JP2927954B2 - 複雑な形を持つ物体を作る為の計算機制御の研削盤 - Google Patents

複雑な形を持つ物体を作る為の計算機制御の研削盤

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 この発明は予定のコンピュータ・モデルと同形になる
様に、複雑な形を持つ物体を整形し又は仕上げる工作機
械に関する。更に具体的に云えば、この発明は、簡単に
したコンピュータ制御プログラムを使える様にすると共
に、複雑な形を持つ物体を敏速に且つ正確に自動的に作
る、同時コンピュータ制御される６軸を持つ研削盤に関
する。こゝで説明するこの発明の実施例は、例えばター
ビンに使われる様な種類のエーロフォイル形の羽根及び
バケット、並びに複雑な曲面を持つその他の物体を作る
のに特に適している。
関連する技術の説明 タービン羽根及びバケットの様な複雑な形を持つ物体
は、一般的に幾つかの段階に分けて製造される。最初の
段階では、パントグラフ又は数値制御の装置による鋳
造、鍛造又はフライス加工によって、大まかな形が作ら
れる。パントグラフ形フライス加工では、カッタの刃
は、雛型の周りの周辺通路を相次いで通る時、トレーシ
ング工具の通路に追従する様に制御される。数値制御形
フライス加工では、先端ボール形フライス・カッタを予
定の通路に追従させ、最終的な形に近い形を発生する。
フライス加工では、製造上の経済性から、工作物の周
縁の周りの隣合ったパスの間の距離が比較的大きいこと
が要求される。フライス加工によって作成される時の工
作物の面は、滑かではなく、切削工具の通路に対応す
る、多数の平行に近い浅い溝で構成される。フライス加
工をしたまゝの工作物は、実用性を持つ程滑かでもない
し、或いは要求された寸法に十分近いものでもない。鋳
造又は鍛造した部品は、その部品がインベストメント鋳
造の様な慣用のかゝる精密鋳造方法によって作られたも
のでなければ、本質的に粗い面を持ち、粗い製造上の許
容公差を持っている。
鋳造又はフライス加工した工作物は、面を滑かにし、
許容し得る寸法の許容公差の範囲内に持って来る為に、
２番目の段階で更に手を加えなければならない。こう云
う方法には幾つかの変形があるが、何れも慣用がかゝ
り、寸法が許容し得る許容公差の外に出てしまう為に、
かなりの排除率になる。コンピュータ制御の装置を用い
た自動加工は、現在のフライス加工の技術を用いて仕上
げ装置を動作させるのに必要なプログラムが複雑である
為、商業的には実現性がなかった。
米国特許第4,369,5963号には、多数の別々の数値制御
の機械が、あるステーションから別のステーションへと
自動的に移動させられる工作物に対して、相次ぐ加工を
行なう様なコンピュータ制御の機械装置が記載されてい
る。
米国特許第4,031,809号はエンドミル削り機械を用い
ており、フライス要素の平面状末端を、整形する面の平
面と大体平行に保つ。然し、タービン羽根の様な凹面を
加工する時、フライス要素の軸線は、面のアンダーカッ
トを避ける為に、局部的な法線に対してわざと傾ける。
この特許に記載されたフライス加工装置は、多くの用途
にとって必要な許容公差の範囲内での滑かな面の仕上げ
が出来ない。
発明の要約 この発明では、典型的には適当なCAD−CAMシステムの
助けを借りて、工作物の所望の最終的な形が作成され
る。こうして得られた数学的に限定された工作物の面
が、ついで後処理され、位置及び速度指令の同時的な一
連の６組を発生する。こう云う指令が、研削盤を制御す
る数値制御（N/C）コンピュータにロードされて、粗い
工作物を、予め定められた許容公差の範囲内の寸法及び
面の仕上げを持つ最終的な物体に仕上げる。
コンピュータ制御の仕上げ機械では、仕上げようとす
る複雑な形を持つ物体の粗く形成された雛型が、全体的
に縦方向の支持軸線、即ち、「積重ね軸線」に沿って回
転出来る様に支持される。
仕上げが研摩工具によって行なわれる。今の例では、
円柱形又は胴形接触ローラの上を通る研摩ベルトを用い
た工具によって行なわれる。これは、工作物と線接触す
る様に、ポリウレタンの様な弾性材料の層で覆うことが
好ましい。研摩ベルト及び工作物は、コンピュータ制御
の６つの自由度、即ち並進の３個及び回転の３個の自由
度を有する。
以下の説明及び特許請求の範囲で、「接触線」は、研
摩ベルトと、複製しようとするモデルとの理論的な接触
線であって、モデルの面に最も厳密に同形になるものを
云う。接触線の中心が「接触点」である、「Ｚ」軸は、
研摩工具と工作物の間の距離を調節する為にそれに沿っ
て並進が行なわれる接触線の中心を通過する変位軸線で
ある。「Ｙ」軸は、工作物の周りの研摩工具の相次ぐ周
縁パスが出来る様に、Ｚ軸に対して垂直な平面内で工作
物の増分的な又は連続的な移動の方向の、積重ね軸と平
行な変位軸線である。「Ｘ」軸は、Ｙ及びＺ軸に垂直な
変位軸線である。「Ａ」軸はＸ軸の周りにあって、接触
点を通る回転軸線である。「Ｂ」軸は工作物を通るＹ軸
の周りの回転軸線で、「積重ね軸線」とも呼ばれ、仕上
げ作業の間、その周りに工作物を回転させる。「Ｃ」軸
は、接触点で研摩ベルトの面に垂直に接触点を通る回転
軸線である。Ｃ軸はＺ軸と平行であってもよいが、「送
り角度」だけＺ軸からずれている場合の方が多い。「送
り角度」は、Ｚ軸と、その周りで接触ローラの角度を調
節するＣ軸との間の角度である。
研摩ベルトの接触線はＡ及びＣ軸の周りに回転によっ
て調節して、研摩作業が行なわれる点で、接触線をモデ
ルの予定の形の面と平行に保つことが出来る。
接触ローラの支持アームは枢着になっていて、Ｃ軸は
Ｙ及びＺ軸の平面内で接触点の周りに角度方向に動かす
ことが出来る。こう云う手段により、接触ローラがＣ軸
に沿ってその周りに移動する線は、工作物上の対応する
点での予定の形の局部的な法線と常に合同になる様にア
ームが操作される。
Ｚ軸方向の研摩ベルトの位置ぎめが、研摩工具又は工
作物の何れかの並進運動によって行なわれる。仕上げら
れる工作物は、積重ね軸（Ｙ軸）に沿って並進運動をす
ることも出来、相次ぐ又は連続的な周縁仕上げパスを行
なう。
特定のサーボモータの選び方に応じて、仕上げ過程の
最適制御を保つ為に、フィードバック制御機構が設けら
れる。これは、接触ローラ及び仕上げられる工作物の精
密な位置を示す位置フィードバックと、工作物及び接触
ローラの運動の速度を表わす速度フィードバック信号と
を含む。こう云うデータが誤差メーセージとして、NC制
御コンピュータに帰還され、こう云うメッセージがプロ
グラム・データと比較されて、６つの制御軸の位置及び
速度を制御する。フィードバック信号により、コンピュ
ータが研摩ベルトの厚さの変化を補償して、仕上げ過程
の間のベルトの疲労を補正することが出来る様にする。
普通の数値制御コンピュータ技術を用いるが、効率のよ
い経済的な動作の為に、制御はブロック実行時間を非常
に短くして極く敏速にしなければならない。こう云う部
品及び方法は周知であり、こゝでは詳しく説明しない。
回転軸Ａ及びＣが接触点を通る。この形状により、１
個の部品記述データベースから、Ｚ軸に沿って工作物及
び研摩ベルトを互いに接近する向きに増分的に変えるこ
とによって、多数の研摩−仕上げパスを行なうことが出
来る。この形状により、書込み及び理解がし易いソフト
ウエアになり、部品のプログラミングが容易になると共
に、Ｚ軸に沿って増分的に変えることにより、ベルトの
疲労の補償を行なうことが出来る。
所望の精度を達成する為、コンピュータ制御によって
動く全ての部品は、高い周波数の応答を達成する為に出
来るだけ軽量にしなければならないと同時に、所要の精
度が得られる様に出来るだけ剛性にしなければならな
い。こう云う設計の判断基準に合せて、高い固有振動数
を達成する為にサーボループを高い安定な利得に同調さ
せることにより、並外れて高い動作速度が得られる。
図面の簡単な説明 第１図は典型的なタービン羽根のモデルの断面図で、
局部的な法線を示す。
第２図は羽根モデルの隣合った２つの断面セグメント
と、面上にあって、研摩ベルトとの相次ぐ接触位置に対
応する線を示す、１例として斜視図で示した見取図であ
る。
第３図は仕上げ過程の間の研摩工具と羽根の一部分の
面との間の関係を示す略図である。
第４図は普通の仕上げ作業に於ける研摩工具又はフラ
イス加工ヘッドと工作物との間の関係を示す。
第５図は、研摩工具と仕上げ機械内に位置ぎめされた
仕上げられたタービン羽根との間の関係を示しており、
この機械の側面図が第６図、平面図が第７図に示されて
いる。
第８図はこの発明を実施した仕上げ機械の一部分の簡
略斜視図である。
好ましい実施例の説明 形成しようとする物体の所望の形の定義は、多数の相
異なる方式によって構成することが出来る。市場で入手
し得るCAD/CAM（コンピュータ支援設計／コンピュータ
支援製造）ソフトウエアを使うことにより、モデルの面
は、１つ又は更に多くの連続的な曲面として数学的に定
義することが出来る。この様なCAD/CAMシステムは、例
えばマサチューセッツ州のA.S.トーマス・インコーポレ
ーテット社から、「NUFORM」の商標名で入手し得る。
例として、モデルは、モデルの「積重ね軸」に垂直な
平面内の一連の部分によって定義することが出来る。
「積重ね軸」と云う言葉は、仕上げられる形を近似する
為に、一連の断面形をそれに沿って「積重ねる」ことが
出来る、工作物を通る縦方向の線を云う為に使われる場
合が多い。
面の定義に必要な部分の数及び隣接する部分の間の間
隔は、物体の複雑さ、並びに***したボスの様な局部的
な変化が工作物の面に存在してはならないとするかどう
かによって変る。最も一般的な場合、タービン羽根の様
な比較的複雑な物体を定義するのに、５個１組の部分で
適切である。こう云う部分は、積重ね軸に沿って、両
端、中央、及び1/4及び3/4の点にとる。
各々の部分の断面形は、多くの異なる手段によって限
定することが出来る。１つの定法は、ある部分の断面形
を、周辺上の多数の点の各々に対し、積重ね軸に対する
１組の座標によって限定することである。別の定法は、
断面形の各々の円弧に対し、中心点と半径の座標を限定
する。
各々の部分を限定するデータが一旦CAD/CAMコンピュ
ータに入力されると、面が１つ又は更に多くの数学的に
定義された項目として計算され、この為、仕上げられた
工作物の面上のことごとくの点は完全に且つ正確に記述
することが出来る。従来のコンピュータ技術を使って、
個々の部分からそれを計算せずとも、技術データから直
接的にこう云う数学的な面を作成することが出来る。然
し、これは、部品の面を記述する為に使われる手段に関
係なく、仕上げられた部品を作る為にデータを使うこの
発明には影響しない。
数学的な面の定義が完成した後、データを後処理し
て、工作物を最終的な形及び面の品質に仕上げるのに必
要な６つの運動軸を駆動する為の機械に特有の指令を作
成する。後処理用ソフトウエアは、工作物の周りのどの
位の回数のパスが必要になるかを決定する為に、局部的
な面の曲率の変化率を考慮に入れて作成しなければなら
ない。その曲率が「Ｙ」軸（第５図）に沿ってかなり変
化する様な面では、幅の狭い研摩ベルト14を使い、この
結果、パスの回数が多くなる。更に、局部的な曲率の計
算により、その上をベルト14が通る接触ローラ12の直
径、並びにその縦方向の半径（側面から見た時、ローラ
が胴形に見える時の半径）が決定されることになる。接
触ローラ軸受の寿命を最大にすると共にその速度を最小
限に抑える為に、最終的な部品の形と見合って、可能な
最大の接触ローラの直径を使うことが望ましい。
後処理用のソフトウエアは、普通は当業者によって数
値制御機械用に書かれるが、工作物の仕上げられた面の
周辺の周りの多数の点を決定する。点は数は、面の所望
の最終的な精度によって決定され、隣合った点の間の間
隔は、面の曲率の局部的な変化率によって決定される。
典型的には、変化が急速に起る区域にある点は間隔が密
であり、半径が大きい区域にある点は、一層大きく相隔
たっている。普通の１次、円形又は放物線形補間ルーチ
ンを使って、次々の点の間の滑らかな変化を作ることが
出来る。
各々の点に対し、研削盤の６つの自由度の各々に対
し、１組の指令が発生される。この１組の指令が、各々
の点に対し、各々の軸の位置並びに各軸の瞬時速度を定
める。速度指令を使って、研摩工具に対する工作物の一
定の面速度を保つ。面速度は予めプログラムされてお
り、研摩剤の品質、工作物の材料の組成、及び必要な面
の精度の様な変数によって決定される。普通出会う様な
面速度の範囲は、毎分50乃至200吋である。
図５は工作物全体を44に示してあり、これは羽根部分
46及び基部48を含む。基部48が、羽根を回転子又はその
他の支持部材（図に示してない）に固定する為の、ター
ビン・バケットに典型的なあり溝52を含む。工作物は、
基部48に適した適当な治具と反対側の端にある支持体
（図に示してない）によって取付けられ、工作物の積重
ね軸に対応するＹ軸の周りに回転させられる。研摩工具
10がＣ軸に沿って配置され、この軸の周りに角度方向に
回転可能であり、こうして研摩ベルト14と羽根16の間の
接触線が、コンピュータ・モデルの面制御線に添うよう
にする。
位置指令を計算して研摩材料が工作物と接触する場所
である接触線を、各々の点の上で中心合せし、工作物の
面と密に合さる状態に保ち、Ａ及びＣ軸の回転中心をこ
の特定の点に保つと共に、Ｃ軸の中心が接触点で工作物
44の面に対して法線になる様に保証する。
Ａ及びＣ回転軸の交点を接触点に保つと共に、Ｃ軸の
中心を工作物44の面に対して法線に保つことにより、研
摩材料の疲労を埋合せる為、並びに工作物の面の上の相
次ぐ金属除去用のパスが出来る様にする為、１つの軸、
即ちＺ軸に沿った増分的な運動が出来る様にする。
後処理の済んだデータが、普通の方法、例えば、パン
チ・テープ、磁気テープ又はディスクによって研削盤の
N/Cコンピュータにロードされ、又は通信リンクを介し
てホスト・コンピュータからダウンロードされる。粗い
工作物がオペレータにより、又はロボット式機械装填装
置によって機械に装填され、N/C制御装置が、この後の
全てのプロセス工程を自動的に制御する。
工作物をＢ軸の周りに回転させると共に、Ｙ及びＸ軸
に沿って最初の出発点まで並進させる。機械のＡ、Ｂ及
びＣ軸は、接触が行なわれる点の直ぐ外側に位置ぎめ
し、ベルト駆動モータ108（第７図）を始動させる。冷
却材ポンプ（図に示してない）を作動して、実質的な流
量の冷却材を直接的に接触点に供給する。工作物44がＢ
軸の周りに高速で回転すると共に、Ｘ軸に沿って並進
し、この間研摩工具10が同時にＡ、Ｃ及びＺ軸で位置ぎ
めされる。この移動のある点で、研摩面が金属の工作物
と接触し、金属の除去が開始される。最初のパスは、Ｂ
軸の周りの工作物44の完全な１回転及び他の全ての軸の
同時の連続的なそれに伴った移動で構成されるが、その
後、研摩工具10は、Ｚ軸に沿った増分動作により、工作
物に一層近付ける様に送込む。この増分的な送り距離
は、研摩材料の品質、工作物の硬さ及びその他の因子に
関係するが、一般的には0.015乃至0.020吋の範囲内であ
る。
この予めプログラムされた過程が続けられ、工作物を
Ｙ軸に沿って増分的に又は連続的に移動して、工作物の
面が所望の最終的な形から約0.003乃至0.005吋以内に研
削されるまで、相次ぐパスの間の重なりが得られる様に
する。その後、工作物を回転させると共に予定の測定位
置まで並進させる。プローブを作動して、測定位置に於
ける面の実際の位置を決定する。その測定値をN/C制御
コンピュータに記録した後、プローブを後退させ、必要
な増分的な変化をＺ軸方向に行なって、工作物を最終的
な寸法に研削する最後のパスが出来る様にする。
最後のパスが終了した時、機械の６軸は、仕上げられ
た工作物の簡単な手作業による又はロボットによる取外
し及びこの後の粗い工作物の装填が出来る様に、自動的
に位置を戻す。
研摩加工作業の間の６つの運動の自由度は、次の通り
である。（１）研摩工具10又は工作物44をＺ軸に沿って
並進させる。（２）研摩工具10をＣ軸の周りに角度方向
に回転させて、研摩ベルト14と工作物の間の接触線を、
工作物の所望の面の線形又は線形に近い要素に沿った状
態に保つ。（３）送り角度を調節して、Ｃ軸の中心線が
常にモデルの局部的な法線と一致する様に保つ。（４）
面速度が一定に保たれる様に、工作物44はＹ軸の周りに
可変の速度及び方向に回転させる。（５）工作物をＸ軸
に沿って並進させる。（６）一定の又は可変の増分に分
けて又は連続的な送りとして、工作物を研摩工具10に対
しＹ軸に沿って並進させる。
最大の動作速度を達成するには、これらの内のある運
動を急速に行ない、他の運動は比較的遅い速度で行なわ
なければならないことは明らかであろう。積重ね軸に沿
った、研摩工具に対する工作物の位置の長さ方向の運
動、及びＡ軸によって表わされる角度変化は比較的遅く
てよい。従って、こう云う運動は、研削盤の内、質量が
比較的大きくて、頑丈な構造を持つ部分によって行なう
ことが可能である。Ｙ軸の周りの工作物の回転、Ｘ軸及
びＺ軸の並進、及びＣ軸の周りの回転はかなり高速にな
ることがあり、関係する構造は、所要の精度を得るのに
必要なスチフネスを持つ範囲内で、質量を最小限にしな
ければならない。
普通の設計の数値制御コンピュータ・システムは、メ
モリを持っており、その中に工作物に特有の所望の軸位
置及び速度指令が記憶されている。数値制御プログラム
が６組の同時的な制御信号を供給して、工作物を所要の
許容公差に仕上げるのに必要な線形及び角度方向の変位
を発生する。コンピュータのメモリに記憶されている軸
指令は、工作物の所望の最終的な形だけを表わす必要が
ある。一連の相次ぐ加工作業により、Ｚ軸に沿った増分
的な動きにより、研摩工具が工作物の積重ね軸４に次第
に一層接近する様に移動して、この形に達する。
制御回路の動作の詳細は、当業者に既によく知られて
いる所であるから、こゝでは詳しく説明しない。
第６図及び第７図に示す様に、研削盤が、全体を54で
示す基部を持ち、それが工作物操作機械と研摩工具に対
する作動機構との両方を支持している。第８図に示す様
に、工作物の粗い羽根半製品46の基部48が、あり溝52に
設けられた治具により、回転テーブル56に固定され、こ
のテーブルが工作物駆動モータ58によって駆動される。
工作物46の反対側の端が、全体を60で示した調節自在の
心押部材によって支持される。モータ58がコンピュータ
によって制御され、工作物の回転位置が絶えずコンピュ
ータ・システムに帰還される。
工作物44及びその駆動機構が、全体を62に示したＸ軸
テーブルに取付けられ、このテーブルが１対の垂直案内
部64,66に固定されている。これらの案内部が、垂直方
向に移動出来る様に、Ｙ軸テーブル74に装着された１対
の案内レール68,72に摺動自在に取付けられている。こ
うすることにより、Ｘ軸テーブル62及びその回転駆動部
全体が、Ｘ軸に沿って垂直に並進で移動し得る。Ｘ軸テ
ーブル62が、親ねじの様な普通の駆動手段（図に示して
ない）を用いて、サーボモータ36によって駆動され、コ
ンピュータ・プログラムの制御のもとに、羽根集成体の
Ｘ軸方向の並進を行なわせる。
Ｙ軸に沿った水平方向の並進の動きを行なわせる為、
Ｙ軸テーブル74が１対の水平案内レール76,78に支持さ
れており、これらのレールがＺ軸テーブル80を支持して
いて、羽根駆動集成体を積重ね軸と平行な通路に沿って
並進させることが出来る様にする。この並進も、コンピ
ュータ・プログラムの制御のもとに、図面ではＹ軸並進
手段として示した親ねじ45の様な任意の公知の機構によ
って行なわれる。
研摩工具10に接近する向き及び遠ざかる向きの動きが
出来る様に、Ｚ軸テーブル80が、１対の案内レール84,8
6に摺動自在に装着された１対の案内部82によって支持
されている。Ｙ軸に沿った動きを、研摩工具10の相次ぐ
パスで増分的に変える。３つの別個のサーボモータ32,3
5,36が駆動力を供給し、積重ね軸（35）と平行なＹ軸、
垂直軸Ｘ（36）、及び水平軸Ｚ（32）に沿った工作物の
３つの並進運動を行なわせる。
これまで説明した機構が、羽根46の回転運動、並びに
X,Y及びＺ軸に沿った並進運動を行なわせる。研摩工具1
0を制御する為、研摩ベルト14及びその駆動機構が機械
の基部54の延長部に取付けられている。例示の便宜の
為、工作物46及び研摩工具10の間の距離は誇張してあ
る。実際の機械では、研摩工具10は、工作物を研摩ベル
ト14と接触させる為にＺ軸に沿って移動させることが出
来る様に位置ぎめされている。全体を88で示す旋回アー
ムが面積の大きい軸受95によって支持されていて、中心
軸受94の周りに機械の基部54上で旋回する。軸受94のＡ
軸線を90に示すが、これが工作物駆動部のＸ軸と平行で
あり、研摩工具10の接触点を通る。普通のサーボモータ
98が基部の中に収容されていて、旋回アーム88をＡ軸の
周りに回転させる。
直立アーム96が研摩ベルト加工集成体を支持する。こ
の集成体は、駆動輪102を動作させるベルト駆動モータ1
08で構成される。研摩ベルト14が駆動輪102、及び接触
ローラ12の両側に配置された延展ローラ104,106の周り
を通る。ベルト駆動モータ108、駆動輪102、研摩ベルト
14、延展ローラ104,106及び接触ローラ12を含むこの集
成体全体が、コンピュータ28の制御のもとに、Ｃ軸の周
りに回転し得る。普通のサーボモータ及び駆動集成体42
が、Ｃ軸の周りの研摩工具集成体のコンピュータ制御に
よる回転を行なわせる。自動化した張力制御手段（図に
示してない）が、ベルトを取替える為の緩みを持たせる
と共に、動作中、研摩ベルト14に予定の張力を保つ。
動作について説明すると、Ａ及びＣ軸の交点が、工作
物に沿った予定の半径の点で、工作物46に接触するま
で、Ｚ軸テーブル80、Ｙ軸テーブル74及びＸ軸テーブル
62を夫々の案内レールに沿って変位させる。研摩工具集
成体のアーム96をＣ軸の周りに回転させて、研摩ベルト
14と工作物46の間の接触線を、コンピュータに記憶され
ている特定の部品データによって指示される通りの接触
点で、モデルの面に沿って整合させる。
Ｙ軸テーブルを１つの位置に保つ間、工作物を積重ね
軸の周りに回転させる。この回転の間、Ｚ軸テーブル80
及びＸ軸テーブル62の並進、Ｃ軸の周りの研摩工具10の
回転及びＡ軸の周りのアーム88の回転が、接触線をその
点に於けるモデルに対応する面に沿った状態に保つよう
に必要に応じて行なわれる。こう云う並進及び回転は、
工作物46が回転する時、連続的に、同時にそして急速に
行なわれる。工作物の１回又は更に多くの回転の終り
に、Ｙ軸テーブルを予定量、例えば、研摩ベルト14の幅
の約0.5乃至0.8倍に等しい距離だけ割出す。この割出し
距離は、工作物の全ての部分に対して同じである必要は
ないが、コンピュータの制御のもとに、モデルの面の曲
率に従って調節することが出来る。工作物がコンピュー
タ・モデルの許容し得る許容公差の範囲内になるまで、
相次ぐパスが続けられる。Ｙ軸に沿った運動も連続的で
あってよく、工作物の周りの螺旋形通路を作る。
仕上げ過程の間、ベルト14が疲労し、薄くなる。この
厚さ変化を補償しないと、仕上げられた工作物に対応す
る寸法誤差が生ずる。この補償をする為、工作物上の基
準点の位置を普通の電子プローブ（図に示してない）に
よって間欠的に監視する。この情報をコンピュータに帰
還し、基準点の予想位置と比較する。接触ローラの精密
な位置が判っているから、コンピュータ・プログラム
が、ベルト14の厚さを計算して、工作物の最終的な寸法
が、工作物の所望の最終的な形を表わすデータと精密に
対応する様に、Ｃ軸に沿った接触ローラ12の位置をそれ
に対応して調節することが出来る。
相次ぐ各々のパスで、Ｘ、Ｙ及びＺ軸の全ての運動並
びにＡ、Ｂ及びＣ軸の周りの回転は同一であるが、Ｚ軸
テーブルを最初は若干ずらして置き、このずれが最後の
パスでゼロに減少する点が異なる、最初のずれは、一般
的には、粗い工作物から除去すべき材料の合計の厚さよ
り若干大きくする。この為、全ての変位を制御するの
に、従わなければならないのは１組の位置データの点だ
けである。
フロントページの続き (56)参考文献 米国特許4686796（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B24B 21/16,49/00

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】予定の複雑な形に対応する様に工作物を仕
    上げる方法に於て、作ろうとする物体のモデルの面を表
    わすデータを記憶した制御コンピュータを用意し、該モ
    デルの積重ね軸の周りに回転する様に工作物を位置ぎめ
    し、線形の接触線に沿って工作物の面と係合する様に研
    摩ベルトを有する研摩工具を位置ぎめし、前記積重ね軸
    に対して垂直に伸びるＺ軸に沿って、前記研摩工具及び
    工作物の間で相対運動をする様に、前記接触線上の固定
    点を通るＣ軸上に研摩工具を支持し、該Ｃ軸の周りで角
    度方向に研摩工具を調節して、前記接触線を前記モデル
    の面に沿った状態に保ち、前記Ｃ軸に対して垂直で前記
    接触線を通るＸ軸の周りに角度方向に前記Ｃ軸を調節し
    て、該Ｃ軸を前記接触線を通り、前記モデルの局部的な
    法線の平面に対して垂直な平面内に保ち、前記Ｚ軸に沿
    って、前記工作物に対する研摩工具の並進位置を調節
    し、前記Ｃ軸に沿った工作物の面の位置を絶えずかつ自
    動的に決定し、ベルトが工作物と接触する点での前記ベ
    ルトの位置を絶えずかつ自動的に決定して、該ベルトの
    厚さを決定し、仕上げ過程の間の疲労によるベルトの厚
    さ変化を補償する為に、工作物に対する研摩工具の並進
    位置を絶えずかつ連続的に再び調節する工程を含む方
    法。
  2. 【請求項２】更に、工作物を積重ね軸と平行な軸に沿っ
    て並進させる工程を含み、該工作物はＺ軸に沿って独立
    に並進させる請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】工作物が相次ぐ予定の増分的な工程で、Ｚ
    軸に沿って調節される請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】予定の形を持つモデルと同形になる様に工
    作物を加工する方法に於て、前記予定の形を表わすデー
    タ・テーブルのブロックを記憶したコンピュータ制御手
    段を用意し、前記工作物をその中を通抜けるＹ軸の周り
    に回転させ、全体的に円筒形の動く面を有する研摩ベル
    トを含む研摩加工工具を用意し、該研摩加工工具をＣ軸
    の周りに角度方向の調節が出来る様に且つ前記Ｙ軸に対
    して垂直なＺ軸に沿って並進運動が出来る様に取付け、
    前記研摩加工工具をＺ軸に沿って調節して、工作物の面
    に接触点で係合させ、前記研摩加工工具のＣ軸の周りお
    よびＣ軸の前記接触点の周りの回転位置を角度方向に調
    節して、前記研摩加工工具を前記予定の形の面に対応す
    る線形接触線に沿って工作物と係合させ、前記Ｃ軸に沿
    った工作物の面の位置を絶えずかつ自動的に決定し、ベ
    ルトが工作物と接触する点での前記ベルトの位置を絶え
    ずかつ自動的に決定して、該ベルトの厚さを決定し、仕
    上げ過程の間の疲労によるベルトの厚さ変化を補償する
    為に、工作物に対する研摩工具の並進位置を絶えずかつ
    連続的に再び調節する工程を含む方法。
  5. 【請求項５】予定の複雑な形を持つモデルに対応する様
    に工作物を仕上げる研削盤に於て、前記工作物を支持す
    ると共にそれをＹ軸の周りに回転させる手段と、線形の
    接触線に沿って工作物の面に係合する様に位置ぎめされ
    た研摩ベルトを有する研摩工具と、該研摩工具を支持す
    る支持手段と、前記Ｙ軸に対して垂直に伸びるＺ軸に沿
    って前記研摩工具及び工作物の間で相対的な並進運動を
    行なわせる第１の制御手段と、前記接触線上の固定点を
    通り、前記Ｚ軸に垂直なＸ軸の周りに角度方向に前記支
    持手段を調節する手段と、前記Ｙ及びＺ軸の平面と平行
    であって前記点を通るＣ軸の周りに角度方向に前記支持
    手段を調節して、前記接触線を前記予定の形の面に沿っ
    て位置ぎめする駆動手段と、前記接触線上の固定点の周
    りに角度方向に前記Ｃ軸を調節して、該Ｃ軸を前記固定
    点を通り、局部的な法線と平行な平面内に保つ第２の制
    御手段とを有し、前記Ｃ軸に沿った工作物の面の位置を
    絶えずかつ自動的に決定し、ベルトが工作物と接触する
    点での前記ベルトの位置を絶えずかつ自動的に決定し
    て、該ベルトの厚さを決定し、仕上げ過程の間の疲労に
    よるベルトの厚さ変化を補償する為に、工作物に対する
    研摩工具の並進位置を絶えずかつ連続的に再び調節する
    研削盤。
  6. 【請求項６】前記第１の制御手段が、第１のテーブル
    と、該第１のテーブルに取付けられた第２のテーブル
    と、該第２のテーブルに取付けられ、工作物を支持する
    第３のテーブルとを含み、この為工作物をＸ、Ｙ及びＺ
    軸に沿って並進させることができる様にした請求項５記
    載の研削盤。
  7. 【請求項７】第１のテーブルと、該第１のテーブルに取
    付けられた第２のテーブルと、該第２のテーブルに取付
    けられた第３のテーブルと、前記第１、第２及び第３の
    テーブルを夫々直交する第１、第２及び第３の方向に変
    位させる第１、第２及び第３の手段とを有し、前記工作
    物を支持する手段は、工作物を第３のテーブルに固定す
    る手段を含む請求項５記載の研削盤。
  8. 【請求項８】予定の形と同形になる様に工作物を自動的
    に加工する加工装置に於て、機械の基部と、該機械の基
    部に取付けられたＺ軸テーブルと、該Ｚ軸テーブルを前
    記機械の基部に対してＺ軸に沿って変位させる第１の変
    位手段と、前記Ｙ軸テーブルに取付けられたＹ軸テーブ
    ルと、該Ｙ軸テーブルを前記Ｚ軸テーブルに対して、前
    記Ｚ軸に対して直交するＹ軸に沿って変位させる第２の
    変位手段と、前記Ｙ軸テーブルに取付けられたＸ軸テー
    ブルと、該Ｘ軸テーブルを前記Ｙ軸テーブルに対して、
    前記Ｙ及びＺ軸に直交するＸ軸に沿って変位させる第３
    の変位手段と、前記Ｘ軸テーブルに設けられていて、工
    作物をＹ軸の周りに回転させる手段と、ベルト駆動モー
    タ、及び研摩ベルトを支持すると共に回転させる駆動輪
    及びノーズ・ローラを含む研摩ベルト機械集成体と、該
    研摩ベルトを線形接触線に沿って工作物と係合する様に
    移動する様に前記集成体を制御する手段と、前記線形接
    触線上の固定点を通り、前記Ｙ及びＺ軸の平面と平行な
    Ｃ軸の周りに、前記研摩ベルト及びノーズ・ローラを回
    転させる第１の接触線制御手段と、前記固定点を通り、
    前記Ｘ軸と平行なＡ軸の周りに前記研摩ベルト及びノー
    ズ・ローラを回転させる第２の接触線制御手段とを有
    し、こうして第１及び第２の接触線制御手段が、固定点
    が不動である間に、前記線形接触線を回転させる様に作
    用し、更に、コンピュータ制御の制御装置を有し、該制
    御装置は、（イ）前記工作物をＹ及びＺ軸に沿って変位
    させ、（ロ）前記Ｃ軸をＡ軸の周りに角度方向に調節し
    て、仕上げ点で、前記線形接触線を前記予定の形の面に
    一番近く保ち、且つ（ハ）前記集成体を前記固定点の周
    りに角度方向に調節して、工作物がＹ軸の周りに回転す
    る時、前記線形接触線を仕上げ点で前記予定の形の局部
    的な法線に対して垂直に保つ手段を含んでいて、前記Ｃ
    軸に沿った工作物の面の位置を絶えずかつ自動的に決定
    し、ベルトが工作物と接触する点での前記ベルトの位置
    を絶えずかつ自動的に決定して、該ベルトの厚さを決定
    し、仕上げ過程の間の疲労によるベルトの厚さ変化を補
    償する為に、工作物に対する研摩工具の並進位置を絶え
    ずかつ連続的に再び調節する加工装置。
  9. 【請求項９】数学的なモデルの形と同形になる様に工作
    物を加工する装置に於て、機械の基部と、該機械の基部
    に取付けられたＺ軸テーブルと、該Ｚ軸テーブルを前記
    機械の基部に対してＺ軸に沿って変位させる第１の変位
    手段と、前記Ｚ軸テーブルに取付けられたＹ軸テーブル
    と、該Ｙ軸テーブルを前記Ｚ軸に対して垂直なＹ軸に沿
    って変位させる第２の変位手段と、前記Ｙ軸テーブルに
    取付けられたＸ軸テーブルと、該Ｘ軸テーブルを前記第
    １及び第２の変位軸線に対して垂直なＸ軸に沿って変位
    させる第３の変位手段と、前記Ｘ軸テーブルに設けられ
    ていて、工作物を通るＹ軸の周りに工作物を回転させる
    駆動手段と、駆動輪、ノーズ・ローラ、前記駆動輪及び
    ノーズ・ローラの上に配置された研摩ベルト、及び前記
    駆動輪を駆動する駆動モータを含んでいて、前記研摩ベ
    ルトは該ベルトを横切って伸びる線形接触線に沿って工
    作物と係合する様に可動である研摩ベルト加工集成体
    と、前記線形接触線上の固定点を通り、前記Ｙ及びＺ軸
    の平面と平行な平面内にあるＣ軸の周りに前記研摩ベル
    ト及びノーズ・ローラを角度方向に調節する第１の接触
    線制御手段と、前記固定点を通り、前記Ｘ軸と平行なＡ
    軸の周りに、前記研摩ベルト及びノーズ・ローラを角度
    方向に調節する第２の接触線制御手段とを有し、この
    為、前記制御手段は、前記固定点が不動のまゝでいる
    間、前記研摩ベルトの角度方向の調節をする様に作用
    し、更に、前記固定点の周りに前記接触線を角度方向に
    調節する間、前記工作物を前記Ｘ、Ｙ及びＺ軸に沿って
    変位させて、前記線形接触線を仕上げの段階で前記予定
    の形の面に沿った状態に保つ手段を含む制御装置を有
    し、前記Ｃ軸に沿った工作物の面の位置を絶えずかつ自
    動的に決定し、ベルトが工作物と接触する点での前記ベ
    ルトの位置を絶えずかつ自動的に決定して、該ベルトの
    厚さを決定し、仕上げ過程の間の疲労によるベルトの厚
    さ変化を補償する為に、工作物に対する研摩工具の並進
    位置を絶えずかつ連続的に再び調節する装置。
  10. 【請求項１０】複雑に弯曲した工作物を研削する研削盤
    に於て、研摩ベルトを支持する研摩ベルト集成体を有
    し、該ベルト集成体はその中心を通る縦軸線を持つと共
    に接触点を定める様に前記ベルトを支持するノーズを持
    ち、該ベルト集成体は前記ノーズを前記縦軸線の周りに
    回転させる手段、及び研削作業の間、前記縦軸線を前記
    接触点で工作物に対して法線方向に保つ手段を持ってお
    り、更に前記工作物を回転自在に支持すると共に前記工
    作物及びベルト集成体を互いに移動させて、前記接触点
    で前記ベルト及び工作物を係合させる手段と、前記工作
    物の面に多数の瞬時的な線形接触線を研削する様に、ベ
    ルト集成体及び工作物を調整するコンピュータ制御手段
    とを有する研削盤。
  11. 【請求項１１】複雑に弯曲した工作物を研削する研削盤
    に於て、研摩ベルトを支持する水平向きのベルト集成体
    を有し、該ベルト集成体はその中心を通る縦軸線を持つ
    と共に工作物接触点で前記ベルトを支持するノーズを有
    し、前記ベルト集成体は研摩研削作業の間、前記縦軸線
    を前記工作物接触点で工作物に対して法線方向に保つ手
    段を有し、更に、工作物を回転自在に支持すると共に、
    工作物及びベルト集成体を互いに水平方向に移動させ
    て、前記工作物の接触点でベルト及び工作物を係合させ
    ると手段と、前記工作物の面に多数の瞬時的な線形接触
    線を研削する様にベルト集成体及び工作物を調整するコ
    ンピュータ制御手段とを有し、各々の線形接触線の長さ
    が前記接触点に於ける工作物の面の曲率半径並びに前記
    工作物の寸法の予定の仕上げ許容公差によって決定され
    る研削盤。
  12. 【請求項１２】複雑に弯曲した工作物を研削する研削盤
    に於て、研摩ベルトを支持する水平向きのベルト集成体
    を有し、該ベルト集成体は接触点で前記ベルトを支持す
    るノーズを持つと共に、該ノーズを回転させる手段を持
    ち、更に、工作物を回転自在に支持すると共に、ベルト
    集成体及び工作物の一方を他方に対して水平方向に移動
    して前記接触点でベルトと工作物の間で接触を行なわせ
    る手段と、前記ノーズが接触点で工作物の面に対して法
    線方向にあることを保証し得る様に旋回可能である、ベ
    ルト集成体に対する支持手段と、前記接触点での工作物
    及びベルト集成体のノーズの相対運動を調整するコンピ
    ュータ制御手段を有し、該手段は、前記接触点が辿るべ
    き工作物の面上の瞬時線形接触線を計算する為の基準点
    として前記接触点を利用し、各々の線形接触線の長さが
    該線の区域に於ける工作物の曲率半径と工作物の所望の
    仕上げ許容公差とに関係し、前記線形接触線の長さが点
    毎の方法を用いて計算される研削盤。
  13. 【請求項１３】前記研摩ベルトの疲労を補償する手段と
    なる様に、ベルト集成体のノーズ及び工作物の相対位置
    を検証するフィードバック手段を有する請求項10記載の
    研削盤。
  14. 【請求項１４】複雑に弯曲した工作物の面を研削する研
    削盤に用いられ、無端研摩ベルトを支持すると共に、接
    触点で該ベルト及び工作物の間で接触を行なわせる様に
    前記ベルトを工作物まで輸送するベルト集成体に於て、
    その中心を通る縦軸線を持つと共に前記接触点で前記ベ
    ルトを支持するノーズを持ち、更に、前記ノーズを前記
    縦軸線の周りに回転させる手段、及び研削作業の間、前
    記縦軸線を前記接触点で工作物に対する法線方向に保つ
    手段を有するベルト集成体。
  15. 【請求項１５】ベルト及び工作物の間の接触が、接触点
    を中心とする線接触である請求項14記載のベルト集成
    体。
  16. 【請求項１６】線の長さ及び太さが集成体のノーズの実
    効直径及び輪郭によって決定される請求項15記載のベル
    ト集成体。
  17. 【請求項１７】研削作業の間、研削盤及び複雑に弯曲し
    た工作物を制御する方法に於て、前記複雑に弯曲した工
    作物を回転自在に支持し、研摩ベルトを水平方向に相対
    的に移動させて接触点で前記工作物と接触させて、研削
    作業の間、前記ベルトを前記接触点に於て工作物の面に
    対して法線方向に保ち、工作物の面に多数の瞬時線形接
    触線を研削し、各々の線形接触線の長さが前記接触点に
    於ける工作物の面の曲率半径と工作物の寸法の予定の仕
    上げ許容公差とによって決定される様にする工程を含む
    方法。
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