(57)【要約】【課題】小径のスピンドルで効率的に切削加工を行うことができる切削加工機および切削加工方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の切削加工機は、エンドミル１０を備えたスピンドルユニット１２によってワークＷを切削加工する切削加工機であって、スピンドルユニットと、該スピンドルユニットを支持し前記ワークに対して相対移動可能なスピンドル取付け部１４と、前記スピンドル取付け部とスピンドルユニットとの間に配置され、前記スピンドルユニットを前記スピンドル取付け部に対して相対運動させるスピンドルユニット運動装置１６とを備えていることを特徴とする。【選択図】　　　図２
2004050348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンドミルを備えたスピンドルユニットによってワークを切削加工する切削加工機であって、
スピンドルユニットと、
該スピンドルユニットを支持し前記ワークに対して相対移動可能なスピンドル取付け部と、
前記スピンドル取付け部とスピンドルユニットとの間に配置され、前記スピンドルユニットを前記スピンドル取付け部に対して相対運動させるスピンドルユニット運動装置と、を備えている、
ことを特徴とする切削加工機。
【請求項２】
エンドミルを備えたスピンドルユニットによってワークを切削加工する切削加工機であって、
スピンドルユニットを支持し前記ワークに対して相対移動可能なスピンドル取付け部と、
前記スピンドル取付け部とスピンドルユニットとの間に配置され、前記スピンドルユニットを前記スピンドル取付け部に対して相対運動させるスピンドルユニット運動装置と、を備えている、
ことを特徴とする切削加工機。
【請求項３】
前記スピンドルユニット運動装置が、前記スピンドルユニットを、前記スピンドル取付け部に対し、互いに直交する２軸に沿って独立して、運動させる、
請求項１または２に記載の切削加工機。
【請求項４】
前記スピンドルユニット運動装置が、前記スピンドル取付け部に対して第１方向に相対移動可能に取付けられた第１テーブルと、前記第１方向と直交する第２方向に相対移動可能に前記第１テーブルに取付けられた第２テーブルとを備えている、
請求項３に記載の切削加工機。
【請求項５】
前記相対運動が、円運動である、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の切削加工機。
【請求項６】
前記スピンドルユニット運動装置は、前記スピンドル取付け部に対する前記スピンドルユニットの相対運動の内容を変更可能である、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の切削加工機。
【請求項７】
エンドミルを備えたスピンドルユニットによってワークを切削加工する切削加工方法で、
該スピンドルユニットを前記ワークに対して相対移動可能なスピンドル取付け部に、該スピンドル取付け部に対して相対運動可能に取付ける工程と、
前記スピンドルユニットを前記スピンドル取付け部に対して相対運動させながら、前記スピンドル取付け部と前記ワークとを相対移動させ、前記エンドミルでワークを加工する工程と、
を備えている切削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切削加工機および切削加工方法に関し、詳細には、エンドミルを備えたスピンドルユニットでワークに切削加工を施す切削加工機および切削加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属材料等の材料に凹部、溝などを形成する加工として、切削刃を有するエンドミルを備えたスピンドルユニットをＮＣ工作機械に取付け、エンドミルを回転駆動させながらワーク（被加工物）に対して移動させ、ワークを所望形状に加工する切削加工が知られている。
【０００３】
大きな金型に切削加工を施す場合や、荒取り加工を行う場合などには、加工時間を短縮するために大径のエンドミルを使用することが望ましい。しかしながら、大径のエンドミルを回転駆動させて切削加工を行うためには大きな動力が必要となる。このため、小径のエンドミル１００が図１に点線Ｐで示すような螺旋軌道に沿って移動するようにスピンドルユニットをワークに対して移動させながら、ワーク１０２上の所定の加工範囲１０４を切削加工するトロコイド加工が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＮＣ工作機を使用する場合、エンドミルが螺旋軌道に沿って移動しながら所定の加工範囲を切削するようにスピンドルユニットとワークとを相対移動させる軌道を設定することは難しく、このための制御用プログラムを作成することは極めて煩雑であった。また、例えば、加工部の幅を５０ｍｍから５１ｍｍに変更する場合等のように、加工範囲の一部分を変更する際にも、プログラムを作り直す必要があり、実用上、不便であった。
【０００５】
さらに、ＮＣ工作機を用いない場合であっても、エンドミルが螺旋軌道に沿って動きながら所定の加工範囲を切削加工するように、スピンドルユニットとワークを相対移動させることは極めて困難であった。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、小径のスピンドルで効率的に切削加工を行うことができる切削加工機および切削加工方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、エンドミルを備えたスピンドルユニットによってワークを切削加工する切削加工機であって、スピンドルユニットと、該スピンドルユニットを支持し前記ワークに対して相対移動可能なスピンドル取付け部と、前記スピンドル取付け部とスピンドルユニットとの間に配置され、前記スピンドルユニットを前記スピンドル取付け部に対して相対運動させるスピンドルユニット運動装置と、を備えていることを特徴とする切削加工機が提供される。
【０００８】
このような構成を備えた本発明によれば、スピンドルユニットをスピンドル取付け部に対して相対運動させることで、直径がこの相対運動の範囲に等しい相対的に大径のエンドミルを使用している状態と同じ状態が作り出される。従って、スピンドル取付け部とワークとを、この大径のエンドミルを用いて切削加工するときと同じように相対移動させることによって、所定の範囲を加工できる。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、エンドミルを備えたスピンドルユニットによってワークを切削加工する切削加工機であって、スピンドルユニットを支持し前記ワークに対して相対移動可能なスピンドル取付け部と、前記スピンドル取付け部とスピンドルユニットとの間に配置され、前記スピンドルユニットを前記スピンドル取付け部に対して相対運動させるスピンドルユニット運動装置と、を備えていることを特徴とする切削加工機が提供される。
【００１０】
本発明の好ましい態様によれば、前記スピンドルユニット運動装置が、前記スピンドルユニットを前記スピンドル取付け部に対して、互いに直交する２軸に沿って独立して運動させる。
【００１１】
このような構成によれば、２つの方向への運動の大きさ、速度を調整することにより、スピンドルユニットをスピンドル取付け部に対して自由に二次元的に運動させることができる。
【００１２】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記スピンドルユニット運動装置が、前記スピンドル取付け部に対して第１方向に相対移動可能に取付けられた第１テーブルと、前記第１方向と直交する第２方向に相対移動可能に前記第１テーブルに取付けられた第２テーブルとを備えている。
【００１３】
本発明のもう一つの好ましい態様によれば、前記相対運動が円運動である。このような構成によれば、円運動の円の直径に等しい径を有するスピンドルを使用したときと同様の動きで、前記スピンドル取付け部とワークとを相対的に移動させることにより、所定範囲の加工ができる。
【００１４】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記スピンドルユニット運動装置は、前記スピンドル取付け部に対する前記スピンドルユニットの相対運動の内容を変更可能である。
【００１５】
本発明の他の態様によれば、エンドミルを備えたスピンドルユニットによってワークを切削加工する切削加工方法で、該スピンドルユニットを前記ワークに対して相対移動可能なスピンドル取付け部に、該スピンドル取付け部に対して相対運動可能に取付ける工程と、前記スピンドルユニットを前記スピンドル取付け部に対して相対運動させながら、前記スピンドル取付け部と前記ワークとを相対移動させ、前記エンドミルでワークを加工する工程とを備えている切削加工方法が提供される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照して説明する。図２および図３は、本発明の好ましい実施形態の切削加工機（マシニングセンタ）のスピンドル取付け部近傍を模式的に示す正面図および側面図である。
【００１７】
本実施形態のマシニングセンタは、先端に切削刃が設けられたエンドミル１０が取付けられたスピンドルユニット１２を使用して、下方に載置された金属材料等のワークＷを、ＮＣデータに基づいて切削加工するＮＣ切削加工機である。図２および図３に示されているように、スピンドルユニット１２は、マシニングセンタのスピンドル取付け部（ヘッド）１４に、スピンドルユニット１２をヘッド１４に対して相対運動させるスピンドルユニット運動機構１６を介して取付けられている。また、ヘッド１４は、従来のＮＣ切削加工機と同様に、マシニングセンタの制御装置（コンピュータ）に入力されたＮＣデータに基づいて、図示しない公知の駆動機構によって、ワークＷに対して、上下および水平方向（ＸＹＺの３軸方向）に移動できるように構成されている。
【００１８】
このスピンドルユニット１２は、回転可能な主軸の先端に取付けられたエンドミル１２を内蔵モータによって高速回転させ、ワークＷを切削加工することができるものである。
【００１９】
次に、スピンドルユニット運動機構１６の構成を説明する。図２及び図３に示されているように、スピンドルユニット運動機構１６は、第１テーブル１８を有している。第１テーブル１８は、スピンドル取付け部１４の先端面（下面）に設けられた２本の平行な第１ガイドレール２０を受け入れる、複数の第１ガイドブロック２２を上面に備えている。これらの第１ガイドレール２０と、第１ガイドブロックとでリニアガイドが構成され、第１テーブル１８は、第１ガイドガイドブロック２２が第１ガイドレール２０を受け入れるように配置されることにより、スピンドル取付け部１４に対して第１方向（Ｘ方向）に移動可能となっている。
【００２０】
また、スピンドルユニット運動機構１６は、第１取付け板２４を介してスピンドル取付け部１４に固定された第１送りモータ２６を備えている。第１送りモータ２６の出力軸２８は、外周面に送りねじ（ネジ山）が形成され、第１テーブル１８をＸ方向に貫通して延びるねじ孔３０にねじ込まれている。第１送りモータ２６は、回転の方向および速度を変更可能なモータであり、回転の方向および速度は、マシニングセンタの制御装置によって制御される。
【００２１】
従って、スピンドルユニット運動機構１６では、第１送りモータ２６を回転させることにより、第１テーブル１８をスピンドル取付け部１４に対してＸ方向に移動させることができる。
【００２２】
スピンドルユニット運動機構１６は、さらに、第２テーブル３２を有している。第２テーブル３２は、第１テーブル１８の下面に設けられた２本の平行な第２ガイドレール３４を受け入れる複数の第２ガイドブロック３６を備えている。第２ガイドレール３４が延びる方向は、第１ガイドレール２０が延びる方向と直交する方向である。これらの第２ガイドレール３４と、第２ガイドブロック３６とでリニアガイドが構成され、第２テーブル３２は、第２ガイドブロック３４が第２ガイドレール３６を受け入れるように配置されることにより、第１テーブル１８に対して、第１方向に直交する第２方向（Ｙ方向）に移動可能となっている。
【００２３】
また、スピンドルユニット運動機構１６は、第２取付け板３８を介して第１テーブル１８に固定された第２送りモータ４０を備えている。第２送りモータ４０の出力軸４２は、外周面に送りねじ（ネジ山）を備え、第２テーブル３２をＹ方向に貫通して延びるねじ孔４４にねじ込まれている。第２送りモータ４０は、回転の方向および速度を変更可能なモータであり、回転の方向および速度は、マシニングセンタの制御装置によって制御される。
【００２４】
従って、スピンドルユニット運動機構１６では、第２送りモータ４０を回転させることにより、第２テーブル３２を第１テーブル１８に対して、Ｘ方向と直交するＹ方向に移動させることができる。
【００２５】
スピンドルユニット１２は、エンドミル１０を下方に向けた状態で、第２テーブル３２に取付けられている。
【００２６】
以上のように、本実施形態のスピンドルユニット運動機構１６では、第１および第２送りモータ２６、４０の回転を、それぞれ、マシニングセンタの制御装置（コンピュータ）で制御することにより、スピンドル１２をスピンドル取付け部１４に対して、水平面内で自由に運動させることができる。本実施形態では、第１および第２送りモータ２６、４０の回転を制御して、例えば、エンドミル１０の先端がスピンドル取付け部１４に対して円運動を行うようにスピンドルユニット１２を運動させることができる。
【００２７】
本実施形態のマシニングセンタによる切削加工では、上述したように、エンドミル１０の先端がスピンドル取付け部１４に対して例えば円運動を行うように、スピンドルユニット１２を相対運動させながら、スピンドル取付け部１４をワークＷに対して、相対移動させる。このとき、エンドミル１０の先端が例えば直径５０ｍｍの円を描くようにスピンドルユニット１２をユニット取付け部１４に対して運動させると、直径５０ｍｍのエンドミルを使用して切削加工を行う場合と同一範囲の切削が可能となる。従って、直径５０ｍｍのエンドミルを用いる場合のスピンドル取付け部１４（ヘッド）をワークＷに対して移動させるプログラムを切削加工プログラムを準備すれば、所定の切削加工が可能となる。また、加工部分の巾を変更する際には、第１および第２送りモータ２６、４０の制御量を変更するのみで、加工部分の巾の変更に対応できる。
【００２８】
尚、スピンドル取付け部１４に対するスピンドルユニット１２の運動は、円運動に限定されるものでなく、三角、四角など他の図形を描くような運動でも良い。
【００２９】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなくて、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々の変更、変形が可能である。
【００３０】
上記実施形態の装置は、スピンドル取付け部（ヘッド）１４のワークＷに対する相対移動が数値制御されるＮＣ切削加工機であったが、本発明は、この相対移動を機械的にあるいは手動で制御する切削加工機にも適用可能である。また、ワークは金属材料に限定されるものでもない。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、小径のスピンドルで効率的に切削加工を行うことができる切削加工機および切削加工方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】トロコイド加工を行う際のエンドミルの軌道を示す図面である。
【図２】本発明の好ましい実施形態の切削加工機（マシニングセンタ）のスピンドル取付け部近傍を模式的に示す正面図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態の切削加工機（マシニングセンタ）のスピンドル取付け部近傍を模式的に示す側面図である。
【符号の説明】
１０：エンドミル
１２：スピンドルユニット
１４：スピンドル取付け部（ヘッド）
１６：スピンドルユニット運動機構
１８：第１テーブル
２０：第１ガイドレール
２２：第１ガイドブロック
２４：第１取付け板
２６：第１送りモータ
３２：第２テーブル
３４：第２ガイドレール
３６：第２ガイドブロック
３８：第２取付け板
４０：第２送りモータ
【図１】
2004050348.tif 000003
【図２】
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【図３】
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