JP2012096339A - ワークの加工方法、ワークの加工装置、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 加工品質を維持しつつ、工具の交換寿命を長くすることができる加工方法を提供する。
【解決手段】 テーブルを移動させるためのＸ軸と、工具１４を移動させるためのＹ軸およびＺ軸と、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を制御する制御部を有する加工装置を用いて、ワーク１をテーブルに載置し、前記工具１４をＸ、Ｙ軸方向に相対的に移動させて、ワーク１を加工する加工方法において、前記工具を上昇または下降させる間の水平方向の移動距離（距離Ａ）を予め設定し、水平方向の移動距離が前記距離Ａに到達するまで前記工具１４を連続して上昇または下降させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、工具とワークとを相対的に移動させてワークの外形形状を加工する加工方法、この加工方法を実施するワークの加工装置、および実行するためのプログラムに係り、特にプリント基板などの薄板のワークの加工方法、加工装置およびプログラムに関する。

プリント基板などのワークを加工する場合、ルータビットと呼ばれる工具を用いて外形加工することが従来から知られている。このような工具は、スピンドルモータに取り付けられ、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動自在に支持するアクチュエータ機構によってワーク上方に配置される。そして、スピンドルモータによって回転を付与した工具をＺ軸方向へ降下させた後、工具とテーブルに載置されたワークとを、Ｘ、Ｙ軸方向へ相対的に移動させることによりワークを所定の外形に加工する。

このような場合、ワークの外形加工時にワークに対する工具のＺ軸方向の高さは一定である。したがって、ワークと接触する工具の刃部の切削領域は常に同じであり、この切削領域の磨耗が早期に進行するため、短期間に工具を交換する必要があった。

そこで、工具の長寿命化を図るべく、特許文献１に示されるように、基板毎に冶具の高さを変えることでルータビットが決まった位置で磨耗しないようにする技術や、特許文献２に示されるように、工具の刃部を複数の切削領域に分割し、先端の切削領域から順番に使用して、電子部品を一定個数分割した時点で使用していない切削領域で切削を行なう技術が知られている。また、特許文献３には、基板に加工を施す外形形状を複数の加工領域に分け、複数に分割されたルータビット刃部の切削領域を順次変更して各加工領域を加工することが記載されている。

特開２００１−１５６４２３号公報 特開２００１−１５６４２３号公報 特願２０１０−１６１１８１号明細書（未公開特許文献）

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、基板１枚毎にルータビットの切削領域を変更するため、工具寿命を十分長くすることができない。これは、基板の加工途中でルータビットが磨耗して寿命に達することで発生する切削熱や構成刃先の影響により加工品質が低下することを避けるため、工具の加工限界まで十分に余裕がある状態で工具交換を行なっていたからである。また、特許文献２および特許文献３に記載の技術では、基板の厚さと工具の切削領域を一致させることや工具の刃部を基板の厚さの整数倍にすることは難しく、切削領域間の境界や工具の先端に非使用部分ができてしまい刃部全体を有効に使えないため、工具の交換寿命を十分長くできないという問題があった。

本発明の目的は、上記した課題を解決し、加工品質を維持しつつ、工具の交換寿命を長くすることができる加工方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、テーブルを移動させるためのＸ軸と、工具を移動させるためのＹ軸およびＺ軸と、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を制御する制御部を有する加工装置を用いて、ワークをテーブルに載置し、前記工具をＸ、Ｙ軸方向に相対的に移動させて、ワークを加工する加工方法において、前記工具を上昇または下降させる間の水平方向の移動距離（距離Ａ）を予め設定し、水平方向の移動距離が前記距離Ａに到達するまで前記工具を連続して上昇または下降させる、ことを特徴とする。

この場合、切削領域は、基板毎に変更されることはなく加工中徐々に変更される。また、工具の有効刃長全体を使って加工できるため、切削領域間の境界で非使用部分が発生しない。

本発明によれば、切削領域を徐々に変更することにより、有効刃長全体を使用して加工できるので、加工品質を維持しつつ、工具の交換寿命を長くできる。

本発明に係る加工装置を説明する図である。 本発明に係る加工の動作を説明する図である。（実施例１） 本発明に係る制御部の概要を説明する図である。 本発明に係る加工経路を説明する図である。（実施例１） 本発明に係る一連の動作を表すフローチャートである。（実施例１） 本発明に係る一連の動作を表すフローチャートである。（実施例１） 本発明に係る加工の動作を説明する図である。（実施例２） 本発明に係る一連の動作を表すフローチャートである。（実施例２）

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は本発明に係る加工装置の全体構成を説明する図である。同図において、プリント基板などの薄板のワーク１の加工装置１００は、ワーク１を載置するテーブル２と、Ｘ軸方向に配設されたガイド３と、ガイド３を支持するベッド４と、テーブル２を移動させるＸ軸モータ５と、ベッド４上に固定されたコラム６と、コラム６上に移動自在に設置されたクロススライド７と、Ｙ軸方向に配設されたガイド８と、クロススライド７を移動させるＹ軸モータ９と、Ｚ軸方向に配設されたガイド１０とクロススライド７上に移動自在に設置されたベース１１と、ベース１１を移動させるＺ軸モータ１２と、スピンドル１３に回転自在に保持されたルータビット（工具）１４と、加工プログラムの指示に従い、テーブル２、クロススライド７及びベース１１の移動を制御するＣＮＣ装置１５を備えてなる。

ワーク１を載置するテーブル２は、一対のガイド３に支持され、ベッド４上をＸ軸方向に移動自在である。Ｘ軸モータ５は図示を省略するボールねじを介してテーブル２を移動させる。コラム６はベッド４上に固定されている。クロススライド７はガイド８に支持され、コラム６上をＹ軸方向に移動自在である。Ｙ軸モータ９はボールねじ９１を介してクロススライド７を移動させる。ベース１１はガイド１０に支持され、クロススライド７上をＺ軸方向に移動自在である。Ｚ軸モータ１２はボールねじ１２１を介してベース１１を移動させる。ルータビット１４はスピンドル１３に回転自在に支持されている。スピンドル１３はベース１１に保持されている。ＣＮＣ装置１５は、後述する制御部１７に搭載された加工プログラムの指示に従い、テーブル２、クロススライド７及びベース１１の移動を制御する。

加工をするときには、図示を省略する工具格納装置から加工プログラムで指定されたルータビット１４を選択してスピンドル１３に保持させた後、テーブル２、クロススライド７及びベース１１をそれぞれ移動させることで、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向にルータビット１４とワーク１とを相対的に移動させて、ワーク１の外形を加工する。

図２は本発明に係る加工の動作を説明する図であり、図１と同じものは説明を省略する。切込開始高さであるＺ点２００に先端が配置されたルータビット１４を、Ｘ、Ｙ軸方向に相対的に移動させて、上昇時の加工距離である距離Ａまでワーク１を加工する。このとき、ルータビット１４をＺ軸方向にも移動させ、上昇量Ｃだけ上昇させる。その後、ルータビット１４を、Ｘ、Ｙ軸方向に相対的に移動させて、距離Ａに到達した点から再び距離Ａまで加工するとともに、Ｚ軸方向に移動させて、下降量Ｃだけ下降させる。ルータビット１４のハッチング部分は有効刃長（刃部においてルータ加工に用いることができる部分であり、例えば、刃部中心で刃部全体の８６％の刃長）を示していて、上昇量Ｃは有効刃長からワーク１の厚さを減算して決定される。

このように、本発明では、ワーク１と接触するルータビット１４の刃部の有効刃長の位置（切削領域）を次々と変更するため、構成刃先の発生を抑制することができる。また、切削領域で加工中に発生する切削熱が、有効刃長の一部に集中することなく有効刃長全体に分散するので、切削熱を低減できる。したがって、加工品質を向上することが可能である。

また、従来は、切削領域を変更するときは、Ｘ、Ｙ軸方向の移動を止めてから、工具をＺ軸方向へ移動させていた。そのため、Ｚ軸方向への移動中は加工をストップしなければならず、加工効率が低下した。本発明では、このようなことはなく、Ｚ軸方向への移動中も加工を行うので、加工効率を向上することが可能である。

図３は本発明に係る制御部の概要を説明する図である。入力部１６から入力された距離Ａ、上昇量Ｃ、設定寿命、加工速度ｖ１はＣＮＣ装置１５の制御部１７にある記憶手段１８に記憶される。移動距離判断手段１９は、加工距離が距離Ａに到達したかを判断する。Ｘ軸制御手段２０、Ｙ軸制御手段２１、Ｚ軸制御手段２２は、Ｘ軸モータ５、Ｙ軸モータ９、Ｚ軸モータ１２およびガイド３、８、１０からなる移動手段２４を制御して、テーブル２上に載置されたワーク１およびルータビット１４をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に相対的に移動させる。可変率算出手段は、上昇量Ｃを距離Ａで除算して可変率ｚ１を求める。設定寿命判断手段２４は、加工距離が予め設定された設定寿命に到達したかを判断する。

図４は本発明に係る加工経路を加工するときの動作を説明する図であり、ワーク１に加工される外形形状を加工経路上の点であるＰ１からＰ４まで加工することを示している。Ｐ１からＰ４の途中にあるＰ２からＰ３までは非加工の領域であって、Ｐ１からＰ２までを加工領域イ、Ｐ３からＰ４までを加工領域ロとしている（なお、同図において、実線は加工経路を、点線はルータビット１４の上昇下降動作を、それぞれ表すものである）。まず、Ｐ１からスタートし、ルータビット１４を上昇下降させながらＰ２まで加工領域イを加工する。次に、Ｐ２でルータビット１４を一定の高さまで上昇させた後、Ｐ３上方に位置決めする。その後、ルータビット１４を再びＰ２に到達したときの高さまで下降させ、Ｐ３からＰ４まで加工領域ロを加工する。ここで、Ｐ５は設定寿命に到達した位置を示しているが、加工経路の途中（加工領域ロの途中）で設定寿命に到達しても、Ｐ５で加工を中止せず、Ｐ４まで加工を行なう。これは、設定寿命を超えて加工が行われた場合でも、後述の安全率の範囲内であれば加工限界に到達しないからである。

図５、図６は本発明に係る一連の動作を表すフローチャートである。

まず、手順Ｓ１で距離Ａ、上昇量Ｃ、設定寿命、加工速度ｖ１を制御部１７へ入力し記憶手段１８に記憶する。距離Ａは、ルータビット１４を切込開始高さであるＺ点２００から上昇量Ｃまで上昇させるときの水平方向の移動距離であり、加工に先立って予め入力される。上昇量Ｃは、前述したように、ルータビット１４の有効刃長からワーク１の厚さを減算して決定される。加工速度ｖ１はルータビット１４の水平方向の移動速度である。設定寿命は所定の寿命距離であり、予め、距離Ａ、上昇量Ｃ、加工速度ｖ１、ワーク１の厚さや材質等のパラメータを様々に変えてルータビット１４で加工を行なった実験データから、これ以上ルータビット１４を使用すれば加工精度の低下やルータビット１４の発熱又は折損が発生しやすくなるという加工限界の距離を求めそれに安全率（例えば、０．９）を掛けることにより算出する。また、図示を省略するが、Ｓ１での入力後、式１により可変率ｚ１を求め、前記可変率ｚ１を用いて式２によりルータビット１４のＺ軸動作速度ｖ２を求め、それぞれ記憶手段１８に記憶しておく。
ｚ１＝Ｃ／Ａ ・・・（式１）
ｖ２＝ｚ１×ｖ１ ・・・（式２）

次に、手順Ｓ２で加工を開始するとともに、Ｚ軸を駆動させてルータビット１４を上昇させる。その後手順Ｓ３に移行する。

手順Ｓ３では加工距離が設定寿命に到達したかを判断する。設定寿命に到達した場合は、手順Ｓ４に移行し、工具であるルータビット１４を交換した後、手順Ｓ１に移行して、再び距離Ａ、上昇量Ｃ、設定寿命、加工速度ｖ１の入力を繰り返す。設定寿命に到達していない場合は、手順Ｓ５へ移行する。なお、段落００２０に記載されているように、通常、加工領域の途中で設定寿命に到達した場合には、当該加工領域の加工を完了させてから工具交換を行なう。これは、設定寿命を超えても、上述の安全率の範囲ならば加工限界に達しないためである。またこれは交換直前の磨耗した工具よりも径が太い新品の工具で加工することにより、工具交換前後でワーク１に段差ができて加工品質が低下することを防ぐためであるが、多少の段差がついても問題がない場合には加工領域の途中で工具交換を行なってもよい。

手順Ｓ５では、加工距離が距離Ａに到達したかどうかを判断する。加工距離が距離Ａに到達しなかった場合は、手順Ｓ６に移行し、ルータビット１４の上昇を継続した後、手順Ｓ７に移行する。ここでルータビット１４の上昇は、手順Ｓ１で入力した上昇量Ｃを距離Ａで除算して求めた可変率ｚ１に加工速度ｖ１を乗算して求めたルータビット１４のＺ軸動作速度ｖ２で行なう。

手順Ｓ７では、プログラム上で設定した全ての加工を終了したかを判断し、加工が全て終了した場合は、本発明のフローを終了する。全ての加工が終了していない場合は、手順Ｓ３に移行し再び前記の動作を繰り返す。

手順Ｓ５で、加工距離が距離Ａに到達した場合は、手順Ｓ８に移行し、ルータビット１４の下降を開始する。その後、手順Ｓ９に移行して、加工距離が設定寿命に到達したかどうか判断する。なお、加工距離が距離Ａに到達すると、ルータビット１４はＺ軸方向に上昇量Ｃだけ上昇する。

手順Ｓ９で加工距離が設定寿命に到達したと判断したときは、手順Ｓ１０に移行して工具交換を行なった後、手順Ｓ１に移行して、再び、距離Ａ、上昇量Ｃ、加工速度ｖ１、設定寿命を入力する。加工距離が設定寿命に到達しなかった場合は、手順Ｓ１１に移行する。

手順Ｓ１１では、加工距離が距離Ａに到達したかどうかを判断する。加工距離が距離Ａに到達しなかった場合は、手順Ｓ１２に移行し、ルータビット１４の下降を継続した後、手順Ｓ１３に移行する。ここでルータビット１４の下降は、手順Ｓ１で入力した上昇量Ｃを距離Ａで除算して求めた可変率ｚ１に加工速度ｖ１を乗算して求めたルータビット１４のＺ軸動作速度ｖ２で行なう。

手順Ｓ１３では、プログラム上で設定した全ての加工を終了したかを判断し、加工が全て終了した場合は、本発明のフローを終了する。全ての加工が終了していない場合は、手順Ｓ１に移行し再び前記の動作を繰り返す。

手順Ｓ１１で、加工距離が距離Ａに到達した場合は、手順Ｓ１４に移行し、ルータビット１４の上昇を開始する。その後、手順Ｓ３に移行して、加工距離が設定寿命に到達したかどうか判断する。

なお、この実施例では、加工開始と同時にルータビット１４を上昇させてから下降させるようにしたが、下降させてから上昇させることもできる。

次に、図７、図８を参照し、本発明の実施例２について説明する。なお、実施例１と同じものは同一の符号を付して重複する説明を省略する。

前記実施例１では、加工およびルータビット１４の上昇を開始した後に、加工距離が距離Ａに到達したと判断した場合、下降を開始して再び距離Ａに到達するまで上昇と同じ速度ｖ２で下降量Ｃまで下降させる。一方、実施例２では、図７に示されるように、ルータビット１４を上昇させる速度と比較して非常に速い速度（例えば、Ｚ軸の最高速度）で瞬時に下降量Ｃまで下降させた後、再び距離Ａに到達するまで速度ｖ２で上昇させる。このような動作を行う場合には、実施例１の動作を示すフローチャート図５の手順Ｓ８に換えて図８のフローチャートに示した処理を実行すればよい（手順Ｓ８１、Ｓ８２）。

このように、実施例２では、距離Ａに到達した後瞬時にルータビット１４を下降量Ｃまで下降させるだけでよいので、下降速度を計算することがなく、比較的簡易な制御でワーク１の加工を行なうことができる。

１ ワーク（プリント基板）
２ テーブル
３、８、１０ ガイド
４ ベッド
５ Ｘ軸モータ
６ コラム
７ クロススライド
９ Ｙ軸モータ
１１ ベース
１２ Ｚ軸モータ
１３ スピンドル
１４ ルータビット（工具）
１５ ＣＮＣ装置
１６ 入力部
１７ 制御部
９１、１２１ ボールねじ
Ｐ１〜Ｐ４ 加工経路上の点
Ｐ５ 設定寿命に到達した位置
Ｓ１〜Ｓ１４、Ｓ８１、Ｓ８２ 処理手順

Claims (6)

1. テーブルを移動させるためのＸ軸と、工具を移動させるためのＹ軸およびＺ軸と、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を制御する制御部を有する加工装置を用いて、ワークをテーブルに載置し、前記工具をＸ、Ｙ軸方向に相対的に移動させて、ワークを加工する加工方法において、
   前記工具を上昇または下降させる間の水平方向の移動距離（距離Ａ）を予め設定し、
   水平方向の移動距離が前記距離Ａに到達するまで前記工具を連続して上昇または下降させる、ことを特徴とするワークの加工方法。
2. 請求項１に記載のワークの加工方法において、
   前記工具の水平方向の移動距離が前記距離Ａに到達した場合、前記Ｚ軸の制御を逆転させて前記距離Ａに到達した点から再び距離Ａに到達するまで前記工具を連続して下降または上昇させる、ことを特徴とするワークの加工方法。
3. 請求項２に記載のワークの加工方法において、
   前記工具の有効刃長を、予め設定し、
   前記有効刃長を前記距離Ａで除算してＺ軸可変率を算出し、
   前記工具を前記Ｚ軸可変率で上昇または下降させることを特徴とするワークの加工方法。
4. 請求項１に記載のワークの加工方法において、
   前記工具の水平方向の移動距離が前記距離Ａに到達した場合、前記Ｚ軸の制御を逆転させて前記有効刃長で決められる前記工具の下降量または上昇量まで前記工具を請求項１の上昇または下降速度よりも速い速度で下降または上昇させた後、前記工具の上昇または下降を繰り返す、ことを特徴とするワークの加工方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項記載のワークの加工方法を実行する制御部を有する、ことを特徴とするワークの加工装置。
6. ワークの加工装置の制御部に請求項１乃至４のいずれか１項記載の加工方法を実行させる、ことを特徴とするワークの加工プログラム。
   

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