JPH07164231A - スクロール渦の加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】工具軌跡のＮＣデータに対応して、工具の送り
速度と切込み量を変化させ、切削力を低減することによ
り形状精度を向上させること。 【構成】スクロールラップのインボリュート曲線の工具
軌跡のＮＣデータに対応して、エンドミルとインボリュ
ート曲線の曲率から決まる切削弧の長さの増加割合に伴
って、工具の送り速度を遅くする及び、切削弧の長さが
一定になるように工具の切込み量を変化させる。 【効果】試し加工等の作業の段取り時間を大幅に低減で
きる。また、スクロールラップ部の形状精度を従来の１
５μｍから２μｍに向上させ、スクロール圧縮機の性能
を向上できる効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スクロール圧縮機の雄
スクロールおよび雌スクロールの突起部であるスクロー
ルラップ部の渦形状を、高精度に加工するに好適なスク
ロール加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】スクロール圧縮機の圧縮室を構成する雄
スクロールと雌スクロールのラップ部のそれぞれの外側
壁面と内側壁面を加工する方法として、例えば、特開昭
６３−２３９３８８号公報、特開平３−３５９１１号公
報に記載されているように、同一エンドミル工具により
スクロールラップの外側と内側壁面を加工すること、ス
クロールラップ部の側壁面に対し直角方向の曲げ剛性と
加工用工具であるエンドミルの曲げ剛性をほぼ同一に設
定させることで、直角度を向上させる方法が試みられて
いる。これら従来技術では、スクロールラップのインボ
リュート曲線とエンドミルの直径の接触弧長の変化によ
り、切削力が暫次変化し、インボリュート曲線の外側と
内側壁面の形状精度が劣化することについて考慮されて
いなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明に係るスクロー
ルラップの外側と内側壁面のインボリュート曲線をエン
ドミルで切削加工する時、スクロール中心部のインボリ
ュート曲線の曲率半径が小さくなる領域で形状精度が悪
くなる。該スクロールラップの外側と内側壁面の形状精
度を向上させることを目的としている。スクロール中心
部のインボリュート曲線の曲率半径が小さくなる領域で
は、工具と工作物の切削弧長が長くなり、切削力が増加
し、加工後の形状精度が悪くなる。そこで、スクロール
中心部では、切削力を低減させるため、工具送り速度ま
たは切込み量を小さくして、形状精度が悪くなることを
防止することが必要である。このスクロールラップ部の
工具軌跡の位置と工具送り速度と切込み量を適切に配分
する手法が不明であり、試行錯誤によりＮＣデータを作
成し、試し加工を行っていた。本発明が解決しようとす
る課題は、試行錯誤によるＮＣデータの作成と試し加工
工程の省略及び、スクロールラップ部の形状精度の向上
である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、スクロールラ
ップ部の外側壁面と内側壁面を、エンドミル工具を用い
てＮＣ制御で加工する方法において、スクロールラップ
部のインボリュート曲線の曲率半径に伴ってエンドミル
工具の切削弧長が変化するに対応して、切削弧長が長く
なる加工箇所では工具送り速度を遅くすることにより、
インボリュート曲線の形状精度を向上できる。

【０００５】また、この工具送り速度を変化させる手段
の代りに、予め演算された工具軌跡に対応した工具と工
作物の切削弧長から、工具の切込み量が変化するように
加工代を予め適切に配分し、ほぼ一定の工具送り速度で
仕上げ加工することでスクロールラップ部の形状精度を
向上できる。

【０００６】

【作用】本発明は、スクロールラップ部の外側壁面と内
側壁面をエンドミル工具を用いて、ＮＣ制御された工具
軌跡で切削加工する方法に係る。該エンドミルの工具軌
跡は、インボリュート曲線で与えられ、該インボリュー
ト曲線に相等する曲率半径を算出し、この曲率半径と工
具の半径から、直線形状を加工するとして換算した工具
の等価曲率半径を求め、その後に該等価曲率半径と工具
の切込み量から工具と工作物との切削弧長を演算でき
る。該工具の等価曲率半径を求める手法により、インボ
リュート曲線の工具軌跡に対応した工具送り速度をＮＣ
制御装置内で自動的に演算処理し、工具軌跡に対応した
適切な工具送り速度を配分して、スクロールラップ部を
エンドミルで加工することにより、高精度な形状精度を
得ることができる。

【０００７】

【実施例】本発明の一実施例を、図１ないし図７に示
す。図４は、スクロール加工機の外観斜視図であり、図
３は図４のスクロール渦形状の加工部を示す斜視図であ
り、図１は図３のスクロールのインボリュート曲線を加
工するときの工具軌跡を示す説明図であり、図２は図１
のインボリュート曲線をエンドミルで切込みを与えて加
工するときのエンドミルと工作物の切削弧長が変化する
説明図である。

【０００８】図４に示す加工機は、一般的な横軸のマシ
ニングセンタとほぼ同様の構成であり、ベッド９上にＮ
Ｃ制御装置からの位置決め入力で移動可能なテーブルに
係るＸ軸テーブル４、Ｙ軸テーブル６、Ｚ軸テーブル
８、ロータリテーブル５が配置されている。該ロータリ
テーブル５上に、工作物１である雄スクロールがチャッ
ク１０により固定されている。該工作物１と対向するよ
うに、主軸３の回転軸の先端にエンドミル２が固定され
ている。図４の加工機の運動系としては、エンドミル２
の工具送りを水平方向に直線運動させるＸ軸テーブル
４、工作物８を回転運動させるロータリテーブル５と該
ロータリテーブル５を鉛直方向に直線運動させるＹ軸テ
ーブル６と該Ｙ軸テーブル６をＸ軸テーブル４の運動方
向に対して直角方向に直線運動が可能であり、いずれも
ＮＣ制御装置（図示せず）からの入力信号に従い位置決
めできるように構成されている。

【０００９】本実施例は、図４のような構成の加工機を
用いて、図３に示すようなスクロールラップ部の外側・
内側壁面をエンドミル２により切削加工する時のＮＣ制
御方式に関するものである。次に、このスクロールラッ
プ部の外側・内側壁面をインボリュート曲線形状に加工
する時のエンドミル２の工具軌跡を、図１に示す。エン
ドミル２がスクロールラップの外側壁面に沿って中心部
に移動し、中心部を折返し、内側壁面に沿って移動し加
工終点に到る工具軌跡を採る。この時、図２に外側壁面
および内側壁面に沿って移動するエンドミル２に切込み
量ｔを与えて加工した時の切削弧長の大小を示す。曲率
半径Ｒｏの外側壁面に沿って、半径ｒのエンドミル２に
切込み量ｔを与えて加工した時、工具と工作物間の接触
弧長すなわち切削弧長Ｌｏは、次式で与えられる。ここ
での工具の等価曲率半径はＲ_EOである。

【００１０】 また、曲率半径Ｒｉの内側壁面に沿って、半径ｒのエン
ドミル２が切込み量ｔで加工した時、工具と工作物間の
切削弧長Ｌｉは、次式で与えられる。ここでの工具の等
価曲率半径はＲ_Eiである。

【００１１】 数式２と数式４において、同一の半径ｒのエンドミル２
を用い、同じ切込み量ｔを与えて切削加工した場合、外
側壁面と内側壁面の曲率半径ＲｏとＲｉが等しい時のそ
れぞれの等価曲率半径Ｒ_EOとＲ_Eiは、Ｒ_EO＜ｒ＜Ｒ_Eiと
なる。その結果、数式１と数式３から、外側壁面の切削
弧長Ｌｏと内側壁面の切削弧長Ｌｉは、Ｌｏ＜Ｌｉとな
り、内側壁面の切削弧長Ｌｉが大きくなる。

【００１２】スクロール圧縮機の雄スクロールの例で数
式１から数式４を用いて計算した結果を、図５、図６に
示す。図５は、雄スクロールの外側壁面と内側壁面のイ
ンボリュート曲線の工具軌跡を、円弧で補間した時の曲
率半径を示したものであり、この図５に対応する等価曲
率半径を図６に示す。図６から、スクロールラップの中
心部の内側壁面を加工する時、他の等価曲率半径Ｒ_Eiの
約７倍と大きくなる。すなわち、直径１０ｍｍのエンド
ミルを用いて加工した時、スクロールラップ中心部では
直径７０ｍｍのエンドミルで加工するのと同じ切削弧長
となる。この７倍の切削弧長において、切削力も約７倍
に増加し、同じ工具送り速度ではスクロール内側壁面の
形状精度が２μｍから１５μｍと悪化する。このスクロ
ールラップの中心部の切削力を小さくする手段として、
一般的に工具の送り速度を遅くすること又は、切込み量
を小さくすることが試みられている。しかし、形状精度
を悪くしないで、スクロールラップ部を加工するときの
工具軌跡の位置と工具送り速度または、切込み量を適切
に配分する手法が不明であり、試行錯誤によりＮＣデー
タを入力し、試し加工をしていた。

【００１３】そこで、本実施例では図７に示す構成のＮ
Ｃ制御装置により、工具送り速度の適切な配分を自動で
行うことができる。テープ等により入力された工具軌跡
の作成に関するデータから、工具軌跡を算出した後、ス
クロールラップ部の外側壁面と内側壁面を加工するとき
の工具軌跡の等価曲率半径を計算し、予め入力された工
具送り速度を１００％とし、等価曲率半径の増加に伴っ
て、暫次工具送り速度を遅くする工具送り速度演算機能
に従って適切な配分を行い、加工機のテーブル駆動用モ
ータをＮＣ制御するものである。

【００１４】また、工具送り速度を変化させる代りに、
工具切込み量を変えても同様な効果が得られる。すなわ
ち、工具軌跡の等価曲率半径の増加に伴って、中仕上げ
時に予め工具切込み量を小さくする手法である。これに
より、工具送り速度をほぼ一定にした状態でスクロール
ラップ部の側壁面の加工が可能となる。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、従来の試行錯誤により
工具送り速度と切込み量を配分し、ＮＣデータとして入
力していた煩雑な作業を無くし、工具軌跡データから自
動的に適切な工具送り速度と切込み量を配分すること
で、試し加工等の作業の段取り時間を大幅に低減でき
る。また、スクロールラップ部の形状精度を従来の１５
μｍから２μｍに向上させ、スクロール圧縮機の性能を
向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】スクロールラップの外側壁面と内側壁面を加工
する時のエンドミルの工具軌跡の説明図である。

【図２】外側と内側壁面における工具と工作物の等価曲
率半径の説明図である。

【図３】スクロール渦形状の加工部の斜視図である。

【図４】スクロール加工機の外観斜視図である。

【図５】インボリュート曲線の円弧補間による曲率半径
の算出例を示す図である。

【図６】インボリュート曲線を加工する時の等価曲率半
径の算出例を示す図である。

【図７】工具送り速度を補正するＮＣ制御装置の構成図
である。

【符号の説明】

１…工作物、 ２…エンドミル、 ３…主軸、 ４…Ｘ軸テーブル、 ５…ロータリテーブル、 ６…Ｙ軸テーブル、 ７…コラム、 ８…Ｚ軸テーブル、 ９…ベッド、 10…チャック、 11…爪。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山中 敏夫 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株 式会社日立製作所リビング機器事業部内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】端板と該端板の一方の面に設けられた渦巻
   状で厚さと高さを有するラップとを備え、該ラップ部分
   の主要部がインボリュート曲線で形成されるスクロール
   ラップの外側壁面と内側側面をエンドミル工具により加
   工する方法において、エンドミルの半径とインボリュー
   ト曲線の曲率から決まる工具の切削弧の長さの増加割合
   に対応して、工具の送り速度を減少させて加工すること
   を特徴とするスクロール渦の加工方法。
2. 【請求項２】請求項１において、エンドミルの半径とイ
   ンボリュート曲線の曲率から決まる工具の切削弧の長さ
   が一定になるように、片側加工代ろを５μｍから２００
   μｍの範囲で変化させて仕上げ加工することを特徴とす
   るスクロール渦の加工方法。
3. 【請求項３】請求項１又は請求項２において、エンドミ
   ルの半径とインボリュート曲線の曲率から決まる工具の
   切削弧の長さが一定になるように、片側加工代ろを５μ
   ｍから２００μｍの範囲で変化させ、工具が摩耗しても
   切削力が一定になるように工具の送り速度を減少させて
   加工することを特徴とするスクロール渦の加工方法。