KR101695128B1 - 워크의 내주면 또는 외주면에 대한 절삭방법 - Google Patents

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고우이치 아마야
도시히코 가토
야스노리 다케자와
젬포 시라하마
데쓰야 이가라시
슈이치 오하시
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가부시키가이샤 마쓰우라 기카이 세이사쿠쇼
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Abstract

소정의 위치를 중심으로 하여 선회하고, 또 상기 선회 반경을 조정 가능하게 하고 있는 주축(1)으로부터 돌출 형성된 절삭공구(2)에 의하여, 워크(3)의 내주면 또는 외주면에 대한 절삭방법에 있어서, 워크(3)를 지지하는 테이블(4)에 대해, 주축(1)에 있어서의 선회 중심축(6)을 동축으로서 회전 중심축을 설정하고, 또 주축(1)의 선회 방향에 대해 반대 방향으로 회전시킴으로써 절삭속도를 가중함으로써, 심플한 제어하에, 절삭속도를 가중할 수 있는 절삭방법을 제공할 수 있는 워크(3)의 내주면 또는 외주면에 대한 절삭방법.

Description

워크의 내주면 또는 외주면에 대한 절삭방법{THE METHOD OF CUTTING FOR INNER AROUND SURFACE AND OUTER AROUND SURFACE OF WORKS}
본 발명은, 소정의 위치를 중심으로 하여 선회하고, 또 상기 선회 반경을 조정 가능하게 하는 주축의 절삭공구에 의한 절삭에 있어서, 상기 절삭속도를 가중한 것에 의한 워크의 내주면 및 외주면에 대한 절삭방법에 관한 것이다.
한편, 상기의 「주축의 선회」란, 주축 스스로의 중심축을 따른 자전이 아니라, 상기 소정의 위치를 중심으로 하는 공전을 포함하는 회전의 취지이다.
워크의 내주면 및 외주면을 원통 형상, 테이퍼 형상, 플랜지 형상 등의 여러 가지 형상에 의한 만곡면을 형성하는 방법으로서는, 예를 들면 특허 문헌 1에 나타내는 바와 같이, 주축이 소정의 선회 중심을 선회하는 것에 의한 소위 오르빗(orbit) 가공이 채용되고 있고, 상기 가공 방법의 경우에는, 워크를 지지하는 테이블이 어떤 위치라도 가공을 할 수 있는 점에 있어서 기술적 메리트가 존재한다.
그렇지만, 종래 기술에 의한 상기 오르빗 가공 방법의 경우에는, 워크는 회전하지 않는 상태에 있고, 주축의 선회만에 의한 절삭이 행해지기 때문에, 절삭속도에 한계가 발생한다.
워크에 대한 절삭에 있어서, 특허 문헌 2는, 주축의 회전에 더하여, 공구를 지지하고 있는 테이블을 이동시키는 바와 같은 절삭가공 방법을 제창하고 있다.
그렇지만, 특허 문헌 2의 방법에 있어서는, 테이블이 볼 나사에 의하여 직선 이동을 행하는 상태로 있어(도 2 및 단락［0021］의 (1),(2)의 미분 방정식), 결코 주축의 선회 각속도를 가중하는 구성은 아니다.
게다가, 주축의 회전 및 테이블의 이동에 대해서는, 복잡한 수식에 기초하여 제어를 필요로 한다(예를 들면, 단락［0023］∼［0073］에 나타내는 (5)식∼(99)식).
특허 문헌 3에 있어서는, 워크의 원호 운동에 의하여 주축의 회전을 보강하는 구성을 제창하고 있지만, 주축의 회전수와 워크의 상대적인 원호 보간 운동을 소정의 비율로 동기 회전한다고 하는 복잡한 조작에 의한 제어를 필요로 하고 있다.
이와 같이, 워크의 내면 또는 외면에 대한 절삭가공에 있어서, 절삭공구의 절삭속도를 가중하고, 게다가 가중에 있어 심플한 제어를 가능하게 하는 절삭방법은, 지금까지 제창되어 있지 않다.
(특허 문헌 1): 일본 공개특허공보 평 8－126938호 (특허 문헌 2): 일본 공개특허공보 2007－34653호 (특허 문헌 3): 일본 공개특허공보 2000－190127호
본 발명은, 소정의 위치를 중심으로 하는 주축의 선회에 기초하여 워크의 내주면 또는 외주면에 대한 절삭가공에 있어서, 절삭속도를 가중하고, 게다가 상기 가중에 있어 심플한 제어에 의하여, 상기 내주면 및 외주면에 대한 절삭을 신속하게 실현될 수 있는 절삭방법을 제공하는 것을 과제로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 기본 구성은,
(1) 소정의 위치를 중심으로 하여 선회하고, 또 상기 선회 반경을 조정 가능하게 하고 있는 주축으로부터 돌출 형성된 절삭공구에 의하여, 워크의 내주면 또는 외주면에 대한 절삭방법에 있어서, 워크를 지지하는 테이블에 대해, 주축에 있어서의 선회 중심축을 동축으로서 회전 중심축을 설정하고, 또 주축의 선회 방향에 대해 반대 방향으로 회전시킴으로써 절삭공구에 의한 절삭속도를 가중하고 있는 워크의 내주면 또는 외주면에 대한 절삭방법,
(2) 주축의 선회 중심의 위치를, 상기 선회 중심축에 직교하는 평면에 대해 직교방향 또는 비스듬한 방향으로 이동 가능하게 하고, 비스듬한 방향으로 이동 가능한 경우에는, 상기 이동에 대응하여 테이블의 회전 중심 위치도 이동함으로써, 상기 동축 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 워크의 내주면 또는 외주면에 대한 절삭방법,으로 이루어진다.
상기 기본 구성(1), (2)에 입각하고 있는 본 발명에 있어서는, 워크를 지지하고 있는 테이블을 주축의 선회 방향과 반대 방향으로 회전시킴으로써, 절삭속도에 대해, 각별한 제어를 수반하지 않고 가중할 수 있는 한편, 주축의 선회 각속도 및/또는 테이블의 회전 각속도의 제어(상기 기본 구성(1)의 경우), 또한 주축의 선회 반경, 주축의 선회 중심축과 직교하는 평면에 대해, 직교방향 또는 비스듬한 방향으로의 주축의 선회 중심의 이동 위치 또는 상기 이동 속도의 제어(상기 기본 구성(2)의 경우)라고 하는 적은 파라미터의 제어에 의하여, 워크의 내면 또는 외면에 대해 여러 가지 만곡면을 형성하는 것이 가능해진다.
즉, 특허 문헌 2 및 특허문헌 3에 나타내는 바와 같이, 복잡한 연산 또는 조작에 의한 제어는 불필요하다.
도 1은, 본 발명의 방법을 실현하기 위한 시스템에 관한 블럭도이다.
도 2는, 주축의 선회 중심축과 직교하는 방향의 평면 상태를 나타내는 평면도이고, (a)는 내주면을 절삭하는 경우를 나타내고 있고, (b)는 외주면을 절삭하는 경우를 나타낸다.
도 3은, 주축의 선회 중심의 위치를 이동함과 함께, 선회 반경을 차례차례 변화시킴으로써 통상의 테이퍼 형상을 형성하는 방법을 나타내고 있고, (a)는 절삭공구의 선단에 있어서의 이동궤적을 나타내는 평면도이며, (b)는 상기 순차 변화에 의하여 형성된 테이퍼 형상의 측면도를 나타낸다.
도 4는, 주축의 선회 중심의 위치를 이동함과 함께, 선회 반경을 단계적으로 변화시킴으로써 단계적인 테이퍼 형상을 형성하는 방법을 나타내고 있고, (a)는 절삭공구의 선단에 있어서의 이동궤적을 나타내는 평면도이며, (b)는 상기 단계적 변화에 의하여 형성된 단계적인 테이퍼 형상을 나타내는 측면도이다.
도 5는, 주축의 선회 중심 위치의 이동을 수반하지 않고, 워크의 내측 영역 및 외측 영역에서, 절삭공구의 선단을 나선 형상으로 이동하고 또 최종적으로 원주 형상으로 이동함으로써, 원형 형상을 형성하는 과정을 나타내는 사시도이며, (a)는 원형 형상의 내벽을 형성하는 과정을 나타내고 있고, (b)는 원형 형상의 외벽을 형성하는 과정을 나타내며, (c)는 최종적으로 형성된 원형 형상을 나타낸다.
본 발명은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 선회하는 주축(1) 및 주축(1)의 선단 측에 구비되어 있는 절삭공구(2), 워크(3), 및 상기 워크(3)를 지지하는 테이블(4), 또한 주축(1) 및 테이블(4)의 이동을 제어하는 제어장치(5)를 구성요소로 하고 있다(한편, 도 1에 있어서, 흰 선의 화살표는, 주축(1)의 선회 반경의 조정에 수반되는 이동 및 상기 직교방향 또는 비스듬한 방향의 이동 상태를 나타내고, 만곡한 화살표는, 주축(1)의 선회 상태 및 테이블(4)의 회전 상태를 나타내며, 제어장치(5)로부터의 점선의 화살표는, 선회 각속도 및 회전 각속도를 제어하기 위한 신호의 발신 상태를 나타내고, 실선의 화살표는, 주축(1)의 선회 반경의 조정에 수반하는 이동, 및 상기 기본 구성(2)에 있어서 주축(1)의 선회 중심이 상기 직교방향 또는 비스듬한 방향으로 이동하는 경우 및 주축(1)의 선회 중심이 상기 비스듬한 방향으로 이동하는 것에 대응하고 있는 테이블(4)의 회전 중심의 이동을 제어하기 위한 신호의 발신 상태를 나타낸다.).
본 발명에 있어서, 제어의 대상이 되는 요인은, 주축(1)의 선회 중심에 대한 선회 각속도 및/또는 테이블(4)의 회전 각속도, 주축(1)의 선회 반경(이상은, 기본 구성(1)의 경우), 또한 주축(1)의 선회에 대한 중심축(6)과 직교하는 평면에 대해, 상기 선회 중심이 직교 또는 비스듬히 교차하는 방향으로의 이동하는 위치 또는 이동 속도(이상은, 기본 구성(2)의 경우)라는 파라미터로서, 기본 구성(1)의 경우에는, 2개 또는 3개의 파라미터이며, 기본 구성(2)의 경우에는, 3개 또는 4개의 파라미터에 지나지 않는다.
게다가, 상기 선회 각속도 및 회전 각속도는, 서로 반대 방향이기 때문에, 스스로 가산되고, 절삭속도의 가중을 위해서 각별한 제어를 불필요로 하고 있는 이상, 제어방법은 지극히 심플하다.
주축(1) 및 절삭공구(2)는, 소정의 중심 위치하에 선회 운동을 행하고, 절삭공구(2)의 선단은, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 워크(3)의 내주면을 절삭하든지, 또는 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 워크(3)의 외주면을 절삭하지만, 중심 위치로부터 주축(1)의 선회 반경은 조정 가능하기 때문에, 절삭공구(2)의 선단에 있어서의 곡율 반경도 또 조정 가능하여, 절삭 곡면을 임의로 선택할 수 있다.
즉, 도 2(a), (b)의 원주 곡면은 전형 예를 나타내고 있는 것에 지나지 않고, 절삭 곡면은, 결코 원주 곡면으로 한정되는 것은 아니다.
절삭면을 균일 상태로 하기 위해서는, 절삭공구(2)의 절삭속도가 일정한 것을 필요로 한다.
그러한 요청을 고려하여, 기본 구성(1), (2)에 있어서는, 선회중심으로부터 절삭공구(2)의 선단까지의 거리가 작아짐에 따라서, 주축(1)의 선회에 있어서의 선회 각속도 및 워크(3)의 회전 각속도의 총합을 크게 설정하는 것을 특징으로 하는 실시형태를 채용하는 경우가 많다.
특히, 이하와 같이 간단한 수식을 사용한 고찰에 의하여, 절삭공구(2)의 선단에 있어서의 절삭속도를 일정량(C)으로 할 수 있다.
도 2(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 절삭공구(2)의 선단의 반경을 R로 하고, 각도 위치를 θ로 하는 한편, 좌표 위치를 (X, Y)로 한 경우에는, X=Rcosθ, Y=Rsinθ가 성립하고, 또한,
Figure 112016028876484-pat00001
가 성립한다(한편, 각 부호의 ㆍ로 나타내는 점은, 시간 미분을 나타낸다.).
따라서, 절삭속도를 V로 한 경우에는,
Figure 112016028876484-pat00002
가 성립한다.
상기 관계식에 의하면, 주축(1)의 선회 각속도를 ω1으로 하고, 테이블(4)의 회전 각속도를 ω2로 한 후에, 절삭공구(2)의 선단에 있어서의 절삭속도(V)가 일정하기 위해서는, 미리 일정량(C)을 설정한 후에, 상기 거리(R) 및 그 시간 미분인
Figure 112016028876484-pat00003
에 대응하고,
Figure 112016028876484-pat00004
가 성립하도록 제어하면 좋게 된다.
본 발명에 있어서 여러 가지 형상의 내주면 및 외주면의 절삭 형상을 형성하기 위해서는, 기본 구성(2)에 나타내는 바와 같이, 통상, 주축(1)의 선회 중심의 위치를, 상기 선회 중심축(6)에 직교하는 평면에 대해, 직교방향 또는 비스듬한 방향으로 이동 가능하게 하고, 비스듬한 방향으로 이동 가능한 경우에는, 상기 이동에 대응하여 테이블(4)의 회전 중심 위치도 이동함으로써, 상기 동축 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 실시형태를 채용하면 좋다.
한편, 상기와 같이, 주축(1)의 선회 중심을 비스듬한 방향으로 이동 가능하게 하는 경우에는, 주축(1)의 선회 중심축(6) 자체가 이동하기 때문에, 동축 상태를 유지하기 위해서도, 테이블(4)의 회전 중심 위치도 상기 선회 중심의 위치로 동기하여 이동하지 않을 수 없다.
도 3(a), (b)는, 주축(1)의 선회 중심의 위치를, 상기 직교방향 또는 비스듬한 방향으로 이동하는 한편, 상기 선회 반경을 차례차례 변화시키는 것을 특징으로 하는 실시형태에 의하여, 통상의 테이퍼 형상에 의한 외주면을 형성한 경우를 나타낸다.
한편, 테이퍼 형상의 양측 단부를 원주 곡면으로 한 경우에는, 도 3(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 선회의 최초의 단계 및 최종 단계에서는, 선회 반경을 대략 일정하게 하면 좋다.
도 4(a), (b)는, 주축(1)의 선회 중심의 위치를, 상기 직교방향 또는 비스듬한 방향으로 이동하는 한편, 상기 선회 반경을 단계적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 실시형태에 의하여 단계 상태의 테이퍼 형상의 내주면을 형성한 경우를 나타낸다.
도 3(a), (b) 및 도 4(a), (b)에서도 분명한 바와 같이, 상기 기본 구성(2)에 있어서는, 여러 가지 형상의 내주면 또는 외주면을 형성하는 것이 가능해진다.
한편, 상기 각 도면은, 어느 것도 주축(1)의 선회 중심을 선회 중심축(6)에 직교하는 평면에 대해 직교방향, 즉 선회 중심축(6)과 동일 방향으로 이동시키는 경우를 나타내지만, 상기 평면에 대해 비스듬한 방향으로 이동시킨 경우에는, 전체 형상이 비스듬한 방향으로 변화하는 테이퍼 형상을 얻을 수 있다.
도 3(a), (b) 및 도 4(a), (b)에 나타내는 실시형태와는 별개로, 주축(1)의 선회 반경을 변화시키지 않는 경우에는, 통상의 원통 형상(단, 선회 중심이 상기 직교방향으로 이동하는 경우) 또는 비스듬한 방향 원통 형상(단, 선회 중심이 상기 비스듬한 방향으로 이동하는 경우)의 내주면 또는 외주면(도시하지 않음)을 얻을 수 있다.
도 5는, 주축(1)의 선회 중심 위치를, 상기 직교방향 또는 비스듬한 방향으로 이동시키지 않고,
(1) 워크(3)의 선회 중심에 가까운 내측 영역에 있어서, 선회 중심으로부터 절삭공구의 선단에 이르는 거리를 차례차례 큰 상태로 함으로써, 상기 선단을 나선 형상의 궤적을 따라 이동시키고, 상기 거리가 최대 상태에 이른 단계에서는, 상기 최대 상태를 유지함으로써, 원형 형상의 내벽을 형성함과 함께,
(2) 워크(3)의 선회 중심으로부터 떨어진 외측 영역에 있어서, 선회 중심으로부터 절삭공구(2)의 선단에 이르는 거리를 차례차례 작은 상태로 함으로써, 상기 선단을 나선 형상의 궤적을 따라서 이동시키고, 상기 거리가 최소 상태에 이른 단계에서는, 상기 최소 상태를 유지함으로써, 원형 형상의 외벽을 형성한 후에,
원형 형상을 형성하는 것을 특징으로 하는 실시형태를 나타낸다.
상기 실시형태에 있어서는, 신속히 원형 형상을 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 있어서는, 절삭속도의 가중에 의하여 워크(3)에 대한 절삭에 의하여 여러 가지 형상의 내주면 및 외주면을 신속하게 형성할 수 있지만, 상기 가중에 있어 각별한 제어를 불요로 함으로써, 심플한 제어를 실현하고 있다.
[실시예]
실시예는, 주축(1)의 선회 각속도 또는 워크(3)의 회전 각속도의 적어도 어느 한쪽을 정속도로 하는 것을 특징으로 하고 있다.
이러한 실시예에 있어서는, 주축(1)의 선회 각속도 또는 테이블(4)의 회전 각속도의 적어도 한쪽은 제어의 대상으로 할 필요가 없다.
따라서, 주축(1)의 선회 중심을 상기 평면에 대해 직교방향 또는 비스듬한 방향으로 이동시키는 경우에는, 3개의 파라미터에 의한 제어를 실현할 수 있고, 상기의 이동을 시키지 않는 경우에는, 2개의 파라미터에 의하여 제어를 실시할 수 있어, 지극히 심플한 제어가 실현 가능하다.
이와 같이, 본 발명은, 심플한 제어하에, 워크의 내주면 및 외주면에 대한 절삭을 신속하게 행하고, 또 여러 가지 형상을 확보하는 것을 가능하게 하고 있어, 그 이용가치는 절대이다.
1 : 주축 2 : 절삭공구
3 : 워크 4 : 테이블
5 : 제어장치 6 : 선회의 중심축 또는 회전의 중심축

Claims (8)

  1. 소정의 위치를 중심으로 하여 선회하고, 또 상기 선회 반경을 조정 가능하게 하고 있는 주축으로부터 돌출 형성된 절삭공구에 의하여, 워크의 내주면 또는 외주면에 대한 절삭방법에 있어서, 워크를 지지하는 테이블에 대해, 주축에 있어서의 선회 중심축을 동축으로서 회전 중심축을 설정하고, 또 주축의 선회 방향에 대해 반대 방향으로 회전시킴으로써 절삭공구에 의한 절삭속도를 가중하고 있는 워크의 내주면 또는 외주면에 대한 절삭방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    주축의 선회 중심의 위치를, 상기 선회 중심축에 직교하는 평면에 대해 직교방향 또는 비스듬한 방향으로 이동 가능하게 하고, 비스듬한 방향으로 이동 가능한 경우에는, 상기 이동에 대응하여 테이블의 회전 중심 위치도 이동함으로써, 상기 동축 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 워크의 내주면 또는 외주면에 대한 절삭방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    선회 중심으로부터 절삭공구의 선단까지의 거리가 작아짐에 따라서, 주축의 선회 각속도 및 워크의 회전 각속도의 총합을 크게 설정하는 것을 특징으로 하는 워크의 내주면 또는 외주면에 대한 절삭방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    주축의 선회 각속도를 ω1으로 하고, 테이블의 회전 각속도를 ω2로 하며, 선회 중심으로부터 절삭공구의 선단까지의 거리를 R로 하고, 절삭공구의 선단에 있어서의 절삭속도로서 일정량인 C를 설정한 후에,
    [수학식 1]
    Figure 112016028876484-pat00005

    (단,
    Figure 112016028876484-pat00006
    은, 상기 거리(R)의 시간 미분을 나타낸다.).
    가 되도록, 상기 거리(R)의 변화에 대응하여, ω1＋ω2를 변화하도록 제어함으로써, 절삭공구의 절삭속도를 일정하게 하는 것을 특징으로 하는 워크의 내주면 또는 외주면에 대한 절삭방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    주축의 선회 중심의 위치를, 상기 직교방향 또는 비스듬한 방향으로 이동하는 한편, 상기 선회 반경을 차례차례 변화시키는 것을 특징으로 하는 워크의 내주면 또는 외주면에 대한 절삭방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    주축의 선회 중심의 위치를, 상기 직교방향 또는 비스듬한 방향으로 이동하는 한편, 상기 선회 반경을 단계적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 워크의 내주면 또는 외주면에 대한 절삭방법.
  7. 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    주축의 선회 중심의 위치를, 상기 선회 중심축에 직교하는 평면에 대해 직교방향 또는 비스듬한 방향으로 이동시키지 않고,
    (1) 워크의 선회 중심에 가까운 내측 영역에 있어서, 선회 중심으로부터 절삭공구의 선단에 이르는 거리를 차례차례 큰 상태로 함으로써, 상기 선단을 나선 형상의 궤적을 따라서 이동시키고, 상기 거리가 최대의 상태에 이른 단계에서는, 상기 최대 상태를 유지함으로써, 원형 형상의 내벽을 형성함과 함께,
    (2) 워크의 선회 중심으로부터 떨어진 외측 영역에 있어서, 선회 중심으로부터 절삭공구의 선단에 이르는 거리를 차례차례 작은 상태로 함으로써, 상기 선단을 나선 형상의 궤적을 따라서 이동시키고, 상기 거리가 최소 상태에 이른 단계에서는, 상기 최소 상태를 유지함으로써, 원형 형상의 외벽을 형성한 후에,
    원형 형상을 형성하는 것을 특징으로 하는 워크의 내주면 또는 외주면에 대한 절삭방법.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    주축의 선회 각속도 또는 워크의 회전 각속도의 적어도 어느 한쪽을 일정하게 하는 것을 특징으로 하는 워크의 내주면 또는 외주면에 대한 절삭방법.
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