特許 6552533 工作機械を用いたワークの加工方法および工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6552533

(24)【登録日】2019年7月12日

(45)【発行日】2019年7月31日

(54)【発明の名称】工作機械を用いたワークの加工方法および工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23D 5/02 20060101AFI20190722BHJP

   B23Q 1/48 20060101ALI20190722BHJP

   B23Q 5/04 20060101ALN20190722BHJP

   B23B 5/48 20060101ALN20190722BHJP

【ＦＩ】

   B23D5/02

   B23Q1/48 E

   !B23Q5/04 520C

   !B23B5/48

【請求項の数】8

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2017-31261(P2017-31261)

(22)【出願日】2017年2月22日

(65)【公開番号】特開2018-134711(P2018-134711A)

(43)【公開日】2018年8月30日

【審査請求日】2017年2月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000154990

【氏名又は名称】株式会社牧野フライス製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100102819

【弁理士】

【氏名又は名称】島田 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100130133

【弁理士】

【氏名又は名称】曽根 太樹

(74)【代理人】

【識別番号】100153729

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 有一

(72)【発明者】

【氏名】前田 淳一

【審査官】 山本 忠博

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−３１５００４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２２６５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５１−１３０９８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１５５３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１６９５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２６３９８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３２８９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３６００４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１９８０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｄ １／００−５／０４，

Ｂ２３Ｑ １／４８，５／０４，

Ｂ２３Ｂ ３／００−１１／００，３５／００−４９／０６，

Ｂ２３Ｇ １／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つの直線送り軸および１つの回転送り軸を含む工作機械にて筒状のワークの内面またはワークの穴部の内面を切削する加工方法であって、
前記２つの直線送り軸は、主軸の軸線に対して平行な方向に延びるＺ軸および主軸の軸線に対して垂直な方向に延びるＹ軸であり、
前記１つの回転送り軸は、主軸の延びる方向に平行な軸線の周りのＣ軸であり、
ワークを切削する工具はバイトであり、
主軸と工具とを連結する連結装置を工作機械に配置し、
前記連結装置は、主軸に連結され、前記Ｚ軸に平行な軸線の周りに回転する入力シャフトと、工具が連結され、前記Ｚ軸に垂直な軸線の周りの工具回転送り軸に沿って回転する出力シャフトと、入力シャフトの回転力を出力シャフトに伝達する機構とを有し、
前記工具回転送り軸の軸線に沿って工具が延びるように出力シャフトに工具を連結し、出力シャフトが回転することにより前記工具回転送り軸の軸線を中心とした円周上の工具の向きが変化し、
ワークの内部に工具を配置する工程と、
ワークまたは工具を前記Ｙ軸に沿って移動して工具をワークに押圧する工程と、
ワークまたは工具を前記Ｃ軸に沿って回転させながら、ワークまたは工具を前記Ｚ軸に沿って移動して、ワークの内面または穴部の内面を切削する切削工程とを含み、
前記切削工程は、ワークを切削すると共に前記工具回転送り軸に沿って工具の向きを変化させることにより、ワークの内面または穴部の内面に沿う工具経路の延びる方向に対して予め設定された向きに工具の向きを調整する工程を含み、
前記調整する工程は、主軸の回転角を制御することにより前記工具回転送り軸における工具の回転角を制御することを特徴とした、加工方法。

【請求項2】

２つの直線送り軸および１つの回転送り軸を含む工作機械にて筒状のワークの内面またはワークの穴部の内面を切削する加工方法であって、
前記２つの直線送り軸は、主軸の軸線に対して平行な方向に延びるＺ軸および主軸の軸線に対して垂直な方向に延びるＹ軸であり、
前記１つの回転送り軸は、主軸の延びる方向に平行な軸線の周りのＣ軸であり、
ワークを切削する工具はバイトであり、
主軸と工具とを連結する連結装置を工作機械に配置し、
前記連結装置は、主軸に連結され、前記Ｚ軸に平行な軸線の周りに回転する入力シャフトと、工具が連結され、前記Ｚ軸に垂直な軸線の周りの工具回転送り軸に沿って回転する出力シャフトと、入力シャフトの回転力を出力シャフトに伝達する機構とを有し、
前記工具回転送り軸の軸線に沿って工具が延びるように出力シャフトに工具を連結し、出力シャフトが回転することにより前記工具回転送り軸の軸線を中心とした円周上の工具の向きが変化し、
ワークの内部に工具を配置する工程と、
ワークまたは工具を前記Ｙ軸に沿って移動して工具をワークに押圧する工程と、
ワークまたは工具を前記Ｃ軸に沿って回転させながら、ワークまたは工具を前記Ｚ軸に沿って移動して、ワークの内面または穴部の内面を切削する切削工程とを含み、
ワークの内面または穴部の内面に沿う第１の工具経路と、ワークの内面または穴部の内面に沿って、前記第１の工具経路の延びる方向と異なる方向に延びる第２の工具経路とが予め定められており、
切削工程は、前記第１の工具経路の延びる方向に対して予め設定された工具の向きになるように、前記工具回転送り軸における工具の回転角を第１の回転角に維持しながら切削を行う第１の工程と、前記第１の工程の切削が終了した後に、前記第２の工具経路の延びる方向に対して予め設定された工具の向きになるように、前記工具回転送り軸における工具の回転角を第２の回転角に維持しながら切削を行う第２の工程とを含み、主軸の回転角を制御することにより前記工具回転送り軸における工具の回転角を制御することを特徴とした、加工方法。

【請求項3】

前記切削工程は、１つのワークに対して前記第１の工程および前記第２の工程を実施する工程を含む、請求項２に記載の加工方法。

【請求項4】

前記切削工程は、１つのワークに対して前記第１の工程を実施する工程と、前記１つのワークを工作機械から取り外す工程と、他のワークを前記工作機械に取り付ける工程と、前記他のワークに対して前記第２の工程を実施する工程とを含む、請求項２に記載の加工方法。

【請求項5】

主軸を含む主軸ヘッドと、
２つの直線送り軸および１つの回転送り軸を含む送り軸にて工具に対するワークの相対位置を変更する移動装置と、
移動装置を制御する制御装置とを備え、
前記２つの直線送り軸は、主軸の軸線に対して平行な方向に延びるＺ軸および主軸の軸線に対して垂直な方向に延びるＹ軸であり、
前記１つの回転送り軸は、主軸の延びる方向に平行な軸線の周りのＣ軸であり、
工具は、ワークを切削するバイトであり、
前記移動装置は、主軸を回転させる主軸モータと、主軸と工具とを連結する連結装置とを含み、
前記連結装置は、主軸に連結され、前記Ｚ軸に平行な軸線の周りに回転する入力シャフトと、工具が連結され、前記Ｚ軸に垂直な軸線の周りの工具回転送り軸に沿って回転する出力シャフトと、入力シャフトの回転力を出力シャフトに伝達する機構とを有し、
工具は、前記工具回転送り軸の軸線に沿って工具が延びるように出力シャフトに連結され、出力シャフトが回転することにより前記工具回転送り軸の軸線を中心とした円周上の向きが変化し、
制御装置は、筒状のワークの内面またはワークの穴部の内面を切削する加工プログラムに基づいて、ワークの内面または穴部の内面に沿う工具経路の延びる方向に対して予め設定された向きに工具の向きを調整する制御と、ワークまたは工具を前記Ｙ軸に沿って移動して工具をワークに押圧する制御と、ワークまたは工具を前記Ｃ軸に沿って回転させながら、ワークまたは工具を前記Ｚ軸に沿って移動する制御とを実施することにより、ワークの内面または穴部の内面を切削することを特徴とした、工作機械。

【請求項6】

２つの直線送り軸および１つの回転送り軸を含む工作機械にて筒状のワークの内面またはワークの穴部の内面を切削する加工方法であって、
前記２つの直線送り軸は、主軸の軸線に対して平行な方向に延びるＺ軸および主軸の軸線に対して垂直な方向に延びるＹ軸であり、
前記１つの回転送り軸は、主軸の延びる方向に対して傾斜する軸線の周りのＣ軸であり、
ワークを切削する工具はバイトであり、
主軸と工具とを連結する連結装置を工作機械に配置し、
前記連結装置は、主軸に連結され、前記Ｚ軸に平行な軸線の周りに回転する入力シャフトと、工具が連結され、前記Ｚ軸に対して傾斜する軸線の周りの工具回転送り軸に沿って回転する出力シャフトと、入力シャフトの回転力を出力シャフトに伝達する機構とを有し、
前記工具回転送り軸の軸線に沿って工具が延びるように出力シャフトに工具を連結し、出力シャフトが回転することにより前記工具回転送り軸の軸線を中心とした円周上の工具の向きが変化し、
ワークの内部に工具を配置する工程と、
ワークおよび工具のうち少なくとも一方を前記Ｙ軸および前記Ｚ軸に沿って移動して工具をワークに押圧する工程と、
ワークまたは工具を前記Ｃ軸に沿って回転させながら、ワークおよび工具のうち少なくとも一方を前記Ｚ軸および前記Ｙ軸に沿って移動して、ワークの内面または穴部の内面を切削する切削工程とを含み、
前記切削工程は、ワークを切削すると共に前記工具回転送り軸に沿って工具の向きを変化させることにより、ワークの内面または穴部の内面に沿う工具経路の延びる方向に対して予め設定された向きに工具の向きを調整する工程を含み、
前記調整する工程は、主軸の回転角を制御することにより前記工具回転送り軸における工具の回転角を制御することを特徴とした、加工方法。

【請求項7】

２つの直線送り軸および１つの回転送り軸を含む工作機械にて筒状のワークの内面またはワークの穴部の内面を切削する加工方法であって、
前記２つの直線送り軸は、主軸の軸線に対して平行な方向に延びるＺ軸および主軸の軸線に対して垂直な方向に延びるＹ軸であり、
前記１つの回転送り軸は、主軸の延びる方向に対して傾斜する軸線の周りのＣ軸であり、
ワークを切削する工具はバイトであり、
主軸と工具とを連結する連結装置を工作機械に配置し、
前記連結装置は、主軸に連結され、前記Ｚ軸に平行な軸線の周りに回転する入力シャフトと、工具が連結され、前記Ｚ軸に対して傾斜する軸線の周りの工具回転送り軸に沿って回転する出力シャフトと、入力シャフトの回転力を出力シャフトに伝達する機構とを有し、
前記工具回転送り軸の軸線に沿って工具が延びるように出力シャフトに工具を連結し、出力シャフトが回転することにより前記工具回転送り軸の軸線を中心とした円周上の工具の向きが変化し、
ワークの内部に工具を配置する工程と、
ワークおよび工具のうち少なくとも一方を前記Ｙ軸および前記Ｚ軸に沿って移動して工具をワークに押圧する工程と、
ワークまたは工具を前記Ｃ軸に沿って回転させながら、ワークおよび工具のうち少なくとも一方を前記Ｚ軸および前記Ｙ軸に沿って移動して、ワークの内面または穴部の内面を切削する切削工程とを含み、
ワークの内面または穴部の内面に沿う第１の工具経路と、ワークの内面または穴部の内面に沿って、前記第１の工具経路の延びる方向と異なる方向に延びる第２の工具経路とが予め定められており、
切削工程は、前記第１の工具経路の延びる方向に対して予め設定された工具の向きになるように、前記工具回転送り軸における工具の回転角を第１の回転角に維持しながら切削を行う第１の工程と、前記第１の工程の切削が終了した後に、前記第２の工具経路の延びる方向に対して予め設定された工具の向きになるように、前記工具回転送り軸における工具の回転角を第２の回転角に維持しながら切削を行う第２の工程とを含み、主軸の回転角を制御することにより前記工具回転送り軸における工具の回転角を制御することを特徴とした、加工方法。

【請求項8】

主軸を含む主軸ヘッドと、
２つの直線送り軸および１つの回転送り軸を含む送り軸にて工具に対するワークの相対位置を変更する移動装置と、
移動装置を制御する制御装置とを備え、
前記２つの直線送り軸は、主軸の軸線に対して平行な方向に延びるＺ軸および主軸の軸線に対して垂直な方向に延びるＹ軸であり、
前記１つの回転送り軸は、主軸の延びる方向に対して傾斜する軸線の周りのＣ軸であり、
工具は、ワークを切削するバイトであり、
前記移動装置は、主軸を回転させる主軸モータと、主軸と工具とを連結する連結装置とを含み、
前記連結装置は、主軸に連結され、前記Ｚ軸に平行な軸線の周りに回転する入力シャフトと、工具が連結され、前記Ｚ軸に対して傾斜する軸線の周りの工具回転送り軸に沿って回転する出力シャフトと、入力シャフトの回転力を出力シャフトに伝達する機構とを有し、
工具は、前記工具回転送り軸の軸線に沿って工具が延びるように出力シャフトに連結され、出力シャフトが回転することにより前記工具回転送り軸の軸線を中心とした円周上の向きが変化し、
制御装置は、筒状のワークの内面またはワークの穴部の内面を切削する加工プログラムに基づいて、ワークの内面または穴部の内面に沿う工具経路の延びる方向に対して予め設定された向きに工具の向きを調整する制御と、ワークおよび工具のうち少なくとも一方を前記Ｙ軸および前記Ｚ軸に沿って移動して工具をワークに押圧する制御と、ワークまたは工具を前記Ｃ軸に沿って回転させながら、ワークおよび工具のうち少なくとも一方を前記Ｚ軸および前記Ｙ軸に沿って移動する制御とを実施することにより、ワークの内面または穴部の内面を切削することを特徴とした、工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工作機械を用いたワークの加工方法および工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の技術においては、工作機械を用いてワークの表面を切削する加工方法が知られている。工作機械に取り付ける工具には、エンドミルのように工具の中心軸線の周りに連続的に回転しながら加工する工具の他に、バイトのように連続的な回転はしない状態で加工する工具がある。工具としてバイトを用いる場合には、ワークの表面に工具の刃先を摺動させることにより、ワークの表面を切削することができる。

【0003】

特開平６−２５９１２４号公報においては、ヘールバイトを用いて、ワークの加工面にキャラクタラインを形成するワークの加工方法が開示されている。この公報には、工作機械のＡ軸、Ｂ軸、およびＣ軸に沿って工具を移動させて、ワークと工具との干渉を回避しながらキャラクタラインを連続的に形成する方法が開示されている。

【0004】

特開昭６０−１５５３１０号公報においては、総形ヘールバイトを用いた加工方法が開示されている。この加工方法では、ヘールバイトは、刃先中心の移動軌跡がＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に基づいて制御されることが開示されている。また、刃先中心を通る軸線を中心に総形ヘールバイトを回転させる加工方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平６−２５９１２４号公報

【特許文献2】特開昭６０−１５５３１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

工作機械にて加工するワークの種類によっては、ワークの外側の表面を切削するのではなく、ワークの内側の表面を切削する場合がある。工作機械にてワークを加工する場合に、ワークの外側の表面は容易に加工することができる。ところが、ワークの内側の表面を加工する場合には、工作機械にて高品位に切削することは難しい場合がある。

【0007】

例えば、円筒状のワークの内面に、細長く伸びる溝部を形成する場合には、工具としてエンドミル等を用いることができる。エンドミルは、中心軸線の周りに連続的に回転する回転工具である。エンドミルを用いて溝部を形成した場合に、加工面に円形の筋目が発現する。溝部の表面には、様々な方向に細かい凹凸が形成される。例えば、溝部の内部に密閉部材が配置されて、シール部が形成される場合がある。溝部の表面がシール面として用いられる場合には、溝部の幅方向において気体が漏れやすい。

【0008】

このために、エンドミルにて加工を行った後には、研磨が必要であった。例えば、作業者は、流体研磨または電解研磨等の研磨を行う必要があった。または、作業者は、手磨きで溝部の表面を研磨する必要があった。更に、流体研磨、電解研磨、または手磨き等を実施すると、角部が丸くなったり、寸法精度が悪化したりする場合があった。

【0009】

本発明は、筒状のワークの内面またはワークの穴部の内面を精度よく加工できる加工方法および工作機械を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の第１の加工方法は、２つの直線送り軸および１つの回転送り軸を含む工作機械にて筒状のワークの内面またはワークの穴部の内面を切削する加工方法である。２つの直線送り軸は、主軸の軸線に対して平行な方向に延びるＺ軸および主軸の軸線に対して垂直な方向に延びるＹ軸である。１つの回転送り軸は、主軸の延びる方向に平行な軸線の周りのＣ軸である。ワークを切削する工具はバイトである。主軸と工具とを連結する連結装置を工作機械に配置する。連結装置は、主軸に連結され、Ｚ軸に平行な軸線の周りに回転する入力シャフトと、工具が連結され、Ｚ軸に垂直な軸線の周りの工具回転送り軸に沿って回転する出力シャフトと、入力シャフトの回転力を出力シャフトに伝達する機構とを有する。工具回転送り軸の軸線に沿って工具が延びるように出力シャフトに工具を連結し、出力シャフトが回転することにより工具回転送り軸の軸線を中心とした円周上の工具の向きが変化する。加工方法は、ワークの内部に工具を配置する工程と、ワークまたは工具をＹ軸に沿って移動して工具をワークに押圧する工程と、ワークまたは工具をＣ軸に沿って回転させながら、ワークまたは工具をＺ軸に沿って移動して、ワークの内面または穴部の内面を切削する切削工程とを含む。切削工程は、ワークを切削すると共に工具回転送り軸に沿って工具の向きを変化させることにより、ワークの内面または穴部の内面に沿う工具経路の延びる方向に対して予め設定された向きに工具の向きを調整する工程を含む。調整する工程は、主軸の回転角を制御することにより工具回転送り軸における工具の回転角を制御する。

【0014】

本発明の第２の加工方法は、２つの直線送り軸および１つの回転送り軸を含む工作機械にて筒状のワークの内面またはワークの穴部の内面を切削する加工方法である。２つの直線送り軸は、主軸の軸線に対して平行な方向に延びるＺ軸および主軸の軸線に対して垂直な方向に延びるＹ軸である。１つの回転送り軸は、主軸の延びる方向に平行な軸線の周りのＣ軸である。ワークを切削する工具はバイトである。主軸と工具とを連結する連結装置を工作機械に配置する。連結装置は、主軸に連結され、Ｚ軸に平行な軸線の周りに回転する入力シャフトと、工具が連結され、Ｚ軸に垂直な軸線の周りの工具回転送り軸に沿って回転する出力シャフトと、入力シャフトの回転力を出力シャフトに伝達する機構とを有する。工具回転送り軸の軸線に沿って工具が延びるように出力シャフトに工具を連結し、出力シャフトが回転することにより工具回転送り軸の軸線を中心とした円周上の工具の向きが変化する。加工方法は、ワークの内部に工具を配置する工程と、ワークまたは工具をＹ軸に沿って移動して工具をワークに押圧する工程と、ワークまたは工具をＣ軸に沿って回転させながら、ワークまたは工具をＺ軸に沿って移動して、ワークの内面または穴部の内面を切削する切削工程とを含む。ワークの内面または穴部の内面に沿う第１の工具経路と、ワークの内面または穴部の内面に沿って、第１の工具経路の延びる方向と異なる方向に延びる第２の工具経路とが予め定められている。切削工程は、第１の工具経路の延びる方向に対して予め設定された工具の向きになるように、工具回転送り軸における工具の回転角を第１の回転角に維持しながら切削を行う第１の工程と、第１の工程の切削が終了した後に、第２の工具経路の延びる方向に対して予め設定された工具の向きになるように、工具回転送り軸における工具の回転角を第２の回転角に維持しながら切削を行う第２の工程とを含む。主軸の回転角を制御することにより工具回転送り軸における工具の回転角を制御する。

【0015】

上記発明においては、切削工程は、１つのワークに対して第１の工程および第２の工程を実施する工程を含むことができる。

【0016】

上記発明においては、切削工程は、１つのワークに対して第１の工程を実施する工程と、１つのワークを工作機械から取り外す工程とを含むことができる。切削工程は、他のワークを工作機械に取り付ける工程と、他のワークに対して第２の工程を実施する工程とを含むことができる。

【0017】

本発明の第１の工作機械は、主軸を含む主軸ヘッドを備える。工作機械は、２つの直線送り軸および１つの回転送り軸を含む送り軸にて工具に対するワークの相対位置を変更する移動装置と、移動装置を制御する制御装置とを備える。２つの直線送り軸は、主軸の軸線に対して平行な方向に延びるＺ軸および主軸の軸線に対して垂直な方向に延びるＹ軸である。１つの回転送り軸は、主軸の延びる方向に平行な軸線の周りのＣ軸である。工具は、ワークを切削するバイトである。移動装置は、主軸を回転させる主軸モータと、主軸と工具とを連結する連結装置とを含む。連結装置は、主軸に連結され、Ｚ軸に平行な軸線の周りに回転する入力シャフトと、工具が連結され、Ｚ軸に垂直な軸線の周りの工具回転送り軸に沿って回転する出力シャフトと、入力シャフトの回転力を出力シャフトに伝達する機構とを有する。工具は、工具回転送り軸の軸線に沿って工具が延びるように出力シャフトに連結され、出力シャフトが回転することにより工具回転送り軸の軸線を中心とした円周上の向きが変化する。制御装置は、筒状のワークの内面またはワークの穴部の内面を切削する加工プログラムに基づいて、ワークの内面または穴部の内面に沿う工具経路の延びる方向に対して予め設定された向きに工具の向きを調整する制御と、ワークまたは工具をＹ軸に沿って移動して工具をワークに押圧する制御と、ワークまたは工具をＣ軸に沿って回転させながら、ワークまたは工具をＺ軸に沿って移動する制御とを実施することにより、ワークの内面または穴部の内面を切削する。
本発明の第３の加工方法は、２つの直線送り軸および１つの回転送り軸を含む工作機械にて筒状のワークの内面またはワークの穴部の内面を切削する加工方法である。２つの直線送り軸は、主軸の軸線に対して平行な方向に延びるＺ軸および主軸の軸線に対して垂直な方向に延びるＹ軸である。１つの回転送り軸は、主軸の延びる方向に対して傾斜する軸線の周りのＣ軸である。ワークを切削する工具はバイトである。主軸と工具とを連結する連結装置を工作機械に配置する。連結装置は、主軸に連結され、Ｚ軸に平行な軸線の周りに回転する入力シャフトと、工具が連結され、Ｚ軸に対して傾斜する軸線の周りの工具回転送り軸に沿って回転する出力シャフトと、入力シャフトの回転力を出力シャフトに伝達する機構とを有する。工具回転送り軸の軸線に沿って工具が延びるように出力シャフトに工具を連結し、出力シャフトが回転することにより工具回転送り軸の軸線を中心とした円周上の工具の向きが変化する。加工方法は、ワークの内部に工具を配置する工程と、ワークおよび工具のうち少なくとも一方をＹ軸およびＺ軸に沿って移動して工具をワークに押圧する工程と、ワークまたは工具をＣ軸に沿って回転させながら、ワークおよび工具のうち少なくとも一方をＺ軸およびＹ軸に沿って移動して、ワークの内面または穴部の内面を切削する切削工程とを含む。切削工程は、ワークを切削すると共に工具回転送り軸に沿って工具の向きを変化させることにより、ワークの内面または穴部の内面に沿う工具経路の延びる方向に対して予め設定された向きに工具の向きを調整する工程を含む。調整する工程は、主軸の回転角を制御することにより工具回転送り軸における工具の回転角を制御する。
本発明の第４の加工方法は、２つの直線送り軸および１つの回転送り軸を含む工作機械にて筒状のワークの内面またはワークの穴部の内面を切削する加工方法である。２つの直線送り軸は、主軸の軸線に対して平行な方向に延びるＺ軸および主軸の軸線に対して垂直な方向に延びるＹ軸である。１つの回転送り軸は、主軸の延びる方向に対して傾斜する軸線の周りのＣ軸である。ワークを切削する工具はバイトである。主軸と工具とを連結する連結装置を工作機械に配置する。連結装置は、主軸に連結され、Ｚ軸に平行な軸線の周りに回転する入力シャフトと、工具が連結され、Ｚ軸に対して傾斜する軸線の周りの工具回転送り軸に沿って回転する出力シャフトと、入力シャフトの回転力を出力シャフトに伝達する機構とを有する。工具回転送り軸の軸線に沿って工具が延びるように出力シャフトに工具を連結し、出力シャフトが回転することにより工具回転送り軸の軸線を中心とした円周上の工具の向きが変化する。加工方法は、ワークの内部に工具を配置する工程と、ワークおよび工具のうち少なくとも一方をＹ軸およびＺ軸に沿って移動して工具をワークに押圧する工程と、ワークまたは工具をＣ軸に沿って回転させながら、ワークおよび工具のうち少なくとも一方をＺ軸およびＹ軸に沿って移動して、ワークの内面または穴部の内面を切削する切削工程とを含む。ワークの内面または穴部の内面に沿う第１の工具経路と、ワークの内面または穴部の内面に沿って、第１の工具経路の延びる方向と異なる方向に延びる第２の工具経路とが予め定められている。切削工程は、第１の工具経路の延びる方向に対して予め設定された工具の向きになるように、工具回転送り軸における工具の回転角を第１の回転角に維持しながら切削を行う第１の工程と、第１の工程の切削が終了した後に、第２の工具経路の延びる方向に対して予め設定された工具の向きになるように、工具回転送り軸における工具の回転角を第２の回転角に維持しながら切削を行う第２の工程とを含む。主軸の回転角を制御することにより工具回転送り軸における工具の回転角を制御する。
本発明の第２の工作機械は、主軸を含む主軸ヘッドを備える。工作機械は、２つの直線送り軸および１つの回転送り軸を含む送り軸にて工具に対するワークの相対位置を変更する移動装置と、移動装置を制御する制御装置とを備える。２つの直線送り軸は、主軸の軸線に対して平行な方向に延びるＺ軸および主軸の軸線に対して垂直な方向に延びるＹ軸である。１つの回転送り軸は、主軸の延びる方向に対して傾斜する軸線の周りのＣ軸である。工具は、ワークを切削するバイトである。移動装置は、主軸を回転させる主軸モータと、主軸と工具とを連結する連結装置とを含む。連結装置は、主軸に連結され、Ｚ軸に平行な軸線の周りに回転する入力シャフトと、工具が連結され、Ｚ軸に対して傾斜する軸線の周りの工具回転送り軸に沿って回転する出力シャフトと、入力シャフトの回転力を出力シャフトに伝達する機構とを有し、工具は、工具回転送り軸の軸線に沿って工具が延びるように出力シャフトに連結され、出力シャフトが回転することにより工具回転送り軸の軸線を中心とした円周上の向きが変化し、制御装置は、筒状のワークの内面またはワークの穴部の内面を切削する加工プログラムに基づいて、ワークの内面または穴部の内面に沿う工具経路の延びる方向に対して予め設定された向きに工具の向きを調整する制御と、ワークおよび工具のうち少なくとも一方をＹ軸およびＺ軸に沿って移動して工具をワークに押圧する制御と、ワークまたは工具をＣ軸に沿って回転させながら、ワークおよび工具のうち少なくとも一方をＺ軸およびＹ軸に沿って移動する制御とを実施することにより、ワークの内面または穴部の内面を切削する。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、筒状のワークの内面またはワークの穴部の内面を精度よく加工できる加工方法および工作機械を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】実施の形態における第１の工作機械の正面図である。

【図2】実施の形態における工作機械のブロック図である。

【図3】実施の形態における第１のワークの斜視図である。

【図4】第１のワークの断面図である。

【図5】第１のワークの内面を展開したときの展開図である。

【図6】実施の形態におけるヘールバイトおよびワークの拡大斜視図である。

【図7】実施の形態における第２のワークの斜視図である。

【図8】実施の形態における第２の工作機械の正面図である。

【図9】実施の形態における第３のワークの内面を展開したときの展開図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１から図９を参照して、実施の形態における加工方法および工作機械について説明する。本実施の形態においては、数値制御式の工作機械を例示して説明する。

【0021】

図１は、本実施の形態における第１の工作機械の概略正面図である。第１の工作機械１１は、基台となるベッド１３と、ベッド１３の上面に立設されたコラム１５とを備える。ベッド１３の上面においてコラム１５の前方には、キャリッジ２７が配置されている。キャリッジ２７の上面には、ワーク１を回転させる回転テーブル３５が配置されている。回転テーブル３５には、保持部材を介してワーク１が固定される。

【0022】

コラム１５の前面には、サドル１７が配置されている。さらに、サドル１７の前面には、主軸を含む主軸ヘッド２１が配置されている。主軸ヘッド２１には、主軸の延びる方向と異なる方向に工具を保持する連結装置４１が連結されている。工具は、ワーク１の表面をはぎ取るように切削するバイトである。本実施の形態では、工具としてヘールバイト５１を用いている。

【0023】

本実施の形態の工具は、刃部の先端が直線状のヘールバイトであるが、この形態に限られず、任意のバイトを使用することができる。例えば、所望の形状の刃部を有する総形バイトが使用されていても構わない。また、工具としては、旋盤で用いられる旋盤バイト等のバイトを採用しても構わない。ヘールバイトは、線状にワークに接触する一方で、旋盤バイトは点状にワークに接触する。

【0024】

主軸ヘッド２１は、鉛直方向に移動可能に形成されている。第１の工作機械１１には、主軸ヘッド２１がサドル１７に対して移動する方向にＺ軸が設定されている。また、第１の工作機械１１には、Ｘ軸およびＹ軸が設定されている。Ｘ軸およびＹ軸は水平方向に延び、互いに直交する軸である。サドル１７は、主軸ヘッド２１と一体的にＸ軸方向に移動する。キャリッジ２７は、回転テーブル３５と一体的にＹ軸方向に移動する。

【0025】

図２に、本実施の形態における第１の工作機械のブロック図を示す。図１および図２を参照して、工作機械１１は、連結装置４１に連結されたヘールバイト５１に対するワーク１の相対位置を変更する移動装置３０を備える。移動装置３０は、それぞれの移動軸に沿ってワーク１または工具を移動する。移動装置３０は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に工具とワーク１とを相対的に移動させることができる。さらに、本実施の形態における移動装置３０は、回転テーブル３５を含む。回転テーブル３５がＣ軸に沿ってワーク１を回転することにより、ヘールバイト５１に対してワーク１を相対的に回転移動させることができる。第１の工作機械１１の移動装置３０は、各軸サーボモータ７５を含む。

【0026】

本実施の形態における移動装置は、Ｙ軸移動装置を含む。Ｙ軸移動装置は、ベッド１３の上面に配置されている一対のＹ軸レール２９を含む。キャリッジ２７は、Ｙ軸レール２９に沿って往復移動が可能に形成されている。Ｙ軸移動装置は、Ｙ軸送りモータを駆動することにより、キャリッジ２７を移動させる。回転テーブル３５およびワーク１は、キャリッジ２７と共にＹ軸方向に移動する。

【0027】

本実施の形態における移動装置は、Ｘ軸移動装置を含む。Ｘ軸移動装置は、コラム１５の前面に形成されている一対のＸ軸レール１９を含む。サドル１７は、Ｘ軸レール１９に沿って往復移動が可能に形成されている。Ｘ軸移動装置は、Ｘ軸送りモータを駆動することにより、サドル１７を移動させる。主軸ヘッド２１および工具は、サドル１７と共にＸ軸方向に移動する。

【0028】

本実施の形態における移動装置は、Ｚ軸移動装置を含む。Ｚ軸移動装置は、サドル１７の前面に形成されている一対のＺ軸レール２３を含む。主軸ヘッド２１は、Ｚ軸レール２３に沿って往復移動が可能に形成されている。Ｚ軸移動装置は、Ｚ軸送りモータを駆動することにより、主軸ヘッド２１を移動させる。工具は、主軸ヘッド２１と共にＺ軸方向に移動する。

【0029】

本実施の形態における移動装置は、Ｃ軸移動装置を含む。Ｃ軸移動装置は、回転テーブル３５を含む。回転テーブル３５の内部には駆動モータが配置されている。回転テーブル３５は、駆動モータが駆動することによりＣ軸に沿ってワーク１を回転するように形成されている。

【0030】

工作機械１１は、各送り軸の移動装置３０の制御を行う制御装置７０を備える。制御装置７０は、例えば、バスを介して互いに接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、およびＲＯＭ（Read Only Memory）等を含む演算処理装置にて構成されている。

【0031】

制御装置７０は、入力部７１、読取解釈部７２、補間演算部７３、およびサーボ制御部７４を含む。数値制御式の工作機械にて加工する場合には、加工プログラム７６を予め準備する。加工プログラム７６は、ワークの目標形状に基づいてＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）装置等にて作成することができる。ワークの目標形状は、例えば、ＣＡＤ（Computer Aided Design）装置にて作成することができる。

【0032】

入力部７１には、加工プログラム７６が入力される。加工プログラム７６には、ワークに対する工具の相対移動の情報が含まれている。なお、制御装置７０の情報制御部８１において作業者が新規に作成したり編集したりした加工プログラムが入力部７１に入力されても構わない。

【0033】

読取解釈部７２は、入力部７１から加工プログラム７６を読み込む。読取解釈部７２は、移動指令を補間演算部７３に送出する。補間演算部７３は、補間周期毎の位置指令値を演算する。例えば、補間演算部７３は、移動指令に基づいて設定された時間間隔ごとの移動量を算出する。補間演算部７３は、位置指令値をサーボ制御部７４に送出する。サーボ制御部７４は、位置指令値に基づいてＸ軸およびＹ軸などの各送り軸の移動量を算出し、各軸サーボモータ７５を駆動する。

【0034】

本実施の形態の制御装置７０は、ワークの加工に関連する情報を制御する情報制御部８１を含む。制御装置７０は、作業者が加工に関連する情報を入力する操作部８４と、加工に関連する情報を表示する表示部８５とを含む。操作部８４は、キーボード等を有し、作業者の手動操作により加工情報を入力できるように形成されている。表示部８５は、加工に関する情報を表示する。制御装置７０は、加工に関する情報を記憶する記憶部８３を含む。記憶部８３は、前述のＲＯＭやＲＡＭの他に、通信インターフェイスを介して接続されたメモリーカードまたはハードディスクなどの記憶装置であっても構わない。

【0035】

本実施の形態の移動装置３０は、主軸を中心軸の周りに回転させる主軸モータ７７を含む。主軸モータ７７は、主軸ヘッド２１の内部に配置されている。本実施の形態の主軸モータ７７は、工具の中心軸の周りに工具を連続的に回転させるのではなく、工具の向きを変更する。サーボ制御部７４は、ヘールバイト５１を回転させて向きを変える主軸モータ７７の回転角を制御する。サーボ制御部７４は、加工プログラム７６にて指定される主軸モータ７７の回転角に基づいて電流指令値を主軸モータ７７に送出する。

【0036】

各軸サーボモータ７５には、各軸サーボモータ７５の回転角を検出する回転角検出器７８が取り付けられている。演算処理部８２は、回転角検出器７８の出力に基づいて、それぞれの移動軸における位置を検出することができる。主軸モータ７７には、主軸モータ７７の回転角を検出する回転角検出器７９が取り付けられている。後述するように、回転角検出器７９の出力に基づいて、工具の向きを検出することができる。

【0037】

情報制御部８１は、加工に関する情報の演算や処理を行う演算処理部８２を含む。演算処理部８２は、回転角検出器７８，７９の出力を受信して、各軸サーボモータ７５の動作および主軸モータ７７の動作を補正する指令を読取解釈部７２に送出することができる。

【0038】

図１を参照して、本実施の形態の移動装置は、連結装置４１を含む。連結装置４１の入力シャフトは、主軸ヘッド２１の内部の主軸に連結されている。ヘールバイト５１には、連結装置４１の出力シャフトに連結されている。ヘールバイト５１は、連結装置４１を介して、主軸ヘッド２１の内部の主軸の回転力が伝達される。連結装置４１は、回転送り軸の軸線の延びる方向を変換するように形成されている。連結装置４１は、例えばアングルヘッドにて構成されている。

【0039】

連結装置４１は、任意の機構にて回転送り軸の軸線の向きを変更することができる。例えば、連結装置４１は、複数の傘歯車を含み、傘歯車にて軸線の向きを変更することができる。または、連結装置４１は、ユニバーサルジョイントを含み、ユニバーサルジョイントにて軸線の向きを変更することができる。

【0040】

連結装置４１は、主軸ヘッド２１の筐体に固定される固定部４２を含む。固定部４２が主軸ヘッド２１に固定されることにより、連結装置４１の筐体が軸線９３の周りに回転することを回避することができる。

【0041】

主軸モータ７７が駆動することにより、主軸は軸線９３の周りの回転送り軸Ｃ_sに沿って回転する。この主軸の中心軸の周りの回転送り軸Ｃ_sは、スピンドル軸とも称される。主軸の回転は、連結装置４１を介してヘールバイト５１に伝達される。ヘールバイト５１は、軸線９４の周りの回転送り軸Ｃ_s1に沿って回転することにより向きを変える。本実施の形態では、ヘールバイト５１を回転させるための回転送り軸Ｃ_s1を工具回転送り軸と称する。本実施の形態のヘールバイト５１は、軸線９４がヘールバイト５１の工具先端点を通るように、連結装置４１の出力シャフトに固定されている。このように、連結装置４１は、回転送り軸であるＣ_s軸の軸線９３の向きを、回転送り軸Ｃ_s1の軸線９４の向きに変換している。

【0042】

軸線９３は、工作機械１１のＣ軸の軸線９２と平行である。すなわち、軸線９３は、工作機械１１の１つの回転送り軸の軸線と平行になっている。第１の工作機械１１では、軸線９４は、Ｃ軸の軸線９２に対して垂直な方向に延びる。また、軸線９４は、Ｃ_s軸の軸線９３に対して垂直な方向に延びる。ヘールバイト５１は、軸線９４に沿って延びるように保持されている。また、連結装置４１は、主軸の延びる方向に対して垂直な方向にヘールバイト５１を保持している。

【0043】

主軸の回転送り軸Ｃ_sの回転角は、ヘールバイト５１の回転送り軸Ｃ_s1の回転角に対応する。工作機械１１においては、主軸モータ７７が駆動することにより、ヘールバイト５１の向きが変化する。制御装置７０は、主軸の回転角を設定することにより、ヘールバイト５１の向き（工具回転送り軸における回転角）を調整することができる。

【0044】

また、図２を参照して、主軸モータ７７には、主軸モータ７７の回転角を検出する回転角検出器７９が取り付けられている。主軸の回転角を検出することにより、ヘールバイト５１の回転送り軸Ｃ_s1に関する回転角を検出することができる。制御装置７０は、回転角検出器７９の出力に基づいて、主軸の位相を検出することができる。主軸の位相は、回転送り軸Ｃ_s1におけるヘールバイトの位相に対応する。制御装置７０は、工具回転送り軸の回転角を補正する等の制御を実施することができる。

【0045】

図３に、本実施の形態における第１のワークの斜視図を示す。図４に、本実施の形態における第１のワークの断面図を示す。図１、図３および図４を参照して、工作機械１１は、直線送り軸であるＺ軸および回転送り軸であるＣ軸に沿って、ワーク１に対するヘールバイト５１の相対位置を変更しながら、ワーク１の内面を切削する切削工程を実施する。工作機械１１は、筒状のワーク１の内面１ａを切削して内面１ａに溝部５を形成する。溝部５は、内面１ａの周方向に沿って延びるように形成される。本実施の形態の溝部５は、延びる方向に沿って幅が一定である。溝部５は、ワーク１の底面からの高さが周方向に沿って変化するように形成されている。溝部５は、周方向に沿って延びる向きが変化するように形成されている。

【0046】

図５に、第１のワークの内面を展開したときの展開図を示す。溝部５は、ヘールバイト５１が進行する工具経路９１に沿って形成される。工具経路９１は、工具のツール先端点が通る軌跡に相当する。工具経路９１は、ワーク１の内面１ａに沿っている。工具経路９１は、例えば各軸の座標値によって加工プログラム７６に設定されている。展開図において、ワーク１の内面１ａに沿った工具経路９１は、直線ではなく曲線にて形成されている。

【0047】

図６に、本実施の形態におけるヘールバイトおよびワークの溝部の拡大斜視図を示す。ヘールバイト５１は、連結装置４１に保持されるシャンク部５２と、ワーク１を切削する刃部５４とを含む。ヘールバイトは、この形態に限られず、例えば、シャンク部は、側面視した時にＵ字の形状を有する弾性部を含んでいても構わない。

【0048】

刃部５４のワーク１と接触する先端部５４ａは、直線状に延びる。本実施の形態のヘールバイト５１では、先端部５４ａの中央部にツール先端点５４ｂが設定されている。ヘールバイト５１は、矢印９９に示すように、ツール先端点５４ｂが工具経路９１に沿って移動する。

【0049】

ヘールバイト５１が工具経路９１に沿って進行するときに、工具経路９１の延びる方向に対するヘールバイト５１の向きが予め定められている。図６に示す例では、工具経路９１の延びる方向に対する刃部５４の先端部５４ａの延びる方向の角度が、ヘールバイト５１の向きに相当する。ここでは、工具経路９１の延びる方向に対して９０°の方向に先端部５４ａが延びるように、ヘールバイト５１の向きが制御される。ヘールバイトの向きは、工具回転送り軸の軸線９４の周りの回転角に対応している。加工プログラム７６には、工具回転送り軸の回転角が設定されている。

【0050】

なお、工具経路に対するヘールバイトの向きは、この形態に限られず、任意の向きを採用することができる。例えば、図６に示す様に溝部の底面を加工する他に、溝部の側面を加工することができる。所望の側面の加工を実施できるように、軸線９４の方向に平行に延びるように先端部が形成されているヘールバイトを用いることができる。この場合にも、工具経路に対するヘールバイトの向きを設定することができる。他の例としては、溝部の底面を加工する場合に、工具経路の延びる方向に対してヘールバイトの先端部の延びる方向が傾斜するように、工具の向きが設定されても構わない。または、加工を実施している期間中に、この相対的な角度を変化させても構わない。例えば、制御装置の数値制御の機能を用いて、直線送り軸および回転送り軸の動作に同期させて連続的に角度を変化させても構わない。

【0051】

図５を参照して、本実施の形態においては、展開図において工具経路９１が曲線状になるために、ワーク１を切削する切削工程の期間中に、工具経路９１に対するヘールバイト５１の向きを変更する必要がある。例えば、工具経路９１上の点９１ａにおいては、矢印９７に示す方向が工具経路９１の延びる方向になる。これに対して、工具経路９１上の点９１ｂにおいては、矢印９８に示す向きが工具経路９１の延びる方向になる。矢印９７に示す向きと矢印９８に示す向きとは、互いに平行にならずに、互いに異なる方向を向いている。

【0052】

本実施の形態においては、溝部の一方の端部から下方の端部に向かうように連続的にヘールバイト５１で切削を行う。切削を行っている期間中には、ヘールバイト５１の先端部の延びる方向が、工具経路９１の延びる方向に対して垂直になるように制御を行う。このため、切削工程の期間中に、工具経路に対して設定された向きにヘールバイト５１の向きを調整する。

【0053】

図２を参照して、制御装置７０は、加工プログラム７６に基づいてそれぞれの移動軸の位置を変更する。本実施の形態では、筒状のワーク１の内面を切削する加工プログラム７６を予め作成することができる。加工プログラム７６には、例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の位置の情報に加えて、Ｃ軸の回転角の情報が含まれる。また、加工プログラム７６には、ヘールバイト５１の工具回転送り軸であるＣ_s1軸に関する回転角の情報が含まれる。例えば、加工プログラムには、主軸の回転角の情報が含まれる。

【0054】

制御装置７０は、各軸サーボモータ７５を駆動して、ワーク１の内部にヘールバイト５１を配置する工程を実施する。図１を参照して、制御装置７０は、サドル１７をＸ軸の所定の位置に配置する。制御装置７０は、キャリッジ２７を移動することにより、ワーク１の内部にヘールバイト５１が挿入可能な位置までワーク１を移動する。

【0055】

次に、制御装置７０は、主軸ヘッド２１をＺ軸の方向に移動して、ヘールバイト５１を所定の位置に配置する。ヘールバイト５１および連結装置４１の一部は、ワーク１の内部に配置される。回転テーブル３５は、ワーク１をＣ軸の方向に回転して、ワーク１を切削の開始位置に応じた位置に配置する。

【0056】

次に、制御装置７０は、ヘールバイト５１がワーク１の内面１ａに押圧されるように、キャリッジ２７をＹ軸方向に移動して切削を開始する。制御装置７０は、Ｃ軸の方向にワーク１を回転させながら、主軸ヘッド２１をＺ軸の方向に移動する。更に、制御装置７０は、主軸モータ７７のＣｓ軸の回転角を制御することにより、ヘールバイト５１のＣ_s1軸の回転角を調整する。すなわち、制御装置７０は、ヘールバイト５１の向きを調整する。ヘールバイト５１は、工具経路が延びる方向に対して予め定められた角度の方向に延びるように向きが制御される。

【0057】

本実施の形態の制御装置７０は、ワーク１を切削している期間中に、回転送り軸における移動速度および直線送り軸における移動速度のうち少なくとも一方の移動速度を変化させている。そして、制御装置７０は、移動速度の変化に応じてヘールバイト５１に関する工具回転送り軸の回転角を制御している。

【0058】

エンドミルなどの回転工具を用いて溝部を形成した場合に、溝部の表面には、様々な方向に筋目が形成される。すなわち、溝部の表面には、様々な方向に延びる凹凸が形成される。このために、溝部にＯリングのような密閉部材を配置する場合に、溝部の延びる方向に垂直な幅方向において、空気等の流体が漏れる場合がある。これに対して、本実施の形態の加工方法では、溝部５の表面には、溝部５が延びる方向にほぼ平行な筋目が形成される。このために、溝部５の延びる方向に垂直な幅方向において、空気等が漏れることを抑制することができる。

【0059】

また、ワークに形成される溝部は、所定の部品が摺動するガイド溝として用いられる場合がある。例えば、所定の部品に形成された凸部が溝部に沿って移動する場合がある。この場合においても、バイトにより溝部を形成すると、溝部の表面に形成される筋目が溝部に沿って延びるために、所定の部品を滑らかに移動させることができる。

【0060】

このように、本実施の形態の工作機械が実施する切削工程は、ワークに対する工具の相対位置を変更すると共に、ワークの内面に沿う工具経路に対して設定された向きに工具の向きを調整する。この方法を採用することにより、筒状のワークの内面を精度よく加工することができる。

【0061】

本実施の形態の加工方法では、主軸の回転をヘールバイト５１に伝達する連結装置４１を工作機械１１に配置している。連結装置４１は、工作機械１１の主軸の延びる方向と異なる方向に延びるようにヘールバイト５１を保持している。また、主軸の回転角に基づいて工具回転送り軸におけるヘールバイト５１の回転角を制御している。この方法を採用することにより、従来の技術において工作機械に配置されていた主軸を回転させる主軸モータ７７によって、ヘールバイト５１の回転角を制御することができる。工作機械としては、この形態に限られず、工具回転送り軸においてヘールバイトの回転角を変化させる任意の構成を採用することができる。例えば、連結装置は、ヘールバイトの向きを変更するモータを含んでいても構わない。

【0062】

上記の実施の形態の第１のワークは、円筒状に形成されているが、この形態に限られず、任意の断面形状を有する筒状のワークに本発明を適用することができる。たとえば、断面形状が多角形の筒状のワークの内面を加工する場合に、本発明を適用することができる。

【0063】

前述の加工方法および工作機械では、筒状の部材の内面を切削する例を取り上げたが、この形態に限られず、ワークに形成された穴部の内面を切削する場合にも、本発明を適用することができる。

【0064】

図７に、本実施の形態における第２のワークの拡大斜視図を示す。ワーク２は、例えば、直方体状に形成されている。ワーク２の予め定められた部分には、穴部６が形成されている。穴部６は、底面を有していても、ワーク２を貫通していても構わない。ここでの例では、ワーク２を貫通する穴部６の内面６ａに溝部５を形成する。工具経路は、穴部６の内面６ａに沿って形成されている。

【0065】

溝部５は、ワーク２の底面からの高さが周方向によって変化するように形成されている。すなわち、溝部５は、底面からの高さの変化率が周方向に沿って一定にならずに、変化するように形成されている。このために、工作機械１１は、ワーク２に溝部５を形成する場合にも、切削工程の期間中に、ヘールバイト５１の向きを変更する必要がある。このようにワーク２に形成された穴部６の内面６ａを切削する場合にも、ワーク２の穴部６の内面６ａに沿う工具経路に対して設定された向きにヘールバイト５１の向きを調整することができる。この結果、工作機械１１は、穴部６の内面を高精度に加工することができる。

【0066】

上記の実施の形態では、工作機械１１は、２つの直線送り軸であるＺ軸およびＹ軸と、１つの回転送り軸であるＣ軸と、工具回転送り軸であるＣ_s1軸とに基づいて切削工程を実施しているが、この形態に限られず、工作機械は、更に他の送り軸を有していても構わない。

【0067】

図８に、本実施の形態における第２の工作機械の正面図を示す。第２の工作機械１２は、回転テーブル３５を支持する揺動部材３１と、揺動部材３１を支持する支持部材３２とを備える。支持部材３２は、キャリッジ２７に固定されている。支持部材３２は、Ｘ軸方向に離間された一対の支柱を有する。支持部材３２は、Ｕ字形に形成されている。揺動部材３１は、Ｘ軸方向の両側の端部が支持部材３２の支柱に支持されている。

【0068】

工作機械１２は、１つの回転送り軸としてのＣ軸、工具回転送り軸としてのＣ_s1軸に加えて、工具に対するワーク１の向きを変更する他の回転送り軸としてのＡ軸を有する。揺動部材３１は、Ａ軸の軸線９５の周りに揺動可能に支持されている。

【0069】

移動装置は、Ａ軸移動装置を含む。Ａ軸移動装置は、揺動部材３１をＡ軸の周りに駆動するサーボモータを含む。制御装置７０は、サーボモータを制御することにより、揺動部材３１の軸線９５の周りの回転角を制御することができる。すなわち、制御装置７０は、揺動部材３１の傾きを制御することができる。

【0070】

連結装置４１は、主軸の延びる方向に対して傾斜する方向にヘールバイト５１を保持する。または、連結装置４１は、Ｃ軸の軸線９２に対して傾斜する軸線９４に沿って延びるようにヘールバイト５１を保持している。

【0071】

第２の工作機械１２においては、揺動部材３１がＡ軸の方向に揺動することにより、ワーク１を傾けることができる。すなわち、ワーク１を加工する切削工程において、ワーク１を傾けることができる。このために、ワーク１の内面１ａの延びる方向に対して傾斜する方向から連結装置４１を挿入することができる。

【0072】

作業者は、ワーク１の内面１ａを切削する加工プログラムを予め作成することができる。切削工程の期間中のＡ軸の回転角は、加工プログラムに設定されている。揺動部材３１にてワーク１を傾ける角度は、軸線９４の傾斜する角度に対応する。制御装置７０は、ヘールバイト５１が延びる方向に対応して、揺動部材３１のＡ軸方向の回転角を設定する。本実施の形態においては、ヘールバイト５１が延びる方向である軸線９４と、Ｃ軸の軸線９２とが垂直になるように、揺動部材３１のＡ軸の回転角が設定されている。

【0073】

第２の工作機械１２においては、ワーク１を切削する切削工程は、ヘールバイト５１の延びる方向に対応するように、Ａ軸に沿ってワーク１の向きを調整する工程を含む。第２の工作機械１２においても、ワーク１の内面に溝部５を形成する時に、工具経路の延びる方向に応じてヘールバイト５１の向きを調整することができる。

【0074】

第２の工作機械１２においては、筒状のワーク１の内面の延びる方向に傾斜する方向から連結装置４１およびヘールバイト５１を挿入することができる。このために、主軸ヘッド２１から飛び出す連結装置４１の長さを短くすることができる。すなわち、連結装置４１の突出し量を短くすることができる。例えば、連結装置４１の主軸の軸線９３の方向の長さを短くすることができる。この結果、連結装置および工具の剛性を上げることができる。または、連結装置および工具の破損を抑制することができる。

【0075】

上記の実施の形態では、１つの溝部において溝部の延びる方向が変化する例を示したが、この形態に限られない。１つの溝部において、溝部の延びる方向が一定である場合がある。１つの溝部を形成している期間中に、工具回転送り軸におけるバイトの回転角を調整する必要がない場合がある。この場合にも、複数の溝部を形成する場合に本実施の形態の工作機械を用いることができる。

【0076】

図９に、本実施の形態における第３のワークの内面を展開したときの展開図を示す。第３のワークは、第１のワークと同様に円筒の形状を有する。ワークの内面１ａに複数の溝部５ａ，５ｂが形成される。それぞれの溝部５ａ，５ｂは、展開図において、延びる方向が一定である。すなわち、展開図において、溝部５ａを形成するための工具経路９６ａおよび溝部５ｂを形成するための工具経路９６ｂは直線状である。この場合に、一つの溝部を切削している期間中は、工具経路に対する工具の向きは一定に維持される。

【0077】

一方で、複数の溝部５ａ，５ｂは、延びる方向が互いに異なる。展開図において工具経路９６ａと工具経路９６ｂとは平行にならずに、異なる方向に延びている。制御装置は、溝部５ａを形成する場合には、工具回転送り軸において、バイトの回転角を第１の回転角を維持する。この状態で、制御装置がワークに対する工具の相対位置を変更することにより溝部５ａが形成される。また、溝部５ｂを形成する場合には、制御装置は、工具回転送り軸において、バイトの回転角を第１の回転角とは異なる第２の回転角に維持する。この状態で、制御装置がワークに対する工具の相対位置を変更することにより溝部５ｂが形成される。

【0078】

このように、切削工程は、工具回転送り軸において第１の回転角に維持しながら切削を行う第１の工程を含むことができる。第１工程では、例えば溝部５ａを形成する。また、切削工程は、工具回転送り軸において第１の回転角とは異なる第２の回転角に維持しながら切削を行う第２の工程を含むことができる。第２の工程では、溝部５ｂを形成する。すなわち、制御装置は、１つの溝部を形成するごとに、工具回転送り軸におけるバイトの回転角を変更することができる。

【0079】

この制御により、１つのワークに対して複数の種類の加工を精度よく実施することができる。また、溝部の延びる方向に対応した複数の種類のバイトを用いる必要が無く、１つのバイトを用いて多くの種類の溝部の加工を行うことができる。

【0080】

更に、本実施の形態の１台の工作機械において、複数のワークに対して種類の異なる加工を行うことができる。例えば、１つのワークに対して図９に示す溝部５ａを形成したのちに、他のワークに対して図９に示す溝部５ｂを形成することができる。この場合に、切削工程は、１つのワークに対して第１の工程を実施することにより、溝部５ａを形成する工程を含む。切削工程は、加工後の１つのワークを工作機械から取り外す工程と、加工前の他のワークを同一の工作機械に取り付ける工程とを含む。切削工程は、他のワークに対して第２の工程を実施することにより、溝部５ｂを形成する工程を含む。

【0081】

この制御により、複数のワークに対して複数の種類の加工を精度よく実施することができる。また、溝部の延びる方向が互いに異なる複数の種類のワークを一台の工作機械にて加工することができる。溝部の延びる方向に対応した複数の種類のバイトを用いる必要が無く、１つのバイトを用いて多くの種類の溝部の加工を行うことができる。

【0082】

上記の加工方法では、ワークに溝部を形成する方法を例示して説明したが、この形態に限られない。本発明は、筒状のワークの内面またはワークの穴部の内面を切削する任意の加工に適用することができる。たとえば、筒状のワークの内面またはワークの穴部の内面に段差を形成する加工に本発明を適用することができる。

【0083】

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される実施の形態の変更が含まれている。

【符号の説明】

【0084】

１，２ ワーク
１ａ 内面
５，５ａ，５ｂ 溝部
６ 穴部
６ａ 内面
１１，１２ 工作機械
３０ 移動装置
３１ 揺動部材
３５ 回転テーブル
４１ 連結装置
５１ ヘールバイト
７０ 制御装置
７５ 各軸サーボモータ
７６ 加工プログラム
７７ 主軸モータ
９１，９６ａ，９６ｂ 工具経路
９２，９３，９４，９５ 軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】