被加工物への円弧溝加工方法
【課題】被加工物の表面に直角に円弧溝を加工することができる被加工物への円弧溝加工方法を提供する。
【解決手段】工作機を構成するテーブル１０に被加工物１１を固定し、前記工作機を構成するコラム１に装設したカッタホルダ６に、前記円弧溝１２の溝幅より小さい厚みを有するサイドカッタ７を装着し、数値制御装置１３からの指令信号に基づいて、前記サイドカッタ７を前記被加工物１１の側方に位置決めした後、前記サイドカッタ７を回転させ、前記サイドカッタ７又は前記テーブル１０を相対的に回転させて、前記被加工物の表面に沿って円弧溝を加工し、次に、前記サイドカッタ７を、前記被加工物１１の側方において、深さ方向に位置決めした後、前記サイドカッタ７又は前記テーブル１０を相対的に回転させる動作を、繰り返して、前記被加工物１１の表面に所定幅及び深さの円弧溝１２を加工する。
【解決手段】工作機を構成するテーブル１０に被加工物１１を固定し、前記工作機を構成するコラム１に装設したカッタホルダ６に、前記円弧溝１２の溝幅より小さい厚みを有するサイドカッタ７を装着し、数値制御装置１３からの指令信号に基づいて、前記サイドカッタ７を前記被加工物１１の側方に位置決めした後、前記サイドカッタ７を回転させ、前記サイドカッタ７又は前記テーブル１０を相対的に回転させて、前記被加工物の表面に沿って円弧溝を加工し、次に、前記サイドカッタ７を、前記被加工物１１の側方において、深さ方向に位置決めした後、前記サイドカッタ７又は前記テーブル１０を相対的に回転させる動作を、繰り返して、前記被加工物１１の表面に所定幅及び深さの円弧溝１２を加工する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作物の円弧溝加工方法に係り、更に詳しくは、工作物の表面に一定幅及び深さの円弧溝を加工するための被加工物への円弧溝加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被加工物の表面に曲線溝を機械加工するために、工作物を載置する回転テーブルとこの回転テーブルの近傍に配置されフライス盤の本体とこの本体に上下動可能に設けた摺動子とこの摺動子の側部に上下方向に傾動可能に設けたスピンドルとこのスピンドルの軸に装着したフライス削りカッタとを備えるフライス盤の加工設備を用いて、回転テーブル上に載置した被加工物の表面に、フライス削りカッタにより、曲線溝を機械加工するものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭４８−７４６９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した特許文献１に記載された円弧溝の加工方法は、具体的には、フライス削りカッタを用いて、回転子工作物の表面に、側部密封具を嵌め込むための曲線状の側部密封溝（例えば、溝深さ：約０．４３ｃｍ。溝幅：０．１０ｃｍ）を機械加工するものであるが、フライス削りカッタを用いているため、溝の半径方向内側壁がアンダーカットされてしまい、溝の半径方向内側壁を回転子工作物の表面に対して直角に機械加工することができないという問題がある。
【０００５】
更に、曲線状の溝の幅を、例えば５ｍｍ程度にしたい場合には、溝の半径方向内側壁が更にアンダーカットされてしまい、溝の半径方向内側壁を回転子工作物の表面に対して直角に機械加工することができないため、加工した溝内に、例えば、シール等の金属製の部材の端面がこの端面に当接する部材の表面と平行となるように、金属製の部材を組付ける場合、金属製の部材が被加工物の表面に直角に設けることができないため、金属製の部材の端面を工作物の表面と平行となるような追加工が必要となるという問題を生じる。
【０００６】
本発明は、上述の事柄に鑑みなされたもので、被加工物の表面にこの表面に対して直角に円弧溝を加工することができる被加工物への円弧溝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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、被加工物の表面に円弧溝を加工する被加工物への円弧溝加工方法において、工作機を構成するテーブルに、被加工物を固定し、前記工作機を構成するコラムに装設したモータ軸に、前記円弧溝の溝幅より小さい厚みを有するサイドカッタを装着し、数値制御装置からの指令信号に基づいて、前記サイドカッタを前記被加工物の側方に位置決めした後、前記サイドカッタを回転させ、前記サイドカッタ又は前記テーブルを相対的に回転させて、前記被加工物の表面に沿って円弧溝を加工し、次に、前記サイドカッタを、前記被加工物の側方において、深さ方向に位置決めした後、前記サイドカッタ又は前記テーブルを相対的に回転させる動作を、繰り返して、前記被加工物の表面に所定幅及び深さの円弧溝を加工するものである。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記被加工物を加工状態における前記サイドカッタの軸線が、前記被加工物に加工形成される前記円弧溝の円弧中心方向でかつ前記円弧溝の底面に対して直角方向に前記サイドカッタの半径分だけシフトした位置に位置させるとともに、前記コラム及び前記水平テーブルの前記軸線方向及び該軸線に対して直交する方向の変位、並びに前記回転テーブルの回転変位をそれぞれ、（Ｒ＋ｒ）ｃｏｓθ−Ｒ及び（Ｒ＋ｒ）ｓｉｎθ並びにθ（ただし、Ｒは前記被加工物の円弧溝の半径、ｒは前記サイドカッタの軸線が前記回転テーブルの回転中心を通る場合の前記サイドカッタの中心位置と前記回転テーブルの回転中心との距離、θは前記回転テーブルの回転角）となるように、前記数値制御装置を介して制御するものである。
【０００９】
更に、第３の発明は、第１の発明において、前記サイドカッタは、垂直軸回りに回転可能である。
【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記サイドカッタは、前記円弧溝の底面まで挿入しても、円弧溝の側面に干渉しない厚みである。
【００１１】
また、第５の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記サイドカッタの中心軸は、前記サイドカッタが前記円弧溝と干渉しない曲率をもって傾動機構により傾動されるものである。
【００１２】
更に、第６の発明は、第１乃至第５の発明のいずれかにおいて、前記円弧溝の加工後に生じる前記円弧溝内の底部の削り残し部を、エンドミルによって切削するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、被加工物の表面に、所望の幅及び深さの円弧溝をサイドカッタにより機械加工することができるので、加工された円弧溝への部品の組付精度が向上し、その生産性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の被加工物への円弧溝加工方法の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１乃至図４は、本発明の被加工物への円弧溝加工方法の実施の形態に使用する工作機の一例を示すもので、図１は本発明の被加工物への円弧溝加工方法の実施の形態に使用する工作機の一例を示す斜視図、図２は図１に示す工作機におけるコラム及び回転テーブル部分を示す正面図、図３は図１に示す工作機における回転テーブル及び水平テーブルを示す平面図、図４は図１に示す工作機におけるコラム側に設けたサイドカッタの斜視図である。
図１において、工作機はコラム１を備えている。コラム１の前面側には、図１及び図２に示すように、カッタ保持体２が上下（Ｙ軸）方向に移動可能に設けられている。カッタ保持体２には、カッタ軸駆動用のモータを内蔵した工作機主軸３がブラケット４を介して上下方向に傾動可能に設けられている。工作機主軸３は傾動機構５によって上下方向に傾動可能である。工作機主軸３に挿入されるカッタホルダ６には、後述する円弧溝を加工するためのサイドカッタ７が装着されている。
【００１５】
コラム１の近傍には、ベッド８が設置されている。ベッド８上には、水平テーブル９が図１に示すＸ軸方向及びにＺ軸方向に移動可能に設置されている。水平テーブル９上には回転テーブル１０が垂直軸（Ｃ軸）回りに回転可能に設置されている。回転テーブル１０上には、被加工物１１が図１及び図３に示すように設置固定されている。被加工物１１の側面には、サイドカッタ７によって円弧溝１２が機械加工される。
【００１６】
この工作機には、図１に示すように、各移動体の移動方向を制御する数値制御装置１３が接続されている。数値制御装置１３は、図１に示すように、コラム１に取り付けたサイドカッタ７を、矢印で示す上下（Ｙ軸）方向に移動を制御し、また、被加工物１１を固定している回転テーブル１０を、水平テーブル９上において矢印Ｂの如く水平方向に回動を制御し、また、水平テーブル９をベッド８上において矢印で示すＸ軸方向及び矢印で示すＺ軸方向の水平方向に移動制御するようになっている。また、回転テーブル１０が矢印Ｂ方向に回動駆動されることにより、回転テーブル１０上に固定された被加工物１１の回転も制御する。
【００１７】
前述したサイドカッタ７は、図４に示すように、ディスク状の円板体７ａの外周に間隔をもって複数の切削刃７ｂが取り付けられており、外周側の切削速度を早くでき、切削力に耐える剛性を持つため、幅の狭い溝を加工するために最適な切削工具としている。本発明では、従来直線加工しか適用できなかったサイドカッタ７を、被加工物１１の側面への円弧溝１２の加工に適用できるようにして、切削能率の向上と加工時間短縮を図ることを目的としている。
【００１８】
図５は、本発明に係る被加工物への円弧溝の加工方法原理を説明する説明図である。この図５において、図１乃至図４に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
図５において、回転テーブル１０の回転中心位置をＷとし、中心位置Ｗで回る軸をＣ軸とする。サイドカッタ７の中心軸方向をＺ軸、Ｚ軸と直交方向をＸ軸と定める。被加工物１１の表面の加工する円弧溝１２の内周側半径をＲｉ、円弧溝１２の内周側とＣ軸の旋回中心との距離をｒとする。円弧溝１２の円弧中心と工具中心軸とＣ軸の中心とがＺ軸で並ぶ状態を初期状態とする。
【００１９】
このときのサイドカッタ７中心位置７ＡのＸ座標はＯ、Ｚ座標はｒとなり、この座標で円弧溝１２の円弧中心方向とサイドカッタ７の回転軸は一致している。この状態からＣ軸中心に時計方向に角度θだけ回転したときの被加工物１１は符号１１Ａで示す位置に移動する。この位置で、円弧溝１２の円弧中心方向とサイドカッタ７の回転軸とが一致し干渉を起こさないためには、サイドカッタ７の中心位置は位置７Ａから位置７Ｂへ移動する必要がある。
【００２０】
このときのサイドカッタ７の中心位置７ＢのＸ座標は、（Ｒｉ＋ｒ）ｓｉｎθ、Ｚ軸座標は（Ｒｉ＋ｒ）ｃｏｓθ−Ｒとなる。
ただし、θは反時計方向を正方向とする。以上の原理から関係式（１）（２）を次に示すように導くことができる。
【００２１】
回転テーブル１０の反時計方向のＣ軸回転角度をθ、Ｃ軸旋回中心Ｗを座標原点、Ｘ軸上の移動量をＸ’、Ｚ軸上の移動量をＺ’、Ｃ軸の回転変位量をθとする座標系において、
Ｘ’＝（Ｒｉ＋ｒ）ｓｉｎθ・・・・（１）
Ｚ’＝（Ｒｉ＋ｒ）ｃｏｓθ−Ｒ・・・・（２）
従って、θの変化に伴ってＸ、Ｚ方向に同時に変位されて所定の位置で回転駆動されるサイドカッタ７によって、被加工物１１の表面に円弧溝１２を加工形成することができる。
【００２２】
図６は、本発明に用いるサイドカッタ７の幅Ｗｔと半径Ｒｔの関係を示す説明図で、（イ）は平面図、（ロ）は側面図、（ハ）はカッタの中心軸方向から見た側面図である。この図６にいて、図５に示す符号と同符号のものは同一部分である。
図６において、本発明では、サイドカッタ７を被加工物１１の表面の上方から下方に向けて移動して、被加工物１１の表面からその内部に円弧溝１２を加工形成するため、円弧溝１２の溝幅Ｗｄとサイドカッタ７の幅Ｗｔが同じ値であると、円弧の曲がりによる干渉が発生する。サイドカッタ７の半径をＲｔ、円弧溝１２の内径をＲｉ、深さをＤとすると、サイドカッタ７の傾動支点からサイドカッタ７の内側面との距離Ｌ１、サイドカッタ７の被加工物１１への切り込み長さの距離Ｌ２、及びサイドカッタ７の幅Ｗｔは、次の式（１１）（１２）（１３）により求めることができる。
【００２３】
Ｌ１＝｛Ｒｔ２−（Ｒｔ−Ｄ）２｝１／２・・・・（１１）
Ｌ２＝｛（Ｒｉ＋Ｗｄ）２−Ｌ１２｝１／２・・・・（１２）
Ｗｔ＝Ｌ２−Ｒｉ・・・・（１３）
従って、Ｗｔ≦０ならば、加工不可能である。通常の切削ではＷｔ≧１．０程度が限界である。式（１１）（１２）（１３）の関係を利用して、加工すべき円弧溝１２に対する最適なサイドカッタ７の半径Ｒｔと幅Ｗｔを見つけることができる。
【００２４】
図７は、本発明の加工方法における回転テーブルの角度を計算する原理を説明するもので、図７の（イ）は平面図、（ロ）は（イ）に示す被加工物１１の断面図、（ハ）は回転テーブルの角度を計算するフローチャート図である。この図７において、図５及び図６に示す符号と同符号のものは同一部分である。
図７の（イ）において、円弧溝１２の半径中心Ｏと回転テーブル１０の回転中心Ｗは共にＺ軸上に位置している。円弧溝１２の一方の端点Ａの座標（Ｘ１、Ｙ０、Ｚ１）、他方の端点Ｂの座標（Ｘ２、Ｙ０、Ｚ２）、円弧溝１２の半径をＲｉ、回転テーブル１０の回転中心Ｗから円弧溝１２の加工位置までの半径がｒである。Ｙ0は回転テーブル１０から円弧溝１２までの高さである。
【００２５】
初めに、円弧溝１２の一方の端点Ａにおける円弧の回転角θ１を計算する（図７の（ハ）の手順７１）。回転角θ１は、θ１＝ｔａｎ−１｛Ｘ１／（Ｒｉ＋ｒ−Ｚ１）｝で与えられる。同様に、円弧溝１２の他方の端点Ｂにおける円弧の回転角θ２を計算する（図７の（ハ）の手順７２）。回転角θ２は、θ２＝ｔａｎ−１｛Ｘ２／（Ｒｉ＋ｒ−Ｚ２）｝で与えられる。
【００２６】
次に、回転角θ１に切削のための余裕量を付加し円弧の回転角をθ１’とする（図７の（ハ）の手順７３）。同様に回転角θ２に切削のための余裕量を付加し円弧の回転角をθ２’とする（図７の（ハ）の手順７４）。
【００２７】
最後に、回転角θ１’を（１）、（２）式に代入し、切削開始点Ｄの座標（Ｘ１’、Ｙ０、Ｚ１’、θ１）を計算する（図７の（ハ）の手順７５）。同様に、回転角θ２’を（１）、（２）式に代入し、切削終了点Ｅの座標（Ｘ１’、Ｙ０、Ｚ２’、θ２）を計算する（図７の（ハ）の手順７６）。
【００２８】
図８は、本発明に係るサイドカッタ７による円弧溝の加工動作を説明する図で、図８の（イ）は被加工物１１に対するサイドカッタ７の移動動作を示す平面図、（ロ）は被加工物１１に対するサイドカッタ７の移動動作を示す側面図、（ハ）は被加工物１１に対するサイドカッタ７の移動動作を説明するフローチャート図である。この図８において、図５及び図６に示す符号と同符号のものは同一部分である。なお、図８の（イ）の符号の数字が図８の（ロ）、（ハ）の符号の数字と対応するようになっている。
【００２９】
サイドカッタ７の工具半径をＲｔ、機械原点Ｍから座標原点である回転テーブル１０のＣ軸旋回中心Ｗを見た時の座標を（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）、図７で求めた切削開始点Ｄの座標を（Ｘ１’、Ｙ０、Ｚ１’、θ１’）、切削終了点の座標Ｅを（Ｘ２’、Ｙ０、Ｚ２’、θ２’）とする。
【００３０】
最初に、サイドカッタ７を機械原点Ｍから符号８１でＸ軸を（ＸＴ→Ｘ１’）移動、符号８２でＺ軸を（ＺＴ→Ｚ１’）移動、符号８３でＣ軸を（θ１’）度回転移動、符号８４でＹ軸を（ＹＴ→Ｙ０＋Ｒｔ）移動させることによって切削開始点Ｄまで移動させる。
【００３１】
その後、符号８５でサイドカッタ７をＣ軸回りに角度θ１’から角度θ２’まで回転させながら、（１）式及び（２）式に従って、Ｘ、Ｚ軸方向に移動させて、切削開始点Ｄから切削終了点Ｅまで切削する。
【００３２】
最後に、切削終了点Ｅから、符号８６でＺ軸を（Ｙ０＋Ｒｔ→ＹＴ）移動、符号８７でＣ軸を（−θ２’）度回転移動、符号８８でＺ軸を（Ｚ２’→ＺＴ）移動、符号９９でＸ軸を（Ｘ２’→ＸＴ）移動させ機械原点Ｍに復帰させて切削を終了する。
【００３３】
上記の手順に基づいて、サイドカッタ７を被加工物の深さ方向に順次繰り返し制御することにより、被加工物１２の表面に、所定の半径を持ち、所定の幅及び深さを有する円弧溝を直角に加工することができる。
【００３４】
上述したサイドカッタ７による円弧溝の加工において、サイドカッタ７の幅Ｗｔと円弧溝１２の幅Ｗｄは、Ｗｔ＜Ｗｄの関係にあるため、図９の斜線部分に示すように、円弧溝の１２外周側に削り残し９０が発生する。円弧溝の１２外周側に削り残し９０が発生する理由を、図１０を用いて説明する。図１０の（イ）は、サイドカッタ７と円弧溝１２との関係を示す正面図、（ロ）はサイドカッタ７と円弧溝１２との接触状態を拡大して示す平面図である。説明の便宜上、図１０の（イ）においては、サイドカッタ７の半径と円弧溝１２の深さが同一としている。また、図１０において、符号Ａはサイドカッタ７の外側における円弧溝１２の上部位置、符号Ｂはサイドカッタ７の外側における円弧溝１２の中間位置、符号Ｃはサイドカッタ７の外側における円弧溝１２の下部位置、符号Ｄはサイドカッタ７の内側における円弧溝１２の下部位置を示している。
【００３５】
サイドカッタ７が被加工物１１に対して、図１０の（ロ）に示すように、時計方向に移動した場合、サイドカッタ７の内側の下部位置Ｄ、及びサイドカッタ７の外側の上部位置Ａは、それぞれ実線の矢印で示すように、円弧溝１２の内側面、及び円弧溝１２の外側面に対応する軌跡を描く。
【００３６】
一方、サイドカッタ７の外側の中間位置Ｂは、点線の矢印で示すように、円弧溝１２の外側面より内側の位置で軌跡を描く。また、サイドカッタ７の外側の下部位置Ｃは、２点線の矢印で示すように、円弧溝１２の外側面より更に内側の位置で軌跡を描く。その結果、前述の図９の斜線部分に示すように、円弧溝の１２外周側に削り残し９０が発生する。
【００３７】
削り残し９０における円弧溝１２の底面から高さＤｉの位置での削り残し量Ｒｄは、以下の式で求めることができる。
【００３８】
Ｌ３＝｛Ｒｔ２−（Ｒｔ−Ｄｉ）２｝１／２・・・・（１４）
Ｌ４＝｛（Ｒｉ＋Ｗｔ）２＋Ｌ３２｝１／２・・・・（１５）
Ｒｄ＝Ｒｉ＋Ｗｄ−Ｌ４・・・・（１６）
図９において、円弧溝１２の外周側に断面積より遥かに小さい削り残し９０（この図９においては、説明の便宜上、削り残し９０を誇張して示してある）があり、内周側には削り残しを生じないため、円弧溝１２の外周側に生じた削り残し９０は、図１１の（イ）から（ニ）に示すように、サイドカッタ７の下方への傾き量を順次大きくすることにより、円弧溝１２の外周側の遥かに小さい削り残し９０を仕上げることが可能である。
なお、図１１の（ホ）は、図１１の（イ）の平面図である。
【００３９】
図１２は、本発明に係るサイドカッタ７の傾動動作と円弧溝との関係を説明する説明図で、図１２の（イ）はサイドカッタ７の傾動と円弧溝との関係を示す平面図、（ロ）は側面図、（ハ）はサイドカッタ７と円弧溝１２の外周部との接触状態を拡大して示す平面図、（ニ）はサイドカッタ７の傾動と円弧溝との関係を示す横断面図である。この図１２において、図５及び図６に示す符号と同符号のものは同一部分である。
【００４０】
図１２において、サイドカッタ７の中心軸は、図２に示すように、傾動機構５によって回転テーブル１０に対して一定の角度δｔに傾動可能となっている。そして、サイドカッタ１２を角度δｔだけ傾斜させたときの状態を上方からみると、図１１の（ロ）に示すように長軸Ｒｔ、短軸Ｒｔ×ｓｉｎδｔの楕円になる。この楕円の最大曲率関係が、円弧溝１２の外周側半径より小さければ、サイドカッタ７は円弧溝１２の外周側で干渉しない。
【００４１】
一般に、楕円の最大曲率半径は、長軸ａ、短軸ｂとすると、短軸側の頂点において最大になり、その曲率半径Ｒｍａｘ＝ａ２／ｂで与えられる。
【００４２】
したがって、図９において、最大曲率半径Ｒｍａｘ＝Ｒｔ／ｓｉｎδｔ、Ｒｍａｘ≦（Ｒｉ＋Ｗｔ）なる関係より、角度δｔは次の（１７）式のような関係になる。
【００４３】
δｔ≧ｓｉｎ−１｛Ｒｔ／（Ｒｉ+Ｗｔ）｝・・・（１７）
一方、サイドカッタ７が傾斜しても円弧溝１２の内周側に干渉しないことが必要である。そのための円弧溝１２の溝幅Ｗｄは、次の（１８）式のような関係になる。
【００４４】
Ｗｄ≧Ｗｔ×ｃｏｓδｔ＋Ｄ×ｔａｎδｔ・・・（１８）
そして、上記（１７）式、（１８）式に基づいて、サイドカッタ７が傾斜しても円弧溝１２の内周側及び外周側に干渉しないためのサイドカッタ７の傾動角度δｔを求めることができる。
【００４５】
上述した（１７）式、（１８）式における数値を、数値制御装置１３に取り込み、数値制御装置１３からの指令により、工作機を駆動し、サイドカッタ７の中心軸方向のＸ，Ｚ軸成分のみを用いて、Ｙ方向座標は傾斜角δｔだけ補正して、図５、図７、図８に示す加工方法に従えば、図１２の（ニ）に示すように、円弧溝１２の外周側底部付近に僅かな削り残し部分９１を有することになるが、所定の円弧溝１２を加工することができる。
【００４６】
上述したように、本発明の被加工物への円弧溝の加工方法によれば、サイドカッタ７の厚みが円弧溝１２の底面まで挿入しても、円弧溝１２の内側面及び外側面に干渉しない厚みと径の関係を保つような条件として、被加工物１１への加工時、常にサイドカッタ７の軸線が被加工物１１に加工形成される円弧溝１２の円周上のサイドカッタ加工位置の法線上に位置され、サイドカッタ７が回転駆動されると共に、被加工物１１が、数値制御装置１３を介し制御されて、円弧溝１２が形成されるように、それぞれ上記軸線方向及び該軸線に対し直角方向に変位され、かつ、該軸線上に回転中心を有して回転変位されて、円弧溝１２を加工形成するので、任意半径の円弧溝１２の加工が可能となり、サイドカッタ７の軸線が円弧溝１２の円周の法線上位置にあるので、サイドカッタ７による干渉がなくなり高精度な加工ができる。その結果、加工した円弧溝１２への部材の組付性が向上する。また、サイドカッタ７を揺動半径をもって揺動加工することがないので、装置を小形化できる効果もある。
【００４７】
なお、前述した円弧溝１２の外周側底部付近に僅かな削り残し部分９１が、部材の組付時に、支障を生じる場合には、エンドミルを用いて、円弧溝１２の外周部を複数回に分けて深さ方向にシフトしながら加工すれば、円弧溝１２をより高精度に加工することが可能である。
【００４８】
なお、上述の実施の形態においては、被加工物１１を回転テーブル１０によって、垂直軸（Ｃ軸）回りに回転させたが、その代りに、被加工物１１を固定状態にし、コラム１側の垂直軸（Ｙ軸）回りにサイドカッタ７を回転させると共に、被加工物１１をＸ、Ｚ軸方向に数値制御装置１３により移動を制御しても作用効果は全く同様である。この場合、コラム１全体をＹ軸回りに回転させても良いし、また、図１に示すサイドカッタ７を備えるブラケット４をカッタ保持体２とは分離し、このブラケット４をモータ等によりＹ軸回りに回転させることも可能である。
【００４９】
また、上述の実施の形態においては、被加工物１１の表面に凹状の円弧溝を加工する場合について説明したが、前述した（１）式、（２）式におけるＲの符号を負にすることによって、被加工物１１の表面に突出状の円弧溝の加工も可能である。
【００５０】
そして、前述した（１）式、（２）式は、３角関数を含む特殊な関係式であり、本式に従って、Ｘ、Ｚ、θを連続的に変化させることが可能な数値制御装置が必要であるが、θを独立変数、Ｘ、Ｚを従属変数とし、θを小さいピッチで変化させて、その都度、Ｘ，Ｚを計算することによって、同時３軸直線補間機能を持つ数値制御装置１３でも実現可能である。ＮＵＲＢＳ補間等によりＸ、Ｚ、θを連続的に滑らかに変化させる機能を有する数値制御装置１３があれば、少ないデータ量で高精度な加工が可能となる。
【００５１】
また、被加工物１１のセッティングの状態により、被加工物１１に加工する円弧溝１２の円弧溝中心とサイドカッタ７の中心軸が並ぶ時に、Ｚ軸上に一致しない場合が発生する。この場合、Ｃ軸回転中心を原点とした時の円弧溝１２の頂点の座標を（ＤＸ、ＤＺ）とすると、前述した（１）式、（２）式は、次の（６）式、（７）式で表すことができる。
【００５２】
Ｘ’＝Ｒ２ｓｉｎ（θ＋θ０） …（６）
Ｚ’＝Ｒ２ｃｏｓ（θ＋θ０）−Ｒ …（７）
ここで、Ｒ２＝｛ＤＸ2＋（Ｒ＋ＤＺ）２｝１／２
θ０＝ｔａｎ−１｛ＤＸ／（Ｒ＋ＤＺ）｝
そして、上記の（６）式、（７）式を用いることにより、被加工物１１に加工する円弧溝１２の円弧溝中心とサイドカッタ７中心軸が並ぶ時に、Ｚ軸上に一致しない場合でも、円弧溝１２の加工が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の被加工物への円弧溝加工方法の実施の形態に使用する工作機の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す工作機におけるコラム及び回転テーブル部分を示す正面図である。
【図３】図１に示す工作機における回転テーブル及び水平テーブルを示す平面図である。
【図４】図１に示す工作機におけるコラム側に設けたサイドカッタの斜視図である。
【図５】本発明に係る被加工物への円弧溝の加工方法原理を説明する説明図である。
【図６】本発明に用いるサイドカッタの幅Wｔと半径Ｒｔの関係を示す説明図である。
【図７】本発明の加工方法における回転テーブルの角度を計算する原理を説明する説明図である。
【図８】本発明に係るサイドカッタによる円弧溝の加工動作を説明する図である。
【図９】本発明の加工方法における円弧溝の外周側に発生する削り残し量の計算方法の説明図である。
【図１０】本発明の加工方法における円弧溝の外周側に削り残しが発生する理由を説明する説明図である。
【図１１】本発明の加工方法における円弧溝の外周側に発生する削り残しを切削する動作を説明する説明図である。
【図１２】本発明に係るサイドカッタの傾動動作と円弧溝との関係を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ コラム
２ カッタ保持体
３ 工作機主軸
４ ブラケット
５ 傾動機構
６ カッタホルダ
７ サイドカッタ
８ ベッド
９ 水平テーブル
１０ 回転テーブル
１１ 被加工物
１２ 円弧溝
１３ 数値制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作物の円弧溝加工方法に係り、更に詳しくは、工作物の表面に一定幅及び深さの円弧溝を加工するための被加工物への円弧溝加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被加工物の表面に曲線溝を機械加工するために、工作物を載置する回転テーブルとこの回転テーブルの近傍に配置されフライス盤の本体とこの本体に上下動可能に設けた摺動子とこの摺動子の側部に上下方向に傾動可能に設けたスピンドルとこのスピンドルの軸に装着したフライス削りカッタとを備えるフライス盤の加工設備を用いて、回転テーブル上に載置した被加工物の表面に、フライス削りカッタにより、曲線溝を機械加工するものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭４８−７４６９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した特許文献１に記載された円弧溝の加工方法は、具体的には、フライス削りカッタを用いて、回転子工作物の表面に、側部密封具を嵌め込むための曲線状の側部密封溝（例えば、溝深さ：約０．４３ｃｍ。溝幅：０．１０ｃｍ）を機械加工するものであるが、フライス削りカッタを用いているため、溝の半径方向内側壁がアンダーカットされてしまい、溝の半径方向内側壁を回転子工作物の表面に対して直角に機械加工することができないという問題がある。
【０００５】
更に、曲線状の溝の幅を、例えば５ｍｍ程度にしたい場合には、溝の半径方向内側壁が更にアンダーカットされてしまい、溝の半径方向内側壁を回転子工作物の表面に対して直角に機械加工することができないため、加工した溝内に、例えば、シール等の金属製の部材の端面がこの端面に当接する部材の表面と平行となるように、金属製の部材を組付ける場合、金属製の部材が被加工物の表面に直角に設けることができないため、金属製の部材の端面を工作物の表面と平行となるような追加工が必要となるという問題を生じる。
【０００６】
本発明は、上述の事柄に鑑みなされたもので、被加工物の表面にこの表面に対して直角に円弧溝を加工することができる被加工物への円弧溝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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、被加工物の表面に円弧溝を加工する被加工物への円弧溝加工方法において、工作機を構成するテーブルに、被加工物を固定し、前記工作機を構成するコラムに装設したモータ軸に、前記円弧溝の溝幅より小さい厚みを有するサイドカッタを装着し、数値制御装置からの指令信号に基づいて、前記サイドカッタを前記被加工物の側方に位置決めした後、前記サイドカッタを回転させ、前記サイドカッタ又は前記テーブルを相対的に回転させて、前記被加工物の表面に沿って円弧溝を加工し、次に、前記サイドカッタを、前記被加工物の側方において、深さ方向に位置決めした後、前記サイドカッタ又は前記テーブルを相対的に回転させる動作を、繰り返して、前記被加工物の表面に所定幅及び深さの円弧溝を加工するものである。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記被加工物を加工状態における前記サイドカッタの軸線が、前記被加工物に加工形成される前記円弧溝の円弧中心方向でかつ前記円弧溝の底面に対して直角方向に前記サイドカッタの半径分だけシフトした位置に位置させるとともに、前記コラム及び前記水平テーブルの前記軸線方向及び該軸線に対して直交する方向の変位、並びに前記回転テーブルの回転変位をそれぞれ、（Ｒ＋ｒ）ｃｏｓθ−Ｒ及び（Ｒ＋ｒ）ｓｉｎθ並びにθ（ただし、Ｒは前記被加工物の円弧溝の半径、ｒは前記サイドカッタの軸線が前記回転テーブルの回転中心を通る場合の前記サイドカッタの中心位置と前記回転テーブルの回転中心との距離、θは前記回転テーブルの回転角）となるように、前記数値制御装置を介して制御するものである。
【０００９】
更に、第３の発明は、第１の発明において、前記サイドカッタは、垂直軸回りに回転可能である。
【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記サイドカッタは、前記円弧溝の底面まで挿入しても、円弧溝の側面に干渉しない厚みである。
【００１１】
また、第５の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記サイドカッタの中心軸は、前記サイドカッタが前記円弧溝と干渉しない曲率をもって傾動機構により傾動されるものである。
【００１２】
更に、第６の発明は、第１乃至第５の発明のいずれかにおいて、前記円弧溝の加工後に生じる前記円弧溝内の底部の削り残し部を、エンドミルによって切削するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、被加工物の表面に、所望の幅及び深さの円弧溝をサイドカッタにより機械加工することができるので、加工された円弧溝への部品の組付精度が向上し、その生産性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の被加工物への円弧溝加工方法の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１乃至図４は、本発明の被加工物への円弧溝加工方法の実施の形態に使用する工作機の一例を示すもので、図１は本発明の被加工物への円弧溝加工方法の実施の形態に使用する工作機の一例を示す斜視図、図２は図１に示す工作機におけるコラム及び回転テーブル部分を示す正面図、図３は図１に示す工作機における回転テーブル及び水平テーブルを示す平面図、図４は図１に示す工作機におけるコラム側に設けたサイドカッタの斜視図である。
図１において、工作機はコラム１を備えている。コラム１の前面側には、図１及び図２に示すように、カッタ保持体２が上下（Ｙ軸）方向に移動可能に設けられている。カッタ保持体２には、カッタ軸駆動用のモータを内蔵した工作機主軸３がブラケット４を介して上下方向に傾動可能に設けられている。工作機主軸３は傾動機構５によって上下方向に傾動可能である。工作機主軸３に挿入されるカッタホルダ６には、後述する円弧溝を加工するためのサイドカッタ７が装着されている。
【００１５】
コラム１の近傍には、ベッド８が設置されている。ベッド８上には、水平テーブル９が図１に示すＸ軸方向及びにＺ軸方向に移動可能に設置されている。水平テーブル９上には回転テーブル１０が垂直軸（Ｃ軸）回りに回転可能に設置されている。回転テーブル１０上には、被加工物１１が図１及び図３に示すように設置固定されている。被加工物１１の側面には、サイドカッタ７によって円弧溝１２が機械加工される。
【００１６】
この工作機には、図１に示すように、各移動体の移動方向を制御する数値制御装置１３が接続されている。数値制御装置１３は、図１に示すように、コラム１に取り付けたサイドカッタ７を、矢印で示す上下（Ｙ軸）方向に移動を制御し、また、被加工物１１を固定している回転テーブル１０を、水平テーブル９上において矢印Ｂの如く水平方向に回動を制御し、また、水平テーブル９をベッド８上において矢印で示すＸ軸方向及び矢印で示すＺ軸方向の水平方向に移動制御するようになっている。また、回転テーブル１０が矢印Ｂ方向に回動駆動されることにより、回転テーブル１０上に固定された被加工物１１の回転も制御する。
【００１７】
前述したサイドカッタ７は、図４に示すように、ディスク状の円板体７ａの外周に間隔をもって複数の切削刃７ｂが取り付けられており、外周側の切削速度を早くでき、切削力に耐える剛性を持つため、幅の狭い溝を加工するために最適な切削工具としている。本発明では、従来直線加工しか適用できなかったサイドカッタ７を、被加工物１１の側面への円弧溝１２の加工に適用できるようにして、切削能率の向上と加工時間短縮を図ることを目的としている。
【００１８】
図５は、本発明に係る被加工物への円弧溝の加工方法原理を説明する説明図である。この図５において、図１乃至図４に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
図５において、回転テーブル１０の回転中心位置をＷとし、中心位置Ｗで回る軸をＣ軸とする。サイドカッタ７の中心軸方向をＺ軸、Ｚ軸と直交方向をＸ軸と定める。被加工物１１の表面の加工する円弧溝１２の内周側半径をＲｉ、円弧溝１２の内周側とＣ軸の旋回中心との距離をｒとする。円弧溝１２の円弧中心と工具中心軸とＣ軸の中心とがＺ軸で並ぶ状態を初期状態とする。
【００１９】
このときのサイドカッタ７中心位置７ＡのＸ座標はＯ、Ｚ座標はｒとなり、この座標で円弧溝１２の円弧中心方向とサイドカッタ７の回転軸は一致している。この状態からＣ軸中心に時計方向に角度θだけ回転したときの被加工物１１は符号１１Ａで示す位置に移動する。この位置で、円弧溝１２の円弧中心方向とサイドカッタ７の回転軸とが一致し干渉を起こさないためには、サイドカッタ７の中心位置は位置７Ａから位置７Ｂへ移動する必要がある。
【００２０】
このときのサイドカッタ７の中心位置７ＢのＸ座標は、（Ｒｉ＋ｒ）ｓｉｎθ、Ｚ軸座標は（Ｒｉ＋ｒ）ｃｏｓθ−Ｒとなる。
ただし、θは反時計方向を正方向とする。以上の原理から関係式（１）（２）を次に示すように導くことができる。
【００２１】
回転テーブル１０の反時計方向のＣ軸回転角度をθ、Ｃ軸旋回中心Ｗを座標原点、Ｘ軸上の移動量をＸ’、Ｚ軸上の移動量をＺ’、Ｃ軸の回転変位量をθとする座標系において、
Ｘ’＝（Ｒｉ＋ｒ）ｓｉｎθ・・・・（１）
Ｚ’＝（Ｒｉ＋ｒ）ｃｏｓθ−Ｒ・・・・（２）
従って、θの変化に伴ってＸ、Ｚ方向に同時に変位されて所定の位置で回転駆動されるサイドカッタ７によって、被加工物１１の表面に円弧溝１２を加工形成することができる。
【００２２】
図６は、本発明に用いるサイドカッタ７の幅Ｗｔと半径Ｒｔの関係を示す説明図で、（イ）は平面図、（ロ）は側面図、（ハ）はカッタの中心軸方向から見た側面図である。この図６にいて、図５に示す符号と同符号のものは同一部分である。
図６において、本発明では、サイドカッタ７を被加工物１１の表面の上方から下方に向けて移動して、被加工物１１の表面からその内部に円弧溝１２を加工形成するため、円弧溝１２の溝幅Ｗｄとサイドカッタ７の幅Ｗｔが同じ値であると、円弧の曲がりによる干渉が発生する。サイドカッタ７の半径をＲｔ、円弧溝１２の内径をＲｉ、深さをＤとすると、サイドカッタ７の傾動支点からサイドカッタ７の内側面との距離Ｌ１、サイドカッタ７の被加工物１１への切り込み長さの距離Ｌ２、及びサイドカッタ７の幅Ｗｔは、次の式（１１）（１２）（１３）により求めることができる。
【００２３】
Ｌ１＝｛Ｒｔ２−（Ｒｔ−Ｄ）２｝１／２・・・・（１１）
Ｌ２＝｛（Ｒｉ＋Ｗｄ）２−Ｌ１２｝１／２・・・・（１２）
Ｗｔ＝Ｌ２−Ｒｉ・・・・（１３）
従って、Ｗｔ≦０ならば、加工不可能である。通常の切削ではＷｔ≧１．０程度が限界である。式（１１）（１２）（１３）の関係を利用して、加工すべき円弧溝１２に対する最適なサイドカッタ７の半径Ｒｔと幅Ｗｔを見つけることができる。
【００２４】
図７は、本発明の加工方法における回転テーブルの角度を計算する原理を説明するもので、図７の（イ）は平面図、（ロ）は（イ）に示す被加工物１１の断面図、（ハ）は回転テーブルの角度を計算するフローチャート図である。この図７において、図５及び図６に示す符号と同符号のものは同一部分である。
図７の（イ）において、円弧溝１２の半径中心Ｏと回転テーブル１０の回転中心Ｗは共にＺ軸上に位置している。円弧溝１２の一方の端点Ａの座標（Ｘ１、Ｙ０、Ｚ１）、他方の端点Ｂの座標（Ｘ２、Ｙ０、Ｚ２）、円弧溝１２の半径をＲｉ、回転テーブル１０の回転中心Ｗから円弧溝１２の加工位置までの半径がｒである。Ｙ0は回転テーブル１０から円弧溝１２までの高さである。
【００２５】
初めに、円弧溝１２の一方の端点Ａにおける円弧の回転角θ１を計算する（図７の（ハ）の手順７１）。回転角θ１は、θ１＝ｔａｎ−１｛Ｘ１／（Ｒｉ＋ｒ−Ｚ１）｝で与えられる。同様に、円弧溝１２の他方の端点Ｂにおける円弧の回転角θ２を計算する（図７の（ハ）の手順７２）。回転角θ２は、θ２＝ｔａｎ−１｛Ｘ２／（Ｒｉ＋ｒ−Ｚ２）｝で与えられる。
【００２６】
次に、回転角θ１に切削のための余裕量を付加し円弧の回転角をθ１’とする（図７の（ハ）の手順７３）。同様に回転角θ２に切削のための余裕量を付加し円弧の回転角をθ２’とする（図７の（ハ）の手順７４）。
【００２７】
最後に、回転角θ１’を（１）、（２）式に代入し、切削開始点Ｄの座標（Ｘ１’、Ｙ０、Ｚ１’、θ１）を計算する（図７の（ハ）の手順７５）。同様に、回転角θ２’を（１）、（２）式に代入し、切削終了点Ｅの座標（Ｘ１’、Ｙ０、Ｚ２’、θ２）を計算する（図７の（ハ）の手順７６）。
【００２８】
図８は、本発明に係るサイドカッタ７による円弧溝の加工動作を説明する図で、図８の（イ）は被加工物１１に対するサイドカッタ７の移動動作を示す平面図、（ロ）は被加工物１１に対するサイドカッタ７の移動動作を示す側面図、（ハ）は被加工物１１に対するサイドカッタ７の移動動作を説明するフローチャート図である。この図８において、図５及び図６に示す符号と同符号のものは同一部分である。なお、図８の（イ）の符号の数字が図８の（ロ）、（ハ）の符号の数字と対応するようになっている。
【００２９】
サイドカッタ７の工具半径をＲｔ、機械原点Ｍから座標原点である回転テーブル１０のＣ軸旋回中心Ｗを見た時の座標を（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）、図７で求めた切削開始点Ｄの座標を（Ｘ１’、Ｙ０、Ｚ１’、θ１’）、切削終了点の座標Ｅを（Ｘ２’、Ｙ０、Ｚ２’、θ２’）とする。
【００３０】
最初に、サイドカッタ７を機械原点Ｍから符号８１でＸ軸を（ＸＴ→Ｘ１’）移動、符号８２でＺ軸を（ＺＴ→Ｚ１’）移動、符号８３でＣ軸を（θ１’）度回転移動、符号８４でＹ軸を（ＹＴ→Ｙ０＋Ｒｔ）移動させることによって切削開始点Ｄまで移動させる。
【００３１】
その後、符号８５でサイドカッタ７をＣ軸回りに角度θ１’から角度θ２’まで回転させながら、（１）式及び（２）式に従って、Ｘ、Ｚ軸方向に移動させて、切削開始点Ｄから切削終了点Ｅまで切削する。
【００３２】
最後に、切削終了点Ｅから、符号８６でＺ軸を（Ｙ０＋Ｒｔ→ＹＴ）移動、符号８７でＣ軸を（−θ２’）度回転移動、符号８８でＺ軸を（Ｚ２’→ＺＴ）移動、符号９９でＸ軸を（Ｘ２’→ＸＴ）移動させ機械原点Ｍに復帰させて切削を終了する。
【００３３】
上記の手順に基づいて、サイドカッタ７を被加工物の深さ方向に順次繰り返し制御することにより、被加工物１２の表面に、所定の半径を持ち、所定の幅及び深さを有する円弧溝を直角に加工することができる。
【００３４】
上述したサイドカッタ７による円弧溝の加工において、サイドカッタ７の幅Ｗｔと円弧溝１２の幅Ｗｄは、Ｗｔ＜Ｗｄの関係にあるため、図９の斜線部分に示すように、円弧溝の１２外周側に削り残し９０が発生する。円弧溝の１２外周側に削り残し９０が発生する理由を、図１０を用いて説明する。図１０の（イ）は、サイドカッタ７と円弧溝１２との関係を示す正面図、（ロ）はサイドカッタ７と円弧溝１２との接触状態を拡大して示す平面図である。説明の便宜上、図１０の（イ）においては、サイドカッタ７の半径と円弧溝１２の深さが同一としている。また、図１０において、符号Ａはサイドカッタ７の外側における円弧溝１２の上部位置、符号Ｂはサイドカッタ７の外側における円弧溝１２の中間位置、符号Ｃはサイドカッタ７の外側における円弧溝１２の下部位置、符号Ｄはサイドカッタ７の内側における円弧溝１２の下部位置を示している。
【００３５】
サイドカッタ７が被加工物１１に対して、図１０の（ロ）に示すように、時計方向に移動した場合、サイドカッタ７の内側の下部位置Ｄ、及びサイドカッタ７の外側の上部位置Ａは、それぞれ実線の矢印で示すように、円弧溝１２の内側面、及び円弧溝１２の外側面に対応する軌跡を描く。
【００３６】
一方、サイドカッタ７の外側の中間位置Ｂは、点線の矢印で示すように、円弧溝１２の外側面より内側の位置で軌跡を描く。また、サイドカッタ７の外側の下部位置Ｃは、２点線の矢印で示すように、円弧溝１２の外側面より更に内側の位置で軌跡を描く。その結果、前述の図９の斜線部分に示すように、円弧溝の１２外周側に削り残し９０が発生する。
【００３７】
削り残し９０における円弧溝１２の底面から高さＤｉの位置での削り残し量Ｒｄは、以下の式で求めることができる。
【００３８】
Ｌ３＝｛Ｒｔ２−（Ｒｔ−Ｄｉ）２｝１／２・・・・（１４）
Ｌ４＝｛（Ｒｉ＋Ｗｔ）２＋Ｌ３２｝１／２・・・・（１５）
Ｒｄ＝Ｒｉ＋Ｗｄ−Ｌ４・・・・（１６）
図９において、円弧溝１２の外周側に断面積より遥かに小さい削り残し９０（この図９においては、説明の便宜上、削り残し９０を誇張して示してある）があり、内周側には削り残しを生じないため、円弧溝１２の外周側に生じた削り残し９０は、図１１の（イ）から（ニ）に示すように、サイドカッタ７の下方への傾き量を順次大きくすることにより、円弧溝１２の外周側の遥かに小さい削り残し９０を仕上げることが可能である。
なお、図１１の（ホ）は、図１１の（イ）の平面図である。
【００３９】
図１２は、本発明に係るサイドカッタ７の傾動動作と円弧溝との関係を説明する説明図で、図１２の（イ）はサイドカッタ７の傾動と円弧溝との関係を示す平面図、（ロ）は側面図、（ハ）はサイドカッタ７と円弧溝１２の外周部との接触状態を拡大して示す平面図、（ニ）はサイドカッタ７の傾動と円弧溝との関係を示す横断面図である。この図１２において、図５及び図６に示す符号と同符号のものは同一部分である。
【００４０】
図１２において、サイドカッタ７の中心軸は、図２に示すように、傾動機構５によって回転テーブル１０に対して一定の角度δｔに傾動可能となっている。そして、サイドカッタ１２を角度δｔだけ傾斜させたときの状態を上方からみると、図１１の（ロ）に示すように長軸Ｒｔ、短軸Ｒｔ×ｓｉｎδｔの楕円になる。この楕円の最大曲率関係が、円弧溝１２の外周側半径より小さければ、サイドカッタ７は円弧溝１２の外周側で干渉しない。
【００４１】
一般に、楕円の最大曲率半径は、長軸ａ、短軸ｂとすると、短軸側の頂点において最大になり、その曲率半径Ｒｍａｘ＝ａ２／ｂで与えられる。
【００４２】
したがって、図９において、最大曲率半径Ｒｍａｘ＝Ｒｔ／ｓｉｎδｔ、Ｒｍａｘ≦（Ｒｉ＋Ｗｔ）なる関係より、角度δｔは次の（１７）式のような関係になる。
【００４３】
δｔ≧ｓｉｎ−１｛Ｒｔ／（Ｒｉ+Ｗｔ）｝・・・（１７）
一方、サイドカッタ７が傾斜しても円弧溝１２の内周側に干渉しないことが必要である。そのための円弧溝１２の溝幅Ｗｄは、次の（１８）式のような関係になる。
【００４４】
Ｗｄ≧Ｗｔ×ｃｏｓδｔ＋Ｄ×ｔａｎδｔ・・・（１８）
そして、上記（１７）式、（１８）式に基づいて、サイドカッタ７が傾斜しても円弧溝１２の内周側及び外周側に干渉しないためのサイドカッタ７の傾動角度δｔを求めることができる。
【００４５】
上述した（１７）式、（１８）式における数値を、数値制御装置１３に取り込み、数値制御装置１３からの指令により、工作機を駆動し、サイドカッタ７の中心軸方向のＸ，Ｚ軸成分のみを用いて、Ｙ方向座標は傾斜角δｔだけ補正して、図５、図７、図８に示す加工方法に従えば、図１２の（ニ）に示すように、円弧溝１２の外周側底部付近に僅かな削り残し部分９１を有することになるが、所定の円弧溝１２を加工することができる。
【００４６】
上述したように、本発明の被加工物への円弧溝の加工方法によれば、サイドカッタ７の厚みが円弧溝１２の底面まで挿入しても、円弧溝１２の内側面及び外側面に干渉しない厚みと径の関係を保つような条件として、被加工物１１への加工時、常にサイドカッタ７の軸線が被加工物１１に加工形成される円弧溝１２の円周上のサイドカッタ加工位置の法線上に位置され、サイドカッタ７が回転駆動されると共に、被加工物１１が、数値制御装置１３を介し制御されて、円弧溝１２が形成されるように、それぞれ上記軸線方向及び該軸線に対し直角方向に変位され、かつ、該軸線上に回転中心を有して回転変位されて、円弧溝１２を加工形成するので、任意半径の円弧溝１２の加工が可能となり、サイドカッタ７の軸線が円弧溝１２の円周の法線上位置にあるので、サイドカッタ７による干渉がなくなり高精度な加工ができる。その結果、加工した円弧溝１２への部材の組付性が向上する。また、サイドカッタ７を揺動半径をもって揺動加工することがないので、装置を小形化できる効果もある。
【００４７】
なお、前述した円弧溝１２の外周側底部付近に僅かな削り残し部分９１が、部材の組付時に、支障を生じる場合には、エンドミルを用いて、円弧溝１２の外周部を複数回に分けて深さ方向にシフトしながら加工すれば、円弧溝１２をより高精度に加工することが可能である。
【００４８】
なお、上述の実施の形態においては、被加工物１１を回転テーブル１０によって、垂直軸（Ｃ軸）回りに回転させたが、その代りに、被加工物１１を固定状態にし、コラム１側の垂直軸（Ｙ軸）回りにサイドカッタ７を回転させると共に、被加工物１１をＸ、Ｚ軸方向に数値制御装置１３により移動を制御しても作用効果は全く同様である。この場合、コラム１全体をＹ軸回りに回転させても良いし、また、図１に示すサイドカッタ７を備えるブラケット４をカッタ保持体２とは分離し、このブラケット４をモータ等によりＹ軸回りに回転させることも可能である。
【００４９】
また、上述の実施の形態においては、被加工物１１の表面に凹状の円弧溝を加工する場合について説明したが、前述した（１）式、（２）式におけるＲの符号を負にすることによって、被加工物１１の表面に突出状の円弧溝の加工も可能である。
【００５０】
そして、前述した（１）式、（２）式は、３角関数を含む特殊な関係式であり、本式に従って、Ｘ、Ｚ、θを連続的に変化させることが可能な数値制御装置が必要であるが、θを独立変数、Ｘ、Ｚを従属変数とし、θを小さいピッチで変化させて、その都度、Ｘ，Ｚを計算することによって、同時３軸直線補間機能を持つ数値制御装置１３でも実現可能である。ＮＵＲＢＳ補間等によりＸ、Ｚ、θを連続的に滑らかに変化させる機能を有する数値制御装置１３があれば、少ないデータ量で高精度な加工が可能となる。
【００５１】
また、被加工物１１のセッティングの状態により、被加工物１１に加工する円弧溝１２の円弧溝中心とサイドカッタ７の中心軸が並ぶ時に、Ｚ軸上に一致しない場合が発生する。この場合、Ｃ軸回転中心を原点とした時の円弧溝１２の頂点の座標を（ＤＸ、ＤＺ）とすると、前述した（１）式、（２）式は、次の（６）式、（７）式で表すことができる。
【００５２】
Ｘ’＝Ｒ２ｓｉｎ（θ＋θ０） …（６）
Ｚ’＝Ｒ２ｃｏｓ（θ＋θ０）−Ｒ …（７）
ここで、Ｒ２＝｛ＤＸ2＋（Ｒ＋ＤＺ）２｝１／２
θ０＝ｔａｎ−１｛ＤＸ／（Ｒ＋ＤＺ）｝
そして、上記の（６）式、（７）式を用いることにより、被加工物１１に加工する円弧溝１２の円弧溝中心とサイドカッタ７中心軸が並ぶ時に、Ｚ軸上に一致しない場合でも、円弧溝１２の加工が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の被加工物への円弧溝加工方法の実施の形態に使用する工作機の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す工作機におけるコラム及び回転テーブル部分を示す正面図である。
【図３】図１に示す工作機における回転テーブル及び水平テーブルを示す平面図である。
【図４】図１に示す工作機におけるコラム側に設けたサイドカッタの斜視図である。
【図５】本発明に係る被加工物への円弧溝の加工方法原理を説明する説明図である。
【図６】本発明に用いるサイドカッタの幅Wｔと半径Ｒｔの関係を示す説明図である。
【図７】本発明の加工方法における回転テーブルの角度を計算する原理を説明する説明図である。
【図８】本発明に係るサイドカッタによる円弧溝の加工動作を説明する図である。
【図９】本発明の加工方法における円弧溝の外周側に発生する削り残し量の計算方法の説明図である。
【図１０】本発明の加工方法における円弧溝の外周側に削り残しが発生する理由を説明する説明図である。
【図１１】本発明の加工方法における円弧溝の外周側に発生する削り残しを切削する動作を説明する説明図である。
【図１２】本発明に係るサイドカッタの傾動動作と円弧溝との関係を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ コラム
２ カッタ保持体
３ 工作機主軸
４ ブラケット
５ 傾動機構
６ カッタホルダ
７ サイドカッタ
８ ベッド
９ 水平テーブル
１０ 回転テーブル
１１ 被加工物
１２ 円弧溝
１３ 数値制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物の表面に円弧溝を加工する被加工物への円弧溝加工方法において、
工作機を構成するテーブルに、被加工物を固定し、
前記工作機を構成するコラムに装設したモータ軸に、前記円弧溝の溝幅より小さい厚みを有するサイドカッタを装着し、
数値制御装置からの指令信号に基づいて、前記サイドカッタを前記被加工物の側方に位置決めした後、前記サイドカッタを回転させ、
前記サイドカッタ又は前記テーブルを相対的に回転させて、前記被加工物の表面に沿って円弧溝を加工し、
次に、前記サイドカッタを、前記被加工物の側方において、深さ方向に位置決めした後、前記サイドカッタ又は前記テーブルを相対的に回転させる動作を、繰り返して、前記被加工物の表面に所定幅及び深さの円弧溝を加工する
ことを特徴とする被加工物への円弧溝加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載の被加工物への円弧溝加工方法において、
前記被加工物は、前記工作機を構成する移動可能な水平テーブル上の回転テーブル上に固定される
ことを特徴とする被加工物への円弧溝加工方法。
【請求項３】
請求項２に記載の被加工物への円弧溝加工方法において、
前記被加工物を加工状態における前記サイドカッタの軸線が、前記被加工物に加工形成される前記円弧溝の円弧中心方向でかつ前記円弧溝の底面に対して直角方向に前記サイドカッタの半径分だけシフトした位置に位置させるとともに、前記コラム及び前記水平テーブルの前記軸線方向及び該軸線に対して直交する方向の変位、並びに前記回転テーブルの回転変位をそれぞれ、（Ｒ＋ｒ）ｃｏｓθ−Ｒ及び（Ｒ＋ｒ）ｓｉｎθ並びにθ（ただし、Ｒは前記被加工物の円弧溝の半径、ｒは前記サイドカッタの軸線が前記回転テーブルの回転中心を通る場合の前記サイドカッタの中心位置と前記回転テーブルの回転中心との距離、θは前記回転テーブルの回転角）となるように、前記数値制御装置を介して制御する
ことを特徴とする被加工物への円弧溝加工方法。
【請求項４】
請求項１に記載の被加工物への円弧溝加工方法において、
前記サイドカッタは、垂直軸回りに回転可能である
ことを特徴とする被加工物への円弧溝加工方法。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載の被加工物への円弧溝加工方法において、
前記サイドカッタは、前記円弧溝の底面まで挿入しても、円弧溝の側面に干渉しない厚みである
ことを特徴とする被加工物への円弧溝加工方法。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれかに記載の被加工物への円弧溝加工方法において、
前記サイドカッタの中心軸は、前記サイドカッタが前記円弧溝と干渉しない曲率をもって傾動機構により傾動される
ことを特徴とする被加工物への円弧溝加工方法。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の被加工物への円弧溝加工方法において、
前記円弧溝の加工後に生じる前記円弧溝内の底部の削り残し部を、エンドミルによって切削する
ことを特徴とする被加工物への円弧溝加工方法。
【請求項１】
被加工物の表面に円弧溝を加工する被加工物への円弧溝加工方法において、
工作機を構成するテーブルに、被加工物を固定し、
前記工作機を構成するコラムに装設したモータ軸に、前記円弧溝の溝幅より小さい厚みを有するサイドカッタを装着し、
数値制御装置からの指令信号に基づいて、前記サイドカッタを前記被加工物の側方に位置決めした後、前記サイドカッタを回転させ、
前記サイドカッタ又は前記テーブルを相対的に回転させて、前記被加工物の表面に沿って円弧溝を加工し、
次に、前記サイドカッタを、前記被加工物の側方において、深さ方向に位置決めした後、前記サイドカッタ又は前記テーブルを相対的に回転させる動作を、繰り返して、前記被加工物の表面に所定幅及び深さの円弧溝を加工する
ことを特徴とする被加工物への円弧溝加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載の被加工物への円弧溝加工方法において、
前記被加工物は、前記工作機を構成する移動可能な水平テーブル上の回転テーブル上に固定される
ことを特徴とする被加工物への円弧溝加工方法。
【請求項３】
請求項２に記載の被加工物への円弧溝加工方法において、
前記被加工物を加工状態における前記サイドカッタの軸線が、前記被加工物に加工形成される前記円弧溝の円弧中心方向でかつ前記円弧溝の底面に対して直角方向に前記サイドカッタの半径分だけシフトした位置に位置させるとともに、前記コラム及び前記水平テーブルの前記軸線方向及び該軸線に対して直交する方向の変位、並びに前記回転テーブルの回転変位をそれぞれ、（Ｒ＋ｒ）ｃｏｓθ−Ｒ及び（Ｒ＋ｒ）ｓｉｎθ並びにθ（ただし、Ｒは前記被加工物の円弧溝の半径、ｒは前記サイドカッタの軸線が前記回転テーブルの回転中心を通る場合の前記サイドカッタの中心位置と前記回転テーブルの回転中心との距離、θは前記回転テーブルの回転角）となるように、前記数値制御装置を介して制御する
ことを特徴とする被加工物への円弧溝加工方法。
【請求項４】
請求項１に記載の被加工物への円弧溝加工方法において、
前記サイドカッタは、垂直軸回りに回転可能である
ことを特徴とする被加工物への円弧溝加工方法。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載の被加工物への円弧溝加工方法において、
前記サイドカッタは、前記円弧溝の底面まで挿入しても、円弧溝の側面に干渉しない厚みである
ことを特徴とする被加工物への円弧溝加工方法。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれかに記載の被加工物への円弧溝加工方法において、
前記サイドカッタの中心軸は、前記サイドカッタが前記円弧溝と干渉しない曲率をもって傾動機構により傾動される
ことを特徴とする被加工物への円弧溝加工方法。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の被加工物への円弧溝加工方法において、
前記円弧溝の加工後に生じる前記円弧溝内の底部の削り残し部を、エンドミルによって切削する
ことを特徴とする被加工物への円弧溝加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１５８７３８（Ｐ２０１０−１５８７３８Ａ）
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５１４（Ｐ２００９−１５１４）
【出願日】平成２１年１月７日（２００９．１．７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月７日（２００９．１．７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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