JP2001328066A - 加工装置用研磨ツール及び該研磨ツールを用いた研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マシニングセンターで切削作業に加え研磨作
業も行え、かつ高精度に三次元曲面を研磨出来る加工装
置用研磨ツール及び該研磨ツールを用いた研磨方法の提
供。 【解決手段】 マシニングセンター１０の主軸１先端部
に研磨ツール２０が脱着される。ドライブシャフト１３
は、ガイド穴１１に沿って摺動自在である。圧縮コイル
ばね１７は、ドライブシャフト１３をワーク５３に向け
て付勢する。先端工具３０は、ドライブシャフト１３の
他端に配設され、ワーク５３の表面に対し垂直方向に自
由度を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は加工装置用研磨ツー
ル及び該研磨ツールを用いた研磨方法に関わり、特にマ
シニングセンターで切削作業に加え研磨作業も行え、か
つ高精度に三次元曲面を研磨出来る加工装置用研磨ツー
ル及び該研磨ツールを用いた研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、三次元曲面を有する金型を加工し
ようとする際、マシニングセンターが用いられる。そし
て、このマシニングセンターにボールエンドミル等の切
削ツールを取り付け、切削加工を０．１〜０．２ｍｍ間
隔に施すと、５〜１０μｍ程度のピック目が金型表面に
残ってしまう。このため、残ったピック目を研磨する必
要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この研
磨作業が人手による手仕上げによった場合、高精度な仕
上がり寸法は得られないのが一般的である。これは、ピ
ック目落しの際に、部分的に落しすぎたりすることが原
因と考えられる。

【０００４】また、研磨作業専用機を備えていない加工
所も多く、研磨作業方法の改善が望まれている。

【０００５】本発明はこのような従来の課題に鑑みてな
されたもので、マシニングセンターで切削作業に加え研
磨作業も行え、かつ高精度に三次元曲面を研磨出来る加
工装置用研磨ツール及び該研磨ツールを用いた研磨方法
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため本発明（請求項
１）は、加工装置の主軸先端部に取り付け及び取り外し
が可能で、かつ該主軸から伝えられる回転動力によりワ
ークを研磨する研磨ツールであって、該研磨ツールは、
前記主軸先端部に脱着される脱着手段と、該脱着手段の
内部に軸方向に形成されたガイド穴と、該ガイド穴に沿
って摺動自在となるよう一端が該ガイド穴に収納され、
他端が外部に突出されたドライブシャフトと、前記ガイ
ド穴に収納され、前記ドライブシャフトを前記ワークに
向けて付勢する弾性手段と、前記ドライブシャフトの他
端に配設され、前記ワークの表面に対し垂直方向に自由
度を有する研磨手段とを備えて構成した。

【０００７】加工装置は例えば３軸あるいは５軸のマシ
ニングセンターである。脱着手段は主軸先端部に脱着さ
れる。ガイド穴は、脱着手段の内部に軸方向に形成され
ている。ドライブシャフトは、このガイド穴に沿って摺
動自在となるよう一端がガイド穴に収納され、他端が外
部に突出されている。

【０００８】弾性手段は、ガイド穴に収納されており、
ドライブシャフトをワークに向けて付勢する。研磨手段
は、ドライブシャフトの他端に配設され、ワークの表面
に対し垂直方向に自由度を有する。

【０００９】このことにより、加工装置を使用して、ワ
ークの三次元曲面に沿ってＮＣ制御を行ない、三次元曲
面の研磨作業が行える。

【００１０】また、本発明（請求項２）は、前記研磨手
段は、前記ドライブシャフトの他端に取り付け及び取り
外しが可能なシャフトと、該シャフトの端部に形成され
た球体と、該球体の周囲所定部に固定されたピンと、該
ピンが摺動自在に収納される溝及び前記球体の周囲所定
部が収納される球面軸受部が内側上部に形成されたパッ
ドと、該パッドを前記球体回りに回動自在にかつ該球体
に対し着脱自在に保持する保持手段と、前記パッドの底
部に固着された研磨材とを有することを特徴とする。

【００１１】シャフトはドライブシャフトの他端に取り
付け及び取り外しが可能である。球体はシャフトの端部
に形成されている。ピンは球体の周囲所定部に固定され
ている。パッドには、その内側上部にピンが摺動自在に
収納される溝及び球体の周囲所定部が収納される球面軸
受部が形成されている。

【００１２】このピンが溝に収納されることて、主軸か
ら伝えられる回転動力はピンを介してパッドに伝えられ
る。保持手段は、パッドを球体回りに回動自在に、かつ
この球体に対し着脱自在に保持する。研磨材はパッドの
底部に固着されている。

【００１３】このことにより、部品の交換も簡単に行え
る。ワークの三次元曲面に沿ってパッドが回動されるた
め、精度のよい研磨が行える。

【００１４】更に、本発明（請求項３）は、請求項１又
は請求項２記載の加工装置用研磨ツールを用いて前記ワ
ークを研磨する方法であって、前記加工装置に取り付け
た切削ツールにより前記ワークを数値制御に基づく切削
データに従い切削した後、該切削ツールを前記研磨ツー
ルに交換し、該切削データの内から研磨パスに位置する
複数点を抽出し、該複数点に対し、予め理論又は実験に
より求めた前記弾性手段の押し込み量と付勢力の関係か
ら、前記切削データに対し必要な付勢力に相当する押し
込み量を加算して軸方向位置を制御し、前記ワークを研
磨することを特徴とする。

【００１５】加工装置に取り付けた切削ツールにより、
ワークを数値制御に基づく切削データに従いまず切削す
る。次に、切削ツールを研磨ツールに交換する。そし
て、切削データの内から研磨パスに位置する複数点を抽
出する。切削パスと研磨パスとは通常異ならせるのが望
ましい。

【００１６】このため、切削パスと研磨パスが交差する
複数点を選択する。研磨に必要なパッドの押し付け力は
経験値や理論値から判断できる。そこで、この複数点に
対し、予め理論又は実験により求めた弾性手段の押し込
み量と付勢力の関係から、切削データに対し必要な付勢
力に相当する押し込み量を加算して軸方向位置を制御
し、ワークを研磨する。

【００１７】このことにより、同一の加工装置を用い、
かつ共通の切削データを利用することで、効率の良い研
磨制御が行える。加工装置とワーク間の位置調整合わせ
が一度ですみ、加工精度も向上する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。本発明の実施形態の全体構成図を図１に、先
端工具の詳細図を図２に示す。

【００１９】図１において、３軸マシニングセンター１
０の主軸１には研磨ツール２０の特殊アーバー３が着脱
自在に取り付けられている。その特殊アーバー３の内側
には、下端部に開口を有する挿入穴５が形成されてい
る。この挿入穴５の内側には、シャンク７が挿入固定さ
れ、更にその内側にはフランジ付リニアブシュ９が挿入
固定されている。

【００２０】このフランジ付リニアブシュ９の内側には
ガイド穴１１が形成されている。ガイド穴１１の内側に
は、一端がこのガイド穴１１に収納され、他端が外部に
突出されたドライブシャフト１３が配設されている。こ
のドライブシャフト１３は、ガイド穴１１に沿って軸方
向に摺動自在となっている。

【００２１】ドライブシャフト１３の上端部には、シャ
ンク７の内側に対し摺動されるドライブシャフト１３の
軸部より大径のシャンク摺動部１４が配設されている。
シャンク７の上端には、圧縮コイルばね押さえ１５が固
定されている。

【００２２】また、ドライブシャフト１３に、撓み量に
応じた加圧力を加える圧縮コイルばね１７がシャンク摺
動部１４と圧縮コイルばね押さえ１５の間に予圧を与え
挿入されている。シャンク摺動部１４の上端中央部に
は、遠心力による圧縮コイルばね１７の倒れを防ぐばね
ガイド１９が圧縮コイルばね１７の内側に位置するよう
に取付けられている。

【００２３】シャンク摺動部１４の左側部には円筒状の
カムフォロア２１が配設され、このカムフォロア２１は
軸方向に開けられたスライド穴２３に沿って摺動自在と
なっている。このドライブシャフト１３の先端内側には
ツール収納穴２５が配設されている。そして、このツー
ル収納穴２５には、図２に示す先端工具３０のシャフト
２７が挿入され、六角穴付止めネジ２８で固定されるよ
うになっている。

【００２４】シャフト２７の下部にはシャフト胴部２７
ａが形成され、更にこのシャフト胴部２７ａの下方には
テーパ状のシャフト絞り部２７ｂが形成されている。そ
して、このシャフト絞り部２７ｂの下端には球体２９が
配設されている。

【００２５】球体２９には、図中手前側より球体中心部
に向かうようにピン３１が打ち込み固定されている。球
体２９の周囲所定部を下方より収納するようにパッド３
３が配設されている。パッド３３の内側上部に形成され
た球面軸受部３３ａは、球体２９の周囲を摺動自在なよ
うになっている。

【００２６】また、このパッド３３内側上部には、更に
ピン３１が摺動自在に収納される溝３５が形成されてい
る。この溝３５は、球面軸受部３３ａより所定深さに、
かつパッド３３の高さ方向に筋状に形成されている。

【００２７】パッド３３の球体２９の最大外径位置より
上部には、内側より外側に向けて拡開されたテーパ穿孔
穴３７が形成されている。このテーパ穿孔穴３７の内部
には、鋼球３９が配設されている。

【００２８】テーパ穿孔穴３７の上方にはリング３８が
環状にはめ込まれている。パッド３３の上部周囲は下部
周囲よりわずかに小径とされた陥凹部４１が形成されて
いる。この陥凹部４１には圧縮コイルばね４３が配設さ
れ、その外側に筒状のスライダー４５が上方より挿入さ
れている。

【００２９】スライダー４５の内側上端には切り込み部
４７が形成されており、この切り込み部４７の下端はリ
ング３８により当接されるようになっている。パッド３
３の底部には緩衝材４９を介して研磨材５１が接着剤で
固定されている。研磨材５１によりワーク５３が研磨さ
れるようになっている。

【００３０】かかる構成において、従来より切削加工用
に作られているマシニングセンター１０を研磨加工にも
使えるようにする。マシニングセンター１０の主軸１に
は切削加工後、切削ツールに代えて研磨ツール２０を取
り付ける。

【００３１】先端工具３０は、まずスライダー４５を下
方に押し込む。このとき鋼球３９は切り込み部４７によ
る余裕のため左右に可動し易くなる。その状態で、溝３
５とピン３１の位置を合わせつつ、球体２９に対しパッ
ド３３の球面軸受部３３ａを当接させ、スライダー４５
を開放する。

【００３２】このとき、圧縮コイルばね４３によりスラ
イダー４５は上方に押し上げられる。そして、鋼球３９
はスライダー４５の内壁により内側に押され、テーパ穿
孔穴３７の内側開口部より少し突設する。このことによ
り、パッド３３は球体２９回りに保持されつつ回動自在
となる。

【００３３】スライダー４５の上下動により、パッド３
３は球体２９に対し着脱自在となる。スライダー４５
は、リング３８の作用で最適の位置に止められる。リン
グ３８はまた、スライダー４５の抜け防止にもなってい
る。

【００３４】この先端工具３０を六角穴付止めネジ２８
によりドライブシャフト１３に固定する。先端工具３０
の研磨材５１を変えた研磨ツール２０は、研磨作業に必
要な数量用意し、予め工具長の測定を行なっておく。

【００３５】図１に示すマシニングセンター１０はオー
トツールチェンジャー（以下、ＡＴＣという）構造とな
っている。そして、オートパレットチェンジャー（以
下、ＡＰＣという）のテーブル上にワーク５３である金
型を自動で位置決め固定する。

【００３６】この研磨ツール２０では、負荷がかからな
い状態におけるドライブシャフト１３の装置自由長を基
準として、研磨に必要とされる加圧力が得られるまでド
ライブシャフト１３が押し込まれるように工具長補正が
セットされる。

【００３７】この際には、切削データの内から研磨パス
に位置する複数点を抽出する。そして、この抽出したデ
ータに対し押し込み量である工具長補正分を加算して研
磨データとする。このとき、押し込み量に応じた加圧力
がワーク５３に向けて生ずる。

【００３８】その後、この研磨データを予め入力済みの
ＮＣプログラムを運転する。ＡＰＣがワーク５３をマシ
ニングセンター１０に引き込み、ＡＴＣが研磨ツール２
０をマシニングセンター１０の主軸１に取付ける。

【００３９】研磨開始位置に移動し、主軸１もマシニン
グセンター１０の先端とワーク５３の加工面に接触する
位置まで移動する。このとき、先端工具３０の回動によ
り三次元曲面に沿った姿勢となる。

【００４０】その後、目的の加工圧になるように主軸１
を更に押し込む。このとき、ドライブシャフト１３はフ
ランジ付リニアブシュ９のガイド作用により滑らかに動
くことができる。この押し込みにより圧縮コイルばね１
７が撓み、加工に必要な圧力を発生する。図１はこのと
きの状態を示す。

【００４１】次に、クーラントを出して主軸１の回転と
同時に送りがかかる。主軸１はワーク５３の加工面との
距離を保ちながら移動する。主軸１の回転動力は研磨ツ
ール２０の特殊アーバー３に伝えられ、更にカムフォロ
ア２１を介してドライブシャフト１３を回転駆動する。
カムフォロア２１は、スライド穴２３に沿って摺動自在
のためワーク５３に向けた加圧力はバランスよく平均化
される。

【００４２】送りは三次元曲面のデーターから、研磨の
範囲とツールパスを研磨専用に作成し、同一ルートを先
端工具３０が通らないように開始位置とパターンを変え
ながら、Ｚ軸の動きも、研磨に必要とされる加圧力が得
られる高さを保ちながら制御する。三次元曲面と主軸１
の角度変化は、先端工具３０の回動で吸収する。

【００４３】なお、５軸マシニングセンターではより複
雑形状の三次元加工面に対応が可能である。研磨途中の
研磨材５１の交換は、マシニングセンター１０のＡＴＣ
により研磨ツール２０毎交換する。また、ワーク５３の
交換はマシニングセンター１０のＡＰＣで行なえるため
長時間の研磨作業を無人運転とすることができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、加
工装置を研磨作業に使うことが可能になり、僅かな費用
で金型研磨専用機に劣らない高精度な研磨と、長時間の
無人運転を実現することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態の全体構成図

【図２】 先端工具の詳細図

【符号の説明】

１ 主軸 ３ 特殊アーバー ７ シャンク ９ フランジ付リニアブシュ １０ マシニングセンター １１ ガイド穴 １３ ドライブシャフト １４ シャンク摺動部 １９ ばねガイド ２０ 研磨ツール ２１ カムフォロア ２３ スライド穴 ２５ ツール収納穴 ２７ シャフト ２９ 球体 ３０ 先端工具 ３１ ピン ３３ パッド ３３ａ 球面軸受部 ３５ 溝 ３７ テーパ穿孔穴 ３８ リング ３９ 鋼球 ４５ スライダー ４９ 緩衝材 ５１ 研磨材 ５３ ワーク

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工装置の主軸先端部に取り付け及び取
   り外しが可能で、かつ該主軸から伝えられる回転動力に
   よりワークを研磨する研磨ツールであって、該研磨ツー
   ルは、前記主軸先端部に脱着される脱着手段と、該脱着
   手段の内部に軸方向に形成されたガイド穴と、該ガイド
   穴に沿って摺動自在となるよう一端が該ガイド穴に収納
   され、他端が外部に突出されたドライブシャフトと、前
   記ガイド穴に収納され、前記ドライブシャフトを前記ワ
   ークに向けて付勢する弾性手段と、前記ドライブシャフ
   トの他端に配設され、前記ワークの表面に対し垂直方向
   に自由度を有する研磨手段とを備えたことを特徴とする
   加工装置用研磨ツール。
2. 【請求項２】 前記研磨手段は、前記ドライブシャフト
   の他端に取り付け及び取り外しが可能なシャフトと、該
   シャフトの端部に形成された球体と、該球体の周囲所定
   部に固定されたピンと、該ピンが摺動自在に収納される
   溝及び前記球体の周囲所定部が収納される球面軸受部が
   内側上部に形成されたパッドと、該パッドを前記球体回
   りに回動自在にかつ該球体に対し着脱自在に保持する保
   持手段と、前記パッドの底部に固着された研磨材とを有
   する請求項１記載の加工装置用研磨ツール。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の加工装置用
   研磨ツールを用いて前記ワークを研磨する方法であっ
   て、前記加工装置に取り付けた切削ツールにより前記ワ
   ークを数値制御に基づく切削データに従い切削した後、
   該切削ツールを前記研磨ツールに交換し、該切削データ
   の内から研磨パスに位置する複数点を抽出し、該複数点
   に対し、予め理論又は実験により求めた前記弾性手段の
   押し込み量と付勢力の関係から、前記切削データに対し
   必要な付勢力に相当する押し込み量を加算して軸方向位
   置を制御し、前記ワークを研磨する研磨方法。