JPH0871803A - 開先加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 総形刃物を使わなくても、あらゆる二次元的
な曲面の開先加工ができる開先加工装置を提供する。 【構成】 刃物台１３を保持した面板１０を先端に有す
る主軸５を回転駆動するよう主軸駆動モータ６を連結
し、主軸５を保持した主軸台５を主軸の軸線方向に送る
よう軸線方向送りモータ４１を設け、更に、刃物台１３
を半径方向に移動させるよう送りねじ装置１５とそれを
駆動する連結軸１９、加減算可能な差動歯車装置２４、
半径方向送りモータ２３を設け、前記差動歯車装置２４
の第一入力軸２６に半径方向送りモータ２３を駆動連結
し、第二入力軸２７を主軸５に駆動連結し、出力軸２５
を連結軸１９に駆動連結することにより、主軸５の回
転、刃物台の半径方向の送り、軸線方向の送りを、それ
ぞれ対応するモータ６、２３、４１で個別に制御可能と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、管状の被加工物の端面
に開先加工を行うための開先加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】管状の被加工物を所定位置に固定保持
し、その円形端面を刃物が旋回して開先加工を行う従来
の開先加工装置は、刃物を円形端面に沿って旋回させる
回転装置と、刃物を円形端面の半径方向に移動させる駆
動機構と、刃物を軸線方向に移動させる駆動機構を有し
ており、刃物を旋回させた状態で、その刃物を軸線方向
に送りながら、半径方向にも送ることによって、被加工
物の先端面の開先加工を行うことが可能となっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の装置で
は、刃物を半径方向に移動させる駆動機構は、刃物を旋
回させる回転装置より減速用差動歯車装置を介して、回
転を取っており、このため、刃物の旋回と同期して半径
方向に移動するように構成されていた。従って、刃物が
旋回する角速度によって、刃物の半径方向の送り速度が
決まってしまうので、最適な切削条件を選定するのが難
しいという問題があった。また、軸線方向に移動できる
駆動機構を使って、刃物を旋回させながら、切り込み送
りをすることにより定められた傾斜面の斜面加工を行う
ことができるが、その場合は更に切削条件が限定されて
しまい、殆ど実用不可能であり、単一の刃物を用いた開
先加工はできなかった。

【０００４】そこで、開先加工を行うために、座面加工
用の刃物と、端面の開先形状にあわせて作られた開先加
工用の総形の刃物との２個の刃物を用意し、まず、一方
の座面加工用の刃物を取り付け、被加工物の円形端面に
沿って旋回させながら半径方向に送って、円形端面を平
坦に加工して座面を形成し、次に、減速用差動歯車装置
を回転装置から切り離して、刃物が旋回しても刃物が半
径方向に動かないようにし、且つ他方の総形に整形した
刃物を取り付け、この刃物を軸線方向に送って円形端面
に押し付け、開先加工を行っていた。しかし、この方式
では、２個の刃物を用意し、それを交換して加工を行わ
なければならないため、作業性が悪いという問題があっ
た。また、総形刃物を被加工物の端面に押し付け、広い
幅を同時に切削するので、切削中に非常に大きな切削抵
抗がかかり、加工面がびびってしまい、精度の良い加工
がでないという問題もあった。

【０００５】本発明は、上述の問題点に鑑みて為された
もので、最適な切削条件に設定することができ、しか
も、総形刃物を使うことなく斜面加工を精度良く行うこ
との可能な開先加工装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の問題点を
解決するために、刃物の旋回運動と、刃物の半径方向の
送り運動と、刃物の軸線方向の送り運動をそれぞれ、独
立させて別個のモータで駆動するように構成したもので
ある。

【０００７】すなわち、本発明は、ベッドと、該ベッド
に保持された主軸台と、該主軸台に回転可能に保持され
た主軸と、該主軸を回転駆動するように連結された主軸
駆動モータと、前記主軸の先端に保持された面板と、該
面板に、前記主軸の回転運動の半径方向に移動可能に保
持された、刃物を取り付けた刃物台と、前記面板内に設
けられ、前記刃物台を半径方向に移動させる送りねじ装
置と、前記主軸内に同心状に且つ回転可能に保持され、
前記送りねじ装置に駆動連結された連結軸と、前記刃物
台を半径方向に移動させるための半径方向送りモータ
と、第一及び第二入力軸と出力軸を備え、前記第一入力
軸を前記半径方向送りモータに駆動連結し、前記第二入
力軸を前記主軸に駆動連結し、前記出力軸を前記連結軸
に駆動連結して設けられた差動歯車装置であって、前記
第一入力軸の回転を停止した状態では、前記主軸の回転
によって前記連結軸を主軸と同一速度で同方向に回転さ
せるように連結された差動歯車装置と、前記主軸台を前
記ベッドに対して主軸の軸線方向に往復動させる軸線方
向送りモータを備えた主軸台送り装置と、前記主軸台に
対向する位置に被加工物を、主軸軸線と同一軸線となる
ように固定保持する被加工物チャック装置とを有する開
先加工装置を要旨とする。

【０００８】

【作用】上述のように構成された開先加工装置では、被
加工物チャック装置に加工すべき被加工物を主軸軸線と
同一軸線上となるように固定保持させ、主軸を主軸駆動
モータで回転させることによって、その主軸先端の面板
に取り付けられた刃物台の刃物を被加工物の円形端面に
沿って旋回させることができ、その際、軸線方向送りモ
ータで主軸台を軸線方向に送る動作及び／又は半径方向
送りモータで刃物台を半径方向に送る動作を加えること
により、被加工物への加工を行うことができる。この
際、主軸が回転していても、半径方向送りモータを停止
させ、差動歯車装置の第一入力軸を停止させておけば、
刃物台を半径方向に送る送りねじ装置に連結された連結
軸は、主軸の回転を入力している差動歯車装置によって
主軸と同一速度で同方向に回転し、従って主軸と連結軸
とは相対的に回転せず、このため、刃物台が半径方向に
動くことはない。かくして、刃物台を半径方向に動かす
ことなく、主軸を任意の速度で回転させることができ
る。次に、半径方向送りモータを回転させて、差動歯車
装置の第一入力軸を回転させると、その回転速度に応じ
て出力軸の回転速度が変化し、連結軸は主軸に対して相
対的に回転し、それに駆動連結された半径方向送りねじ
装置を駆動して、刃物台を半径方向に動かすことができ
る。この時の相対的な回転速度は、主軸の回転速度には
無関係で、半径方向送りモータの回転速度のみに比例し
たものとなっており、従って、主軸の回転速度に関係な
く、刃物台を半径方向に送ることができる。このよう
に、主軸駆動モータによる刃物の旋回運動（主軸の回転
運動）と、半径方向送りモータによる刃物の半径方向送
り運動とは、互いに何らの影響を受けることなく独立し
ており、また、軸線方向送りモータによる刃物の軸線方
向の送り運動も、これらの運動とは独立しているから、
結局、刃物の旋回運動、半径方向送り運度、軸線方向送
り運動を、それぞれ自由に所望の条件に設定することが
でき、所望形状の切削を良好な切削条件で行うことがで
きる。

【０００９】例えば、刃物の半径方向送りモータと、刃
物の軸線方向送りモータをサーボモータとし、数値制御
装置により同時２軸的に制御する構成とすると、総形刃
物を使わなくても被加工物の端面に斜面加工を行うこと
ができるし、二次元的ないかなる曲面加工を行うことも
できる。また、主軸駆動モータによって回転する主軸の
回転角度位置を検出するために取り付けたエンコーダ
と、軸線方向送りモータをサーボモータとして、数値制
御装置により同時２軸的に制御する構成とすると、環状
の被加工物の内外径の円筒部にねじ状の加工も可能であ
る。

【００１０】

【実施例】以下、図面に示す本発明の好適な実施例を説
明する。図１は本発明の一実施例による開先加工装置の
概略正面図、図２はその主要部分の概略断面図である。
同図において、１はベッド、２はそのベッド１に主軸台
送り装置３を介して保持された主軸台である。この主軸
台２には、主軸５が回転可能に保持され、且つその主軸
を回転駆動するための主軸駆動モータ６、減速歯車列
７、変速機構部８等も保持されている。

【００１１】主軸５の先端には面板１０が取り付けられ
ている。この面板１０の先端面には、主軸５の回転運動
の半径方向に移動可能にスライド１１が保持され、その
スライド１１には、刃物１２を取り付けた刃物台１３が
固定されている。この刃物台１３には、異なる種類の加
工に対応しうるよう２個の刃物１２を保持させている
が、刃物台１３に保持させる刃物１２の個数はこの場合
に限らず、１個のみでも、或いは３個以上としてもよ
い。面板１０の内部には、刃物台１３を半径方向に移動
させる送りねじ装置１５が設けられている。この送りね
じ装置１５は、面板１０に定位置で回転するように保持
されたねじ軸１６と、スライド１１に固定され、ねじ軸
１６に噛み合う送りねじナット１７で構成されている。
前記主軸５には、同心状に且つ回転可能に連結軸１９が
挿入されており、その先端はかさ歯車２０、２１を介し
て、送りねじ装置１５のねじ軸１６に駆動連結されてい
る。かくして、連結軸１９を主軸５に対して回転させる
ことにより、ねじ軸１６を回転させ、刃物台１３を半径
方向に移動させることができる。

【００１２】主軸台２には、更に連結軸１９を回転させ
て刃物台１３を半径方向に送るための半径方向送りモー
タ２３と、その回転を連結軸１９に伝達するための加減
算可能な差動歯車装置２４が設けられている。この差動
歯車装置２４は、歯車２５ａを備えたフレーム２５と、
そのフレーム２５の中心線上に回転可能に保持された第
一入力軸２６及び第二入力軸２７と、その第一入力軸２
６及び第二入力軸２７にそれそれ保持された同一歯数の
かさ歯車からなる太陽歯車２８、２９と、フレーム２５
に保持され、太陽歯車２８、２９に噛み合うかさ歯車か
らなる遊星歯車３０を備えており、フレーム２５が出力
軸となっている。この構成により、第一入力軸２６の入
力回転角をＹ１、第二入力軸２７の入力回転角をＹ２、
出力軸であるフレーム２５の出力回転角をＹ３とする
と、 Ｙ３＝（Ｙ１＋Ｙ２）／２ となる。ただし、各回転角Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３はいずれ
も、同一方向への回転の場合は＋、反対方向の場合は−
の値とする。従って、差動歯車装置２４の出力軸回転角
は、第一及び第二入力軸回転数の和の半分（同方向に回
転する場合）、又は差の半分（異なる方向に回転する場
合）となっている。

【００１３】差動歯車装置２４の第一入力軸２６は半径
方向送りモータ２３に駆動連結されており、第二入力軸
２７は歯車３２、３３の噛み合いを介して主軸５に駆動
連結されている。また、出力軸であるフレーム２５の歯
車２５ａは歯車３５を介して連結軸１９に駆動連結され
ている。ここで、互いに噛み合う歯車３２、３３の歯数
比、及び歯車２５ａ、３５の歯数比は、第二入力軸２７
とフレーム２５とが同方向に２対１の速度比で回転した
時に、主軸５と連結軸１９が同一速度で同方向に回転す
るように定められている。例えば、歯車３２、３３の歯
数比が１：１、歯車２５ａ、３５の歯数比が２：１に定
めらられている。かくして、半径方向送りモータ２３を
停止し、第一入力軸２６を回転させない状態に保って、
主軸５を回転させると、その主軸５の回転が第二入力軸
２７に伝達され、それに応じてフレーム２５が第二入力
軸２７の回転速度の半分の速度で回転し、それが２倍に
増速されて連結軸１９に伝達され、結局、連結軸１９は
主軸５と同一速度で同一方向に回転する。換言すれば、
主軸５の回転中、半径方向送りモータ２３を停止させて
おくと、主軸５と連結軸１９とは相対的に回転せず、従
って連結軸１９に駆動連結されたねじ軸１６が回転する
ことがなく、刃物台１３が半径方向に動くことはない。

【００１４】また、この状態で半径方向送りモータ２３
を作動させて、第一入力軸２６を或る回転角度だけ一方
向（又は反対方向）に回すと、出力軸となるフレーム２
５は、その半分の角度だけ更に多く（又は少なく）回る
こととなり、それが２倍に拡大されて連結軸１９に伝達
される。このため、連結軸１９は差動歯車装置２４の第
一入力軸２６の回転角に等しい角度だけ主軸５よりも多
く（又は少なく）回転し、連結軸１９の主軸５に対する
相対的な回転により、その連結軸１９に駆動連結された
ねじ軸１６を回転させて刃物台１３を半径方向の外方
（又は内方）に送ることができ、この時の送り量は主軸
５の回転に関係なく、第一入力軸２６の回転角に比例し
たものとなる。

【００１５】主軸台２には更に、歯車３２で回転駆動さ
れるようにエンコーダ３６が設けられ、主軸５の回転角
度位置を検出するようになっている。

【００１６】主軸台２を保持した主軸台送り装置３は、
主軸５の軸線に平行に配置された直線案内３７及び送り
ねじ３８と、直線案内３７に保持されて移動する移動テ
ーブル３９と、この移動テーブル３９に保持され、送り
ねじ３８に噛み合う送りねじナット４０と、送りねじ３
８に駆動連結された軸線方向送りモータ４１を備えてお
り、この軸線方向送りモータ４１を回転させることによ
って、移動テーブル３９及びその上の主軸台２を主軸５
の軸線方向に移動させることができる。

【００１７】主軸５の回転角度位置を検出するエンコー
ダ３６と、半径方向送りモータ２３、軸線方向送りモー
タ４１はサーボモータであり、これらは数値制御装置
（図示せず）に連結され、制御されるようになってい
る。

【００１８】ベッド１の上面には、主軸台２に対向する
位置に被加工物チャック装置４３が設けられている。こ
の被加工物チャック装置４３は、管状等の被加工物Ｗ
を、その軸線が主軸５の軸線と同一軸線上となるように
固定保持するものである。

【００１９】次に上記構成の開先加工装置による加工動
作を説明する。被加工物Ｗを被加工物チャック装置４３
によって主軸軸線と同一軸線上となるように固定保持す
る。この被加工物Ｗの端面を平坦に加工する場合には、
軸線方向送りモータ４１が主軸台２を前進させ、加工に
使用する刃物１２で被加工物Ｗの端面を加工しうる位置
に位置決めして停止させる。その状態で主軸駆動モータ
６が主軸５を回転させ、同時に半径方向送りモータ２３
が回転する。これにより、主軸５の先端の面板１０に保
持された刃物台１３の刃物１２が、被加工物Ｗの端面に
ほぼ同心状に旋回し、同時に、連結軸１９が主軸５に対
して回転して刃物台１３を半径方向に移動させ、刃物１
２を半径方向に送って被加工物Ｗの端面に切り込んで行
く。かくして、被加工物Ｗの端面が平坦に切削加工され
る。この際、上記したように、刃物台１３の半径方向の
送り量は、主軸５の回転に関係なく半径方向送りモータ
２３の回転角に比例した値となるため、刃物１２の主軸
５による旋回速度と、刃物１２の半径方向の送り速度と
をそれぞれ所望の値に設定することができ、好ましい切
削条件での加工が可能である。

【００２０】次に、被加工物Ｗの端面に傾斜面を加工す
る場合には、主軸駆動モータ６が主軸５を回転させてい
る状態で、同時に半径方向送りモータ２３と、軸線方向
送りモータ４１が回転する。これにより、主軸５の先端
の面板１０に保持された刃物台１３の刃物１２が、被加
工物Ｗの端面にほぼ同心状に旋回しながら、半径方向送
りモータ２３の回転速度に応じた速度で半径方向に移動
し且つ軸線方向送り用モータ４１の回転速度に応じた速
度で軸線方向に移動し、被加工物Ｗの端面を傾斜面に切
削してゆく。従って、刃物１２の半径方向の移動速度
と、軸線方向の移動速度との比を、所望の勾配が得られ
る値に設定しておくことにより、従来のような総形の刃
物を用いることなく、所望の勾配の傾斜面を加工するこ
とができる。また、この際、刃物１２の旋回速度（主軸
５の回転速度）は、刃物１２の半径方向及び軸線方向の
送りに関係しないため、任意に設定可能であり、好まし
い切削条件での切削が可能である。

【００２１】なお、刃物１２を半径方向に移動させる半
径方向送りモータ２３の回転速度と、軸線方向に移動さ
せる軸線方向送りモータ４１との回転速度とを、両者の
比が一定となるように制御する場合に限らず、適宜変化
するように制御することも可能であり、そのような制御
を行うことにより、二次元的な曲面加工を行うことも可
能である。

【００２２】更に、刃物１２を旋回させる主軸駆動モー
タ６と、刃物１２を軸線方向に送る軸線方向送りモータ
４１はエンコーダ３６を介して２軸的に制御することも
可能であり、その場合には、被加工物Ｗの外径や内径の
円筒部にねじ状の加工を行うことができる。

【００２３】なお、上記実施例では、面板１０に１個の
刃物台１３を設けているが、この代わりに複数の刃物台
を設けて、更に多くの刃物１２を保持させておくことも
可能であり、その場合において、各刃物を使用した各種
の加工を数値制御装置内にプログラムしておくと、該数
値制御装置内に記憶させたプログラムに従って、自動的
に刃物を順次切り換え、複雑な加工を行うこともでき
る。

【００２４】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の開先加
工装置は、管状の被加工物の開先切削条件、すなわち、
刃物の旋回速度、半径方向の送り速度、軸線方向の送り
速度をそれぞれ主軸駆動モータ、半径方向送りモータ、
軸線方向送りモータによって別個に設定可能としている
ので、それぞれの切削条件を最適に決めることによって
精度の良い且つ生産性の高い加工を行うことができ、し
かも、総形の刃物を用いることなく任意形状の開先加工
を行うことができるという効果を有している。

【００２５】また、主軸駆動モータ、半径方向送りモー
タ、軸線方向送りモータを数値制御装置によって制御す
る構成とすると、その数値制御装置内に記憶させたプロ
グラムに従って刃物を移動させることにより、種々な加
工を行うことができ、すべての加工サイクルを自動的且
つ連続的に行うことの可能な数値制御開先加工装置を構
成できるという効果も有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による開先加工装置の概略正
面図

【図２】図１の開先加工装置の主要部分の概略断面図

【符号の説明】

Ｗ 被加工物 １ ベッド ２ 主軸台 ３ 主軸台送り装置 ５ 主軸 ６ 主軸駆動モータ １０ 面板 １２ 刃物 １３ 刃物台 １５ 送りねじ装置 １９ 連結軸 ２３ 半径方向送りモータ ２４ 差動歯車装置 ２５ フレーム（出力軸） ２６ 第一入力軸 ２７ 第二入力軸 ４１ 軸線方向送りモータ ４３ 被加工物チャック装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベッドと、該ベッドに保持された主軸台
   と、該主軸台に回転可能に保持された主軸と、該主軸を
   回転駆動するように連結された主軸駆動モータと、前記
   主軸の先端に保持された面板と、該面板に、前記主軸の
   回転運動の半径方向に移動可能に保持された、刃物を取
   り付けた刃物台と、前記面板内に設けられ、前記刃物台
   を半径方向に移動させる送りねじ装置と、前記主軸内に
   同心状に且つ回転可能に保持され、前記送りねじ装置に
   駆動連結された連結軸と、前記刃物台を半径方向に移動
   させるための半径方向送りモータと、第一及び第二入力
   軸と出力軸を備え、前記第一入力軸を前記半径方向送り
   モータに駆動連結し、前記第二入力軸を前記主軸に駆動
   連結し、前記出力軸を前記連結軸に駆動連結して設けら
   れた差動歯車装置であって、前記第一入力軸の回転を停
   止した状態では、前記主軸の回転によって前記連結軸を
   主軸と同一速度で同方向に回転させるように連結された
   差動歯車装置と、前記主軸台を前記ベッドに対して主軸
   の軸線方向に往復動させる軸線方向送りモータを備えた
   主軸台送り装置と、前記主軸台に対向する位置に被加工
   物を、主軸軸線と同一軸線となるように固定保持する被
   加工物チャック装置とを有する開先加工装置。