特開 2024-98290 工作機械及び制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024098290

(43)【公開日】2024-07-23

(54)【発明の名称】工作機械及び制御装置

(51)【国際特許分類】

   B23B 5/36 20060101AFI20240716BHJP

   B23B 1/00 20060101ALI20240716BHJP

   B23Q 5/50 20060101ALI20240716BHJP

   B23B 29/12 20060101ALN20240716BHJP

【ＦＩ】

B23B5/36

B23B1/00 A

B23Q5/50 G

B23B29/12 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023001701

(22)【出願日】2023-01-10

(71)【出願人】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000137856

【氏名又は名称】シチズンマシナリー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002860

【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】千田 国秀

(72)【発明者】

【氏名】御園 春彦

(72)【発明者】

【氏名】三宮 一彦

【テーマコード（参考）】

3C045

3C046

【Ｆターム（参考）】

3C045AA01

3C045BA01

3C045BA17

3C045DA20

3C046MM01

3C046MM08

3C046MM09

(57)【要約】

【課題】旋削加工によって効率よく多角形形状を加工する。
【解決手段】工作機械は、切削対象物２１が取り付けられる主軸と、主軸を回転させる回転機構と、工具を保持する工具保持部と、主軸と工具保持部を主軸の回転軸方向に相対的に移動させる移動機構と、主軸と工具保持部を振動方向に相対的に振動させる振動機構と、回転機構と振動機構を制御する制御部とを備え、回転機構によって主軸を回転させながら、移動機構と振動機構によって切削対象物２１と工具を相対的に振動させつつ移動させることで、切削対象物２１を切削する工作機械であって、制御部は、主軸の一定の回転周期ごとに工具が振動方向において同一位置に位置するように回転機構と振動機構を駆動し、回転軸方向から見たときに切削対象物２１の外周面又は内周面が略正多角形に加工されるよう回転機構と振動機構を制御する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

切削対象物が取り付けられる主軸と、
前記主軸を回転させる回転機構と、
前記切削対象物を切削する工具を保持する工具保持部と、
前記主軸と前記工具保持部を前記主軸の回転軸方向に相対的に移動させる移動機構と、
前記主軸と前記工具保持部を前記回転軸方向と直交する振動方向に相対的に振動させる振動機構と、
前記回転機構と前記振動機構を制御する制御部と
を備え、前記回転機構によって前記主軸を回転させながら、前記移動機構と前記振動機構によって前記切削対象物と前記工具を相対的に振動させつつ移動させることで、前記切削対象物を切削する工作機械であって、
前記制御部は、前記主軸の一定の回転周期ごとに前記工具が前記振動方向において同一位置に位置するように前記回転機構と前記振動機構を駆動し、前記回転軸方向から見たときに前記切削対象物の外周面又は内周面が略正多角形に加工されるよう前記回転機構と前記振動機構を制御することを特徴とする工作機械。

【請求項2】

前記制御部は、前記正多角形の角数に基づいて前記主軸の一回転当たりの前記振動機構の振動数を設定することを特徴とする請求項１に記載の工作機械。

【請求項3】

前記一定の回転周期をｍ回転、前記正多角形の前記角数をｎ角としたとき、
ｍは１以上の自然数であり、ｎは３以上の自然数であり、ｍとｎは互いに素であり、
前記制御部は、前記振動機構の前記振動数をｎ／ｍと設定することを特徴とする請求項２に記載の工作機械。

【請求項4】

前記工具が前記振動機構による前記工具の振動波形の振幅上限に位置するとき、前記工具が前記振動波形の振幅下限に位置するときと比較して、前記工具の前記切削対象物に対する切込み量が大きくなり、
前記制御部は、前記切削対象物の前記外周面の切削時、前記工具が前記振動波形の前記振幅上限に位置するときに、前記正多角形の辺の中心が加工されるよう前記移動機構と前記振動機構を同期して制御することを特徴とする請求項１に記載の工作機械。

【請求項5】

前記工具が前記振動機構による前記工具の振動波形の振幅上限に位置するとき、前記工具が前記振動波形の振幅下限に位置するときと比較して、前記工具の前記切削対象物に対する切込み量が大きくなり、
前記制御部は、前記切削対象物の前記内周面の切削時、前記工具が前記振動波形の前記振幅上限に位置するときに、前記正多角形の頂点が加工されるよう前記移動機構と前記振動機構を同期して制御することを特徴とする請求項１に記載の工作機械。

【請求項6】

前記移動機構は、前記主軸と前記工具保持部を前記振動方向と平行な方向に相対的に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。

【請求項7】

前記制御部は、前記移動機構の動作を制御可能であり、
前記回転軸方向から見たときに略正多角形の加工面を得る第１の加工と、前記回転軸方向から見たときに前記加工面を前記加工面と相似形状に加工する第２の加工と、を行う場合に、前記制御部は、前記第２の加工における前記主軸の回転に対する前記振動機構による前記工具の振動波形の位相が前記第１の加工と一致するように前記回転機構、前記移動機構及び前記振動機構を制御することを特徴とする請求項６に記載の工作機械。

【請求項8】

切削対象物が取り付けられる主軸と、
前記主軸を回転させる回転機構と、
前記切削対象物を切削する工具を保持する工具保持部と、
前記主軸と前記工具保持部を前記主軸の回転軸方向に相対的に移動させる移動機構と、
前記主軸と前記工具保持部を前記回転軸方向と直交する振動方向に相対的に振動させる振動機構と、
を備え、前記回転機構によって前記主軸を回転させながら、前記移動機構と前記振動機構によって前記切削対象物と前記工具を相対的に振動させつつ移動させることで、前記回転軸方向から見たときに前記切削対象物の外周面又は内周面を略正多角形に加工する工作機械を制御する制御装置であって、
前記主軸の一定の回転周期ごとに前記工具が前記振動方向において同一位置に位置するように前記回転機構と前記振動機構を駆動することを特徴とする制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工作機械、及び工作機械を制御する制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

いわゆる旋削加工においては、工作機械でワーク（切削対象物）を回転させながら切削するため、ワークの仕上がり形状には制限がある。旋削加工は専ら、円筒形状や円柱形状、又はこれらの組合せ形状を得るために行われる。

【0003】

従来、旋削加工において、工具の動きとワークの回転を連動して制御することで、ワークを円筒や円柱以外の形状に加工する方法が提案されている。特許文献１には、工具を送り方向に移動させながら、ワークの回転位相に同期して切込み量を変動させるように工具とワークを制御することで、旋削加工で螺旋溝形状を得る技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２－３６００４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、上述の技術はワークに螺旋状の溝形状を加工するためのものであり、例えば、上述の技術を利用してワークの外周面や内周面に平面を加工することはできない。

【0006】

本発明の目的は、旋削加工によって効率よく切削対象物を略正多角形に加工することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（態様１）
上記課題を解決するため、本発明の態様１に係る工作機械は、切削対象物が取り付けられる主軸と、前記主軸を回転させる回転機構と、前記切削対象物を切削する工具を保持する工具保持部と、前記主軸と前記工具保持部を前記主軸の回転軸方向に相対的に移動させる移動機構と、前記主軸と前記工具保持部を前記回転軸方向と直交する振動方向に相対的に振動させる振動機構と、前記回転機構と前記振動機構を制御する制御部とを備え、前記回転機構によって前記主軸を回転させながら、前記移動機構と前記振動機構によって前記切削対象物と前記工具を相対的に振動させつつ移動させることで、前記切削対象物を切削する工作機械であって、前記制御部は、前記主軸の一定の回転周期ごとに前記工具が前記振動方向において同一位置に位置するように前記回転機構と前記振動機構を駆動し、前記回転軸方向から見たときに前記切削対象物の外周面又は内周面が略正多角形に加工されるよう前記回転機構と前記振動機構を制御する。

【0008】

（態様２）
上記態様１において、前記制御部は、前記正多角形の角数に基づいて前記主軸の一回転当たりの前記振動機構の振動数を設定しても良い。

【0009】

（態様３）
上記態様２において前記一定の回転周期をｍ回転、前記正多角形の前記角数をｎ角としたとき、ｍは１以上の自然数であり、ｎは３以上の自然数であり、ｍとｎは互いに素であり、前記制御部は、前記振動機構の前記振動数をｎ／ｍと設定しても良い。

【0010】

（態様４）
上記態様１～３のいずれか一の態様において、前記工具が前記振動機構による前記工具の振動波形の振幅上限に位置するとき、前記工具が前記振動波形の振幅下限に位置するときと比較して、前記工具の前記切削対象物に対する切込み量が大きくなり、前記制御部は、前記切削対象物の前記外周面の切削時、前記工具が前記振動波形の前記振幅上限に位置するときに、前記正多角形の辺の中心が加工されるよう前記移動機構と前記振動機構を同期して制御しても良い。

【0011】

（態様５）
上記態様１～４のいずれか一の態様において、前記工具が前記振動機構による前記工具の振動波形の振幅上限に位置するとき、前記工具が前記振動波形の振幅下限に位置するときと比較して、前記工具の前記切削対象物に対する切込み量が大きくなり、前記制御部は、前記切削対象物の前記内周面の切削時、前記工具が前記振動波形の前記振幅上限に位置するときに、前記正多角形の頂点が加工されるよう前記移動機構と前記振動機構を同期して制御しても良い。

【0012】

（態様６）
上記態様１～５のいずれか一の態様において、前記移動機構は、前記主軸と前記工具保持部を前記振動方向と平行な方向に相対的に移動可能に構成されていても良い。

【0013】

（態様７）
上記態様６において、前記制御部は、前記移動機構の動作を制御可能であり、前記回転軸方向から見たときに略正多角形の加工面を得る第１の加工と、前記回転軸方向から見たときに前記加工面を前記加工面と相似形状に加工する第２の加工と、を行う場合に、前記制御部は、前記第２の加工における前記主軸の回転に対する前記振動機構による前記工具の振動波形の位相が前記第１の加工と一致するように前記回転機構、前記移動機構及び前記振動機構を制御しても良い。

【0014】

（態様８）
上記課題を解決するため、本発明の態様８に係る工作機械は、切削対象物が取り付けられる主軸と、前記主軸を回転させる回転機構と、前記切削対象物を切削する工具を保持する工具保持部と、前記主軸と前記工具保持部を前記主軸の回転軸方向に相対的に移動させる移動機構と、前記主軸と前記工具保持部を前記回転軸方向と直交する振動方向に相対的に振動させる振動機構と、を備え、前記回転機構によって前記主軸を回転させながら、前記移動機構と前記振動機構によって前記切削対象物と前記工具を相対的に振動させつつ移動させることで、前記回転軸方向から見たときに前記切削対象物の外周面又は内周面を略正多角形に加工する工作機械を制御する制御装置であって、前記主軸の一定の回転周期ごとに前記工具が前記振動方向において同一位置に位置するように前記回転機構と前記振動機構を駆動する。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、旋削加工によって切削対象物を効率よく略正多角形に加工できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態に係る工作機械の概略構成図である。

【図2】外径加工により多角形に加工されたワークを示す図である。

【図3】実施形態に係る外径加工の様子を示す正面図である。

【図4】実施形態に係る外径加工の様子を示す斜視図である。

【図5】実施形態に係る外径加工の様子を示す上面図及び側面図である。

【図6】実施形態に係る外径加工の各パスの加工軌跡を示す図である。

【図7】実施形態に係るワーク回転位相と工具位置の関係を示す図である。

【図8】内径加工により多角形に加工されたワークを示す図である。

【図9】実施形態に係る内径加工の様子を示す正面図である。

【図10】実施形態に係る内径加工の様子を示す斜視図である。

【図11】実施形態に係る内径加工の様子を示す図である。

【図12】実施形態に係る内径加工の各パスの加工軌跡を示す図である。

【図13】実施形態に係るワークを多角形に加工するその他例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施形態に基づいて例示的に詳しく説明する。なお、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施形態に限定する趣旨のものではない。

【0018】

本発明は、切削対象物を回転させながら、工具で切削対象物を多角形に加工する工作機械に好適である。本発明はまた、当該工作機械を制御する制御装置として捉えられる。

【0019】

＜実施形態＞
（工作機械１０）
まず、本発明の実施形態に係る工作機械１０の概略構成について説明する。図１は、実施形態に係る工作機械１０の概略構成を示す模式図である。工作機械１０は、切削対象物としてワーク２１を回転可能に保持するワーク保持部１１と、ワーク２１を切削するための工具を保持する工具保持部１３と、ワーク保持部１１及び工具保持部１３の動作を制御する制御部１５と、を備える。なお、説明の便宜上、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が必要に応じて図面に示される。Ｘ軸は及びＺ軸は水平方向を向き、Ｙ軸は鉛直方向を向く。また、本実施形態において、工具保持部１３に保持されるワーク２１の回転軸方向Ｓ１はＺ軸方向である。

【0020】

ワーク保持部１１は、ワーク２１を回転方向Ｒ１に回転可能、且つワーク２１の回転軸方向Ｓ１に移動可能に保持する。工具保持部１３は、工具を回転軸方向Ｓ１と平行な第１方向Ｓ２と、第１方向Ｓ２と直交する第２方向Ｓ３に移動可能に保持する。回転軸方向Ｓ１及び第１方向Ｓ２はＺ軸方向と平行であり、第２方向Ｓ３はＸ軸方向と平行である。また、工具保持部１３は工具を複数保持可能に構成されており、図１には工具保持部１３が外径加工用の工具３１と、内径加工用の工具３３を保持する様子が示されている。

【0021】

工作機械１０は、ワーク保持部１１によりワーク２１を回転させる回転機構と、ワーク保持部１１及び工具保持部１３によりワーク２１と工具を相対的に平行移動させる移動機構と、を備える。回転機構には各種モータなどの公知技術を採用でき、移動機構にはリニアサーボモータやボールネジ機構、ラックアンドピニオン機構などの公知技術を採用し得る。

【0022】

更に、工作機械１０は、移動機構の移動方向と平行な方向に対して、ワーク２１と工具を相対的に振動させる振動機構を備える。本実施形態においては、工具保持部１３はＸ軸方向と平行な振動方向Ｖ１に工具を振動可能に保持する。振動機構には、振動対象物を往復振動させることが可能な各種公知技術を採用し得る。

【0023】

制御部１５は、上述の回転機構や移動機構、振動機構の動作を制御可能に構成されている制御装置である。制御部１５は、各種機構を連動して制御可能であり、例えばワーク２
１の回転位相に工具の送り方向や切込み方向の移動を同期して旋削加工が実施されるようにワーク保持部１１と工具保持部１３を制御できる。

【0024】

なお、本実施形態においては、ワーク２１が１方向に移動可能に保持され、工具が２方向に移動可能、且つ１方向に振動可能に保持される構成について示した。しかし、本発明の適用にあたっては、工作機械１０は、工具の代わりにワーク２１を２方向に移動可能、且つ１方向に振動可能に保持するように構成されても良い。又は、工作機械１０は、工具のみを移動可能に保持するように構成されても良い。より具体的には、工作機械１０は、ワーク２１と工具が相対的にＺ軸方向及びＸ軸方向に移動可能、且つ相対的にＸ軸方向に振動可能に構成されていれば良い。このように構成されることで、工作機械１０は、回転機構と振動機構を連動して制御して、ワーク２１の回転軸方向から見たときに、ワーク２１の外周面及び内周面を略正多角形に加工することが可能である。以下、ワーク２１の回転位相に同期して工具３１を振動させながら切削し、ワーク２１を略正多角形に加工する方法について、複数の加工例に基づいて説明する。

【0025】

（加工例１）
まず、工作機械１０によって、ワーク２１の回転位相に同期して工具３１を振動させながら切削することで、ワーク２１の外周面を略正五角形に加工する場合を加工例１として説明する。図２（ａ）はＺ軸方向から見たときにワーク２１の外周面が正五角形に加工される様子を示す図であり、外径加工用の工具３１がワーク２１の外周面に当接している様子を示す。図２（ｂ）はＺ軸方向から見たときに外周面に加工されたワーク２１の斜視図である。ワーク２１は、ワーク保持部１１の主軸を構成する爪部１７によって保持され、主軸と一体的に回転する。

【0026】

ワーク２１の１回転当たりの工具３１の振動数を２．５回に設定して、ワーク２１の外周面を正五角形に加工する方法について説明する。以下の説明において、工具の振動数とは、ワーク２１の一回転当たりの振動数を指す。すなわち、振動数が２．５回のとき、ワーク２１が２回転すると工具３１は５回振動する。

【0027】

図３（ａ）～（ｃ）、図４、図５（ａ）、（ｂ）を用いて、振動数２．５回で外径加工される様子について説明する。加工例１においては、工作機械１０は、ワーク２１を回転させながら、工具３１をＺ軸方向（送り方向）に移動させつつＸ軸方向（切込み方向）に振動させて切削を行う。また、加工例１においては、工具３１は振動機構により正弦波で振動され、ワーク２１は図２（ａ）において反時計回り方向に回転される。

【0028】

図３（ａ）～（ｃ）は、工作機械１０による外径加工の様子を示す正面図であり、加工軌跡Ｔｏが実線で図示されている。加工軌跡Ｔｏは、工具３１の切込み方向の先端がワーク２１に当接する位置を示し、ワーク２１の外周面は加工軌跡Ｔｏに倣って加工される。そして、図３（ａ）～（ｃ）には、工具３１の振幅上限ＡＵ、振幅中間ＡＭ、振幅下限ＡＬのそれぞれが二点鎖線で示されている。工具３１のワーク２１に対するＸ軸方向の切込み量は、工具３１が振幅上限ＡＵに位置するときに最も大きく、工具３１が振幅下限ＡＬに位置するときに最も小さくなる。工具３１は、ワーク２１の外周面に当接するため、振幅下限ＡＬを示す円の径が最も大きく、振幅上限ＡＵを示す円の径が最も小さくなる。なお、図３（ａ）～（ｃ）のように加工軌跡を示す各図面は、工具の振動の様子を明確に示すため、加工軌跡が工具の振動方向Ｖ１や送り方向等に拡大して示されている。

【0029】

図３（ａ）は、Ｚ軸方向から見たワーク２１の１回転目の加工軌跡Ｔｏを示す正面図である。上述したように、ワーク２１の１回転中に工具３１は２．５回振動する。図３（ａ）には、工具３１の１振動目の始点が点Ｐｏ１として、工具３１の１振動目の終点であって工具３１の２振動目の始点が点Ｐｏ２として、工具３１の２振動目の終点であって工具
３１の３振動目の始点が点Ｐｏ３として示されている。更に、図３（ａ）には、工具３１の３振動目の中間点であって、工具３１が２．５回振動したときの位置が点Ｐｏ３．５として示されている。

【0030】

本加工においては、振幅下限ＡＬは、ワーク２１の加工前の外周面と一致するよう設定されており、工具３１は点Ｐｏ１に位置し、振幅下限ＡＬでワーク２１に当接し始める。そして、ワーク２１が２／５回転すると工具３１は１振動して点Ｐｏ２に移動し、再び振幅下限ＡＬでワーク２１に当接する。そこからワーク２１が２／５回転すると工具３１は更に１振動して点Ｐｏ３に移動し、振幅下限ＡＬでワーク２１に当接する。そこからワーク２１が１／５回転すると工具は１／２回振動して点Ｐｏ３．５に移動し、振幅上限ＡＵでワーク２１に当接する。図３（ａ）においては、ワーク２１の２回転目に加工される領域Ｑｏ１が斜線で塗りつぶされている。

【0031】

図３（ｂ）は、Ｚ軸方向から見たワーク２１の２回転目の加工軌跡Ｔｏを示す正面図である。図３（ｂ）には、工具３１の３振動目の終点であって４振動目の始点が点Ｐｏ４として、工具３１の４振動目の終点であって工具３１の５振動目の始点が点Ｐｏ５として、工具３１の５振動目の終点であって工具３１の６振動目の始点が点Ｐｏ６として示されている。更に、図３（ｂ）には、工具３１の３振動目の中間点であって、ワーク２１の２回転目開始時の工具３１の位置が点Ｐｏ３．５として示されている。

【0032】

上述の通り、ワーク２１の２回転目開始時は、工具３１は点Ｐｏ３．５に位置し、そこからワーク２１が１／５回転することで工具３１は点Ｐｏ４に移動し、振幅下限ＡＬでワーク２１に当接する。そして、ワーク２１が２／５回転すると工具３１は１振動して点Ｐｏ５に移動し、再び振幅下限ＡＬでワーク２１に当接する。そこからワーク２１が２／５回転すると工具３１は更に１振動して点Ｐｏ６に移動し、振幅下限ＡＬでワーク２１に当接する。図３（ｂ）においては、ワーク２１の２回転目に加工される領域Ｑｏ２が点描で塗りつぶされている。

【0033】

ワーク２１の３回点目以降は、上述の加工が順に繰り返し行われる。すなわち、ワーク２１の奇数回転目は図３（ａ）に示される加工軌跡Ｔｏで加工が行われ、ワーク２１の偶数回転目は図３（ｂ）に示される加工軌跡Ｔｏで加工が行われる。また、ワーク２１を保持するワーク保持部１１の主軸の一定の回転周期ごとに工具３１は振動方向Ｖ１において同一位置に位置するように、制御部１５は回転機構と振動機構を駆動している。より具体的には、ワーク２１がｓ（ｓ：０、１、２、…）×１４４°回転したとき工具３１は振幅下限ＡＬに位置し、ワーク２１がｔ（ｔ：０、１、２、…）×１４４＋７２°回転したとき工具３１は振幅上限ＡＵに位置する。このような加工がワーク２１の回転軸方向Ｓ１（Ｚ軸方向）に連続して行われることで、ワーク２１の回転軸方向Ｓ１から見たときにワーク２１の外周面は略正五角形に加工される。

【0034】

図３（ｃ）は、ワーク２１の１回転目と２回転目の加工軌跡Ｔｏを重ね合わせた様子を示す図である。図３（ｃ）には、ワーク２１の１回転目の加工軌跡Ｔｏと、ワーク２１の２回転目の加工軌跡Ｔｏとを重ね合わせたもののうち、工具３１のワーク２１に対する切込み量が大きい部分のみが示されている。図３（ｃ）に示されるように、重ね合わせた加工軌跡Ｔｏは略正五角形に形成され、上述の加工によりワーク２１が略正五角形に加工されることが分かる。上述の通り、図３（ａ）～（ｃ）は一部が工具３１の振動方向Ｖ１に拡大して示された図であり、実際の加工においては、図３（ｃ）に示される形状より正五角形に近い形にワーク２１は加工される。

【0035】

図３（ｃ）に示されるように、加工例１においては、ワーク２１の正五角形の各頂点は工具３１が振幅中間ＡＭに位置するときに加工され、ワーク２１の正五角形の各辺の中心
は工具３１が振幅上限ＡＵに位置するときに加工される。すなわち、工具３１の振幅上限ＡＵを示す円は、ワーク２１の正五角形に内接する。このような位置関係でワーク２１が工具３１に切削されるように、制御部１５は回転機構と移動機構を制御する。

【0036】

図４は、ワーク２１が２回転したときの加工軌跡Ｔｏと点Ｐｏ１～Ｐｏ６を示す斜視図である。加工中、工具３１は常にＺ軸方向に１回転当たりの送り量Ｆで移動する。すなわち、点Ｐｏ１と点Ｐｏ６のＺ軸方向距離は２Ｆとなる。

【0037】

図５（ａ）は、図４の状態から更に加工が継続されて、工具３１が送り方向（Ｚ軸方向）に移動したときの加工軌跡Ｔｏを示すＹ軸方向から見た上面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）をＸ軸方向から見た側面図である。加工例１においては、振動数が２．５であるため、ワーク２１の２回転ごとに工具３１は振動方向Ｖ１において同一位置に位置する。すなわち、ワーク２１の１回転目の点Ｐｏ１とワーク２１の３回転目の点Ｐｏ１において、工具３１は振動方向Ｖ１において同一位置に位置する。

【0038】

上述の通り、図４や、図５（ａ）、（ｂ）においては、加工軌跡ＴｏはＺ軸方向に拡大して示されている。実際の加工においては、ワーク２１の奇数回転目で加工される部分とワーク２１の偶数回転目で加工される部分とが、Ｚ軸方向において一部が重なるように送り量Ｆが設定されて加工される。そして、ワーク２１の外周面は略正五角形に加工される。

【0039】

工作機械１０は、上述のワーク２１の加工を、切込み方向に複数の加工パスに分けて行うことが可能である。図６は、３パスでワーク２１が加工されるときの加工軌跡を示す図である。図６には、加工前のワーク２１の外周面２１ａが点線で、１パス目（第１の加工）の加工軌跡Ｔｏ１が一点鎖線で、２パス目（第２の加工）の加工軌跡Ｔｏ２が二点鎖線で、３パス目（第３の加工）の加工軌跡Ｔｏ３が実線でそれぞれ示されている。加工例１においては、加工軌跡Ｔｏ１はワーク２１の外周面２１ａに接するように描かれる。更に、図６には、１パス目で加工される領域Ｑｐ１が斜線で、２パス目で加工される領域Ｑｐ２が横線で、３パス目で加工される領域Ｑｐ３が縦線でそれぞれ塗りつぶされている。

【0040】

制御部１５が、ワーク２１の回転位相に同期して工具３１を移動させることで、複数の加工パスにおいて、工具３１がワーク２１に当接し始めるときのワーク２１の回転位相を互いに一致させることができる。そして、同一の振動数や送り量でワーク２１が切削されることで、複数の加工パスにおいて、工具３１の振動波形の位相が互いに一致し、ワーク２１の回転位相に対する正五角形の頂点の位置が互いに一致する。

【0041】

図６に示されるように、加工軌跡Ｔｏ１、加工軌跡Ｔｏ２、加工軌跡Ｔｏ３はすべて略正五角形であり、互いに相似形状である。すなわち、ワーク２１をＺ軸方向から見たときに、各パスにおいて、略正五角形状の加工面が得られる。つまり、本実施形態によれば、複数の加工パスに分けてワーク２１を略正多角形に加工できるため、ワーク２１の取り代を過度に小さくする必要がなく簡易的に、且つ前加工なしで効率よく加工を行うことができる。

【0042】

図７は、ワーク２１の回転位相と工具３１の切込み方向位置の関係を示すグラフである。図７のグラフは、縦軸が工具３１の切込み方向の位置であり、横軸がワーク２１の回転位相であり、１パス目から３パス目までのワーク２１の奇数回転目と偶数回転目の工具３１の切込み方向位置が示されている。図７には、１、２、３パス目のワーク奇数回転目の工具３１の切込み方向位置を示す振動波形Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３が点線で示されている。同様に、図７には、１、２、３パス目のワーク偶数回転目の工具３１の切込み方向位置を示す振動波形Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３が一点鎖線で示されている。

【0043】

図７に示されるように、複数の加工パスにおいて、工具３１の振動波形の位相が一致するように、制御部１５は回転機構、振動機構、移動機構を連動して駆動する。加工例１においては、ワーク２１の回転位相に対する振動波形Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３のそれぞれの位相は互いに一致し、ワーク２１の回転位相に対する振動波形Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３のそれぞれの位相は互いに一致する。このように各機構が制御されることで、複数パスに分けてワーク２１が略正多角形に加工される。

【0044】

また、加工例１においては、Ｘ軸方向における工具３１のワーク２１に対する切込み量Ｘｓと工具３１の振動振幅Ｘｔ（振幅上限ＡＵと振幅下限ＡＬの差）が同値で設定されている。なお、これらの値は互いに異なった値で設定されても良い。

【0045】

上述の通り、本実施形態の工作機械１０によれば、回転機構と振動機構を連動して制御することで、旋削加工でワークの外周面が略正多角形となるように加工できる。また、ワークを多角形に加工する方法としては、工具とワークを互いに平行な回転軸を中心に回転させて加工するポリゴン加工が挙げられるが、本実施形態の加工方法は当該ポリゴン加工と比較して、より高効率に加工ができる。更に、当該ポリゴン加工は断続切削だが、本実施形態の加工方法は連続切削によりワークを略正多角形に加工できるため、安定して切削可能である。

【0046】

（加工例２）
次に、工作機械１０によって、ワーク２１の回転位相に同期して工具３３を振動させながら切削することで、ワーク２１の内周面を略正五角形に加工する場合を加工例２として説明する。図８（ａ）はＺ軸方向から見たときにワーク２１の内周面が正五角形に加工される様子を示す図であり、内周加工用の工具３３がワーク２１の内周面に当接している様子を示す。図８（ｂ）はＺ軸方向から見たときに内周面に加工されたワーク２１の斜視図である。ワーク２１は、爪部１７によって保持され、ワーク保持部１１の主軸と一体的に回転する。

【0047】

ワーク２１の内周面を正多角形に加工する際、事前にワーク２１に下穴２１ｂが形成された状態で行われる。下穴２１ｂの径は、最終形状に対する取り代や使用する内径加工用の工具３３に応じて変更可能である。

【0048】

図９（ａ）～（ｃ）、図１０、図１１（ａ）、（ｂ）を用いて、ワーク２１の１回転当たりの工具３１の振動数を２．５回に設定して、ワーク２１の内周面を正五角形に加工する方法について説明する。加工例２においても、工作機械１０は、ワーク２１を回転させながら、工具３１をＺ軸方向（送り方向）に移動させつつＸ軸方向（切込み方向）に振動させて切削を行う。また、加工例２においても、工具３３は振動機構により正弦波で振動され、ワーク２１は図８（ａ）において反時計回り方向に回転される。

【0049】

図９（ａ）～（ｃ）は、工作機械１０による内径加工の様子を示す正面図であり、加工軌跡Ｔｉが実線で図示されている。加工軌跡Ｔｉは、工具３３の切込み方向の先端がワーク２１に当接する位置を示し、ワーク２１の内周面は加工軌跡Ｔｉに倣って加工される。そして、図９（ａ）～（ｃ）には、工具３３の振幅上限ＡＵ、振幅中間ＡＭ、振幅下限ＡＬのそれぞれが二点鎖線で示されている。工具３３は、ワーク２１の内周面に当接するため、振幅上限ＡＵを示す円の径が最も大きく、振幅下限ＡＬを示す円の径が最も小さくなる。

【0050】

図９（ａ）は、Ｚ軸方向から見たワーク２１の１回転目の加工軌跡Ｔｉを示す正面図である。上述したように、ワーク２１の１回転中に工具３３は２．５回振動する。図９（ａ
）には、工具３１の１振動目の始点が点Ｐｉ１として、工具３１の１振動目の終点であって工具３３の２振動目の始点が点Ｐｉ２として、工具３３の２振動目の終点であって工具３３の３振動目の始点が点Ｐｉ３として示されている。更に、図９（ａ）には、工具３３の３振動目の中間点であって、工具３３が２．５回振動したときの位置が点Ｐｉ３．５として示されている。

【0051】

本加工においては、振幅下限ＡＬは、ワーク２１の加工前の内周面（下穴２１ｂ）と一致するよう設定されており、工具３３は点Ｐｉ１に位置し、振幅下限ＡＬでワーク２１に当接し始める。そして、ワーク２１が２／５回転すると工具３３は１振動して点Ｐｉ２に移動し、再び振幅下限ＡＬでワーク２１に当接する。そこからワーク２１が２／５回転すると工具３３は更に１振動して点Ｐｉ３に移動し、振幅下限ＡＬでワーク２１に当接する。そこからワーク２１が１／５回転すると工具は１／２回振動して点Ｐｉ３．５に移動し、振幅上限ＡＵでワーク２１に当接する。図９（ａ）においては、ワーク２１の２回転目に加工される領域Ｑｉ１が斜線で塗りつぶされている。

【0052】

図９（ｂ）は、Ｚ軸方向から見たワーク２１の２回転目の加工軌跡Ｔｉを示す正面図である。図９（ｂ）には、工具３３の３振動目の終点であって４振動目の始点が点Ｐｉ４として、工具３３の４振動目の終点であって工具３３の５振動目の始点が点Ｐｉ５として、工具３３の５振動目の終点であって工具３３の６振動目の始点が点Ｐｉ６として示されている。更に、図９（ｂ）には、工具３３の３振動目の中間点であって、ワーク２１の２回転目開始時の工具３３の位置が点Ｐｉ３．５として示されている。

【0053】

上述の通り、ワーク２１の２回転目開始時は、工具３３は点Ｐｉ３．５に位置し、そこからワーク２１が１／５回転することで工具３３は点Ｐｉ４に移動し、振幅下限ＡＬでワーク２１に当接する。そして、ワーク２１が２／５回転すると工具３３は１振動して点Ｐｉ５に移動し、再び振幅下限ＡＬでワーク２１に当接する。そこからワーク２１が２／５回転すると工具３３は更に１振動して点Ｐｉ６に移動し、振幅下限ＡＬでワーク２１に当接する。図９（ｂ）においては、ワーク２１の２回転目に加工される領域Ｑｉ２が点描で塗りつぶされている。

【0054】

ワーク２１の３回点目以降は、上述の加工が順に繰り返し行われる。すなわち、ワーク２１の奇数回転目は図９（ａ）に示される加工軌跡Ｔｉで加工が行われ、ワーク２１の偶数回転目は図９（ｂ）に示される加工軌跡Ｔｉで加工が行われる。また、ワーク２１を保持するワーク保持部１１の主軸の一定の回転周期ごとに工具３３は振動方向Ｖ１において同一位置に位置するように、制御部１５は回転機構と振動機構を駆動している。より具体的には、ワーク２１がｕ（ｕ：０、１、２、…）×１４４°回転したとき工具３３は振幅下限ＡＬに位置し、ワーク２１がｖ（ｖ：０、１、２、…）×１４４＋７２°回転したとき工具３３は振幅上限ＡＵに位置する。このような加工がワーク２１の回転軸方向Ｓ１（Ｚ軸方向）に連続して行われることで、ワーク２１の回転軸方向Ｓ１から見たときにワーク２１の内周面は略正五角形に加工される。

【0055】

図９（ｃ）は、ワーク２１の１回転目と２回転目の加工軌跡Ｔｉを重ね合わせた様子を示す図である。図９（ｃ）には、ワーク２１の１回転目の加工軌跡Ｔｉと、ワーク２１の２回転目の加工軌跡Ｔｉとを重ね合わせたもののうち、工具３３のワーク２１に対する切込み量が大きい部分のみが示されている。図９（ｃ）に示されるように、重ね合わせた加工軌跡は略正五角形に形成され、上述の加工によりワーク２１が略正五角形に加工されることが分かる。上述の通り、図９（ａ）～（ｃ）は一部が工具３３の振動方向Ｖ１に拡大して示された図であり、実際の加工においては、図９（ｃ）に示される形状より正五角形に近い形にワーク２１は加工される。

【0056】

図９（ｃ）に示されるように、加工例２においては、ワーク２１の正五角形の各頂点は工具３１が振幅上限ＡＵに位置するときに加工され、ワーク２１の正五角形の各辺の中心は工具３１が振幅中間ＡＭに位置するときに加工される。すなわち、工具３１の振幅中間ＡＭを示す円は、ワーク２１の正五角形に内接する。このような位置関係でワーク２１が工具３３に切削されるように、制御部１５は回転機構と移動機構を制御する。

【0057】

図１０は、ワーク２１が２回転したときの加工軌跡Ｔｉと点Ｐｉ１～Ｐｉ６を示す斜視図である。加工中、工具３３は常にＺ軸方向に１回転当たりの送り量Ｆで移動する。すなわち、点Ｐｉ１と点Ｐｉ６のＺ軸方向距離は２Ｆとなる。

【0058】

図１１（ａ）は、図１０の状態から更に加工が継続されて、工具３３が送り方向（Ｚ軸方向）に移動したときの加工軌跡Ｔｉを示すＹ軸方向から見た上面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）をＸ軸方向から見た側面図である。加工例２においては、振動数が２．５であるため、ワーク２１の２回転ごとに工具３３は振動方向Ｖ１において同一位置に位置する。すなわち、ワーク２１の１回転目の点Ｐｉ１とワーク２１の３回転目の点Ｐｉ１において、工具３３は振動方向Ｖ１において同一位置に位置する。

【0059】

上述の通り、図１０や、図１１（ａ）、（ｂ）においては、加工軌跡ＴｉはＺ軸方向に拡大して示されている。実際の加工においては、ワーク２１の奇数回転目で加工される部分とワーク２１の偶数回転目で加工される部分とが、Ｚ軸方向において一部が重なるように送り量Ｆが設定されて加工される。そして、ワーク２１の内周面は略正五角形に加工される。

【0060】

工作機械１０は、上述のワーク２１の加工を、切込み方向に複数の加工パスに分けて行うことが可能である。図１２は、３パスでワーク２１が加工されるときの加工軌跡を示す図である。図１２には、１パス目（第１の加工）の加工軌跡Ｔｉ１が一点鎖線で、２パス目（第２の加工）の加工軌跡Ｔｉ２が二点鎖線で、３パス目（第３の加工）の加工軌跡Ｔｉ３が実線でそれぞれ示されている。加工例２においては、加工軌跡Ｔｉ１はワーク２１の内周面である下穴２１ｂに接するように描かれる。更に、図６には、１パス目で加工される領域Ｑｐ１が斜線で、２パス目で加工される領域Ｑｐ２が横線で、３パス目で加工される領域Ｑｐ３が縦線でそれぞれ塗りつぶされている。

【0061】

加工例２においても、制御部１５により、ワーク２１の回転位相に同期して工具３３が移動し、複数の加工パスにおいて、工具３３がワーク２１に当接し始めるときのワーク２１の回転位相が互いに一致する。そして、同一の振動数や送り量でワーク２１が切削されることで、複数の加工パスにおいて、工具３３の振動波形の位相が互いに一致し、ワーク２１の回転位相に対する正五角形の頂点の位置が互いに一致する。

【0062】

図１２に示されるように、加工軌跡Ｔｉ１、加工軌跡Ｔｉ２、加工軌跡Ｔｉ３はすべて略正五角形であり、互いに相似形状である。すなわち、ワーク２１をＺ軸方向から見たときに、各パスにおいて、略正五角形状の加工面が得られる。つまり、本実施形態によれば、複数の加工パスに分けてワーク２１を略正多角形に加工できるため、ワーク２１の取り代を過度に小さくする必要がなく、簡易的に正多角形の加工を行うことができる。

【0063】

上述の通り、本実施形態の工作機械１０によれば、回転機構と振動機構を連動して制御することで、旋削加工でワークの内周面が略正多角形となるように加工できる。また、本実施形態の加工方法によれば、振動振幅や切込み量が適切に設定されることで、連続切削によりワークを略正多角に加工できるため、安定して切削可能である。

【0064】

以上より、本実施形態によれば、旋削加工によりワークの外周面や内周面を略正多角形
に効率よく加工できる。また、上述の加工例においては、切削条件を振動数２．５としてワークを略正五角形に加工していたが、本発明は振動数を異なる値に設定してその他の正多角形に加工可能である。以下、上述の加工例に対して振動数が変更されて、実施形態１の構成によって、ワーク２１がその他の正多角形に加工される加工例について説明する。

【0065】

（その他加工例）
次に、図１３（ａ）～（ｆ）を用いて、本実施形態に係るその他加工例について説明する。以下、説明されるその他加工例においても、工作機械１０は、ワーク２１を回転させながら、工具をＺ軸方向（送り方向）に移動させつつＸ軸方向（切込み方向）に振動させて切削を行い、ワーク２１を略正多角形に加工する。図１３（ａ）～（ｆ）には、工具の振幅上限ＡＵ、振幅中間ＡＭ、振幅下限ＡＬのそれぞれが二点鎖線で示されている。

【0066】

外径加工による加工例が示される図１３（ａ）、（ｃ）、（ｅ）には、工具のｑ振動目の始点が点Ｐｏｑとして示され、加工軌跡Ｔｏが実線で示される。また、図１３（ａ）、（ｃ）、（ｅ）には、ワーク２１の１回転目の加工軌跡Ｔｏによって加工される領域Ｑｏ１が斜線で塗りつぶされて、ワーク２１の２回転目の加工軌跡Ｔｏによって加工される領域Ｑｏ２が点描で塗りつぶされて示される。

【0067】

内径加工による加工例が示される図１３（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）には、工具のｑ振動目の始点が点Ｐｉｑとして示され、加工軌跡Ｔｉが実線で示される。また、図１３（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）には、ワーク２１の１回転目の加工軌跡Ｔｉによって加工される領域Ｑｉ１が斜線で塗りつぶされて、ワーク２１の２回転目の加工軌跡Ｔｉによって加工される領域Ｑｉ２が点描で塗りつぶされて示される。

【0068】

図１３（ａ）は、加工例３として、振動数３の外径加工によりワーク２１が略正三角形に加工される様子を示す図である。加工例３においては、ワーク２１の１回転ごとに工具が３回振動して外周面が略正三角形に加工される。このとき、Ｚ軸方向から見たときに、ワーク２１の加工軌跡Ｔｏは、回転回数に関わらず常に同じ軌跡であるため、図１３（ａ）には、領域Ｑｏ１のみが示される。

【0069】

図１３（ｂ）は、加工例４として、振動数３の内径加工によりワーク２１が略正三角形に加工される様子を示す図である。加工例４においては、ワーク２１の１回転ごとに工具が３回振動して内周面が略正三角形に加工される。このとき、Ｚ軸方向から見たときに、ワーク２１の加工軌跡Ｔｉは、回転回数に関わらず常に同じ軌跡であるため、図１３（ｂ）には、領域Ｑｉ１のみが示される。

【0070】

図１３（ｃ）は、加工例５として、振動数１．５の外径加工によりワーク２１が略正三角形に加工される様子を示す図である。加工例５においては、ワーク２１の２回転ごとに工具が３回振動して外周面が略正三角形に加工される。図１３（ｃ）に示される加工軌跡Ｔｏは、ワーク２１の１回転目の加工軌跡Ｔｏと、ワーク２１の２回転目の加工軌跡Ｔｏとを重ね合わせて、工具のワーク２１に対する切込み量が大きい部分のみを抜粋したものである。また、加工例５においては、図１３（ｃ）に示されるように、Ｚ軸方向から見たときに、領域Ｑｏ１と領域Ｑｏ２とが混在する。

【0071】

図１３（ｄ）は、加工例６として、振動数１．５の内径加工によりワーク２１が略正三角形に加工される様子を示す図である。加工例６においては、ワーク２１の２回転ごとに工具が３回振動して内周面が略正三角形に加工される。図１３（ｄ）に示される加工軌跡Ｔｏは、ワーク２１の１回転目の加工軌跡Ｔｏと、ワーク２１の２回転目の加工軌跡Ｔｏとを重ね合わせて、工具のワーク２１に対する切込み量が大きい部分のみを抜粋したものである。また、加工例６においては、図１３（ｄ）に示されるように、Ｚ軸方向から見た
ときに、領域Ｑｉ１と領域Ｑｉ２とが混在する。

【0072】

図１３（ｅ）は、加工例７として、振動数４の外径加工によりワーク２１が略正四角形に加工される様子を示す図である。加工例７においては、ワーク２１の１回転ごとに工具が４回振動して外周面が略正四角形に加工される。このとき、Ｚ軸方向から見たときに、ワーク２１の加工軌跡Ｔｏは、回転回数に関わらず常に同じ軌跡であるため、図１３（ｅ）には、領域Ｑｏ１のみが示される。

【0073】

図１３（ｆ）は、加工例８として、振動数４の内径加工によりワーク２１が略正四角形に加工される様子を示す図である。加工例８においては、ワーク２１の１回転ごとに工具が４回振動して内周面が略正四角形に加工される。このとき、Ｚ軸方向から見たときに、ワーク２１の加工軌跡Ｔｉは、回転回数に関わらず常に同じ軌跡であるため、図１３（ｆ）には、領域Ｑｉ１のみが示される。

【0074】

以上より、本実施形態によれば、ワークの回転軸方向から見たときに、旋削加工でワークの外周面及び内周面を略正多角形に効率よく加工できる。本実施形態においては、ワークを正ｎ角形に加工する場合、ワークの一定の回転周期をｍ回転としたとき、工具が振動数ｎ／ｍで振動するように回転機構と振動機構が連動して制御される。このとき、ｍは１以上の自然数であり、ｎは３以上の自然数であり、ｎとｍは互いに素の関係である。したがって、本実施形態によれば、例えば、振動数を１．２として５回転ごとにワークを略正六角形に加工したり、振動数を１．７５として４回転ごとにワークを略正七角形に加工したりできる。

【0075】

上述の通り、振動数がｎ／ｍとなるように回転機構と振動機構が駆動されることで、ワークの一定の回転周期ｍごとに工具が振動方向Ｖ１において同一位置に位置し、ワークのｍ回転ごとにワークが略正ｎ角形に加工される。また、回転機構と振動機構に加えて、工具の移動機構が連動して駆動されることで、複数パスに分けてワークを略正多角形に加工できる。

【0076】

本実施形態に係る外径加工においては、ワークの正多角形の各辺の中心は、工具が振幅上限ＡＵに位置するときに加工される。また、本実施形態に係る内径加工においては、ワークの正多角形の各頂点は、工具が振幅上限ＡＵに位置するときに加工される。このような位置関係でワークが工具に切削されるように、制御部１５が回転機構と移動機構を制御することで、ワークは略正多角形に加工される。

【0077】

更に、本実施形態によれば、角数が同一の正多角形に対して複数の振動数を設定可能である。例えば、ワークの外周面を正三角形に加工する際には、振動数３（図１３（ａ）参照）としても良いし、振動数１．５（図１３（ｃ）参照）としても良い。振動機構による振動速度には限界があるため、振動数ｎ／ｍが小さくなるように回転周期ｍを増やすことで、ワークの回転数（周速）を上げて加工時間を減らし、生産性を向上できる。

【0078】

＜その他の実施形態＞
上述の実施形態はあくまでも一例であって、本開示はその要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得る。また、本開示において説明した処理や手段は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。例えば、上述の実施形態においては円筒状のワークを回転させながら加工していたが、ワークは円筒状に限られない。

【0079】

また、１つの装置が行うものとして説明した処理が、複数の装置によって分担して実行されてもよい。あるいは、異なる装置が行うものとして説明した処理が、１つの装置によ
って実行されても構わない。コンピュータシステムにおいて、各機能をどのようなハードウェア構成によって実現するかは柔軟に変更可能である。

【符号の説明】

【0080】

１０…工作機械、１５…制御部、２１…ワーク（切削対象物）、３１…工具、Ｓ１…回転軸方向、Ｖ１…振動方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】