JP2024013605A - 加工方法、加工プログラム、工作機械、自動プログラミング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単なプログラミングで逃がし部の端部のバリ又は角の除去を短時間で行う。【解決手段】隣接するフランジ３１の端面と短軸部３２の周面との間に溝状のぬすみ３４が形成されると共に、ぬすみ３４の形成方向の端部３４ａが内側面３６に開口する被加工物３０に対して、先端がボール状であるボールエンドミル４を用いて、端部３４ａのバリ又は角を除去する加工方法であって、ボールエンドミル４を、先端のボール４ａの直径Ｄｔが、ぬすみ３４の幅Ｎｗ以上となるものとして、内側面３６と平行な平面において、ボール４ａの中心Ｏ２がぬすみ３４の中心Ｏ１と一致し、且つボール４ａの断面幅Ｂｗとぬすみ３４の幅Ｎｗとが等しくなる位置を基準として内側面３６に対する切込量ｔを設定し、ボールエンドミル４を設定した位置に移動させることで、端部３４ａのバリ又は角を除去する加工を行う。【選択図】図３

Description

本開示は、工作機械によって被加工物に設けられた逃がし部の端部のバリ又は角を除去するための加工方法と、当該加工方法を実施するための加工プログラム及び工作機械と、当該加工プログラムを自動生成する自動プログラミング装置と、に関する。

平面部又は曲面部となる外面に段部を有する被加工物において、段部とそれ以外の部分との境界部に逃がし部（ぬすみ）を設ける場合がある。例えば段部となるフランジが形成される円筒状の被加工物に、他の部材がフランジに突き当てた状態でキー結合されるような場合、被加工物におけるフランジの付け根部分に逃がし部が設けられる。
この場合、被加工物にキー溝が形成されるが、キーとキー溝との接触面を確保するためにキー溝を被加工物の軸方向に長くすると、キー溝が逃がし部と連通して形成される場合がある。この場合、逃がし部がキー溝によって周方向に分断されるため、キー溝の内側面に開口する逃がし部の端部にバリが生じることがある。このようなバリは、逃がし部の端部の面取り加工等で除去することができる。
例えば特許文献１には、円柱状の素材形状上に定義された溝又は穴と素材形状との境界部に対して面取り加工を施す際に、面取り加工工具パスデータとして、素材形状の中心軸に平行な回転軸と、溝又は穴の底面と平行な直線軸との２軸方向の加工による面取り加工を実現する加工パスを生成する面取り加工工具パス生成部を備えた自動プログラミング装置の発明が開示されている。
特許文献２には、被加工物の外周面と凹曲面との境界部に面取り加工を施すための工具経路データを生成する装置において、境界部上に複数の点を設定し、設定した各点において、３次元空間内における座標位置を算出し、ボールエンドミルの中心位置を座標位置からオフセットさせる工具補正ベクトルを算出し、算出した工具補正ベクトルを座標位置に加味して工具経路データを算出して工具を順次移動させる発明が開示されている。

国際公開第２０１４／０６８７１５号 特開２００５－２７１１４８号公報

特許文献１，２の面取り加工は、溝又は穴と被加工物の外面との境界部（稜線）に沿って面取りを行う方法であるため、プログラミングが複雑化して面取り加工に時間もかかってしまう。

そこで、本開示は、簡単なプログラミングで逃がし部の端部のバリ又は角の除去を短時間で行うことができる加工方法、加工プログラム、工作機械、自動プログラミング装置を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、本開示の第１の構成は、隣接する２面間に溝状の逃がし部が形成されると共に、前記逃がし部の形成方向の端部が壁面に開口する被加工物に対して、先端がボール状である工具を用いて、前記端部のバリ又は角を除去するための加工方法であって、
前記工具を、先端のボールの直径が、前記逃がし部の幅以上となるものとして、
前記壁面と平行な所定の平面において、前記ボールの中心が前記逃がし部の中心と一致し、且つ前記ボールの断面径と前記逃がし部の幅とが等しくなる位置を基準として前記壁面に対する切込量を設定し、前記工具を設定した位置に移動させることで、前記端部のバリ又は角を除去する加工を行うことを特徴とする。
第１の構成の別の態様は、上記構成において、前記工具を、軸線角度が前記壁面と平行且つ前記逃がし部の加工角度と同じとなる姿勢として前記端部の加工を行うことを特徴とする。
第１の構成の別の態様は、上記構成において、前記工具を、軸線角度が前記壁面に対して所定角度傾斜する姿勢として前記端部の加工を行うことを特徴とする。
第１の構成の別の態様は、上記構成において、前記被加工物は、外周に段部を備えた軸体であり、前記段部の隅部に前記逃がし部が形成されていると共に、軸方向に前記段部及び前記逃がし部を含む溝部が形成されており、
前記溝部の内側面に開口する前記端部の加工を行うことを特徴とする。
上記目的を達成するために、本開示の第２の構成は、加工プログラムであって、工作機械のＮＣ装置に、請求項１に記載の加工方法を実施させることを特徴とする。
上記目的を達成するために、本開示の第３の構成は、隣接する２面間に溝状の逃がし部が形成されると共に、前記逃がし部の形成方向の端部が壁面に開口する被加工物に対して、先端がボール状である工具をＮＣ装置により制御させて、前記端部のバリ又は角を除去する加工が可能な工作機械であって、
前記工具は、先端のボールの直径が、前記逃がし部の幅以上となるものであり、
前記ＮＣ装置は、前記壁面と平行な所定の平面において、前記ボールの中心が前記逃がし部の中心と一致し、且つ前記ボールの断面径と前記逃がし部の幅とが等しくなる位置を基準として前記壁面に対する切込量を設定し、前記工具を設定した位置に移動させることで、前記端部のバリ又は角を除去する加工が可能であることを特徴とする。
上記目的を達成するために、本開示の第４の構成は、隣接する２面間に溝状の逃がし部が形成されると共に、前記逃がし部の形成方向の端部が壁面に開口する被加工物に対して、工作機械が、先端がボール状である工具を用いて前記端部のバリ又は角を除去するための加工プログラムを自動的に生成する自動プログラミング装置であって、
前記被加工物及び前記工具の寸法情報と、前記壁面と平行な所定の平面における前記工具の先端のボール断面の形状情報と、前記平面における前記逃がし部の中心情報と、に基づいて、前記工具の姿勢及び前記工具の移動経路を決定して前記加工プログラムを自動的に生成可能であることを特徴とする。
第４の構成の別の態様は、上記構成において、前記工具の姿勢は、軸線角度が前記平面と平行且つ前記逃がし部の加工角度と同じとなる姿勢であることを特徴とする。
第４の構成の別の態様は、上記構成において、前記工具の姿勢は、軸線角度が前記平面に対して所定角度傾斜する姿勢であることを特徴とする。
第４の構成の別の態様は、上記構成において、前記移動経路は、前記平面において、前記ボールの中心が前記逃がし部の中心と一致し、且つ前記ボールの断面径と前記逃がし部の幅とが等しくなる位置を基準として生成されることを特徴とする。

本開示によれば、簡単なプログラミングで逃がし部の端部のバリ又は角の除去を短時間で行うことができる。

ＮＣ旋盤の説明図である。 被加工物の説明図で、図２ＡはＸ方向から見た状態を、図２ＢはＺ方向から見た状態をそれぞれ示す。 図３Ａはボールエンドミルによる加工の説明図、図３Ｂは図３ＡのＡ－Ａ線の一部拡大断面図、図３Ｃは工具軸垂直方向から見たキー溝部分の拡大図である。 キー溝の内側面に開口するぬすみの端部の各位置を示す説明図である。 キー溝をＺ方向から見た拡大図である。 ぬすみの端部とボールエンドミルとの位置関係を示す説明図で、図６ＡはＹ方向から見た状態を、図６Ｂは工具軸垂直方向から見た状態をそれぞれ示す。 ぬすみの端部に対する加工状態を示す説明図である。 口元が広いぬすみの端部とボールエンドミルとの位置関係を示す説明図である。 口元が広いぬすみの端部に対する加工状態を示す説明図である。 ボールエンドミルをキー溝の内側面に対して傾斜姿勢とした状態を示す説明図で、図１０ＡはＺ方向から見た状態を、図１０ＢはＹ方向から見た状態をそれぞれ示す。 傾斜姿勢としたボールエンドミルによる加工状態を示す説明図で、図１１Ａは図１０ＡのＢ－Ｂ線断面図、図１１Ｂは、図１０ＡのＤ部拡大図である。 ブロック状の被加工物の説明図で、図１２Ａは正面、図１２Ｂは側面、図１２Ｃは斜視をそれぞれ示す。 ブロック状の被加工物の加工状態を示す説明図で、図１３Ａは正面、図１３Ｂは側面、図１３ＣはＣ－Ｃ線の一部拡大断面をそれぞれ示す。

以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本開示の第３の構成に係る工作機械の一例であるＮＣ旋盤１を示している。ＮＣ旋盤１は、チャック２と刃物台３とを備えている。チャック２は、図示しない主軸に設けられ、被加工物３０を把持して回転可能となっている。刃物台３は、チャック２に把持された被加工物３０に対し、相対的に直交するＸ－Ｙ－Ｚ軸にて動作可能となっている。刃物台３は、Ｙ軸回りに旋回可能とするＢ軸を有している。刃物台３には、回転可能な状態にてボールエンドミル４が取り付けられている。
ＮＣ旋盤１は、制御系としてＮＣ装置１０と自動プログラミング装置２０とを備えている。ＮＣ装置１０は、プログラム解釈部１１と動作指令部１２とを有している。プログラム解釈部１１は、自動プログラミング装置２０から入力された加工プログラムを主軸回転指令、送り軸動作指令、Ｂ軸回転指令、ボールエンドミル４の回転指令に解釈する。動作指令部１２は、プログラム解釈部１１から送られた指令に基づいて主軸モータや各送り軸モータ等を制御する。

本開示の第４の構成に係る自動プログラミング装置２０は、入力部２１と、演算部２２と、記憶部２３と、出力部２４とを備えている。入力部２１は、キーボードやタッチパネル等の入力装置を備えて、被加工物３０及びボールエンドミル４の寸法に係るデータが入力可能となっている。演算部２２は、入力部２１から得られたデータに基づいて、ボールエンドミル４の姿勢及び経路を決定して加工プログラムを生成する。記憶部２３は、入力部２１に入力されたデータ及び演算部２２で生成された加工プログラム等を記憶する。出力部２４は、生成された加工プログラムをＮＣ装置１０へ出力する。自動プログラミング装置２０は、ＮＣ装置１０と共にＮＣ旋盤１に搭載してもよいし、パーソナルコンピュータのような外部装置で構成してもよい。自動プログラミング装置２０からＮＣ装置１０への加工プログラムの出力は、有線若しくは無線、又は外部サーバを介して行ってもよい。

被加工物３０は、図２にも示すように、フランジ３１が形成されて外周面に段差のある円柱状である。フランジ３１は、被加工物３０の一端部寄りに形成されて、フランジ３１を挟んで軸方向の一端側に短軸部３２が、他端側に長軸部３３が形成されている。フランジ３１の端面と短軸部３２の外周面との間の隅部には、全周に亘って溝状のぬすみ（逃がし部）３４が加工されている。但し、被加工物３０には、相手部品４０とキー結合するために、短軸部３２の端部から長軸部３３に向けて軸方向にキー溝３５が加工されている。キー溝３５は、ここに結合されるキー４１の強度を確保するために、短軸部３２からフランジ３１及び長軸部３３に跨がるように軸方向に長く形成されている。よって、ぬすみ３４は、キー溝３５によって周方向に分断されて、キー溝３５の内側面３６，３６にそれぞれ凹曲面状の端部３４ａ，３４ａが開口する格好となっている。

このため、キー溝３５の各内側面３６では、開口するぬすみ３４の端部３４ａをボールエンドミル４で加工してバリを除去する。以下、本開示の第１の構成に係る加工方法について説明する。
まず、図３に示すように、ボールエンドミル４の先端のボール４ａの直径Ｄｔは、ぬすみ３４を加工する際に用いた工具の先端ノーズの直径（ぬすみ幅Ｎｗ）よりも大径で、且つ、キー溝３５の幅Ｗ以下となっている。よって、ボールエンドミル４は、キー溝３５内に進入可能である。
ボールエンドミル４は、ぬすみ３４の端部３４ａのエッジのバリを除去するため、Ｂ軸旋回させ、キー溝３５への加工角度Ａを決定する。また、キー溝３５の内側面３６へのボールエンドミル４の先端のボール４ａの切込量ｔは、キー溝３５の内側面３６において、ぬすみ３４の端部３４ａの中心Ｏ１とボール４ａの中心Ｏ２とがＹ方向で一致し、且つ、ボール４ａの断面幅（直径）Ｂｗの寸法が、ぬすみ３４のぬすみ幅Ｎｗと同じになるように決定される。

円柱状の被加工物３０において、キー溝３５を加工すると、ぬすみ３４の中心等の各座標位置は、図４及び図５に示すように、二点鎖線で示す溝加工前の位置と、実線で示す溝加工後の位置とは、Ｚ方向では変わらないものの、Ｘ方向ではシフトする。溝加工前のぬすみ３４の形状より、溝加工後のぬすみ３４のＸ方向の座標は、以下の式（１）によって算出できる。ｉは各座標の点に対応している。

一方、キー溝３５の内側面３６に対してボールエンドミル４の工具軸線が平行な場合、バリ取り時のボールエンドミル４の加工角度（工具角度）Ａは、以下の式（２）により求めることができる。
なお、式（２）に代えて、簡略的にぬすみ加工時の工具の角度を加工角度Ａにしてもよい。

バリ取り時には、ぬすみ３４の中心Ｏ１とボールエンドミル４のボール４ａの中心Ｏ２とをＹ方向で合わせる。図６に示すボールエンドミル４のボール４ａの断面幅Ｂｗは、２×（Ｘa１－Ｘa６）以上の値に設定することで、ぬすみ３４の全域に対してボール４ａを接触させることができる。
ボール４ａの断面幅Ｂｗが決まれば、キー溝３５の内側面３６に対する切込量ｔは、以下の式（３）で計算できる。

そして、バリ取り加工は、図７に示すぬすみ３４の中心Ｏ１から（Ｘa１－Ｘa６－ぬすみ半径Ｒ）＝ｍの距離だけ＋Ｘ方向と－Ｘ方向とのそれぞれにボールエンドミル４を上下移動させる。これにより、均等にぬすみ３４の端部３４ａのエッジをバリ取り加工することができる。

よって、自動プログラミング装置２０では、被加工物３０及びボールエンドミル４の寸法と、キー溝３５の内側面３６におけるボール４ａの断面幅Ｂｗと、ぬすみ３４の中心Ｏ１とに係るデータをオペレータが入力部２１から入力する。すると、演算部２２は、ボールエンドミル４の加工角度Ａを、内側面３６に対して平行で、且つぬすみ形成角度と等しくして決定すると共に、移動経路を、内側面３６においてボール４ａの中心Ｏ２とぬすみ３４の中心Ｏ１とが等しく、且つ断面幅Ｂｗとぬすみ幅Ｎｗとが同等となる位置を基準に自動的に決定して、本開示の第２の構成に係る加工プログラムを生成し、記憶部２３に記憶される。記憶された加工プログラムは、出力部２４を介してＮＣ装置１０のプログラム解釈部１１に送られる。動作指令部１２は、解釈された加工プログラムに基づいて主軸及び各軸を制御して、ボールエンドミル４により上述の加工方法を、ぬすみ３４の各端部３４ａにおいてそれぞれ実施する。

上記形態の加工方法及びＮＣ旋盤１は、隣接するフランジ３１の端面と短軸部３２の周面との間に溝状のぬすみ３４（逃がし部の一例）が形成されると共に、ぬすみ３４の形成方向の端部３４ａが内側面３６（壁面の一例）に開口する被加工物３０に対して、先端がボール状であるボールエンドミル４（工具の一例）を用いて、端部３４ａのバリ又は角を除去する。
このとき、ボールエンドミル４を、先端のボール４ａの直径Ｄｔが、ぬすみ３４の幅Ｎｗ以上となるものとして、内側面３６と平行な所定の平面（ここでは所定の平面＝内側面３６）において、ボール４ａの中心Ｏ２がぬすみ３４の中心Ｏ１と一致し、且つボール４ａの断面幅Ｂｗ（断面径の一例）とぬすみ３４の幅Ｎｗとが等しくなる位置を基準として内側面４６に対する切込量ｔを設定し、ボールエンドミル４を設定した位置に移動させることで、端部３４ａのバリ又は角を除去する加工を行う。
この構成によれば、簡単なプログラミングでぬすみ３４の端部３４ａのバリ又は角の除去を短時間で行うことができる。

以下、本開示の変更例について説明する。
図８に示すように、ぬすみ３４の口元が広い場合、ぬすみ３４の中心Ｏ１を起点にＢ軸を角度Ａ１からＡ２に変化させると、ぬすみ３４の端部３４ａ全域のバリを除去することができる。角度Ａ１，Ａ２は、以下の式（４）（５）で計算することができる。

よって、図９に示すように、ぬすみ３４の中心Ｏ１から、（Ｘa１－Ｘa６－ぬすみ半径Ｒ）＝ｍの距離だけ＋Ｘ方向と－Ｘ方向とのそれぞれにボールエンドミル４を上下移動させて各上下位置で角度Ａ１，Ａ２の工具姿勢とすることで、均等にぬすみ３４の端部３４ａのエッジをバリ取り加工することができる。

図１０に示すように、ボールエンドミル４がキー溝３５の内側面３６に対して平行でない場合にも同様のバリ取り加工が行える。
この場合も断面幅Ｂｗに基づく切込量ｔは、先述の式（３）と同じで、加工角度Ａも式（４）（５）から決定できる。図１１に示すように、ボールエンドミル４を加工角度Ａで矢印で示す工具進行方向に揺動させれば、ぬすみ３４の端部３４ａ全域のバリを除去することができる。

上記各例では、軸物の被加工物に対してぬすみのバリ取りを行う例を説明したが、図１２に示すようなブロック状の被加工物５０において、加工したぬすみ３４の端部３４ａが外面５０ａに対して開口するような場合も本開示は適用できる。ボールエンドミル４が外面５０ａに対して平行な場合、図１３に示すように、ぬすみ３４の半径Ｒと外面５０ａにおけるボールエンドミル４の断面形状とが同じになるため、断面幅Ｂｗは、ぬすみ３４の半径Ｒの２倍以上の大きさに設定すればよい。加工角度Ａもぬすみ３４の角度と同じにすればよい。また、ボールエンドミル４が外面に対して平行でない場合にも同様にバリ取り加工は可能である。

１・・ＮＣ旋盤、２・・チャック、３・・刃物台、４・・ボールエンドミル、４ａ・・ボール、１０・・ＮＣ装置、１１・・プログラム解釈部、１２・・動作指令部、２０・・自動プログラミング装置、２１・・入力部、２２・・演算部、２３・・記憶部、２４・・出力部、３０，５０・・被加工物、３４・・ぬすみ、３４ａ・・端部、３５・・キー溝、３６・・内側面、Ｄｔ・・ボールの直径、Ａ・・加工角度、ｔ・・切込量、Ｂｗ・・ボールの断面幅、Ｎｗ・・ぬすみ幅。

Claims (10)

1. 隣接する２面間に溝状の逃がし部が形成されると共に、前記逃がし部の形成方向の端部が壁面に開口する被加工物に対して、先端がボール状である工具を用いて、前記端部のバリ又は角を除去するための加工方法であって、
   前記工具を、先端のボールの直径が、前記逃がし部の幅以上となるものとして、
   前記壁面と平行な所定の平面において、前記ボールの中心が前記逃がし部の中心と一致し、且つ前記ボールの断面径と前記逃がし部の幅とが等しくなる位置を基準として前記壁面に対する切込量を設定し、前記工具を設定した位置に移動させることで、前記端部のバリ又は角を除去する加工を行うことを特徴とする加工方法。
2. 前記工具を、軸線角度が前記壁面と平行且つ前記逃がし部の加工角度と同じとなる姿勢として前記端部の加工を行うことを特徴とする請求項１に記載の加工方法。
3. 前記工具を、軸線角度が前記壁面に対して所定角度傾斜する姿勢として前記端部の加工を行うことを特徴とする請求項１に記載の加工方法。
4. 前記被加工物は、外周に段部を備えた軸体であり、前記段部の隅部に前記逃がし部が形成されていると共に、軸方向に前記段部及び前記逃がし部を含む溝部が形成されており、
   前記溝部の内側面に開口する前記端部の加工を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の加工方法。
5. 工作機械のＮＣ装置に、請求項１に記載の加工方法を実施させるための加工プログラム。
6. 隣接する２面間に溝状の逃がし部が形成されると共に、前記逃がし部の形成方向の端部が壁面に開口する被加工物に対して、先端がボール状である工具をＮＣ装置により制御させて、前記端部のバリ又は角を除去する加工が可能な工作機械であって、
   前記工具は、先端のボールの直径が、前記逃がし部の幅以上となるものであり、
   前記ＮＣ装置は、前記壁面と平行な所定の平面において、前記ボールの中心が前記逃がし部の中心と一致し、且つ前記ボールの断面径と前記逃がし部の幅とが等しくなる位置を基準として前記壁面に対する切込量を設定し、前記工具を設定した位置に移動させることで、前記端部のバリ又は角を除去する加工が可能であることを特徴とする工作機械。
7. 隣接する２面間に溝状の逃がし部が形成されると共に、前記逃がし部の形成方向の端部が壁面に開口する被加工物に対して、工作機械が、先端がボール状である工具を用いて前記端部のバリ又は角を除去するための加工プログラムを自動的に生成する自動プログラミング装置であって、
   前記被加工物及び前記工具の寸法情報と、前記壁面と平行な所定の平面における前記工具の先端のボール断面の形状情報と、前記平面における前記逃がし部の中心情報と、に基づいて、前記工具の姿勢及び前記工具の移動経路を決定して前記加工プログラムを自動的に生成可能であることを特徴とする自動プログラミング装置。
8. 前記工具の姿勢は、軸線角度が前記壁面と平行且つ前記逃がし部の加工角度と同じとなる姿勢であることを特徴とする請求項７に記載の自動プログラミング装置。
9. 前記工具の姿勢は、軸線角度が前記壁面に対して所定角度傾斜する姿勢であることを特徴とする請求項７に記載の自動プログラミング装置。
10. 前記移動経路は、前記平面において、前記ボールの中心が前記逃がし部の中心と一致し、且つ前記ボールの断面径と前記逃がし部の幅とが等しくなる位置を基準として生成されることを特徴とする請求項７乃至９の何れかに記載の自動プログラミング装置。

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