KR20150118164A - 나사부의 가공 방법 및 가공 장치 - Google Patents

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KR20150118164A
KR20150118164A KR1020157022912A KR20157022912A KR20150118164A KR 20150118164 A KR20150118164 A KR 20150118164A KR 1020157022912 A KR1020157022912 A KR 1020157022912A KR 20157022912 A KR20157022912 A KR 20157022912A KR 20150118164 A KR20150118164 A KR 20150118164A
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KR1020157022912A
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다카시 요시무라
요시테루 곤도
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닛뽄 세이꼬 가부시기가이샤
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Abstract

가공 중의 피가공물(19a)의 열팽창의 영향에 의해, 피가공물(19a)의 나사부의 리드에 불균일이 생기는 것을 방지한다. 측정 수단(13)에 의해, 가공 중의 피가공물(19a)의 축방향에 대한 열팽창량을 측정하고, 그 측정 결과로부터 가공 중의 피가공물(19a)에 대한 열팽창량의 이력 정보를 얻고, 제어 장치(17a)에 의해, 가공 후의 피가공물(19a)의 열팽창량의 이력 정보에 근거하여, 다음에 가공해야 할 피가공물(19a)에 대한 회전 구동축(11)의 상대 회전의 속도 또는 축방향 이송 장치(16a)의 이송 속도를 결정한다.

Description

나사부의 가공 방법 및 가공 장치{MACHINING METHOD FOR THREADED SECTION AND MACHINING DEVICE}
본 발명은 막대 형상 또는 관 형상의 피가공물에 나사부(나선 구조)를 형성하기 위한 나사부의 가공 방법 및 가공 장치에 관한 것이다.
차량의 조타륜에 타각(舵角)을 부여할 때에, 스티어링 휠의 조작에 필요한 힘의 경감을 도모하기 위한 장치로서, 파워 스티어링 장치가 널리 사용되고 있다. 보조 동력원으로서 전동 모터를 사용하는 전동식 파워 스티어링 장치도 이미 보급되어 있다. 이 전동식 파워 스티어링 장치에는, 감속기가 조립되어 있지만, 이 감속기로서, 큰 리드각을 갖고, 동력의 전달 방향에 대해 가역성을 가지는 웜 감속기가 일반적으로 사용되고 있다.
도 4 및 도 5는 일본 특허 공개 제 2009-72841 호 공보에 기재되어 있는 종래의 웜 감속기의 일례를 나타내고 있다. 이 웜 감속기는, 전동 모터(1)에 고정된 웜 감속기용의 하우징(2)의 내측에 배치되어 있고, 축방향 중간부에 웜 치형부(3)가 형성된 웜(4)과, 웜 치형부(3)에 서로 맞물리는 웜 휠(5)을 구비한다. 웜(4)은, 축방향 양단부에 외측으로 끼워진 한 쌍의 볼 베어링(6)에 의해, 하우징(2)의 내측에 회전 가능하게 지지되고, 또한, 웜(4)의 일단부(도 4의 좌단부)가 전동 모터(1)의 출력축(7)에 접속되는 것에 의해, 웜(4)은 회전 구동 가능해진다.
웜 휠(5)은, 하우징(2)의 내측에 회전 가능하도록, 또한, 웜 홀(5)의 회전 중심축이 웜(4)에 대해서 비틀림 위치가 되도록 배치되어 있다. 웜 휠(5)의 외주연부에 형성된 치형부(8)와 웜 치형부(3)가 서로 맞물리는 것에 의해, 웜(4)과 웜 휠(5) 사이에서의 회전력의 전달이 가능해진다. 웜 휠(5)은 스티어링 샤프트(9)의 중간부에 외측으로 끼워져서 고정되어 있다. 이러한 구성에 의해, 전동 모터(1)에 발생한 회전 구동력은 웜(4)과 웜 휠(5)을 거쳐서 스티어링 샤프트(9)에 전달 가능해진다.
그런데, 이러한 웜의 웜 치형부 등의 나사부(나선 구조)는 막대 형상의 피가공물의 외주면, 또는 관 형상의 피가공물의 외주면 또는 내주면에 절삭 가공 또는 연삭 가공을 실시함으로써 형성된다. 이러한 나사부로서는, 웜의 웜 치형부 외에, 볼 나사 장치를 구성하는 볼 나사 막대의 볼 나사 홈, 너트의 암나사부 등이 있다.
도 6은 일본 특허 공개 제 평9-323218 호 공보에 기재되어 있는 막대 형상 부재의 외주면에 나사 홈을 형성하기 위한 종래의 나사부의 연삭 가공 장치의 일례를 나타내고 있다. 이 연삭 가공 장치는, 제 1 구동 장치(10)와, 회전 구동축(11)과, 파지부(12)와, 측정 수단(13)과, 가공 공구(14)와, 제 2 구동 장치(15)와, 축방향 이송 장치(16)와, 제어 장치(17)를 구비한다.
제 1 구동 장치(10)는 서보 모터에 의해 구성되어 있고, 이송대(18)의 상면의 일방측에 탑재되어 있다. 이송대(18)는 축방향 이송 장치(16)에 의해, 피가공물(19)의 축방향으로 변위 가능한 상태로 구비되어 있다. 또한, 특별한 사유가 없는 한, 축방향이란, 피가공물의 축방향을 말한다. 회전 구동축(11)은 제 1 구동 장치(10)에 의해 회전 구동된다. 파지부(12)는, 회전 구동축(11)의 선단에 마련되어 있고, 피가공물(19)의 일단을 회전 구동축(11)과 동심 또한 일체로 회전 가능한 상태로 고정시킬 수 있다.
측정 수단(13)은 이송대(18)의 상면의 타방측에 배치되어 있다. 측정 수단(13)은 테일스톡(tailstock)(20)을 구비하고, 또한, 테일스톡(20)의 선단을 피가공물(19)의 타단에 접촉시킨 상태에서, 가공 중의 피가공물(19)의 축방향으로의 열팽창량을 측정 가능하게 구성되어 있다. 측정 수단(13)의 구체적인 구조는 일본 특허 공개 제 평9-323218 호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 공지되어 있기 때문에 그 설명은 생략한다.
가공 공구(14)는 지석(砥石)에 의해 구성되어 있고, 피가공물(19)의 외주면을 가공한다. 제 2 구동 장치(15)는 서보 모터에 의해 구성되어 있고, 축방향 이송 장치(16)를 구동시킨다. 축방향 이송 장치(16)는, 피드 나사 기구에 의해 구성되어 있고, 제 2 구동 장치(15)에 의해 구동되어서, 이송대(18)를 축방향으로 변위시킨다. 이와 같이, 이송대(18)를 축방향으로 변위시키는 것에 의해, 가공 공구(14)와 피가공물(19)을 축방향으로 상대 변위시키는 것이 가능해진다. 게다가, 제어 장치(17)는 제 1 구동 장치(10) 및 제 2 구동 장치(15)를 제어함으로써, 회전 구동축(11)의 회전 속도 및 축방향 이송 장치(16)의 이송 속도, 즉, 가공 공구(14)와 피가공물(19)의 축방향의 상대 변위 속도를 제어한다.
이러한 연삭 가공 장치는, 제 1 구동 장치(10)에 의해, 회전 구동축(11) 및 피가공물(19)을 회전시키면서, 제 2 구동 장치(15)에 의해, 가공 공구(14)와 피가공물(19)을 축방향으로 상대 변위시키는 것에 의해, 피가공물(19)의 외주면에 나사 홈을 형성하는 것을 가능하게 하고 있다.
그런데, 이러한 연삭 가공 장치에 의해, 나사부의 가공을 실시할 때, 가공 중의 피가공물(19)의 온도 상승에 수반해, 피가공물(19)이 열팽창한다. 이러한 열팽창은 피가공물(19)에 형성되는 나사부의 리드에 불균일을 일으키는 원인이 된다. 구체적으로는, 피가공물(19)의 가공 공구(14)에 대한 회전 속도 및 축방향으로의 이송 속도를 일정한 상태로 하여 가공을 실시했을 경우, 가공의 전반에 형성된 나사부의 리드와 후반에 형성된 나사부의 리드를 비교하면, 열팽창량이 커지는 가공의 후반에 형성된 나사부의 리드쪽이 작아진다. 다시 말하면, 열팽창량의 대소에 관계없이 일정한 리드에서 형성된 나사부는, 열팽창의 양이 큰 부분에 형성된 나사부의 리드일수록 열팽창이 가라앉은 상태에서 작아진다.
이것에 대해서, 이 연삭 가공 장치는, 가공 중에, 측정 수단(13)에 의해 측정된 피가공물(19)의 열팽창량을 나타내는 신호를, 앰프(21)를 거쳐서 제어 장치(17)로 보내고, 제어 장치(17)가 측정 수단(13)으로부터 보내온 정보에 근거하여, 제 1 구동 장치(10)의 구동력[회전 구동축(11)의 회전 속도] 및 제 2 구동 장치(15)의 구동력[축방향 이송 장치(16)의 이송 속도]의 보정 값을 산출하고, 또한, 이 보정 값에 근거하여 산출한 새로운 지령(구동량)을 제 1 구동 장치(10) 및 제 2 구동 장치(15)에 피드백하도록 구성된다. 이러한 구성에 의해, 가공 중에 측정한 피가공물(19)의 열팽창량에 근거하여, 피가공물(19)에 대한 가공 조건을 실시간으로 보정할 수 있기 때문에, 피가공물(19)에 형성되는 나사부의 리드에 불균일이 생기는 것이 방지된다.
그렇지만, 이 연삭 가공 장치에서는, 볼 나사 막대와 같이 전체 길이가 길고, 가공 시간이 길어지는 피가공물의 외주면에 형성되는 나사부의 리드가, 가공의 전반과 후반에서 상이해져 버리는 것을 억제하는 효과는 있지만, 전체 길이가 짧고, 가공 시간이 짧아지는 피가공물을 대상으로 하는 경우에는, 반드시 유효하고 안정적으로 피드백 제어를 실행할 수 없을 가능성이 있다. 예를 들어, 웜 등과 같이, 축방향의 치수가 비교적 작고, 가공 시간이 짧아지는 피가공물의 경우, 이 피가공물의 가공의 전반과 후반에서, 이 피가공물의 외주면에 형성된 나사부의 리드가 다른 정도를 작게 억제하기 위해서는, 고속이며 고정밀한 피드백 제어를 실행할 필요가 있다.
그렇지만, 이러한 가공 시간이 짧은 피가공물을 대상으로 한 실시간의 피드백 제어의 경우, 가공 조건에 대한 피드백 제어를 위한 측정치의 오차 또는 이 측정치에 혼입하는 노이즈 등의 영향이 커져서, 효과적인 피드백 제어를 실행하는 것이 곤란한 경우가 있다. 따라서, 이러한 피드백 제어로 충분한 효과를 얻기 위해서는, 고가의 설비(측정 장치, 제어 장치를 구성하는 CPU, 구동 장치 등)가 필요하게 된다. 또한, 도 6에 도시된 가공 장치는 연삭 가공용이지만, 절삭 가공의 경우, 연삭 가공과 비교해서 가공 속도가 빠르기 때문에, 피가공물마다의 가공 시간이 짧아져, 동일한 문제가 생길 가능성이 있다. 이 때문에, 절삭 가공용의 가공 장치에 있어서도, 피드백 제어를 유효하고 안정적으로 실행하기 위해서는, 고가의 설비가 필요하게 된다.
일본 특허 공개 제 2009-72841 호 공보 일본 특허 공개 제 평9-323218 호 공보
본 발명은, 상술한 바와 같은 사정에 비추어, 가공 시간이 짧은 가공을 실행하는 경우에도, 가공 중의 피가공물의 열팽창의 영향에 의해, 나사부의 리드가 피가공물마다 불균일해지는 것을 방지할 수 있는 나사부의 가공 방법 및 가공 장치를 저비용으로 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 나사부의 가공 방법은, 막대 형상 또는 관 형상의 피가공물과 가공 공구를 상대 회전시키는 동시에, 축방향에 대해서 상대 변위시키는 것에 의해, 해당 피가공물의 외주면 또는 내주면에 나사부를 형성하기 위한 가공 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 나사부의 가공 방법은, 측정 수단에 의해, 가공 중의 피가공물의 축방향에 대한 열팽창량을 측정하고, 그 측정 결과로부터 해당 가공 중의 피가공물에 대한 열팽창량의 이력 정보를 얻고, 해당 열팽창량의 이력 정보에 근거하여, 다음에 가공해야 할 피가공물에 대한 상기 상대 회전의 속도 또는 상기 축방향에 대한 상대 변위의 속도를 결정하는 공정을 구비한다.
추가적으로, 가공 후의 피가공물의 상기 열팽창량의 이력 정보와 시간의 상관 관계와, 가공 중의 피가공물의 열팽창량을 비교함으로써, 사용 중의 가공 공구의 상태를 판단하는 공정을 더 구비하는 것이 바람직하다. 여기서, 상관 관계에는, 과거의 가공에 있어서의 피가공물의 열팽창량과 시간의 관계로부터 산출되는 근사 직선 등이 있다. 이러한 근사 직선은, 피가공물의 열팽창량과 시간의 관계에 근거하여, 최소 이승법 등의 근사 방법에 의해 구할 수 있다. 또한, 시간이란, 가공 시간뿐만 아니라, 가공 개수 등도 포함한 개념이다.
본 발명의 나사부의 가공 장치는,
제 1 구동 장치에 의해 회전 구동되는 회전 구동축과,
막대 형상 또는 관 형상의 피가공물의 일단을, 상기 회전 구동축과 동심 또한 일체로 회전 가능한 상태로 고정하기 위한 파지부와,
상기 피가공물의 축방향에 대한 열팽창량을 측정하기 위한 측정 수단과,
상기 피가공물에 가공을 실시하기 위한 가공 공구와,
제 2 구동 장치에 의해 구동되고, 상기 가공 공구와 상기 피가공물을 축방향에 대해서 상대 변위시키기 위한 축방향 이송 장치와,
상기 회전 구동축의 회전 속도 또는 상기 축방향 이송 장치의 이송 속도를 제어하기 위한 제어 장치를 구비하고,
상기 회전 구동축을 회전시키는 것에 의해, 상기 피가공물을 회전시키는 동시에, 상기 가공 공구와 상기 피가공물을 축방향에 대해서 상대 변위시킨 상태로, 해당 피가공물의 외주면 또는 내주면에 나사부를 형성한다.
특히, 본 발명의 나사부의 가공 장치에서는, 상기 측정 수단이 가공 중의 피가공물의 축방향에 대한 열팽창량을 측정하고, 상기 제어 장치가 그 측정 결과로부터 상기 가공 중의 피가공물에 대한 열팽창량의 이력 정보를 얻고, 해당 열팽창량의 이력 정보에 근거하여, 다음에 가공해야 할 피가공물에 대한 상기 상대 회전의 속도 또는 상기 상대 변위의 속도를 결정한다. 또한, 본 발명의 나사부의 가공 장치는 상기 피가공물에 대한 열팽창량의 이력 정보를 기억하는 기억 장치를 더 구비하는 것이 바람직하다.
추가적으로, 상기 제어 장치는, 가공 후의 피가공물의 상기 열팽창량의 이력 정보와 시간의 상관 관계와, 가공 중의 피가공물의 열팽창량을 비교함으로써, 사용 중의 가공 공구의 상태를 판단하는 것이 바람직하다.
본 발명의 나사부의 가공 방법 및 가공 장치에 의하면, 가공 시간이 짧아지는 가공을 실행하는 경우에도, 가공 중의 피가공물의 열팽창의 영향에 의해, 피가공물에 형성되는 나사부의 리드에 불균일이 생기는 것을 방지할 수 있는 구조를 저비용으로 실현할 수 있다. 즉, 본 발명의 경우, 가공 중에 측정한 피가공물의 열팽창량의 이력 정보에 근거하여, 다음의 피가공물에 대한 가공 조건(피가공물의 회전 속도, 또는 피가공물과 가공 공구의 축방향에 대한 상대 변위 속도)을 결정한다.
구체적으로는, 가공 공구의 소모가 진행되고, 피가공물의 열팽창량이 커졌을 경우에도, 형성되는 나사부의 리드가 열팽창이 가라앉은 상태에서 목표로 하는 리드와 비교해서 너무 작아지지 않도록, 상기 회전 속도 또는 상기 상대 변위 속도를 보정한다. 이와 같이, 상기 이력 정보에 근거하여 보정 값을 산출하고, 이 보정 값을 다음의 피가공물에 대한 가공 조건에 반영시키기 때문에, 가공 시간이 짧아지는 가공을 실시하는 경우에도, 미리 설정한 가공 조건으로 다음의 가공을 실시하는 것에 의해, 피가공물마다의 가공의 전반과 후반 사이, 또한 피가공물끼리의 사이에서, 나사부의 리드에 불균일이 생기는 것이 방지된다. 또한, 미리 설정한 가공 조건으로 다음의 가공을 실행하기 때문에, 실시간의 피드백 제어의 경우와는 상이하고, 가공 조건에 대해서, 피드백 제어를 위한 측정치의 오차 또는 측정치에 혼입하는 노이즈 등의 영향을 받지 않는다. 이 결과, 고속이며 고정밀한 제어가 불필요해지고, 설비 비용 및 가공 비용의 저감을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태의 일례의 나사부의 가공 장치의 구조를 모식적으로 도시하는 도면,
도 2는 피가공물의 열팽창량과 동일 가공 공구에 의한 가공 개수의 관계를 나타내는 그래프,
도 3의 (a)는 본 발명에 의한 제어를 실행하지 않고 형성된 나사부의 리드의 목표 리드에 대한 차이와, 동일 가공 공구에 의한 가공 개수의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 3의 (b)는 본 발명에 의한 제어를 실행하여 형성된 나사부의 리드의 목표 리드에 대한 차이와, 동일 가공 공구에 의한 가공 개수의 관계를 나타내는 그래프,
도 4는 파워 스티어링 장치 내의 웜 감속기가 조립된 부분의 단면도,
도 5는 도 4의 A부 확대도,
도 6은 막대 형상 부재의 외주면에 나사부를 형성하기 위한 종래의 연삭 가공 장치의 일례를 모식적으로 도시하는 도면.
도 1은 본 발명의 실시형태의 일례를 도시하고 있다. 또한, 본 예를 포함하여, 본 발명의 특징은, 가공 중에 막대 형상 또는 관 형상의 피가공물(19a)에 생긴 열팽창량을 측정하고, 그 측정 결과로부터 얻어진 피가공물(19a)의 열팽창량의 이력 정보에 근거하여, 다음의 피가공물(19a)을 가공할 때의 가공 조건을 설정한다는 점이다. 가공 방법 및 가공 장치의 그 외의 구성에 대해서는, 종래의 가공 방법 및 가공 장치와 동일하며, 동등 부분에 대한 설명은 생략 또는 간략하게 하고, 이하에 본 예의 특징 부분을 중심으로 설명한다.
본 예의 나사부의 가공 장치는, 제 1 구동 장치(10)와, 제 1 구동 장치에 의해 회전 구동되는 회전 구동축(11)과, 피가공물(19a)의 일단을 회전 구동축(11)과 동심 또한 일체로 회전 가능한 상태로 고정하기 위한 파지부(12)와, 피가공물(19a)의 축방향에 대한 열팽창량을 측정하기 위한 측정 수단(13)과, 피가공물(19a)에 가공을 실시하기 위한 가공 공구(14a)와, 제 2 구동 장치(15)와, 제 2 구동 장치(15)에 의해 구동되어서 가공 공구(14a)와 피가공물(19a)을 축방향에 대해서 상대 변위시키기 위한 축방향 이송 장치(16a)와, 회전 구동축(11)의 회전 속도 또는 축방향 이송 장치(16a)의 이송 속도를 제어하기 위한 제어 장치(17a)를 구비한다. 또한, 본 예에서는, 가공 공구(14a)는 절삭 공구에 의해 구성되어 있고, 본 예의 나사부의 가공 장치는 절삭 가공용이다. 다만, 본 발명은 연삭 가공용의 나사부의 가공 장치에도 적용 가능하다.
본 예의 나사부의 가공 장치에 있어서는, 회전 구동축(11)을 회전시키는 것에 의해, 피가공물(19a)을 회전시키는 동시에, 가공 공구(14a)와 피가공물(19a)을 축방향에 대해서 상대 변위시킨 상태에서, 피가공물(19a)의 외주면 또는 내주면에 나사부를 형성함에 있어서, 측정 수단(13)이 측정한 피가공물(19a)의 가공 중의 축방향에 대한 열팽창량을 기억하기 위한 기억 장치(22)(메모리)가 구비되어 있다. 제어 장치(17a)에는, 기억 장치(22)에 기억된 피가공물(19a)의 열팽창량의 이력 정보에 근거하여, 다음에 가공해야 할 피가공물(19a)에 대한 가공 조건을 설정하는 기능(가공 조건 설정 기능)이 내장되어 있다. 또한, 가공 조건이란, 회전 구동축(11)의 회전 속도[제 1 구동 장치(10)의 구동력]와 축방향 이송 장치(16a)의 이송 속도[제 2 구동 장치(15)의 구동력]의 일방 또는 쌍방이다.
이러한 가공 조건 설정 기능에 의해, 가공 조건을 설정하는 방법에 대해서 설명한다. 도 2는, 동일한 가공 공구(14a)를 사용하여 복수 개의 피가공물(19a)에 대해서 가공을 실시했을 경우의 이러한 피가공물(19a)의 가공 중의 열팽창량과 가공 개수(가공 시간)의 관계를 나타내는 도면이다. 또한, 피가공물(19a)의 가공 중의 열팽창량이란, 가공 개시 전(열팽창하지 않은 상태)의 피가공물(19a)의 축방향 치수와, 가공 종료 시[피가공물(19a)의 온도가 저하하지 않은 상태]의 피가공물(19a)의 축방향 치수의 차이이다. 또한, 도 2의 α점에 대해 피가공물(19a)의 열팽창량이 크게 하강하고 있는 것은, 이 시점에서 새로운 가공 공구(14a)로 교환했기 때문이다. 도 2로부터 명백한 바와 같이, 동일한 가공 공구(14a)에 의해 복수 회의 가공을 실시하면, 가공 개수(가공 시간)의 증가에 수반해, 피가공물(19a)의 가공 중의 열팽창량이 증가한다. 이것은, 가공 공구(14a)가 마모 등에 의해 소모되어, 가공 공구(14a)의 날카로움이 저하함에 따라, 가공 열이 증대되는 것에 기인한다. 또한, 도 2에 있어서, 교환 전의 가공 공구에 의한 가공 개수가 적은 시점의 피가공물의 열팽창량과, 교환 후의 가공 공구의 가공 개수가 적은 시점의 피가공물의 열팽창량에 차이가 생기는 것은, 본래적인 날카로움 등의 가공 공구마다의 개체 차에 근거한 것이다.
도 2로부터 명백한 바와 같이, 피가공물(19a)의 열팽창량과 가공 개수는 작은 변동은 있지만, 큰 경향으로서 비례 관계를 갖고 있다. 따라서, 피가공물(19a)의 열팽창량과 가공 개수의 비례 관계(상관 관계)가 구해지면, 이 비례 관계에 근거하여, 다음의 가공에 있어서의 피가공물(19a)의 열팽창량을 예측할 수 있다. 구체적으로는, 피가공물(19a)의 열팽창량과 가공 개수의 관계로부터, 도 2에 쇄선(X)으로 나타내는 근사 직선을 최소 이승법 등의 근사 방법에 의해 구한다. 이러한 근사 직선이 구해지면, 다음의 가공에 있어서의 피가공물(19a)의 열팽창량이 예측된다. 제어 장치(17a)는, 피가공물(19a)의 열팽창량의 예측에 근거하여, 다음의 가공의 가공 조건을 설정한다.
또한, 본 예의 나사부의 가공 장치는, 피가공물(19a)의 열팽창량의 이력 정보와 가공 개수(가공 시간)의 관계에 근거하여 산출되는 근사 직선[도 2의 쇄선(X) 참조]과, 가공 중의 피가공물(19a)의 열팽창량을 비교함으로써, 사용하고 있는 가공 공구(14a)의 상태를 판단하는 기능을 구비하고 있다. 구체적으로는, 제어 장치(17a)는, 측정된 피가공물(19a)의 가공 중의 열팽창량이 근사 직선에 대해서 소정량보다 크게 괴리되었을 경우에는, 마모 등의 진행에 의해 가공 공구(14a)가 수명을 다했다고 판단한다. 또한, 이러한 판단을 실행하는 제어는, 피가공물(19a)의 가공의 종료 시와 가공 중의 어느 것에 있어서 실행되어도 좋다. 이 제어를 가공 중에 실행하는 경우는, 가공 공구(14a)의 이상을 찰지(察知)한 시점에서, 가공을 중지하는 제어를 실행한다. 이와 같이 구성하면, 가공 공구(14a)의 이상을 보다 빨리 찰지할 수 있다.
본 예의 나사부의 가공 방법은, 측정 수단(13)에 의해, 피가공물(19a)의 가공 중의 축방향에 대한 열팽창량을 측정하고, 이 측정 결과를 기억 장치(22)에 기억한다. 그리고, 이 측정 결과로부터 피가공물(19a)에 대한 열팽창량의 이력 정보를 얻고, 이 열팽창량의 이력 정보에 근거하여, 제어 장치(17a)의 가공 조건 설정 기능에 의해, 다음에 가공해야 할 피가공물(19a)에 대한 가공 조건[피가공물(19a)의 회전 속도, 또는 피가공물(19a)과 가공 공구(14a)의 축방향에 대한 상대 변위 속도]을 결정한다. 구체적으로는, 가공 공구(14a)의 소모가 진행되어, 다음에 가공해야 할 피가공물(19a)의 열팽창량이 커진다고 예측했을 경우에는, 다음의 피가공물(19a)에 형성되는 나사부의 리드가 열팽창이 가라앉은(열수축한) 상태에서, 목표로 하는 리드와 비교해서 너무 작아지지 않도록, 제어 장치(17a)에 의해 회전 구동축(11)의 회전 속도, 또는 축방향 이송 장치(16a)의 이송 속도를 보정한다.
본 예의 나사부의 가공 방법 및 가공 장치에 의하면, 가공 시간이 짧아지는 가공을 실행하는 경우에도, 피가공물(19a)의 가공 중의 열팽창의 영향에 의해, 형성되는 나사부의 리드에 불균일이 생기는 것이 방지된다. 본 예의 경우, 피가공물(19a)의 열팽창량의 이력 정보에 근거하여, 다음의 피가공물(19a)에 대한 가공 조건이 결정된다. 이 때문에, 가공 시간이 짧아지는 가공을 실행하는 경우에도, 미리 결정한 가공 조건으로 다음의 가공을 실행하는 것에 의해, 피가공물(19a)마다의 가공의 전반과 후반 사이에서, 또한 피가공물(19a)끼리의 사이에서의 나사부의 리드에 불균일이 생기는 것이 방지된다.
도 3의 (a) 및 도 3의 (b)는 본 발명의 효과를 확인하기 위해서 실행한 실험의 결과를 나타내는 도면이다. 도 3의 (a)는, 본 발명을 적용하지 않고, 일정한 가공 조건으로, 1개의 가공 공구에 의해 복수 개의 피가공물의 가공을 실시했을 경우의 목표 리드에 대한 실제로 형성된 나사부의 리드의 차이와 가공 개수의 관계를 나타내고 있다. 도 3의 (a)로부터 명백한 바와 같이, 가공 개수가 적은 경우에는, 나사부의 리드가 목표 리드에 대해서 커지지만, 가공 개수가 많아지면, 나사부의 리드가 목표 리드에 대해서 작아진다. 이것은, 일정한 가공 조건이, 피가공물이 있는 정도의 열팽창량을 상정하여 설정되어 있기 때문이다. 이 때문에, 실제의 피가공물의 열팽창량이 상정한 열팽창량보다 작은 경우, 또는 상정한 열팽창량보다 큰 경우에는, 나사부의 리드의 목표 리드에 대한 차이가 커져 버린다. 도 3의 (a)에 나타내는 본 발명을 적용하지 않는 가공 방법에 의해 얻어진 피가공물은, 만일 허용 오차가 -3㎛ 내지 +3㎛의 범위로 설정되어 있는 경우, 이 범위에서 벗어나는 가공 개수가 약 80개 이하 및 약 250개 이상의 범위에 있는 피가공물은 불량품으로서 취급된다.
한편, 도 3의 (b)는, 본 발명을 적용하고, 1개의 가공 공구에 의해 복수 개의 피가공물의 가공을 실행했을 경우의 목표 리드에 대한 실제로 형성된 나사부의 리드의 차이와 가공 개수의 관계를 나타내고 있다. 도 3의 (b)로부터 명백한 바와 같이, 본 발명을 적용했을 경우, 가공 개수의 증가와 관계없이, 나사부의 리드의 목표 리드에 대한 차이가 일정한 범위(-3㎛ 내지 +3㎛) 내에 들어간다. 따라서, 허용 오차가 -3㎛ 내지 +3㎛의 범위로 설정되어 있는 경우에도, 모든 가공 개수의 범위에서 피가공물은 허용 오차를 만족하고 있다. 이와 같이, 본 발명의 나사부의 가공 장치 및 가공 방법에 의하면, 가공 개수의 증가에 수반하는 피가공물의 열팽창량의 증가에 관계없이, 피가공물에 형성되는 나사부의 리드에 불균일이 생기는 것이 효과적으로 방지된다.
본 예의 경우, 피가공물(19a)의 열팽창량의 이력 정보에 근거하여, 다음의 가공 조건을 설정하기 위한, 실시간의 피드백 제어와 같이 고속 또한 고정밀도의 제어가 불필요하다. 이 결과, 고가의 설비를 필요로 하지 않고, 설비 비용 및 가공 비용이 억제된다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에서는, 피가공물(19a)의 열팽창량의 이력 정보와 가공 개수(가공 시간)의 상관 관계를 나타내는 근사 직선[도 2의 쇄선(X) 참조]과, 가공 중의 피가공물(19a)의 열팽창량을 비교함으로써, 사용하고 있는 가공 공구(14a)의 상태를 판단하는 기능이 구비되어 있다. 이 때문에, 가공 공구(14a)에 생긴 이상을 조기에 발견하여, 가공 공구(14a)를 교환함으로써, 불량의 가공 공구(14a)에 의한 가공을 계속하는 것이 방지되어, 피가공물의 나사부의 품질을 양호하게 유지하는 것이 가능해진다.
본 발명은 막대 형상의 피가공물의 외주면에 나사부를 가공하는 경우뿐만 아니라, 관 형상의 피가공물의 외주면에 수나사부를 형성하는 경우, 또는 그 내주면에 암나사부를 형성하는 경우에도 적용 가능하다. 또한, 본 발명은 가공 속도가 빠른 절삭 가공을 실행하기 위한 나사부의 가공 장치나, 축방향 치수가 짧은 피가공물을 형성하기 위한 나사부의 가공 장치에 적용되는 경우에, 보다 큰 효과를 발휘할 수 있다. 다만, 본 발명은 연삭 가공을 실행하기 위한 나사부의 가공 장치나, 볼 나사 장치를 구성하는 볼 나사 막대의 볼 나사 홈, 또는 너트의 내주면에 암나사부 등을 가공하기 위한 나사부의 가공 장치에도 널리 적용 가능하다. 게다가, 본 발명은 이른바 다조(多條) 나사와 같이, 피가공물의 외주면 또는 내주면에, 나사 조수(條數)만큼의 나사부를 순차 형성하는 가공에도 적용 가능하다.
1 : 전동 모터 2 : 하우징
3 : 웜 치형부 4 : 웜
5 : 웜 휠 6 : 볼 베어링
7 : 출력축 8 : 치형부
9 : 스티어링 샤프트 10 : 제 1 구동 장치
11 : 회전 구동축 12 : 파지부
13 : 측정 수단 14, 14a : 가공 공구
15 : 제 2 구동 장치 16, 16a : 축방향 이송 장치
17, 17a : 제어 장치 18 : 이송대
19, 19a : 피가공물 20 : 테일스톡
21 : 앰프 22 : 기억 장치

Claims (4)

  1. 막대 형상 또는 관 형상의 피가공물과 가공 공구를 상대 회전시키는 동시에, 축방향으로 상대 변위시키는 것에 의해, 상기 피가공물의 외주면 또는 내주면에 나사부를 형성하는, 나사부의 가공 방법에 있어서,
    측정 수단에 의해, 가공 중의 피가공물의 축방향에 대한 열팽창량을 측정하고, 그 측정 결과로부터 상기 가공 중의 피가공물에 대한 열팽창량의 이력 정보를 얻고, 상기 열팽창량의 이력 정보에 근거하여, 다음에 가공해야 할 피가공물에 대한 상기 상대 회전의 속도 또는 상기 상대 변위의 속도를 결정하는
    나사부의 가공 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    가공 후의 피가공물의 상기 열팽창량의 이력 정보와 시간의 상관 관계와, 가공 중의 피가공물의 열팽창량을 비교함으로써, 사용 중의 가공 공구의 상태를 판단하는
    나사부의 가공 방법.
  3. 제 1 구동 장치에 의해 회전 구동되는 회전 구동축과,
    막대 형상 또는 관 형상의 피가공물의 일단을, 상기 회전 구동축과 동심 또한 일체로 회전 가능한 상태로 고정하기 위한 파지부와,
    상기 피가공물의 축방향에 대한 열팽창량을 측정하기 위한 측정 수단과,
    상기 피가공물에 가공을 실시하기 위한 가공 공구와,
    제 2 구동 장치에 의해 구동되어서, 상기 가공 공구와 상기 피가공물을 축방향에 대해서 상대 변위시키기 위한 축방향 이송 장치와,
    상기 회전 구동축의 회전 속도 또는 상기 축방향 이송 장치의 이송 속도를 제어하기 위한 제어 장치를 구비하고,
    상기 회전 구동축을 회전시키는 것에 의해, 상기 피가공물을 회전시키는 동시에, 상기 가공 공구와 상기 피가공물을 축방향에 대해서 상대 변위시킨 상태에서, 상기 피가공물의 외주면 또는 내주면에 나사부를 형성하는, 나사부의 가공 장치에 있어서,
    상기 측정 수단은, 가공 중의 피가공물의 축방향에 대한 열팽창량을 측정하고, 상기 제어 장치는, 그 측정 결과로부터 상기 가공 중의 피가공물에 대한 열팽창량의 이력 정보를 얻고, 상기 열팽창량의 이력 정보에 근거하여, 다음에 가공해야 할 피가공물에 대한 상기 상대 회전의 속도 또는 상기 상대 변위의 속도를 결정하는
    나사부의 가공 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 가공 후의 피가공물의 상기 열팽창량의 이력 정보와 시간의 상관 관계와, 가공 중의 피가공물의 열팽창량을 비교함으로써, 사용 중의 가공 공구의 상태를 판단하는
    나사부의 가공 장치.
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