JP4435526B2 - 自由曲面精密加工ツール - Google Patents
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Description
特許文献1の「自由曲面加工ツール」は、軸心zまわりの回転により下端部が接触して被加工面を加工する自由曲面加工ツールであって、少なくとも下方に球面加工部を有する球状工具と、該球面の中心を通り軸心zと異なる回転軸aで球状工具を支持する支持軸受とを有するものである。
以下に、上述した問題点を精密加工を行う場合について更に詳しく説明する。
NC研削加工では、加工機能と精密加工を維持するため、常時、砥石加工部の新面生成と正確な球面維持が不可欠となる。
そのため、砥石加工部の接触頻度が全面均一になるように軸心zを傾け、接触摩耗の位置と接触頻度をコントロールし修正の必要性を低減する必要がある。しかし軸心zを任意に傾けることができない場合は、予め、プログラムに組込まれた設定値でもって、砥石加工部を連続的、計画的に修正することになり、球面加工部の大部分がその修正により無駄に除去加工することになる。
また、球状工具の球面加工部の修正は半径を減すように、すなわち、曲率を変える修正であるため、NC加工装置を用いた精密な除去加工が必要となる。
また、加工ツールの球面半径を小さくすることにより、加工位置の精度を向上させることはできるが、反面、上述の如く加工時間が増大する問題がある。
また、別の好ましい実施形態によれば、前記半径rは、回転軸xからの凸面加工面の最大半径Rより大きく設定されており、これにより、加工軌跡の位置制御を最下端円弧の中心Aで行う。
また、参考例の別の好ましい実施形態によれば、前記非加工部の外周面に接触するプーリーと、該プーリーを回転駆動するベルトとを備え、プーリーの回転により太鼓状工具を直交軸心xまわりに回転駆動する。
別の好ましい実施形態によれば、前記太鼓状工具の両側または片側に設けられた従動歯車と、該従動歯車を駆動する主動歯車とを備え、主動歯車をベルト駆動して太鼓状工具を直交軸心xまわりに回転駆動する。
更に、前記太鼓状工具の凸面加工面を修正する修正手段を有する。前記修正手段は、砥石、電解、放電手段、又はこれらの複合手段からなる。また、前記修正手段は、被加工材の加工と同時に機能する。
前記ベルトは外周面に接触する側に研磨面を備え、回転駆動と同時に太鼓状工具の凸面加工面を修正する。
また、この太鼓状工具12は、被加工面と接触して加工するための凸面加工面13を有する。この凸面加工面13は、軸心zと回転軸xの交点Oを中心とする半径rの円弧を回転軸xを中心に回転させた円弧回転体の形状を有する。
この構成により、凸面加工面13で被加工面を研削しながら同時に導電性砥石(凸面加工面13)の表面を電解ドレッシングにより修正することができる。なお、修正手段は、砥石もしくは、電解または放電手段、又はこれらの複合手段としてもよい。砥石、電解、放電等の修正手段により、好ましくは被加工材の加工と同時に円弧回転体凸面加工部13を修正することができ、精密加工を長時間継続することができる。
この構成により、主動歯車16aをベルト18で回転駆動して太鼓状工具12を直交軸心xまわりに回転駆動することができる。その他の構成は、図1と同様である。
なお、図4において、非加工部13bの外周面にプーリー19を接触させ、ベルト18でプーリー19を回転駆動して、プーリー19の回転により太鼓状工具12を直交軸心xまわりに回転駆動してもよい。プーリー19は非加工部13bに対して図示しない付勢手段(バネ等)で押し付け、その間の摩擦力を保持するのがよい。
この構成により、凸面加工面13に直接接触しないのでプーリー19の磨耗を低減することができる。
図5(B)は、円弧半径rが円弧回転体最外周半径Rより大きい場合を示す。この場合球面加工面Uは球冠面の加工範囲Dを有し、その中心は軸心z上の最下端の円弧半径rの中心Aで加工軌跡の位置制御を行うことができる。
なお、円弧半径rを、回転軸xからの凸面加工面の最大半径Rと同一に設定してもよい。この場合には、円弧の回転中心Oと最下端円弧の半径中心Aが一致するため、加工軌跡の位置制御を同一中心で行うことができる。
任意の回目と次回目にずれsが生じている。これは回転角速度の差によるもので、これにより接触面eの移動軌跡が分散化される。また、接触面eの移動速度は直角速度成分の合成により変動が小さくなる。この機能により、円弧回転体凸面加工部13の切れ味の持続、均一な摩耗と、自己修正機能を得る、と同時に、消耗速度の低下を得て、円弧回転体凸面加工部13の形状精度維持と持続が図れるので、汎用性のある3軸NC加工装置を用いて、自由曲面を効率よく、精密加工できる。
この構成により、主動歯車16aをベルト18で回転駆動し、中間歯車16bを介して太鼓状工具12を直交軸心xまわりに回転駆動することができる。
(1)ベルトが中間歯車16bにかかっていないため、従動歯車との軸間距離を短縮できる。すなわち、歯車外径をツール本体の断面外形内に納めることができる。
(2)中間歯車を従動歯車の外径よりも小径にできるため、減速伝導となり歯の強度および摩耗、効率の面で有利である。
(3)中間歯車の歯数の組み合わせで工具回転数設定の自由度を広げることができる。また、中間歯車を1個または2個にし、太鼓状工具12の回転方向の左右回りを決め、ジャイロ効果で発生する偶力を工具押圧との相殺に利用できる。
(4)中間歯車に電極21を設置できる。
(5)ベルトの断面形状の自由度が増す。チェーンの使用も可能となる。
なお、ワークは成形用金型用鋼(ステンレス系HRC42)、砥石は鋳鉄ボンドCBN#4000砥石(直径20mm、厚さ8mm)であり、加工条件は、表1に示すように、スピンドル回転数1500rpm、送り速度100mm/min、ピッチ0.1mm、切込み量10μm/passで実施した。
0.1392μmRyであった。従ってこの結果から、自由曲面精密加工ツールで#4000砥石を用いることにより優れた鏡面が得られることが確認された。
10 自由曲面精密加工ツール
11 ツール本体、11a 導通孔、12 太鼓状工具、12a 支持軸
13 凸面加工面、13a 凸面加工部、13b 非加工部
14 支持軸受、15 羽根車
16 従動歯車、16a 主動歯車、16b 中間歯車、
17b 支持軸、17c 軸受、17d 軸受、18 ベルト、19 プーリー
19b プーリー軸、19c 軸受
21 電極、22 印加装置、24 絶縁材
Claims (2)
- 軸心zまわりの回転により下端部が接触して被加工面を精密加工する自由曲面精密加工ツールであって、
前記軸心zに直交する直交軸心xを有し該直交軸心xを中心に回転駆動される太鼓状工具を備え、
該太鼓状工具は、軸心zと直交軸心xの交点Oを中心とする半径rの円弧を直交軸心xを中心に回転させた円弧回転体の凸面加工面を有し、
これにより、凸面加工面が接触して被加工面を精密加工すると共に、凸面加工面を直交軸心xまわりに回転させて、凸面加工面の加工位置を分散させ、
前記太鼓状工具の外周面に接触するベルトと、該ベルトを太鼓状工具との間で挟持するプーリーとを備え、ベルトの回転により太鼓状工具を直交軸心xまわりに回転駆動する、ことを特徴とする自由曲面精密加工ツール。 - 前記ベルトは外周面に接触する側に研磨面を備え、回転駆動と同時に太鼓状工具の凸面加工面を修正する、ことを特徴とする請求項1記載の自由曲面精密加工ツール。
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