JPS61260903A - 曲面形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 この発明は曲面の切削加工を行なう装置に関するもので
ある。

〔発明の背景〕

従来、曲面切削加工装置としては、機械の研究。

第３５巻、第１号（１９８３）　１７９〜１８５頁にお
ける鈴木弘による［超精密除去加工機械の現状とその利
用」と題する文献で論じられているように、被加工物を
回転主軸の端面に取付けて高速回転させるとともに、被
加工物と切削工具とを回転主軸の軸線方向および回転主
軸と直交する方向に相対移動させて、曲面の切削加工を
行なう旋盤方式のものがある。

しかし、このような曲面切削加工装置においては、外径
寸法の大きな被加工物を加工する場合に装置の規模が非
常に大型化し、また被加工物の回転中心では切削速度が
零となるため、切削加工が不可能となって、削り残しが
生じ、さらに回転軸対称曲面以外の非軸対称曲面を加工
するときには、回転主軸の軸線から離れたところに被加
工物を取付ける必要があり、しかも非軸対称曲面の曲率
半径が大きいと、回転主軸の軸線と被加工物の被加工面
との距離を大きくしなければならないので、装置の規模
が著しく大型化する。

第４図は従来の他の曲面切削加工装置（特開昭６０−５
２２０１号）の原理説明図である。図において、１は被
加工物、２は被加工物の被加工面、３は切削工具で、切
削工具３は回転主軸（図示せず）に取付けられており、
また切削工具３は送り装置（図示せず）により、被加工
物１に対して切込み方向すなわち２方向と直角な方向す
なわちＸ方向およびＺ方向に相対的に移動される。４は
切削工具３の微小変位装置、５は変位装置４の端部に取
付けられたダイヤモンドバイトで、変位装置４はピエゾ
素子の電歪効果を利用したものであり、複数のピエゾ素
子が積層されていて、変位装置４に印加する電圧を変化
させると、バイト５先端部の２方向の位置が変位袋［４
の変形量だけ変位する。

また、ａは切削工具３を回転し、変位装置４に電圧を印
加しない場合のバイト５先端部の軌跡、Ｃは軌跡ａの中
心点、ｂは中心点Ｃの移動軌跡で、移動軌跡すは被加工
面２とほぼ平行となるように任意に定められる。

ここで、中心点ＣのＸ方向への移動量をＸ、中心点Ｃの
２方向への移動量をＺ　＝　ｕ　（Ｘ）、中心点Ｃとバ
イト５先端部との距離すなわち切削工具３の回転半径を
ｒ、軌跡ａ上の一点Ｐと中心点Ｃとを結ぶ線とＸ方向お
よびＺ方向と直交するＸ方向とがなす角すなわち切削工
具３の回転角度をαとすると、点Ｐの位置は次式で表わ
される。

Ｘ　＝　Ｘ　＋　ｒ　ｓｉｎα ｙ＝ｒｃｏｓα　　　　　　　　　　　（１）ｚ　＝　
ｕ　（Ｘ） また、切削すべき曲面の関数は次式のように表わされる
。

ξ＝ｆ（ｘ、ｙ）　　　　　　　　　　　　　　（２）
そして、（１）式において回転半径ｒは一定であるから
、（２）式は次式のように書換えることができる。

ξ＝ｇ工（Ｘ、　　α）　　　　　　　　　　　　（３
）このため、（３）式で表わされる曲面を加工するため
に必要な変位装置４の変形量すなわち切削工具３の切込
み量Ｓ１は次式で与えられる。

Ｓ１＝ξ−２ ”ｇｌ（Ｘ、α）　−ｕ（Ｘ）　　　　　（４）したが
って、回転主軸により切削工具３を回転し、送り装置に
より中心点Ｃが移動軌跡す上を通るように切削工具３を
移動させるとともに、切削工具３の切込み量Ｓ１をバイ
ト５の被加工物１に対する位置すなわち移動量Ｘ２回転
角度αに応じて変化させることにより、任意の形状の曲
面を切削加工することができ、しかも被加工物１の外径
寸法が大きくとも、また被加工面２が非軸対称曲面であ
りかつ曲率半径が大きくとも、装置が大型化することは
なく、さらに削り残しが生ずることはない。

しかしながら、被加工物１のＸ方向と直角な断面におけ
る被加工面２の曲率半径すなわちｙｚ平面曲率半径が小
さくなると、最大切込み量５ｉｌＩｌａＸが大きくなる
のに対して、変位装置４の最大変形量はたかだか数十−
であるから、ｙｚ平面曲率半径が小さいときには、曲面
の切削加工を行なうことができない。

〔発明の目的〕

この発明は上述の問題点を解決するためになされたもの
で、曲率半径の大小にかかわらず曲面の切削加工を行な
うことができる曲面切削加工装置を提供することを目的
とする。

〔発明の概要〕

この目的を達成するため、この発明においては、切削片
とその切削片を切込み方向に変位させる変位装置とを有
する切削工具を回転させ、その切削工具と被加工物とを
上記切込み方向と直角な方向に相対移動させるとともに
、上記切削工具の切込み量を上記切削片の上記被加工物
に対する位置に応じて変化させて、曲面の切削加工を行
なう装置において、上記切削工具の回転主軸を上記切込
み方向に対して傾斜させる。

〔発明の実施例〕

第１図はこの発明に係る曲面切削加工装置の原理説明図
である。図において、Ｑは切削工具３の回転主軸の軸線
で、軸線Ｑはｘｚ平面内にあり、また軸線Ｑは２方向に
対して傾斜している。このため、Ｘ方向から見た軌跡ａ
の形状は楕円形となる。

ここで、軸線Ｑの２方向に対する傾斜角度をθとすると
、点Ｐの位置は次式で表わされる。

ｘ　＝　Ｘ　＋　ｒｃｏｓθｓｉｎ　ａｙ＝ｒｃｏｓα
　　　　　　　　　　　（５）ｚ　＝　ｕ　（Ｘ）＋　
ｒ　ｓｉｎθｓｉｎαそして、（５）式において回転半
径ｒ、傾斜角度θは一定であるから、切削すべき曲面の
関数は次式のように表わされる。

ξ＝ｇ（Ｘ、α）　　　　　　　　　　（６）このため
、（６）式で表わされる曲面を加工するための切込み量
Ｓは次式で与えられる。

Ｓ＝ξ−２ ＝ｇ（Ｘ、ａ）　−ｕ（Ｘ）−ｒｓｉｎθｓｉｎ　ａ　
　（７）したがって、回転主軸により切削工具３を回転
し、送り装置により中心点Ｃが移動軌跡す上を通るよう
に切削工具３を移動させるとともに、切削工具３の切込
み量Ｓを（７）式に基づいてすなわち移動量Ｘ２回転角
度αに応じて変化させることにより、任意の形状の曲面
を切削加工することができる。そして、Ｘ方向から見た
軌跡ａの形状は楕円形であるから、切削すべき曲面のｙ
ｚ平面曲率半径に応じて傾斜角度θを定めれば、最大切
込み量Ｓ、ｌ１１１ｘを非常に小さくすることが可能で
あり、ｙｚ平面曲率半径が小さくとも曲面の切削加工を
行なうことができる。

第２図はこの発明に係る曲面切削加工装置を示す図であ
る。図において、６は被加工物１を固定するためのチャ
ック、７はＸ方向に設けられたガイド、８はガイド７に
案内されるＸテーブル、９はＸテーブル８をＸ方向に移
動するための送りネジ、１０は送りネジ９を回転するモ
ータで、Ｘテーブル８．モータ９等でＸ方向の送り装置
を構成している。１１はＸテーブル８上に２方向に移動
可能に取付けられたＺテーブル、１２はＺテーブル１１
をＺ方向に移動する駆動装置で、２テーブル１１．駆動
装置１２で２方向の送り装置を構成している。１３は切
削工具３を回転するための回転装置で、回転装置１３は
切削工具３が取付けられた回転主軸、その回転主軸を支
持する精密回転軸受および回転主軸を駆動するモータか
ら構成されており、また回転装置１３はＸＺ平面内で回
転可能に２テーブル１１に取付けられていて、所定角度
だけ回転させたのち真空吸着装置、電磁チャックなどの
手段によって２テーブル１１に固定することができる。

１４は中心点ＣのＸ方向への移動量Ｘを検出する位置検
出器、１５は切削工具３の回転角度αを検出するロータ
リエンコーダ、１６はコンピュータ、１７はコンピュー
タ１６と接続された操作盤、１８はコンピュータ１６と
接続されたメモリ、１９はコンピュータ１６と接続され
た数値制御装置で、数値制御装置１９は位置検出器１４
．ロータリエンコーダ１５とも接続されている。２０は
数値制御装置１９の信号を入力して、その信号に応じた
電圧を駆動装置１２に印加するドライバ、２１は数値制
御装置１９の信号を入力して、その信号に応じた電圧を
出力するドライバ、２２はドライバ２１から出力された
電圧を変位装置４に伝達するためのスリップリングであ
る。

つぎに、この曲面切削加工装置により曲面の加工を行な
う場合について説明する。まず、回転装置１３を傾斜さ
せて２テーブル１１に固定する。つぎに、操作盤１７に
よって関数ｇ　（Ｘ　ｔ　α）、　ｕ（Ｘ）。

傾斜角度θ２回転半径ｒ等のデータをコンピュータ１６
に入力し、コンピュータ１６によりあらかじめ移動量Ｚ
、切込み量Ｓを計算し、その値をメモリ１８に格納する
。ついで、回転装置１３により切削工具３を一定回転速
度（６００〜４０００ｒｐｍ）で回転するとともに、Ｘ
方向の送り装置で切削工具３をＸ方向に一定速度で移動
する。この場合、位置検出器１４により移動量Ｘが検出
され、この移動量Ｘが数値制御装置１９に入力され、ま
たロータリエンコーダ１５により回転角度αが検出され
、この回転角度αも数値制御装置１９に入力されて、移
動量Ｘ９回転角度αに応じた移動量Ｚ、切込み量Ｓがメ
モリ１８から呼出され、数値制御装置１９から移動量２
゜切込み量Ｓが出力される６そして、ドライバ２０によ
り移動量Ｚに応じた電圧ＶＺが出力され、２方向の送り
装置により切削工具３が電圧Ｖｚに応じて２方向に移動
され、またドライバ２１により切込み量Ｓに応じた電圧
Ｖｓが出力され、電圧Ｖｓがスリップリング２２を介し
て変位装置４に印加されて。

変位装置４が電圧Ｖｓに応じて変形する。したがって、
被加工物１に曲面が切削加工される。

なお、この実施例においては、切削片としてダイヤモン
ドバイト５を用いたが、他の切削片を用いてもよい。ま
た、この実施例においては、変位装置として微小変位装
置４を用いたが、他の変位装置を用いてもよい、さらに
、この実施例においては、切削工具３をＸ方向、２方向
に移動したが。

被加工物１をＸ方向、２方向に移動してもよい。

また、この実施例においては、切削工具３をＸ方向およ
び２方向に移動したが、切削工具３をＸ方向にのみ移動
してもよい、たとえば１円筒面の切削加工を行なう場合
には１円筒面の曲率半径に応じて傾斜角度θを定め、切
削工具３をＸ方向にのみ移動するとともに、Ｘ方向から
見た軌跡ａと円弧形状との差の量だけ切込み量Ｓを回転
角度αに応じて変化させればよい。さらに、この実施例
においては、軸線Ｑをｘｚ平面内において傾斜させたが
、軸線Ｑをｘｚ平面に対して傾斜させてもよく、要する
に軸線Ｑを２方向に対して傾斜させればよい６また、こ
の実施例においては、凹曲面を切削加工する場合につい
て説明したが、凸曲面を切削加工する場合にもこの発明
を適用することができる。さらに、この実施例において
は、切込み量Ｓを（７）式で求めたが、切込み量Ｓを次
式で求めれば、より精度よく曲面の切削加工を行なうこ
とが可能である。

Ｓ　＝（ｇ（）Ｌ　α）−ｕ（Ｘ）　−ｒｓｉｎθｓｉ
ｎ　ａ　）　／　ｃｏｓθまた。この実施例においては
、移動量Ｚ、切込み量Ｓを開ループ制御する場合につい
て説明したが、これらを周知の技術を用いて閉ループ制
御すれば、より高精度な切削加工を行゛なうことができ
る。さらに、この実施例においては、コンピュータ１６
の外部にメモリ１８を設け、あらかじめ計算したデータ
を用いて移動量Ｚ、切込み量Ｓを制御する場合について
説明したが、移動量Ｘ９回転角度αの検出信号に基づい
て移動量Ｚ、切込み量Ｓを計算し、その結果を用いてリ
アルタイムで制御することも可能である。

第３図は円筒面の切削加工可能範囲を示す境界線図であ
る。従来の旋盤方式では、現在世界最大の加工装置を用
いても、加工可能な曲率半径は１０３１ｍ以下（領域１
．ＩＩ）にすぎない。また、特開昭６０−５２２０１号
に記載された加工装置において。

切削工具の回転半径を１００ｍ、変位装置の最大変形量
を１０−としたときには、加工可能な曲率半径は５Ｘ１
０’＋ａｍ以上（領域ｍ）に限定される。これに対して
、この発明に係る加工装置において、切削工具の回転半
径を１００ｍ、変位装置の最大変形量を１０／７ＩＩ＋
としたときには、曲率半径が１０２〜１０′鵬（領域■
〜■）の広範囲の円筒面の切削加工が可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明に係る曲面切削加工装置
においては、曲率半径の大小にかかわらず曲面の切削加
工を行なうことが可能であり、任意の形状の曲面を切削
加工することができる。このように、この発明の効果は
顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る曲面切削加工装置の原理説明図
、第２図はこの発明に係る曲面切削加工装置を示す図、
第３図は円筒面の切削加工可能範囲を示す境界線図、第
４図は従来の曲面切削加工装置の原理説明図である。 １・・・被加工物　　　　　２・・・被加工面３・・・
切削工具　　　　　４・・・微小変位装置５・・・ダイ
ヤモンドバイト １３・・・回転装置 代理人弁理士　　中　村　純之助 第１区 （ｂ） 第２図 第３図 Ｆｉ１！’ｉ面の曲牢牛イＬ　　　（ｍｍ）第４　図 （ａ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）切削片とその切削片を切込み方向に変位させる変
   位装置とを有する切削工具を回転させ、その切削工具と
   被加工物とを上記切込み方向と直角な方向に相対移動さ
   せるとともに、上記切削工具の切込み量を上記切削片の
   上記被加工物に対する位置に応じて変化させて、曲面の
   切削加工を行なう装置において、上記切削工具の回転主
   軸を上記切込み方向に対して傾斜させたことを特徴とす
   る曲面切削加工装置。
2. （２）上記変位装置としてピエゾ素子の電歪効果を利用
   した微小変位装置を用いたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の曲面切削加工装置。