JP6006601B2 - テーパ加工方法およびテーパ加工用のワイヤソー - Google Patents

Description

本発明は、例えば航空機用構造材などの大きなワークにテーパ面を形成する加工方法およびこの加工に利用可能なワイヤソーに関する。

テーパ面や斜面の加工では、角度の割り出しが難しく、また、大きな範囲の面の加工では、テーパ面を少しずつ削り出すため、加工に時間がかかり、加工後の面も不連続になりやすい。

一方、特許文献１は、１本のワイヤを一対のガイドローラに巻き掛け、ワイヤの走行によりワークを切断するときに、ワイヤの切断方向とワイヤ支持部分の全剛性の方向とを一致させる、ことを開示している。

ワークの支持形態や、ワークとワイヤとの位置関係から、特許文献１の技術は、大きなワークのテーパ面の切断には不向きである。

ＷＯ２００８／００１８１６号公報

したがって、本発明の課題は、大きなワークのテーパ面の加工に有効な方法、およびテーパ面の加工に有益なワイヤソーを提供することである。

上記の課題のもとに、本発明は、一対の切断用ローラ間のワイヤの走行によりワークを切断するワイヤソーにおいて、前記切断用ローラの回転の中心線を加工しようとするテーパ面に対して垂直とし、前記ワイヤを前記テーパ面の加工位置に一致させながら、前記ワイヤを前記テーパ面に沿って送り移動させ、円錐面からなる前記テーパ面の位置で、前記円錐面の中心線を中心として、前記ワイヤを旋回させている。

すなわち、本発明に係るテーパ加工方法は、一対の切断用ローラの間にワイヤを巻き掛けて張架し、前記ワイヤを走行させると共に、走行する前記ワイヤを走行方向に直交する加工方向に平行移動させて、ワークを切断するワイヤソーにおいて、前記切断用ローラの回転の中心線を加工しようとするテーパ面に対して垂直とし、前記ワイヤを前記テーパ面の加工位置に一致させながら、前記ワイヤを前記テーパ面に沿って送り移動させることによって、前記ワークに前記テーパ面を形成している（請求項１）。

特に、本発明に係るテーパ加工方法は、円錐面からなる前記テーパ面の位置で、前記円錐面の中心線を中心として、前記ワイヤを旋回させている（請求項１）。

そして、本発明に係るテーパ加工用のワイヤソーは、一対の切断用ローラの間にワイヤを巻き掛けて張架し、前記ワイヤを走行させると共に、走行する前記ワイヤを走行方向に直交する加工方向に平行移動させて、ワークを切断するワイヤソーにおいて、前記切断用ローラのローラ軸を加工しようとするテーパ面に対して垂直とし、前記ワイヤを前記テーパ面の加工位置に一致させて、前記一対の切断用ローラを回転自在に支持するアームと、前記アームに取り付けられ、前記ワイヤを走行させるワイヤ駆動モータと、前記アームを支持するアーム支持テーブルと、前記アーム支持テーブルを前記テーパ面の加工方向に移動自在に支持し、前記ワイヤを前記テーパ面に沿って加工方向に送り移動させる送り手段とを有している（請求項２）。

特に、本発明は、前記のテーパ加工用のワイヤソーにおいて、前記アーム支持テーブルを旋回モータにより旋回自在に支持し、円錐面からなる前記テーパ面の位置で、前記旋回モータの旋回駆動により前記円錐面の中心線を中心として前記ワイヤを前記アーム支持テーブルと共に旋回させている（請求項２）。

本発明は、前記のテーパ加工用のワイヤソーにおいて、前記アームをアーム軸により前記アーム支持テーブルに回動自在に取り付け、前記アーム支持テーブルに取り付けられた角度設定モータの回転により、前記テーパ面のテーパ角に応じて前記ワイヤの角度を設定している（請求項３）。

本発明は、前記のテーパ加工用のワイヤソーにおいて、前記アームを前記アーム支持テーブルに対して前記アーム支持テーブルの旋回時の半径方向に移動自在に取り付け、前記アーム支持テーブルの旋回にともなう前記ワイヤの旋回時の半径を調節手段により変更している（請求項４）。

さらに本発明は、前記のテーパ加工用のワイヤソーにおいて、切断に関与しない前記ワイヤを複数のガイドローラにより切断域の前記ワイヤの位置から離し、切断に関与しない前記ワイヤと切りくずとの干渉を防止している（請求項５）。

本発明によると、大きなワークの外の側面でのテーパ面の加工がワークを移動させることなく、ワイヤの長さに応じ広い幅にわたって、連続的に能率良く行える（請求項１および請求項２）。

特に、本発明によると、円錐面状のテーパ面の加工がワイヤの旋回によって実現できるから、円錐面状のテーパ面を含むテーパ面の加工が可能となる（請求項１および請求項２）。

本発明によると、角度設定モータの回転によってアームの取り付け角度が設定できるから、テーパ面のテーパ角に応じてワイヤの角度設定が行える（請求項３）。

本発明によると、アーム支持テーブルに対するアームの支持位置の移動によって、ワイヤの旋回半径が調整でき、これによって円錐面状のテーパ面の半径の変化に対応できる（請求項４）。

さらに本発明によると、切断に関与しないワイヤが切りくずと干渉する位置から離れているから、切りくずと切断に関与しないワイヤとの干渉による切断条件の制約から開放される（請求項５）。

本発明に係るテーパ加工方法の説明図であり、（１）はその平面図、（２）はその端面図である。 本発明に係るテーパ加工用のワイヤソーの平面図である。 本発明に係るテーパ加工用のワイヤソーの側面図である。 本発明に係るテーパ加工用のワイヤソーにおいてアーム支持部分の拡大水平断面図である。 アームの他の支持部分の拡大水平断面図である。 ワイヤの他の支持形態の平面図である。

図１は、本発明に係るテーパ加工方法を示している。図１のように、本発明に係るテーパ加工方法は、ワイヤソー１において、一対の切断用ローラ２、３の間にワイヤ４を巻き掛けて張架し、ワイヤ４を連続走行または往復走行させ、走行するワイヤ４をワイヤ４に直交する方向すなわち加工方向に平行移動させて、ワーク５を切断する。ワーク５は、一例として炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）などのコ字形の構造材のような大きなワークであり、切断用ローラ２、３の間に設置される。

一対の切断用ローラ２、３は、一例として同じ大きさの溝付きローラであり、それぞれ回転自在に支持され、溝内でワイヤ４を保持し、ワーク５に干渉しない位置で、加工しようとするテーパ面６に沿ってワイヤ４と共に加工方向に送り移動可能となっている。ワイヤ４は、無端状の固定砥粒式ワイヤであり、切断用ローラ２、３の溝内におさまり、必要な張力のもとに平行掛けとして巻き掛けられ、連続走行または往復走行を行う。

本発明は、ワイヤ４を切断用工具とし、一例としてワーク５の端部の外側の３つの側面にテーパ面６を形成するために開発された。例示のコ字形のワーク５によると、テーパ面６は、外側の両側面および上側面において、同じテーパ角θの平面として形成され、それらの平面の稜線位置において、テーパ角θの回転面すなわち円錐面として連続的に形成されている。なお、円錐面は、稜線位置の端面で半径ｒの円弧に沿って形成されている。

本発明に係るテーパ加工方法は、加工前のワーク５の切断開始位置において、切断用ローラ２、３の回転の中心線を加工しようとするテーパ面６に対して垂直とし、かつ張り側のワイヤ４を切断域として、加工しようとするテーパ面６のテーパ角θに一致させて、走行するワイヤ４をテーパ面６に沿って加工方向に送り移動させる。

各切断用ローラ２、３は、加工前のワーク５や、加工しようとするテーパ面６に干渉しない位置に配置されるから、各切断用ローラ２、３の回転の中心線は、テーパ面６に直接垂直とはならない。したがって、前記「テーパ面６に対して垂直」とは、正確にはテーパ面６をそのまま延長した想像面に対して垂直という意味であり、また「垂直」は、切断時にワイヤ４にかかる抵抗力を切断用ローラ２、３の位置で切断用ローラ２、３の半径方向の力で正しく受け止め、切断用ローラ２、３の溝からのワイヤ４の外れ、溝側壁に対するワイヤ４のこすれ、さらにワイヤ４の振れ、などの好ましくない現象を防止するために必要である。しかし、前記の「垂直」には、正確な意味での垂直のほかに、前記の現象の影響を大きく受けず、しかも加工精度の許容範囲内ならば、ほぼ垂直の状態も含まれる。

このようにして、ワイヤ４は、テーパ面６に沿って加工方向に平行に移動し、一方の側面の外側部分を斜めに切り取り、切り取った位置の面に平面状のテーパ面６を形成する。もちろん、ワイヤ４は、テーパ角θに応じて適切な角度に設定され、支持されている。

次に、加工しようとする円錐面状のテーパ面６の位置において、ワイヤ４は、円錐面の回転の中心線を中心とし、ワーク５の端面位置において半径ｒで旋回することにより、ワーク５の一方の側面からこれに続く上側面に移行する。半径ｒは、円錐面状のテーパ面６の大小に応じて調節できる。このように、ワイヤ４は、円錐面の回転の中心線を中心として旋回することによって加工位置において円錐面の母線に沿って平行に移動することになる。

以下、同様にして、ワイヤ４は、ワーク５の上側面からこれに続く円錐面状のテーパ面６、さらに他方の側面に移行して、ワーク５の端部を斜め切りして、３つの側面にテーパ面６を形成する。なお、切り取られた部分は、最終的にテーパ面６から分離する。

このような切断によると、ワーク５の外の側面でのテーパ面６の加工がワーク５を移動させることなく、ワイヤ４の長さに応じ広い幅にわたって、連続的に能率良く行える。また、テーパ面６のテーパ角θの変化や、円錐面状のテーパ面６の半径ｒの変化に対しても調節によって柔軟な対応が可能となる。

図２ないし図６は、本発明に係るテーパ加工用のワイヤソー１を示している。これらの図２ないし図６において、説明の便宜上、図示のように、直交座標ＸＹＺが設定されているものとする。

まず、図２ないし図４において、本発明に係るテーパ加工用のワイヤソー１は、一対の切断用ローラ２、３の間にワイヤ４を巻き掛けて張架し、ワイヤ４を走行させ、ワイヤ４の張り側を切断域として、１本のワイヤ４でワーク５の端部を斜め切りして、テーパ面６を形成するために、アーム７、ワイヤ駆動モータ８、アーム支持テーブル９、移動テーブル１２、旋回モータ１３および送り手段１４などを備えている。

アーム７は、一対の切断用ローラ２、３をローラ軸２ａ、３ａによって回転自在に支持し、無端状のワイヤ４に所定の張力を付与している。またワイヤ駆動モータ８は、アーム７に取り付けられ、切断用ローラ２、３の一方もしくは双方のローラ軸２ａ、３ａに連結され、それらを駆動して、ワイヤ４を連続走行、または往復走行させる。この図示の例において、アーム７は、アーム支持テーブル９に対して、前記のテーパ角θに適合する角度で、前記の半径ｒに対応する位置に直接取り付けられている。ワイヤ４は、好ましくは固定砥粒方式のワイヤであるが、ワーク５の性質によっては遊離砥粒方式のワイヤとすることもできる。

また、旋回モータ１３は、図４に見られるように、アーム支持テーブル９の旋回中心の位置で移動テーブル１２の背面に取り付けられており、円錐面状のテーパ面６の加工のときに、その出力軸１６によってアーム支持テーブル９を旋回させる。ここでアーム支持テーブル９の旋回中心は、円錐面状のテーパ面６の回転の中心線と一致している。

そして、送り手段１４は、ワイヤ４をワーク５の側面に沿って平行移動させるときに、移動テーブル１２をＺ方向およびＸ方向に移動自在とするために、送りテーブル１７を有している。移動テーブル１２は、送りテーブル１７に対してリニアガイド１８によりＺ方向に移動自在であり、送りテーブル１７の上部に取り付けられた送りモータ２０および送りねじユニット２５によりＺ方向に案内される。また、送りテーブル１７は、ベース２３に取り付けられたスタンドフレーム２２に対してリニアガイド１９によりＸ方向に移動自在であり、スタンドフレーム２２の側面位置に取り付けられた送りモータ２１および送りねじユニット２６によりＸ方向に案内される。

ワーク５のテーパ加工時に、切断域のワイヤ４は、ワーク５の切断開始位置において、加工しようとするテーパ面６の切断開始位置に位置決めされ、ワイヤ駆動モータ８によって走行している。この状態で、走行中の切断域のワイヤ４は、送りモータ２０により駆動されて、Ｚ方向に平行移動し、ワーク５の一方の側面を図２のハッチング部分のように切り取り、その位置に平面状のテーパ面６を形成する。

切断域のワイヤ４が円錐面の位置にきたとき、旋回モータ１３は、アーム７とともにアーム支持テーブル９を旋回させ、切断側のワイヤ４を円錐面に沿って９０度だけ旋回させる。この旋回のときに、ワイヤ４は、ワーク５を切断し、一方の側面から上側面に続く円錐面状のテーパ面６を形成する。つぎに、走行中の切断域のワイヤ４は、送りモータ２１に駆動されて、Ｘ方向に移動し、ワーク５の上側面を切り取り、その上側面の位置に平面状のテーパ面６を形成する。このようにしてワーク５の上側面および他方の側面についても、同様にテーパ面６が形成される。

テーパ面６の形成過程で、切断に関与しないゆるみ側のワイヤ４は、切断域のワイヤ４の切り口に沿って移動する。通常、切り屑が切断後反り返るように変形し、テーパ面６の切断面から離れるため、ゆるみ側のワイヤ４は、切り屑に干渉しない。しかし、干渉があるときは、ワイヤ４は、図６と共に後述する態様として巻き掛けられる。

なお、円錐面のテーパ面６がなく、例えば一方の側面についてのみ単一の平面状のテーパ面６の加工であるならば、アーム支持テーブル９の旋回は必要とされず、ワイヤ４は、送り手段１４によってＸ方向またはＺ方向に平行移動するだけで、単一の平面状のテーパ面６の加工が可能となる。また、アーム支持テーブル９が旋回する場合に、単一の円錐面のみのテーパ面６の加工も可能となる。

次に、図５は、アーム７の他の支持形態を示している。図５の例は、テーパ角θの設定のために、アーム支持テーブル９に対して、スライダ２４、スライダ２４と一体のブラケット２７、およびＺ方向のアーム軸１５によりアーム７を回動自在に支持するとともに、半径ｒの設定のためにスライダ２４をアーム支持テーブル９の部分でアーム支持テーブル９の旋回時の半径方向に移動自在としている。

アーム軸１５は、ブラケット２７に取り付けられた角度設定モータ１０に駆動され、テーパ面６のテーパ角θに対応してワイヤ４に所定の傾き角度を設定する。また、スライダ２４は、アーム支持テーブル９に取り付けられた調節手段１１に送りねじユニット２９により連結されている。調節手段１１は、モータまたは手動操作用のハンドルにより構成されており、送りねじユニット２９を回転させることにより、スライダ２４をアーム支持テーブル９の旋回中心とアーム７との距離を調節し、半径ｒに対応する位置を設定する。

ワーク５のテーパ加工に際して、オペレータは、角度設定モータ１０を駆動して、切断側のワイヤ４の方向を加工しようとするテーパ面６のテーパ角θに合わせるとともに、調節手段１１を操作し、アーム支持テーブル９の旋回中心とアーム７との距離をテーパ面６の円錐状の半径ｒに一致させる。このように、アーム７は、アーム支持テーブル９に対してアーム支持テーブル９の旋回時の半径方向に移動自在に取り付けられ、アーム支持テーブル９の旋回にともなうワイヤ４の旋回時の半径ｒは、調節手段１１により変更できるようになっている。

前記の半径ｒが固定されていて、常に一定であるならば、調節手段１１は不要となり、アーム７は、図２ないし図４のように、アーム支持テーブル９に直接取り付けられる。また、単一の平面状のテーパ面６の加工であるならば、アーム支持テーブル９の旋回は必要とされず、ワイヤ４は、Ｘ方向またはＺに平行移動するだけで、単一の平面状のテーパ面６の加工が可能となる。

次に、図６は、アーム７でのワイヤ４の他の巻き掛け形態を示している。図６においてワイヤ４は、一対の切断用ローラ２、３のほかに、例えば３つのガイドローラ２８に巻き掛けられており、切断域のワイヤ４から離れた位置にある。ワイヤ駆動モータ８は、いずれかのガイドローラ２８を回転駆動することによりワイヤ４を走行させる。

このワイヤ４の巻き掛け形態によると、切断に関与しないワイヤ４すなわち３つのガイドローラ２８の間に巻き掛けられているワイヤ４は、切断行程で切り口に入り込むことはなく、切り屑の外側を移動する。このため、切り屑が反り返り変形しないときでも、切断に関与しないワイヤ４は、切り屑と干渉することはない。

以上の実施形態において、ワイヤ４は、無端状であるが、それに限らず、有端状のものとして構成することもできる。有端状のワイヤ４の場合、ワイヤ４は、一端で送り出し用リールから送り出され、他端で巻き取り用リールに巻き取られるが、それらのリールの間のワイヤ経路で複数のガイドローラ２８によって加工位置に案内される。なお、ワイヤ経路に必要に応じて、ワイヤ４の張力、ワイヤ４のゆるみを制御するダンサ機構などが付設される。

また、実施形態は、１本のワイヤ４でワーク５を切断しているが、本発明は、１本の切断方式に限らず、切断用ローラ２、３の間に２回以上巻いて、２本以上のワイヤ４でワーク５を切断する、マルチ切断する方式に応用することも可能である。

本発明は、ワーク５すなわちＣＦＲＰなどの航空機用コ字形の構造材にテーパ加工を施すことを目標として開発されたが、ワーク５は、上記のものに限定されず、各種の材料や大きさ、形状のワークのテーパ加工にも利用できる。また、テーパ加工は、ワーク５の形状に応じて、既に記載したように、単一の円錐面状のテーパ面６や、単一の平面状のテーパ面６なども対象とできる。

１ ワイヤソー
２ 切断用ローラ ２ａ ローラ軸
３ 切断用ローラ ３ａ ローラ軸
４ ワイヤ
５ ワーク
６ テーパ面
７ アーム
８ ワイヤ駆動モータ
９ アーム支持テーブル
１０ 角度設定モータ
１１ 調節手段
１２ 移動テーブル
１３ 旋回モータ
１４ 送り手段
１５ アーム軸
１６ 出力軸
１７ 送りテーブル
１８ リニアガイド
１９ リニアガイド
２０ 送りモータ
２１ 送りモータ
２２ スタンドフレーム
２３ ベース
２４ スライダ
２５ 送りねじユニット
２６ 送りねじユニット
２７ ブラケット
２８ ガイドローラ
２９ 送りねじユニット
θ テーパ角
ｒ 旋回の半径

Claims (5)

1. 一対の切断用ローラの間にワイヤを巻き掛けて張架し、前記ワイヤを走行させると共に走行する前記ワイヤを走行方向に直交する加工方向に平行移動させて、ワークを切断するワイヤソーにおいて、
   前記切断用ローラの回転の中心線を加工しようとするテーパ面に対して垂直とし、前記ワイヤを前記テーパ面の加工位置に一致させながら、前記ワイヤを前記テーパ面に沿って送り移動させ、円錐面からなる前記テーパ面の位置で、前記円錐面の中心線を中心として前記ワイヤを旋回させることによって、前記ワークに前記テーパ面を形成する、ことを特徴とするテーパ加工方法。
2. 一対の切断用ローラの間にワイヤを巻き掛けて張架し、前記ワイヤを走行させると共に走行する前記ワイヤを走行方向に直交する加工方向に平行移動させて、ワークを切断するワイヤソーにおいて、
   前記切断用ローラのローラ軸を加工しようとするテーパ面に対して垂直とし、前記ワイヤを前記テーパ面の加工位置に一致させて、前記一対の切断用ローラを回転自在に支持するアームと、前記アームに取り付けられ、前記ワイヤを走行させるワイヤ駆動モータと、前記アームを支持するアーム支持テーブルと、前記アーム支持テーブルを前記テーパ面の加工方向に移動自在に支持し、前記ワイヤを前記テーパ面に沿って加工方向に送り移動させる送り手段とを有し、前記アーム支持テーブルを旋回モータにより旋回自在に支持し、円錐面からなる前記テーパ面の位置で、前記旋回モータの旋回駆動により前記円錐面の中心線を中心として前記ワイヤを前記アーム支持テーブルと共に旋回させる、ことを特徴とするテーパ加工用のワイヤソー。
3. 前記アームをアーム軸により前記アーム支持テーブルに回動自在に取り付け、前記アーム支持テーブルに取り付けられた角度設定モータの回転により、前記テーパ面のテーパ角に応じて前記ワイヤの角度を設定する、ことを特徴とする請求項２記載のテーパ加工用のワイヤソー。
4. 前記アームを前記アーム支持テーブルに対して前記アーム支持テーブルの旋回時の半径方向に移動自在に取り付け、前記アーム支持テーブルの旋回にともなう前記ワイヤの旋回時の半径を調節手段により変更する、ことを特徴とする請求項２記載のテーパ加工用のワイヤソー。
5. 切断に関与しない前記ワイヤを複数のガイドローラにより切断域の前記ワイヤの位置から離し、切断に関与しない前記ワイヤと切りくずとの干渉を防止する、ことを特徴とする請求項２記載のテーパ加工用のワイヤソー。

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