球面加工方法および球面加工装置
【課題】開口部が形成された中空のワークの内壁面を簡易な構成で精度よく球面加工する。
【解決手段】中空のワークＷに形成された開口部から主軸に装着された工具４０をワークＷ内に挿入し（図（ａ）参照）、工具４０の回転中心がワークＷの回転中心と略直交するよう工具４０を移動させ（図（ｂ）参照）、主軸からの回転動力によって工具４０に取り付けられた加工チップ４９を回転させると共にワークＷを徐々に回転させる（図（ｃ），（ｄ）参照）。この結果、加工チップ４９の円状の回転軌跡を重ね合わせるように球面加工がなされるので、開口部が形成された中空のワークＷの内壁面を簡易な構成で精度よく球面加工することができる。
【解決手段】中空のワークＷに形成された開口部から主軸に装着された工具４０をワークＷ内に挿入し（図（ａ）参照）、工具４０の回転中心がワークＷの回転中心と略直交するよう工具４０を移動させ（図（ｂ）参照）、主軸からの回転動力によって工具４０に取り付けられた加工チップ４９を回転させると共にワークＷを徐々に回転させる（図（ｃ），（ｄ）参照）。この結果、加工チップ４９の円状の回転軌跡を重ね合わせるように球面加工がなされるので、開口部が形成された中空のワークＷの内壁面を簡易な構成で精度よく球面加工することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球面加工方法および球面加工装置に関し、詳しくは、開口部が形成された中空のワークの内壁面を球面加工する球面加工方法および球面加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の球面加工装置としては、対向する一対の貫通孔が形成されると共に貫通孔の中心線と略直交する方向に開口部が形成された中空のディファレンシャルギヤケース（以下、ワークという）において、貫通孔の周囲の内壁面を球面加工するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この球面加工装置は、加工用の刃が曲面に沿って放射状に形成され加工範囲と径が略同じ大きさのドーム状部を両側に有する加工工具と、加工工具に接続されるスピンドルを回転駆動すると共に互いに接近または離間する一対のスピンドルヘッドと、スピンドルヘッド間でワークを支持するチャックと、加工工具をワークの開口部からワーク内に出し入れする工具挿抜装置とを備え、貫通孔の中心線がスピンドルヘッドの軸線と一致するようチャックによりワークを支持し、支持されたワーク内に工具挿抜装置により開口部から加工工具を挿入すると共にスピンドルヘッドを互いに接近させて貫通孔からスピンドルを挿入し、工具挿抜装置からスピンドルに加工工具を受け渡し、一方の内壁面に加工工具を押し付けながら回転させて該一方の内壁面を球面加工すると共に他方の内壁面に加工工具を押し付けながら回転させて該他方の内壁面を球面加工するとしている。
【特許文献１】特開２００５−１２５４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した球面加工装置では、加工工具の刃の摩耗や欠損による影響がワークの球面に転写されるため、面粗さの調整が困難であった。また、球面加工されたワーク内壁面の球面寸法は加工工具の刃の形状で定まるので、球面寸法が異なる他のワークを加工するために球面寸法に応じた加工工具を用意する必要があった。さらに、工具挿抜装置からスピンドルへの加工工具の受け渡しが必要であり、装置の構成が複雑なものとなっていた。
【０００４】
本発明の球面加工方法および球面加工装置は、開口部が形成された中空のワークの内壁面を簡易な構成で精度よく球面加工することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の球面加工方法および球面加工装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の球面加工方法は、
回転動力を発生する加工装置の主軸に接続可能な第１回転軸と、該第１回転軸と所定角度をもって前記回転動力を伝達可能に接続された第２回転軸とを有し、該第２回転軸の先端部の軸中心から所定の距離だけ離れた位置に加工刃が取り付けられた加工工具を用いて、開口部が形成された中空のワークの内壁面を球面加工する球面加工方法であって、
前記開口部から挿入した前記加工工具の第２回転軸の軸中心が前記ワークを回転させる回転中心と交差する所定位置となるよう該加工工具を移動させ、前記回転動力によって前記加工刃を回転させると共に前記ワークを徐々に回転させることにより球面加工することを特徴とする。
【０００７】
この本発明の球面加工方法では、中空のワークの開口部から内部に挿入した加工工具の第２回転軸の軸中心がワークを回転させる回転中心と交差する所定位置となるよう加工工具を移動させ、加工装置の主軸から発生される回転動力によって第２回転軸の先端部の軸中心から所定の距離だけ離れた位置に取り付けられた加工刃を回転させると共にワークを徐々に回転させることにより球面加工する。この結果、加工刃の円状の回転軌跡を重ね合わせるように球面加工がなされるので、開口部が形成された中空のワークの内壁面を簡易な構成で精度よく球面加工することができる。
【０００８】
こうした本発明の球面加工方法において、前記加工工具は、前記ワーク内に挿入された状態で前記球面加工に必要な該ワークの回転範囲内において前記開口部の縁と接触しないよう部分的に細く形成されたケースを備えるものとすることもできる。こうすれば、加工工具がワークに干渉するのを防止することができる。
【０００９】
また、本発明の球面加工方法において、前記第１回転軸と前記第２回転軸とは、かさ歯車の噛み合いにより接続されてなるものとすることもできる。こうすれば、簡易な構成で第１回転軸と第２回転軸とを所定角度をもって接続することができる。
【００１０】
さらに、本発明の球面加工方法において、前記ワークは、自動車のディファレンシャルギヤのケースであるものとすることもできる。ディファレンシャルギヤのケースは、内部に配置されるサイドギヤがケース内壁面と摺動する際の振動や騒音を極力小さくするために加工寸法や面粗さに高い精度が要求されており、本発明を適用する意義が大きい。
【００１１】
また、本発明の球面加工方法において、前記加工装置として、前記主軸がＸ軸方向と該Ｘ軸に直交するＹ軸方向と該Ｘ軸および該Ｙ軸に直交するＺ軸方向とに前記ワークに対して相対的に移動可能であって、前記ワークを固定して回動可能なテーブルを有するマシニングセンタを用いて前記球面加工を行うことを特徴とするものとすることもできる。こうすれば、加工工具の移動量やワークの回転量を精度よくコントロールしてより精度の高い球面加工をすることができる。
【００１２】
本発明の球面加工装置は、
開口部が形成された中空のワークの内壁面を球面加工する球面加工装置であって、
主軸に回転動力を発生させる第１電動機と、
前記主軸に接続可能な第１回転軸と、該第１回転軸と所定角度をもって前記回転動力を伝達可能に接続された第２回転軸とを有し、該第２回転軸の先端部の軸中心から所定の距離だけ離れた位置に加工刃が取り付けられた加工工具と、
前記主軸をＸ軸方向と該Ｘ軸に直交するＹ軸方向と該Ｘ軸および該Ｙ軸に直交するＺ軸方向とに前記ワークに対して相対的に移動させる移動手段と、
第２電動機により駆動され、前記ワークを固定して回動させるテーブルと、
前記ワークの開口部から前記加工工具が挿入され該加工工具の第２回転軸の軸中心が前記ワークの回転中心と交差する所定位置となるよう前記移動手段を制御し、前記回転動力により前記加工刃が回転されるよう前記第１電動機を制御すると共に前記ワークが徐々に回転されるよう前記第２電動機を制御する制御手段と
を備えることを要旨とする。
【００１３】
この本発明の球面加工装置では、中空のワークに形成された開口部から加工工具が挿入され加工工具の第２回転軸の軸中心がワークを回転させる回転中心と交差する所定位置となるよう主軸をＸ軸方向と該Ｘ軸に直交するＹ軸方向と該Ｘ軸および該Ｙ軸に直交するＺ軸方向とにワークに対して相対的に移動させる移動手段を制御し、回転動力により加工刃が回転されるよう第１電動機を制御すると共にワークが徐々に回転されるよう第２電動機を制御する。この結果、加工刃の円状の回転軌跡を重ね合わせるように球面加工がなされるので、開口部が形成された中空のワークの内壁面を簡易な構成で精度よく球面加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１５】
図１は、本発明の一実施例としての加工装置２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、加工装置２０の上面図である。実施例の加工装置２０は、図１に示すように、ワークＷを加工する汎用のマシニングセンタとして構成されており、加工装置２０の装置本体の架台としてのベース２２と、ベース２２に搭載されたコラム２３と、コラム２３に取り付けられ先端に工具が装着される主軸３２を主軸モータ３４により回転駆動する主軸装置３０と、主軸３２をＸ軸方向（図中前後方向），Ｙ軸方向（図中上下方向）およびＺ軸方向（図中左右方向）に駆動する駆動機構５０と、ワークＷをセットしてＹ軸に平行な軸線（図中Ｂ軸）周りに回転可能な回転テーブル７２を有するテーブル回転機構７０と、電源をオンオフする電源スイッチ８２や各種操作ボタン８４などからなる操作パネル８０と、加工メニューの選択画面などを作業者に表示するディスプレイ９０と、装置全体のコントロールを司るコントローラ１００とを備える。なお、加工装置２０は、図示しない自動工具交換装置を備え、加工作業の種類に応じて主軸３２に装着する工具を別の工具に交換可能となっている。
【００１６】
駆動機構５０は、図１および図２に示すように、Ｘ軸用駆動機構５２と、Ｙ軸用駆動機構５４と、Ｚ軸用駆動機構５６とを備える。Ｘ軸用駆動機構５２は、Ｘ軸サーボモータ５２ａを駆動源とする周知のボールねじ機構として構成され、ベース２２の上端部に敷設されたＸ軸ガイドレール５２ｂ上に搭載されるコラム２３をＸ軸方向に往復動させる。同様に、Ｙ軸用駆動機構５４およびＺ軸用駆動機構５６も周知のボールねじ機構として構成され、Ｙ軸用駆動機構５４は、コラム２３に敷設されたＹ軸ガイドレール５４ｂに沿ってスライド可能なＹ軸用サドル５４ｃをＹ軸サーボモータ５４ａによりＹ軸方向に往復動（上下動）させ、Ｚ軸用駆動機構５６は、Ｙ軸用サドル５４ｃに搭載された図示しないＺ軸用ベースに敷設されたＺ軸ガイドレール上に搭載される図示しないＺ軸用サドルをＺ軸サーボモータ５６ａによりＺ軸方向に往復動させる。Ｚ軸用サドルには、主軸装置３０が取り付けられており、このため、Ｘ軸用駆動機構５２，Ｙ軸用駆動機構５４およびＺ軸用駆動機構５６の駆動により、主軸３２をＸ軸方向，Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動させることができる。
【００１７】
テーブル回転機構７０は、図１に示すように、ワークＷを把持するためのクランプ７６が表面に配置された回転テーブル７２と、ベース２２に取り付けられＢ軸回りに回転テーブル７２を駆動するサーボモータ７４とを備える。このサーボモータ７４の駆動によって、回転テーブル７２を正方向および負方向に回転させることができ、また、サーボモータ７４の駆動速度を変化させることにより回転テーブル７２の回転速度を調整することができる。なお、回転テーブル７２の回転方向は、図２中右回りを正方向，左回りを負方向とする。
【００１８】
コントローラ１００は、ＣＰＵ１０２を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ１０２の他に各種加工プログラムなどを記憶したＲＯＭ１０４と、一時的に各種データを記憶するＲＡＭ１０６と、操作パネル８０などとの通信を可能とする内部通信インターフェース１０８とを備え、これらは互いに信号のやり取りが可能なように接続されている。コントローラ１００は、操作パネル８０の操作に応じて発生する操作信号や駆動機構５０の各サーボモータ、テーブル回転機構７０のサーボモータ７４からの位置信号などを入力し、主軸装置３０の主軸モータ３４や駆動機構５０の各サーボモータ、テーブル回転機構７０のサーボモータ７４に駆動信号を出力したりする。
【００１９】
実施例では、こうして構成された加工装置２０を用いて、開口部が形成された中空のワークＷの内壁面の球面加工、例えば、自動車のディファレンシャルギヤのケース（以下、「デフケース」という）の内壁面の球面加工を行っている。図３は、デフケースの斜視図である。図示するように、工具が開口部からワークＷ内に挿入される。この工具としては、デフケースの球面加工用の工具４０が用いられる。以下、この工具４０について説明する。なお、以下の説明では、ワークＷはデフケースを指すものとする。
【００２０】
工具４０は、図２に示すように、ケース４１に収容され、主軸３２に接続され端部にかさ歯車４３が取り付けられた第１回転軸４２と、第１回転軸４２のかさ歯車４３と噛み合うかさ歯車４６が一端に取り付けられると共に加工チップ４９を取り付けるためのチップ取付部４８が他端に取り付けられた第２回転軸４５とを備える。第１回転軸４２の軸中心と第２回転軸４５の軸中心とのなす角ａの角度は、ワークＷの内部形状や加工範囲、球面の曲率半径などに応じて定められるものであり、本実施例では約６５度とした。また、加工チップ４９は、その先端が第２回転軸４５の軸中心から距離Ｌ０だけ離れた位置に取り付けられるものとした。このため、主軸３２の回転動力がかさ歯車４３とかさ歯車４６との噛み合いにより第１回転軸４２から第２回転軸４５に伝達されると、加工チップ４９は、その先端が第２回転軸４５の軸中心の回りに半径Ｌ０の円を描くように回転する。以下、第２回転軸４５の軸中心を工具４０の回転中心という。なお、ケース４１は、第１回転軸４２が収容される部分において部分的に細く形成されているが、この理由については後述する。
【００２１】
次に、本発明の一実施例としての加工装置２０を用いて、開口部が形成された中空のワークＷの内壁面を球面加工する際の動作について説明する。図４は、図３のデフケースの斜視図におけるＡ−Ａ断面を示すＡ−Ａ断面図である。図示するように、本実施例では、貫通孔の周囲の内壁面を二面だけ球面加工する場合を説明する。図５は、コントローラ１００により実行される球面加工制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、作業者によりワークＷが回転テーブル７２上にセットされ、ディスプレイ９０に表示される加工メニューのうち各種操作ボタン８４のボタン操作により内壁面の球面加工が選択されてスタートボタンが押下され、自動工具交換装置により主軸３０に取り付けられる工具が工具４０に交換されたときに実行される。また、この球面加工制御ルーチンによりワークＷが球面加工される際のワークＷと工具４０との位置関係を図６に示し、以下、フローチャートと合わせて説明する。なお、図６におけるワークＷは、図４のＢ−Ｂ断面における端面図を示す。
【００２２】
球面加工制御ルーチンが実行されると、コントローラ１００のＣＰＵ１０２は、まず、工具４０がワークＷ内に挿入されるよう駆動機構５０の各サーボモータに駆動信号を出力する（ステップＳ１００）。具体的には、図６（ａ）に示すように、工具４０の回転中心がワークＷの回転中心と略直交する所定位置まで工具４０が移動するようＸ軸サーボモータ５２ａ，Ｙ軸サーボモータ５４ａおよびＺ軸サーボモータ５６ａに駆動信号を出力する。ここで、ワークＷの回転中心の位置座標は、予めＲＯＭ１０４に記憶されているものとする。
【００２３】
工具４０がワークＷ内に挿入されると、工具４０が回転を開始するよう主軸モータ３４に駆動信号を出力し（ステップＳ１１０）、工具４０の回転中心がワークＷの回転中心と略直交したまま加工チップ４９がワークＷの内壁面と接触する加工ポイントに到達する位置まで工具４０が移動するよう駆動機構５０の各サーボモータに駆動信号を出力し（ステップＳ１２０）、回転テーブル７２が加工開始位置まで負方向へ回転するようテーブル回転機構７０のサーボモータ７４に駆動信号を出力する（ステップＳ１３０）。ここで、加工開始位置は、ワークＷの内壁面の加工範囲に応じて定められた回転テーブル７２の回転角位置として予めＲＯＭ１０４に記憶しているものとした。これにより、図６（ｂ）に示すように、加工ポイントで加工チップ４９がワークＷの内壁面に接触し加工が開始される。このとき、前述したように、工具４０のケース４１は、部分的に細く形成されているので、ワークＷの回転範囲内において工具４０がワークＷの開口部の縁に接触することがなくワークＷに干渉するのを防止することができる。なお、工具４０の回転中心とワークＷの回転中心との交点を交点ｋとし、この交点ｋから加工ポイントまでの距離を値Ｌ１とする。
【００２４】
次に、回転テーブル７２が正方向へ徐々に回転するようサーボモータ７４に駆動信号を出力する（ステップＳ１４０）。これにより、図６（ｂ）の状態からワークＷが左回りに徐々に回転し加工が行われていく（図６（ｃ）参照）。このとき、回転テーブル７２の回転速度を調整することにより、加工面の面粗さを所望の面粗さとすることができる。回転テーブル７２の正方向への回転を開始した以降は、加工終了位置まで回転テーブル７２が回転するのを待つ（ステップＳ１５０）。ここで、加工終了位置は、加工開始位置と同様に、加工範囲に応じて定められた回転テーブル７２の回転角位置として予めＲＯＭ１０４に記憶しているものとした。
【００２５】
回転テーブル７２が加工終了位置まで回転したと判定すると（図６（ｄ）参照）、回転テーブル７２の回転が停止するようサーボモータ７４に駆動停止信号を出力し（ステップＳ１６０）、工具４０がワークＷから離間して退避するよう駆動機構５０の各サーボモータに駆動信号を出力し（ステップＳ１７０）、工具４０の回転が停止するよう主軸モータ３４に駆動停止信号を出力する（ステップＳ１８０）。各信号を出力すると、ワークＷの内壁面の両面が加工されたか否かを判定し（ステップＳ１９０）、片面しか加工していなければステップＳ１００以降の処理を繰り返し、両面が加工されていれば本ルーチンを終了する。
【００２６】
ここで、球面加工制御ルーチンにより加工される球面について説明する。図７は、本実施例の加工装置２０により球面加工される様子を立体的に示した説明図である。図７では、ワークＷの回転は、工具４０の相対移動として矢印で図示するものとした。ここで、前述したように、工具４０の加工チップ４９は、工具４０の回転中心回りに半径Ｌ０の円を描くように回転するので、その回転軌跡は円状のものとなる。そして、図示するように、工具４０の相対移動に伴って加工チップ４９の円状の回転軌跡が徐々に移動すると、その回転軌跡の重ね合わせによりワークＷの内壁面に球面が加工されることになる。このとき、前述したように、交点ｋから加工ポイントまでの距離が値Ｌ１なので、加工される球面は、交点ｋを加工中心とした曲率半径が値Ｌ１の球面となる。このように、工具４０（加工チップ４９）の回転とワークＷの回転との組み合わせ、即ち、加工チップ４９の円状の回転軌跡がワークＷの回転に伴って重ね合わされることにより、ワークＷの内壁面に球面加工がなされるのである。なお、駆動機構５０の駆動により主軸３２を任意の位置として交点ｋから加工ポイントまでの距離を変更することができるので、球面加工の曲率半径を容易に調整することができる。
【００２７】
以上説明した実施例の加工装置２０によれば、中空のワークＷに形成された開口部から工具４０をワークＷ内に挿入し工具４０の回転中心がワークＷの回転中心と略直交するよう工具４０を移動させ、主軸装置３０から発生される回転動力によって工具４０に取り付けられた加工チップ４９を回転させると共にワークＷを徐々に回転させることにより加工チップ４９の円状の回転軌跡を重ね合わせるように球面加工がなされるので、回転軌跡がドーム状となるよう加工用の刃が形成された加工工具を工具挿抜装置により開口部からワーク内に挿入すると共に回転動力を発生させるスピンドルをワークに形成された貫通孔から挿入し工具挿抜装置からスピンドルに加工工具を受け渡して貫通孔周辺の内壁面に加工工具を押し付けながら回転させて球面加工するものに比して、開口部が形成された中空のワークＷの内壁面を簡易な構成で精度よく球面加工することができる。また、主軸３２がＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に移動可能であって、且つ、ワークＷを主軸３０の回転軸と垂直方向のＢ軸（Ｙ軸）回りに回転可能な回転テーブル７２とを備える汎用のマシニングセンタで球面加工するので、専用の加工装置を用意することなく球面加工をすることができる。
【００２８】
実施例の加工装置２０では、工具４０のケース４１が部分的に細く形成されるものとしたが、これに限られず、例えば、ワークＷの開口部や加工範囲の大きさによりワークＷの必要な回転範囲を確保できる場合には、細く形成されるものとしなくてもよい。
【００２９】
実施例の加工装置２０では、第１回転軸と第２回転軸とがかさ歯車の噛み合いにより接続されるものとしたが、これに限られず、所定の角度をもって第１回転軸から第２回転軸へ回転動力を伝達できるものであれば如何なる構成としてもよい。また、実施例の加工装置２０では、第１回転軸と第２回転軸とのなす角ａの角度を約６５度としたが、これに限られず、加工対象のワークＷの内部形状や加工範囲、球面の曲率半径などに応じて最適な角度を定めるものとすればよい。
【００３０】
実施例の加工装置２０では、工具４０がワークＷ内に挿入されたときに工具４０の回転中心がワークＷの回転中心と略直交する位置に移動されるものとしたが、挿入されたときに工具４０の回転中心がワークＷの回転中心と略直交するものに限られず、加工チップ４９が加工ポイントに到達したときに工具４０の回転中心がワークＷの回転中心と略直交するものとしてもよい。また、工具４０の回転中心とワークＷの回転中心とが略直交するものとしたが、略直角に交差するものに限られず、直角以外の角度をもって交差するものとしてもよい。
【００３１】
実施例の加工装置２０では、Ｘ軸用駆動機構５２，Ｙ軸用駆動機構５４およびＺ軸用駆動機構５６の駆動により主軸３２をＸ軸方向，Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動させるものとしたが、これに限られず、主軸がワークＷに対して相対的にＸ軸方向，Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動可能なものであれば如何なるものとしてもよく、例えば、Ｘ軸用駆動機構の駆動によりワークＷをＸ軸方向に移動させると共にＹ軸用駆動機構およびＺ軸用駆動機構の駆動により主軸をＹ軸方向およびＺ軸方向に移動させたりするものとしてもよい。
【００３２】
実施例の加工装置２０では、マシニングセンタとして構成するものとしたが、これに限られず、主軸に取り付けられた工具がワークＷに対して相対的にＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に移動可能であり、且つ、ワークＷを主軸の回転軸と垂直方向の回転軸を中心として回転可能な機構を有するものであればどのような加工装置として構成するものとしてもよい。また、汎用のマシニングセンタとしたが、専用の加工装置として構成するものとしてもよく、その場合、例えば、主軸の回転軸中心とワークＷの加工範囲の中心の高さを一致させたものとすれば、Ｘ軸およびＺ軸の方向に移動させる機構とワークＷを回転させる機構とを備え、Ｙ軸方向に移動させる機構を備えないものとしてもよい。
【００３３】
実施例の加工装置２０では、ワークＷとして自動車のディファレンシャルギヤのケースを例示したが、これに限られるものではなく、開口部が形成された如何なる中空部材の球面加工に用いるものとしてもよい。
【００３４】
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、先端に工具が装着される主軸３２を回転駆動する主軸モータ３４が「第１電動機」に相当し、デフケースの球面加工用の工具４０が「加工工具」に相当し、Ｘ軸用駆動機構５２とＹ軸用駆動機構５４とＺ軸用駆動機構５６とを備える駆動機構５０が「移動手段」に相当し、ワークＷを把持するためのクランプ７６が表面に配置されサーボモータ７４の駆動によりＢ軸回りに回転する回転テーブル７２が「テーブル」に相当し、図５の球面加工制御ルーチンを実行するコントローラ１００が「制御手段」に相当する。なお、本実施例では、加工装置２０について説明することにより、本発明の球面加工方法の一例についても明らかにしている。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００３５】
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、ワークの内壁面の球面加工を行う機械加工産業や自動車産業などに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施例としての加工装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】加工装置２０の上面図である。
【図３】デフケースの斜視図である。
【図４】図３のデフケースの斜視図におけるＡ−Ａ断面を示すＡ−Ａ断面図である。
【図５】コントローラ１００により実行される球面加工制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図６】球面加工制御ルーチンによりワークＷが球面加工される際のワークＷと工具４０との位置関係を示す説明図である。
【図７】本実施例の加工装置２０により球面加工される様子を立体的に示した説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
２０ 加工装置、２２ ベース、２３ コラム、３０ 主軸装置、３２ 主軸、３４ 主軸モータ、４０ 工具、４１ ケース、４２ 第１回転軸、４３ かさ歯車、４５ 第２回転軸、４６ かさ歯車、４８ チップ取付部、４９ 加工チップ、５０ 駆動機構、５２ Ｘ軸用駆動機構、５２ａ Ｘ軸サーボモータ、５２ｂ Ｘ軸ガイドレール、５４ Ｙ軸用駆動機構、５４ａ Ｙ軸サーボモータ、５４ｂ Ｙ軸ガイドレール、５４ｃ Ｙ軸用サドル、５６ Ｚ軸用駆動機構、５６ａ Ｚ軸サーボモータ、７０ テーブル回転機構、７２ 回転テーブル、７４ サーボモータ、７６ クランプ、８０ 操作パネル、８２ 電源スイッチ、８４ 各種操作ボタン、９０ ディスプレイ、１００ コントローラ、１０２ ＣＰＵ、１０４ ＲＯＭ、１０６ ＲＡＭ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球面加工方法および球面加工装置に関し、詳しくは、開口部が形成された中空のワークの内壁面を球面加工する球面加工方法および球面加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の球面加工装置としては、対向する一対の貫通孔が形成されると共に貫通孔の中心線と略直交する方向に開口部が形成された中空のディファレンシャルギヤケース（以下、ワークという）において、貫通孔の周囲の内壁面を球面加工するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この球面加工装置は、加工用の刃が曲面に沿って放射状に形成され加工範囲と径が略同じ大きさのドーム状部を両側に有する加工工具と、加工工具に接続されるスピンドルを回転駆動すると共に互いに接近または離間する一対のスピンドルヘッドと、スピンドルヘッド間でワークを支持するチャックと、加工工具をワークの開口部からワーク内に出し入れする工具挿抜装置とを備え、貫通孔の中心線がスピンドルヘッドの軸線と一致するようチャックによりワークを支持し、支持されたワーク内に工具挿抜装置により開口部から加工工具を挿入すると共にスピンドルヘッドを互いに接近させて貫通孔からスピンドルを挿入し、工具挿抜装置からスピンドルに加工工具を受け渡し、一方の内壁面に加工工具を押し付けながら回転させて該一方の内壁面を球面加工すると共に他方の内壁面に加工工具を押し付けながら回転させて該他方の内壁面を球面加工するとしている。
【特許文献１】特開２００５−１２５４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した球面加工装置では、加工工具の刃の摩耗や欠損による影響がワークの球面に転写されるため、面粗さの調整が困難であった。また、球面加工されたワーク内壁面の球面寸法は加工工具の刃の形状で定まるので、球面寸法が異なる他のワークを加工するために球面寸法に応じた加工工具を用意する必要があった。さらに、工具挿抜装置からスピンドルへの加工工具の受け渡しが必要であり、装置の構成が複雑なものとなっていた。
【０００４】
本発明の球面加工方法および球面加工装置は、開口部が形成された中空のワークの内壁面を簡易な構成で精度よく球面加工することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の球面加工方法および球面加工装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の球面加工方法は、
回転動力を発生する加工装置の主軸に接続可能な第１回転軸と、該第１回転軸と所定角度をもって前記回転動力を伝達可能に接続された第２回転軸とを有し、該第２回転軸の先端部の軸中心から所定の距離だけ離れた位置に加工刃が取り付けられた加工工具を用いて、開口部が形成された中空のワークの内壁面を球面加工する球面加工方法であって、
前記開口部から挿入した前記加工工具の第２回転軸の軸中心が前記ワークを回転させる回転中心と交差する所定位置となるよう該加工工具を移動させ、前記回転動力によって前記加工刃を回転させると共に前記ワークを徐々に回転させることにより球面加工することを特徴とする。
【０００７】
この本発明の球面加工方法では、中空のワークの開口部から内部に挿入した加工工具の第２回転軸の軸中心がワークを回転させる回転中心と交差する所定位置となるよう加工工具を移動させ、加工装置の主軸から発生される回転動力によって第２回転軸の先端部の軸中心から所定の距離だけ離れた位置に取り付けられた加工刃を回転させると共にワークを徐々に回転させることにより球面加工する。この結果、加工刃の円状の回転軌跡を重ね合わせるように球面加工がなされるので、開口部が形成された中空のワークの内壁面を簡易な構成で精度よく球面加工することができる。
【０００８】
こうした本発明の球面加工方法において、前記加工工具は、前記ワーク内に挿入された状態で前記球面加工に必要な該ワークの回転範囲内において前記開口部の縁と接触しないよう部分的に細く形成されたケースを備えるものとすることもできる。こうすれば、加工工具がワークに干渉するのを防止することができる。
【０００９】
また、本発明の球面加工方法において、前記第１回転軸と前記第２回転軸とは、かさ歯車の噛み合いにより接続されてなるものとすることもできる。こうすれば、簡易な構成で第１回転軸と第２回転軸とを所定角度をもって接続することができる。
【００１０】
さらに、本発明の球面加工方法において、前記ワークは、自動車のディファレンシャルギヤのケースであるものとすることもできる。ディファレンシャルギヤのケースは、内部に配置されるサイドギヤがケース内壁面と摺動する際の振動や騒音を極力小さくするために加工寸法や面粗さに高い精度が要求されており、本発明を適用する意義が大きい。
【００１１】
また、本発明の球面加工方法において、前記加工装置として、前記主軸がＸ軸方向と該Ｘ軸に直交するＹ軸方向と該Ｘ軸および該Ｙ軸に直交するＺ軸方向とに前記ワークに対して相対的に移動可能であって、前記ワークを固定して回動可能なテーブルを有するマシニングセンタを用いて前記球面加工を行うことを特徴とするものとすることもできる。こうすれば、加工工具の移動量やワークの回転量を精度よくコントロールしてより精度の高い球面加工をすることができる。
【００１２】
本発明の球面加工装置は、
開口部が形成された中空のワークの内壁面を球面加工する球面加工装置であって、
主軸に回転動力を発生させる第１電動機と、
前記主軸に接続可能な第１回転軸と、該第１回転軸と所定角度をもって前記回転動力を伝達可能に接続された第２回転軸とを有し、該第２回転軸の先端部の軸中心から所定の距離だけ離れた位置に加工刃が取り付けられた加工工具と、
前記主軸をＸ軸方向と該Ｘ軸に直交するＹ軸方向と該Ｘ軸および該Ｙ軸に直交するＺ軸方向とに前記ワークに対して相対的に移動させる移動手段と、
第２電動機により駆動され、前記ワークを固定して回動させるテーブルと、
前記ワークの開口部から前記加工工具が挿入され該加工工具の第２回転軸の軸中心が前記ワークの回転中心と交差する所定位置となるよう前記移動手段を制御し、前記回転動力により前記加工刃が回転されるよう前記第１電動機を制御すると共に前記ワークが徐々に回転されるよう前記第２電動機を制御する制御手段と
を備えることを要旨とする。
【００１３】
この本発明の球面加工装置では、中空のワークに形成された開口部から加工工具が挿入され加工工具の第２回転軸の軸中心がワークを回転させる回転中心と交差する所定位置となるよう主軸をＸ軸方向と該Ｘ軸に直交するＹ軸方向と該Ｘ軸および該Ｙ軸に直交するＺ軸方向とにワークに対して相対的に移動させる移動手段を制御し、回転動力により加工刃が回転されるよう第１電動機を制御すると共にワークが徐々に回転されるよう第２電動機を制御する。この結果、加工刃の円状の回転軌跡を重ね合わせるように球面加工がなされるので、開口部が形成された中空のワークの内壁面を簡易な構成で精度よく球面加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１５】
図１は、本発明の一実施例としての加工装置２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、加工装置２０の上面図である。実施例の加工装置２０は、図１に示すように、ワークＷを加工する汎用のマシニングセンタとして構成されており、加工装置２０の装置本体の架台としてのベース２２と、ベース２２に搭載されたコラム２３と、コラム２３に取り付けられ先端に工具が装着される主軸３２を主軸モータ３４により回転駆動する主軸装置３０と、主軸３２をＸ軸方向（図中前後方向），Ｙ軸方向（図中上下方向）およびＺ軸方向（図中左右方向）に駆動する駆動機構５０と、ワークＷをセットしてＹ軸に平行な軸線（図中Ｂ軸）周りに回転可能な回転テーブル７２を有するテーブル回転機構７０と、電源をオンオフする電源スイッチ８２や各種操作ボタン８４などからなる操作パネル８０と、加工メニューの選択画面などを作業者に表示するディスプレイ９０と、装置全体のコントロールを司るコントローラ１００とを備える。なお、加工装置２０は、図示しない自動工具交換装置を備え、加工作業の種類に応じて主軸３２に装着する工具を別の工具に交換可能となっている。
【００１６】
駆動機構５０は、図１および図２に示すように、Ｘ軸用駆動機構５２と、Ｙ軸用駆動機構５４と、Ｚ軸用駆動機構５６とを備える。Ｘ軸用駆動機構５２は、Ｘ軸サーボモータ５２ａを駆動源とする周知のボールねじ機構として構成され、ベース２２の上端部に敷設されたＸ軸ガイドレール５２ｂ上に搭載されるコラム２３をＸ軸方向に往復動させる。同様に、Ｙ軸用駆動機構５４およびＺ軸用駆動機構５６も周知のボールねじ機構として構成され、Ｙ軸用駆動機構５４は、コラム２３に敷設されたＹ軸ガイドレール５４ｂに沿ってスライド可能なＹ軸用サドル５４ｃをＹ軸サーボモータ５４ａによりＹ軸方向に往復動（上下動）させ、Ｚ軸用駆動機構５６は、Ｙ軸用サドル５４ｃに搭載された図示しないＺ軸用ベースに敷設されたＺ軸ガイドレール上に搭載される図示しないＺ軸用サドルをＺ軸サーボモータ５６ａによりＺ軸方向に往復動させる。Ｚ軸用サドルには、主軸装置３０が取り付けられており、このため、Ｘ軸用駆動機構５２，Ｙ軸用駆動機構５４およびＺ軸用駆動機構５６の駆動により、主軸３２をＸ軸方向，Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動させることができる。
【００１７】
テーブル回転機構７０は、図１に示すように、ワークＷを把持するためのクランプ７６が表面に配置された回転テーブル７２と、ベース２２に取り付けられＢ軸回りに回転テーブル７２を駆動するサーボモータ７４とを備える。このサーボモータ７４の駆動によって、回転テーブル７２を正方向および負方向に回転させることができ、また、サーボモータ７４の駆動速度を変化させることにより回転テーブル７２の回転速度を調整することができる。なお、回転テーブル７２の回転方向は、図２中右回りを正方向，左回りを負方向とする。
【００１８】
コントローラ１００は、ＣＰＵ１０２を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ１０２の他に各種加工プログラムなどを記憶したＲＯＭ１０４と、一時的に各種データを記憶するＲＡＭ１０６と、操作パネル８０などとの通信を可能とする内部通信インターフェース１０８とを備え、これらは互いに信号のやり取りが可能なように接続されている。コントローラ１００は、操作パネル８０の操作に応じて発生する操作信号や駆動機構５０の各サーボモータ、テーブル回転機構７０のサーボモータ７４からの位置信号などを入力し、主軸装置３０の主軸モータ３４や駆動機構５０の各サーボモータ、テーブル回転機構７０のサーボモータ７４に駆動信号を出力したりする。
【００１９】
実施例では、こうして構成された加工装置２０を用いて、開口部が形成された中空のワークＷの内壁面の球面加工、例えば、自動車のディファレンシャルギヤのケース（以下、「デフケース」という）の内壁面の球面加工を行っている。図３は、デフケースの斜視図である。図示するように、工具が開口部からワークＷ内に挿入される。この工具としては、デフケースの球面加工用の工具４０が用いられる。以下、この工具４０について説明する。なお、以下の説明では、ワークＷはデフケースを指すものとする。
【００２０】
工具４０は、図２に示すように、ケース４１に収容され、主軸３２に接続され端部にかさ歯車４３が取り付けられた第１回転軸４２と、第１回転軸４２のかさ歯車４３と噛み合うかさ歯車４６が一端に取り付けられると共に加工チップ４９を取り付けるためのチップ取付部４８が他端に取り付けられた第２回転軸４５とを備える。第１回転軸４２の軸中心と第２回転軸４５の軸中心とのなす角ａの角度は、ワークＷの内部形状や加工範囲、球面の曲率半径などに応じて定められるものであり、本実施例では約６５度とした。また、加工チップ４９は、その先端が第２回転軸４５の軸中心から距離Ｌ０だけ離れた位置に取り付けられるものとした。このため、主軸３２の回転動力がかさ歯車４３とかさ歯車４６との噛み合いにより第１回転軸４２から第２回転軸４５に伝達されると、加工チップ４９は、その先端が第２回転軸４５の軸中心の回りに半径Ｌ０の円を描くように回転する。以下、第２回転軸４５の軸中心を工具４０の回転中心という。なお、ケース４１は、第１回転軸４２が収容される部分において部分的に細く形成されているが、この理由については後述する。
【００２１】
次に、本発明の一実施例としての加工装置２０を用いて、開口部が形成された中空のワークＷの内壁面を球面加工する際の動作について説明する。図４は、図３のデフケースの斜視図におけるＡ−Ａ断面を示すＡ−Ａ断面図である。図示するように、本実施例では、貫通孔の周囲の内壁面を二面だけ球面加工する場合を説明する。図５は、コントローラ１００により実行される球面加工制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、作業者によりワークＷが回転テーブル７２上にセットされ、ディスプレイ９０に表示される加工メニューのうち各種操作ボタン８４のボタン操作により内壁面の球面加工が選択されてスタートボタンが押下され、自動工具交換装置により主軸３０に取り付けられる工具が工具４０に交換されたときに実行される。また、この球面加工制御ルーチンによりワークＷが球面加工される際のワークＷと工具４０との位置関係を図６に示し、以下、フローチャートと合わせて説明する。なお、図６におけるワークＷは、図４のＢ−Ｂ断面における端面図を示す。
【００２２】
球面加工制御ルーチンが実行されると、コントローラ１００のＣＰＵ１０２は、まず、工具４０がワークＷ内に挿入されるよう駆動機構５０の各サーボモータに駆動信号を出力する（ステップＳ１００）。具体的には、図６（ａ）に示すように、工具４０の回転中心がワークＷの回転中心と略直交する所定位置まで工具４０が移動するようＸ軸サーボモータ５２ａ，Ｙ軸サーボモータ５４ａおよびＺ軸サーボモータ５６ａに駆動信号を出力する。ここで、ワークＷの回転中心の位置座標は、予めＲＯＭ１０４に記憶されているものとする。
【００２３】
工具４０がワークＷ内に挿入されると、工具４０が回転を開始するよう主軸モータ３４に駆動信号を出力し（ステップＳ１１０）、工具４０の回転中心がワークＷの回転中心と略直交したまま加工チップ４９がワークＷの内壁面と接触する加工ポイントに到達する位置まで工具４０が移動するよう駆動機構５０の各サーボモータに駆動信号を出力し（ステップＳ１２０）、回転テーブル７２が加工開始位置まで負方向へ回転するようテーブル回転機構７０のサーボモータ７４に駆動信号を出力する（ステップＳ１３０）。ここで、加工開始位置は、ワークＷの内壁面の加工範囲に応じて定められた回転テーブル７２の回転角位置として予めＲＯＭ１０４に記憶しているものとした。これにより、図６（ｂ）に示すように、加工ポイントで加工チップ４９がワークＷの内壁面に接触し加工が開始される。このとき、前述したように、工具４０のケース４１は、部分的に細く形成されているので、ワークＷの回転範囲内において工具４０がワークＷの開口部の縁に接触することがなくワークＷに干渉するのを防止することができる。なお、工具４０の回転中心とワークＷの回転中心との交点を交点ｋとし、この交点ｋから加工ポイントまでの距離を値Ｌ１とする。
【００２４】
次に、回転テーブル７２が正方向へ徐々に回転するようサーボモータ７４に駆動信号を出力する（ステップＳ１４０）。これにより、図６（ｂ）の状態からワークＷが左回りに徐々に回転し加工が行われていく（図６（ｃ）参照）。このとき、回転テーブル７２の回転速度を調整することにより、加工面の面粗さを所望の面粗さとすることができる。回転テーブル７２の正方向への回転を開始した以降は、加工終了位置まで回転テーブル７２が回転するのを待つ（ステップＳ１５０）。ここで、加工終了位置は、加工開始位置と同様に、加工範囲に応じて定められた回転テーブル７２の回転角位置として予めＲＯＭ１０４に記憶しているものとした。
【００２５】
回転テーブル７２が加工終了位置まで回転したと判定すると（図６（ｄ）参照）、回転テーブル７２の回転が停止するようサーボモータ７４に駆動停止信号を出力し（ステップＳ１６０）、工具４０がワークＷから離間して退避するよう駆動機構５０の各サーボモータに駆動信号を出力し（ステップＳ１７０）、工具４０の回転が停止するよう主軸モータ３４に駆動停止信号を出力する（ステップＳ１８０）。各信号を出力すると、ワークＷの内壁面の両面が加工されたか否かを判定し（ステップＳ１９０）、片面しか加工していなければステップＳ１００以降の処理を繰り返し、両面が加工されていれば本ルーチンを終了する。
【００２６】
ここで、球面加工制御ルーチンにより加工される球面について説明する。図７は、本実施例の加工装置２０により球面加工される様子を立体的に示した説明図である。図７では、ワークＷの回転は、工具４０の相対移動として矢印で図示するものとした。ここで、前述したように、工具４０の加工チップ４９は、工具４０の回転中心回りに半径Ｌ０の円を描くように回転するので、その回転軌跡は円状のものとなる。そして、図示するように、工具４０の相対移動に伴って加工チップ４９の円状の回転軌跡が徐々に移動すると、その回転軌跡の重ね合わせによりワークＷの内壁面に球面が加工されることになる。このとき、前述したように、交点ｋから加工ポイントまでの距離が値Ｌ１なので、加工される球面は、交点ｋを加工中心とした曲率半径が値Ｌ１の球面となる。このように、工具４０（加工チップ４９）の回転とワークＷの回転との組み合わせ、即ち、加工チップ４９の円状の回転軌跡がワークＷの回転に伴って重ね合わされることにより、ワークＷの内壁面に球面加工がなされるのである。なお、駆動機構５０の駆動により主軸３２を任意の位置として交点ｋから加工ポイントまでの距離を変更することができるので、球面加工の曲率半径を容易に調整することができる。
【００２７】
以上説明した実施例の加工装置２０によれば、中空のワークＷに形成された開口部から工具４０をワークＷ内に挿入し工具４０の回転中心がワークＷの回転中心と略直交するよう工具４０を移動させ、主軸装置３０から発生される回転動力によって工具４０に取り付けられた加工チップ４９を回転させると共にワークＷを徐々に回転させることにより加工チップ４９の円状の回転軌跡を重ね合わせるように球面加工がなされるので、回転軌跡がドーム状となるよう加工用の刃が形成された加工工具を工具挿抜装置により開口部からワーク内に挿入すると共に回転動力を発生させるスピンドルをワークに形成された貫通孔から挿入し工具挿抜装置からスピンドルに加工工具を受け渡して貫通孔周辺の内壁面に加工工具を押し付けながら回転させて球面加工するものに比して、開口部が形成された中空のワークＷの内壁面を簡易な構成で精度よく球面加工することができる。また、主軸３２がＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に移動可能であって、且つ、ワークＷを主軸３０の回転軸と垂直方向のＢ軸（Ｙ軸）回りに回転可能な回転テーブル７２とを備える汎用のマシニングセンタで球面加工するので、専用の加工装置を用意することなく球面加工をすることができる。
【００２８】
実施例の加工装置２０では、工具４０のケース４１が部分的に細く形成されるものとしたが、これに限られず、例えば、ワークＷの開口部や加工範囲の大きさによりワークＷの必要な回転範囲を確保できる場合には、細く形成されるものとしなくてもよい。
【００２９】
実施例の加工装置２０では、第１回転軸と第２回転軸とがかさ歯車の噛み合いにより接続されるものとしたが、これに限られず、所定の角度をもって第１回転軸から第２回転軸へ回転動力を伝達できるものであれば如何なる構成としてもよい。また、実施例の加工装置２０では、第１回転軸と第２回転軸とのなす角ａの角度を約６５度としたが、これに限られず、加工対象のワークＷの内部形状や加工範囲、球面の曲率半径などに応じて最適な角度を定めるものとすればよい。
【００３０】
実施例の加工装置２０では、工具４０がワークＷ内に挿入されたときに工具４０の回転中心がワークＷの回転中心と略直交する位置に移動されるものとしたが、挿入されたときに工具４０の回転中心がワークＷの回転中心と略直交するものに限られず、加工チップ４９が加工ポイントに到達したときに工具４０の回転中心がワークＷの回転中心と略直交するものとしてもよい。また、工具４０の回転中心とワークＷの回転中心とが略直交するものとしたが、略直角に交差するものに限られず、直角以外の角度をもって交差するものとしてもよい。
【００３１】
実施例の加工装置２０では、Ｘ軸用駆動機構５２，Ｙ軸用駆動機構５４およびＺ軸用駆動機構５６の駆動により主軸３２をＸ軸方向，Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動させるものとしたが、これに限られず、主軸がワークＷに対して相対的にＸ軸方向，Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動可能なものであれば如何なるものとしてもよく、例えば、Ｘ軸用駆動機構の駆動によりワークＷをＸ軸方向に移動させると共にＹ軸用駆動機構およびＺ軸用駆動機構の駆動により主軸をＹ軸方向およびＺ軸方向に移動させたりするものとしてもよい。
【００３２】
実施例の加工装置２０では、マシニングセンタとして構成するものとしたが、これに限られず、主軸に取り付けられた工具がワークＷに対して相対的にＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に移動可能であり、且つ、ワークＷを主軸の回転軸と垂直方向の回転軸を中心として回転可能な機構を有するものであればどのような加工装置として構成するものとしてもよい。また、汎用のマシニングセンタとしたが、専用の加工装置として構成するものとしてもよく、その場合、例えば、主軸の回転軸中心とワークＷの加工範囲の中心の高さを一致させたものとすれば、Ｘ軸およびＺ軸の方向に移動させる機構とワークＷを回転させる機構とを備え、Ｙ軸方向に移動させる機構を備えないものとしてもよい。
【００３３】
実施例の加工装置２０では、ワークＷとして自動車のディファレンシャルギヤのケースを例示したが、これに限られるものではなく、開口部が形成された如何なる中空部材の球面加工に用いるものとしてもよい。
【００３４】
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、先端に工具が装着される主軸３２を回転駆動する主軸モータ３４が「第１電動機」に相当し、デフケースの球面加工用の工具４０が「加工工具」に相当し、Ｘ軸用駆動機構５２とＹ軸用駆動機構５４とＺ軸用駆動機構５６とを備える駆動機構５０が「移動手段」に相当し、ワークＷを把持するためのクランプ７６が表面に配置されサーボモータ７４の駆動によりＢ軸回りに回転する回転テーブル７２が「テーブル」に相当し、図５の球面加工制御ルーチンを実行するコントローラ１００が「制御手段」に相当する。なお、本実施例では、加工装置２０について説明することにより、本発明の球面加工方法の一例についても明らかにしている。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００３５】
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、ワークの内壁面の球面加工を行う機械加工産業や自動車産業などに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施例としての加工装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】加工装置２０の上面図である。
【図３】デフケースの斜視図である。
【図４】図３のデフケースの斜視図におけるＡ−Ａ断面を示すＡ−Ａ断面図である。
【図５】コントローラ１００により実行される球面加工制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図６】球面加工制御ルーチンによりワークＷが球面加工される際のワークＷと工具４０との位置関係を示す説明図である。
【図７】本実施例の加工装置２０により球面加工される様子を立体的に示した説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
２０ 加工装置、２２ ベース、２３ コラム、３０ 主軸装置、３２ 主軸、３４ 主軸モータ、４０ 工具、４１ ケース、４２ 第１回転軸、４３ かさ歯車、４５ 第２回転軸、４６ かさ歯車、４８ チップ取付部、４９ 加工チップ、５０ 駆動機構、５２ Ｘ軸用駆動機構、５２ａ Ｘ軸サーボモータ、５２ｂ Ｘ軸ガイドレール、５４ Ｙ軸用駆動機構、５４ａ Ｙ軸サーボモータ、５４ｂ Ｙ軸ガイドレール、５４ｃ Ｙ軸用サドル、５６ Ｚ軸用駆動機構、５６ａ Ｚ軸サーボモータ、７０ テーブル回転機構、７２ 回転テーブル、７４ サーボモータ、７６ クランプ、８０ 操作パネル、８２ 電源スイッチ、８４ 各種操作ボタン、９０ ディスプレイ、１００ コントローラ、１０２ ＣＰＵ、１０４ ＲＯＭ、１０６ ＲＡＭ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転動力を発生する加工装置の主軸に接続可能な第１回転軸と、該第１回転軸と所定角度をもって前記回転動力を伝達可能に接続された第２回転軸とを有し、該第２回転軸の先端部の軸中心から所定の距離だけ離れた位置に加工刃が取り付けられた加工工具を用いて、開口部が形成された中空のワークの内壁面を球面加工する球面加工方法であって、
前記開口部から挿入した前記加工工具の第２回転軸の軸中心が前記ワークを回転させる回転中心と交差する所定位置となるよう該加工工具を移動させ、前記回転動力によって前記加工刃を回転させると共に前記ワークを徐々に回転させることにより球面加工することを特徴とする球面加工方法。
【請求項２】
前記加工工具は、前記ワーク内に挿入された状態で前記球面加工に必要な該ワークの回転範囲内において前記開口部の縁と接触しないよう部分的に細く形成されたケースを備える請求項１記載の球面加工方法。
【請求項３】
前記第１回転軸と前記第２回転軸とは、かさ歯車の噛み合いにより接続されてなる請求項１または２記載の球面加工方法。
【請求項４】
前記ワークは、自動車のディファレンシャルギヤのケースである請求項１ないし３いずれか１項に記載の球面加工方法。
【請求項５】
前記加工装置として、前記主軸がＸ軸方向と該Ｘ軸に直交するＹ軸方向と該Ｘ軸および該Ｙ軸に直交するＺ軸方向とに前記ワークに対して相対的に移動可能であって、前記ワークを固定して回動可能なテーブルを有するマシニングセンタを用いて前記球面加工を行うことを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項に記載の球面加工方法。
【請求項６】
開口部が形成された中空のワークの内壁面を球面加工する球面加工装置であって、
主軸に回転動力を発生させる第１電動機と、
前記主軸に接続可能な第１回転軸と、該第１回転軸と所定角度をもって前記回転動力を伝達可能に接続された第２回転軸とを有し、該第２回転軸の先端部の軸中心から所定の距離だけ離れた位置に加工刃が取り付けられた加工工具と、
前記主軸をＸ軸方向と該Ｘ軸に直交するＹ軸方向と該Ｘ軸および該Ｙ軸に直交するＺ軸方向とに前記ワークに対して相対的に移動させる移動手段と、
第２電動機により駆動され、前記ワークを固定して回動させるテーブルと、
前記ワークの開口部から前記加工工具が挿入され該加工工具の第２回転軸の軸中心が前記ワークの回転中心と交差する所定位置となるよう前記移動手段を制御し、前記回転動力により前記加工刃が回転されるよう前記第１電動機を制御すると共に前記ワークが徐々に回転されるよう前記第２電動機を制御する制御手段と
を備える球面加工装置。
【請求項１】
回転動力を発生する加工装置の主軸に接続可能な第１回転軸と、該第１回転軸と所定角度をもって前記回転動力を伝達可能に接続された第２回転軸とを有し、該第２回転軸の先端部の軸中心から所定の距離だけ離れた位置に加工刃が取り付けられた加工工具を用いて、開口部が形成された中空のワークの内壁面を球面加工する球面加工方法であって、
前記開口部から挿入した前記加工工具の第２回転軸の軸中心が前記ワークを回転させる回転中心と交差する所定位置となるよう該加工工具を移動させ、前記回転動力によって前記加工刃を回転させると共に前記ワークを徐々に回転させることにより球面加工することを特徴とする球面加工方法。
【請求項２】
前記加工工具は、前記ワーク内に挿入された状態で前記球面加工に必要な該ワークの回転範囲内において前記開口部の縁と接触しないよう部分的に細く形成されたケースを備える請求項１記載の球面加工方法。
【請求項３】
前記第１回転軸と前記第２回転軸とは、かさ歯車の噛み合いにより接続されてなる請求項１または２記載の球面加工方法。
【請求項４】
前記ワークは、自動車のディファレンシャルギヤのケースである請求項１ないし３いずれか１項に記載の球面加工方法。
【請求項５】
前記加工装置として、前記主軸がＸ軸方向と該Ｘ軸に直交するＹ軸方向と該Ｘ軸および該Ｙ軸に直交するＺ軸方向とに前記ワークに対して相対的に移動可能であって、前記ワークを固定して回動可能なテーブルを有するマシニングセンタを用いて前記球面加工を行うことを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項に記載の球面加工方法。
【請求項６】
開口部が形成された中空のワークの内壁面を球面加工する球面加工装置であって、
主軸に回転動力を発生させる第１電動機と、
前記主軸に接続可能な第１回転軸と、該第１回転軸と所定角度をもって前記回転動力を伝達可能に接続された第２回転軸とを有し、該第２回転軸の先端部の軸中心から所定の距離だけ離れた位置に加工刃が取り付けられた加工工具と、
前記主軸をＸ軸方向と該Ｘ軸に直交するＹ軸方向と該Ｘ軸および該Ｙ軸に直交するＺ軸方向とに前記ワークに対して相対的に移動させる移動手段と、
第２電動機により駆動され、前記ワークを固定して回動させるテーブルと、
前記ワークの開口部から前記加工工具が挿入され該加工工具の第２回転軸の軸中心が前記ワークの回転中心と交差する所定位置となるよう前記移動手段を制御し、前記回転動力により前記加工刃が回転されるよう前記第１電動機を制御すると共に前記ワークが徐々に回転されるよう前記第２電動機を制御する制御手段と
を備える球面加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２３１７８（Ｐ２０１０−２３１７８Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８７１５７（Ｐ２００８−１８７１５７）
【出願日】平成２０年７月１８日（２００８．７．１８）
【出願人】（０００１００７６８）アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 (3,717)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１８日（２００８．７．１８）
【出願人】（０００１００７６８）アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 (3,717)
【Ｆターム（参考）】
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