JPH0643004B2 - 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内周面およびその楕円状
の底面を同時に切削加工するための楕円加工機械に関す
る。

従来技術 従来、円筒状の内周面と、その円形状の底面とを同時に
加工する場合には、１つの複合刃物台のベースの上に、
旋盤主軸の軸線方向に摺動可能な送りスライド、および
上記旋盤主軸に対し、直角方向に摺動可能な送りスライ
ドとを別個に取り付け、それぞれのスライドの上には円
筒内面を切削する刃物、および底面を切削する刃物とを
別々に備えている加工機械が利用される。

円筒面加工用の刃物は、被加工物の開口面から内側の底
面に向けて移動し、また底面加工用の刃物は、底面の中
心部から外周部へとそれぞれ加工送りによって切削して
いく。この間に、被加工物は、旋盤主軸に保持されて、
一定の速度で回転している。このような複合的な切削工
程では、円筒状内周面とその底面との切削送りがほぼ同
時となるように設定されている。

そして、このような加工の後に、加工部隅にある余肉を
互いに直角に双方から削り取ることによって、個別切削
のときのような加工終わりの無理が切削がなくなり、ま
たビビリのない状態で良好な加工が可能となる。

上記の従来の加工方法は、２本の刃物を同時に動かし
て、能率よく、かつ合理的な円筒穴の加工法としてよく
知られ、また多用される方法である。

しかし、被加工物の楕円形状の穴が加工対象のときに
は、それぞれの刃物について楕円形状の創成をさせる必
要から、それぞれ刃物について切削送れ以外の同期運動
が必要となる。

すなわち、楕円穴の内周面加工用の刃物については、楕
円の長径と短径の差に相当する往復直線運動が必要であ
り、しかも刃物のすくい角を一定にするために、その刃
物に揺動運動が必要とされる。また、底面切削用の刃物
には、同様に、長径と短径との差に相当する往復直線運
動のほか、切削方向に対して、刃物の向きを常に一定に
保持するような揺動運動が必要となる。

このように、楕円内周面およびその底面の同時加工で
は、複雑な運動が必要となり、さらに荒削りおよび仕上
削りなどの要求があるため、このような楕円内周面およ
びその底面の同時加工装置は、また開発されていない。

発明の目的 したがって、本発明の目的は、前述の複数な運動条件を
全部満たし、能率よく、かつ安定な状態で、楕円内周面
およびその底面を同時に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、特殊な複合刃物台を配置している。この複合刃物台
は、２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。

そして一方の刃物台は、楕円穴の内周面を切削するため
に、刃物を揺動自在で、しかも内周面の母線方向に切削
送り可能な状態で保持している。また、他方の刃物台
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、上記複合刃物台は、上記旋盤主軸と同期して回
転する歯車機構、カム機構、および比例変換機構をそれ
ぞれ内蔵している。このカム機構は、歯車機構の回転を
往復直線運動に変換し、これを一方の刃物台に楕円穴の
径方向の往復直線運動として与える。これによって、内
周面加工用の刃物は、その長径部分の加工時に、中心か
ら離れる方向に移動し、また短径部分の加工時に中心方
向に移動することによって、所望の楕円内周面に沿った
楕円送り運動を行う。

また、上記比例変換機構は、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、他方の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、一方の内周面加工用の刃物は、楕円穴
の開口面側から底部に向けて切削送り運動によって送ら
れ、往復直線運動によって楕円面を創成し、かつその揺
動によってすくい角を常に一定の保持し、良好な切削を
行っていく。同時に、他方の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。

したがって、本発明の楕円加工機械では、楕円穴の内周
面および楕円状の底面が同時に加工できることになり、
加工能率が高められるほか、数値制御の下に良好な内面
切削加工が可能となる。

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、
複合刃物台３を備えている。この複合刃物台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、上記複合刃物台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
１０、さらにこの定量変化スライド１０の滑り案内面１
１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１３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、複合
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
２７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、上記複合刃物台３の下方にケース３０の内部で
上記仙波主軸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、巻き掛け転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、複合刃物台３に対し揺動自在に
支持されており、またその中間の滑り案内溝５０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、連結ピン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６
８の先端に連結されている。これらは、刃物１７の揺動
運動機構を構成されている。

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。

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
起点として、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、仲介軸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
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、複合刃物台の上に楕円穴の内周面加工用
の刃物およびその底面加工用の刃物が加工方向の送り、
および楕円の径方向の送り運動を与えられる状態で組み
込まれているため、楕円穴の内周面および底面の切削加
工が同時に行える。したがって、この種の被加工物の加
工能率が従来のものに比較して高められる。

第２に、内周面加工用の刃物が楕円穴の径方向の運動と
同時に、常にすくい角が常に一定となるような運動を受
けながら加工を進めていくため、常に最良の状態で加工
が行え、したがってビビリのない良い加工面が得られ
る。

そして、第３として、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。しかも、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、底面が綺麗な仕上げ面として加工できる。

さらに、第４として、上記内周面加工用の刃物および底
面加工用の刃物の楕円の径方向の送り、およびすくい角
の補正や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１工程で能率よく行える。

【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……複合刃物
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、５１……駒、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。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−147266（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−152001（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−76755（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【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
   軸に対向させて複合刃物台を配置し、この複合刃物台に
   ２つの刃物台を被加工物の楕円穴の径方向に移動可能な
   状態で並び設け、一方の刃物台に上記楕円穴の内周面を
   切削する内周面加工用の刃物を回動自在に支持し、また
   他方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、上記複合刃物台
   側に上記旋盤主軸の回転と同期して回転する歯車機構、
   この歯車機構の回転を往復直線運動に変換して上記一方
   の刃物台に楕円穴の径方向の往復直線運動として伝達す
   るカム機構、および上記歯車機構の回転を上記他方の刃
   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
   て他方の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
   一方の刃物台側に、上記歯車機構によって駆動され上記
   内周面加工用の刃物に揺動運動を与える揺動運動機構、
   内周面加工用の刃物を被加工物の軸線方向に切削送りす
   る軸方向切削送り手段、および荒削り後の仕上げ加工時
   に上記内周面加工用の刃物を楕円穴の径方向に加工中心
   から離れる方向へ定量だけ変位させる定量変位手段とを
   組み込み、また、他方の刃物台に、上記比例変換機構の
   揺動運動を底面加工用の刃物に伝達する伝達機構、およ
   び他方の刃物台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。