JP2008217275A - Machining method and machining apparatus - Google Patents

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JP2008217275A
JP2008217275A JP2007052089A JP2007052089A JP2008217275A JP 2008217275 A JP2008217275 A JP 2008217275A JP 2007052089 A JP2007052089 A JP 2007052089A JP 2007052089 A JP2007052089 A JP 2007052089A JP 2008217275 A JP2008217275 A JP 2008217275A
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Juichi Kawashima
壽一 河嶋
Hisayoshi Honda
尚義 本田
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Ryukoku University
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To engrave lines on a chiselled curved surface with texture by machining. <P>SOLUTION: A machining apparatus comprises an inclination angle computation part 104 for computing an inclination angle between a tool axis of a pneumatic oscillating chisel tool and a normal to the surface of a workpiece at the contact point between a bit tool of the pneumatic oscillating chisel tool and the surface of the workpiece during machining, from machining pattern data on a machining pattern including groove depth information stored in a tool path data storage part 101, surface shape data on the surface of the workpiece stored in a workpiece shape data storage part 102, and bit shape data on the bit tool of the pneumatic oscillating chisel tool stored in a tool shape data storage part 103, and a tool attitude control part 105 for controlling the attitude when the bit tool of the pneumatic oscillating chisel tool is in contact with the surface of the workpiece according to the computed inclination angle. The oscillating bit tool provides impacts while controlling the attitude of the pneumatic oscillating chisel tool by the tool attitude control part 105 to form the pattern represented by the machining pattern data. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、機械加工方法、および機械加工装置に関し、特に、曲面形状を有する被加工物に紋様線を形成加工する技術に関するものである。   The present invention relates to a machining method and a machining apparatus, and more particularly to a technique for forming a pattern line on a workpiece having a curved shape.

従来、金属や樹脂の部品の表面には、様々な機械加工が行われている。機械加工は、例えば、単に、溝パターンなどを刻線加工するための溝加工や、滑らかな表面にするための仕上げ加工などがある。   Conventionally, various machining processes have been performed on the surfaces of metal and resin parts. The machining includes, for example, grooving for engraving a groove pattern or the like, and finishing for making a smooth surface.

機械加工を行う手段は多くあり、例えば、切削データを入力して自動的に切削を行う切削機械もあれば、手で持って扱える大きさで手動により切削を行う工具もある。どの手段においても、被加工物の表面に接触して切削を行う部分には、刃が用いられている。   There are many means for performing machining, for example, there are cutting machines that automatically perform cutting by inputting cutting data, and other tools that perform cutting manually with a size that can be held by hand. In any means, a blade is used in a portion where cutting is performed in contact with the surface of the workpiece.

被加工物の表面は、平面だけに限らず、曲面を有するものもある。そこで、曲面に刃を接触させて精度良く加工するためには、機械加工の自由度が高いものが好ましい。   The surface of the workpiece is not limited to a flat surface, but may have a curved surface. Therefore, in order to process the blade with a curved surface with high accuracy, it is preferable to have a high degree of freedom in machining.

そこで、例えば、特許文献1には、直交する2軸の方向にそれぞれ振動する2つの直動アクチュエータによって、切削工具を擬似円軌道に沿って回動させながら、被加工物と切削工具とを相対移動させることにより、X、Y、およびZ軸方向の移動とX、Y、およびZ軸周りの回転との6軸同期ステージを有する、溝加工装置が記載されている。これにより、球面状の加工面であっても、球面状の加工面の上に常に法線方向に溝の切り込みを合わせた、溝の切削加工が可能となる。   Therefore, for example, in Patent Document 1, the workpiece and the cutting tool are relatively moved while the cutting tool is rotated along a pseudo-circular orbit by two linear actuators that vibrate in directions of two orthogonal axes. A grooving apparatus is described having a six-axis synchronous stage of movement in the X, Y, and Z axis directions and rotation about the X, Y, and Z axes by moving. Thereby, even if it is a spherical processed surface, the cutting of a groove | channel which always matched the groove cut in the normal direction on the spherical processed surface is attained.

また、特許文献2には、X軸、Y軸、およびZ軸の互いに直交する直線送り軸と、A軸、B軸、およびC軸の回転送り軸とを有する、6軸制御可能な6軸NC工作機械が記載されている。また、上記6軸NC工作機械には、非回転工具であるヘール加工工具が装着されている。そして、被加工物とヘール加工工具との干渉チェックが自動的に行われることによって、ヘール加工工具の軸線がワーク加工面に垂直となるように姿勢制御されている。これにより、ヘール加工工具の被加工物の加工面に対する相対姿勢が略一定の適正角度に維持されるので、加工精度および面粗度の良い切削加工が可能となる。   Patent Document 2 discloses a six-axis controllable six-axis system including a linear feed axis that is orthogonal to the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis, and a rotary feed axis that is an A-axis, B-axis, and C-axis. An NC machine tool is described. In addition, a hale machining tool which is a non-rotating tool is mounted on the 6-axis NC machine tool. Then, by performing an interference check between the workpiece and the hail tool automatically, the posture is controlled so that the axis of the hail tool is perpendicular to the workpiece machining surface. Thereby, since the relative attitude | position with respect to the process surface of the to-be-processed object of a hale processing tool is maintained at the substantially constant appropriate angle, the cutting process with a sufficient process precision and surface roughness is attained.

ところで、日本における伝統的な建築物には、鏨(たがね)を用いて彫金の技を使った装飾金具がよく見られる。装飾金具としては、例えば、社寺などにおいて使用されている唄(ばい)などがある。   By the way, in traditional buildings in Japan, ornamental metal fittings that use engraving techniques using a chisel are often found. Examples of the decorative metal fittings include buds used in shrines and temples.

鏨とは、木工で用いる鑿(のみ)のようなものであり、金属を彫ったり削ったりするのに用いる工具である。用途によっていろいろな鏨が存在する。そして、彫金とは、鏨を使って、金属を彫刻することを意味する。鏨を用いて彫金された模様は、紋様と呼ばれ、直線や曲線、削りの深浅が入り混じり、風合いのある形状を表現している。紋様は、曲面を有する装飾金具の該曲面上に形成されることが多く、この形成には職人技が必要とされる。
特開2004−345017号公報(平成16年12月9日公開) 特開平6−254742号公報(1994年9月13日公開) 香取正彦ほか共著、「金工の伝統技法」、第14版、理工学社、2003年5月、p.4−21〜4−23
A scissors is like a scissors (only) used in woodworking, and is a tool used for carving and shaving metal. There are various candy depending on the application. And engraving means sculpting metal with a spear. The pattern engraved with a kite is called a pattern, and it includes a straight line, a curve, and the depth of shaving to express a textured shape. The pattern is often formed on the curved surface of a decorative metal fitting having a curved surface, and craftsmanship is required for this formation.
JP 2004-345017 A (released on December 9, 2004) JP-A-6-254742 (published on September 13, 1994) Co-authored by Masahiko Katori et al., “Traditional Techniques of Metalwork”, 14th Edition, Science and Engineering, May 2003, p. 4-21 to 4-23

しかしながら、上記装飾金具の曲面上に彫金された紋様を、現在のNC工作機械で加工しようとしても、彫金加工に適した専用の工具が見当たらないため、機械加工によって彫金と同様の形状に加工することができない。   However, even if you try to process the pattern engraved on the curved surface of the decorative metal fitting with the current NC machine tool, there is no dedicated tool suitable for engraving, so it is processed into the same shape as engraving by machining. I can't.

例えば、上記特許文献1に記載の溝加工装置では、精度良く、かつ、バリや塑性変形を低減して、線状の溝を加工することを目的としているため、曲線の溝を加工するには適していない。また、一回に削り取る量(すくい取る量)が決まっているため、溝の深浅を変更したい場合、切削毎に設定を変更し直す必要がある。それゆえ、上記鏨を用いた線彫り加工に適用するには、手間が掛かるので効率が悪いという問題点を有している。   For example, the groove processing apparatus described in Patent Document 1 is intended to process linear grooves with high accuracy and with reduced burr and plastic deformation. Not suitable. In addition, since the amount to be scraped at one time (the amount to be scraped) is determined, if it is desired to change the depth of the groove, it is necessary to change the setting for each cutting. Therefore, there is a problem that it is inefficient because it takes time and effort to apply it to the line engraving process using the above-mentioned scissors.

また、上記特許文献2に記載の6軸NC工作機械では、非回転工具であるヘール加工工具を用いて、ヘール加工を行っている。ヘール加工は、6軸NC工作機械を使用し非回転工具を用いて、曲面と曲面の境界線に工具を押し当て、微小切込みの溝加工を繰り返し行う加工法である。   Further, in the 6-axis NC machine tool described in Patent Document 2, hail machining is performed using a hale machining tool that is a non-rotating tool. Hale machining is a machining method in which a 6-axis NC machine tool is used to press a tool against the boundary line between curved surfaces and use a non-rotating tool to repeatedly perform grooving with minute cuts.

しかし、ヘール加工では、微小切込みが繰り返し加工されるため、多くの加工時間が必要となる。また、ヘール加工は常に押し付けて削り取る方法であるため、一定の深さでしか削ることができない。このため、1回の切削工程で削っている最中にさらに押し込んで深く削る機能はない。さらに、切削ピッチを調整できないため連続した線分しか形成できず、破断線の加工が難しい。   However, in the hale processing, since a minute cut is repeatedly processed, a lot of processing time is required. Further, since the hail processing is always a method of pressing and scraping, it can be shaved only at a certain depth. For this reason, there is no function of further pushing in and deeply cutting during a single cutting process. Furthermore, since the cutting pitch cannot be adjusted, only continuous line segments can be formed, and it is difficult to process broken lines.

それゆえ、上記6軸NC工作機械に紋様の形状データを与えても、切削方法が対応できず連続した線分の切削しかできないため、美術的な工芸品や装飾品が持つ独特の風合いを出すことができない。よって、ヘール加工は、紋様線の表現方法に制約があるなどの理由から工業製品に限定されており、工芸品や装飾品への適用には問題がある。   Therefore, even if pattern shape data is given to the 6-axis NC machine tool, the cutting method cannot be applied and only continuous line segments can be cut, so the unique texture of artistic crafts and ornaments is produced. I can't. Therefore, the hail processing is limited to industrial products because there are restrictions on the method of expressing the pattern lines, and there is a problem in application to crafts and decorations.

また、上記特許文献1および2では、切削を行っているため、切り屑が発生したり、後工程にバリ取りが必要となるという問題点も有している。   Moreover, in the said patent documents 1 and 2, since it cuts, there also exists a problem that debris generate | occur | produces or a deburring is needed for a post process.

したがって、彫金にみられるような、曲面をもつ金属表面の鏨を用いた線彫り加工は、機械加工による自動化がなされておらず、職人不足が解消できないという問題点を有している。このため、手作業で彫っていた装飾金具の3次元表面上の紋様を、自動のNC工作機械などを用いて機械加工にて形成できることが望まれている。   Therefore, line engraving using a metal surface with a curved surface, as seen in engraving, is not automated by machining and has the problem that the shortage of craftsmen cannot be resolved. For this reason, it is desired that the pattern on the three-dimensional surface of the decorative metal fitting carved by hand can be formed by machining using an automatic NC machine tool or the like.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、鏨により彫金された曲面上の風合いのある線彫り加工を、機械加工にて形成することができる機械加工方法、および機械加工装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and its purpose is a machining method capable of forming a line engraving process with a texture on a curved surface engraved with a scissors by machining. And providing a machining apparatus.

本発明の機械加工方法は、上記課題を解決するために、入力データに基づいて自動的に加工が可能な切削機械を用いて、被加工物の表面に機械加工を行う機械加工方法であって、上記切削機械の切削工具装着部分に、工具軸に平行な方向に先端部が振動する振動工具を装着する第1ステップと、溝深さの情報を含む加工する模様の加工模様データ、上記被加工物の表面の表面形状データ、および上記振動工具の先端部の先端形状データに基づいて、加工時に上記振動工具の先端部を上記被加工物の表面に接触させるときの当該接触点における、上記振動工具の工具軸と上記被加工物の表面の法線とがなす傾斜角度を演算する第2ステップと、上記演算した傾斜角度に基づいて、上記振動工具の先端部が上記被加工物の表面に接触する姿勢を制御する第3ステップとを含み、上記第3ステップ時に上記振動工具の姿勢を制御しながら、振動する上記振動工具の先端部の打撃によって上記被加工物の表面に塑性変形を生じさせることにより、上記加工模様データに記される模様を形成することを特徴としている。   In order to solve the above problems, the machining method of the present invention is a machining method for machining a surface of a workpiece using a cutting machine capable of automatically machining based on input data. , A first step of mounting a vibration tool whose tip portion vibrates in a direction parallel to the tool axis on a cutting tool mounting portion of the cutting machine, processing pattern data of a pattern to be processed including groove depth information, Based on the surface shape data of the surface of the workpiece and the tip shape data of the tip of the vibration tool, the contact point when the tip of the vibration tool is brought into contact with the surface of the workpiece at the time of machining, A second step of calculating an inclination angle formed by a tool axis of the vibration tool and a normal of the surface of the workpiece; and based on the calculated inclination angle, the tip of the vibration tool is a surface of the workpiece. Control the posture of touching And performing a plastic deformation on the surface of the workpiece by striking the tip of the vibrating tool that vibrates while controlling the posture of the vibrating tool during the third step. It is characterized by forming a pattern described in the processed pattern data.

また、本発明の機械加工装置は、入力データに基づいて自動的に加工が可能な切削機械を用いて、被加工物の表面に機械加工を行う機械加工装置であって、上記切削機械の切削工具装着部分に装着され、工具軸に平行な方向に先端部が振動する振動工具と、溝深さの情報を含む加工する模様の加工模様データ、上記被加工物の表面の表面形状データ、および上記振動工具の先端部の先端形状データを少なくとも格納する加工データ格納部と、上記加工模様データ、上記表面形状データ、および上記先端形状データに基づいて、加工時に上記振動工具の先端部を上記被加工物の表面に接触させるときの当該接触点における、上記振動工具の工具軸と上記被加工物の表面の法線とがなす傾斜角度を演算する傾斜角度演算手段と、上記演算された傾斜角度に基づいて、上記振動工具の先端部が上記被加工物の表面に接触する姿勢を制御する姿勢制御手段とを備え、上記姿勢制御手段が上記振動工具の姿勢を制御しながら、振動する上記振動工具の先端部の打撃によって上記被加工物の表面に塑性変形を生じさせることにより、上記加工模様データに記される模様を形成することを特徴としている。   The machining apparatus of the present invention is a machining apparatus that performs machining on the surface of a workpiece using a cutting machine that can automatically perform machining based on input data, and the cutting machine cuts the cutting machine. A vibration tool mounted on the tool mounting portion, the tip of which vibrates in a direction parallel to the tool axis, processing pattern data of a pattern to be processed including information on the groove depth, surface shape data of the surface of the workpiece, and Based on the machining data storage unit storing at least the tip shape data of the tip part of the vibration tool, the machining pattern data, the surface shape data, and the tip shape data, the tip part of the vibration tool is covered with the tip part during the machining. An inclination angle calculating means for calculating an inclination angle formed by a tool axis of the vibration tool and a normal line of the surface of the workpiece at the contact point when contacting the surface of the workpiece; and the calculated inclination Attitude control means for controlling the attitude of the tip of the vibration tool in contact with the surface of the workpiece based on the angle, and the attitude control means vibrates while controlling the attitude of the vibration tool. A pattern described in the machining pattern data is formed by causing plastic deformation on the surface of the workpiece by striking the tip of the vibration tool.

上記の各構成によれば、溝深さの情報を含む加工する模様の加工模様データ、被加工物の表面の表面形状データ、および振動工具の先端部の先端形状データに基づいて、加工時に振動工具の先端部を被加工物の表面に接触させるときの当該接触点における、振動工具の工具軸と被加工物の表面の法線とがなす傾斜角度が演算される。そして、演算された傾斜角度に基づいて、振動工具の先端部が被加工物の表面に接触する姿勢が制御される。この制御された状態で、振動する振動工具の先端部の打撃によって被加工物の表面に塑性変形を生じさせることにより、加工模様データに記される模様が形成される。   According to each of the above configurations, vibration is generated during processing based on the processing pattern data of the pattern to be processed including information on the groove depth, the surface shape data of the surface of the workpiece, and the tip shape data of the tip portion of the vibration tool. An inclination angle formed by the tool axis of the vibration tool and the normal of the surface of the workpiece at the contact point when the tip of the tool is brought into contact with the surface of the workpiece is calculated. Then, based on the calculated inclination angle, the posture in which the tip of the vibration tool comes into contact with the surface of the workpiece is controlled. In this controlled state, a pattern described in the machining pattern data is formed by causing plastic deformation on the surface of the workpiece by striking the tip of the vibrating tool that vibrates.

これにより、被加工物の表面には、加工模様データ、表面形状データ、および先端形状データに基づいて算出された傾斜角度に応じて振動工具の姿勢が制御されながら、加工模様データに記される模様が塑性加工されていくので、自由曲面の加工表面であっても、一定深さの機械加工ではない、様々な溝深さや曲線などを反映した多種多様な線彫り加工を、機械加工にて形成することが可能となる。   As a result, the surface of the workpiece is recorded in the machining pattern data while the posture of the vibration tool is controlled in accordance with the inclination angle calculated based on the machining pattern data, the surface shape data, and the tip shape data. Since the pattern is plastically processed, a wide variety of line engraving processes that reflect various groove depths and curves, etc., which are not machined at a fixed depth, even on a free-form surface, can be machined. It becomes possible to form.

例えば、鏨により彫金された曲面上の紋様線を機械加工によって復元する場合、溝深さの情報を含む紋様線の加工模様データ、彫金された曲面の表面形状データ、および彫金の際使用した鏨の先端部の先端形状データを予め準備し、当該各データに基づいて算出された傾斜角度に応じて振動工具の姿勢を制御しながら、加工模様データに記される紋様線を塑性加工する。   For example, when a pattern line on a curved surface engraved with a ridge is restored by machining, the pattern pattern data including groove depth information, the surface shape data of the engraved surface, and the ridge used for engraving. The tip shape data of the tip portion is prepared in advance, and the pattern line described in the processing pattern data is plastically processed while controlling the posture of the vibration tool according to the inclination angle calculated based on the data.

これにより、鏨により彫金された曲面上の様々な溝深さや曲線などが反映された紋様線を、機械加工にて形成することが可能となる。つまりは、紋様線のように、美術的な工芸品や装飾品が持つ独特の質感である、風合いがある多種多様な線彫り加工が可能となり、風合いを機械加工にて復元することが可能となる。   As a result, it is possible to form a pattern line reflecting various groove depths and curves on the curved surface engraved by the scissors by machining. In other words, it is possible to perform a wide variety of line carving with texture, which is a unique texture of artistic crafts and decorations, such as pattern lines, and it is possible to restore the texture by machining Become.

また、上記の各構成によれば、切削ではなく、振動する振動工具の先端部の打撃によって被加工物の表面に塑性変形を生じさせることにより、加工模様データに記される模様が形成されている。それゆえ、切り屑の発生を防止することが可能となる。しかも、バリ取りなどの後工程を削減することが可能となる。   Further, according to each of the above configurations, the pattern described in the machining pattern data is formed by causing plastic deformation on the surface of the workpiece by hitting the tip of the vibrating tool that vibrates instead of cutting. Yes. Therefore, generation of chips can be prevented. In addition, it is possible to reduce subsequent processes such as deburring.

また、本発明の機械加工方法は、上記切削機械は、上記振動工具と上記被加工物との間で相対送りを行って、上記被加工物の表面に機械加工を行うものであり、上記第3ステップにおいて、さらに、上記振動工具の先端部の振動数に対して、当該先端部と上記被加工物の表面との間の相対的な送り速度を制御することが好ましい。   Further, in the machining method of the present invention, the cutting machine performs relative machining between the vibrating tool and the workpiece to perform machining on the surface of the workpiece. In the three steps, it is preferable to further control the relative feed rate between the tip and the surface of the workpiece with respect to the frequency of the tip of the vibration tool.

また、本発明の機械加工装置は、上記切削機械は、上記振動工具と上記被加工物との間で相対送りを行って、上記被加工物の表面に機械加工を行うものであり、上記姿勢制御手段は、さらに、上記振動工具の先端部の振動数に対して、当該先端部と上記被加工物の表面との間の相対的な送り速度を制御することが好ましい。   Further, in the machining apparatus according to the present invention, the cutting machine performs machining on the surface of the workpiece by performing relative feeding between the vibration tool and the workpiece, and the posture described above. It is preferable that the control means further controls a relative feed speed between the tip portion and the surface of the workpiece with respect to the frequency of the tip portion of the vibration tool.

上記の各構成によれば、振動工具の先端部が被加工物の表面に接触する姿勢を制御する際に、さらに、振動工具の先端部の振動数に対して、当該先端部と被加工物の表面との間の相対的な送り速度を制御することにより、送り速度が遅い場合には連続線を加工し、送り速度が速い場合には破断線を加工することが可能となる。   According to each of the above configurations, when controlling the posture of the tip of the vibration tool in contact with the surface of the workpiece, the tip and the workpiece are further controlled with respect to the frequency of the tip of the vibration tool. By controlling the relative feed speed with respect to the surface, it is possible to process a continuous line when the feed speed is slow and to process a broken line when the feed speed is fast.

また、本発明の機械加工方法は、上記第3ステップにおいて、さらに、上記振動工具の先端部の振動に同期して、上記振動工具を、上記工具軸に平行な方向を軸にして左右交互に回転することが好ましい。   Further, in the machining method of the present invention, in the third step, in addition to the vibration tool, the vibration tool is alternately arranged on the left and right sides in the direction parallel to the tool axis in synchronization with the vibration of the tip of the vibration tool. It is preferable to rotate.

また、本発明の機械加工装置は、上記姿勢制御手段は、さらに、上記振動工具の先端部の振動に同期して、上記振動工具を、上記工具軸に平行な方向を軸にして左右交互に回転することが好ましい。   Further, in the machining apparatus according to the present invention, the posture control means may further alternate the left and right of the vibration tool about a direction parallel to the tool axis in synchronization with the vibration of the tip of the vibration tool. It is preferable to rotate.

上記の各構成によれば、振動工具の先端部が被加工物の表面に接触する姿勢を制御する際に、さらに、振動工具の先端部の振動に同期して、振動工具を、工具軸に平行な方向を軸にして左右交互に回転することにより、振動工具が加工方向に進むにつれて左右交互に打痕を形成させた加工を行うことが可能となる。例えば、紋様線で言えば、千鳥紋様線加工や枝葉紋様線加工を行うことが可能となる。   According to each of the above configurations, when controlling the attitude of the tip of the vibration tool in contact with the surface of the workpiece, the vibration tool is used as a tool axis in synchronization with the vibration of the tip of the vibration tool. By rotating the left and right alternately around the parallel direction as an axis, it is possible to perform machining in which dents are alternately formed on the left and right as the vibration tool advances in the machining direction. For example, in the case of a pattern line, it is possible to perform a zigzag pattern line process or a branch leaf pattern line process.

また、本発明の機械加工方法は、上記振動工具は、上記先端部が空気圧により振動する空圧式振動工具であることが好ましい。   In the machining method of the present invention, it is preferable that the vibration tool is a pneumatic vibration tool in which the tip portion vibrates by air pressure.

また、本発明の機械加工装置は、上記振動工具は、上記先端部が空気圧により振動する空圧式振動工具であることが好ましい。   In the machining apparatus of the present invention, it is preferable that the vibration tool is a pneumatic vibration tool in which the tip portion vibrates by air pressure.

上記の各構成によれば、振動工具が、先端部が空気圧により振動する空圧式振動工具であることにより、空気圧を調整するだけで、先端部の叩き強度や振動回数を容易に調整することが可能となる。また、様々な溝深さや曲線などをさらに反映した多種多様な線彫り加工を、機械加工にて形成することが可能となる。   According to each of the above configurations, since the vibration tool is a pneumatic vibration tool whose tip is vibrated by air pressure, the tapping strength and the number of vibrations of the tip can be easily adjusted simply by adjusting the air pressure. It becomes possible. Moreover, it becomes possible to form a wide variety of line engraving processes that further reflect various groove depths and curves by machining.

また、本発明の機械加工方法は、上記切削機械は、6軸自由度の加工機能を有することが好ましい。   In the machining method of the present invention, it is preferable that the cutting machine has a machining function with 6-axis freedom.

また、本発明の機械加工装置は、上記切削機械は、6軸自由度の加工機能を有することが好ましい。   In the machining apparatus of the present invention, it is preferable that the cutting machine has a machining function with 6-axis freedom.

上記の各構成によれば、切削機械が6軸自由度の加工機能を有することにより、様々な溝深さや曲線などをさらに反映した多種多様な線彫り加工を、機械加工にて形成することが可能となる。   According to each of the above configurations, since the cutting machine has a machining function with six-axis freedom, a wide variety of line engraving processes that further reflect various groove depths and curves can be formed by machining. It becomes possible.

以上のように、本発明の機械加工方法は、切削機械の切削工具装着部分に、工具軸に平行な方向に先端部が振動する振動工具を装着する第1ステップと、溝深さの情報を含む加工する模様の加工模様データ、被加工物の表面の表面形状データ、および上記振動工具の先端部の先端形状データに基づいて、加工時に上記振動工具の先端部を上記被加工物の表面に接触させるときの当該接触点における、上記振動工具の工具軸と上記被加工物の表面の法線とがなす傾斜角度を演算する第2ステップと、上記演算した傾斜角度に基づいて、上記振動工具の先端部が上記被加工物の表面に接触する姿勢を制御する第3ステップとを含み、上記第3ステップ時に上記振動工具の姿勢を制御しながら、振動する上記振動工具の先端部の打撃によって上記被加工物の表面に塑性変形を生じさせることにより、上記加工模様データに記される模様を形成する方法である。   As described above, in the machining method of the present invention, the first step of mounting the vibration tool whose tip portion vibrates in the direction parallel to the tool axis on the cutting tool mounting portion of the cutting machine, and the groove depth information. Based on the processing pattern data of the pattern to be processed, the surface shape data of the surface of the workpiece, and the tip shape data of the tip of the vibration tool, the tip of the vibration tool is brought to the surface of the workpiece during processing. A second step of calculating an inclination angle formed by a tool axis of the vibration tool and a normal line of the surface of the workpiece at the contact point at the time of contact; and the vibration tool based on the calculated inclination angle. And a third step for controlling the posture of the tip of the vibrating tool in contact with the surface of the workpiece, and by controlling the posture of the vibrating tool during the third step, by hitting the tip of the vibrating tool that vibrates. Above By causing plastic deformation on the surface of the engineering material, a method of forming a pattern that is described in the working pattern data.

また、本発明の機械加工装置は、切削機械の切削工具装着部分に装着され、工具軸に平行な方向に先端部が振動する振動工具と、溝深さの情報を含む加工する模様の加工模様データ、被加工物の表面の表面形状データ、および上記振動工具の先端部の先端形状データを少なくとも格納する加工データ格納部と、上記加工模様データ、上記表面形状データ、および上記先端形状データに基づいて、加工時に上記振動工具の先端部を上記被加工物の表面に接触させるときの当該接触点における、上記振動工具の工具軸と上記被加工物の表面の法線とがなす傾斜角度を演算する傾斜角度演算手段と、上記演算された傾斜角度に基づいて、上記振動工具の先端部が上記被加工物の表面に接触する姿勢を制御する姿勢制御手段とを備え、上記姿勢制御手段が上記振動工具の姿勢を制御しながら、振動する上記振動工具の先端部の打撃によって上記被加工物の表面に塑性変形を生じさせることにより、上記加工模様データに記される模様を形成する構成である。   In addition, the machining apparatus of the present invention is mounted on a cutting tool mounting portion of a cutting machine and has a vibration tool whose tip portion vibrates in a direction parallel to the tool axis, and a machining pattern including a groove depth information to be machined. Based on the machining data storage unit that stores at least data, surface shape data of the surface of the workpiece, and tip shape data of the tip of the vibration tool, the machining pattern data, the surface shape data, and the tip shape data And calculating the inclination angle formed by the tool axis of the vibration tool and the normal of the surface of the workpiece at the contact point when the tip of the vibration tool is brought into contact with the surface of the workpiece during machining. And an attitude control means for controlling the attitude of the tip of the vibration tool in contact with the surface of the workpiece based on the calculated inclination angle, Is configured to form a pattern described in the machining pattern data by causing plastic deformation on the surface of the workpiece by striking the tip of the vibrating tool while vibrating while controlling the posture of the vibrating tool It is.

それゆえ、被加工物の表面には、加工模様データ、表面形状データ、および先端形状データに基づいて算出された傾斜角度に応じて振動工具の姿勢が制御されながら、加工模様データに記される模様が塑性加工されていくので、自由曲面の加工表面であっても、一定深さの機械加工ではない、様々な溝深さや曲線などを反映した多種多様な線彫り加工を、機械加工にて形成することができるという効果を奏する。   Therefore, on the surface of the workpiece, the posture of the vibration tool is controlled according to the inclination angle calculated based on the machining pattern data, the surface shape data, and the tip shape data, and is recorded in the machining pattern data. Since the pattern is plastically processed, a wide variety of line engraving processes that reflect various groove depths and curves, etc., which are not machined at a fixed depth, even on a free-form surface, can be machined. There is an effect that it can be formed.

また、切削ではなく、振動する振動工具の先端部の打撃によって被加工物の表面に塑性変形を生じさせることにより、加工模様データに記される模様が形成されている。それゆえ、切り屑の発生を防止することができるという効果を奏する。しかも、バリ取りなどの後工程を削減することができるという効果を奏する。   In addition, the pattern described in the machining pattern data is formed by causing plastic deformation on the surface of the workpiece by hitting the tip of the vibrating tool that vibrates instead of cutting. Therefore, there is an effect that generation of chips can be prevented. In addition, there is an effect that post-processes such as deburring can be reduced.

本発明の一実施形態について図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明は、様々な加工条件を入力可能な6軸NC工作機械と空圧式振動鏨工具とを備え、上記加工条件を調整しながら、空圧式振動鏨工具によって被加工物の表面を叩いて塑性変形を生じさせることにより、被加工物の表面を加工することを特徴としている。   The present invention comprises a 6-axis NC machine tool capable of inputting various machining conditions and a pneumatic vibratory tool, and plastically strikes the surface of the workpiece with the pneumatic vibratory tool while adjusting the machining conditions. It is characterized by processing the surface of the workpiece by causing deformation.

また、本発明は、特に、彫金によって形成された立体曲面上の紋様線を形成加工することに優れている。例えば、日本における伝統的な建築物には、鏨(たがね)を用いて彫金の技を使った装飾金具、例えば、社寺などにおいて使用されている唄などが使用されている。この唄は、その表面が、紋様が彫金された曲面形状となっている。彫金には、蹴り彫りや魚々子などの技法があり、職人技が必要とされる。紋様は、直線や曲線、削りの深浅が入り混じった複雑な形状を有している。本発明は、唄の表面に彫られている紋様を、機械加工により復元することが可能となっている。   In addition, the present invention is particularly excellent in forming and processing a pattern line on a solid curved surface formed by engraving. For example, in traditional buildings in Japan, ornamental metal fittings that use engraving techniques using caskets, such as caskets used in shrines and temples, are used. The surface of this coral has a curved surface with engraved patterns. Engraving has techniques such as kicking and fish, and requires craftsmanship. The pattern has a complicated shape with a mixture of straight lines, curves, and shaving depth. In the present invention, the pattern carved on the surface of the ridge can be restored by machining.

まず始めに、本実施の形態の機械加工装置の構成を説明し、その後、該機械加工装置を用いた加工方法について説明する。   First, the configuration of the machining apparatus according to the present embodiment will be described, and then a machining method using the machining apparatus will be described.

本実施の形態の機械加工装置は、図1に示す、工具経路データ記憶部101(加工データ格納部)、被加工物形状データ記憶部102(加工データ格納部)、工具形状データ記憶部103(加工データ格納部)、傾斜角度演算部104(傾斜角度演算手段)、工具姿勢制御部105(姿勢制御手段)、および6軸NC工作機械100(切削機械)と、図2に示す、6軸NC工作機械100に装着される空圧式振動鏨工具200(振動工具)とを備え構成されている。   The machining apparatus according to the present embodiment includes a tool path data storage unit 101 (processing data storage unit), a workpiece shape data storage unit 102 (processing data storage unit), and a tool shape data storage unit 103 (shown in FIG. 1). Machining data storage section), tilt angle calculation section 104 (tilt angle calculation means), tool posture control section 105 (posture control means), and 6-axis NC machine tool 100 (cutting machine), and a 6-axis NC shown in FIG. A pneumatic vibration tool 200 (vibration tool) mounted on the machine tool 100 is provided.

図1は、本実施の形態の機械加工装置の構成を示す機能ブロック図である。   FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the machining apparatus according to the present embodiment.

工具経路データ記憶部101は、職人が彫金した紋様線の加工経路データを格納する記憶部である。上記紋様線の加工経路データには、実際の紋様線をマウスペンでなぞってトレースして取り込んだ曲線データと、職人が彫金した紋様線を写真などで記録した画像を用いて、該画像の濃淡から紋様線の溝形状を算出した溝形状データとが含まれる。但し、これらに限らず、紋様線のデータの取り込み方法は限定しない。また、新規作成した紋様線の加工経路データでもよく、新規に紋様線のデータを作成すれば、人間の技では不可能な打痕を形成することが可能となる。   The tool path data storage unit 101 is a storage unit that stores processing path data of a pattern line engraved by a craftsman. The processing line data of the above pattern line uses the curve data obtained by tracing the actual pattern line with a mouse pen and captured, and the image of the pattern line engraved by the craftsman using a photograph or the like. And groove shape data obtained by calculating the groove shape of the pattern line. However, the present invention is not limited to this, and the method for capturing pattern line data is not limited. In addition, newly created pattern line processing path data may be used, and by newly creating pattern line data, it becomes possible to form a dent that is impossible with human skill.

被加工物形状データ記憶部102は、被加工物の加工する表面の形状データを格納する記憶部である。表面形状は、どのような形状でも対応可能であり、例えば、自由曲面であっても本発明では問題なく適用可能である。   The workpiece shape data storage unit 102 is a storage unit that stores shape data of a surface processed by the workpiece. Any shape can be used as the surface shape. For example, even a free-form surface can be applied without any problem in the present invention.

工具形状データ記憶部103は、空圧式振動鏨工具200の先端部の形状データを格納する記憶部である。なお、空圧式振動鏨工具200の詳細な構成については後述する。   The tool shape data storage unit 103 is a storage unit that stores shape data of the tip portion of the pneumatic vibrating tool 200. The detailed configuration of the pneumatic vibrating tool 200 will be described later.

傾斜角度演算部104は、空圧式振動鏨工具200の先端部が被加工物の表面に接した地点における、空圧式振動鏨工具200の工具軸と被加工物の表面の法線との間の傾斜角度を演算する。詳細には、傾斜角度演算部104は、工具経路データ記憶部101、被加工物形状データ記憶部102、および工具形状データ記憶部103に格納されている各データを参照しながら、紋様線を形成するような打痕が生じるように空圧式振動鏨工具200の先端部が表面に当たるためには、工具軸が法線からどれくらいの角度で傾斜すればよいかを演算する。傾斜角度演算部104は、演算した角度を工具姿勢制御部105に供給する。   The inclination angle calculation unit 104 is located between the tool axis of the pneumatic vibrating rod tool 200 and the normal of the surface of the workpiece at the point where the tip of the pneumatic vibrating rod tool 200 is in contact with the surface of the workpiece. Calculate the tilt angle. Specifically, the inclination angle calculation unit 104 forms a pattern line while referring to each data stored in the tool path data storage unit 101, the workpiece shape data storage unit 102, and the tool shape data storage unit 103. In order for the tip of the pneumatic vibrating tool 200 to come into contact with the surface so as to generate such a dent, it is calculated how much the tool axis should be inclined from the normal line. The tilt angle calculation unit 104 supplies the calculated angle to the tool posture control unit 105.

工具姿勢制御部105は、傾斜角度演算部104から供給された角度に基づいて6軸NC工作機械100が加工を行うように、空圧式振動鏨工具200の先端部が被加工物の表面に接触する姿勢を制御する。   The tool posture control unit 105 is configured such that the tip of the pneumatic vibration tool 200 contacts the surface of the workpiece so that the 6-axis NC machine tool 100 performs processing based on the angle supplied from the tilt angle calculation unit 104. Control the posture.

6軸NC工作機械100は、6軸自由度を有する、入力データに基づいて自動的に被加工物を切削加工する工作機械である。NCとはNumerical Control(数値制御)の略で、目的とする加工工程を、数値と符号とにより命令し、自動制御装置およびコンピュータを使用して自動加工させる工作機械である。   The 6-axis NC machine tool 100 is a machine tool that has a 6-axis degree of freedom and automatically cuts a workpiece based on input data. NC is an abbreviation for Numerical Control, which is a machine tool that commands a desired machining process with a numerical value and a sign and performs automatic machining using an automatic control device and a computer.

また、6軸NC工作機械100は、刃(バイト)を装着する部分に、刃の替わりに空圧式振動鏨工具200を装着できるものであればよく、汎用のものを用いればよい。さらに、6軸方向の制御には、6軸NC工作機械100に適用可能な汎用の切削用ソフトウェアを利用すればよい。   In addition, the 6-axis NC machine tool 100 may be any machine that can attach the pneumatic vibration scissors tool 200 to the part to which the blade is attached instead of the blade, and may use a general-purpose machine. Furthermore, general-purpose cutting software applicable to the 6-axis NC machine tool 100 may be used for the control in the 6-axis direction.

6軸とは、X軸、Y軸、およびZ軸の互いに直行する直線送り軸と、A軸、B軸、およびC軸の回転送り軸とである。A軸はX軸周りの回転送り軸であり、B軸はY軸周りの回転送り軸であり、C軸はZ軸周りの回転送り軸である。また、本発明は、被加工物をテーブル(加工台)に設置し、空圧式振動鏨工具200とテーブル(すなわち被加工物)との間で相対送りを行って、被加工物の表面に機械加工を行うものであるものであればよく、その相対送りの制御は限定しない。   The six axes are a linear feed axis that is orthogonal to the X, Y, and Z axes, and a rotary feed axis that is an A axis, a B axis, and a C axis. The A axis is a rotation feed axis around the X axis, the B axis is a rotation feed axis around the Y axis, and the C axis is a rotation feed axis around the Z axis. In addition, the present invention places a work piece on a table (working table), performs relative feeding between the pneumatic vibration tool 200 and the table (that is, the work piece), and places a machine on the surface of the work piece. What is necessary is just to process, and the control of the relative feed is not limited.

なお、本発明では、この6軸NC工作機械100の刃を装着する部分に、空圧式振動鏨工具200を装着して用いることにより、汎用機の新しい利用法を見出し有効利用しながら、新たな効果を生み出すことが可能となっている。   In the present invention, a new method of using a general-purpose machine can be found and effectively used by attaching a pneumatic vibration tool 200 to a portion where the blade of the 6-axis NC machine tool 100 is mounted. It is possible to produce an effect.

空圧式振動鏨工具200は、空気の圧力によって、先端部が工具軸に平行な方向に振動する工具である。図2は、空圧式振動鏨工具200の一構成例を示す断面図である。   The pneumatic vibrating rod tool 200 is a tool whose tip portion vibrates in a direction parallel to the tool axis due to air pressure. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the pneumatic vibrating tool 200.

空圧式振動鏨工具200は、図2に示すように、ホルダ201、キャップ202、および先端工具203(先端部)により構成されている。なお、空圧式振動鏨工具200の中心を通る軸を工具軸204とする。   As shown in FIG. 2, the pneumatic vibration scissor tool 200 includes a holder 201, a cap 202, and a tip tool 203 (tip portion). Note that an axis passing through the center of the pneumatic vibration tool 200 is a tool axis 204.

また、空圧式振動鏨工具200は、キャップ202に先端部となる先端工具203が取り付けられ、このキャップ202とホルダ201とが嵌め合うことによって組み立てられている。先端工具203は、固定されておらず、キャップ202とホルダ201とにより形成された内部空間において、工具軸204に平行な方向に沿って上下に移動可能となっている。なお、先端工具203は振動することになるので、ホルダ201とキャップ202に当たる部分にはゴム製のワッシャーを間に挟む。   Further, the pneumatic vibrating tool 200 is assembled by attaching a tip tool 203 as a tip portion to a cap 202 and fitting the cap 202 and the holder 201 together. The tip tool 203 is not fixed, and can move up and down along a direction parallel to the tool axis 204 in an internal space formed by the cap 202 and the holder 201. Since the tip tool 203 vibrates, a rubber washer is sandwiched between the holder 201 and the cap 202.

ここで、図3を参照しながら、先端工具203の移動原理について説明する。図3(a)は先端工具203が下降している場合を示し、図3(b)は先端工具203が上昇している場合を示している。   Here, the principle of movement of the tip tool 203 will be described with reference to FIG. FIG. 3A shows a case where the tip tool 203 is lowered, and FIG. 3B shows a case where the tip tool 203 is raised.

図3(a)では、ホルダ201に形成された空気穴から加えられた空気圧が、矢印の方向に進み、先端工具203に形成された空気穴を介して、先端工具203とホルダ201との間の空間に流入される。   In FIG. 3A, the air pressure applied from the air hole formed in the holder 201 advances in the direction of the arrow, and passes between the tip tool 203 and the holder 201 via the air hole formed in the tip tool 203. Into the space.

これにより、空気圧が大きくなるにつれて、先端工具203に加わる圧力も大きくなり、先端工具203を下降させる作用が働く。一方、このとき、先端工具203とキャップ202との間の空間に空気圧を流入させる空気穴は、互いの壁によって塞がれる(X部分)。   Thereby, as the air pressure increases, the pressure applied to the tip tool 203 also increases, and the action of lowering the tip tool 203 works. On the other hand, at this time, the air hole into which the air pressure flows into the space between the tip tool 203 and the cap 202 is closed by the mutual wall (X portion).

続いて、先端工具203が下降すると、図3(b)に示すように、上記下降させる空気圧の通り道であったホルダ201に形成された空気穴と先端工具203に形成された空気穴とが、互いの壁によって塞がれる(Y部分)。   Subsequently, when the tip tool 203 is lowered, as shown in FIG. 3 (b), an air hole formed in the holder 201 which is a passage of the air pressure to be lowered and an air hole formed in the tip tool 203 are They are closed by the walls of each other (Y portion).

一方、先端工具203が下降することによって、先端工具203とキャップ202との間の空間に空気圧を流入させる空気穴が開通する。この場合、図3(b)の矢印に示すように、空気圧の通り道が変化することになる。このため、空気圧が大きくなるにつれて、先端工具203に加わる圧力も大きくなり、先端工具203を上昇させる作用が働く。   On the other hand, when the tip tool 203 is lowered, an air hole through which air pressure flows into the space between the tip tool 203 and the cap 202 is opened. In this case, as indicated by the arrow in FIG. 3B, the path of air pressure changes. For this reason, as the air pressure increases, the pressure applied to the tip tool 203 also increases, and the action of raising the tip tool 203 works.

続いて、先端工具203が上昇すると、上記上昇させる空気圧の通り道であった抜け穴が塞がれ、上記下降させる空気圧の通り道が開通する。このように、空気圧を加えて、図3(a)および図3(b)に示した作用を繰り返すことにより、工具軸204に沿った、先端工具203の上下の移動すなわち振動を得ることが可能となっている。なお、空圧式振動鏨工具200には、空気穴に送る空気圧を調整する、例えば、空気圧調整回路などが接続されている。   Subsequently, when the tip tool 203 is raised, the loophole that was the passage of the increased air pressure is blocked, and the passage of the lowered air pressure is opened. In this way, by applying air pressure and repeating the action shown in FIGS. 3A and 3B, it is possible to obtain vertical movement, that is, vibration of the tip tool 203 along the tool axis 204. It has become. The pneumatic vibration tool 200 is connected to, for example, an air pressure adjusting circuit that adjusts the air pressure sent to the air hole.

ここで、先端工具203の先端形状は、限定することをなく、様々な形状および角度を組み合わせて決定することが好ましい。例えば、山形や船底形などの各種の形状を、設計に応じて設計することができる。実際に、鏨の形状は、職人や彫金技法などに応じて色々な種類があるものである。   Here, the tip shape of the tip tool 203 is not limited and is preferably determined by combining various shapes and angles. For example, various shapes such as a mountain shape and a ship bottom shape can be designed according to the design. Actually, there are various kinds of shapes of cocoons depending on craftsmen and engraving techniques.

次に、上記機械加工装置を用いた加工方法について説明する。なお、被加工物は金属からなるものとする。   Next, the processing method using the said machining apparatus is demonstrated. The workpiece is made of metal.

ところで、金属からなる被加工物は、素材から形状を形成してみがき加工が完了するまでの間に多数の工程を経ている。そこで、この説明では、表面がボールエンドミルにて加工された曲面形状を有する被加工物に、紋様線を形成加工していくとする。   By the way, a workpiece made of metal has undergone a number of processes until a shape is formed from a material and polishing is completed. Therefore, in this description, it is assumed that a pattern line is formed on a workpiece having a curved surface whose surface is processed by a ball end mill.

なお、被加工物に対する曲面形状の加工は、ボールエンドミルを装着した6軸NC工作機械100にて行われる。それゆえ、被加工物に曲面形状を加工後、6軸NC工作機械100に装着されたボールエンドミルを取り外し、空圧式振動鏨工具200を装着することより、引き続き同じ6軸NC工作機械100を用いることが可能となっている。つまりは、同じ6軸NC工作機械100にて、空圧式振動鏨工具200と被加工物との間で相対送りを行って、形状加工した被加工物の曲面上に紋様線の仕上げ加工を行うことが可能となっている。   The curved surface of the workpiece is machined by a 6-axis NC machine tool 100 equipped with a ball end mill. Therefore, after processing the curved surface shape on the workpiece, the ball end mill attached to the 6-axis NC machine tool 100 is removed, and the pneumatic vibration tool 200 is attached, so that the same 6-axis NC machine tool 100 is continuously used. It is possible. That is, the same 6-axis NC machine tool 100 performs relative feeding between the pneumatic vibration tool 200 and the work piece, and finishes the pattern line on the curved surface of the shaped work piece. It is possible.

なお、別に入手した、曲面形状が加工された被加工物を使用しても構わない。この場合、被加工物を、加工面が露出するように、6軸NC工作機械100の加工台にジグなどを使用して取り付ければよい。   In addition, you may use the workpiece which curved surface shape which was obtained separately was processed. In this case, the workpiece may be attached to the processing table of the 6-axis NC machine tool 100 using a jig or the like so that the processing surface is exposed.

上記準備された状態において、様々な加工条件を調整し、6軸NC工作機械100に作動開始の指令を与えれば、自動的に機械加工が行われ、被加工物の表面に紋様線を加工することが可能となっている。   In the prepared state, if various machining conditions are adjusted and an operation start command is given to the 6-axis NC machine tool 100, the machining is automatically performed and a pattern line is machined on the surface of the workpiece. It is possible.

続いて、鏨により彫金された曲面上の紋様線を機械加工によって復元する場合の加工条件について、詳細に説明していく。   Next, the processing conditions for restoring the pattern line on the curved surface engraved with the scissors by machining will be described in detail.

6軸NC工作機械100に空圧式振動鏨工具200を装着した後、各種の方法で取り込んだ溝深さの情報を含む紋様線の加工模様データを、工具経路データ記憶部101に格納する。また、加工された被加工物の曲面形状データを、被加工物形状データ記憶部102に格納する。さらに、装着した空圧式振動鏨工具200の先端工具203の先端形状データを、工具形状データ記憶部103に格納する。   After the pneumatic vibration tool 200 is mounted on the 6-axis NC machine tool 100, pattern line machining pattern data including groove depth information captured by various methods is stored in the tool path data storage unit 101. Further, the curved surface shape data of the processed workpiece is stored in the workpiece shape data storage unit 102. Further, the tip shape data of the tip tool 203 of the mounted pneumatic vibration tool 200 is stored in the tool shape data storage unit 103.

次いで、空圧式振動鏨工具200は、曲面形状の表面301に接触して加工を行う際、工具軸ベクトルが法線ベクトルに対して一定の傾斜角度θを有して傾くように配置される。   Next, when the pneumatic vibration tool 200 is in contact with the curved surface 301 for machining, the tool axis vector is arranged to tilt with a constant inclination angle θ with respect to the normal vector.

図4は、空圧式振動鏨工具200を被加工物300の表面301に接触させたときの当該接触点における、各方向の概念を示す図である。   FIG. 4 is a diagram illustrating the concept of each direction at the contact point when the pneumatic vibrating tool 200 is brought into contact with the surface 301 of the workpiece 300.

被加工物300は、曲面形状に加工された表面301において、ある位置毎に、進行方向ベクトル、垂直ベクトル、および法線ベクトルが存在する。   The workpiece 300 has a traveling direction vector, a vertical vector, and a normal vector for each position on the surface 301 processed into a curved surface.

進行方向ベクトルは、空圧式振動鏨工具200の進行方向のベクトルである。垂直ベクトルは、進行方向ベクトルおよび法線ベクトルに直交し、かつ、曲面形状の表面301に対して接線方向のベクトルである。法線ベクトルは、進行方向ベクトルおよび垂直ベクトルに直交し、かつ、曲面形状の表面301に対して法線方向のベクトルである。   The traveling direction vector is a vector in the traveling direction of the pneumatic vibrating tool 200. The vertical vector is a vector that is orthogonal to the traveling direction vector and the normal vector and is tangential to the curved surface 301. The normal vector is a vector orthogonal to the traveling direction vector and the vertical vector and in the normal direction with respect to the curved surface 301.

一方、空圧式振動鏨工具200と被加工物300との相対的な位置関係は、6軸NC工作機械100によって6軸制御が可能となっている。また、空圧式振動鏨工具200は、工具軸に沿って振動する。工具軸ベクトルは、工具軸方向のベクトルである。   On the other hand, the relative positional relationship between the pneumatic vibrating tool 200 and the workpiece 300 can be controlled by the 6-axis NC machine tool 100 in 6 axes. Further, the pneumatic vibrating tool 200 vibrates along the tool axis. The tool axis vector is a vector in the tool axis direction.

また、一例として、進行方向ベクトルに垂直な平面において、空圧式振動鏨工具200を法線ベクトルに対し左右に傾斜させた場合の先端部分の拡大図を図5に示す。空圧式振動鏨工具200は、図5に示すように、常に、工具軸ベクトルが、法線ベクトルに対して与えられた傾斜角度θを有するように配置されている。   As an example, FIG. 5 shows an enlarged view of the tip portion when the pneumatic vibration tool 200 is tilted left and right with respect to the normal vector in a plane perpendicular to the traveling direction vector. As shown in FIG. 5, the pneumatic vibrating tool 200 is always arranged such that the tool axis vector has a tilt angle θ given to the normal vector.

ここで、上記傾斜角度θは、傾斜角度演算部104が、工具経路データ記憶部101に格納された加工模様データ、被加工物形状データ記憶部102に格納された曲面形状データ、および工具形状データ記憶部103に格納された先端形状データに基づいて演算した角度である。   Here, the inclination angle θ is calculated by the inclination angle calculation unit 104, the machining pattern data stored in the tool path data storage unit 101, the curved surface shape data stored in the workpiece shape data storage unit 102, and the tool shape data. The angle is calculated based on the tip shape data stored in the storage unit 103.

この傾斜角度θに基づいて、工具姿勢制御部105が、空圧式振動鏨工具200の姿勢を制御しながら、加工模様データに記される紋様線が加工されていく。続いて、図6を参照しながら、この空圧式振動鏨工具200の姿勢の制御について説明する。   Based on the inclination angle θ, the tool attitude control unit 105 controls the attitude of the pneumatic vibration tool 200, and the pattern line described in the machining pattern data is processed. Subsequently, the control of the attitude of the pneumatic vibration tool 200 will be described with reference to FIG.

図6(a)では、工具軸ベクトルは、法線ベクトルおよび進行方向ベクトルにより形成される面に対して、左右方向に傾斜している。この場合、象嵌のような加工溝の形成のために好適となっている。図6(b)では、工具軸ベクトルは、法線ベクトルおよび垂直ベクトルにより形成される面に対して、左右方向に傾斜している。   In FIG. 6A, the tool axis vector is inclined in the left-right direction with respect to the surface formed by the normal vector and the traveling direction vector. In this case, it is suitable for forming a processed groove such as an inlay. In FIG. 6B, the tool axis vector is inclined in the left-right direction with respect to the plane formed by the normal vector and the vertical vector.

空圧式振動鏨工具200の姿勢の制御においては、図6(a)および図6(b)に示すように、空圧式振動鏨工具200は、空圧式振動鏨工具200の刃先角度が同じで、仮想の刃先径がゼロのテーパ状回転工具250として用いられる。図6(a)および図6(b)では、テーパ状回転工具250を点線で示している。   In the control of the attitude of the pneumatic vibration hammer tool 200, as shown in FIGS. 6A and 6B, the pneumatic vibration hammer tool 200 has the same blade edge angle as the pneumatic vibration hammer tool 200. It is used as a tapered rotary tool 250 having a virtual cutting edge diameter of zero. In FIG. 6A and FIG. 6B, the tapered rotary tool 250 is indicated by a dotted line.

そして、工具姿勢制御部105は、このテーパ状回転工具250の仮想の刃先が、被加工物300の表面301に接した地点において、傾斜角度演算部104にて演算された傾斜角度θに基づいて、空圧式振動鏨工具200の姿勢の制御を行っている。   Then, the tool posture control unit 105 is based on the inclination angle θ calculated by the inclination angle calculation unit 104 at a point where the virtual cutting edge of the tapered rotary tool 250 is in contact with the surface 301 of the workpiece 300. The attitude of the pneumatic vibration tool 200 is controlled.

また、空圧式振動鏨工具200の傾斜に伴い、工具姿勢制御部105が、テーパ状回転工具250と被加工物300との干渉計算を行って、空圧式振動鏨工具200による加工幅を逐一計算しながら、紋様線の加工幅が一定となるように工具軸方向の加工深さを制御している。   Further, along with the inclination of the pneumatic vibration tool 200, the tool attitude control unit 105 calculates the interference between the tapered rotary tool 250 and the workpiece 300, and calculates the machining width of the pneumatic vibration tool 200 one by one. However, the processing depth in the tool axis direction is controlled so that the processing width of the pattern line is constant.

そして、工具姿勢制御部105が空圧式振動鏨工具200の姿勢を制御している状態において、空圧式振動鏨工具200の先端工具203の振動により、先端工具203が表面301を叩くことによって、表面301に塑性変形が生じ、打痕が形成されることになる。   Then, in a state where the tool posture control unit 105 controls the posture of the pneumatic vibration hammer tool 200, the tip tool 203 hits the surface 301 by the vibration of the tip tool 203 of the pneumatic vibration hammer tool 200. Plastic deformation occurs in 301, and a dent is formed.

なお、傾斜角度演算部104は、傾斜角度θがゼロであると演算する場合もあるので、工具軸ベクトルが法線ベクトルに対して同方向に位置しながら、空圧式振動鏨工具200の姿勢を制御する場合もある。   Since the tilt angle calculation unit 104 may calculate that the tilt angle θ is zero, the posture of the pneumatic vibrating tool 200 is determined while the tool axis vector is positioned in the same direction with respect to the normal vector. There is also a case to control.

また、工具姿勢制御部105が空圧式振動鏨工具200の姿勢を制御している際に、6軸NC工作機械100にて空圧式振動鏨工具200の先端工具203の振動周波数に対して、先端工具203と被加工物300の表面301との間の相対的な送り速度を制御することにより、連続線あるいは破断線の紋様を加工することが可能となる。つまりは、送り速度を遅くすれば連続紋様線を塑性加工することが可能となり、速い場合には破断紋様線を塑性加工することが可能となる。   Further, when the tool posture control unit 105 is controlling the posture of the pneumatic vibration tool 200, the tip of the tip tool 203 of the pneumatic vibration tool 200 with respect to the vibration frequency is controlled by the 6-axis NC machine tool 100. By controlling the relative feed rate between the tool 203 and the surface 301 of the workpiece 300, it is possible to process a pattern of continuous lines or broken lines. In other words, if the feed rate is slow, the continuous pattern line can be plastically processed, and if it is fast, the fracture pattern line can be plastically processed.

続いて、空圧式振動鏨工具200の先端工具203の先端形状に応じた打痕の形状を図7および8に示す。   Subsequently, the shape of the dent according to the tip shape of the tip tool 203 of the pneumatic vibrating tool 200 is shown in FIGS.

図7(a)は、山形鏨工具の外観を示しており、(b)は、山形鏨工具による打痕の形状を示している。   Fig.7 (a) has shown the external appearance of the Yamagata tack tool, and (b) has shown the shape of the dent by a Yamagata tack tool.

山形鏨工具は、その工具軸ベクトルが、被加工物300の法線ベクトルから傾斜角度を有する姿勢に制御されながら、被加工物300の表面301を叩く。これにより、被加工物300の表面301には、三角錐状に塑性変形した打痕が形成される。また、この場合、加工ピッチPが大きくなるように調整することにより、破断した曲線が形成される。   The Yamagata hammer tool hits the surface 301 of the workpiece 300 while its tool axis vector is controlled to a posture having an inclination angle from the normal vector of the workpiece 300. Thereby, a dent that is plastically deformed in a triangular pyramid shape is formed on the surface 301 of the workpiece 300. In this case, a broken curve is formed by adjusting the machining pitch P to be large.

図8(a)は、船底形鏨工具の外観を示しており、(b)は、船底形鏨工具による打痕の形状を示している。   FIG. 8A shows the appearance of the ship-bottom dredge tool, and FIG. 8B shows the shape of a dent by the ship-bottom dredge tool.

船底形鏨工具も山形鏨工具と同様に、その工具軸ベクトルが、被加工物300の法線ベクトルから傾斜角度を有する姿勢に制御されながら、被加工物300の表面301を叩く。これにより、被加工物300の表面301には、船底の形状に塑性変形した打痕が形成される。また、この場合、加工ピッチPが小さくなるように調整することにより、連続した曲線が形成される。なお、連続および不連続を組み合わせることにより、ぼかし加工が可能となる。   Similarly to the mountain-shaped tack tool, the ship-bottom kite tool hits the surface 301 of the workpiece 300 while its tool axis vector is controlled to have a tilt angle from the normal vector of the workpiece 300. Thereby, a dent that is plastically deformed into the shape of the ship bottom is formed on the surface 301 of the workpiece 300. In this case, a continuous curve is formed by adjusting the processing pitch P to be small. Note that blurring can be performed by combining continuous and discontinuous.

また、空圧式振動鏨工具200の工具軸に平行方向の所定の軸に対して、空圧式振動鏨工具200に回転の制御を追加することにより、さらに他の形状の打痕を形成加工することが可能となる。   In addition, by adding control of rotation to the pneumatic vibration tool 200 with respect to a predetermined axis parallel to the tool axis of the pneumatic vibration tool 200, another form of dent is formed and processed. Is possible.

図9は、山形鏨工具を用いて回転の制御を追加した場合の、打痕の形状を示す図である。この場合、回転角度θrにて左右交互に回転する制御を追加することにより、入力された加工模様データの紋様線の経路に沿って左右交互に打痕を形成させた加工、すなわち千鳥紋様線加工を行うことが可能となっている。   FIG. 9 is a diagram showing the shape of the dent when rotation control is added using a chevron scissors tool. In this case, by adding control to rotate left and right alternately at the rotation angle θr, a process in which dents are alternately formed on the left and right along the path of the pattern line of the input machining pattern data, that is, a staggered pattern line process It is possible to do.

図10は、船底形鏨工具を用いて回転の制御を追加した場合の、打痕の形状を示す図である。この場合、回転角度θrにて左右交互に回転する制御を追加することにより、枝葉紋様線加工を行うことが可能となっている。   FIG. 10 is a diagram showing the shape of a dent when rotation control is added using a ship-bottom dredge tool. In this case, it is possible to perform branch and leaf pattern processing by adding control that rotates alternately at the rotation angle θr.

また、空圧式振動鏨工具200に送る空気圧を調整することにより、先端工具203の叩き強度や振動回数を容易に調整することが可能である。さらに、表面301と先端工具203との接触の距離を調整することによって、叩きの強さを調整することも可能となる。つまりは、表面301と先端工具203との接触の距離を離せば、軽い打点を形成し、近づければ(押し込めば)、強い打点を形成することが可能となる。   Further, by adjusting the air pressure sent to the pneumatic vibrating tool 200, it is possible to easily adjust the hitting strength and the number of vibrations of the tip tool 203. Further, by adjusting the contact distance between the surface 301 and the tip tool 203, it is possible to adjust the strength of hitting. In other words, if the contact distance between the surface 301 and the tip tool 203 is increased, a light hitting point can be formed, and if close (push in), a strong hitting point can be formed.

以上、加工地点が進行方向に進むことによる法線ベクトルの方向の変化に伴って追随するように、工具軸ベクトルを法線ベクトルに対して同方向または一定角度傾斜させながら、先端工具203の振動によって被加工物300の表面301を叩くことにより塑性変形を生じさせ、紋様線を形成加工することが可能となっている。また、様々な加工条件を調整することにより、打痕を様々な形状で形成して、紋様線の復元可能な対応幅を広げることが可能となっている。   As described above, the vibration of the tip tool 203 is performed while the tool axis vector is inclined in the same direction or at a constant angle with respect to the normal vector so as to follow the change in the direction of the normal vector as the machining point advances in the traveling direction. Thus, the surface 301 of the workpiece 300 is hit to cause plastic deformation, and a pattern line can be formed and processed. In addition, by adjusting various processing conditions, it is possible to form dents in various shapes, and to expand the width of correspondence with which pattern lines can be restored.

つまりは、図11に示すように、従来の切削方法では、平面状にデザインした紋様線lを、形状曲面にシートを被せるように法線方向から曲面上に投影することによって、紋様線データを作成していた。そして、この紋様線データに基づいて加工するため、曲線と常に平行した線分で彫っているので、形状曲面の表面から一定の深さkの紋様線しか加工することができなかった。   That is, as shown in FIG. 11, in the conventional cutting method, the pattern line data is obtained by projecting a pattern line l designed in a planar shape onto the curved surface from the normal direction so that the sheet is placed on the curved surface. I was making it. Since processing is performed based on the pattern line data, the pattern line is always carved with a line segment parallel to the curve, so that only a pattern line having a certain depth k can be processed from the surface of the shape curved surface.

これに対し、図12に示すように、本発明では、2次元平面で描いた筆のような太さに変化のある紋様線Lに対し、紋様線の輪郭線Lnから中心線Lmを算出する。そして、算出した中心線Lmを形状曲面に投影するとともに、中心線Lmの法線方向の線幅Wを形状表面からの深さに対応させた紋様線加工データを作成している。これにより、紋様線加工データに基づいて、上記機械加工装置を用いた加工が行われることによって、線幅Wに対応した加工深さの紋様線Dが形成されるので、風合いのある多彩な加工が可能となっている。   On the other hand, as shown in FIG. 12, in the present invention, the center line Lm is calculated from the contour line Ln of the pattern line for the pattern line L having a thickness change like a brush drawn on a two-dimensional plane. . Then, the calculated center line Lm is projected onto the shape curved surface, and pattern line processing data is created in which the line width W in the normal direction of the center line Lm corresponds to the depth from the shape surface. As a result, a pattern line D having a processing depth corresponding to the line width W is formed by performing processing using the machining apparatus based on the pattern line processing data. Is possible.

風合いとは、美術的な工芸品や装飾品が持つ独特の質感であり、機械的に単なるプレスしたようなものではなく、例えば、ぼかした感じや、ソフト感、繊細さなどで表されるものである。   The texture is a unique texture of artistic crafts and decorations, not mechanically just pressed, for example, a blurry feeling, soft feeling, delicateness, etc. It is.

本発明では、先端工具203の先端形状、先端工具203の姿勢を決める傾斜角度や向き、先端工具203の振動回数や叩き強度、先端工具203と被加工物300の表面301との相対的な送り速度や距離、および運転条件などの各種の加工条件のパラメータを調整しながら、被加工物300の表面301に塑性加工を行う。これにより、例えば、連続紋様線、破断紋様線、千鳥紋様線、および枝葉紋様線などの加工形状を組み合わせて、従来にない紋様線の表現が可能となるので、風合いのある紋様線を機械加工にて復元することが可能となっている。   In the present invention, the tip shape of the tip tool 203, the inclination angle and direction that determine the posture of the tip tool 203, the number of vibrations and the hitting strength of the tip tool 203, and the relative feed between the tip tool 203 and the surface 301 of the workpiece 300 Plastic processing is performed on the surface 301 of the workpiece 300 while adjusting parameters of various processing conditions such as speed, distance, and operating conditions. As a result, for example, it is possible to express unprecedented pattern lines by combining processed shapes such as continuous pattern lines, fractured pattern lines, zigzag pattern lines, and branch leaf pattern lines. Can be restored.

また、本発明では、自由曲面をもつ装飾品の表面に紋様線を施す彫金加工、すなわち伝統工芸となっている彫金加工を、自動化することが可能となる。これにより、3次元立体曲面形状加工とその表面に施された紋様線の仕上げ加工とを、同一工程の加工にて完了することが可能となる。   Further, according to the present invention, it is possible to automate the engraving process for applying a pattern line to the surface of an ornament having a free-form surface, that is, the engraving process that is a traditional craft. As a result, the three-dimensional solid curved surface shape processing and the finish processing of the pattern line applied to the surface can be completed by processing in the same process.

さらに、紋様線加工を1回の走査で行うことが可能となるので、加工時間を短縮するとともに加工効率を向上することが可能となる。しかも、機械加工による自動化が可能となるので、彫金加工の職人不足を解消することが可能となる。   Furthermore, since the pattern line processing can be performed by one scanning, the processing time can be shortened and the processing efficiency can be improved. In addition, since automation by machining becomes possible, it becomes possible to solve the shortage of craftsmen in engraving.

また、本発明では、切削ではなく、叩くことにより塑性変形を生じさせて紋様線を加工している。それゆえ、切り屑の発生を防止することが可能となる。しかも、バリ取りなどの後工程が不要となる。   Further, in the present invention, the pattern line is processed by causing plastic deformation by hitting instead of cutting. Therefore, generation of chips can be prevented. In addition, a post-process such as deburring is not necessary.

また、本発明では、汎用の6軸NC工作機械100を用いて、汎用の切削用ソフトウェアを利用しながら、6軸自由度の加工制御を行っている。それゆえ、空圧式振動鏨工具200の先端工具203の形状や振幅などにばらつきがなく一定な精度を確保できれば、本発明は、6軸NC工作機械を切削時に用いたときと同様の加工精度を有することが可能となる。但し、上述したように、本発明は、単に6軸NC工作機械を切削に用いただけでは加工できない、多彩な加工が可能となっている。   In the present invention, a general-purpose 6-axis NC machine tool 100 is used to perform machining control with 6-axis freedom while using general-purpose cutting software. Therefore, if there is no variation in the shape and amplitude of the tip tool 203 of the pneumatic vibration tool 200 and a certain accuracy can be ensured, the present invention has the same processing accuracy as when a 6-axis NC machine tool is used for cutting. It becomes possible to have. However, as described above, the present invention enables a variety of processing that cannot be performed by simply using a 6-axis NC machine tool for cutting.

なお、本発明は、上記空圧式振動鏨工具200を用いているが、これに限らず、叩く機能を、鏨工具側または6軸NC工作機械100側に備えさせればよく、市販のものでも効果を奏することは可能である。   The present invention uses the above-described pneumatic vibration scissors tool 200. However, the present invention is not limited to this, and a hitting function may be provided on the scissors tool side or the 6-axis NC machine tool 100 side. It is possible to produce an effect.

次に、実際に被加工物300を作製し、上述した機械加工装置(機械加工方法)にて、作製した被加工物300を加工した実施例について以下に説明する。なお、本実施例では、被加工物300として唄を用い、該唄に装飾加工した結果を示す。   Next, an example in which the workpiece 300 is actually manufactured and the manufactured workpiece 300 is processed by the above-described machining apparatus (machining method) will be described below. In the present embodiment, a result obtained by using a cocoon as the workpiece 300 and decorating the cocoon is shown.

まず、3次元CAD/CAMシステムでモデリングしたデータを用いて、装飾加工する唄の金型を加工する。そして、完成した金型を用いて100×100×1.2(mm)の銅版をプレスすることによって、唄の下地(被加工物300)を作製する。作製した唄の下地を図13に示す。   First, using a data modeled by a three-dimensional CAD / CAM system, a mold for the decoration is processed. Then, using a completed mold, a 100 × 100 × 1.2 (mm) copper plate is pressed to produce a base for the ridge (workpiece 300). The base of the produced cocoon is shown in FIG.

続いて、3次元CAD/CAMシステムを用いて、モデリングした唄型のソリッドに唄の紋様を投影し、紋様を加工した唄のソリッドモデルを完成する。そして、完成したソリッドモデルを用いて、NC工作機械に入力するための紋様線データを作成する。   Subsequently, using a three-dimensional CAD / CAM system, a cocoon pattern is projected onto the modeled cocoon-shaped solid to complete a solid model of the cocoon processed. Then, using the completed solid model, pattern line data to be input to the NC machine tool is created.

続いて、実際に、上記作成した紋様線データを使用して上記唄の下地に機械加工を行う。ここで、加工結果を比較するために、3種類の機械加工方法を用いる。1つ目は、3軸制御にて、直径2mmのボールエンドミルを用いて切削する機械加工方法である。2つ目は、市販の空圧式振動工具(以下、市販振動工具)を用いた、本発明の機械加工方法である。3つ目は、本発明の空圧式振動鏨工具200を用いた、本発明の機械加工方法である。但し、本実施例では、3軸制御にて実験加工を行った結果を示している。   Subsequently, the substrate is actually machined using the created pattern line data. Here, in order to compare the processing results, three kinds of machining methods are used. The first is a machining method in which cutting is performed using a ball end mill having a diameter of 2 mm under three-axis control. The second is the machining method of the present invention using a commercially available pneumatic vibration tool (hereinafter referred to as a commercially available vibration tool). The third is the machining method of the present invention using the pneumatic vibrating tool 200 of the present invention. However, in the present Example, the result of having performed experimental machining by three-axis control is shown.

最初に1つ目として、上記作成した紋様線データに基づいて、3軸制御にて、直径2mmのボールエンドミルを用いて、上記作成した唄の下地に試験加工した。加工した結果を図14に示す。図14に示すように、加工後の曲線には多くのバリがあり、かなり太い仕上がりとなることがわかった。   First, on the basis of the created pattern line data, the groundwork of the created wrinkle was tested using a ball end mill having a diameter of 2 mm under 3-axis control. The processed result is shown in FIG. As shown in FIG. 14, it was found that the processed curve had many burrs and the finish was considerably thick.

次に2つ目として、上記作成した紋様線データに基づいて、3軸制御にて、市販振動工具を用いた本発明の機械加工方法により、上記作成した唄の下地に試験加工した。加工した結果を図15に示す。この場合、加工時に振動軸のブレがあり、図15に示すように、加工した曲線がぼやけていて、鮮明な曲線にならないことがわかった。   Secondly, based on the created pattern line data, the machined method of the present invention using a commercially available vibration tool was subjected to test machining on the created underlay of the kite under the three-axis control. The processed result is shown in FIG. In this case, it was found that the vibration axis was shaken at the time of processing, and the processed curve was blurred as shown in FIG.

最後に3つ目として、上記作成した紋様線データに基づいて、3軸制御にて、本発明の空圧式振動鏨工具200を用いた本発明の機械加工方法により、上記作成した唄の下地に試験加工した。加工した結果を図16に示す。図16に示すように、加工した曲線自体は叩き出しとは思えないほど、滑らかに1本につながっていることが認められた。   Finally, on the basis of the created pattern line data, the third method is to apply the three-axis control to the foundation of the created kite by the machining method of the present invention using the pneumatic vibration kite tool 200 of the present invention. Test processed. The processed result is shown in FIG. As shown in FIG. 16, it was recognized that the processed curve itself was smoothly connected to one line so as not to be knocked out.

ここで、本実施例において実際に用いた、本発明の空圧式振動鏨工具200の構成について説明しておく。   Here, the configuration of the pneumatic vibrating tool 200 of the present invention actually used in the present embodiment will be described.

空圧式振動鏨工具200は、2次元設計図面を基に3次元CADでモデリングしたデータを用いて、NC工作機械で加工して作成する。空圧式振動鏨工具200は、図2に示す構成を備えている。また、ホルダ201、キャップ202、および先端工具203の材質はSUS304を用いた。   The pneumatic vibration tool 200 is created by machining with an NC machine tool using data modeled by three-dimensional CAD based on a two-dimensional design drawing. The pneumatic vibration tool 200 has a configuration shown in FIG. Moreover, SUS304 was used for the material of the holder 201, the cap 202, and the tip tool 203.

また、先端工具203は、彫る力が最低29.4Nの力が出せるように先端工具の寸法を決定した。先端の形状は、実際に装飾金具の紋様で使われていた、蹴り彫り鏨という先の尖ったものとした。   In addition, the size of the tip tool 203 was determined so that a force of 29.4 N at least can be engraved. The shape of the tip was a pointed point called a sculptured carp that was actually used for the decorative bracket pattern.

続いて、実際に部品を組み立てて、先端工具203が振動するかを確認した後、打痕形状を確認するために、送り速度は一定で圧力を変えながら銅板の表面を加工した。このときの加工した銅板の表面の打痕形状を図17に示す。   Subsequently, after assembling the parts and confirming whether the tip tool 203 vibrates, in order to confirm the shape of the dent, the surface of the copper plate was processed while changing the pressure at a constant feed rate. The dent shape on the surface of the processed copper plate at this time is shown in FIG.

図17の符号a〜eで示す結果は、送り速度は一定で、aから順に、圧力を0.2、0.3、0.4、0.5、0.6(MPa)の5種類で変化させたときの結果を示している。   The results indicated by reference signs a to e in FIG. 17 indicate that the feed rate is constant, and the pressures are five in order from a to 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, and 0.6 (MPa). The result when changing is shown.

図17に示すように、空圧式振動鏨工具200では、圧力とともに振動数が増加し、振動数が増えるにつれて彫った形状は打痕の間隔が短くなり、線がはっきりと描けることが認められた。   As shown in FIG. 17, in the pneumatic vibration tool 200, the frequency increased with the pressure, and as the frequency increased, the carved shape was shortened in the interval between the dents, and it was recognized that the line could be drawn clearly. .

一方、図16に示した加工では、空圧式振動鏨工具200と唄の下地との間の送り速度が遅かったので、点線には見えにくくなっていることがわかった。なお、図17に示したように、空圧式振動鏨工具200の圧力を変化させることにより、図16に示した加工では、加工形状を変化させることが可能になると考えられる。   On the other hand, in the machining shown in FIG. 16, it was found that the feeding speed between the pneumatic vibration scissors tool 200 and the base of the scissors was slow, so that it was difficult to see the dotted line. As shown in FIG. 17, it is considered that the machining shape can be changed in the machining shown in FIG. 16 by changing the pressure of the pneumatic vibrating tool 200.

また、図16に示した加工では、3軸制御のため、先端工具203が当たる角度によって線の太さにばらつきがあるのがわかったが、6軸制御にすれば、さらに滑らかな線が加工されると考えられる。   In addition, in the machining shown in FIG. 16, it was found that the thickness of the line varies depending on the angle with which the tip tool 203 hits due to the 3-axis control. However, with 6-axis control, a smoother line is machined. It is thought that it is done.

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various change is possible in the range shown to the claim. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately changed within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.

本発明は、美術・工芸的な分野における、社寺の金具関係、並びに、彫金加工および装飾模様の加工する指輪や壷などに適用できるが、これに限らず、その他の分野にも適用することができる。例えば、住居建築物などの金属壁にも利用することができる。   The present invention is applicable to shrines and temples in relation to arts and crafts, as well as rings and scissors for engraving and decorative pattern processing, but is not limited to this, and can also be applied to other fields. it can. For example, it can also be used for metal walls such as residential buildings.

本発明における機械加工装置の実施の一形態を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows one Embodiment of the machining apparatus in this invention. 本発明における空圧式振動工具の実施の一形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the pneumatic vibration tool in this invention. 上記空圧式振動工具における、(a)は先端工具が下降するときの構成を示す断面図であり、(b)は先端工具が上昇するときの構成を示す断面図である。In the pneumatic vibration tool, (a) is a cross-sectional view showing a configuration when the tip tool is lowered, and (b) is a cross-sectional view showing a configuration when the tip tool is raised. 本発明の機械加工方法にて、上記空圧式振動工具を被加工物の表面に当てたときの各方向を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating each direction when the said pneumatic vibration tool is applied to the surface of a workpiece in the machining method of this invention. 上記機械加工方法における加工時において、進行方向ベクトルに平行な方向から見たときの、上記空圧式振動工具の先端部分を示す拡大側面図である。It is an enlarged side view which shows the front-end | tip part of the said pneumatic type vibration tool when it sees from the direction parallel to an advancing direction vector at the time of the process in the said machining method. 上記機械加工方法における加工時において、(a)は進行方向ベクトルに平行な方向から見たときの、上記空圧式振動工具およびテーパ状回転工具を示す側面図であり、(b)は垂直ベクトルに平行な方向から見たときの、上記空圧式振動工具およびテーパ状回転工具を示す側面図である。(A) is a side view showing the pneumatic vibration tool and the tapered rotating tool when viewed from a direction parallel to the traveling direction vector during machining in the machining method, and (b) is a vertical vector. It is a side view which shows the said pneumatic type vibration tool and a taper-shaped rotary tool when it sees from a parallel direction. (a)は山形鏨工具の外観を示す斜視図であり、(b)は山形鏨工具による打痕の形状を示す図である。(A) is a perspective view which shows the external appearance of a chevron scissors tool, (b) is a figure which shows the shape of the dent by a chevron scissors tool. (a)は船底形鏨工具の外観を示す斜視図であり、(b)は船底形鏨工具による打痕の形状を示す図である。(A) is a perspective view which shows the external appearance of a ship bottom-shaped dredge tool, (b) is a figure which shows the shape of the dent by a ship bottom-shaped dredge tool. 山形鏨工具により加工した千鳥紋様線を示す図である。It is a figure which shows the zigzag pattern line processed with the Yamagata kite tool. 船底形鏨工具により加工した枝葉紋様線を示す図である。It is a figure which shows the branch-leaf pattern line processed with the ship bottom-shaped dredging tool. 従来の機械加工方法による加工工程を示す図である。It is a figure which shows the process process by the conventional machining method. 本発明の機械加工方法による加工工程を示す図である。It is a figure which shows the process process by the machining method of this invention. 試験加工に使用するために作成した唄の下地を示す外観図である。It is an external view which shows the base of the wrinkle created in order to use for test processing. 上記唄にボールエンドミルで切削加工した紋様線を示す外観図である。It is an external view which shows the pattern line cut by the said ball | bowl end mill. 上記唄に市販振動工具で加工した紋様線を示す外観図である。It is an external view which shows the pattern line processed with the commercially available vibration tool in the said hook. 上記唄に、本発明の空圧式振動工具で加工した紋様線を示す外観図である。It is an external view which shows the pattern line processed with the pneumatic type vibration tool of the present invention on the above-mentioned bag. 本発明の空圧式振動工具を用いて、送り速度は一定で圧力を変化させた加工した打痕の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the dent which processed using the pneumatic type vibration tool of this invention, and the feed rate was constant and the pressure was changed.

符号の説明Explanation of symbols

100 6軸NC工作機械(切削機械)
101 工具経路データ記憶部(加工データ格納部)
102 被加工物形状データ記憶部(加工データ格納部)
103 工具形状データ記憶部(加工データ格納部)
104 傾斜角度演算部(傾斜角度演算手段)
105 工具姿勢制御部(姿勢制御手段)
200 空圧式振動鏨工具(振動工具)
201 ホルダ
202 キャップ
203 先端工具(先端部)
204 工具軸
250 テーパ状回転工具
300 被加工物
301 表面
100 6-axis NC machine tool (cutting machine)
101 Tool path data storage unit (machining data storage unit)
102 Workpiece shape data storage unit (processing data storage unit)
103 Tool shape data storage unit (machining data storage unit)
104 Inclination angle calculation unit (inclination angle calculation means)
105 Tool posture control section (posture control means)
200 Pneumatic vibration tool (vibration tool)
201 Holder 202 Cap 203 Tip tool (tip part)
204 Tool axis 250 Tapered rotary tool 300 Workpiece 301 Surface

Claims (10)

入力データに基づいて自動的に加工が可能な切削機械を用いて、被加工物の表面に機械加工を行う機械加工方法であって、
上記切削機械の切削工具装着部分に、工具軸に平行な方向に先端部が振動する振動工具を装着する第1ステップと、
溝深さの情報を含む加工する模様の加工模様データ、上記被加工物の表面の表面形状データ、および上記振動工具の先端部の先端形状データに基づいて、加工時に上記振動工具の先端部を上記被加工物の表面に接触させるときの当該接触点における、上記振動工具の工具軸と上記被加工物の表面の法線とがなす傾斜角度を演算する第2ステップと、
上記演算した傾斜角度に基づいて、上記振動工具の先端部が上記被加工物の表面に接触する姿勢を制御する第3ステップとを含み、
上記第3ステップ時に上記振動工具の姿勢を制御しながら、振動する上記振動工具の先端部の打撃によって上記被加工物の表面に塑性変形を生じさせることにより、上記加工模様データに記される模様を形成することを特徴とする機械加工方法。
A machining method for machining a surface of a workpiece using a cutting machine capable of automatically machining based on input data,
A first step of mounting a vibration tool whose tip portion vibrates in a direction parallel to the tool axis on a cutting tool mounting portion of the cutting machine;
Based on the processing pattern data of the pattern to be processed including information on the groove depth, the surface shape data of the surface of the workpiece, and the tip shape data of the tip of the vibration tool, the tip of the vibration tool is A second step of calculating an inclination angle formed by a tool axis of the vibration tool and a normal of the surface of the workpiece at the contact point when contacting the surface of the workpiece;
A third step of controlling a posture in which the tip of the vibration tool contacts the surface of the workpiece based on the calculated inclination angle;
The pattern described in the machining pattern data is generated by causing plastic deformation on the surface of the workpiece by striking the tip of the vibrating tool while controlling the posture of the vibrating tool during the third step. The machining method characterized by forming.
上記切削機械は、上記振動工具と上記被加工物との間で相対送りを行って、上記被加工物の表面に機械加工を行うものであり、
上記第3ステップにおいて、さらに、上記振動工具の先端部の振動数に対して、当該先端部と上記被加工物の表面との間の相対的な送り速度を制御することを特徴とする請求項1に記載の機械加工方法。
The cutting machine performs a relative feed between the vibration tool and the workpiece, and performs machining on the surface of the workpiece.
The said 3rd step WHEREIN: Furthermore, the relative feed rate between the said front-end | tip part and the surface of the said workpiece is controlled with respect to the frequency of the front-end | tip part of the said vibration tool. The machining method according to 1.
上記第3ステップにおいて、さらに、上記振動工具の先端部の振動に同期して、上記振動工具を、上記工具軸に平行な方向を軸にして左右交互に回転することを特徴とする請求項1に記載の機械加工方法。   2. In the third step, further, the vibration tool is rotated alternately left and right around a direction parallel to the tool axis in synchronization with vibration of a tip portion of the vibration tool. The machining method described in 1. 上記振動工具は、上記先端部が空気圧により振動する空圧式振動工具であることを特徴とする請求項1に記載の機械加工方法。   The machining method according to claim 1, wherein the vibration tool is a pneumatic vibration tool whose tip is vibrated by air pressure. 上記切削機械は、6軸自由度の加工機能を有することを特徴とする請求項1に記載の機械加工方法。   The machining method according to claim 1, wherein the cutting machine has a machining function with six degrees of freedom. 入力データに基づいて自動的に加工が可能な切削機械を用いて、被加工物の表面に機械加工を行う機械加工装置であって、
上記切削機械の切削工具装着部分に装着され、工具軸に平行な方向に先端部が振動する振動工具と、
溝深さの情報を含む加工する模様の加工模様データ、上記被加工物の表面の表面形状データ、および上記振動工具の先端部の先端形状データを少なくとも格納する加工データ格納部と、
上記加工模様データ、上記表面形状データ、および上記先端形状データに基づいて、加工時に上記振動工具の先端部を上記被加工物の表面に接触させるときの当該接触点における、上記振動工具の工具軸と上記被加工物の表面の法線とがなす傾斜角度を演算する傾斜角度演算手段と、
上記演算された傾斜角度に基づいて、上記振動工具の先端部が上記被加工物の表面に接触する姿勢を制御する姿勢制御手段とを備え、
上記姿勢制御手段が上記振動工具の姿勢を制御しながら、振動する上記振動工具の先端部の打撃によって上記被加工物の表面に塑性変形を生じさせることにより、上記加工模様データに記される模様を形成することを特徴とする機械加工装置。
A machining device that performs machining on the surface of a workpiece using a cutting machine capable of automatically machining based on input data,
A vibration tool mounted on a cutting tool mounting portion of the cutting machine, the tip of which vibrates in a direction parallel to the tool axis;
A machining data storage unit that stores at least processing pattern data of a pattern to be processed including information on the groove depth, surface shape data of the surface of the workpiece, and tip shape data of the tip of the vibration tool;
Based on the machining pattern data, the surface shape data, and the tip shape data, the tool axis of the vibration tool at the contact point when the tip of the vibration tool is brought into contact with the surface of the workpiece during machining. And an inclination angle calculating means for calculating an inclination angle formed by the normal of the surface of the workpiece and the workpiece,
A posture control means for controlling a posture in which the tip of the vibration tool contacts the surface of the workpiece based on the calculated inclination angle;
While the posture control means controls the posture of the vibration tool, the surface of the workpiece is plastically deformed by striking the tip of the vibrating tool that vibrates, and the pattern described in the machining pattern data The machining apparatus characterized by forming.
上記切削機械は、上記振動工具と上記被加工物との間で相対送りを行って、上記被加工物の表面に機械加工を行うものであり、
上記姿勢制御手段は、さらに、上記振動工具の先端部の振動数に対して、当該先端部と上記被加工物の表面との間の相対的な送り速度を制御することを特徴とする請求項6に記載の機械加工装置。
The cutting machine performs a relative feed between the vibration tool and the workpiece, and performs machining on the surface of the workpiece.
The posture control means further controls a relative feed speed between the tip and the surface of the workpiece with respect to the frequency of the tip of the vibration tool. 6. The machining apparatus according to 6.
上記姿勢制御手段は、さらに、上記振動工具の先端部の振動に同期して、上記振動工具を、上記工具軸に平行な方向を軸にして左右交互に回転することを特徴とする請求項6に記載の機械加工装置。   The posture control means further rotates the vibration tool alternately left and right about a direction parallel to the tool axis in synchronization with vibration of a tip portion of the vibration tool. The machining apparatus according to. 上記振動工具は、上記先端部が空気圧により振動する空圧式振動工具であることを特徴とする請求項6に記載の機械加工装置。   The machining apparatus according to claim 6, wherein the vibration tool is a pneumatic vibration tool whose tip is vibrated by air pressure. 上記切削機械は、6軸自由度の加工機能を有することを特徴とする請求項6に記載の機械加工装置。   The machining apparatus according to claim 6, wherein the cutting machine has a machining function with six-axis freedom.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108790532A (en) * 2018-08-29 2018-11-13 山东梦金园珠宝首饰有限公司 Cyclic annular ornaments scrape colour bar machine
WO2023128117A1 (en) * 2021-12-28 2023-07-06 박영자 Brassware plate processing method using 3d modeling and cnc

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