JPH01222801A - 旋盤および旋盤による加工方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被加工物に対しで工具を移動させることによ
り加工を行う旋盤、および旋盤における工具台、並びに
旋盤による加工方法に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、従来の旋盤においては、回転する被加工物に対
し、工具を工具台に固定した状態でその刃先を上記被加
工物に当接させ、さらにこの工具を上記被加工物の回転
軸方向に移動させることにより加工を行うようにしてい
る。すなわち、上記工具の刃先については、加工中、常
に同じ部分が被加工物に当接する状態とな、っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

一般に、旋盤による加工では工具刃先の摩耗が著しく、
特に上記従来の旋盤のように常に工具刃先の同じ部分で
加工を行う場合には、時間に比例して摩耗輩が増大する
ため、工具寿命は非常に短いものとなる。特に、高硬度
の被加工物（例えば圧延ロール等）を加工する場合には
摩耗速度が大きく、このような工具の摩耗によって加工
精度が悪化することとなる。また、旋削の途中で工具を
交換しても、その交換部位で被加工物に継ぎ段差が生じ
るため、加工精度の悪化は避けられない。

そこで従来は、上記被加工物の加工を行う場合、荒加工
の段階においてのみ旋盤を用い、仕上げ加工の段階では
砥石等の研削工具によって研削を行うといった手６段が
採られている。しかし、この場合には、旋削用機械およ
び研削用機械の双方を用意しなければならないので、多
大な設備費が必要となり、コスト高となる欠点がある。

さらに、上記研削加工においては、旋盤による旋削加工
に比べ、−度に大きな切込み量を得ることができないの
で、何度も工具の往復移動を繰返しながら加工を行わ゛
なければならず、長い工程時間が必要となる。また、要
求される仕上げ面粗度や被加工物の材質によって逐次砥
石を交換しなければならず、しかも、このような研削用
の工具は比較的重量が大ぎく取扱いが不便であるため、
加工能率が悪い。さらに、多憬の研削液が必要であると
ともに、砥石粒粉末の清掃・処理も煩しく、設備管理が
大変である。

本発明は、このような事情に鑑み、旋削によるる工具の
摩耗看を削減することにより、加工能率および加工精度
の向上を図ることができる旋盤、その工具台、さらには
旋盤による加工方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、工具を支持する工具台と、被加工物を支持し
、回転させる被加工物回転駆動手段と、上記被加工物に
対して接離する方向および被加工物の回転軸方向に上記
工具台を相対移動させる送り手段とを備えた旋盤におい
て、上記工具の刃先を円弧状とし、この刃先形状の曲率
中心と略合致する点を中心に工具が回転可能となるよう
に上記工具台を構成するとともに、この工具を回転させ
る工具回転駆動手段を備えたものである。

そして、被加工物を回転させ、この被加工物に当接する
状態で、円弧状の刃先を有する工具をその刃先形状の曲
率中心と略合致する点を中心に回転させながら上記被加
工物に対してその回転軸方向に相対移動させるような加
工を行うことにより、優れた効果を得ることができる。

さらに、被加工物の全域に亘って工具台が送り移動を行
う間に工具刃先の全域が被加工物に当接するように工具
を回転させることがより好ましい。

（作　用〕 上記構成によれば、旋削中に工具が回転することにより
、その刃先において被加工物に当接する部分が変化する
ので、常に刃先の同じ部分が被加工物に当接する構造に
比べ、工具寿命は大幅に延長される。さらに、被加工物
の全域に亘って工具台が送り移動を行う間に工具刃先の
全域が被加工物に当接するようにすることにより、工具
刃先を全域に亘って均等に使用することができ、偏摩耗
を防止できる。

（実施例） 第１図は、本発明の一実施例における旋盤の全体構成を
示した図である。この旋盤は、略円筒状のワークピース
（被加工物）１の両端を支持する主軸台２および心押台
３を備えており、主軸台２は、上記ワークピース１を高
速回転駆動するためのメインモータを内蔵している。こ
の支持された状態にあるワークピース１の側方には、ワ
ークピース１の回転軸方向に移動可能に構成された往復
台４が設置されており、この往復台４上に、切削工具５
を支持する工具台６が設けられている。

この往復台４および工具台６の構造を、第２図〜第７図
に基づいて説明する。第２図に示されるように、往復台
４の下部には２個のボールスクリューナツト７が直列に
並べて固定されており、このボールスクリューナツト７
は、旋盤本体側に回転可能に支持されたボールスクリュ
ー８に螺合している。このボールスクリュー８は、減速
ギヤボックス９を介して、旋盤本体に設置された縦送り
駆動用モータ１０に連結されており、この縦送り駆動用
モータ１０によってボールスクリュー８が回転駆動され
ることにより、これに噛合するボールスクリューナツト
７と一体に往復台４が上記方向に往復駆動（縦送り）さ
れる。

上記工具台６の下部には、第３図にも示されるようなり
ロススライド１１が固定されており、このクロスズライ
ド１１が、水平でかつ上記ワークピース１に接離する方
向に案内されるように往復台４上に取付けられている。

このクロススライド１１の内部には、上記ボールスクリ
ューナツト７と同様のボールスクリューナツト１３が設
けられており、このボールスクリューナツト１３に螺合
するボールスクリュー１２が、往復台４内で水平に支持
された状態で、減速ギヤボックス１４を介して横送り駆
動用モータ（送り手段）１５に連結されている。そして
、この横送り駆動用モータ１５によって上記ボールスク
リュー１２が回転駆動されることにより、これに噛合す
るボールスクリューナツト１３と一体に工具台６が上記
方向に駆動（横送り）され、切削工具５がワークピース
１に対して接離するようになっている。なお、第６図に
おいて３３は、工具台６の横送り方向の変位を検出する
ためのリミットスイッチである。

第４図〜第７図にも示されるように、工具台６の本体に
はベアリング３５を介して旋回台１７が支持されている
。この旋回台１７は、旋回軸１６′を中心に、かつこの
旋回軸１６と一体に、旋回可能となっており、この旋回
台１７の上面に上記切削工具５が載置されている。

この切削工具５には、２か所に亘って貫通孔５ａ、５ｂ
が設けられており、この貫通孔５ａ、５ｂにボルト１８
が遊嵌状態で挿入され、かつ、こ、のボルト１８が旋回
台１７の上面に螺合固定されることにより、切削工具５
が、上記ワークピース１に対して接離する方向に若干移
動可能な状態で旋回台１７上に係止されている。さらに
、この旋回台１７上には、上記切削工具５に固定された
調整ボルト１９、これに螺合する２ｍのナツト２０、お
よび上記調整ボルト１９を支持する支持部材２１からな
る工具０出し装Ｍ２２が設けられており、上記調整ボル
ト１９を適宜回転させることにより、旋回台１７に対す
る切削工具５の相対位置を調節できるようになっている
。

上記切削工具５は、第７図に示されるように、曲率半径
ｒの円弧状の刃先を有し、後述のように、この刃先の曲
率中心と合致する点を中心に切削工具５が回転するよう
に、その取付位置が上記工具０出し装置１１２２によっ
て調節される。

上記旋回台１７の下方には、第５図に示されるように、
２枚のギヤ２３．２４が鉛直方向に並設されている。ギ
ヤ２３は、上記旋回軸１６の周面にキー２５を介して固
定されており、ギヤ２４は、上記ギヤ２３の外周面に嵌
合した状態で上記旋回軸１６の下面に直接固定されてい
る。

一方、工具台６の本体には、ボールスクリュー２６が回
転可能に支持されるとともに、これに噛合する２個のボ
ールスクリューナツト２７が直列に設けられ、このボー
ルスクリューナツト２７に、上記ギヤ２３．２４にそれ
ぞれ噛合するラック２８．２９が固定されている。上記
ボールスクリュー２６は、工具台６の側部に固定された
旋回駆動用モータ（工具回転駆動手段）３０に軸継手装
置３１を介して連結されている。

そして、この旋回駆動用モータ３０によるボールスクリ
ュー２６の回転駆動によって、これに噛合するボールス
クリューナツト２７、および２枚のラック２８．２９が
並進移動し、このラック２８．２９の移動により、これ
らに噛合するギヤ２３．２４、旋回軸１６、および旋回
台１７が一体に旋回駆動され、これによって切削工具５
がワークピース１に対して旋回するようになっている。

なお、図において３５は、旋回台１７の旋回の両限界位
置を検出するためのリミットスイッチである。

さらに、この実施例における旋盤には、第１図に示され
るように、所定の加工指令を入力するための操作１１３
６、およびコンピュータを備えた制御Ｉ盤３７が設けら
れている。この制御Ｗ３７には、上記主軸台２に設けら
れたワークピース１の回転検出器３８、上記リミットス
イッチ３３．３４をはじめとする各リミットスイッチ、
および上記操作部３６からの各信号が入力され、これら
の信号を受けたｌｔｉ制御盤３７からは、各モータに制
御信号が出力される。

次に、この旋盤によるワークピース１の加工方法を第８
図のフローチャートに基づいて説明する。

まず、加工を行うにあたり、その切削条件の設定を行う
（ステップＳ１）。ここでいう切削条件としては、切削
工具５の材質、その刃先の曲率半径ｒ１切切削度（ワー
クピース１と切削工具５の相対速度）υ、送り速度（ワ
ーク１回転あたりの縦送りｆｌ）ｆ、切削工具５の旋回
角速度β等が挙げられる。

刃先の曲率半径ｒおよび送り速度ｆについては、要求さ
れるワークピース１の面粗度Ｒｗａｘより決定すること
ができる。すなわち、これらの値には、Ｒｍａｘ−ｆ２
／　（８・ｒ＞　　　　　・・・■なる関係があること
が知られているので、この要求される面粗度Ｒｗａｘか
ら、上記曲率半径ｒおよび送り速１．ｆ　ｆを設定する
ことができる。この場合、刃先の曲率半径ｒを大きく設
定することにより、送り速［ｆも大きくすることができ
、これによって加工の高速化を図ることができるが、反
面、曲率半径ｒを大きくすると切削工具５の旋回半径も
大きく設定しなければならず、装置の大型化につながる
ため、両者のバランスを考慮して刃先の曲率半径を設定
することが望ましい。

また、切削速度ひについては、この切削速度υを上げる
ほど加工の高速化を図ることができる反面、工具寿命が
短縮することになるので、この切削速度ひも両者を考慮
して設定する必要がある。

さらに、切削工具５の旋回角速度（すなわち旋回台１７
の旋回角速度）βについては、加工を開始してから終了
するまでの間に、刃先の全域がワークピース１に接触す
るように設定する。すなわち、刃先円弧の中心角をθ、
加工に要する切削時間をｔとすると、上記角速度βは、 β−θ／ｌ　　　　　　　　　・・・■に設定する。な
お、この切削時間ｔは、ワークピース１の被加工域の全
長Ｌ１切切削度υ、および送り速度ｆから求められる。

以上の設定値は、ＮＣ旋盤の場合にはプログラムにイン
プットすればよく、それ以外の場合には速度調節ダ、イ
ヤル等によって、求めた値を手動で設定すればよい。

このようにして切削条件の設定を行った後、ワークピー
ス１を主軸台２と心神台３との間にセットするとともに
（ステップＳ２）、旋回台１７上に切削工具５を取付け
る（ステップＳ３　）。

この切削工具５の取付は、まず旋回台１７の所定位置に
切削工具５を戟資し、その貫通孔５ａ。

５ｂにボルト１８を挿入して旋回台１７に固定した後、
この切削工具５の尾端部に工具６出し装置２２の調整ボ
ルト１９を固定し、このボルト１９を回転させて切削工
具５をスライドさせることにより、その旋回中心の調節
を行う。ここでは、切削工具５の刃先形状の曲率中心と
、その旋回中心とが合致する（第７図では点Ｃ）ように
切削工具５の位置調節を行う。この位置調節については
、工具刃先にダイヤルインジケータ等の計測器を当接さ
せ、工具５をあらゆる方向に旋回させてもその刃先が半
径方向に変位しないような位置に調節することにより、
上記条件を満足させることができる。なお、加工前の往
復台４の待機位置を心神台３の近傍に設定している場合
には、第９図に示されるように、この心神台３の側面に
ダイヤルインジケータ３８を固定しておくことにより、
このダイヤルインジケータ３８を用いて切削工具５の心
出しを待機位置で行うことができるため、非常に合理的
なものとなる。

次に、縦送り駆動用モータ１０の作動によって切削工具
５を加工の開始点（第１図ではワークピースの右端部）
に接近させるとともに（ステップＳ４）、旋回台１７を
原点位置（第１図では時計回りの方向に最も旋回した位
置）に移動させ、この状態でメインモータを回してワー
クピース１を所定回転数（上記切削速度υに対応する回
転数）で回転駆動する（ステップ８５　）。そして、第
１図の右側の二点鎖線に示されるように工具刃先をワー
クピース１の被切削面に僅かに接触させ、この位置を縦
送り方向および横送り方向の原点として設定する（ステ
ップＳｓ）。

このようにして原点位置設定を行った後、切削工具５を
ワークピース１から僅かに離間させる。

そして、操作盤３６においてスイッチ操作を受けること
により、切削油やエア等の冷却手段を吐出しながら、切
削工具５を再度ワークピース１に当接させてワークピー
ス１の加工を開始する（ステップ８７）。

この加工は、往復台４を上記送り速度でで縦送りすると
同時に、旋回台１７を上記角速度βで旋回させることに
より行う（ステップＳｓ）。これによって、ワークピー
ス１に対しては、絶えず工具刃先の新しい部分が接触し
た状態で加工が行われ、しかも、往復台４が加工開始点
から終了点まで移動する間に工具刃先の全域がワークピ
ース１に当接することとなる。また、工具刃先の曲率中
心と同一の点を中心に切削工具５を旋回させているので
、切込み―が変化することもない。

このようにして切削加工を終了した後（ステップＳ９で
ＹＥＳ）　、縦送り駆動用モータ１０および横送り駆動
用モータ１５の駆動により切削工具を加工前の待機位置
に復帰させ（ステップ５１１１）、メインモータを停止
させた後（ステップ５１１）、ワークピース１を旋盤か
ら取外すことにより（ステップ５１２）、全加工工程を
終了する。

以上のように、この旋盤による加工では、切削工具５を
旋回させながら旋削を行うようにしているので、従来の
旋盤に比べ、次のような効果を得ることができる。

■加工中、切削工具５の旋回により常に新しい刃先が供
給されるので、刃先の同一部分によって切削が行われる
時間が短く、摩耗の度合は極めて低い。従って、工具寿
命を大幅に延ばすことができるとともに、切削精度の向
上を図ることができる。

■このように工具寿命が延長されることにより、切削速
度υを従来に比べて非常に大きく設定できるので、加工
時間が大幅に短縮され、これによって加工の高速化を図
ることができる。また、全加工工程中に工具を交換する
必要もなくなるので、加工能率はさらに向上し、しかも
交換による継ぎ段差が発生しない。

以上のようにこの旋盤によれば、工具寿命の延長によっ
て加工の高速化および高精度化を図ることができるので
、従来のような研削加工を用いなくても荒加工から仕上
げ加工まで一貫して旋削加工で行うことが可能となり、
これによって設備費を大幅に節減することができる。し
かも、旋削加工の場合、研削加工に比べ、■工具を交換
しなくても送り速度ｆの調節により任意の面粗度が得ら
れ、■工具が小型軽量で取扱いが容易で、かつ自動交換
や寿命終了後の工具再生も可能であり、■−度に大きな
切削間をとることができ、■多口の研削液や、加工後の
砥石粒粉末の清掃・処理が不必要である等の利点がある
ため、研削加工を省略できることは大きな意義を有する
。

さらに、上記のように、加工を終了するまでの間に工具
刃先の全域がワークピース１に接触するようにすれば、
工具刃先は均等に摩耗することになるため、切削工具５
の再使用が可能であり、また、再生時の工具研削も極め
て容易なものとなる。

なお、本発明は上記実施例に限るものではなく、次のよ
うな実施態様をとっても同様の効果を得ることができる
。

■上記実施例では、工具刃先を円弧状としているが、そ
の中心角の大小は問わず、例えば工具周囲の全域に亘っ
て円状に刃を設けるようにしてもよい。また、切削精度
が許容範囲内にあれば精密な円弧でなくともよい。

■上記実施例では、単一の切削工具５によって切削を行
うようにしているが、特に荒加工の場合には、従来のよ
うな小型の切削工具を周方向に並設したものにしてもよ
い。また、上記実施例と同様の工具５を複数個、工具台
６にターレット式に配置、あるいは周方向に並設して、
回転により工具を交換できるようにすれば、工具交換作
業をよりスムーズに行うことができる。さらに、従来の
工作機械と同様、ＡＴＣ（自動工員交換装＠）を備える
ことも可能である。

■上記実施例では、工具刃先の曲率中心と、旋回台１７
の旋回中心とを完全に一致させるようにしたが、工具刃
先の曲率中心を旋回台１７の旋回中心から漫かにずらせ
ば、ワークピース１の両端部から中央部に亘って漸次切
込み量を変化させることができ、中央部を僅かに脹らま
せるクラウン加工等の円弧加工を極めて容易に行うこと
が可能となる。

■上記実施例では、各軸における並進駆動および旋回駆
動を自動的に制御するようにしているが、これらをハン
ドル操作等によって手動で行うようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、工具の刃先を円弧状とし、この
工具が上記刃先形状の曲率中心と略合致する点を中心に
回転可能となるように工具台を構成するとともに、この
工具を回転させる工具回転駆動手段を備えたものであり
、回転する被加工物に対して上記工具を回転させながら
被加工物の回転軸方向に移動させることにより、従来に
比べて刃先摩耗が少なく、工具寿命の長い加工を行うこ
とができる。これに・伴って、加工の高精度化、および
切削速度の向上による加工の高速化、さらには工具交換
の省略による加工能率の向上を図ることができる。

さらに、上記のような加工の高精度化に佇い、仕上げ加
工も荒加工と同じく旋削加工によって行うことが可能と
なるため、研削加工の必要性をなくし、またこれによっ
て、設備費の大幅な節減をも図ることができる。

これに加え、被加工物の全域に亘って工具台が送り移動
を行う問に工具刃先の全域が被加工物に当接するように
工具を回転させる加工を行えば、工具刃先が均等に使用
されることになるので、工具の再使用が可能となり、ま
た再生の際の工具研削作業も容易なものとなる。

【図面の簡単な説明】

ｊＲＩ図は本発明の一実施例における旋盤の概略平面図
、第２図は同旋盤の縦断面正面図、第３図は同旋盤の横
断面側面図、第４図は第６図のＩＶ−ＩＶ線断面図、第
５図は第６図のｖ−ｖ線断面図、第６図は同旋盤におけ
る往復台の正面図、第７図は同往復台の平面図、第８図
は同旋盤による加工方法を示すフローチャート、第９図
は同旋盤の心押台付近の平面図である。 １・・・ワークピース（被加工物）、２・・・主軸台（
被加工物支持回転手段）、に′・・・Ｖ具“；″、でｏ
・・・縦送り駆動用モータ（送り手段）、１５・・・横
送り駆動用モータ（送り手段）、３ｏ・・・旋回駆動用
モータ（工具回転駆動手段）、３７・・−１ｉＩｌｔｓ
盤。 特許出願人　　　　　新日本工機株式会社代　理　人　
　　　　弁理士　　小谷　悦司同　　　　　　　弁理士
　　長１）　１同　　　　　　　弁理士　　板谷　康夫
ｑフ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、工具を支持する工具台と、被加工物を支持し、回転
   させる被加工物支持回転手段と、上記被加工物に対して
   接離する方向および被加工物の回転軸方向に上記工具台
   を相対移動させる送り手段とを備えた旋盤において、上
   記工具の刃先を円弧状とし、この刃先形状の曲率中心と
   略合致する点を中心に工具が回転可能となるように上記
   工具台を構成するとともに、この工具を回転させる工具
   回転駆動手段を備えたことを特徴とする旋盤。 ２、円弧状の刃先を有する工具を、その刃先形状の曲率
   中心と略合致する点を中心に回転可能となるように支持
   するとともに、この工具を回転させる工具回転駆動手段
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の旋盤における
   工具台。 ３、被加工物を回転させ、この被加工物に当接する状態
   で、円弧状の刃先を有する工具をその刃先形状の曲率中
   心と略合致する点を中心に回転させながら上記被加工物
   に対してその回転軸方向に相対移動させることを特徴と
   する請求項１記載の旋盤による加工方法。