JPH09239609A - ワークの内球面加工方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ワークの内球面形状の加工を高い真球精度で良
好に仕上げる。 【構成】ワークの支持装置側の回転軸の軸線Ｌ₂ をＵ軸
加工機側のスピンドルの軸線Ｌ₁ に交わらせ、ツール９
の刃先９ａをワークの旋回中心Ｏに合わせる。そして刃
先９ａの回転軌跡が断面円４３ａを描くようにＵ軸方向
へ移動させ、スピンドルを回転させると、突端部４２，
４２ａには夫々部分Ｓ₁ ，Ｓ₁ が切り込まれる。次にこ
こからＬ₂ を軸としてワークを９０°回転させると、断
面円４３ａの上下半分が、夫々突端部４２，４２ａに対
して相対的に球形４３の４分の１の軌跡を描くことにな
り、これと干渉する部分Ｓ₂ ，Ｓ₂ が夫々点対称に切除
される。更に９０°回転させると、残りの４分の１ずつ
の扇状部分が切除されて、突端部４２，４２ａの対向面
には、球形４３と干渉する内球面形状４４，４４の部分
が夫々切除される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば図６に示す
ように、ワーク４０に平行に突設された突端部４２，４
２ａ（例えばコネクティングロッドとの継手部分等）間
の互いの対向面に、球形４３の一部となる対称な内球面
形状４４，４４を切削加工する場合や、或は図７の如
く、ワーク４５に穿設した透孔４６の内面に、球形４７
の一部となる連続した内球面形状４８を切削加工する場
合等に好適な内球面加工方法と、その方法を実現するた
めの装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来上記のような内球面加工方法として
は、まず図６のようなワークの場合、総型バイトを用い
て、ワークを工作機械のスピンドルに取り付けて回転さ
せながら切削加工する方法や、剣先バイトを用いて、同
様にワークを回転させながら、ワーク内での剣先バイト
の軸方向と切り込み方向との移動量をＮＣで同時制御し
て、内球面形状を切削加工する方法が採用されている。
又図７のようなワークの場合は、エンドミルを用い、球
形中心とエンドミルの刃先中心とを合わせて、エンドミ
ルの軸心に対して所定角度傾斜させたワークを回転さ
せ、刃先を徐々に切り込ませることでまず内球面の半分
を切削し、次にワークを反対側へ傾斜させて同様に回転
させ、残りの半分を切削する方法がとられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】総型バイトを用いた加
工方法においては、加工面が広いために切削抵抗が過大
となる上、切粉の排出が悪いために、加工面にビビリや
むしれが発生することがある。又剣先バイトを用いた加
工方法にあっては、切り込み方向の動作変換点での刃先
の制御時に生じる移動装置側のバックラッシが刃先移動
の遅れとなり、加工面の真球度が確保できない。更に両
者ともワークを主軸に装着して回転させる構成であるた
め、アンバランス状態で質量的にも大きくなり、回転数
を上げることができず、加工精度の低下や加工時間の冗
長を招く結果ともなってしまう。一方エンドミルを用い
た加工方法においては、切削工程が断続的となって時間
のロスが生じるのに加え、エンドミルのチャッキングに
軸心からの振れが生じると、加工面を悪くさせたり、真
球度に誤差を生じさせ寸法管理が困難となる虞れがあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、加工精
度の向上と加工面の良好な仕上を、簡単な構成で達成す
ることができるワークの内球面加工方法とその装置を提
供するもので、その構成は、まず内球面加工方法として
は、スピンドルに設けたツールの刃先を前記スピンドル
の軸線との交差方向へ移動させて、前記刃先が球形の中
央断面円と等しい軌跡を描くようにスピンドルを回転さ
せる一方、前記ワークを、前記刃先の回転中心を通る線
を中心軸として、前記中央断面円を横切る方向に回転さ
せることで、前記刃先の中央断面円に、ワークに対する
相対的な球形軌跡を描かせて、その球形軌跡と干渉する
部分のワークを切削することを特徴とするものである。
又内球面加工装置としては、軸方向に前後移動可能なス
ピンドルの先端に、前記スピンドルの軸線から刃先を交
差方向に移動可能なツールを備えたＵ軸加工機構と、そ
のＵ軸加工機構の前方に配置されて前記ワークを把持す
ると共に、前記スピンドルの軸線と交差する線を中心軸
とし、且つその交差点に球形の中心を設定してワークを
回転させる支持機構とを備えたことを特徴とするもので
ある。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。図１において、１は内球面加工装置
で、Ｕ軸加工機２と、ワークの支持装置３とからなり、
Ｕ軸加工機２のスピンドルの軸線Ｌ₁ と、支持装置３の
回転軸の軸線Ｌ₂ とが直交するようにテーブル上に配置
されている。まずＵ軸加工機２を説明する。図２にも示
すように、スピンドル４は、本体５内において軸方向へ
前後移動可能に支持される六角形のクイル６によって軸
支されると共に、主軸モータ７によって回転する。又本
体５には、クイル６を軸方向へ前後移動させる送りモー
タ８が備えられている。更にスピンドル４先端に装着さ
れるツール９は、スピンドル４に内蔵した図示しない移
動装置によって刃先をＵ軸方向（スピンドルの軸線Ｌ₁
との交差方向）へ移動可能となっているが、この移動装
置は、スピンドル４に内蔵され、スピンドル４の軸線上
に揺動中心を設定したシーソー部材の後端を、スピンド
ル４の軸心に設けられたドローバー１０の軸方向の移動
によって所定角度傾斜させることで、シーソー部材の前
端に装着したツール９をＵ軸方向へ傾斜させる構成であ
る。尚この移動装置は、ドローバー１０の移動によって
ツールを装着したスライド部材をＵ軸方向へ移動させる
スライド方式のものでも良い。そして１３は、前記ドロ
ーバー１０にロータリージョイント１１を介して連結さ
れる送りネジ１２を回転させて、ドローバー１０を軸方
向へ移動させるツール制御モータである。これら３つの
モータがＮＣ制御されて、スピンドル４の回転と軸方向
への送り、及びツール９のＵ軸方向への移動が行われる
ものである。

【０００６】次に図３はワークの支持装置３の説明図
で、装置本体１４内には、回転軸１５が、軸方向の前後
に配置された一対のテーパローラベアリング１６，１６
によって軸支される。この回転軸１５は、段部１５ａ
と、間座１７を介して回転軸１５に螺合される軸ナット
１８とにより、軸方向への移動を規制されている。又回
転軸１５の後方（図３の右側）には、回転駆動用のサー
ボモータ１９が配置されており、モータシャフト２０
を、回転軸１５の後端に固着されるカップリング２１を
貫通して回転軸１５内の中空部へ突出させ、その突出端
部を締結ナット２２で締着することで、モータシャフト
２０と回転軸１５とは一体回転可能に連結されている。
更に装置本体１４は、スライドベース２３によって垂直
方向へスライド移動可能にガイドされると共に、スライ
ドネジ２４の回転操作によってそのスライド移動の調整
が可能となっている。このスライドネジ２４には、互い
にピッチの異なる逆ネジ部を有して夫々装置本体１４側
とスライドベース２３側とに螺合し、回転操作に伴って
ネジのピッチ差分移動する差動ネジ方式が採用されてお
り、ここで微小調整を容易に行えるようにしている。こ
れらのスライド機構は、後述する内球面加工方法の実施
の際、回転軸１５の軸線Ｌ₂ をＵ軸加工機２側のスピン
ドル４の軸線Ｌ₁ に垂直方向で交わらせるためのもの
で、調整後は、装置本体１４とスライドベース２３とを
ボルト２５，２５で固定して、振動等によるズレを防止
している。

【０００７】そして回転軸１５の前端には、取付プレー
ト２６を介して筒状のチャック本体２７がボルトで固定
されている。このチャック本体２７の開口部には、軸線
Ｌ₂から放射状にコレットチャック２８，２８・・が配
置されて、その後端がチャック本体２７の内部に設けた
ピストン２９にねじ込まれている。又３０は取付プレー
ト２６に突設されたワークの突き当てブロックである。
よってこのチャック機構によれば、例えば図６で示した
ようなワーク４０を、基端４１からチャック本体２７に
手で挿入してコレットチャック２８に把持させ、装置本
体１４側から供給される図示しない油圧機構を作動させ
て、ピストン２９を回転軸１５側へ移動させると、コレ
ットチャック２８が後退しながらチャック本体２７のテ
ーパ状の開口２７ａにガイドされて軸線Ｌ₂ 側へ縮小す
る。ここでワーク４０を回転軸１５側に引き込んで基端
４１を突き当てブロック３０に当接させて、ワーク４０
をしっかりと把持することになる。

【０００８】加工例１ 以上の如く構成された内球面加工装置１を用いてワーク
の内球面加工を行う方法を主に図４を用いて説明する。
尚同図（Ａ）〜（Ｃ）の上図は夫々ワーク４０の突端部
４２，４２ａの部分斜視、下図は夫々突端部４２ａの部
分側面を示すものである。まず支持装置３のスライドネ
ジ２４の操作によって、回転軸１５の軸線Ｌ₂ をＵ軸加
工機２側のスピンドル４の軸線Ｌ₁ に交わらせる。次に
送りモータ８の駆動によりクイル６を前進させてスピン
ドル４を前方へ送り、ツール９の刃先９ａを、加工しよ
うとする内球面の中心、即ちワークの旋回中心Ｏに合わ
せる。そしてツール制御モータ１３の駆動により、図４
（Ａ）の如く、旋回中心Ｏから刃先９ａまでの距離が、
内球面が含まれる球形４３の中央断面円（以下断面円と
いう）４３ａの半径に等しくなるようにＵ軸方向へ移動
させ、主軸モータ７の駆動でスピンドル４を回転させる
と、刃先９ａの回転軌跡は上記断面円４３ａと等しくな
り、突端部４２，４２ａの対向面には、夫々点線で示す
部分Ｓ₁ ，Ｓ₁ が切り込まれることになる。尚刃先９ａ
の形状から実際の切り込み部分はＶ字状の溝となるが、
ここでは切削原理の説明のため、切り込み位置を単に点
線で示す。次にこの状態から支持装置３側のサーボモー
タ１９を作動させて回転軸１５を回転させ、チャック本
体２７と共にワーク４０を、Ｌ₂ を軸として図４（Ａ）
の矢印方向へ９０°回転させる。すると断面円４３ａに
おける旋回中心Ｏを境とした上下半分が、夫々突端部４
２，４２ａの対向面に対して相対的に球形４３の４分の
１の軌跡を描くことになり、この軌跡と干渉する突端部
４２，４２ａにおいては、同図（Ｂ）に示すように、Ｓ
₁ から連続して内球面形状４４の４分の１となる扇状の
部分Ｓ₂ ，Ｓ₂ が夫々点対称に切除されることになる。
そしてここから更に９０°回転させると、同様の原理で
残りの４分の１ずつの扇状部分が切除されて、同図
（Ａ）から１８０°のワーク４０の回転が終了すると、
丁度断面円４３ａがワーク４０に対して相対的に球形４
３を描く形となって、同図（Ｃ）のように突端部４２，
４２ａの対向面には、球形４３と干渉する内球面形状４
４，４４の部分が夫々切除されるのである。

【０００９】但し実際には、いきなり刃先９ａが断面円
４３ａを描くように設定して加工するものではなく、上
記原理に従って、 (1) 最初は刃先９ａのＵ軸方向への移動量を小さくし
て、突端部４２，４２ａへの切込量を浅くした状態でツ
ール９を回転させ、ここでワーク４０を１８０°回転さ
せて、断面円４３ａより小さい断面円で浅い内球面形状
を切削加工する。このサイクルを、徐々にＵ軸方向への
切込量を増やしながら繰り返す。 (2) 回転するツール９を一定速度でＵ軸方向へも移動さ
せて刃先円を徐々に拡大させながら、ワーク４０にも１
８０°で反復回転させて連続的に切削加工する。刃先円
が断面円４３ａに達するとＵ軸方向への切込は停止さ
せ、最後にワーク４０を１８０°旋回させて仕上加工を
行う。の２方法で加工するのが好ましい。特に(2) の方
法では加工時間の一層の短縮を図ることができる。この
ように上記加工方法によれば、ワーク４０をスピンドル
４の軸線Ｌ₁ に対して直交する軸線Ｌ₂ を中心として回
転させることで、内球面形状４４，４４が簡単に切削加
工できる。特にツール９にはＵ軸方向への移動量のみを
設定する単純な制御で済むため、真球精度の高い加工が
行え、良好な仕上面が得られる。又ツール９の高速回転
が可能となるため、一層の加工精度の向上と加工時間の
短縮が期待できるのである。

【００１０】加工例２ そして上記方法及び装置によれば、図７に示したワーク
４５の透孔４６の内面を内球面形状４８に簡単に加工す
ることもできる。即ち図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、
支持装置３の配置変更、或はチャック機構のみの設計変
更により、透孔４６の軸線と一致させた支持装置３側の
回転軸１５の軸線Ｌ₂ が、スピンドル４の軸線Ｌ₁ に対
して所定角度α傾斜するように設定し、加工しようとす
る内球面の断面円４７ａでスピンドル９の刃先９ａを回
転させて、ワーク４５をＬ₂ を軸にして同図（Ａ）の矢
印方向へ１８０°回転させると、前述と同じ原理で、ワ
ーク４５の回転に従って透孔４６の内面は、その内面を
斜めに横切る断面円４７ａに切削される。即ち図５にお
いて、切削開始時には透孔４６のツール９側に位置して
いた断面円４７ａ上の接点Ａが、ワーク４５の回転に連
れて相対的に断面円４７ａに沿って透孔４６の内面に転
写され、１８０°の回転終了時には透孔４６の反対側の
接点Ａ₁ の位置へ移動することで、内面の左半分が球形
４７の形状で切除され、同様に接点Ａ₁ からＡへの転写
により、右半分が切除されることになる。よって透孔４
６全体に内球面形状４８が形成されるのである。このよ
うに加工例２においても、ツール９にはＵ軸方向への移
動量のみを設定するだけで、加工工程が断続することな
く、真球精度の高い加工が迅速且つ簡単に行え、良好な
仕上面が得られる。勿論ツールの高速回転化による加工
精度の向上と加工時間短縮の効果も同様に得られる。尚
透孔４６の全面を内球面形状に加工する場合は、図５の
如く断面円４７ａの上方の接点Ａ₁ と下方の接点Ａと
が、夫々透孔４６内面の前端と後端若しくはそれより外
部に位置するように設定する必要がある。逆にＬ₂ の傾
きや透孔４６の軸方向の長さを変えることで、透孔４６
内面の途中に上記接点Ａ、Ａ₁ が位置するような設定と
すれば、透孔４６の内面途中へ局部的に内球面形状４８
等を形成することもできる。

【００１１】尚本発明は上記実施の形態で示したよう
に、ワークの一対の突端部の互いの対向面に夫々内球面
形状を加工する態様において好適であるが、ワークの１
面のみに内球面形状を加工するものでも本発明の方法や
装置は同様に適用でき、同様の効果が得られる。又内球
面加工装置においては、Ｕ軸加工機をマシニングセンタ
のＵセンタ工具に代える等、同機能の構造に置換するこ
とができる。同様にワークの支持装置においても、回転
軸の回転制御をサーボモータに代えて、油圧・空圧のシ
リンダ等で行ったり、単純に回転軸にハンドルを直結し
て手動で回すようにしたり、更に回転軸の軸受けに用い
るテーパローラベアリングに代えて、ボールベアリング
やメタル軸受け等を採用したりする等、種々の設計変更
が可能である。勿論ワークのチャック機構も、加工する
ワークの形状に応じて具体的な構造は適宜変更して差し
支えない。加えてワークの支持装置に、軸方向への送り
機構等の付加機能を付与すれば、上記ワーク４０におい
て突端部４４，４４の間隔が離れているような場合に、
突端部の片方ずつ切削加工することができる。又Ｕ軸加
工機とワークの支持装置との配置形態も、例えば先に示
したＵ軸加工機２を垂直にして内球面加工装置１を構成
する等の変更ができる。この場合ワークの支持機構３に
おいても、スライド機構による装置本体１４のスライド
方向を水平方向とする等、Ｕ軸加工機に合わせて適宜変
更すれば良い。

【００１２】

【発明の効果】以上本発明の内球面加工方法及び装置に
よれば、内球面形状が簡単且つ迅速に切削加工できる。
特にツールは単純に球形の中央断面円の軌跡で回転させ
るのみであるから、高い真球精度と良好な仕上面が得ら
れると共に、ツールの高速回転も可能となり、加工精度
の向上と加工時間の短縮とをより効果的に達成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内球面加工装置の説明図である。

【図２】Ｕ軸加工機の説明図である。

【図３】ワークの支持装置の説明図である。

【図４】（Ａ）加工例１における内球面加工方法の説明
図である。 （Ｂ）加工例１における内球面加工方法の説明図であ
る。 （Ｃ）加工例１における内球面加工方法の説明図であ
る。

【図５】（Ａ）加工例２における内球面加工方法の説明
図である。 （Ｂ）加工例２における内球面加工方法の説明図であ
る。

【図６】内球面形状が加工されたワークの一例である。

【図７】内球面形状が加工されたワークの一例である。

【符号の説明】

１・・内球面加工装置、２・・Ｕ軸加工機、３・・支持
装置、４・・スピンドル、６・・クイル、７・・主軸モ
ータ、９・・ツール、１５・・回転軸、２７・・チャッ
ク本体、４０，４５・・ワーク、４２，４２ａ・・突端
部、４４，４８・・内球面形状。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークに球形の一部を凹設するための内
   球面加工方法であって、スピンドルに設けたツールの刃
   先を前記スピンドルの軸線との交差方向へ移動させて、
   前記刃先が前記球形の中央断面円と等しい軌跡を描くよ
   うにスピンドルを回転させる一方、前記ワークを、前記
   刃先の回転中心を通る線を中心軸として、前記中央断面
   円を横切る方向に回転させることで、前記刃先の中央断
   面円に、ワークに対する相対的な球形軌跡を描かせて、
   その球形軌跡と干渉する部分のワークを切削することを
   特徴とするワークの内球面加工方法。
2. 【請求項２】 ワークに球形の一部を凹設するための内
   球面加工装置であって、軸方向に前後移動可能なスピン
   ドルの先端に、前記スピンドルの軸線から刃先を交差方
   向に移動可能なツールを備えたＵ軸加工機構と、そのＵ
   軸加工機構の前方に配置されて前記ワークを把持すると
   共に、前記スピンドルの軸線と交差する線を中心軸と
   し、且つその交差点に前記球形の中心を設定してワーク
   を回転させる支持機構とを備えたことを特徴とするワー
   クの内球面加工装置。