KR101839878B1

KR101839878B1 - 공작 기계 및 절삭 방법

Info

Publication number: KR101839878B1
Application number: KR1020167013930A
Authority: KR
Inventors: 타다시 이시하라
Original assignee: 무라다기카이가부시끼가이샤
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2014-10-23
Publication date: 2018-03-19
Also published as: EP3075473A4; US10005130B2; CN105764636A; US20160288214A1; EP3075473B1; JP6206504B2; JPWO2015079836A1; KR20160075736A; EP3075473A1; WO2015079836A1

Abstract

워크를 주축과 대향축과의 사이에 보지하면서, 워크의 단면을 용이하고 또한 확실하게 가공하는 것을 목적으로 한다. 경사면(Wa)(또는 곡면)을 가지는 워크(W)를 절삭하는 공작 기계(100)로서, 워크(W)를 보지하여 회전하는 주축(7)과, 워크(W)를 절삭하는 직선 절삭날을 가지는 절삭 공구(T1)를 주축(7)의 축선에 평행한 Z 방향과, Z 방향에 직교하고 또한 워크(W)에 대한 절삭량을 규정하는 X 방향과, Z 방향 및 X 방향에 각각 직교하는 Y 방향을 합성한 방향으로 워크(W)에 대하여 상대적으로 이동시키는 이동 장치(M1, M2, M3)와, 절삭 공구(T1)의 날 끝(Ta)의 방향을 X 방향에서 봤을 때 Z 방향에 대하여 기울인 상태에서, Y 방향에서 봤을 때 Z 방향에 대하여 기울여 워크(W)의 경사면(Wa)에 대응시키는 각도 설정 기구(19)를 구비한다.

Description

공작 기계 및 절삭 방법 {MACHINE TOOL AND CUTTING METHOD}

본 발명은 경사면 또는 곡면을 가지는 워크를 절삭하는 공작 기계 및 절삭 방법에 관한 것이다.

공작 기계의 하나인 선반은, 가공 대상인 워크를 회전축(스핀들)에 보지(保持)하고, 워크를 회전시키면서 바이트 등의 가공 툴에 의해 절삭 가공 등을 행한다(특허 문헌 1 참조). 예를 들면 테이퍼 형상의 감합부를 가지는 스핀들 등 경사면을 가지는 워크를 선반에서 가공하는 경우, 경사면의 경사에 따라 절삭량을 규정하면서 가공 툴을 회전축 방향으로 이동시켜 절삭을 행한다. 단, 이 절삭 가공에서는, 요구되는 표면 거칠기를 얻는 것이 곤란하기 때문에, 예를 들면 선반에서 전가공을 행한 후, 앵귤러 숫돌 등에 의해 경사면을 연삭하여 마무리를 행함으로써, 요구되는 표면 거칠기를 얻도록 하고 있다.

일본특허공보 제2701706호

그러나, 상기와 같이 선반에서 전가공을 행한 후에 숫돌에 의한 마무리를 행하는 경우, 워크를 선반으로부터 언로딩한 후 다시 연삭반에 워크를 세팅할 필요가 있기 때문에, 가공에 요하는 시간이 전체적으로 길어진다. 또한, 연삭반에서 워크를 회전시키는 경우, 경사면의 내주측과 외주측에서 둘레속도(周速度)가 상이하기 때문에, 앵귤러 숫돌을 접촉했을 때의 연삭량이 경사면의 내주측과 외주측에서 상이해져 버린다. 이 때문에, 표면 거칠기가 균일하게 되지 않고 요구되는 표면 거칠기를 얻는 것이 곤란한 경우가 있었다.

이상과 같은 사정을 감안하여, 본 발명에서는, 경사면 또는 곡면을 절삭 가공하는 경우에 가공면을 높은 표면 거칠기로 마무리하는 것이 가능하며, 숫돌에 의한 연삭 공정을 생략함으로써 가공 시간을 단축하는 것이 가능한 공작 기계 및 절삭 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는, 경사면 또는 곡면을 가지는 워크를 절삭하는 공작 기계로서, 워크를 보지하여 회전하는 주축과, 워크를 절삭하는 직선 절삭날을 가지는 절삭 공구를 주축의 축선에 평행한 Z 방향과, Z 방향에 직교하고 또한 워크에 대한 절삭량을 규정하는 X 방향과, Z 방향 및 X 방향에 각각 직교하는 Y 방향 또는 Z 방향에 평행한 축 둘레 방향을 합성한 방향으로 워크에 대하여 상대적으로 이동시키는 이동 장치와, 절삭 공구의 날 끝의 방향을 X 방향에서 봤을 때 Z 방향에 대하여 기울인 상태에서, Y 방향에서 봤을 때 Z 방향에 대하여 기울여 워크의 경사면 또는 곡면에 대응시키는 공구 배치부를 구비한다.

또한, 절삭 공구를 보지하는 공구대를 가지고, 이동 장치는 공구대를 개재하여 절삭 공구를 Z 방향, X 방향 및 Y 방향으로 이동시켜도 된다. 또한, 공구 배치부는 공구대와 절삭 공구와의 사이에 형성되어도 된다. 또한, 공구 배치부는 Y 방향에서 봤을 때 Z 방향에 대한 날 끝의 각도를 설정하는 각도 설정 기구를 가져도 된다. 또한, 각도 설정 기구는 Y 방향을 따른 회전축을 가지는 샤프트와, 샤프트의 일부에 형성되고 또한 절삭 공구를 보지하는 홀더를 구비해도 된다. 또한, 홀더와 샤프트와의 사이에 압입되어, 샤프트의 회전 위치를 보지하기 위한 록 슬리브를 구비해도 된다. 또한, 샤프트의 회전 위치를 조정하기 위한 조정 기구를 구비해도 된다. 또한, 샤프트를 홀더에 대하여 회전시키고, 또한 소정의 회전 위치에서 보지하는 구동계를 가져도 된다.

또한 본 발명에서는, 경사면 또는 곡면을 가지는 워크를 절삭하는 방법으로서, 워크를 회전시키는 공정과, 워크를 절삭하는 직선 절삭날을 가지는 절삭 공구를 워크의 회전축의 축선에 평행한 Z 방향에 대하여 기울여 워크의 경사면 또는 곡면에 대응시키는 공정과, 절삭 공구를 Z 방향과, Z 방향에 직교하고 또한 워크에 대한 절삭량을 규정하는 X 방향과, Z 방향 및 X 방향에 각각 직교하는 Y 방향 또는 Z 방향에 평행한 축 둘레 방향을 합성한 방향으로 워크에 대하여 상대적으로 이동시켜 워크를 절삭하는 공정을 구비한다.

본 발명에 따르면, 회전하는 워크에 대하여 직선 절삭날을 가지는 절삭 공구를 Z 방향과, X 방향과, Y 방향 또는 Z 방향에 평행한 축 둘레 방향을 합성한 방향으로 상대적으로 이동시키고, 절삭 공구의 날 끝의 방향을 X 방향에서 봤을 때 Z 방향에 대하여 기울인 상태에서, Y 방향에서 봤을 때 Z 방향에 대하여 기울여 워크의 경사면 또는 곡면에 대응시켜 워크의 경사면 또는 곡면을 절삭하기 위하여, 워크와 절삭 공구를 Y 방향으로 상대적으로 이동시킬 시, 절삭 공구의 날 끝이 워크에 대하여 매끄럽게 절삭하므로 워크의 불필요한 진동을 억제시킬 수 있어, 워크의 가공면의 표면 거칠기를 높일 수 있다. 또한, 가공면을 높은 표면 거칠기로 마무리하기 때문에, 종래와 같은 마무리를 위한 연삭 공정을 생략할 수 있어, 워크의 가공에 요하는 시간을 단축할 수 있다.

또한, 절삭 공구를 보지하는 공구대를 가지고, 이동 장치가 공구대를 개재하여 절삭 공구를 Z 방향, X 방향 및 Y 방향으로 이동시킴으로써, 절삭 공구를 안정적으로 Z 방향 등으로 이동시킬 수 있다. 또한, 공구 배치부가 공구대와 절삭 공구와의 사이에 형성됨으로써, 절삭 공구의 날 끝의 방향을 워크의 경사면 등에 용이하게 대응시킬 수 있다. 또한, 공구 배치부가 Y 방향에서 봤을 때 Z 방향에 대한 날 끝의 각도를 설정하는 각도 설정 기구를 구비함으로써, 절삭 공구의 날 끝의 방향을 워크의 경사면 등에 대응하는 각도로 용이하게 설정할 수 있다. 또한, 각도 설정 기구가 Y 방향을 따른 회전축을 가지는 샤프트와, 샤프트의 일부에 형성되고, 또한 절삭 공구를 보지하는 홀더를 구비함으로써, 샤프트의 회전에 수반하여 홀더가 회전하여 날 끝의 방향을 정확하게 변화시킬 수 있다. 또한, 홀더와 샤프트와의 사이에 압입되어, 샤프트의 회전 위치를 보지하기 위한 록 슬리브를 구비함으로써, 절삭 공구의 날 끝의 방향을 확실히 고정시킬 수 있다. 또한, 샤프트의 회전 위치를 조정하기 위한 조정 기구를 구비함으로써, 샤프트의 회전 위치를 조정하여, 절삭 공구의 날 끝의 방향을 미세하게 조정할 수 있다.

또한, 샤프트를 홀더에 대하여 회전시키고, 또한 소정의 회전 위치에서 보지하는 구동계를 가지는 것에서는, 워크의 경사면 등의 기울기에 따라 절삭 공구의 날 끝의 방향을 움직이게 할 수 있어, 날 끝의 각도의 조정을 용이하게 하고, 또한 절삭 공구를 Z 방향으로 이동시키면서 날 끝의 각도를 변경함으로써 곡면의 절삭 가공에 대응할 수 있다.

또한, 본 발명의 절삭 방법에 따르면, 절삭 공구를 Z 방향에 대하여 기울여 워크의 경사면 또는 곡면에 대응시키므로, 워크의 경사면 또는 곡면을 용이하고 또한 높은 표면 거칠기로 절삭할 수 있다.

도 1은 제 1 실시 형태에 따른 공작 기계의 주요부의 일례를 나타내며, (a)는 측면도, (b)는 정면도이다.
도 2는 워크에 대응하는 부분을 확대하여 나타내며, (a)는 사시도, (b)는 정면도이다.
도 3은 공구 보지대의 일례를 나타내며, (a)는 정면도, (b)는 (a)의 Q 방향에서 본 도이다.
도 4는 각도 설정 기구의 일례를 나타내며, (a)는 도 3의 (a)의 A-A 선을 따른 단면도, (b)는 도 3의 (b)의 B-B 선을 따른 단면도, (c)는 도 3의 (b)의 C-C 선을 따른 단면도이다.
도 5는 실시 형태에 따른 절삭 방법의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 6의 (a)는 Z 방향에 대한 절삭 공구의 날 끝의 방향을 나타내고, (b)는 Z 방향에서 워크를 봤을 때 절삭 공구의 동작을 나타내고, (c)는 X 방향에서 워크를 봤을 때의 절삭 공구의 동작을 나타내고 있다.
도 7은 제 2 실시 형태에 따른 공작 기계의 주요부의 일례를 나타내며, (a)는 정면도, (b)는 사용 상태를 나타내는 도이다.
도 8의 (a)는 공구대의 내부를 ＋Z 방향으로 봤을 때의 도이며, (b)는 (a)의 D-D 선을 따른 단면도이다.
도 9의 (a), (b)는 변형예에 따른 공작 기계에 있어서, 절삭 공구의 동작을 나타내는 도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 단, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에서는 실시 형태를 설명하기 위하여, 일부분을 크게 또는 강조하여 기재하는 등 적절히 축척을 변경하여 표현하고 있다. 이하의 각 도면에서 XYZ 좌표계를 이용하여 도면 중의 방향을 설명한다. 이 XYZ 좌표계에 있어서는 수평면에 평행한 평면을 YZ 평면이라 한다. 이 YZ 평면에 있어서 주축(7)(대향축(8))의 회전축 방향을 Z 방향이라 표기하고, Z 방향에 직교하는 방향을 Y 방향이라 표기한다. 또한, YZ 평면에 수직인 방향은 X 방향이라 표기한다. X 방향은 Z 방향에 직교하고, 또한 워크에 대한 절삭량을 규정하는 방향이다. X 방향, Y 방향 및 Z 방향의 각각은, 도면 중의 화살표의 방향이 ＋ 방향이며, 화살표의 방향과는 반대의 방향이 - 방향인 것으로서 설명한다.

<제 1 실시 형태>

제 1 실시 형태에 따른 공작 기계(100)에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 도 1은 제 1 실시 형태에 따른 공작 기계(100)의 주요부의 일례를 나타내며, (a)는 측면도, (b)는 정면도이다. 도 1에 나타내는 공작 기계(100)는 선반이다. 도 1에서, 공작 기계(100)의 ＋Y 측이 정면이며, -Y 측이 배면이다. 또한, 공작 기계(100)의 ±Z 측은 측면이며, Z 방향은 공작 기계(100)의 좌우 방향이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 공작 기계(100)는 베이스(1)를 가지고 있다. 베이스(1)에는 주축대(2)와 심압대(4)가 마련된다. 주축대(2)는 미도시의 축받이 등에 의해 주축(7)을 회전 가능한 상태로 지지하고 있다. 또한, 주축대(2)는 베이스(1)에 고정되지만, Z 방향, X 방향, Y 방향 등으로 이동 가능하게 형성되며, 모터 등의 구동에 의해 이동하는 것이어도 된다. 주축(7)의 ＋Z 측의 단부에는 척 구동부(9)가 마련되어 있다. 척 구동부(9)는 복수의 파지 클로(9a)를 주축(7)의 직경 방향으로 이동시켜 워크(W)를 보지시킨다. 도 1에서는, 주축(7)의 회전축 둘레에 등간격으로 배치된 3 개의 파지 클로(9a)를 이용하여 워크(W)를 파지하고 있는데, 이에 한정되지 않으며, 파지 클로(9a)의 개수 또는 형상은, 워크(W)를 보지 가능한 임의의 구성의 것이 이용된다.

주축(7)의 -Z 측의 단부는 주축대(2)로부터 -Z 방향으로 돌출되어 있고, 이 단부에 풀리(11)가 장착된다. 풀리(11)와, 베이스(1)에 마련된 모터(12)의 회전축과의 사이에는 벨트(13)가 걸쳐져 있다. 이에 의해, 주축(7)은 모터(12)의 구동에 의해 벨트(13)를 개재하여 회전한다. 모터(12)는 미도시의 제어부에 의해 구동된다. 모터(12)로서는, 예를 들면 토크 제어 기구를 구비한 모터가 이용된다. 또한, 주축(7)은 모터(12)및 벨트(13)에 의해 구동되는 것에 한정되지 않고, 모터(12)의 구동을 바퀴열 등으로 주축(7)에 전달하는 것, 또는 모터(12)에 의해 직접 주축(7)을 회전시키는 것이어도 된다.

심압대(4)는 베이스(1) 상에 설치된 Z 방향 가이드(3)를 따라 이동 가능하게 형성된다. 심압대(4)는 미도시의 축받이 등에 의해 대향축(8)을 회전 가능한 상태로 지지하고 있다. 주축(7)의 회전축 방향과, 대향축(8)의 회전축 방향은 Z 방향으로 일치한 상태로 되어 있다. 심압대(4)의 -Z 측의 단부에는 센터(10)가 장착되어 있다.

파지 클로(9a)에 의해 보지되는 워크(W)는, 원기둥 형상의 일부에 테이퍼 형상의 경사면(Wa)을 가진다. 경사면(Wa)은 주축(7)측으로부터 대향축(8)측을 향해 서서히 직경이 작아지고 있다. 또한 워크(W)로서는, 도 1에 나타내는 것에 한정되지 않고, 예를 들면 경사 각도가 도 1의 워크(W)에 대하여 큰 것 또는 반대로 작은 것이어도 된다. 또한 워크(W)로서, 경사면이 주축(7)으로부터 대향축(8)측을 향해 서서히 직경이 커지는 것이어도 된다. 또한 워크(W)로서, 복수의 경사면(Wa)을 가지는 것이어도 된다. 또한 워크(W)로서, 경사면(Wa)의 도중에 경사 각도가 상이한 것이어도 된다.

도 1의 (b)의 일점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 워크(W)가 장척인 경우(Z 방향으로 긴 경우)는, 워크(W)의 ＋Z 측의 단부를 심압대(4)의 센터(10)로 보지한다. 이에 의해, 장척의 워크(W)는 주축(7)과 대향축(8)에 개재된 상태로 회전하기 때문에, 절삭 가공 시에 안정적으로 워크(W)를 회전시킬 수 있다. 워크(W)가 단척인 경우(Z 방향으로 짧은 경우), 워크(W)는 주축(7)의 파지 클로(9a)에 의해서만 보지되어 회전한다. 이 경우에는, 심압대(4)를 이용하지 않아도 된다.

이어서, 도 1의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 베이스(1)에는 Z 방향으로 배치된 Z 방향 가이드(5)가 마련된다. 또한, Z 방향 가이드(5)의 -X 위치에는, Z 방향 가이드(5)와 마찬가지로 Z 방향으로 배치된 Z 방향 가이드(5A)가 마련된다. Z 방향 가이드(5, 5A)의 각각에는 Z 방향 가이드(5, 5A)를 따라 Z 방향으로 이동 가능한 Z 축 슬라이드(17, 17A)가 마련된다. Z 축 슬라이드(17)는, 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, Z 방향 구동계(이동 장치)(M1)의 구동에 의해 Z 방향으로 이동하고, 소정 위치에서 보지된다. 또한 Z 방향 구동계(M1)는, 예를 들면 전기 모터 또는 유압 등이 이용된다. 또한, Z 축 슬라이드(17A)는, 상기한 Z 방향 구동계(M1)와 동일한 구동계를 가지고 있고, 이 구동계의 구동에 의해 Z 방향으로 이동하여 소정 위치에서 보지된다. Z 축 슬라이드(17A)의 구동계는 Z 방향 구동계(M1)와 동일한 구성이어도 되고, 또한 상이한 구성이어도 된다. 또한, Z 축 슬라이드(17, 17A)에서 공통의 Z 방향 구동계(M1)를 구성시키고, Z 축 슬라이드(17, 17A)의 어느 일방 또는 쌍방을 구동시켜도 된다.

Z 축 슬라이드(17, 17A)에는 각각 X 방향 가이드(18, 18A)가 형성된다. 또한, Z 축 슬라이드(17, 17A)에는 각각 X 방향 가이드(18, 18A)를 따라 이동 가능한 X 축 슬라이드(15, 15A)가 마련된다. X 축 슬라이드(15)는 X 방향 구동계(이동 장치)(M2)의 구동에 의해 X 방향으로 이동하고, 소정 위치에서 보지된다. 또한, X 방향 구동계(M2)는 예를 들면 전기 모터 또는 유압 등이 이용된다. 또한, X 축 슬라이드(15A)는 상기한 X 방향 구동계(M2)와 동일한 구동계를 가지고 있고, 이 구동계의 구동에 의해 X 방향으로 이동하여 소정 위치에서 보지된다. X 축 슬라이드(15A)의 구동계는 X 방향 구동계(M2)와 동일한 구성이어도 되고, 또한 상이한 구성이어도 된다.

X 축 슬라이드(15, 15A)에는 각각 Y 방향 가이드(16, 16A)가 형성된다. 또한, X 축 슬라이드(15, 15A)에는 각각 Y 방향 가이드(16, 16A)를 따라 이동 가능한 공구대 구동부(21, 21A)가 마련된다. 공구대 구동부(21)는 Y 방향 구동계(이동 장치)(M3)의 구동에 의해 Y 방향으로 이동하고, 소정 위치에서 보지된다. 또한, Y 방향 구동계(M3)는 예를 들면 전기 모터 또는 유압 등이 이용된다. 또한, 공구대 구동부(21A)는 상기한 Y 방향 구동계(M3)와 동일한 구동계를 가지고 있고, 이 구동계의 구동에 의해 Y 방향으로 이동하여 소정 위치에서 보지된다. 공구대 구동부(21A)의 구동계는 Y 방향 구동계(M3)와 동일한 구성이어도 되고, 또한 상이한 구성이어도 된다.

공구대 구동부(21, 21A)의 각각에는 모터 등의 회전 구동 장치가 수용되어 있다. 공구대 구동부(21)에는 제 1 터릿(공구대)(23)이 장착되어 있다. 제 1 터릿(23)은 회전 구동 장치의 구동에 의해 Z 방향을 축으로 하여 회전 가능하게 되어 있다. 마찬가지로, 공구대 구동부(21A)에는 제 2 터릿(공구대)(23A)이 장착되어 있다. 제 2 터릿(23A)은 회전 구동 장치의 구동에 의해 Z 방향을 축으로 하여 회전 가능하게 되어 있다. 제 1 터릿(23)은 워크(W)의 상방(＋X 측)에 배치되고, 제 2 터릿(23A)은 워크(W)의 하방(-X 측)에 배치된다. 이들 제 1 및 제 2 터릿(23, 23A)으로 워크(W)를 개재하도록 배치된다.

제 1 및 제 2 터릿(23, 23A)의 둘레면에는 절삭 공구(T)를 보지하기 위한 복수의 보지부가 마련되어 있다. 이들 보지부의 전부 또는 일부에는 절삭 공구(T)가 보지된다. 따라서, 제 1 및 제 2 터릿(23, 23A)을 회전시킴으로써, 원하는 절삭 공구(T)가 선택된다. 제 1 및 제 2 터릿(23, 23A)의 보지부에 보지되는 절삭 공구(T)는 각 보지대에 대하여 교환 가능하다. 절삭 공구(T)로서는, 워크(W)에 대하여 절삭 가공을 실시하는 바이트 등 외에, 드릴 또는 엔드 밀 등의 회전 공구가 이용되어도 된다. 또한, 드릴 등의 회전 공구는 보지부에 수용된 소형 모터의 회전축에 장착되어 이용된다.

제 1 및 제 2 터릿(23, 23A)에는 복수의 보지부 중 하나에 공구 보지대(24, 24A)가 형성되어 있다. 공구 보지대 24와 24A는 동일한 구성이어도 되고, 또한 상이한 구성이어도 된다. 또한, 제 2 터릿(23A)에는 공구 보지대(24A)가 마련되지 않아도 된다.

공구 보지대(24)에는 워크(W)의 경사면(Wa)에 대응 가능한 절삭 공구(T1)가 장착되어 있다. 즉, 절삭 공구(T1)는 공구 보지대(24)를 개재하여 제 1 터릿(23)에 보지된다. 한편, 공구 보지대(24A)에는 절삭 공구(T)가 장착되어 있다. 즉, 절삭 공구(T)는 공구 보지대(24A)를 개재하여 제 2 터릿(23A)에 보지된다. 공구 보지대(24A)에 장착되는 절삭 공구(T)는 공구 보지대(24)에 장착되는 절삭 공구(T1)와 동일해도 되고, 또한 상이해도 된다.

도 1에 나타내는 공작 기계(100)에서는, 워크(W)에 대하여 ±X 측에, 워크(W)를 개재하도록 절삭 공구(T, T1)가 배치되어 있지만, 어느 일방이어도 된다. 또한, 절삭 공구(T, T1)는 워크(W)에 대하여 X 방향(상하 방향)으로 배치되어 있지만, 이 대신에 워크(W)에 대하여 수평 방향(Y 방향)으로 배치되어도 된다. 또한, 절삭 공구(T, T1)에 의한 워크(W)에의 절삭은, 미도시의 제어부에 의해 행해지고, 어느 일방에 의해 워크(W)를 절삭시켜도 되며, 또한 양자를 교호로 사용하는 경우, 또는 양자를 동시에 사용하는 경우 등 어느 쪽이어도 된다.

또한, 도 1에서는 공구대로서 제 1 및 제 2 터릿(23, 23A)이 이용되지만, 이에 한정되지 않고, 빗살 형상의 공구대가 이용되어도 된다. 빗살 형상의 공구대는, 복수의 빗살 부분의 각각에 절삭 공구(T)가 보지되고, 빗살이 배열되는 방향으로 이동함으로써 복수의 절삭 공구(T) 중 어느 하나를 선택한다.

도 2는 워크(W)에 대응하는 부분으로서, 주축(7) 및 제 1 터릿(23)을 포함하는 주요부를 확대하여 나타내며, (a)는 사시도, (b)는 정면도이다. 도 2의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 제 1 터릿(23)의 -X 측의 면(23a)에는 공구 보지대(24)가 장착되어 있다. 공구 보지대(24)는 상기한 Z 방향 구동계(M1) 및 X 방향 구동계(M2)에 의해 제 1 터릿(23)과 일체적으로 Z 방향 및 X 방향으로 이동한다. 또한, 공구 보지대(24)는 상기한 Y 방향 구동계(M3)에 의해 Y 방향으로 이동한다. 따라서, 공구 보지대(24)는 Z 방향 구동계(M1), X 방향 구동계(M2) 및 Y 방향 구동계(M3)에 의해, 워크(W)에 대하여 Z 방향, X 방향 및 Y 방향의 각각으로 이동 가능하게 마련되어 있다.

그 결과, 절삭 공구(T1(T))는 Z 축 슬라이드(17(17A)), 공구대 구동부(21(21A)) 및 공구 보지대(24(24A))가 각각 Z 방향 구동계(M1), X 방향 구동계(M2) 및 Y 방향 구동계(M3)에 의해 구동됨으로써, 워크(W)에 대하여 Z 방향, X 방향 및 Y 방향의 전부 또는 일부를 합성한 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.

도 3은 공구 보지대(24)의 일례를 나타내며, (a)는 정면도(Y 방향에서 본 도), (b)는 (a)의 Q 방향에서 본 도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 공구 보지대(24)는 절삭 공구(T1)가 배치되는 공구 배치면(24f)을 가지고 있다. 공구 배치면(24f)은 제 1 터릿(23)의 면(23a)(YZ 평면)에 대하여 기울어져 형성되어 있고, 주축(7)측을 향하고 있다. 절삭 공구(T1)는 각도 설정 기구(공구 배치부)(19)를 개재하여 공구 보지대(24)에 보지된다. 절삭 공구(T1)는 직선 형상으로 형성된 칼날(직선 절삭날)을 가지고 있다. 이 직선 절삭날의 날 끝(Ta)의 방향은, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이 Y 방향에서 봤을 때 Z 방향에 대하여 경사져 있다. 또한 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, Q 방향에서 봤을 때의 날 끝(Ta)의 방향도 경사져 있다. 따라서, X 방향에서 봤을 때의 날 끝(Ta)의 방향도, Z 방향에 대하여 경사져 있다.

각도 설정 기구(19)에 대하여, 도 3과 함께 도 4를 이용하여 설명한다. 도 4는 각도 설정 기구(19)의 일례를 나타내며, (a)는 도 3의 (a)의 A-A 선을 따른 단면도, (b)는 도 3의 (b)의 B-B 선을 따른 단면도, (c)는 도 3의 (b)의 C-C 선을 따른 단면도이다. 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 공구 보지대(24)에는 Y 방향에 평행한 방향으로 관통홀(24h)이 형성되어 있다. 관통홀(24h)의 내부에는 서포트 샤프트(샤프트)(25)가 배치되어 있다. 서포트 샤프트(25)는 원기둥 형상 또는 원통 형상으로 형성되어 있다. 관통홀(24h)의 직경은 서포트 샤프트(25)의 직경보다 크게 되어 있고, 서포트 샤프트(25)와 관통홀(24h)의 내벽과의 사이에는 극간이 형성되어 있다. 이 때문에, 서포트 샤프트(25)는 관통홀(24h)에 대하여 Y 방향에 평행한 회전축(AX1)의 축선 둘레의 방향으로 회전 가능하게 마련되어 있다.

관통홀(24h)은 공구 보지대(24)의 Y 방향의 양단부에서 직경이 확대되어 있다. 이 부분에는 록 슬리브(26)가 압입된다. 록 슬리브(26)는 공구 보지대(24)의 ＋Y 측의 면 및 -Y 측의 면의 2 개소에 장착된다. 록 슬리브(26)는 압입부(26a)와 플랜지부(26b)와 볼트(26c)를 가지고 있다. 압입부(26a)는 관통홀(24h)의 내벽과 서포트 샤프트(25)의 사이에 압입된다. 이 압입부(26a)에 의해 서포트 샤프트(25)의 회전이 규제된다. 또한, 플랜지부(26b)는 공구 보지대(24)의 ＋Y 측의 면 및 -Y 측의 면을 따라 배치된다. 플랜지부(26b)는 볼트(26c)를 개재하여 공구 보지대(24)에 고정된다. 이 록 슬리브(26)에 의해 서포트 샤프트(25)의 회전 위치가 보지된 상태가 된다.

서포트 샤프트(25)의 외주의 일부에는 홀더 장착부(25a)가 마련되어 있다. 홀더 장착부(25a)는 서포트 샤프트(25)의 둘레면으로부터 공구 배치면(24f)측을 향해 돌출되어 형성되어 있다. 또한, 공구 배치면(24f)에는 개구부(24g)가 형성되어 있고, 홀더 장착부(25a)는 이 개구부(24g)로부터 외부로 돌출되어 있다. 홀더 장착부(25a)에는 홀더(27)가 장착되어 있다. 홀더(27)는 예를 들면 복수의 볼트홀(27a)을 가지고 있고, 볼트(27b) 등의 고정 부재를 개재하여 서포트 샤프트(25)의 홀더 장착부(25a)에 체결되어 있다. 이 홀더(27)는 절삭 공구(T1)를 보지한다.

절삭 공구(T1)는 체결 부재(27c)를 개재하여 홀더(27)에 고정되어 있다. 도 3 및 도 4에 나타내는 것에서는, 체결 부재(27c)에 의해 절삭 공구(T1)를 교환 가능한, 예를 들면 스로 어웨이 팁이 이용되는데, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 홀더(27)에 날 끝이 일체화된 절삭 공구가 이용되어도 된다. 이 경우, 홀더 장착부(25a)에 대하여 절삭 공구가 교환 가능해진다.

서포트 샤프트(25), 록 슬리브(26) 및 홀더(27)는 절삭 공구(T1)의 날 끝(Ta)의 방향을, Y 방향에서 봤을 때 Z 방향에 대한 각도를 설정하는 각도 설정 기구(19)를 구성하고 있다. 각도 설정 기구(19)는 제 1 터릿(23)과 절삭 공구(T1)와의 사이에 형성되어 있다. 또한, 서포트 샤프트(25)는 공구 보지대(24)에 마련된 구성에 한정되지 않고, 예를 들면 제 1 터릿(23) 내에 마련되어도 되고, 제 1 터릿(23)과 공구 보지대(24)와의 사이에 개재된 상태로 배치되어도 된다.

공구 보지대(24)의 개구부(24g)와, 서포트 샤프트(25)의 홀더 장착부(25a)와의 사이에는, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이 소정의 극간이 형성되어 있다. 이 때문에, 서포트 샤프트(25)를 회전시키면, 이 극간의 분만큼, 회전축(AX1)를 중심으로 하여 홀더 장착부(25a)를 회전시킬 수 있다. 이 홀더 장착부(25a)의 회전에 의해 절삭 공구(T1)를 회전시킬 수 있고, 이에 의해, Z 방향에 대하여, Y 방향에서 본 날 끝(Ta)의 방향의 각도를 설정할 수 있다.

또한, 도 3의 (b) 또는 도 4의 (b) 및 (c)에 나타내는 바와 같이, 공구 보지대(24)에는 조정 기구로서 풀 볼트(28) 및 푸시 볼트(29)가 마련되어 있다. 풀 볼트(28)및 푸시 볼트(29)는, 각각 공구 보지대(24)의 표면으로부터 내부로 삽입되어 있고, 선단부가 각각 홀더 장착부(25a)에 접속되어 있다. 풀 볼트(28)는 선단부가 홀더 장착부(25a)에 나사 결합하고 있고, 회전시킴으로써 예를 들면 홀더 장착부(25a)를 끌어당겨 날 끝(Ta)의 각도를 미조정한다. 푸시 볼트(29)는 공구 보지대(24)에 고착된 너트에 나사 결합되고, 또한 선단이 홀더 장착부(25a)에 접촉하고 있다. 푸시 볼트(29)를 회전시킴으로써, 홀더 장착부(25a)를 밀어내 날 끝(Ta)의 각도를 미조정한다.

또한, 풀 볼트(28) 및 푸시 볼트(29)의 개수 또는 배치에 대해서는 상기한 구성에 한정되는 것은 아니다. 또한, 조정 기구로서 풀 볼트(28) 및 푸시 볼트(29)가 이용되는 것에 한정되지 않고, 날 끝(Ta)의 각도를 미조정 가능한 다른 조정 기구가 이용되어도 된다. 또한, 조정 기구가 형성되는지 여부는 임의이며, 조정 기구가 형성되지 않아도 된다.

이어서, 이상과 같이 구성된 공작 기계(100)의 동작에 대하여 도면을 이용하여 설명한다. 도 5는 공작 기계(100)의 동작을 나타내는 순서도이다.

먼저, 가공 대상인 워크(W)를 주축(7)에 보지시킨다. 예를 들면, 미도시의 워크 반송 장치가, 가공 대상인 워크(W)를 로드 포지션까지 취하러 가고, 또한 이 워크(W)를 주축(7)까지 반송하고, 파지 클로(9a)에 의해 워크(W)의 단부를 보지한다. 또한, 워크(W)가 장척인 경우에는, 워크(W)의 타단을 대향축(8)의 센터(10)에 의해 파지해도 된다. 또한 워크 반송 장치에 의한 워크(W)의 반송으로부터, 파지 클로(9a)의 구동에 의해 워크(W)의 보지까지의 일련의 동작은, 예를 들면 미도시의 제어부로부터의 지시에 의해 행해져도 되고, 또한 작업자의 메뉴얼 조작에 의해 행해져도 된다.

워크(W)를 파지한 후, 모터(12)를 구동하여 주축(7)을 회전시킴으로써, 워크(W)를 회전시킨다(단계(S01)). 또한, 주축(7)과 대향축(8)으로 워크(W)를 파지하는 경우에는, 주축(7)과 대향축(8)을 동기시켜 회전시킨다. 또한, 워크(W)의 회전수는 가공 처리에 따라 적절히 설정된다. 한편, 절삭 공구(T1)의 선택 및 날 끝(Ta)의 각도의 설정을 행한다. 먼저, 제 1 터릿(23(23A))을 회전시켜 절삭 공구(T1)를 선택한다. 그리고, 절삭 공구(T1)의 날 끝(Ta)이 워크(W)의 경사면(Wa)에 대응하도록, 절삭 공구(T1)의 기울기를 설정한다(단계(S02)). 또한, 절삭 공구(T1)의 선택 및 날 끝(Ta)의 각도의 설정은 워크(W)의 회전에 앞서 행해도 된다.

절삭 공구(T1)의 기울기의 설정은, 각도 설정 기구(19)를 이용하여 다음의 순서로 행한다. 먼저, 공구 보지대(24)의 2 개소에 압입되어 있는 록 슬리브(26)의 볼트(26c)를 느슨하게 하여, 압입부(26a)를 Y 방향으로 이동시켜 서포트 샤프트(25)를 회전 가능한 상태로 한다(도 4의 (a) 참조). 이어서, 서포트 샤프트(25)를 회전축(AX1) 둘레로 회전시키고, 홀더(27)를 Y 축 둘레로 회동 이동시킨다. 이에 의해, 홀더(27)의 기울기가 변화하여, 절삭 공구(T1)의 날 끝(Ta)의 방향이 Z 방향에 대하여 변화한다.

날 끝(Ta)의 방향(기울기)이 원하는 방향이 되도록 서포트 샤프트(25)의 회전 위치를 결정한 후, 록 슬리브(26)의 볼트(26c)를 체결함으로써 서포트 샤프트(25)의 회전 위치를 고정한다. 그 결과, 날 끝(Ta)의 방향은 원하는 기울기로 설정된다. 또한 필요에 따라, 풀 볼트(28) 및 푸시 볼트(29)를 이용하여 날 끝(Ta)의 기울기를 미세하게 조정해도 된다.

단계(S02)에서 날 끝(Ta)의 기울기를 설정한 후, 워크(W)의 회전이 안정된 단계에서, 절삭 공구(T1)에 의해 워크(W)의 경사면(Wa)에 대하여 절삭을 행한다(단계(S03)). 절삭 가공에 있어서, 절삭 공구(T1)의 날 끝(Ta)이 이동하는 XYZ 좌표 위치는, Z 축 슬라이드(17)의 Z 방향으로의 이동, 공구대 구동부(21)의 X 방향으로의 이동, 공구 보지대(24)의 Y 방향으로의 이동에 의해 설정되고, 각각 Z 방향 구동계(M1), X 방향 구동계(M2), Y 방향 구동계(M3)의 구동에 의해 행해진다. 또한, 날 끝(Ta)의 X 방향의 위치는 워크(W)의 경사면(Wa)에 대한 절삭량을 규정한다.

본 실시 형태에서는, 절삭 공구(T1)의 날 끝(Ta)을, 워크(W)의 경사면(Wa)을 따라 Z 방향 및 X 방향으로 이동시키면서, 그 경사면(Wa)의 접선 방향인 Y 방향으로도 이동시켜 가공을 행한다. 이러한 X 방향, Y 방향, Z 방향으로의 절삭 공구(T1)의 이동은, 예를 들면 미도시의 제어부에 구비하는 기억부 등에 미리 설정된 정보(가공 레시피)에 기초하여 행해진다. 단, 절삭 공구(T1)의 이동을 작업자가 메뉴얼 조작해도 된다.

도 6의 (a)는 Z 방향에 대한 절삭 공구(T1)의 날 끝(Ta)의 방향을 나타내며, (b)는 -Z 방향에서 워크(W)를 봤을 때 절삭 공구(T1)(날 끝(Ta))의 동작을 나타내며, (c) 는 -X 방향에서 워크(W)를 봤을 때의 절삭 공구(T1)(날 끝(Ta))의 동작을 나타내고 있다. 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 절삭 공구(T1)의 날 끝(Ta)은 Z 방향에 대하여 각도(α)로 설정되어 있다. 따라서, 날 끝(Ta)이, 워크(W)의 -Y 측으로부터 ＋Y 측으로 이동한 경우, 날 끝(Ta)의 ＋Z 측이 먼저 워크(W)에 접촉하게 된다.

상기한 단계(S03)에서의 절삭 가공은, 도 6의 (b) 및 (c)에 나타내는 바와 같이, 날 끝(Ta)을 X 방향, Y 방향 및 Z 방향을 합성한 합성 방향(R)으로 이동시킴으로써 행한다. 이 합성 방향(R)은 워크(W)의 경사면(Wa)에 대한 접평면을 따른 궤도가 된다. 먼저, 날 끝(Ta)의 ＋Z 측의 제 1 단부(Ta1)가 경사면(Wa)의 소경부(Wb)(＋Z 측 단부로 가장 직경이 작은 부분)에 닿아, 이 제 1 단부(Ta1)에서 경사면(Wa)의 절삭을 행한다. 이 후, 날 끝(Ta)은 경사면(Wa)을 따라 합성 방향(R)으로 이동함으로써, 워크(W)에의 절삭 부분이 제 1 단부(Ta1)로부터 제 2 단부(Ta2)를 향해 서서히 -Z 방향으로 어긋난 상태가 된다. 이와 같이, 날 끝(Ta)이 Y 방향으로 이동하지만, 워크(W)의 경사면(Wa)에서는 직선(L)을 따라 날 끝(Ta)이 닿아, Z 방향으로 진행된다.

날 끝(Ta)의 제 2 단부(Ta2)가 경사면(Wa)의 대경부(Wc)(-Z 측 단부로 가장 직경이 큰 부분)에 도달한 단계에서 경사면(Wa)의 절삭 가공이 완료된다. 이와 같이, 날 끝(Ta)의 제 1 단부(Ta1)에서 제 2 단부(Ta2)까지 전체를 이용하여 경사면(Wa)을 절삭하고 있지만, 날 끝(Ta)의 일부를 이용하여 경사면(Wa)을 절삭해도 된다. 날 끝(Ta)이 직선(L)을 진행하는 동안은, 날 끝(Ta)은 Z 방향의 이동과 함께 X 방향으로도 이동하고 있다. 이와 더불어, 날 끝(Ta)은 Y 방향으로도 이동하지만, 절삭에 관여하는 이동량은 제 1 단부(Ta1)에서 제 2 단부(Ta2)까지의 Y 방향의 거리와 동일하다. 따라서 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 날 끝(Ta)의 Z 방향에 대한 각도(α), 또는 제 1 단부(Ta1)에서 제 2 단부(Ta2)까지의 날 끝(Ta)의 길이에 따라, 날 끝(Ta)의 Y 방향으로의 이동량은 변동한다. 예를 들면, 날 끝(Ta)의 각도를 α보다 크게 한 것, 또는 날 끝(Ta)이 긴 것에서는, 도 6에 나타내는 것과 비교하여, 경사면(Wa)의 절삭에서 Y 방향으로의 이동량이 커진다.

또한, 날 끝(Ta)을 합성 방향(R)으로 이동시키는 경우, 그 합성 방향(R) 중 X 방향 속도, Y 방향 속도, Z 방향 속도는 각각 일정하게 되도록 설정되지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 소경부(Wb)에서는 Y 방향의 속도를 빠르게 하고, 또한 대경부(Wc)를 향함에 따라 Y 방향의 속도를 느리게 해도 된다. 이 경우, Y 방향의 이동 속도의 변화에 따라, Z 방향 또는 X 방향의 속도도 변화시켜, 원하는 경사면(Wa)을 절삭시키는 것이어도 된다.

또한, 이동 방향(R)를 변화시키지 않고, 이동 속도를 변화시켜도 된다. 워크(W)를 절삭하는 경우, 단위 회전당 이동량(이송량)(f)과, 절삭 부분에서의 회전 중심으로부터의 거리(직경)(r)와, 절삭 후의 면 정밀도(t)와의 관계는

t = f² / 8r

로 나타내진다. 따라서, 이송량(f)을 일정하게 한 경우, 절삭 부분의 직경이 큰 위치에서는 면 정밀도(t)가 높아지고, 절삭 부분의 직경이 작은 위치에서는 면 정밀도(t)가 낮아진다. 따라서, 예를 들면 절삭 부분의 직경(r)을 따라 이송량(f)을 변화시킴으로써, 면 정밀도(t)가 일정하게 되도록 해도 된다. 예를 들면, 경사면(Wa)의 소경부(Wb)측은 대경부(Wc)측에 비해 직경이 작다. 이 때문에, 경사면(Wa)의 소경부(Wb)측을 절삭하는 경우에는 이송량(f)을 작게 하고, 대경부(Wc)측을 절삭하는 경우에는 이송량(f)을 크게 함으로써, 경사면(Wa)의 직경 방향에서 면 정밀도(t)를 균일하게 할 수 있다.

또한, 상기에서는 제 1 터릿(23)의 절삭 공구(T1)를 이용한 절삭 가공을 나타내고 있지만, 제 2 터릿(23A)의 절삭 공구(T)(도 1 참조)를 더하여, 워크(W)의 절삭을 행해도 된다. 이 경우, 제 2 터릿(23A)의 절삭 공구(T)를, 워크(W)의 -X 측에서 상기한 절삭 공구(T1)와 동일한 궤도로 이동시켜 경사면(Wa)을 절삭시켜도 된다. 또한, 절삭 공구(T)는 경사면(Wa) 이외를 절삭시켜도 된다. 절삭 공구(T1, T)의 쌍방에서 경사면(Wa)을 절삭하는 경우, 경사면(Wa)의 동일 주회 부분을 상이한 절삭량으로 행해도 되고, 또한 경사면(Wa)의 상이한 부분을 각각 절삭시켜도 된다.

워크(W)의 절삭 가공이 종료되면, 파지 클로(9a)에 의한 보지를 해제하고, 워크(W)를 미도시의 워크 반송 장치에 의해 공작 기계(100)의 가공 영역으로부터 취출한다. 또한, 파지 클로(9a)의 해제로부터 워크 반송 장치에 의한 워크(W)의 취출까지의 일련의 동작은, 예를 들면 미도시의 제어부로부터의 지시에 의해 행해져도 되고, 또한 작업자의 메뉴얼 조작에 의해 행해져도 된다. 또한, 워크(W)의 반입으로부터 취출까지를 미도시의 제어부에 의해 행할 때는, 상기한 절삭 가공을 자동으로 행할 수 있다. 단, 이러한 동작을 모두 자동으로 행하는 것 대신에, 일부 또는 전부의 동작을 수동으로 행해도 된다.

이와 같이, 본 실시 형태에 따른 공작 기계(100)는, 회전하는 워크(W)에 대하여 Z 방향과 X 방향과 Y 방향을 합성한 합성 방향(R)으로 절삭 공구(T1)를 이동시켜, 워크(W)의 경사면(Wa)을 절삭하기 때문에, 높은 표면 거칠기로 경사면(Wa)을 절삭할 수 있어, 숫돌 등을 이용한 연삭 가공을 필요로 하지 않으므로, 제품 완성까지의 시간을 단축할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용하는 표면 거칠기는, 예를 들면 평균 거칠기(Ra)가 이용되는데, 다른 지표가 이용되어도 된다.

<제 2 실시 형태>

제 2 실시 형태에 따른 공작 기계(200)에 대하여 설명한다.

도 7은 제 2 실시 형태에 따른 공작 기계(200)의 주요부의 일례를 나타내며, (a)는 정면도, (b)는 사용 상태를 나타내는 도이다. 또한 도 7에서 도시하지 않은 구성은, 도 1에 나타내는 공작 기계(100)와 동일한 것이 채용된다. 또한, 도 7에서 제 1 실시 형태와 동일 또는 동등한 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하여 설명을 생략 또는 간략화한다. 또한, 이 제 2 실시 형태는 각도 설정 기구(공구 배치부)(119)의 구성이 제 1 실시 형태의 각도 설정 기구(19)와는 상이하다.

도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 공구 보지대(124)는 각도 설정 기구(119)를 가지고 있다. 각도 설정 기구(119)는 서포트 샤프트(25)를 회전시키기 위한 구동계(M4)와 웜 샤프트(122)와 웜 기어(123)를 가지고 있다. 구동계(M4)의 일례를 도 8의 (a) 및 (b)에 나타낸다. 도 8의 (a)는 제 1 터릿(23)(제 2 터릿(23A))의 내부를 ＋Z 방향에서 봤을 때의 도이며, (b)는 (a)의 D-D 선을 따른 단면도이다. 도 8의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 이 구동계(M4)는 모터(31)와 웜 기어(32)와 전달축(33)과 베벨 기어(34, 35)를 가지고 있다.

모터(31)는 제 1 터릿(23)의 ＋Z 측에 배치되어 있으며, 예를 들면 공구대 구동부(21)에 장착되어 있다. 모터(31)는 Y 방향에 평행한 출력축(31a)을 가지고 있다. 출력축(31a)은 Y 방향에 평행한 회전축을 중심으로 하여 회전한다. 웜 기어(32)는 출력축(31a)에 장착된 나사 톱니바퀴(32a)와, 전달축(33)에 장착된 헬리컬 기어(32b)를 가지고 있다. 웜 기어(32)는 출력축(31a)의 회전을 전달축(33)에 전달한다.

전달축(33)은 Z 방향에 평행한 회전축을 중심으로 하여, 예를 들면 베어링(33a, 33b)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 전달축(33)의 ＋Z 측의 단부에는 헬리컬 기어(32b)가 장착되어 있다. 전달축(33)의 -Z 측의 단부에는 베벨 기어(34)가 장착되어 있다. 베벨 기어(34)는 베벨 기어(35)와 맞물려 있다. 베벨 기어(35)는 웜 샤프트(122)에 장착되어 있다. 베벨 기어(34, 35)는 전달축(33)의 회전을 웜 샤프트(122)에 전달한다.

웜 샤프트(122)는 X 방향에 평행한 회전축을 중심으로 하여, 예를 들면 베어링(36a, 36b)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 웜 샤프트(122)의-X 측의 단부에는 웜(123a)이 장착되어 있다. 웜(123a)의 톱니는 웜 휠(123b)의 톱니에 맞물려 있다. 웜 휠(123b)은 서포트 샤프트(25)에 고정되어 있다. 웜 휠(123b)에는 X 방향에 평행한 톱니가 Y 방향으로 복수 나란히 배치되어 있다. 웜 샤프트(122)가 회전함으로써 웜(123a)이 회전하고, 웜 휠(123b)에 대하여 회전력이 가해지며, 이 힘에 의해 서포트 샤프트(25)가 회전한다.

웜 샤프트(122)는 X 방향에 평행한 회전축(AX2)을 가지고 있고, 구동계(M4)로부터의 구동력에 의해 X 축 둘레의 방향으로 회전한다. 웜 샤프트(122)는 예를 들면 베어링(36a, 36b)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 웜 기어(123)는 웜(나사 톱니바퀴)(123a) 및 웜 휠(헬리컬 기어)(123b)을 가지고 있다. 웜(123a)은 웜 샤프트(122)의 -X 측 단부에 형성되어 있고, 회전축(122)과 일체로 X 축 둘레로 회전한다. 웜 휠(123b)은 서포트 샤프트(25)에 고정되어 있다. 웜 휠(123b)은 회전축이 서포트 샤프트(25)의 회전축(AX1)과 일치하도록 배치되어 있다. 웜 휠(123b)은 웜(123a)에 맞물려 있고, 웜(123a)의 회전에 의해 Y 축 둘레로 회전한다. 따라서, 웜 샤프트(122)가 회전함으로써 웜(123a)이 회전하고, 웜 휠(123b)에 대하여 회전력이 가해지며, 이 힘에 의해 서포트 샤프트(25)가 회전한다.

서포트 샤프트(25)가 Y 축 둘레로 회전함으로써, 홀더(27)에 장착되는 절삭 공구(T1)의 날 끝(Ta)의 기울기가 변경되고, 그 기울기가 유지된다. 이와 같이, 각도 설정 기구(119)에서는, 구동계(M4)의 구동에 따라 서포트 샤프트(25)의 회전 위치가 설정되고, 이에 의해, 홀더(27)에 장착되는 절삭 공구(T1)의 날 끝(Ta)의 기울기가 설정된다.

또한 서포트 샤프트(25)의 회전 위치(날 끝(Ta)의 기울기)에 대해서는, 예를 들면 공작 기계(200)에 구비하는 미도시의 제어부에 의해 제어되어도 되고, 또한 작업자에 의한 메뉴얼 조작에 의해 행해도 된다. 또한, 날 끝(Ta)의 기울기를 검출하는 센서를 구비하고, 이 센서로부터의 출력에 의해 날 끝(Ta)의 기울기를 제어해도 된다. 이 경우, 광학식 또는 자기식의 비접촉 타입의 센서가 이용되어도 된다. 또한, 서포트 샤프트(25)를 도 7에 나타내는 구성에 의해 회전시키는 것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 서보 모터 등에 의해 서포트 샤프트(25)를 직접 회전시켜도 된다.

도 7의 (b)는 제 2 실시 형태에 따른 공작 기계(200)를 이용하여, 곡면(W1a)을 가지는 워크(W1)를 절삭하는 모습을 나타내는 도이다. 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 워크(W1)는 곡면부(W1a)를 사이에 둔 양측에 축부(W1b, W1c)가 형성되어 있다. 곡면부(W1a)는 축부(W1b)측의 단부(W1d)로부터 축부(W1c)측의 단부(W1e)에 걸쳐 일정한 곡률을 가지는 구면 형상으로 형성되어 있다. 이 워크(W1)는 축부(W1b)가 파지 클로(9a)에 의해 보지되어 있고, 주축(7)의 회전에 의해 Z 방향을 축으로 하여 회전한다.

이러한 워크(W1)의 곡면부(W1a)를 가공할 시에는, 먼저, 단부(W1e)의 접선 방향에 대응하도록, 날 끝(Ta)의 기울기를 설정한다. 날 끝(Ta)의 기울기 설정은, 상기한 바와 같이, 구동계(M4)를 구동하여 서포트 샤프트(25)를 회전시킴으로써 행한다. 이어서, 날 끝(Ta)을 Z 방향으로 이동시키는 것에 수반하여, 날 끝(Ta)을 X 방향 및 Y 방향으로 이동시키고, 또한 날 끝(Ta)의 방향이 곡면부(W1a)의 접선 방향이 되도록 서포트 샤프트(25)를 회전시켜, 날 끝(Ta)의 기울기를 연속적으로 변화시킨다. 이러한 동작을, 날 끝(Ta)이 단부(W1d)에 도달할 때까지 행함으로써, 곡면부(W1a)의 절삭 가공을 행할 수 있다.

또한 곡면부(W1a)의 형상에 따라서는, 날 끝(Ta)의 기울기가 곡면에 추종할 수 없는 경우도 있다. 예를 들면, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 곡면부(W1a)의 ＋Z 측에 대해서는 날 끝(Ta)을 접선 방향으로 기울이는 것이 어렵다. 이러한 경우는, 예를 들면, 단부(W1e)로부터 최대 직경 부분까지를 절삭하고, 이어서, 워크(W1)의 축부(W1b)를 파지 클로(9a)로부터 분리하여, 축부(W1c)를 파지 클로(9a)에 보지시킴으로써, 마찬가지로 단부(W1d)로부터 최대 직경 부분까지를 절삭함으로써 곡면부(W1a) 전면의 절삭을 행할 수 있다.

이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 절삭 공구(T1)의 날 끝(Ta)의 방향을 절삭 중에 변화시킬 수 있기 때문에, 곡면(W1a)과 같이 연속적으로 가공 대상면의 기울기가 변화하는 경우라도 대응할 수 있다. 또한 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 곡면부(W1a)에서 높은 표면 거칠기를 얻을 수 있어, 연삭 가공을 필요로 하지 않으므로, 제품 완성까지의 시간을 단축할 수 있다.

또한, 워크(W1)의 -X 측에 제 2 터릿(23A)이 배치되는 경우(도 1 참조)는, 예를 들면, 도 7에 나타내는 절삭 공구(T1)에 의해 곡면부(W1a) 중 단부(W1e)로부터 최대 직경 부분까지를 절삭시키고, 동시에, 제 2 터릿(23A)의 절삭 공구(T)에 의해 곡면부 중 단부(W1d)로부터 최대 직경 부분을 절삭시킴으로써, 워크(W1)를 파지 클로(9a)로 바꿔 들지 않고 곡면부(W1a) 전면의 절삭이 가능해진다. 또한 제 2 실시 형태에 있어서, 곡면부(W1a) 중, 단부(W1d, W1e)는 다른 곡면부(W1a)에 비해 직경이 작다. 이 때문에, 단부(W1d, W1e)의 근방에서는 절삭 공구(T1)의 이동 속도(이송량)를 작게 하고, 최대 직경 부분을 포함하는 다른 곡면부(W1a)에서는 이송량을 크게 함으로써, 곡면부(W1a)에서의 표면 거칠기를 균일하게 할 수 있다.

이상, 실시 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상술한 설명에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 변경이 가능하다. 예를 들면, 상기한 각 실시 형태에서는, 공구 보지대(24, 124)에 의해 절삭 공구(T, T1)가 Y 방향과 평행하게 이동하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면 도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이, 절삭 공구(T1)를 보지하는 공구 보지대(224)가 Z 축에 평행한 회전축(AX3)의 축 둘레 방향(C)으로 회동 가능한 구성이어도 된다. 또한, 공구 보지대(224)가 미도시의 이동 장치에 의해 Z 방향 및 X 방향으로 이동 가능한 점은, 상기한 각 실시 형태와 동일하다. 이 구성에 있어서, 공구 보지대(224)를 회전축(AX3)의 축 둘레 방향(C)으로 회동시키고, 또한 X 방향으로 이동시키도록 동기 제어함으로써, 절삭 공구(T1)의 날 끝을 워크(W)의 경사면(Wa)(도 6의 (b) 등 참조)에 대응시킬 수 있다. 이 경우, 절삭 공구(T1)의 날 끝(Ta)은 Z 방향과 X 방향과 회전축(AX3)의 축 둘레 방향(C)을 합성한 방향으로 이동하여 워크(W)의 절삭을 행한다.

또한 상기 실시 형태에서는, 워크(W)의 절삭을 행할 시, 절삭 공구(T1)의 날 끝(Ta)을 소경부(Wb)로부터 대경부(Wc)를 향해 가공하고 있지만, 이와는 반대로, 도 9의 (b)에 나타내는 바와 같이, 날 끝(Ta)을 대경부(Wc)로부터 소경부(Wb)를 향해 절삭을 행해도 된다. 절삭에 있어서는, 예를 들면 워크(W)의 회전 방향을 상기 실시 형태에서의 워크(W)의 회전 방향과는 반대 방향으로 하고, 날 끝(Ta)의 제 1 단부(Ta1)가 경사면(Wa)의 대경부(Wc)에 닿도록 절삭 공구(T1)를 배치하고, 제 1 단부(Ta1)로부터 경사면(Wa)의 절삭을 행한다. 이 후, 날 끝(Ta)을 경사면(Wa)을 따라 합성 방향(R1)으로 이동시킴으로써, 워크(W)에의 절삭 부분이 제 1 단부(Ta1)로부터 제 2 단부(Ta2)를 향해 서서히 ＋Z 방향으로 어긋난 상태가 된다. 이 합성 방향(R1)은 X 방향, Y 방향 및 Z 방향을 합성한 방향이며, 워크(W)의 경사면(Wa)에 대한 접평면을 따른 궤도가 된다. 또한, 합성 방향(R1)은 상기 실시 형태의 합성 방향(R)과 반대 방향이다. 그리고, 날 끝(Ta)의 제 2 단부(Ta2)가 경사면(Wa)의 소경부(Wb)에 도달한 단계에서 경사면(Wa)의 절삭 가공이 완료된다.

또한 상기한 각 실시 형태에서는, 제 1 터릿(23)이 Z 방향, X 방향 및 Y 방향으로 이동 가능한 구성을 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제 1 터릿(23)에 대하여 공구 보지대(24, 124)를 Y 방향으로 이동 가능한 구성으로 해도 된다. 이 경우, 제 1 터릿(23)에 별도 구동계를 마련함으로써 대응 가능하다. 또한, 제 2 터릿(23A)에 대해서도 동일하다.

또한 상기한 각 실시 형태에서는, 공구 배치부로서, Y 방향에서 봤을 때 Z 방향에 대한 날 끝(Ta)의 각도를 설정하는 각도 설정 기구(19, 119)가 이용된 구성을 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 공구 배치부로서 Y 방향에서 봤을 때 Z 방향에 대한 날 끝(Ta)의 각도를 설정하지 않고 고정된 각도로 공구를 배치하는 구성이어도 된다.

W : 워크
Wa : 경사면
W1a : 곡면
100, 200 : 공작 기계
7 : 주축
T1 : 절삭 공구
M1 : Z 방향 구동계(이동 장치)
M2 : X 방향 구동계(이동 장치)
M3 : Y 방향 구동계(이동 장치)
Ta : 날 끝
19, 119 : 각도 설정 기구(공구 배치부)

Claims

경사면을 가지는 워크를 절삭하는 공작 기계로서,
상기 워크를 보지하여, Z 방향의 축선 중심으로 회전하는 주축과,
상기 워크를 절삭하는 직선 절삭날을 가지는 절삭 공구를, 상기 Z 방향과, 상기 Z 방향에 직교하고 또한 상기 워크에 대한 절삭량을 규정하는 X 방향과, 상기 Z 방향 및 상기 X 방향에 각각 직교하는 Y 방향으로 각각 이동시키는 것이 가능하고, 또한 상기 Z 방향과 상기 X 방향과 상기 Y 방향을 합성한 합성 방향으로 상기 워크에 대하여 상대적으로 이동시키는 이동 장치와,
상기 절삭 공구의 상기 직선 절삭날의 날 끝을 따르는 방향을 상기 X 방향에서 봤을 때 상기 Z 방향에 대하여 기울인 상태에서, 상기 Y 방향에서 봤을 때 상기 Z 방향에 대하여 기울이고, 상기 X 방향에서 봤을 때 상기 Z 방향을 따르는 상기 경사면 상의 직선과 상기 직선 절삭날의 날 끝이 상기 Y 방향으로부터 봤을 때 평행하게 되도록 상기 직선 절삭날을 대응시키는 공구 배치부를 구비하고,
상기 워크는 상기 Y 방향에서 봤을 때, 상기 경사면 상의 상기 직선을 가지고, 또한 상기 경사면 상의 상기 직선이 상기 Y 방향에서 봤을 때, 상기 Z 방향에 대하여 기울어 있으며,
상기 절삭 공구는, 상기 Y 방향에서 본 상기 직선 절삭날의 날 끝의 길이가 상기 경사면 상의 상기 직선의 길이 보다 짧게 되고,
상기 이동 장치는 상기 직선 절삭날의 날 끝과 상기 경사면 상의 상기 직선의 평행을 유지하면서, 상기 직선 절삭날의 날 끝이 상기 워크에 대하여 상기 Y 방향으로 어긋나면서 절삭해 가도록, 상기 워크와 상기 절삭 공구를 상기 합성 방향으로 상대적으로 이동시키는, 공작 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 절삭 공구를 보지하는 공구대를 가지고,
상기 이동 장치는 상기 공구대를 개재하여 상기 절삭 공구를 상기 Z 방향, 상기 X 방향 및 상기 Y 방향으로 이동시키는 공작 기계.
제 2 항에 있어서,
상기 공구 배치부는 상기 공구대와 상기 절삭 공구와의 사이에 형성되는 공작 기계.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공구 배치부는 상기 Y 방향에서 봤을 때 상기 Z 방향에 대한 상기 날 끝의 각도를 설정하는 각도 설정 기구를 가지는 공작 기계.
제 4 항에 있어서,
상기 각도 설정 기구는 상기 Y 방향을 따른 회전축을 가지는 샤프트와, 상기 샤프트의 일부에 형성되고, 또한 상기 절삭 공구를 보지하는 홀더를 구비하는 공작 기계.
제 5 항에 있어서,
상기 홀더와 상기 샤프트와의 사이에 압입되어, 상기 샤프트의 회전 위치를 보지하기 위한 록 슬리브를 구비하는 공작 기계.
제 6 항에 있어서,
상기 샤프트의 회전 위치를 조정하기 위한 조정 기구를 구비하는 공작 기계.
제 5 항에 있어서,
상기 샤프트를 상기 홀더에 대하여 회전시키고, 또한 소정의 회전 위치에서 보지하는 구동계를 가지는 공작 기계.
경사면을 가지는 워크를 절삭하는 방법으로서,
워크를 보지하여, Z 방향의 축선 중심으로 회전시키는 공정과,
상기 워크를 절삭하는 직선 절삭날을 가지는 절삭 공구의 상기 직선 절삭날의 날 끝을 따르는 방향을, 상기 워크에 대한 절삭량을 규정하는 X 방향에서 봤을 때 상기 Z 방향에 대하여 기울이고, 또한 상기 X 방향에서 봤을 때 상기 Z 방향을 따르는 상기 경사면 상의 직선과 상기 직선 절삭날의 날 끝이 상기 Z 방향 및 상기 X 방향에 각각 직교하는 Y 방향에서 봤을 때 평행하게 되도록, 상기 직선 절삭날을 대응시키는 공정과,
상기 절삭 공구를 상기 Z 방향과, 상기 X 방향과, 상기 Y 방향을 합성한 합성 방향으로 상기 워크에 대하여 상대적으로 이동시켜 상기 워크를 절삭하는 공정을 구비하고,
상기 워크는 상기 Y 방향으로 봤을 때 상기 경사면 상의 상기 직선을 가지고 또한 상기 경사면 상의 상기 직선이 상기 Y 방향에서 봤을 때 상기 Z 방향에 대하여 기울어 있으며,
상기 절삭 공구는 상기 Y 방향에서 본 상기 직선 절삭날의 날 끝의 길이가 상기 경사면 상의 상기 직선의 길이보다 짧게 되며,
상기 워크를 절삭하는 공정에서는, 상기 직선 절삭날의 날 끝과 상기 경사면 상의 상기 직선의 평행을 유지하면서, 상기 직선 절삭날의 날 끝이 상기 워크에 대하여 상기 Y 방향으로 어긋나면서 절삭해 가는, 절삭 방법.