JP2011005625A - 切削工具の研削加工方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＣＡＤ／ＣＡＭ技術による切削工具の研削加工方法及びその装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る研削砥石を採用する切削工具の研削加工方法は、研削砥石の情報を記憶した研削砥石データベースを確立するステップと、切削工具の各加工面の加工工程の情報を記憶した加工工程データベースを確立するステップと、加工される前記切削工具を複数の加工面に分割し、前記加工工程データベースから各々の加工面に対応する加工工程の情報をそれぞれに選択し、前記研削砥石データベースから各々の加工面を加工する研削砥石をそれぞれに選択し、且つ前記加工工程の情報を組合って前記切削工具の加工工程を形成するステップと、前記加工工程に基づいて切削工具の数値制御コードを生成するステップと、前記数値制御コードを前記加工モジュールにダウンロードして前記切削工具に対して数値制御加工を行うステップと、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、数値制御加工方法及びその装置に関し、特にＣＡＤ／ＣＡＭシステムを採用する切削工具の研削加工方法及びその装置に関するものである。

ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ，コンピュータ支援設計）及びＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，コンピュータ支援製造）は、コンピュータを利用して数値制御する技術、コンピュータを利用して図形処理する技術、及び、コンピュータを利用してデータ分析する技術を主要技術手段としてデジタル情報を生成して利用する。このため、手動で図面を製作し且つ数値制御コードを編集してから製品を設計するか又は製造することを置き換えることができる。

従来のＣＡＤ／ＣＡＭシステムは、一般的に汎用モジュールである。前記ＣＡＤ／ＣＡＭシステムを採用して加工を行う場合、先ず、前記ＣＡＤモジュールに加工品の３次元模型を規定してから、前記３次元模型に基づいて加工品の加工工程を設計する。次いで、前記ＣＡＭモジュールは、前記加工工程に基づいて加工品の加工経路を計画すると共に、加工経路のデータを生成してから、後処理を行って、加工経路のデータをコンピュータ数値制御装置（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ，ＣＮＣ）に適合する数値制御コードに変換する。最後に、前記ＣＮＣに前記数値制御コードをダウンロードして、前記ＣＮＣが前記数値制御コードに基づいて加工を行う。しかし、従来の技術において、製品の設計及び加工工程の設計が比較的複雑であって、研削砥石の研磨加工によって切削工具（例えば、フライス、ドリルなど）を形成する。上述したＣＡＤ／ＣＡＭシステムを採用して加工する場合、複数の幾何パラメーターを含む切削工具の模型を規定することを必要として、且つ普通の汎用モジュール（従来のＣＡＤ／ＣＡＭシステム）には研削砥石データベースが設置されないから、加工工程及び加工経路の計画を生成し難い。

以上の問題点に鑑みて、本発明は、ＣＡＤ／ＣＡＭ技術による切削工具の研削加工方法及びその装置を提供することを目的とする。

前記問題を解決するために、研削砥石を採用する切削工具の研削加工方法は、研削砥石の情報を記憶した研削砥石データベースを確立するステップと、切削工具の各加工面の加工工程の情報を記憶した加工工程データベースを確立するステップと、加工される前記切削工具を複数の加工面に分割し、前記加工工程データベースから各々の加工面に対応する加工工程の情報をそれぞれに選択し、前記研削砥石データベースから各々の加工面を加工する研削砥石をそれぞれに選択し、且つ前記加工工程の情報を組合せて前記切削工具の加工工程を形成するステップと、前記加工工程に基づいて切削工具の数値制御コードを生成するステップと、前記数値制御コードを前記加工モジュールにダウンロードして前記切削工具に対して数値制御加工を行うステップと、を備える。

また、本発明に係る切削工具の研削加工装置は、切削工具の加工工程を形成するＣＡＰＰモジュールと、前記加工工程に基づいて数値制御コードを生成するＣＡＭモジュールと、前記数値制御コードに基づいて数値制御加工を行う加工モジュールと、研削砥石の情報を記憶した研削砥石データベースと、前記切削工具の各加工面の加工工程の情報を記憶した加工工程データベースと、を備えてなる。前記ＣＡＰＰモジュールは、加工される前記切削工具の複数の加工面に基づいて、前記加工工程データベースから各々の加工面に対応する加工工程の情報をそれぞれに選択し、前記研削砥石データベースから各々の加工面に対応する研削砥石をそれぞれに選択し、且つ前記加工工程の情報を組合せて前記切削工具の加工工程を形成する。

本発明に係る切削工具の研削加工方法は、切削工具の各加工面の加工工程の情報を記憶した加工工程データベース及び各種研削砥石の情報を記憶した研削砥石データベースを確立することによって、切削工具に対して研削加工を行う時、加工される切削工具を複数の加工面に分割してから、前記加工工程データベースから各々の加工面に対応する加工工程の情報をそれぞれに選択し、前記研削砥石データベースから各々の加工面を加工する研削砥石をそれぞれに選択し、且つ前記加工工程の情報を組合って前記切削工具の加工工程を形成する。従って、切削工具の加工を便利に実現することができる。

本発明に係る研削加工装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す研削加工装置を採用して切削工具に対して研削加工を行うフローチャートである。

以下、図面に基づいて、本発明の実施例に係る切削工具の研削加工方法及びその装置について詳細に説明する。

図１を参照すると、本実施例の本発明に係る切削工具の研削加工装置は、ＣＡＤモジュール１０と、ＣＡＰＰ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｐｌａｎｎｉｎｇ，コンピュータ支援工程設計）モジュール２０と、ＣＡＭモジュール３０と、加工モジュール４０と、データ伝送モジュール６０と、前記データ伝送モジュール６０を介して前記ＣＡＤモジュール１０、ＣＡＰＰモジュール２０及びＣＡＭモジュール３０とデータ交換を行なうデータベースモジュール７０と、を含む。前記データベースモジュール７０は、各種切削工具の幾何パラメーター及び３次元模型などの情報を記憶する切削工具データベース７１と、各種研削砥石の情報を記憶する研削砥石データベース７２と、切削工具の各加工面の加工工程の情報を記憶する加工工程データベース７３と、を含む。

前記ＣＡＤモジュール１０は、切削工具のモデリング及び実体を表示する切削工具モデリングユニット１１と、前記研削砥石のモデリング及び実体を表示する研削砥石モデリングユニット１２と、を含む。前記切削工具モデリングユニット１１が生成する切削工具の類型、幾何パラメーター、公差及び面粗度などのような情報は、前記切削工具データベース７１に記憶される。研削砥石モデリングユニット１２が生成する研削砥石の情報は前記研削砥石データベース７２に記憶される。

前記ＣＡＰＰモジュール２０は、前記切削工具の加工工程を形成する。前記ＣＡＰＰモジュール２０は、加工される前記切削工具を複数の加工面に分割してから、前記加工工程データベース７３から各々の加工面に対応する加工工程の情報をそれぞれに選択し、且つ実際の加工状況に基づいて加工工程のパラメーターを設定する一方で加工の順番を調整して、前記切削工具の加工工程を形成する。前記ＣＡＰＰモジュール２０は、前記研削砥石データベース７２から前記各々の加工面に対応する研削砥石をそれぞれに選択し、前記研削砥石の間の位置関係によって研削砥石組合せを形成してから、前記加工工程に用いられる研削砥石型及びフィード（Ｆｅｅｄ）などに関する加工パラメーターを設定する。

前記ＣＡＰＰモジュール２０が形成する研削加工工程は前記加工工程データベース７３に記憶される。後に相似の加工を行う場合、前記加工工程データベース７３から前記研削加工工程を直接選択して用いることができる。前記加工工程データベース７３は、標準切削工具の加工工程データベース、フライスの加工工程データベース及びドリルの加工工程データベースなどを含んで、異なる切削工具に対して研削加工を行うことができる。

前記ＣＡＭモジュール３０は、加工経路計画ユニット３１、後処理ユニット３２及び加工シミュレーションユニット３３を備える。

前記加工経路計画ユニット３１は、前記ＣＡＰＰモジュール２０からの研削加工工程のデータに基づいて、前記研削砥石の移動経路を計画し、且つ研削砥石組合せの研削砥石の間の切り換え及び配合を調節して、前記研削砥石及び切削工具の移動経路を最適化することによって、最適の加工経路及び加工効率を得る。

前記加工シミュレーションユニット３３は、前記加工経路計画ユニット３１が生成した前記研削砥石及び切削工具の移動経路と前記加工モジュール４０の３次元模型とに基づいて加工シミュレーションを行う。前記加工シミュレーションは、加工過程における前記加工モジュール４０の加工すべき距離の超過と、前記研削砥石と前記加工モジュール４０との干渉及び衝突と、移動経路の正確性とを検出する。前記加工シミュレーションユニット３３は、いろいろな加工モジュールの３次元模型を記憶し、且つ加工モジュールの各々の運動軸、研削砥石及び他の部材に対して属性配置及び表示制御を行って、加工シミュレーションに適合するように選択して用いることができる。

前記後処理ユニット３２は、前記加工経路計画ユニット３１からの前記研削砥石及び切削工具の移動経路を、前記加工モジュール４０に用いられる数値制御コードに変換する。前記後処理ユニット３２には、複数種の加工モジュールの軸系配置ファイル及び数値制御システムの規格のような配置ファイルが記憶されて、後処理する時、実際採用される加工モジュールに適合するように選択して用いられる。

前記加工モジュール４０は、加工ユニット４１、測定ユニット４２、コンピュータ数値制御ユニット４３及びインタフェースユニット４４を備える。

本実施例において、加工ユニット４１は、サーバーを備える五軸の切削加工機器である。前記サーバーは、前記コンピュータ数値制御ユニット４３によって制御される。前記五軸の切削加工機器の主軸には、平形研削砥石、円盤形研削砥石、カップ形研削砥石、円弧形研削砥石及び角形研削砥石などによって構成される研削砥石組合せが装着されている。

前記測定ユニット４２は、切削工具の前記加工ユニット４１の座標系における位置を測定して加工の開始点を確定する位置測定要素（図示せず）を備える。本実施例において、前記測定ユニット４２は前記五軸の切削加工機器に装着されている。前記切削工具の加工材料が前記五軸の切削加工機器に配置されてから、前記測定ユニット４２は、前記切削工具の加工材料の長さを測定し、且つ前記切削工具の加工材料の長さのデータを前記コンピュータ数値制御ユニット４３に伝送する。

前記コンピュータ数値制御ユニット４３は、前記後処理ユニット３２が生成した数値制御コード及び前記測定ユニット４２から獲得した切削工具の位置の情報に基づいて前記加工ユニット４１の動作を制御して、前記研削砥石が前記切削工具の加工面に対して加工を行うようにする。

前記インタフェースユニット４４は、前記コンピュータ数値制御ユニット４３と前記ＣＡＭモジュール３０とのデータの伝送を制御する。前記コンピュータ数値制御ユニット４３と前記ＣＡＭモジュール３０とがオフライン状態に連接されている場合、数値制御コードは、前記インタフェースユニット４４を介して前記コンピュータ数値制御ユニット４３にダウンロードされる。

前記データ伝送モジュール６０は、ＣＡＤモジュール１０、ＣＡＰＰモジュール２０、ＣＡＭモジュール３０及び加工モジュール４０と前記データベースモジュール７０とのデータ伝送を制御する。前記データ伝送モジュール６０は、プログラムまたはシリアルポート、ネットワーク・インターフェースを採用する形式を通してデータの伝送を制御する。

本発明に係る切削工具の研削加工装置は、データのメンテナンス、作業の割り当て及びシステムの配置などを行なうシステム管理モジュール５０をさらに備えることができる。

図２に示したように、本発明の実施例に係る切削工具の研削加工方法は、以下のステップ（Ｓ１０１〜Ｓ１０９）を含む。

ステップＳ１０１で、研削砥石の情報が記憶されている研削砥石データベース７２を確立する。

前記研削砥石の情報は、研削砥石の類型、サイズ、３次元模型及び加工パラメーターなどを含む。前記研削砥石のモデリングは、前記ＣＡＤモジュール１０によって完成される。前記研削砥石の類型は、平形研削砥石、円盤形研削砥石、カップ形研削砥石、円弧形研削砥石及び角形研削砥石などを含む。

ステップＳ１０２で、切削工具の各加工面の加工工程の情報が記憶されている加工工程データベース７３を確立する。

四枚刃のエンドミルを例とすれば、前記加工面は小片収容槽面、エンド刃の前刃面及び後刃面などを含む。前記加工工程の情報は、各種の加工面の加工に採用される研削砥石の類型、冷却方式、研削砥石の回転速度及び研削量などの加工工程のパラメーターを含む。他の類型の切削工具の加工工程データベースの確立も、前記エンドミルの加工工程データベースの確立と似ている。

ステップＳ１０３で、加工される前記切削工具を複数の加工面に分割してから、前記加工工程データベース７３から前記各々の加工面に対応する加工工程の情報をそれぞれに選択し、前記研削砥石データベース７２から前記各々の加工面に対応する研削砥石をそれぞれに選択し、且つ前記加工工程の情報を組合せて前記切削工具の加工工程を形成する。

加工される前記切削工具の加工面を分割し、前記ＣＡＰＰモジュール２０は、前記複数の加工面に基づいて前記加工工程データベース７３から前記複数の加工面に対応する加工工程の情報をそれぞれに選択し、且つ加工工程のパラメーターを調整してから、前記研削砥石データベース７２から前記複数の加工面に対応する研削砥石を選択し、前記研削砥石の回転速度などの制御パラメーターを選択する。

ステップＳ１０４で、前記研削砥石の間の位置関係及び加工パラメーターを設定し、前記研削砥石から研削砥石組合せを形成し、前記研削砥石及び切削工具の移動経路を計画する。

前記切削工具の加工面に対応する研削砥石を選択し、前記研削砥石から研削砥石組合せを形成してから、前記研削砥石組合せを前記加工モジュール４０の主軸に装着する。前記ＣＡＭ３０の加工経路計画ユニット３１を通して前記複数の研削砥石及び前記切削工具の移動経路を最適化して、前記研削砥石の移動距離を減少させ、加工効率を向上させる。

ステップＳ１０５で、前記切削工具の加工工程に基づいて切削工具モデリングを形成する。

前記ＣＡＤモジュール１０は、前記加工工程が加工できる各加工面及び加工材料の情報に基づいて切削工具モデリングを形成する。前記切削工具モデリングは、前記切削工具データベース７１に記憶される。後に相似の加工を行う場合、前記切削工具データベース７１から前記切削工具モデリングを直接選択して用いることができる。前記ＣＡＤモジュール１０に表示された切削工具モデリングが設計要求に達しないと、ステップ１０３に戻って加工工程を再度設計する。

ステップＳ１０６で、加工モジュール４０の模型を提供し、前記研削砥石及び切削工具の移動経路に基づいて前記加工モジュール４０の模型で加工シミュレーションを行う。

前記加工シミュレーションユニット３３は、前記加工経路計画ユニット３１が生成した前記研削砥石及び切削工具の移動経路のデータを受けてから、実際の加工過程に対して加工シミュレーションを行う。前記加工シミュレーションの過程において、五軸の切削加工機器の加工すべき距離の超過、前記研削砥石と前記加工モジュール４０との干渉及び衝突などのような異常状況が出現すると、ステップ１０３に戻って加工工程を再度設計する。

ステップＳ１０７で、前記加工工程に基づいて切削工具の数値制御コードを生成する。

前記後処理ユニット３２は、前記加工経路計画ユニット３１からの前記研削砥石及び切削工具の移動経路を、前記五軸の切削加工機器が識別及び使用できる数値制御コードに変換する。

ステップＳ１０８で、前記切削工具の位置を測定して加工の開始点を確定する。

前記測定ユニット４２は、前記切削工具の長さを確定して前記切削工具の前記加工ユニット４１の座標系における位置を測定してから、前記切削工具の開始位置の情報を前記コンピュータ数値制御ユニット４３に伝送する。次いで、前記コンピュータ数値制御ユニット４３は、前記切削工具の開始位置に基づいて加工の開始点を設定する。

ステップＳ１０９で、前記数値制御コードを前記加工モジュール４０にダウンロードして前記切削工具に対して数値制御加工を行う。

前記コンピュータ数値制御ユニット４３は、前記後処理ユニット３２が生成した数値制御コード及び前記測定ユニット４２から獲得した切削工具の位置の情報に基づいて前記加工ユニット４１の動作を制御する。

本発明に係る切削工具の研削加工方法は、切削工具の各加工面の加工工程の情報を記憶した加工工程データベース７３及び各種研削砥石の情報を記憶した研削砥石データベース７２を確立することによって、切削工具に対して研削加工を行う時、加工される切削工具を複数の加工面に分割してから、前記加工工程データベース７３から各々の加工面に対応する加工工程の情報をそれぞれに選択し、前記研削砥石データベース７２から各々の加工面を加工する研削砥石をそれぞれに選択し、且つ前記加工工程の情報を組合せて前記切削工具の加工工程を形成する。従って、切削工具の加工を便利に実現することができる。

以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形又は修正が可能であり、該変形又は修正も又、本発明の特許請求の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。

１０ ＣＡＤモジュール
１１ 切削工具モデリングユニット
１２ 研削砥石モデリングユニット
２０ ＣＡＰＰモジュール
３０ ＣＡＭモジュール
３１ 加工経路計画ユニット
３２ 後処理ユニット
３３ 加工シミュレーションユニット
４０ 加工モジュール
４１ 加工ユニット
４２ 測定ユニット
４３ コンピュータ数値制御ユニット
４４ インタフェースユニット
５０ システム管理モジュール
６０ データ伝送モジュール
７０ データベースモジュール
７１ 切削工具データベース
７２ 研削砥石データベース
７３ 加工工程データベース
Ｓ１０１〜Ｓ１０９ 研削加工のステップ

Claims (10)

1. 切削工具の加工工程を形成するＣＡＰＰモジュールと、
   前記加工工程に基づいて数値制御コードを生成するＣＡＭモジュールと、
   前記数値制御コードに基づいて数値制御加工を行う加工モジュールと、
   研削砥石の情報を記憶した研削砥石データベースと、
   前記切削工具の各加工面の加工工程の情報を記憶した加工工程データベースと、を備えてなる切削工具の研削加工装置であって、
   前記ＣＡＰＰモジュールは、加工される前記切削工具の複数の加工面に基づいて、前記加工工程データベースから各々の加工面に対応する加工工程の情報をそれぞれに選択し、前記研削砥石データベースから各々の加工面に対応する研削砥石をそれぞれに選択し、且つ前記加工工程の情報を組合せて前記切削工具の加工工程を形成することを特徴とする切削工具の研削加工装置。
2. 前記加工モジュールは、
   加工ユニットと、
   前記加工モジュールにおける前記切削工具の位置を測定する測定ユニットと、
   前記ＣＡＭモジュールが生成した数値制御コード及び前記測定ユニットから獲得した前記切削工具の位置に基づいて前記加工ユニットの動作を制御するコンピュータ数値制御ユニットと、
   前記コンピュータ数値制御ユニットと前記ＣＡＭモジュールとの間のデータの伝送を制御するインタフェースユニットと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の切削工具の研削加工装置。
3. 前記ＣＡＰＰモジュールによって形成される加工工程に基づいて、前記切削工具のモデリングを行い、且つ前記切削工具のモデリングを表示するＣＡＤモジュールをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の切削工具の研削加工装置。
4. 前記ＣＡＭモジュールは、前記ＣＡＰＰモジュールによって形成される加工工程に基づいて、前記研削砥石及び切削工具の移動経路を計画する加工経路計画ユニットを備えることを特徴とする請求項１に記載の切削工具の研削加工装置。
5. 前記ＣＡＭモジュールは、前記加工モジュールの模型を記憶し、且つ前記研削砥石及び切削工具の移動経路に基づいて加工シミュレーションを行う加工シミュレーションユニットをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の切削工具の研削加工装置。
6. 研削砥石を採用する切削工具の研削加工方法において、
   研削砥石の情報を記憶した研削砥石データベースを確立するステップと、
   切削工具の各加工面の加工工程の情報を記憶した加工工程データベースを確立するステップと、
   加工される前記切削工具を複数の加工面に分割し、前記加工工程データベースから各々の加工面に対応する加工工程の情報をそれぞれに選択し、前記研削砥石データベースから各々の加工面を加工する研削砥石をそれぞれに選択し、且つ前記加工工程の情報を組合せて前記切削工具の加工工程を形成するステップと、
   前記加工工程に基づいて切削工具の数値制御コードを生成するステップと、
   前記数値制御コードを前記加工モジュールにダウンロードして前記切削工具に対して数値制御加工を行うステップと、
   を備えることを特徴とする切削工具の研削加工方法。
7. 前記切削工具の加工工程に基づいて切削工具モデリングを形成するステップをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の切削工具の研削加工方法。
8. 選択された複数の研削砥石の位置及び加工パラメーターを設定し、前記複数の研削砥石から研削砥石組合せを形成し、前記研削砥石及び前記切削工具の移動経路を計画するステップをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の切削工具の研削加工方法。
9. 加工モジュールの模型を提供し、前記研削砥石及び前記切削工具の移動経路に基づいて、前記加工モジュールの模型で加工シミュレーションを行うステップをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の切削工具の研削加工方法。
10. 前記加工モジュールにおける前記切削工具の位置を測定して加工の開始点を確定するステップをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の切削工具の研削加工方法。

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