旋削による非円形加工方法
【課題】加工効率の高い旋削加工により被加工物に対する非円形加工を行うことができる非円形加工方法を提供すること。
【解決手段】被加工物の加工形状データを読み込む加工形状読込み工程Ｓ１と、被加工物の所定回転角度毎における切削工具のすくい面と被加工物の加工形状の表面との交線を作成する交線作成工程Ｓ２と、この交線に対応したスプライン曲線上に切削工具の送り量を考慮した切削工具の軌跡点列を作成する工具軌跡点列作成工程Ｓ３と、工具軌跡点列に基づいて切削工具の移動基準点の軌跡点列を作成する基準点軌跡点列作成工程Ｓ４と、基準点軌跡点列を連結した軌跡点列連結データに基づいて被加工物の所定回転角度毎の第１及び第２の方向の送り量を算出して旋削加工データを作成する旋削加工データ作成工程と、を含む旋削による非円形加工方法。
【解決手段】被加工物の加工形状データを読み込む加工形状読込み工程Ｓ１と、被加工物の所定回転角度毎における切削工具のすくい面と被加工物の加工形状の表面との交線を作成する交線作成工程Ｓ２と、この交線に対応したスプライン曲線上に切削工具の送り量を考慮した切削工具の軌跡点列を作成する工具軌跡点列作成工程Ｓ３と、工具軌跡点列に基づいて切削工具の移動基準点の軌跡点列を作成する基準点軌跡点列作成工程Ｓ４と、基準点軌跡点列を連結した軌跡点列連結データに基づいて被加工物の所定回転角度毎の第１及び第２の方向の送り量を算出して旋削加工データを作成する旋削加工データ作成工程と、を含む旋削による非円形加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＣ旋盤などによる切削加工を用いて被加工物に非円形加工を行う非円形加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被加工物を非円形状に加工する加工方法として、砥石を用いた加工方法が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。これらの加工方法では、加工機械として研削盤が用いられ、例えば特許文献１に開示されたものでは、研削盤本体に砥石台がＸ軸方向に移動自在に、またテーブルがＺ軸方向に移動自在に支持されている。砥石台には砥石が回転自在に取り付けられ、この砥石の回転軸線はＸ軸に対して傾斜して設けられている。また、テーブルには主軸台と心押し台が設けられ、かかる主軸台に設けられたチャックに被加工物（例えば、カムシャフト）の一端部が保持され、チャックに保持された被加工物の他端部は心押し台に支持される。
【０００３】
この研削盤を用いた加工では、加工用砥石が所定方向に回動され、かかる砥石が被加工物に作用して研削加工が行われる。この研削加工の際には、テーブル（即ち、被加工物）はＺ軸方向に一定速度で移動されるとともに、砥石台（即ち、加工用砥石）が被加工物の回転角度に応じてＸ軸方向に移動され、このようにして砥石を用いて被加工物（例えば、カムシャフト）に対する非円形加工が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４１７１号公報
【特許文献２】特開２００６−３１５１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような研削盤を用いた加工方法では、加工工具として砥石を用いるために単位時間当たりの加工量が少なく、被加工物を所定の形状に加工するための加工時間が長くなる問題がある。このような問題は、砥石を用いた研削加工に起因するものであり、それ故に、研削加工以外の他の加工方法による加工効率の高い非円形加工方法の実現が望まれている。
【０００６】
本発明は、加工効率の高い旋削加工により被加工物に対する非円形加工を行うことができる非円形加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に記載の旋削による非円形加工方法は、被加工物を保持するためのチャック手段が装着された主軸、被加工物を切削加工するための切削工具が取り付けられた支持テーブル、前記主軸及び前記支持テーブルのいずれか一方をそれらの他方に対して第１の方向に相対的に移動自在に支持するための第１支持機構及び前記主軸及び前記支持テーブルのいずれか一方をそれらの他方に対して前記第１の方向に対して実質上垂直な第２の方向に相対的に移動自在に支持するための第２支持機構を備えた旋盤を用いて被加工物を非円形加工する旋削による非円形加工方法であって、
被加工物の加工形状に対応する加工形状データを読み込む加工形状読込み工程と、前記被加工物の所定回転角度毎における前記切削工具のすくい面と被加工物の加工形状の表面との交線を作成する交線作成工程と、前記交線作成工程にて作成された交線に対応したスプライン曲線上に前記切削工具の送り量を考慮した前記切削工具の軌跡点列を作成する工具軌跡点列作成工程と、前記軌跡点列作成工程にて作成された前記工具軌跡点列に基づいて前記切削工具の移動基準点の軌跡点列を作成する基準点軌跡点列作成工程と、前記基準点軌跡点列作成工程にて作成された前記基準点軌跡点列を連結した軌跡点列連結データに基づいて被加工物の前記所定回転角度毎の前記第１及び第２の方向の送り量を算出して旋削加工データを作成する旋削加工データ作成工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載の旋削による非円形加工方法では、前記切削工具は断面が円形状であり、前記移動基準点は前記切削工具の中心点であり、前記基準点軌跡点列作成工程においては、前記切削工具の中心点の軌跡点列が前記移動基準点軌跡点列として作成されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項３に記載の旋削による非円形加工方法では、前記基準点軌跡点列作成工程と前記旋削加工データ作成工程との間に、前記基準点軌跡点列作成工程にて作成された前記基準点軌跡点列を連結した軌跡点列連結データに基づいて被加工物の前記所定回転角度毎の前記第１の方向の送り量が一定となる補正基準点軌跡点列を作成する補正基準点軌跡点列作成工程が遂行され、前記旋削加工データ作成工程においては、前記補正基準点軌跡点列作成工程にて作成された前記補正基準点軌跡点列を連結した補正軌跡点列連結データに基づいて被加工物の前記所定回転角度毎の前記第２方向の送り量が算出され、前記第１の方向の所定送り量算及び前記第２の方向の算出された送り量に基づいて旋削加工データが作成されることを特徴とする。
【００１０】
更に、本発明の請求項４に記載の旋削による非円形加工方法では、前記切削工具は、その刃先が前記主軸の中心軸線よりも上下方向上方又は下方に所定オフセット量ずれるように前記支持テーブルに取り付けられており、前記交線作成工程においては、前記第１の方向における送り量及び前記切削工具の前記刃先の前記所定オフセット量を考慮して、前記被加工物の所定回転角度毎における前記切削工具のすくい面と最終加工形状の表面との交線を作成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１に記載の旋削による非円形加工方法によれば、被加工物による非円形加工に旋盤を用いた切削加工、即ち旋削加工を用いるので、加工効率が高く、被加工物を短時間でもって所望の非円形形状に加工することができる。また、被加工物の所定回転角度毎における切削工具のすくい面と加工形状の表面との交線を作成するので、加工時における被加工物に対する切削工具の作用状態を所定の関係に保った加工が可能となる。更に、この交線に対応したスプライン曲線上に切削工具の送り量を考慮した切削工具の軌跡点列を作成し、この工具軌跡点列に基づいて切削工具の移動基準点の軌跡点列を作成し、この基準点軌跡点列を連結した軌跡点列連結データに基づいて被加工物の所定回転角度毎の第１及び第２の方向の送り量を算出するので、被加工物を切削加工する際の切削工具の第１及び第２方向の正確な送り量を算出することができる。そして、この第１及び第２の方向の送り量に基づいて旋削加工データを作成するので、旋盤による切削加工でもって被加工物を所望の非円形形状に加工することができる。尚、「非円形加工」とは、主軸回転中心から加工点までの距離が主軸回転中に変化する加工方法をいい、例えば非円形状、偏心円形状などの形状に加工する加工方法である。
【００１２】
また、本発明の請求項２に記載の旋削による非円形加工方法によれば、切削工具は断面が円形状で、移動基準点が切削工具の中心点として移動基準点軌跡点列が作成されるので、比較的容易に移動基準点軌跡点列を作成して被加工物を所要の通りに非円形加工することができる。
【００１３】
また、本発明の請求項３に記載の旋削による非円形加工方法によれば、基準点軌跡点列作成工程にて作成した基準点軌跡点列を連結した軌跡点列連結データに基づいて被加工物の所定回転角度毎の第１の方向の送り量が一定となる補正基準点軌跡点列を作成し、この補正基準点軌跡点列を連結した補正軌跡点列連結データに基づいて被加工物の所定回転角度毎の第２方向の送り量が算出されるので、第２の方向の送り量が一定の旋削加工データを作成することができ、この旋削加工データを用いた旋盤による切削加工の制御が容易となる。
【００１４】
更に、本発明の請求項４に記載の旋削による非円形加工方法によれば、切削工具は、その刃先が主軸の中心軸線よりも上下方向上方又は下方に所定オフセット量ずれるように支持テーブルに取り付けられているので、非円形加工を行う際に被加工物と切削工具とが干渉する干渉範囲を狭くすることができ、これによって、種々の非円形加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に従う非円形加工方法を実施するための旋盤の一例を簡略的に示す斜視図。
【図２】図１の旋盤における切削工具及び被加工物の近傍を拡大して示す部分拡大斜視図。
【図３】非円形加工の際に生じる切削工具と被加工物との干渉を説明するための説明図。
【図４】切削工具と被加工物との干渉が解消されることを説明するための説明図。
【図５】図１の旋盤の制御系を簡略的に示すブロック図。
【図６】旋削用加工データを作成する作業の流れを示すフローチャート。
【図７】切削工具及びその移動基準点を示す斜視図。
【図８】旋削用加工データを作成する際の工具すくい面と加工面との交線、工具軌跡点列及び基準点軌跡点列を説明するための説明図。
【図９】旋削用加工データを作成する際の補正基準点軌跡点列を説明するための説明図。
【図１０】基準点軌跡点列を作成する際のスプライン曲線の補完方法を説明ための説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う非円形加工方法の一実施例について説明する。まず、非円形加工方法の説明に際し、この非円形加工方法を用いて加工する旋盤の一例について説明する。
【００１７】
図１及び図２において、図示の旋盤（例えば、ＮＣ旋盤、ＣＮＣ旋盤）２は、工場の床面などに設置されるベッド本体４を備え、ベッド本体４の片側部（図１において右上部）には主軸部６が配設され、この主軸部６とベッド本体４との間に第１支持機構（図示せず）が介在されている。主軸部６には主軸（図示せず）が回転自在に支持され、この主軸にチャック手段８が装着され、加工すべき被加工物１０は、このチャック手段８に着脱自在に保持される。
【００１８】
第１支持機構は、第１の方向（主軸の軸線方向のＺ軸方向であって、図１において左下から右上の方向）に延びる一対の第１案内支持部（図示せず）を有し、かかる一対の第１案内支持部がベッド本体４の片側部上面に配設され、主軸部６は、第１支持機構の一対の案内支持部に支持され、これらに沿って第１の方向に往復移動自在である。
【００１９】
また、ベッド本体４の他側部（図１において左下部）には支持テーブル１２が配設され、この支持テーブル１２とベッド本体４との間に第２支持機構（図示せず）が介在されている。支持テーブル１２は矩形状であり、その上部に工具取付部１４が設けられている。この工具取付部１４には工具ホルダ１６が回転自在に装着され、かかる工具ホルダ１６に切削工具１８が取り付けられる。
【００２０】
第２支持機構は、第１の方向に対して実質上垂直な第２の方向（主軸の軸線に対して実質上垂直なＸ軸方向であって、図１において右下から左上の方向）に延びる一対の第２案内支持部（図示せず）を有し、一対の第２案内支持部がベッド本体４の他側部上面に配置され、支持テーブル１２は、第２支持機構の一対の第２案内支持部に支持され、これらに沿って第２の方向に往復移動自在である。
【００２１】
図１とともに図５を参照して、この旋盤２においては、主軸部６の主軸（図示せず）に関連して、例えば電動モータから構成される主軸移動用駆動源２０及び主軸回転用駆動源２２が設けられ、主軸移動用駆動源２０がベッド本体４に配設され、主軸回転用駆動源２２が主軸部６に配設されている。主軸移動用駆動源２０と主軸部６との間には例えばボールねじ機構（図示せず）が介在され、この主軸移動用駆動源２０が所定方向（又は所定方向と反対方向）に回動すると、ボールねじ機構を介して主軸部６が矢印２４（又は矢印２６）で示す方向、即ち切削工具１８に近接する方向（又は離隔する方向）に移動される。また、主軸回転用駆動源２２が所定方向に回動すると、主軸及びチャック手段８が矢印２７で示す方向に回動される。
【００２２】
更に、支持テーブル１２の切削工具１８に関連して、例えば電動モータから構成される工具移動用駆動源２８及び工具回転用駆動源３０が設けられ、工具移動用駆動源２８がベッド本体４に配設され、工具回転用駆動源３０が支持テーブル１２に配設されている。工具移動用駆動源２８と支持テーブル１２との間には例えばボールねじ機構（図示せず）が介在され、この工具移動用駆動源２８が所定方向（又は所定方向と反対方向）に回動すると、ボールねじ機構を介して支持テーブル１２が矢印３２（又は矢印３４）で示す方向、即ち旋盤２の背面側に向けて（又は旋盤２の手前側に向けて）に移動される。また、工具回転用駆動源３０が所定方向に回動すると、工具ホルダ１６及び切削工具１８は、矢印３６（図２参照）で示す方向に回動される。尚、この実施形態では、切削工具１８は、図２において上から見て反時計方向（矢印３６出示す方向）に回転させているが、これとは反対に、図２において上から見て時計方向に回転させるようにしてもよい。
【００２３】
この旋盤２においては、図２及び図７に示すように、切削工具１８は、断面が円形状ののものから構成され、その上端部全周が加工用刃先として機能し、後述するように被加工物１０の表面に作用して切削加工を行う。
【００２４】
また、この切削工具１８の刃先は、主軸（図示せず）の中心軸線（換言すると、チャック手段８に保持された被加工物１０の中心軸線）よりも上下方向下方に所定オフセット量Ｈ（図４参照）ずれるように支持テーブル１２（具体的には、工具ホルダ１６）に取り付けられており、このように切削工具１８をオフセットさせることにより、切削加工時の切削工具１８と被加工物１０とが干渉する干渉範囲を狭くし、種々の非円形加工が可能となる。
【００２５】
図３及び図４を参照して、切削工具１８と被加工物１０との干渉について説明すると、図３に示すように、主軸（図示せず）の中心点Ｏと切削工具１８の刃先４０とが上下方向に一致する（主軸の中心点Ｏと刃先４０とを結ぶ線Ｌ１が水平となる）ように切削工具１８を取り付けた場合、例えば、被加工物１０の一部が楕円状に突出する形状である（例えば、カムシャフトのカム部などである）と、切削工具１８と被加工物１０とが加工中に干渉するようになる。即ち、図３に破線で示すように、被加工物１０の円弧状部及びその付近を加工するときには、切削工具１８の刃先４０の上流側（矢印４２で示す被加工物１０の回転方向上流側）に被加工物１０の急激な突部は存在せず、切削工具１８と被加工物１０との相互干渉は生じないが、図３に実線で示すように、被加工物１０の楕円状突出部の先端部付近を加工するときには、切削工具１８の刃先４０の上流側に被加工物１０の急激な突部が存在し、この急激な突部が切削工具１８に衝突し、被加工物１０と切削工具１８との相互干渉が生じるようになり（図３に斜線で示す部分が切削工具１８と干渉するようになる）、切削工具１８でもって被加工物１０を加工できない。
【００２６】
これに対して、図４に示すように、切削工具１８の刃先４０が主軸（図示せず）の中心点Ｏよりも上下方向下方に所定オフセット量Ｈずれる（刃先４０を通る線Ｌ１と並行な線をＬ２とすると、線Ｌ１と線Ｌ２との間隔がＨとなる）ように切削工具１８を取り付けた場合、例えば、被加工物１０が図３に示すと同様の形状であったとしても、この所定オフセット量Ｈによって、切削工具１８と被加工物１０との相互干渉を回避することができる。即ち、図４に破線で示すように、被加工物１０の円弧状部及びその付近を加工するときには、切削工具１８の刃先４０の上流側（矢印４２で示す被加工物１０の回転方向上流側）に被加工物１０の急激な突部は存在せず、切削工具１８と被加工物１０との相互干渉は生じることはなく、また図４に実線で示すように、被加工物１０の楕円状突出部の先端部付近を加工するときにおいても、切削工具１８の刃先４０の上流側に被加工物１０の急激な突部が存在せず、このときのも切削工具１８と被加工物１０との相互干渉が生じることはなく、従って、切削工具１８でもって図３及び図４に示す形状の被加工物１０を加工することが可能となる。
【００２７】
切削工具１８のオフセット量Ｈは、例えば、切削加工すべき被加工物１０の形状にもよるが、軸Ｌ１を基準に、切削工具１８の刃先４０のすくい面を通る線Ｌ２と被加工物１０の基礎円との交点をＰとしたときにこの交点Ｐと基礎円の中心Ｏとを結ぶ線Ｕとの角度α、換言するとオフセット量Ｈに関連するオフセット角度α（図４参照）が２０〜７０度程度の角度範囲、好ましくは４０〜６０度の角度範囲、例えば４５度となるようにするのが好ましい。尚、この切削工具１８の上下方向のオフセットは、上下方向上方にオフセットさせてもよく、上方にオフセットさせても下方にオフセットさせたと同様の作用効果が達成される。
【００２８】
この旋盤２は、図５に示す制御系を備えており、後述する如くして作成されるＮＣ加工データを用いて被加工物１０（例えば、図２に示すような三次元カム）の切削加工を行うことができる。図５において、この制御系は、旋盤２の各種構成要素、例えば主軸移動用駆動源２０、主軸回転用駆動源２２、工具移動用駆動源２８及び工具回転用駆動源３０などを制御するためのコントローラ５２を備えている。コントローラ５２は、データを読み込むためのデータ読込み手段５４と、データを読み出すためのデータ読出し手段５６と、各種構成要素（主軸移動用駆動源２０など）を制御するための制御手段５８と、各種データを記憶するメモリ手段６０とを含んでおり、このメモリ手段６０には後述する如くして作成されたＮＣ加工データなどが登録される。
【００２９】
また、旋盤２は、各種データを入力するための入力装置６２を備え、この入力装置６２は、操作パネルなどから構成される操作入力手段６４と、作成したデータを入力するためのデータ入力手段６６とを備え、操作入力手段６４を操作入力することによって、手動操作でもってデータを入力することができ、またデータ入力手段６６を用いることによって、別個のコンピュータ（図示せず）を用いて作成した旋削加工データなどを入力することができる。
【００３０】
次に、主として図６〜図９を参照して、上述した旋盤２を用いて加工する際に使用する旋削用加工データの作成の手順について説明する。図６において、この旋削用加工データの作成には、旋盤２のコントローラ５２とは別個のコンピュータ（例えば、パソコン）（図示せず）が用いられ、このコンピュータを用いて旋削加工データが作成され、その後、この旋削加工データをコントローラ５２に読み込む際に加工に必要な命令が付加されてＮＣ加工データが作成され、作成されたＮＣ加工データがコントローラ５２のメモリ手段６０に登録される。
【００３１】
旋削用加工データを作成するには、まず、被加工物１０（例えば、図２に示す三次元カム）の形状に関するデータ（即ち、被加工物１０の設計データ）の読込みが行われ、このデータの読込みは、コントローラ５２とは別個のパソコンを用いて行われる（加工形状読込み工程Ｓ１）。
【００３２】
次いで、図４に示す位置関係に切削工具１８をオフセットし、被加工物１０の所定回転角度（即ち、主軸の所定回転角度）毎の被加工物１０の加工位置を設定する。この所定回転角度とは、例えば、０．５〜２度程度の角度、例えば１度の角度に設定することができ、この回転角度が１度の場合、被加工物１０の全周を３６０に分割して次の通りの作業が行われる。そして、各加工位置において、切削工具１８のすくい面と被加工物１０の形状表面（例えば、三次元カムの表面）との交線を作成する（交線作成工程Ｓ２）。この交線はスプライン曲線Ｘで表すことができ、その代表的な通過点、或いはスプライン曲線の式を表す係数を求める。ここで、交線に関するデータが通過点のみからなる場合、改めてスプライン曲線の係数を求めておく。
【００３３】
このスプライン曲線Ｘを求める場合、ＮＣ旋盤の座標系に従うと、点群データ（ｘｉ，ｚｉ），ｉ＝０，１，２，・・・（ｍ−１）が得られるが、次のようにしてこれら点群間を更に補間するのが望ましく、このように補間して主軸回転数及び送りに同期した点群データを作成する。設計データ（加工形状読込み工程Ｓ１）から得られた点群データの第ｉ区間における点（ｘｊ，ｚｊ）は、スプライン関数ｆｉ（ｚｊ）を用いて区間内をｎ点で補間すると、
【００３４】
【数１】
となる。これを各区間毎に計算し、全体の交線を補間するとスプライン曲線Ｘ（図８参照）を求めることができる。
【００３５】
次に、交線作成工程Ｓ２にて得られた交線のスプライン曲線Ｘ上に切削工具１８の送り量を考慮した通過点を改めてこのスプライン曲線Ｘ（図８参照）上に作成する（工具軌跡点列作成工程Ｓ３）。このとき、切削工具１８の形状に起因して、その半径の影響でもって加工位置により切込みすぎる箇所が生じるために、図８に矢印で示すように、切削工具１８のすくい面上においてスプライン曲線Ｘの法線方向に切削工具１８の半径Ｒだけオフセットした基準点軌跡点列を作成し（基準点軌跡点列作成工程Ｓ４）、このように作成された基準点軌跡点列は、図８にＱ１，Ｑ２，Ｑ３・・・Ｑｎとなる。
【００３６】
この実施形態においては、切削工具１８の中心点Ｏ（図７参照）が基準点となり、この基準点を基準にして切削工具１８の第１の方向の送り量及び第２方向の送り量が決定されるので、この基準点（切削工具１８の中心点Ｏ）の軌跡点列が作成され、このように切削工具１８の中心点Ｏを基準点とすることによって、容易に基準点軌跡点列を作成することができるとともに、後述する如くして第１及び第２の方向の送り量を簡単に算出することができる。
【００３７】
そして、この基準点軌跡点列を連結することによって、軌跡点列連結データ（換言すると、図８に示すスプライン曲線Ｓ）が作成される。
【００３８】
このスプライン曲線Ｓを求める場合、図１０に示すように、第ｉ区間における点（ｘｊ，ｚｊ）において、ｘ−ｚ平面内で法線方向に工具半径Ｒだけオフセットした点（ｘＲｊ，ｚＲｊ）を、この点におけるｆｉ（ｚｊ）の一次導関数ｆ’ｉ（ｚｊ）を用いて表すと、次の通りとなる。このとき、点（ｘｊ，ｚｊ）における補間関数ｆｉ（ｚｊ）の傾きは、
【００３９】
【数２】
となり、従って、オフセットした点（ｘＲｊ，ｚＲｊ）は、
【００４０】
【数３】
となる。ここでＲは工具半径である。
【００４１】
この点（ｘＲｊ，ｚＲｊ）を順次区間毎に求め、改めてスプライン補間を行うことにより、工具半径Ｒだけオフセットさせたスプライン曲線Ｓ（図８参照）を求めることができる。
【００４２】
その後、基準点軌跡点列作成工程で作成された基準点軌跡点列を連結した軌跡点列連結データ（スプライン曲線Ｓ）に基づいて被加工物１０の所定回転角度毎の第１の方向における送り速度が一定となる補正基準点軌跡点列を作成する（補正基準点軌跡点列作成工程Ｓ５）。
【００４３】
スプライン曲線Ｓにおける基準点軌跡点列の間隔は一定とならず、これは切削加工時の第１の方向における送り量が一定とならないことを意味し、被加工物１０の切削加工中に第２の方向における送り量（即ち、切削工具１８の切込み量）及び第１の方向における送り量を主軸（被加工物１０）の回転角度に従い位置制御する必要があり、移動速度、加速度が常に変化するようになり、追従制御が難しくなるおそれがある。これに対して、被加工物１０の所定回転角度毎の第１の方向における送り速度が一定となるように補正基準点軌跡点列を作成したときには、図９に示すようになり、第２の方向の送り量（即ち、切削工具１８の切込み量を位置制御すればよく、その追従制御が容易となり、高精度の切削加工が可能となる。
【００４４】
そして、補正基準点軌跡点列作成工程Ｓ５にて作成した補正基準点軌跡点列を連結した補正軌跡点列連結データ（換言すると、補正基準点軌跡点列を連結したスプライン曲線Ｔ）に基づいて主軸（即ち、被加工物１０）の所定回転角度毎の第２方向の送り量を算出し、第１の方向の所定送り量及び第２の方向の算出された送り量に基づいて旋削加工データが作成される（旋削加工データ作成工程Ｓ６）。
【００４５】
その後、この旋削加工データ作成工程Ｓ６にて作成された旋削加工データが、コンピュータ（図示せず）から入力装置６２のデータ入力手段６６を介してコントローラ５２に入力され、かかる入力の際に、操作入力手段６４を入力操作して必要な命令が付加され、このようにしてＮＣ加工データが作成される（ＮＣ加工データ作成工程Ｓ７）、作成されたＮＣ加工データがコントローラ５２のメモリ手段６０に登録される。
【００４６】
このように登録されたＮＣ加工データは、被加工物１０の加工時に、データ読出し手段５６によりメモリ手段６０から読み出され、制御手段５８は読み出されたＮＣ加工データに基づいて主軸移動用駆動源２０及び工具移動用駆動源２８を作動制御し、これによって、主軸部８（即ち、被加工物１０）は、主軸の所定回転角度毎に第１の方向に所定送り量だけ移動するとともに、支持テーブル１２（即ち、切削工具１８）は、第２の方向に算出された送り量だけ移動する。このとき、制御手段５８は、主軸回転用駆動源２２及び工具回転用駆動源３０を作動し、被加工物１０の回転及び切削工具１８の回転によって、被加工物１０は、所望の三次元形状に切削加工され、切削工具１８は、図２に曲線Ｙで示すように被加工物１０に作用する。
【００４７】
尚、上述した実施形態では、補正基準点軌跡点列作成工程Ｓ５を設けているが、この補正基準点軌跡点列作成工程Ｓ５を省略することもでき、かかる場合、基準点軌跡点列作成工程Ｓ４で作成された基準点軌跡点列を連結した軌跡点列連結データ（換言すると、基準点軌跡点列を連結したスプライン曲線Ｓ）に基づいて主軸（即ち、被加工物１０）の所定回転角度毎第１及び第２の方向の送り量を算出し、算出した第１及び第２の方向の送り量に基づいて旋削加工データが作成される（旋削加工データ作成工程Ｓ６）。
【００４８】
以上、本発明に従う非円形加工方法の一実施例について説明したが、本発明はかかる実施例に限定されず、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
【００４９】
例えば、上述した実施例では、切削工具１８が取り付けられる支持テーブル１２に対して主軸部６（即ち、主軸）が第１の方向に往復移動される形態の旋盤に適用して説明したが、このような形態の旋盤に限定されず、主軸部６に対して支持テーブル１２が第１の方向に往復移動される形態のものにも同様に適用することができる。
【００５０】
また、例えば、上述した実施例では、主軸部６（即ち、主軸）に対して支持テーブル１２が第２の方向に往復移動される形態の旋盤に適用して説明したが、このような形態の旋盤に限定されず、支持テーブル１２に対して主軸部６が第２の方向に往復移動される形態のものにも同様に適用することができる。
【００５１】
また、例えば、上述した実施例では、切削工具１８が回転自在に支持テーブル１２に支持されて所定方向に回動する形態の旋盤に適用して説明したが、このような形態に限定されず、切削工具１８が支持テーブル１２に固定的に取り付けられる形態のものにも同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
２ 旋盤
４ ベッド本体
６ 主軸部
１０ 被加工物
１２ 支持テーブル
１８ 旋削工具
２０ 主軸移動用駆動源
２８ 工具移動用駆動源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＣ旋盤などによる切削加工を用いて被加工物に非円形加工を行う非円形加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被加工物を非円形状に加工する加工方法として、砥石を用いた加工方法が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。これらの加工方法では、加工機械として研削盤が用いられ、例えば特許文献１に開示されたものでは、研削盤本体に砥石台がＸ軸方向に移動自在に、またテーブルがＺ軸方向に移動自在に支持されている。砥石台には砥石が回転自在に取り付けられ、この砥石の回転軸線はＸ軸に対して傾斜して設けられている。また、テーブルには主軸台と心押し台が設けられ、かかる主軸台に設けられたチャックに被加工物（例えば、カムシャフト）の一端部が保持され、チャックに保持された被加工物の他端部は心押し台に支持される。
【０００３】
この研削盤を用いた加工では、加工用砥石が所定方向に回動され、かかる砥石が被加工物に作用して研削加工が行われる。この研削加工の際には、テーブル（即ち、被加工物）はＺ軸方向に一定速度で移動されるとともに、砥石台（即ち、加工用砥石）が被加工物の回転角度に応じてＸ軸方向に移動され、このようにして砥石を用いて被加工物（例えば、カムシャフト）に対する非円形加工が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４１７１号公報
【特許文献２】特開２００６−３１５１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような研削盤を用いた加工方法では、加工工具として砥石を用いるために単位時間当たりの加工量が少なく、被加工物を所定の形状に加工するための加工時間が長くなる問題がある。このような問題は、砥石を用いた研削加工に起因するものであり、それ故に、研削加工以外の他の加工方法による加工効率の高い非円形加工方法の実現が望まれている。
【０００６】
本発明は、加工効率の高い旋削加工により被加工物に対する非円形加工を行うことができる非円形加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に記載の旋削による非円形加工方法は、被加工物を保持するためのチャック手段が装着された主軸、被加工物を切削加工するための切削工具が取り付けられた支持テーブル、前記主軸及び前記支持テーブルのいずれか一方をそれらの他方に対して第１の方向に相対的に移動自在に支持するための第１支持機構及び前記主軸及び前記支持テーブルのいずれか一方をそれらの他方に対して前記第１の方向に対して実質上垂直な第２の方向に相対的に移動自在に支持するための第２支持機構を備えた旋盤を用いて被加工物を非円形加工する旋削による非円形加工方法であって、
被加工物の加工形状に対応する加工形状データを読み込む加工形状読込み工程と、前記被加工物の所定回転角度毎における前記切削工具のすくい面と被加工物の加工形状の表面との交線を作成する交線作成工程と、前記交線作成工程にて作成された交線に対応したスプライン曲線上に前記切削工具の送り量を考慮した前記切削工具の軌跡点列を作成する工具軌跡点列作成工程と、前記軌跡点列作成工程にて作成された前記工具軌跡点列に基づいて前記切削工具の移動基準点の軌跡点列を作成する基準点軌跡点列作成工程と、前記基準点軌跡点列作成工程にて作成された前記基準点軌跡点列を連結した軌跡点列連結データに基づいて被加工物の前記所定回転角度毎の前記第１及び第２の方向の送り量を算出して旋削加工データを作成する旋削加工データ作成工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載の旋削による非円形加工方法では、前記切削工具は断面が円形状であり、前記移動基準点は前記切削工具の中心点であり、前記基準点軌跡点列作成工程においては、前記切削工具の中心点の軌跡点列が前記移動基準点軌跡点列として作成されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項３に記載の旋削による非円形加工方法では、前記基準点軌跡点列作成工程と前記旋削加工データ作成工程との間に、前記基準点軌跡点列作成工程にて作成された前記基準点軌跡点列を連結した軌跡点列連結データに基づいて被加工物の前記所定回転角度毎の前記第１の方向の送り量が一定となる補正基準点軌跡点列を作成する補正基準点軌跡点列作成工程が遂行され、前記旋削加工データ作成工程においては、前記補正基準点軌跡点列作成工程にて作成された前記補正基準点軌跡点列を連結した補正軌跡点列連結データに基づいて被加工物の前記所定回転角度毎の前記第２方向の送り量が算出され、前記第１の方向の所定送り量算及び前記第２の方向の算出された送り量に基づいて旋削加工データが作成されることを特徴とする。
【００１０】
更に、本発明の請求項４に記載の旋削による非円形加工方法では、前記切削工具は、その刃先が前記主軸の中心軸線よりも上下方向上方又は下方に所定オフセット量ずれるように前記支持テーブルに取り付けられており、前記交線作成工程においては、前記第１の方向における送り量及び前記切削工具の前記刃先の前記所定オフセット量を考慮して、前記被加工物の所定回転角度毎における前記切削工具のすくい面と最終加工形状の表面との交線を作成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１に記載の旋削による非円形加工方法によれば、被加工物による非円形加工に旋盤を用いた切削加工、即ち旋削加工を用いるので、加工効率が高く、被加工物を短時間でもって所望の非円形形状に加工することができる。また、被加工物の所定回転角度毎における切削工具のすくい面と加工形状の表面との交線を作成するので、加工時における被加工物に対する切削工具の作用状態を所定の関係に保った加工が可能となる。更に、この交線に対応したスプライン曲線上に切削工具の送り量を考慮した切削工具の軌跡点列を作成し、この工具軌跡点列に基づいて切削工具の移動基準点の軌跡点列を作成し、この基準点軌跡点列を連結した軌跡点列連結データに基づいて被加工物の所定回転角度毎の第１及び第２の方向の送り量を算出するので、被加工物を切削加工する際の切削工具の第１及び第２方向の正確な送り量を算出することができる。そして、この第１及び第２の方向の送り量に基づいて旋削加工データを作成するので、旋盤による切削加工でもって被加工物を所望の非円形形状に加工することができる。尚、「非円形加工」とは、主軸回転中心から加工点までの距離が主軸回転中に変化する加工方法をいい、例えば非円形状、偏心円形状などの形状に加工する加工方法である。
【００１２】
また、本発明の請求項２に記載の旋削による非円形加工方法によれば、切削工具は断面が円形状で、移動基準点が切削工具の中心点として移動基準点軌跡点列が作成されるので、比較的容易に移動基準点軌跡点列を作成して被加工物を所要の通りに非円形加工することができる。
【００１３】
また、本発明の請求項３に記載の旋削による非円形加工方法によれば、基準点軌跡点列作成工程にて作成した基準点軌跡点列を連結した軌跡点列連結データに基づいて被加工物の所定回転角度毎の第１の方向の送り量が一定となる補正基準点軌跡点列を作成し、この補正基準点軌跡点列を連結した補正軌跡点列連結データに基づいて被加工物の所定回転角度毎の第２方向の送り量が算出されるので、第２の方向の送り量が一定の旋削加工データを作成することができ、この旋削加工データを用いた旋盤による切削加工の制御が容易となる。
【００１４】
更に、本発明の請求項４に記載の旋削による非円形加工方法によれば、切削工具は、その刃先が主軸の中心軸線よりも上下方向上方又は下方に所定オフセット量ずれるように支持テーブルに取り付けられているので、非円形加工を行う際に被加工物と切削工具とが干渉する干渉範囲を狭くすることができ、これによって、種々の非円形加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に従う非円形加工方法を実施するための旋盤の一例を簡略的に示す斜視図。
【図２】図１の旋盤における切削工具及び被加工物の近傍を拡大して示す部分拡大斜視図。
【図３】非円形加工の際に生じる切削工具と被加工物との干渉を説明するための説明図。
【図４】切削工具と被加工物との干渉が解消されることを説明するための説明図。
【図５】図１の旋盤の制御系を簡略的に示すブロック図。
【図６】旋削用加工データを作成する作業の流れを示すフローチャート。
【図７】切削工具及びその移動基準点を示す斜視図。
【図８】旋削用加工データを作成する際の工具すくい面と加工面との交線、工具軌跡点列及び基準点軌跡点列を説明するための説明図。
【図９】旋削用加工データを作成する際の補正基準点軌跡点列を説明するための説明図。
【図１０】基準点軌跡点列を作成する際のスプライン曲線の補完方法を説明ための説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う非円形加工方法の一実施例について説明する。まず、非円形加工方法の説明に際し、この非円形加工方法を用いて加工する旋盤の一例について説明する。
【００１７】
図１及び図２において、図示の旋盤（例えば、ＮＣ旋盤、ＣＮＣ旋盤）２は、工場の床面などに設置されるベッド本体４を備え、ベッド本体４の片側部（図１において右上部）には主軸部６が配設され、この主軸部６とベッド本体４との間に第１支持機構（図示せず）が介在されている。主軸部６には主軸（図示せず）が回転自在に支持され、この主軸にチャック手段８が装着され、加工すべき被加工物１０は、このチャック手段８に着脱自在に保持される。
【００１８】
第１支持機構は、第１の方向（主軸の軸線方向のＺ軸方向であって、図１において左下から右上の方向）に延びる一対の第１案内支持部（図示せず）を有し、かかる一対の第１案内支持部がベッド本体４の片側部上面に配設され、主軸部６は、第１支持機構の一対の案内支持部に支持され、これらに沿って第１の方向に往復移動自在である。
【００１９】
また、ベッド本体４の他側部（図１において左下部）には支持テーブル１２が配設され、この支持テーブル１２とベッド本体４との間に第２支持機構（図示せず）が介在されている。支持テーブル１２は矩形状であり、その上部に工具取付部１４が設けられている。この工具取付部１４には工具ホルダ１６が回転自在に装着され、かかる工具ホルダ１６に切削工具１８が取り付けられる。
【００２０】
第２支持機構は、第１の方向に対して実質上垂直な第２の方向（主軸の軸線に対して実質上垂直なＸ軸方向であって、図１において右下から左上の方向）に延びる一対の第２案内支持部（図示せず）を有し、一対の第２案内支持部がベッド本体４の他側部上面に配置され、支持テーブル１２は、第２支持機構の一対の第２案内支持部に支持され、これらに沿って第２の方向に往復移動自在である。
【００２１】
図１とともに図５を参照して、この旋盤２においては、主軸部６の主軸（図示せず）に関連して、例えば電動モータから構成される主軸移動用駆動源２０及び主軸回転用駆動源２２が設けられ、主軸移動用駆動源２０がベッド本体４に配設され、主軸回転用駆動源２２が主軸部６に配設されている。主軸移動用駆動源２０と主軸部６との間には例えばボールねじ機構（図示せず）が介在され、この主軸移動用駆動源２０が所定方向（又は所定方向と反対方向）に回動すると、ボールねじ機構を介して主軸部６が矢印２４（又は矢印２６）で示す方向、即ち切削工具１８に近接する方向（又は離隔する方向）に移動される。また、主軸回転用駆動源２２が所定方向に回動すると、主軸及びチャック手段８が矢印２７で示す方向に回動される。
【００２２】
更に、支持テーブル１２の切削工具１８に関連して、例えば電動モータから構成される工具移動用駆動源２８及び工具回転用駆動源３０が設けられ、工具移動用駆動源２８がベッド本体４に配設され、工具回転用駆動源３０が支持テーブル１２に配設されている。工具移動用駆動源２８と支持テーブル１２との間には例えばボールねじ機構（図示せず）が介在され、この工具移動用駆動源２８が所定方向（又は所定方向と反対方向）に回動すると、ボールねじ機構を介して支持テーブル１２が矢印３２（又は矢印３４）で示す方向、即ち旋盤２の背面側に向けて（又は旋盤２の手前側に向けて）に移動される。また、工具回転用駆動源３０が所定方向に回動すると、工具ホルダ１６及び切削工具１８は、矢印３６（図２参照）で示す方向に回動される。尚、この実施形態では、切削工具１８は、図２において上から見て反時計方向（矢印３６出示す方向）に回転させているが、これとは反対に、図２において上から見て時計方向に回転させるようにしてもよい。
【００２３】
この旋盤２においては、図２及び図７に示すように、切削工具１８は、断面が円形状ののものから構成され、その上端部全周が加工用刃先として機能し、後述するように被加工物１０の表面に作用して切削加工を行う。
【００２４】
また、この切削工具１８の刃先は、主軸（図示せず）の中心軸線（換言すると、チャック手段８に保持された被加工物１０の中心軸線）よりも上下方向下方に所定オフセット量Ｈ（図４参照）ずれるように支持テーブル１２（具体的には、工具ホルダ１６）に取り付けられており、このように切削工具１８をオフセットさせることにより、切削加工時の切削工具１８と被加工物１０とが干渉する干渉範囲を狭くし、種々の非円形加工が可能となる。
【００２５】
図３及び図４を参照して、切削工具１８と被加工物１０との干渉について説明すると、図３に示すように、主軸（図示せず）の中心点Ｏと切削工具１８の刃先４０とが上下方向に一致する（主軸の中心点Ｏと刃先４０とを結ぶ線Ｌ１が水平となる）ように切削工具１８を取り付けた場合、例えば、被加工物１０の一部が楕円状に突出する形状である（例えば、カムシャフトのカム部などである）と、切削工具１８と被加工物１０とが加工中に干渉するようになる。即ち、図３に破線で示すように、被加工物１０の円弧状部及びその付近を加工するときには、切削工具１８の刃先４０の上流側（矢印４２で示す被加工物１０の回転方向上流側）に被加工物１０の急激な突部は存在せず、切削工具１８と被加工物１０との相互干渉は生じないが、図３に実線で示すように、被加工物１０の楕円状突出部の先端部付近を加工するときには、切削工具１８の刃先４０の上流側に被加工物１０の急激な突部が存在し、この急激な突部が切削工具１８に衝突し、被加工物１０と切削工具１８との相互干渉が生じるようになり（図３に斜線で示す部分が切削工具１８と干渉するようになる）、切削工具１８でもって被加工物１０を加工できない。
【００２６】
これに対して、図４に示すように、切削工具１８の刃先４０が主軸（図示せず）の中心点Ｏよりも上下方向下方に所定オフセット量Ｈずれる（刃先４０を通る線Ｌ１と並行な線をＬ２とすると、線Ｌ１と線Ｌ２との間隔がＨとなる）ように切削工具１８を取り付けた場合、例えば、被加工物１０が図３に示すと同様の形状であったとしても、この所定オフセット量Ｈによって、切削工具１８と被加工物１０との相互干渉を回避することができる。即ち、図４に破線で示すように、被加工物１０の円弧状部及びその付近を加工するときには、切削工具１８の刃先４０の上流側（矢印４２で示す被加工物１０の回転方向上流側）に被加工物１０の急激な突部は存在せず、切削工具１８と被加工物１０との相互干渉は生じることはなく、また図４に実線で示すように、被加工物１０の楕円状突出部の先端部付近を加工するときにおいても、切削工具１８の刃先４０の上流側に被加工物１０の急激な突部が存在せず、このときのも切削工具１８と被加工物１０との相互干渉が生じることはなく、従って、切削工具１８でもって図３及び図４に示す形状の被加工物１０を加工することが可能となる。
【００２７】
切削工具１８のオフセット量Ｈは、例えば、切削加工すべき被加工物１０の形状にもよるが、軸Ｌ１を基準に、切削工具１８の刃先４０のすくい面を通る線Ｌ２と被加工物１０の基礎円との交点をＰとしたときにこの交点Ｐと基礎円の中心Ｏとを結ぶ線Ｕとの角度α、換言するとオフセット量Ｈに関連するオフセット角度α（図４参照）が２０〜７０度程度の角度範囲、好ましくは４０〜６０度の角度範囲、例えば４５度となるようにするのが好ましい。尚、この切削工具１８の上下方向のオフセットは、上下方向上方にオフセットさせてもよく、上方にオフセットさせても下方にオフセットさせたと同様の作用効果が達成される。
【００２８】
この旋盤２は、図５に示す制御系を備えており、後述する如くして作成されるＮＣ加工データを用いて被加工物１０（例えば、図２に示すような三次元カム）の切削加工を行うことができる。図５において、この制御系は、旋盤２の各種構成要素、例えば主軸移動用駆動源２０、主軸回転用駆動源２２、工具移動用駆動源２８及び工具回転用駆動源３０などを制御するためのコントローラ５２を備えている。コントローラ５２は、データを読み込むためのデータ読込み手段５４と、データを読み出すためのデータ読出し手段５６と、各種構成要素（主軸移動用駆動源２０など）を制御するための制御手段５８と、各種データを記憶するメモリ手段６０とを含んでおり、このメモリ手段６０には後述する如くして作成されたＮＣ加工データなどが登録される。
【００２９】
また、旋盤２は、各種データを入力するための入力装置６２を備え、この入力装置６２は、操作パネルなどから構成される操作入力手段６４と、作成したデータを入力するためのデータ入力手段６６とを備え、操作入力手段６４を操作入力することによって、手動操作でもってデータを入力することができ、またデータ入力手段６６を用いることによって、別個のコンピュータ（図示せず）を用いて作成した旋削加工データなどを入力することができる。
【００３０】
次に、主として図６〜図９を参照して、上述した旋盤２を用いて加工する際に使用する旋削用加工データの作成の手順について説明する。図６において、この旋削用加工データの作成には、旋盤２のコントローラ５２とは別個のコンピュータ（例えば、パソコン）（図示せず）が用いられ、このコンピュータを用いて旋削加工データが作成され、その後、この旋削加工データをコントローラ５２に読み込む際に加工に必要な命令が付加されてＮＣ加工データが作成され、作成されたＮＣ加工データがコントローラ５２のメモリ手段６０に登録される。
【００３１】
旋削用加工データを作成するには、まず、被加工物１０（例えば、図２に示す三次元カム）の形状に関するデータ（即ち、被加工物１０の設計データ）の読込みが行われ、このデータの読込みは、コントローラ５２とは別個のパソコンを用いて行われる（加工形状読込み工程Ｓ１）。
【００３２】
次いで、図４に示す位置関係に切削工具１８をオフセットし、被加工物１０の所定回転角度（即ち、主軸の所定回転角度）毎の被加工物１０の加工位置を設定する。この所定回転角度とは、例えば、０．５〜２度程度の角度、例えば１度の角度に設定することができ、この回転角度が１度の場合、被加工物１０の全周を３６０に分割して次の通りの作業が行われる。そして、各加工位置において、切削工具１８のすくい面と被加工物１０の形状表面（例えば、三次元カムの表面）との交線を作成する（交線作成工程Ｓ２）。この交線はスプライン曲線Ｘで表すことができ、その代表的な通過点、或いはスプライン曲線の式を表す係数を求める。ここで、交線に関するデータが通過点のみからなる場合、改めてスプライン曲線の係数を求めておく。
【００３３】
このスプライン曲線Ｘを求める場合、ＮＣ旋盤の座標系に従うと、点群データ（ｘｉ，ｚｉ），ｉ＝０，１，２，・・・（ｍ−１）が得られるが、次のようにしてこれら点群間を更に補間するのが望ましく、このように補間して主軸回転数及び送りに同期した点群データを作成する。設計データ（加工形状読込み工程Ｓ１）から得られた点群データの第ｉ区間における点（ｘｊ，ｚｊ）は、スプライン関数ｆｉ（ｚｊ）を用いて区間内をｎ点で補間すると、
【００３４】
【数１】
となる。これを各区間毎に計算し、全体の交線を補間するとスプライン曲線Ｘ（図８参照）を求めることができる。
【００３５】
次に、交線作成工程Ｓ２にて得られた交線のスプライン曲線Ｘ上に切削工具１８の送り量を考慮した通過点を改めてこのスプライン曲線Ｘ（図８参照）上に作成する（工具軌跡点列作成工程Ｓ３）。このとき、切削工具１８の形状に起因して、その半径の影響でもって加工位置により切込みすぎる箇所が生じるために、図８に矢印で示すように、切削工具１８のすくい面上においてスプライン曲線Ｘの法線方向に切削工具１８の半径Ｒだけオフセットした基準点軌跡点列を作成し（基準点軌跡点列作成工程Ｓ４）、このように作成された基準点軌跡点列は、図８にＱ１，Ｑ２，Ｑ３・・・Ｑｎとなる。
【００３６】
この実施形態においては、切削工具１８の中心点Ｏ（図７参照）が基準点となり、この基準点を基準にして切削工具１８の第１の方向の送り量及び第２方向の送り量が決定されるので、この基準点（切削工具１８の中心点Ｏ）の軌跡点列が作成され、このように切削工具１８の中心点Ｏを基準点とすることによって、容易に基準点軌跡点列を作成することができるとともに、後述する如くして第１及び第２の方向の送り量を簡単に算出することができる。
【００３７】
そして、この基準点軌跡点列を連結することによって、軌跡点列連結データ（換言すると、図８に示すスプライン曲線Ｓ）が作成される。
【００３８】
このスプライン曲線Ｓを求める場合、図１０に示すように、第ｉ区間における点（ｘｊ，ｚｊ）において、ｘ−ｚ平面内で法線方向に工具半径Ｒだけオフセットした点（ｘＲｊ，ｚＲｊ）を、この点におけるｆｉ（ｚｊ）の一次導関数ｆ’ｉ（ｚｊ）を用いて表すと、次の通りとなる。このとき、点（ｘｊ，ｚｊ）における補間関数ｆｉ（ｚｊ）の傾きは、
【００３９】
【数２】
となり、従って、オフセットした点（ｘＲｊ，ｚＲｊ）は、
【００４０】
【数３】
となる。ここでＲは工具半径である。
【００４１】
この点（ｘＲｊ，ｚＲｊ）を順次区間毎に求め、改めてスプライン補間を行うことにより、工具半径Ｒだけオフセットさせたスプライン曲線Ｓ（図８参照）を求めることができる。
【００４２】
その後、基準点軌跡点列作成工程で作成された基準点軌跡点列を連結した軌跡点列連結データ（スプライン曲線Ｓ）に基づいて被加工物１０の所定回転角度毎の第１の方向における送り速度が一定となる補正基準点軌跡点列を作成する（補正基準点軌跡点列作成工程Ｓ５）。
【００４３】
スプライン曲線Ｓにおける基準点軌跡点列の間隔は一定とならず、これは切削加工時の第１の方向における送り量が一定とならないことを意味し、被加工物１０の切削加工中に第２の方向における送り量（即ち、切削工具１８の切込み量）及び第１の方向における送り量を主軸（被加工物１０）の回転角度に従い位置制御する必要があり、移動速度、加速度が常に変化するようになり、追従制御が難しくなるおそれがある。これに対して、被加工物１０の所定回転角度毎の第１の方向における送り速度が一定となるように補正基準点軌跡点列を作成したときには、図９に示すようになり、第２の方向の送り量（即ち、切削工具１８の切込み量を位置制御すればよく、その追従制御が容易となり、高精度の切削加工が可能となる。
【００４４】
そして、補正基準点軌跡点列作成工程Ｓ５にて作成した補正基準点軌跡点列を連結した補正軌跡点列連結データ（換言すると、補正基準点軌跡点列を連結したスプライン曲線Ｔ）に基づいて主軸（即ち、被加工物１０）の所定回転角度毎の第２方向の送り量を算出し、第１の方向の所定送り量及び第２の方向の算出された送り量に基づいて旋削加工データが作成される（旋削加工データ作成工程Ｓ６）。
【００４５】
その後、この旋削加工データ作成工程Ｓ６にて作成された旋削加工データが、コンピュータ（図示せず）から入力装置６２のデータ入力手段６６を介してコントローラ５２に入力され、かかる入力の際に、操作入力手段６４を入力操作して必要な命令が付加され、このようにしてＮＣ加工データが作成される（ＮＣ加工データ作成工程Ｓ７）、作成されたＮＣ加工データがコントローラ５２のメモリ手段６０に登録される。
【００４６】
このように登録されたＮＣ加工データは、被加工物１０の加工時に、データ読出し手段５６によりメモリ手段６０から読み出され、制御手段５８は読み出されたＮＣ加工データに基づいて主軸移動用駆動源２０及び工具移動用駆動源２８を作動制御し、これによって、主軸部８（即ち、被加工物１０）は、主軸の所定回転角度毎に第１の方向に所定送り量だけ移動するとともに、支持テーブル１２（即ち、切削工具１８）は、第２の方向に算出された送り量だけ移動する。このとき、制御手段５８は、主軸回転用駆動源２２及び工具回転用駆動源３０を作動し、被加工物１０の回転及び切削工具１８の回転によって、被加工物１０は、所望の三次元形状に切削加工され、切削工具１８は、図２に曲線Ｙで示すように被加工物１０に作用する。
【００４７】
尚、上述した実施形態では、補正基準点軌跡点列作成工程Ｓ５を設けているが、この補正基準点軌跡点列作成工程Ｓ５を省略することもでき、かかる場合、基準点軌跡点列作成工程Ｓ４で作成された基準点軌跡点列を連結した軌跡点列連結データ（換言すると、基準点軌跡点列を連結したスプライン曲線Ｓ）に基づいて主軸（即ち、被加工物１０）の所定回転角度毎第１及び第２の方向の送り量を算出し、算出した第１及び第２の方向の送り量に基づいて旋削加工データが作成される（旋削加工データ作成工程Ｓ６）。
【００４８】
以上、本発明に従う非円形加工方法の一実施例について説明したが、本発明はかかる実施例に限定されず、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
【００４９】
例えば、上述した実施例では、切削工具１８が取り付けられる支持テーブル１２に対して主軸部６（即ち、主軸）が第１の方向に往復移動される形態の旋盤に適用して説明したが、このような形態の旋盤に限定されず、主軸部６に対して支持テーブル１２が第１の方向に往復移動される形態のものにも同様に適用することができる。
【００５０】
また、例えば、上述した実施例では、主軸部６（即ち、主軸）に対して支持テーブル１２が第２の方向に往復移動される形態の旋盤に適用して説明したが、このような形態の旋盤に限定されず、支持テーブル１２に対して主軸部６が第２の方向に往復移動される形態のものにも同様に適用することができる。
【００５１】
また、例えば、上述した実施例では、切削工具１８が回転自在に支持テーブル１２に支持されて所定方向に回動する形態の旋盤に適用して説明したが、このような形態に限定されず、切削工具１８が支持テーブル１２に固定的に取り付けられる形態のものにも同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
２ 旋盤
４ ベッド本体
６ 主軸部
１０ 被加工物
１２ 支持テーブル
１８ 旋削工具
２０ 主軸移動用駆動源
２８ 工具移動用駆動源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を保持するためのチャック手段が装着された主軸、被加工物を切削加工するための切削工具が取り付けられた支持テーブル、前記主軸及び前記支持テーブルのいずれか一方をそれらの他方に対して第１の方向に相対的に移動自在に支持するための第１支持機構及び前記主軸及び前記支持テーブルのいずれか一方をそれらの他方に対して前記第１の方向に対して実質上垂直な第２の方向に相対的に移動自在に支持するための第２支持機構を備えた旋盤を用いて被加工物を非円形加工する旋削による非円形加工方法であって、
被加工物の加工形状に対応する加工形状データを読み込む加工形状読込み工程と、前記被加工物の所定回転角度毎における前記切削工具のすくい面と被加工物の加工形状の表面との交線を作成する交線作成工程と、前記交線作成工程にて作成された交線に対応したスプライン曲線上に前記切削工具の送り量を考慮した前記切削工具の軌跡点列を作成する工具軌跡点列作成工程と、前記軌跡点列作成工程にて作成された前記工具軌跡点列に基づいて前記切削工具の移動基準点の軌跡点列を作成する基準点軌跡点列作成工程と、前記基準点軌跡点列作成工程にて作成された前記基準点軌跡点列を連結した軌跡点列連結データに基づいて被加工物の前記所定回転角度毎の前記第１及び第２の方向の送り量を算出して旋削加工データを作成する旋削加工データ作成工程と、を含むことを特徴とする旋削による非円形加工方法。
【請求項２】
前記切削工具は断面が円形状であり、前記移動基準点は前記切削工具の中心点であり、前記基準点軌跡点列作成工程においては、前記切削工具の中心点の軌跡点列が前記移動基準点軌跡点列として作成されることを特徴とする請求項１に記載の旋削による非円形加工方法。
【請求項３】
前記基準点軌跡点列作成工程と前記旋削加工データ作成工程との間に、前記基準点軌跡点列作成工程にて作成された前記基準点軌跡点列を連結した軌跡点列連結データに基づいて被加工物の前記所定回転角度毎の前記第１の方向の送り量が一定となる補正基準点軌跡点列を作成する補正基準点軌跡点列作成工程が遂行され、前記旋削加工データ作成工程においては、前記補正基準点軌跡点列作成工程にて作成された前記補正基準点軌跡点列を連結した補正軌跡点列連結データに基づいて被加工物の前記所定回転角度毎の前記第２の方向の送り量が算出され、前記第１の方向の所定送り量及び前記第２の方向の算出された送り量に基づいて旋削加工データが作成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の旋削による非円形加工方法。
【請求項４】
前記切削工具は、その刃先が前記主軸の中心軸線よりも上下方向上方又は下方に所定オフセット量ずれるように前記支持テーブルに取り付けられており、前記交線作成工程においては、前記第１の方向における送り量及び前記切削工具の前記刃先の前記所定オフセット量を考慮して、前記被加工物の所定回転角度毎における前記切削工具のすくい面と最終加工形状の表面との交線を作成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の旋削による非円形加工方法。
【請求項１】
被加工物を保持するためのチャック手段が装着された主軸、被加工物を切削加工するための切削工具が取り付けられた支持テーブル、前記主軸及び前記支持テーブルのいずれか一方をそれらの他方に対して第１の方向に相対的に移動自在に支持するための第１支持機構及び前記主軸及び前記支持テーブルのいずれか一方をそれらの他方に対して前記第１の方向に対して実質上垂直な第２の方向に相対的に移動自在に支持するための第２支持機構を備えた旋盤を用いて被加工物を非円形加工する旋削による非円形加工方法であって、
被加工物の加工形状に対応する加工形状データを読み込む加工形状読込み工程と、前記被加工物の所定回転角度毎における前記切削工具のすくい面と被加工物の加工形状の表面との交線を作成する交線作成工程と、前記交線作成工程にて作成された交線に対応したスプライン曲線上に前記切削工具の送り量を考慮した前記切削工具の軌跡点列を作成する工具軌跡点列作成工程と、前記軌跡点列作成工程にて作成された前記工具軌跡点列に基づいて前記切削工具の移動基準点の軌跡点列を作成する基準点軌跡点列作成工程と、前記基準点軌跡点列作成工程にて作成された前記基準点軌跡点列を連結した軌跡点列連結データに基づいて被加工物の前記所定回転角度毎の前記第１及び第２の方向の送り量を算出して旋削加工データを作成する旋削加工データ作成工程と、を含むことを特徴とする旋削による非円形加工方法。
【請求項２】
前記切削工具は断面が円形状であり、前記移動基準点は前記切削工具の中心点であり、前記基準点軌跡点列作成工程においては、前記切削工具の中心点の軌跡点列が前記移動基準点軌跡点列として作成されることを特徴とする請求項１に記載の旋削による非円形加工方法。
【請求項３】
前記基準点軌跡点列作成工程と前記旋削加工データ作成工程との間に、前記基準点軌跡点列作成工程にて作成された前記基準点軌跡点列を連結した軌跡点列連結データに基づいて被加工物の前記所定回転角度毎の前記第１の方向の送り量が一定となる補正基準点軌跡点列を作成する補正基準点軌跡点列作成工程が遂行され、前記旋削加工データ作成工程においては、前記補正基準点軌跡点列作成工程にて作成された前記補正基準点軌跡点列を連結した補正軌跡点列連結データに基づいて被加工物の前記所定回転角度毎の前記第２の方向の送り量が算出され、前記第１の方向の所定送り量及び前記第２の方向の算出された送り量に基づいて旋削加工データが作成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の旋削による非円形加工方法。
【請求項４】
前記切削工具は、その刃先が前記主軸の中心軸線よりも上下方向上方又は下方に所定オフセット量ずれるように前記支持テーブルに取り付けられており、前記交線作成工程においては、前記第１の方向における送り量及び前記切削工具の前記刃先の前記所定オフセット量を考慮して、前記被加工物の所定回転角度毎における前記切削工具のすくい面と最終加工形状の表面との交線を作成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の旋削による非円形加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−７１３８１（Ｐ２０１２−７１３８１Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１８０３８（Ｐ２０１０−２１８０３８）
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（５９３１６５４８７）学校法人金沢工業大学 (202)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（５９３１６５４８７）学校法人金沢工業大学 (202)
【Ｆターム（参考）】
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