JP2008188726A - スライドコア穴の加工方法およびスライドコア穴加工に用いる計測・補正システム - Google Patents

スライドコア穴の加工方法およびスライドコア穴加工に用いる計測・補正システム Download PDF

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Abstract

【課題】5軸加工機の高速切削性能を活用して、スライドコア穴を効率よくNC加工できるようにする。
【解決手段】金型に加工を行う各スライドコア穴の傾斜角度に合わせて前記主軸頭を旋回させ、そのA軸角度を固定し、工具にエンドミルを用い、前記金型表面に平らな底面をもつ浅い座ぐり穴を座ぐり加工する。続いて、工具にドリルまたはリーマーを用い、前記座ぐり穴の底面にガイド穴を穴あけ加工し、工具にガンドリルを用い、前記ガイド穴を前記ガンドリルの案内として、前記ロッド穴を穴あけ加工する。その後、工具にエンドミルを用い、前記コアポケットの予備加工として、前記座ぐり穴を形成する面に中間ポケット穴を形成する形状加工を行う。この中間ポケットの座面における前記ロッド穴の中心の位置と、中間ポケットの座面の位置を測定し、前記コアポケットの加工の基準となるロッド穴の基準点の位置を計測す。最終的に、加工プログラムを実行し、前記コアポケットの粗加工から仕上げ加工までの形状加工を行う。
【選択図】図1

Description

本発明は、スライドコア穴の加工方法およびスライドコア穴加工に用いる計測・補正システムに係り、たとえば、自動車のインストパネルやバンパーのような大型樹脂製品の成形に用いる金型に、押出ピン用の傾斜スライドコア穴を5軸加工機で加工する技術に関する。

従来、5軸加工機の代表的な工作機械に門形工作機械がある。この種の門形工作機械では、主軸頭がクロスレールに設置されており、X軸、Y軸、Z軸に加えて主軸頭を旋回させるA軸と、テーブルを割り出すC軸を備えている。このような門形工作機械の従来技術例としては、例えば、特許文献1に開示されているものを挙げることができる。門形工作機械をはじめとする5軸加工機では、主としてプロペラなどに代表される自由曲面加工にメリットがあるとされてきた。

近年、製造業を取り巻く環境が大きく変化し、ユーザーからの要求も変わってきている。従来は、例えば、これまで金型の付加価値加工のように、自由曲面の形状加工が最優先され、主軸の高速回転と軸移動の高速追従性能が求められていた。これに応えるようにして、5軸加工機では、形状加工の高速高精度化が実現されてきた。

ところが、最近、5軸加工機に対するユーザーからの要求は、工程集約的な複合加工指向が強くなってきている。これに伴い、上述のように、高速高精度化の面で著しい成果を挙げた反面で、旧態以前たる加工作業も依然として併存しているというアンバランスが問題となってきている。

例えば、自動車のインストパネルやバンパーのような大型の樹脂成形品を成形する金型を加工する場合、高度な形状加工を行う以外に、押出ピンを入れるスライドコア穴や、冷却穴、アンダカット形状加工など、必ずしも高度な形状加工を行う必要のない加工も多数存在する。
特開2004−34168号公報

これだけ工作機械の高速化が定着した現在であっても、スライドコア穴加工のような加工は、けっして高速高精度加工とはいえない加工でありながら、熟練者による人海戦術で行われているという現状がある。というのは、スライドコア穴は、一つの金型に何箇所も設けられており、しかもそれぞれの穴の傾斜および方位が異なっていること、また、押出ピンは、製品に当接する入子の部分とロッドの部分からなり、これに合わせてスライドコア穴は、入子が収まるコアポケットと、ロッドがスライドするロッド穴の形状、深さともに異なる二つの穴の組み合わせからなるためである。

現在のところ、スライドコア穴を加工する場合、コアポケットの加工と、ロッド穴の加工とは、それぞれ別々の工程で加工されているのが一般的である。このため、しばしば、入子外周のガイド面と、ロッドとの間の位相にずれが生じてしまう結果、入子の当たり付けが悪くコアポケットに入らなくなる。そのような場合、スライドコア穴の一カ所ごとに、当たり付けを調整するために、コアポケットを修正する加工を手作業で行っている。

コアポケットや、ロッド穴は、工作機械の高速切削性能を活用して加工できる反面で、最後の仕上げ段階で当たり付けの調整に能率の悪い手作業を強いられる結果、工作機械の形状加工の高速切削能力が加工効率の向上に結びつかないという大きな問題があった。

そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、5軸加工機の高速切削性能を活用して、スライドコア穴を効率よく加工できるようにしたスライドコア穴の加工方法およびスライドコア穴加工の加工に用いる計測・補正システムを提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、X軸、Y軸、Z軸に加えて、主軸頭を旋回させるA軸とテーブルを旋回させるC軸を有する5軸加工機により、コアポケットとロッド穴の2つの穴からなるスライドコア穴をワークである金型に斜め加工する方法であって、金型に加工を行う各スライドコア穴の傾斜角度に合わせて前記主軸頭を旋回させ、そのA軸角度を固定する工程と、工具にエンドミルを用い、前記金型表面に平らな底面をもつ浅い座ぐり穴を座ぐり加工する工程と、工具にドリルまたはリーマーを用い、前記座ぐり穴の底面にガイド穴を穴あけ加工する工程と、工具にガンドリルを用い、前記ガイド穴を前記ガンドリルの案内として、前記ロッド穴を穴あけ加工する工程と、工具にエンドミルを用い、前記コアポケットの予備加工として、前記座ぐり穴を形成する面に中間ポケット穴を形成する形状加工を行う工程と、工具の替わりにプローブを用い、中間ポケットの座面における前記ロッド穴の中心の位置と、中間ポケットの座面の深さを測定し、前記コアポケットの加工の基準となるロッド穴の基準点の位置を計測する工程と、前記ロッド穴の基準点の位置の測定結果と、予め該コアポケットを形状加工する加工プログラムに設定されている該ロッド穴の基準点の座標を比較し、誤差があれば前記基準点の座標を測定した値に書き替える工程と、前記加工プログラムを実行し、前記コアポケットの粗加工から仕上げ加工までの形状加工を行う工程と、からなることを特徴とするものである。

また、本発明は、X軸、Y軸、Z軸に加えて、主軸頭を旋回させるA軸とテーブルを旋回させるC軸を有する5軸加工機において、コアポケットとロッド穴の2つの穴からなるスライドコア穴をワークである金型に斜め加工する工程で用いられる計測・補正システムであって、前記主軸頭の主軸先端に装着され、前記金型の加工面に接触する接触子を有するプローブと、前記コアポケットの予備加工として、前記座ぐり穴を形成する面に加工された中間ポケット穴を加工した後、前記中間ポケットの座面におけるロッド穴の中心の位置と、中間ポケットの座面の位置を前記プローブにより測定する測定プログラムを実行することにより、前記ロッド穴の加工の基準となるロッド穴の基準点の位置を計測する手段と、前記ロッド穴の基準点の位置の測定結果と、予め該コアポケットを形状加工する加工プログラムに設定されている該ロッド穴の基準点の座標を比較し、誤差があれば前記基準点の座標を測定した座標に書き替える補正手段と、を具備したことを特徴とするものである。

本発明によれば、従来、熟練者が人海戦術で行っていた金型でのスライドコア穴加工を、5軸加工機の高速切削性能を活用して、効率よく、しかも、全工程をNC加工できるので、コアポケットと入子の当たり付けの調整等が不要になる等、格段の加工効率の向上を達成できる。

また、本発明によれば、金型でのスライドコア穴加工における形状計測を自動化し、また、穴の基準点の座標を計測結果に基づいて書き替えられるので、より精度の高い加工を実現できる。

以下、本発明によるスライドコア穴の加工方法およびこのスライドコア穴加工の実施に用いる計測・補正システムの一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明によるスライドコア穴の加工に用いる5軸加工機の一例である門形工作機械を示す。
図1において、参照番号2は、コラムを示し、参照番号4はベッドを示している。コラム2には、クロスレール6が水平に架設されており、このクロスレール6は、上下方向に昇降するようになっている。また、クロスレール6には、サドル8が左右方向に移動自在に設置されている。主軸頭10は、サドル8に旋回可能に設置されており、旋回ころがりガイドに支持されたスイベル旋回機構によって駆動される。

ベッド4の上には、テーブル12が設けられている。このテーブルは、360°連続回転可能なロータリテーブルであり、テーブル12に載せたワークを任意の方位に向けることができる。

このような門形工作機械は、直線軸としてX軸、Y軸、Z軸の3軸を有している。X軸は、テーブル12を前後方向に送る制御軸である。Y軸はサドル8を左右方向に送る制御軸、Z軸は、クロスレールを上下方向に送る制御軸である。これらのX軸、Y軸、Z軸に加えて、主軸頭10をY−Z平面内で左右に最大30度旋回させる旋回軸がA軸であり、テーブル12を連続的に任意の角度を旋回される旋回軸がC軸である。

次に、図2は、図1に示した門形工作機械でスライドコア穴の加工が実施された金型の一例を示す。この実施形態で加工されるのは、自動車のインストパネルやバンパーのような大型樹脂成形品の成形に使用される大型の金型20である。このような大型の金型20の場合、成形品を取り出すための押出ピンが必要不可欠となる。そして、金型20には、いくつもの押出ピンを組み込まなければ、成形品を取り出すことができない。このため、金型20には、金型キャビティ面の形状加工をした後、押出ピンを挿入するための複数のスライドコア穴が加工される。

図3は、大型金型20の断面を示す図である。押出ピン21は、入子22とスライドロッド23とからなり、入子22が金型20から突出して成形品を押し出す。金型20には、スライドロッド23が摺動するスライドロッド穴24と、入子22が収容されるコアポケット25が加工される。スライドロッド穴24とコアポケット25は、全体として一つのスライドコア穴を形成している。

このようなスライドコア穴は、傾斜しているのが通常である。図4において、一つのスライドコア穴についてみれば、このスライドコア穴は、穴の基準点を設定したときのその座標、スライドロコア穴の軸線の傾斜角度θ、スライドコア穴の軸線が延びる方位ψ等のデータによって特定することができる。

金型20をテーブル12に載せて図1の5軸加工機で穴開け加工する場合、スライドコア穴の方位ψに合わせてテーブル12を旋回させ、スライドコア穴の傾
斜角度θだけ主軸頭10が傾いた姿勢を維持して、X軸、Y軸、Z軸を同時に数値制御しながらドリルやエンドミルを送ることでスライドロッド穴24やコアポケット25を加工することができる。

理論上は、金型20に加工するすべての穴について、穴の基準点の座標、穴の傾斜角度、方位、形状についてのデータから加工プログラムを作成し、その加工プログラムを実行して金型20のすべての傾斜穴の加工を自動化することができる。

次に、図5は、5軸加工機に適用された計測・補正システムのブロック構成図である。
図5において、参照番号30は、CAD/CAM機を示し、参照番号40は、CNC装置を示す。CAD/CAM機30とCNC装置40は、シリアル通信やLANなどの通信手段で接続されている。

CAD/CAM機30は、加工対象のワーク、この実施形態では、大型金型20のCADデータを作成するCADデータ作成部31と、CADデータに含まれるスライドコア穴の基準点の位置、傾斜角度、方位、さらには形状などのデータに基づいて、スライドコア穴加工の加工プログラムを作成する加工プログラム作成部32と、CADデータに基づいて、スライドコア穴を加工する一連の工程のうち、コアポケット25の予備加工の後でスライドロッド穴24の基準点の位置を測定する測定プログラムや、加工したコアポケット25の形状測定を実施するための測定プログラムを作成する測定プログラム作成部33と、を構成するようになっている。

次に、CNC装置40は、X軸、Y軸、Z軸、A軸、C軸の5軸同期制御が可能なCNC装置であり、基本的な構成として入出力部42、演算制御部43、記憶部44、X軸制御部45、Y軸制御部46、Z軸制御部47、A軸制御部48、C軸制御部49を備えている。

演算制御部43では、加工プログラムを実行するほか、測定プログラムをユーザ指定で実行する。これらのプログラムを実行すると、X軸制御部45、Y軸制御部46、Z軸制御部47、A軸制御部48、C軸制御部49の各軸制御部は、各軸についての指令を生成し、これらの各軸指令は、それぞれX軸サーボモータ50、Y軸サーボモータ51、Z軸サーボモータ52、A軸サーボモータ53、C軸サーボモータ54に出力される。これら各軸の実際の位置は、位置検出器55、56、57、58、59により検出され、位置検出信号はCNC装置40にフィードバックされる。

測定プログラムを実行して、測定を行うときには、主軸頭10の主軸先端には、タッチプローブ60が装着される。タッチプローブ60には、接触子61が設けられており、接触子61が金型加工面に接触したときに発生するオンオフ信号は、プログラマブルロジックコントローラ65を介してCNC装置40に入力される。

なお、図5において、主軸頭10は、加工するスライドコア穴の傾斜角度に合わせて、A軸角度を固定した状態が示されている。加工中は、主軸頭10はこの姿勢を保持し、測定を除いて、スライドコア穴の加工を実施する。

次に、加工プログラムをCNC装置40で実行したときの、実際のスライドコア穴加工について、工程の順序を追って説明する。

図6は、工具にエンドミルを用い、最初に金型20の表面に加工した平らな底の浅い座ぐり穴72を示す。この座ぐり穴72は、エンドミルを渦巻きのように回しながら穴を拡げていくヘリカル加工により加工される。あるいは、エンドミルを金型20の表面に軸方向に送りながら突き加工で加工してもよい。こうして加工された座ぐり穴72の底面は平坦になっている。座ぐり穴72の直径は、次に加工するガイド穴よりも大きい。

図7は、座ぐり穴72の底面からガイド穴74を穴あけ加工した金型20を示す。このガイド穴74は、スライドロッド穴24の加工に先立ってガンドリルの案内としてあけられる穴であり、ガンドリルの外径とほぼ同じ直径の穴である。ガイド穴74は予め決められた適当な深さまで穿孔される。なお、ガイド穴74の穴あけでは、ドリルの替わりにリーマーを工具に用いてもよい。

次いで、図8は、スライドロッド穴24の穴あけ工程を示す図である。このスライドロッド穴24の穴あけ工程では、前工程であけたガイド穴74にガンドリルの先端部を臨ませ、このガイド穴74を案内として利用し、決められた深さまでスライドロッド穴24をあける。このスライドロッド穴24の穴あけ加工の終了後には、切り屑を除去するエアブローが実施される。

図9は、スライドロッド穴24の穴あけ加工の後で、中間ポケット80を形状加工した金型20を示す。この中間ポケット80の加工にはエンドミルが用いられる。

中間ポケット80の加工は、座ぐり穴72を拡げるようにして行う。最終的には、仕上げられる予定のコアポケット25とを較べると、深さが浅く、また全体的に一回り小さい形状のポケットに加工される。

中間ポケット80を加工した後は、計測工程が行われる。この計測工程では、工具に替えてタッチプローブ60が用いられる。図9において、加工された中間ポケット80の座面をR、加工すべきコアポケット25の座面をZとする。中間ポケット80の座面RがあるX−Y平面上におけるスライドロッド穴24の中心の位置をC’とする。

この計測工程では、タッチプローブ60を用いてスライドロッド穴24の中心C’の位置を求める。この場合、主軸頭10を垂直な姿勢を保ったまま、タッチプローブ60で中心位置C’を測定するマクロプログラムが実行される。このマクロプログラムでは、タッチプローブ60がスライドロッド穴24の内周面と接触する4点の座標を測定して、4点の座標から中心位置C’が求められる。

中間ポケット80の座面Rにおける中心位置C’を求めることによって、中間ポケット80の座面RのZ軸値と、中心位置C’のXY座標がわかる。コアポケット25の座面ZのZ軸値とスライドロッド穴24の傾斜角は既知であるから、中間ポケット80の座面Rを基準にした場合のコアポケット24の座面Zにおけるスライドロッド穴24の中心位置Cが求められる。こうして求めたスライドロッド穴24の中心位置Cは、コアポケット24の加工の基準となる基準点である(以下、基準点という)。

以上のようにして求められた基準点Cは、実際に加工された中間ポケット80の座面Rを仮の基準面として求めたものであるので、加工上の誤差により設計上の基準点Cと一致しない場合が多い。コアポケット25を加工する加工プログラムは、設計上の基準点Cを基準にしてプログラムが作成されているので、そのまま加工プログラムを実行してコアポケット25の仕上げ加工まで進めてしまうと、仕上がったコアポケット25とスライドロッド穴24の芯が一致しなくなる虞がある。

そこで、演算制御部43は、スライドロッド穴24の基準点Cの測定結果と、設計上の基準点の座標とを比較し、もし誤差があれば加工プログラムに設定されている基準点Cの座標を測定した値に書き替える。

次に、図10は、コアポケット25を形状加工した金型20を示す図である。このコアポケット25の形状加工は、粗加工と仕上げ加工の2段階に分かれる。仕上げ加工では、基準点の座標を書き替えた加工プログラムを実行し、コアポケット25を精密に加工する。

この仕上げ加工では、上述したように実際の測定により誤差を補正した基準点Cに基づいて加工が行われるで、スライトロッド穴26とコアポケット25の芯が一致することになる。

コアポケット25の仕上げ加工を終了後、さらにコアポケット25を形成する各壁面の傾斜角度、コアポケットの寸法を測定する形状計測が行われる。コアポケット25を形成する四囲の壁面のそれぞれにタッチプローブ60を接触させて、各面の傾斜角度、ポケット中心からの各面の振り分けを測定する。

演算制御部43は、この測定結果から、加工代が残っているか否か、削り過ぎの部分はないかを判別し、加工代が残っていれば再加工を行い、削り過ぎの場合はアラームを出す機能を有している。また、測定データは記憶部44に保存され、次回の加工にフィードバックされる。

本発明によるスライドコア穴の加工を実施する5軸加工機を示す斜視図である。 同スライドコア穴の加工された金型を示す斜視図。 図2における金型の断面図。 スライドコア穴の方位、傾斜を示す説明図。 5軸加工機に適用される計測・補正システムのブロック構成図。 本発明の一実施形態によるスライドコア穴加工における座ぐり加工を示す断面図。 本発明の一実施形態によるスライドコア穴加工におけるガイド穴の穴あけ加工を示す断面図。 本発明の一実施形態によるスライドコア穴加工におけるスライドロッド穴の穴あけ加工を示す断面図。 本発明の一実施形態によるスライドコア穴加工における中間ポケットの形状加工を示す断面図。 本発明の一実施形態によるスライドコア穴加工におけるコアポケットの形状加工を示す断面図。

符号の説明

2 コラム
4 ベッド
6 クロスレール
8 サドル
10 主軸頭
12 テーブル
20 金型
21 押出ピン
22 入子
23 スライドロッド
24 スライドロッド穴
25 コアポケット
72 座ぐり穴
74 ガイド穴
80 中間ポケット

Claims (6)

  1. X軸、Y軸、Z軸に加えて、主軸頭を旋回させるA軸とテーブルを旋回させるC軸を有する5軸加工機により、コアポケットとロッド穴の2つの穴からなるスライドコア穴をワークである金型に斜め加工する方法であって、
    金型に加工を行う各スライドコア穴の傾斜角度に合わせて前記主軸頭を旋回させ、そのA軸角度を固定する工程と、
    工具にエンドミルを用い、前記金型表面に平らな底面をもつ浅い座ぐり穴を座ぐり加工する工程と、
    工具にドリルまたはリーマーを用い、前記座ぐり穴の底面にガイド穴を穴あけ加工する工程と、
    工具にガンドリルを用い、前記ガイド穴を前記ガンドリルの案内として、前記ロッド穴を穴あけ加工する工程と、
    工具にエンドミルを用い、前記コアポケットの予備加工として、前記座ぐり穴を形成する面に中間ポケット穴を形成する形状加工を行う工程と、
    工具の替わりにプローブを用い、中間ポケットの座面における前記ロッド穴の中心の位置と、中間ポケットの座面の位置を測定し、前記コアポケットの加工の基準となるロッド穴の基準点の位置を計測する工程と、
    前記ロッド穴の基準点の位置の測定結果と、予め該コアポケットを形状加工する加工プログラムに設定されている該ロッド穴の基準点の座標を比較し、誤差があれば前記基準点の座標を測定した値に書き替える工程と、
    前記加工プログラムを実行し、前記コアポケットの粗加工から仕上げ加工までの形状加工を行う工程と、
    からなることを特徴とするスライドコア穴の加工方法。
  2. 前記コアポケットの仕上げ加工を終了後、さらに該コアポケットを形成する各壁面の傾斜角度、該コアポケットの寸法を測定する形状計測を行うことを特徴とする請求項1に記載のスライドコア穴の加工方法。
  3. 前記形状計測を利用して、加工代の有無を判別し、加工代が残っている場合、前記コアポケットの再形状加工を行うことを特徴とする請求項1に記載のスライドコア穴の加工方法。
  4. 前記スライドコア穴は、自動車のインストパネル、パンパー等の大型樹脂製品を成形する金型において、製品を押し出す押出ピンが挿入される穴であることを特徴とする請求項1に記載のスライドコア穴の加工方法。
  5. X軸、Y軸、Z軸に加えて、主軸頭を旋回させるA軸とテーブルを旋回させるC軸を有する5軸加工機において、コアポケットとロッド穴の2つの穴からなるスライドコア穴をワークである金型に斜め加工する工程で用いられる計測・補正システムであって、
    前記主軸頭の主軸先端に装着され、前記金型の加工面に接触する接触子を有するプローブと、
    前記コアポケットの予備加工として、前記座ぐり穴を形成する面に加工された中間ポケット穴を加工した後、前記中間ポケットの座面におけるロッド穴の中心の位置と、中間ポケットの座面の位置を前記プローブにより測定する測定プログラムを実行することにより、前記ロッド穴の加工の基準となるロッド穴の基準点の位置を計測する手段と、
    前記ロッド穴の基準点の位置の測定結果と、予め該コアポケットを形状加工する加工プログラムに設定されている該ロッド穴の基準点の座標を比較し、誤差があれば前記基準点の座標を測定した座標に書き替える補正手段と、
    からなることを特徴とするスライドコア穴に用いる計測・補正システム。
  6. 前記計測手段は、前記コアポケットの仕上げ加工を終了後、さらに該コアポケットを形成する各壁面の傾斜角度、該コアポケットの寸法を測定する形状計測を行い、加工代の有無を判別する機能を有することを特徴とする請求項5に記載のスライドコア穴加工に用いる計測・補正システム。
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