JPH03104536A - 回転軸対称曲面の加工方法 - 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、回転軸対称な面の研削・切削加工ｆこ係り、
加工再を高精度・高能率に加工するのに好適な加工方法
に関する。

〔従来の技術〕

回転軸対称な面の加工において被加工面の自転軸上に工
具の中心が一致した位置を工具原点とし、この原点から
の座標系を用いて数値制御ｉこより被加工面回転中心に
対して、工具を相対的軌跡上を移動させることにより加
工を行っている。しかし工具原点設定時の誤差や工具半
径の寸法誤差により加工形状に誤差が生じていた。従米
枝術Ｃこおいては、特開昭６０−１１４４４５号公報に
記載のように、工具原点設定時の誤差について考慮して
いるが、工具半径の寸法誤差については、考慮されてお
らず、上記技術を適用しない場合は形状測定番こより得
られた加工形状の形状誤差分を被加工面（自）転中心に
対する工具の相対的軌跡を補正する加工を数回繰り返し
て所定の形状精度を得ていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

回転軸対称な面を加工する場合、被加工面回転中心軸上
に工具中心点を一致させ、工具原点とする。この工具原
点設定時の誤差により、披加工面同転軸ｌこ対する工具
の相対的位置誤差が生じる。

また、工具半径の寸法誤差４こより被加工面の法線方向
への削りすぎまたは削り残しが生ずる。

上記従米技術は、工具原点設定時の誤差について配慮さ
れているものの工具半径の寸法誤差については配慮され
ておらず、所定の形状精度を得るために被加工物の回転
中心軸に対する相対的工具軌跡を全域にわたって補正し
てやる点に問題があった。

本発明の目的は、被加工面の形状誤差から工具原点設定
時の誤差．工具半径の寸法誤差及び工具軌跡誤差を一括
して算出し、これらの加工形状の誤差要因を修正してや
ること番こより所定の形状精度を得ることｌこある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、以下の方法をもって達成される。

目標とする回転軸対称な加工面の断面形状がある関数に
より与えられる時、扱加工面回転中心軸から任意の距離
にある点での形状誤差を工具原点設定時の誤差と工具半
径の寸法誤差及び被加工面回転中心軸からの距離の関数
として表す。この式に加工形状の測定により求められた
ある範囲の点における形状誤差を代入し、重回帰分析法
により工具設定誤差と工具半径の寸法誤差を算出する。

この結果を前述の形状誤差との関数に代入し、加工形状
の測定により求められた各々の点の形状誤差を代入する
ことにより工具軌跡誤差が求められる。

これら工具設定誤差，工具半径の寸法誤差及び工具軌跡
誤差を修正した後、再度加工を行うことにより目標とす
る加工面形状が得られる。

〔作用〕

工具原点設定時の誤差．工具半径の寸法誤差や工具軌跡
の誤差は形状精度劣化の大きな装因であり、これらを個
々に分離することは非常に困難である。しかし、研削砥
石等の工具は、表面の凹凸や振れ回り等の影響により、
正碌に形状を把握する事が非常に困難であり、加工中の
摩耗等によって誤差が生ずる。また加工機の動作誤差も
加工前に予測することは、極めて鑵しい。そこで加工後
の形状の測定結果から演算手段を用いて形状誤差及び工
具原点設定時の談差．工具半径の寸法誤差．工具軌跡の
誤差を求め、この結果に基づいて数値制御装置により工
具原点および工具半径を修正し、理想的な工具軌跡を被
加工面に対して描かせる事により再度加工を行い、目標
加工面形状を得る０〔実施例〕 本発明の実施例を図面に基いて説明する。第１図は、本
発明を用いた加工手順である。第２図は本発明の実施例
を示す。第５図は、工具原点設定時における誤差と工具
半径の寸法誤差を示す。第４図は、各誤差要因と加工形
状誤差の関係を示す。

第２図において、１は加工機本体にしてＸＹテーブル２
がＸＹ平面内を任意に移動できるように支承されている
。４は被加工物にして、スピンテーブル５に自転運動で
きるように取付けられ、スピンテーブル５は、ＸＹテー
ブル２に固定されている。１２は研削砥石にして２軸ア
ーム１１１こ２軸方向に任意に移動できる２軸コラム１
６を介して砥石駆動モータ８により回転可能に取り付け
られている。１０は眠気式変位計にしてアーム９を介し
てＺ軸コラム１５に固定されている。５．６はそれぞれ
Ｙ軸方向駆動モータ．Ｘ軸方向駆動モータにして数値制
御装置１４により制御され、ＸＹテーブル２を任意の位
置に移動させる。７は、ｚ４１！方向駆動用モータにし
て数値制御装置１４ｆこより２軸コラム１５８任意の位
置へ移動させる。１５は計算処理装置にして数値制御装
置１４と電気的に接続されている。

本構成において工具原点，工具半径を入力した後、研削
砥石１２を砥石駆動モータ８により、被加工物４をスピ
ンテーブル３によりそれぞれ同転させつつ、ＸＹテーブ
ル２を数値制御装Ｉｔ１４により任意の軌跡上を移動さ
せることにより目標とする加工面形状を得る。

上記加工法においては、ＸＹテーブル２の軌跡を指定す
る時の原点として被加工物４の回転中心軸上に研削砥石
１２の中心を一致させることにより工具原点としている
。また工具半径は、機外にて測定した砥石半径を入力し
ている。しかし実際には、工具が研削砥石であるためこ
れらを正伽に位置決めまたは、入力する事は非常に困難
であり、工具原点および工具半径の設定には誤差が含ま
れる０ 第３図は、これらの誤差を示したもので被加工物４と研
削砥石１２が図中の位［１こて工具原点と設定した時を
示している。この時の工具原点の２軸方向．Ｙ軸方向の
誤差ｚｊ｝ｌ，ＩＣとし、また工具半径の寸法誤差をｊ
ｉＲとする（第１図のｌ）。

これらの入力値に基き、工具軌跡を数値制御装置１４に
より算出し（第１図の■）、加工を行うと（第１図の■
）、これらの誤差のため加工形状誤差が生ずる。次に′
４気式変位計１０８用いて被加工物４の形状を測定し（
第１図の■）、この測定値（７）Ｘ．Ｙ．Ｚ座標を数値
制御装置から読み取り、この結果を計算処理装ｌｊｔ１
５に入力する。これらのデータより被加工物４の回転中
心の位＋１を算出し、測定原点をここに設け、数値制御
装１ｊｌｌ！：１４に入力する（第１図のＶ）。この測
定原点に基き、被加工面の回転中心軸を含む断面にて加
工面の形状ヲ電気式変位計１０ヲ用いて形状測定を行う
（第１図の■）。この測定結果は、再び計算処理装［４
１１５擾こ入力され、目標加工面形状との比較から形状
誤差を算出する（第１図の■）０ここで形状誤差が目標
値以下であれば、加工は終了するが（第１図の■）これ
を満足しない場合は、以下の手順で補正加工を行う。

上で求めた形状誤差に基き、上記誤差要因ＡＣ，ＪＲを
算出する方法について述べる（第１図の］Ｘ）０第４図
Ｉこおいて目標とする加工面形状ヲ１６とするとこれを
加工する理想的砥石は、１７により示される。しかし工
具原点設定における誤差ＡＣ，工具半径の寸法誤差ＪＲ
があるため、実際の砥石は１９で示される位置にあり、
これにより加工される面は１８１こより表される。目標
加工面形状がｘ　＝　ｆ　（ｙ）にて表される時、被加
工面の回転中心からｙ軸方向への距離ｙｌにおける形状
誤差Ａｘｉは、幾何学的手法により工具設定時における
誤差ｌＣ，工具半径の寸法誤差ＪＲを用いて（１）式に
て表される。

Ａｘｉ＝　ＪＲ（　１−ｃｏｓｌ９ｉ　）　−　ｊ　Ｃ
　ｔａｎθｉ（１）ここでθｌは加工面回転中心からｙ
軸方向の距離ｙｉの点における目標加工面１６の接線が
ｙ軸と成す角度であり、θｉはｆ　（ｙ）の一次導関数
を用いて（２）式で表される。

ｔａｎθｉ＝ｆ’（ｙｉ）　　　　　　　　　　　　　
　　（２）よって（１）式は、 ｊＸｉ＝ＪＲ（１−ＪＴ＋　ｆ’（ｘｉ）”　）　−　
ｊ　Ｃ　ｆ’（ｙｉ）　　（５）となる。また、工具設
定時Ｃこおける誤差ＡＨと形状誤差ａｘｌの関係は、（
４）式により衣される。

ｊｘｊ＝ｆ（　　）’ｉ”−ｊ｝Ｆ）　　ｆ（）’ｉ）
よって（！ＳＬ（４）式より（５）式が求まる。

ｊ　ｘｉ　＋ｊ　Ｈ２ｆ’（ｙｉ）　／　２　ｙｉ＝ｊ
Ｈ（１−ｖ’１＋ｆ’（ｙｉ）２−ｊｃｆ’（ｙｉ）　
　（５）Ｖｉ＝ＪＲＶｉ＋ｊＣＷｉ　　　　　　　　　
　　　　（６）ここで　Ｖｉ＝ノｘｉ＋ｊＨ２・ｆ’（
ｙｉ）　／　２　ｙｉｖｔ＝１−Ｊ７「ｉ貢〒 Ｗｉ　＝　ｆ’（ｙｉ） 上述のｌｚは、加工面に残された研削痕から測定する。

（５）式は、工具軌跡が非常に高精度である時にのみ成
立するため、加工機の運動能カが低い場合は、全ての形
状測定の結果を満足しているわけでは、ない。そこで被
加工物の回転中心ｔこ比較的近い転囲の測定結果につい
てのみ（５）式を用いて（７）式ｆこより重回帰分析し
、該範囲外に対しては工具軌跡を補正する必要がある。

Ｊ． ただし　ＣＣ：定数項 Ｊ，二重回帰分析をする範囲の開始点 Ｊ，二重回帰分析をする範囲の終了点 （７）式を用いて求めたＪＲ，ｌ（：，を（５）式から
求めた（８）式に代入し、上で求めた形状測定結果を代
入することにより工具軌跡誤差（ｙｉ．　ｊ　ｘｃｉ）
が求められる。

ｊｘｃｉ＝ｊｘｉ＋ｊＨ２ｆ’０’ｉ）／２ｙｉ一ＪＲ
（１−Ｊ１＋ｆ′（ｙｉ）２）十ｌＣｆ′（ｙｉ）（８
）このようにして求めた工具設定誤差ｊ（：：，ｊＨ砥
石半径の寸法誤差ｄＲおよび工具軌跡誤差（ｙｔ＋ｊｘ
ｃｉ）を１０次関数に回帰した後、この曲線の座標を計
算装置１５から数値制御装置１４に入カし、工具原点，
工具半径および工具軌跡を修正し（第１図のＸ）、再び
加工を行う（第１図のＩ〜■）ことにより目標加工面形
状が得られる。

最後に実際加工を行った結果ｆこついて述べる。

被加工物としてステンレス工具網ＳＵＳ４２０　．研削
砥石としてＣＢＮビトリファイド砥石ＳＯＯ番を使用し
、スピンテーブル速度５０ｒｐｍ＋砥石回転数１８００
Ｏ　ｒｐｍ　．　Ｘ　Ｙテーブル速度０．５ｔｉｌ／ｙ
ｙ１ｉ１にて（９）式ｌこより表される曲細の回転軸対
称面を加工した０ ”　Ａ＋ｏ’ｊｌｏ（９） 本対象とした形状は、ｙ座標が増えるに従い、Ｘ座標が
増加した後、７　＞　Ｒ’となると減少する形状である
。本検討を行った機械では、Ｘ軸テーブルにバンクラッ
シュがあるため、Ｘ軸テーブルの運動方向が変わると形
状精度が劣化していた。

切込量２μｍにて５回研削した時の加工精度は±７μｍ
であったが、本発明を用いて、（　−　ｐｔ／，Ｒ）の
範囲で重回帰分析を行い、加工誤差要因を修正した後、
補正加工を行った結果、加工形状誤差は±０．５μｍが
得られ、加工時間は２５時間が得られた。

従来技術では、±１μｍの形状精度を得るのに５回の補
正加工を必要とし、約５２時間かかる。

このように本発明を用いることにより加工時間が５０％
以上短縮され、より一層高精度な加工が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、被加工物を短時間−こ高精度に加工で
きるので加工時間の短縮および加工精度の向上に効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例のフローチャート、８ｇ２
図は、本発明の実施例を示す加工装置の外紐図、第５図
は、工具原点設定時における誤差および工具半径の寸法
誤差を示した被加工物と研削砥石の正面図、第４図は、
各誤差要因と加工形状誤差の関係を示した断面図である
。 １・・・加工機本体　　　２・・・ＸＹテーブル６・・
・スピンテーブル　４・・・被加工物５・・・Ｙ軸方向
駆動モータ ６・・・Ｘ軸方向，駆動モータ ７・・・Ｚ軸方向駆動モータ ８・・・砥石駆動モータ　９・・・アーム１０・・・電
気式変位計　　１１・・・２軸アーム１２・・・研削砥
石　　　　１５・・・２軸コラム１４・・・数値制御装
置　　１５・・・計算処理装置１６・・・目標加工形状
　　１７・・・理想的砥石位置Ｉ　１捧 ２ 回 ｊム ブー ３ 図 易　４−　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被加工物を自転運動させ、被加工物の自転軸に対し
   て工具が相対的軌跡上を移動することにより、回転軸対
   称の面を加工する工作機械において、工具軌跡を数値制
   御できる数値制御手段と、被加工物の加工形状を測定す
   る形状検出手段と、該検出手段から得られたデータをも
   とに被加工物の形状誤差及び工具設定時の誤差を求める
   演算手段を設け、工具設定時の誤差と工具軌跡の誤差を
   一括して算出し、数値制御手段により修正し、補正加工
   を行うことを特徴とする回転軸対称曲面の加工方法。