JP3942978B2 - スパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置、切削方法、プログラムおよび記憶媒体 - Google Patents
スパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置、切削方法、プログラムおよび記憶媒体 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置、切削方法、プログラムおよび記憶媒体に関し、さらに詳細には、カッターやエンドミルなどのツールを用いて被加工物に対して切削を行うような三次元切削におけるツールの移動の際に用いて好適なスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置、切削方法、プログラムおよび記憶媒体に関する。
【０００２】
なお、本明細書において「ツール」とは、カッターやエンドミルなどのように、被加工物と接することにより当該被加工物に対して切削処理を行う器具を意味するものとする。
【０００３】
【従来の技術】
従来より、マイクロコンピューターと、被加工物が載置されるテーブルと、上記被加工物を切削するカッターやエンドミルなどのツールと、マイクロコンピューターの制御によって上記テーブルを回転することにより上記被加工物を加工領域の中心部位を中心として回転する回転手段としてのモータなどの駆動装置と、上記ツールを設定された切り込み量（ツールが被加工物に対して移動する際の単位時間あたりの移動量）で上記被加工物の上記中心部位に向かって上記加工領域の外径側から内径側へ移動するとともに上記被加工物の深さ方向へ移動する移動手段としてのモータなどの駆動装置とを有し、切削データに基づいたマイクロコンピューターの制御により上記駆動装置を駆動して、上記テーブルに載置された上記被加工物と上記ツールとの相対的な位置関係を三次元方向で移動させ、上記被加工物から上記切削データに基づいた三次元形状を削り出すことができるようにした三次元切削加工装置として、例えば、本願出願人によって特願２００１−１９７６２４「加工装置」（出願日：平成１３年６月２９日）として提案されたものがある。
【０００４】
図１には、特願２００１−１９７６２４として本願出願人によって提案された三次元切削加工装置の概略構成説明図（斜視図）が示されている。
【０００５】
この三次元切削加工装置１０は、ＸＹＺ直交座標系（図１における座標系を示す参考図を参照する。）におけるＸＹ平面方向に延設された固定系のベース部材１２と、ベース部材１２の後方側においてベース部材１２上に垂直に立設された後方部材１４と、後方部材１４の前面１４ａ側近傍においてベース部材１２上に垂直に立設された支軸１６と、支軸１６の上端部に回転自在に配設された支持アーム１８と、押し上げローラーが支持アーム１８の下面に当接するようにして支軸１６に固定的に配設された上下機構と、支持アーム１８の上面１８ｃに配設されたテーブル２２と、刃部２４ａがテーブル２２の上面２２ａと対向するようにして後方部材１４の上端の突設部１４ｂに固定的に配設されたカッター２４とを有して構成されている。
【０００６】
ここで、カッター２４は、カッターホルダー７０に支持されて後方部材１４の上端の突設部１４ｂに固定的に配設されている。なお、このカッター２４が後方部材１４の突設部１４ｂに配設される位置は、カッター２４の刃部２４ａが、テーブル２２の中心部位に対向するようにして寸法設定されているものである。
【０００７】
また、符号３６，４８，６６，８２はモーターであり、三次元切削加工装置１０は、モーター３６，４８，６６，８２の駆動制御を含む全体の動作をマイクロコンピューター１００により制御されているものである。
【０００８】
なお、三次元切削加工装置１０において用いられる切削データは、所定の三次元形状を示すものであり、被加工物２００の所定の加工領域内において所定の三次元形状が削り出されるようになされている。
【０００９】
以上の構成において、図１を参照しながら、上記した三次元切削加工装置１０の動作の説明を行うものとする。
【００１０】
まず、図１（ａ）に示す状態で、三次元切削加工装置１０のテーブル２２に被加工物２００を載置する。
【００１１】
なお、以下の説明においては、三次元切削加工装置１０の支持アーム１８のＸＹ平面方向における位置とＺ軸方向における位置とがそれぞれ、図１（ａ）に示す状態である場合を三次元切削加工装置１０の初期状態として説明することとする。
【００１２】
この初期状態における三次元切削加工装置１０の支持アーム１８は、ＸＹ平面方向においては、ＸＹ平面方向に一致する回転平面において回転して（図１（ａ）に示す矢印Ｃ参照）最も左方側に位置しており、Ｚ軸方向においては、支持アーム１８の上面１８ｃがＺ軸方向における所定の高さ位置のＸＹ平面に一致して水平な状態で位置している。
【００１３】
こうした初期状態において、三次元切削加工装置１０のテーブル２２に載置される被加工物２００は、三次元の空間的広がりをもつ物体であり、当該物体は所定の形状を有しているものとする。
【００１４】
なお、この三次元切削加工装置１０においては、略円板状体の被加工物２００がテーブル２２に載置されるものとして説明することとする。また、当該被加工物２００の加工領域は、被加工物２００の上面２００ａの中心２００Ｐを中心とする円形形状の領域（図１（ａ）（ｂ）における破線領域参照）とする。
【００１５】
そして、ユーザーは、この被加工物２００の上面２００ａの加工領域の中心２００Ｐが、テーブル２２の中心部位に一致するようにして、被加工物２００の下面をテーブル２２の上面２２ａに対向させて、テーブル２２の上面２２ａに被加工物２００を載置する。これにより、支持アーム１８がＸＹ平面において右方に移動した場合に、被加工物２００の加工領域の中心２００Ｐが、カッター２４の刃部２４ａに対向するようになる。
【００１６】
上記したようにして初期状態の三次元切削加工装置１０のテーブル２２に被加工物２００が載置されると、マイクロコンピューター１００により、切削データに基づいて、駆動手段たるモーター３６，４８，６６，８２の駆動がそれぞれ制御される。
【００１７】
具体的には、支持アーム１８は、モーター３６の駆動によって、初期状態（図１（ａ）に示す状態）から、ＸＹ平面方向に一致する回転平面において左方側から右方側に向かって回転する（図１（ａ）に示す矢印Ｂ参照）。
【００１８】
この際、モーター６６の駆動によって、被加工物２００が載置されたテーブル２２が当該テーブル２２の中心部位を回転中心として回転する（図１（ａ）に示す矢印Ｄ参照）。これにより、被加工物２００が、加工領域の中心２００Ｐを中心として回転することになる。
【００１９】
さらに、モーター４８の駆動によって、支持アーム１８が支軸４２を回転中心として回転し、テーブル２２が配設された支持アーム１８がＺ軸方向において上下移動する。
【００２０】
これにより、カッター２４は対向する被加工物２００の円形形状の加工領域において、加工領域の外径側から中心２００Ｐに向かう渦巻状の移動経路に従って三次元方向に移動することになる（図２ならびに図３を参照する。）。
【００２１】
この際、モーター８２の駆動によって回転するカッター２４が、被加工物２００の加工領域に接すると、カッター２４の刃部２４ａによって被加工物２００が切削されて、被加工物２００の加工領域から切削データの示す三次元形状が削り出される。
【００２２】
そして、支持アーム１８のＸＹ平面方向に一致する回転平面における左方側から右方側に向かう回転（図１（ａ）に示す矢印Ｂ参照）が進み、円形形状の加工領域の半径分に達すると、カッター２４の刃部２４ａは加工領域の中心２００Ｐと対向するようになる。これにより、加工領域の全領域において切削が終了し、三次元切削加工装置１０における一連の切削作業が終了する。
【００２３】
ここで、支持アーム１８のＸＹ平面方向における回転（図１（ａ）に示す矢印Ｂあるいは矢印Ｃ参照）に応じて、カッター２４の被加工物に対するＸＹ平面方向における切り込み量が設定され、また、支持アーム１８の支軸４２を回転中心とする回転によって、カッター２４の被加工物に対するＺ軸方向における切り込み量が設定されるものである。
【００２４】
そして、支持アーム１８のＸＹ平面方向における回転（図１（ａ）に示す矢印Ｂあるいは矢印Ｃ参照）と、テーブル２２の回転（図１（ａ）に示す矢印Ｄあるいは矢印Ｅ参照）とによって、支持アーム１８のＸＹ平面方向における回転（図１（ａ）に示す矢印Ｂあるいは矢印Ｃ参照）で設定されたカッター２４の被加工物に対するＸＹ平面方向における切り込み量で、カッター２４の刃部２４ａが対向する被加工物２００の位置Ｘ軸方向ならびにＹ軸方向で変化する。
【００２５】
さらに、支持アーム１８の支軸４２を回転中心とする回転によって、被加工物２００に対するカッター２４の刃部２４ａのＺ軸方向での位置、即ち、Ｚ軸方向における切り込み量が変化する。
【００２６】
つまり、後方部材１４に固定的に配設されたカッター２４に対して、テーブル２２に載置された被加工物２００はＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動可能であるので、カッター２４と被加工物２００との相対的な位置関係が三次元の方向で変化することになり、カッター２４による被加工物２００の三次元加工が行われる。
【００２７】
上記したようにして、三次元切削加工装置１０においては、支持アーム１８が支軸１６を回転中心としてＸＹ平面方向において回転するとともに支軸４２を回転中心として回転し、支持アーム１８に配設されたテーブル２２が支軸６２を回転中心として回転するようにしたので、単純な構成で、被加工物２００とツールたるカッター２４との相対的な位置関係を三次元方向で変化させることができる。
【００２８】
また、三次元切削加工装置１０においては、切削データに従って、カッター２４が被加工物２００の加工領域を切削する際に、カッター２４は加工領域の外径側から中心２００Ｐに向かう渦巻状の移動経路に従って三次元方向に移動するので、加工領域の全領域における切削を高品質でしかも短時間で完了することができる。
【００２９】
ここで、三次元切削加工装置１０においては、上記したようにツールたるカッター２４の移動経路は、被加工物２００を載置したテーブル２２の回転と移動、即ち、被加工物２００の回転と移動により、被加工物２００に対して相対的に外径側から内径側に向かって渦巻状に切削する移動経路となる。
【００３０】
なお、本明細書においては、ツールが被加工物に対して相対的に外径側から内径側に向かって渦巻状に移動して切削する際のツールの移動経路を、「スパイラルツールパス」と称することとする。
【００３１】
ところで、ツールを用いて上記したようなスパイラルツールパスにより被加工物に対して切削を行う場合に、従来の手法によれば、ツールがスパイラルツールパスを外径側から内径側に向かって渦巻状に移動する際には、ツールの被加工物に対するＸＹ平面方向における切り込み量（ツールが被加工物に対して相対的に外径側から内径側に向かって渦巻状に移動する際の単位時間あたりのＸＹ平面方向における移動量）については、ツールが加工領域の中心に到達するまで一定の切り込み量となるように設定されていた。
【００３２】
ここで、理解を容易にするためにツールの被加工物に対するＺ軸方向における切り込み量を一定とするならば、スパイラルツールパスにおいてツールが加工領域の中心に到達するまで一定の切り込み量でＸＹ平面方向に移動しながら切削を行う場合において、切削品質の安定化を図るために単位時間当たりの切削量（なお、本明細書においては、「単位時間当たりの切削量」を「切削負荷」と称することとする。また、本明細書においては、「単位時間当たりの切削量＝切削負荷＝ツールの切り込み量×被加工物に対するツールの相対周速度」とする。）を一定にするためには、被加工物に対するツールの相対周速度を一定に保つ必要がある。
【００３３】
そして、被加工物に対するツールの相対周速度を一定に保つためには、ツールが加工領域の中心に近づくに従って被加工物の回転の角速度を増加する必要がある。具体的には、図４に示すように、加工領域の中心Ｏからツールが位置する場所までの半径ｒが半分（ｒ／２）になると、被加工物に対するツールの相対周速度ｖを一定に保つためには、被加工物の回転の角速度θを２倍（２θ）にする必要がある。
【００３４】
しかしながら、被加工物を載置したテーブルの回転速度がモーターの限界に到達した後には、被加工物の回転の角速度を増加することができないので、その後はツールが加工領域の中心に向かうに従って、被加工物に対するツールの相対周速度は徐々に低下することとなり、切削負荷を一定に保つことができないという問題点があった。
【００３５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スパイラルツールパスにより三次元切削を行う際に、切削負荷を一定に保つことができるようにしたスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置、切削方法、プログラムおよび記憶媒体を提供しようとするものである。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ツールを用いてスパイラルツールパスにより被加工物の三次元切削を行う際に、ツールの切り込み量と被加工物の回転の角速度とを制御することにより切削負荷を一定に保つようにしたものである。
【００３７】
従って、本発明によれば、切削負荷、即ち、単位時間当たりの切削量を一定に保つことができるようになるので、切削品質の安定化を図ることができるようになる。
【００３８】
また、本発明によれば、切削負荷を一定に保つことができるようになるため、切削開始から切削終了まで一定の切削負荷で効率よく切削することができ、切削時間の短縮化を図ることができる。
【００３９】
ここで、切削品質の劣化を防止するために、ツールの切り込み量は、例えば、ツールの被加工物と接触する先端部の径（本明細書においては、「ツールの被加工物と接触する先端部の径」を「ツール径」と称することとする。）の４分の１程度を限度としてそれ以下であることが好ましい。
【００４０】
即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、ツールを用いてスパイラルツールパスにより被加工物を切削するスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置において、被加工物の加工領域の中心部位を回転中心と一致させて該被加工物を載置する回転自在なテーブルと、上記テーブルに載置された上記被加工物を切削するツールと、上記テーブルを回転する回転手段と、上記回転手段の回転速度を設定する第１の設定手段と、上記ツールの上記被加工物に対する切り込み量を設定する第２の設定手段と、上記第２の設定手段によって設定された切り込み量で、上記ツールが上記被加工物の上記加工領域の上記中心部位に向かって上記加工領域の外径側から内径側へ移動するとともに上記被加工物の深さ方向へ移動するように、上記テーブルを移動させる移動手段と、切削負荷（切削負荷＝ツールの切り込み量×被加工物に対するツールの相対周速度）が一定となるように上記第１の設定手段と上記第２の設定手段とを制御する制御手段とを有し、上記回転手段により上記テーブルを回転させることによって上記被加工物を上記加工領域の中心部位を中心として回転させるとともに、上記移動手段の動作によって上記テーブルに載置された上記被加工物と前記ツールとの相対的な位置関係を三次元方向で移動させ、上記制御手段は、上記移動手段によって前記ツールが上記被加工物の上記加工領域の上記中心部位に向かって上記加工領域の外径側から内径側へ移動するに従って上記回転手段の回転速度を増加するように上記第１の設定手段を制御し、上記回転手段の回転速度が所定の値に達した後は上記ツールの上記被加工物に対する切り込み量を増加するように上記第２の設定手段を制御するようにしたものである。
【００４１】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、ツールを用いてスパイラルツールパスにより被加工物を切削するスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削方法において、被加工物の加工領域の中心部位を回転中心と一致させて該被加工物を載置した回転自在なテーブルを回転させることによって、上記被加工物を上記加工領域の中心部位を中心として回転させるとともに、上記被加工物を切削するためのツールが上記被加工物の上記加工領域の上記中心部位に向かって上記加工領域の外径側から内径側へ移動するとともに上記被加工物の深さ方向へ移動するように上記テーブルを移動させることによって、上記テーブルに載置された上記被加工物と上記ツールとの相対的な位置関係を三次元方向で移動させ、上記被加工物の上記加工領域の上記中心部位を中心として回転する上記被加工物の回転の角速度と上記ツールの上記被加工物に対する切り込み量とを可変して、切削負荷（切削負荷＝ツールの切り込み量×被加工物に対するツールの相対周速度）を一定に制御する際に、上記テーブルの移動により上記ツールの位置が上記被加工物の上記加工領域の上記中心部位に向かって上記加工領域の外径側から内径側へ移動するに従って上記被加工物の回転の角速度を増加し、上記被加工物の回転の角速度が所定の値に達した後は上記ツールの上記被加工物に対する切り込み量を増加するようにしたものである。
【００４３】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項２に記載の発明をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【００４４】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項３に記載のプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体である。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて、本発明によるスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置、切削方法、プログラムおよび記憶媒体の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００４６】
図５には、本発明によるスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置の一例のブロック構成図が示されている。なお、この図５に示すブロック構成図は、本発明によるスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置の動作を制御する電気的な制御系の構成を示すものであり、本発明によるスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置の機構的な構成は、図１に示す三次元切削加工装置１０と同様な構造を採用することができるものであるので、ここに図１に示す三次元切削加工装置１０の説明を援用することにより、その詳細な説明は省略する。
【００４７】
また、説明を簡略化して本発明の理解を容易にするために、図１に示す三次元切削加工装置１０に示す構成と同一または相当する構成には、図１に示す三次元切削加工装置１０において用いた符号と同一の符号を用いて示すものとする。
【００４８】
この三次元切削加工装置は、マイクロコンピューター１００により全体の動作の制御が行われるものであり、マイクロコンピューター１００は、全体の動作の制御を行う中央処理装置（ＣＰＵ）１００ａと、ＣＰＵ１００ａを動作するためのプログラムなどが記憶されたリードオンリメモリ（ＲＯＭ）１００ｂと、ＣＰＵ１００ａの制御によって外部記憶装置１０６（後述する。）から読み出した切削データを記憶する切削データ記憶部１００ｃ−１やＣＰＵ１００ａの制御によって本発明による切削処理が行われる際のワーキングエリア１００ｃ−２などが設定されたランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）１００ｃとを有して構成されている。
【００４９】
そして、マイクロコンピューター１００には、バス１０２を介して、外部記憶装置１０６に記憶された複数の切削データの中から所望の切削データを選択するためのキーボードなどの文字や数字を入力する入力デバイスやマウスなどのポインティング・デバイスよりなる入力装置１０４と、被加工物２００に対する各種の三次元加工形状を示す複数の切削データを記憶したハード・ディスクなどから構成される外部記憶装置１０６と、各構成部材を駆動するモーター３６，４８，６６，８２とが接続されている。
【００５０】
以上の構成において、この三次元切削加工装置は、この実施の形態においては、ユーザーが入力装置１０４を用いて外部記憶装置１０６に記憶されている所望の三次元加工形状を示す切削データを選択すると、当該選択された切削データがＲＡＭ１００ｃの切削データ記憶部１００ｃ−１に記憶され、当該選択された切削データの示す三次元加工形状が被加工物２００を加工する際の三次元加工形状として指定される。
【００５１】
そして、ユーザーが入力装置１０４を用いて三次元切削加工装置の切削開始を指示すると、マイクロコンピューター１００は当該切削開始の指示に応じてＲＡＭ１６の切削データ記憶部１００ｃ−１に記憶された切削データを読み出して、当該読み出した切削データに応じてモーター３６，４８，６６，８２を駆動する。その結果、当該選択された切削データに従って、カッター２４を用いてスパイラルツールパスにより被加工物２００の切削が行われる。そして、カッター２４を用いて当該選択された切削データに従ったスパイラルツールパスによる被加工物２００の切削が完了すると、被加工物２００に当該選択された切削データの示す三次元加工形状が形成されることになる。
【００５２】
ここで、この三次元切削加工装置においては、カッター２４を用いたスパイラルツールパスによる切削を行う際に、マイクロコンピューター１００によって、加工領域の中心部位を中心として回転する被加工物２００の回転の角速度とカッター２４の被加工物２００に対する切り込み量とを可変して、単位時間当たりの切削量、即ち、切削負荷（単位時間当たりの切削量＝切削負荷＝ツールの切り込み量×被加工物に対するツールの相対周速度）が目標とする一定値となるように、モーター３６，４８，６６，８２が制御されている。
【００５３】
具体的には、マイクロコンピューター１００は、予め目標とする切削負荷を設定しておき、カッター２４がスパイラルツールパスを移動する際に、常に当該設定した目標とする切削負荷となるように、モーター３６，４８，６６，８２の回転数を設定するとともに可変制御するものである。
【００５４】
こうしたマイクロコンピューター１００の処理によって、被加工物２００を加工領域の中心部位を中心として回転する際の回転速度、即ち、加工領域の中心部位を中心として回転する被加工物２００の回転の角速度が設定されるとともに可変制御され、カッター２４の被加工物２００に対する切り込み量が設定されるとともに可変制御され、当該設定されるとともに可変制御される切り込み量でカッター２４が被加工物２００の加工領域の中心部位に向かって当該加工領域の外径側から内径側へ移動することになり、常に目標とする一定の切削負荷により被加工物２００の切削を行うことができる。
【００５５】
このように、スパイラルツールパスで一定の切削負荷による切削を行うことができるようになると、スパイラルツールパスの途中で切削負荷が低下することがなくなり、切削開始から切削終了まで一定の切削負荷で効率よく切削することができ、切削時間の短縮化を図ることができるようになる。
【００５６】
なお、一定に維持する目標とする切削負荷は、入力装置１０４を用いてユーザーが設定するようにしてもよいし、あるいは、予め自動的に設定されるようにしてもよい。
【００５７】
また、一定に維持する目標とする切削負荷は、切削条件（ツール（カッター２４）ならびに被加工物（被加工物２００）の材料の種類、ツールの移動速度、切り込み量ならびにモーター（モーター３６，４８，６６，８２）の能力などに応じて設定される切削時のツールの移動に関する条件）に応じて適宜設定されることが好ましい
以下に、上記したマイクロコンピューター１００の処理についてさらに詳細に説明するが、理解を容易にするためには、上記したマイクロコンピューター１００の処理において実現される一定に維持する目標とする切削負荷を「切削負荷α」として説明する。また、理解を容易にするために、カッター２４の被加工物２００に対するＺ軸方向における切り込み量は一定なものとして説明する。
【００５８】
即ち、マイクロコンピューター１００は、カッター２４が加工領域の外径側から内径側に移動するに従って、モーター６６を制御して被加工物２００を加工領域の中心部位を中心として回転する際の回転速度、即ち、加工領域の中心部位を中心として回転する被加工物２００の回転の角速度を所定の値まで増加する。
【００５９】
この際には、マイクロコンピューター１００は、カッター２４の被加工物に対するＸＹ平面方向における切り込み量を一定に維持するように制御する。
【００６０】
従って、マイクロコンピューター１００が、カッター２４の加工領域の外径側から内径側への移動にともない、切削負荷（単位時間当たりの切削量＝切削負荷＝ツールの切り込み量×被加工物に対するツールの相対周速度）が切削負荷αとなるようにモーター６６の回転速度を増加すれば、モーター６６の回転速度、即ち、加工領域の中心部位を中心として回転する被加工物２００の回転の角速度が所定の値に到達するまでは、切削負荷として目標とする切削負荷αが得られる。
【００６１】
なお、上記したモーター６６の回転速度、即ち、加工領域の中心部位を中心として回転する被加工物２００の回転の角速度の所定の値は、モーター６６の能力などに応じて適宜設定すればよい。
【００６２】
上記のようにして、モーター６６の回転速度、即ち、加工領域の中心部位を中心として回転する被加工物２００の回転の角速度が所定の値に到達した後には、マイクロコンピューター１００は、モーター６６の回転速度、即ち、加工領域の中心部位を中心として回転する被加工物２００の回転の角速度を当該所定の値に維持するように制御する。
【００６３】
そして、マイクロコンピューター１００は、モーター６６の回転速度、即ち、加工領域の中心部位を中心として回転する被加工物２００の回転の角速度が所定の値に到達した後には、カッター２４が加工領域の外径側から内径側に移動するに従って、カッター２４の被加工物２００に対するＸＹ平面方向における切り込み量を増加するようにモーター３６を制御する。
【００６４】
従って、マイクロコンピューター１００が、カッター２４の加工領域の外径側から内径側への移動にともない、切削負荷（単位時間当たりの切削量＝切削負荷＝ツールの切り込み量×被加工物に対するツールの相対周速度）が切削負荷αとなるようにモーター３６を制御してカッター２４の被加工物２００に対するＸＹ平面方向における切り込み量を増加すれば、モーター６６の回転速度、即ち、加工領域の中心部位を中心として回転する被加工物２００の回転の角速度が所定の値に維持されたままでも、切削負荷として目標とする切削負荷αを得ることができる。
【００６５】
即ち、モーター３６を制御してカッター２４の被加工物２００に対するＸＹ平面方向における切り込み量を増加する際には、具体的には、図６に示すように制御すればよい。つまり、加工領域の中心Ｏからカッター２４が位置する場所までの半径ｒが半分（ｒ／２）になると、被加工物２００に対するカッター２４の相対周速度ｖは半分（ｖ／２）となる。従って、加工領域の中心Ｏからカッター２４が位置する場所までの半径ｒが半分（ｒ／２）になったときには、切削負荷を一定に維持するには、切り込み量ｗを２倍（２ｗ）とすればよい。
【００６６】
なお、切削品質の劣化を防ぐためには、切り込み量の最大値がツール径の４分の１の値を越えないようにすることが好ましい。
【００６７】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（５）に説明するように変形することができる。
【００６８】
（１）上記した実施の形態においては、理解を容易にするために、カッター２４の被加工物２００に対するＺ軸方向における切り込み量は一定なものとして説明したが、カッター２４の被加工物２００に対するＺ軸方向における切り込み量は一定でなくてもよい。カッター２４の被加工物２００に対するＺ軸方向における切り込み量を可変する場合には、カッター２４の被加工物２００に対するＸＹ平面方向における切り込み量とＺ軸方向における切り込み量とを合わせた値を切り込み量として取り扱うようにすればよい。
【００６９】
（２）上記した実施の形態においては、スパイラルツールパスにおいて切削負荷を一定に維持するために、はじめに被加工物２００の回転の角速度を増加し（被加工物２００の回転の角速度を増加するとき、カッター２４の切り込み量は一定である。）、その後にカッター２４の切り込み量を増加するようにしたが（カッター２４の切り込み量を増加するとき、被加工物２００の回転の角速度は一定である。）、これに限られるものではないことは勿論である。即ち、はじめにカッター２４の切り込み量を増加し（カッター２４の切り込み量を増加するとき、被加工物２００の回転の角速度は一定である。）、その後に被加工物２００の回転の角速度を増加するようにしてもよい（被加工物２００の回転の角速度を増加するとき、カッター２４の切り込み量は一定である。）。
【００７０】
また、被加工物２００の回転の角速度の増減の制御とカッター２４の切り込み量の増減の制御とを同時に行うことにより、スパイラルツールパスにおいて切削負荷を一定に維持するようにしてもよい。
【００７１】
（３）上記した実施の形態においては説明を省略したが、被加工物２００がアクリル樹脂やＡＢＳ樹脂の場合には、被加工物２００の回転の角速度を増加すると、当該アクリル樹脂やＡＢＳ樹脂がツール２４との間に発生する摩擦熱で溶け出す恐れがあるので、被加工物２００の回転の角速度をあまり増加することなくツール２４の切り込み量を増加するようにして、スパイラルツールパスにおいて切削負荷を一定に維持することが好ましい。
【００７２】
（４）上記した実施の形態においては説明を省略したが、ツール２４の切り込み量の増減の制御は、被加工物２００の回転の角速度の増減の制御よりも微細な制御が可能である。このため、微細な三次元加工を行う場合には、被加工物２００の回転の角速度の増減による制御よりも、ツール２４の切り込み量の増減による制御を中心として制御することにより、スパイラルツールパスにおいて切削負荷を一定に維持することが好ましい。
【００７３】
（５）上記した実施の形態ならびに上記（１）乃至（４）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【００７４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、スパイラルツールパスにより三次元切削を行う際に、切削負荷を一定に保つことができるようにしたスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置、切削方法、プログラムおよび記憶媒体を提供することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】特願２００１−１９７６２４として本願出願人によって提案された加工装置の概略構成説明図（斜視図）である。
【図２】スパイラルツールパスの説明図である。
【図３】スパイラルツールパスの説明図である。
【図４】加工領域の中心Ｏからツールが位置する場所までの半径ｒが半分（ｒ／２）になると、被加工物に対するツールの相対周速度ｖを一定に保つためには、被加工物の回転の角速度θを２倍（２θ）にする必要があることを示す説明図である。
【図５】本発明によるスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置の一例のブロック構成図である。
【図６】本発明によるスパイラルツールパスの切削処理を示す説明図である。
【符号の説明】
２４ カッター
３６，４８，６６，８２ モーター
１００ マイクロコンピューター
１００ａ 中央処理装置（ＣＰＵ）
１００ｂ リードオンリメモリ（ＲＯＭ）
１００ｃ 切削データ記憶部
１０２ バス
１０４ 入力装置
１０６ 外部記憶装置
２００ 被加工物
２００Ｐ 中心
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置、切削方法、プログラムおよび記憶媒体に関し、さらに詳細には、カッターやエンドミルなどのツールを用いて被加工物に対して切削を行うような三次元切削におけるツールの移動の際に用いて好適なスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置、切削方法、プログラムおよび記憶媒体に関する。
【０００２】
なお、本明細書において「ツール」とは、カッターやエンドミルなどのように、被加工物と接することにより当該被加工物に対して切削処理を行う器具を意味するものとする。
【０００３】
【従来の技術】
従来より、マイクロコンピューターと、被加工物が載置されるテーブルと、上記被加工物を切削するカッターやエンドミルなどのツールと、マイクロコンピューターの制御によって上記テーブルを回転することにより上記被加工物を加工領域の中心部位を中心として回転する回転手段としてのモータなどの駆動装置と、上記ツールを設定された切り込み量（ツールが被加工物に対して移動する際の単位時間あたりの移動量）で上記被加工物の上記中心部位に向かって上記加工領域の外径側から内径側へ移動するとともに上記被加工物の深さ方向へ移動する移動手段としてのモータなどの駆動装置とを有し、切削データに基づいたマイクロコンピューターの制御により上記駆動装置を駆動して、上記テーブルに載置された上記被加工物と上記ツールとの相対的な位置関係を三次元方向で移動させ、上記被加工物から上記切削データに基づいた三次元形状を削り出すことができるようにした三次元切削加工装置として、例えば、本願出願人によって特願２００１−１９７６２４「加工装置」（出願日：平成１３年６月２９日）として提案されたものがある。
【０００４】
図１には、特願２００１−１９７６２４として本願出願人によって提案された三次元切削加工装置の概略構成説明図（斜視図）が示されている。
【０００５】
この三次元切削加工装置１０は、ＸＹＺ直交座標系（図１における座標系を示す参考図を参照する。）におけるＸＹ平面方向に延設された固定系のベース部材１２と、ベース部材１２の後方側においてベース部材１２上に垂直に立設された後方部材１４と、後方部材１４の前面１４ａ側近傍においてベース部材１２上に垂直に立設された支軸１６と、支軸１６の上端部に回転自在に配設された支持アーム１８と、押し上げローラーが支持アーム１８の下面に当接するようにして支軸１６に固定的に配設された上下機構と、支持アーム１８の上面１８ｃに配設されたテーブル２２と、刃部２４ａがテーブル２２の上面２２ａと対向するようにして後方部材１４の上端の突設部１４ｂに固定的に配設されたカッター２４とを有して構成されている。
【０００６】
ここで、カッター２４は、カッターホルダー７０に支持されて後方部材１４の上端の突設部１４ｂに固定的に配設されている。なお、このカッター２４が後方部材１４の突設部１４ｂに配設される位置は、カッター２４の刃部２４ａが、テーブル２２の中心部位に対向するようにして寸法設定されているものである。
【０００７】
また、符号３６，４８，６６，８２はモーターであり、三次元切削加工装置１０は、モーター３６，４８，６６，８２の駆動制御を含む全体の動作をマイクロコンピューター１００により制御されているものである。
【０００８】
なお、三次元切削加工装置１０において用いられる切削データは、所定の三次元形状を示すものであり、被加工物２００の所定の加工領域内において所定の三次元形状が削り出されるようになされている。
【０００９】
以上の構成において、図１を参照しながら、上記した三次元切削加工装置１０の動作の説明を行うものとする。
【００１０】
まず、図１（ａ）に示す状態で、三次元切削加工装置１０のテーブル２２に被加工物２００を載置する。
【００１１】
なお、以下の説明においては、三次元切削加工装置１０の支持アーム１８のＸＹ平面方向における位置とＺ軸方向における位置とがそれぞれ、図１（ａ）に示す状態である場合を三次元切削加工装置１０の初期状態として説明することとする。
【００１２】
この初期状態における三次元切削加工装置１０の支持アーム１８は、ＸＹ平面方向においては、ＸＹ平面方向に一致する回転平面において回転して（図１（ａ）に示す矢印Ｃ参照）最も左方側に位置しており、Ｚ軸方向においては、支持アーム１８の上面１８ｃがＺ軸方向における所定の高さ位置のＸＹ平面に一致して水平な状態で位置している。
【００１３】
こうした初期状態において、三次元切削加工装置１０のテーブル２２に載置される被加工物２００は、三次元の空間的広がりをもつ物体であり、当該物体は所定の形状を有しているものとする。
【００１４】
なお、この三次元切削加工装置１０においては、略円板状体の被加工物２００がテーブル２２に載置されるものとして説明することとする。また、当該被加工物２００の加工領域は、被加工物２００の上面２００ａの中心２００Ｐを中心とする円形形状の領域（図１（ａ）（ｂ）における破線領域参照）とする。
【００１５】
そして、ユーザーは、この被加工物２００の上面２００ａの加工領域の中心２００Ｐが、テーブル２２の中心部位に一致するようにして、被加工物２００の下面をテーブル２２の上面２２ａに対向させて、テーブル２２の上面２２ａに被加工物２００を載置する。これにより、支持アーム１８がＸＹ平面において右方に移動した場合に、被加工物２００の加工領域の中心２００Ｐが、カッター２４の刃部２４ａに対向するようになる。
【００１６】
上記したようにして初期状態の三次元切削加工装置１０のテーブル２２に被加工物２００が載置されると、マイクロコンピューター１００により、切削データに基づいて、駆動手段たるモーター３６，４８，６６，８２の駆動がそれぞれ制御される。
【００１７】
具体的には、支持アーム１８は、モーター３６の駆動によって、初期状態（図１（ａ）に示す状態）から、ＸＹ平面方向に一致する回転平面において左方側から右方側に向かって回転する（図１（ａ）に示す矢印Ｂ参照）。
【００１８】
この際、モーター６６の駆動によって、被加工物２００が載置されたテーブル２２が当該テーブル２２の中心部位を回転中心として回転する（図１（ａ）に示す矢印Ｄ参照）。これにより、被加工物２００が、加工領域の中心２００Ｐを中心として回転することになる。
【００１９】
さらに、モーター４８の駆動によって、支持アーム１８が支軸４２を回転中心として回転し、テーブル２２が配設された支持アーム１８がＺ軸方向において上下移動する。
【００２０】
これにより、カッター２４は対向する被加工物２００の円形形状の加工領域において、加工領域の外径側から中心２００Ｐに向かう渦巻状の移動経路に従って三次元方向に移動することになる（図２ならびに図３を参照する。）。
【００２１】
この際、モーター８２の駆動によって回転するカッター２４が、被加工物２００の加工領域に接すると、カッター２４の刃部２４ａによって被加工物２００が切削されて、被加工物２００の加工領域から切削データの示す三次元形状が削り出される。
【００２２】
そして、支持アーム１８のＸＹ平面方向に一致する回転平面における左方側から右方側に向かう回転（図１（ａ）に示す矢印Ｂ参照）が進み、円形形状の加工領域の半径分に達すると、カッター２４の刃部２４ａは加工領域の中心２００Ｐと対向するようになる。これにより、加工領域の全領域において切削が終了し、三次元切削加工装置１０における一連の切削作業が終了する。
【００２３】
ここで、支持アーム１８のＸＹ平面方向における回転（図１（ａ）に示す矢印Ｂあるいは矢印Ｃ参照）に応じて、カッター２４の被加工物に対するＸＹ平面方向における切り込み量が設定され、また、支持アーム１８の支軸４２を回転中心とする回転によって、カッター２４の被加工物に対するＺ軸方向における切り込み量が設定されるものである。
【００２４】
そして、支持アーム１８のＸＹ平面方向における回転（図１（ａ）に示す矢印Ｂあるいは矢印Ｃ参照）と、テーブル２２の回転（図１（ａ）に示す矢印Ｄあるいは矢印Ｅ参照）とによって、支持アーム１８のＸＹ平面方向における回転（図１（ａ）に示す矢印Ｂあるいは矢印Ｃ参照）で設定されたカッター２４の被加工物に対するＸＹ平面方向における切り込み量で、カッター２４の刃部２４ａが対向する被加工物２００の位置Ｘ軸方向ならびにＹ軸方向で変化する。
【００２５】
さらに、支持アーム１８の支軸４２を回転中心とする回転によって、被加工物２００に対するカッター２４の刃部２４ａのＺ軸方向での位置、即ち、Ｚ軸方向における切り込み量が変化する。
【００２６】
つまり、後方部材１４に固定的に配設されたカッター２４に対して、テーブル２２に載置された被加工物２００はＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動可能であるので、カッター２４と被加工物２００との相対的な位置関係が三次元の方向で変化することになり、カッター２４による被加工物２００の三次元加工が行われる。
【００２７】
上記したようにして、三次元切削加工装置１０においては、支持アーム１８が支軸１６を回転中心としてＸＹ平面方向において回転するとともに支軸４２を回転中心として回転し、支持アーム１８に配設されたテーブル２２が支軸６２を回転中心として回転するようにしたので、単純な構成で、被加工物２００とツールたるカッター２４との相対的な位置関係を三次元方向で変化させることができる。
【００２８】
また、三次元切削加工装置１０においては、切削データに従って、カッター２４が被加工物２００の加工領域を切削する際に、カッター２４は加工領域の外径側から中心２００Ｐに向かう渦巻状の移動経路に従って三次元方向に移動するので、加工領域の全領域における切削を高品質でしかも短時間で完了することができる。
【００２９】
ここで、三次元切削加工装置１０においては、上記したようにツールたるカッター２４の移動経路は、被加工物２００を載置したテーブル２２の回転と移動、即ち、被加工物２００の回転と移動により、被加工物２００に対して相対的に外径側から内径側に向かって渦巻状に切削する移動経路となる。
【００３０】
なお、本明細書においては、ツールが被加工物に対して相対的に外径側から内径側に向かって渦巻状に移動して切削する際のツールの移動経路を、「スパイラルツールパス」と称することとする。
【００３１】
ところで、ツールを用いて上記したようなスパイラルツールパスにより被加工物に対して切削を行う場合に、従来の手法によれば、ツールがスパイラルツールパスを外径側から内径側に向かって渦巻状に移動する際には、ツールの被加工物に対するＸＹ平面方向における切り込み量（ツールが被加工物に対して相対的に外径側から内径側に向かって渦巻状に移動する際の単位時間あたりのＸＹ平面方向における移動量）については、ツールが加工領域の中心に到達するまで一定の切り込み量となるように設定されていた。
【００３２】
ここで、理解を容易にするためにツールの被加工物に対するＺ軸方向における切り込み量を一定とするならば、スパイラルツールパスにおいてツールが加工領域の中心に到達するまで一定の切り込み量でＸＹ平面方向に移動しながら切削を行う場合において、切削品質の安定化を図るために単位時間当たりの切削量（なお、本明細書においては、「単位時間当たりの切削量」を「切削負荷」と称することとする。また、本明細書においては、「単位時間当たりの切削量＝切削負荷＝ツールの切り込み量×被加工物に対するツールの相対周速度」とする。）を一定にするためには、被加工物に対するツールの相対周速度を一定に保つ必要がある。
【００３３】
そして、被加工物に対するツールの相対周速度を一定に保つためには、ツールが加工領域の中心に近づくに従って被加工物の回転の角速度を増加する必要がある。具体的には、図４に示すように、加工領域の中心Ｏからツールが位置する場所までの半径ｒが半分（ｒ／２）になると、被加工物に対するツールの相対周速度ｖを一定に保つためには、被加工物の回転の角速度θを２倍（２θ）にする必要がある。
【００３４】
しかしながら、被加工物を載置したテーブルの回転速度がモーターの限界に到達した後には、被加工物の回転の角速度を増加することができないので、その後はツールが加工領域の中心に向かうに従って、被加工物に対するツールの相対周速度は徐々に低下することとなり、切削負荷を一定に保つことができないという問題点があった。
【００３５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スパイラルツールパスにより三次元切削を行う際に、切削負荷を一定に保つことができるようにしたスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置、切削方法、プログラムおよび記憶媒体を提供しようとするものである。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ツールを用いてスパイラルツールパスにより被加工物の三次元切削を行う際に、ツールの切り込み量と被加工物の回転の角速度とを制御することにより切削負荷を一定に保つようにしたものである。
【００３７】
従って、本発明によれば、切削負荷、即ち、単位時間当たりの切削量を一定に保つことができるようになるので、切削品質の安定化を図ることができるようになる。
【００３８】
また、本発明によれば、切削負荷を一定に保つことができるようになるため、切削開始から切削終了まで一定の切削負荷で効率よく切削することができ、切削時間の短縮化を図ることができる。
【００３９】
ここで、切削品質の劣化を防止するために、ツールの切り込み量は、例えば、ツールの被加工物と接触する先端部の径（本明細書においては、「ツールの被加工物と接触する先端部の径」を「ツール径」と称することとする。）の４分の１程度を限度としてそれ以下であることが好ましい。
【００４０】
即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、ツールを用いてスパイラルツールパスにより被加工物を切削するスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置において、被加工物の加工領域の中心部位を回転中心と一致させて該被加工物を載置する回転自在なテーブルと、上記テーブルに載置された上記被加工物を切削するツールと、上記テーブルを回転する回転手段と、上記回転手段の回転速度を設定する第１の設定手段と、上記ツールの上記被加工物に対する切り込み量を設定する第２の設定手段と、上記第２の設定手段によって設定された切り込み量で、上記ツールが上記被加工物の上記加工領域の上記中心部位に向かって上記加工領域の外径側から内径側へ移動するとともに上記被加工物の深さ方向へ移動するように、上記テーブルを移動させる移動手段と、切削負荷（切削負荷＝ツールの切り込み量×被加工物に対するツールの相対周速度）が一定となるように上記第１の設定手段と上記第２の設定手段とを制御する制御手段とを有し、上記回転手段により上記テーブルを回転させることによって上記被加工物を上記加工領域の中心部位を中心として回転させるとともに、上記移動手段の動作によって上記テーブルに載置された上記被加工物と前記ツールとの相対的な位置関係を三次元方向で移動させ、上記制御手段は、上記移動手段によって前記ツールが上記被加工物の上記加工領域の上記中心部位に向かって上記加工領域の外径側から内径側へ移動するに従って上記回転手段の回転速度を増加するように上記第１の設定手段を制御し、上記回転手段の回転速度が所定の値に達した後は上記ツールの上記被加工物に対する切り込み量を増加するように上記第２の設定手段を制御するようにしたものである。
【００４１】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、ツールを用いてスパイラルツールパスにより被加工物を切削するスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削方法において、被加工物の加工領域の中心部位を回転中心と一致させて該被加工物を載置した回転自在なテーブルを回転させることによって、上記被加工物を上記加工領域の中心部位を中心として回転させるとともに、上記被加工物を切削するためのツールが上記被加工物の上記加工領域の上記中心部位に向かって上記加工領域の外径側から内径側へ移動するとともに上記被加工物の深さ方向へ移動するように上記テーブルを移動させることによって、上記テーブルに載置された上記被加工物と上記ツールとの相対的な位置関係を三次元方向で移動させ、上記被加工物の上記加工領域の上記中心部位を中心として回転する上記被加工物の回転の角速度と上記ツールの上記被加工物に対する切り込み量とを可変して、切削負荷（切削負荷＝ツールの切り込み量×被加工物に対するツールの相対周速度）を一定に制御する際に、上記テーブルの移動により上記ツールの位置が上記被加工物の上記加工領域の上記中心部位に向かって上記加工領域の外径側から内径側へ移動するに従って上記被加工物の回転の角速度を増加し、上記被加工物の回転の角速度が所定の値に達した後は上記ツールの上記被加工物に対する切り込み量を増加するようにしたものである。
【００４３】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項２に記載の発明をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【００４４】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項３に記載のプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体である。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて、本発明によるスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置、切削方法、プログラムおよび記憶媒体の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００４６】
図５には、本発明によるスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置の一例のブロック構成図が示されている。なお、この図５に示すブロック構成図は、本発明によるスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置の動作を制御する電気的な制御系の構成を示すものであり、本発明によるスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置の機構的な構成は、図１に示す三次元切削加工装置１０と同様な構造を採用することができるものであるので、ここに図１に示す三次元切削加工装置１０の説明を援用することにより、その詳細な説明は省略する。
【００４７】
また、説明を簡略化して本発明の理解を容易にするために、図１に示す三次元切削加工装置１０に示す構成と同一または相当する構成には、図１に示す三次元切削加工装置１０において用いた符号と同一の符号を用いて示すものとする。
【００４８】
この三次元切削加工装置は、マイクロコンピューター１００により全体の動作の制御が行われるものであり、マイクロコンピューター１００は、全体の動作の制御を行う中央処理装置（ＣＰＵ）１００ａと、ＣＰＵ１００ａを動作するためのプログラムなどが記憶されたリードオンリメモリ（ＲＯＭ）１００ｂと、ＣＰＵ１００ａの制御によって外部記憶装置１０６（後述する。）から読み出した切削データを記憶する切削データ記憶部１００ｃ−１やＣＰＵ１００ａの制御によって本発明による切削処理が行われる際のワーキングエリア１００ｃ−２などが設定されたランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）１００ｃとを有して構成されている。
【００４９】
そして、マイクロコンピューター１００には、バス１０２を介して、外部記憶装置１０６に記憶された複数の切削データの中から所望の切削データを選択するためのキーボードなどの文字や数字を入力する入力デバイスやマウスなどのポインティング・デバイスよりなる入力装置１０４と、被加工物２００に対する各種の三次元加工形状を示す複数の切削データを記憶したハード・ディスクなどから構成される外部記憶装置１０６と、各構成部材を駆動するモーター３６，４８，６６，８２とが接続されている。
【００５０】
以上の構成において、この三次元切削加工装置は、この実施の形態においては、ユーザーが入力装置１０４を用いて外部記憶装置１０６に記憶されている所望の三次元加工形状を示す切削データを選択すると、当該選択された切削データがＲＡＭ１００ｃの切削データ記憶部１００ｃ−１に記憶され、当該選択された切削データの示す三次元加工形状が被加工物２００を加工する際の三次元加工形状として指定される。
【００５１】
そして、ユーザーが入力装置１０４を用いて三次元切削加工装置の切削開始を指示すると、マイクロコンピューター１００は当該切削開始の指示に応じてＲＡＭ１６の切削データ記憶部１００ｃ−１に記憶された切削データを読み出して、当該読み出した切削データに応じてモーター３６，４８，６６，８２を駆動する。その結果、当該選択された切削データに従って、カッター２４を用いてスパイラルツールパスにより被加工物２００の切削が行われる。そして、カッター２４を用いて当該選択された切削データに従ったスパイラルツールパスによる被加工物２００の切削が完了すると、被加工物２００に当該選択された切削データの示す三次元加工形状が形成されることになる。
【００５２】
ここで、この三次元切削加工装置においては、カッター２４を用いたスパイラルツールパスによる切削を行う際に、マイクロコンピューター１００によって、加工領域の中心部位を中心として回転する被加工物２００の回転の角速度とカッター２４の被加工物２００に対する切り込み量とを可変して、単位時間当たりの切削量、即ち、切削負荷（単位時間当たりの切削量＝切削負荷＝ツールの切り込み量×被加工物に対するツールの相対周速度）が目標とする一定値となるように、モーター３６，４８，６６，８２が制御されている。
【００５３】
具体的には、マイクロコンピューター１００は、予め目標とする切削負荷を設定しておき、カッター２４がスパイラルツールパスを移動する際に、常に当該設定した目標とする切削負荷となるように、モーター３６，４８，６６，８２の回転数を設定するとともに可変制御するものである。
【００５４】
こうしたマイクロコンピューター１００の処理によって、被加工物２００を加工領域の中心部位を中心として回転する際の回転速度、即ち、加工領域の中心部位を中心として回転する被加工物２００の回転の角速度が設定されるとともに可変制御され、カッター２４の被加工物２００に対する切り込み量が設定されるとともに可変制御され、当該設定されるとともに可変制御される切り込み量でカッター２４が被加工物２００の加工領域の中心部位に向かって当該加工領域の外径側から内径側へ移動することになり、常に目標とする一定の切削負荷により被加工物２００の切削を行うことができる。
【００５５】
このように、スパイラルツールパスで一定の切削負荷による切削を行うことができるようになると、スパイラルツールパスの途中で切削負荷が低下することがなくなり、切削開始から切削終了まで一定の切削負荷で効率よく切削することができ、切削時間の短縮化を図ることができるようになる。
【００５６】
なお、一定に維持する目標とする切削負荷は、入力装置１０４を用いてユーザーが設定するようにしてもよいし、あるいは、予め自動的に設定されるようにしてもよい。
【００５７】
また、一定に維持する目標とする切削負荷は、切削条件（ツール（カッター２４）ならびに被加工物（被加工物２００）の材料の種類、ツールの移動速度、切り込み量ならびにモーター（モーター３６，４８，６６，８２）の能力などに応じて設定される切削時のツールの移動に関する条件）に応じて適宜設定されることが好ましい
以下に、上記したマイクロコンピューター１００の処理についてさらに詳細に説明するが、理解を容易にするためには、上記したマイクロコンピューター１００の処理において実現される一定に維持する目標とする切削負荷を「切削負荷α」として説明する。また、理解を容易にするために、カッター２４の被加工物２００に対するＺ軸方向における切り込み量は一定なものとして説明する。
【００５８】
即ち、マイクロコンピューター１００は、カッター２４が加工領域の外径側から内径側に移動するに従って、モーター６６を制御して被加工物２００を加工領域の中心部位を中心として回転する際の回転速度、即ち、加工領域の中心部位を中心として回転する被加工物２００の回転の角速度を所定の値まで増加する。
【００５９】
この際には、マイクロコンピューター１００は、カッター２４の被加工物に対するＸＹ平面方向における切り込み量を一定に維持するように制御する。
【００６０】
従って、マイクロコンピューター１００が、カッター２４の加工領域の外径側から内径側への移動にともない、切削負荷（単位時間当たりの切削量＝切削負荷＝ツールの切り込み量×被加工物に対するツールの相対周速度）が切削負荷αとなるようにモーター６６の回転速度を増加すれば、モーター６６の回転速度、即ち、加工領域の中心部位を中心として回転する被加工物２００の回転の角速度が所定の値に到達するまでは、切削負荷として目標とする切削負荷αが得られる。
【００６１】
なお、上記したモーター６６の回転速度、即ち、加工領域の中心部位を中心として回転する被加工物２００の回転の角速度の所定の値は、モーター６６の能力などに応じて適宜設定すればよい。
【００６２】
上記のようにして、モーター６６の回転速度、即ち、加工領域の中心部位を中心として回転する被加工物２００の回転の角速度が所定の値に到達した後には、マイクロコンピューター１００は、モーター６６の回転速度、即ち、加工領域の中心部位を中心として回転する被加工物２００の回転の角速度を当該所定の値に維持するように制御する。
【００６３】
そして、マイクロコンピューター１００は、モーター６６の回転速度、即ち、加工領域の中心部位を中心として回転する被加工物２００の回転の角速度が所定の値に到達した後には、カッター２４が加工領域の外径側から内径側に移動するに従って、カッター２４の被加工物２００に対するＸＹ平面方向における切り込み量を増加するようにモーター３６を制御する。
【００６４】
従って、マイクロコンピューター１００が、カッター２４の加工領域の外径側から内径側への移動にともない、切削負荷（単位時間当たりの切削量＝切削負荷＝ツールの切り込み量×被加工物に対するツールの相対周速度）が切削負荷αとなるようにモーター３６を制御してカッター２４の被加工物２００に対するＸＹ平面方向における切り込み量を増加すれば、モーター６６の回転速度、即ち、加工領域の中心部位を中心として回転する被加工物２００の回転の角速度が所定の値に維持されたままでも、切削負荷として目標とする切削負荷αを得ることができる。
【００６５】
即ち、モーター３６を制御してカッター２４の被加工物２００に対するＸＹ平面方向における切り込み量を増加する際には、具体的には、図６に示すように制御すればよい。つまり、加工領域の中心Ｏからカッター２４が位置する場所までの半径ｒが半分（ｒ／２）になると、被加工物２００に対するカッター２４の相対周速度ｖは半分（ｖ／２）となる。従って、加工領域の中心Ｏからカッター２４が位置する場所までの半径ｒが半分（ｒ／２）になったときには、切削負荷を一定に維持するには、切り込み量ｗを２倍（２ｗ）とすればよい。
【００６６】
なお、切削品質の劣化を防ぐためには、切り込み量の最大値がツール径の４分の１の値を越えないようにすることが好ましい。
【００６７】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（５）に説明するように変形することができる。
【００６８】
（１）上記した実施の形態においては、理解を容易にするために、カッター２４の被加工物２００に対するＺ軸方向における切り込み量は一定なものとして説明したが、カッター２４の被加工物２００に対するＺ軸方向における切り込み量は一定でなくてもよい。カッター２４の被加工物２００に対するＺ軸方向における切り込み量を可変する場合には、カッター２４の被加工物２００に対するＸＹ平面方向における切り込み量とＺ軸方向における切り込み量とを合わせた値を切り込み量として取り扱うようにすればよい。
【００６９】
（２）上記した実施の形態においては、スパイラルツールパスにおいて切削負荷を一定に維持するために、はじめに被加工物２００の回転の角速度を増加し（被加工物２００の回転の角速度を増加するとき、カッター２４の切り込み量は一定である。）、その後にカッター２４の切り込み量を増加するようにしたが（カッター２４の切り込み量を増加するとき、被加工物２００の回転の角速度は一定である。）、これに限られるものではないことは勿論である。即ち、はじめにカッター２４の切り込み量を増加し（カッター２４の切り込み量を増加するとき、被加工物２００の回転の角速度は一定である。）、その後に被加工物２００の回転の角速度を増加するようにしてもよい（被加工物２００の回転の角速度を増加するとき、カッター２４の切り込み量は一定である。）。
【００７０】
また、被加工物２００の回転の角速度の増減の制御とカッター２４の切り込み量の増減の制御とを同時に行うことにより、スパイラルツールパスにおいて切削負荷を一定に維持するようにしてもよい。
【００７１】
（３）上記した実施の形態においては説明を省略したが、被加工物２００がアクリル樹脂やＡＢＳ樹脂の場合には、被加工物２００の回転の角速度を増加すると、当該アクリル樹脂やＡＢＳ樹脂がツール２４との間に発生する摩擦熱で溶け出す恐れがあるので、被加工物２００の回転の角速度をあまり増加することなくツール２４の切り込み量を増加するようにして、スパイラルツールパスにおいて切削負荷を一定に維持することが好ましい。
【００７２】
（４）上記した実施の形態においては説明を省略したが、ツール２４の切り込み量の増減の制御は、被加工物２００の回転の角速度の増減の制御よりも微細な制御が可能である。このため、微細な三次元加工を行う場合には、被加工物２００の回転の角速度の増減による制御よりも、ツール２４の切り込み量の増減による制御を中心として制御することにより、スパイラルツールパスにおいて切削負荷を一定に維持することが好ましい。
【００７３】
（５）上記した実施の形態ならびに上記（１）乃至（４）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【００７４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、スパイラルツールパスにより三次元切削を行う際に、切削負荷を一定に保つことができるようにしたスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置、切削方法、プログラムおよび記憶媒体を提供することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】特願２００１−１９７６２４として本願出願人によって提案された加工装置の概略構成説明図（斜視図）である。
【図２】スパイラルツールパスの説明図である。
【図３】スパイラルツールパスの説明図である。
【図４】加工領域の中心Ｏからツールが位置する場所までの半径ｒが半分（ｒ／２）になると、被加工物に対するツールの相対周速度ｖを一定に保つためには、被加工物の回転の角速度θを２倍（２θ）にする必要があることを示す説明図である。
【図５】本発明によるスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置の一例のブロック構成図である。
【図６】本発明によるスパイラルツールパスの切削処理を示す説明図である。
【符号の説明】
２４ カッター
３６，４８，６６，８２ モーター
１００ マイクロコンピューター
１００ａ 中央処理装置（ＣＰＵ）
１００ｂ リードオンリメモリ（ＲＯＭ）
１００ｃ 切削データ記憶部
１０２ バス
１０４ 入力装置
１０６ 外部記憶装置
２００ 被加工物
２００Ｐ 中心
Claims (4)
- ツールを用いてスパイラルツールパスにより被加工物を切削するスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置において、
被加工物の加工領域の中心部位を回転中心と一致させて該被加工物を載置する回転自在なテーブルと、
前記テーブルに載置された前記被加工物を切削するツールと、
前記テーブルを回転する回転手段と、
前記回転手段の回転速度を設定する第１の設定手段と、
前記ツールの前記被加工物に対する切り込み量を設定する第２の設定手段と、
前記第２の設定手段によって設定された切り込み量で、前記ツールが前記被加工物の前記加工領域の前記中心部位に向かって前記加工領域の外径側から内径側へ移動するとともに前記被加工物の深さ方向へ移動するように、前記テーブルを移動させる移動手段と、
切削負荷（切削負荷＝ツールの切り込み量×被加工物に対するツールの相対周速度）が一定となるように前記第１の設定手段と前記第２の設定手段とを制御する制御手段と
を有し、
前記回転手段により前記テーブルを回転させることによって前記被加工物を前記加工領域の中心部位を中心として回転させるとともに、前記移動手段の動作によって前記テーブルに載置された前記被加工物と前記ツールとの相対的な位置関係を三次元方向で移動させ、
前記制御手段は、前記移動手段によって前記ツールが前記被加工物の前記加工領域の前記中心部位に向かって前記加工領域の外径側から内径側へ移動するに従って前記回転手段の回転速度を増加するように前記第１の設定手段を制御し、前記回転手段の回転速度が所定の値に達した後は前記ツールの前記被加工物に対する切り込み量を増加するように前記第２の設定手段を制御する
ことを特徴としたスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削装置。 - ツールを用いてスパイラルツールパスにより被加工物を切削するスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削方法において、
被加工物の加工領域の中心部位を回転中心と一致させて該被加工物を載置した回転自在なテーブルを回転させることによって、前記被加工物を前記加工領域の中心部位を中心として回転させるとともに、前記被加工物を切削するためのツールが前記被加工物の前記加工領域の前記中心部位に向かって前記加工領域の外径側から内径側へ移動するとともに前記被加工物の深さ方向へ移動するように前記テーブルを移動させることによって、前記テーブルに載置された前記被加工物と前記ツールとの相対的な位置関係を三次元方向で移動させ、
前記被加工物の前記加工領域の前記中心部位を中心として回転する前記被加工物の回転の角速度と前記ツールの前記被加工物に対する切り込み量とを可変して、切削負荷（切削負荷＝ツールの切り込み量×被加工物に対するツールの相対周速度）を一定に制御する際に、前記テーブルの移動により前記ツールの位置が前記被加工物の前記加工領域の前記中心部位に向かって前記加工領域の外径側から内径側へ移動するに従って前記被加工物の回転の角速度を増加し、前記被加工物の回転の角速度が所定の値に達した後は前記ツールの前記被加工物に対する切り込み量を増加する
ことを特徴としたスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削方法。 - 請求項２に記載のスパイラルツールパスを用いた三次元形状の切削方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 請求項３に記載のプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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