JPH0241846A - 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） 本発明は、コンプレッサ等に使用される。インボリュー
ト曲線で形成されるスクロール形状のワ一りのスクロー
ル壁面を切削加工するスクロール形状の加工方法に関す
る。

（従来の技術） 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、実用に洪されている。

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１８０°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、運転がスムーズ・低騒音・低振動・
高速回転が可能およ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注目を集めているものである
。

そして、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き換えてこの座標
値をＸ−Ｙ座標系のＮＣ工作機械に入力し、加工工具と
スクロール部品（ワーク）とを相対運動させることによ
り行うことができるが、ＮＣ装置の情報処理能力により
加工時間か規制されたり、Ｘ−Ｙ捕間を行った場合にＮ
Ｃ装置のサーボの追従遅れによってスクロール部品の中
央部では加工工具の移動軌跡の誤差か大きくなって送り
速度を上げることができないといった問題がある。この
ため、例えば特開昭６２−８８５０７号公報に開示され
ているように、加工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
工することにより、加工工具の移動方向をインボリュー
ト曲線の法線方向となし、高速かつ高精度での加工を行
い得るようにしたスクロール形状の加工方法が知られて
いる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、ワークのスクロール壁面の曲率半径はワーク
中心部に行くに従って漸次小さくなる。

このようにスクロール壁面の曲率半径が小さくなると、
上記ワークに対する加工工具の接触長さが長くなって接
触抵抗が増大し、このため、削り残しが生じて切削量が
目標値に達し得なくなる。したがって、上述の如（して
折角加工精度の向上を図っても、上記のやり方はワーク
に対する加工工具の接触抵抗については何ら考慮されて
いないことから、実際には、スクロール壁面の曲率半径
の減少に伴って切削精度が低下し、スクロール形状を精
度良く確実に切削加工することができないというのが現
状であった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、ワークのスクロール壁面の曲率の変
化に応じて加工工具の切込み速度もしくはワークの回転
速度を適切に制御することにより、曲率が時々刻々と変
化するスクロール壁面を常に精度良く確実に切削加工せ
んとすることにある。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、ワー
ク台に回転可能に支持され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ワークのスクロール壁面を工
具台に支持された加工工具により切削加工するスクロー
ル１し状の加工方法として、上記ワークのインボリュー
ト曲線の基礎円中心から上記加工工具の工具中心までの
距離、ワーク回転角、加工工具径、およびワーク切込み
量からワークに対する加工工具の接触長さを演算し、上
記加工工具の切込み速度もしくはワークの回転速度を上
記接触長さか長くなるに従って遅くなるよう制御するよ
うにする。

（作用） 上記の構成により、本発明方法では、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ワークのスクロー
ル壁面の切削加工中、ワークに対する加工工具の接触長
さか、ワークのインボリュート曲線の基礎円中心から上
記加工工具の工具中心までの距離、ワーク回転角、加工
工具径、およびワーク切込み量から演算され、上記加工
工具の切込み速度もしくはワークの回転速度が上記接触
長さが長くなるに従って遅くなるよう制御される。

このことから、切削加工の進行に従ってスクロール壁面
の曲率半径が漸次小さくなり、ワークに対する加工工具
の接触長さが長くなって切削抵抗か増大しても、その分
たけワークに対する加工工具の接触時間が長くなされて
削り残すことがなく、よって曲率が時々刻々と変化する
スクロール壁面が常に精度良く確実に切削加工されるこ
ととなる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第３図は本発明方法を適用したスクロール形状の加工装
置の装置本体１を概略的に示し、まず、本発明方法の説
明に先立ち、該装置本体１の構成について説明する。装
置本体１は、ベツド２の一端側に配置されたワーク台３
と、ベツド２の他端側に配置された工具台４とを備えて
なり、上記ワーク台３には、ワーク主軸５が第１サーボ
モータ６により回転可能に配置され、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ワーク（図示せず
）を上記ワーク主軸５に保持せしめた状態でワーク台３
に回転可能に支持するようになされている。一方、上記
工具台４には、複数（図では３つ）の工具主軸７．　７
．　７が第２サーボモータ８により回転可能に配置され
、該各工具主軸７には、上記ワークのスクロール壁面を
切削加工する加工工具９が回転一体に装置されている。

また、上記工具台４は、Ｘ軸テーブル１０に移動可能に
支持され、第３サーボモータ１１により上記ワーク主軸
５（ワーク回転中心線）と直交する水平方向に移動する
ようになされている。さらに、上記Ｘ軸テーブル１０は
、上記ベツド２の上面に固定されたＺ軸テーブル１２に
移動可能に支持され、第４サーボモータ１３により上記
ワーク主軸５の軸方向に移動するようになされている。

また、上記装置本体１の第１〜４サーボモータ６．８，
１１．１３は、第１図に示すように、制御手段としての
制御装置１４の加ニブログラムに基づいてそれぞれ駆動
制御されるようになされている。

次に、このように構成された加工装置を用いて、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ワーク
のスクロール壁面を切削加工する要領を説明するに、ま
ず、所望のインボリュート曲線のインボリュート部、円
弧部および直線部のＮＣ言語によるＸ−Ｙ座標系のデー
タを制御装置１４に入力し、該制御装置１４の第１〜３
ＮＣデータ変換演算部１５〜１７で、予めプログラムさ
れている計算式に従ってＸ−Ｃ極座標系のＮＣデータに
変換演算する。

この第１〜３ＮＣデータ変換演算部１５〜１７における
データ変換をインボリュート部を例に挙げて説明すると
、そのデータ変換は、下記の計算式（１１、（２）によ
り行われる。すなわち、第２図に基づいて説明すれば、 ａ：インボリュ〜ト曲線の基礎円半径 θ：インボリュート角度 Ｖ：Ｘ軸からインボリュート開始位置までの角度Ｄ＝工
具刃先半径 とした場合、 Ｘ軸方向位置（基礎円の中心から加工工具９の中心まで
の距ｆ４）を、 Ｘ＝１０−７四〒「■引７　　　・・・（１）により算
出する。なお、Ｘ軸からインボリュート開始位置までの
角度ｑｒの符号（±）は、Ｘ軸からインボリュート曲線
の正方向では士、負方向では−となる。また、Ｄ（工具
刃先半径）の符号（±）は、加工対象とするスクロール
壁面が内周か外周かにより異なり、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。本実施例では
内周壁を切削加工している場合を示す。

また、上記式（１）により求められた基礎円の中心から
加工工具９の中心までの距離Ｘに対応してワークＷのＸ
軸からの回転角Ｃを Ｃ−ｅ−ｊ　ａ　ｎ−１［（ａ　　（θ＋Ｖ）＋Ｄ）／
ａコ・・・（２） により求める。

一方、上記のＮＣデータ変換と並行して、上記インボリ
ュート曲線のインボリュート部、円弧部および直線部の
ＮＣ言語によるＸ−Ｙ座標系のデータを第１〜３接触長
さ演算部１８〜２０に入力し、該第１〜３接触長さ演算
部１８〜２０で各々の接触長さΩを演算する。

この第１〜３接触長さ演算部１８〜２０における演算を
インボリュート部を例に挙げて説明する。

ここで、 Ｌ：ワーク切込み量 Ｒ；加工工具９とワークＷとの接触点における接線上の
仮想演算ポイント Ｃ１−〇＋　−ｔ　ａ　ｎ−’　［ｉａ　（ｅ＋　＋ｖ
）　＋Ｌｌ／ａ］ Ｃ２＝／　　Ｃ＋　　−Ｃ／ Ｒ−Ｘ２＋Ｘ）　２−２Ｘ−ＸＨ・ｃ　ｏ　ｓ　Ｃ２そ
して、ＲとＤとの関係がＤ２≦Ｒになったとき演算を終
了し、ワークＷに対する加工工具９の接触長さΩを下記
の関係式に基づいて求める。

Ｃ３−ＣＯ５ｔ（Ｘ　　＋Ｄ　　−Ｘ＋２）／２ＤＸ） Ｃ４−ｔ　ａ　ｎ−’　［ａ／　（ａ　（θ＋Ｖ）　＋
Ｄｌ　］Ｃ５−π−（Ｃ３＋Ｃ，＋　　） Ω　−Ｄ−０５ なお、Ｌ（ワーク切込み量）の符号（±）は、加工対象
とするスクロール壁面が内周か外周かにより異なり、内
周壁の場合には−、外周壁の場合には十となるものであ
る。

次いで、このようにして得たＮＣデータおよび接触長さ
データを分割して最適な軌跡となるよう補間演算を行っ
た後、Ｘ、軸位置（Ｘ軸方向移動量）、Ｃ軸回転角度お
よびそれらの分配時間Ｔを算出し、この得られた演算結
果を工具切込み速度制御部２１に入力する。そして、こ
の工具切込み速度制御部２１で上記ＮＣデータの分配時
間Ｔを接触長さデータに基づき接触長さｇが長くなるに
従って多くとるよう演算して調整し、この調整されたＸ
−Ｃ−ＴデータをＮＣデー７部２２に入力した後、パル
ス分配部２３でパルス分配して、装置本体１の第１〜４
サーボモータ６．８，１１．１３を駆動制御する。これ
により、上記加工工具９の切込み速度は、ワークＷに対
する加工工具９の接触長さｇが長くなるに従って遅くな
るよう制御される。

したがって、ワークＷのスクロール壁面の曲率半径が切
削加工の進行に従って漸次小さくなり、上記接触長さｇ
が長くなって切削抵抗が増大しても、その分だけワーク
Ｗに対する加工工具９の接触時間は長くなって削り残す
ことがなく、よって曲率が時々刻々と変化するワークＷ
のスクロール壁面を常に精度良く確実に切削加工するこ
とができる。

なお、上記実施例では、加工工具９のすＪ込み速度をワ
ークＷに対する加工工具９の接触長さｇか長くなるに従
って遅くなるよう制御したが、これに限らず、例えばワ
ークＷの回転速度Ｃを上記接触長さｇが長くなるに従っ
て遅くなるよう制御するようにしてもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明方法によれば、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ワークのス
クロール壁面を切削加圧する際、上記ワークに対する加
工工具の接触長さを、ワークのインボリュート曲線の基
礎円中心から上記加工工具の工具中心までの距離、ワー
ク回転角、加工工具径、およびワーク切込み量から演算
し、上記加工工具の切込み速度もしくはワークの回転速
度か上記接触長さか長くなるに従って遅くなるよう制御
する。このことから、曲率か時々刻々と変化するワーク
のスクロール壁面を加工工具の接触長さにかかわりなり
常に精度良く確実に切削加工することかできる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図はスクロール形状
の加工装置の制御システムを示す制御ブロック図、第２
図はワークにχ・ｌする加工工具の接触長さを演算する
ための説明図、第３図は加工装置の装置本体の斜視図で
ある。 ３・・・ワーク台、４・・・工具台、９・・・加工工具
、Ｘ・・インボリュート部の基礎円中心から加工工具の
工具中心までの距離、Ｃ・・・ワーク回転角、Ｄ・・・
工具先端半径、Ｌ・・・ワーク切込み量、ｇ・・・接触
長さ、Ｗ・・・ワーク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ワーク台に回転可能に支持されインボリュート
   曲線により形成されるスクロール形状のワークのスクロ
   ール壁面を工具台に支持された加工工具により切削加工
   するスクロール形状の加工方法であって、上記ワークの
   インボリュート曲線の基礎円中心から上記加工工具の工
   具中心までの距離、ワーク回転角、加工工具径およびワ
   ーク切込み量からワークに対する加工工具の接触長さを
   演算し、上記加工工具の切込み速度もしくはワークの回
   転速度を上記接触長さが長くなるに従って遅くなるよう
   制御することを特徴とするスクロール形状の加工方法。