(57)【要約】      （修正有）【課題】ワークの凹円筒面を小さな面粗度に仕上げることが可能であり、砥石による研削工程を省くことで加工時間を短縮することのできる工作機械を提供する。【解決手段】Ｘ方向から見て直線状でありかつＹ方向から見て凹円筒面Ｗｂに向けて凸形状とした曲線切刃を持つ切削工具Ｔ１を、Ｙ方向、Ｙ方向とＺ方向との合成方向、Ｙ方向とＸ方向との合成方向、及びＹ方向とＺ方向とＸ方向との合成方向、のいずれかに移動させ、Ｘ方向から見てＺ方向に沿う凹円筒面Ｗｂの表面上の母線に対して曲線切刃がずれかつ母線上の切削点がずれながら凹円筒面Ｗｂの切削加工を行う。【選択図】図１
2020082278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹円筒面を有するワークを保持してＺ方向の軸線中心に回転する主軸を備える機械本体部と、
前記主軸に保持された前記ワークを切削加工する切削工具を保持可能な刃物台と、
前記機械本体部に設けられ、前記刃物台を、前記Ｚ方向、前記Ｚ方向に直交しかつ前記ワークに対する切り込み量を規定するＸ方向、及び前記Ｚ方向及び前記Ｘ方向の双方に直交するＹ方向にそれぞれ移動させる移動機構と、を備え、
前記切削工具は、前記Ｘ方向から見て直線状でありかつ前記Ｙ方向から見て前記凹円筒面に向けて凸形状とした曲線切刃を有し、前記曲線切刃が前記Ｘ方向から見て前記Ｚ方向に対して傾いた状態で前記刃物台に保持されており、
前記刃物台が前記Ｙ方向、前記Ｙ方向と前記Ｚ方向との合成方向、前記Ｙ方向と前記Ｘ方向との合成方向、及び前記Ｙ方向と前記Ｚ方向と前記Ｘ方向との合成方向、のいずれかに移動することにより、前記Ｘ方向から見て前記Ｚ方向に沿う前記凹円筒面の表面上の母線に対して前記曲線切刃の刃先がずれかつ前記母線上の切削点がずれながら前記凹円筒面の切削加工を行う、工作機械。
【請求項２】
前記切削工具は、前記Ｙ方向から見た投影形状が前記凹円筒面における加工面となる形状の前記曲線切刃、又は前記Ｙ方向から見た投影形状が前記凹円筒面における加工面より小さい形状の前記曲線切刃を有する、請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記移動機構は、
前記Ｚ方向に沿って前記機械本体部に設けられたＺ軸ガイドと、
前記Ｚ軸ガイドに沿って前記Ｚ方向に移動可能なＺ軸スライダと、
前記Ｚ軸スライダに設けられ、前記Ｘ方向に沿うＸ軸ガイドと、
前記Ｘ軸ガイドに沿って前記Ｘ方向に移動可能なＸ軸スライダと、
前記Ｘ軸スライダに設けられ、前記Ｙ方向に沿うＹ軸ガイドと、
前記Ｙ軸ガイドに沿って前記Ｙ方向に移動可能なＹ軸スライダと、を備え、
前記刃物台は、前記Ｙ軸スライダに設けられて、前記Ｚ方向、前記Ｘ方向、及び前記Ｙ方向にそれぞれ移動可能である、請求項１又は請求項２に記載の工作機械。
【請求項４】
凹円筒面を有するワークを保持してＺ方向の軸線中心に回転する主軸を備える機械本体部と、
前記主軸に保持された前記ワークを切削加工する切削工具を保持可能な刃物台と、
前記機械本体部に設けられ、前記刃物台を、前記Ｚ方向、前記Ｚ方向に直交しかつ前記ワークに対する切り込み量を規定するＸ方向、及び前記Ｚ方向及び前記Ｘ方向の双方に直交するＹ方向にそれぞれ移動させる移動機構と、を備える工作機械を用いて前記凹円筒面を切削する方法であって、
前記切削工具は、前記Ｘ方向から見て直線状でありかつ前記Ｙ方向から見て前記凹円筒面に向けて凸形状とした曲線切刃を有し、前記曲線切刃が前記Ｘ方向から見て前記Ｚ方向に対して傾いた状態で前記刃物台に保持されており、
前記刃物台を前記Ｙ方向、前記Ｙ方向と前記Ｚ方向との合成方向、前記Ｙ方向と前記Ｘ方向との合成方向、及び前記Ｙ方向と前記Ｚ方向と前記Ｘ方向との合成方向、のいずれかに移動させることにより、前記Ｘ方向から見て前記Ｚ方向に沿う前記凹円筒面の表面上の母線に対して前記曲線切刃の刃先がずれかつ前記母線上の切削点がずれながら前記凹円筒面の切削加工を行う、切削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械及び切削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の１つである旋盤は、加工対象であるワークを回転軸に保持し、ワークを回転させながらバイト等の切削工具により切削加工等を行う。この旋盤では、直線状の切刃を有する切削工具を用いて、ワークの接線方向（回転軸と交差する方向）に切削工具を移動させることにより、ワークに対する切刃の切削点を移動させながらワークを切削する加工方法を採用している（例えば、特許文献１参照）。この加工方法によれば、切削工具の刃先がワークに対してずれながら切り込んでいくので、ワークの加工面における面粗度を小さくすることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６２０６５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献１の加工方法は、円筒面を有するワークを対象としている。一方、凹円筒面を有するワークを加工する場合、上記した加工方法では、ワークの凹円筒面に対して直線切刃との切削点を移動させながら切削していくことが困難となる。そのため、凹円筒面の面形状に応じて切削量を規定しつつ加工ツールを回転軸方向に移動させて凹円筒面に沿った切削加工を行い、その後、アンギュラ砥石などによって凹円筒面を研削して仕上げを行うことにより、求められる面粗度を得るようにしている。
【０００５】
しかしながら、上記のように旋盤で前加工を行った後に砥石による仕上げを行う場合、ワークを旋盤から取り外した後、あらためて研削盤にワークをセットする必要があるため、加工に要する時間が全体的に長くなってしまう。また、研削盤においてワークを回転させる場合、凹円筒面の小径側と大径側とで周速度が異なるため、アンギュラ砥石を当接した時の研削量が傾斜面の小径側と大径側とで異なってしまう。このため、面粗度が均一にはならず、要求される面粗度を得ることが困難な場合があった。
【０００６】
本発明は、ワークの凹円筒面を小さな面粗度に仕上げることが可能であり、砥石による研削工程等を省くことで加工時間を短縮することが可能な工作機械及び切削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】
本発明の態様に係る工作機械は、凹円筒面を有するワークを保持してＺ方向の軸線中心に回転する主軸を備える機械本体部と、主軸に保持されたワークを切削加工する切削工具を保持可能な刃物台と、機械本体部に設けられ、刃物台を、Ｚ方向、Ｚ方向に直交しかつワークに対する切り込み量を規定するＸ方向、及びＺ方向及びＸ方向の双方に直交するＹ方向にそれぞれ移動させる移動機構と、を備え、切削工具は、Ｘ方向から見て直線状でありかつＹ方向から見て凹円筒面に向けて凸形状とした曲線切刃を有し、曲線切刃がＸ方向から見てＺ方向に対して傾いた状態で刃物台に保持されており、刃物台がＹ方向、Ｙ方向とＺ方向との合成方向、Ｙ方向とＸ方向との合成方向、及びＹ方向とＺ方向とＸ方向との合成方向、のいずれかに移動することにより、Ｘ方向から見てＺ方向に沿う凹円筒面の表面上の母線に対して曲線切刃の刃先がずれかつ母線上の切削点がずれながら凹円筒面の切削加工を行う。
【０００８】
また、切削工具は、Ｙ方向から見た投影形状が凹円筒面における加工面となる形状の曲線切刃、又はＹ方向から見た投影形状が凹円筒面における加工面より小さい形状の曲線切刃を有してもよい。また、移動機構は、Ｚ方向に沿って機械本体部に設けられたＺ軸ガイドと、Ｚ軸ガイドに沿ってＺ方向に移動可能なＺ軸スライダと、Ｚ軸スライダに設けられ、Ｘ方向に沿うＸ軸ガイドと、Ｘ軸ガイドに沿ってＸ方向に移動可能なＸ軸スライダと、Ｘ軸スライダに設けられ、Ｙ方向に沿うＹ軸ガイドと、Ｙ軸ガイドに沿ってＹ方向に移動可能なＹ軸スライダと、を備え、刃物台は、Ｙ軸スライダに設けられて、Ｚ方向、Ｘ方向、及びＹ方向にそれぞれ移動可能であってもよい。
【０００９】
本発明の態様に係る加工方法は、凹円筒面を有するワークを保持してＺ方向の軸線中心に回転する主軸を備える機械本体部と、主軸に保持されたワークを切削加工する切削工具を保持可能な刃物台と、機械本体部に設けられ、刃物台を、Ｚ方向、Ｚ方向に直交しかつワークに対する切り込み量を規定するＸ方向、及びＺ方向及びＸ方向の双方に直交するＹ方向にそれぞれ移動させる移動機構と、を備える工作機械を用いて凹円筒面を切削する方法であって、切削工具は、Ｘ方向から見て直線状でありかつＹ方向から見て凹円筒面に向けて凸形状とした曲線切刃を有し、曲線切刃がＸ方向から見てＺ方向に対して傾いた状態で刃物台に保持されており、刃物台をＹ方向、Ｙ方向とＺ方向との合成方向、Ｙ方向とＸ方向との合成方向、及びＹ方向とＺ方向とＸ方向との合成方向、のいずれかに移動させることにより、Ｘ方向から見てＺ方向に沿う凹円筒面の表面上の母線に対して曲線切刃の刃先がずれかつ母線上の切削点がずれながら凹円筒面の切削加工を行う。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の工作機械及び加工方法によれば、上記した曲線切刃を持つ切削工具を用いて、Ｘ方向から見てＺ方向に沿う凹円筒面の表面上の母線に対して曲線切刃の刃先がずれかつ母線上の切削点がずれながら凹円筒面の切削加工を行うため、ワークと切削工具とを相対的に移動させることで、曲線切刃の刃先がワークに対してずれながら切り込んでいくのでワークの加工面の面粗度を小さくすることができる。また、加工面が小さな面粗度に仕上がるため、従来のような仕上げのための研削工程を省くことができ、ワークの加工に要する時間を短縮することができる。
【００１１】
また、切削工具が、Ｙ方向から見た投影形状が凹円筒面における加工面となる形状の曲線切刃、又はＹ方向から見た投影形状が凹円筒面における加工面より小さい形状の曲線切刃を有する構成では、曲線切刃によって凹円筒面を所望の加工面に容易に切削加工することができる。また、移動機構が、Ｚ軸ガイドと、Ｚ軸スライダと、Ｘ軸ガイドと、Ｘ軸スライダと、Ｙ軸ガイドと、Ｙ軸スライダと、を備え、刃物台は、Ｙ軸スライダに設けられて、Ｚ方向、Ｘ方向、及びＹ方向にそれぞれ移動可能である構成では、各方向のガイドとスライダとによって刃物台をＺ方向、Ｘ方向、及びＹ方向に正確かつ安定して移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る工作機械の一例を示す正面図である。
【図２】工作機械をＺ方向から見た側面図である。
【図３】（Ａ）は、切削工具を＋Ｘ方向から見た状態を示すであり、（Ｂ）は切削工具をＹ方向から見た投影形状を示す図である。
【図４】切削工具をＹ方向から見た状態を示す図である。
【図５】Ｘ方向から見たときの切削工具の動きの一例を示す平面図であり、（Ａ）は切削加工前の図、（Ｂ）は切削加工中の図、（Ｃ）は切削加工後の図である。
【図６】Ｚ方向から見たときの切削工具の動きの一例を示す平面図であり、（Ａ）は切削加工前の図、（Ｂ）は切削加工中の図、（Ｃ）は切削加工後の図である。
【図７】Ｙ方向からワークＷを見たときの凹円筒面における母線上の切削点が移動する例を示す図である。
【図８】（Ａ）は、第２実施形態に係る切削工具を＋Ｘ方向から見た状態を示すであり、（Ｂ）は、第２実施形態に係る切削工具をＹ方向から見た状態を示す図である。
【図９】Ｘ方向から見たときの切削工具の動きの一例を示す平面図であり、（Ａ）は切削加工前の図、（Ｂ）は切削加工中の図、（Ｃ）は切削加工後の図である。
【図１０】方向から見たときの切削工具の動きの一例を示す平面図であり、（Ａ）は切削加工前の図、（Ｂ）は切削加工中の図、（Ｃ）は切削加工後の図である。
【図１１】Ｙ方向からワークＷを見たときの凹円筒面における母線上の切削点が移動する例を示す図である。
【図１２】Ｙ方向から見たときの切削工具の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は以下に説明する形態に限定されない。また、図面においては実施形態を説明するため、一部分を大きく又は強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。以下の各図においては、ＸＹＺ座標系を用いて図中の方向を説明する。このＸＹＺ座標系において、水平面に平行な平面をＹＺ平面とする。このＹＺ平面において主軸７（対向軸８）の軸線ＡＸ方向をＺ方向と表記し、水平面においてＺ方向に直交する方向をＹ方向と表記する。また、ＹＺ平面に垂直な方向はＸ方向と表記する。Ｘ方向は、ワークＷに対する切り込み量を規定する方向である。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれは、矢印の指す方向を＋方向とし、反対の方向を−方向として説明する。
【００１４】
＜第１実施形態＞  
第１実施形態に係る工作機械１００について、図面を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係る工作機械１００の一例を示す正面図である。図２は、図１に示す工作機械１００をＺ方向から見た側面図である。図１及び図２に示す工作機械１００は、旋盤である。図１及び図２において、工作機械１００の＋Ｙ側が正面であり、−Ｙ側が背面である。また、工作機械１００の＋Ｚ側及び−Ｚ側は側面であり、Ｚ方向は工作機械１００の左右方向である。
【００１５】
工作機械１００は、機械本体部であるベース１を有している。ベース１には、主軸台２と心押し台４とが設けられる。主軸台２は、不図示の軸受け等により主軸７を回転可能な状態で支持している。なお、主軸台２は、ベース１に固定されるが、Ｚ方向、Ｘ方向、Ｙ方向等に移動可能に形成され、モータ等の駆動によって移動する構成であってもよい。主軸７の＋Ｚ側の端部には、チャック駆動部９が設けられている。チャック駆動部９は、複数の把握爪９ａを主軸７の径方向に移動させてワークＷを保持させる。図１では、主軸７の軸線ＡＸまわりに等間隔に配置された３つの把握爪９ａを用いてワークＷを把持しているが、この形態に限定されず、把握爪９ａの個数又は形状は、ワークＷを保持可能な任意の構成が適用可能である。把握爪９ａによって保持されるワークＷは、例えば把握爪９ａにより把持可能な円柱形などに形成されており、その表面Ｗａの一部に凹円筒面Ｗｂを有している。
【００１６】
主軸７の−Ｚ側の端部は主軸台２から−Ｚ方向に突出しており、この端部にプーリ１１が取り付けられる。プーリ１１と、ベース１に設けられたモータ１２の軸線との間にはベルト１３が掛け渡されている。主軸７は、モータ１２の駆動によりベルト１３を介して回転する。モータ１２は、制御装置ＣＯＮＴからの指示により回転数等が制御される。モータ１２としては、例えば、トルク制御機構を備えたモータが用いられる。また、主軸７は、モータ１２及びベルト１３によって駆動されることに限定されず、モータ１２の駆動を歯車列等で主軸７に伝達する構成、又はモータ１２によって直接主軸７を回転させる構成であってもよい。
【００１７】
心押し台４は、ベース１上に設置されたＺ軸ガイド３に沿って移動可能に形成される。心押し台４は、不図示の軸受け等により対向軸８を回転可能な状態で支持している。主軸７の軸線ＡＸ方向と、対向軸８の軸線方向とはＺ方向に一致した状態となっている。心押し台４の−Ｚ側の端部には、ワークＷの＋Ｚ側の端面に当接するセンタ１０が取り付けられている。なお、対向軸８は、心押し台４に固定され、デッドセンタとして使用されてもよい。
【００１８】
ワークＷが長尺である場合（Ｚ方向に長い場合）は、ワークＷの＋Ｚ側の端部を心押し台４のセンタ１０で保持する。長尺のワークＷは主軸７と対向軸８とに挟まれた状態で回転するため、切削加工時に安定してワークＷを回転させることができる。ワークＷが短尺の場合（Ｚ方向に短い場合）、ワークＷは、主軸７の把握爪９ａのみにより保持されて回転する。この場合には、心押し台４を用いなくてもよい。従って、この工作機械１００において、心押し台４はなくてもよい。
【００１９】
移動機構２０は、Ｚ軸ガイド５と、Ｚ軸スライダ１７と、Ｘ軸ガイド１８と、Ｘ軸スライダ１５と、Ｙ軸ガイド１６と、Ｙ軸スライダ１９と、Ｚ方向駆動系Ｍ１と、Ｘ方向駆動系Ｍ２と、Ｙ方向駆動系Ｍ３とを有する。ベース１には、Ｚ方向に配置された２本のＺ軸ガイド５が設けられる。図１及び図２に示すように、２本のＺ軸ガイド５は、上下方向（Ｘ方向）に並んで配置され、それぞれＺ方向に延びて設けられる。
【００２０】
なお、Ｚ軸ガイド５は、図示のように上下に２本設けられることに限定されず、１本又は３本以上設けられてもよい。また、２本のＺ軸ガイド５は、Ｚ軸スライダ１７の上方においてＹ方向に並んで配置されてもよい。Ｚ軸ガイド５には、Ｚ軸ガイド５に沿ってＺ方向に移動可能なＺ軸スライダ１７が設けられる。Ｚ軸スライダ１７は、Ｚ方向駆動系Ｍ１（移動装置）の駆動によりＺ方向に移動し、所定位置で保持される。Ｚ方向駆動系Ｍ１は、例えば、電気モータ又は油圧装置等の駆動装置が用いられる。
【００２１】
Ｚ軸スライダ１７の＋Ｙ側の面には、２本のＸ軸ガイド１８が形成される。２本のＸ軸ガイド１８は、所定の間隔で平行するように、それぞれがＸ方向に延びて設けられる。Ｘ軸ガイド１８には、２本のＸ軸ガイド１８に沿って移動可能なＸ軸スライダ１５が設けられる。Ｘ軸スライダ１５は、Ｘ方向駆動系Ｍ２（移動装置）の駆動によりＸ方向に移動し、所定位置で保持される。Ｘ方向駆動系Ｍ２は、例えば、電気モータ又は油圧装置等の駆動装置が用いられる。
【００２２】
Ｘ軸スライダ１５の−Ｘ側の面には、２本のＹ軸ガイド１６が形成される。２本のＹ軸ガイド１６は、所定の間隔で平行するように、それぞれがＹ方向に延びて設けられる。Ｙ軸ガイド１６には、２本のＹ軸ガイド１６に沿って移動可能なＹ軸スライダ１９が設けられる。Ｙ軸スライダ１９は、Ｙ方向駆動系Ｍ３（移動装置）の駆動によりＹ方向に移動し、所定位置で保持される。Ｙ方向駆動系Ｍ３は、例えば、ボールネジ機構を含む電気モータ又は油圧装置等の駆動装置が用いられる。なお、上記のＺ方向駆動系Ｍ１、Ｘ方向駆動系Ｍ２及びＹ方向駆動系Ｍ３は、制御装置ＣＯＮＴによって制御される。
【００２３】
Ｙ軸スライダ１９の−Ｘ側の面（下面）である取付面１９ａには、プレート状刃物台（刃物台）２１が設けられる。プレート状刃物台２１は、主軸７に対して鉛直方向の上方（＋Ｘ側）に配置される。プレート状刃物台２１は、例えば金属などの素材で板状に形成されている。プレート状刃物台２１は、下面（−Ｘ側の面）２１ａに、ホルダ２４を介して切削工具Ｔ１を装着可能である。なお、上記した移動装置は一例であり、プレート状刃物台（切削工具Ｔ１）をＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に移動させることが可能な任意の構成が適用されてもよい。
【００２４】
切削工具Ｔ１は、−Ｘ側の端部に曲線切刃Ｈ１を有する。図３（Ａ）は、切削工具Ｔ１を＋Ｘ方向から見た状態を示すである。図３（Ａ）に示すように、曲線切刃Ｈ１は、Ｘ方向から見て直線状であり、Ｚ方向に対して角度θに傾いた状態で配置される。つまり、曲線切刃Ｈ１は、例えば＋Ｚ側の端部が−Ｙ側に配置され、−Ｚ側の端部が＋Ｙ側に配置される。Ｘ方向から見たＺ方向に対する傾きの角度θは、例えば、５度から８５度の範囲、１５度から７５度の範囲、又は３０度から６０度の範囲で設定されるが、傾きの角度は、任意に設定可能である。曲線切刃Ｈ１は、Ｘ方向から見て、Ｚ方向の寸法がワークＷの凹円筒面ＷｂのＺ方向の寸法よりわずかに大きく、あるいは等しく、又はほぼ等しくなっている。図３（Ａ）に示すように、曲線切刃Ｈ１は、例えば、凹円筒面ＷｂのＺ方向の寸法に対して、＋Ｚ側に寸法ａだけ長く、−Ｚ側に寸法ｂだけ長くなっている。なお、寸法ａと寸法ｂとは同一であってもよいし、異なってもよい。
【００２５】
図３（Ｂ）は、切削工具Ｔ１をＹ方向から見た投影形状を示すである。図３（Ｂ）に示すように、切削工具Ｔ１は、Ｙ方向から見た投影形状（ＸＺ平面に投影される形状）が凹円筒面Ｗｂにおける加工面Ｗｓとなる形状の曲線切刃Ｈ１を有している。すなわち、図３（Ｂ）に示す曲線切刃Ｈ１の投影形状が、この切削工具Ｔ１で凹円筒面Ｗｂを切削加工した後の加工面Ｗｓとなる。なお、図示では、簡略化のため、加工面Ｗｓを凹円筒面Ｗｂと同一面で示している。また、この切削工具Ｔ１を図３（Ａ）のＥ方向から見た場合、下方に凸形状とした楕円形状となっている。このような曲線切刃Ｈ１を持つ切削工具Ｔ１を、図３（Ａ）のようにＺ方向に対して角度θに傾けることで、Ｙ方向から見た曲線切刃Ｈ１の投影形状は、所定の曲率半径を持つ円弧形状となる（図４参照）。
【００２６】
図４は、切削工具Ｔ１をＹ方向から見た状態を示す図である。図４に示すように、曲線切刃Ｈ１は、Ｙ方向から見て、凹円筒面Ｗｂに向けて凸形状とした円弧形状である。なお、ワークＷの凹円筒面Ｗｂは、曲率半径Ｒ１を有している。曲線切刃Ｈ１は、Ｙ方向から見て、凹円筒面Ｗｂに沿った曲率半径Ｒ２の円弧形状である。つまり、本実施形態では、ワークＷの凹円筒面Ｗｂの曲率半径Ｒ１と、Ｙ方向から見た場合における曲線切刃Ｈ１の曲率半径Ｒ２とが同一、又は曲率半径Ｒ２がわずかに曲率半径Ｒ１より大きくなるように設定されている。曲線切刃Ｈ１の曲率半径Ｒ２は、加工後における凹円筒面Ｗｂの加工面Ｗｓであり、所望の寸法に設定される。
【００２７】
次に、以上のように構成された工作機械１００の動作について説明する。以下の説明に際して、適宜図１から図４の内容を参照する。図５は、Ｘ方向からワークＷを見たときの切削工具Ｔ１の動きの一例を示す平面図であり、（Ａ）は切削加工前の図、（Ｂ）は切削加工中の図、（Ｃ）は切削加工後の図である。図６は、Ｚ方向からワークＷを見たときの切削工具Ｔ１の動きの一例を示す平面図であり、（Ａ）は切削加工前の図、（Ｂ）は切削加工中の図、（Ｃ）は切削加工後の図である。図７は、Ｙ方向からワークＷを見たときの凹円筒面Ｗｂにおける母線Ｌ上の切削点Ｃ１が移動する例を示す図である。
【００２８】
先ず、加工対象であるワークＷを主軸７に保持させる。ワークＷを把持した後、モータ１２を駆動して主軸７を回転させることにより、ワークＷを軸線ＡＸまわりに回転させる。なお、主軸７と対向軸８とでワークＷを把持する場合には、主軸７と対向軸８とを同期させて回転させる。また、ワークＷの回転数は、加工処理に応じて適宜設定される。
【００２９】
続いて、切削工具Ｔ１のＸ方向の位置が調整される。この調整では、曲線切刃Ｈ１がワークＷの凹円筒面Ｗｂに対応するように、Ｘ方向駆動系Ｍ２によってプレート状刃物台２１をＸ方向に移動させる。曲線切刃Ｈ１のＸ方向の位置は、ワークＷの凹円筒面Ｗｂに対する切り込み量を規定する。凹円筒面Ｗｂに対する切り込み量は、制御装置ＣＯＮＴによって予め設定された値に設定されてもよく、また、作業者のマニュアル操作によって設定されてもよい。
【００３０】
続いて、ワークＷの回転が安定した段階で、切削工具Ｔ１のＹ方向及びＺ方向の位置合わせを行う。切削工具Ｔ１のＹ方向及びＺ方向の位置合わせ、並びにＹ方向への移動は、Ｚ軸スライダ１７のＺ方向への移動、及びＹ軸スライダ１９（プレート状刃物台２１）のＹ方向への移動によって行われる。切削工具Ｔ１は、ワークＷの凹円筒面Ｗｂの母線Ｌに応じて位置合わせされる。図５（Ａ）及び図６（Ａ）に示すように、切削工具Ｔ１の曲線切刃Ｈ１の−Ｙ側の端部Ｈ１ａが、ワークＷの母線Ｌの＋Ｙ側近傍に配置される。
【００３１】
続いて、切削工具Ｔ１の曲線切刃Ｈ１を、−Ｙ方向に移動させることによりワークＷの凹円筒面Ｗｂに対して切削加工を行う。切削工具Ｔ１の曲線切刃Ｈ１は、ワークＷの凹円筒面Ｗｂ上のＺ方向の母線Ｌに対して＋Ｙ側から−Ｙ側に移動し、曲線切刃Ｈ１のうち−Ｙ側の端部Ｈ１ａ近傍（端部Ｈ１ａから寸法ａだけ−Ｚ側にずれた部分）が先にワークＷに当接し、この端部Ｈ１ａ近傍において凹円筒面Ｗｂの切削を行う。このとき、図７に示すように、凹円筒面Ｗｂにおける母線Ｌ上の切削点Ｃ１は、凹円筒面Ｗｂの−Ｚ方向の端部Ｃ１ｓとなる。続いて、切削工具Ｔ１は、−Ｙ方向に移動しながらワークＷの切削加工を行う。また、切削工具Ｔ１は、曲線切刃Ｈ１の刃先のうち切削点Ｃ１の接線方向が、母線Ｌにおける切削点Ｃ１の接線方向と平行を保ちながら−Ｙ方向に移動する。
【００３２】
曲線切刃Ｈ１は、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）に示すように、凹円筒面Ｗｂに沿って−Ｙ方向に移動することにより、ワークＷへの切削部分が端部Ｈ１ａから端部Ｈ１ｂに向けて徐々にずれていく。さらに、曲線切刃Ｈ１が−Ｙ方向に向けて移動する間に、ワークＷの凹円筒面Ｗｂにおいて母線Ｌ上の切削点Ｃ１は、図７に示すように、母線Ｌに沿って−Ｚ方向に進んでいく。すなわち、切削工具Ｔ１は、−Ｙ方向に移動する際に、曲線切刃Ｈ１における切削点Ｃ１が移動する。本実施形態において、凹円筒面Ｗｂと曲線切刃Ｈ１とは、Ｙ方向から見て互いに曲率半径が同一、又は曲率半径Ｒ２がわずかに曲率半径Ｒ１より大きい円弧形状である。そのため、曲線切刃Ｈ１は、例えば端部Ｈ１ａと端部Ｈ１ｂとの中間部が凹円筒面Ｗｂを切削する際に、凹円筒面Ｗｂにおいて最も径が小さくなるＺ方向の中央部Ｃ１ｎが切削点となる。
【００３３】
その後、図７に示すように、曲線切刃Ｈ１のうち端部Ｈ１ｂ近傍（端部Ｈ１ｂから寸法ｂだけ＋Ｚ側にずれた部分）が母線Ｌの−Ｚ側の端部Ｃ１ｅに到達し、さらに図５（Ｃ）及び図６（Ｃ）に示すように端部Ｃ１ｅから−Ｙ側に離れた段階で、切削工具Ｔ１による凹円筒面Ｗｂの切削加工が終了する。図５から図７に示すように、切削工具Ｔ１がＹ方向に移動するため、曲線切刃Ｈ１により切削加工された凹円筒面Ｗｂの加工面Ｗｓは、曲線切刃Ｈ１をＹ方向から見た投影形状（図３（Ｂ）参照）となる。なお、上記した切削動作では、切削工具Ｔ１の曲線切刃Ｈ１において端部Ｈ１ａから端部Ｈ１ｂまでの全体を用いて凹円筒面Ｗｂの切削加工を行っているが、この形態に限定されず、曲線切刃Ｈ１の一部を用いて凹円筒面Ｗｂを切削加工してもよい。また、本実施形態では、切削工具Ｔ１をＹ方向に移動させているが、Ｙ方向にわずかにＺ方向を加えた方向（合成方向）等に切削工具Ｔ１を移動させてもよい。
【００３４】
以上のように、本実施形態に係る工作機械１００によれば、上記した曲線切刃Ｈ１を持つ切削工具Ｔ１をＹ方向に移動させることにより、Ｘ方向から見てＺ方向に沿う凹円筒面Ｗｂの表面上の母線Ｌに対して曲線切刃Ｈ１がずれかつ母線Ｌ上の切削点Ｃ１がずれながら凹円筒面Ｗｂの切削加工を行うため、切削工具Ｔ１の曲線切刃Ｈ１がワークＷに対してスムーズに切り込むことにより、ワークＷの加工面Ｗｓの面粗度を小さくすることができる。また、加工面Ｗｓを小さな面粗度に仕上げるため、従来のような仕上げのための研削工程を省くことができ、ワークＷの加工に要する時間を短縮することができる。
【００３５】
＜第２実施形態＞  
次に、第２実施形態ついて、図面を用いて説明する。本実施形態では、切削工具Ｔ２の構成が第１実施形態の切削工具Ｔ１と異なっており、他の構成については第１実施形態と同様である。従って、第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略又は簡略化する。図８（Ａ）は、第２実施形態に係る切削工具Ｔ２を＋Ｘ方向から見た状態を示すである。切削工具Ｔ２は、−Ｘ側の端部に曲線切刃Ｈ２を有する。
【００３６】
図８（Ａ）に示すように、曲線切刃Ｈ２は、Ｘ方向から見て直線状であり、Ｚ方向に対して角度θに傾いた状態で配置される。つまり、曲線切刃Ｈ２は、例えば＋Ｚ側の端部が−Ｙ側に配置され、−Ｚ側の端部が＋Ｙ側に配置される。Ｘ方向から見たＺ方向に対する傾きの角度θは、例えば、１５度から７５度の範囲、又は３０度から６０度の範囲で設定されるが、傾きの角度は、任意に設定可能である。曲線切刃Ｈ２は、Ｘ方向から見て、Ｚ方向の寸法がワークＷの凹円筒面ＷｂのＺ方向の寸法よりも小さくなっている。
【００３７】
図８（Ｂ）は、切削工具Ｔ２をＹ方向から見た状態を示す図である。図８（Ｂ）に示すように、曲線切刃Ｈ２は、Ｙ方向から見て、凹円筒面Ｗｂに向けて凸形状とした円弧形状である。また、図８（Ｂ）に示すように、Ｙ方向から見た曲線切刃Ｈ２の投影形状は、この切削工具Ｔ２で凹円筒面Ｗｂを切削加工した後の加工面Ｗｓより小さくなっている。なお、本実施形態では、ワークＷの凹円筒面Ｗｂの曲率半径Ｒ１よりも、Ｙ方向から見た場合における曲線切刃Ｈ２の曲率半径Ｒ３の方が小さくなっている。曲線切刃Ｈ２の曲率半径Ｒ３は、加工後の凹円筒面Ｗｂにおける加工面Ｗｓの寸法より小さい。なお、切削工具Ｔ２を、図３（Ａ）のＥ方向から見た場合、下方に凸形状とした楕円形状となっている点は第１実施形態の曲線切刃Ｈ１と同様である。
【００３８】
次に、このような曲線切刃Ｈ２を有する切削工具Ｔ２を用いて凹円筒面Ｗｂを加工する動作について説明する。図９は、Ｘ方向からワークＷを見たときの切削工具Ｔ２の動きの一例を示す平面図であり、（Ａ）は切削加工前の図、（Ｂ）は切削加工中の図、（Ｃ）は切削加工後の図である。図１０は、Ｚ方向からワークＷを見たときの切削工具Ｔ２の動きの一例を示す平面図であり、（Ａ）は切削加工前の図、（Ｂ）は切削加工中の図、（Ｃ）は切削加工後の図である。図１１（Ａ）から（Ｃ）は、Ｙ方向からワークＷを見たときの凹円筒面Ｗｂにおける母線Ｌ上の切削点Ｃ２が移動する例を示す図である。
【００３９】
まず、第１実施形態と同様に、加工対象であるワークＷを主軸７に保持させ、ワークＷを軸線ＡＸまわりに回転させる。続いて、曲線切刃Ｈ２がワークＷの凹円筒面Ｗｂに対応するように、Ｘ方向駆動系Ｍ２によってプレート状刃物台２１をＸ方向に移動させる。
【００４０】
続いて、ワークＷの回転が安定した段階で、切削工具Ｔ２のＹ方向及びＺ方向の位置合わせを行う。切削工具Ｔ２のＹ方向及びＺ方向の位置合わせ、並びに後述する合成方向Ｐ１、Ｐ２方向への移動は、Ｚ軸スライダ１７のＺ方向への移動、Ｙ軸スライダ１９（プレート状刃物台２１）のＹ方向への移動、及びＸ軸スライダ１５のＸ方向への移動によって行われる。切削工具Ｔ２は、ワークＷの凹円筒面Ｗｂの母線Ｌに応じて位置合わせされる。図９（Ａ）及び図１０（Ａ）に示すように、切削工具Ｔ２の曲線切刃Ｈ２の−Ｙ側の端部Ｈ２ａが、凹円筒面Ｗｂの母線Ｌの＋Ｙ側近傍であって母線Ｌの＋Ｚ側に配置される。
【００４１】
続いて、図９（Ａ）及び図１０（Ａ）に示すように、切削工具Ｔ２の曲線切刃Ｈ２を、−Ｙ方向と−Ｚ方向と−Ｘ方向とを合成した合成方向Ｐ１に移動させる。合成方向Ｐ１は、例えば、曲線切刃Ｈ２の刃先に沿った長さと、凹円筒面Ｗｂの母線Ｌとに応じて設定される。すなわち、切削工具Ｔ２が母線Ｌを＋Ｙ側から−Ｙ側に抜けた際に（１回のパスで）凹円筒面Ｗｂの母線Ｌの範囲（切削範囲）を曲線切刃Ｈ２で切削加工するような合成方向Ｐ１に設定されている。
【００４２】
本実施形態では、曲線切刃Ｈ２の曲率半径Ｒ３が凹円筒面Ｗｂの曲率半径Ｒ１よりも小さい。従って、曲線切刃Ｈ２を凹円筒面Ｗｂに沿って加工するために、切削工具Ｔ２をＹ方向、Ｚ方向に加えて、Ｘ方向にも移動させるようにする。その結果、−Ｚ方向に向けて径が徐々に小さくなる凹円筒面Ｗｂに沿って曲線切刃Ｈ２を移動させることができる。なお、合成方向Ｐ１は、Ｘ方向から見て一定であるが、Ｙ方向及びＺ方向から見て徐々に向きが変化する。
【００４３】
続いて、切削工具Ｔ２の曲線切刃Ｈ２を、合成方向Ｐ１に移動させることによりワークＷの凹円筒面Ｗｂに対して切削加工を行う。切削工具Ｔ２の曲線切刃Ｈ２は、ワークＷの凹円筒面Ｗｂ上のＺ方向の母線Ｌに対して＋Ｙ側から−Ｙ側に移動し、曲線切刃Ｈ２の−Ｙ側のうち端部Ｈ２ａ近傍（端部Ｈ２ａから所定寸法だけ−Ｚ側にずれた部分）が先にワークＷに当接し、この端部Ｈ２ａにおいて凹円筒面Ｗｂの切削を行う。このとき、図１１（Ａ）に示すように、凹円筒面Ｗｂにおける母線Ｌ上の切削点Ｃ２は、凹円筒面Ｗｂの−Ｚ方向の端部Ｃ２ｓとなる。続いて、切削工具Ｔ２は、合成方向Ｐ１に移動しながらワークＷの切削加工を行う。また、切削工具Ｔ２は、曲線切刃Ｈ２の刃先のうち切削点Ｃ２の接線方向が、母線Ｌにおける切削点Ｃ２の接線方向と平行を保ちながら合成方向Ｐ１に移動する。
【００４４】
曲線切刃Ｈ２は、図９（Ｂ）及び図１０（Ｂ）に示すように、凹円筒面Ｗｂに沿って合成方向Ｐ１に移動することにより、ワークＷへの切削部分が端部Ｈ２ａから端部Ｈ２ｂに向けて徐々にずれていく。さらに、曲線切刃Ｈ２が合成方向Ｐ１に向けて移動する間に、ワークＷの凹円筒面Ｗｂにおいて母線Ｌ上の切削点Ｃ２は、図１１（Ｂ）に示すように、母線Ｌに沿って−Ｚ方向に進んでいく。すなわち、切削工具Ｔ２は、合成方向Ｐ１を移動する際に、曲線切刃Ｈ２における切削点Ｃ２が移動する。
【００４５】
本実施形態において、凹円筒面Ｗｂと曲線切刃Ｈ２とは、Ｙ方向から見て互いに曲率半径が異なる円弧形状である。曲線切刃Ｈ２は、合成方向Ｐ１に移動することにより、例えば端部Ｈ２ａと端部Ｈ２ｂとの中間部が凹円筒面Ｗｂを切削する際に、凹円筒面Ｗｂにおいて最も径が小さくなるＺ方向の中央部Ｃ２ｎが切削点となる。凹円筒面Ｗｂの中央部Ｃ２ｎが切削点となった後、切削工具Ｔ２の曲線切刃Ｈ２を、−Ｙ方向と−Ｚ方向と＋Ｘ方向とを合成した合成方向Ｐ２に移動させる。その結果、−Ｚ方向に向けて径が徐々に大きくなる凹円筒面Ｗｂに沿って曲線切刃Ｈ２を移動させることができる。
【００４６】
なお、合成方向Ｐ１は、Ｘ方向から見て一定であるが、Ｙ方向及びＺ方向から見て徐々に向きが変化する。すなわち、切削工具Ｔ２が合成方向Ｐ１に移動するに従い、合成方向Ｐ１のうち−Ｘ方向の成分が徐々に小さくなるように合成方向Ｐ１が設定されている。その結果、曲線切刃Ｈ２を凹円筒面Ｗｂに沿って移動させることができる。
【００４７】
その後、図１１（Ｃ）に示すように、曲線切刃Ｈ２のうち端部Ｈ２ｂ近傍（端部Ｈ２ｂから所定寸法だけ＋Ｚ側にずれた部分）が母線Ｌの−Ｚ側の端部Ｃ２ｅに到達し、さらに図９（Ｃ）及び図１０（Ｃ）に示すように、端部Ｃ２ｅから−Ｙ側に離れた段階で、切削工具Ｔ２による凹円筒面Ｗｂの切削加工が終了する。本実施形態では、切削工具Ｔ２を合成方向Ｐ１からＰ２に移動させて行う。図９に示すように、Ｘ方向から見ると、合成方向Ｐ１とＰ２とは同一方向である。また、Ｚ方向から見ると、合成方向Ｐ１とＰ２とは異なっている。
【００４８】
なお、合成方向Ｐ２は、Ｘ方向から見て一定であるが、Ｙ方向及びＺ方向から見て徐々に向きが変化する。すなわち、切削工具Ｔ２が合成方向Ｐ２に移動するに従い、合成方向Ｐ２のうち＋Ｘ方向の成分が徐々に大きくなるように合成方向Ｐ２が設定されている。その結果、曲線切刃Ｈ２を凹円筒面Ｗｂに沿って移動させることができる。このように、合成方向Ｐ１、Ｐ２がそれぞれ徐々に変化している結果、Ｙ方向から見て、切削工具Ｔ２は、円弧状又は楕円状の軌跡を持って移動している。また、Ｚ方向から見た場合においても、切削工具Ｔ２は、円弧状又は楕円状の軌跡を持って移動している。
【００４９】
なお、上記した切削動作では、切削工具Ｔ２の曲線切刃Ｈ２において端部Ｈ２ａ近傍から端部Ｈ２ｂ近傍までの全体を用いて凹円筒面Ｗｂの切削加工を行っているが、この形態に限定されず、曲線切刃Ｈ２の一部を用いて凹円筒面Ｗｂを切削加工してもよい。
【００５０】
以上のように、本実施形態によれば、上記した曲線切刃Ｈ２を持つ切削工具Ｔ２を合成方向Ｐ１、Ｐ２に移動させることにより、Ｘ方向から見てＺ方向に沿う凹円筒面Ｗｂの表面上の母線Ｌに対して曲線切刃Ｈ２がずれかつ母線Ｌ上の切削点Ｃ２がずれながら凹円筒面Ｗｂの切削加工を行うため、第１実施形態と同様に、切削工具Ｔ２の曲線切刃Ｈ２がワークＷに対してスムーズに切り込むことにより、ワークＷの加工面Ｗｓの面粗度を小さくすることができ、仕上げのための研削工程を省くことでワークＷの加工に要する時間を短縮することができる。
【００５１】
また、本実施形態において使用可能な切削工具は、上記した切削工具Ｔ１、Ｔ２のように、曲線切刃Ｈ１、Ｈ２がＹ方向から見て円弧形状であることに限定されない。切削工具としては、Ｙ方向から見て楕円、長円の他に自由曲線（自由曲面）で構成された曲線切刃を有してもよい。図１２は、Ｙ方向から見たときの切削工具の他の例を示す図である。図１２に示すように、切削工具Ｔ３は、Ｙ方向から見た投影形状が波形状の曲線切刃Ｈ３を有する。この切削工具Ｔ３は、ワークＷの表面Ｗａに有する軸線ＡＸまわりの波形状円筒面（凹円筒面）Ｗｃを切削加工する場合に用いられる。この切削工具Ｔ３を用いる場合、切削工具Ｔ３を、Ｙ方向、又はＹ方向とＺ方向とを合成した合成方向等に移動させることにより、曲線切刃Ｈ３により波形状凹円筒面Ｗｃを切削加工することができる。すなわち、本実施形態では、切削工具をＹ方向から見た曲線切刃の投影形状がワークＷの凹円筒面の加工面Ｗｓとなる曲線切刃を有する任意の切削工具を用いることができる。
【００５２】
以上、実施形態について説明したが、本発明は、上述した説明に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。上記した実施形態では、プレート状刃物台２１に１つの切削工具Ｔ１が保持されているが（図１、図２参照）、この形態に限定されず、プレート状刃物台２１に複数の切削工具Ｔ１が例えばＺ方向に並べられた状態で保持されてもよい。この場合、移動装置（例えばＺ方向駆動系Ｍ１）によりプレート状刃物台２１を移動させ、使用する切削工具Ｔ１等を選択しつつ、他の切削工具Ｔ１とワークＷとが干渉しないように、他の切削工具Ｔ１を対比させる対比機構が設けられてもよい。
【００５３】
また、上記した実施形態では、ワークＷの上方にプレート状刃物台２１（切削工具Ｔ１等）が配置される構成を例に挙げて説明しているが、この形態に限定されない。例えば、プレート状刃物台２１（切削工具Ｔ１等）がワークＷの下方又は側方に配置されてもよい。さらに、ワークＷの上方及び下方の双方にプレート状刃物台２１（切削工具Ｔ１等）が配置され、１つのワークＷの凹円筒面Ｗｂに対して複数の切削工具Ｔ１等で同時に切削加工を行う構成であってもよい。
【００５４】
また、上記した実施形態では、切削工具Ｔ１等がプレート状刃物台２１に保持された形態を例に挙げて説明しているが、この形態に限定されない。例えば、切削工具Ｔ１等は、所定の軸まわりに回転可能なタレット状刃物台の周面に保持されてもよい。この場合、タレット状刃物台が回転することにより、使用される切削工具Ｔ１等が選択されてもよい。また、タレット状刃物台は、移動装置によりＸ方向及びＹ方向に移動可能に構成され、タレット状刃物台の周面に設けられたＹ方向移動機構により切削工具Ｔ１等をＹ方向に移動させる構成が適用されてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
ＡＸ・・・軸線
ＣＯＮＴ・・・制御装置
Ｃ１、Ｃ２・・・切削点
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３・・・曲線切刃
Ｌ・・・母線
Ｍ１・・・Ｚ方向駆動系（移動装置）
Ｍ２・・・Ｘ方向駆動系（移動装置）
Ｍ３・・・Ｙ方向駆動系（移動装置）
Ｐ１、Ｐ２・・・合成方向
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３・・・曲率半径
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３・・・切削工具
Ｗ・・・ワーク
Ｗａ・・・表面
Ｗｂ、Ｗｃ・・・凹円筒面
Ｗｓ・・・加工面
１・・・ベース（機械本体部）
５・・・Ｚ軸ガイド
７・・・主軸
１５・・・Ｘ軸スライダ
１６・・・Ｙ軸ガイド
１７・・・Ｚ軸スライダ
１８・・・Ｘ軸ガイド
１９・・・Ｙ軸スライダ
２０・・・移動機構
２１・・・プレート状刃物台（刃物台）
２４・・・ホルダ
１００、２００・・・工作機械
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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