。

【００１８】図１は本発明による切削加工方法およびば
り取り加工方法の実施に使用するＮＣ工作機械を示して
いる。ＮＣ工作機械は、ベッド１と、ベッド１上にＹ軸
方向に移動可能に設けられてＹ軸テーブル３と、Ｙ軸テ
ーブル３上にＸ軸方向に移動可能に設けられてＸ軸テー
ブル５とを有し、Ｘ軸テーブル５上に被加工物Ｗを固定
載置される。

【００１９】Ｙ軸テーブル３はＹ軸サーボモータ７によ
ってＹ軸方向に駆動され、Ｘ軸テーブル５はＸ軸サーボ
モータ９によってＸ軸方向に駆動され、Ｘ軸テーブル５
上の被加工物Ｗは、Ｙ軸サーボモータ７によるＹ軸テー
ブル３のＹ軸方向の移動とＸ軸サーボモータ９によるＸ
軸テーブル５のＸ軸方向の移動により、Ｘ軸とＹ軸によ
る水平面に沿ってＸ座標とＹ座標による任意に座標位置
に移動する。

【００２０】ＮＣ工作機械のコラム１１にはＺ軸スライ
ダ１３が上下方向、即ちＺ軸方向に移動可能に装着され
ており、Ｚ軸スライダ１３はＺ軸サーボモータ１５によ
ってＺ軸方向に駆動される。

【００２１】Ｚ軸スライダ１３には主軸頭１７が取り付
けられており、主軸頭１７には主軸１９がＺ軸の軸線周
り、即ちＣ軸周りに回転可能に装着されている。主軸１
９は主軸モータであるＣ軸サーボモータ２１により回転
駆動されてＣ軸回転角を定量的に制御される。

【００２２】主軸１９には工具ホルダ２３が図示されて
いない一般的な自動工具交換装置によって交換可能に装
着されている。

【００２３】図２、図３に示されているように、工具ホ
ルダ２３は回転多刃工具である小型のエンドミル２５を
主軸１９の中心軸線（Ｚ軸）に対して直交する軸線Ａ周
りに回転可能に支持しており、エンドミル２５は工具ホ
ルダ２３に搭載されたビルドインモータ２７により軸線
Ａ周りに回転駆動される。

【００２４】Ｘ軸とＹ軸による被加工物Ｗの移動平面は
主軸１９の回転軸線、即ちＣ軸（Ｚ軸）に直交する平面
であり、Ｘ軸とＹ軸の同時多軸制御により主軸１９の中
心軸線に対して直交する平面に沿って主軸１９に対し被
加工物Ｗが相対変位する。

【００２５】Ｘ軸サーボモータ９、Ｙ軸サーボモータ
７、Ｚ軸サーボモータ１５、Ｃ軸サーボモータ２１の各
々にはロータリエンコーダ２９、３１、３３、３５が装
着されており、このロータリエンコーダ２９、３１、３
３、３５は各軸のサーボモータ９、７、１５、２１の回
転角を検出し、回転角情報をＮＣ装置３７へ出力する。
このうちＣ軸サーボモータ２１のロータリエンコーダ３
５は、アブソリュート型のロータリエンコーダにより構
成され、主軸１９の回転角をＸ軸方向あるいはＹ軸方向
を絶対基準位置として計測する。

【００２６】ＮＣ装置３７は、図４に示されているよう
に、ＮＣ加工プログラムを実行して各軸指令を出力する
プログラム実行部３９と、プログラム実行部３９より軸
指令を入力して補間演算を行う補間演算部４１とを有
し、補間演算部４１は、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｃの各軸の移動量
を指令値として各軸の位置制御・駆動部４３、４５、４
７、４９へ出力する。

【００２７】位置制御・駆動部４３、４５、４７、４９
は、各々同軸のロータリエンコーダ２９、３１、３３、
３５より回転角情報を入力し、位置フィードバック補償
制御により演算される各軸の操作量をもって各軸のサー
ボモータ９、７、１５、２１の駆動を制御する。

【００２８】本発明により切削加工方法においては、主
軸中心の被加工物Ｗに対する相対的な移動軌跡が切削す
べき形状に適合したものになるように、Ｘ、Ｙ、Ｚの各
軸の指令量をＮＣ加工プログラムで設定しておき、この
ＮＣ加工プログラムの実行によって主軸１９と被加工物
ＷとをＸ、Ｙ、Ｚの軸制御、少なくともＸ、Ｙの軸制御
によって主軸１９の回転軸線に直交する平面に沿って相
対変位させ、主軸１９と被加工物Ｗとの間に相対補間運
動を行わせ、主軸１９の回転角をＸ、Ｙ、Ｚの各軸の軸
制御に対して所定の相関関係をもって定量的に同期制御
し、主軸１９の全回転角位置にて被加工物Ｗの加工面に
対するエンドミル２５の回転中心軸線Ａが、当該エンド
ミル２５と被加工物Ｗとの接触位置における加工面に対
してなす角度θを所定角度に保ち、主軸１９と被加工物
Ｗとの相対変位によって決まる工具移動軌跡、この場
合、Ｘ軸とＹ軸との同時多軸制御により定義される工具
移動軌跡をもってエンドミル２５により被加工物Ｗを切
削、特に被加工物Ｗのばり部分ｂを切削除去する。

【００２９】エンドミル２５の回転中心軸線Ａは、法線
Ｂに対して工具進行方向前側に角度αをもって傾斜して
おり、この角度αが３０度程度であると、回転中心軸線
Ａが加工面に対してなす角度θは６０度程度になり、角
度αと角度θとは補角の関係にある。この回転中心軸線
Ａの傾斜によりエンドミル２５は工具進行方向前側のエ
ッジにて被加工物Ｗの加工面に接触し、その接触部を切
削する。

【００３０】この切削においては、被加工物Ｗが鋳鉄な
どの鉄系金属で、加工直径が２５０ｍｍ程度であると、
エンドミル２５は、ビルドインモータ２７によって１０
００〜１５００ｒｐｍ程度で回転中心軸線Ａ周りに回転
駆動されるから、毎分２０〜３０ｃｃ程度に、効率よく
ばり取りが高速度で行われる。

【００３１】また、このばり取りは、工作機械上で行わ
れるから、被加工物Ｗの一般加工が完了したのちに、自
動工具交換装置によって上述のエンドミル２５を有する
工具ホルダ２３を主軸１９に取り付けることにより、一
般加工完了後に一連の加工プロセスをもって、換言すれ
ば被加工物Ｗのハンドリングや段取りを別途に要するこ
となくばり取りが行われる。

【００３２】このことにより、ばり取り作業が自動化さ
れると共にばり取り作業の能率が従来に比して飛躍的に
向上する。

【００３３】図２、図３に示されているような、円筒内
周面のばり取り加工においては、主軸中心Ｃｓからエン
ドミル２５と被加工物Ｗとの接触位置までの距離（工具
Ｃ軸半径）をＴｒ、被加工物Ｗの加工半径Ｒとすると、
Ｒ＞Ｔｒの前提条件の下に、主軸中心Ｃｓと被加工物Ｗ
の中心Ｃｗとは偏心量Ｅだけ偏心しており、補間軌跡、
即ち主軸１９と被加工物Ｗとの相対変位によって決まる
工具移動軌跡は、主軸中心Ｃｓを中心とし、偏心量Ｅを
半径とする真円に設定する。

【００３４】この場合、補間軌跡が真円を描くべく、Ｘ
軸制御とＹ軸制御の座標値は、被加工物中心Ｃｗ周りの
角度を媒体変数として、相互に９０度の位相差を有する
三角関数式により与えられる。

【００３５】また、上述のようなＸ軸とＹ軸の同時多軸
制御に相関性を持たせてＺ軸制御、即ち主軸１９を軸線
方向へ移動させることにより、面状に、換言すればＺ軸
方向に幅をもたせて帯状にばり取りを高速度に行うこと
ができる。

【００３６】また、主軸１９の軸線方向移動をＸ軸とＹ
軸の同時多軸制御に同期させてアルキメデス補間運動を
行わせることにより、テーパ面などの傾斜面を切削する
こともできる。

【００３７】図５はテーパ面状の溶接ビート部の仕上げ
加工例を示している。この仕上げ加工は上述の主軸１９
の軸線方向移動をＸ軸とＹ軸の同時多軸制御に同期させ
てアルキメデス補間運動を行わせることにより行われ
る。図示例では、溶接ビート部ｔの山の頂点部より裾野
へ向けて符号Ｃ₁ 〜Ｃ₄ の切削を行い、スムーズにつな
がる仕上げ面を得る。

【００３８】なお、本発明による切削加工方法およびば
り取り加工方法は、内周面加工以外に、任意の内径の穴
加工、任意の外径の外周面加工、テーパ加工、球面加
工、多角形加工、ねじ切り加工、フランジ面加工、自由
形状加工およびそれら形状のばり取りを行うことができ
る。

【００３９】以上に於ては、本発明を特定の実施例につ
いて詳細に説明したが、本発明は、これに限定されるも
のではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、請求項
１による切削加工方法においては、同時多軸制御により
主軸の中心軸線に対して直交する平面に沿って主軸と被
加工物とを相対変位させながら、主軸の回転角を同時多
軸制御に同期させて定量的に制御することにより、回転
多刃工具の回転中心軸線の加工面に対する角度を所定角
度に保って主軸と被加工物との相対変位により決まる工
具移動軌跡をもってエンドミルなどの回転多刃工具によ
り被加工物を切削するから、切削加工、ばり取り加工が
効率よく行われ、また良好な切削仕上がり面が得られる
と云う効果が得られる。

【００４１】請求項２による切削加工方法では、主軸が
軸線方向に移動することにより主軸と被加工物との相対
変位によって決まる工具移動軌跡を主軸軸線方向に連結
してなる面状の切削が効率よく行われると云う効果が得
られる。

【００４２】請求項３による切削加工方法では、主軸の
軸線方向移動を同時多軸制御に同期させてアルキメデス
補間運動を行わせることにより、テーパ面などの傾斜面
の切削が効率よく行われると云う効果が得られる。

【００４３】また請求項４によるばり取り加工方法で
は、上述の請求項１〜３の何れかに記載の切削加工方法
を実施して被加工物のばりを切削除去するから、専用機
を必要とすることなく作業効率よく的確にばり取りが行
われると云う効果が得られる。

【００４４】請求項５によるばの取り加工方法では、工
作機械の主軸に回転多刃工具を有する工具ホルダを交換
可能に装着し、工作機械にてばり取りを行うから、ばり
取り作業の自動化が可能になり、ばり取り作業の能率が
従来に比して飛躍的に向上すると云う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による切削加工方法およびばり取り加工
方法の実施に使用される工作機械を示す概略斜視図であ
る。

【図２】本発明による切削加工方法およびばり取り加工
方法の実施に使用する工具部分の斜視図である。

【図３】本発明による切削加工方法およびばり取り加工
方法の実施に使用する工具部分の正面図である。

【図４】本発明による切削加工方法およびばり取り加工
方法の実施に使用するＮＣ工作機械の制御系を示すブロ
ック線図である。

【図５】本発明による切削加工方法の実施例を示す断面
図ある。

【符号の説明】

１ ベッド ３ Ｙ軸テーブル ５ Ｘ軸テーブル ７ Ｙ軸サーボモータ ９ Ｘ軸サーボモータ １３ Ｚ軸スライダ １５ Ｚ軸サーボモータ １７ 主軸頭 １９ 主軸 ２１ Ｃ軸サーボモータ ２３ 工具ホルダ ２５ エンドミル ２７ ビルドインモータ ２９、３１、３３、３５ ロータリエンコーダ ３７ ＮＣ装置 ３９ プログラム実行部 ４１ 補間演算部 ４３、４５、４７、４９ 位置制御・駆動部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉野 日出己 静岡県御殿場市駒門１丁目120番地 東芝 機械株式会社御殿場事業所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸の中心軸線に対して直交する軸線周
   りに回転駆動される回転多刃工具を有する工具ホルダを
   主軸に装着し、同時多軸制御により主軸の中心軸線に対
   して直交する平面に沿って主軸と被加工物とを相対変位
   させ、その同時多軸制御に同期させて主軸の回転角を定
   量的に制御することにより、前記回転多刃工具の回転中
   心軸線が当該回転多刃工具の被加工物との接触位置にお
   ける加工面に対してなす角度を所定角度に保ち、前記相
   対変位によって決まる工具移動軌跡をもって前記回転多
   刃工具により被加工物を切削することを特徴とする切削
   加工方法。
2. 【請求項２】 前記主軸を軸線方向に移動させることを
   特徴とする請求項１に記載の切削加工方法。
3. 【請求項３】 前記主軸の軸線方向移動を前記同時多軸
   制御に同期させ、アルキメデス補間運動により傾斜面の
   加工を行うことを請求項２に記載の切削加工方法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３の何れかに記載の切削加工
   方法によって被加工物のばりを切削除去することを特徴
   とするばり取り加工方法。
5. 【請求項５】 工作機械の主軸に前記回転多刃工具を有
   する工具ホルダを交換可能に装着し、工作機械にてばり
   取りを行うことを特徴とする請求項４に記載のばり取り
   加工方法。