JP3751285B2 - ワーク切削加工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電加工機に装着される電極部材等を製造する際のワークの切削加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に金型を製作する際は、マシニングセンタを使用して金型素材となる金属ブロックを切削加工して行っている。但し、マシニングセンタ等の切削加工では形成困難な凹部（キャビティ等）等を形成する際には、放電加工により金属ブロックに所定形状の凹部等を形成するようにしている。この放電加工により金属ブロックに凹部を加工する際には、放電加工機の電極部に凹部と対応する凸状の電極部材を装着して行う。
従来、電極部材はその加工性がよいことから銅材を使用することが多い。しかし、銅材は温度変化によって歪みが発生しやすく、精度上での問題があった。近年ではこの銅材に代わって温度変化による歪みの少ないカーボングラファイトが使用されてきている。
図４はカーボングラファイトを切削加工して形成された電極部材Ｄである。ここでこの電極部材Ｄを切削加工する際の工程について説明する。まず、図５に示す直方体のカーボングラファイト（以下、ワークという）Ｗをテーブル（図示せず）上に固定する。次に切削工具（エンドミル等）Ｋを同図の１から２方向、３、４、５、６、７方向へと順次螺旋状に移動させて、図６に示すように、電極部ｄ１の側面ｗｓに所定寸法（例えば２ｍｍ）の削りしろαを残して荒削りする（荒削り工程）。なお、実際には切削工具Ｋはマシニングセンタに移動不能に保持されており、ワークＷを固定載置しているテーブルが前後左右方向及び上下方向へ移動することで、ワークＷに対して切削工具Ｋが相対移動するようになっている。
次に図７及び図８（ａ）、（ｂ）に示すように、段差面ｗｄも同様に所定の削りしろαを残して荒削り工程を行う。
次に、図８（ｃ）、（ｄ）に示すように、荒削り工程にて残した電極部ｄ１の側面ｗｓの削りしろαを切削して電極部ｄ１を所定寸法に仕上げる（仕上げ加工）。次に、図９に示すように電極部ｄ１の先端面ｗｔに残っている削りしろαを切削して、電極部ｄ１の高さ寸法を所定寸法に仕上げる（仕上げ加工）ことでカーボングラファイトからなる所定形状の電極部材Ｄを得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には次のような問題があった。
前記ワークＷの素材であるカーボングラファイトの加工性は銅材や他の金属材よりも良いが、強度が他の金属材よりも低いため、切削加工中に電極部ｄ１が折れたり切削工具Ｋが電極部ｄ１に食い込んでしまうという問題があった。もちろん、電極部ｄ１が折れた場合にはその電極部ｄ１は電極部材Ｄとして使用することができない。また、電極部ｄ１に切削工具Ｋが食い込んだ場合には、完成した電極部材Ｄの寸法が規定外となって完成した電極部材Ｄが不良品となる。
前記電極部ｄ１の折れや切削工具Ｋの食い込みは、電極部ｄ１の厚さが薄い場合や電極部ｄ１の高さ（長さ）が電極部ｄ１の厚みに対して比較的高めに構成される場合に発生しやすい。すなわち、電極部ｄ１の厚さが薄くなるにつれ、電極部ｄ１の強度が低下することから、切削時に切削工具Ｋから電極部ｄ１に加わる外力により電極部ｄ１にビビリ振動が発生する。このビビリ振動が所定レベルを超えた際に電極部ｄ１の亀裂等や切削工具Ｋの食い込み等が発生する。
ビビリ振動を発生させない方法として、切削工具Ｋの１送り当たりの切り込み量を少なくしてワークＷを切削することが考えられる。しかし、１送り当たりの切り込み量を少なくして加工する場合には、総加工時間が長くなり、製造コストが高くなるという問題が発生する。
本発明は、上記問題を解消するためになされたものであって、その目的は、１送り当たりの切り込み量を減少させることなく、ワークの折れや切削工具の食い込みを防止することが可能な切削加工方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、製品部に所定寸法の削りしろを残してワークを切削するとともに、製品部と隣接させて補強部を一体切削する荒削り工程と、前記荒削り工程にて残した製品部の先端面の削りしろを切削して、製品部の先端面を所定寸法に仕上げる第１の仕上げ工程と、前記第１の仕上げ工程を経た後、残りの製品部の削りしろを切削して、製品部の先端面以外を所定寸法に仕上げるとともに、製品部から前記補強部を切り離してワークを切削する第２の仕上げ工程とを経てワークの切削加工を行うことをその要旨とする。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記補強部は製品部を挟持するように、複数形成されていることをその要旨とする。
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、前記補強部は製品部の端部付近において、製品部を中心として対角線上に一対に形成されていることをその要旨とする。
【０００５】
（作用）
請求項１に記載に発明においては、まず、荒削り工程において、製品部に所定寸法の削りしろが残されてワークが切削加工されるとともに製品部と隣接されて補強部が一体的に切削加工される。次に第１の仕上げ工程において、製品部の先端面が所定寸法に切削加工される。このとき、製品部は補強部により支えられている状態に保持されることから、製品部のビビリ振動が抑制される。そして、第２の仕上げ工程において、残りの製品部の削りしろが切削加工されるとともに製品部から補強部が切り離され、製品部が所定寸法に仕上げられる。
請求項２に記載の発明においては、請求項１に記載の発明の作用に加え、荒削り工程において、製品部を挟持するように補強部が一体的に切削加工される。製品部は補強部により両方向から挟持された状態に保持されているため、第１の仕上げ工程において、製品部の先端面を切削加工する際に、補強部が形成されている２方向へのビビリ振動が抑制される。その後、第２の仕上げ工程において、製品部から補強部が切り離され、製品部が所定寸法に仕上げられる。
請求項３に記載の発明においては、請求項２に記載の発明の作用に加え、第１の仕上げ工程時において製品部に作用するモーメントをより効率良く分散することができる。
【０００６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、製品部の側面幅が小さくなる前（ワーク側面の仕上げ加工前）に製品部の先端面を先に仕上げ加工することから、製品部の強度が保持される。その結果、１送り当たりの切り込み量を多くしても、製品部の製品部のビビリ振動が抑制され、製品部の折れや切削工具の食い込み等を防止することができ、ひいては加工時間の短縮化、すなわち、製造コストの低減を図ることができるという優れた効果を奏する。更に補強部により製品部を支えた状態で製品部の先端面の切削加工を行うことから製品部のビビリ振動を一層抑制でき、ワークの折れや切削工具の食い込み等を一層確実に防止することができるという優れた効果を奏する。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、補強部で製品部を両側から挟持した状態で製品部の先端面の切削加工を行うことから製品部のビビリ振動をさらに確実に抑制でき、ワークの折れや切削工具の食い込み等をより一層確実に防止することができるという優れた効果を奏する。
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、第１の仕上げ工程時において製品部に作用するモーメントをより効率良く分散することができ、その結果、第１の仕上げ工程時ににおける製品部のビビリ振動を一層確実に防止することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（参考となる実施の形態）
以下、本発明を具体化した参考となる実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、上記従来技術にて説明した図５に示すワークＷを切削加工して、図４の電極部材Ｄを製造する際について説明する。
まず、本実施形態においても、図６、図７に示すように、上記従来技術と同様に電極部ｄ１の側面ｗｓ及び先端面ｗｔ、段差面ｗｄも同様に所定の削りしろαを残して荒削りする（荒削り工程）。次に図１（ａ），（ｂ）に示すように、前記荒削り工程にて残した電極部ｄ１の先端面ｗｔ及び同先端面ｗｔと段差面ｗｄとの間の側面ｗｐに残っている削りしろαを切削加工する（第１の仕上げ工程）。次に、電極部ｄ１の側面ｗｓに残っている削りしろαを切削加工し（第２の仕上げ工程）、最後に図４に示すようにベース部ｗｂ上に完成した電極部材Ｄを得る。
上記のように本実施の形態では、まず、荒削り工程にて所定寸法の削りしろαを残して電極部ｄ１の側面ｗｓを荒削りした後、第１の仕上げ工程にて電極部ｄ１の先端面ｗｔを所定寸法まで切削し、次に第２の仕上げ工程にて電極部ｄ１の側面ｗｓ及び段差面ｗｄを所定寸法まで切削加工するようにした。すなわち、本実施の形態では従来技術とは異なり、電極部ｄ１の側面ｗｓの仕上げ加工を行う前に、電極部ｄ１の先端面ｗｔ及び段差面ｗｄの仕上げ加工を行うようにしたことにより、切削加工時における電極部ｄ１のビビリ振動の発生を抑制することができ、電極部ｄ１の折れや切削工具Ｋの食い込みを防止することができる。つまり、本実施の形態では、電極部ｄ１に作用するモーメントが最大となる先端面ｗｔの切削加工時において、電極部ｄ１の厚さをビビリ振動の発生不可能な寸法に保持しておくことにより、電極部ｄ１の折れや切削工具Ｋの食い込みを防止することができる。その結果、１送り当たりの切り込み量を減少させることなく、電極部ｄ１の折れや切削工具Ｋの食い込みを防止することができ、製造コストの低減を図ることができる。
【０００８】
（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図２に示すように、本実施の形態では、荒削り工程時において製品部となる電極部ｄ１と隣接させて第１の補強部Ｈ１及び第２の補強部Ｈ２を電極部ｄ１と一体切削加工する。本実施の形態では、第１の補強部Ｈ１を電極部ｄ１の前面左側端部に形成し、また、第２の補強部Ｈ２を電極部ｄ１の後面右側端部に形成して、電極部ｄ１を中心とする対角線上に両補強部Ｈ１，Ｈ２を配置した。これにより、電極部ｄ１は両補強部Ｈ１，Ｈ２によって前後から挟持された状態に保持される。また、本実施の形態では、両補強部Ｈ１，Ｈ２の幅が電極部ｄ１の幅よりも大きくなるようにワークＷを切削加工している。
次に上記参考となる実施の形態と同様に第１の仕上げ工程を行い、電極部ｄ１の先端面ｗｔ及び段差面ｗｄの削りしろα（本実施形態では図示せず）を切削加工する。そして、上記参考となる実施の形態と同様に、第２の仕上げ工程において電極部ｄ１の側面ｗｓの削りしろαを切削加工する。この第２の仕上げ工程において電極部ｄ１の削りしろαを切削加工することにより、図３に示すように、電極部ｄ１から両補強部Ｈ１，Ｈ２を切り離し、最後に図４に示すようにベース部ｗｂ上に完成した電極部材Ｄを得る。
このように、本実施の形態では、荒削り工程において電極部ｄ１と隣接させて第１の補強部Ｈ１及び第２の補強部Ｈ２を電極部ｄ１と一体切削加工するようにした。すなわち、第１の仕上げ工程時に、両補強部Ｈ１，Ｈ２により電極部ｄ１の厚さ方向から電極部ｄ１を支えるようにすることで、電極部ｄ１のビビリ振動を確実に抑制することができる。その結果、本実施の形態では、電極部ｄ１の折れや切削工具Ｋの食い込みをより確実に防止することができ、１送り当たりの切り込み量を減少させることなく、電極部ｄ１の折れや切削工具Ｋの食い込みを防止することができるので、製造コストの低減を図ることができる。また、本実施の形態では、電極部ｄ１を挟持するように補強部Ｈ１，Ｈ２を２カ所に設けたことにより、第１の仕上げ工程時の２方向（幅方向）へのビビリ振動をより確実に防止することができる。
さらに、本実施の形態では両補強部Ｈ１，Ｈ２を電極部ｄ１を中心とする対角線上における電極部ｄ１の側端部に形成したことにより、第１の仕上げ工程時において電極部ｄ１に作用するモーメントをより効率良く分散することができる。すなわち、両補強部Ｈ１，Ｈ２間の距離が最も長くなる位置に補強部Ｈ１，Ｈ２を形成することにより、第１の仕上げ工程時に切削工具Ｋがどの部位を切削していても、電極部ｄ１に作用するモーメントを平均化することができる。その結果、第１の仕上げ工程時ににおける電極部ｄ１のビビリ振動を一層確実に防止することができる。
【０００９】
本発明を、以下のように具体化して実施してもよい。
・上記各実施の形態において、製品部としての電極部ｄ１の形状を適宜変更して具体化してもよい。
・上記各実施の形態では、カーボングラファイト製のワークを使用して具体化したが、金属素材や樹脂素材等の素材の切削加工方法に具体化してもよい。
・上記第１の実施の形態において、製品部としての電極部ｄ１に隣接させる補強部Ｈ１，Ｈ２の数や形成部位を適宜変更して具体化してもよい。
・上記各実施の形態では、放電電極に装着する電極部材Ｄを製作する際の説明をしたが、電極部材Ｄに限らず、各種機械部品や精密部品等を製造する際に具体化してもよい。
・電極部材Ｄはベース部ｗｂからカットしてもよい。
その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において変更した態様で実施することは自由である。
本発明の目的を達成するために上記実施の形態から把握できるその他の技術的思想について下記に付記として説明する。
（１）前記補強部は製品部の端部付近において、製品部を中心として対角線上に一対に形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のワーク切削加工方法。
【００１０】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかる参考となる実施の形態におけるワーク切削工程を示す図であって、（ａ）は第１の仕上げ工程において電極部の先端面を切削している状態のワーク正面図、（ｂ）は第１の仕上げ工程において電極部の先端面を切削している状態のワーク側面図、（ｃ）は第２の仕上げ工程において電極部の側面を切削している状態のワーク正面図、（ｄ）は第２の仕上げ工程において電極部の側面を切削している状態のワーク側面図。
【図２】 第１の実施の形態のワーク切削工程の荒削り工程におけるワークの斜視図。
【図３】 同じ実施の形態の第１及び第２の仕上げ工程を経たワークの斜視図。
【図４】 各実施の形態及び従来技術における切削加工完了後のワークの斜視図。
【図５】 各実施の形態及び従来技術における切削加工前のワークの斜視図。
【図６】 各実施の形態及び従来技術における荒削り工程で電極部の側面を切削加工した後の斜視図。
【図７】 各実施の形態及び従来技術における荒削り工程の電極部の段差面及び境界面の切削加工時の斜視図。
【図８】 従来技術にかかるワーク切削工程を示す図であって、（ａ）は荒削り工程においてワークを切削加工した後のワーク正面図、（ｂ）は荒削り工程においてワークを切削加工した後のワーク側面図、（ｃ）は仕上げ工程において側面を切削中のワーク正面図、（ｄ）は仕上げ工程において側面を切削中のワーク側面図。
【図９】 従来技術にかかるワーク切削工程を示す図であって、（ａ）は仕上げ工程において電極部の先端面を切削加工中のワーク正面図、（ｂ）は仕上げ工程において電極部の先端面を切削加工中のワークの側面図。
【符号の説明】
Ｄ…電極部材、ｄ１…製品部としての電極部、α…削りしろ、Ｗ…ワーク、ｗｔ…先端面、ｗｓ…側面、Ｈ１，Ｈ２…補強部。

Claims (3)

1. 製品部に所定寸法の削りしろを残してワークを切削するとともに、製品部と隣接させて補強部を一体切削する荒削り工程と、
   前記荒削り工程にて残した製品部の先端面の削りしろを切削して、製品部の先端面を所定寸法に仕上げる第１の仕上げ工程と、
   前記第１の仕上げ工程を経た後、残りの製品部の削りしろを切削して、製品部の先端面以外を所定寸法に仕上げるとともに、製品部から前記補強部を切り離してワークを切削する第２の仕上げ工程とを経てワークの切削加工を行うことを特徴とするワーク切削加工方法。
2. 前記補強部は製品部を挟持するように、複数形成されていることを特徴とする請求項２に記載のワーク切削加工方法。
3. 前記補強部は製品部の端部付近において、製品部を中心として対角線上に一対に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のワーク切削加工方法。

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