JPH01188210A - スクロール形状の加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野」 未発ＩＪ１は、コンプレッサー等に使用される、インボ
リュート曲線で形成されたスクロール形状の壁面、を加
工する為のスクロール形状の加工５１ｔ置に関する。

［従来技術とその問題点］ 近年、エアコン等に用いられるコンプレッサとして、旋
回運動あるいは軌道運動により流体を移動させる容積式
渦巻流体機械が開発され、実用に供されている。

この容積式渦巻流体機械は、所定高さの渦巻状（スクロ
ール形状）の壁面を有する一対の（互いに鏡面対称の関
係にある）円板を１０００角度をずらせて組合せ、互い
の渦巻壁を接触させつつ角度関係を保って相対的に旋回
させるものであり、Ｊ！１！転がスムース・低騒音・低
振動・高速回転が可能及び高効率であるといった数々の
優れた特徴を有しているために柱目を集めているもので
ある。

上記スクロール形状を構成する渦巻曲線は、幾何学的完
全性からインボリュート曲線が用いられる。

このようなスクロール形状の加工は、インボリュート曲
線の関係式を直交座標系の座標値に置換えてこの座標値
をＸ−Ｙ座標系のＮＣ工作機械に人力し、加工工具とス
クロール部品とを相対運動させることにより行なうこと
ができるが、ＮＣ装置の情報処理能力により加］二時間
が規制されたり、Ｘ−Ｙ補間を行なった場合にＮＣ装置
のサーボの追従遅れによってスクロール部品の中央部で
は加圧工具の移動軌跡の誤差が大きくなって送り速度を
上げることが出来ないといった問題がある。この為、特
開昭６２−８８５０７号公報開示の如く、加り工具の中
心位置をスクロール部品のインボリュート曲線の基礎円
に接する直線上で移動させると共にこれと同期させてス
クロール部品をインボリュート曲線の基礎円中心を回転
中心として回転させて加工することが行なわれている。

このようにすれば、加工工具の移動方向はインボリュー
ト曲線の法線方向となる為に高速且つ高精度での加りが
可能となるものである。

しかし乍ら、上記構成とした場合には、加工工具をスク
ロール部品のインボリュート曲線の基礎円上（又は基礎
円の接線ヒ）にオフセットした後これと直交する方向に
移動させて加工しなければならない為に１例えば、加工
工具を同一平面−ヒで直交する二方向に移動可能とする
と共にスクロール部品を回転可能とし、更には加工工具
の切込み方向（加１工具の移動方向平面と直交する方向
、即ちスクロール部品の回転軸と平行する方向）にも移
動可能として構成しなければならない、従って、作動軸
が多くｓｉが大型化すると共に製造コストがかかるとい
う問題点を有するものである。

又、スクロール部品を回転可能且つ加工工具（又は加工
物）を一方向に移動り１能として所謂２軸とし、これに
コンピュータを備えたＣＮＣ工作機械により、従来のＮ
Ｃデータ（ｘ−ｙ座椋系データ）をプログラムによって
座標変換させて力ｎ玉することも考えられる、しかし、
データを読み込んでのリアルタイムの加工には演算処理
に時間を要し現実的でないものである。

［発明の目的］ 本発明は上記の如き事情に鑑み、装置の大型化を招来せ
ずに低コストで製造でき、しかも高速且つ高精度な加圧
が可能なスクロール形状の加工装置の提１ｊ、を目的と
する。

［発明の構成１ 上記目的達成の為、本発明に係るスクロール形状の加圧
装置は、加工物を回転可能に支持する主軸台と、加工工
具を保持する工具台と、該工具台を前記主軸台の軸方向
に対して直交する方向（Ｘ輌）に移動ｎ（能な第１移動
台と、前記工具台を市記土軸ｆ、？の軸方向に移動り１
能な第２移動台とにより工作機械本体を構成すると共に
、該工作機械本体の制御装置を備えて構成される。

そして、制御装置により、加工物に形成されるスクロー
ル形状のインボリュート部の基礎円半径をａ、インボリ
ュート角度をθ、Ｘ軸からインボリュート始点迄の角度
をψ１丁其径をＤとして前記基礎円の中心から萌記加丁
工具の中心化の距離Ｘを式 ％式％） により算出すると共に、これにより求められた前記ノ＾
礎円の中心から前記加工工具の中心化の距離Ｘに対応し
て上記主軸台の回転角Ｃを Ｃ＝ ０−　ｔａｎ　−宜　　〔【ａ　（θ＋ψ）　　＋Ｄ／
２）　　／ａ）で算出し、［作機械本体の第１移動台の
移動及び主軸台の回転をル制御するよう構成したもので
ある。

これにより、加工物の回転と加工工具の一軸方向（Ｘ軸
方向）の移動のみによってもスクロール形状の加工が高
速１１つ高精度で行なえるものである。

［発明の実施例］ 次に１本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係るスクロール形状の加工装はのシス
テム構１＆図を示し、工作機械本体２０その制御部ａｌ
Ｏより構成されている。第２図はその工作機械本体２０
の外観図である。制御装置ＩＯはマイクロコ〉′ピユー
タにより構成され１本加工装置は所謂ＣＮ　Ｃ（Ｃｏｍ
ｐｕｔｅｒｉｚｅｄ　ＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｒｏ！
　）工作機械となっているものである。

工作機械本体２，０は、水モのベツド２１端側に加工物
（スクロール部品）を保持するコラム２２、他端側に加
工工具２４を保持する工具保持部２３が配置されて構成
されている。

コラム２２には加工物を挟持する加工物保持部２２Ａが
回転ｔｉ［能ｃＣ軸）に設けられ、該加工物保持部２２
Ａはサーボモータ２２Ｂにより回転駆動される。

加、を物保持部２２Ａと対向する工具保持部２３には、
加エエＡ２４（切削乃至研削工具）を回転駆動可能に保
持する工具台２３Ａが、加工物保持部２２Ａの回転軸と
直交する方向（Ｘ軸方向：木実施例では直交する水モ方
向）に移動可能にＸ軸テーブル２３Ｃ上に設けられ、該
Ｘ輌テーブル２３Ｃは更に加工物保持部２２Ａの回転軸
と平行する方向（Ｘ軸方向）にベラ）２１上を移動１＋
（能に構成されている。Ｘ軸テーブル２３Ｃ及び工具台
２３Ａは制御部２ｉｌＯにより制御される夫々のサーボ
モータ２３Ｄ・２３Ｈにより各々独立して移動駆動され
る。又、工具台２３Ａに保持された加工工具２４は駆動
モータ２３Ｂにより回転駆動される。

加工に際しては、所望インボリュート曲線のＮＣ’ｆｉ
’語によるｘ−Ｙ座標系のデータを制御装置ｌＯに入力
することにより、該制御装置ｌＯに制御駆動されて−［
具合２３Ａｔ−Ｘ軸方向に移動駆動すると共に加工物保
持部２２Ａ（即ち加工物）を回転駆動して加−［を行な
うものである。尚、工具台２３ＡをＸ軸方向に移動した
際、加工工具２４の中心は加工物保持部２２Ａの中心（
即ち加工物の中心）を通る直線上を移動するよう構成さ
れている。

制御装置ｌＯは、第１図示の如く、情報処理部（データ
作成部、１１１と該情報処理部１１により処理された情
報に基づいて工作機械本体２０を制御する制御部（ＮＣ
制御部）１２とにより構成されている。

情報処理部１１は、第３図により詳細なブロック図を示
すが、ＮＣ言語により入力されるインボリュート曲線の
Ｘ−Ｙ座標系のデータを座標系変換部１１Ａにより予め
プログラムされている計算式（後述する）に従って極座
標系のデータに変換演算し１次に１分割処理部１１Ｂに
より各データ間を分割して最適な軌跡となるよう補間演
算を行ない、Ｘ−Ｃ−Ｔ変換ブーツ作成部１１ｃにより
Ｘ軸位置（Ｘ軸方向移動量）とＣ軸回転角度及びそれら
の分配時間Ｔを算出する。そこで得られた演算結果は、
ｖｋ述する制御部１２に出力される。

第４図に、上記情報処理部１１の作動フローチャートを
示す。

即ち、ＮＣ言語によるデータ（該データはｘ−Ｙ座標系
データ）が人力されるとこれを読み込み、まずインボリ
ュート曲線か杏かが判断される。インボリュート曲線と
判断された場合には。

ｘ−Ｙ座標系データの極座標系（Ｘ−Ｃ）への変換を行
なう（以上座標系変換部１１Ａ）、そして、インボリュ
ート角（０）がインボリュート終了角度（ＯＳ）に達し
ない場合には、変換された各データ間を分割処理部１１
Ｂに於て等分割処理を行なうと共に更に必要に応じて補
正誤差分割処理及び周速変化分割処理（各分割処理につ
いては後述する）を行なった後、Ｘ・Ｃ−Ｔ変換データ
作成部ｔｔｃｘ−ｃ−Ｔの変換データを得るものである
。

座標系変換部１１Ａに於て行なわれるＸ−Ｙ座標系デー
タから極座標系データへの変換は、下記計算式（１）（
２）により行なわれる。即ち、第５図に基づいて説明す
れば。

ａニスクロールのインボリュートの基礎円半径θ：イン
ボリュート角度 ψ：Ｘ輛からインボリュート始点位置迄の角度Ｄ：加、
［工具刃先円直径 とした場合。

Ｘ軸方同位′ｔ１（基礎円の中心から加工］１具の中心
迄の距１ｔｘ）は、 ）Ｈ＝Ｊ−ａ”　＋　（ａ　（θ＋ψ）＋Ｄ／２）２・
・・・・・（１） により算出する。尚、Ｘ軸からインボリュート始点位置
迄の角度ψの符号（±）は、Ｘ軸からインボリュート曲
線の正方向では＋、負方向では−となる。又、Ｄ／２（
加工工具刃先円半径）の符号（±）は、加工対象とする
スクロール壁面が内周壁か外周壁かにより異なり、内周
壁の場合には一１外周壁の場合には十となるものである
。第５図は内周壁の加工を示している。　上記式（１）
により求められた基礎円の中心から加工工具の中心迄の
距＋ｔｘに対応して上記主軸台のＸ軸からの回転角Ｃを Ｃ＝ ０−ｔａｎ　ｌ　　（（ａ　（０＋ψ）＋Ｄ／２）　／
ａ）・・・・・・（２） により求める。

次に、各データ間の補間間隔を決定する為のデータ分割
処理方法を説明する。

データ分割処理方法としては、萌述の如く１等分割処理
・補正誤差分割処理・周速変化分割処理の異なる三方式
により行なわれるようになっている。以ド夫々を詳説す
ると、 等分割処理は、第６Ａ及び６Ｂ図示の如く、予め定めら
れた所定のＣ軸回転角度又はインボリュート角度毎に分
割する方法であり、第６Ａ図にＣ軸回転角度を一定（φ
Ｃ）として分刻した加工区間Ａ−Ｂを１ブロツクとした
場合を示し、第６Ｂ図にはインボリュート角度を一定（
Ｏｃ）として分割した加工区間Ａ−Ｂを１ブロツクとし
た場合を示している。

補正誤差分割処理とは１分割された１１０７７間の直線
補間であって、理論値（理論軌跡：第７図の実線）と実
際値（補間軌跡：第７図の破線）との基礎円中心からの
最大誤差間ΔＸを所定値以下となるようｌブロックの幅
（分割幅：Ａ〜Ｂ）を決定するものである。

周速変化分割処理とは、本装置の如き２輌（Ｘ軸の移動
とＣ軸の回転）によりインボリュート曲線を加工した場
合、ｌブロック間に於る加工距離はＸ軸の移動孔Ｉｔ　
（ｘ）及び加工物の回転角度（Ｃ）とは比例しない為に
、ブロック間のモ均周速（加工速度）はｗ１定周速であ
っても実際の加工速度（Ｖ）はブロック内の始点と終点
とで第８図示の如く異なるものである。そこで、指定周
速（Ｖｃ　）を中心とする所定の周速範囲（Ｖｓ）を設
定し、周速変化がこの範囲内となるようｌブロックの１
１１Ｉ（Ｗ）を決定するものである。又は。

中位時間当りの加工距離（Ｌ）を指定加工距離を中心と
する所定範囲（Ｌｓ　）としｌブロックの幅（Ｗ）を決
定しても良い、実際には、指定周速Ｖに対する周速の許
＊ａ囲Ｖ５の比ＣＶ／Ｖｓ）が一定値以下となるよう処
理すれば良いものである。

制御部１２は、上記情報処理部１１からのＸΦＣ−Ｔデ
ータに基づいて工作機械本体２０を制御駆動するもので
あり、予測制御部１２Ａ、　ピッチ誤差補正ｆＩ１１２
Ｂ、パルス分配装置１２Ｃ及びサーボ系１２０とにより
構成されている（第３図示）、そして、に記情報処理部
１１からのＸ・Ｃ−Ｔデータに予測制御部１２Ａ及びピ
ッチ誤差補正部１２Ｂにより補正した後、パルス分配装
置１２Ｃによりパルス分配し、サーボ系１２０により工
作機械本体２０の各サーボモータ（Ｘ軸サーボモータ２
３ＣｅＣ軸サーボモータ２２Ｂ）を駆動すると共に各サ
ーボモータ２３Ｃ・２２Ｂに取付けられた図示しない速
度検出器からの出力及び工具台２３Ａ及び加工物保持部
２２Ａに設けられた図示しない位置検出器からの信号が
フィードバックされて位置制御するものである。

予測制御部は、実験よって得た１−記サーボ系１２Ｄの
周波数特性からその伝達関数を求め、この伝達関数に基
づいてＸ−Ｃ・Ｔデータを予め補正するものである。具
体的には、加工工具乃至加工物の速度と加速度に所定に
係数を乗じることにより補正イ１を算出し、これをｘ−
Ｃ・Ｔデータに加算してサーボ系１２Ｄの追従誤差を補
正するものである。これにより加工精度の向上を図るこ
とができる。尚、この予測制御は必要ない場合には行な
わないようにすることもできる。

ピッチ誤差補正は、加工終了したスクロール形状（イン
ボリュート曲線）を測定器３０により測定し、その結果
と理想曲線との差を検出してＣ軸角度に対する補正値を
求め、該補正値を単位角度毎にメモリーに記憶させ、こ
れをｘＩＩＣ１１Ｔデータに加えることにより次回の加
工形状を補正するものである。尚、この測定器３０によ
る測定結果により入力データを修正することもできる。

第９図に制御部１２の作動フローチャートを示す、ｔ！
ｌも、情報処理部１１からのＸ・ＣφＴデータを読込み
、予測制御を必要とする場合には予測制御を行ない、次
にピッチ誤差補正が必要な場合にはピッチ誤差補正を行
なった後、パルス分配塁によりパルス分配してサーボ系
１２０を制御駆動するものである。

更に１本システムでは、予測制御部により追従誤差補正
されたＸ−Ｃ−Ｔデータに基づいてシミュレータ４０に
よりシミュレーションし、作画プロセッサ５０によって
作画することにより理想曲線データと照合することが可
能である。これにより得られた誤差データは、入力デー
タの修正、又はピッチ誤差補正に利用することができる
。

尚、上記実施例では、工作機械本体２０を横型として構
成したが、縦型として構成しても良いことは勿論である
。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係るスクロール形状の加
工ｙｔ置によれば、同時作動が必要な作動軸は通常２軸
で良く、装置の大型化を招来せずに低コストで製造でき
、しかも高速且つ高精度な加工が可能となるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に於るスクロール形状の加工装置の一実
施例のシステム構成図、第２図はその工作機械本体の斜
視図、第３図は詳細なシステム構成図、第４図は情報処
理部の作動フローチャート、第５図は座標系変換公式の
説明図、第６図〜第８図はデータ分割処理の説明図、第
９図は制御部の作動フローチャートである。 ｌ・・・加工物 １０・・・制御装置 １１・・・情報処理部（制御部！１） １２・・・制御部（制御装置） ２０・・・工作機械本体 ２１・・・ベット（第２移動台） ２２Ａ・・・ワーク保持部（主軸台） ２３Ａ・・・工具台 ２３Ｃ・・・Ｘ軸テーブル（第１移動台）幣４図 兜６Ａ図 県６Ｂ図 鵬７図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 インボリュート曲線により形成されるスクロール形状の
   壁面を加工するスクロール形状の加工装置であって、加
   工物を回転可能に支持する主軸台と、加工工具を保持す
   る工具台と、該工具台を前記主軸台の軸方向に対して直
   交する方向に移動可能な第１移動台と、前記工具台を前
   記主軸台の軸方向に移動可能な第２移動台と、前記主軸
   台の回転、前記第１移動台の移動駆動及び前記第２移動
   台の移動駆動を制御する制御装置と、により構成され、 前記制御装置は、 前記加工物に形成されるスクロール形状のインボリュー
   ト部の基礎円半径：ａ、インボリュート角度：θ、第１
   移動台の移動軸からインボリュート始点位置迄の角度：
   ψ、工具の刃先円直径：Ｄとして前記基礎円の中心から
   前記加工工具の中心迄の距離ｘを式 ｘ＝√［ａ＾２＋｛ａ（θ＋ψ）＋Ｄ／２｝＾２］によ
   り算出して前記第１移動台を移動駆動制御すると共に、 上記式により求められた前記基礎円の中心から前記加工
   工具の中心迄の距離ｘに対応して上記主軸台の回転角Ｃ
   を Ｃ＝ θ−ｔａｎ＾−＾１〔｛（ａ（θ＋ψ）＋Ｄ／２｝／ａ
   〕で算出して前記主軸台を回転駆動制御すること、を特
   徴とするスクロール形状の加工装置。