JP2011242905A - Ｎｃプログラム作成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各駆動軸の性能を十分に発揮させるＮＣプログラムを作成して、所望の加工精度を確保しつつ、加工時間の短縮を図ることができるＮＣプログラム作成装置を提供する。
【解決手段】工作機械の各駆動軸の剛性に応じて、各駆動軸の駆動方向における回転工具６０による被加工物Ｗの切込量Ｐｘ，Ｐｙ、または、各駆動軸の駆動方向における回転工具６０と被加工物Ｗの相対的な送り速度を決定し、決定した各切込量Ｐｘ，Ｐｙまたは送り速度によりＮＣプログラムを作成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、工具と被加工物との相対的な動作を行うための複数の駆動軸を有する工作機械に適用され、各駆動軸の駆動を実行するためのＮＣプログラムを作成するＮＣプログラム作成装置に関するものである。

金型などの三次元曲面を加工する際には、例えばボールエンドミルにより等高線加工を行う。等高線加工とは、ボールエンドミルの回転軸方向（Ｚ軸方向）の位置を固定した状態で、当該回転軸方向に直交する方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に切り込むことにより行う加工方法である。そして、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の切込量（ピックフィード量とも称する）は、例えば、特許文献１，２に記載されているように、同一値に設定されている。一般に、ＣＡＭシステムにおいて、Ｘ軸方向の切込量とＹ軸方向の切込量は同一であることを前提とした入力が行われる。すなわち、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の切込量として、共通の入力項目が用意されている。

特開平１１−１２３６３１号公報（図６） 特開平９−３２５８０７号公報（図６，７）

ここで、高精度に加工するために、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の切込量は、工作機械のＸ軸方向およびＹ軸方向の剛性を考慮して決定される。しかし、工作機械において、Ｘ軸方向の剛性とＹ軸方向の剛性は同一ではない。そのため、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の共通の切込量は、Ｘ軸方向の剛性とＹ軸方向の剛性のうち低い方を考慮した値とせざるを得なかった。そのため、Ｘ軸方向の剛性とＹ軸方向の剛性のうち高い方における軸方向については、十分な性能を発揮しているものではなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、各駆動軸の性能を十分に発揮させるＮＣプログラムを作成して、所望の加工精度を確保しつつ、加工時間の短縮を図ることができるＮＣプログラム作成装置を提供することを目的とする。

請求項１に係るＮＣプログラム作成装置は、工具と被加工物との相対的な動作を行うための複数の駆動軸を有する工作機械に適用され、各前記駆動軸の駆動を実行するためのＮＣプログラムを作成するＮＣプログラム作成装置であって、各前記駆動軸の剛性に応じて、各前記駆動軸の駆動方向における前記工具による前記被加工物の切込量、または、各前記駆動軸の駆動方向における前記工具と前記被加工物の相対的な送り速度を決定し、決定した各前記切込量または各前記送り速度により前記ＮＣプログラムを作成するものである。

請求項２に係るＮＣプログラム作成装置は、前記工具は、回転工具であり、前記工作機械における複数の前記駆動軸は、前記回転工具の回転軸に対して直交方向に駆動する複数の工具軸直交駆動軸であり、各前記工具軸直交駆動軸の剛性に応じて、各前記工具軸直交駆動軸の駆動方向における前記回転工具による前記被加工物の切込量、または、各前記工具軸直交駆動軸の駆動方向における前記回転工具と前記被加工物の相対的な送り速度を決定するものである。
請求項３に係るＮＣプログラム作成装置は、決定した各前記切込量または各前記送り速度により等高線加工方法に適用される前記ＮＣプログラムを作成するものである。

請求項１に係るＮＣプログラム作成装置によれば、各駆動軸の剛性に応じて各駆動軸の駆動方向における工具による被加工物の切込量、または、各駆動軸の剛性に応じて各駆動軸の駆動方向における工具と被加工物の相対的な送り速度を決定している。ここで、駆動軸の剛性とは、工具が被加工物により当該駆動軸の駆動方向に力（切削抵抗）を受けた場合に、当該駆動方向における工具と被加工物との相対変位量の関係を意味する。例えば、駆動軸の剛性が大きい場合には、その駆動軸の駆動方向に工具が被加工物により力を受けた場合に、当該駆動方向おける工具と被加工物との相対変位量は小さくなる。逆に、駆動軸の剛性が小さい場合には、その駆動軸の駆動方向に工具が被加工物により力を受けた場合に、当該駆動方向おける工具と被加工物との相対変位量は大きくなる。

つまり、本発明によれば、例えば、駆動軸の剛性が大きいほどその駆動方向における切込量または送り速度を大きく設定し、駆動軸の剛性が小さいほどその駆動方向における切込量または送り速度を小さく設定する。従って、剛性が大きな駆動軸においては、剛性が小さな駆動軸に比べて、その駆動方向の切込量または送り速度を相対的に大きくすることができる。そして、このように切込量または送り速度を駆動軸毎に異なるようにしたとしても、所望の加工精度を確保することができる。つまり、従来に比べてある駆動軸の駆動方向の切込量または送り速度を大きくすることにより、所望の加工精度を確保しつつ、加工時間を短縮することができる。

請求項２に係る発明によれば、いわゆるＸ軸方向の切込量とＹ軸方向の切込量、または、Ｘ軸方向の送り速度とＹ軸方向の送り速度とを、それぞれの剛性に応じて決定することができる。つまり、本発明によれば、マシニングセンタなどによる加工が対象となる。これにより、加工対象を金型などとした場合において、所望の加工精度を確保しつつ、加工時間の短縮を図ることができる。
請求項３に係る発明によれば、等高線加工を行うことにより、加工時間の短縮を図るという効果が顕著となる。

マシニングセンタの機械構成を示す図である。 ＣＡＭシステムの処理を示すフローチャートである。 矩形ポケット形状を等高線加工する場合におけるＸ−Ｙ平面上の工具移動経路を示す図である。 円形ポケット形状を等高線加工する場合におけるＸ−Ｙ平面上の工具移動経路を示す図である。

以下、本発明のＮＣプログラム作成装置を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。

（マシニングセンタの機械構成）
本発明のＮＣプログラム作成装置により作成されるＮＣプログラムを実行する工作機械として、立形マシニングセンタを例に挙げて説明する。立形マシニングセンタとは、機械設置面に対して垂直な方向に回転工具の回転軸が向くように構成されたマシニングセンタである。この立形マシニングセンタは、ベッド１０の上面に被加工物Ｗを載置するテーブル２０が固定される。また、ベッド１０の上面のうちテーブル２０が載置される位置とは異なる位置に、Ｙ軸方向に移動可能なサドル３０が配置されている。

さらに、このサドル３０の上面に、Ｘ軸方向に移動可能なコラム４０が配置されている。つまり、コラム４０は、ベッド１０に対してＸ軸方向に移動可能であると共に、Ｙ軸方向に移動可能である。このコラム４０のうちテーブル２０側には、主軸頭５０がＺ軸方向に移動可能に配置されている。主軸頭５０には例えばボールエンドミルなどの回転工具６０がＺ軸回りに回転可能に支持されている。つまり、回転工具６０は、テーブル２０に載置された被加工物Ｗに対して、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動可能である。

このような構成からなる立形マシニングセンタでは、Ｘ軸の剛性は、Ｙ軸の剛性に比べて低い。各駆動軸の剛性とは、回転工具６０が被加工物Ｗにより当該駆動軸の駆動方向に力（切削抵抗）を受けた場合に、当該駆動方向における回転工具６０と被加工物Ｗとの相対変位量の関係を意味する。例えば、駆動軸の剛性が大きい場合には、その駆動軸の駆動方向に回転工具６０が被加工物Ｗにより力を受けた場合に、当該駆動方向おける回転工具６０と被加工物Ｗとの相対変位量は小さくなる。逆に、駆動軸の剛性が小さい場合には、その駆動軸の駆動方向に回転工具６０が被加工物Ｗにより力を受けた場合に、当該駆動方向おける回転工具６０と被加工物Ｗとの相対変位量は大きくなる。従って、相対変位量、すなわち加工精度を所望値とした場合には、Ｘ軸方向に受けることができる最大の切削抵抗は、Ｙ軸方向に受けることができる最大の切削抵抗よりも小さくなる。

従って、回転工具６０を被加工物に対してＸ軸方向に移動させて被加工物Ｗを加工した場合に所望の加工精度を得るための切込量Ｐｘの最大値は、回転工具６０を被加工物に対してＹ軸方向に移動させて被加工物Ｗを加工した場合に所望の加工精度を得るための切込量Ｐｙの最大値より小さくなる。

（ＣＡＭシステムの構成）
次に、ＣＡＭシステム（本発明のＮＣプログラム作成装置に相当する）について、図２を参照して説明する。ＣＡＭシステムは、上述した立形マシニングセンタなどに適用され、当該立形マシニングセンタの各駆動軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）の駆動を実行するためのＮＣプログラムを作成する。

このＣＡＭシステムの処理について説明する。まず、被加工物Ｗの素材形状（加工前形状）と製品形状（加工後形状）を入力する（Ｓ１）。続いて、ＮＣプログラムを適用する立形マシニングセンタのＸ軸方向の剛性とＹ軸方向の剛性の比率を入力する（Ｓ２）。上述した立形マシニングセンタにおいては、例えば、Ｘ軸方向の剛性とＹ軸方向の剛性との比率は、１：３などとする。続いて、素材形状から製品形状に加工するための加工工程を決定する（Ｓ３）。この加工工程には、荒加工工程や仕上げ加工工程などの工程種類、それぞれの工程種類に用いる工具種類、それぞれの工程種類における加工条件が含まれる。加工条件には、工具送り速度、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の切込量などが含まれる。

この加工工程の決定において、例えば、荒加工工程において等高線加工を行う場合に、加工条件として、Ｚ軸方向（回転工具６０の回転軸方向）の切込量Ｐｚと、Ｘ軸方向の切込量Ｐｘを入力する。そして、Ｘ軸方向の切込量ＰｘとステップＳ２にて入力された剛性比率とにより、Ｙ軸方向の切込量Ｐｙを算出する。Ｘ軸方向の剛性とＹ軸方向の剛性との比率を１：３とした場合には、Ｙ軸方向の切込量Ｐｙは、Ｘ軸方向の切込量Ｐｘの３倍の値となる。また、仕上げ加工工程においても荒加工工程と同様に、各軸の切込量Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚを決定する。続いて、決定された加工工程に従って、ＮＣプログラムを作成する（Ｓ４）。ＮＣプログラムは、被加工物Ｗに対する回転工具６０の移動経路を示す点群データである。つまり、上述した各軸の切込量Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚを考慮したＮＣプログラムが作成される。

（工具移動経路）
上述したＣＡＭシステムにより作成されたＮＣプログラムによる第一例の工具移動経路について図３を参照して説明する。ここで、第一例として、製品形状が、素材形状に対して矩形ポケット形状（矩形凹形状）を加工した形状である場合とする。図３の工具移動経路にて示すように、Ｙ軸方向の切込量Ｐｙは、Ｘ軸方向の切込量Ｐｘの３倍となる。

ここで、従来は、Ｘ軸とＹ軸のうち剛性の低い方、すなわち上記の例によればＸ軸の剛性を考慮してＸ軸方向およびＹ軸方向の共通の切込量Ｐｘｙが決定されていた。一方、本実施形態によれば、所望の加工精度を確保した場合に、Ｘ軸方向の切込量Ｐｘは同一であるが、Ｙ軸方向の切込量Ｐｙを従来に比べて大幅に大きくすることができる。その結果、所望の加工精度を確保しつつ、加工時間を短縮することができる。

次に、第二例における工具移動経路について図４を参照して説明する。ここで、第二例として、製品形状が、素材形状に対して円形ポケット形状（円形凹形状）を加工した形状である場合とする。図４の工具移動経路にて示すように、Ｙ軸方向の切込量Ｐｙは、Ｘ軸方向の切込量Ｐｘの３倍となる。なお、工具移動経路がＸ軸方向成分とＹ軸方向成分を有する場合には、その成分比率が、１：３となっている。この場合にも、図３に示した場合と同様に、所望の加工精度を確保しつつ、加工時間を短縮することができる。

（その他）
上記実施形態においては、Ｘ軸の剛性およびＹ軸の剛性に応じてＸ軸方向の切込量ＰｘおよびＹ軸方向の切込量Ｐｙを決定した。これに替えて、各駆動軸における回転工具６０と被加工物Ｗとの相対的な送り速度を異なるようにしてもよい。つまり、Ｘ軸の剛性およびＹ軸の剛性に応じて、Ｘ軸方向の送り速度およびＹ軸の送り速度を異なるように決定する。このように決定された各軸の送り速度により、ＮＣプログラムを作成する。この場合も同様の効果を奏する。

また、上記実施形態においては、立形マシニングセンタを例に挙げて説明したが、横型マシニングセンサにも同様に適用できる。また、機械構成によって、Ｘ軸方向の剛性とＹ軸方向の剛性は異なるものであるため、対象の機械構成に応じた剛性を採用する必要がある。

１０：ベッド、 ２０：テーブル、 ３０：サドル、 ４０：コラム
５０：主軸頭、 ６０：回転工具、 Ｗ：被加工物

Claims (3)

1. 工具と被加工物との相対的な動作を行うための複数の駆動軸を有する工作機械に適用され、各前記駆動軸の駆動を実行するためのＮＣプログラムを作成するＮＣプログラム作成装置であって、
   各前記駆動軸の剛性に応じて、各前記駆動軸の駆動方向における前記工具による前記被加工物の切込量、または、各前記駆動軸の駆動方向における前記工具と前記被加工物の相対的な送り速度を決定し、
   決定した各前記切込量または各前記送り速度により前記ＮＣプログラムを作成することを特徴とするＮＣプログラム作成装置。
2. 請求項１において、
   前記工具は、回転工具であり、
   前記工作機械における複数の前記駆動軸は、前記回転工具の回転軸に対して直交方向に駆動する複数の工具軸直交駆動軸であり、
   各前記工具軸直交駆動軸の剛性に応じて、各前記工具軸直交駆動軸の駆動方向における前記回転工具による前記被加工物の切込量、または、各前記工具軸直交駆動軸の駆動方向における前記回転工具と前記被加工物の相対的な送り速度を決定することを特徴とするＮＣプログラム作成装置。
3. 請求項２において、
   決定した各前記切込量または各前記送り速度により等高線加工方法に適用される前記ＮＣプログラムを作成することを特徴とするＮＣプログラム作成装置。

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