JPH02256408A - 三次元加工機 - 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） 本発明は、フライスカッターやドリル等の工具を回転す
ることによシ切削又は研削を行ない、被加工物を工具と
の位置関係についてのみ移動させるタイプの加工機に関
するものであ夛、特に少ない工数で優良な仕上面を得る
ことができる三次元加工機に関するものである。

（従来の技術） このタイプの加工機で最も代表的な機種は、般にマシニ
ングセンターといわれるものであり、回転する工具と被
加工物との位置関係がコ／ビューターにより制御される
ものである。

このマシニングセンターの機能を説明するために、その
最も代表的な加工である三次元立体物の加工を例にとっ
て説明する。

このマシニングセンターにより三次元加工をする場合、
通常工具としてはボールエンドミルが使用される。

第２図に示すように、このボールエンドミル１の回転中
心３は、通常位置ａに示す如く垂直になっている。

このため、被加工物２には、ボールエンドミル１の回転
中心３が当たることとなる。

この回転中心６は切削速度ゼロであるため、切削力が小
さく、微小送りしながら切削を行なうことが必要であり
、極めて非能率的な加工しかできない。　　そこで、第
２図に示す如く位置すのようにボールエンドミル１の回
転中心６をある角度傾けて、回転半径が大きい部分、即
ち切削速度が出る部分で加工を行なうことがより能率的
である。

従って、上記マシニングセンター等の加工機においては
、ボールエンドミル１の角度を変えるためにその支持部
分に首振りができるよう第４次元の調整機能を加えたも
のが開発されている。

このような４次元加工機では第２図に示す被加工物２の
ような凹状の曲面を仕上切削する場合、ボールエンドミ
ル１の回転中心を位置すのように傾けて切削すると、回
転中心６が位置Ｃまで達すると再び回転中心６が被加工
物２に対して垂直になり切削速度がなくなる。

従って、ここで再びボールエンドミル１の角度を変えて
、回転中心６が位置ｄになるように修正を行ない、この
ような修正をくシ返しながら切削を行なっていた。

（発明が解決しようとする課題） 上記のように、従来ボールエンドミル１の角度を細かく
修正して加工したと（支）も、加工された面は第３図に
示すように往復移動送り値ピッチの円弧を連ねた波形と
なり、滑らかな面を得ることはできなかった。

従って、さらに滑らかな面を得るためには、第４図に示
すフライスカッターの端面切削跡がクロスするような平
面加工等を施すことが必要であった。　　さらに通常工
具を傾斜させる部分は、第５図（Ａ）、（Ｂ）に示すよ
うに、首振り回転の中心４が主軸５の中央部であるもの
が多いが、この場合加工を行なう工具先端部６は縦に距
離イ、横に距離口だけオフセットされることになる。

従って、基本的な移動方向であるｘ、ｙＳｚ方向のうち
いずれか２方向にオフセット分の修正移動を追加するこ
とが必要であった。

この修正を避けるには、加工部を中心として予め傾きを
与えることが考えられ、その−例として第６図に示すよ
うな主軸８に対して４５°傾斜しかつ回転可能なアーム
７と、このアーム７に対して４５°傾斜しかつ回転可能
なアーム９とを二重に組合わせた構造が考えられる。

この構造は、手動にて目視で被加工物に工具先端を適当
な角度で当てるには、構造もコンパクトであり剛性も保
て、大変優れているが、全自動ＮＣ化をする場合には様
々な弱点がある。

即ち、アーム７．９の各旋回軸１０．１１の自動ＮＣ化
、工具の軸方向送り、自動工具交換機構等の追加機構を
加えると、構造体が大型化してしまい、特にアーム７．
９と被加工物との間に干渉関係が生じ、加工移動範囲を
大幅に制限することとなってしまう。

また、通常三次元曲面は、設計値として与えられるデー
タ又は三次元測定器により測定された形状データにより
特定されるものであり、このデータはＸ−Ｙ平面上の一
定間隔の基盤目における２方向の数値として与えられ°
ることが慣例となっている。

この場合、この数値より曲面に垂直な工具の回転軸を傾
斜させる角度を算出するには、極めて複雑な換算計算を
することが必要である。

勿論、この計算式をコンピューターソフトに入力して自
動的に行なうことはできるが、この計算に要する部分だ
けでコンピューターのキャパシティの相当な部分を占め
ることになり、さらに計算時間の長延化により加工送り
の急速な動きに追随することができなくなってしまう。

この計算速度を・；ニー上げるには、より高キャパシテ
ィで高速のコンピューターを用いることが必要であり、
高価格化をまねくことになる。

さらに、加工面に対して微小修正を行なう場合、人間の
思考においては、ｘ、ｙ、ｚの三次元の位置及び加工軸
の軸方向への送りから修正値を割り出すことが最も容易
である。

即ち、ある値に修正値をひとつずつ累加させることが最
も簡単である。

しかるに、上記のアームの三重構造においては、一部に
与えた修正動作が他のすべての可動機構の数値に影響を
与えることになり、複数の可動機構を複合的に総合運動
させなければならず、より複雑な計算を要することにな
った。

特に最高部頂点周辺では、この頂点を越えるような微少
な角度変化でも各回転軸に多大な回転角変化を与えて微
少角変化を合成せざるを得す、この最も使用頻度の高い
角度操作が最も不利となる欠点がある。

従って実用上は予め用意された第２図の例の如き大きな
角度変化数点の利用に止まざるを得す、最頂部の利用は
殆ど不能である。

本発明は、上記従来例の課題を、より簡単な機構により
解決し、簡易なソフトによるＣＮＣ自動加工を可能にす
る三次元加工機を提供することを目的とする。

（課題を解決するだめの手段） 本発明の三次元加工機は、軸部と、この軸部の先端に設
けられた略球形状をなす複数の切削部と、この切削部間
の回転中心部分に設けられた凹曲面部とからなる加工工
具と、この加工工具の回転中心をその先端を中心として
三次元方向に傾斜させる傾斜機構と、を備えたものであ
る。

（作　　用） 本発明における加工工具には、切削速度がゼロである回
転中心部分に凹曲面部が設けられている。

従って、この加工工具の回転中心が被加工物に対して垂
直になるようにして当接させた場合であっても、被加工
物には切削速度がある切削部の外周が当接することにな
る。

また、凹曲面部は、三次元立体の凸面を切削することも
可能であり、このような加工工具を傾斜手段によりその
先端を中心として三次元方向に傾斜させることにより、
被加工物の面に常時加工工具の回転中心を垂直に当接さ
せて切削する。

このように、被加工物に対して垂直状態に当接させても
切削可能な加工工具を使用し、さらに角度変化による位
置ずれのＸ５ＹＳｚ軸による修正を要することなく加工
工具を傾斜させることができる傾斜機構を用いることに
より、三次元曲面に対しても常時加工工具を垂直に当て
、さらにその位置制御が簡単に行なえるようにしたもの
である。

（実　施　例） 以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図及び第７図は本発明の一実施例に係る加工機の加
工工具を示す図である。

この加工工具１２は、加工機本体の回転駆動部により回
転駆動される軸部１３と、この軸部１６の先端に設けら
れた略球形状をなす切削部１４．１５と、この切削部間
にある回転中心１７の周囲に設けられた凹曲面部１６と
から構成されている０この加工工具１２は、第１図に示
すように、被加工物の面に対して垂直になるように位置
を保ちながら移動させることにより、回転する切削部１
４．１５の外周部により切削を行なうものである。　　
また、第７図にも示すように、凹曲面部１６を使用する
ことにより鋭い凸形状の先端まで切削円加工を施すこと
ができるものである。

第８図は本発明の一実施例に係る加工機における加工工
具の傾斜機構を示す図である。

この傾斜機構は、図に示すｘＳｙ、ｚ立体空間に於て、
加工工具１２の先端が位置する点Ｐを通るＸ方向の軸０
０１を中心に旋回する軸形の第１アーム１８と、その先
端に取り付けられこの点りを中心として面０ＲＬＰを含
む面内において辺Ｒ１Ｌに対する角部を変えることがで
きる第２アーム１９と、その先端に取り付けられこの点
Ｍを中心として面０ＲＬＰを含む面内において軸ＯＲに
平行に動く第６アーム２０と、さらにその端部に取り付
けられこの点Ｎを中心として面０ＲＬＰを含む面内にお
いて常に−ＩＪＩＪ２アーム１９に平行に動く第４アー
ム２１とを有する。

この第４アーム２１には、加工工具１２がその回転中心
が点Ｐを通るように取り付けられている。

また、点Ｐにある加工工具１２の先端のＸＳＹ。

Ｚ方向への移動は、通常の三次元加工機同様、ＸＳＹ、
Ｚスライド（図示せず）とその数値送り機構により行な
う。

このような第８図に示す傾斜機構によれば、第１アーム
１８を旋回させ、さらに第２、第６及び第４アーム１９
．２０．２１を連動させることにより加工工具１２の回
転中心の傾斜を点Ｐの位置を変えることなく変更するこ
とができる。

従って、このように加工工具の傾斜を変えながらＸ、Ｙ
、Ｚスライドを数値送り機構により駆動して被加工物を
移動させることにより、どのような立体でも簡易に切削
することが可能である。

次に第８図に示す各アームの駆動機構を説明する。　　
第９図は第８図に示す第１アーム１８の駆動機構を示す
図である。

この駆動機構は、軸ＯＯ１に軸心を合わせて取り付けら
れたウオームホイール２２と、軸ＯＯを回動自在に保持
するスリーブ（図示せず）に−体に設けられた外構造内
のアクチュエータ２６と、これにより駆動されるウオー
ム２４とからなるものである。

この駆動機構においては、ウオーム２４によりウオーム
ホイール２２を回転させると第１アーム１８が軸００′
を回転中心として旋回する。

この第１アーム１８の回転角とアクチュエータ２６の回
転数とはリニアな関係を保つことになる０第１０図は第
８図に示す第２アーム１９の駆動機構を示す図である。

この駆動機構は、第２アーム１９の点しにおける回転軸
と同心でかつこの第２アーム１９と一体化したウオーム
ホイール２５と、第１アーム１８の軸Ｒ，Ｌに取り付け
られたアクチュエータ２６と、これにより駆動されるウ
オーム２７とから構成されている。

この駆動機構においては、ウオーム２７によりウオーム
ホイール２５を回転させると、このウオームホイール２
５と共に第２アーム１９が回動する。

この機構においても、第２アーム１９の回転角はアクチ
ュエータ２６の回転数に対してリニアな関係を保ってい
る。

第１１図は第８図に示す第６アーム２０の駆動機構を示
す図である。

この第３・アーム２０は、常に第１アーム１８の軸ＯＲ
に平行に移動する。

この動作を得るには、図に示す如く、点りを中心として
第１アーム１日の軸ＲＬに一体化した歯車２８と、これ
に噛み合う第２アーム１９上のアイドル歯車２９と、さ
らにこれに噛み合いかつ点Ｍを中上・とじて第６アーム
２０に固定された歯車３０とにより、第６アーム２０を
回動させる。

即ち、この輪列において、歯車２８．３０は常に同一位
相を保つように設定されており、このため第３アーム２
０の方向は第２アーム１９の動きに関係なく常に一定に
保たれる。

第１２図は第８図に示す第４アーム２１の駆動機構を示
す図である。

この第４アーム２１は常に第２アーム１９に対して平行
に保たれている。

このように平行に保つ駆動機構は、第６のアーム２０に
固定されたスプロケット６１と、第４アーム２１に固定
された同径のスズロケット３２と、このスプロケツ）３
１．３２を連結するチエイン６６とから構成されている
。

このスプロケット３１．３２はチエイン６６により連結
されているので、同位相となり、第２アーム１９と第４
アーム２１は平行に保たれる。

このスプロケット等の代かりに、奇数個組合せた歯車の
輪列でも可能である。

上記各アームの駆動機構により、アクチュエータの回転
数と各アームの移動とを単純な比例関係で駆動すること
ができ、これにより加工工具を常に点Ｐを中心として取
り囲む上半の立体角内の全ての位置に傾斜させることが
できるものである。

一方、この旋回する各アームには重量や加工時に作用す
る力等が常に変動的に加わる。

このため、ウオームとウオームホイール、歯車輪列、ス
プロケットとチエイン等のバックラッシュを正逆に片寄
らせることとなり、精度の低下、振動の増大等の不具合
を生ずることが考えられる。

このため、バックラッシュをなくすことは重要であり、
第１３図（Ａ）　　　（Ｂ）　　　（Ｃ）にバックラッ
シュをなくすだめの共通基本構造を示す。

第１３図（Ａ）にはウオームホイール６４とウオーム３
５、第１３図（Ｂ）には３枚の歯車６６．６７．５８か
らなる歯車輪列、第１３図（Ｃ）にはスプロケット４０
．４２とチエイン４６の各連結関係におけるバックラッ
シュの消去構造が示されている。

それぞれに共通していることは、ウオーム６５とウオー
ムホイール６４の軸間距離、同位相歯車３（５，３８の
中心線に対するアイドル歯車３７の軸の距離、スプロケ
ツ）４０．４２の各軸を結ぶライン方向へのチエインテ
ンション用ローラー４１の軸の距離に対し、それぞれＦ
方向にスプリングで圧力を加えて部品誤差による微小移
動を吸収し、バックラッシュをゼロにするため圧着させ
る。

何らかの異状な力が加わり、スプリング圧以上の逆方が
生じた場合には、通常の変動範囲の最も離れた位置に逆
方向移動を止めるストッパー４４を設けて、スプリング
圧ではなくストッパーにより固定状態にして位置を保持
している。

チエインの代りにスチールベルト又はワイヤーロープ等
を使用してもよい。

また、このベルトによるテンションを利用して、歯車輪
列駆動でのバックラッシュを取る複合構造も可能である
。

尚、加工工具１２の回転軸方向への移動機構を追加する
ことにより、第７図に示す位置ハ、二、ホの如く切削部
外径に対する点Ｐの位置を最も望ましい位置にまで微調
整することが可能になる。

この移動機構は勿論ＮＣコントロール下に置くことが望
ましく、この構造により若干のポーリングや曲面形状の
微修正、微妙なデザインの変更によるバリエーションの
追加、アーム旋回による小凸球面又は凹面の加工、同じ
く円筒面の加工等を、他のｘ、ｙ、ｚ位置や傾斜角度と
は全く別個に行なうことが可能になる。

（発明の効果） 本発明によれば、加工工具を鉛直軸周辺各方向へ９００
の半球面の立体角中に任意かつＩＪ　ニアに位置せしめ
ることが可能であシ、より簡単な構造でしかもコンピュ
ーターソフトを複雑化することなく三次元曲面を滑らか
に仕上げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る三次元加工機の加工工
具による切削状態を示す図、 第２図は従来のボールエンドミルによる切削状態を示す
図、 第３図は第２図に示すボールエンドミルにより切削した
曲面を示す図、 第４図は第３図に示す曲面の仕上加工の一例を示す図、 第５図（Ａ）、（Ｂ）は従来の加工機における加工工具
の傾斜状態を示す図、 第６図は第５図に示す加工機の欠点を改善する一例を示
す図、 第７図は本発明の一実施例に係る三次元加工機の加工工
具による凸面の切削状態を示す図、第８図は本発明の実
施例に係る三次元加工機の傾斜機構を示す図、 第９図は第８図に示す第１アームの駆動機構を示す図、 第１０図は第８図に示す第２アームの駆動機構を示す図
、 第１１図は第８図に示す第６アームの駆動機構を示す図
、 第１２図は第８図に示す第４アームの駆動機構を示す図
、 第１３図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は各アームの駆動機構
におけるバックラッシュをなくすだめの機構を示す図で
ある。 １２・・・加工工具、１６・・・軸部、１４．１５・・
・切削部、１６・・・凹曲面部、１７・・・回転中心、
１８・・・第１アーム１９・・・緘２アーム、２０・・
・第６アーム、２１・・・第４アーム。 第３図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸部と、該軸部の先端に設けられた略球形状をな
   す複数の切削部と、該切削部間の回転中心部分に設けら
   れた凹曲面部とからなる加工工具と、該加工工具の回転
   中心をその先端を中心として三次元方向に傾斜させる傾
   斜機構と、 を備えたことを特徴とする三次元加工機。
2. （２）軸部と、 該軸部の先端に設けられた略球形状をなす複数の切削部
   と、 該切削部間の回転中心部分に設けられた凹曲面部と、 からなることを特徴とする加工工具。
3. （３）軸部と、該軸部の先端に設けられた略球形状をな
   す複数の切削部と、該切削部間の回転中心部分に設けら
   れた凹曲面部とを有する加工工具を、その回転中心がそ
   の先端を中心として三次元方向に傾斜するように傾斜さ
   せて、被加工物に対して回転中心を垂直に保ち、さらに
   被加工物を加工方向に移動させることにより切削するこ
   とを特徴とする三次元加工機による加工方法。