JPS63251158A - Method and device for mechanical processing of free curvature - Google Patents

Method and device for mechanical processing of free curvature

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JPS63251158A
JPS63251158A JP8645787A JP8645787A JPS63251158A JP S63251158 A JPS63251158 A JP S63251158A JP 8645787 A JP8645787 A JP 8645787A JP 8645787 A JP8645787 A JP 8645787A JP S63251158 A JPS63251158 A JP S63251158A
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JP
Japan
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axis
tool
grinding
cylindrical
free
Prior art date
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Pending
Application number
JP8645787A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Tsuruhashi
鶴橋 孝之
Kazunari Kirii
桐井 一成
Masahide Kamiya
神谷 昌秀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Publication of JPS63251158A publication Critical patent/JPS63251158A/en
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  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enhance the grinding efficiency and approaching characteristic by feeding a cylindrical tool in the perpendicular direction to the axis of tool relative to the work to be processed, and at the same time, putting the tangential plane to the periphery of cylindrical tool in one plane with the tangential plane to free curvature of the work. CONSTITUTION:Attitude control is made so that the tangential plane to the periphery of a cylindrical tool 16 is in one plane with the tangential plane to free curvature of a work to be processed W, while the tool 16 is given feed in perpendicular direction to the axis of the tool relative to the work. W. This maximizes the processing width in the perpendicular direction to the feed of the tool. Because the cylindrical outer surface is transcripted contactlessly or in a similar condition regardless of the radius of tool 1, the pick feed amount can be made large. This gives further a great processing ability because processing is made at the periphery where the circumferential speed of the tool 16 is maximum. In the feed direction of the tool 16, processing is practicable till the recessed curvature with a radius corresponding to the radius of the tool 16.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、加工物の自由曲面に研削または切削等の機械
加工を施す方法、およびそのための装置に関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a method for performing machining such as grinding or cutting on a free-form surface of a workpiece, and an apparatus therefor.

〈従来の技術〉 今日、三次元の所望の形状を得るために、いわゆる自由
曲面加工が行われている。自由曲面の定義は確立してい
るわけではないが、「解析幾何学的に連続した関係を用
いて表すことがむずかしい曲面」とされるのが一般的で
ある。
<Prior Art> Today, so-called free-form surface processing is performed in order to obtain a desired three-dimensional shape. Although there is no established definition of a free-form surface, it is generally considered to be a "curved surface that is difficult to represent using continuous relationships in analytical geometry."

特開昭61−279460号公報には、曲面研削装置と
して、円筒砥石をその軸線まわりに回転させつつ、x、
y、zの3軸制御により研削を行うものが開示されてい
る。これは、接平面の傾斜方向が一方向にのみ変化する
二次曲面的な研削には適するが、砥石軸線の姿勢が不変
であるために、接平面の傾斜が2以上の方向に変化する
曲面(実質的な意味での自由曲面)の研削は困難である
Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-279460 describes a curved surface grinding device that rotates a cylindrical grindstone around its axis while
It has been disclosed that grinding is performed by controlling the three axes of y and z. This is suitable for grinding quadratic surfaces where the inclination of the tangential plane changes only in one direction, but because the attitude of the grinding wheel axis remains unchanged, the inclination of the tangential plane changes in two or more directions. (free-form surfaces in a practical sense) are difficult to grind.

実質的な自由曲面の研削は、例えば特開昭61−279
459号公報に開示されているように、球面状砥石を用
いるのが普通である。球面状砥石を縦軸まわりに回転さ
せて3軸制御を行うか、またはその3軸に1以上の旋回
軸を加えて砥石軸線の姿勢を変化させつつ研削を行うの
である。縦軸回転と横軸回転を複合させた、いわゆる二
次元マイクロ研削も知られているが、これも球面状砥石
による研削の一種とみることができる。
Grinding of substantially free-form surfaces is described, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-279.
As disclosed in Japanese Patent No. 459, it is common to use a spherical grindstone. Grinding is performed by rotating the spherical grindstone around the vertical axis to perform three-axis control, or by adding one or more rotation axes to the three axes to change the attitude of the grindstone axis. So-called two-dimensional micro-grinding, which combines vertical axis rotation and horizontal axis rotation, is also known, but this can also be seen as a type of grinding using a spherical grindstone.

一方、円盤砥石を縦軸まわりに回転させ、その盤面で自
由曲面を研削することも行われている。
On the other hand, a disk grindstone is rotated around a vertical axis, and a free-form surface is ground using the disk surface.

この場合には、円盤砥石が自由曲面の凹凸に対応できる
ように5軸制御の装置を用いたり、多関節ロボットなど
を用いた姿勢制御(X、Y、Z+ベクトル)により研削
が行われる。
In this case, grinding is performed by using a five-axis control device so that the disc grindstone can cope with the unevenness of the free-form surface, or by posture control (X, Y, Z + vector) using an articulated robot or the like.

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし、球面状砥石による場合には砥石と加工面とは点
接触になる。したがって曲面へのなじみが悪く、第12
図に示すような研削マーク(研削残り)の発生を可及的
に小さくするためにはビ・ツクフィード量を小さくせざ
るを得す、そのため研削効率が悪い欠点がある。また周
速も不安定である。
<Problems to be Solved by the Invention> However, when a spherical grindstone is used, the grindstone and the processed surface come into point contact. Therefore, the adaptation to the curved surface is poor, and the 12th
In order to minimize the occurrence of grinding marks (residues left after grinding) as shown in the figure, it is necessary to reduce the bit feed amount, which has the disadvantage of poor grinding efficiency. Furthermore, the circumferential speed is also unstable.

一方、円盤砥石による場合には面接触となるが、第15
図に示すように1、凹曲面の研削において砥石外周縁が
加工面に対して食込み(干渉)を生じ易く、凹曲面の最
深部への砥石の接近性が悪い欠点がある。また、円盤砥
石の内周側と外周側とで周速が異なるため、その半径方
向において研削能力が均一でない。しかも砥石軸の姿勢
制御が複雑な問題もある。
On the other hand, when using a disc grindstone, surface contact occurs, but the 15th
As shown in the figure, 1. When grinding a concave curved surface, the outer peripheral edge of the grinding wheel tends to bite (interference) with the machined surface, and there is a drawback that the grindstone cannot easily reach the deepest part of the concave curved surface. Further, since the circumferential speed is different between the inner circumferential side and the outer circumferential side of the disc grindstone, the grinding ability is not uniform in the radial direction. Moreover, there is also the problem that the attitude control of the grinding wheel shaft is complicated.

このように球面状砥石による場合には凹曲面への接近性
(換言すれば形状適応性)はよいが研削効率が低く、円
盤砥石による場合には研削効率はよいが凹曲面への接近
性が悪いのであり、従来では研削効率と接近性とを両立
させることは困難であった。
In this way, when using a spherical grindstone, the approachability to concave curved surfaces (in other words, shape adaptability) is good, but the grinding efficiency is low, and when using the disc grindstone, the grinding efficiency is good, but the approachability to concave curved surfaces is low. Conventionally, it has been difficult to achieve both grinding efficiency and accessibility.

本発明群(以下、単に発明と総称する)は、このような
自由曲面研削における問題を解決することを直接の目的
としてなされたものである。ただし、その思想の適用対
象は研削に限られるものではなく切削にも適用され得る
The present invention group (hereinafter simply referred to as inventions) was made with the direct purpose of solving such problems in free-form surface grinding. However, the application of this idea is not limited to grinding, but can also be applied to cutting.

く問題点を解決するための手段〉 □第一発明□ 第一発明は、加工物の自由曲面に研削または切削等の機
械加工を施す方法において、円筒状工具をその工具軸線
まわりに回転させて外周面で自由曲面の機械加工を行う
とともに、三次元座標軸たるX軸、Y軸、Z軸および少
なくとも一の旋回軸を含む4軸以上の多軸同時制御によ
り、円筒状工具を加工物に対して相対的に工具軸線と直
交する方向に送りつつ、円筒状工具の外周面に対する接
平面と加工物の自由曲面に対する接平面とが可及的に同
一の接平面となるように円筒状工具の姿勢を制御するこ
とを特徴とする。
Means for Solving the Problems〉 □First Invention□ The first invention is a method for performing machining such as grinding or cutting on a free-form surface of a workpiece, in which a cylindrical tool is rotated around its tool axis. In addition to machining a free-form surface on the outer circumferential surface, simultaneous control of four or more axes including the three-dimensional coordinate axes X, Y, and Z axes and at least one rotation axis allows the cylindrical tool to be attached to the workpiece. While feeding the cylindrical tool in a direction relatively perpendicular to the tool axis, the cylindrical tool is It is characterized by controlling posture.

一第二発明一 第二発明は、加工物の自由曲面に研削または切削等の機
械加工を施す装置に係るものであって、第一発明に係る
方法の実施に好適な実施装置の発明である。その特徴は
、(1)加工ヘッドに取り付けられて自身の工具軸線ま
わりに回転させられ、外周面において自由曲面の機械加
工を行う円筒状工具と、(2)その加工ヘッドが取り付
けられるとともに、その加工ヘッドに対して三次元座標
軸たるX軸、Y軸、Z軸および少なくとも一の旋回軸を
含む4以上の制御軸を有し、かつそれら制御軸について
それぞれ駆動手段を備えた装置本体と、(3)それらの
駆動手段を同時に制御することにより、円筒状工具を加
工物に対して相対的に工具軸線と直交する方向に送りつ
つ、円筒状工具の外周面に対する接平面と加工物の自由
曲面に対する接平面とが可及的に同一の接平面となるよ
うに上記加工ヘッドの位置および姿勢を制御する多軸同
時制御手段とを含む点にある。
(1) Second invention (1) The second invention relates to an apparatus for performing machining such as grinding or cutting on a free-form surface of a workpiece, and is an invention of an implementation apparatus suitable for carrying out the method according to the first invention. . Its features are: (1) a cylindrical tool that is attached to the machining head and rotated around its own tool axis to perform free-form machining on the outer peripheral surface; (2) the machining head is attached to the cylindrical tool; An apparatus main body having four or more control axes including three-dimensional coordinate axes X, Y, and Z axes and at least one rotation axis for the processing head, and each of the control axes is provided with a driving means; 3) By controlling these driving means simultaneously, the cylindrical tool is sent in a direction perpendicular to the tool axis relative to the workpiece, and the tangential plane to the outer peripheral surface of the cylindrical tool and the free-form surface of the workpiece are and multi-axis simultaneous control means for controlling the position and orientation of the processing head so that the tangential planes for the machining head are the same tangential plane as possible.

□第三発明□ 第三発明は、第二発明と同様、加工物の自由曲面に研削
または切削等の機械加工を施す装置に係るものであるが
、特にマシニングセンタを利用する点に特徴がある。す
なわち、(a)三次元座標軸たるX軸、Y軸、Z軸なら
びに第一旋回軸および第二旋回軸を制御軸とする5軸マ
シニングセンタであって、そのX、Y、Zの基本3軸を
制御軸とする可動部本体と、上記第一および第二の旋回
軸を制御軸としてその可動部本体に連結された加工へラ
ド本体とを備えたマシニングセンタと、(b)自身の工
具軸線まわりに回転させられ、加工物に対して相対的に
工具軸線と直交する方向の送りを与えられつつ外周面で
機械加工を行う円筒状工具、その円筒状工具を回転させ
る駆動手段、およびその円筒状工具を自由曲面に押し付
ける付勢手段を含んで上記加工ヘッド本体に取り付けら
れてその本体と共に加工ヘッドを構成し、かつ、円筒状
工具がその工具軸線を含む平面内で上記第一旋回軸のま
わりに旋回可能とされ、かつその旋回平面に平行で工具
軸線と直角な上記第二旋回軸のまわりにも旋回可能とさ
れた加工ツール装置と、(C)上記Y軸、Y軸、Z軸お
よび第一旋回軸の4軸またはこれに上記第二旋回軸を加
えた5軸をNCプログラムに従って同時に制御すること
により、上記第一旋回軸を前記送り方向と平行に保ちつ
つ、円筒状工具の外周面に対する接平面と加工物の自由
曲面に対する接平面とが可及的に同一の接平面となるよ
うに円筒状工具の姿勢を制御する多軸同時制御手段とを
含むことを特徴とする。
□Third Invention□ The third invention, like the second invention, relates to an apparatus for performing machining such as grinding or cutting on a free-form surface of a workpiece, and is particularly characterized in that a machining center is used. That is, (a) a 5-axis machining center whose control axes are the three-dimensional coordinate axes of the X, Y, and Z axes, as well as the first and second rotation axes; A machining center comprising a movable part main body serving as a control axis, and a machining rod main body connected to the movable part main body using the first and second rotation axes as control axes; A cylindrical tool that is rotated and performs machining on the outer peripheral surface while being fed relative to a workpiece in a direction orthogonal to the tool axis, a driving means for rotating the cylindrical tool, and the cylindrical tool. is attached to the machining head main body and constitutes a machining head together with the main body, and the cylindrical tool rotates about the first rotation axis within a plane including the tool axis. (C) a machining tool device which is capable of turning and is also capable of turning around the second turning axis which is parallel to the turning plane and perpendicular to the tool axis; By simultaneously controlling four axes of one rotation axis or five axes including the second rotation axis according to the NC program, the first rotation axis is kept parallel to the feeding direction, and the outer circumferential surface of the cylindrical tool is The present invention is characterized in that it includes a multi-axis simultaneous control means for controlling the attitude of the cylindrical tool so that the tangential plane to and the tangential plane to the free-form surface of the workpiece are as much as possible the same tangential plane.

く作用および効果〉 まず、これら方法および装置の発明に共通して言えるこ
とは、研削等の加工効率を向上させ、接近性をも向上さ
せてそれらを両立させ得る点である。
Functions and Effects> First, what these method and device inventions have in common is that they can improve the efficiency of processing such as grinding, and improve the accessibility.

すなわち、円筒状工具に加工物に対して相対的に工具軸
線と直交する方向の送りを与えつつ、円筒状工具の外周
面に対する接平面と加工物の自由曲面に対する接平面と
が等しくなるように姿勢制御を行うことにより、工具送
り方向と直角な方向における加工幅を常に最大とするこ
とができる。
In other words, while giving the cylindrical tool a feed relative to the workpiece in a direction perpendicular to the tool axis, the cylindrical tool is fed so that the plane tangential to the outer peripheral surface of the cylindrical tool is equal to the plane tangential to the free-form surface of the workpiece. By controlling the posture, the machining width in the direction perpendicular to the tool feeding direction can always be maximized.

そして、従来の球状面加工では、その工具形状を点接触
状態で加工物の自由曲面に転写するため小ピック量の加
工を余儀無くされたが、本発明によれば工具半径と無関
係に、円筒状外周面の形状を線接触またはそれに近い状
態で転写するため、ビックフィード量を相当大きくとる
ことができる。
In conventional spherical surface machining, the tool shape is transferred to the free-form surface of the workpiece in a point contact state, which necessitates machining with a small pick amount, but with the present invention, the cylindrical surface can be machined regardless of the tool radius. Since the shape of the outer circumferential surface is transferred in line contact or in a state close to it, a considerably large amount of big feed can be achieved.

また、円筒状工具の周速が最大となる外周面で加工を行
うため研削等の加工能力が大きい。このようなことから
、加工能率の向上が達成されるのである。
Furthermore, since machining is performed on the outer circumferential surface of the cylindrical tool where the circumferential speed is maximum, the machining capacity for grinding and the like is large. Because of this, improvement in processing efficiency is achieved.

また、従来の円盤砥石等の工具盤面による加工では、工
具の外周縁が凹曲面に干渉する問題があって、凹曲面へ
の適用が難しかったのであるが、本発明によれば、工具
送り方向について円筒状工具の半径に相当する曲率半径
の凹曲面まで加工が可能であり、また送り方向に直角な
工具幅方向についても、工具の姿勢制御のほか凹曲面に
近い工具形状を選択すること等により広汎に対応できる
In addition, in conventional machining using a tool disk surface such as a disc grindstone, there was a problem that the outer periphery of the tool interfered with the concave curved surface, making it difficult to apply to concave curved surfaces. It is possible to machine up to a concave curved surface with a radius of curvature corresponding to the radius of a cylindrical tool, and in the tool width direction perpendicular to the feed direction, in addition to controlling the tool posture, it is possible to select a tool shape close to a concave curved surface. This allows for a wide range of applications.

そのようなことから凹曲面の加工部への工具接近性が向
上するのである。
For this reason, the tool's accessibility to the concavely curved surface is improved.

なお、「円筒状工具」とは、外周面が完全な円筒面で構
成されるものに限らず、工具幅方向において所定の曲率
を有するものも含む概念である。
Note that the term "cylindrical tool" is not limited to a tool whose outer peripheral surface is a perfect cylindrical surface, but also includes a tool having a predetermined curvature in the tool width direction.

また、上記のような機械加工を行うに際し、多軸同時制
御の機能を有するマシニングセンタを利用し、かつ通常
の加工ヘッド本体とは異り、主軸および主軸駆動用の回
転伝達機構部を有しない専用の加工ヘッド本体とこれに
装着した加工ツール装置を使用することにより、旋回制
御によっても工具軸線を送り方向に常に直角に保つこと
ができるのであり、このような装置によれば多軸制御の
高価な専用装置に比べて装置コストを低減することがで
きる。
In addition, when performing the above-mentioned machining, we use a machining center that has the function of simultaneous multi-axis control, and unlike a normal machining head body, we use a dedicated machining center that does not have a spindle or a rotation transmission mechanism for driving the spindle. By using the machining head main body and the machining tool device attached to it, the tool axis can always be kept perpendicular to the feed direction even with rotation control. Equipment costs can be reduced compared to dedicated equipment.

〈実 施 例〉 以下、本発明を自由曲面研削に適用した場合の実施例を
図面に基づいて詳細に説明するが、まず装置発明の詳細
な説明し、その作動とともに方法発明の詳細な説明する
<Example> Hereinafter, an example in which the present invention is applied to free-form surface grinding will be explained in detail based on the drawings. First, a detailed explanation of the device invention, and a detailed explanation of the method invention as well as its operation will be described. .

第1図は、4軸同時制御の自由曲面研削システムの概要
を示すものであり、その中核をなすのが5軸マシニング
センタ10である。
FIG. 1 shows an outline of a free-form surface grinding system with simultaneous four-axis control, and the core thereof is a five-axis machining center 10.

5軸マシニングセンタ10は、三次元座標軸たるY軸、
Y軸、Z軸の直線3軸と、Y軸に平行な第一旋回軸たる
A軸(またはY軸に平行な旋回軸たるB軸、ただし以下
ではA軸で説明する)およびZ軸に平行な第二旋回軸た
るC軸の旋回2軸との、都合5軸を制御軸とするもので
ある。この5軸マシニングセンタ10は、x、y、zの
直線3軸を制御軸として加工物たるワーク(被削材)W
に対して相対移動させられる可動部本体12を備え、可
動部本体12には上記A軸およびC軸の旋回2軸を制御
軸として研削ヘッド本体(以下、研削5軸ヘツドという
)14が連結されている。この研削5軸ヘツド14に円
筒状工具としての円筒砥石16を備えた研削ツール装置
18が取り付けられ、研削5軸ヘツド14とともに研削
ヘッドを構成している。
The 5-axis machining center 10 has a Y axis, which is a three-dimensional coordinate axis,
Three linear axes: the Y-axis and the Z-axis, the A-axis which is the first rotational axis parallel to the Y-axis (or the B-axis which is the rotational axis parallel to the Y-axis; however, the A-axis will be explained below), and the Z-axis. The control axes include a total of five axes, including the second rotation axis, the C axis, and the two rotation axes. This 5-axis machining center 10 uses three linear axes of x, y, and z as control axes to control the workpiece (work material) W.
A grinding head main body (hereinafter referred to as a 5-axis grinding head) 14 is connected to the movable part main body 12, with the two rotation axes of the A-axis and C-axis as control axes. ing. A grinding tool device 18 having a cylindrical grindstone 16 as a cylindrical tool is attached to the five-axis grinding head 14, and together with the five-axis grinding head 14, the grinding head is configured.

第2図に示すように、研削ツール装置18はマシニング
センタ10の可動部本体12に装着されるテーバシャン
ク22を備え、このシャンク22はツール本体24と一
体化されている。ツール本体24に対して可動ツールベ
ース26が接近・離間可能に設けられ、そのベース26
に固定された摺動ロッド28がツール本体24に固定の
ガイドブツシュ30内に摺動可能に嵌合され、ストッパ
32によって上下方向に例えばlQn+程度の移動スト
ロークが確保されている。ツール本体24には砥石付勢
手段としてエアシリンダ34が固定され、それのピスト
ンロッド36が長さ調整可能なジヨイント38を介して
可動ツールベース26に連結されている。
As shown in FIG. 2, the grinding tool device 18 includes a taber shank 22 attached to the movable body 12 of the machining center 10, and this shank 22 is integrated with the tool body 24. A movable tool base 26 is provided so as to be able to approach and separate from the tool body 24, and the base 26
A sliding rod 28 fixed to the tool body 24 is slidably fitted into a guide bush 30 fixed to the tool body 24, and a stopper 32 ensures a vertical movement stroke of, for example, lQn+. An air cylinder 34 is fixed to the tool body 24 as a grindstone biasing means, and its piston rod 36 is connected to the movable tool base 26 via a length-adjustable joint 38.

可動ツールベース26には砥石駆動モータ40(例えば
高周波モータ)が駆動手段として固定されている。この
モータ40は、モータ出力軸がベベルギヤ等の方向変換
手段によりモータ軸綿に対して直角とされたアングル形
のものであり、その出力軸に前記円筒砥石16が固定さ
れ、横軸回転可能とされている。円筒砥石16は幅の狭
い偏平円筒形(円板状ともいえる)のものであって、自
身の中心線である砥石軸線のまわりに回転させられるこ
とにより、円筒外周面でワークWの研削を行うものであ
る。そして、上記エアシリンダ34によりワークWの自
由曲面に所定の力で押し付けられるようになっている。
A grindstone drive motor 40 (for example, a high frequency motor) is fixed to the movable tool base 26 as a drive means. This motor 40 has an angled motor output shaft that is made perpendicular to the motor shaft by means of a direction changing means such as a bevel gear, and the cylindrical grindstone 16 is fixed to the output shaft, so that it can be rotated horizontally. has been done. The cylindrical grindstone 16 has a narrow flat cylindrical shape (also called a disk shape), and grinds the workpiece W on the outer circumferential surface of the cylinder by being rotated around the grindstone axis, which is the center line of the cylindrical grindstone 16. It is something. The air cylinder 34 presses the workpiece W against the free-form surface with a predetermined force.

研削ツール装置18のシャンク22は第3図に簡略に示
すように、研削5軸ヘツド14の工具装着部材42に形
成された工具装着穴44に固定される。工具装着部材4
2は5軸マシニングセンタ10の研削5軸ヘツド14に
A軸まわりに旋回可能に支持されている。円筒砥石16
の砥石軸線はこのA軸に直角とされており、円筒砥石1
6は自身の砥石軸線を含み、かつA軸に直角な平面内で
A軸まわりに旋回可能とされる。工具装着部材42はウ
オームホイール46.ウオーム48.ベベルギヤ50.
52およびそれに続くギヤ列54等を介してA軸のサー
ボモータによって旋回させられる。さらに、研削s軸ヘ
ッド14は5軸マシニングセンタ10の前記可動部本体
12よってC軸まわりに旋回可能に支持されている。C
軸は前記Z軸と平行かつA軸と直角であり、円筒砥石1
6はこのC軸のまわりにも旋回可能とされている。
The shank 22 of the grinding tool assembly 18 is secured in a tool mounting hole 44 formed in a tool mounting member 42 of the five-axis grinding head 14, as shown schematically in FIG. Tool mounting member 4
2 is supported by the grinding 5-axis head 14 of the 5-axis machining center 10 so as to be rotatable about the A-axis. Cylindrical grindstone 16
The axis of the grinding wheel is perpendicular to this A axis, and the cylindrical grinding wheel 1
6 includes its own grinding wheel axis and is rotatable around the A-axis within a plane perpendicular to the A-axis. The tool mounting member 42 is a worm wheel 46. Warm 48. Bevel gear 50.
52 and a subsequent gear train 54, etc., and are rotated by an A-axis servo motor. Furthermore, the grinding S-axis head 14 is supported by the movable part main body 12 of the five-axis machining center 10 so as to be rotatable around the C-axis. C
The axis is parallel to the Z axis and perpendicular to the A axis, and the cylindrical grindstone 1
6 can also rotate around this C-axis.

なお、図中の軸受は符号56のように簡略に示す。Note that the bearing in the figure is simply indicated as 56.

このような研削5軸ヘツド14は本実施例に特有の、つ
まり本実施例の自由曲面研削を行うための専用ヘッドで
ある。5軸マシニングセンタ10の一般的なヘッドは、
第4図に示すような切削ヘッド本体(以下、切削5軸ヘ
ツドという)60である。すなわち、工具装着部材42
に工具装着穴44を有する主軸62が回転可能に支持さ
れ、この主軸62をベベルギヤ64.66およびギヤ列
68さらにギヤ70.72等を介して回転させるもので
あり、この点で本実施例の研削5袖ヘツド14とは異な
っているのである。汎用のヘッドではなく専用の研削5
軸ヘツド14を使用する理由については後に詳述する。
Such a five-axis grinding head 14 is unique to this embodiment, that is, it is a dedicated head for performing the free-form surface grinding of this embodiment. A typical head of the 5-axis machining center 10 is
This is a cutting head main body (hereinafter referred to as a 5-axis cutting head) 60 as shown in FIG. That is, the tool mounting member 42
A main shaft 62 having a tool mounting hole 44 is rotatably supported, and this main shaft 62 is rotated via bevel gears 64, 66, gear train 68, gears 70, 72, etc., and in this respect, the present embodiment is different. This is different from the grinding five-sleeve head 14. Dedicated grinding, not a general-purpose head 5
The reason for using the axial head 14 will be explained in detail later.

第1図に戻って、5軸マシニングセンタ10の可動部本
体12には、研削ツール装置18のエアシリンダ34に
圧縮空気を供給するエア供給装置74が設けられいる。
Returning to FIG. 1, the movable part main body 12 of the five-axis machining center 10 is provided with an air supply device 74 that supplies compressed air to the air cylinder 34 of the grinding tool device 18.

このエア供給装置74は、エアシリンダ34への空気通
路を開閉する電(■開閉弁76と、エアシリンダ34へ
供給されるエア圧力を制御する電磁比例圧力制御弁78
とを備え、それぞれエア供給コントローラ80.エア圧
コントローラ82に接続されて、各々の電気信号により
制御されるようになっている。これらのコントローラ8
0.82がインバータ84とともに研削条件コントロー
ラ86を構成しており、インバータ84は砥石駆動モー
タ40に接続されて、そのモータ40の回転数および起
動・停止を制御する役割を果たす。
This air supply device 74 includes an electric valve 76 that opens and closes the air passage to the air cylinder 34, and an electromagnetic proportional pressure control valve 78 that controls the air pressure supplied to the air cylinder 34.
and an air supply controller 80. It is connected to an air pressure controller 82 and controlled by each electric signal. These controllers 8
0.82 constitutes a grinding condition controller 86 together with an inverter 84, and the inverter 84 is connected to the grindstone drive motor 40 and plays the role of controlling the rotation speed and starting/stopping of the motor 40.

第2図に示すように、研削ツール装置I8のツール本体
24には、エアシリンダ34へのエア供給用のエアカプ
ラ88と、モータ40への電力供給用のレセクタプル9
0が設けられている。91はエア配管である。そして、
これらに対応して第3図に示す研削5軸ヘツド14の工
具装着部材42にも、エアカプラ92およびレセクタプ
ル94が設けられ、対応するもの同士が研削ツール装置
18の取付けによって自動的に接続された状態となる。
As shown in FIG. 2, the tool body 24 of the grinding tool device I8 includes an air coupler 88 for supplying air to the air cylinder 34, and a receptacle 9 for supplying power to the motor 40.
0 is set. 91 is an air pipe. and,
Correspondingly, the tool mounting member 42 of the five-axis grinding head 14 shown in FIG. state.

その結果、外部の圧縮空気源から第1図のエアシリンダ
34に至るエア通路が形成され、またインバータ84か
らモータ40に至る通電路が形成されることとなる。
As a result, an air passage is formed from the external compressed air source to the air cylinder 34 shown in FIG. 1, and an energizing path from the inverter 84 to the motor 40 is formed.

研削条件コントローラ86はシーケンサ96に接続され
ており、シーケンサ96は5軸マシニングセンタ101
機械操作盤98およびNCコントローラ100に接続さ
れている。NCコントローラ100は前記X軸、Y軸な
どの各軸サーボユニット102を介して各軸サーボモー
タ104に接続されるとともに、NCプログラム入力装
置106に接続されている。
The grinding condition controller 86 is connected to a sequencer 96, and the sequencer 96 is connected to the 5-axis machining center 101.
It is connected to a machine operation panel 98 and an NC controller 100. The NC controller 100 is connected to each axis servo motor 104 via each axis servo unit 102 such as the X axis, Y axis, etc., and is also connected to an NC program input device 106.

次に、作動の説明に併せて研削方法の実施例を説明する
Next, an embodiment of the grinding method will be described in conjunction with the explanation of the operation.

本実施例においては、円筒砥石16のワークWに対する
相対的な送り方向をX軸方向に予め設定し、かつ5軸マ
シニングセンタ10の制御5軸のうち、X軸、Y軸、Z
軸およびA軸の4軸について同時制御を行わせ、横軸ま
わりに回転する円筒砥石16がワークWの自由曲面にな
じみ、円筒砥石16による研削の、送り方向と直交する
方向の幅が常に最大となるようにする。
In this embodiment, the feeding direction of the cylindrical grindstone 16 relative to the workpiece W is set in advance in the X-axis direction, and among the five control axes of the five-axis machining center 10, the X-axis, Y-axis, and Z-axis are
Simultaneous control is performed on the four axes of the axis and the A-axis, and the cylindrical grindstone 16 rotating around the horizontal axis conforms to the free-form surface of the workpiece W, so that the width of the grinding by the cylindrical grindstone 16 in the direction orthogonal to the feed direction is always at its maximum. Make it so that

そして、このような同時4軸制御を実行する前提条件と
して、第5図および第6図に示すように、A軸が送り方
向(つまりX軸方向)と一致するようにC軸を旋回させ
、その旋回位置においてC軸を固定する。これにより円
筒砥石16の砥石軸線0は送り方向に対して常に直角に
保たれることとなる。
As a prerequisite for executing such simultaneous four-axis control, as shown in FIGS. 5 and 6, the C-axis is rotated so that the A-axis coincides with the feed direction (that is, the X-axis direction), The C-axis is fixed in its pivot position. As a result, the grindstone axis 0 of the cylindrical grindstone 16 is always kept perpendicular to the feeding direction.

また、砥石16がワークWの自由曲面になじむようにす
るために、研削部位において円筒砥石16の外周面に対
する接平面と、ワークWの自由曲面に対する接平面とが
同一の平面となるように砥石16の位置・姿勢を制御す
る。言い換えれば、円筒砥石16の砥石軸線を研削ポイ
ントにおける法線と直交させるのである。これを実現す
る制御の考え方につき、第5図、第7図および第8図に
基づいて、ワークWの自由曲面の曲率・傾斜をXZ平面
およびYZ平面に投影して説明する。
In order to make the grindstone 16 conform to the free-form surface of the workpiece W, the grindstone is adjusted so that the plane tangential to the outer peripheral surface of the cylindrical grindstone 16 and the plane tangential to the free-form surface of the workpiece W are the same plane at the grinding site. Controls the position and posture of 16. In other words, the grindstone axis of the cylindrical grindstone 16 is made perpendicular to the normal line at the grinding point. The control concept for realizing this will be explained by projecting the curvature and inclination of the free-form surface of the workpiece W onto the XZ plane and the YZ plane based on FIGS. 5, 7, and 8.

XZ平面については、XZ平面に投影したワークWの研
削ポイントにおける法線がその研削ポイントから円筒砥
石16の半径に相当する距離だけ離れた位置で砥石軸線
と交わるように、X軸、Z軸をオフセットさせる。一方
、YZ平面については、YZ平面に投影したワークWの
研削ポイントにおける法線が砥石16の半径に相当する
距離だけ離れた位置で砥石軸線と直交するように、A軸
を所定角度旋回させ(厳密に言えば、A軸まわりに工具
装着部材42を所定角度旋回させ)、かつY軸、Z軸を
オフセットさせる。以上のようなXZ平面の処理とYZ
平面の処理とを複合させて、外周面で研削作用をなす円
筒砥石16がワークWの曲面になじみ、砥石軸線方向に
おける研削幅が最大となるように同時4軸制御を実行す
るのである。
Regarding the XZ plane, the X and Z axes are set so that the normal to the grinding point of the workpiece W projected onto the XZ plane intersects the grinding wheel axis at a distance corresponding to the radius of the cylindrical grinding wheel 16 from the grinding point. offset. On the other hand, regarding the YZ plane, the A-axis is rotated at a predetermined angle so that the normal line of the grinding point of the workpiece W projected onto the YZ plane is perpendicular to the grinding wheel axis at a distance corresponding to the radius of the grinding wheel 16 ( Strictly speaking, the tool mounting member 42 is rotated at a predetermined angle around the A axis), and the Y and Z axes are offset. Processing of the XZ plane as described above and YZ
In combination with the flat surface processing, simultaneous four-axis control is executed so that the cylindrical grindstone 16, which performs the grinding action on the outer peripheral surface, conforms to the curved surface of the workpiece W and the grinding width in the grindstone axis direction is maximized.

このような同時4軸制御のNCプログラムの作成プロセ
スを第9図および第1θ図に基づいて説明する。
The process of creating an NC program for such simultaneous four-axis control will be explained based on FIG. 9 and FIG. 1θ.

ワークWの曲面データには、X、Y、Zの座標のほか、
そのポイントでの法線を示すベクトルi。
In addition to the X, Y, and Z coordinates, the curved surface data of the workpiece W includes
Vector i indicating the normal at that point.

j、kを含む。すなわち、X方向ベクトルt、 Y方向
ベクトルj、Z方向ベクトルにであり、it + j!
 十kz = 1 の関係式が成り立つ。
Including j and k. That is, the X-direction vector t, the Y-direction vector j, and the Z-direction vector, and it + j!
The relational expression 10kz = 1 holds true.

第10図は実際の砥石位置関係を示し、第9図はそれを
モデル化したものである。各図における符号の内容は次
のとおりである。
FIG. 10 shows the actual positional relationship of the grinding wheels, and FIG. 9 is a model of it. The contents of the symbols in each figure are as follows.

P:研削ポイント 0:砥石軸線(回転中心) MzA軸旋回中心 rコ砥石半径 l:A軸旋回部の長さ AHA軸旋回角度 そして、これらの各座標等は、次のように表される。P: Grinding point 0: Grinding wheel axis (rotation center) MzA axis rotation center r grinding wheel radius l: Length of A-axis turning section AHA axis rotation angle Each of these coordinates is expressed as follows.

P(X、   Y、   Z) 0 (X+ir、Y+jr、Z+kr)Z + k r
 + −1) 、ヘゴ]1】 A = jan −’ −(X方向送り〕A=jan−
’ −(Y方向送り〕 なお、本実施例ではX軸方向の送りを前提とするが、上
記座標および旋回角度は、Y軸方向を送り方向に設定す
る場合についても併せ示した。
P(X, Y, Z) 0 (X+ir, Y+jr, Z+kr)Z + k r
+ -1), hego] 1] A = jan -' - (X direction feed) A = jan -
' - (Y-direction feeding) Although this embodiment assumes feeding in the X-axis direction, the above coordinates and turning angles are also shown for the case where the Y-axis direction is set as the feeding direction.

このようなデータを用い、研削ポイントPの座標を基準
にして砥石回転中心0.A軸旋回中心Mの各座標、およ
びA軸旋回角度Aを求め、マシニングセンタ10を同時
4軸制御するためのNCプログラムを作成する。また、
このプロゲラ1、には同時4軸制御のための軌跡情報の
ほか、砥石16の相対的な送り速度指令、砥石回転数お
よび押付は圧などの研削条件に関する情報、さらにはエ
ア供給装置74の電磁開閉弁の開閉情報や工具情報など
が折り込まれる。ここで「工具情報」とは、研削ツール
装置18を自動で交換する場合に必要な工具隘のことで
ある。
Using such data, the center of rotation of the grinding wheel is set to 0. Each coordinate of the A-axis rotation center M and the A-axis rotation angle A are determined, and an NC program for simultaneously controlling the machining center 10 on four axes is created. Also,
In addition to locus information for simultaneous four-axis control, the progera 1 contains information on grinding conditions such as the relative feed speed command of the grindstone 16, the number of rotations of the grindstone, and the pressing pressure. Opening/closing valve opening/closing information, tool information, etc. are included. Here, "tool information" refers to the tool information required when automatically replacing the grinding tool device 18.

そして、このようなNCプログラム情報は、NCテープ
等を介して第1図に示すNCプログラム入力装置106
からNCコントローラ100へ供給される。NCコント
ローラ100は、同時4軸軌跡情報と送り速度指令に従
って各軸サーボモータ104が作動するように各軸サー
ボユニット102へ移動指令情報を供給し、その他の情
報はシーケンサ96へ転送する。
Then, such NC program information is transferred to the NC program input device 106 shown in FIG. 1 via an NC tape or the like.
is supplied to the NC controller 100 from. The NC controller 100 supplies movement command information to each axis servo unit 102 so that each axis servo motor 104 operates according to the simultaneous four-axis trajectory information and feed rate command, and transfers other information to the sequencer 96.

シーケンサ96は、NCコントローラ100や機械操作
盤98から種々の情報を受は取り、各々に応じた指令を
5軸マシニングセンタ10ならびに研削条件コントロー
ラ86に送る。
The sequencer 96 receives and takes various information from the NC controller 100 and the machine operation panel 98, and sends commands corresponding to each to the 5-axis machining center 10 and the grinding condition controller 86.

研削条件コントローラ86はシーケンサ96から以下の
情報を受は取る。すなわち、エアシリンダ34のエア圧
力を指示して研削時の砥石押付圧を制御するためのエア
圧力指令と、エア供給装置74の電磁開閉弁76の開閉
を指示してエアシリンダ34へのエア供給を制御するた
めの弁開閉指令と、砥石駆動モータ40の回転数および
起動・停止を制御するためのモータ指令との各情報を受
は取るのである。
The grinding condition controller 86 receives the following information from the sequencer 96. That is, an air pressure command for controlling the grindstone pressing pressure during grinding by instructing the air pressure of the air cylinder 34, and an air pressure command for instructing the opening/closing of the electromagnetic on-off valve 76 of the air supply device 74 to supply air to the air cylinder 34. It receives information such as valve opening/closing commands for controlling the grindstone drive motor 40 and motor commands for controlling the rotation speed and start/stop of the grindstone drive motor 40.

これらの各指令情報に基づき、研削条件コントローラ8
6内のエア圧コントローラ82は、エア供給装置74の
電磁比例圧力制御弁78にエア圧力に対応する電気信号
を送り、エア供給コントローラ80は電磁開閉弁76に
弁開閉信号を送る。
Based on these command information, the grinding condition controller 8
The air pressure controller 82 in the air supply device 6 sends an electric signal corresponding to the air pressure to the electromagnetic proportional pressure control valve 78 of the air supply device 74, and the air supply controller 80 sends a valve opening/closing signal to the electromagnetic opening/closing valve 76.

それに基づいてエア供給装置74がエアシリンダ34に
所定圧力のエアを供給する。またインバータ84は、砥
石駆動モータ40に目的とする回転数に応じた周波数の
交流電流を供給する。
Based on this, the air supply device 74 supplies air at a predetermined pressure to the air cylinder 34. Further, the inverter 84 supplies the grindstone drive motor 40 with an alternating current having a frequency corresponding to the target rotation speed.

このようにして与えられる研削条件の下で、研削5軸ヘ
ツド14および研削ツール装置18が装着された5軸マ
シニングセンタ10は、上述の軌跡情報等に基づいて、
横軸まわりに回転する円筒砥石16がワークWの曲面に
なじむように、つまりxz、yz平面へ投影した研削ポ
イントにおける法線が砥石軸線と直交して、円筒砥石1
6と研削曲面とが接平面を共通にして接するように、同
時4軸制御を行うのである。
Under the grinding conditions given in this manner, the 5-axis machining center 10 to which the 5-axis grinding head 14 and the grinding tool device 18 are attached, performs the following operations based on the above-mentioned trajectory information, etc.
The cylindrical grindstone 16 rotates around the horizontal axis so that it conforms to the curved surface of the workpiece W, that is, the normal line at the grinding point projected onto the xz, yz plane is orthogonal to the grindstone axis.
Simultaneous 4-axis control is performed so that the grinding curved surface and the grinding surface share a common tangential plane.

このような円筒砥石16を用いた同時4輔制御に基づく
自由曲面研削によって、研削効率が向上するとともに凹
曲面への接近性が良好となり、従来では両立が困難であ
った研削効率と接近性の要請を共に満足させ得た。
Free-form surface grinding based on simultaneous four-wheel control using such a cylindrical grindstone 16 improves grinding efficiency and improves accessibility to concave curved surfaces, improving grinding efficiency and accessibility, which was difficult to achieve at the same time in the past. We were able to satisfy both requests.

例えば、第12図に示すように、従来の球面状砥石20
0では研削残りを少なくするためにピソクツイード量は
小さくせざるを得ないが、実験データによれば、ワーク
自由曲面の平坦部を1鰭のビックで研削しても6μmの
研削残りが出る。これに対して第13図に示すように本
実施例では、円筒砥石16として砥石幅が例えば12m
のものを使用し、ビックを10龍と荒くしても研削残り
は実質的にゼロである。また、第14図に示すように曲
率半径Rが例えば1500 龍の曲面部においても、同
様の荒いビックで研削残りは8μ偽程度に抑えられるの
である。
For example, as shown in FIG. 12, a conventional spherical grindstone 20
0, the amount of pisok tweed must be reduced in order to reduce the amount of grinding residue, but according to experimental data, even if the flat part of the workpiece's free-form surface is ground with one fin bump, a grinding residue of 6 μm will remain. On the other hand, as shown in FIG. 13, in this embodiment, the cylindrical grindstone 16 has a grindstone width of, for example, 12 m.
Even if you use a grinder and roughen it to a roughness of 10 yen, there will be virtually no leftovers left after grinding. Furthermore, as shown in FIG. 14, even on a curved surface with a radius of curvature R of, for example, 1,500 mm, the remaining amount of grinding can be suppressed to about 8 μm with a similar rough bump.

また、第15図に示すように、従来の円盤砥石202を
縦軸回転させてその盤面で凹曲面を研削しようとすると
、円盤砥石202の外周縁において干渉が生じるため、
凹曲面への適用が難しいのであるが、本実施例では第1
6図に示すように、砥石16の送り方向において原理的
には砥石半径rに相当する曲率半径の凹曲面まで研削可
能である。また、砥石幅方向の凹曲面に対しては、砥石
幅が狭いこと及び砥石16を含む研削ツール装置18の
姿勢を制御することにより、かなり大きな曲率の凹曲面
にも適用できる。しかも円筒砥石16の外周面の形状を
、完全な円筒面ではなく、砥石幅方向の両端に丸みを付
けた砥石や凹曲面に対応する曲率の外周面形状とした相
形砥石などの円筒状砥石を選択すれば、凹曲面への接近
性が一層向上する。
Furthermore, as shown in FIG. 15, when attempting to grind a concave curved surface by rotating the conventional disk grindstone 202 on its vertical axis, interference occurs at the outer periphery of the disk grindstone 202.
Although it is difficult to apply to concave curved surfaces, in this example, the first
As shown in FIG. 6, in principle, in the feeding direction of the grindstone 16, it is possible to grind up to a concave curved surface with a radius of curvature corresponding to the radius of the grindstone r. Further, as for a concave curved surface in the width direction of the grindstone, by controlling the width of the grindstone and controlling the attitude of the grinding tool device 18 including the grindstone 16, the present invention can be applied to a concave curved surface with a considerably large curvature. Moreover, the shape of the outer peripheral surface of the cylindrical whetstone 16 is not a perfect cylindrical surface, but a cylindrical whetstone such as a whetstone with rounded ends in the width direction of the whetstone or a phase-shaped whetstone whose outer peripheral surface has a shape of curvature corresponding to a concave curved surface. If selected, the accessibility to the concave curved surface will be further improved.

また、円盤砥石202の盤面で凸曲面の研削を行う場合
でも、制御軸としてX、Y、Zの直線3軸のほか、送り
方向および送り方向に直角な方向の旋回2軸を含む5軸
同時制御が不可欠である。
In addition, even when grinding a convex curved surface on the disk surface of the disk grindstone 202, in addition to the three linear axes of Control is essential.

これに対して本実施例では、4軸制御でよく制御軸数が
l輪生ないため、それだけ制御が簡単になる特長もある
On the other hand, in this embodiment, the number of control axes is limited to one rotation, which allows for four-axis control, and therefore the control is simplified accordingly.

ところで、先に第3図および第4図を参照しつつ説明し
たように、5軸マシニングセンタ10に装着された研削
5軸へラド14には、第4図の一般的な切削5軸へラド
60に見られる、刃具が取り付けられる主軸62、これ
を回転させるためのギヤ64.66およびそれに続くギ
ヤ列68等が存在しない。これは次の理由による。
By the way, as previously explained with reference to FIGS. 3 and 4, the 5-axis grinding rad 14 mounted on the 5-axis machining center 10 includes the general 5-axis cutting rad 60 shown in FIG. There is no main shaft 62 to which the cutting tool is attached, gears 64, 66 for rotating the main shaft, gear train 68 following the main shaft 62, etc. seen in the above. This is due to the following reason.

いま仮に、切削5軸ヘツド60の主軸62の工具装着穴
44に、研削ツール装置18のシャンク22を装着して
同時4軸制御を行わせるとすれば、主軸62とそのギヤ
列を含むA軸旋回部(工具装着部材42)がある角度旋
回するとき、ベベルギヤ64は遊星歯車となってベベル
ギヤ66とかみ合いつつそのまわりを回転するため、主
軸62に連れ回りが生じる。A軸旋回角度に対する主軸
62の連れ回り角度は、ベベルギヤ66が固定状態にあ
るとすればベベルギヤ64.66のギヤ比によって決ま
り、ギヤ比が1であればA軸旋回角度に等しい。ギヤ6
6がフリー状態の場合、A軸旋回時においてギヤ64.
66へのトルク配分が同じであれば、両ギヤ64.66
はA軸旋回角度の半分だけ回転する。ギヤ64.66は
相対的にはA軸旋回角度分だけずれたことになるが、ギ
ヤ64の見かけ上の連れ回りは、A軸旋回角度/2とな
る。
If we were to attach the shank 22 of the grinding tool device 18 to the tool attachment hole 44 of the main shaft 62 of the 5-axis cutting head 60 to perform simultaneous 4-axis control, the A-axis containing the main shaft 62 and its gear train When the turning portion (tool mounting member 42) turns at a certain angle, the bevel gear 64 becomes a planetary gear and rotates around the bevel gear 66 while meshing with it, so that the main shaft 62 rotates with it. The rotation angle of the main shaft 62 relative to the A-axis rotation angle is determined by the gear ratio of the bevel gears 64 and 66 if the bevel gear 66 is in a fixed state, and if the gear ratio is 1, it is equal to the A-axis rotation angle. gear 6
When gear 64.6 is in a free state, gear 64.
If the torque distribution to 66 is the same, both gears 64.66
rotates by half of the A-axis rotation angle. Although the gears 64 and 66 are relatively shifted by the A-axis rotation angle, the apparent co-rotation of the gear 64 is the A-axis rotation angle/2.

第11図の上段は、研削ツール装置を取り付けた切削5
軸ヘツド60と研削5軸ヘツド14とのA軸旋回に対す
る動きの違いを比較したものである。いずれのヘッド6
0.14においても、A軸旋回角度O”のときA軸と砥
石軸vAOとが直角となるように砥石16の向きが設定
されており、同時4軸制御による本実施例の研削を行う
には、A軸に対する砥石16の向きをその状態に維持し
なければならない。
The upper part of Fig. 11 shows the cutting 5 with the grinding tool device attached.
This figure compares the difference in movement of the 5-axis grinding head 60 and the 5-axis grinding head 14 with respect to A-axis rotation. Which head 6
0.14, the orientation of the grindstone 16 is set so that when the A-axis rotation angle is O'', the A-axis and the grindstone axis vAO are at right angles, and the grinding of this example is carried out by simultaneous 4-axis control. must maintain the orientation of the grindstone 16 with respect to the A-axis.

しかし、切削5軸ヘツド60では、A軸旋回に伴う上記
主軸62の連れ回りの結果、砥石軸線をA軸ひいては送
り方向に対して常時直角に保つことができず、送り方向
に直角な方向の研削幅を最大に維持することが困難であ
る。そのために研削残りや食込み等の不都合を生じてし
まう。これに対して研削5軸ヘツド14によれば、A軸
旋回にかかわらず砥石16とA軸との関係は変わること
なく維持され、目的とする4軸同時制御による研削が実
現するのである。
However, in the 5-axis cutting head 60, as a result of the rotation of the main shaft 62 accompanying the rotation of the A-axis, the axis of the grinding wheel cannot always be kept perpendicular to the A-axis and thus the feed direction, and Difficult to maintain maximum grinding width. This results in inconveniences such as residual grinding and digging. On the other hand, with the five-axis grinding head 14, the relationship between the grindstone 16 and the A-axis is maintained unchanged regardless of the A-axis rotation, and the desired grinding with four-axis simultaneous control can be achieved.

なお、本実施例では旋回軸たるC軸が固定されることを
前提にしたが、このC軸の旋回を含めた制御を行う場合
にも、第4図の切削5軸ヘッド60の主軸62に連れ回
りが生じる。つまり、切削5輔ヘツド60がC軸まわり
に旋回させられると、ギヤ70は遊星歯車となって、ギ
ヤ72とのかみ合いにより自転しつつそのまわりを回転
するため、その回転がギヤ列68等を経て主軸62に伝
達されて連れ回りを生じさせるのである。そのため第1
1図の下段に例示するように、切削5軸ヘツド60では
C軸旋回が生じると砥石軸線とA軸との直角な関係を保
ち得ないのであるが、研削5軸ヘンド14によればその
ような不都合が生じない。
In this embodiment, it is assumed that the C-axis, which is the rotation axis, is fixed, but even when controlling including the rotation of this C-axis, the main axis 62 of the 5-axis cutting head 60 shown in FIG. Companionship occurs. In other words, when the cutting head 60 is rotated around the C-axis, the gear 70 becomes a planetary gear and rotates around it while rotating due to meshing with the gear 72, so that its rotation causes the gear train 68, etc. It is then transmitted to the main shaft 62 to cause rotation. Therefore, the first
As illustrated in the lower part of Fig. 1, the five-axis cutting head 60 cannot maintain a perpendicular relationship between the grinding wheel axis and the A-axis when the C-axis rotates, but according to the five-axis grinding head 14, No inconvenience will occur.

いずれにしても、5軸マシニングセンタ10を用いる本
実施例の研削システムでは、専用の研削5軸へンド14
を用い、それに研削ツール装置18を装着して同時4軸
制御を行うことにより、前述のような目的とする自由曲
面研削が実現するのである。
In any case, in the grinding system of this embodiment using the 5-axis machining center 10, the dedicated grinding 5-axis hand 14
By using the grinding tool device 18 and simultaneously controlling the four axes, the desired free-form surface grinding described above can be achieved.

以上説明した実施例では、砥石16の送り方向をX軸(
A軸)方向に設定したが、これをY軸方向など他の方向
に設定することも勿論可能である。
In the embodiment described above, the feeding direction of the grindstone 16 is set along the X axis (
Although it is set in the A-axis direction, it is of course possible to set it in other directions such as the Y-axis direction.

また、C軸を固定することなく旋回させるようにして、
送り方向を時々刻々と変化させる場合には、制御が拡張
されてX、Y、Zの直線3軸とAおよびCの旋回2軸と
の5軸同時制御となる。
Also, by rotating the C-axis without fixing it,
When the feed direction is changed from time to time, the control is extended to five-axis simultaneous control of three linear axes X, Y, and Z and two turning axes A and C.

また、既存の5軸マシニングセンタの利用は、専用の研
削装置を用いるのに比べて装置コストが低く経済的な利
点があるが、必ずしもそれに限らず、専用の多軸同時制
御のNC研削盤を使用することもできる。
In addition, the use of an existing 5-axis machining center has the economical advantage of lower equipment costs compared to using a dedicated grinding device, but it is not necessarily limited to this, and the use of a dedicated multi-axis simultaneous control NC grinding machine is not limited to this. You can also.

さらに、本発明は研削に限らず、回転刃物を使用する自
由曲面の切削加工(例えばフライス加工等)に適用する
こともできる。
Furthermore, the present invention is not limited to grinding, but can also be applied to cutting of free-form surfaces using a rotating blade (for example, milling, etc.).

その他、当業者の知識に基づいて種々の変形を施した態
様で本発明を実施し得ることは勿論である。
It goes without saying that the present invention can be implemented with various other modifications based on the knowledge of those skilled in the art.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例である自由曲面研削システム
の概略図、第2図は研削ツール装置の一部を断面で示す
正面図、第3図はその研削ツール装置が装着される研削
5軸ヘツドの模式図、第4図は一般的な切削5軸ヘツド
の模式図、第5図は研削中の砥石の姿勢等を基本座標平
面に投影した図、第6図は砥石軸線と送り方向との関係
を示す図、第7図は砥石の姿勢制御の前提となるXZ平
面の座標のオフセットを示す図、第8図は同じくYZ平
面の座標のオフセットを示す図、第9図は円筒砥石に関
する基本的要素を幾何学的にモデル化した図、第10図
はそのモデルを実際の装置に当てはめた図、第11図は
一般的な切削5軸ヘツドを利用した場合と専用の研削5
軸ヘツドを用いた場合とにおいて、A軸旋回およびC軸
旋回と砥石姿勢との関係を比較して示す図、第12図は
従来の球面状砥石による研削例を示す図、第13図は本
発明による平坦部の研削例を、また第14図は曲面部の
研削例をそれぞれ示す図、第15図は従来の円盤砥石に
よる凹曲面の研削例を示す図、第16図は本発明による
凹曲面の研削例を示す図である。 10:5軸マシニングセンタ 12:可動部本体 14:研削5軸ヘツド(研削ヘッド本体)16:円筒砥
石    18:研削ツール装置34:エアシリンダ(
付勢手段) 40:砥石駆動モータ(駆動手段) 42:工具装着部材  60:切削5軸ヘッド74:エ
ア供給装置
Fig. 1 is a schematic diagram of a free-form surface grinding system that is an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a front view showing a section of a part of the grinding tool device, and Fig. 3 is a grinding machine to which the grinding tool device is installed. A schematic diagram of a 5-axis head. Figure 4 is a schematic diagram of a general 5-axis cutting head. Figure 5 is a diagram of the posture of the grinding wheel during grinding projected onto the basic coordinate plane. Figure 6 is the axis of the grinding wheel and feed. Figure 7 is a diagram showing the offset of coordinates on the XZ plane, which is a prerequisite for controlling the attitude of the grindstone, Figure 8 is a diagram showing the offset of coordinates on the YZ plane, and Figure 9 is a diagram showing the offset of the coordinates on the YZ plane. Figure 10 is a geometric model of the basic elements related to a grinding wheel. Figure 10 is a diagram applying the model to an actual device. Figure 11 is a diagram showing the case of using a general 5-axis cutting head and the case of using a dedicated grinding 5-axis head.
Figure 12 shows an example of grinding using a conventional spherical grinding wheel. FIG. 14 shows an example of grinding a flat part according to the present invention, FIG. 14 shows an example of grinding a curved surface, FIG. 15 shows an example of grinding a concave curved surface using a conventional disc grindstone, and FIG. It is a figure which shows the example of grinding of a curved surface. 10: 5-axis machining center 12: Movable part body 14: Grinding 5-axis head (grinding head body) 16: Cylindrical grindstone 18: Grinding tool device 34: Air cylinder (
(biasing means) 40: Grinding wheel drive motor (driving means) 42: Tool mounting member 60: Cutting 5-axis head 74: Air supply device

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)加工物の自由曲面に研削または切削等の機械加工
を施す方法において、 円筒状工具をその工具軸線まわりに回転させて外周面で
前記自由曲面の機械加工を行うとともに、三次元座標軸
たるX軸、Y軸、Z軸および少なくとも一の旋回軸を含
む4軸以上の多軸同時制御により、円筒状工具を加工物
に対して相対的に工具軸線と直交する方向に送りつつ、
円筒状工具の外周面に対する接平面と前記加工物の自由
曲面に対する接平面とが可及的に同一の接平面となるよ
うに円筒状工具の姿勢を制御することを特徴とする自由
曲面の機械加工方法。
(1) In a method of performing machining such as grinding or cutting on a free-form surface of a workpiece, a cylindrical tool is rotated around the tool axis to machine the free-form surface on the outer circumferential surface, and a three-dimensional coordinate axis is used. By simultaneous multi-axis control of four or more axes including the X-axis, Y-axis, Z-axis, and at least one rotation axis, the cylindrical tool is fed relative to the workpiece in a direction perpendicular to the tool axis,
A free-form surface machine, characterized in that the attitude of the cylindrical tool is controlled so that a tangent plane to the outer peripheral surface of the cylindrical tool and a tangent plane to the free-form surface of the workpiece are as much as possible the same tangent plane. Processing method.
(2)前記送り方向が前記X軸、Y軸、Z軸のいずれか
一の方向に設定され、前記一の旋回軸がその送り方向に
平行であり、その旋回軸のまわりに前記円筒状工具をそ
の工具軸線を含む平面内で旋回させることを含む4軸同
時制御により、その円筒状工具の姿勢制御を行う特許請
求の範囲第1項記載の方法。
(2) The feeding direction is set to one of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, and the one rotation axis is parallel to the feeding direction, and the cylindrical tool is rotated around the rotation axis. 2. The method according to claim 1, wherein the attitude of the cylindrical tool is controlled by simultaneous four-axis control including turning the cylindrical tool within a plane including the tool axis.
(3)前記機械加工が円筒状砥石による研削で、ある特
許請求の範囲第1項または第2項記載の方法。
(3) The method according to claim 1 or 2, wherein the machining is grinding with a cylindrical grindstone.
(4)加工物の自由曲面に研削または切削等の機械加工
を施す装置であって、 加工ヘッドに取り付けられて自身の工具軸線まわりに回
転させられ、外周面において前記自由曲面の機械加工を
行う円筒状工具と、 前記加工ヘッドが取り付けられるとともに、その加工ヘ
ッドに対して三次元座標軸たるX軸、Y軸、Z軸および
少なくとも一の旋回軸を含む4以上の制御軸を有し、か
つそれら制御軸についてそれぞれ駆動手段を備えた装置
本体と、 それらの駆動手段を同時に制御することにより、前記円
筒状工具を加工物に対して相対的に工具軸線と直交する
方向に送りつつ、円筒状工具の外周面に対する接平面と
前記加工物の自由曲面に対する接平面とが可及的に同一
の接平面となるように前記加工ヘッドの位置および姿勢
を制御する多軸同時制御手段と を含むことを特徴とする自由曲面の機械加工装置。
(4) A device that performs machining such as grinding or cutting on a free-form surface of a workpiece, which is attached to a processing head and rotated around its own tool axis, and performs machining of the free-form surface on the outer peripheral surface. a cylindrical tool; and the processing head is attached to the processing head, and the processing head has four or more control axes including three-dimensional coordinate axes, X-axis, Y-axis, Z-axis, and at least one rotation axis; The main body of the device is equipped with driving means for each control axis, and by controlling these driving means simultaneously, the cylindrical tool is sent relative to the workpiece in a direction perpendicular to the tool axis. and multi-axis simultaneous control means for controlling the position and orientation of the processing head so that a tangent plane to the outer peripheral surface of the workpiece and a tangent plane to the free-form surface of the workpiece are as much as possible the same tangent plane. Features free-form surface machining equipment.
(5)前記送り方向が前記X軸、Y軸、Z軸のいずれか
一の方向に設定され、また前記一の旋回軸がその送り方
向と平行に設定されるとともに、その旋回軸のまわりに
前記円筒状工具が自身の工具軸線を含む平面内で旋回可
能とされており、前記多軸同時制御手段が4軸同時制御
手段である特許請求の範囲第4項記載の機械加工装置。
(5) The feeding direction is set in one of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, and the one rotational axis is set parallel to the feeding direction, and the rotational axis is rotated around the rotational axis. 5. The machining apparatus according to claim 4, wherein the cylindrical tool is rotatable within a plane including its own tool axis, and the multi-axis simultaneous control means is a four-axis simultaneous control means.
(6)前記機械加工装置が円筒状砥石を備えた研削装置
である特許請求の範囲第4項または第5項記載の装置。
(6) The device according to claim 4 or 5, wherein the machining device is a grinding device equipped with a cylindrical grindstone.
(7)加工物の自由曲面に研削または切削等の機械加工
を施す装置であって、 三次元座標軸たるX軸、Y軸、Z軸ならびに第一旋回軸
および第二旋回軸を制御軸とする5軸マシニングセンタ
であって、そのX、Y、Zの基本3軸を制御軸とする可
動部本体と、前記第一および第二の旋回軸を制御軸とし
てその可動部本体に連結された加工ヘッド本体とを備え
たマシニングセンタと、 自身の工具軸線まわりに回転させられ、加工物に対して
相対的に工具軸線と直交する方向の送りを与えられつつ
外周面で機械加工を行う円筒状工具、その円筒状工具を
回転させる駆動手段およびその円筒状工具を前記自由曲
面に押し付ける付勢手段を含んで前記加工ヘッド本体に
取り付けられてその本体と共に加工ヘッドを構成し、か
つ、前記円筒状工具がその工具軸線を含む平面内で前記
第一旋回軸のまわりに旋回可能とされ、かつその旋回平
面に平行で工具軸線と直角な前記第二旋回軸のまわりに
も旋回可能とされた加工ツール装置と、 前記X軸、Y軸、Z軸および第一旋回軸の4軸またはこ
れに前記第二旋回軸を加えた5軸をNCプログラムに従
って同時に制御することにより、前記第一旋回軸を前記
送り方向と平行に保ちつつ、前記円筒状工具の外周面に
対する接平面と前記加工物の自由曲面に対する接平面と
が可及的に同一の接平面となるように円筒状工具の姿勢
を制御する多軸同時制御手段と を含むことを特徴とする自由曲面の機械加工装置。
(7) A device that performs machining such as grinding or cutting on a free-form surface of a workpiece, and uses the three-dimensional coordinate axes of the X-axis, Y-axis, Z-axis, and the first and second rotation axes as control axes. The 5-axis machining center includes a movable part main body having three basic axes of X, Y, and Z as control axes, and a processing head connected to the movable part main body with the first and second rotation axes as control axes. a cylindrical tool that is rotated around its own tool axis and performs machining on the outer circumferential surface of a workpiece while being fed in a direction perpendicular to the tool axis relative to the workpiece; The cylindrical tool includes a driving means for rotating the cylindrical tool and a biasing means for pressing the cylindrical tool against the free-form surface, and is attached to the processing head main body to constitute a processing head together with the main body, and the cylindrical tool A processing tool device capable of rotating around the first rotation axis within a plane including the tool axis, and also rotating around the second rotation axis parallel to the rotation plane and perpendicular to the tool axis. , by simultaneously controlling the four axes of the X-axis, Y-axis, Z-axis, and first rotation axis, or the five axes including the second rotation axis according to an NC program, the first rotation axis is controlled in the feeding direction. A multi-axis control device that controls the attitude of the cylindrical tool so that the tangential plane to the outer circumferential surface of the cylindrical tool and the tangential plane to the free-form surface of the workpiece are as much as possible the same tangential plane while keeping the cylindrical tool parallel to the outer peripheral surface of the workpiece. A free-form surface machining device, characterized in that it includes simultaneous control means.
(8)前記送り方向が前記X軸、Y軸、Z軸のいずれか
一の方向に設定され、前記第一旋回軸がその送り方向と
平行になるように前記第二旋回軸が固定されるとともに
、前記多軸同時制御手段が、NCプログラムに従って前
記X軸、Y軸、Z軸および前記第一旋回軸の4軸同時制
御を行うものである特許請求の範囲第7項記載の機械加
工装置。
(8) The feeding direction is set to one of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, and the second rotation axis is fixed so that the first rotation axis is parallel to the feeding direction. The machining apparatus according to claim 7, wherein the multi-axis simultaneous control means performs four-axis simultaneous control of the X-axis, Y-axis, Z-axis, and the first rotation axis according to an NC program. .
(9)前記機械加工装置が円筒状砥石を備えた研削装置
である特許請求の範囲第7項または第8項記載の装置。
(9) The device according to claim 7 or 8, wherein the machining device is a grinding device equipped with a cylindrical grindstone.
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