WO2000021705A1

WO2000021705A1 - Dispositif et procede d'usinage

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Publication number: WO2000021705A1
Application number: PCT/JP1999/005609
Authority: WO
Inventors: Hiroki Nonaka
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 1998-10-09
Filing date: 1999-10-12
Publication date: 2000-04-20
Also published as: DE69929910T2; EP1125666B1; EP1125666A1; JP2000308938A; DE69929910D1; JP3518443B2; US6533508B1; EP1125666A4

Description

明細機械加工装置および機械加工方法、. 技術分野

この発明は、工具と被加工材との相対回転によって加工をおこなう機械加工装置および機械加工方法に関し、特に工具もしくは被加工材を自転かつ公転させる機械加工装置および方法に関するものである。背景技術

機械加工方法の一種であるコン夕リング加工と称される加工方法は、切刃を備えた切削工具を自転させると同時に、その切削工具を被削材（被加工材）を中心に公転させる加工方法であり、その典型的な例はエンドミル加工である。その一例が、特開平 6 3 - 2 1 2 4 4 2号公報に記載されている。この公報に記載されたコン夕リング加工方法は、エンドミルを自転させつつ公転させて加工をおこなうにあたり、自転かつ公転するエンドミルの刃先の回転径をレーザ光線によって測定し、その測定結果に基づいて数値制御装置における工具径補正機能により工具径を補正するように構成したものである。そして、実際の切削加工においては、エンドミルを先ず加工対象孔の中心部に挿入し、その位置から刃先が加ェ対象孔の内面に接する位置、より正確には加工径となる位置に移動させ、その後、加工対象孔の内面に沿って移動させる。すなわちエンドミルを工作機械の主軸に取り付けて自転させ、その主軸をいわゆる X - Y 平面内で円運動させることにより、エンドミルを公転させている。

またこれとは異なる形式の装置として、極座標系の機構を使用した装置が知られている。すなわち、モー夕によって回転もしくは揺動運動させられる主アームの先端に、主軸用のモー夕と工具軸アームとが取り付けられ、その工具軸アームの先端に主軸用モ一夕によって回転させられる工具軸が取り付けられている。この種の装置では、まアームと工具軸アームとを連動させて揺動運動させることにより、工具軸を円運動すなわち公転させ、あるいは主アームを回転させることにより、工具軸を公転させ、その公転半径を工具軸アームの主アームに対する相対角度を変えることによって変更する。

さらに他の形式の装置として、第 1の軸にその半径方向に移動するェ具軸を取り付け、その工具軸を第 1の軸と共に回転させることによりェ具軸を公転させ、かつ第 1の軸の半径方向における工具軸の位置を変えることにより、工具軸の公転半径を変更するように構成した装置が知られている。

上述したコンタリング加工における切刃と被削材との相対速度すなわち切削速度は、工具の自転よる切刃の周速と公転による円運動速度とを加えたものになる。しかしながら、上述した従来のコン夕リング加工では、工具を取り付けた主軸を円運動させることにより、工具を公転させているので、公転速度が自転速度に比較してきわめて低速であり、切削速度は実質的に工具の自転速度すなわち主軸の回転数で決定されてしまう。

すなわち従来のいわゆる X— Y座標系の装置では、 X— Y平面での 2 軸方向への送りを協調させることにより工具を公転させているので、制御上の制約で公転速度を高速化することが困難である。また主軸を 2軸方向に移動させるためには、例えば主軸頭をコラムに沿って上下動させると同時に、コラムをベッド上で水平移動させることになり、したがつて移動させるべき部分の質量がきわめて大きいので、主軸の公転速度を高速化することが困難である。また、揺動運動する主アームの先端部で工具軸アームを揺動させることにより、工具軸を公転運動させる極座標系の装置においても、工具軸アームを揺動させるモー夕や工具軸を自転させるモーを主アームと共に揺動運動させることになり、また上記の X— Y座標系の装置と同様に、 2つのモ一夕の協調動作によって工具軸を公転運動させるので、工具軸の公転速度を高速化することが困難である。

さらに、他の形式の装置においても、工具軸を自転させるためのモー夕を、工具軸と共に公転運動させることになるので、その質量が大きいことにより、高速回転させることが困難である。そして、工具軸を公転させる形式の装置では、工具軸の公転半径を変更するのに伴って工具軸を自転させるためのモー夕の位置が変化するので、回転する部材の全体としての重心位置が変化する。そのために、公転速度の増大に伴って振動が大きくなるおそれがある。

結局、従来では、工具軸あるいはこれに取り付けた切削工具の公転速度を速くすることができないので、切削速度に占める主軸の公転による速度の割合は高々 2〜 3 %程度に過ぎず、そのため、工具の送り量が小さいので加工能率を高めるために、工具の自転速度を速くし、あるいは切刃の幅を大きくして加工をおこなわざるを得ない。

しかしながら切削幅が大きければ、切刃に対して切り屑が接触する面積が大きくなり、その結果、摩擦や発熱が顕著になって工具寿命が低下することになり、この点で加工能率が大きく制約される不都合があった。また、上述したコン夕リング加工は、切刃が被削材に繰り返し食い込むいわゆる断続切削になるが、上記従来の方法では、工具の公転速度が遅く、送り量が小さいことにより、すなわち自転速度が速いことにより、切刃が被削材に食い込む繰り返し回数が増大する。言い換えれば、幅が大きくかつ長さの短い切り屑が多数生じる切削をおこなうことになる。そのため、衝撃力が切刃に作用する回数が多くなり、またその衝撃力が大きいために工具寿命が低下する可能性が高く、この点で加工能率が制約される。、.

この発明は、上記の事情を背景としてなされたものであり、工具と被加工材との相対回転による機械加工の加工能率を向上させることのできる装置および方法を提供することを目的とするものである。

また、この発明の他の目的は、工具あるいは被加工材の自転回転数と公転回転数との比率を可変とすることにより、加工能率あるいは加工精度を向上させることのできる装置および方法を提供することである。

この発明の更に他の目的は、工具あるいは被加工材の公転回転数を高速化することのできる加工装置を提供することである。

そしてまたこの発明の他の目的は、工具または被加工材の公転半径を、自転および公転させつつ変更することのできる加工装置を提供することである。

この発明の他の目的は、工具の寿命を低下することとなく、加工能率を向上させることのできる装置および方法を提供することである。発明の開示

この発明の加工装置では、工具もしくは被加工材を取り付けて回転する主軸が、中心軸線を中心に回転する公転軸の偏心位置に回転自在に保持され、これらの公転軸と主軸とをそれそれ異なる回転数で回転させる回転駆動機構が備えられている。

したがつてこの発明の加工装置では、主軸および公転軸をそれそれの中心軸線を中心に回転させると、主軸の先端部に取り付けた工具あるいは被加工材が自転かつ公転する。その場合、公転軸を単独で回転させることにより、主軸に取り付けた工具もしくは被加工材が公転するので、その公転速度の制約要因がない。そのため、加工速度における公転による速度割合すなわち工具と被加工材との相対送り速度や送り量を大きくすることができる。、- また、この発明の加工装置では、前記回転駆動機構を、基台部に固定された公転用モー夕と、その公転用モー夕から前記公転軸に動力を伝達する公転用伝動機構と、前記基台部に固定された主軸用モー夕と、その主軸用モ一夕から前記主軸に動力を伝達する主軸用伝動機構とを備えた構成とすることができる。

このような構成であれば、いずれのモ一夕も固定されているので、主軸を公転させるのに伴って旋回運動させる質量が小さくなり、そのために、主軸の公転速度を高速化することができる。その主軸用伝動機構を、ローラによってトルクを伝達する構成とすることにより、主軸の回転変動を防止して精度の高い加工をおこなうことが可能になる。

この発明の加工装置は、前記公転軸の内部に該公転軸の中心軸線に対して偏心した軸線を中心にして自転する偏心軸が配置され、その偏心軸の中心軸線に対して偏心した位置に前記主軸が自転自在に保持された構成とすることができる。

このような構成であれば、偏心軸を回転させることにより、工具もしくは被加工材の公転軸に対する偏心量すなわち工具もしくは被加工材の公転半径が変化する。その結果、工具と被加工材との相対送り量や加工半径を任意に変化させることができるうえに、加工途中で偏心軸を回転させることにより、テーパ形状の加工やリセス加工などをおこなうことが可能になる。

この発明では、前記偏心軸を、前記公転軸と一体となって回転させるとともに公転軸に対して相対回転させる公転半径変更機構を設けてもよい。このような公転半径変更機構を設ければ、主軸に取り付けた工具もしくは被加工材を自転かつ公転させつつその公転半径を変更でき、そのため、テーパ加工やリセス加工などの加工対象形状の径が変化する加工を容易におこなうことができる。

さらにその公転半径変更機構が、相互に関連して回転する 3つの回転要素によって差動回転作用をおこなう差動機構を有し、それら 3つの回転要素のうち第 1の回転要素が前記公転用伝動機構に連結され、第 2の回転要素が前記偏心軸に連結され、さらに第 3の回転要素が前記基台部に固定された公転半径変更用モ一夕に連結されている構成であってもよい。

このように構成すれば、主軸を自転させるための機構と、主軸を公転させるための機構と、その公転半径を変更する機構とが互いに独立し、またモー夕などの重量の大きい部材を円運動させることがないので、主軸の公転速度を高速化することができ、それに伴って主軸の公転回転数に対する自転回転数の比率を自由に設定でき、さらには主軸の公転中にその公転半径を任意に変更することができる。

前記偏心軸を設けられた加工装置では、前記主軸がその中心軸線に重心が一致するようにバランス調整され、その主軸を偏心位置に取り付けられた前記偏心軸がその中心軸線に重心が一致するようにバランス調整され、前記主軸を自転自在に保持している偏心軸が取り付けられた前記公転軸がその中心軸線に重心が一致するようにバランス調整される。

このようにすれば、偏心軸を回転させて主軸の公転半径を変化させても、全体としての重心の位置が実質的に変化しないので、主軸の公転回転数を高くしても振動が生じず、そのため、加工精度の悪化や工具に対する負荷の増大を招くことなく、主軸すなわち工具もしくは被加工材の公転速度を高速化することができる。この発明の機械加工方法は、工具と被加工材とを相対的に回転させる機械加工方法であって、予め定めた最大加工断面積と加工速度との少なくともいずれか一方に基づいて前記工具による単位時当たりの加工量を求め、その単位時間当たりの加工量に基づいて工具もしくは被加工材の公転回転数に対する自転回転数の比率を決定し、その比率を満たすように前記工具もしくは被加工材を自転かつ公転させて前記被加工材の加ェをおこなうことを特徴とする方法である。

したがつてこの発明の方法では、工具の寿命を短縮したり工具に対する負荷を増大させたりせずに、加工効率のよい自転回転数および公転回転数を設定することができ、機械加工の能率を向上させることができるまたこの発明の方法は、工具もしくは被加工材を自転かつ公転させつつ両者を接触させる機械加工方法であって、前記工具の公転回転数に対する自転回転数の比率を、 3 7以下に設定して前記工具に設けられた切刃によって前記被加工材の断続切削をおこなうことを特徴とする方法である。

この方法によれば、工具を回転させる断続切削の際の工具と被加工材との相対送り量が大きくなり、そのために、 1刃当たりの切削幅を小さくしても切削量あるいは加工能率が低下しない。言い換えれば、加工能率を低下させることなく、 1刃当たりの切削幅を小さくし、それに伴つて発熱や切削抵抗、衝撃力などを低下させることができるので、工具寿命を向上させることができる。さらには、その工具寿命の範囲で 1刃当たりの切削量を増大させることにより、加工能率を向上させることがでぎる。

さらにこの発明の更に他の方法は、切刃を有する工具と被加工材との一方を自転かつ公転させつつ前記切刃によって被加工材を切削する機械加工方法であって、前記切刃の前記被加工材に対する切削速度のうち、前記公転に伴って生じる切削速度の割合を、 7 %以上に設定して前記被削材の断続切削をおこなうことを特徴とする方法である。

したがつてこの方法によれば、工具と被加工材との «対送り速度を増大させることができるので、 1刃当たりの切削幅を小さくし、それに伴つて工具に対する負担を低下させてその寿命の向上を図り、さらにはェ具寿命の範囲で切削量を増大させて加工能率を向上させることができる。さらにまたこの発明の他の加工方法は、工具もしくは被加工材を自転かつ公転させておこなう機械加工方法であって、その公転回転数に対する自転回転数の比率を、前記被加工材に生じる加工面の面粗さに基づいて変更して前記被加工材の加工をおこなうことを特徴とする方法である。この加工方法によれば、 1つの装置もしくは工具で荒加工から仕上げ加工までの各種の加工をおこなうことができ、その結果、設備コストを低廉化できるのみならず、加工工数を削減して機械加工の高能率化を図ることができる。

上述した加工装置を使用するこの発明の更に他の方法は、工具もしくは被加工材を自転かつ公転させつつ相対的に軸線方向に前後動させて加ェをおこなうとともに、前記公転回転数に対する自転回転数の比率を、その軸線方向で前方に向けて移動させる加工工程と軸線方向で後方に向けて移動させる加工工程とで異ならせることを特徴とする方法である。したがつてこの加工方法では、工具もしくは被加工材を、その軸線方向に往復移動させる間に、例えば公転回転数に対する自転回転数の比率を小さくした荒加工とその比率を大きくした仕上げ加工とをおこなうことができ、その結果、全体としての加工時間を短縮して生産性を向上させることができる。図面の簡単な説明図 1は、この発明の装置の一例を示す断面図である。図 2は、その主軸、偏心軸、公転軸ならびに保持軸の半径方向での相対位置を説明するための図である。図 3は、差動機構に使用されている基本的な機構を説明するための機構図である。図 4は、差動機構の構成要素を分解して示す模式図である。図 5は、各軸のバランス調整の状態を示す説明図である。図 6は、自転/公転比を決定する方法を説明するためのフローチヤートである。図 7は、切削箇所での切刃の軌跡を示す模式図である。図 8は、自転/公転比および工具径ならびに刃数の変化に応じて加工能率および加工精度の変化に傾向を示す線図である。図 9は、図 1に示す装置で孔の内面切削をおこなっている状態における工具と加工孔との相対位置を示す模式図である。図 1 0は、自転/公転比と加工能率との関係を測定した結果を示す線図である。図 1 1は、この発明の方法による刃先の軌跡を示す図である。図 1 2は、自転/公転比と加工精度との関係を測定した結果を示す線図である。図 1 3は、この発明を旋盤に適用した例を模式的に示す正面図である。図 1 4は、この発明を旋盤に適用した例を模式的に示す平面図である。発明を実施するための最良の形態

つぎに、この発明を図面を参照して具体的に説明する。先ず、この発明に係る機械加工装置を、切削加工をおこなう装置を例に採って説明すると、図 1において、工具 1は、シャンク 2の先端部の外周に切刃 3を設けたミーリングカツ夕であり、この工具 1を先端部に装着する主軸 4 が、保持軸 5の内部に配置されている。この保持軸 5は、円筒状の軸であって、図 1に示す切削加工装置 6全体のハウジング（すなわち基台部） 7に一体化されている。したがって保持軸 5は、被削材（図示せず）に対して移動させられるものの、自転することはない。この保持軸 5の内部には、公転軸 8が軸受 9によって自転自在に保持されている。この公転軸 8には、その軸心に対して偏心しかつ軸線方向に延びた孔が形成され、その内部に偏心軸 1 0が軸受 1によって自転自在に保持されている。したがつてこの偏心軸 1 0は、公転軸 8が自転することにより、公転軸 8の軸心を中心にして公転する。この偏心軸 1 0は、前記主軸 4の公転半径を変更するためのものであって、その軸心に対して偏心しかつ軸線方向に貫通した貫通孔が形成され、その貫通孔の内部に主軸 4が軸受 1 2によって自転自在に保持されている。

図 2は、上述した各軸の半径方向での相対位置を模式的に示しており、保持軸 5に対して公転軸 8が同軸上に配置されている。この公転軸 8の軸心 0 8 に対して偏心した位置に軸心 O 10を持つ偏心軸 1 0が、公転軸 8の内部に配置されている。この偏心軸 1 0の内部に自転自在に配置された主軸 4は、偏心軸 1 0の軸心 0 10に対して偏心している。

したがって偏心軸 1 0を自転させると、その軸心 O 10から外れた位置にある主軸 4が、その軸心◦ 10を中心とした円周 C 10上を移動する。その公転軸 8に対する偏心軸 1 0の偏心量と、偏心軸 1 0に対する主軸 4 の偏心量とが等しい場合には、主軸 4の軸心 0 4 が公転軸 8の軸心 0 8 に一致して公転軸 8に対する主軸 4の偏心量がゼロとなることがある。すなわち、偏心軸 1 0を自転させることにより、その内部に配置した主軸 4の公転軸 8に対する偏心量が変化する。そして、公転軸 8に対する偏心軸 1 0の偏心量と、偏心軸 1 0に対する主軸 4の偏心量とが等しい場合には、その偏心量の 2倍を限度として、公転軸 8に対する主軸 4の偏心量が、ゼロからそれ以上に変化する。

この主軸 4に取り付けられた工具 1は、主軸 4と共に自転する一方、主軸 4が公転軸 8の内部に保持されているので、公転軸 8が自転することにより、主軸 4すなわち工具 2が、公転軸 8の軸心 0 8 を中心に公転する。その場合の公転半径が、前記偏心軸 1 0を回転させて設定される公転軸 8に対する主軸 4の偏心量となる。

前記公転軸 8の図 1における右側の端部は、ハウジグ 7の後端部側まで延びており、その外周に嵌合させた軸受 1 3を介してハウジング 7 によって回転自在に支持されている。この公転軸 8における後端側の部分には、軸心を中心とした貫通孔が形成されており、その貫通孔の内部に入力軸 1 4が軸受 1 5を介して回転自在に保持されている。この入力軸 1 4は前記主軸 4を自転させるためのものであって、主軸用モータ M l に連結されている。なお、この主軸用モー夕 M l は、基台部であるハウジング 7に固定されている。またこの入力軸 1 4における図 1での左側端部は、公転軸 8の内部で前記主軸 4の後端部に接近した位置に延びている。

そしてこの入力軸 1 4の端部には外径の異なる複数のローラ 1 6が接触した状態に配置されている。これらのローラ 1 6は、入力軸 1 4の軸線と平行となるように公転軸 8に取り付けた支持ピン 1 7に回転自在に取り付けられている。さらに、これら複数のローラ 1 6の全体を覆うように円筒体 1 8が嵌合させられている。なお、各ローラ 1 6は、この円筒体 1 8と入力軸 1 4との間に圧入された状態となっており、それそれの接触圧力が高いことにより、摩擦力によってトルクを伝達するようになっている。

円筒体 1 8は、主軸 4の後端部の外周を覆っており、その主軸 4の外周面と円筒体 1 8の内周面との間に、前記ローラ 1 6 と同様に外径の異なる複数のローラ 1 9が圧入されている。そのローラ 1 9を回転自在に取り付けてある支持ピン 2 0が、主軸 4の外周側に軸受を介して回転自在に配置したリング状歯車 2 1に連結されている。さらにこのリング状歯車 2 1が、前記偏心軸 1 0の後端部にピンによって連結されている。したがって入力軸 1 4のトルクが、その外周面に接触しているローラ 1 6の自転により円筒体 1 8に伝達され、またこの円筒体 1 8のトルクが、その内周面に密着している他の複数のローラ 1 9 自転によって主軸 4に伝達される。すなわちモ一夕 M l によって入力軸 1 4を回転させることにより、そのトルクが主軸 4に伝達されて主軸 4が自転する。そして各ローラ 1 6 , 1 9が相対的に公転することにより、入力軸 1 4に対する主軸 4の偏心量すなわち主軸 4の公転半径が変更される。

前記公転軸 8のうちリング状歯車 2 1の外周側の部分に、内外周面に貫通した複数の切欠き部が形成され、前記リング状歯車 2 1に嚙合した中間歯車 2 2が各切欠き部に配置されている。これらの中間歯車 2 2が配置されている各部分における公転軸 8の肉厚が、その内側の軸線方向に沿う孔の軸心が公転軸 8の軸心に対して偏心していることにより、相互に異なっており、したがって各中間歯車 2 2の外径が、それそれの部分における公転軸 8の肉厚に合わせて大小に異なっている。すなわち各中間歯車 2 2の最も外周側の部分を結んだ円が、公転軸 8の軸心を中心とした円となるように構成されている。なお、各中間歯車 2 2は公転軸 8に取り付けた支持ピン 2 3によって回転自在に支持されている。

また各中間歯車 2 2が、内歯歯車である公転半径変更歯車 2 4に嚙合している。この公転半径変更歯車 2 4は、円筒軸 2 5の先端部の内周面に形成されている。そしてこの円筒軸 2 5は、前記公転軸 8の外周側に入力軸 1 4と同軸上に嵌合させて配置され、かつ軸受 2 6によって回転自在に保持されている。

前記入力軸 1 4の外周側に位置する公転軸 8の外周部に公転軸歯車 2 7が固定され、またこの公転軸歯車 2 7に隣接して配置された中間軸歯車 2 8が前記円筒軸 2 5に固定されている。その公転軸歯車 2 7が、差動機構 2 9における入力歯車 3 0に嚙合し、また中間軸歯車 2 8が差動機構 2 9における出力歯車 3 1に嚙合している。

ここで差動機構 2 9について説明すると、この差動機構 2 9は、図 3 に示す構成の機構を利用して構成されている。すなわ図 3において、リング状部材 1 0 0の内周面にスプラインなどの歯 1 0 1が形成されており、その歯 1 0 1 より歯数の少ない外歯 1 0 2が形成された可撓性リング 1 0 3が、前記リング状部材 1 0 0の内周側に回転自在に配置されている。この可撓性リング 1 0 3の内周側には、楕円形の回転部材 1 0 4がベアリング 1 0 5を介して配置されており、その長径の両端部で可撓性リング 1 0 3がリング状部材 1 0 0の歯 1 0 1に押し付けられて嚙合させられている。したがって図 3に示す機構では、可撓性リング 1 0 3の歯数がリング状部材 1 0 0の歯数より少ないので、可撓性リング 1 0 3を 1回転させてもリング状部材 1 0 0は 1回転せずに歯数の差だけ回転角度が少なくなる。

図 4は、差動機構 2 9を分解して模式的に示す図であって、上記のリング状部材 1 0 0に相当する一対のサ一キユラ一スプライン 3 2 , 3 3 と、これらに嚙合する前記可撓性リング 1 0 3に相当するフレクスプライン 3 4と、その内周側に嵌合させられた楕円形状の回転部材 1 0 4に相当するウエーブジェネレータ 3 5 とを有している。すなわち内周面にスプライン歯を形成した一対の円筒状のサ一キュラスプライン 3 2， 3 3 と、そのサ一キユラスプライン 3 2， 3 3のスプライン歯に嚙合するスプライン歯が外周面に形成され、かつ可撓性のある円筒体であるフレクスプライン 3 4と、楕円形のカムの外周面にボールベアリングがはめ込まれ、そのボールベアリングの外周に前記フレクスプライン 3 4が嵌合されるウエーブジェネレータ 3 5 とを備えている。

一方のサーキユラスプライン 3 2の歯数とフレクスプライン 3 4の歯数とが等しく（例えば 2 0 0枚に）設定され、そのサーキュラスプライン 3 2が入力歯車 3 0の内周側に嵌合固定されている。これに対して他方のサ一キユラスプライン 3 3の歯数が、フレクスプライン 3 4の歯数よりわずか多く（例えば 2 0 2枚に）設定されておりこのサ一キユラスプライン 3 3が出力歯車 3 1の内周側に嵌合固定されている。そしてそのウェーブジェネレータ 3 5が調整軸 3 6に嵌合固定され、かつその調整軸 3 6が半径変更モー夕 M 2 に連結されている。なお、この半径変更モータ M 2 は、この発明の基台部に相当するハウジング 7に固定されている。

したがつてこの差動機構 2 9では、ウェーブジェネレータ 3 5すなわち調整軸 3 6を固定した状態で入力歯車 3 0を回転させると、入力歯車 3 0に固定したサ一キユラスプライン 3 2の歯数とフレクスプライン 3 4の歯数とが等しいので、フレクスプライン 3 4が入力歯車 3 0と同一回転数で回転する。これに対して出力歯車 3 1に固定してあるサ一キュラスプライン 3 3の歯数が、フレクスプライン 3 4の歯数より多いので、出力歯車 3 1がその歯数差に応じて減速されて回転する。上記の例では、フレクスプライン 3 4の歯数が " 2 0 0 " に対して、サ一キュラスプライン 3 3の歯数が " 2 0 2 " であるから、出力歯車 3 1は、 2 0 0 / 2 0 2 = 1 0 0 / 1 0 1に減速されて回転する。

このように回転数の差が生じるが、その場合であっても主軸 4の公転半径が変化しないように入力歯車 3 0と公転軸歯車 2 7との歯数比および出力歯車 3 1 と中間軸歯車 2 8 との歯数比が設定されている。一例として、入力歯車 3 0の歯数が " 1 0 0 "で、公転軸歯車 2 7の歯数が " 2 0 0 " の場合、出力歯車 3 1の歯数が " 1 0 1 " で、かつ中間軸歯車 2 7の歯数が " 2 0 0 " に設定される。このような構成の場合、調整軸 3 6すなわちウェーブジェネレータ 3 5を固定した状態で例えば入力歯車 3 0を 1 0 1 r p mで回転させれば、出力歯車 3 1が 1 0 0 r p mで回転し、かつ公転軸歯車 2 7が 1 0 1/2 r pmで回転する。そして出力歯車 3 1が 1 O O r pmで回転することにより、これに嚙合している中間軸歯車 2 8が、 1 0 0 x 1 0 1/2 0 0 = 1 0 1 /^ r pmで回転する。すなわち公転軸歯車 2 7と中間軸歯車 2 8とが同速度で回転する。したがって公転軸 8の回転数と円筒軸 2 5との回転数とが等しくなるので、円筒軸 2 5に形成した公転半径変更歯車 24とこれに嚙合している中間歯車 2 2とこれに嚙合しているリング状歯車 2 1とが一体となつて回転する。すなわち各ローラ 1 6 , 1 9の公転方向の位相が一定に維持される。

また一方、フレクスプライン 34と出力歯車 3 1側のサ一キュラスプライン 3 3との歯数に相違があるために、フレクスプライン 34の回転に対してサーキユラスプライン 3 3の減速が生じ、その減速度は歯数に差に応じたものとなる。上記の例では、歯数の差が "2" であるから、フレクスプライン 34の回転に対してサ一キユラスプライン 3 3は、 2 /2 0 0 = 1/ 1 0 0の割合で減速される。すなわち調整軸 3 6と共にフレクスプライン 34を 1 0 0 r pmで回転させると、サーキュラスプライン 3 3がマイナス（―） l r pmで相対回転する。なお、入力歯車 3 0側のサ一キュラスプライン 3 2とフレクスプライン 34とは歯数が同じであるため、回転数に差が生じない。結局、調整軸 3 6と共にフレクスプライン 34を回転させると、入力歯車 3 0と出力歯車 3 1 との回転位相に相違が生じる。すなわち調整軸 3 6の回転数の 1 / 1 0 0の回転速度で入力歯車 3 0と出力歯車 3 1との相対回転運動を生じさせることができる。

このような相対回転は、公転軸 8とリング状歯車 2 1 との相対回転すなわち各ローラ 1 6， 1 9の相対的な公転速度として現れる。そして各ローラ 1 6 , 1 9の相対的な公転によって主軸 4の入力軸 1 4に対する偏心量すなわち公転半径が変化するので、上記の装置では、公転半径の微調整を容易におこなうことができる。なお、図 1において符号 3 7は公転歯車を示し、この公転歯車 3 7は前記入力歯車 3 0に嚙合している c そしてこの公転歯車 3 7に公転用モ一夕 M 3 が連結されている。なお、この公転用モー夕 M 3 は、この発明の基台部に相当するハウジング 7に固定されている。また、上記の公転半径変更モー夕 M 2 と、差動機構 2 9 と、この差動機構 2 9から公転軸 8にトルクを伝達する系統および差動機構 2 9から偏心軸 1 0にトルクを伝達する系統が、この発明における公転半径変更機構に相当している。

そして、図 1に示す切削加工装置においては、主軸 4の公転運動を二次元方向の直線運動の組合せによって達成するのではなく、主軸 4を内蔵している公転軸 8の自転によって達成するので、主軸 4を高速で自転かつ公転させることができる。また、上記の例では、偏心軸 1 0の自転によって主軸 4の公転軸 8に対する偏心量を変更できるので、公転中にその半径を変更することができる。そのため、テ一パ孔の切削加工や内径の相違する複数種類のボーリング加工さらにはリセス加工などを容易におこなうことができる。

なお、上述した主軸用モータ M l から主軸 4に到るトルクの伝達系統がこの発明の主軸用伝動機構に相当し、また公転用モー夕 M 3 から公転軸 8に到るトルクの伝達系統がこの発明の公転用伝動機構に相当し、さらにこれら 2つの伝動機構を併せた機構が、この発明の回転駆動機構に相当している。

上述した主軸 4に工具 1を取り付けて切削加工をおこなう場合、主軸 4および公転軸 8を回転させることにより、主軸 4を自転させつつ公転させ、またその間に偏心軸 1 0を回転させることにより、主軸 4の公転半径を変化させる。このように各軸を回転させた場合の振動を防止するために、上記の 3軸は以下のようにバランス調整されている。

図 5はそのバランス調整の状態を説明するための図であって、先ず、主軸 4はその先端部に工具もしくは工具に相当する重 ·《を取り付け、その状態で中心軸線 0 4 上に重心が一致するようにバランス調整されている。これは、例えば、主軸 4の外周の一部を削り取ったり、あるいは反対にネジなどの調整用のウェイトを取り付けるなど所定の質量 Wb を付カロ · 削除することによりおこなうことができる。また、半径方向でのバランス調整のみならず、軸線方向におけるバランス調整もおこなわれる。また、偏心軸 1 0については、上記のようにバランス調整した主軸 4 を偏心位置に組み付けた状態で、全体としての重心が中心軸線 0 10に一致するようにバランス調整されている。このバランス調整も上記の例と同様に、偏心軸 1 0の外周の一部に、所定の質量 Wb を付加 ' 削除することによりおこなうことができる。

そして、公転軸 8については、主軸 4を組み付けかつバランス調整された偏心軸 1 0を偏心位置に組み付けた状態で、その外周の一部に所定の質量 Wb を付加 · 削除することにより、中心軸線 0 8 上に重心が一致するようにバランス調整されている。なお、この公転軸 8および上記の偏心軸 1 0についても、その軸線方向におけるバランス調整がおこなわれている。

したがって公転軸 8を回転させて主軸 4を公転させた場合、その全体としての重心が、公転軸 8の回転中心 0 8 に一致しているので、主軸 4 を高速で公転させても振動が生じることがなく、少なくとも偏心荷重やそれに起因する振動が防止もしくは抑制される。このような状態は、主軸 4の公転半径を変更した場合にも維持される。すなわち、主軸 4および偏心軸 1 0のそれそれが回転中心に重心が一致するようにバランス調整され、その状態で公転軸 8に組み付けられるとともに、回転中心 0 8 に重心が実質的に一致しているので、偏心軸 1 0が回転して主軸 4の半径方向での位置が変化しても、全体としての重心の位置が変化しない。したがって主軸 4の公転半径の変更の前後でバランスの変化がなく、高速回転させても振動を効果的に防止もしくは抑制することができる。

つぎに上記のこの発明にかかる加工装置を使用した機械加工方法について説明する。この発明に係る切削加工装置は、前述したように、それそれ固定設置された主軸用モー夕 M l と公転用モー夕 M 3 とを駆動することにより、主軸 4すなわちこれに取り付けた工具 1が自転しつつ公転するので、公転速度を従来になく高速化することができ、それに伴いェ具の自転回転数と公転回転数との比率 Kを適宜に設定することができる。そして、その比率 Kが工具寿命や加工能率に大きく影響するので、先ず、その比率 Kを決定する。

図 6は、その自転/公転比 Kを決定する方法を示すフローチヤ一トであって、先ず、自転/公転比 Kの初期値を設定する（ステップ S 1 ) 。この自転/公転比 Kが " 1 " であれば、工具が 1回自転する間に 1回公転することになり、これは、ボーリング加工であり、したがって断続切削をおこなうコンタリング加工は自転/公転比が " 1 " より大きい値の場合におこなわれる。そこで、自転/公転比 Kの初期値はコン夕リング加工となる値のうちの小さい値を採用し、例えば整数の " 2 " を設定する。

一方、加工対象物の材質や加工形状などに基づいて使用する工具が決まるので、その工具の切刃の刃数 Zを指定し（ステップ S 2 ) 、またェ具径 D 1 を指定する（ステップ S 3 ) 。

これら自転/公転比 Kと工具の刃数 Zおよび径 D 1 と製品の加工孔の径 D O とに基づいて切削厚み tを計算する（ステップ S 4 ) 。図 7は切削箇所の模式的な拡大図であり、 C 1 の符号を付した線が前刃の軌跡、 C2 の符号を付した線が後刃の軌跡である。これらの各刃の軌跡は、ェ具が自転しつつ公転することにより生じる。ステップ S 4では、これらの各刃の軌跡の間隔が最も大きい箇所の寸法が計算される。そしてその計算は、工具に関する上記の各データ Z , D1 および自転/公転比に基づいて幾何学的におこなうことができる。

また、最大切削断面積 Aを指定する（ステップ S 5 ) 。この最大切削断面積 Aは切削中での瞬間での最大値であり、これは工具ごとのボーリング加工におけるデータなどの既存のデ一夕に基づいて指定する。すなわち工具の 1刃ごとの負荷は切削断面積に応じて増大し、工具に許容できる最大切削断面積は工具デ一夕として予め用意されている。ステップ S 5ではその既存のデ一夕に基づいて最大切削断面積 Aを指定する。ステップ S 4で計算された切削厚み tとステップ S 5で指定された最大切削断面積 Aとから切削幅 f z ( = A/t ) が計算される（ステップ S 6 ) o

さらに使用工具に関する条件として切削速度 Vを指定する（ステップ S 7 ) 。切削速度 Vは、切刃の被削材に対する相対速度であり、切削速度 Vが大きいほど切刃の摩耗が進行しやすく、工具寿命が短くなる。したがって加工条件から工具寿命が決まるから、それに基づいて切削速度 Vを指定する。

切削速度 Vは、工具の自転による切刃の周速と公転による周速とを加えたものであるから、ステヅプ S 1で設定した自転/公転比 Kとステヅプ S 7で指定した切削速度 Vとに基づいて公転回転数 Nを計算する（ステツプ S 8 ) 。具体的には、加工孔の径を DO 、工具の径を D1 とすると、

N = Vxl000/ C TT X {DO +D1 (K— 1 ) } 〕

で求められる。なお、切削速度 Vは、工具が公転することによる切削速 ύ U 度 V A と自転することによる切削速度 V B とを加算した速度となり、それそれの切削速度 VA , V B は、

VA = N X D 0 X 7Γ 、- V B 二 N x ( K - 1 ) D 1 X 7Γ

でも求めることができる。

つぎに、加工能率 Qを計算する（ステップ S 9 ) 。この加工能率 Qは、単位時間あたりの切削量であり、上記の公転回転数 Nと、切削幅 f z と、加工径 D O と、粗材径 D 2 とに基づいて計算される。こうして求めた加ェ能率 Qが要求を満たすものであるか否かの判定をおこなう（ステップ S 1 0 ) 。これは、例えば要求されている切削加工のサイクルタイムなどに基づいて判定することができる。

このステップ S 1 0の判定結果が否定的であれば、切削速度 Vを増大させることができるか否かが判定される（ステップ S 1 1 ) 。前述したステップ S 7において、工具に許容される切削速度のうち最大値より遅い切削速度を指定してあれば、このステップ S 1 1で肯定的に判断され、その場合は、ステップ S 7に進んで切削速度 Vを許容される範囲で増大させる。すなわち加工能率 Qを増大させる方向に切削条件を変更する。これに対してステップ S 1 1で否定的に判断された場合には、切削断面積 Aを増大させることができるか否かが判断される（ステップ S 1 2 ) o 前述したステップ S 5において、最大切削断面積 Aとして最大値より小さい値を指定していれば、このステップ S 1 2で肯定的に判断され、その場合はステツプ S 5に進んで最大切削断面積 Aの値を大きくする。すなわち、加工能率 Qを増大させるように切削条件を変更する。

これとは反対にステップ S 1 2で否定的に判断された場合には、刃数 Zの多い工具に変更できるか否かが判断される（ステップ S 1 3 ) 。これは、用意されている工具の有無で判断される。刃数 Zの多い工具に変 ύ丄更できる場合に、ステップ S 2に進んで、新たに選択した工具刃数 Ζを指定する。その場合、刃数 Ζが増大することになるので、加工能率 Qを増大させるように切削条件を変更することになる。、- 工具を変更することができないことによりステップ S 1 3で否定判断された場合には、自転/公転比 Κを小さい値に下げ（ステップ S 1 4 ) 、ステップ S 4の前に戻る。すなわち自転ノ公転比 Κを小さくすれば、公転回転数が相対的に大きくなり、 1枚の切刃による 1回あたりの切削長さが長くなり、加工能率 Qが増大する。

なお、上述した過程においては、加工能率 Qの判定結果に基づく切削条件の選択をおこなっているが、ステップ S 1では自転/公転比 Κを小さい値に設定しているので、その状態では加工能率 Qが高くなっている。したがって通常は、ステップ S 1 0で肯定判断され、当初指定した加工条件を変更する必要が生じることはない。

上記のようにして加工能率 Qの判定をおこなった後、加工精度の判定をおこなう。図 7に示すように、切刃は円運動をおこなうので、被削材の内面は円弧状に削り取られ、また前刃が切削した後に残る部分に後刃が切り込む間に、工具は公転速度に応じて加工孔の円周方向にわずか移動している。そのために、図 7に符号 Ηで示す高さの三角形断面の凸部が残る。この凸部の高さ Ηは、図 7から知られるように、後刃が被削材に切り込むまでの工具の移動量すなわち工具の公転速度に関係しており、公転回転数 Νが大きいほど高さ Ηが高くなる。そこで、加工能率 Qの判定結果が肯定的であった場合には、ステップ S 1 5に進んで、切削残留部である凸部の幾何学的な高さ Ηを、自転/公転比 Κを利用して計算する（ステップ S 1 5 ) 。

この高さ Ηは、加工寸法の誤差あるいは面粗度として現れるものであるから、その高さ Ηを要求精度と対比して判定する（ステップ S 1 6 ) 。前述したように工具の公転速度すなわち公転回転数が大きいと、工具が所定角度回転する間の工具の移動量が大きくなり、それに伴って切削残留凸部の高さ Hが高くなるから、上記のように自転/ 転比 Kの初期値を小さくしてある場合には、高さ Hが高く、加工精度が低くなっている。例えば荒加工の場合には、自転/公転比 Kが初期値であってもステップ S 1 6で肯定的に判定されることがあり、その場合、高さ Hの判定の基礎となった自転/公転比 Kの値を採用する（ステップ S 1 7 ) 。そして、その自転/公転比 Kに基づいて工具の自転数、公転数、送り速度などの切削条件を設定する。なお、自転数は、ステップ S 8で求めた公転数 N に、自転/公転比 Kを掛け算する（N X K ) ことにより求めることがでぎる。

また一方、前記高さ Hは、切刃の軌跡が直線に近いほど、すなわちェ具径 D 1 が大きいほど低くなり、加工精度が高くなる。そこで、切削残留凸部の高さ Hが要求を満たさない程度に高く、そのためにステップ S 1 6で否定判断された場合には、工具径 D 1 を増大させることができるか否か、すなわち径 D 1 の大きい工具に変更できるか否かが判断される (ステップ S 1 8 ) 。

このステヅプ S 1 8で肯定判断された場合には、ステップ S 3に進んで新たな工具の径 D 1 を指定する。これとは反対にステップ S 1 8で否定的に判断された場合には、刃数 Zの多い工具に変更できるか否かか判断される（ステップ S 1 9 ) 。すなわち前述したように、切削残留凸部の高さ Hは、前刃に続いて後刃が被削材に切り込むまでの間の工具の移動量が大きいほど高くなるから、刃数が多いことにより前刃と後刃との間隔が短ければ、その高さ Hが低くなる。したがって工具径 D 1 を増大できない場合には、刃数 Zを多くできるか否かを判断し、肯定的に判断された場合には、ステップ S 2に進んで新たな工具の刃数 Zを指定する。 0 これとは反対にステップ S 1 9で否定的に判断された場合には、自転 /公転比 Kを大きくする（ステップ S 2 0 ) 。すなわち公転回転数を相対的に小さくして、加工孔の円周方向に向けた工具の、移動量を小さくする。

上記のステップ S 1 8で肯定的に判断された工具径 D 1 を増大させた場合、あるいはステップ S 1 9で肯定的に判断されて工具の刃数 Zを増大させた場合、もしくはステップ S 2 0で自転/公転比 Kを増大させた場合には、これらの加工条件の変更に伴って加工能率 Qが変化するので、上記のステップ S 4ないしステップ S 1 0を実行して、加工能率 Qの計算と判定とを再度おこなう。その加工能率 Qの判定結果が肯定的である場合、あるいは加工能率 Qの計算および判定に伴って加工条件が変化された場合、再度、ステップ S 1 5で前記高さ Hの計算をおこなうとともにステップ S 1 6でその判定をおこなう。こうして、加工能率 Qおよび加工精度の要求を満たす自転/公転比 Kを決定し、それに基づいて自転数や公転数、送り速度などの切削条件を設定する。

図 8は自転/公転比 Kおよび工具径 D 1 ならびに刃数 Zに応じて加工能率 Qおよび加工精度（前記高さ H ) の変化の傾向を示す線図である。すなわち自転/公転比 Kが大きいほど加工能率 Qが大きくなるとともに加工精度が低下し、また工具径 D 1 が大きいほど加工精度が高くなり、さらに刃数 Zが多いほど加工精度が高くなる。

このようにして設定された切削条件に基づいて前記主軸用モ一夕 M l および公転用モ一夕 M 3 の回転数が制御され、また保持軸 5 と共に主軸 4が軸線方向に移動させられて切削加工がおこなわれる。図 9は、上述した装置に装着した工具 1 によって中繰り加工をおこなっている状態を示す模式図であり、前記主軸用モ一夕 M l を駆動することにより、工具 1はその軸心 0 1 (すなわち主軸 4の軸心 0 4 ) を中心に自転する。これと同時に公転用モー夕 M3 を駆動することにより、公転軸 8が自転させられ、それに伴って主軸 4すなわち工具 1が公転軸 8の軸心 08 すなわち加工孔 40の中心 O40を中心にして公転する。、.

したがって主軸用モー夕 Ml および公転用モー夕 M3 を駆動させた状態で、前記保持軸 5を移動させ、工具 1を対象とする加工孔 4 0の内部に挿入する。工具 1が、自転および公転しているから、その先端部の外周に設けてある切刃 3は、工具 1の自転による周速度と公転による加工孔 40の円周方向への送り速度とを加えた切削速度で被削材 4 1を切削することになる。その場合、図 1に示す装置では、工具 1の公転速度の制約が殆どないので、公転速度を速くして切削をおこなう。具体的には、自転/公転比 Kを "3 7" 以下とする。また、公転回転数の増大に伴つて切削幅を小さくする。これは、公転回転数が大きければ、工具の送り量が増大して切り屑の長さが長くなって切削量が増大するからである。図 1 0は、自転/公転比 Kと加工能率との関係を測定した結果を示す図である。ここで、加工能率は、単位時間（m i n) 当たりの切削容積 ( c c ) であり、内径 5 5 mmの孔を切削速度 2 0 0 m/m i n、切削幅 0. 6 mmで切削した場合の測定結果である。使用した工具は外径 2 0 mmのェンドミルと外径 5 0 mmのェンドミルである。

図 1 0に示すように、公転回転数が大きいことにより自転/公転比 K が小さいほど加工能率が増大し、自転/公転比 Kが "3 7" 以下になるとその増大傾向が顕著になり、特に " 2 0" 以下であれば、従来一般の自転/公転比 Kを " 1 0 0" 程度に設定した際の加工能率の 2倍以上の加工能率を得ることができる。なお、図 1 0において自転/公転比が " 1 " の加工能率は、連続切削であるボーリング加工の加工能率を示す。前述したようにコン夕リング加工における切削速度は、工具の自転による切刃の回転速度と公転による切刃の送り速度との和となるが、この発明に係る上記の切削加工装置では、公転回転数の制約がないので、公転による切刃の送り速度を大きくする。具体的には、この発明では、切削速度のうち工具の公転による速度の割合が 7 %以上^なるように設定する。これは、公転半径の変更あるいは公転回転数の変更のいずれによつて設定してもよい。

工具を自転かつ公転させるコン夕リング加工では、切刃が 1回転する間に工具が所定寸法送られるから、刃先の軌跡は図 1 1に示すように、加工孔 4 0の内周面に沿ったループ状になる。その結果、切刃が被削材に作用していない間に工具が送られる部分が生じ、この部分がいわゆる切り残し部分となって加工孔 4 0の中心に向けて突出した状態となる。その高さ Hを加工精度の指標とすることができる。図 1 2は自転/公転比 Kと加工精度 H ( u m ) との関係を測定した結果を示している。この測定をおこなった切削条件は、加工孔の内径 5 5 m m, 切削速度 2 0 0 m/m i n、切削幅 0 . 6 m mである。また使用した工具は、外径 2 0 m mの 8枚刃、外径 2 0 m mの 1 6枚刃、外径 5 0 m mの 8枚刃、外径 5 0 m mの 1 6枚刃の各ェンドミルである。

この発明に係る上記の切削加工装置では、公転回転数の制約がないために、自転/公転比 Kを、連続切削である " 1 " まで減少させることができ、それに伴い加工精度を任意に設定することができる。すなわちこの発明の方法では、加工精度（言い換えれば切削面の面粗さ）に基づいて自転/公転比 Kを設定する。こうすることにより、いわゆる荒加工から仕上げ加工までの各種の切削加工を、工具を交換することなく実行することができる。例えば、所定の孔の内面の加工をおこなう場合、開口端側からの送り工程で自転/公転比 Kを小さくして荒加工をおこない、戻り工程で自転/公転比 Kを大きくして加工精度の高い仕上げ加工をおこなうことにより、短時間で製品の加工を終了し、生産性を向上させる fa ことができる。

ここでこの発明の方法による加工例と従来のェンドミル加工の例とを示す。、.

(本発明のコン夕リング加工例）

加工孔径： 6 5 mm、加工深さ： 5 0 mm、工具径： 2 5 mm、工具刃数： 8枚。切削速度は 2 0 0 m/m i nとし、そのうちの工具の自転による速度は 1 4 2 · 1 m/m i n ( 7 1. 0 5 %) であり、また工具の公転による速度は 5 7. 9 m/m i n ( 2 8. 9 5 %) である。これを自転/公転比 Kで示すと、 1 8 0 9. 3 / 2 8 3. 5 = 6. 3 8 (< 3 7 ) である。したがって 1刃当たりの送り量は 4 m mであり、また軸方向の切り込み量は 1 mmとし、 5 1刃で分担することとした。さらに半径方向への切り込み量は 2 mmとした。切削に要した時間は、 0. 1 7 6 3分であった。さらに逃げ面の摩耗量が 0. 3 mmになるまでに加ェした被削材の数は、 2 0 0個であった。

(従来のエンドミル加工例）

加工孔径： 6 5 mm, 加工深さ： 5 0 mm、工具径： 2 5 mm、工具刃数： 8枚。切削速度は 2 0 0 m/m i nとし、そのうちの工具の自転による速度は 1 9 6. 9 9 m/m i n ( 9 8. 5 %) であり、また工具の公転による速度は 3. 0 1 m/m i n ( 1. 5 %) である。これを自転/公転比 Kで示すと、 1 9 6. 9 9 /3. 0 1 = 6 5. 4 5 (〉 3 7 ) である。したがって 1刃当たりの送り量は 0. 1 5 mmであり、また軸方向の切り込み量は 4 mm (各刃の切削幅）とした。さらに半径方向への切り込み量は 2 mmとした。切削に要した時間は、 0. 848 1分であった。さらに逃げ面の摩耗量が 0. 3 mmとなるまでに加工した被削材の数は、 2 0個であった。

これらの切削加工の例から明らかなように、この発明の方法によれば、加工孔の軸線方向への切り込み量が僅かであっても、すなわち切削幅が小さくても、短時間で加工が終了し、加工能率を従来になく高くすることができた。また、工具寿命が従来になく向上した。れは、 - 1刃当たりの送り量が大きいことにより、切刃に作用する衝撃回数や衝撃力が低下し、またボーリング加工とは異なり断続切削であることにより切刃の空冷をおこなうことができ、その結果、凝着や酸化などによる摩耗を抑制でき、さらには衝撃によるチッビングなどの損傷を抑制することができたことに基づくものと思われる。

以上、この発明を具体例に基づいて説明したが、この発明は上述した具体例に限定されないのであり、例えば図 1に示す偏心軸 1 0を、自転することのできない固定軸としてもよく、このような構成であっても公転回転数を大きくして送り量の大きい切削をおこなうことができる。また図 1に示す構成では、トルクの伝達をローラおよび歯車を介しておこなうように構成したが、トルクの伝達を全て歯車あるいはローラによつておこなうように構成し、あるいはチェーンなどの巻き掛け伝動装置を介しておこなうように構成してもよい。さらに、上記の具体例では、自転用のモ一夕と公転用のモー夕ならびに公転半径を変更するためのモー夕の 3つのモー夕を用いた構成としたが、これらいずれかのモー夕を廃止し、それに替えて変速機構を介してトルクを自転用および公転用もしくは公転半径変更用に分配するように構成してもよい。そしてこの発明における差動機構は、上述した具体例で示した構成のものに限定されないのであって、要は、 3つの回転要素が相互に関連して回転して差動作用をおこなうように構成されたものであればよい。

また、上記の具体例では、孔の内面切削の例を示したが、この発明では、それ以外の各種の切削加工をおこなうことができるのであり、軸の外径の切削加工、テ一パ孔の内面あるいはテーパ軸の外面の切削加工に _{0 0} 適用することができる。この種のテーパ加工の場合には、図 1に示す偏心軸 1 0を切削加工中に連続的に回転させて工具の公転半径を変化させることにより、テ一パ加工を容易におこなうことができ'る。ざらにこの発明は、雄ねじや雌ねじの切削加工ゃ孔あけ加工に適用することができる。そしてこれらいずれの切削加工の場合であっても、公転回転数を大きくして送り量を従来になく増大させることにより、加工能率を向上させることができる。

さらに、この発明は、工具を回転させる代わりに、被加工材を回転させる機械加工装置にも適用することができる。その一例を図 1 3および図 1 4に示してある。ここに示す例は、旋盤の例であり、べヅド 2 0 0 の上に X軸テーブル 2 0 1 と Υ軸テーブル 2 0 2 とが 2段に積み重ねて配置されている。すなわち、 X軸テーブル 2 0 1は、ベッド 2 0 0の長手方向と直交する方向に移動するリニアガイド機構 2 0 3によってぺッド 2 0 0上に配置されており、 Υ軸テーブル 2 0 2がその X軸テ一プル 2 0 1上に、べヅド 2 0 0の長手方向に移動するリニアガイド機構 2 0 4を介して配置されている。そしてその Υ軸テーブル 2 0 1上に、図 1 に示す装置が、その主軸 4の軸線を Υ軸デ一プル 2 0 2の移動方向と平行にした状態で固定されている。また、この図 1 3および図 1 4に示す例では、被加工材 2 0 5を把持するチャック 2 0 6が主軸 4の先端部に取り付けられている。

さらにベッド 2 0 0の長手方向の一端部にはコラム 2 0 7が上方に向けて延びた状態に配置されている。そのコラム 2 0 7の上端部には、ェ具頭 2 0 8が設けられ、ここにバイトなどの工具 2 0 9が、前記チヤック 2 0 6に向けて突出した状態に取り付けられている。このコラム 2 0 7を挟んだ両側、より正確には前記 X軸テーブル 2 0 1の移動方向での両側に、被加工材 2 0 5の搬入部 2 1 0と搬出部 2 1 1 とが設けられている。したがって X軸テ一ブル 2 0 1を移動させることにより主軸 4に取り付けられたチャック 2 0 6を、搬入部 2 1 0および工具 2 0 9ならびに搬出部 2 1 1の各々に対向する位置に移動させ、また Y軸テーブル 2 0 2を移動させることにより、チャック 2 0 6を搬入部 2 1 0および工具 2 0 9ならびに搬出部 2 1 1の各々に向けて前後動させるように構成されている。

この図 1 3および図 1 4に示すように構成した機械加工装置によれば、チャック 2 0 6によって把持した被加工材 2 0 5を、前記主軸 4を自転かつ公転させつつ工具 2 0 9に向けて移動させることにより、工具 2 0 9によって被加工材 2 0 5の旋削加工をおこなうことができる。その場合、主軸 4と共に被加工材 2 0 5が自転かつ公転しつつ工具 2 0 9に接触するので、被加工材 2 0 5 と工具 2 0 9 とが間欠的に接触し、断続切削をおこなうことになる。そのため、切削に伴って生じる切り屑が短く分断されたものとなり、前述した具体例で得られる加工能率の向上や面粗度の向上などの効果に加え、切り屑の排出性が良好になる。

またさらに、この発明は、上述したように切削加工のための装置や方法に限らず、研削などの他の機械加工をおこなう装置や方法に適用することができる。そして、この発明では、工具と被加工物とが相対的に移動して加工をおこなえばよいのであるから、そのいずれか一方を自転かつ公転させるとともに、そのいずれか一方を、互いに直交する 3軸の少なくともいずれか一軸方向に移動させて加工をおこない、もしくは移動させるように構成されていればよい。

以上説明したようにこの発明によれば、主軸を回転させると同時に、その主軸を偏心位置に保持した公転軸をその中心軸線を中心に回転させることにより、主軸の先端部に取り付けた工具あるいは被加工材を自転かつ公転させることができる。その場合、公転速度の制約要因が特にはないので、加工速度における公転による速度割合すなわち工具と被加工材との相対送り速度や送り量を大きくすることができる。そのため、この発明によれば、例えばコン夕リング加工の際の送り量を大きくして加ェ能率を向上させることができると同時に、加工能率を低下させることなく切削幅を小さくすることが可能になり、そのために切刃に対する負荷が低減して工具寿命を向上させることができる。

また、この発明によれば、主軸を自転させるモー夕と主軸を公転させるモー夕とのいずれをも固定しておくことができる。このように構成することにより、主軸を公転させるに伴って旋回運動させる質量が小さくなり、そのために、主軸の公転速度を高速化することができる。また、その主軸を自転させるためのトルクの伝達機構や公転させるためのトルクの伝達機構にローラを使用することにより、振動や回転変動の少ない自転および公転をおこなわせることが可能になり、機械加工精度が向上する。

この発明によれば、前述した偏心軸を備えた構成とし、その偏心軸を回転させることにより、工具もしくは被加工材の公転軸に対する偏心量が変化するので、工具もしくは被加工材の送り量や加工半径を任意に変化させることができるうえに、加工加工途中で偏心軸を自転させることにより、テーパ形状の加工やリセス加工などをおこなうことが可能になる。

この発明によれば、主軸を回転させるための機構と、主軸を公転させるための機構と、その公転半径を変更する機構とを互いに独立した構成とすることができ、そのような構成であれば、モー夕などの重量の大きい部材を円運動させることがないので、主軸の公転速度を高速化することができ、それに伴って主軸の公転回転数に対する自転回転数の比率を自由に設定でき、さらには主軸の公転中にその公転半径を任意に変更することができる。

さらにこの発明のようにバランス調整すれば、偏心軸を回転させて主軸の公転半径を変化させても、全体としての重心の位戴が実質的に変化しないので、主軸の公転回転数を高くしても振動が生じず、そのため、加工精度の悪化や切刃に対する負荷の増大を招くことなく、主軸すなわち工具や被加工材の公転速度を高速化することができる。

そしてまたこの発明の加工方法によれば、単位時間あたりの加工量すなわち加工能率に基づいて工具もしくは被加工材の公転回転数に対する自転回転数の比率を決定するので、工具の寿命を短縮したり工具に対する負荷を増大させたりせずに、加工効率のよい自転回転数および公転回転数を設定することができ、機械加工の能率を向上させることができる。

またこの発明の他の加工方法によれば、工具もしくは被加工材の公転回転数に対する自転回転数の比率を " 3 7 " 以下に設定するので、断続切削の際の工具と被加工材との相対送り量が大きくなり、そのために、 1刃当たりの切削幅を小さくしても切削量あるいは加工能率が低下しない。言い換えれば、加工能率を低下させることなく、 1刃当たりの切削幅を小さくし、それに伴って発熱や切削抵抗、衝撃力などを低下させることができるので、工具寿命を向上させることができる。さらには、その工具寿命の範囲で 1刃当たりの切削量を増大させることにより、加工能率を向上させることができる。

更にこの発明の他の加工方法によれば、工具もしくは被加工材の公転に伴って生じる切削速度の割合が 7 %以上であることにより、工具と被加工材との相対送り速度を増大させることができる。その結果、 1刃当たりの切削幅を小さくし、それに伴って工具に対する負担を低下させてその寿命の向上を図り、さらには工具寿命の範囲で切削量を増大させて加工能率を向上させることができる。またさらに、この発明の他の加工方法では、主軸の自転回転数と公転回転数との比率を、加工面の面粗さに基づいて変更するので、 1つの装置もしくは工具で荒加工から仕上げ加工までの各種の加工をおこなうことができ、その結果、設備コストを低廉化できるのみならず、加工工数を削減して機械加工の高能率化を図ることができる。

そしてこの発明の更に他の加工方法では、工具もしくは被加工材を軸線方向に前後動させて加工をおこなう場合に、公転回転数に対する自転回転数の比率を、工具と被加工材との軸線方向への相対的な移動方向によって異ならせるので、工具もしくは被加工材を、その軸線方向に往復移動させる間に、例えば公転回転数に対する自転回転数の比率を小さくした荒加工とその比率を大きくした仕上げ加工とをおこなうことができ、その結果、全体としての加工時間を短縮して生産性を向上させることができる。産業上の利用可能性

この発明の装置および方法は、各種の機械加工に利用することができる。特に切削加工や研削加工に利用することができる。そして工具と被加工材との接触する状況を、工具もしくは被加工材の公転回転数に対する自転回転数の比率を適宜に設定することにより任意に変更することが可能であるために、加工能率や加工精度に優れた加工をおこなうことができる。したがって機械加工産業の上での利用可能性が高い。

Claims

請求の範囲

1 . 被加工材と工具とを相対回転させて被加工材のカ Hェをおこなう機械加工装置において、

中心軸線と平行な軸線を中心に自転するように保持された公転軸と、その公転軸の中心軸線に対して偏心しかつその公転軸の中心軸線に対して平行な軸線を中心に自転し、さらに先端部に前記被加工材と工具とのいずれか一方が装着される主軸と、

これら公転軸と主軸とをそれそれ異なる回転数で回転させる回転駆動機構とを備えていることを特徴とする機械加工装置。

2 . 前記回転駆動機構が、基台部に固定された公転用モー夕と、その公転用モー夕から前記公転軸に動力を伝達する公転用伝動機構と、前記基台部に固定された主軸用モー夕と、その主軸用モー夕から前記主軸に動力を伝達する主軸用伝動機構とを備えていることを特徴とする請求項 1に記載の機械加工装置。

3 . 前記主軸用伝動機構が、前記主軸の外周側を覆う円筒体と、その円筒体と主軸との間に自転可能かつ公転可能にはめ込まれるとともに前記公転軸によって回転自在に保持された複数の第 1 ローラと、前記円筒体の内部に前記主軸とは反対側から挿入されかつ前記主軸用モー夕からトルクが伝達される入力軸と、その入力軸と前記円筒体との間に自転可能かつ公転可能にはめ込まれるとともに前記公転軸によって回転自在に保持された複数の第 2ローラとを備えていることを特徴とする請求項 2 に記載の機械加工装置。

4 . 前記公転軸の内部に該公転軸の中心軸線に対して偏心した軸線を中心にして自転する偏心軸が配置され、その偏心軸の中心軸線に対して偏心した位置に前記主軸が自転自在に保持されているとを特徴とする請求項 1に記載の機械加工装置。

5 . 前記偏心軸を、前記公転軸と一体となって回転させるとともに公転軸に対して相対回転させる公転半径変更機構が設けられていることを特徴とする請求項 4に記載の機械加工装置。

6 . 前記公転半径変更機構が、相互に関連して回転する 3つの回転要素によって差動回転作用をおこなう差動機構を有し、それら 3つの回転要素のうち第 1の回転要素が前記公転用伝動機構に連結され、第 2の回転要素が前記偏心軸に連結され、さらに第 3の回転要素が前記基台部に固定された公転半径変更用モー夕に連結されていることを特徴とする請求項 5に記載の機械加工装置。

7 . 前記主軸がその中心軸線に重心が一致するようにバランス調整され、その主軸を偏心位置に取り付けられた前記偏心軸がその中心軸線に重心が一致するようにバランス調整され、前記主軸を自転自在に保持している偏心軸が取り付けられた前記公転軸がその中心軸線に重心が一致するようにバランス調整されていることを特徴とする請求項 4に記載の機械加工装置。

8 . 被加工材と工具とのいずれか一方を自転かつ公転させつつ前記被加工材と前記工具との他方に接触させて被加工材の加工をおこなう機械加工方法において、予め定めた最大加工断面積と加工速度との少なくともいずれか一方に基づいて前記工具による単位時間当たりの加工量を求め、その単位時間当たりの加工量に基づいて前記被加工材もしくは工具の公転回転数に対する自転回転数の比率を決定し、その比率を満たすように前記被加工材もしくは工具を自転かつ公転させて前記被加工材の加工をおこなうことを特徴とする機械加工方法。

9 . 切刃を有する工具を自転させつつ公転させ、その工具によって被加工材を断続切削する機械加工方法において、

前記工具の公転回転数に対する自転回転数の比率を、 3 7以下に設定して、前記工具に設けられた切刃によって前記被加工材の断続切削をおこなうことを特徴とする機械加工方法。

1 0 . 切刃を有する工具を自転させつつ公転させ、その工具によって被加工材を断続切削する機械加工方法において、

前記工具が自転かつ公転することに基づく前記切刃の前記被加工材に対する切削速度のうち、前記工具が公転することにより生じる切削速度の割合を、 7 %以上に設定して前記被加工材の切削をおこなうことを特徴とする機械加工方法。

1 1 . 被加工材と工具とのいずれか一方を自転かつ公転させつつ前記被加工材と前記工具との他方に接触させて被加工材の加工をおこなう機械加工方法において、

前記被加工材と工具とのいずれか一方の公転回転数に対する自転回転数の比率を、前記被加工材に生じる加工面の面粗さに基づいて変更して前記被加工材の加工をおこなうことを特徴とする機械加工方法。 00

1 2 . 被加工材と工具とのいずれか一方を自転かつ公転させつつ前記被加工材と前記工具との他方に接触させ、かつこれら被加工材と工具との一方を回転中心軸線と平行な方向に相対的に前後動させて被加工材の加工をおこなう機械加工方法において、

前記被加工材もしくは工具の公転回転数に対する自転回転数の比率を、前記被加工材と工具との一方を前記回転中心軸線と平行な方向での前方に向けて移動させる加工工程と後方に向けて移動させる加工工程とで異ならせることを特徴とする機械加工方法。