JPH0643003B2 - 楕円加工機械 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、被加工物の楕円穴の底面を切削加工するため
の楕円加工機械に関する。

従来技術 楕円形状穴の底面を平面的に加工するとき、従来はフラ
イス盤などを使用し、エンドミルを使って、楕円形状に
沿って加工を進めていた。そのために、加工物をＸ−Ｙ
テーブルに固定し、ＮＣ機械を使って時間を掛けて加工
するのが普通であり、まれには旋盤を使い、刃物台には
エンドミルを回転させる刃物主軸を置き、旋盤主軸に取
り付けた加工物をゆっくり回転させながら、旋盤主軸の
回転に同期させて、刃物台を揺動させ除々に主方向に送
りを掛けて楕円筒内面を削ると同時に、楕円筒底面を削
るという方式のものであった。それ等のいずれもがエン
ドミルを使用しており、その刃物の形状による制限をう
けて、深い楕円内面や底面を削るときに難点があり、ま
た楕円外周近くを削るときは、中心近くを削ることが出
来ず、そのため削り残しが出来たりして、別途の加工を
要するなどの点で、能率が悪いうえに、複雑な加工操作
が必要で、切粉の排出も悪いので、工場寿命も制限され
るなどの理由から、難しい加工方法であった。

発明の目的 したがって、本発明の目的は、必要な運動条件を全部満
たし、能率よく、かつ安定な状態で、楕円底面を加工で
きる巧妙な楕円加工機械を提供することである。

発明の解決手段 そこで、本発明は、旋盤主軸によって被加工物を回転さ
せながら、保持するとともに、その被加工物と対向させ
て、主刃物台を配置している。この複合刃物台は、少な
くとも１つの刃物台を上記被加工物の楕円穴の径方向に
移動可能な状態で保持している。

そして、その刃物台は、楕円穴の底面を加工するため
に、楕円穴の径方向に移動可能で、しかも常に切削方向
に向くように揺動可能な状態で支持している。

さらに、上記主刃物台は、上記旋盤主軸と同期して回転
する歯車機構、および比例変換機構をそれぞれ内蔵して
いる。この比例変換機構は、上記歯車機構の回転をカム
・レバー機構によって、往復直線運動に変換し、しかも
その往復直線運動のストロークを楕円穴の径方向の送り
量に比例的に変化させ、底面加工用の刃物台に伝達す
る。この結果、底面加工用の刃物は、最初に円運動を描
きながら、楕円穴の底面を切削していくが、しだいに渦
巻き状の楕円運動に変化し、最後に最終的な楕円穴の内
周面の楕円運動に近づく。

このようにして、底面加工用の刃物は、楕円穴の底面上
で、楕円状の渦巻き軌跡に沿って、中心部から外周部へ
としだいに移動しながら、しかもその切削方向を常に楕
円状渦巻きの接線方向に修正しつつ、楕円状の底面を加
工していく。

発明の構成 第１図ないし第４図は、本発明の楕円加工機械１を示し
ている。

この楕円加工機械１は、旋盤主軸２と対向する位置で、
主刃物台３を備えている。この主刃物台３は、ベッド４
の滑り案内面５の上で、旋盤主軸２の方向に進退自在に
設けられており、図示しない送りユニットなどによって
前進、または後退方向に駆動されるようになっている。

そして、上記主刃物台３は、その上面で、上記旋盤主軸
２に対し、直交する方向のすべり案内面６によって、楕
円送りスライド７および送りスライド８を移動可能な状
態で支持している。一方の楕円送りスライド７は、同様
に同じ方向の滑り案内面９によって定量変位スライド１
０、さらにこの定量変位スライド１０の滑り案内面１１
によって、切削送りスライド１２を上記旋盤主軸２の方
向に移動可能な状態で支持している。また他方の送りス
ライド８は、旋盤主軸２と直交する方向の滑り案内面１
３によって、加工送りスライド１４を進退可能な状態で
保持している。

そして、上記一方の切削送りスライド１２は、その上面
に固定された刃物台１５によって、旋盤主軸２と平行な
支持軸１６により内周面加工用の刃物１７を回動自在に
支持している。また同様に、上記加工送りスライド１４
は、他方の刃物台１８、旋盤主軸２に平行な支持軸１９
によって、底面加工用の刃物２０を回動自在に保持して
いる。

上記切削送りスライド１２は、これと定量変位スライド
１０との間に設けられた軸方向切削送り手段、すなわち
送りナット２１、および送りねじ２２によって旋盤主軸
２の方向に加工送りできるようになっている。なおこの
送りねじ２２は、定量変位スライド１０の上に取り付け
られた送り用のサーボモータ２３、およびその出力軸と
上記送りねじ２２に巻きかけられたタイミングベルト・
プーリ２４によって駆動されるようになっている。また
定量変位スライド１０は、油圧シリンダ２５とともに定
量変位手段を構成しており、荒削りの後に、仕上げ加工
を行うために、楕円送りスライド７の上に設けられた一
対の油圧シリンダ２５とこれによって駆動される定量変
位スライド１０側の従動部材２６によって、一定の量だ
け変位できるようになっている。

また、送りスライド８は、径方向切削送り手段として、
これに取り付けられた送り用のサーボモータ２７、主刃
物台３に取り付けられた送りナット２８、この送りナッ
ト２８にねじ対偶の下に挿入され、上記サーボモータ２
７によって駆動される送りねじ２９によって滑り案内面
６に沿って移動できるようになっている。

さらに、上記主刃物台３の下方に、ケース３０の内部で
上記旋盤主軸２から同期する回転を取り入れるための歯
車機構が設けられている。すなわち上記旋盤主軸２の回
転は、巻き掛け伝動手段などによって、入力軸３１に与
えられ、その入力用の歯車３２の部分で一方の歯車３
３，３４により、中間軸３５のタイミングベルト・プー
リ３６およびカム軸３７のきのこ形のカム３８に伝達さ
れ、また他方の歯車３９、４０によって同様にカム軸４
１のきのこ形のカム４２にも伝達される。

一方のカム３８は、カム軸３７の直径線上で、ローラ状
の一対のカムフォロア４３にはさみ込まれていて、カム
機構を構成している。このカムフォロア４３は、ともに
楕円送りスライド７に取り付けられたブラケット４４に
対し、ピン４５により回転自在に支持されている。ま
た、他方のカム４２は、同様にカム軸４１の直径線上
で、一対のカムフォロア４６に接している。このカムフ
ォロア４６は、同様にピン４７によって、ほぼＹ字状の
揺動レバー４８の先端部分に回転自在に支持されてい
る。

そして、この揺動レバー４８は、カム４２、駒５１およ
びブラケット５２、さらにリンク５５、中間レバー５
６、ピニオン５８およびラック５９とともに比例変換機
構を構成しており、基端部分で、カム軸４１に対し平行
な支点軸４９によって、主刃物台３に対し揺動自在に支
持されており、またその中間の長手方向の滑り案内溝５
０によって駒５１を移動可能な状態で保持している。こ
の駒５１は、送りスライド８に取り付けられたブラケッ
ト５２の滑り溝５３の内部に滑り対偶で嵌っており、ま
た２本のピン５４およびリンク５５によって中間レバー
５６に連結されている。この中間レバー５６は、送りス
ライド８の部分で、中介軸５７によりピニオン５８とと
もに回り止め状態で支持されている。そしてこのピニオ
ン５８は、加工送りスライド１４の下面に取り付けられ
たラック５９と噛み合っている。

さらに、中介軸５７は、伝達機構としてのタイミングベ
ルト・プーリ６０およびユニバーサルジョイント６９に
よって、中間軸６１に連結されており、その中間軸６１
の歯車６２は、前記支持軸１９の歯車６３に噛み合って
いる。

一方、中間軸３５は、同様にタイミングベルト・プーリ
６４および伸縮可能なユニバーサルジョイント７０によ
って、中間軸７７に連結されている。そして、この中間
軸７７は、偏心ピン６５、連結印６６および連結用のリ
ンク６７によって、支持軸１６に固定されたレバー６８
の先端に連結されている。これらは、刃物１７の揺動運
動機構を構成している。

発明の作用 つぎに、上記楕円加工機械１の加工動作を発明の作用と
ともに説明する。

まず、被加工物７１は、旋盤主軸２に対し面板またはチ
ャック７２によって芯出し状態で取り付けられ、２つの
刃物１７、２０に対向し、加工時に回転する。この被加
工物７１には、第１図や第３図ないし第６図に示すよう
に、楕円穴７３が形成されており、その底面７５に真円
状の穴７６が形成されている。そして、一方の刃物１７
は、楕円穴７３の内周面７４を加工するために、その母
線方向に沿って楕円穴７３の深さ分だけ送り込まれる。
また他方の刃物２０は、楕円穴７３の底面７５を加工す
るために、真円状の穴７６の外周面を起点として、中心
から離れる方向すなわち楕円穴７３の径方向に送られ
る。

ところで、一方の刃物１７は、第５図に示すように、楕
円の内周面７４を加工するために、短径と長径との差の
半分に担当する長さＬのストロークで、被加工物７１の
回転と同期して、周期的に往復進退運動を繰り返す。同
時に、この刃物１７は、加工面すなわち内周面７４に対
し、常に一定のすくい角を確保するために、支持軸１６
を中心として揺動運動を行う。その結果、内周面７４の
切削時に、刃物１７のすくい角は、常に一定となり、最
も良好な切削状態がすべての内周面７４について確保で
きることになる。

一方、他方の刃物２０は、第６図に示すように、真円状
の穴７６の外周面を起点として、楕円状の螺旋運動を描
きながら、中心部分から、しだいに外側部分へと移動
し、最終的に楕円穴７３の楕円に近づく。このような切
削過程で、刃物２０の加工方向に対する向きは、その真
円状の穴７６の中心に対し常に一定の角度をなしておら
ず、被加工物７１の回転と同期して、周期的に変化しな
ければならない。このために、支持軸１９は刃物２０に
必要な揺動運動を与えていく。

このような刃物１７、２０の送り運動や、方向の補正運
動は、以下のようにして与えられる。

まず、一方の刃物１７に対する加工送り運動は、サーボ
モータ２３によって与えられる。すなわちこのサーボモ
ータ２３の回転は、タイミングベルト・プーリ２４によ
って、送りねじ２２に与えられる。この送りねじ２２の
回転によって、送りナット２１が送り方向すなわち楕円
穴７３の開口面から奥の方向に進むため、刃物１７が順
次送られていく。

一方、被加工物７１の回転運動、つまり旋盤主軸２の回
転運動は入力軸３１によって、歯車３２、３３、３４に
伝達される。そのため、カム３８は、被加工物７１の回
転運動と同期して、楕円送りスライド７を旋盤主軸２に
対して、直交する方向、つまり楕円穴７３の径方向の周
期的な往復直線運動を与える。このときのストロークＬ
は、既に述べたように、短径と長径との差の半分に相当
している。刃物１７が内周面７４の長軸部分にあると
き、加工中心から最も離れた位置にあり、また逆に、短
軸の位置にあるとき、加工中心に最も近づいた位置にあ
る。しかも、入力軸３１の回転は、タイミングベルト・
プーリ６４、およびユニバーサルジョイント７０によっ
て偏心ピン６５の公転運動として与えられ、その偏心ピ
ン６５、連結ピン６６、リンク６７および揺動レバー６
８によるてこクランク機構によって、往復揺動運動に変
換され、支持軸１６に伝達される。この結果、刃物１７
は、楕円穴７３の内周面７４に対し、常に一定のすくい
角を維持しながら、送り運動にしたがって、楕円穴７３
の開口面から奥に向けて順次加工していくことになる。

この間に、送り用のサーボモータ２７は、送りスライド
８と加工送りスライド１４との間に相対的な送り運動を
与えることによって、他方の刃物２０を第１図の想像線
で示す真円状の穴７６の外周位置から短径の円に相当す
る位置まで移動させて行く。このときの移動量Ｄは、真
円状の穴７６の半径と楕円穴７３の短径との差の半分と
なっている。

しかも、カム４２は、揺動レバー４８に揺動運動を与え
ることによって、その揺動運動をリンク５５を介し、中
間レバー５６に伝達している。この結果、ピニオン５８
は、ラック５９を介し、加工送りスライド１４に対し、
往復直線運動として与える。この加工送りスライド１４
の往復直線運動は、他方の刃物２０に楕円穴７３の径方
向の往復直線運動として与えられるため、刃物２０は、
送りスライド８の中心から外側に向かう直線運動と、加
工送りスライド１４の往復直線運動との合成運動によっ
て、螺旋状の楕円運動を描きながら、真円状の円７６を
起点そして、外側に順次移動していく。

しかも、加工の初期では、駒５１が支点軸４９に近い位
置にあるため、揺動レバー４８の揺動運動は、これに直
交する方向のブラケット５２に対し、小さな変位量とな
っている。この結果、送りスライド８は、加工の初期
に、底面７５に対し、真円状の穴７６に近い円運動の切
削軌跡を与えている。しかし、送りスライド８が、サー
ボモータ２６によって、加工中心から離れる方向に送ら
れると、駒５１が支点軸４９から離れる方向に、移動す
るため、ブラケット５２は、その揺動レバー４８から大
きな往復直線運動を受けることになる。このようにし
て、送りスライド８が加工中心から離れる方向に送られ
るにしたがって、その送り量と比例して、送りスライド
８の往復直線運動のストロークが０からしだいに大きく
なっていく。その最大のストロークは、加工終わりのと
きであり、楕円穴７３の短径と長径の差の半分、つまり
前記ストロークＬに相当している。このようにして、他
方の刃物２０は、加工初期に、穴７６に沿って真円状の
軌跡を描きながら、しだいに楕円率の大きな螺旋状の楕
円を描き、最終的に楕円穴７３の内周面７４の楕円に近
づいていく。

しかも、中介軸５７の回転は、タイミングベルト・プー
リ６０、ユニバーサルジョイント６９、および歯車６
２、６３によって支持軸１９に往復回転運動として伝達
される。このため、刃物２０は、第６図に示すように、
楕円状螺旋の進行方向に対して、一定の方向、すなわち
常に接線方向に向けている。したがって、刃物２０が、
底面７５に対し、楕円状螺旋の加工軌跡に沿って移動し
ても、その加工方向の向きの修正によって、常に最も良
好な切削状態に、自動的に補正されていく。しかも、こ
の向きの補正角度は、上記揺動レバー４８、駒５１、お
よびブラケット５２による比例変換機構によって与えら
れるため、加工軌跡の楕円が大きくなるにしたがって、
しだいに大きな揺動角度に設定されていく。もちろん、
このような送り運動および向きの補正運動は、常に旋盤
主軸２の回転運動と同期しているから、被加工物７１の
楕円穴７３に対しずれることがない。

なお、このようにして、内周面７４の荒加工が終了した
時点で、定量変位スライド１０を油圧シリンダ２５によ
って一定の量だけ加工中心から離れる方向に移動させる
ことによって、最終的な仕上げ加工が行える状態に設定
され、その状態で内周面の仕上げ加工が行われる。そし
て、これらの内周面７４の加工および底面７５の加工
は、加工能率の観点から、ほぼ同時に終わるように設定
されている。

発明の効果 本発明では、つぎのような効果が得られる。

まず、第１に、底面加工用の刃物が加工の初期で真円状
の円を描きながら底面を切削し、また、径方向の送り量
に比例して、径方向の往復直線運動のストロークを大き
くし、最終的に楕円穴の内周面に近づくため、加工の途
中で、段取り替えなどが必要とされず、１つの底面の加
工が連続的に行える。

第２に、その底面切削用の刃物が常に切削方向に対し常
に一定の角度で切削を継続するため、底面が奇麗な仕上
げ面として加工できる。

さらに、第３として、底面加工用の刃物の楕円の径方向
の送り、および切削方向の補正運動が常に被加工物の回
転運動と同期した状態で行われるため、それらの運動と
加工対象の楕円穴との間にずれがなく、理想的な切削的
な加工が機械的な制御の下に能率よく行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の楕円加工機械の平面図、第２図は要部
の背面から見た垂直断面図、第３図は内周面加工部分の
側面から見た垂直断面図、第４図は底面加工部分の側面
から見た垂直断面図、第５図および第６図は加工対象の
楕円穴の説明図である。 １……楕円加工機械、２……旋盤主軸、３……主刃物
台、７……楕円送りスライド、８……送りスライド、１
０……定量変位スライド、１２……切削送りスライド、
１４……加工送りスライド、１５、１８……刃物台、１
７、２０……刃物、２１、２８……送りナット、２２、
２９……送りねじ、２３、２７……送り用のサーボモー
タ、２５……油圧シリンダ、２６……従動部材、３２、
３３、３４、３９、４０、６２、６３……歯車、３７、
４１……カム軸、３８、４２……カム、４３、４６……
カムフォロア、４４、５２……ブラケット、４８……揺
動レバー、４９……支点軸、５０……滑り案内溝、５１
……駒、５３……滑り溝、５５……リンク、５６……中
間レバー、５８……ピニオン、５９……ラック、６５…
…偏心ピン、６６……連結ピン、６７……連結用のリン
ク、６８……レバー、７１……被加工物、７３……楕円
穴、７４……内周面、７５……底面。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加工物を回転させながら保持する旋盤主
   軸に対向させて主刃物台を配置し、この主刃物台に底面
   加工用の刃物台を送りスライドにより被加工物の楕円穴
   の径方向に移動可能な状態で設け、この刃物台に上記楕
   円穴の底面を切削する底面加工用の刃物を回動自在に支
   持するとともに、上記主刃物台側に上記旋盤主軸の回転
   と同期して回転する歯車機構、およびこの歯車機構の回
   転を上記刃物台の径方向の送り量に比例する往復直線運
   動に変換して上記刃物台に上記楕円穴の径方向の往復直
   線運動として伝達する比例変換機構をそれぞれ設け、さ
   らに上記刃物台と上記主刃物台との間に、楕円穴の径方
   向で加工中心から離れる方向の切削送りを与える加工送
   りスライドおよびその径方向切削送り手段を上記複合刃
   物台に組み込んでなることを特徴とする楕円加工機械。
2. 【請求項２】上記比例変換機構を、上記歯車機構によっ
   て駆動されるカム、このカムに対して先端側で対偶をな
   し基端側で回動自在に支持されかつ長手方向の滑り案内
   溝を有する揺動レバー、この揺動レバーの滑り案内溝内
   で摺動自在に設けられた駒、上記滑り案内溝と交差して
   上記駒にはまり合い前記送りスライドに固定されたブラ
   ケット、前記送りスライドに揺動自在に支持された中間
   レバー、この中間レバーと上記駒とを連結するリンク、
   上記中間レバーに固定されたピニオン、およびこのピニ
   オンにかみ合い前記加工送りスライドに固定されたラッ
   クにより構成することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の楕円加工機構。