WO1988002676A1 - Polygon manufacturing tool - Google Patents

Description

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明 細 書

ポ リ ゴ ン加 工装置

技 術 分 野

本発明 は 、 多角形状 断面 の 製品 を 製造 す る ポ リ ゴ ン加 ェ 装置 に 関 し 、 特 に 正多角形状製品 を迅速かつ 低 コ ス ト で 切 削加 工 可 能な ポ リ ゴ ン加 工 装置 に 関 す る 。

背 景 技 術

ボル 卜 ゃネ ジ等の頭部 を六角形 ま た は 四角形 に 形成 す る な ど多角形断面の製品 を製造 す る場合 、 従来 、 鍛造加 ェ ゃ フ ラ イ ス盤 に よ る切削加 工 を行 っ て い た 。 例 え ば 、 ワ ー ク を フ ラ イ ス盤で正 六角形状断面 に 切 削 す る場合 、 ワ ー ク を 6 0 度毎回 転さ せ て 一 面毎 に 削 す る 。 又 は一 定 間 隔を あ け た フ ラ イ ス盤間 に ワ ー ク を通 し 2 面を切 削 し 、 次 に ワ ー ク を 6 0 度回 転 さ せ て 次の 2 面を 切削 し 、 さ ら に 6 0 度回転 さ せ て 最後の 2 面を 切削 し て い た 。

し か し 、 上記従来法 は 、 多角 形状製品 の加 工 に 多大の 時間 と 労働を必要 と し 、 さ ら に 高価な フ ラ イ ス盤 を使用 せ ね ば な ら な い と い う 欠点が あ っ た 。

発 明 の 開 示

本発明 の 目 的 は 、 多角 形状断面の 製品 を迅速かつ 低 コ ス 卜 で 切 削加 工 可 能な ポ リ ゴ ン加 工装置を提供 す る こ と に あ る 。

上記 目 的を達成す る た め 、 本発明 の ポ リ ゴ ン加 工装置 は 、 ワ ー ク が装着さ れる 主軸 を 回転さ せ る た め の第 1 の 回転駆動手段 と 、 少な く と あ Ί つ の 切削刃 を 有 す る 工具 が装着される工具軸を回転させる た めの第 2 の回転駆動 手段と を備える 。 ま た、 制御手段が設け ら れ、 該手段は 主軸回転速度と回転軸回転速度と の比率が所定値に なる よ う に両回転駆動手段を制御する 。 さ ら に 、 送り 手段が 設け ら れ、 該手段は、 ワ ー ク と工具と が互い に接近する よ う に 主軸及び工具軸を相対移動させる 。

以上のよう に、 本発明 に よ れば、 少な く とも Ί つ の切 削刃 を有する 工具と ワ ーク と を、 所定の回転速度比で回 転させかつ互い に接近移動させる よ う に したので 、 1 つ の切削刃 ま た は各切削刃 に よ り ワ ー ク の周面に一対の平 坦面が形成され、 換言すれば、 ワ ークを所要数の辺を有 する多角形^断面に.加工できる 。 この加 工は、 旋盤等の 低廉な切削加ェ装置を用 いてワ ーク の所要軸方向部位に つ いて迅速に行える 。

図 面 の 簡 単 な 説 明

第 1 図は本発明に よる切削加工原理を説明する図、 第 2 図はワーク を正四角形状断面に加工する場合'を示す図 第 3 図はワ ー ク を正六角形状断面に加工する場合を示す 図 、 お よび第 4 図 は本発明の一実施例 に よるポ リ ゴン加 ェ裝置を示す概略ブロ ッ ク図である。

発明.を実施するための最良の形態 ま ず、 第 1 図を参照 し て、 本発明の切削加 工原理を説 明する 。

図に おいて、 回転中心 Q ◦ が図示 し ない主軸 に整合す るよ う に該軸 に装着さ れた ワ ー ク 1 と 、 回転中心 Q 1 が 図示 し な い 工具軸 に 整合 す る よ う に 該軸 に 装着 さ れ た ェ 具 4 と が 互い に 距離 a を お い て 離隔 し た 位置関係 に あ る と 仮定 す る 。 ま た 、 工 具 4 の刃 物 P はそ の先端 が 工具中 心 Q 1 か ら 距離 b の 半径方向位置を と る よ う に 工 具 に 装 着 さ れ て い る と 仮定 す る 。 さ ら に 、 ワ ー ク Ί 及び 工具 4 は 、 角速度 α お よ び 3 で 互 い に 逆方向 に 夫 々 回 転さ れ 、 又 、 回転開 始時 、 ワ ー ク 1 及び工具 4 は 、 刃 物 Ρ の先端 が 両回 転中心 Q 0 , Q 1 を結ぶ線上 に 位置 す る よ う な始 動 回 ¾位 置を夫 々 と る も の と 仮定 す る 。

今 、 ワ ー ク 1 の 回 転 が停止 し 、 従 っ て 、 ェ 4 4 の みが 回転 し て い る と す る と 、 刃 物 Ρ の先端の軌跡 は 回転中心 Q Ί を 中心 に 円 運動 を 行 う 。 従 っ て 、 時刻— t にお け る 二 次元直交座標系で の刃 物 P の先端 の座標 〈 X ' , y ' ) は 下式 で表わ さ れる 。

次 に 、 ワ ー ク Ί の 回転運動 を 考慮 す る 。 こ の運動 は 、 工 具 4 の 回転中心 Q 1 の 、 ワ ー ク 1 の 回 転中 心 Q 0 を 中 心 と し かつ 両中心 Q 0 , Q 1 間距離 a を半径 と し かつ 角 速度 が α で あ る 円 運動 と 等価で あ る 。 こ の 工 具回転中 心

Q 1 の 円 運転 は.、 次式 （ 3) , ( 4)で表わ せ る 。

X 0 = a cos t ( 3 ) y O = a si n a t ( 4 ) 結局 、 ワ ー ク 1 及び 工 具 4 が 回 転 し て い る と き の ヮ ー ク 1 上 に お け る刃 物 P の先端の 位 置 は 上 記第 （ 1 )式 ， 第 ( 2)式 と第 （ 3)式， 第 （ 4)式を合成 し た も の で表わせる 今 、 回 転を開始 し て t 秒経過 し た 時点 で の刃 物 P の先端 の 、 ワ ー ク 1 の 中心回転 Q ◦ を原点 と し た座標位置 （ X y ) を求め る と 、 次の第 （ 5 )式 ， 第 （ 6 )式の よ う に なる X = a cos a t - b cos ( β - ) t ( 5 ) y = a sin t + b si n { β - a ) t ( 6 ) こ こ で 、 ワ ー ク "1 と 工具 4 との 回転速度比を 1 ： 2 、 即 ち 3 = 2 a とする と上記第 （ 5 ) , ( 6 )式 は

X = a cos t - b cos a t = ( a — b ) cos t …（ 7 ) y = a s ί n t + b sin t = ( a + b ) sin t

'…（8》 と なる。 こ の第 （ 7) , ( 8)式 は楕円 の式であ り 、 刃 物 P の先端は長径 （ a + b ) 、 短径 （ a — b ) の楕円 を描 く こ と を意味 す る 。 すなわ ち 、 第 2 図 に 符号 P 1 で示 す 刃 物 の先端は符号 2 0 で示す楕円 の軌銃を描 く 。 こ の結 果、 ワ ー ク 1 及び工具 4 を第 2 図の横方向 に お い て互い に接近する よ う に相対移動 さ せ る と 、 当初は 円 形断面で あ っ た ワ ー ク 1 の周面に 曲率半径の大き い 曲面よ り な る 略平坦でかつ 互い に周一の一対の面 1 a が形成さ れる 。 次に 、 回転開始.時に お ける ワ ー ク Ί と 刃 物 P 1 と の相対 回転位置を前回加工サ イ ク ルで の設定位置 と は異な る位 置に 設定 し 、 次いで周様の加 工サイ クルを行え ば、 ワ 一 ク 1 に別の一対の平坦面 Ί b を形成で き 、 ワ ー ク Ί を 2 回 の加 工サイ クルで輅正 四角形状靳面に 形成できる 。 又 、 第 3 図 に 示す よ う に 、 工具 4 に 刃 物 P 1 に 加 え て 該刃 物 P 1 に 関 し 1 8 0 度位相 の ず れ た 刃 物 P 2 を 取付 け た と す る と 、 上述の よ う に 回転速度比が設定 さ れ て い る の で 、 工具 4 が第 3 図 に 示す 回 転位置か ら 1 8 0 度回 転 し て 刃 物 P 2 が第 3 図 の刃 物 Ρ Ί の位 置 に 来 る ま で の 間 に 、 ワ ー ク 1 は 9 0 度回 転す る 。 結局 、 刃 物 P 2 は刃 物 P 1 の軌跡 2 0 と 9 0 度位相 のず れた 軌跡 2 1 を通 る こ と と な る 。 こ の結果 、 ワ ー ク 1 に 一対の 平坦面 1 が 形成 さ れ 、 ワ ー ク 1 は 1 回 の加 工サ イ ク ルで略正 四角形 状断面 に 切削加 工 さ れる 。

な お 、 刃 物 P 2 の軌跡 は刃 物 Ρ Ί のそ れ に 対 し 1 8 0 度位相 がず れ て い る こ と か ら 、 第 （ 5 ) , ( 6 )式 に 対応 す る 式 を求め る際第 2 図 の 0 t の代 り に （ 3 t — π ) を導 入 す れば よ く 、 下式 を得 る 。

X = -a cos a t - b cos ( β t - π - a t )

……（9) y = a si n a t + b s i n ( β t - π - t )

··' ··· ( 10) こ れを整理 し て 下式 を得る 。

X = a cos a ΐ + b cos ( β - ) t ( 11 ) y = a si n a t - b si n ( β - ) t ( 12 ) 上式 に 3 = 2 a を代入 し て 次式 を 得る 。

X = a cos ひ t + b cos « t = ( a + b ) cos t

…… （ 13) - - y = a s ί n a t - b s i n t = ( a - b ) si n t

,·' ··. { 14) こ の第 （ 13 ) , ( 14)式 は x 軸 に 沿 う 長軸径 （ a + b ) と y軸 に沿 う 短軸径 （ a — b ) を有する 、 第 2 図 に 示す楕 円 軌跡 2 1 を表す 。

周様 に 1 2 0度位相 をず ら し て刃 物 Ρ Ί , P 2 , P 3 が取付け ら れた 工具 4 を用 い 、 ワ ー ク Ί と 工具 4 の回転 比を 1 : 2 ( β = 2 ) と す る と 、 第 3 図 に示 し た よ う な路正六角形の 断面形状に ワ ー ク 1 を 切削で き る こ と と なる 。 こ の よ う に 、 工具 4 の刃物 の数を増加 す る こ と に よ り 多角形の形状を 削で き 、 又、 ワ ー ク Ί と 工具 4 の 回転比を Ί : 2 か ら 異な る比 に変えれば正多角形以外の 種々 な形状の加工が可能 と なる 。

以下、 第 4 図を参照 し て 、 本発明の一実施例 に よ る ポ リ ゴン加 工装置を 説明 する 。

参照符号 3 0 は コ ン ピ ュ ー タ ー 内蔵の数値制御装置 ( 以下 C N C と い う ) で 、 マイ ク ロ コ ン ピ ュ ー タ （ 以下 C P U と い う ） 3 1 を備え 、 該 G P U 3 1 に はバ ス 3 2 で以下の要素 3 3〜 4¹· 1 がバ ス接続さ れて い る 。 参照符 号 3 3 は管理プロ グラ ム等を記億する R 0 M、 3 4 はデ ー タ の一 時記億等に利用 さ れる R A M、 3 5 は各種設定 値や N C加工プ ロ グラム等を記億する 不揮発性メ モ リ 、 3 6 は N C テ ープ 4 9 よ り N C加工プ ロ グラ ム を読取る テ ープ リ ー ダ、 3 7 は手動デー タ入力装置で あ る 。

主軸 イ ン タ 一 フ I イ ス 3 8 に は 主铀制御 回路 4 2 が接 - -

続さ れ 、 該主軸 制御 回 路 4 2 は主軸 モ ー タ 4 5 を 駆動 し 該主軸 モ ー タ 4 5 に 連結さ れ た 主軸 2 を 回転 さ せ 、 主軸 2 に 取付け ら れ た ワ ー ク 1 を 回転 さ せ る 。 な お 、 ヮ 一 ク 1 はそ の 回転中心 Q O ( 第 1 図 ） が主軸 2 に 整合 す る よ う に 該軸 に 装着 さ れて い る 。 又 、 エ ン コ ー ダ 4 6 は主軸 モ ー タ 4 5 の実際回 転位置 を検出 し て こ れ を主軸制御 回 路 4 2 に フ ィ ー ドパ ッ ク し 、 主軸制御 回路 4 2 は主軸 2 を 設定速度で 回 転 す る よ う フ ィ ー ドバ ッ ク 制御 す る 。 さ ら に 、 エ ン コ ー ダ 4 6 の検出信号 は カ ウ ン タ 3 9 に 入力 さ れ 、 C P U 3 1 に よ っ て 該 カ ウ ン タ 3 9 の値が所定周 期毎 に 読 ま れ 、 主軸 2 の実際回転速度を検出 す る よ う に な っ て い る 。. さ ら に 、 サ ー ポ イ ン タ ー フ ェ イ ス 4 0 に は 工 具軸 5 を 回転 さ せ る た め の" — ポ モ ー タ 4 7 を駆動 制 御 す る 工 具軸 回 転サ ー ポ 回路 4 3 が 接続さ れ 、 又 、 サ ー ポイ ン タ ー フ I イ ス 4 1 に は工 具軸 5 を X 軸 、 即 ち 、 主 軸 2 に対 し 接近離反方向 に 軸送 り す る た め の サ ー ボ モ ー タ 4 8 を駆動 す る軸送 り サ ー ポ 回路 4 4 が接続 さ れ て い る 。 な お 、 図示 し て い な い が サ ー ポ モ ー タ 4 7 , 4 8 に は エ ン コ ー ダが設け ら れ 、 各 々 のサ 一 ポ モ ー タ 4 7 , 4 8 の 回転位置 を検出 し て 各 サ 一 ポ 回路 4 3 ， 4 4 に フ ィ ー ドパ ッ ク し 、 工具軸 5 の 回転及び送 り を夫々 の指令速 度 で行 う よ う に な っ て い る 。 又 、 工 具 4 は そ の 回転中 心 Q 1 ( 第 1 図 ） が 工具軸 5 に 整合 す る よ う に 該軸 に 取付 け ら れ 、 該 工具 に は 1 以上の 刃 物 が取付け ら れ て い る 。 又 、 主軸 2 及び工具軸 5 は 互 い に 平行 に 配 さ れ て い る 。 以上の よ う な構成に お い て 、 ポ リ ゴン加 工を行う 場合 に は、 所要数の工具 4を工具軸 5 に 取付け る 。 例 え ば 、 第 4図 に示す よ う な六角形状 に加 工を行 う 場合 に は互い に Ί 2 ひ度位相のずれた周方向位置に刃物 が取付け ら れ た 工具 4を工具軸 5 に取付ける 。 一方 、 N Cテ ープ 4 9 又 は不揮発性メ モ リ 3 5 に は例 え ば次の よ う なポ リ ゴ ン N C加エブロ グラ ム を記億させて お く 。

S ♦… ： ( a )

G 5 1 . 2 P… Q ( b )

X… F… ； ( c )

X ^;… ： ( d )

G 5 0. 2 ； ( e )

上記プ ロ グラム にお い て 、 'ブ ロ ッ ク （ a ) の キ ャ ラ ク タ S は主軸速度の指令であ り 、 該キ ャ ラ ク タ に続 く 数値 は主軸 回転速度を表 し 、 例 え ば 2 0 0 0に設定 さ れる 。 プ ロ ッ ク （ b ) の G 5 1 . 2 はポ リ ゴ ン加 工指令 コ ー ド であ り 、 P , Qは主軸 2 と 工具軸 5 と の 回転比を入力 す るもの で 、 第 3図お よび第 4図 の よ う に ワ ー ク Ί を正多 角形状断面に 加工す る場合は G 5 1 . 2 P 1 Q 2 ; と 回 転比が 1 ： 2 に な る よ う にプ ロ グラム さ れる 。

上記プ ロ ッ ク （ c ) は工具軸 の送 り 量 と送 り 速度で あ り 、 Xの次 に 送 り 量を 、 Fの 次 に 送 り 速度 を 入力 す る も の で あ る 。 又 、 ア ロ ッ ク （ d ) は加 工終 了後 工 具軸 5の 復旧 す る位置で あ り 、 （ e ) は該ポ リ ゴ ン加 工 終 了 コ ー ド で あ る 。

そ こ で 、 C P U 3 1 が以上 の よ う な加 工 プ ロ グ ラ ム を 読込 む と 、 ま ず 、 主軸 イ ン タ 一 フ I イ ス 3 8 お よ び主軸 制御 回路 4 2 を介 し て i軸 モ ー タ 4 5 を駆動 し て 上記ブ ロ ッ ク （ a ) に 設定 さ れ た 速度で主軸 を 回転 さ せ る 。 次 に 、 G 5 1 . 2の コ ー ド と P , Qの 値を 読み 、 こ の P , Qで 設定 さ れ た 回 転 比 に な る よ う に 、 サ 一 ボ イ ン タ ー フ ェ イ ス 4 0お よ び工具軸 回転サ ー ボ 回路 4 3を介 し て サ ー ボ モ ー タ 4 7 を駆動 す る 。 今 、 P 1 Q 2 と 設定 さ れ て い る と す る と < 3 = 2 ひ ） 、 工具軸 4 は主軸 回 転速度 の 2倍の速度で 回転 す : δこ と と な る 。 次 に C P U 3 1 はブ ロ ッ ク （ c ) を 読み 、 X軸 、 即 ち 工具軸 5を X で 設定 さ れ た 量 だけ Fで設定 さ れ た 送 り 速度で かつ 第 1 図 の紙面 に 沿 っ た 方向 に お い て 主軸 2側 に 移動 さ せ'て ワ ー ク 1 を 工具 4 に よ っ て 徐々 に 切削加 工 す る 。 そ し て 、 設定移動 量だ け移動 し 、 ブ ロ ッ ク （ c ) が終了 す る と 、 換言 す れ ば 、 ワ ー ク 1 を所定 の 断面形状 に 加 工 し 終 る と 、 ブ ロ ッ ク （ d ) に よ り 工具軸 5 を加 工 開始位 置へ復帰 さ せ 、 次 の ブ ロ ッ ク （ e ) で ポ リ ゴ ン加 工終了 コ ー ド G 5 0 . 2 を 読む と 、 ポ リ ゴ ン加工 を終了 し 、 次の処理へ 移行 す る （ 以上の 動作を行 う こ と に よ っ て 、 主軸 と 工 具軸 の 回 転 比 （ P , Q ) が 1 : 2 に 設定 さ れ 、 かつ 、 工具 に 第 2図 に示すよう に 8 0 度位相がずれて刃物が配置さ れて い れば、 略正四角形の断面形状の加工物が—回の加 ェサイ クルで得られる 。 又第 3 図 に示すよう に 1 2 0毎位相が ずれて刃物が配置さ れて いれば、 略六角形の形状の加工 物を得る こ と ができる。 又、 9 0度毎位相がずれて刃物 が配置さ れていれば、 略八角形の加工饬を得る こ と がで ぎる 。 こ の場合、 回転比を Ί . V- X tすれば略正多'角 形状に加ェでぎる。 さ ら に 、 工具 4 にひとつ の刃钩を取 り 付けて加工を行 つ ても良い 。 この場合に は 1 回の加工 サイ クルで一対の平坦面が形成され、 加ェ開始時の ヮ ー ク とェ具と の相対回転位置を加-エサイ クル毎に変更設定 しつつ加工サィ クルを 2 分の n 回 （ n は偶数 ）—に亘 り繰 返すこ と に よ-り T—ク を π 角形状に加 Iでぎる 。

なお、 上記実施例で は、 ヮー ク 1 と ェ具 4 とを第 1 図 の紙面に沿う方向において相対接近移動させて加ェを行 う よ う に し た が、 これに 限定される ちので はない。 例え ば、 第 1 図の紙面に沿う方向 において ヮ ー ク Ί と工具 4 とを第 図 に示す位置関係に 配する と共に 、 第 1 図の紙 面に直交する方向におい て両者を離隔させておぎ 、 加ェ にあた り 両者を上記直交方向 に おいて相対接近移動させ てもよい 。 この場合、 かかる相対送 り に適 し た刃物を用 いる 。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . ワ ー ク が装着 さ れる 主軸 を 回 転さ せ る た め の第 1 の 回転駆動手段 と 、 少な く と も ひ と つ の 切削 刃 を 有 す る 工具が装着 さ れる 工 具軸 を 回転さ せ る た め の第 2 の 回転駆動手段 と 、 前記主軸 の 回転速度 と 前記ェ 具軸 の 回 転速度 と の比率が所定値 に な る よ う に 前記 第 1 ， 第 2 の 回転駆動 手段 を制御 す る た め の 制御 手 段 と 、 前記 ワ ー ク と 前 記 工 具 と が互い に 接近 す る よ う に 前記主軸 お よ び前記工具軸 を相対移動 さ せ る た め の 送 り 手段 と を備 え る ポ リ ゴ ン加 工 装置 。

2 . 前記工具 に 複数の 切削刃 を前記工具軸 に 関 し て 周 心状 に かつ 等 し い 間 隔 を お い て 取付け 、 こ れ に よ り 回 の加 工 サ イ ク ルで前記 ワ ー ク を多角形状断面 に 加 工 す る 請求の範囲第 1 項記載の ポ リ ゴ ン加 工 装置

3 . 前記主軸 回転速度 と 前記工具軸 回転速度 と の 比率 を 2 ： 1 に 制御 し 、 こ れ に よ り 前記 ワ ー ク を 正多角 形状 断面 に 加 工 す る 請求の 範囲第 2 項記載の ポ リ ゴ ン加 工装置 。

4 . 前記主軸及び前記工 具軸 を い に反対方向 に 回 転 さ せ る 請求の範囲第 1 項 ， 第 2 項又 は 第 3 項記 載の ポ リ ゴ ン加 工装置 。

5 . 前記送 り 手段 は 、 前記 工 具軸 を 前記主軸 に 向 け て 移動 さ せ る 請求の 範囲第 1 項 ， 第 2 項又 は第 3 項記 載の ポ リ ゴ ン加 工装置 。

6 . 前記送 り 手段 は 、 前記工具軸及 び前記主軸 を 設定 送 り 速度で かつ 設定送 り 量 に 亘 り 相対移動 さ せ る請 求の 範囲第 1 項， 第 2 項又は第 3 項記載の ポ リ ゴ ン 加 ェ装置。

前記主軸及び前記工具軸 を互い に 平行 に配 し た 請 求の範囲第 1 項 ， 第 2 項又は第 3 項記載の ポ リ ゴ ン 加 工装置。