【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、インボリュート形状加工方法に係り、特に、マシニングセンターなどＮＣ（数値制御）マシンを用いて、例えばスクロール圧縮機の圧縮室を構成する螺旋溝の如きインボリュート形状を高精度加工するのに好適なインボリュート形状加工方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】まず、本発明を適用する被加工物の一例としてスクロール圧縮機の圧縮室を構成するスクロール部材を取上げ、その従来の加工方法について、図４ないし図７を参照して説明する。 ここに図４は、被加工物に係る雌，雄スクロールの斜視図、図５は、図４のＡ矢視平面図、図６および図７は、スクロール部材の従来の加工方法を説明するための説明図である。 【０００３】図４，図５において、１は雄スクロール、
２は雌スクロールで、雄スクロール１の突起部３のスクロールラップ５と、雌スクロール２の窪み部４のスクロールラップ６とは、ともに、そのラップで形成する螺旋溝の断面でＵ字状で、螺旋はインボリュート形状のものである。 雄スクロール１と雌スクロール２とは、それぞれのスクロールラップ５，６が互いに対向して組み合わさって、相対的に蠕動運動し、圧力媒体を圧縮する構造である。 【０００４】従来、このようなインボリュート形状のスクロールラップは、エンドミル工具を用い、縦形あるいは横形のマシニングセンタのＸＹテーブル上に被加工物を取り付けて切削加工されていた。 この場合、図６，図７に示すように、例えば雄スクロール１のスクロールラップ５を、直径Ｄのエンドミル７を用いて加工するとすると、エンドミル７の外周とインボリュート形状のスクロールラップ５との接点Ｐは、雄スクロール１の中心Ｏ
とエンドミル７の中心Ｑとを結ぶ線上には存在せず、Ｏ
ＱとＰＱのなす偏角θは、スクロールラップ５の加工箇所とともに逐一変化してゆく。 【０００５】例えば、図６に示すように、スクロールラップ５の外壁を加工するとき、ＯＱとＰＱのなす偏角がθであったものが、外壁の加工を終るときには、エンドミル７の中心はＱ′となり、エンドミル７の外周とスクロールラップ５との接点Ｐ′とのなす偏角θ′は、θにくらべて大きく変化している。 また、図７に示すように、スクロールラップの内壁を加工する段階では、エンドミル７の中心Ｑ″の位置では、エンドミル７の外周とスクロールラップ内壁との接点Ｐ″とのなす偏角θ″はθ′にくらべて変化しているのが明らかである。 【０００６】したがって、マシニングセンタのＸＹテーブル上で雄スクロール１を加工するには、所定のインボリュート形状とは異なったエンドミル中心Ｑの軌跡を描かせなければならない。 もちろん従来でも、このような所望のインボリュート形状を与えれば、エンドミルの中心軌跡は、マシニングセンタのＮＣ制御系によって自動的に演算し、加工することも可能になっている。 【発明が解決しようとする課題】 【０００７】しかし、ここでは、エンドミルの直径をＮ
Ｃ制御系にその値を入力することを前提としている。 そこで、エンドミルの直径が異なれば、その都度ＮＣ制御系にその値を入力するが、予め工具軌跡を演算して入力しておく必要がある。 特に、インボリュート形状精度が厳しい場合には、このエンドミル直径の読みとり精度を高めることが必須である。 【０００８】また、この従来の方法では、エンドミル直径を精度よく読みとっても、マシニングセンタの主軸に対しエンドミルが偏心して取付けば、みかけ上より大きな直径のエンドミルを用いたように加工され、スクロールラップ５の形状、とくにその厚さＴが所定の値と異なってくる。 このような方法でスクロールラップの内，外壁を加工することになるから、実際にはスクロールラップの厚さＴは、エンドミルの直径の読みとり誤差のほぼ２倍の誤差をきたすことになる。 【０００９】以上、ＸＹテーブルをもったマシニングセンタを用いた従来のインボリュート形状加工方法を述べたが、ＸＹテーブル上にロータリテーブルを載せて、ロータリテーブルに被加工物をセットして加工する場合でも、通常エンドミルの中心は、ロータリテーブルの回転に対し、ＯＱ上を移動させているために、上記と同様の誤差を生じ、精度の高いインボリュート形状を加工することが難しかった。 以上、雄スクロールを例にして、従来技術の問題点を指摘したが、雌スクロールについても全く同様の問題を抱えていた。 【００１０】本発明は、前述の従来技術の問題点を解決するためになされたもので、ＮＣ加工機の単純なプログラム制御により、加工具とインボリュート曲線との接点（加工点）の偏角にともなって生じる工具の軌跡誤差を解消して、高精度なインボリュート形状加工を実現するインボリュート形状加工方法を提供することを目的とする。 【００１１】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明に係るインボリュート形状加工方法の構成は、スクロール部品のインボリュート曲線の渦巻状の壁を加工するインボリュート形状の加工方法であって、加工用の工具の中心位置をＮＣ加工機のＸテーブルまたはＹテーブルを用いて該インボリュート曲線の基礎円に接する直線上を移動させるとともに、前記スクロール部品をＮＣ加工機のロータリテーブルを用いてインボリュート曲線の基礎円の中心を回転中心として回転させ、該回転運動を前記工具の直線運動と一定比になるように、Ｎ
Ｃ加工機の制御系に同期指令を与えるようにしたものである。 【００１２】 【作用】本発明では、直進運動する移動テーブル上に回転自在に装備されたロータリテーブルに、インボリュート形状に加工すべき被加工物を、そのロータリテーブルの中心に固定し、そのロータリテーブル面にほぼ鉛直な回転主軸にエンドミルを装着し、このエンドミルの刃面を、被加工物のインボリュートの基礎円の接線と直交するように被加工物の加工面に対接させ、前記エンドミルの中心が、前記インボリュートの基礎円の接線上を移動するように前記移動テーブルを直進させるとともに、前記ロータリテーブルを、その回転角度が前記移動テーブルの送り量と一定の比例関係で連動するように回転せしめるようにしている。 【００１３】本発明を開発した考え方は、被加工物がインボリュート形状であるという特徴を生かして、インボリュート形状の加工面とエンドミル外周との接触角が常に一定となるようにＸＹテーブルとロータリテーブルを制御するものである。 すなわち、ＸテーブルあるいはＹ
テーブルのいずれか一方の送り方向をインボリュートの基礎円の接線方向に一致させ、その送りの速度をロータリテーブルの回転速度に完全に比例するようにして、単純なプログラム入力で、ＮＣ加工機の制御方法を単純にするとともに加工精度を向上させている。 【００１４】 【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図３を参照して説明する。 図１は、本発明の一実施例に係るインボリュート形状加工方法における工具軌跡を示す説明図、図２は、インボリュート形状加工の原理を示す説明図、図３は、図１の加工を行う加工機の外観斜視図である。 【００１５】図３に示す加工機は、一般的なマシニングセンタとほぼ同様の構成のもので、ベッド９上には、Ｎ
Ｃ制御可能な移動テーブルに係るＸ軸テーブル１０、および移動テーブルに係るＹ軸テーブル１１が装備され、
さらにこの上に、これもＮＣ制御可能なロータリテーブル１２が装備されている。 このロータリテーブル１２上に、ロータリテーブルと軸心を同じくして被加工物である雄スクロール１がチャッキングされている。 一方、ベッド９と一体に固定されたコラム１３には、これもロータリテーブル１２の軸心方向にＮＣにて摺動可能な主軸ヘッド１４が摺動し、この主軸ヘッド１４の摺動方向に軸心方向をもつ回転可能な主軸１５があり、この主軸１
５には工具に係るエンドミル７がチャッキングされている。 【００１６】これらの運動系、すなわちＸテーブル１０
およびＹテーブル１１の直進運動、ロータリテーブル１
２の回転運動、主軸ヘッド１４の直進運動、ならびに主軸１５の回転運動は、いずれもＮＣ制御装置（図示せず）により制御できるように構成されている。 本実施例は、このような構成のマシニングセンタのインボリュート形状加工のＮＣ制御に関するもので、次に、このインボリュート形状加工の原理を図２を参照して説明する。 【００１７】被加工物は、雄スクロール１のスクロール部材に係るスクロールラップ５で、同一基礎円の位相をずらした２本のインボリュート曲線５ａ，５ｂで外壁，
内壁が形成されるものである。 この場合、図２に示すように、２本のインボリュート曲線５ａ，５ｂは、ともに中心がＯで、基礎円２０の半径はａ（図１参照）である。 この基礎円２０からの引いた任意の接線２１は、インボリュート曲線５ａ，５ｂと常に直交する。 【００１８】このことは、エンドミル７の中心をインボリュートの基礎円の接線上に移動させれば、エンドミルとインボリュートの接点Ｐは、この基礎円の接線上にあり、従来技術のところで述べたような、エンドミルとインボリュート曲線との接点の偏角θあるいはθ″（図６，図７参照）がある値をもつことによる誤差を考慮した煩雑な補正を加える必要の全くないことを意味する。
すなわち、図１に示すように、前述のインボリュートの基礎円２０への任意の切線２１を、マニシングセンタのＸ軸すなわちＸテーブルの直進方向とし、このＸ軸上にエンドミル７の中心Ｑがあるように設定し、被加工物である雄スクロール１の回転角度と、エンドミル７のＸ軸方向位置とが常に比例するようにＮＣ制御系に同期指令を与えればよい。 これは、ＮＣ制御装置に単純なプログラム入力により制御可能である。 【００１９】そこで、主軸１５に装着したエンドミル７
の刃面を、被加工物である雄スクロール１のインボリュートの基礎円２０の接線２１と直交するように加工面であるインボリュート曲線５ａの外壁に対接させ、前記のように接線２１とＸ軸テーブル１０の直進方向とを一致させる。 そして、エンドミル７の中心Ｑが接線２１上を内側方向、すなわち基礎円２０の中心に近づく方向に移動するようにＸ軸テーブル１０を直進させるとともに、
ロータリテーブル１２を、ロータリテーブルの回転角度がＸ軸テーブル１０の送り量と一定の比例関係で連動して回転させることによってインボリュート曲線５ａの外壁を加工する。 【００２０】外壁の加工が終ると、ロータリテーブル１
２を逆転させることにより雄スクロール１の回転を逆転させて、回転角の位相を所定量だけずらせてインボリュート曲線５ｂのスタート位置にエンドミル７を位置させる。 なお、ここに位相をずらせる所定量は、エンドミル７の径と、インボリュートの基礎円２０の径と、インボリュートラップの厚みＴとで一義的に決まる量である。
より詳しくは、エンドミル直径とインボリュートラップの厚みＴと和を基礎円２０の半径ａで除した角度（ラジアン）である。 【００２１】次いで、ロータリテーブル１２の逆転と同期して、接線２１上の外側方向、すなわち基礎円２０の中心から遠ざかる方向ににエンドミル中心Ｑを移動させるように、Ｘ軸テーブル１０を戻し方向に直進させてインボリュート曲線５ｂの内壁加工を行う。 換言すれば、
エンドミル７の中心がインボリュートの基礎円２０の接線２１上を移動するように直進するＸ軸テーブル１０
は、スクロールラップ５の外壁の加工時と内壁の加工時とで直進方向を逆転させて往，復運動を行うとともに、
ロータリテーブル１２は、前記Ｘ軸テーブルの往，復運動に連動して正，逆に回転方向を変えるように作動する。 このようにすれば、インボリュート曲線５ｂの内壁に対しても偏角θ″（図７参照）に起因する誤差補正が不要となる。 【００２２】前述のインボリュート形状加工方法をとる場合でも、エンドミル７取付時の偏心あるいはエンドミルのたわみ誤差εがスクロールラップ５の厚みＴに２ε
の誤差を生じさせる。 そこで、インボリュート形状のスクロールラップの厚み精度がさらに厳しく要求される場合には、次に述べるような工具軌跡を辿らせるとよい。 【００２３】図１に示すように、エンドミル７の中心Ｑ
をインボリュートの基礎円２０の接線２１上に位置させ、そのエンドミル７の刃面を、前記接線２１と直交するように加工面であるインボリュート曲線５ａの外壁に対接させる。 そしてＸ軸テーブル１０の直進方向を前記基礎円２０の接線２１に一致させる。 そして、エンドミル７の中心Ｑが接線２１上を内側方向へ移動するようにＸ軸テーブル１０を直進させる（第１の直進）とともに、ロータリテーブル１２を、ロータリテーブルの回転角度がＸ軸テーブル１０の送り量と一定の比例関係で連動して回転させることによってインボリュート曲線５ａ
の外壁を加工する。 【００２４】外壁の加工が終ると、エンドミル７の中心Ｑが、雄スクロール１の中心部で基礎円２０の直径２ａ
だけ、前記第１の直進方向に直交する方向に移動するようにＹ軸テーブル１１を移動させる。 次いで、ロータリテーブル１２の逆転と同期して、図１に示す基礎円２０
の接線２２上の外側方向にエンドミル中心Ｑを移動させるように、Ｘ軸テーブル１０を前記第１の直進方向と同一方向に第２の直進を行わせてインボリュート曲線５ｂ
の内壁加工を行い、雄スクロール１の加工を終了する。 【００２５】このようにすれば、切削力負荷によるエンドミル７やスクロールラップ５の弾性変形を、主軸１５
を僅かに傾斜させて補正し、インボリュート形状のスクロールラップ５の厚みを精度を向上させることができる。 なお、前述の実施例では、被加工物を雄スクロール１として、その加工例を説明したが、雌スクロール２の加工も全く同様に実施できることは言うまでもない。 【００２６】また、前述の実施例では、加工機としてマシニングセンタを用いる例を説明したが、同様の構成をもつ専用機であっても、本発明の効果を妨げるものではない。 さらに、インボリュート形状の内壁を同様に加工したのち、外壁を加工する加工手順をとっても全く同様の効果が得られる。 さらにまた、前述の実施例では、加工機を縦形マシニングセンタとしているが、主軸中心を水平とした横形マシニングセンタとしてもよい。 この場合には、切粉が除去しやすいという利点があり、加工面の面粗さが良くなる。 【００２７】なお、スクロールラップの厚みＴが一定でない、２本のインボリュート曲線からなる場合には、基礎円は２個存在することになるので、内，外壁の一方の面加工から他方の面加工へ移行するときに、被加工物の中心にて、２個の基礎円の差だけＹ方向に余分にシフトして後半の工具軌跡を辿らせるようにすれば、その実施化が可能である。 【００２８】 【発明の効果】以上述べたように、ＮＣ加工機の単純なプログラム制御により、加工具とインボリュート曲線との接点（加工点）の偏角にともなって生じる工具の軌跡誤差を解消して、高精度なインボリュート形状加工を実現するインボリュート形状加工方法を提供することができる。 【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例に係るインボリュート形状加工装置における工具軌跡を示す説明図である。 【図２】インボリュート形状加工の原理を示す説明図である。 【図３】本発明による加工装置の外観斜視図である。 【図４】被加工物に係る雌，雄スクロールの斜視図である。 【図５】図４のＡ矢視平面図である。 【図６】スクロール部材の従来の加工方法を説明するための説明図である。 【図７】スクロール部材の従来の加工方法を説明するための説明図である。 【符号の説明】 １…雄スクロール、２…雌スクロール、５…スクロールラップ、５ａ，５ｂ…インボリュート曲線、７…エンドミル、１０…Ｘ軸テーブル、１１…Ｙ軸テーブル、１２
…ロータリテーブル、１５…主軸、２０…基礎円、２
１，２２…接線。 |
