JPH07100750A - 曲面加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工作物と砥石との接触方向を一定に維持して
工作物の曲面形状の創成精度を向上する。 【構成】 工作物１を含むスライドテーブル１３を相対
的にＹ軸方向にピッチフィードさせる毎に第１の揺動テ
ーブル１７をＡ軸回りに所定角度揺動させ、この状態で
工作物１を含むスライドテーブル１３をＸ軸方向にトラ
ーバス移動させながら、砥石ヘッド３４をＺ軸方向に切
込み送りすると同時に第２の揺動テーブル２２をＢ軸回
りに揺動させて工作物１を加工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トロイダル曲面に代表
される自由曲面を加工するための曲面加工方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】トロイダル曲面に代表される三次元の自
由曲面を有する工作物の一例を図７に示す。図７におい
て、１はトロイダル曲面を有する工作物であり、この工
作物１のトロイダル曲面２は、Ｂ軸と平行な軸線回りの
曲率とＡ軸と平行な軸線回りの曲率とが異なる曲面を有
している。

【０００３】従来、このようなトロイダル曲面の加工に
は、Ｘ軸およびＹ軸方向に移動されるワークテーブル
と、Ｚ軸方向に移動される円盤状の砥石３を有する３軸
制御方式の加工機が使用される。このような加工機を用
いて工作物をトロイダル曲面加工する場合は、工作物１
をＸ軸方向に移動しながら、砥石３を曲面形状データに
したがいＺ軸方向に切込み送りをかけてワンパス加工す
る。そして、工作物１をＹ軸方向に１ピッチ分移動させ
た後、再び工作物と砥石をＸ軸とＺ軸方向に同時制御し
てワンパス加工する。以下、同様な動作を繰り返すこと
により、工作物を曲面形状データにしたがい曲面加工す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の加工機では、３軸制御によりトロイダル曲
面を加工するものであるため、曲面加工に際し、工作物
１をＹ軸方向にピッチフィード送りした場合、工作物１
と砥石３との接触方向は、Ｙ軸方向の加工曲面２の中央
から端部側へ移動するにつれて図８に示すように変化す
る。

【０００５】すなわち、砥石３が工作物１に対し図８の
２点鎖線に示す位置にあるときは、工作物１と砥石３と
の接触方向（接触点Ｐ１）は砥石切込み送り方向（Ｚ軸
方向）と一致する曲面２の法線方向に維持されるが、砥
石３が図８の実線に示す位置になると、工作物１と砥石
３との接触方向（接触点Ｐ２）は砥石切込み送り方向と
一致する曲面２の法線４から角度θ１ずれてしまう。そ
の結果、曲面のＮＣ形状データにより制御される曲面の
加工位置と実際に加工される位置間にθ１に応じたずれ
が生じ、曲面の創成精度に悪影響を与えることになる。
また、曲面加工に際し、工作物１をＸ軸方向に移動しな
がら砥石３をＺ軸方向に切込み送りした場合、工作物１
と砥石３との接触方向は、Ｘ軸方向の加工曲面２の中央
から端部側へ移動するにつれて図９に示すように変化す
る。

【０００６】すなわち、砥石３が工作物１に対し図９の
２点鎖線に示す位置にあるときは、工作物１と砥石３と
の接触方向（接触点Ｐ３）は砥石切込み方向（Ｚ軸方
向）と一致する曲面２の法線方向に維持されるが、砥石
３が図９の実線に示す位置になると、工作物１と砥石３
との接触方向（接触点Ｐ４）は砥石切込み送り方向と一
致する曲面２の法線５から角度θ２ずれてしまう。その
結果、曲面のＮＣ形状データにより制御される曲面の加
工位置と実際に加工される位置との間にθ２に応じたず
れが生じ、これが曲面の創成精度に悪影響を与えるほ
か、砥石が摩耗してくると、その創成精度への影響は無
視できず、トロイダルミラー用の型成形には利用できな
い場合が生じる。

【０００７】本発明は、上記の点に鑑みなされたもの
で、工作物と砥石との接触方向を一定に維持して工作物
の曲面形状の創成精度を向上できる曲面加工方法を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、工作物に三次元の自由曲面を砥石により加
工する曲面加工方法であって、工作物を支持する支持部
と、回転駆動される円盤状の砥石を有する砥石ヘッド
と、前記工作物と砥石とが互いに接離する切込み方向に
前記支持部と砥石ヘッドを相対移動させる第１の駆動手
段と、前記切込み方向と直角なトラバース送り方向に前
記支持部と砥石ヘッドを相対移動させる第２の駆動手段
と、前記トラバース送り方向と直角なピッチフィード送
り方向に前記支持部と砥石ヘッドを相対移動させる第３
の駆動手段と、前記支持部または砥石ヘッドを前記トラ
バース送り方向と平行な軸回りに揺動させる第４の駆動
手段と、前記支持部または砥石ヘッドを前記ピッチフィ
ード送り方向と平行な軸回りに揺動させる第５の駆動手
段とを備え、前記第３の駆動手段により前記支持部と砥
石ヘッドを相対的にピッチフィード送りし、該ピッチフ
ィード送り毎に前記工作物と砥石との接触方向が砥石ヘ
ッドの向きと一致するように前記第４の駆動手段により
前記支持部または砥石ヘッドを揺動させる第１の工程
と、前記第１の工程の次に第２の駆動手段により前記支
持部と砥石ヘッドをトラバース送り方向に相対移動させ
ながら、前記第１の駆動手段により前記支持部と砥石ヘ
ッドを相対移動させて砥石に切込みを与えると同時にそ
の切込み送り位置に応じて工作物と砥石との接触方向が
砥石ヘッドの向きと一致するように前記第５の駆動手段
により前記支持部または砥石ヘッドを揺動させて工作物
を加工する第２の工程とを備える構成にした。

【０００９】

【作用】本発明において、揺動テーブルと砥石ヘッドを
相対的にピッチフィードさせる毎に揺動テーブルをトラ
バース送り方向と平行な軸回りに曲面形状データに応じ
て揺動させ、そして、揺動テーブルと砥石ヘッドをトラ
バース送り方向に相対移動させながら、該揺動テーブル
と砥石ヘッドを切込み送り方向に相対移動すると同時
に、揺動テーブルをピッチフィード送り方向と平行な軸
回りに曲面形状データに応じて揺動させることにより、
工作物の自由曲面加工につれ自由曲面の法線が変化して
も、自由曲面の法線と砥石ヘッドとの関係を常に同じに
維持することができる。よって、工作物曲面の創成精度
が向上できる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明方法を適用した５軸制御の曲面加
工機の一部を切欠いて示す正面図、図２はその左側面図
である。図１および図２において、１０は床面１１上に
除震台１２を介して設置したベッド、１３はベッド１０
上に案内部材１４によりＸ軸方向に（トラバース送り方
向）に移動可能に設置したスライドテーブルであり、こ
のスライドテーブル１３は、ベッド１０側に設けたボー
ルねじ１５と、これを回転駆動するサーボモータ１６に
よってＸ軸方向に移動される構成になっている。

【００１１】１７はスライドテーブル１３上に設けられ
た第１の揺動テーブルであり、この第１の揺動テーブル
１７は、Ｘ軸方向と平行な支持軸１８により、スライド
テーブル１３上の支持部材１９にＡ軸回りに揺動可能に
支持されている。第１の揺動テーブル１７をＡ軸回りに
揺動させる第１の駆動機構２０は、支持部材２１により
スライドテーブル１３上に設置されている。

【００１２】前記第１の駆動機構２０は、上下方向に設
置したボールねじ２０１と、このボールねじ２０１を回
転駆動するサーボモータ２０２を備え、ボールねじ２０
１のナット部材２０３は第１の揺動テーブル１７に連結
されている。

【００１３】２２は第１の揺動テーブル１７上に支持軸
２３によりＡ軸と直交するＢ軸回りに揺動可能に支持し
た第２の揺動テーブルであり、この第２の揺動テーブル
２２をＢ軸回りに揺動させる第２の駆動機構２４は支持
部材２５により第１の揺動テーブル１７上に支持されて
いる。

【００１４】前記第２の駆動機構２４は、上下方向に配
置したボールねじ２４１と、このボールねじ２４１を回
転駆動するサーボモータ２４２を備え、ボールねじ２４
１のナット２４３は第２の揺動テーブル２２に連結され
ている。なお、１は第２の揺動テーブル２２上にセット
された工作物である。

【００１５】図１および図２中、２６はベッド１０上に
固設した門型のコラムであり、このコラム２６の水平部
２６ａには砥石架台２７が案内部２８によってＹ軸方向
（ピッチフィード送り方向）に移動可能に設置されてお
り、この砥石架台２７は、コラム水平部２６ａにＹ軸方
向と平行に配置したボールねじ２９と、このボールねじ
２９を回転駆動するサーボモータ３０によりＹ軸方向に
移動される構成になっている。

【００１６】前記砥石架台２７には、昇降部材３１がＺ
軸方向（切込み送り方向）にスライド可能に設けられて
おり、この昇降部材３１の下端には、研削面が円弧をな
す円盤状の砥石３２および該砥石３２を回転駆動する電
動機３３を一体化した砥石ヘッド３４が取り付けられて
いる。

【００１７】また、砥石架台２７上には、昇降部材３１
に対向してサーボモータ３５が設置され、このサーボモ
ータ３５と昇降部材３１の上端間は図略のボールねじに
より連結されており、ボールねじをサーボモータ３５に
より回転駆動することで昇降部材３１を含めた砥石ヘッ
ド３４をＹ軸方向に移動させる構成になっている。

【００１８】次に、図３により本発明方法を適用した制
御部の構成について説明する。図３において、加工機を
５軸制御する数値制御装置４０は、加工機全体を制御し
管理する中央処理装置（以下ＣＰＵと略称する）４１、
プログラムおよびデータを格納するメモリ４２、ＣＰＵ
４１からの指令に応じて駆動パルスをＸ軸，Ｙ軸，Ｚ
軸，Ａ軸およびＢ軸用の各サーボモータに分配供給する
ためのパルス分配回路４３を備える。

【００１９】前記パルス分配回路４３には、別々の駆動
回路４４〜４６を介してスライドテーブル駆動用（Ｘ軸
用）サーボモータ１６、砥石架台駆動用（Ｙ軸用）サー
ボモータ３０、砥石送り用（Ｚ軸用）サーボモータ３５
がそれぞれ接続されている。さらに、パルス分配回路４
３には、別々に駆動回路４７，４８を介して第１の揺動
テーブル駆動用（Ａ軸用）サーボモータ２０２および第
２の揺動テーブル駆動用（Ｂ軸用）サーボモータ２４２
がそれぞれ接続されている。メモリ４２には、図１に示
すように入力装置４９から入力される工作物のＮＣ形状
データ（ｘ，ｙ，ｚ，α，β）および加工プログラム等
が格納されている。

【００２０】上記実施例の構成において、サーボモータ
１６は第２の駆動手段を、サーボモータ３０は第３の駆
動手段を、サーボモータ３５は第１の駆動手段を、第１
の駆動機構（サーボモータ２０２）２０は第４の駆動手
段を、第２の駆動機構（サーボモータ２４２）２４は第
５の駆動手段を、また第１，第２揺動テーブルは支持部
をそれぞれ構成する。

【００２１】次に、上記のように構成された本実施例の
曲面加工動作について説明する。工作物１を曲面加工す
る場合は、メモリ４２の加工プログラムとＮＣ形状デー
タ（ｘ，ｙ，ｚ，α，β）にしたがいＣＰＵ４１からパ
ルス分配回路４３に駆動指令を与えることにより、パル
ス分配回路４３から送出される駆動パルスでサーボモー
タ１６を駆動し、これにより、揺動テーブル１７，２２
を含めたスライドテーブル１３をＸ軸方向に移動させな
がら、ＮＣ形状データと加工プログラムに基づきパルス
分配回路４３からの駆動パルスによりサーボモータ３０
を駆動して砥石架台２７を含む砥石ヘッド３４をＺ軸方
向に移動させると同時に、サーボモータ２４２を駆動制
御することにより第２の揺動テーブル２２をＢ軸回りに
揺動させ、これにより、工作物１をＸ軸方向にワンパス
加工する。

【００２２】このとき、図４に示すように、工作物１に
対する砥石３２が実線に示す位置から２点鎖線に示す位
置へ移動されるにつれて第２の揺動テーブル２２が揺動
されることにより、工作物１も図４の実線に示す状態か
ら２点鎖線に示す状態にＢ軸回りに揺動されるから、工
作物１と砥石３２との接触方向は砥石切込み方向（Ｚ軸
方向）に維持される。これにより、従来のように工作物
１と砥石３２との接触方向が砥石切込み方向からずれる
ことがなく、常に一致した状態に維持できる。

【００２３】工作物１に対するワンパス加工が終了する
と、加工プログラムとＮＣ形状データにしたがいＣＰＵ
４１からパルス分配回路４３に駆動指令を与えることに
より、パルス分配回路４３から送出される駆動パルスで
サーボモータ３０を駆動し、砥石架台２７を含む砥石ヘ
ッド３４をＹ軸方向に１ピッチ分移動し、さらにＮＣ形
状データに基づきパルス分配回路４３から送出される駆
動パルスによりサーボモータ２０２を駆動して第１の揺
動テーブル１７をＡ軸回りに所定角度揺動させる。

【００２４】この場合、工作物１に対する砥石３２のＹ
軸方向へのピッチフィード送り位置が図５に示すよう
に、実線の位置から２点鎖線の位置へ移動されるにつれ
て、工作物１は図５の実線に示す状態から２点鎖線に示
す状態に揺動されるから、工作物１と砥石３２との接触
方向は砥石切込み方向（Ｚ軸方向）に維持される。これ
により、従来のように工作物１と砥石３２との接触方向
が砥石切込み方向からずれることがなく、常に一致した
状態に維持できる。

【００２５】砥石ヘット３４のＹ軸方向へ１ピッチ送り
が終了した後に、再びＸ，Ｚ，Ｂの３軸制御を行うこと
により、工作物１をワンパス加工する。以下、同様な動
作を繰り返すことにより、工作物１の全面をＮＣ形状デ
ータに応じた曲面に加工する。図６は、上述する一連の
曲面加工の状態を模式的に表わしたものである。

【００２６】上記のような本実施例においては、工作物
１および揺動テーブル１７，２２を含むスライドテーブ
ル１３をＸ軸方向に移動しながら、砥石架台２７を含む
砥石ヘッド３４をＺ軸方向に切込み送りし、同時に第２
揺動テーブル２２をＢ軸回りに揺動して工作物１をワン
パス加工し、そして、砥石ヘッド３４をＹ軸方向に１ピ
ッチ分移動し、かつ第１の揺動テーブル１７をＡ軸回り
に所定角度揺動した後、再び上記のワンパス加工を行う
ようにしたので、図４，図５に示すように、工作物１を
砥石３２との接触方向を砥石切込み送り方向と一致する
加工曲面２の法線方向に維持することができる。

【００２７】即ち、工作物１と砥石３２が接触した点に
おける加工曲面２の法線Ｆと、砥石ヘッド３４の向きと
の関係は、加工曲面２の法線の向きの変化にもかかわら
ず常に一定に維持できる。これに伴い工作物１の曲面形
状に創成精度が向上される。

【００２８】なお、上述した実施例は、揺動テーブル１
７，２２をＡ軸，Ｂ軸回りに揺動させて、工作物１と砥
石３２との接触方向と砥石ヘッド３４の向きと一致させ
る例について述べたが、砥石ヘッド３４をＡ軸，Ｂ軸回
りに揺動させても良いし、砥石ヘッド３４をＢ軸回り、
揺動テーブル１７，２２をＡ軸回りに揺動させ、あるい
は逆であっても良い。また、本発明は、上記実施例に示
す構成のものに限定されず、請求項に記載した範囲を逸
脱しない限り、種々の変形が可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、工
作物支持部と砥石ヘッドを相対的にピッチフィードさせ
る毎に支持部または砥石ヘッドをトラバース送り方向と
平行な軸回りに揺動させ、この状態で支持部と砥石ヘッ
ドをトラバース送り方向に相対移動させながら支持部と
砥石ヘッドを切込み送り方向に相対移動すると同時に支
持部または砥石ヘッドをピッチフィード送り方向と平行
する軸回りに揺動させる構成にしたので、工作物の自由
曲面加工につれ自由曲面の法線が変化しても、自由曲面
の法線と砥石ヘッドとの関係を、常に一定に維持でき
る。即ち、工作物と砥石との接触方向を砥石切込み方向
と一致する状態に常に維持することができ、これによっ
て、工作物の曲面形状の創成精度を向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を適用した加工機の一部切欠きの正
面図である。

【図２】図１の左側面図である。

【図３】本発明の実施例における制御部の構成を示すブ
ロック図である。

【図４】本実施例における工作物と砥石との接触関係を
示す説明図である。

【図５】本実施例における工作物と砥石との接触関係を
示す説明図である。

【図６】本実施例における曲面加工の状態を模式的に表
わした説明図である。

【図７】従来のトロイダル曲面を有する工作物の加工状
態を示す説明図である。

【図８】従来における工作物と砥石との接触関係を示す
説明図である。

【図９】従来における工作物と砥石との接触関係を示す
説明図である。

【符号の説明】

１３ スライドテーブル １６ サーボモータ（第２の駆動手段） １７ 第１の揺動テーブル ２０ 第１の駆動機構（第４の駆動手段） ２２ 第２の揺動テーブル ２４ 第２の駆動機構（第５の駆動手段） ３０ サーボモータ（第３の駆動手段） ３２ 砥石 ３３ 砥石ヘッド ３５ サーボモータ（第１の駆動手段） ４０ 数値制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作物に三次元の自由曲面を砥石により
   加工する曲面加工方法であって、 工作物を支持する支持部と、回転駆動される円盤状の砥
   石を有する砥石ヘッドと、前記工作物と砥石とが互いに
   接離する切込み方向に前記支持部と砥石ヘッドを相対移
   動させる第１の駆動手段と、前記切込み方向と直角なト
   ラバース送り方向に前記支持部と砥石ヘッドを相対移動
   させる第２の駆動手段と、前記トラバース送り方向と直
   角なピッチフィード送り方向に前記支持部と砥石ヘッド
   を相対移動させる第３の駆動手段と、前記支持部または
   砥石ヘッドを前記トラバース送り方向と平行な軸回りに
   揺動させる第４の駆動手段と、前記支持部または砥石ヘ
   ッドを前記ピッチフィード送り方向と平行な軸回りに揺
   動させる第５の駆動手段とを備え、 前記第３の駆動手段により前記支持部と砥石ヘッドを相
   対的にピッチフィード送りし、該ピッチフィード送り毎
   に前記工作物と砥石との接触方向が砥石ヘッドの向きと
   一致するように前記第４の駆動手段により前記支持部ま
   たは砥石ヘッドを揺動させる第１の工程と、前記第１の
   工程の次に第２の駆動手段により前記支持部と砥石ヘッ
   ドをトラバース送り方向に相対移動させながら、前記第
   １の駆動手段により前記支持部と砥石ヘッドを相対移動
   させて砥石に切込みを与えると同時にその切込み送り位
   置に応じて工作物と砥石との接触方向が砥石ヘッドの向
   きと一致するように前記第５の駆動手段により前記支持
   部または砥石ヘッドを揺動させて工作物を加工する第２
   の工程とを備えた曲面加工方法。