JPH08108308A - バイト工具による回転切削加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 切り屑を確実に不連続化し、切り屑がボーリ
ング工具のボーリングバーなどに巻き付くことを回避す
ること。 【構成】 主軸中心Ｃｓを回転中心としてバイト工具２
３を主軸回転数をもって回転駆動し、主軸中心Ｃｓの被
加工物Ｗに対する相対的な移動軌跡が切削すべき形状に
適合したものになるようにバイト工具２３と被加工物Ｗ
とを軸制御により少なくとも主軸１９の回転軸線に直交
する平面に沿って相対変位させてバイト工具２３と被加
工物Ｗとの間に相互補間運動を行わせ、この相互補間運
動による補間軌跡により決まる形状にバイト工具２３に
よって被加工物Ｗをバイト工具２３の一回転ごとに間欠
切削する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バイト工具による回転
切削加工方法に関し、特に同時多軸制御機能を有するＮ
Ｃ工作機械などにおけるバイト工具による回転切削加工
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ボーリング工具などのバイト工具
による回転切削加工は、バイト工具を主軸に装着し、主
軸の回転数を制御して主軸を軸線方向へ移動させること
によりワークテーブル上の被加工物に対してバイト半径
の穴加工、即ちボーリング加工を行う。

【０００３】このボーリング加工においては、連続切削
により、特に軟鋼やアルミニウムなど、展延性の大きい
被削材の切削では切り屑が連続した形態で生成され、こ
の切り屑がボーリング工具のボーリングバーに巻き付く
ことがある。この切り屑の巻き付きは、切削加工を連続
的に行うことに支障を与える。

【０００４】またボーリングバーに絡み付いた切り屑が
工具ホルダの自動工具交換用のＶ溝部にまで達し、工具
の自動交換を行えなくしたり、工具の落下事故の原因に
なったりする。

【０００５】このため従来、展延性の大きい被削材を切
削する場合には、刃先にチップブレーカなどを設けて切
り屑を短く破断したり、被削材に予めボーリング加工に
おける取り代に応じた深さのキー溝状の分断溝を切削面
部に加工し、この分断溝をもって非連続切削加工とし、
切り屑が不連続化するなどの方策が取られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】チップブレーカなどに
よる切り屑の破断は、切削条件に左右され、切り屑の不
連続化を完璧に行うことはできず、問題を完全に解決す
るには至らない。

【０００７】分断溝による場合には、切り屑を確実に不
連続化することができるが、しかし、分断溝の加工が必
要で、工数が増える。

【０００８】本発明は、上述の如き問題点に着目してな
されたものであり、チップブレーカの装着や分断溝の加
工を必要とすることなく切り屑を確実に不連続化し、切
り屑がボーリング工具のボーリングバーなどに巻き付く
ことを回避し、展延性の大きい被削材の切削加工でも切
り屑による障害を受けることなく連続的に行えるように
するバイト工具による回転切削加工方法を提供すること
を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の如き目的を達成す
るために、本発明によるバイト工具による回転切削加工
方法は、主軸に取り付けられたバイト工具を主軸の回転
により主軸の回転軸線周りに回転させて被加工物を切削
加工する回転切削加工方法において、主軸中心を回転中
心としてバイト工具を主軸回転数をもって回転駆動し、
主軸中心の被加工物に対する相対的な移動軌跡が切削す
べき形状に適合したものになるようにバイト工具と被加
工物とを軸制御により少なくとも主軸の回転軸線に直交
する平面に沿って相対変位させてバイト工具と被加工物
との間に相互補間運動を行わせ、前記相互補間運動によ
る補間軌跡により決まる形状に前記バイト工具によって
被加工物を前記バイト工具の一回転ごとに間欠切削する
ことを特徴としている。

【００１０】本発明によるバイト工具による回転切削加
工方法は、前記バイト工具として被加工物に実質的に点
接触するシングルポイントバイト工具を使用することを
詳細な特徴としている。

【００１１】

【作用】上述の如き構成によれば、バイト工具が主軸回
転数をもって回転（自転）している状態にて、バイト工
具と被加工物との相対的な軸制御によりバイト工具と被
加工物との間に相互補間運動が行われ、相互補間運動に
よる補間軌跡により決まる任意の形状にバイト工具をも
って回転切削が行われる。この場合、バイト工具の回転
半径（バイト半径）と被加工物の切削半径とは異なった
ものになり、バイト工具は自転により一回転ごとに被加
工物を間欠的に切削することになり、間欠切削によって
切り屑が不連続になる。

【００１２】バイト工具としてシングルポイントバイト
工具を使用することにより、エンドミルなどによる場合
に比して切削抵抗が小さく、このことにより軸制御によ
る相互補間運動の速度、即ち切削速度を速めること、あ
るいはステム部（ボーリングバー）が長いバイト工具を
使用して深穴など、軸長が長い加工物を高精度に切削加
工することが可能になる。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。

【００１４】図１は本発明による回転切削加工方法の実
施例に使用するＮＣ工作機械の一例を示している。ＮＣ
工作機械は、ベッド１と、ベッド１上にＹ軸方向に移動
可能に設けられてＹ軸テーブル３と、Ｙ軸テーブル３上
にＸ軸方向に移動可能に設けられてＸ軸テーブル５とを
有し、Ｘ軸テーブル５上に被加工物Ｗを固定載置され
る。Ｙ軸テーブル３はＹ軸サーボモータ７によってＹ軸
方向に駆動され、Ｘ軸テーブル５はＸ軸サーボモータ９
によってＸ軸方向に駆動され、Ｘ軸テーブル５上の被加
工物Ｗは、Ｙ軸サーボモータ７によるＹ軸テーブル３の
Ｙ軸方向の移動とＸ軸サーボモータ９によるＸ軸テーブ
ル５のＸ軸方向の移動により、Ｘ軸とＹ軸による水平面
に沿ってＸ座標とＹ座標による任意に座標位置に軸制御
する。

【００１５】ＮＣ工作機械のコラム１１にはＺ軸スライ
ダ１３が上下方向、即ちＺ軸方向に移動可能に装着され
ており、Ｚ軸スライダ１３はＺ軸サーボモータ１５によ
ってＺ軸方向に駆動される。

【００１６】Ｚ軸スライダ１３には主軸頭１７が取り付
けられており、主軸頭１７には主軸１９がＺ軸と同一方
向の軸線周り、即ちＣ軸周りに回転可能に装着されてい
る。主軸１９は主軸モータ２１により回転駆動される。
主軸１９にはバイト工具２３が装着される。

【００１７】ここで使用されるバイト工具２３はシング
ルポイントバイト工具であってよい。ここで云うシング
ルポイントバイト工具は、被加工物に実質的に点接触す
る形式のバイト工具であり、これには、穴ぐりバイト、
中ぐりバイト、突切りバイト、丸こまバイト、旋削バイ
トなどがある。

【００１８】なお、Ｘ軸とＹ軸による被加工物Ｗの移動
平面は、主軸１９の回転軸線、即ちＣ軸（Ｚ軸）に直交
する平面である。

【００１９】Ｘ軸サーボモータ９、Ｙ軸サーボモータ
７、Ｚ軸サーボモータ１５、主軸モータ２１の各々には
ロータリエンコーダ２５、２７、２９、３１が装着され
ており、このロータリエンコーダ２５、２７、２９、３
１は各軸のサーボモータ９、７、１５、主軸モータ２１
の回転角を検出し、回転角情報をＮＣ装置３３へ出力す
る。

【００２０】ＮＣ装置３３は、図２に示されているよう
に、ＮＣ加工プログラムを実行して各軸指令と主軸回転
数指令を出力するプログラム実行部３５と、プログラム
実行部３５より軸指令を入力して補間演算を行う補間演
算部３７と、主軸制御部３９とを有している。

【００２１】補間演算部３７は、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸の移
動量を指令値として各軸の位置制御・駆動部４１、４
３、４５へ出力する。

【００２２】位置制御・駆動部４１、４３、４５は、各
々同軸のロータリエンコーダ２５、２７、２９より回転
角情報を入力し、位置フィードバック補償制御により演
算される各軸の操作量をもって各軸のサーボモータ９、
７、１５の駆動を制御する。

【００２３】主軸制御部３９は、プログラム実行部３５
より主軸回転数指令を与えられ、ロータリエンコーダ３
１より回転角情報を入力し、フィードバック補償制御に
より演算される回転数をもって主軸モータ２１の駆動を
制御する。

【００２４】本発明による回転切削加工方法において
は、主軸中心の被加工物Ｗに対する相対的な移動軌跡が
切削すべき形状に適合したものになるように、Ｘ、Ｙ、
Ｚの各軸の指令量をＮＣ加工プログラムで設定してお
き、このＮＣ加工プログラムの実行によってバイト工具
２３と被加工物ＷとをＸ、Ｙ、Ｚの軸制御、少なくとも
Ｘ、Ｙの軸制御によって主軸１９の回転軸線に直交する
平面に沿って相対変位させてバイト工具２３と被加工物
Ｗとの間に相対補間運動を行わせ、被加工物Ｗを相対補
間運動による補間軌跡により決まる形状に、主軸１９の
回転によって主軸１９の中心軸線周りに回転しているバ
イト工具２３によって切削する。

【００２５】この場合、バイト工具２３の回転半径と被
加工物Ｗの切削半径とは異なったものになり、バイト工
具２３は、主軸１９の中心軸線周りの回転により被加工
物Ｗを、主軸１９の一回転ごとに間欠的に切削すること
になる。これにより切り屑は不連続のものになる。

【００２６】この回転切削加工方法は、Ｘ、Ｙの同時２
軸制御、あるいはＸ、Ｙ、Ｚの同時３軸制御との組み合
わせにより、穴加工、外周面加工、テーパ加工、球面加
工、多角形加工、ねじ切り加工、フランジ面加工、自由
形状加工に適用できる。

【００２７】次に本発明による回転切削加工方法を円筒
内外面加工に適用した場合について詳細に説明する。

【００２８】図３、図４に示されているように、円筒面
の半径をＲ、１回転当たりのＺ軸方向送り量をｐ、Ｚ軸
方向送り開始位置のＺ軸座標をＺｏとすると、各回転角
位置における刃先の座標位置（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）はＸ
軸方向を原点とする角度θを媒体変数として下式の関数
式により与えられる。

【００２９】Ｘｔ＝Ｒｃｏｓθ Ｙｔ＝Ｒｓｉｎθ Ｚｔ＝Ｚｏ−（ｐ／２π）θ 図３に示されている円筒内面加工では刃先軌跡のＸＹ平
面における加工面外向き法線ベクトル→ｎ＝（ｎｘ，ｎ
ｙ）は下式により示される。

【００３０】ｎｘ＝−ｃｏｓθ ｎｙ＝−ｓｉｎθ 従って、円筒内面加工においては、主軸中心軌跡Ｌを定
義する主軸中心座標位置（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）は下式に
より示される。

【００３１】Ｘｓ＝Ｘｔ＋ｎｘ・Ｔｒ＝Ｒｃｏｓ−Ｔｒ
ｃｏｓθ＝（Ｒ−Ｔｒ）ｃｏｓθ Ｙｓ＝Ｙｔ＋ｎｙ・Ｔｒ＝Ｒｓｉｎ−Ｔｒｓｉｎθ＝
（Ｒ−Ｔｒ）ｓｉｎθ Ｚｓ＝Ｚｔ−Ｔｚ 図４に示されている円筒外面加工では刃先軌跡のＸＹ平
面における加工面外向き法線ベクトル→ｎ＝（ｎｘ，ｎ
ｙ）は下式により示される。

【００３２】ｎｘ＝−ｃｏｓθ ｎｙ＝−ｓｉｎθ 従って、円筒外面加工においては、主軸中心軌跡Ｌを定
義する主軸中心座標位置（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）は下式に
より示される。

【００３３】Ｘｓ＝Ｘｔ＋ｎｘ・Ｔｒ＝Ｒｃｏｓ＋Ｔｒ
ｃｏｓθ＝（Ｒ＋Ｔｒ）ｃｏｓθ Ｙｓ＝Ｙｔ＋ｎｙ・Ｔｒ＝Ｒｓｉｎ＋Ｔｒｓｉｎθ＝
（Ｒ＋Ｔｒ）ｓｉｎθ Ｚｓ＝Ｚｔ−Ｔｚ ただし、何れの場合もＴｒはバイト工具２３のバイト半
径、Ｔｚは工具長さ（主軸１９のＺ軸原点からバイト部
２４の刃先までのＺ軸方向の軸長）である。

【００３４】この場合、主軸中心座標位置（Ｘｓ，Ｙ
ｓ）によるＸ軸とＹ軸との同時２軸制御により、バイト
工具２３と被加工物Ｗとの間に相互円弧補間運動が行わ
れ、その円弧補間軌跡として、主軸中心軌跡ＬはＲ−Ｔ
ｒあるいはＲ＋Ｔｒを半径とする真円をなす。

【００３５】これにより、バイト工具２３が主軸１９に
より主軸中心Ｃｓを回転中心として回転駆動され、上述
の条件を満たしてＸ、Ｙ、Ｚの各軸の軸制御が行われる
ことにより、任意の半径Ｒの円筒内面加工あるいは円筒
外面加工が行われる。

【００３６】この円筒内外面加工においては、バイト工
具２３の回転により被加工物Ｗが間欠的に切削され、被
加工物Ｗの肉部の切削除去は、取り代を図３、図４に符
号Ｂで示されている量として、主軸１９の一回転の度に
図３、図４に符号Ａで示されているように略三ヵ月状に
行われ、この切削により生成される切り屑は略三ヵ月状
の断片的なものになる。即ち、切り屑は不連続に生成さ
れる。

【００３７】これにより、切り屑が確実に不連続化し、
切り屑がバイト工具２３のステム部に巻き付くことがな
く、展延性の大きい被削材の切削加工でも切り屑による
障害を受けることなく連続的に行われるようになる。

【００３８】また生成される切り屑が分断されているか
ら、切り屑の後処理性がよくなる。

【００３９】またバイト工具２３としてシングルポイン
トバイト工具が使用されることにより、エンドミルなど
による場合に比して切削抵抗が小さくなる。このことに
よって軸制御による相互補間運動の速度、即ち切削速度
を速めること、あるいはステム部（ボリングバー）が長
いバイト工具２３を使用して深穴など、軸長が長い加工
物を高精度に切削加工することが可能になる。

【００４０】上述の軸制御は、上述の関数式の演算をＮ
Ｃ装置内部で行って座標位置データを得る方法と、ＮＣ
加工プログラム作成時点で予め座標位置データを点群デ
ータとしてプログラムに記述しておく方法の何れにより
行われてもよい。

【００４１】以上に於ては、本発明を特定の実施例につ
いて詳細に説明したが、本発明は、これらに限定される
ものではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能
であることは当業者にとって明らかであろう。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、本発明
による回転切削加工方法によれば、バイト工具は、バイ
ト工具と被加工物との間に相互補間運動による補間軌跡
により決まる任意の形状に被加工物を間欠的に切削する
から、切り屑が不連続になり、チップブレーカの装着や
分断溝の加工を必要とすることなく切り屑が確実に不連
続化する。これにより切り屑がボーリング工具のボーリ
ングバーなどに巻き付くことが回避され、展延性の大き
い被削材の切削加工も切り屑による障害を受けることな
く無人で連続的に行えるようになる。また生成される切
り屑が分断されているから、切り屑の後処理性がよくな
る。

【００４３】またバイト工具としてシングルポイントバ
イト工具が使用されることにより、エンドミルなどによ
る場合に比して切削抵抗が小さくなり、このことにより
軸制御による相互補間運動の速度、即ち切削速度を速め
ること、あるいはステム部が長いバイト工具を使用して
深穴など、軸長が長い加工物を高精度に切削加工するこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回転切削加工方法の実施例に使用
するＮＣ工作機械の一例を示す概略斜視図である。

【図２】本発明による回転切削加工方法の実施例に使用
するＮＣ工作機械の制御系を示すブロック線図である。

【図３】円筒内面加工例を示す説明図である。

【図４】円筒外周面加工を示す説明図である。

【符号の説明】

３ Ｙ軸テーブル ５ Ｘ軸テーブル ７ Ｙ軸サーボモータ ９ Ｘ軸サーボモータ １３ Ｚ軸スライダ １５ Ｚ軸サーボモータ １７ 主軸頭 １９ 主軸 ２１ 主軸モータ ２５、２７、２９、３１ ロータリエンコーダ ３３ ＮＣ装置 ３５ プログラム実行部 ３７ 補間演算部 ３９ 主軸制御部 ４１、４３、４５ 位置制御・駆動部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒木 正文 静岡県沼津市大岡2068の３ 東芝機械株式 会社沼津事業所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸に取り付けられたバイト工具を主軸
   の回転により主軸の回転軸線周りに回転させて被加工物
   を切削加工する回転切削加工方法において、 主軸中心を回転中心としてバイト工具を主軸回転数をも
   って回転駆動し、主軸中心の被加工物に対する相対的な
   移動軌跡が切削すべき形状に適合したものになるように
   バイト工具と被加工物とを軸制御により少なくとも主軸
   の回転軸線に直交する平面に沿って相対変位させてバイ
   ト工具と被加工物との間に相互補間運動を行わせ、前記
   相互補間運動による補間軌跡により決まる形状に前記バ
   イト工具によって被加工物を前記バイト工具の一回転ご
   とに間欠切削することを特徴とするバイト工具による回
   転切削加工方法。
2. 【請求項２】 前記バイト工具として被加工物に実質的
   に点接触するシングルポイントバイト工具を使用するこ
   とを特徴とする請求項１記載のバイト工具による主軸回
   転角制御式切削加工方法。