(57)【要約】【課題】大型ワークに傾斜穴を加工する場合、ワークの傾け角度を小さくする。【解決手段】横形の主軸７を有したＮＣ工作機械のテーブル９上のチルトイケール１１にワークＷを固定し、主軸７に装着した工具でワークＷに傾斜穴を加工する場合、傾斜穴はＢ軸方向にα度、Ｃ軸方向にβ度傾いているという加工指示に対して、チルトイケール１１をＡ軸方向に、テーブル９をＢ軸方向にそれぞれ演算手段２３によって演算された値だけ回転させ、傾斜穴がＺ軸と平行になるようにして加工する。【選択図】　　　図１
2004066438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＣ工作機械の横形の回転主軸に把持した工具によって、Ｂ軸方向にα度、Ｃ軸方向にβ度傾いた穴をワークに加工する傾斜穴の加工方法において、
前記ワークをＡ軸方向及びＢ軸方向にそれぞれ演算された角度だけ傾斜させて加工すべき傾斜穴の軸線をＺ軸と平行にし、
Ｘ、Ｙ軸により加工開始点の位置決めをし、
回転する工具をＺ軸により前記ワークに切込んで前記傾斜穴を加工することを特徴とした傾斜穴の加工方法。
【請求項２】
ＮＣ工作機械の横形の回転主軸に把持した工具によって、Ｂ軸方向にα度、Ｃ軸方向にβ度傾いた穴をワークに加工する傾斜穴の加工装置において、
ＮＣ工作機械のＢ軸方向に回転送り可能なテーブルと、
前記テーブルに固定され、Ｌ字形に形成され該Ｌ字の内側にワークを固定するイケール本体と、
前記イケール本体のＬ字の底面部材のワーク真下の位置に設けられ、前記イケール本体をＡ軸方向に往復旋回送り可能に支持するピボットと、
前記ピボットを中心として前記イケール本体をＡ軸方向に往復旋回送りさせる駆動手段と、
前記α度及びβ度の値を入力すると加工すべき傾斜穴の軸線がＺ軸と平行になる前記テーブルのＢ軸移動量及び前記イケール本体のＡ軸移動量を演算し、その演算結果の値でＢ軸及びＡ軸の制御を行う制御手段と、
を具備し、前記傾斜穴を加工することを特徴とした傾斜穴の加工装置。
【請求項３】
工作機械のテーブル上に設けられ、固定したワークを傾動可能に位置決めするチルトイケールにおいて、
Ｌ字形に形成され、前記ワークをＬ字の内側に固定するイケール本体と、
前記イケール本体のＬ字の底面部材の前記ワークの真下の位置に設けられ、長手方向の水平軸線まわりに前記イケール本体を傾動可能に支持するピボットベースと、
前記ピボットベースの水平軸線を中心として前記イケール本体を往復旋回運動させる駆動手段と、
を具備することを特徴としたチルトイケール。
【請求項４】
前記駆動手段は、イケール本体のＬ字の背面側に縦方向に配置されるねじ部材と、前記ねじ部材をその両端部で回転可能に支持し、上部に前記ねじ部材を回転させるモータを取付け、下部を前記ピボットベースの水平軸線と平行な軸線まわりに回動可能に前記ピボットベースにピン結合したねじサポートと、前記ねじ部材と係合するナットを前記イケール本体の背面に前記ピボットベースの水平軸線と平行な軸線まわりに回転可能にピン結合したナットブラケットとを具備する請求項３に記載のチルトイケール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、横形のＮＣ工作機械を用いて、ワークに傾斜穴を加工する方法及び装置、並びにワークを取り付けて傾斜させるチルトイケールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
金型をＮＣ工作機械で切削加工する場合、形状部加工の他に傾斜穴等の構造部加工がある。形状部加工は、ＣＡＤ／ＣＡＭ、高速高剛性のＮＣ工作機械、加工技術、工具の進歩により、短時間に、無人で、高精度に実現できるようになった。しかし構造部加工のうち傾斜ピンの入る傾斜穴の加工にかなりの工数がかかっている。この傾斜穴は、Ｂ軸方向にα度、Ｃ軸方向にβ度傾いて加工するよう図面指示されるケースが多い。するとワークである金型をＢ軸方向にα度傾け、次にＣ軸方向にβ度傾けてテーブル上に位置決めし、ＮＣ工作機械の回転主軸にドリルを装着して加工する。比較的小型の金型ならばロータリワークヘッド等に金型を取付けて所定の角度傾けることは難しくないが、質量が１トンを超えるような大型の金型ではなかなか難しい。
【０００３】
図４を用いてこの従来の傾斜穴の加工方法を説明する。テーブルのイケールの垂直面に取付けたワーク（金型）Ｗに、Ｃ軸方向に４５度、Ｂ軸方向に１５度傾いた傾斜穴Ｈを加工する場合、第１ステップＳ１でワークＷをＣ軸方向に４５度傾けてイケールに固定する。その方向は、イケールに４５度にワークＷを取付けられるよう予めエッジロケータを固定しておき、オペレータがワークＷをクレーンで吊下げ、エッジロケータ上に下ろしてワークＷをイケールに固定するという面倒な作業を必要とする。この作業は時間を要し、取り付け精度も良くない。第２ステップＳ２でテーブルをＢ軸方向に１５度回転すると、加工すべき傾斜穴ＨがＺ軸と平行となり、回転主軸に装着したドリルをＸ、Ｙ軸方向に位置決めし、Ｚ軸方向に送ることにより傾斜穴Ｈを加工することができる。
【０００４】
この作業を自動化するためには、ワークＷをＣ軸方向に４５度傾ける大型のロータリワークヘッドが必要となるが、質量が１トンを超える金型の場合、ロータリワークヘッドはかなり大型高剛性のものとなる。またワークの対角線の長さ以上のＸ及びＹ軸ストロークの工作機械も必要となり、無駄が多い。
また、特公平６−８８１９２号公報に開示されているような、５軸ＮＣ工作機械のテーブルに大型金型を取付けて加工する方法もある。
別の従来の技術として、４軸の横形ＮＣ工作機械で形状部加工を終了した大型金型を、主軸がＢ軸及びＣ軸に回転送り可能な門形のＮＣ工作機械に段取り替えして傾斜穴加工を行う方法もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
傾斜穴の加工のためにテーブルがＡ軸及びＢ軸に回転する大型５軸ＮＣ工作機械を用いるのは経済的ではない。また、門形の５軸ＮＣ工作機械に段取り替えして行う方法は、段取り替えの工数が無駄であるし、ワークの取付け精度が狂う問題もある。
一方、ワークを取付けるイケールを傾ける技術思想として実開平６−６２３号公報に開示の工作機械のチルトイケール装置がある。この装置は、ワークを取付ける時は水平状態にし、加工するときは垂直状態にするためのものであり、０度と９０度の２位置に位置決めするチルトイケールである。０度と９０度との間の任意の位置へ大型のワークを精度良く位置決めするという構成ではない。
【０００６】
本発明はこうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、大型のワークに傾斜穴を加工する場合、ワークの傾け角度を小さくできる傾斜穴の加工方法及び装置、並びにチルトイケールを提供することを目的とする。他の目的は、大型のワークに自動的に能率良く、高精度に傾斜穴の加工が行える加工方法及び装置、並びにチルトイケールを提供することである。他の目的は、大型のワークに傾斜穴を加工する装置並びにチルトイケールの機構を簡単かつ高剛性にすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的に鑑み、本発明は、ＮＣ工作機械の横形の回転主軸に把持した工具によって、Ｂ軸方向にα度、Ｃ軸方向にβ度傾いた穴をワークに加工する傾斜穴の加工方法において、前記ワークをＡ軸方向及びＢ軸方向にそれぞれ演算された角度だけ傾斜させて加工すべき傾斜穴の軸線をＺ軸と平行にし、Ｘ、Ｙ軸により加工開始点の位置決めをし、回転する工具をＺ軸により前記ワークに切込んで前記傾斜穴を加工する傾斜穴の加工方法を要旨とする。
【０００８】
また、本発明は、ＮＣ工作機械の横形の回転主軸に把持した工具によって、Ｂ軸方向にα度、Ｃ軸方向にβ度傾いた穴をワークに加工する傾斜穴の加工装置において、ＮＣ工作機械のＢ軸方向に回転送り可能なテーブルと、前記テーブルに固定され、Ｌ字形に形成され該Ｌ字の内側にワークを固定するイケール本体と、前記イケール本体のＬ字の底面部材のワーク真下の位置に設けられ、前記イケール本体をＡ軸方向に往復旋回送り可能に支持するピボットと、前記ピボットを中心として前記イケール本体をＡ軸方向に往復旋回送りさせる駆動手段と、前記α度及びβ度の値を入力すると加工すべき傾斜穴の軸線がＺ軸と平行になる前記テーブルのＢ軸移動量及び前記イケール本体のＡ軸移動量を演算し、その演算結果の値でＢ軸及びＡ軸の制御を行う制御手段とを具備し、前記傾斜穴を加工する傾斜穴の加工装置を要旨とする。
【０００９】
また、本発明は、工作機械のテーブル上に設けられ、固定したワークを傾動可能に位置決めするチルトイケールにおいて、Ｌ字形に形成され、前記ワークをＬ字の内側に固定するイケール本体と、前記イケール本体のＬ字の底面部材の前記ワークの真下の位置に設けられ、長手方向の水平軸線まわりに前記イケール本体を傾動可能に支持するピボットベースと、前記ピボットベースの水平軸線を中心として前記イケール本体を往復旋回運動させる駆動手段とを具備するチルトイケールを要旨とする。
【００１０】
このチルトイケールは、前記駆動手段は、イケール本体のＬ字の背面側に縦方向に配置されるねじ部材と、前記ねじ部材をその両端部で回転可能に支持し、上部に前記ねじ部材を回転させるモータを取付け、下部を前記ピボットベースの水平軸線と平行な軸線まわりに回動可能に前記ピボットベースにピン結合したねじサポートと、前記ねじ部材と係合するナットを前記イケール本体の背面に前記ピボットベースの水平軸線と平行な軸線まわりに回転可能にピン結合したナットブラケットとを具備する態様が好ましい。
【００１１】
本発明は、β度のとり得る値は±４５度の範囲内であり、大型金型の傾斜穴のα度の大きさは統計的に±１５度の範囲内であることから、傾斜穴の図面指示はＢ軸方向にα度、Ｃ軸方向にβ度となっているけれども、Ａ軸方向及びＢ軸方向に金型を傾けた方が、傾け角度は小さくて済むことをきっかけにして想到したものである。
特にＡ軸を垂直姿勢から±１５度の範囲内で移動させる機構は簡単化でき、かつ高剛性にできる。また、大きく傾けないので重心位置の移動範囲が狭く、傾け角度による位置決め精度誤差がほとんどない。
そしてα度、β度をＡ軸及びＢ軸の回転角度に換算する方法を導き出し、それを制御手段に組み込み、自動演算できるようにしている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の傾斜穴の加工装置の側面図及び構成ブロック図、図２は、本発明のチルトイケールの側面図、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図、図４は、従来及び本発明の傾斜穴の加工方法を示す原理図、図５は、本発明の傾斜穴の加工で用いるＡ軸及びＢ軸の回転角度の演算方法を説明する原理図である。
【００１３】
本発明の傾斜穴の加工装置は（図１参照）、ベッド１の後方上部でＺ軸方向に移動するコラム３と、コラム３の前面でＹ軸方向に移動する主軸頭５を有する。主軸頭５には、回転支持された横形の主軸７が、先端に加工工具を装着可能に設けられる。
ベッド１の前方上部には紙面に垂直なＸ軸方向及びＹ軸まわりの回転であるＢ軸方向に移動するテーブル９が設けられ、テーブル９上にチルトイケール１１が取付けられる。チルトイケール１１は、ピボット１３を中心としてＸ軸まわりの回転であるＡ軸方向に往復旋回移動可能である。Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ及びＢ軸の駆動手段として、サーボモータＸＭ、ＹＭ、ＺＭ、ＡＭ及びＢＭがそれぞれ設けられる。チルトイケール１１には金型等のワークＷが固定され、主軸７に装着された工具との間で相対移動が行われ、ワークＷが加工される。
【００１４】
一方、制御手段は、ＮＣ加工プログラム１５を読取り、解釈する読取・解釈部１７、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ及びＢ軸の補間演算をして分配する補間部１９、補間部１９からの位置指令、速度指令を各サーボモータＸＭ、ＹＭ、ＺＭ、ＡＭ及びＢＭに送出するサーボ部２１、読取・解釈部１７から送られる傾斜穴のＢ軸方向傾き角度α及びＣ軸方向傾き角度βを、チルトイケール１１のＡ軸移動量Ａ及びテーブル９のＢ軸移動量Ｂに換算する演算部２３で構成される。ここでＣ軸方向とは、Ｚ軸まわりの回転方向をいう。α、βの角度情報は、ＮＣ加工プログラム１５からではなく、入力部２５から入力することもでき、この場合でも演算部２３によって、Ａ、Ｂに換算される。
【００１５】
次に図２及び図３によって、チルトイケール１１を説明する。チルトイケール１１は、テーブル９上面に取付けられたピボットベース２７と、Ｘ軸に平行な軸線を有するピボット１３を支点として、Ａ軸方向に往復旋回移動するＬ字形をしたイケール本体２９とで主に構成される。イケール本体２９のＬ字形の内側に金型等のワークＷが固定される。イケール本体２９のＬ字形の底面部材２９ａのワークＷのほぼ真下の位置にピボット１３が設けられ、イケール本体２９がＡ軸方向に最大量移動してもイケール本体２９及びワークＷを合体した重心が、ピボット１３の位置より大きく左右にはみ出さない構造をとっている。
【００１６】
Ａ軸駆動手段は、イケール本体２９の背面側に縦方向に配置されるボールねじ３１と、ボールねじ３１をその上部及び下部で回転可能に支持し、上部にボールねじ３１を回転させるＡ軸サーボモータＡＭを取付け、下部をピボットベース２７に対してピボット１３の軸線と平行な軸線まわりに回転可能にピン３３で連結したねじサポート３５と、ボールねじ３１と係合するナット３７をイケール本体２９の背面にピボット１３の軸線と平行な軸線まわりに回転可能にピン３９で連結したナットブラケット４１とで構成される。サーボモータＡＭが回転すると、ボールねじ３１が回転し、ナット３７が上下方向に移動する。するとピボット１３を中心としてイケール本体２９はＡ軸方向に往復旋回移動する。金型の傾斜穴のαの角度を調査した結果、±１５度の範囲内であることがわかったので、本実施形態のＡ軸移動量は±１５度である。±１５度程度の傾斜であれば、１トン以上の大形ワークであっても、本実施形態のような構造簡単、高剛性で、重心のはみ出しのほとんどないチルトイケールが実現する。
【００１７】
次に図４を用いて、本発明の傾斜穴の加工方法を説明する。従来の技術で述べた、ワークＷにＣ軸方向に４５度（β）、Ｂ軸方向に１５度（α）傾いた傾斜穴Ｈを本発明の加工方法で加工する場合、まず第１ステップＳ３でワークＷをＢ軸方向に１０．７２９度回転する。第２ステップＳ４でワークＷをＡ軸方向に１０．５４５度回転すると穴ＨはＺ軸と平行になり、主軸７に装着したドリルをＸ、Ｙ軸方向に位置決めし、回転させてＺ軸方向に送ることにより傾斜穴Ｈを加工することができる。従来の技術のステップＳ１よりワークＷをはるかに小さな角度だけ回転させれば良く、ワークＷの取付けも傾ける必要はなく、ワークの対角線の長さ以上のＸ軸、Ｙ軸ストロークを必要とすることもない。
【００１８】
図５を用いて、α、βの角度をＡ、Ｂの角度に換算する方法を説明する。ワークＷをイケール本体２９に取付けた状態、すなわちＸＹ平面からワークＷを見た状態がステップＳ１０である。上部にＸＺ平面の平面図、左斜め上にβ傾いた側面図が断面で示されている。ワークＷの厚みをＬとすると、ステップＳ１１及びＳ１２で距離Ｌｔａｎα及び距離Ｌｔａｎαｓｉｎβが求まる。するとステップＳ１３でｔａｎＢ＝Ｌｔａｎαｓｉｎβ／Ｌ＝ｔａｎαｓｉｎβ
であるので、Ｂ＝ｔａｎ−１（ｔａｎαｓｉｎβ）となる。
【００１９】
次にステップＳ１４でワークＷをＢ軸方向に今求めたＢだけ回転すると、ステップＳ１５のＸＺ平面の平面図となり、距離Ｌ／ｃｏｓＢが求まる。一方、ステップＳ１０の状態をＹＺ平面から見た側面図において、先のステップＳ１５で求めた距離Ｌ／ｃｏｓＢと、ステップＳ１６で求まる距離Ｌｔａｎαｃｏｓβから
ｔａｎＡ＝（Ｌｔａｎαｃｏｓβ）／（Ｌ／ｃｏｓＢ）＝ｔａｎαｃｏｓβｃｏｓＢ
であるので、Ａ＝ｔａｎ−１（ｔａｎαｃｏｓβｃｏｓＢ）となる。
【００２０】
このＡとＢを求める数式が演算部２３に内蔵されておりα、βの値を入力することによりＡ、Ｂの値を補間部に出力するのである。
実際のワークＷで傾斜穴Ｈを加工する場合、αの最大値は絶対値で１５度、βの最大値は絶対値で４５度であり、Ａの絶対値が最大となるのはαが最大でβが最小の時で｜Ａ｜＝１５度、Ｂの絶対値が最大となるのはα、βが共に最大のときで｜Ｂ｜＝１０．７２９度である。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｂ軸方向にα度、Ｃ軸方向にβ度傾いた傾斜穴をワークに加工する場合、ワークをＡ軸方向及びＢ軸方向に傾けて加工するのでワークの傾け角を比較的小さくできる。これにより、ワークの傾け機構であるチルトイケールの構造を簡単にでき、高剛性にすることができる。特にＡ軸の傾き角が小さいことは、重心の移動が小さく、高精度に傾斜穴が加工できる。また、α、βの値を入力するだけでＡ、Ｂの値が演算され、ＮＣ加工が自動的に進捗し、作業能率が良い。この発明は、特に大型ワークに傾斜穴を加工する場合に実用性がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の傾斜穴の加工装置の側面図及び構成ブロック図である。
【図２】本発明のチルトイケールの側面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】従来及び本発明の傾斜穴の加工方法を示す原理図である。
【図５】本発明の傾斜穴の加工で用いるＡ軸及びＢ軸の回転角度の演算方法を説明する原理図である。
【符号の説明】
１…ベッド
３…コラム
５…主軸頭
７…主軸
９…テーブル
１１…チルトイケール
１３…ピボット
１５…ＮＣ加工プログラム
１７…読取・解釈部
１９…補間部
２１…サーボ部
２３…演算部
２５…入力部
２７…ピボットベース
２９…イケール本体
３１…ボールねじ
３３…ピン
３５…ねじサポート
３７…ナット
３９…ピン
４１…ナットブラケット
ＸＭ…サーボモータ
ＹＭ…サーボモータ
ＺＭ…サーボモータ
ＡＭ…サーボモータ
ＢＭ…サーボモータ
【図１】
2004066438.tif 000003
【図２】
2004066438.tif 000004
【図３】
2004066438.tif 000005
【図４】
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【図５】
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