JP2004249387A - 砂型製造用マスタ型の切削加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】砂型製造用マスタ型の角部を、仕上げ加工するための切削加工方法を提供する。
【解決手段】回転切削加工機１の作業台ＷＴに位置決めされたワーク１０を、回転切削加工機１の機械アーム２が保持する回転切削工具Ｔ１で切削加工する第１ステップと、
位置決めされたワーク１０の加工目標角部の位置に対応して、回転切削加工機１の工具マガジンＴＭに配置されると共に、ワーク１０の少なくとも一つの加工目標角部Ｋａに対応する垂直切削工具Ｔ２の切削刃Ｔｔの一部を有する垂直切削工具Ｔ２と、回転切削工具Ｔ１とを持ち換える第２ステップと、
回転切削加工機１の機械アーム２が保持する垂直切削工具Ｔ２を回転させることなく降下動作により、回転切削工具Ｔ１で予め切削加工したワークの加工角部Ｋ１に対して切削刃Ｔｔの一部により切削加工する第３ステップと、を含む。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、砂型製造用マスタ型（以下適宜、「マスタ型」または加工中のものを「ワーク」という。）を製造するための切削加工方法に係り、詳しくは、回転切削加工機の機械的動作により製造することができる砂型製造用マスタ型の切削加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、鋳造用の砂型を製作する場合、木製のマスタ型から砂型を製作していた。しかし、このマスタ型から砂型をかたどるとき水分を吸収して型自体の体積が膨張し、木目に沿って歪みを生じることがある。そのため、繰り返し木製のマスタ型を用いる場合には、型の傷みが大きくなることが経験的に知られている。
【０００３】
そこで、従来、かかる不具合を解消すべく、マスタ型の材質に、樹脂等の材質を用いることが知られている。マスタ型の製造方法としては、樹脂の無垢材等から削りだして所定の形状に切削加工する方法が採用される。このとき図５に示すように、マシニングセンタ等の回転切削加工機１００を利用するのが通常である。なお、被削体を回転切削工具で切削加工した事例を特許文献１に示す。
【０００４】
具体的な加工方法としては、図５に示すように、回転切削加工機１００の作業台１０１にワークＷを位置決めして固定し、ワークＷである樹脂の材質や切削加工する形状を基に、予め入力してあるＮＣデータに従い、機械の工具取付部に取り付けた切削工具のエンドミル１０２等を用いて、所定のマスタ型の形状となるようにそのワークＷを切削加工する。そして、最後に、ワークＷの角部Ｗｋは、作業台１０１から取り外した状態で手作業により仕上げている。この手作業は、熟練の作業者によりノミ等の切削工具を用いて、曲線からなる角Ｒを鋭角な角Ｓの角部Ｗｋとなるように切削加工される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−０１５７１２号公報（第１頁、第１図参照）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、手作業による仕上げ加工は、作業者による力量により加工時間や加工手順が決定され定量的に管理することが困難であった。また、この手作業を含む方法では、機械加工による切削加工と手作業による仕上げ加工と、２つの工程を必要とし、この工程間でワークの再度の位置決め等の無駄な作業が発生していた。そして、マスタ型の加工目標角部には、型の抜けを良くするため勾配の付いた角形状とする必要もあり、この勾配を付ける作業は、困難な作業であり熟練作業者のカンやコツによらなければ仕上げることができず、作業者の育成を必要としていた。
そこで、このような問題点に鑑み本願発明がなされたもので、本願発明は、マスタ型の角部の仕上げ加工に手作業を用いることなく定量的に回転切削加工機により機械加工することができるマスタ型の切削加工方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために、本発明にかかるマスタ型の切削加工方法は、回転切削加工機の作業台に位置決めされたワークを、回転切削加工機の機械アームが保持して回転切削工具で切削加工する第１ステップと、位置決めされたワークの加工目標角部の位置に対応して、回転切削加工機の工具マガジンに配置されると共に、ワークの少なくとも一つの加工目標角部に対応する切削刃の一部を有する垂直切削工具と、回転切削工具とを持ち換える第２ステップと、回転切削加工機の機械アームが保持する垂直切削工具を回転させることなく降下動作により、回転切削工具で予め切削加工した前記ワークの加工角部に対して垂直切削工具の切削刃の一部により切削加工する第３ステップと、を含むこととした（請求項１）。
【０００８】
このようなマスタ型の切削加工方法によれば、初めに作業台に位置決めされたワークに対して、回転切削機が保持する回転切削工具により切削加工を行い、ワークをマスタ型の形状に近い状態とする。次にワークは作業台に位置決めされたままの状態で、回転切削加工機が回転切削工具から垂直切削工具に持ち換える。
このとき垂直切削工具は、回転切削加工機の工具マガジンに待機しており、位置決めされたワークの加工角部に対して、垂直切削工具の回転を伴わない降下動作により鋭角な角度で垂直切削加工できる位置に配置されている。回転切削加工機が加工工具の持ち換え動作を行う場合には、原点復帰して一定の位置となるため、工具マガジンに待機している垂直切削工具がマスタ型の加工目標角部に対応する位置となるように配置していれば、割付位置が特定できなくとも鋭角な角度となるようにワークの加工角部に対して切削加工することが可能となる。
垂直切削工具は切削刃の少なくとも一つの角部が、ワークの加工目標角部の形状と同一角度となる形状であるため、回転切削加工機を回転させることなく降下動作により垂直切削工具で望まれる加工目標角部となるような切削加工を行うことができる。
【０００９】
また、本発明にかかるマスタ型の切削加工方法において、前記第３ステップは、ワークの加工角部を、その加工上面部から加工底面部まで、垂直切削工具の降下動作によりせん断加工するせん断加工ステップと、このせん断加工ステップに連続して、垂直切削工具の降下動作端位置となる加工底面部から垂直切削工具を前記ワークの中央側に向けて移動させることで平削加工する平削加工ステップと、を含むこととした（請求項２）。
【００１０】
このようなマスタ型の切削加工方法によれば、作業台に位置決めされたワークの加工角部を、回転切削加工機が保持する垂直切削工具の切削刃の一部で切削加工するとき、ワークの加工上面部から加工底面部まで鋭角な壁面にせん断加工することができる。このときせん断された屑は、垂直切削工具の切削刃におけるすくい面上に剥離される。次にワークの加工底面部に到達した垂直切削工具の切削刃は、平坦な加工底面に切削加工するため底面部に沿ってせん断された屑とともに中央側に向けて移動する。
【００１１】
また、本発明にかかるマスタ型の切削加工方法において、前記垂直切削工具の降下動作は、加工角部の加工上面部から加工底面部に向かうに従ってワークの内側となる予め決められた傾斜方向であることを特徴とする（請求項３）。
【００１２】
このようなマスタ型の切削加工方法によれば、作業台に位置決めされたワークの加工角部を、回転切削加工機の機械アームが保持する垂直切削工具で回転することなく切削加工するとき、ワークの加工上面部から加工底面部までは望まれる鋭角で、かつ、型の抜き勾配を有する内壁面にせん断加工することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るマスタ型の切削加工方法の一実施形態について、適宜図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明に係るマスタ型の切削加工方法に使用される回転切削加工機について図面を参照して説明する。
【００１４】
参照する図面において、図１は、ワークの角部加工を説明する斜視図であり、（ａ）は、回転切削工具による切削加工を説明する斜視図、（ｂ）は、回転切削工具から垂直切削工具への工具交換を説明する斜視図、（ｃ）は、垂直切削工具による切削加工を説明する斜視図である。図２は、ワークと垂直切削工具の対応を説明する平面図である。図３（ｄ）は、垂直切削工具の先端の断面図である。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、回転切削加工機１は、移動機構（図示せず）を介して移動し工具取付部Ｔ０を有する機械アーム２と、工具取付部Ｔ０の鉛直下方に設置された作業台ＷＴと、作業台ＷＴに近接して設置された工具マガジンＴＭと、工具マガジンＴＭに保持されている垂直切削工具Ｔ２の加工工具を備えており、ＮＣ制御により機械アーム２がＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動できて、工具取付部Ｔ０がθ方向に回転できる機構を備える。
【００１６】
機械アーム２の工具取付部Ｔ０は、回転切削工具Ｔ１や垂直切削工具Ｔ２等の加工工具を着脱自在に保持するために、機械的に結束する機構を備える。この機構は、例えば、結束するためのチャック部（図示せず）を備え、このチャック部が加工工具のホルダ部Ｔ２ａを保持する機構である。
作業台ＷＴは、ワーク１０を載置するための載置面に、そのワーク１０を固定して位置決めする位置決め機構（図示せず）を備えている。
なお、ワーク１０の位置決め機構としては、例えば機械的にボルトおよびナットを介してホルダ（図示せず）によりワーク１０を作業台ＷＴに締結し固定する方法や、金属ホルダ（図示せず）を介して磁気力を利用して磁石でワーク１０を作業台ＷＴに固定する方法を採用しても構わない。
【００１７】
工具マガジンＴＭは、位置決めされた加工工具を保持し、その加工工具を使用する時には自由に取り出して収納できる機構を備える。
この工具マガジンＴＭは、作業台ＷＴに隣接して設定され、回転切削工具Ｔ１や垂直切削工具Ｔ２等の加工工具を一定の姿勢で保持している。図２に示すように、この工具マガジンＴＭには少なくとも垂直切削工具Ｔ２について、作業台ＷＴに位置決めされているワーク１０の加工目標角部Ｋａと、垂直切削工具Ｔ２の切削刃角部ｔａとが対応する位置となるように位置決めされて保持される。
【００１８】
すなわち、垂直切削工具Ｔ２は、機械アーム２の工具取付部Ｔ０で保持された状態で移動するとき工具取付部Ｔ０で保持された位置が、ワーク１０の加工角部Ｋ１を加工できる位置に対応した状態となっている。この工具マガジンＴＭは、垂直切削工具Ｔ２の形状に対応して保持部分が形成されていることで、その垂直切削工具Ｔ２の姿勢を位置決めした状態で保持することができることや、保持部分が垂直切削工具Ｔ２の切削刃Ｔｔの軸部分などに対応して当接・離間する保持機構（図示せず）を備えることで、その垂直切削工具Ｔ２の姿勢を位置決めした状態で保持することができるものである。
【００１９】
回転切削工具Ｔ１は、ワーク１０を回転切削加工する工具である。本実施の形態では、この回転切削工具Ｔ１の最小回転半径としては、２ｍｍとなるものを用いても構わない。
垂直切削工具Ｔ２は、マスタ型（ワーク）１０となったときの少なくとも一つの加工角部すなわち、ワーク１０の加工目標角部Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ，Ｋｄに対応する切削刃Ｔｔの一部を有する。図２に示すように、この垂直切削工具Ｔ２は、四角形な切削刃Ｔｔとして形成され、ワーク１０の加工目標角部Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ，Ｋｄのそれぞれに対応する切削刃Ｔｔの一部である切削刃角部ｔａ，ｔｂ，ｔｃ，ｔｄを備えている。
ここでは、ワーク１０の加工目標角部Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ，Ｋｄが直角となるよう形成されているため、切削刃Ｔｔのそれぞれの切削刃角部ｔａ，ｔｂ，ｔｃ，ｔｄについても対応して、それぞれ直角となるように形成されている。
【００２０】
図３（ｄ）に示すように、この垂直切削工具Ｔ２の内部には工具すくい面Ｔ２１が形成されている。切削加工で生ずる切削屑ＤＳは、工具すくい面Ｔ２１に沿って切削屑を回収する空間１３に確保される。
また、垂直切削工具Ｔ２は、機械アーム２の工具取付部Ｔ０が保持したときに、その保持位置が確保できる直線部分を含むホルダ部Ｔ２ａを備える。
なお、ワーク１０は、例えば、略直方体の樹脂等の軟質材で形成され、その形状は特に問われるものではない。
【００２１】
つぎに、本実施形態に係るマスタ型の切削加工方法について、図面を参照して説明する。
【００２２】
図１（ａ）および図２に示すように、垂直切削工具Ｔ２の切削刃角ｔａ，ｔｂ，ｔｃ，ｔｄは、予め位置決めされたワーク１０の加工目標角部Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ，Ｋｄに対応して、回転切削加工機１の工具マガジンＴＭに配置される。
回転切削加工機１の工具取付部Ｔ０は、はじめに、回転切削工具Ｔ１を保持して、この回転切削工具Ｔ１により、作業台ＷＴに載置されたワーク１０を切削加工する。（第１ステップ）
このとき予め入力されたＮＣデータに従い、回転切削工具Ｔ１はＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動して、回転切削工具Ｔ１をθ方向に回転させてワーク１０を切削加工する。ワーク１０の加工角部Ｋ１は、エンドミル等の比較的半径の大きい回転切削工具を使用して、最後に半径２ｍｍ等の回転切削工具Ｔ１で切削加工される。
【００２３】
ワーク１０の各加工角部Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４を含むすべての部分について加工を終了すると次に回転切削工具Ｔ１の機械アーム２は、図１（ｂ）および図２に示すように、回転切削工具Ｔ１から垂直切削工具Ｔ２に持ち換える。（第２ステップ）
このとき工具取付部Ｔ０は原点復帰して一定の位置で垂直切削工具Ｔ２の保持部Ｔ２ａを機械的に結束することで、垂直切削工具Ｔ２を予め位置決めされている状態を維持することができる。
回転切削加工機１は、垂直切削工具Ｔ２を保持している時は、θ方向の回転を行わない。
そして、機械アーム２により垂直切削工具Ｔ２は、工具マガジンＴＭからワーク１０の加工角部Ｋ１の上方に移動する。
【００２４】
図１（ｃ）および図２に示すように、垂直切削工具Ｔ２は、回転することなく降下動作により作業台ＷＴに位置決めされたマスタ型（ワーク）１０の加工角部Ｋ１を加工目標角部Ｋａとなるように切削加工する。このとき、ワーク１０の角部は＋／−０．５ｍｍの交差に切削加工される。（第３ステップ）
以下、このとき図１（ｃ）に示すワーク１０の角部の切削加工について詳細に説明する。
【００２５】
まず、垂直切削工具Ｔ２が切削加工する状態をワークの側面から示して説明する。参照する図面において、図３は、図１（ｃ）の切削加工の斜視図のＸＺ断面図であり、（ａ）は、せん断加工の状態図、（ｂ）は、せん断加工から平削加工に移る状態図、（ｃ）は、平削加工の状態図である。
なお、この図３では、垂直切削工具Ｔ２を用いてせん断加工および平削加工を完了する切削加工の場合を説明する。垂直切削工具Ｔ２の切削刃角部ｔａ，ｔｂ，ｔｃ，ｔｄの降下動作は、予めきめられた傾斜方向（勾配Ｃ）となるように設定されている。
【００２６】
図３（ａ）に示すように、先ず工具先端部ＴＰ３は、加工上面部Ｐ３に接する。つぎに、図３（ｂ）に示すように工具先端部ＴＰ３は、加工上面部Ｐ３から勾配Ｃに従い加工底面部１２ｔまでせん断加工する。（せん断加工ステップ）
このとき、勾配Ｃには、Ｃ＝ｔａｎ（ａ／ｂ）の関係があり、この勾配Ｃによりマスタ型（ワーク）１０と砂型の抜けを調整できる。
【００２７】
そして、図３（ｃ）に示すように工具先端部ＴＰ３は、加工底面部１２ｔからワーク１０の内側方向へ平削加工する。（平削加工ステップ）
同様に他の加工角部Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４についても垂直切削工具Ｔ２により加工角部Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４をせん断加工および平削加工する。このように垂直切削工具Ｔ２を用いて回転させることなく降下動作によりせん断加工および平削加工することで、ワーク１０の加工目標角部Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ，Ｋｄとなるように加工することができる。
【００２８】
つぎに、ワーク１０の切削加工する領域を分割して３つの段階的に加工する状態をワークの上面から示して説明する。これは特に、垂直切削工具Ｔ２やワーク１０の材料硬度等の特性や、加工底面部１２ｔの深さ等の関係上、特定の工具では一連の動作で仕上げ加工を完結できない場合や、切削加工時に工具に加わる負荷を軽減する場合に利点がある。
参照する図面において、図４は、図１（ｃ）の切削加工の斜視図のＸＹ断面図であり、（ａ）は、切削加工の第１段階の状態図、（ｂ）は、切削加工の第２段階の状態図、（ｃ）は、切削加工の第３段階の状態図である。
【００２９】
図４（ａ）に示すように、先ず工具先端部ＴＰ３は、加工上面部Ｐ１に接する。工具先端部ＴＰ３は、加工上面部Ｐ１から勾配Ｃに従い加工底面部１２まで切削加工する。そして、工具先端部ＴＰ３は、加工底面部１２からワーク１０の内側方向へ平削加工する。
つぎに、図４（ｂ）に示すように工具先端部ＴＰ３は、加工上面部Ｐ２に接する。工具先端部ＴＰ３は、加工上面部Ｐ２から勾配Ｃに従い加工底面部１２ｔ２まで切削加工する。そして、工具先端部ＴＰ３は、加工底面部１２ｔ２からワーク１０の内側方向へ平削加工する。
そして、図４（ｃ）に示すように工具先端部ＴＰ３は、加工上面部Ｐ３に接する。工具先端部ＴＰ３は、型上面点Ｐ３から勾配Ｃに従い加工底面部１２ｔまで切削加工する。そして、工具先端部ＴＰ３は、加工底面部１２ｔからワーク１０の内側方向へ平削加工する。
このようにワーク１０の一つの加工角部Ｋ１に対して、例えば分割して３つの段階的に加工することにより加工目標角部Ｋａとなるように作業することで、鋭角な形状を垂直切削工具Ｔ２により成形することができる。
【００３０】
なお、図１から図４まではワーク１０の加工角部Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４を直角として、１つの垂直切削工具により加工目標角部Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ，Ｋｄとなるように構成したが、２つ以上の垂直切削工具を適宜持ち換えて作業を行っても良く、また、ワークの加工目標角部に直角以外の形状であっても良い。この場合は、垂直切削工具もそのワークの加工目標角部に対応する形状に形成されて工具ホルダに保持されることになる。
【００３１】
【発明の効果】
この発明により、ワークの機械による加工と手作業による仕上げ加工の２つの工程を１つの工程とし、ワークの再度の位置決めなどの無駄な作業を削除できる。そして、熟練作業者のカンやコツによらずにワークの角部には砂型の抜けを良くするため勾配の付いた角部を容易に製作できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る切削加工方法におけるワークの角部加工を説明する斜視図であり、（ａ）は、回転切削工具による切削加工を説明する斜視図、（ｂ）は、回転切削工具から垂直切削工具への工具交換を説明する斜視図、（ｃ）は、垂直切削工具による切削加工を説明する斜視図である。
【図２】ワークと垂直切削工具の対応を説明する平面図である。
【図３】図１（ｃ）の切削加工の斜視図のＸＺ断面図であり、（ａ）は、せん断加工の状態図、（ｂ）は、せん断加工から平削加工に移る状態図、（ｃ）は、平削加工の状態図、（ｄ）は、垂直切削工具の先端の断面図である。
【図４】図１（ｃ）の切削加工の斜視図のＸＹ断面図であり、（ａ）は、切削加工の第１段階の状態図、（ｂ）は、切削加工の第２段階の状態図、（ｃ）は、切削加工の第３段階の状態図である。
【図５】回転切削機を利用して切削加工する斜視図である。
【符号の説明】
１ 回転切削加工機
２ 機械アーム
１０ マスタ型（ワーク）
１２ 加工底面部
１２ｔ 加工底面部
１２ｔ２ 加工底面部
１３ 切削屑を回収する空間
Ｃ 勾配
ＤＳ 切削屑
Ｐ１ 加工上面部
Ｐ２ 加工上面部
Ｐ３ 加工上面部
Ｔ０ 工具取付部
Ｔ１ 回転切削工具
Ｔ２ 垂直切削工具
Ｔ２ａ ホルダ部
Ｔ２１ 工具すくい面
ＴＭ 工具マガジン
ＴＰ３ 工具先端部
Ｔｔ 切削刃
ｔａ 切削刃角部
ＷＴ 作業台
Ｋ１ 加工角部
Ｋａ 加工目標角部

Claims (3)

1. 回転切削加工機の作業台に位置決めされたワークを、前記回転切削加工機の機械アームが保持して回転切削工具で切削加工する第１ステップと、
   位置決めされた前記ワークの加工目標角部の位置に対応して、前記回転切削加工機の工具マガジンに配置されると共に、前記ワークの少なくとも一つの加工目標角部に対応する切削刃の一部を有する垂直切削工具と、前記回転切削工具とを持ち換える第２ステップと、
   前記回転切削加工機の機械アームが保持する前記垂直切削工具を回転させることなく降下動作により、前記回転切削工具で予め切削加工した前記ワークの加工角部に対して前記垂直切削工具の切削刃の一部により切削加工する第３ステップと、を含むことを特徴とする砂型製造用マスタ型の切削加工方法。
2. 前記第３ステップは、前記ワークの加工角部を、その加工上面部から加工底面部まで、前記垂直切削工具の降下動作によりせん断加工するせん断加工ステップと、
   このせん断加工ステップに連続して、前記垂直切削工具の降下動作端位置となる加工底面部から前記垂直切削工具を前記ワークの中央側に向けて移動させることで平削加工する平削加工ステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の砂型製造用マスタ型の切削加工方法。
3. 前記垂直切削工具の降下動作は、前記加工角部の加工上面部から加工底面部に向かうに従って前記ワークの内側となる予め決められた傾斜方向であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の砂型製造用マスタ型の切削加工方法。

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