JP3490129B2 - 数値制御工作機械による切削加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、数値制御工作機械によ
る切削加工方法に係り、特に、被加工物のコーナーに残
ったＲ部を除去する切削加工方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】一般的に、被加工物に対して高い寸法精
度で穴や溝を形成する場合、数値制御フライス盤やマシ
ニングセンタなどの数値制御工作機械を用いて、切削加
工することが行われている。数値制御工作機械は、移動
可能な主軸ヘッドに主軸を回転可能に支持し、この主軸
にエンドミルなどの切削工具を保持すると共に被加工物
を移動可能なテーブルに載置した上で、数値制御によ
り、主軸を回転させつつ主軸ヘッドまたはテーブルを移
動させて切削加工を行う機械である。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】ところで、数値制御工
作機械によって加工される被加工物には、角穴や四角錐
穴あるいは四角錐台状の穴、または角溝や傾斜角溝が形
成されることがある。このような穴や溝はいずれも、曲
面ではなく平面のみから構成される加工面であるが、被
加工物が、金型、金型を制作するための銅、グラファイ
ト電極、アルミサッシあるいはグラファイトの半導体治
具であるような場合、前記の穴や溝には曲面部分が無い
高い平面度が要求されている。 【０００４】しかしながら、従来の数値制御工作機械に
よる切削加工方法では、図１０の（Ａ）や（Ｂ）に示す
ように、被加工物に形成された角穴や角溝の各コーナー
にはＲ部が残ってしまっている。エンドミルなどの切削
工具の寸法を小さくしていけば、Ｒ部の寸法も小さくな
っていくが、切削工具が回転することにより切削加工を
行う限り、切削工具の先端に必ずＲ部が形成されるの
で、被加工物のコーナーからＲ部が完全になくなるとい
うことはない。そこで現状では、やすりやワイヤなどに
よる研削加工を手作業で行い、これにより前記Ｒ部を完
全に取り除くようにしている。このような手作業による
Ｒ部の除去作業は、作業効率が悪く、生産性が低いとい
う問題点があった。 【０００５】また、前記のＲ部を除去するために、放電
加工を行うことや、カサバ歯車を有したプレーンカッタ
（特開平３７９２１３号公報）を用いる方法も提案され
ている。しかしながら、これらの場合、特別な設備や独
自の装置が必要である。そのため、製造コストの高騰を
招く要因となり、経済的に不利であった。 【０００６】さらに、被加工物の加工面が傾斜面である
場合、この傾斜面のコーナーからＲ部を、手作業により
除去するしか方法がなく生産性が低かった。そこで従来
より、傾斜面のコーナーからＲ部を簡単に除去する切削
加工方法が待たれていた。 【０００７】本発明は、上記のような事情を鑑みて提案
されたものであり、その主たる目的は、被加工物のコー
ナーのＲ部を確実に除去して優れた寸法精度および平面
度を確保すると共に、生産性の向上および製造コストの
低減を図る数値制御工作機械による切削加工方法を提供
することにある。 【０００８】本発明の他の目的は、加工面が傾斜面であ
っても、この傾斜面のコーナーのＲ部を簡単に除去する
ことができる数値制御工作機械による切削加工方法を提
供することにある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達するため
に、請求項１の数値制御工作機械による切削加工方法
は、被加工物を載置するためのテーブルと、切削工具を
保持するための主軸と、この主軸を回転可能に支持する
主軸ヘッドとを具備し、前記テーブルおよび前記主軸ヘ
ッドは少なくとも一方が移動自在になっており、さらに
前記テーブルと主軸ヘッドとの相対的な移動動作および
前記主軸の回転動作に関する数値を入力するための制御
数値入力手段と、この制御数値入力手段が入力した数値
に基づいて前記テーブルと主軸ヘッドとの相対的な移動
動作および前記主軸の回転動作を制御する制御手段とを
備えた数値制御工作機械を用いたものであって、前記数
値制御工作機械は、前記主軸が前記主軸ヘッドに対して
回転不能となるように前記主軸を固定する主軸回転ロッ
ク手段を有しており、前記切削工具は、フラットエンド
ミル、ボールエンドミル及び角型刃物とを含んでおり、
前記被加工物の加工面に水平な１直線をｘ軸、前記被加
工物の加工面に水平であって前記ｘ軸と直交する１直線
をｙ軸、前記ｘ軸とｙ軸との交点に対し垂直な１直線を
ｚ軸とするとき、前記主軸が前記フラットエンドミルを
保持すると共に、前記制御手段の制御に基づいて、該主
軸は回転し且つ前記主軸ヘッドは前記フラットエンドミ
ルにより前記被加工物を貫通するように前記ｚ軸方向に
移動し、該被加工物のコーナーにＲ部を残した状態で貫
通穴を形成し、その後、前記主軸が前記フラットエンド
ミルに換えて前記ボールエンドミルを保持すると共に、
前記制御手段の制御に基づいて、前記主軸が回転し且つ
前記主軸ヘッドが前記貫通穴の上部をｘ軸、ｙ軸および
ｚ軸方向に同時に移動し、前記ボールエンドミルにより
前記被加工物のコーナーにＲ部を残した状態で前記貫通
穴の上部にテーパ面加工を施す１次切削加工を行い、次
いで、前記主軸が前記角型刃物を保持すると共に、この
主軸を前記主軸回転ロック手段が固定し、前記制御手段
の制御に基づいて、前記主軸ヘッドが前記貫通穴のコー
ナーに沿って前記ｚ軸方向に往復移動し、前記角型刃物
により該コーナーに残ったＲ部を除去し、その後、前記
主軸ヘッドは前記テーパ面のコーナに沿って前記ｘ軸、
ｙ軸およびｚ軸方向に同時に移動し、前記角型刃物によ
り該コーナーに残ったＲ部を除去する２次切削加工を行
うことを特徴とする。 【００１０】 【作用】上記のような構成を有する本発明においては、
まず、１次切削加工において、制御手段の制御により、
主軸が回転すると共に、主軸ヘッドがｚ軸と平行に移動
し、フラットエンドミルが被加工物に貫通穴を開ける。
次にフラットエンドミルに換えてボールエンドミルを保
持した主軸が制御手段の制御により回転すると共に、主
軸ヘッドがｘ軸、ｙ軸およびｚ軸方向に同時に移動する
ことによって、貫通穴上部に４５度のテーパ面加工を行
う。以上のような１次切削加工が終了した時点では、被
加工物の各コーナーにはＲ部が残っている。 【００１１】 次に、２次切削加工においては、１次切
削加工で残った被加工物の各コーナーのＲ部を削るに際
し、まず、制御手段の制御により、主軸ヘッドがｚ軸方
向に往復移動し、角形刃物が貫通穴のコーナにおけるＲ
部を除去する。続いて、主軸ヘッドがｘ軸、ｙ軸および
ｚ軸方向に同時に移動することによって、貫通穴上部の
テーパ面のコーナに残ったＲ部を除去する。 【００１２】 このように、本発明では、主軸ヘッドが
ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸方向に同時に移動することによ
り、たとえ加工面が傾斜したとしても、１次切削加工で
はコーナに残ってしまうＲ部を簡単に除去することがで
きるため、被加工物の各コーナーにエッジ部を形成する
ことが可能である。そのため、被加工物の各加工面の平
面度を高めることができ、優れた寸法精度を確保するこ
とができる。しかもＲ部の除去作業に際して、やすりな
どによる手作業や、特別な設備や独自の装置が不要とな
る。そのため、作業効率が高まり、生産性の向上および
製造コストの低減を図ることができる。 【００１３】 【実施例】［実施例の構成］ 以下、本発明による数値制御工作機械による切削加工方
法の一実施例を、図１〜図８を参照して具体的に説明す
る。 【００１４】図１は、本実施例を採用するマシニングセ
ンタ１の概要を示すモデル図である。このマシニングセ
ンタ１には、被加工物であるワーク２を載置するテーブ
ル３が設けられている。このテーブル３の上方には主軸
５および主軸ヘッド６が配置されている。主軸５は、角
型刃物であるスロットエンドミル４（図２参照）を含む
切削工具を保持するように構成されている。また主軸５
にはこれに回転力を供給する駆動源としてスピンドルモ
ータ７などが接続されている。このスピンドルモータ７
は、主軸５に回転力を供給しないときは、サーボロック
が働くようになっている。 【００１５】なおスロットエンドミル４は、ミーリング
チャックにて主軸５に取付けられるようになっており、
その形状は、φ２０ｍｍの基部から１辺１２ｍｍの四角
柱が延び、その先端部に底面部の１辺が１２．６ｍｍで
ある四角錐のダイヤコートチップが取付けられて成る。
また四角柱およびダイヤコートチップ部分の長さは５０
ｍｍである。 【００１６】主軸ヘッド６は、主軸５を回転可能に支持
しワーク２に対してｘ軸、ｙ軸およびｚ軸方向に対して
往復移動するように構成されている。ここではｘ軸、ｙ
軸およびｚ軸を次のように定義している。すなわち図５
および図６に示すように、ワーク２の加工面に水平な１
直線をｘ軸、ワーク２の加工面に水平であってｘ軸と直
交する１直線をｙ軸、ｘ軸とｙ軸との交点に対し垂直な
１直線をｚ軸としている。 【００１７】またマシニングセンタ１には、制御数値入
力手段８、制御手段９、工具自動交換装置１０および主
軸回転ロック手段１１が設けられている。制御数値入力
手段８はテンキーやディスプレー部あるいはパルスハン
ドルなどから成り、ワーク２および切削加工部分に関す
る形状および寸法のデータ、主軸ヘッド６の移動方向な
らびに移動量、主軸ヘッド６の送り速度および戻し速
度、さらには主軸５の回転速度などを入力するようにな
っている。なお、主軸ヘッド６の早送り速度などは、通
常あらかじめ設定されている。 【００１８】制御手段９は、制御数値入力手段８が入力
した数値に基づいて主軸ヘッド６の移動動作および主軸
５の回転動作に関する制御と、工具自動交換装置１０お
よび主軸回転ロック手段１１の動作に関する制御とを行
うようになっている。また、制御手段９には、後述する
切削加工手順を実行するプログラムが、スロット専用特
殊ソフトにより、１ブロック指命にて行われるように組
込まれている。 【００１９】工具自動交換装置１０は、複数の切削工具
を収納するマガジンと、このマガジンから所望の切削工
具を取出しこれを主軸５まで搬送するための機構と、搬
送された切削工具および主軸５に形成されるキーを合致
させて該切削工具を主軸５に固定するための機構とから
構成される。 【００２０】主軸回転ロック手段１１には、工具自動交
換装置にてスロットエンドミル４に交換する際にこのス
ロットエンドミル４を保持する工具ホルダとして、図３
に示すごとく、廻り止め付きホルダ１２が設けられてい
る。なお、スロットエンドミル４上方にはシャーピン１
３が配設されている。 【００２１】廻り止め付きホルダ１２は、外側に位置決
め用のテーパピン１２ａを有している。このテーパピン
１２ａは、主軸ヘッド６側に形成される廻り止め駒１４
に嵌まり合うようになっている。そして切削工具の交換
により主軸５に形成されるキーと合致させることによ
り、この廻り止め付きホルダ１２のテーパピン１２ａと
主軸ヘッド６側の廻り止め駒１４とが合致し、これによ
り、主軸ヘッド６の回転方向の動きが機械的にロックさ
れるようになっている。また廻り止め付きホルダ１２に
はリミットスイッチ１５が設けられている。このリミッ
トスイッチ１５はスピンドルモータ７と電気的にインタ
ーロックをとるスイッチであり、テーパピン１２ａと廻
り止め駒１４とが合致する時点で作動するようになって
いる。 【００２２】［実施例の切削加工手順］ 続いて、本実施例の切削加工手順に関して図４〜図８を
参照して具体的に説明する。ここでのワーク２は厚さ４
３ｍｍのグラファイトの直方体であり、切削加工部分の
形状およびその寸法は、次の通りである。すなわち、切
削加工部分の形状は、上部が四角錐台、これに連続する
下部が正四角柱である貫通角穴であり、その寸法は、四
角錐台では上辺部が４０ｍｍ、下辺部が２０ｍｍ、高さ
（深さ）が１０ｍｍ、斜辺部の角度は４５度である。一
方、正四角柱の平面部の１辺の長さは２０ｍｍである。 【００２３】図４は本実施例の切削加工手順を示すブロ
ック図、図５（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は１次切削加
工が終了した段階のワーク２の平面図、側面断面図およ
び斜視図であり、図６（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は２
次切削加工が終了した段階のワーク２の平面図、側面断
面図および斜視図、図７（Ａ）および（Ｂ）は２次切削
加工前半の加工作業を説明する平面図および側面断面
図、図８は２次切削加工後半の加工作業を説明する側面
断面図である。 【００２４】(1) 加工の準備段階 ワーク２をテーブル３上に載置すると共に、制御数値入
力手段８に対してワーク２および切削加工部分に関する
形状および寸法のデータを入力し、さらに主軸ヘッド６
の移動方向、その送り速度および戻し速度、並びに主軸
５の回転速度などを入力する。また、初期状態では主軸
５にはφ１０ｍｍエンドミル（フラット）が取付けられ
ている。さらに工具自動交換装置１０には、主軸５に対
して、Ｒ３エンドミル（ボール）およびスロットエンド
ミル４の順に送られるようにセットする。 【００２５】(2) １次切削加工…図４参照 以上のような準備段階を経て、１次切削加工に移る。ま
ず、制御手段９の制御によりスピンドルモータ７が動作
して主軸５が回転すると共に、主軸ヘッド６がｚ軸と平
行に移動し、φ１０ｍｍエンドミル（フラット）が２０
ｍｍ角の貫通穴を開ける（ステップ２１）。 【００２６】次いで制御手段９の制御により工具自動交
換装置１０が動作し、φ１０ｍｍエンドミル（フラッ
ト）を主軸５から取外してＲ３エンドミル（ボール）と
交換し、これを主軸５に取付ける（ステップ２２）。そ
してスピンドルモータ７が動作して主軸５が回転すると
共に、主軸ヘッド６がｘ軸、ｙ軸およびｚ軸方向に同時
に移動し、Ｒ３エンドミル（ボール）が４５度のテーパ
面加工を行う（ステップ２３）。この１次切削加工が終
了した時点では、ワーク２の各コーナーにＲ部が残って
いる。 【００２７】(3) 主軸５の回転ロック制御手段９の制御
により工具自動交換装置１０が動作し、Ｒ３エンドミル
（ボール）を主軸５から取外してスロットエンドミル４
と交換し、これを主軸５に取付ける（ステップ２４）。
この段階で、テーパピン１２ａと廻り止め駒１４とが合
致し、スロットエンドミル４を保持した廻り止め付きホ
ルダ１２が、主軸５を機械的に固定する（ステップ２
５）。しかも、テーパピン１２ａと廻り止め駒１４とが
合致したことによりリミットスイッチ１５が作動し、ス
ピンドルモータ７と電気的インターロックを行い、主軸
５が動くことはない。 【００２８】(4) ２次切削加工…図６〜図８参照 以上のように主軸５の回転をロックした状態で、２次切
削加工としてスロットスピードＦ３０００にてスロット
加工を行う。まず、制御手段９の制御により主軸ヘッド
６がｚ軸方向に往復移動し、スロットエンドミル４が２
０ｍｍ角の貫通穴の各コーナーのＲ部を削る（ステップ
２６）。このとき１回当りの切込み量は０．０５ｍｍ、
加工時間は１か所当り１分１１秒である。 【００２９】次いで、制御手段９の制御により主軸ヘッ
ド６がｘ軸、ｙ軸およびｚ軸方向に同時に移動し、４５
度のテーパ面の各コーナーのＲ部を削る（ステップ２
７）。このときも１回当りの切込み量は０．０５ｍｍ、
加工時間は１か所当り３７秒である。以上のような２次
切削加工が終了した時点で、制御手段９の制御により主
軸回転ロック手段１１がロックを解除するように動作
し、主軸５の回転固定を解除する（ステップ２８）。 【００３０】［実施例の作用および効果］ 上記のような構成を有する本実施例においては、数値制
御により主軸ヘッド６がｚ軸方向に往復移動して、スロ
ットエンドミル４がワーク２のコーナーに残ったＲ部を
除去するので、ワーク２の各コーナーにエッジ部を形成
することができる。そのため、ワーク２の各加工面の平
面度を高めることができ、優れた寸法精度を確保するこ
とができる。しかもＲ部の除去作業に際して、やすりな
どによる手作業や、特別な設備や独自の装置が不要とな
る。そのため、作業効率が高まり、生産性の向上および
製造コストの低減を図ることができた。 【００３１】さらに本実施例では、４５度のテーパ面の
各コーナーのＲ部を削る場合に、主軸ヘッド６がｘ軸、
ｙ軸およびｚ軸方向に同時に移動するため、このＲ部を
簡単に除去することができた。 【００３２】［他の実施例］ なお、本発明の数値制御工作機械による切削加工方法
は、上記の一実施例に限定されるものではなく、例え
ば、角型刃物としはＶ字形の刃物なども包含する。また
本発明により角穴や角溝を切削加工した場合、図１０に
示したような状態から図９の（Ａ）や（Ｂ）に示した状
態にすることができる。さらに、切削加工部分の形状
は、角穴や角溝を初めとして様々な形状の組合わせが可
能であり、主軸ヘッド６の送り速度、戻し速度および早
送り速度などから導かれる切削作業にかかる時間も、被
加工物の材質や寸法などに応じて適宜変更可能である。
また、主軸ヘッド６が移動自在となるだけではなく、ワ
ーク２を載置するテーブル３が移動自在であってもよ
く、要はワーク２と主軸５との相対的な位置が変化可能
であれば良い。 【００３３】さらに被加工物としては、金型、金型を制
作するための銅、グラファイト電極、アルミサッシある
いはグラファイトの半導体治具など多様であるが、その
材質が銅、アルミ、グラファイトど比較的硬度の低い場
合、数値制御工作機械側への負荷も少なく、本発明に適
していると言える。また数値制御工作機械としては、マ
シニングセンタだけではなく数値制御（ＮＣ）フライス
盤でも可能であり、その機種としても５面加工を行える
ものなど、適宜選択可能である。さらに制御数値入力手
段８、制御手段９、工具自動交換装置１０および主軸回
転ロック手段１１などの具体的な構成もまた適宜変更可
能である。 【００３４】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の数値制御
工作機械による切削加工方法によれば、主軸が角型刃物
を保持しこの主軸を主軸回転ロック手段が固定した状態
で、数値制御手段の制御に基づいて主軸ヘッドが移動
し、角型刃物が被加工物のコーナーに残ったＲ部を除去
することによって、優れた寸法精度および平面度を確保
すると共に生産性の向上および製造コストの低減を図る
ことができた。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例を採用するマシニングセンタ
１の概要を示すモデル図。 【図２】スロットエンドミル４の側面図。 【図３】本実施例の主軸回転ロック手段１１の側面図。 【図４】本実施例の切削加工手順を示すブロック図。 【図５】１次切削加工が終了した段階のワーク２を示す
図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面断面図、
（Ｃ）は斜視図。 【図６】２次切削加工が終了した段階のワーク２を示す
図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面断面図、
（Ｃ）は斜視図。 【図７】２次切削加工前段の加工作業を説明する図であ
り、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面断面図。 【図８】２次切削加工後半の加工作業を説明する側面断
面図。 【図９】本発明の数値制御工作機械による切削加工方法
によって形成された被加工物の加工面の斜視図であり、
（Ａ）は角穴、（Ｂ）は角溝を示す。 【図１０】従来の数値制御工作機械による切削加工方法
によって形成された被加工物の加工面の斜視図であり、
（Ａ）は角穴、（Ｂ）は角溝を示す。 【符号の説明】 １…マシニングセンタ ２…ワーク ３…テーブル ４…スロットエンドミル ５…主軸 ６…主軸ヘッド ７…スピンドルモータ ８…制御数値入力手段 ９…制御手段 １０…工具自動交換装置 １１…主軸回転ロック手段 １２…廻り止め付きホルダ １３…シャーピン １４…廻り止め駒 １５…リミットスイッチ

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 被加工物を載置するためのテーブルと、
   切削工具を保持するための主軸と、この主軸を回転可能
   に支持する主軸ヘッドとを具備し、前記テーブルおよび
   前記主軸ヘッドは少なくとも一方が移動自在になってお
   り、さらに前記テーブルと主軸ヘッドとの相対的な移動
   動作および前記主軸の回転動作に関する数値を入力する
   ための制御数値入力手段と、この制御数値入力手段が入
   力した数値に基づいて前記テーブルと主軸ヘッドとの相
   対的な移動動作および前記主軸の回転動作を制御する制
   御手段とを備えた数値制御工作機械を用いたものであっ
   て、 前記数値制御工作機械は、前記主軸が前記主軸ヘッドに
   対して回転不能となるように前記主軸を固定する主軸回
   転ロック手段を有しており、前記切削工具は、フラットエンドミル、ボールエンドミ
   ル及び角型刃物とを含んでおり、 前記被加工物の加工面に水平な１直線をｘ軸、前記被加
   工物の加工面に水平であって前記ｘ軸と直交する１直線
   をｙ軸、前記ｘ軸とｙ軸との交点に対し垂直な１直線を
   ｚ軸とするとき、前記主軸が前記フラットエンドミルを
   保持すると共に、前記制御手段の制御に基づいて、該主
   軸は回転し且つ前記主軸ヘッドは前記フラットエンドミ
   ルにより前記被加工物を貫通するように前記ｚ軸方向に
   移動し、該被加工物のコーナーにＲ部を残した状態で貫
   通穴を形成し、 その後、前記主軸が前記フラットエンドミルに換えて前
   記ボールエンドミルを保持すると共に、前記制御手段の
   制御に基づいて、前記主軸が回転し且つ前記主軸ヘッド
   が前記貫通穴の上部をｘ軸、ｙ軸およびｚ軸方向に同時
   に移動し、前記ボールエンドミルにより前記被加工物の
   コーナーにＲ部を残した状態で前記貫通穴の上部にテー
   パ面加工を施す１次切削加工を行い、 次いで、前記主軸が前記角型刃物を保持すると共に、こ
   の主軸を前記主軸回転ロック手段が固定し、前記制御手
   段の制御に基づいて、前記主軸ヘッドが前記貫通穴のコ
   ーナーに沿って前記ｚ軸方向に往復移動し、前記角型刃
   物により該コーナーに残ったＲ部を除去し、その後、前
   記主軸ヘッドは前記テーパ面のコーナに沿って前記ｘ
   軸、ｙ軸およびｚ軸方向に同時に移動し、前記角型刃物
   により該コーナーに残ったＲ部を除去する２次切削加工
   を行うことを特徴とする数値制御工作機械による切削加
   工方法。