JP2002307203A - 傾斜円錐面の加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 旋盤で、ストレートエンドミルを用いて傾斜
した円錐面の加工を行なう方法に関し、例えばワークの
傾斜面に設けた孔の面取加工を行なう加工方法に関す
る。 【解決手段】 旋盤におけるワーク１２と工具１１との
制限された運動範囲の中で、加工しようとする傾斜円錐
面１８の円周方向の角度θを変数として、Ｃ軸、Ｚ軸、
Ｘ軸、Ｙ軸及びＢ軸を同期制御して回転工具１１にすり
こぎ運動をさせて、回転工具１１の周面でワークを加工
する。円錐面の加工が回転工具１１の周面で行われるた
め、加工される円錐の傾斜角α、円錐角β、頂点Ｑの座
標が変化しても、演算式の対応する定数を変えるだけ
で、同一の工具を用いて加工を行うことができる。ま
た、部分円錐面の加工も可能で、傾斜平面、傾斜孔及び
傾斜円錐面を同一の工具で加工することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、旋盤で傾斜した
円錐面を加工する方法に関するもので、例えばワークの
傾斜した面に設けられた孔の周囲の面取加工などに用い
る加工方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】旋盤で図１及び図３に示すようなワーク
を加工するときは、Ｃ軸、Ｚ軸、Ｘ軸、Ｙ軸及びＢ軸制
御が可能な旋盤が必要である。ここでＣは主軸回りの角
度、Ｚは主軸方向の座標、Ｘは主軸と直交する刃物の送
り方向の座標、ＹはＺ軸及びＸ軸と直交する方向の座
標、ＢはＹ軸回りの角度である。このような５軸制御が
可能な旋盤の例を図８に示す。

【０００３】図８において、主軸３はベッド１と実質上
一体の主軸台２に軸支され、その先端にチャック４が装
着されている。主軸の回転速度や角度は、図示しない主
軸モータの回転角をＮＣ装置で制御することにより行わ
れる。ベッド１はスラント型で、手前側が低くなる方向
に傾斜した上面を備えている。ベッド１には主軸と平行
な方向に移動するＺ移動台５が搭載され、このＺ移動台
上に主軸と直交する水平方向に移動するＸＹ移動台６が
搭載されている。ＸＹ移動台６は側面視で三角形をして
おり、その上面はベッド１の上面と等しい傾斜角を有し
ている。ＸＹ移動台６の上面には、主軸と直交する方向
に移動するＸ移動台７が搭載されている。Ｘ移動台７は
側面視でコの字形をしており、当該コの字の間に挿入さ
れた状態で、ＸＹ移動台６の上面と直交する方向（Ｙ軸
方向）の旋回軸８回りに旋回する工具台９が設けられて
いる。この工具台９にＸＹ移動台６の上面と平行な面内
で旋回する回転工具軸１０が設けられている。図示の例
ではこの回転工具軸１０にストレートエンドミル１１が
装着されている。Ｚ移動台５、ＸＹ移動台６、Ｘ移動台
７及び工具台９は、図示しない送りモータ及び旋回モー
タをＮＣ装置で制御することにより、各移動台の位置及
び工具台の方向（旋回角）が制御される。工具台９は、
ＸＹ移動台６とＸ移動台７とをＸ方向の移動が相殺され
るように動かすことにより、Ｙ方向に移動する。

【０００４】図１及び図３に示したワーク１２は、短円
筒状のワークの端面に円周方向に４等分された傾斜平面
１６を備えており、各傾斜平面に面直角方向の傾斜孔１
７が設けられており、かつこの傾斜孔の縁が面取り１８
されている。このようなワークの傾斜平面１６は、ワー
ク１２の円筒部分１２ａをチャック４で挟んで主軸を９
０度ずつ割出し、各割出し位置で工具台９の旋回角を傾
斜平面１６の傾斜角αに設定し、ストレートエンドミル
１１を回転させながら、工具台９をＹ方向に往復動させ
つつ傾斜平面１６と平行な方向に移動させることによっ
て加工する。また、傾斜孔１７はストレートエンドミル
に代えてドリルを装着し、Ｃ軸とＢ軸とを傾斜平面１６
の加工時と同じ状態に保持して、工具台９を傾斜平面１
６と直交する方向に移動させることにより行う。面取り
１８は、図１４に示すように、回転工具軸１０にテーパ
エンドミル１３を装着し、Ｃ軸とＢ軸を傾斜平面１６を
加工するときと同じ状態に保持して、Ｚ、ＸＹ、Ｘの３
個の移動台を同時制御することにより、テーパエンドミ
ル１３を傾斜孔１７の中心軸回りに公転させることによ
り加工する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記加工において、工
具台９に装着される工具の交換は、自動工具交換装置に
よって行うか、または工具台をタレット型にして、タレ
ットを割出すことによって行う。しかし、工具交換装置
による工具の交換には時間がかかるために、頻繁に工具
を交換すると、加工能率が大幅に低下する。一方、Ｙ軸
やＢ軸制御を可能にした旋盤では工具台９及びその駆動
装置の設置スペースが制限されるため、工具台をタレッ
ト型にすると、工具台の構造が非常に複雑になったり、
大型工具を装着できなくなったり、刃物の支持剛性が低
くなる等の問題が生ずる。また、上記したテーパエンド
ミルによる加工では、面取り角度に合った工具を用いる
必要があり、従って面取り１８の角度が異なる毎に異な
るテーパエンドミルを準備して工具交換を行わなければ
ならない。

【０００６】この発明は、傾斜孔１７の面取り加工のよ
うに、傾斜した円錐の加工をストレートエンドミルを用
いて、かつその傾斜角と円錐の頂角が異なるものを同一
の工具で加工することを可能にする方法を提供すること
を課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】従来の方法では、Ｃ軸と
Ｂ軸とを固定して、Ｚ軸、Ｘ軸及びＹ軸を同期制御する
ことにより、テーパエンドミルを用いて傾斜円錐面の加
工を行っている。この発明の方法では、Ｃ軸、Ｚ軸、Ｘ
軸、Ｙ軸及びＢ軸すべてを同期制御することにより、ス
トレートエンドミルを用いて傾斜円錐面の加工を行う。

【０００８】すなわち、この発明の旋盤における傾斜円
錐面の加工方法は、主軸の回転角Ｃ、刃物台の主軸方向
の座標Ｚ、主軸と直交する方向の座標Ｘ、Ｚ方向及びＸ
方向と直交する方向の座標Ｙ、上記刃物台に装着した回
転工具軸のＹ軸回りの旋回角ＢをＮＣ装置で各独立に制
御可能な旋盤を用い、Ｙ軸と直交する方向の上記回転工
具軸に周面に切刃を備えた回転工具を装着して当該工具
を回転させ、加工しようとする傾斜円錐面の円周方向の
角度θを変数として、

【数２】 の関係が満足されるように、上記回転角Ｃ、座標Ｚ、
Ｘ、Ｙ及び旋回角Ｂを制御して、上記角度θを略一定の
変化率で所望角変化させるというものである。

【０００９】ここで上式中、βは加工しようとする円錐
の頂角の２分の１（以下「円錐角」という）、ｈは回転
工具の中心軸が描く円錐軌跡の頂点の主軸中心線からの
距離、Ｌは上記頂点から回転工具軸の旋回中心までの距
離、αは加工しようとする円錐の傾斜角であり、Ｃの原
点は回転工具に向くＸ方向、Ｚの原点は回転工具の中心
軸が描く円錐の頂点、Ｘ及びＹの原点は主軸中心、Ｂの
原点はワークを向くＸ方向、ａ及びｂは定数で、tanβ
・sinθが正のときａ＝1、負のときａ＝０、cosα−tan
β・cosθ・sinαが正のときｂ＝０、負のときｂ＝１８
０度である。また、角度の単位は度である。

【００１０】上記方法は、回転工具にすりこぎ運動をさ
せてその周面でワークを加工することにより、傾斜円錐
面を加工するものである。旋盤におけるワークと工具と
の制限された運動範囲の中で、ワークに対する工具の相
対的なすりこぎ運動を実現させるために、主軸の回転角
Ｃ、刃物台の座標Ｚ、Ｘ、Ｙ及び回転工具の旋回角Ｂを
上記数式で規定した関係で動作させている。円錐面の加
工が回転工具の周面で行われるため、円錐の傾斜角α、
円錐角β及び頂点の位置が変化しても、上記演算式中の
これらに対応する定数α、β、ｈ、Ｌを変えるだけで、
同一の工具を用いて加工を行うことができる。また、加
工は加工される円錐の周方向に工具を移動させながら行
われるため、部分円錐面の加工も可能である。

【００１１】更に、図６に示すような短円筒形の切刃を
有するミーリングカッタを用いることにより、傾斜円錐
面にＯリングを設けるための溝を加工したり、図７に示
すような傾斜した円錐突起を加工することも可能であ
る。回転工具は図５に示すように周面が円錐状の工具を
用いることもできるが、ストレートエンドミルを用いれ
ば、傾斜平面１６の加工、傾斜孔１７の加工及び面取り
１８の加工を同一の工具で行うことができ、工具交換の
ための時間が短縮できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、前述した形状のワーク１２
の傾斜平面１６に設けた傾斜孔１７の面取り加工を例に
して、この発明の加工方法を説明する。ＮＣ旋盤ではＸ
座標は直径値で指令されるが、この明細書では幾何学的
な座標値（Ｘ座標は半径値となる）を用いる。

【００１３】図１は、傾斜平面１６に設けた傾斜孔１７
の断面を示した図である。この孔１７の周囲に面取り加
工をするときは、ストレートエンドミル１１を加工しよ
うとする円錐面に沿うようにすりこぎ運動をさせて、そ
の外周面でワークを切削してやればよい。図１の１４
は、すりこぎ運動するエンドミルの中心軸が描く円錐の
側面図であり、図２は当該円錐を傾斜孔１７の軸方向
（図１の矢印Ａ方向)から見た図、図３は主軸方向から
見た図である。

【００１４】ワーク１２は旋盤の主軸に装着されている
ため、主軸の回転割出しにより、加工しようとする傾斜
孔１７の中心軸をＺＸ平面（図１の紙面）上で工具側に
向けることができる。その状態で回転工具軸のＹ座標を
原点（ＺＸ平面上にある）位置にし、傾斜孔１７の傾斜
角αに円錐角βを加えた角度に回転工具軸を旋回すれ
ば、これに装着したエンドミル１１の軸心は、図１、２
及び３に太い実線１５で示す位置にくる。これを原点と
して、エンドミル１１を加工する傾斜円錐面の円周方向
に角度θだけ移動させるためには、エンドミル１１を図
１の紙面直角方向にも旋回させなければならない。しか
しエンドミルは、図１の紙面上での旋回のみが可能であ
る。

【００１５】そこで孔１７に対するエンドミル１１の図
１の紙面直角方向の相対旋回を実現するために、ワーク
をＣ軸方向に回転し、かつエンドミル１１をＹ軸方向に
移動させる。この動作は、図３に示されている。すなわ
ち、図３に示す円錐１４上でエンドミルがθだけ回転し
たときのエンドミルの軸１９がＺＸ平面と平行になるよ
うに主軸を角度Ｃだけ回転させ、かつ回転工具をＹ方向
に距離Ｙだけ移動させる（図１に点線で表している）。
この状態でストレートエンドミル１１の軸心は、ＺＸ平
面と平行であるから、このときのストレートエンドミル
の角度と位置は、Ｚ移動台５、ＸＹ移動台６、Ｘ移動台
７及びＹ軸回りの旋回角Ｂを制御することにより、必要
な位置に設定できる。

【００１６】図４は図３のストレートエンドミル１１の
軸心をＺＸ平面に投影したもので、実線は傾斜孔１７の
中心軸がＺＸ平面上にある場合、点線は主軸を角度Ｃだ
け回転した場合を示して。図１、２、３、４中の三角函
数式は、図１の円錐１４の円錐高さを基準（単位長さ
１）とする式である。図３より主軸回転角Ｃ、工具台の
座標Ｙ、図４より工具台の座標Ｘ、Ｚ、回転工具軸の旋
回角Ｂが算出でき、前記式が求められる。

【００１７】この図３、図４に示す関係は、θの角度範
囲が０〜３６０度のすべての角度において実現可能であ
るから、上記関係を満足させるように主軸の回転角Ｃ、
工具台９のＸ、Ｙ、Ｚ座標及びＹ軸回りの角度Ｂを制御
してやれば、所望の円錐面を加工することができる。

【００１８】図９ないし１３は、円錐角β＝４５度、図
１における回転工具１１の中心軸が描く円錐頂点Ｑの主
軸中心Ｐからの距離ｈ＝２０、上記頂点Ｑから回転工具
のＢ軸方向の旋回中心（旋回軸）８までの旋回距離Ｌ＝
３５０としたときの、孔１７の傾斜角αが０度、３０
度、４５度、６０度及び９０度のときの、主軸の回転角
Ｃ、工具台９のＺ方向の移動距離Ｚ、Ｘ方向の移動距離
Ｘ、Ｙ方向の移動距離Ｙ及び工具軸の旋回角Ｂを、工具
のすりこぎ運動の円周方向の角度θを横軸として表した
図である。なお、これらの図における主軸回転角Ｃの原
点は、図３のように、孔１７の中心軸がＺＸ平面上で工
具側を向く方向であり、ワーク側から主軸を見て時計方
向の主軸回転角を正とする。回転工具の旋回角Ｂの原点
は、図４のようにＹＸ平面と平行な面内でワークが和を
向く方向であり、上面視で反時計方向の旋回角を正とす
る。Ｘ方向の移動距離Ｘの原点は、図１のようにＺＹ平
面であり、後方（図１の上方）への移動距離を正とす
る。Ｙ方向の移動距離Ｙの原点は、図３のようにＺＸ平
面であり、上方（図３の左方）への移動距離を正とす
る。Ｚ軸方向の移動距離Ｚの原点は、図１のように工具
のすりこぎ運動の円錐頂点Ｑを含むＹＸ平面であり、こ
れより右方（図１の右方）への移動距離を正とする。

【００１９】なお、グラフ上ではＸの値は目盛イに対応
し、Ｃ、Ｙ、Ｂの値は目盛ロに対応し、Ｚの値は目盛ハ
に対応する。単位は、α、β、θ、Ｃ、Ｂは度、Ｘ、
Ｙ、Ｚ、ｈ、Ｌはｍｍである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の加工方法をワークの側面視で示す説
明図

【図２】図１の矢印Ａ方向から見た工具の旋回移動を示
す説明図

【図３】図１を旋盤の主軸方向から見た説明図

【図４】図３の主軸を角度Ｃ回転させたときの図１に対
応する説明図

【図５】円錐形の切刃を有する回転工具で傾斜円錐面を
加工する説明図

【図６】短円筒形の切刃を有する回転工具で傾斜円錐面
に溝を加工する説明図

【図７】傾斜円錐突起を加工する説明図

【図８】この加工方法に用いる５軸制御旋盤の一例を示
す斜視図

【図９】傾斜角０度、円錐角４５度のときの各制御軸の
変化を示すグラフ

【図１０】傾斜角３０度、円錐角４５度のときの各制御
軸の変化を示すグラフ

【図１１】傾斜角４５度、円錐角４５度のときの各制御
軸の変化を示すグラフ

【図１２】傾斜角６０度、円錐角４５度のときの各制御
軸の変化を示すグラフ

【図１３】傾斜角９０度、円錐角４５度のときの各制御
軸の変化を示すグラフ

【図１４】テーパエンドミルを使用した従来の加工方法
の説明図

【符号の説明】

Ｂ Ｙ方向の軸回りの旋回角 Ｃ 主軸の回転角 Ｘ 主軸と直交する方向の距離 Ｙ Ｚ方向及びＹ方向と直交する方向の距離 Ｚ 主軸方向の距離 θ 傾斜円錐面の円周方向の角度

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸の回転角Ｃ、刃物台の主軸方向の座
   標Ｚ、主軸と直交する方向の座標Ｘ、Ｚ及びＸと直交す
   る方向の座標Ｙ、前記刃物台に搭載されてＺＸ平面に平
   行な面内で旋回する回転工具軸の旋回角ＢをＮＣ装置で
   各独立に制御可能な旋盤を用い、前記回転工具軸に周面
   に切刃を備えた回転工具を装着して当該工具を回転さ
   せ、加工しようとする傾斜円錐面の円周方向の角度θを
   変数として、 【数１】 の関係が満足されるように、上記回転角Ｃ、座標Ｚ、
   Ｘ、Ｙ及び旋回角Ｂを制御して、上記角度θを略一定の
   変化率で所望角変化させることを特徴とする、旋盤によ
   る傾斜円錐面の加工方法。ただし、式中、βは加工しよ
   うとする円錐の頂角の２分の１、ｈは回転工具の中心軸
   が描く円錐軌跡の頂点の主軸中心線からの距離、Ｌは上
   記頂点から回転工具の旋回中心までの距離、αは加工し
   ようとする円錐の傾斜角であり、Ｃの原点は回転工具に
   向くＸ方向、Ｚの原点は回転工具の中心軸が描く円錐の
   頂点、Ｘ及びＹの原点は主軸中心、Ｂの原点はＸ方向、
   ａ及びｂは定数で、tanβ・sinθが正のときａ＝1、負
   のときａ＝０、cosα-tanβ・cosθ・sinαが正のとき
   ｂ＝０、負のときｂ＝１８０度である。
2. 【請求項２】 回転工具がストレートエンドミルであ
   る、請求項１記載の傾斜円錐面の加工方法。