JP4336478B2 - 旋盤加工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工のために移動可能な工具ヘッドが用いられ、この工具ヘッドが加工の進行中に回転軸を中心に機械的に回転可能であり、かつ個別工具ホルダを用いるか用いないとにかかわらず加工中に個別的に使用される１個もしくは複数個の切削チップを装備している、旋盤もしくは工作機械における旋盤加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
すべての旋盤加工にとって重要なことは、切削運動が加工物の切削加工に適するように実施されることにある。このために加工物は旋盤もしくは工作機械のスピンドル収容部にチャックにより保持され、回転させられる。加工物の加工のための切削工具の送り運動および位置調節運動は、旋盤の構造にもよるが、もっぱら工具の運動によりもしくは加工物を保持する旋盤スピンドルの運動により行われるか、あるいは両者の運動の合併により行われる。
【０００３】
旋盤加工で生じるおそれのある切削工具の相対的位置変化は、規格化された軸名称によって特徴づけられており、その場合軸定義の基礎となっているものは旋盤もしくは工作機械の主案内軌道に合わされている軸Ｘ，ＹおよびＺからなる右利きの直角座標系である。
【０００４】
加工物の回転軸と一致しているないしこの回転軸と平行している軸はＺ軸として定められ、一方、このＺ軸に対して垂直にあり主軸が加工物の保持面に対して平行の位置合わせ面にある軸はＸ軸として定められている。旋盤の構造が平面台構造か傾斜台構造かにより、Ｘ軸とＺ軸により決定される面は水平または傾斜面となる。Ｙ軸の位置は、右利きの直角座標系に基づく定義から必然的にＸ軸とＺ軸を定めることにより決定される。
【０００５】
切削工具のＺ軸方向への送り運動およびＸ軸方向への位置調整運動が行われる場合は長手削り加工であり、一方、Ｘ軸方向への送り運動およびＺ軸方向への位置調整運動の場合は平削り加工が行われる。比較的簡単な加工物の加工の場合でも、それぞれ２方向の平削りと長手削りとを互いに組み合わせることが効率的な加工のために必要であるが、このことは通常、複数個の異なった切削工具を用いなければ実施できない。肩部分、球状の表面部分などの特殊な形態もしくは孔などの特殊な形態を有する複雑な形状の加工物を加工する場合にはさらに多数の異なった切削工具が必要であり、これらの工具が通常順次使用される。
【０００６】
切削工具の刃部における角度を明確に定義し記述するために、規格化された工具基準系がある。たとえば旋盤工具ではＤＩＮ６５８１により、刃エッジの適用位置に生じる仮想切削方向に対して垂直である刃エッジの選択された一つの点を通る面が工具基準面Ｐｒと規定されている。
【０００７】
現在、実地では切削工具は例外なく、多様な形態を有する種々の工具材料からなるリバーシブルプレート型の切削チップから形成されているが、これらのチップは通常、切削の際に必要な加工角度（迎え角、逃げ角および切削角）を考慮しながら、個別的に適合させられた工具ホルダもしくは工具ヘッド内に位置決めされている。
【０００８】
通常単純な旋盤の場合には、これらの工具ホルダは最高４個が工具収容部内で９０°だけ互いにずれて配設されており、これらの工具ホルダはこの工具収容部を手で回転させることにより必要に応じて順次使用位置にもたらされる。
【０００９】
複雑な自動旋盤の場合は、種々の工具ホルダがいわゆる工具リボルバ内にはめ込まれ、個々の工具ホルダはこの工具リボルバを回転軸を中心に機械的に回転させることにより使用位置に正確にもたらすことができる。多くの場合互いに独立して駆動可能な向かい合った２個の回転スピンドルを有する最新の旋盤ないし工作機械では、しばしば２個の工具リボルバが用いられ、これらのリボルバは回転スピンドルの前後にそれぞれＸ軸方向およびＺ軸方向へ移動可能で、かつＺ軸に対して平行な回転軸を中心に回転できるようになっている。個々の工具ホルダは工具リボルバの端面に一定の角度間隔で動かないように固定されるか、あるいはしばしば特殊な回転対称形の収容部を介して一定の角度間隔で工具リボルバの端面もしくは円周面に回転できるように固定されている。この種の回転対称形工具収容部は機械的に駆動できるように形成することもできるので、工具リボルバに中ぐり工具およびフライス工具を取り付けることができ、その結果旋盤ないし工作機械における加工範囲が拡大される。
【００１０】
これらの工具リボルバを使用した全自動旋盤ないし工作機械の短所は、各工具ホルダの位置を一つの工具ホルダを用いた旋盤加工中にリバーシブルプレートの種々の迎え角に合わせるようには変更できず、その結果、純粋の旋盤加工の際にもリバーシブルプレートの種々の迎え角に適合する多数の異なった型のリバーシブルプレート用の収容部を有する多数の異なった工具が必要となる点にある。この場合も通常、各リバーシブルプレートは個別に固有の工具ホルダに配設されているので、これらの工具ホルダを収容するための工具リボルバは大きくする必要があり、その結果きわめて重くなる。このような大きな質量を迅速にかつ正確に動かす必要があるが、これは構造上きわめて大きな費用をかけなければ遂行できず、したがってこの種の旋盤はきわめて高価になる。
【００１１】
純粋の旋盤加工および限定的な中ぐり加工やフライス加工だけでなく、フライス加工もしくは中ぐり加工を拡大できるような特別なフライス装置を備えた工作機械も公知である。これらのフライス装置は工作機械のＸ方向およびＺ方向へ移動可能であり、この場合、フライス装置のスピンドルは回転軸Ｄを中心にＸ‐Ｚ面に対して平行に回転ないしは無段階に回転可能であり、またＹ軸を中心に旋回可能である。この種のフライス装置を用いれば、加工物の多面的なフライス加工および／もしくは中ぐり加工を追加的に実施できる。
【００１２】
この種のフライス装置に対しては、フライス装置のスピンドルに収容するために旋盤加工用の回転対称形の工具ヘッドが公知であり、この工具ヘッドは、フライス装置のスピンドルにおいて工具ヘッドを機械的に回転させることにより順次使用できるような４つの異なったリバーシブルプレートを有している。
【００１３】
この場合、リバーシブルプレートは、個々の工具規準面Ｐｒがそれぞれ９０°だけ互いにずれて、かつ回転軸Ｄに対して平行になるように工具ヘッドの回転軸Ｄを中心に配設されている。この種の工具ヘッドにより旋盤加工を行う場合、異なったリバーシブルプレートを順次使用することはできるが、工具ヘッドにおけるリバーシブルプレートの特殊な配設により個々のリバーシブルプレートの迎え角の変更はごく限られた範囲でしか可能でない。この結果この種の工具を用いては、長手削りや平削りなどの異なった旋盤加工を、迎え角を目的に合わせて変更することにより唯１個のリバーシブルプレートでそれぞれ２方向に実施することは不可能である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、実地上従来から用いられている形状の唯１個の切削チップを使用した場合でも、たとえば切削チップの種々の迎え角のもとでの長手削りおよび平削りなど複数の異なった旋盤加工を実施できるように工具ヘッドを使用して旋盤加工する方法を提供することにある。同時に、そのつど必要となる切削チップの位置決めのための運動質量を公知の方法に比べて著しく軽減し、その結果駆動および制御に要する費用を大幅に減らすことにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明によればこの課題は、工具ヘッドの回転軸が工作機械のＸ軸に対しては４５〜９０°の角度範囲にあり、Ｚ軸に対しては垂直であるように旋盤加工を実施し、工具ヘッドの切削チップがそれぞれＤＩＮ６５８１による仮想切削方向に対して垂直な工具規準面を有するように配設され、この基準面が工具ヘッドの回転軸に対して９０〜１３５°の角度範囲にあるような工具ヘッドを使用することにより解決される。
【００１６】
工具ヘッドおよびそれに装備される切削チップのこのようなまったく新規の回転可能な配設により、どのような切削チップが使用されても工具ヘッドをその回転軸を中心に回転することにより切削の際に必要な迎え角をそれぞれ加工すべき位置に連続的に適合させることができるので、左から右へないしその逆方向への長手削りに対して、また同じく両方向での平削りに対して異なった工具ないし切削チップを用いる必要がない。このような種々の旋盤加工はすべて唯１個の切削チップないし工具で同様に実施可能である。
【００１７】
工具ヘッドには１個もしくは複数個の同形の切削チップを装備することができ、切削チップが複数個の場合には１個の切削チップが磨耗した後に回転軸Ｄを中心に工具ヘッドを回転させることにより複数個のチップを順次使用することができる。特殊な加工の場合には、同一の工具ヘッドに異なった形態の複数個の切削チップを取り付けることも可能であり、これにより適用可能性をさらに拡大することができる。
【００１８】
Ｘ軸に対して９０°以下の角度αをなす回転軸Ｄを有する工具ヘッドを配設することは、きわめて大きな加工物を加工しなければならない場合に有用である。このような場合には工具ヘッドを回転軸Ｄを中心に回転させることにより切削高さが変更され、工具ヘッドをＹ軸方向へ移動させることにより修正される。
【００１９】
このため、工具ヘッドの回転軸ＤがＸ軸に対して９０°の角度αをなすことが有用である。工具ヘッドに複数個の切削チップが装備される場合は、これらの切削チップは、個々の切削チップの工具規準面Ｐｒが、工具ヘッドの回転軸Ｄに対して９０°の角度βをなす共通の工具規準面Ｐｒに合同するように配設されると好適である。このようにすれば、切削チップの交換時に工具ヘッドを回転させることにより工具高さを適正に定めるための工具ヘッドのＹ軸方向への修正は行わなくてすむ。
【００２０】
同様に、切削チップを、個々の切削チップの工具規準面Ｐｒが、回転軸Ｄに対して互いに平行に上下に配設されている異なった共通の工具規準面Ｐｒに合同するように配設することも有用である。このようにすれば、多数の切削チップを場所をとらずに配設することができ、その結果多数の切削チップを使用する際にも工具ヘッドをきわめてコンパクトに形成することができる。
【００２１】
同様に、工作機械が本発明による複数の工具ヘッドを装備するように、加工位置に順次移動可能な複数個の収容部を有することも有用である。これにより、工作機械への多数の同一のもしくは異なった切削チップの装備が工具ホルダを使用すると使用しないとにかかわらずそれほど大きな運動質量を伴わずに簡単に実施できる。
【００２２】
本発明の別の実施態様によれば、あらかじめ装備された工具ヘッドを最適な工具マガジンから自動的に取り外し交換することも可能である。
【００２３】
本発明による方法を実施するための旋盤ないし工作機械は、相応する数の工具ヘッドを収容するために、加工中心部のＺ軸に対して垂直に方向付けることのできるＸ軸に対して４５〜９０°の角度範囲にある回転軸Ｄを中心に、機械的に微段階的ないし無段階的に回転可能で、かつできるだけ万能的に移動可能な１個もしくは複数個の収容部を備えるだけで良い。工具ヘッドの質量はきわめて小さいので、収容部の移動および回転のための駆動部は、固有の工具ホルダを有する個々の加工工具が大容量のリボルバ上に取り付けられている従来の装置に比べて著しくコンパクトにかつ簡単に保持することができる。収容部における工具ヘッドの運動は少ない労力で迅速かつ正確に行われる。これらの駆動部を設計する際には切削時に生じる力が完全に吸収されることだけに注意を払えばよい。
【００２４】
工具ヘッドを収容するための駆動部が、工具ヘッドを回転できるだけでなく、迅速に回転しながら移動できるように設置されれば、フライス工具を工具ヘッドとして用いてフライス加工を行うことも可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を以下に図面に基づき詳細に説明する。
【００２６】
図１は従来技術による傾斜台旋盤を示しており、この旋盤は斜めに設置された機械台座１、スピンドル軸３を中心に回転する加工物４を収容するための作動スピンドルおよびチャック装置を含むスピンドル台２ならびに加工物４の加工のための切削チップ８を有する種々の工具ホルダ７を備えた工具リボルバ６を収容するための工具キャリッジ５から成る。旋盤のＺ軸９はスピンドル軸３に対して平行にある。位置決め面における主軸であるＸ軸１０は加工物４の軸に対して半径方向にある。Ｙ軸１１は右利きの直角座標系の定義に基づき自動的に定まる。工具キャリッジ５はＺ軸９の方向へ機械台座１の相応のガイド１２上で移動可能である。ガイド１３を介して工具キャリッジ５はＸ軸１０の方向へ移動可能である。工具キャリッジ５の端面に取付けられた工具リボルバ６はＺ軸９を中心に回転可能であるので、そのつどの旋盤加工作業に必要な工具ホルダ７は固く締めつけられた切削チップ８と共に作業位置へもたらされる。工具ホルダ７は工具リボルバ６に動かないように固定されているので、切削チップ８の迎え角の変更を必要とする旋盤加工作業には、工具リボルバ６を回転させることにより相応の工具ホルダ７を、切削チップ８が所望の迎え角となるような作業位置へもたらすことが必要である。切削チップ８は固有の工具ホルダ７上に固定されているので、工具リボルバ６は当然相応に大型に形成されている。したがって運動質量は大きくなり、工具リボルバの駆動装置も相応に頑丈に形成する必要がある。工具リボルバ６の迅速かつ正確な運動が必要であることから相応に大きなな構造上の費用が必要である。
【００２７】
図２および図３は従来技術による旋盤加工だけでなくフライス加工も実施できる傾斜台工作機械を示している。この工作機械は図１による傾斜台旋盤に相当する工作機械の原理的構造に加えて、フライス装置１４を有する。このフライス装置１４のスピンドル軸１５は、Ｘ軸１０およびＺ軸９によって形成されている面でＹ軸１１を中心に旋回可能な回転軸Ｄを中心に回転する。そのほかに、フライス装置のスピンドルは軸１５を中心にモータにより無段階に回転可能である。フライス装置のスピンドルは旋盤加工を行うことができる特殊な工具ヘッド１６を装備している。工具ヘッド１６は、それぞれが９０°だけ互いにずれることにより、仮想切削方向１７に対して垂直なその工具規準面Ｐｒもそれぞれ９０°だけずれて互いに走行する４つの切削チップ８を装備している。個々の切削チップ８はスピンドル軸１５を中心に９０°だけ回転させることにより順次加工位置にもたらされる。Ｘ軸１０およびＺ軸９によって形成されている面でスピンドル軸がＹ軸１１を中心に旋回可能であることにより、そのつど使用される切削チップ８の迎え角の若干の変更が可能である。この変更は工具ヘッド１６の構造に基づきごくわずかな範囲内でしか可能でない。同一の切削チップ８により長手削りおよび平削りが行えるのは少数の型の切削チップを使用する場合でしか可能でない。加工物へのアクセスはこの種の工具ヘッド１６では著しく制限される。
【００２８】
図４および５は本発明による傾斜台旋盤を示している。この旋盤は、工具キャリッジ２０における相応の収容部上でガイド１８を介してＸ軸１０の方向へ、またガイド２３を介してＺ軸９の方向へ移動可能な工具ヘッド１９を備える。工具ヘッド１９は、Ｘ軸１０に対して９０°の角度αをなしかつ旋盤のＺ軸９に対して垂直に走行する回転軸Ｄを有する。工具ヘッド１９はこの回転軸Ｄを中心に機械的に無段階に回転可能である。工具ヘッド１９は３個の切削チップ２１を装備している。これらの切削チップは、工具ヘッド１９の回転軸Ｄに対して９０°の角度βをなす共通の工具規準面Ｐｒ上にあるすべての切削チップ２１の刃エッジ２２が、仮想切削方向１7に対して垂直にあるように配設されている。切削チップ２１のこのような配設および工具ヘッド１９を無段階で回転できることによりそのつど使用される切削チップ２１の迎え角を任意に決定することができ、特に同一の切削チップ２１を自由に選択可能な迎え角で長手削りおよび平削りに使用することができる。
【００２９】
図６も同様に、工具リボルバ２６がそれぞれ個別的に使用可能な４つの工具ヘッド１９を装備するための収容部を備えている本発明による傾斜台旋盤を示している。このようにすれば旋盤は、運動質量をそれほど大きくせずに、同一もしくは異なった多数の切削チップ２１ないし工具ホルダ２４を装備することができる。
【００３０】
図７〜図９は本発明による方法を実施するための工具ヘッド１９の３つの異なる実施例を示している。図７による工具ヘッド１９は３個の異なった切削チップ２１を装備している。この場合各切削チップ２１の工具規準面Ｐｒは、刃エッジ２２により、仮想切削方向１７に対して垂直で工具ヘッド１９の回転軸Ｄに対して９０°の角度βをなす共通の工具規準面Ｐｒに合同する。図８による工具ヘッド１９の場合は６個の異なった切削チップ２１が使用される。このうち３個の切削チップ２１はその工具規準面Ｐｒが、刃エッジ２２により、仮想切削方向１７に対して垂直で工具ヘッド１９の回転軸Ｄに対して９０°の角度βをなす第１の共通の工具規準面Ｐｒに合同するように配設されている。一方、残りの３個の切削チップ２１の工具規準面Ｐｒは、刃エッジ２２により、第１の共通の工具規準面Ｐｒに対して平行にかつ間隔を置いている第２の共通の工具規準面Ｐｒに合同する。
【００３１】
図９による工具ヘッド１９は切削チップ２１を装着するための２個の工具ホルダ２４を装備しており、この場合各切削チップ２１の工具規準面Ｐｒは、刃エッジ２２により、仮想切削方向１７に対して垂直で工具ヘッド１９の回転軸Ｄに対して９０°の角度βをなす共通の工具規準面Ｐｒに合同する。
【００３２】
工具ヘッド１９は３つの実施例のすべてにおいて、工具キャリッジ２０の収容部において工具ヘッド１９を着脱自在に連結しかつ位置決めするための円錐台形の脚部２５を備えている。
【００３３】
図１０は、２個の作動スピンドルＡおよびＢを備えた旋盤において、工具ヘッド１９上の唯１個のリバーシブル切削チップ２１により２個の加工物４が長手削りおよび平削りされる原理的加工経過を示している。工具ヘッド１９は作動スピンドルＡ上で加工物４の長手削りを開始し、その場合、使用される切削チップ２１は零位置から角度ε₁だけ作業位置にもたらされる。
【００３４】
長手削り加工の終了後に切削チップ２１は角度ε₂だけさらに回転され、この新たな位置で作動スピンドルＡ上で加工物４の平削り加工が行われる。
【００３５】
この平削り加工の終了後に工具ヘッド１９は角度ε₃だけ戻り回転され、使用されている切削チップ２１により作動スピンドルＢ上で加工物４の長手削り加工が行われる。この作動スピンドルＢにおける長手削り加工の終了後に工具ヘッド１９は角度ε₄だけさらに戻り回転され、切削チップ２１により作動スピンドルＢ上で加工物４の平削り加工が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術に基づく傾斜台旋盤の斜視図。
【図２】従来技術に基づく旋盤およびフライス加工のための工作機械の斜視図。
【図３】図２による工作機械の一部拡大図。
【図４】本発明による傾斜台旋盤の斜視図。
【図５】図４による傾斜台旋盤の一部拡大図。
【図６】本発明による傾斜台旋盤の別の実施例の斜視図。
【図７】本発明による方法を実施するための工具ヘッドの斜視図。
【図８】本発明による方法を実施するための別の工具ヘッドの斜視図。
【図９】本発明による方法を実施するための更に別の工具ヘッドの斜視図。
【図１０】本発明方法によるの加工例の説明図。
【符号の説明】
１９ 工具ヘッド
２０ 工具キャリッジ
２１ 切削チップ
２４ 工具ホルダ
２６ 工具リボルバ

Claims (7)

1. 加工のために移動可能な工具ヘッド（１９）が用いられ、この工具ヘッドが加工の進行中に回転軸（Ｄ）を中心に機械的に回転可能であり、かつ個別工具ホルダ（２４）を用いるか用いないとにかかわらず加工中に個別的に使用される１個もしくは複数個の切削チップ（２１）を装備している、旋盤もしくは工作機械における旋盤加工方法において、
   工具ヘッド（１９）の回転軸（Ｄ）が工作機械のＸ軸（１０）に対しては４５〜９０°の角度範囲（α）にあり、Ｚ軸（９）に対しては垂直であるように旋盤加工を実施し、工具ヘッド（１９）の切削チップ（２１）がそれぞれＤＩＮ６５８１による仮想切削方向（１７）に対して垂直な工具規準面（Ｐｒ）を有するように配設され、この基準面が工具ヘッド（１９）の回転軸（Ｄ）に対して９０〜１３５°の角度範囲（β）にあるような工具ヘッド（１９）を使用することを特徴とする旋盤加工方法。
2. 回転軸（Ｄ）がＸ軸（１０）に対して９０°の角度（α）をなすことを特徴とする請求項１記載の旋盤加工方法。
3. 個々の切削チップ（２１）の工具規準面（Ｐｒ）が、工具ヘッド（１９）の回転軸（Ｄ）に対して９０°の角度（β）にある共通の工具規準面（Ｐｒ）に合同するように複数の切削チップ（２１）を配設することを特徴とする請求項２記載の旋盤加工方法。
4. 個々の切削チップ（２１）の工具規準面（Ｐｒ）が、工具ヘッド（１９）の回転軸（Ｄ）に対して互いに平行に上下に配設された異なった共通の工具規準面（Ｐｒ）に合同するように複数個の切削チップ（２１）を配設することを特徴とする請求項２記載の旋盤加工方法。
5. 工作機械が、順次加工位置にもたらされる複数個の工具ヘッド（１９）を収容するための工具リボルバ（２６）を有するようにすることを特徴とする請求項１ないし４の１つに記載の旋盤加工方法。
6. 請求項１ないし５の１つに記載の方法を実施するための工具ヘッド（１９）。
7. 請求項１ないし５の１つに記載の方法を実施するための旋盤ないし工作機械。

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