JP2012035365A - エンボス形状加工刃具およびエンボス形状加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
多数の円柱状の突起が規則的に並び、突起面積に比べて切削加工する溝部面積が格段に多いワークを加工するときの加工時間を短縮する。
【解決手段】
エンボス形状加工刃具２０は、平板上に、予め定められたピッチで規則的に配置された円柱状の複数のエンボスを先端に形成した刃先部２１で加工する。この加工刃具は、ＮＣ加工機に取り付けられて使用される。刃先部を、複数枚の刃を有するエンドミルから１枚の刃だけ残して他の刃すべてを取り除いた形状に形成する。そして、残された刃先部の軸端からの軸方向長さが、エンボスの高さよりも高く形成されており、さらにエンボスの径と実質的に同じ径の部分（φｄ２）より外径側の刃先部だけが平板に当接する。
【選択図】図１

Description

本発明はエンボス形状加工刃具およびエンボス加工方法に係り、特に平板上に複数の突起が規則正しく配列されたエンボス形状を加工するのに好適なエンボス形状加工刃具およびエンボス形状加工方法に関する。

従来の複数の突起が形成された平板の加工については、特許文献１に開示されている。この特許文献１に記載の突起形成方法では、各種の突起を格子状に形成するために、回転刃物を、外周に切削刃が形成された回転盤または回転軸で構成している。そして、回転刃物とワークとを相対的に前後左右に移動させ、ワークに突起状の格子を形成している。

切削装置としては、ワークを固定する固定台と、回転刃物が装着された回転駆動体を備え、固定台と回転駆動体を相対的に前後左右に移動させ、多数本の格子状の溝とそれら格子状の溝に囲まれた多数の突起を形成可能としている。

特開２００７−１１８１４２号公報 特開平７−９２３８号公報

上記特許文献１に記載の突起の形成方法においては、突起が密に配置されている場合には有効である。しかし、円柱状の突起であって、突起と溝との面積比で突起の方が少ない場合、換言すれば、切削する量が多く平面に円柱の突起がまばらに立っているような状態に加工せざるを得ないような場合については、十分に考慮されていない。つまり、円柱の外形形状を正確に加工するために、円柱の外周に沿う加工と、突起間に形成される溝部のための直線往復運動による加工とを組み合わせて加工せざるを得ず、一度の加工で溝形状も突起形状も正確に加工することが困難であった。そのため、加工に多大の時間を要していた。

ところで、突起を有する材料がアルミ合金等の場合には、加工工具として１枚刃のエンドミルを使用して、すくい角およびチップポケットを大きく設定して切削性を高めることがある。ただし、そのようにエンドミルを構成すると、エンドミルの剛性が確保できない場合があり、特許文献２では刃部軸直角断面におけるすくい面の円弧形状を変化させずに、切れ刃背部の円弧形状を徐々に大きくしている。

しかしながら、この特許文献２に記載のエンドミルでも、円柱状の突起が規則的に配列されているが、突起相互の間隔が突起径に比較してはるかに大きいときに、単一の加工動作で突起の形状も溝部の形状も正確に加工するということについては、考慮されていない。

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は多数の円柱状の突起が規則的に並び、突起面積に比べて切削加工する溝部面積が格段に多いワークをエンボス加工するに当たって、加工時間を短縮することにある。

上記目的を達成する本発明の特徴は、平板(以下、「平板」は薄板、厚板、ブロック材を含む、主として四角い形状の材料をさす)上に、予め定められたピッチで規則的に配置された円柱状の複数のエンボスを先端に形成した刃先部で加工するものであって、ＮＣ加工機に取り付けられるエンボス形状加工刃具において、前記刃先部を、複数枚の刃を有するエンドミルから１枚の刃だけ残して他の刃すべてを取り除いた形状に形成し、残された前記刃先部の軸端からの軸方向長さが、前記エンボスの高さよりも高く形成されており、さらに前記エンボスの径と実質的に同じ径の部分より外径側の前記刃先部だけが前記エンボス加工中に前記平板に当接することにある。そしてこの特徴において、刃先部の外径が、前記複数のエンボスのピッチの２^１／２倍以上あることが好ましい。

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、平板上に、予め定められたピッチで規則的に配置された円柱状の複数のエンボスを先端に形成した刃先部で加工するものであって、ＮＣ加工機に取り付けられるエンボス形状加工刃具において、前記刃先部はエンドミルに１枚だけ形成したものであり、この刃先部の周方向角度は１８０度未満であり、さらに前記刃先部の軸端からの軸方向長さが、前記エンボスの高さよりも高く形成されており、前記エンボスの径と実質的に同じ径の部分より外径側の前記刃先部だけが前記エンボス加工中に前記平板に当接することにある。

上記目的を達成する本発明のさらに他の特徴は、中心部を取り除いた形状の一枚刃のエンドミルからなる加工刃具を用いて、平板上に予め定められたピッチで規則的に配置された円柱状の複数のエンボスを加工するエンボス形状加工方法であって、エンボス中心位置の上方に前記加工刃具の中心を位置決めし、前記エンボス形状高さまで前記加工刃具で切り込むとともに前記加工刃具を回転させて所定のエンボスを切削加工で形成し、この位置決めから切削加工までの一連の動作を繰り返して規則的な所定のエンボスを形成するものである。そしてこの特徴においても、加工刃具の外径が前記複数のエンボスのピッチの２^１／２倍以上あることが望ましい。

本発明によれば、多数の突起が規則的に並び、突起面積に比べて切削加工する溝部面積が非常に多いワークをエンボス加工するに当たって、この突起を中心として突起間ピッチの０．７０７倍よりも大きい半径方向長さを有する１枚刃のエンドミルであって中心部を取り除いた形状の特殊エンドミルを回転駆動させて切削加工するので、突起形状の精度を確保しながら、加工時間を短縮できる。

本発明に係るエンボス形状加工刃具の一実施例の加工刃部の正面図および側面図。 本発明に係るエンボス形状加工刃具の加工対象となるワークの一例を部分的に示す図であり、その上面図（（ａ）図）および（ａ）図のＡ−Ａ断面図。 本発明に係るエンボス加工を説明する図。

以下、図面にしたがって本発明に係るエンボス加工について説明する。図１は、エンボス加工に用いる特殊工具２０の正面図（（ａ）図）および側面図（（ｂ）図）であり、図２は加工対象であるワーク３０の一例を示す図であり、部分上面図（（ａ）図）およびそのＡ−Ａ断面図（（ｂ）図）である。図３は、特殊工具２０を用いてワーク３０をエンボス加工する様子を説明する図であり、同図（ａ）は１個のエンボス１０を加工する際の特殊工具２０の軌跡を説明する図、同図（ｂ）は複数のエンボス（突起）１０を加工しているときの特殊工具２０とワーク３０の関係を説明する図である。

本実施例のワーク３０としては、たとえば縦、横ともに１０００ｍｍを超えるような平板である。この平板３０には、周辺部を除いて、Ｙ軸方向(縦方向)にも、Ｘ軸方向(横方向)にも、ピッチＰでエンボス１０が加工される。平板３０の材質はアルミ合金であり、エンボス１０の溝部２の底面からの高さはＨである。エンボス１０は、直径φｄ２の円柱である。典型的な例として、平板３０の周辺部幅１００ｍｍ、Ｐ＝１０ｍｍ、Ｈ＝０．２ｍｍ、φｄ２＝２ｍｍとすれば、１枚の平板３０にはエンボス１０を、６０００個以上加工する必要がある。

上述したように従来は、マシニングセンタ等のＮＣ加工機にエンドミルを取り付け、切り込み深さだけエンドミルをＺ軸方向（深さ方向）に押し込み、各エンボス１０の外周に沿ってエンドミルを移動させていた。そして、１周以上移動した後は、隣り合うエンボス１０間に形成されるランド部を溝部に変えるために、数回往復運動させて切削していた。そのため、加工時間が非常に多く必要となっていた。

これに対して、本発明では、図１に示したように、特殊工具２０を用いている。この特殊工具２０は、エンドミルを原型とし、刃先部２１を通常のエンドミルから修正している。すなわち、複数刃を有する通常のエンドミルの刃先部分のうち、１枚分だけを残して後の部分は加工に影響を与えない高さまで、刃先面から取り去っている。さらに、中心部分は、加工するエンボス１０の形状に応じて、エンボス径φｄ２のほぼ１／２だけ、中心から取り除いている。修正する前のエンドミルの外径φｄ１は、エンボス１０相互のピッチＰに関係する。当然ながら、新規にエンドミル用素材から本件に該当するエンボス形状加工刃具を成形しても適用できる。

なお、刃先部２１は周方向に１８０度未満の部分しか形成されていない。図示例では、９０度未満である。この理由は、後述する加工法から明らかなように、特殊工具２０をエンボス１０中心に位置決めし、エンボス１０に悪影響を与えないようにして加工しなければならないからである。

本特殊工具２０は、マシニングセンタ等のＮＣ加工機に取り付けられる。そして、従来技術同様に、エンボス１０の高さ分切り込み深さとして、Ｚ軸方向に押し込まれる。その際、従来技術とは異なり、特殊工具２０の中心を、エンボス１０の中心に一致させる。その後、エンボス１０の中心周りに３６０度以上回転させる。もし切り込み深さが深すぎて、切削中にエンボス１０が変形する等の悪影響が生じるおそれがあるときは、切り込み深さをエンボス１０の高さとせずにその数分の一として、複数回に分けてもよい。このようにしても切削に要する時間は従来に比べて格段に減少する。

具体的には、図３（ａ）に示すように、特殊工具２０をエンボス１０の中心に位置決めする。その後、切削開始位置２ｃから切削を開始する。区間２ｂの間では、特殊工具２０がエンボス１０の中心を軸に回転するとともに、エンボス１０の高さに切削位置が一致するまで、その切り込み深さを深くしていく。区間２ｂの終了位置である位置２ｄに特殊工具２０の刃先部２１が達すると、切り込み深さがエンボス１０の高さに一致しているので、特殊工具２０はその加工高さを維持しながらエンボス１０の中心周りに回転を続ける。特殊工具２０は、区間２ｂ分だけオーバーラップして平板３０を加工すれば、そのエンボス１０についての加工が完成する。図３（ｂ）のその様子を斜視図で示す。

１個のエンボス１０の加工が終わったら、予め設定したプログラムに従い、同様の加工を継続する。通常は、隣り合うエンボス１０形成位置へ移動する。ここで、隣り合うエンボス（突起）１０の加工においては、各エンボス１０について特殊工具２０を１周強（区間２ｂの分だけオーバーラップさせるので）だけ回転させて加工するだけで済ませることができれば、エンボス１０，１０間に形成される溝部のためだけの加工をしなくて済む。

そこで、この条件を考える。エンボス１０のピッチＰが、縦方向にも横方向にも一定であるとすると、エンボス１０，１０間の最大距離は、対角線で最大となる。エンボス１０，１０の対角線の長さは２^１／２×Ｐであるから、特殊工具２０の刃先部２１の直径ｄ1は、この２^１／２×Ｐ以上必要となる。つまり、特殊工具２０の刃先部２１の直径が２^１／２×Ｐ以上あれば、特殊工具２０を各エンボス１０中心に位置決めし、回転切削動作させるだけで平板３０の溝部も自動的に切削できる。ただし、特殊工具２０の刃先部２１の直径ｄ１は、切削加工中に他のエンボス１０に干渉してはいけないので、（２Ｐ−ｄ２）以下でなければならない。

以上述べたように、本実施例によれば、等ピッチに配置される円柱状のエンボスを加工する際に、加工具として一枚刃のエンドミルであって中心部をエンボス径だけ取り除いた形状に構成したものを用いることにより、加工具をエンボス位置で回転切削運動させるだけで、円柱状のエンボスもエンボス間の溝も同時に加工できる。

なお上記実施例ではエンボスのピッチをＹ軸方向（縦方向）とＸ軸方向（横方向）で等ピッチとしているが、Ｙ軸方向（縦方向）とＸ軸方向（横方向）でピッチ長が異なっていてもよいことは言うまでもない。ただし、同一方向ではピッチが同じであることが望ましい。また、平板材料をアルミ合金としたが、アルミ合金以外の金属や樹脂であっても本発明は適用できる。また上記実施例では、エンボス直径２ｍｍとしたが、エンボス直径はこれに限るものではない。また、適切な加工条件と適切な加工刃具のすくい角度、逃げ角度の成形により、工具の刃先部の負荷が過大にならずに加工でき、平板にも過負荷を与えることもなく、エンボスの変形や許容加工誤差からの逸脱を回避できる。

１…平板表面、２…平板底面、１０…突起（エンボス）、２０…特殊工具（加工刃具）、２１…刃先部、３０…平板、ｄ１…刃先部直径、ｄ２…エンボス直径（刃先中央部空隙直径）、Ｈ…エンボスの高さ、Ｐ…エンボスのピッチ。

Claims (5)

1. 平板上に、予め定められたピッチで規則的に配置された円柱状の複数のエンボスを先端に形成した刃先部で加工するものであって、ＮＣ加工機に取り付けられるエンボス形状加工刃具において、
   前記刃先部を、複数枚の刃を有するエンドミルから１枚の刃だけ残して他の刃すべてを取り除いた形状に形成し、残された前記刃先部の軸端からの軸方向長さが、前記エンボスの高さよりも高く形成されており、さらに前記エンボスの径と実質的に同じ径の部分より外径側の前記刃先部だけが前記エンボス加工中に前記平板に当接することを特徴とするエンボス形状加工刃具。
2. 前記刃先部の外径が、前記複数のエンボスのピッチの２^１／２倍以上あることを特徴とする請求項１に記載のエンボス形状加工刃具。
3. 平板上に、予め定められたピッチで規則的に配置された円柱状の複数のエンボスを先端に形成した刃先部で加工するものであって、ＮＣ加工機に取り付けられるエンボス形状加工刃具において、
   前記刃先部はエンドミルに１枚だけ形成したものであり、この刃先部の周方向角度は１８０度未満であり、さらに前記刃先部の軸端からの軸方向長さが、前記エンボスの高さよりも高く形成されており、前記エンボスの径と実質的に同じ径の部分より外径側の前記刃先部だけが前記エンボス加工中に前記平板に当接することを特徴とするエンボス形状加工刃具。
4. 中心部を取り除いた形状の一枚刃のエンドミルからなる加工刃具を用いて、平板上に予め定められたピッチで規則的に配置された円柱状の複数のエンボスを加工するエンボス形状加工方法であって、エンボス中心位置の上方に前記加工刃具の中心を位置決めし、前記エンボス形状高さまで前記加工刃具で切り込むとともに前記加工刃具を回転させて所定のエンボスを切削加工で形成し、この位置決めから切削加工までの一連の動作を繰り返して規則的な所定のエンボスを形成することを特徴とするエンボス形状加工方法。
5. 前記加工刃具の外径が前記複数のエンボスのピッチの２^１／２倍以上あることを特徴とする請求項４に記載のエンボス形状加工方法。

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