JPH1128610A

JPH1128610A - Ｎｃ加工方法及び装置

Info

Publication number: JPH1128610A
Application number: JP18142697A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Okada; 敏幸岡田; Norio Okuya; 憲男奥谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-07-07
Filing date: 1997-07-07
Publication date: 1999-02-02

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単なデータ処理で象限突起の無い高精度の
加工を行えるＮＣ加工方法を提供する。【解決手段】加工具を取付けた主軸とワークとを直交
座標系の軸方向にＮＣ移動制御してワークを加工するＮ
Ｃ加工方法及び装置において、主軸を非接触軸受にて回
転自在に支持し、直交座標系の反転移動時に発生する誤
差である象限突起の大きさを予め測定しておき、加工時
に象限突起を相殺するように非接触軸受にて主軸を偏芯
移動させて加工するようにし、ＮＣデータを補正するこ
となく、象限突起の無い高精度の加工を行えるようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＮＣ加工方法及び装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、任意の形状のワークを高精度
に加工することができる加工装置として、加工具を取付
けた主軸とワークとを直交座標系の軸方向にＮＣ移動制
御してワークを加工するＮＣ加工装置が知られている。

【０００３】具体的な構成例として、例えば縦型の主軸
を持ったものでは、図１３に示したようなものが知られ
ている。図１３（ａ）の構成ではベース７１上にＸ軸方
向に移動可能なＸ軸テーブル７２を配設し、その上にＹ
軸方向に移動可能にＹ軸テーブルとしてのコラム７３を
配設し、コラム７３にて主軸台７４をＺ軸方向に移動可
能に支持し、ワーク支持台７５をベース７１に連設して
いる。また、図１３（ｂ）の構成では、ベース７１上に
ワーク支持台としてのＸ軸テーブル７６を配設するとと
もにＹ軸方向に移動可能にＹ軸テーブルとしてのコラム
７３を配設し、コラム７３にて主軸台７４をＺ軸方向に
移動可能に支持している。また、図１３（ｃ）の構成で
は、ベース７１上にＹ軸方向に移動可能にＹ軸テーブル
７７を配設し、その上にＸ軸方向に移動可能にワーク支
持台としてのＸ軸テーブル７８を配設し、ベース７１上
から倒立Ｌ字状のコラム７９を立設し、その先端部に主
軸をＺ軸方向に移動させる機構を内蔵した主軸台８０を
配設している。また、図１３（ｄ）の構成では、ベース
７１上にＹ軸方向に移動可能にＹ軸テーブル７７を配設
し、その上にＸ軸方向に移動可能にワーク支持台として
のＸ軸テーブル７８を配設し、ベース７１上からコラム
８１を立設し、コラム８１にて主軸台７４をＺ軸方向に
移動可能に支持している。

【０００４】なお、主軸の軸芯を水平方向に向けたＮＣ
加工装置においても上記と基本的に同様の構成をとって
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記ＮＣ加
工装置では主軸台７４、８０と、ワークを支持するワー
ク支持台７５、７６、７８とを直交座標系の軸方向にＮ
Ｃ移動制御してワークを加工するようにしているため、
そのＸ軸テーブル７２、７６、７８やＹ軸テーブル７
３、７７の反転移動時にそれらの慣性力やバックラッシ
ュの影響によってワークのＸ軸及びＹ軸方向の両端位置
が突出するような加工誤差が発生するという問題があ
る。この加工誤差は真円加工時等にＸＹ座標の各象限の
境界部で突出するように発生するので象限突起と呼ばれ
る。

【０００６】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、簡単
なデータ処理で象限突起の無い高精度の加工ができるＮ
Ｃ加工方法及び装置を提供することを主たる目的として
いる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のＮＣ加工方法
は、加工具を取付けた主軸とワークを直交座標系の軸方
向にＮＣ移動制御してワークを加工するＮＣ加工方法に
おいて、主軸を非接触軸受にて回転自在に支持し、直交
座標系の反転移動時に発生する誤差である象限突起の大
きさを予め測定しておき、加工時に象限突起を相殺する
ように非接触軸受にて主軸を偏芯移動させて加工するも
のである。

【０００８】このように、反転移動時に慣性力やバック
ラッシュなどの影響によって発生する加工誤差である象
限突起の大きさを予め計測しておいてその分を非接触軸
受にて補正することによって、加工用のＮＣデータを補
正する手間をかけずに簡単に高精度の加工を行うことが
できる。

【０００９】また、本発明のＮＣ加工装置は、加工具を
取付けた主軸と、主軸を回転自在に支持する非接触軸受
と、主軸とワークを直交座標系の軸方向に相対移動可能
に位置決めする移動手段と、移動手段をＮＣにて動作さ
せる移動制御手段と、非接触軸受による主軸の支持位置
を任意の加工位置で可変する手段とを備えているので、
Ｘ軸方向又はＹ軸方向の移動の反転時に発生する加工誤
差を非接触軸受による主軸支持位置を調整して補正する
ことができ、上記方法等を実施してその効果を奏するこ
とができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態のＮＣ
加工装置を、図１〜図１２を参照して説明する。

【００１１】図１（ａ）は全体概略構成を示す透視図で
ある。図１（ａ）において、１は略直方体の箱状の本体
枠であり、内部に水平方向に対して垂直なＺ軸方向上向
きの主軸２とその回転駆動手段３が配設され、さらにこ
れら主軸２及びその回転駆動手段３をＺ軸方向に移動さ
せるＺ軸移動手段４が配設されている。本体枠１の上面
にはＹ軸方向に移動可能なＹ軸テーブル５が配設され、
その上にＸ軸方向に移動可能なＸ軸テーブル６が配設さ
れ、このＸ軸テーブル６にワークを把持するチャック手
段７が配設されている。上記Ｚ軸移動手段４、Ｙ軸テー
ブル５、及びＸ軸テーブル６は、図１（ｂ）に示すよう
にＮＣ装置６０にて動作される。

【００１２】詳細構成を示す図２〜図４において、本体
枠１は下面四隅部に調整支脚８が設けられた下部枠９の
上部に板材を箱状に組み合わせた平面形状コ字状の主枠
体１０を配設して構成され、その上面にベースプレート
１１が配設されている。この主枠体１０内の平面視で略
中央位置に主軸２を内蔵した回転駆動手段３としての高
速モータが配設され、Ｚ軸移動手段４に固定支持されて
いる。これら回転駆動手段３及びＺ軸移動手段４などの
組み付けやメンテナンスは平面形状コ字状の主枠体１０
の一側方の開放部から行われ、その作業を容易に行え
る。

【００１３】Ｚ軸移動手段４は、Ｚ軸方向のガイドレー
ル１２にてスライドブロック１３を介して可動体１４を
移動自在に支持し、ガイドレール１２と平行に送りねじ
軸１５を配設してその両端部を軸受１６にて回転自在に
支持し、この送りねじ軸１５に螺合させたナット体１７
を可動体１４に固定し、送りねじ軸１５をＺ軸駆動モー
タ１８にて回転駆動するように構成されており、回転駆
動手段３が可動体１４上に固定されてＺ軸方向に移動す
る。

【００１４】ベースプレート１１の主軸２に対向する部
分には加工用開口１９が形成されている。また、ベース
プレート１１は、図３、図４に示すように、主枠体１０
よりＹ軸方向一側に適当長さ突出され、その突出部にワ
ーク３０を通過させる開口部２０が形成されている。

【００１５】Ｙ軸テーブル５は、ベースプレート１１の
左右両側部に配設されたＹ軸方向のガイドレール２１に
てスライドブロック２２を介して移動自在に支持され、
ベースプレート１１の一側部にガイドレール２１と平行
に送りねじ軸２３が配設されてその両端部が軸受２４に
て回転自在に支持され、この送りねじ軸２３に螺合する
ナット体２５がＹ軸テーブル５に固定されている。送り
ねじ軸２３はＹ軸駆動モータ２６にて回転駆動され、そ
れに伴ってＹ軸テーブル５がＹ軸方向に移動するように
構成されている。

【００１６】また、Ｘ軸テーブル６はＹ軸テーブル５の
前後両側部に配設されたＸ軸方向のガイドレール３１に
てスライドブロック３２を介して移動自在に支持され、
Ｙ軸テーブル５の後側部にガイドレール３１と平行に送
りねじ軸３３が配設されてその両端部が軸受３４にて回
転自在に支持され、この送りねじ軸３３に螺合するナッ
ト体３５がＸ軸テーブル６に固定されている。送りねじ
軸３３はＸ軸駆動モータ３６にて回転駆動され、それに
伴ってＸ軸テーブル６がＸ軸方向に移動するように構成
されている。

【００１７】チャック手段７は、Ｘ軸テーブル６の略中
央部を下方に貫通させて装着されており、ワーク３０を
把持するチャック２８を下部に装着したワーク支持筒体
２７にて構成されている。このワーク支持筒体２７はＹ
軸テーブル５にＸ軸方向に長く形成された開口部２９を
貫通し、チャック２８に把持したワーク３０の下端がベ
ースプレート１１の上面の直上に位置するように構成さ
れ、またＹ軸テーブル５が、図３に仮想線で示すよう
に、ベースプレート１１の本体枠１からの突出部の端ま
で移動したときにチャック２８が開口部２０の直上に位
置し、この開口部２０を通してワーク３０を受け渡しで
きるように構成されている。

【００１８】本実施形態におけるワーク３０は、図５、
図６に示すように、ロータリーコンプレッサ用のアルミ
合金鋳物又は鋳鉄製のスクロール羽根であり、加工具２
ａはその羽根を加工するエンドミルである。そして、ワ
ーク３０はチャック２８にて下向き姿勢で把持され、下
方からエンドミル２ａにて加工される。

【００１９】また、ベースプレート１１の加工用開口１
９の周囲に略等間隔に３箇所以上、本実施形態では図
５、図６に示すように４箇所に切削油吹付ノズル３７
（３７ａ〜３７ｄ）が配設され、主軸２の上端部に取付
けられた加工具２ａによるワーク３０の加工位置に向け
て切削油を吹き付けるように構成されている。なお、図
２では表示を簡略にするため１つのみ示している。この
ように加工位置の周囲３箇所以上に切削油吹付ノズル３
７を配設することにより、加工位置によって切削油が掛
からない箇所が生じるのを無くしている。

【００２０】さらに、各切削油吹付ノズル３７ａ〜３７
ｄは、図７に示すように、それぞれ開閉制御弁４４ａ〜
４４ｄを介してオイルポンプ４５に接続されている。開
閉制御弁４４ａ〜４４ｄは、各切削油吹付ノズル３７ａ
〜３７ｄからの切削油の吹き出しがワーク３０の加工位
置に応じてオン・オフされるようにＮＣ装置６０にて開
閉制御される。こうして有効な切削油吹付ノズル３７の
みから切削油を吹き出すようにして小型のオイルポンプ
４５を用いて十分に切削油を供給することができるよう
にしている。

【００２１】図２に戻って、ワーク支持筒体２７の下端
部の周囲から飛散防止フード３８がベースプレート１１
の上面の直上位置まで垂下されている。また、加工用開
口１９の周囲から回収ホッパーの上部筒部３９が垂下さ
れるとともに、回転駆動手段３の周囲に回収ホッパー４
０が配設され、上部筒部３９に対して相対移動可能に外
嵌またはベローズにて接続されている。この回収ホッパ
ー４０に接続された回収ダクト４１が本体枠１の下部か
ら外部に延出されている。回収ダクト４１は図示しない
真空吸引手段に接続されており、切削油と切粉が吸引排
出される。なお、上部筒部３９と回収ホッパー４０を一
体的に構成し、その内部で回転駆動手段３が移動するよ
うに構成してもよい。

【００２２】上記回収ホッパー４０及びその上部筒部３
９は加工用開口１９に対して偏芯させて形成され、回転
駆動手段３の外周との隙間の小さい部分に広い部分に向
けて回収エアを吹き出す回収エア吹出し手段４２が配設
され、回収ホッパー４０内に流下した切削油と切粉の混
合物を回収ダクト４１に向けて円滑に流動させて回収す
るように構成されている。

【００２３】なお、回収エアに代えて切削油を同様に吹
き出すようにしてもよい。また、回収ホッパー４０内に
向けてその接線方向にエアを吹き出すようにして回収ホ
ッパー４０内に形成した旋回流に乗せて切削油と切粉の
混合物を回収するようにしてもよい。また、ベースプレ
ート１１上には飛散防止フード３８の下端を通過してベ
ースプレート１１上に飛び出した切削油等が周囲に広が
るのを防止する堰片４３が、Ｙ軸テーブル５が移動して
も飛散防止フード３８の下端と干渉しないように大きな
矩形状に突設されている。

【００２４】加工具２ａは、ワーク３０を種々の径のコ
ーナー部を含めて一度に加工するため、図８（ａ）に示
すように、ワーク３０の最小径のコーナー部３０ａの径
Ｒ１に角部の径を一致させている。そして、大きな径Ｒ
２のコーナー部３０ｂを加工する際には、図８（ｂ）に
示すように、加工具２ａをコーナー部３０ｂの径Ｒ２に
沿って移動するようにＮＣ装置６０にてＺ軸駆動モータ
１８とＹ軸駆動モータ２６又はＸ軸駆動モータ３６が駆
動制御される。

【００２５】回転駆動手段３は、図９に示すように、主
軸２を回転軸とする高速モータにて構成されている。図
９において、主軸２の上端には加工具２ａを保持したツ
ールホルダ５１が装着固定されており、この主軸２の上
端部と下端部がラジアル磁気軸受５２、５３にて支持さ
れている。５２ａ、５３ａはラジアル磁気軸受５２、５
３を制御するためのセンサである。主軸２の中間部には
ロータ５５とステータ５６から成るモータ部５４のロー
タ５５が固定されている。５７は上部のラジアル磁気軸
受５２の下部に配設されたスラスト磁気軸受、５８ａ、
５８ｂは主軸２をその停止状態から低速回転の間支持す
る保護軸受、５９は主軸２の下端部に配設されたエンコ
ーダである。

【００２６】ラジアル磁気軸受５２、５３は、図１０に
示すように、マグネットリングの磁力を全周にわたって
均一にすることによって、図１０（ｂ）に実線で示すよ
うに主軸２をその中心に浮上させて支持するように構成
されている。主軸２が仮想線で示すように軸受中心から
偏芯するとその変位量をセンサ５２ａ、５３ａにて検出
して第１信号処理手段６１を介して変位量に応じて基準
信号に対応する信号に変換し、基準信号に対してその信
号を減算した制御信号を第２信号処理手段６２に入力
し、この信号処理手段６２にて磁気軸受５２、５３にお
ける磁力制御信号に変換し、電力増幅器６３ａ、６３ｂ
を介して磁気軸受５２、５３の磁力を制御し、主軸２を
軸受中心に復元させるように構成されている。一方、以
上の構成から明らかなように、基準信号をＮＣ装置６０
にて可変することによって、主軸２を任意の偏芯位置に
位置決めすることも可能である。

【００２７】また、本実施形態ではワーク３０をＸ軸テ
ーブル６とＹ軸テーブル５にてＸ軸及びＹ軸方向に位置
決めするとともに加工具２ａをＺ軸方向に位置決めして
ＮＣ加工するようにしているため、Ｘ軸テーブル６やＹ
軸テーブル５の反転移動時にそれらの慣性力やバックラ
ッシュの影響によってワークのＸ軸及びＹ軸方向の両端
位置が突出するような加工誤差が発生する。この加工誤
差は、真円加工時等には図１１に示すように、ＸＹ座標
の各象限の境界部で突出するように発生するので象限突
起５０と呼ばれる。

【００２８】本実施形態では、象限突起５０の無い高精
度の加工を行うため、図１２に示すように、予めワーク
を加工してマスターワークを作成し（ステップ＃１）、
そのマスターワークの形状を測定し（ステップ＃２）、
各象限突起５０の突出量を抽出する（ステップ＃３）。
次に、ワーク３０の加工時におけるＸ軸テーブル６及び
Ｙ軸テーブル５の位置での補正量を算出する（ステップ
＃４）。次に、ワーク３０の加工時に象限突起５０が発
生する加工位置で算出した補正量に基づいて磁気軸受５
２、５３にて主軸２の支持位置を移動させて象限突起５
０の補正を行って加工される。このように磁気軸受５
２、５３にて主軸２の支持位置を偏芯させて象限突起５
０を無くすことにより、ＮＣデータの補正が必要でなく
なり、簡単に高精度の加工ができる。本実施形態では象
限突起５０を無くして高精度の加工を行う例を示した
が、送りねじ軸２３、３３のリード誤差やガイドレール
２１、３１の直進度誤差等により生ずるワーク３０の形
状誤差の補正についても、磁気軸受５２、５３にて主軸
２の支持位置を移動させる上記補正方法を適用すること
ができる。

【００２９】次に、ワーク３０の加工動作を説明する。
まず、図３に仮想線で示すように、Ｙ軸テーブル５がベ
ースプレート１１の本体枠１からの突出部の端に位置決
めされ、矢印で示すように、加工済みのワーク３０が適
宜移載手段（図示せず）にてこの突出部の下部に配設さ
れた移送手段（図示せず）に受け渡された後、未加工の
ワーク３０が開口部２０の直下に位置決めされて移載手
段にてチャック２８に受け渡されて把持される。

【００３０】次に、Ｙ軸テーブル５が本体枠１の上方位
置まで移動した後ワーク３０の加工開始位置が主軸２の
軸芯位置の直上に位置するようにＹ軸テーブル５及びＸ
軸テーブル６が位置決めされる。そして、回転駆動手段
３にて主軸２を例えば４万ｒｐｍの高速で回転させなが
らＺ軸移動手段４にて上方に移動させ、主軸２の上端の
加工具２ａにてワーク３０の加工を開始し、その後加工
形状に合わせてＮＣ制御装置６０にてＹ軸テーブル５、
Ｘ軸テーブル６及びＺ軸移動手段４を移動制御すること
によってワーク３０が所定の形状に高精度に加工され
る。

【００３１】加工が終了すると、Ｚ軸移動手段４にて主
軸２が下降された後、Ｙ軸テーブル５が上記のようにベ
ースプレート１１の本体枠１からの突出部の端に位置決
めされて、加工済みのワーク３０が取り出され、未加工
のワーク３０がチャッキングされ、以上の動作が繰り返
される。

【００３２】以上の加工動作において、Ｙ軸テーブル５
やＸ軸テーブル６の反転時にその慣性力やバックラッシ
ュなどの影響によって加工誤差が発生するが、上記のよ
うにマスターワークを作成してその加工誤差を予め計測
しておき、加工時にその分を非接触軸受５２、５３にて
補正することによって、加工用のＮＣデータを補正する
手間をかけずに簡単に高精度の加工を行うことができ
る。

【００３３】また、本実施形態によれば、主軸２を内蔵
した回転駆動手段３である高速モータを本体枠１内にＺ
軸方向に移動可能に配設しているので、コンパクトな構
成で高い剛性を確保することができ、高速・高精度の加
工を実現できるとともに、工作機械の小型化を図ること
ができ、その結果低コスト・省スペース化を図ることが
できる。

【００３４】また、主軸２を磁気軸受５２、５３から成
る非接触軸受にて回転自在に支持しているので、上記の
ように４万ｒｐｍの高速加工を行うことができ、その分
加工力を小さくでき、本体枠、ベースプレート、各テー
ブルの剛性を小さくしても高精度の加工が可能となり、
一層小型軽量・低コスト化を図ることができる。

【００３５】また、主軸２を水平方向に対して垂直に配
設するとともにＺ軸方向にのみ移動可能に構成している
ので、チャック２８の周囲に飛散防止フード３８を取付
け、ベースプレート１１の加工用開口１９から回収ホッ
パーの上部筒部３９を配設し、Ｚ方向に移動する主軸２
の周囲に回収ホッパー４０を配設したことにより、切削
油及び切粉が重力にて下部の回収ホッパー４０に落下し
て回収され、簡単な構成にて回収・処理を行うことがで
きる。

【００３６】更に、その他にも上記構成の説明において
記載した細部における種々の作用効果が発揮される。

【００３７】なお、上記実施形態では主軸２を本体枠１
内に配設し、その本体枠１上にＹ軸テーブル５とチャッ
ク装置７を設けたＸ軸テーブル６を積み重ね状態で配設
した構成の加工装置を例示したが、本発明は図１３に示
した従来のＮＣ加工装置にも適用することができ、同様
の効果を発揮する。

【００３８】

【発明の効果】本発明のＮＣ加工方法によれば、以上の
ように反転移動時に慣性力やバックラッシュなどの影響
によって発生する加工誤差である象限突起の大きさを予
め計測しておいてその分を非接触軸受による主軸支持位
置を調整して補正することにより加工用のＮＣデータを
補正する手間をかけずに簡単に高精度の加工を行うこと
ができる。又本発明のＮＣ加工装置によれば、上記象限
突起などの加工誤差を容易に補正することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の工作機械の一実施形態の概略構成を示
し、（ａ）は全体概略構成を示す透視図、（ｂ）は制御
ブロック図である。

【図２】同実施形態の縦断正面図である。

【図３】同実施形態の縦断側面図である。

【図４】同実施形態の平面図である。

【図５】同実施形態のワーク加工部の縦断面図である。

【図６】同実施形態のワーク加工部の下面図である。

【図７】同実施形態の切削油吹付ノズルに対する切削油
供給制御部の構成図である。

【図８】同実施形態のコーナー部の加工工程の説明図で
ある。

【図９】同実施形態の主軸と回転駆動手段の縦断面図で
ある。

【図１０】同回転駆動手段のラジアル磁気軸受とその制
御部の構成の説明図である。

【図１１】同実施形態の加工時に発生する象限突起の説
明図である。

【図１２】同実施形態において象限突起をラジアル磁気
軸受にて解消する制御フロー図である。

【図１３】従来例の工作機械の各種構成例を示す斜視図
である。

【符号の説明】

２主軸２ａ加工具４Ｚ軸移動手段５Ｙ軸テーブル６Ｘ軸テーブル３０ワーク５０象限突起５２ラジアル磁気軸受５３ラジアル磁気軸受６０ＮＣ装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加工具を取付けた主軸とワークとを直交
座標系の軸方向にＮＣ移動制御してワークを加工するＮ
Ｃ加工方法において、主軸を非接触軸受にて回転自在に
支持し、直交座標系の反転移動時に発生する誤差である
象限突起の大きさを予め測定しておき、加工時に象限突
起を相殺するように非接触軸受にて主軸を偏芯移動させ
て加工することを特徴とするＮＣ加工方法。
【請求項２】加工具を取付けた主軸と、主軸を回転自
在に支持する非接触軸受と、主軸とワークを直交座標系
の軸方向に相対移動可能に位置決めする移動手段と、移
動手段をＮＣにて動作させる移動制御手段と、非接触軸
受による主軸の支持位置を任意の加工位置で可変する手
段とを備えたことを特徴とするＮＣ加工装置。