JPWO2017043171A1 - 機械部品の製造方法、機械部品の製造装置、回転対称面の加工方法、記録媒体およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
国際公開第2001/043902号は、回転対称面として円柱側面を開示する。しかし回転対称面は円柱側面に限られない。さまざまな回転対称面を、切削によって精度よく加工することに対する顕在的あるいは潜在的なニーズが存在する。
[本開示の効果]
本開示によれば、切削によってさまざまな回転対称面を精度よく加工することができる。
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
X(t)=(Rsh(t)cosφ(t)−Xchip(t))
Y(t)=(Rsh(t)sinφ(t)−Ychip(t))
Z(t)=(Zsh(t)−Zchip(t))
に従って算出するステップを含む。座標(X(0),Y(0),Z(0))は切削開始位置に位置付けられた切れ刃の第1の端部の座標であり、かつ、三次元直交座標系の原点である。(Xchip(t),Ychip(t),Zchip(t))は、切削点において回転対称面に接する切れ刃の位置を、切れ刃の第1の端部を基準として表した座標である。(Xchip(1),Ychip(1),Zchip(1))は、切削終了位置に位置付けられた切れ刃の第2の端部の座標を表す。Rsh(t)は、Z軸上の回転中心から切削点までの距離に対応する、回転対称面の半径を表す。Zsh(t)は、回転中心のZ軸上の座標を表す。φ(t)は、XY平面上に投影された切削点と、XY平面の原点とを結ぶ直線が、X軸に対してなす角度である。切れ刃の第1の傾きを回転対称面の第2の傾きに等しくするために、φ(t)は、cos(φ(t)+β(t))/cosβ(t)=tanθ(t)/tanθs(t)という条件を満たす。θ(t)は、切れ刃のN個の領域のうち切削点に接するi番目の領域をXZ平面に投影したときに、i番目の領域がX軸に対してなす角度である。β(t)は、i番目の領域をXY平面に投影したときに、i番目の領域がX軸に対してなす角度である。θs(t)は、第2の傾きを表す角度である。
(4)好ましくは、切れ刃は、直線形を有する。tは、第1の端部と第2の端部との間の切れ刃の長さをN等分するように定められる。
(5)本発明の一態様に係る機械部品の製造装置は、上記(1)〜(4)のいずれかに記載の機械部品の製造方法を実行する装置である。
X(t)=(Rsh(t)cosφ(t)−Xchip(t))
Y(t)=(Rsh(t)sinφ(t)−Ychip(t))
Z(t)=(Zsh(t)−Zchip(t))
に従って算出するステップを含む。座標(X(0),Y(0),Z(0))は回転対称面の切削開始位置に位置付けられた切れ刃の第1の端部の座標であり、かつ、三次元直交座標系の原点である。(Xchip(t),Ychip(t),Zchip(t))は、切削点において回転対称面に接する切れ刃の位置を、切れ刃の第1の端部を基準として表した座標である。(Xchip(1),Ychip(1),Zchip(1))は、回転対称面の切削終了位置に位置付けられた切れ刃の第2の端部の座標を表す。Rsh(t)は、Z軸上の回転中心から切削点までの距離に対応する、回転対称面の半径を表す。Zsh(t)は、回転中心のZ軸上の座標を表す。φ(t)は、XY平面上に投影された切削点と、XY平面の原点とを結ぶ直線が、X軸に対してなす角度である。Z軸および切削点を含む、回転対称面の切断面において、N個の領域の各々の切削点における接線の傾きに対応する第1の傾きを、切削点を通り回転対称面に接する接線の目標の傾きに対応する第2の傾きと等しくするために、φ(t)は、cos(φ(t)+β(t))/cosβ(t)=tanθ(t)/tanθs(t)という条件を満たす。θ(t)は、切れ刃のN個の領域のうち切削点に接するi番目の領域をXZ平面に投影したときに、i番目の領域がX軸に対してなす角度である。β(t)は、i番目の領域をXY平面に投影したときに、i番目の領域がX軸に対してなす角度である。θs(t)は、第2の傾きを表す角度である。
X(t)=(Rsh(t)cosφ(t)−Xchip(t))
Y(t)=(Rsh(t)sinφ(t)−Ychip(t))
Z(t)=(Zsh(t)−Zchip(t))
に従って算出するステップを含む。座標(X(0),Y(0),Z(0))は、回転対称面の切削開始位置に位置付けられた切れ刃の第1の端部の座標であり、かつ、三次元直交座標系の原点である。(Xchip(t),Ychip(t),Zchip(t))は、切削点において回転対称面に接する切れ刃の位置を、切れ刃の第1の端部を基準として表した座標である。(Xchip(1),Ychip(1),Zchip(1))は、回転対称面の切削終了位置に位置付けられた切れ刃の第2の端部の座標を表す。Rsh(t)は、Z軸上の回転中心から切削点までの距離に対応する、回転対称面の半径を表す。Zsh(t)は、回転中心のZ軸上の座標を表す。φ(t)は、XY平面上に投影された切削点と、XY平面の原点とを結ぶ直線が、X軸に対してなす角度である。Z軸および切削点を含む、回転対称面の切断面において、N個の領域の各々の切削点における接線の傾きに対応する第1の傾きを、切削点を通り回転対称面に接する接線の目標の傾きに対応する第2の傾きと等しくするために、φ(t)は、cos(φ(t)+β(t))/cosβ(t)=tanθ(t)/tanθs(t)という条件を満たす。θ(t)は、切れ刃のN個の領域のうち切削点に接するi番目の領域をXZ平面に投影したときに、i番目の領域がX軸に対してなす角度である。β(t)は、i番目の領域をXY平面に投影したときに、i番目の領域がX軸に対してなす角度である。θs(t)は、第2の傾きを表す角度である。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。説明を分かりやすくするために、図面において、発明の構成要素の一部のみが示される場合がある。
図4は、この実施の形態に係る加工方法に使用される切れ刃の模式図である。図5は、この実施の形態に係る加工方法によって加工される回転対称面の平面模式図である。
(1)切れ刃の全体の使用
切れ刃2Aの軌道は、XYZ座標系によって表現される。X軸、Y軸およびZ軸の各々の方向は、図1に示されるように定義される。
図9は、回転対称面1Aと切れ刃2Aとが接触する位置の近傍での回転対称面1Aと切れ刃2AとをXZ平面上で表現したモデル図である。図10は、回転対称面1Aと切れ刃2Aとが接触する位置の近傍での回転対称面1Aと切れ刃2AとをXY平面上で表現したモデル図である。
上記座標(X’chip(t0+Δt),Y’chip(t0+Δt))で表される点のR軸座標は、以下の式に従って表される。
tの変化量dtは、次のようにして決定することができる。切削進行度がtから(t+dt)まで変化するまでの間に、切削に用いた切れ刃2Aの長さをdLchipとする。切れ刃2Aの長さdLchipの領域によって切削された回転対称面の長さをdLshとする。dL chipおよびdLshは、以下の式に従って表すことができる。
切れ刃2Aの点3_tの座標(Xchip(t),Ychip(t),Zchip(t))は、切れ刃2Aの形状に応じて、以下のように決定することができる。
Xchip(i)=L/2+Rarc×sinθi
Zchip(i)=−Rarc×cosθi+Rarc×cos(θchip×0.5)
一方、切れ刃2Aが直線形を有する場合には、切れ刃の長さがN等分される。i番目の節の座標(Xchip(i),0,Zchip(i))は、以下のように表すことができる。Lは、第1の端部3_1と第2の端部3_5との間の切れ刃2Aの長さである。
Zchip(i)=0
切れ刃2Aの先端3_1を中心として、XZ平面上で、切れ刃2Aを角度θ’回転させる。角度θ’と角度θ,βとの間には以下の関係が成立する。なお、角度θ’の大きさは図12に示された角度θ’に等しい。
図21は、本発明の実施の形態に係る機械部品の製造方法を示したフローチャートである。図21に示されるように、ステップS01において、切削チップ2Bがホルダ2に取り付けられる。さらに、ホルダ2が製造装置100(送り機構106)に取り付けられる。
(1)曲線形の切れ刃−曲線回転面
図23は、切れ刃2Aの軌跡をモニタするための切れ刃2Aの5つの領域を示した図である。図23において、先端3_1および後端3_5に加えて、切れ刃2Aの領域3_2,3_3,3_4が、点によって表される。なお、領域3_2,3_3,3_4の位置は、先端3_1と後端3_5との間の長さを4等分する位置に対応する。切れ刃2Aの軌跡については後に詳細に説明される。
図26は、曲線形の切れ刃による直線回転面の加工を計算した結果を示した図である。図27は、図26に示された計算結果に基づいて、Z軸方向の軌道誤差ΔZを表した図である。図26および図27に示されるように、回転対称面のRZ平面上では、回転対称面は直線として表現される。さらに各軌道の包絡線EのΔZは、ほぼ0である。図26および図27は、この実施の形態に係る加工方法が、曲線形状の切れ刃2Aによって直線回転面を精度よく加工できることを示す。
図28は、直線形の切れ刃2Aの模式図である。図28に示されるように、切れ刃2Aの先端3_1と切れ刃2Aの後端3_5とを結ぶ直線上に、切れ刃2Aの領域3_2,3_3,3_4が配置される。図23に示された曲線形状の切れ刃と同じく、領域3_2,3_3,3_4の位置は、先端3_1と後端3_5との間の長さLを4等分する位置に対応する。
図31は、直線形の切れ刃による直線回転面の加工を計算した結果を示した図である。図32は、図31に示された計算結果に基づいて、Z軸方向の軌道誤差ΔZを表した図である。図31および図32に示されるように、RZ平面上では、回転対称面は直線として表される。さらに各軌道の包絡線EのΔZはほぼ0である。図31および図32は、この実施の形態に係る加工方法が、直線形状を有する切れ刃2Aによって、直線回転面を精度よく加工できることを示す。
後端(切れ刃)、3_t 点(切れ刃)、3_2,3_3,3_4 領域(切れ刃)、10 回転軸線、100 製造装置、101 入力部、102 表示部、103 記憶部、104 制御部、105 駆動部、106 送り機構、110 演算部、E 包絡線(軌道)、P 切削点、O 点、P1 切削開始位置、P2 切削終了位置、S01,S10〜S15,S20〜S22 ステップ。
Claims (8)
- 回転対称面を有する機械部品の製造方法であって、
直線形または曲線形を有する切れ刃を前記回転対称面の切削点に接触させながら送ることによって、前記回転対称面を加工するステップを備え、
前記加工するステップは、
回転軸線をZ軸とし、前記回転対称面の半径の方向の軸をX軸とし、前記Z軸および前記X軸の両方に直交する軸をY軸とする三次元直交座標系を用いて、前記切れ刃の軌道を決定するステップと、
前記軌道に沿って前記切れ刃を送るステップとを含み、
前記決定するステップは、
(1)前記切れ刃の第1の端部が、前記回転対称面の切削開始位置に位置付けられ、
(2)前記切れ刃を分割するN個(Nは2以上の整数)の領域が前記回転対称面に順に接触し、
(3)前記Z軸および前記切削点を含む、前記回転対称面の切断面において、前記N個の領域の各々の前記切削点における接線の傾きに対応する第1の傾きが、前記切削点を通り前記回転対称面に接する接線の目標の傾きに対応する第2の傾きと等しく、かつ
(4)前記切れ刃の第2の端部が、前記回転対称面の切削終了位置に位置付けられる、
という条件に従って前記軌道を決定する、機械部品の製造方法。 - 前記軌道を決定するステップは、
0以上1以下の(N+1)個の値をとる変数tにより、前記切れ刃の前記第1の端部の座標(X(t),Y(t),Z(t))を
X(t)=(Rsh(t)cosφ(t)−Xchip(t))
Y(t)=(Rsh(t)sinφ(t)−Ychip(t))
Z(t)=(Zsh(t)−Zchip(t))
に従って算出するステップを含み、
座標(X(0),Y(0),Z(0))は前記切削開始位置に位置付けられた前記切れ刃の前記第1の端部の座標であり、かつ、前記三次元直交座標系の原点であり、
(Xchip(t),Ychip(t),Zchip(t))は、前記切削点において前記回転対称面に接する前記切れ刃の位置を、前記切れ刃の前記第1の端部を基準として表した座標であり、
(Xchip(1),Ychip(1),Zchip(1))は、前記切削終了位置に位置付けられた前記切れ刃の前記第2の端部の座標を表し、
Rsh(t)は、前記Z軸上の回転中心から前記切削点までの距離に対応する、前記回転対称面の前記半径を表し、
Zsh(t)は、前記回転中心の前記Z軸上の座標を表し、
φ(t)は、XY平面上に投影された前記切削点と、前記XY平面の原点とを結ぶ直線が、前記X軸に対してなす角度であり、前記切れ刃の前記第1の傾きを前記回転対称面の前記第2の傾きに等しくするために、φ(t)は、cos(φ(t)+β(t))/cosβ(t)=tanθ(t)/tanθs(t)という条件を満たし、
θ(t)は、前記切れ刃の前記N個の領域のうち前記切削点に接するi番目の領域をXZ平面に投影したときに、前記i番目の領域が前記X軸に対してなす角度であり、
β(t)は、前記i番目の領域をXY平面に投影したときに、前記i番目の領域が前記X軸に対してなす角度であり、
θs(t)は、前記第2の傾きを表す角度である、請求項1に記載の機械部品の製造方法。 - 前記切れ刃は、前記曲線形を有し、
tは、前記曲線形の曲率半径に従って決定される中心角をN等分するように定められる、請求項2に記載の機械部品の製造方法。 - 前記切れ刃は、前記直線形を有し、
tは、前記第1の端部と前記第2の端部との間の前記切れ刃の長さをN等分するように定められる、請求項2に記載の機械部品の製造方法。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の機械部品の製造方法を実行する、機械部品の製造装置。
- 回転対称面の加工方法であって、
直線形または曲線形を有する切れ刃を前記回転対称面の切削点に接触させながら送ることによって、前記回転対称面を加工するステップを備え、
前記加工するステップは、
回転軸線をZ軸とし、前記回転対称面の半径の方向の軸をX軸とし、前記Z軸および前記X軸の両方に直交する軸をY軸とする三次元直交座標系を用いて、前記切れ刃の軌道を決定するステップと、
前記軌道に沿って前記切れ刃を送るステップとを含み、
前記決定するステップは、
(1)前記切れ刃の第1の端部が、前記回転対称面の切削開始位置に位置付けられ、
(2)前記切れ刃を分割するN個(Nは2以上の整数)の領域が前記回転対称面に順に接触し、
(3)前記Z軸および前記切削点を含む、前記回転対称面の切断面において、前記N個の領域の各々の前記切削点における接線の傾きに対応する第1の傾きが、前記切削点を通り前記回転対称面に接する接線の目標の傾きに対応する第2の傾きと等しく、かつ
(4)前記切れ刃の第2の端部が、前記回転対称面の切削終了位置に位置付けられる、
という条件に従って前記軌道を決定する、回転対称面の加工方法。 - 回転対称面を有する機械部品を製造するためのプログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記プログラムがコンピュータに、
直線形または曲線形を有する切れ刃を前記回転対称面の切削点に接触させながら送ることによって、前記回転対称面を加工するステップを実行させ、
前記加工するステップは、
回転軸線をZ軸とし、前記回転対称面の半径の方向の軸をX軸とし、前記Z軸および前記X軸の両方に直交する軸をY軸とする三次元直交座標系を用いて、前記切れ刃の軌道を決定するステップと、
前記軌道に沿って前記切れ刃を送るステップとを含み、
前記軌道を決定するステップは、
0以上1以下の(N+1)個の値をとる変数tにより、前記切れ刃の第1の端部の座標(X(t),Y(t),Z(t))を
X(t)=(Rsh(t)cosφ(t)−Xchip(t))
Y(t)=(Rsh(t)sinφ(t)−Ychip(t))
Z(t)=(Zsh(t)−Zchip(t))
に従って算出するステップを含み、
座標(X(0),Y(0),Z(0))は前記回転対称面の切削開始位置に位置付けられた前記切れ刃の前記第1の端部の座標であり、かつ、前記三次元直交座標系の原点であり、
(Xchip(t),Ychip(t),Zchip(t))は、前記切削点において前記回転対称面に接する前記切れ刃の位置を、前記切れ刃の前記第1の端部を基準として表した座標であり、
(Xchip(1),Ychip(1),Zchip(1))は、前記回転対称面の切削終了位置に位置付けられた前記切れ刃の第2の端部の座標を表し、
Rsh(t)は、前記Z軸上の回転中心から前記切削点までの距離に対応する、前記回転対称面の前記半径を表し、
Zsh(t)は、前記回転中心の前記Z軸上の座標を表し、
φ(t)は、XY平面上に投影された前記切削点と、前記XY平面の原点とを結ぶ直線が、前記X軸に対してなす角度であり、
前記Z軸および前記切削点を含む、前記回転対称面の切断面において、前記N個の領域の各々の前記切削点における接線の傾きに対応する第1の傾きを、前記切削点を通り前記回転対称面に接する接線の目標の傾きに対応する第2の傾きと等しくするために、φ(t)は、cos(φ(t)+β(t))/cosβ(t)=tanθ(t)/tanθs(t)という条件を満たし、
θ(t)は、前記切れ刃の前記N個の領域のうち前記切削点に接するi番目の領域をXZ平面に投影したときに、前記i番目の領域が前記X軸に対してなす角度であり、
β(t)は、前記i番目の領域をXY平面に投影したときに、前記i番目の領域が前記X軸に対してなす角度であり、
θs(t)は、前記第2の傾きを表す角度である、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 回転対称面を有する機械部品を製造するためのプログラムであって、
前記プログラムが、コンピュータに、
直線形または曲線形を有する切れ刃を前記回転対称面の切削点に接触させながら送ることによって、前記回転対称面を加工するステップを実行させ、
前記加工するステップは、
回転軸線をZ軸とし、前記回転対称面の半径の方向の軸をX軸とし、前記Z軸および前記X軸の両方に直交する軸をY軸とする三次元直交座標系を用いて、前記切れ刃の軌道を決定するステップと、
前記軌道に沿って前記切れ刃を送るステップとを含み、
前記軌道を決定するステップは、
0以上1以下の(N+1)個の値をとる変数tにより、前記切れ刃の第1の端部の座標(X(t),Y(t),Z(t))を
X(t)=(Rsh(t)cosφ(t)−Xchip(t))
Y(t)=(Rsh(t)sinφ(t)−Ychip(t))
Z(t)=(Zsh(t)−Zchip(t))
に従って算出するステップを含み、
座標(X(0),Y(0),Z(0))は、前記回転対称面の切削開始位置に位置付けられた前記切れ刃の前記第1の端部の座標であり、かつ、前記三次元直交座標系の原点であり、
(Xchip(t),Ychip(t),Zchip(t))は、前記切削点において前記回転対称面に接する前記切れ刃の位置を、前記切れ刃の前記第1の端部を基準として表した座標であり、
(Xchip(1),Ychip(1),Zchip(1))は、前記回転対称面の切削終了位置に位置付けられた前記切れ刃の第2の端部の座標を表し、
Rsh(t)は、前記Z軸上の回転中心から前記切削点までの距離に対応する、前記回転対称面の前記半径を表し、
Zsh(t)は、前記回転中心の前記Z軸上の座標を表し、
φ(t)は、XY平面上に投影された前記切削点と、前記XY平面の原点とを結ぶ直線が、前記X軸に対してなす角度であり、
前記Z軸および前記切削点を含む、前記回転対称面の切断面において、前記N個の領域の各々の前記切削点における接線の傾きに対応する第1の傾きを、前記切削点を通り前記回転対称面に接する接線の目標の傾きに対応する第2の傾きと等しくするために、φ(t)は、cos(φ(t)+β(t))/cosβ(t)=tanθ(t)/tanθs(t)という条件を満たし、
θ(t)は、前記切れ刃の前記N個の領域のうち前記切削点に接するi番目の領域をXZ平面に投影したときに、前記i番目の領域が前記X軸に対してなす角度であり、
β(t)は、前記i番目の領域をXY平面に投影したときに、前記i番目の領域が前記X軸に対してなす角度であり、
θs(t)は、前記第2の傾きを表す角度である、プログラム。
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