JP3833386B2 - Scroll-shaped processing device and method for manufacturing scroll-shaped component - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクロール形状の加工装置およびスクロール形状の部品の製造方法に係り、特に、冷凍機器などに使用するスクロール圧縮機における主にインボリュート曲線で形成される渦巻状のラップを有する旋回スクロールおよび固定スクロールを、高精度,高能率に切削加工または研削加工するためのスクロール形状の加工装置およびスクロール形状の部品の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
スクロール圧縮機の構造は、例えば、特開平1−262302号公報に記載されているように、円板状の鏡板とこの鏡板の一方の面に直立する渦巻状のラップとからなる旋回スクロールおよび固定スクロールを有し、これら両スクロールのラップを互いに噛み合わせて旋回スクロールを固定スクロールに対し公転駆動させ、前記各ラップ間に形成される圧縮室で冷媒等を圧縮するよう構成されている。
【0003】
このスクロール圧縮機のラップ部の形状精度が悪い場合には、運転時に圧縮室の形成が不完全となり、所望の圧縮機性能を得ることができない。このため、ラップ部の加工では、一般に高い運動精度を有する専用の加工装置が使用されている。例えば専用加工装置は、特開昭62−57856号公報に記載されているように、直進運動する移動テーブルと、該移動テーブルに積載された工具台と、該工具台に支持された回転軸と該回転軸の先端部に取り付けられた工具、すなわちエンドミルまたは研削砥石と、該工具に対して対面するように配置され、スクロール部品を支持して回転するロータリテーブルにより構成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来、スクロール部品の加工では、荒加工と仕上げ加工の加工時間差が例えば約6倍と大きいため、鋳造もしくは鍛造された素材を汎用のマシニングセンタにより荒加工したのち、上記のスクロール形状加工専用機により仕上げ加工されていた。これは、スクロール形状の荒加工では、取り代が大きく工具の送り速度を高速化できないため、加工時間が長くなるのに対し、仕上げ加工では、取り代が小さく高速加工が可能であり、両加工工程を1台の加工装置に集約すると、加工ラインのサイクルタイムが長くなるという問題が発生するためである。
【0005】
このため、従来はサイクルタイムの長い荒加工では1台の仕上げ加工機に対して複数台の汎用マシニングセンタを加工ラインに配置し、仕上げ工程とのサイクルタイムバランスを取っていた。
以上のことから、スクロール部品の加工において、荒加工時間を仕上げ加工時間と同等レベルまで短縮し、荒加工と仕上げ加工を一台の加工装置で実施することにより、加工ラインにおける設備費用を低減することが重要な課題となっていた。
【0006】
また従来、スクロール形状は、ロータリテーブルと直動テーブルによる2軸制御により加工されていた。これは、直交して移動する2軸のスライドテーブルによりスクロール形状を加工すると、例えば特開平2−41845号公報にも記載されているように、数値制御装置のサーボの追従遅れによってスクロール形状の中心部分では加工工具の移動軌跡の誤差が大きくなり、高精度,高能率にインボリュート形状を加工できないためである。
【0007】
このため、ロータリテーブルと直動テーブルをもつ専用加工装置には、ワークを回転可能に支持するワーク台装置が必要となり、加工装置を高価なものにする原因となっていた。
そして、スクロール形状を直交して移動する2軸のスライドテーブルをもつ加工装置により仕上げ加工することは、スクロール加工装置の費用低減のための重要な課題となっていた。
【0008】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的は、ラップ部分が主にインボリュート曲線で形成されるスクロール部品を1台の加工装置にて荒加工と仕上げ加工、さらに穴加工を高精度,高能率に実施でき、加工ラインの設備費を低減できるスクロール形状の加工装置および加工方法を提供することにある。
【0009】
また、本発明の他の目的は、直交して移動するスライドテーブルを制御することにより工具位置を制御し、インボリュート曲線を加工する方式を採用し、従来の専用機で採用されている直動テーブルとロータリテーブルとによる加工方式に比べ、制御軸数を減らし、加工装置を低価格に製造できるスクロール形状の加工装置および加工方法を提供することにある。
【0010】
本発明のさらに他の目的は、複数台のワーク台装置で荒加工と仕上げ加工とを同時に行うに際し、仕上げ加工工程に荒加工工程で発生する切削振動が伝達しないようにして加工面粗さを向上させることのできるスクロール形状の加工装置および加工方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係るスクロール形状の加工装置の構成は、鏡板上に直立する渦巻状ラップを有するスクロール形状のワークを加工するもので、前記ワークを支持するワーク台装置と、このワーク台装置を旋回移動させる旋回装置と、前記ワーク台装置にワークを着脱させる機構と、加工工具を回転可能に支持する工具主軸を備える工具台とを本体ベッド上に備えたスクロール形状の加工装置において、前記ワーク台装置は、少なくとも3台が本体ベッド上に在り、各ワーク台装置は前記本体ベツドから分離された構造で、前記本体ベツド上をほぼ同時に旋回移動し、各工具台に対向して位置決め可能に構成されるとともに、前記ワーク台装置は、少なくとも2個のワーク保持装置を備え、前記ワークを着脱自在に把持できるものであり、前記の複数のワーク台装置の1台をワークの搬入搬出手段に対向させて、ワークの方向がほぼ同一となるように前記スクロール形状のワークを前記ワーク保持装置に把持させる機構と、前記ワーク台装置を旋回移動し、各工具台に対向するように位置決めする旋回装置と、少なくとも2本の加工工具が取付けられる工具主軸により、前記ワーク台装置上の複数のワークのスクロールラップを同時に加工可能な少なくとも1つの工具台と、1本の加工工具が取付けられる工具主軸により、前記ワーク台装置上の複数のワークのスクロールラップを1個毎に加工可能な少なくとも1つの工具台とからなるものである。
【0012】
ここで、各工具台に対向してワーク台装置を位置決めする手段として、前記ワーク台装置毎に独立し、前記ワーク台装置下部に接離可能に組み込まれ、前記ワーク台装置を本体ベッドに直接当接してクランプする手段を備えたものである。
【0013】
より詳しくは、ワーク台装置を旋回,位置決めする旋回装置は、回転駆動部と、この回転駆動部から設けたハンガーと、ワーク台装置を案内し、旋回,位置決めさせるクランプ手段と、各ワーク台装置を旋回させたときに各工具台に正しく対向するように位置決めする手段とを備えたものである。
また、ワーク保持装置を備えた前記ワーク台装置は、他のワーク台装置が各工具台に対向しているときに、1台のワーク台装置は、ワークの搬入搬出手段に対向しているものである。
さらに、前記ワーク台装置に対して対向するように設置した各工具台のうち、少なくとも一つの工具台は、複数の工具主軸を備えているものである。
【0014】
また、上記の目的を達成するために、本発明に係るスクロール形状の加工方法の構成は、鏡板上に直立する渦巻状ラップを有するスクロール形状のワークを加工する方法で、前記ワークを支持するワーク台装置と、このワーク台装置を旋回移動させる旋回装置と、前記ワーク台装置にワークを着脱させる機構と、加工工具を回転可能に支持する工具主軸を備える工具台とを本体ベッド上に備えたスクロール形状の加工装置を用いて、少なくとも3台のワーク台装置が本体ベッド上に在り、各ワーク台装置は前記本体ベツドから分離された構造で、前記本体ベツド上をほぼ同時に旋回移動し、各工具台に対向して位置決め可能に構成されるとともに、前記ワーク台装置は、少なくとも2個のワーク保持装置を備え、前記ワークを着脱自在に把持できる構成にした装置により、前記の複数のワーク台装置の1台をワークの搬入搬出手段に対向させて、ワークの方向がほぼ同一となるように前記スクロール形状のワークを前記ワーク保持装置に把持させる工程と、前記ワーク台装置を旋回移動し、各工具台に対向するように位置決めする工程と、少なくとも2本の加工工具が取付けられる工具主軸により、前記ワーク台装置上の複数のワークのスクロールラップを同時に加工する工程と、1本の加工工具が取付けられる工具主軸により、前記ワーク台装置上の複数のワークのスクロールラップを1個毎に加工する工程とを少なくとも含んでいるものである。
【0015】
より詳しくは、スクロール形状を1個の工具主軸により1個毎に加工する際に、ワーク保持装置によりワーク台装置に取り付けられる複数のワークの各個の
スクロール形状の座標の位置の偏差を修正するための座標データを数値制御装置に予め記憶させておき、各ワーク台装置の各ワーク保持装置に対応して、前記座標データにより数値制御プログラムの座標中心を修正してスクロール形状を加工するようにしたものである。
【0016】
また、スクロール形状を1個の主軸により1個毎に加工する際に、ワーク保持装置によりワーク台装置に取り付けられる複数のワークの各個のスクロール形状の開始角度位置の偏差を修正するための角度データを数値制御装置に予め記憶させておき、各ワーク台装置の各ワーク保持装置に対応して、前記角度データにより数値制御プログラムを座標回転変換してスクロール形状を加工するようにしたものである。
【0017】
さらに、スクロール形状を直交して直線移動するスライドテーブルを備える工具台で加工する加工方法であり、少なくともスクロールラップの曲率半径に反比例する関係と、工具送り速度の2乗に比例する関係で数値制御装置に発生するプログラムした正規制御軌跡からの曲率半径の減少誤差を予め計算し、前記曲率半径の減少誤差を求め、前記誤差を縮小する傾向に数値制御プログラムの軌跡と工具送り速度を補正して加工するようにしたものである。
【0018】
なお付記すると、本発明のスクロール形状の加工装置は、鏡板上に直立する渦巻状ラップを有し、該ラップ部分がインボリュート曲線で形成されるスクロール部品の加工において、1台の加工装置にて荒加工と仕上げ加工を実施するものである。
より詳しくは、取り代が大きく工具の送り速度を高速化できない荒加工では、ワーク台装置に取り付けた複数のワークを複数の工具主軸により同時に加工することで1個当たりの加工時間を短縮し、仕上げ加工では1個の工具主軸により高速加工を行い加工精度を確保するものである。
【0019】
また、仕上げ加工工程においては、従来の加工装置は直進運動する移動テーブルと、該移動テーブルに積載された工具台と、該工具台に支持された回転軸と、該回転軸の先端部に取り付けられた工具と、該工具に対向するように配置され、スクロール部品を支持して回転するロータリテーブルにより構成されていたが、本発明の加工装置では、直交して移動するスライドテーブルを備える工具台と、該工具台に支持された回転軸と、該回転軸の先端部に取り付けられた工具によりインボリュート形状を高精度に加工することができるように、インボリュート曲線の曲率半径減少誤差を補正する機能を付加した。これにより、従来の加工装置が持っていたロータリテーブルと付属制御系とを必要としないため、加工装置の低価格化を実現できる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図1ないし図16を参照して説明する。
〔実施の形態 1〕
まず、本発明のスクロール部品の製造方法を実施するスクロール形状の加工装置の構成を図1および図2を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施の形態を示すスクロール形状加工装置の外観斜視図、図2は、図1のスクロール形状加工装置を上部から見た外観平面図である。
【0021】
図1,2において、1はスクロール形状加工装置の加工装置本体、1aは本体ベッド、2は、本体ベッド1aのほぼ中心部に設置された旋回装置である。ワーク台装置3は、旋回装置2中心に対して直交方向に対称に4台備えられ、各ワーク台装置3ごとに外向きにワーク保持装置を備え、この四面のワーク保持装置の各面に複数のワークを着脱自在に把持できるとともに、これら4台のワーク台装置3が独立して矢印21方向に旋回,位置決め可能に構成したものであり、その構造の詳細については、図3ないし図7に示して後述する。
【0022】
図1において、4はワークで、本発明で扱うワーク4は、鏡板上に直立する渦巻状ラップを有し、該ラップ部が主にインボリュート曲線により形成されたスクロール形状のものである。5は、ワーク台装置3の各面に設けたワーク保持装置に係る把持チャックで、前記ワーク4を把持するものである。
【0023】
また、図1において、9,14,19は、前記ワーク台装置3の三面に対向するように設置した第一,第二,第三の3台の工具台である。
第一の工具台9は、X軸スライドテーブル6上に切り込み方向であるZ軸スライドテーブル7が設置され、さらにその上部に治具を介して上下方向であるY軸スライドテーブル8が設置される構造である。この工具台9には、工具を取り付けて回転可能な工具主軸10が複数(図では3個)設置されている。
【0024】
同様に、第二の工具台14は、X軸スライドテーブル11上にZ軸スライドテーブル12が設置され、さらにその上部に治具を介してY軸スライドテーブル13が設置されている。また、第三の工具台19は、X軸スライドテーブル16上にZ軸スライドテーブル17が設置され、さらにその上部に治具を介してY軸スライドテーブル18が設置されている。これら第二,第三の工具台14,19には工具主軸15,20が1本取り付けられている。
本装置を上部から見た図2から各工具台の位置が明らかである。本体ベット1aは略T型の形状をしており、そのほぼ中心部に旋回装置2が設置されている。
【0025】
ワーク台装置3は独立した構成とする。ワーク台装置3は、一面にワーク4を取り付ける構造とし、ワーク4を取り付ける面の裏側にはワークのクランプ装置を取り付ける。はじめに、ワーク台装置3の独立構成について、図1,2に合わせて図3ないし図7を参照して説明する。
図3は、本発明の一実施形態に係るスクロール形状加工装置の独立した1つのワーク台装置の構造を示すアンクランプ時の説明図で、(a)は正面図、(b)は側面図、図4は、図3のワーク台装置のクランプ時の説明図で、(a)は正面図、(b)は側面図、図5は、本発明の一実施形態に係るスクロール形状加工装置の旋回クランプ装置を上部から見た平面図、図6は、図5の装置のワーク台装置を上部から見た平面図、図7は、図3のワーク台装置の旋回クランプ装置の斜視図である。
【0026】
図3,4において、1bは、本体ベッド1aのワーク台装置3設置部に形成された円周溝、3aは、ワーク台装置3のベース部、29は、ワーク台装置3のベース3aと接離可能の旋回クランプ装置、29a,29bは、旋回クランプ装置29に装備されワーク台装置3のベース3aと接離する車輪、30は、回転クランプ装置29の上部に装備されたクランプアーム、31は、ワーク台装置3の位置決め用のロケートピンで、このロケートピン31は本体ベッド1aに設けられワーク台装置3のピン穴3cと嵌めあってワーク台3の位置決めを行う。32は、ワーク台装置3の位置決めのための基準パッド、33は、旋回クランプ装置29を駆動させる油圧装置で、旋回クランプ装置29の下部に装備されている。
【0027】
ところで、従来の加工装置における割り出し回転テーブルは、例えば、特開昭61−265249号公報記載の複合加工装置に開示されているように、周方向等間隔にある4面の加工ステーション(ワーク台装置相当)が支持体を介して一体構造となっているもので、インデックス駆動手段の内歯,外歯の噛み合わせで回転する構造となっていた。
【0028】
これに対し、本発明の旋回装置2は、該装置中心に対して直交方向に対称に独立した4台のワーク台装置3を有するものである。
すなわち、ワーク台装置3は、図3に示すように独立した構造とする。ワーク台装置3は一面にワーク4を把持チャック5で取り付け、ワーク4を取り付ける面の裏側にはワークのクランプ装置5aを備えている。
【0029】
この独立した4台のワーク台装置3は、旋回クランプ装置29をレールとして旋回し、当該旋回クランプ装置29により本体ベッド1aに固定する方式のものである。旋回方向の位置決めにはロケートピン31を使用する。また、高さ方向の位置決めには基準パッド32を使用する。
図3は、ワーク台装置3がアンクランプの状態を示し、ワーク台装置3は本体ベッド1aから離れている。旋回クランプ装置29およびクランプアーム30はワーク台装置3のベース部3aと車輪29a,29bにより接してベース部3a内に抱えこまれた状態になっている。旋回クランプ装置29はワーク台装置3を案内移動するためのレールの役割を果たす。
【0030】
図4は、ワーク台装置3がクランプの状態を示す。旋回クランプ装置29およびクランプアーム30は油圧装置33により下降し、クランプアーム30によりワーク台装置3を本体ベッド1aに固定する。車輪29a,29bはベース部3aと離れ、クランプアーム30が、ベース部3a内側のインロー部3bを下方に押しつけてワーク台装置3を本体ベッド1a上に固定する。この静止位置は、ロケートピン31と基準パッド32により位置決めされる。すなわち、ワーク台装置3はクランプアーム30により下方に押し付けられ、基準パッド32上に固定される。
【0031】
次に、図5は、旋回クランプ装置29およびクランプアーム30を上部から見た平面図である。4個のワーク台装置3の中心Oに対して直交するx,y軸に対称に4個の旋回クランプ装置29があり、これら旋回クランプ装置29はワーク台装置3を円周方向に旋回するためのレールの役目を果たすために扇型をしている。
【0032】
また、図6は、旋回装置2とワーク台装置3を上部から見た平面図である。図6において、34はパレットハンガーであり、このパレットハンガー34は、ワーク台装置3を把持する爪34aを有している。
4個のワーク台装置3は独立構成であり、ワーク台装置3自身により旋回移動することはできない。そこで、加工終了後ワーク台装置3を旋回させる際は、旋回装置2を使用する。旋回装置2は、ワーク台装置3を旋回させる駆動源を持っている。前記旋回装置2の詳細は、図1に示す旋回装置2のケース2a内に内蔵されているので各図に現れていない。
【0033】
さらに、図7は旋回クランプ装置29の外観を示したものである。クランプアーム30は、1個の旋回クランプ装置29上に2個装備されている。旋回クランプ装置29は、ワーク台装置3を旋回移動させるためのレールの機能をもつため、旋回クランプ装置29の扇型本体の両側面に4個の車輪29aと、旋回クランプ装置29上部のクランプアーム30取付部材に4個の車輪29bとを備えている。また、旋回クランプ装置29は油圧装置33により矢印35方向に上下動してアンクランプ,クランプを行う。
【0034】
このように、旋回装置2は、該装置中心に位置する旋回駆動部と、この旋回駆動部から直交方向に対称に設けた4組の爪34aを持つパレットハンガー34と、4組の爪34aに把持されて回転する独立した4台のワーク台装置3と、これらワーク台装置3下部に接離可能に組み込まれ、本体ベッド1aに形成された円周溝1b内を前記各ワーク台装置3を案内し、旋回,位置決めさせる旋回クランプ装置29と、各ワーク台装置3を旋回させたときに各工具台9,14,19に正しく対向するように位置決めするロケートピン31,基準パッド32とを備えたものである。
なお、ワーク台装置の独立構成を実現する手段は、図3ないし図7に示した本実施形態に限定されるものではなく、同一機能を実現しうる他の形状,構造の採用を妨げない。
【0035】
次に、本実施形態のスクロール形状加工装置を用いたスクロール部品の製造方法を説明する。
図1に示すように、ワーク4は矢印22に示す方向から自動搬入搬出装置(図示せず)により搬入され、複数個(本実施形態では3個)のワーク4が、複数個(本実施形態では3個)のワーク保持装置の把持チャック5に把持されワーク台装置3に取り付けられる。ワーク4を搭載したワーク台装置3は90度旋回移動して、第一の工具台9と対向する位置に位置決めされる。工具台9に対向したワーク4は複数個(本実施形態では3個)の工具主軸10に取り付けられた工具によりスクロール形状に荒加工される。
【0036】
荒加工が完了するとワーク台装置3は90度旋回移動し、ワーク4は第二の工具台14に対向する。ここで、ワーク4は1個の工具主軸15に取り付けられた工具により穴加工される。
さらに、ワーク台装置3は90度旋回移動し、ワーク4は第三の工具台19と対向し1個の工具主軸20に取り付けられた工具によりスクロール形状に仕上げ加工される。
【0037】
加工が終了するとワーク台装置3は90度旋回移動し、ワーク4は自動搬入搬出装置により搬出される。各工具台9,14,19は、対面するワーク台3にワーク4が存在する場合には加工を開始するようにプログラムされており、各加工工程は同時に進行する。
【0038】
上記第一,第二,第三の各工具台9,14,19は、それぞれ独立の制御装置により独立の加工プログラムに基づいてそれぞれの移動軸の制御が行われる。また、各制御装置は加工開始の指令や加工プログラムの選択等をメインコンピュータにより制御されている。
【0039】
本装置の加工工程の例を図8ないし図11を参照して説明する。
図8は、本発明の一実施形態に係るスクロール部品の製造方法の加工工程を示すフローチャート、図9は、本発明の一実施形態に係るスクロール形状加工装置によるスクロール形状の荒加工を示す説明図で、(a)は斜視図、(b)は加工部を示す拡大図、図10は、本発明の一実施形態に係るスクロール形状加工装置によるスクロール部品の穴加工を示す説明図で、(a)は斜視図、(b)は加工部を示す断面図、図11は、本発明の一実施形態に係るスクロール形状加工装置によるスクロール形状の仕上げ加工を示す説明図で、(a)は斜視図、(b)は加工部を示す拡大図である。
【0040】
図8に示すように本実施形態における加工工程は、上記のスクロール形状加工装置にワークを搬入して、スクロール形状の荒加工23、性能確保上必要な穴加工24、スクロール形状の仕上げ加工25の順に加工を行ってのち、ワークを搬出するものである。また、図示しないが、他の例としては、スクロール形状の荒加工23、スクロール形状の中仕上げ加工、スクロール形状の仕上げ加工25の三段階に加工を行うものである。以下は図8に示した加工工程に基づき説明する。
【0041】
各加工工程はワーク台装置が旋回するごとに独立に行われることから、サイクルタイムは加工時間が最も長い工程により決定する。このため、各加工工程の加工時間はほぼ同一で、加工ラインのサイクルタイム内にあるのが望ましい。
はじめにスクロール形状の荒加工23の加工法の具体的内容を図9を参照して説明する。
荒加工では、工具26によるワーク27の取り代が1〜2mmと大きいので、工具送り速度を高速化すると工具への負荷が大きくなり、びびり振動が発生したり、工具が折損するなどの不具合が生じる。このため、本実施形態では加工時間の短縮を図るために以下の手段を用いる。
【0042】
その手段の一つは図9(a)に示すように、ワーク台装置3の把持チャック5に保持された複数のワーク4を、工具台9に取り付けたワークと同数の工具主軸10に取り付けた工具26により同時に加工するものである。図9では3個のワークを3個の工具主軸10に取り付けられた工具26により加工する例を示している。複数の工具主軸を一つの移動テーブルにより移動させることから、加工装置の価格を高くすることなく加工能率を上げることができる。
また、もう一つの手段は、図9(b)に示すように、ワーク4のラップ27の溝の両側を工具26で同時に加工する方法である。
【0043】
ラップ27の溝は両側を同時に加工する両側加工方法と片側のみ加工する片側加工方法とがあり、前者の両側加工方法は工具に加わる負荷が大きく加工精度が悪くなるが、工具が移動する距離が短く加工時間も短くなる。一方、片側加工方法では、加工精度は良好であるが、工具が移動する距離が長く加工時間が長いという特徴をもつ。
図9(a)に示す加工手段または、図9(a)に示す加工手段と図9(b)に示す加工手段の組合せにより荒加工の加工時間は、従来のマシニングセンタによる加工に比べ約1/6に短縮できる。
【0044】
次に、穴加工24(図8参照)の加工法の具体的内容を図10(a),(b)を参照して説明する。
本実施形態における穴加工はワーク4の中心部にざぐり穴28を加工するものである。第二の工具台14の工具主軸15は1つで、ワーク台装置3に取り付けられた複数のワーク4のざぐり穴28を1個づつ順番に加工する。
【0045】
次に、スクロール形状の仕上げ加工25(図8参照)の加工法の具体的内容を図11(a),(b)を参照して説明する。
本実施形態における仕上げ加工では取り代が0.05〜0.1mmと小さいため、工具26への負荷が小さく、工具送り速度を高速化することが可能である。このため、加工法は図11(b)に示すように、加工精度を良好にできる片側加工方法を用いる。また、高速加工が可能なことから、加工時間はワーク台装置3に取り付けられた複数のワーク4を、第三の工具台19の工具主軸20の一つの工具26により順番に加工しても、荒加工23と同等時間で仕上げ加工できる。
スクロール形状の高精度加工方法については後述する。
【0046】
〔実施の形態 2〕
次に、本発明のスクロール部品の製造方法を実施するスクロール形状の加工装置の第二の実施形態の構成を図12および図13を参照して説明する。
図12は、本発明の第二の実施の形態を示すスクロール形状加工装置の外観斜視図、図13は、図12のスクロール形状加工装置を上部から見た外観平面図である。図12,13中、図1,2と同一符号のものは第一の実施形態と同等構成のものを示す。
第一の実施形態と第二の実施形態との違いは、ワーク台装置と工具台の数の違いであり、ワーク台装置そのものの構造はほぼ同一である。
【0047】
図12,13において、1Aはスクロール形状加工装置の加工装置本体、1cは本体ベッド、2Aは、本体ベッド1cのほぼ中心部に設置された旋回装置である。また、9,14は、ワーク台装置3の二面に対向するように設置した第一,第二の工具台である。
第一の工具台9は、X軸スライドテーブル6上に切り込み方向であるZ軸スライドテーブル7が設置され、さらにその上部に治具を介して上下方向であるY軸スライドテーブル8が設置される構造である。この工具台9には、工具を取り付けて回転可能な工具主軸10が複数(図では3個)設置されている。
【0048】
同様に、第二の工具台14は、X軸スライドテーブル11上にZ軸スライドテーブル12が設置され、さらにその上部に治具を介してY軸スライドテーブル13が設置されている。第二の工具台14には工具主軸15が1本取り付けられている。
本装置を上部から見た図13から各ワーク台装置と工具台の位置が明らかである。本体ベツド1cは略Y型の形状をしており、そのほぼ中心部に旋回装置2Aが設置されている。
【0049】
旋回装置2Aは、該装置中心に対して周方向を3等分する独立した3台のワーク台装置3を有するものである。
ワーク台装置3の独立構成、旋回装置2Aの旋回駆動部、パレットハンガー、旋回クランプ装置、クランプアーム、位置決め手段等の第二の実施形態における構成は、第一の実施形態で説明したものに準じるので、図示説明を省略する。
【0050】
図12,13に示す第二の実施形態におけるスクロール形状の加工方法を説明する。
ワーク4は、矢印22で示す方向から自動搬入搬出装置(図示せず)により搬入され、複数個(本実施形態では3個)のワーク4が、複数個(本実施形態では3個)のワーク保持装置の把持チャック5に把持されワーク台装置3に取り付けられる。ワーク4を搭載したワーク台装置3は120度旋回移動して、第一の工具台9と対向する位置に位置決めされる。工具台9に対向したワーク4は複数個(本実施形態では3個)の工具主軸10に取り付けられた工具によりスクロール形状に荒加工される。
【0051】
荒加工が完了するとワーク台装置3はさらに120度旋回移動し、ワーク4は第二の工具台14と対向する。ここで、1個の工具主軸15に取り付けられた工具によりスクロール形状に仕上げ加工される。
加工が終了するとワーク台装置3は120度旋回移動し、ワーク4は自動搬入搬出装置により搬出される。
【0052】
図14は、本発明の第二の実施形態に係るスクロール部品の加工工程を示すフローチャートである。図14は、先の図8のフローチャートに示した実施工程の内、穴加工が必要のないワーク、もしくは穴加工工程が別工程で実施されるワークを対象とする。つまり、スクロール形状加工装置にワークを搬入して、スクロール形状の荒加工23、スクロール形状の仕上げ加工25の順に加工を行ったのち、ワークを搬出するものである。具体的な加工工程は第一の実施形態と同様であるから、その説明を省略する。
【0053】
〔実施の形態 3〕
最後に、スクロール形状の高精度加工方法について説明する。
インボリュート曲線の位置精度は、仕上げ加工において以下の方法により高精度化する。インボリュート曲線の位置精度は、ワークの外周円の中心座標とインボリュート曲線の基礎円の中心位置とのずれ量と、インボリュート曲線の基礎円中心に対する回転方向のずれ量との2つが合成されたものである。
【0054】
はじめに、ワークの外周円の中心座標とインボリュート曲線の基礎円の中心位置とのずれ量の高精度化について述べる。
ワーク保持装置によりワーク台装置に取り付けられる複数のワークは各ワーク台装置のワーク保持装置位置の微小なばらつきのため、ワークの外周円の中心位置とインボリュート曲線の基礎円中心位置の間に誤差が生じる。この誤差を低減するために、数値制御装置に予め各ワーク保持装置ごとの外周円中心位置を記憶させておき、ワーク台装置が仕上げ加工用工具台に対向する位置に旋回割り出しされた際、各ワーク台装置の各ワーク保持装置に対応して、数値制御装置の中心座標を修正し、インボリュート形状を加工し、上記誤差を低減する。
【0055】
次に、インボリュート曲線の基礎円中心に対する回転方向のずれ量の高精度化について述べる。
各ワーク台装置のワーク保持装置は、ワーク保持時にインボリュート曲線の基礎円中心を中心として理想形状に対して回転方向に誤差を持つ。これは、各ワーク保持装置のワークの角度方向の位置決めの役割をするピンの位置が、各ワーク保持装置ごとに位置誤差を持っているためである。このため、ワークは各ワーク保持装置ごとに回転方向に角度ばらつきを持っている。そこで、数値制御装置に予め各ワーク保持装置の回転方向誤差を記憶させておき、ワーク台装置が回転割り出しされた際、各ワーク台装置の各ワーク保持装置に対応して加工プログラムを座標回転変換し、新たな加工プログラムを作成してインボリュート形状を加工する。これによりインボリュート形状の角度誤差を小さくできる。
【0056】
次に、半径減少誤差と呼ばれる工具軌跡誤差の低減による高精度加工方法について説明する。
図15は、数値制御装置のサーボの追従遅れによる半径減少誤差を示す説明図、図16は、インボリュート曲線を示す説明図である。
直交2軸の加工装置によりスクロール形状を高速に加工すると、数値制御装置のサーボの追従遅れによって半径減少誤差と呼ばれる工具軌跡誤差が発生し、ラップの形状を高精度に加工できない問題がある。
【0057】
図15には、直交X,Y2軸の加工装置において、半径Rの円弧指令を与えた際の応答結果と半径減少誤差ΔRを示す。円弧位置指令形状の半径Rに比べ実移動軌跡の半径は数値制御装置のサーボの追従遅れによって小さくなる。この半径減少誤差は工具の送り速度FとポジションループゲインKpにより(数1)のように近似的に表わすことができる。
【数1】
【0058】
半径減少誤差ΔRとインボリュート曲線との関係を図16を用いて説明する。
インボリュート曲線の曲率半径Rは、基礎円半径aと伸開角θにより(数2)のように表せる。
【数2】
【0059】
(数1)と(数2)から伸開角θでの加工装置の半径減少誤差ΔRは(数3)のように表すことができる。
【数3】
この(数3)で求められる各伸開角ごとの半径減少誤差ΔRをあらかじめ計算し、数値制御プログラムの加工軌跡を補正することにより、半径減少誤差は補正可能であり、直交2軸の加工装置においてもスクロール形状を高精度に加工することが可能となる。
【0060】
また、加工面粗さを向上させるためには以下の方法を取る。仕上げ加工工程に荒加工工程で発生する切削振動が伝達すると、加工面粗さが悪化する。そこで、ワーク台装置は一面ごとに独立した構成とする。これによって、荒加工と仕上げ加工とを同時に行うに際し、仕上げ加工工程に荒加工工程で発生する切削振動が伝達しないようにして加工面粗さを向上させることのできる。
【0061】
上記構成により加工精度を向上でき、直交2軸の加工装置においても、従来のインボリュート形状の専用加工装置と同様の加工精度を確保できる。
以上のことから、本発明のスクロール形状加工装置は、スクロール部品を高精度,高能率でさらに安価に製造することができる。
【0062】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ラップ部分が主にインボリュート曲線で形成されるスクロール部品を1台の加工装置にて荒加工と仕上げ加工、さらに穴加工とを高精度,高能率に実施でき、加工ラインの設備費を低減できるスクロール形状の加工装置および加工方法を提供することができる。
【0063】
また、本発明によれば、直交して移動するスライドテーブルを制御することにより工具位置を制御し、インボリュート曲線を加工する方式を採用し、従来の専用機で採用されている直動テーブルとロータリテーブルとによる加工方式に比べ、制御軸数を減らし、加工装置を低価格に製造できるスクロール形状の加工装置および加工方法を提供することができる。
【0064】
さらに、本発明によれば、複数台のワーク台装置で荒加工と仕上げ加工とを同時に行うに際し、仕上げ加工工程に荒加工工程で発生する切削振動が伝達しないようにして加工面粗さを向上させることのできるスクロール形状の加工装置および加工方法を提供することことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示すスクロール形状加工装置の外観斜視図である。
【図2】図1のスクロール形状加工装置を上部から見た外観平面図である。
【図3】本発明の一実施形態に係るスクロール形状加工装置の独立した1つのワーク台装置の構造を示すアンクランプ時の説明図で、(a)は正面図、(b)は側面図である。
【図4】図3のワーク台装置のクランプ時の説明図で、(a)は正面図、(b)は側面図である。
【図5】本発明の一実施形態に係るスクロール形状加工装置の旋回クランプ装置を上部から見た平面図である。
【図6】図5の装置のワーク台装置を上部から見た平面図である。
【図7】図3のワーク台装置の旋回クランプ装置の斜視図である。
【図8】本発明の一実施形態に係るスクロール部品の加工工程を示すフローチャートである。
【図9】本発明の一実施形態に係るスクロール形状加工装置によるスクロール形状の荒加工を示す説明図で、(a)は斜視図、(b)は加工部を示す拡大図である。
【図10】本発明の一実施形態に係るスクロール形状加工装置によるスクロール部品の穴加工を示す説明図で、(a)は斜視図、(b)は加工部を示す断面図である。
【図11】本発明の一実施形態に係るスクロール形状加工装置によるスクロール形状の仕上げ加工を示す説明図で、(a)は斜視図、(b)は加工部を示す拡大図である。
【図12】本発明の第二の実施の形態を示すスクロール形状加工装置の外観斜視図である。
【図13】図12のスクロール形状加工装置を上部から見た外観平面図である。
【図14】本発明の第二の実施形態に係るスクロール部品の加工工程を示すフローチャートである。
【図15】数値制御装置のサーボの追従遅れによる半径減少誤差を示す説明図である。
【図16】インボリュート曲線を示す説明図である。
【符号の説明】
1,1A…加工装置本体、1a,1c…本体ベッド、2,2A…旋回装置、3…ワーク台装置、4…ワーク、5…把持チャック、6,11,16…X軸スライドテーブル、7,12,17…Z軸スライドテーブル、8,13,18…Y軸スライドテーブル、9,14,19…工具台、10,15,20…工具主軸、26…工具、27…ラップ、28…ざぐり穴、29…旋回クランプ装置、30…クランプアーム、31…ロケートピン、32…基準パッド、33…油圧装置、34…パレットハンガー。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a scroll-shaped processing device and Manufacture of scroll-shaped parts The present invention relates to a method, in particular, for cutting or grinding a scroll scroll and a fixed scroll having a spiral wrap mainly formed by an involute curve in a scroll compressor used for refrigeration equipment or the like with high accuracy and high efficiency. Scroll-shaped processing device and Manufacture of scroll-shaped parts It is about the method.
[0002]
[Prior art]
The structure of the scroll compressor is, for example, as described in JP-A-1-262302, orbiting scroll and stationary comprising a disc-shaped end plate and a spiral wrap standing upright on one surface of the end plate The scroll has a scroll, the laps of both scrolls mesh with each other, the orbiting scroll is driven to revolve with respect to the fixed scroll, and the refrigerant and the like are compressed in a compression chamber formed between the wraps.
[0003]
When the shape accuracy of the lap part of this scroll compressor is poor, the formation of the compression chamber becomes incomplete during operation, and the desired compressor performance cannot be obtained. For this reason, in the processing of the lapping part, a dedicated processing device having high motion accuracy is generally used. For example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-57856, a dedicated processing apparatus includes a moving table that moves linearly, a tool table that is loaded on the moving table, and a rotary shaft that is supported by the tool table. A tool attached to the tip of the rotating shaft, that is, an end mill or a grinding wheel, and a rotary table arranged to face the tool and rotating while supporting a scroll component.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, in the processing of scroll parts, the processing time difference between roughing and finishing is as large as about 6 times, so after roughing the cast or forged material with a general-purpose machining center, it is finished with the above-mentioned machine exclusively for scroll shape processing. It was processed. This is because rough machining with a scroll shape requires a large machining allowance and cannot increase the feed rate of the tool, so the machining time becomes longer, whereas in finishing, the machining allowance is small and high-speed machining is possible. This is because if the processes are integrated into one processing apparatus, a problem that the cycle time of the processing line becomes long occurs.
[0005]
For this reason, conventionally, in rough machining with a long cycle time, a plurality of general-purpose machining centers are arranged on the machining line for one finishing machine to balance the cycle time with the finishing process.
From the above, in the processing of scroll parts, the roughing time is reduced to the same level as the finishing time, and the roughing and finishing are carried out with a single processing device, thereby reducing the equipment cost in the processing line. This was an important issue.
[0006]
Conventionally, the scroll shape has been processed by two-axis control using a rotary table and a linear motion table. This is because if the scroll shape is processed by a two-axis slide table that moves orthogonally, the center of the scroll shape is caused by the follow-up delay of the servo of the numerical control device, as described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-41845. This is because the error in the movement trajectory of the machining tool becomes large at the portion, and the involute shape cannot be machined with high accuracy and high efficiency.
[0007]
For this reason, a dedicated processing device having a rotary table and a linear motion table requires a work table device that rotatably supports the workpiece, which causes the processing device to be expensive.
Finishing with a processing device having a biaxial slide table that moves the scroll shape orthogonally has been an important issue for reducing the cost of the scroll processing device.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to perform rough machining on a scroll component in which a lap portion is mainly formed by an involute curve with a single machining apparatus. It is an object of the present invention to provide a scroll-shaped processing apparatus and a processing method capable of performing finishing processing and further hole processing with high accuracy and high efficiency, and reducing the equipment cost of a processing line.
[0009]
Another object of the present invention is to adopt a method in which a tool position is controlled by controlling a slide table that moves in an orthogonal direction to process an involute curve, and is used in a conventional dedicated machine. It is an object to provide a scroll-shaped processing apparatus and a processing method capable of reducing the number of control axes and manufacturing a processing apparatus at a low price as compared with a processing method using a rotary table.
[0010]
Still another object of the present invention is to reduce the surface roughness by preventing the cutting vibration generated in the roughing process from being transmitted to the finishing process when performing roughing and finishing simultaneously with a plurality of work table devices. It is an object to provide a scroll-shaped processing apparatus and processing method that can be improved.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the configuration of the scroll-shaped processing apparatus according to the present invention is to process a scroll-shaped work having a spiral wrap standing upright on the end plate, and to support the work And a turning device for turning the work table device, a mechanism for attaching and detaching the work to and from the work table device, and a tool table having a tool spindle that rotatably supports the processing tool on a main body bed. In this processing apparatus, at least three of the work table devices are on the main body bed, and each work table device is structured to be separated from the main body bed. The workpiece table device includes at least two workpiece holding devices, and is capable of detachably holding the workpiece. A mechanism for allowing the work holding device to grip the scroll-shaped work so that one of the plurality of work table devices is opposed to the work loading / unloading means and the work directions are substantially the same. A scroll wrap of a plurality of workpieces on the work table device by a swiveling device that rotates the work table device and positions the work table device so as to face each tool table, and a tool spindle to which at least two machining tools are attached. And at least one tool table capable of machining scroll laps of a plurality of workpieces on the workpiece table device one by one by means of at least one tool table capable of simultaneously machining a plurality of workpieces on the workpiece table device. It consists of
[0012]
Here, as a means for positioning the work table device so as to face each tool table, each work table device is independently incorporated into the lower part of the work table device so as to be able to contact and separate, and the work table device is directly attached to the main body bed. Means for abutting and clamping are provided.
[0013]
More specifically, the turning device for turning and positioning the work table device includes a rotation drive unit, a hanger provided from the rotation drive unit, a clamping means for guiding, turning and positioning the work table device, and each work table device. And a means for positioning so as to correctly face each tool table when the tool is turned.
The work table device provided with the work holding device is one in which one work table device is opposed to the workpiece loading / unloading means when other work table devices are opposed to the respective tool tables. It is.
Further, at least one of the tool tables installed so as to face the workpiece table device is provided with a plurality of tool spindles.
[0014]
In order to achieve the above object, the configuration of the scroll-shaped machining method according to the present invention is a method of machining a scroll-shaped workpiece having a spiral wrap standing upright on the end plate, and a workpiece that supports the workpiece. A base device, a turning device for turning the work table device, a mechanism for attaching and detaching the workpiece to the work table device, and a tool table including a tool spindle for rotatably supporting a processing tool are provided on the main body bed. Using a scroll-shaped processing device, there are at least three work table devices on the main body bed, and each work table device is separated from the main body bed, and pivots and moves almost simultaneously on the main body bed. The workpiece table device is configured to be positioned so as to face the tool table, and the workpiece table device includes at least two workpiece holding devices to detachably hold the workpiece. With the apparatus configured to be able to hold one of the plurality of work table devices facing the work loading / unloading means, the work holding device holds the scroll-shaped work so that the directions of the work are substantially the same. Scrolling a plurality of workpieces on the workpiece table device by a step of rotating the workpiece table device and positioning the workpiece table device so as to face each tool table, and a tool spindle to which at least two machining tools are attached. It includes at least a step of machining a lap simultaneously and a step of machining a scroll lap of a plurality of workpieces on the workpiece table device one by one with a tool spindle to which one machining tool is attached.
[0015]
More specifically, when machining the scroll shape one by one with one tool spindle, each piece of a plurality of workpieces attached to the workpiece table device by the workpiece holding device.
Coordinate data for correcting the deviation of the coordinate position of the scroll shape is stored in advance in the numerical control device, and the coordinate center of the numerical control program is determined by the coordinate data corresponding to each work holding device of each work base device. Is modified to process the scroll shape.
[0016]
Also, angle data for correcting the deviation of the starting angular position of each of the scroll shapes of a plurality of workpieces attached to the workpiece table device by the workpiece holding device when processing the scroll shapes one by one with one spindle. Is stored in advance in the numerical control device, and the scroll shape is processed by rotating the numerical control program according to the angle data in accordance with the angle data corresponding to each work holding device of each work table device.
[0017]
Furthermore, it is a machining method for machining with a tool table provided with a slide table that linearly moves the scroll shape orthogonally, and is numerically controlled with a relationship that is at least inversely proportional to the radius of curvature of the scroll lap and a value that is proportional to the square of the tool feed speed. Calculate the radius of curvature reduction error from the programmed normal control locus generated in the device in advance, find the radius of curvature reduction error, and correct the locus of the numerical control program and the tool feed rate to tend to reduce the error It is intended to be processed.
[0018]
In addition, the scroll-shaped processing device of the present invention has a spiral wrap that stands upright on the end plate, and in processing of a scroll part in which the wrap portion is formed by an involute curve, a single processing device can be used. Processing and finishing are performed.
More specifically, in rough machining where the machining allowance is large and the feed rate of the tool cannot be increased, the machining time per piece is shortened by machining a plurality of workpieces attached to the workpiece table simultaneously with a plurality of tool spindles. In finishing, high-speed machining is performed with one tool spindle to ensure machining accuracy.
[0019]
Further, in the finishing process, a conventional processing apparatus is attached to a moving table that moves linearly, a tool table loaded on the moving table, a rotating shaft supported by the tool table, and a tip of the rotating shaft. In the processing apparatus of the present invention, a tool table provided with a slide table that moves orthogonally is configured by a rotary table that is disposed so as to face the tool and rotates while supporting a scroll component. And a function of correcting the curvature radius reduction error of the involute curve so that the involute shape can be processed with high accuracy by the rotating shaft supported by the tool table and the tool attached to the tip of the rotating shaft. Was added. Thereby, since the rotary table and the attached control system which the conventional processing apparatus had were not required, the cost reduction of a processing apparatus is realizable.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
[Embodiment 1]
First, the configuration of a scroll-shaped machining apparatus that implements the method of manufacturing a scroll component according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is an external perspective view of a scroll shape processing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an external plan view of the scroll shape processing apparatus of FIG.
[0021]
In FIG. Do This is a swivel device installed substantially at the center of 1a. Four
[0022]
In FIG. 1,
[0023]
In FIG. 1,
The
[0024]
Similarly, as for the
The position of each tool stand is clear from FIG. The
[0025]
The
FIG. 3 is an explanatory view at the time of unclamping showing the structure of one independent work table device of the scroll shape processing apparatus according to one embodiment of the present invention, (a) is a front view, (b) is a side view, 4A and 4B are explanatory views at the time of clamping of the work table device of FIG. 3, wherein FIG. 4A is a front view, FIG. 5B is a side view, and FIG. 5 is a turning of the scroll shape processing apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 is a plan view of the work table device of the apparatus of FIG. 5 as viewed from above, and FIG. 7 is a perspective view of the turning clamp device of the work table device of FIG.
[0026]
3 and 4, 1b is a circumferential groove formed in the
[0027]
By the way, the indexing rotary table in the conventional processing apparatus is, for example, a four-surface processing station (work table apparatus) at equal intervals in the circumferential direction as disclosed in the composite processing apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-265249. Is equivalent to an integrated structure via a support, and is structured to rotate by meshing the internal and external teeth of the index drive means.
[0028]
On the other hand, the
That is, the
[0029]
The four independent
FIG. 3 shows a state in which the
[0030]
FIG. 4 shows a state where the
[0031]
Next, FIG. 5 is a plan view of the turning
[0032]
FIG. 6 is a plan view of the
The four
[0033]
Further, FIG. 7 shows the appearance of the turning
[0034]
As described above, the
The means for realizing the independent configuration of the work table device is not limited to the present embodiment shown in FIGS. 3 to 7 and does not prevent the adoption of other shapes and structures capable of realizing the same function.
[0035]
Next, the manufacturing method of the scroll components using the scroll shape processing apparatus of this embodiment is demonstrated.
As shown in FIG. 1, the
[0036]
When the roughing is completed, the
Further, the
[0037]
When the machining is completed, the
[0038]
Each of the first, second, and third tool stands 9, 14, and 19 is controlled by the independent control device based on the independent machining program. In addition, each control device is controlled by the main computer in order to start processing, select a processing program, and the like.
[0039]
An example of the processing steps of this apparatus will be described with reference to FIGS.
FIG. 8 is a flowchart showing a processing step of a method for manufacturing a scroll component according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is an explanatory diagram showing rough processing of the scroll shape by the scroll shape processing apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 10A is a perspective view, FIG. 10B is an enlarged view showing a processing portion, and FIG. 10 is an explanatory view showing drilling of a scroll part by a scroll shape processing apparatus according to an embodiment of the present invention. ) Is a perspective view, FIG. 11B is a cross-sectional view showing a processing portion, FIG. 11 is an explanatory view showing a finishing process of a scroll shape by a scroll shape processing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. (B) is an enlarged view showing a processing part.
[0040]
As shown in FIG. 8, the machining process in the present embodiment is carried out by bringing the workpiece into the scroll shape machining apparatus described above, and performing the
[0041]
Since each machining process is performed independently each time the work table device is turned, the cycle time is determined by the process having the longest machining time. For this reason, it is desirable that the processing time of each processing step is substantially the same and within the cycle time of the processing line.
First, the specific content of the processing method of the scroll-shaped
In rough machining, the machining allowance of the
[0042]
As one of the means, as shown in FIG. 9A, a plurality of
Another means is a method of simultaneously machining both sides of the groove of the
[0043]
The groove of the
The machining time shown in FIG. 9A or the combination of the machining means shown in FIG. 9A and the machining means shown in FIG. 6 can be shortened.
[0044]
Next, the specific content of the processing method of the hole processing 24 (see FIG. 8) will be described with reference to FIGS. 10 (a) and 10 (b).
The hole machining in this embodiment is for machining a
[0045]
Next, the concrete content of the processing method of the scroll-shaped finishing process 25 (refer FIG. 8) is demonstrated with reference to FIG. 11 (a), (b).
In the finishing process in this embodiment, since the machining allowance is as small as 0.05 to 0.1 mm, the load on the
The scroll-shaped high-precision machining method will be described later.
[0046]
[Embodiment 2]
Next, the configuration of the second embodiment of the scroll-shaped processing apparatus for carrying out the scroll component manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIGS.
12 is an external perspective view of the scroll shape processing apparatus showing the second embodiment of the present invention, and FIG. 13 is an external plan view of the scroll shape processing apparatus of FIG. 12 as viewed from above. 12 and 13, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 indicate the same configurations as those in the first embodiment.
The difference between the first embodiment and the second embodiment is the difference in the number of work table devices and tool tables, and the structure of the work table device itself is substantially the same.
[0047]
12 and 13,
The
[0048]
Similarly, as for the
The position of each work table device and tool table is clear from FIG. The main body bed 1c has a substantially Y-shape, and the
[0049]
The
The configuration in the second embodiment such as the independent configuration of the
[0050]
A scroll-shaped machining method in the second embodiment shown in FIGS.
The
[0051]
When the roughing is completed, the
When the machining is completed, the
[0052]
FIG. 14 is a flowchart showing the processing steps of the scroll component according to the second embodiment of the present invention. FIG. 14 is intended for a workpiece that does not require drilling, or a workpiece in which the drilling process is performed in a separate process, among the implementation processes shown in the flowchart of FIG. That is, the work is carried into the scroll shape machining apparatus, and after the machining is performed in the order of the scroll-shaped
[0053]
[Embodiment 3]
Finally, a scroll-shaped high-accuracy machining method will be described.
The position accuracy of the involute curve is improved by the following method in finishing. The position accuracy of the involute curve is a combination of the deviation between the center coordinate of the outer circumference of the workpiece and the center position of the foundation circle of the involute curve and the deviation in the rotational direction of the involute curve with respect to the center of the foundation circle. is there.
[0054]
First, we will describe how to improve the accuracy of the deviation between the center coordinates of the outer circumference of the workpiece and the center position of the basic circle of the involute curve.
The multiple workpieces that are attached to the workpiece table device by the workpiece holding device have slight variations in the workpiece holding device position of each workpiece table device, so there is an error between the center position of the outer circumference of the workpiece and the center position of the basic circle of the involute curve. Arise. In order to reduce this error, the numerical control device stores in advance the center position of the outer circumference circle for each workpiece holding device, and when the workpiece table device is pivotally indexed to the position facing the finishing tool table, Corresponding to each work holding device of the work table device, the center coordinate of the numerical control device is corrected, the involute shape is processed, and the above error is reduced.
[0055]
Next, a description will be given of increasing the accuracy of the amount of deviation in the rotational direction with respect to the center of the basic circle of the involute curve.
The workpiece holding device of each workpiece table device has an error in the rotation direction with respect to the ideal shape around the center of the basic circle of the involute curve when holding the workpiece. This is because the position of the pin that serves to position the workpiece in the angular direction of each workpiece holding device has a position error for each workpiece holding device. For this reason, the work has an angular variation in the rotation direction for each work holding device. Therefore, the rotation direction error of each work holding device is stored in advance in the numerical control device, and when the work table device is indexed for rotation, the machining program is converted to coordinate rotation corresponding to each work holding device of each work table device. Then, create a new machining program to machine the involute shape. Thereby, the angle error of the involute shape can be reduced.
[0056]
Next, a highly accurate machining method by reducing a tool path error called a radius reduction error will be described.
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a radius reduction error due to servo tracking delay of the numerical controller, and FIG. 16 is an explanatory diagram showing an involute curve.
When the scroll shape is processed at high speed by the orthogonal two-axis processing device, there is a problem that a tool trajectory error called a radius reduction error is generated due to the servo tracking delay of the numerical control device, and the lap shape cannot be processed with high accuracy.
[0057]
FIG. 15 shows a response result and a radius reduction error ΔR when a circular arc command with a radius R is given in an orthogonal X and Y 2-axis machining apparatus. Compared to the radius R of the arc position command shape, the radius of the actual movement locus becomes smaller due to the tracking delay of the servo of the numerical controller. This radius reduction error can be approximately expressed as (Equation 1) by the tool feed speed F and the position loop gain Kp.
[Expression 1]
[0058]
The relationship between the radius reduction error ΔR and the involute curve will be described with reference to FIG.
The radius of curvature R of the involute curve can be expressed as (Formula 2) by the basic circle radius a and the expansion angle θ.
[Expression 2]
[0059]
From (Equation 1) and (Equation 2), the radius reduction error ΔR of the processing apparatus at the expansion angle θ can be expressed as (Equation 3).
[Equation 3]
By calculating in advance the radius reduction error ΔR for each expansion angle obtained by this (Equation 3) and correcting the machining locus of the numerical control program, the radius reduction error can be corrected, and the orthogonal biaxial machining apparatus The scroll shape can be processed with high accuracy.
[0060]
In addition, the following method is taken to improve the processed surface roughness. When the cutting vibration generated in the roughing process is transmitted to the finishing process, the machined surface roughness deteriorates. Therefore, the work table device has an independent structure for each surface. Thereby, when performing roughing and finishing simultaneously, the machining surface roughness can be improved by preventing the cutting vibration generated in the roughing process from being transmitted to the finishing process.
[0061]
With the above configuration, the machining accuracy can be improved, and the machining accuracy with the orthogonal two-axis machining device can be ensured as in the conventional involute dedicated machining device.
From the above, the scroll shape processing apparatus of the present invention can manufacture scroll parts with high accuracy and high efficiency at a lower cost.
[0062]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, a scroll part whose lap portion is mainly formed by an involute curve is subjected to roughing and finishing with a single processing device, and further, high-precision, high-precision drilling. It is possible to provide a scroll-shaped processing apparatus and processing method that can be efficiently implemented and that can reduce the equipment cost of the processing line.
[0063]
In addition, according to the present invention, a tool table is controlled by controlling a slide table that moves orthogonally, and a method for machining an involute curve is adopted. As compared with a processing method using a table, it is possible to provide a scroll-shaped processing device and a processing method capable of reducing the number of control axes and manufacturing a processing device at a low price.
[0064]
Furthermore, according to the present invention, when roughing and finishing are simultaneously performed by a plurality of work table devices, the machining surface roughness is improved by preventing the cutting vibration generated in the roughing process from being transmitted to the finishing process. It is possible to provide a scroll-shaped processing apparatus and processing method that can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external perspective view of a scroll shape processing apparatus showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an external plan view of the scroll shape processing apparatus of FIG. 1 as viewed from above.
FIGS. 3A and 3B are explanatory views at the time of unclamping showing the structure of one independent work table device of the scroll shape machining apparatus according to the embodiment of the present invention, wherein FIG. 3A is a front view and FIG. 3B is a side view; is there.
4A and 4B are explanatory views at the time of clamping of the work table device of FIG. 3, in which FIG. 4A is a front view, and FIG. 4B is a side view.
FIG. 5 is a plan view of the turning clamp device of the scroll shape machining apparatus according to the embodiment of the present invention as viewed from above.
6 is a plan view of the work table device of the apparatus of FIG. 5 as viewed from above.
7 is a perspective view of a turning clamp device of the work table device of FIG. 3. FIG.
FIG. 8 is a flowchart showing a process of processing a scroll component according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 9A and 9B are explanatory views showing rough machining of a scroll shape by the scroll shape machining apparatus according to the embodiment of the present invention, where FIG. 9A is a perspective view and FIG. 9B is an enlarged view showing a machining portion;
FIGS. 10A and 10B are explanatory views showing drilling of a scroll part by the scroll shape processing apparatus according to the embodiment of the present invention, wherein FIG. 10A is a perspective view and FIG. 10B is a cross-sectional view showing a processing portion;
FIGS. 11A and 11B are explanatory views showing scroll shape finishing by the scroll shape processing apparatus according to the embodiment of the present invention, where FIG. 11A is a perspective view and FIG. 11B is an enlarged view showing a processing portion;
FIG. 12 is an external perspective view of a scroll shape processing apparatus showing a second embodiment of the present invention.
13 is an external plan view of the scroll shape processing apparatus of FIG. 12 as viewed from above.
FIG. 14 is a flowchart showing a process of processing a scroll component according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a radius reduction error due to servo tracking delay of the numerical control device;
FIG. 16 is an explanatory diagram showing an involute curve.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
加工工具を回転可能に支持する工具主軸を備える複数の工具台と、
前記旋回装置及び前記複数の工具台を搭載する本体ベッドとを備えたスクロール形状の加工装置において、
前記旋回装置は、前記各ワーク台装置を前記本体ベッドから分離した状態で旋回移動して前記各工具台に対向して位置させる手段と、前記各ワーク台装置を前記各工具台に対向して位置させた状態で前記本体ベッドにクランプする手段とを備え、
前記複数の工具台のうち少なくとも1つの工具台は、少なくとも2本の加工工具が取付けられた工具主軸により、当該工具台に対向してクランプされた状態の前記ワーク台装置上の複数のワークのスクロールラップを同時に荒加工を行うように構成され、
前記複数の工具台のうち少なくとも他の1つの工具台は、前記荒加工と同時に、1本の加工工具が取付けられた工具主軸により、当該工具台に対向してクランプされた状態の前記ワーク台装置上の複数のワークのスクロールラップを1個毎に仕上げ加工行うように構成されていること、
を特徴とするスクロール形状の加工装置。A turning device for turning move the worktable device comprises a plurality independently detachably more support word click of the scroll-shaped having a spiral wrap upstanding on the end plate,
A plurality of tool stands having a tool spindle for rotatably supporting a processing tool;
In the processing apparatus of a scroll shape that includes a main body and Bed the pivoting device and mounting said plurality of tool post,
The pivoting device includes means for positioning to face the respective workpiece table device to the respective tool stand and pivotal movement in a state of being separated from the body base head, facing the respective workpiece table device to the respective tool post And means for clamping to the main body bed in a state of being positioned,
At least one tool stand among the plurality of tool post is a tool spindle which at least two machining tools are mounted, a plurality of on the worktable device clamped state opposite to the tool post workpiece It is configured to perform roughing on the scroll lap at the same time,
At least one other tool post of said plurality of tool post, the rough machining at the same time, by a single processing tool is a tool spindle mounted, the work in a state of being clamped by facing the tool post It is configured to finish the scroll lap of multiple workpieces on the platform device one by one ,
A scroll-shaped processing device characterized by the above.
を特徴とする請求項1記載のスクロール形状の加工装置。 Each of the tool stands is orthogonal to both the Z axis, which is a cutting direction along the tool spindle direction, the X axis which is orthogonal to the Z axis and which is horizontal, and the Z axis and the X axis. The tool spindle can be controlled in each of the three axis directions of the Y axis that moves the tool spindle in the vertical direction, and the scroll lap of the workpiece is configured to be processed by the two-axis control of the XY axis of the tool table ,
The scroll-shaped processing apparatus according to claim 1.
前記複数のワーク台装置の1台のワーク保持装置に前記ワークを把持させる工程と、
前記各ワーク台装置を旋回移動して各工具台に対向するように位置決めする工程と、
この位置決めされた状態で前記各ワーク台装置を前記本体ベッドにクランプする工程と、
前記各ワーク台装置が前記本体ベッドにクランプされた状態で、少なくとも2本の加工工具が取付けられた前記工具台により、前記ワーク台装置上の複数のワークのスクロールラップを同時に荒加工する工程と、
前記各ワーク台装置が前記本体ベッドにクランプされた状態で、1本の加工工具が取付けられた前記工具台により、前記ワーク台装置上の複数のワークのスクロールラップを1個毎に仕上げ加工する工程とを有すること、
を特徴とするスクロール形状の部品の製造方法。A turning device for turning move the worktable device comprises a plurality independently detachably more support word click of the scroll-shaped having a spiral wrap upstanding on the end plate, the tool spindle for rotatably supporting the machining tool in the method in which a plurality of tool post, with the pivoting device and the processing device scroll shape with a body bed for mounting the plurality of tool post, to produce parts of a scroll shape with a
A step of the work is a bunch lifting on one of the work holding device of said plurality of worktable device,
A step of positioning to face with pivotal movement of the respective worktable device each tool post,
A step of clamping each work table device to the main body bed in the positioned state;
A step of simultaneously roughing a scroll lap of a plurality of workpieces on the workpiece table device by the tool table to which at least two processing tools are attached in a state where each workpiece table device is clamped to the main body bed ; ,
With each of the work table devices clamped to the main body bed, the tool table to which one processing tool is attached finishes the scroll laps of a plurality of workpieces on the work table device one by one. Having a process,
A method of manufacturing a scroll-shaped part characterized by the above.
前記ワークのスクロールラップを荒加工または仕上げ加工する工程において、前記工具台のXY軸の2軸制御によって加工すること、
を特徴とする請求項3記載のスクロール形状の部品の製造方法。 Each of the tool stands is orthogonal to both the Z axis, which is a cutting direction along the tool spindle direction, the X axis which is orthogonal to the Z axis and which is horizontal, and the Z axis and the X axis. It can be controlled in each of the three axis directions of the Y axis that moves the tool spindle vertically .
In the step of roughing or finishing the scroll lap of the workpiece, machining by two-axis control of the XY axes of the tool table ,
The method for manufacturing a scroll-shaped part according to claim 3.
少なくともスクロールラップの曲率半径に反比例する関係と、工具送り速度の2乗に比例する関係に従って、数値制御装置においてプログラムした正規制御軌跡からの曲率半径の減少誤差をインボリュート曲線の伸開角に応じて予め計算し、前記曲率半径の減少誤差を求め、前記誤差を縮小する傾向に数値制御プログラムの軌跡と工具送り速度をインボリュート曲線の伸開角に応じて補正して、前記XY2軸を制御して加工すること、
を特徴とする請求項4記載のスクロール形状の部品の製造方法。 In the step of machining the scroll lap of the workpiece by the 2-axis control of the XY axes of the tool table ,
In accordance with the expansion angle of the involute curve, the decrease error of the curvature radius from the normal control trajectory programmed in the numerical control device is at least in accordance with the relationship inversely proportional to the radius of curvature of the scroll lap and the relationship proportional to the square of the tool feed speed. Calculate in advance, find the reduction error of the radius of curvature, correct the trajectory of the numerical control program and the tool feed speed according to the extension angle of the involute curve, and control the XY2 axes to reduce the error Processing,
The method of manufacturing a scroll-shaped part according to claim 4 .
旋回クランプ装置は、前記ワーク台装置と接離する車輪と、前記ワーク台装置をクランプするクランプアームと、前記クランプアームを上下動してアンクランプ、クランプを行う装置とを備え、The turning clamp device includes a wheel that contacts and separates from the work table device, a clamp arm that clamps the work table device, and a device that performs unclamping and clamping by moving the clamp arm up and down,
前記位置決めする手段は、旋回方向の位置決めをするロケートピンと、高さ方向の位置決めをする基準パッドとを備えたこと、The positioning means comprises a locating pin for positioning in the turning direction and a reference pad for positioning in the height direction;
を特徴とする請求項1記載のスクロール形状の加工装置。 The scroll-shaped processing apparatus according to claim 1.
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