JP4614935B2

JP4614935B2 - 切削加工方法及び工具経路生成装置

Info

Publication number: JP4614935B2
Application number: JP2006296302A
Authority: JP
Inventors: 貞夫寺内; 泰徳増宮; 二郎安河内
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2026-10-31
Also published as: JP2008110460A

Description

本発明は、工作機械を用いてワークを加工する加工方法に関し、特にワークの薄肉部を加工する切削加工方法及びその工具経路生成装置に関する。

工作機械を用いてワークを加工する加工方法には、工具とワークを相対移動させながら工具をワークに切り込ませ、ワークに所望の加工を行う切削加工がある。切削加工はワークに切削力が作用するので、特にワークの薄肉部を加工する際、加工中に薄肉部が振れたり、撓んだりして、加工精度に悪影響を及ぼしていた。図５には従来の一般的な加工方法を示す。まず図５（ａ）を参照すると、ワーク３から除去部分７を除去して所望の形状に仕上げる場合、工具１を薄肉部５の所望形状に対し仕上げ代を残してワーク３を荒加工する荒加工工程を行う。荒加工工程で図５（ｂ）の状態に加工した後、仕上げ代分を除去して所望形状に仕上げる仕上げ加工工程を行う。また、ワークの薄肉部を精度良く加工するための加工方法は、特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の技術は、インボリュート形状を加工する際、加工開始領域を再度同じ工具経路で加工するというものである。

特開２００１−２７７０３１号公報

図５に示す従来の加工方法では、仕上げ加工工程の段階で図５（ｂ）のように薄肉部５及び除去部分７の部分の厚みが薄くなってしまうため、図５（ｃ）のように、薄肉部５に作用する切削力によってワークが撓んでしまい加工精度が悪化するという問題があった。また、前述の第１の従来技術は、加工時の切削力で撓んで所望形状よりも大きくワーク加工してしまった部分を修正することはできるが、加工の切削力を小さくすることは考慮されていないので、ワークに振れが発生し所望形状より小さくなってしまったワークには対応できない問題点があった。また、薄肉部の所望形状に沿って２度加工する必要があり、加工に時間がかかるという問題があった。

本発明は前述の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、薄肉部の変形量を小さくし、切削力が小さく、薄肉部を高精度に加工できる切削加工方法を提供することである。また、該切削加工方法を実施するための工具経路を生成する工具経路生成装置を提供することである。

前述の目的を達成するために、本発明によれば、工具とワークとを相対移動させ、等高線加工によりワークを所望形状に加工する切削加工方法において、所望する形状に対して仕上げ代を残してワークを加工する第１工程と、ワークを所望する形状に加工する第２工程とを有し、前記第１工程及び前記第２工程を予め定められた深さ毎に繰り返し、所望の深さまで加工する切削加工方法が提供される。予め定められた深さで第１工程及び第２工程を行った後、更に予め定められた深さだけ深くして第１工程及び第２工程を行うことを繰り返すので、ワークの深い部分の肉厚が残ったままの状態で浅い部分の第２工程を行うことができる。

また、本発明によれば、工具とワークとを相対移動させ、等高線加工によりワークを所望形状に加工する切削加工方法において、所望する形状に対して仕上げ代を残してワークを加工する第１工程と、前記第１工程よりも浅い位置を所望する形状に加工する第２工程とを有し、前記第１工程及び前記第２工程を交互に繰り返し、徐々に所望の深さまでワークを加工する切削加工方法が提供される。第１工程よりも浅い位置で第２工程を行うので、第１工程の工具先端の曲面部分によるワークの取り残し部分が第２工程で加工されなくなるため、第２工程におけるワークの除去体積及び工具とワークの接触面積を減らすことができる。

また、本発明によれば、前記第２工程は、前記第１工程１回に対して複数回深さを変えて加工する切削加工方法が提供される。第２工程を複数回に分割することにより、１回の加工におけるワークの除去体積及び工具とワークの接触面積を減らすことができる。

また、本発明によれば、所望形状データに基づいて工具の経路を生成する工具経路生成装置において、前記所望形状データを読み込む所望形状データ入力部と、工具データ及び材料データを入力するパラメータ入力部と、前記所望形状データ入力部及び前記パラメータ入力部から入力されたデータを格納するデータ格納部と、前記データ格納部に格納されたデータに基づいて加工方法及び工具の経路を決定する工具経路決定部とを具備し、前記工具経路決定部は、加工方法に等高線加工が選択された時、所望する形状に対して仕上げ代を残してワークを加工する第１工程と、前記第１工程と同じ深さ又は前記第１工程よりも浅い位置を所望する形状に加工する第２工程とを交互に繰り返し、所望の深さまで加工する工具経路を生成する工具経路生成装置が提供される。加工方法に等高線加工が選択された時、ワークの深い部分の肉厚が残ったままの状態で浅い部分の第２工程を行う加工方法及び第２工程におけるワークの除去体積を減らすことができる加工方法を実施するための工具経路が生成される。

本発明によれば、ワークの深い部分の肉厚が残ったままの状態で浅い部分の第２工程を行うので、切削力によるワークの倒れ又は撓みを防止することができる。また、第２工程におけるワークの除去体積及び工具とワークの接触面積を減らすことができるため、第２工程における切削力が減少し、同じ送り速度で加工した場合には高精度で加工でき、所望精度が同じ場合には送り速度を速くし加工能率を上げることができる。更に第２工程を深さ方向に分割すれば特に高精度を求められる加工にも対応できる。第１工程と第２工程を同一の工具で加工すれば、工具交換を行わず連続的に加工することができ、加工能率を上げることができる。また、工具経路生成装置がワークの深い部分の肉厚が残ったままの状態で浅い部分の第２工程を行い、第２工程におけるワークの除去体積及び工具とワークの接触面積を減らすように工具経路を生成すれば、オペレータが工具経路を作成する必要が無く、高効率又は高精度に加工できる工具経路の生成を迅速に行うことができ、加工の準備にかかる時間を短縮することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態を説明する。尚、本実施の形態では本発明の第１工程を荒加工工程、第２工程を仕上げ加工工程として説明する。第１の実施の形態における加工方法を、図１を参照して説明する。図示していない工作機械の主軸に取り付けられた工具１と図示していない工作機械のワーク取り付け部に取り付けられたワーク３とを相対移動させ、工具１をワーク３に対して切り込ませることによってワーク３を所望形状に切削加工する。ワーク３の薄肉部５を成形する加工を行う際、第１の深さで図１（ａ）のように、薄肉部５に仕上げ代を残して加工する荒加工工程を行う。第１の深さでの荒加工工程が終了したら、図１（ｂ）のように、第１の深さよりも深い位置の除去部分７を残したまま、第１の深さと同一の深さで仕上げ代の部分を除去する加工を行い、薄肉部５を所望形状に仕上げる仕上げ加工工程を行う。次に第２の深さにおいても第１の深さと同様に荒加工工程及び仕上げ加工工程を行い、第２の深さを所望形状に仕上げてから次の深さを加工する。このように予め定められた深さ毎に所望形状まで仕上げていく加工を所定深さまで繰り返し、ワーク３の薄肉部５全体を仕上げる。

この第１の実施の形態で仕上げ加工工程を行う際、薄肉部５の根元部分には除去部分７が残っているため、薄肉部５が変形しにくくなり、倒れ、撓み及び振れ等を小さくする効果がある。また、仕上げ加工工程を行う際、深さ方向（図１における薄肉部５の長手方向）の切り込み量を荒加工工程よりも小さく設定し、徐々に深さを深くしながら複数回仕上げ加工工程を行うことによって、荒加工工程と同じ深さまで仕上げ加工をしても良い。更に荒加工工程で使用した工具１と同一の工具で仕上げ加工工程を行っても良い。荒加工工程と仕上げ加工工程で同一の工具を用いれば工具交換をする必要が無く、加工時間の短縮を図ることができる。

第２の実施の形態における加工方法を、図２を参照して説明する。図２（ａ）のように、前述した第１の実施の形態における荒加工工程と同様に第１の深さで荒加工工程を行う。第１の深さで荒加工が終了したら、図２（ｂ）のように、荒加工工程を行った第１の深さよりも浅い位置で仕上げ加工工程を行う。次に第２の深さにおいても第１の深さと同様に、第２の深さで荒加工工程を行い、第２の深さよりも浅い位置で仕上げ加工工程を行う。このような加工を所定深さまで繰り返し、薄肉部５全体を所望形状に仕上げる。この第２の実施の形態で仕上げ加工工程を行う際、第１の実施の形態と同様に薄肉部５の根元部分には除去部分７が残っているため、薄肉部５が変形しにくくなり、倒れ、撓み及び振れ等を小さくする効果がある。更に工具先端部の拡大図である図３を参照すると、図３（ａ）のように除去部分７を残した状態で第１の深さにおける荒加工工程が終了する。荒加工工程終了後、図３（ｂ）のように第１の深さよりも浅い位置で仕上げ加工工程を行う。

第１の実施の形態では、荒加工工程において荒加工除去部分７ｂを除去し、仕上げ加工工程において仕上げ代７ａ及び荒加工工程時に工具先端形状によって残った残留除去部分７ｃを除去していたが、第２の実施の形態での仕上げ加工工程は仕上げ代７ａ部分のみ又は仕上げ代７ａと残留除去部分７ｃの一部分のみを除去することになり、仕上げ加工工程において工具１が除去する除去部分７の除去体積が減少する。したがって、第１の実施の形態と同一の工具、切り込み量及び送り速度で加工しても、仕上げ加工時にワークにかかる切削力が減少し、薄肉部５の倒れ、撓み及び振れ等を更に減少させることができる。この第２の実施の形態の工具１は、例えばボールエンドミルが用いられる。荒加工工程で残留除去部分７ｃが少しでも残る工具を使用すれば、ワークにかかる切削力を減少させる効果があるが、特にボールエンドミル、ラジアスエンドミル等のように残留除去部分７ｃが大きく残る工具を用いた場合に大きな効果がある。また、仕上げ加工工程において、工具先端部がワークに接触する面積を減少させることが可能になり、工具１に回転工具を使用した場合、周速の小さい回転軸中心部がワークに接触せずに、周速の大きい回転工具外周部近傍のみで加工することが可能になり、薄肉部にかかる切削力を更に低減させることができる。尚、工具１にボールエンドミルを用いた場合を例にして説明したが、本発明において使用する工具を限定するものではない。

第３の実施の形態である工具経路生成装置を、図４を参照して説明する。オペレータは所望する加工後のワークの所望形状データを所望形状データ入力部２１に入力する。この所望形状データ入力部は、例えば周知のＣＡＤ装置から図面データを取り込んで所望形状データとすることも可能である。パラメータ入力部２３には、工具データ、素材形状データ等、工具経路を生成するために必要な諸データを入力する。ＮＣ装置に保管されているデータを取り込んでパラメータとしても良いし、予め登録された工具データベース及び素材形状データベースから選択したデータをパラメータとすることも可能である。所望形状データ入力部２１及びパラメータ入力部２３で取り込まれたデータはデータ格納部２５に格納される。工具経路決定部２７は、データ格納部２５に格納されているデータを読み込み最適な工具経路を決定する。

工具経路決定部２７によって決定された加工方法に、等高線加工（同一の高さ毎に順次加工を進めていく加工方法）が選択された場合、工具経路決定部２７は第１又は第２の実施の形態で説明した加工方法で加工するように工具の経路を決定する。表示部２９は、工具経路決定部２７で決定された工具経路を表示する。シミュレータ部３１は、工具経路決定部２７で決定された工具経路データを受け取り、工具の動作をシミュレートすることによって、機械とワークの干渉を確認する等、実際の加工を行う前に確認すべき情報を表示部２９に表示させる。また、データ変換部３３は、工具経路決定部２７が決定した工具経路データを、例えば図示しないＮＣ装置が工作機械を動作させるために必要なＮＣプログラムに変換し、データ変換部３３で変換されたＮＣプログラムをデータ出力部３５からＮＣ装置に出力する。本実施の形態のデータ変換部３３は、工具経路データをＮＣプログラムに変換する例を示したが、工具経路データを受け取る装置によってどのようなデータに変換するかを適宜設定することは言うまでもない。

第１ないし第３の実施の形態における加工方法は、薄肉部を有するワークを加工する際、特に有効である。具体的な実施例を挙げると、放電加工機に用いるリブ電極を成形する加工、放熱フィンを成形する加工、突出したピン形状を成形する加工、特許文献１に記載のインボリュート形状を成形する加工及び箱型形状の縁部の加工等において高速、高精度な加工を行う場合に大きな効果を発揮する。実施例として薄肉部を成形する加工のいくつかを挙げたが、本発明の加工方法は他の様々な加工に利用できることは言うまでもない。また、本発明の説明は第１工程を荒加工工程、第２工程を仕上げ加工工程として、２種類の工程を例に説明してきたが、荒加工工程、中仕上げ工程及び仕上げ加工工程のように３種類以上の工程を含む加工であっても、仕上げ加工工程時に大きく除去部分７を残し加工を行う本発明を適用することが可能である。この場合、荒加工工程を全て完了させてから、中仕上げ加工工程を本発明における第１工程とし、仕上げ加工工程を第２工程としても良いし、荒加工工程及び中仕上げ加工工程を本発明における第１工程とし、仕上げ加工工程を第２工程としても良い。

（ａ）本発明の第１の実施の形態における荒加工工程時の工具とワークの部分側面図であり、（ｂ）本発明の第１の実施の形態における仕上げ加工工程時の工具とワークの部分側面図である。（ａ）本発明の第２の実施の形態における荒加工工程時の工具とワークの部分側面図であり、（ｂ）本発明の第２の実施の形態における仕上げ加工工程時の工具とワークの部分側面図である。（ａ）本発明の第２の実施の形態における荒加工工程時の工具とワークの部分拡大図であり、（ｂ）本発明の第２の実施の形態における仕上げ加工工程時の工具とワークの部分拡大図である。本発明の第３の実施の形態における工具経路生成装置の構成ブロック図である。（ａ）従来技術における荒加工工程時の工具とワークの部分側面図であり、（ｂ）従来技術における仕上げ加工工程時の工具とワークの部分側面図である。

符号の説明

１工具
３ワーク
５薄肉部
７除去部分
２１所望形状データ入力部
２３パラメータ入力部
２５データ格納部
２７工具経路決定部
２９表示部
３１シミュレータ部
３３データ変換部
３５データ出力部

Claims

エンドミルを用いて、等高線加工によりワークの薄肉部を加工する切削加工方法において、
所望する形状に対して仕上げ代を残してワークを加工する第１工程と、
ワークを所望する形状に加工する第２工程とを有し、
前記第１工程及び前記第２工程を予め定められた深さ毎に繰り返し、ワークの深い部分の肉厚が残ったままの状態で前記第２工程を行い所望の深さまで加工することを特徴とした切削加工方法。
エンドミルを用いて、等高線加工によりワークの薄肉部を加工する切削加工方法において、
所望する形状に対して仕上げ代を残してワークを加工する第１工程と、
前記第１工程よりも浅い位置を所望する形状に加工する第２工程とを有し、
前記第１工程及び前記第２工程を交互に繰り返し、ワークの深い部分の肉厚が残ったままの状態で前記第２工程を行い徐々に所望の深さまでワークを加工することを特徴とした切削加工方法。
前記第２工程は、前記第１工程１回に対して複数回深さを変えて加工することを特徴とした請求項１又は２に記載の切削加工方法。
所望形状データに基づいて工具の経路を生成する工具経路生成装置において、
前記所望形状データを読み込む所望形状データ入力部と、
工具データ及びワークの材料データを入力するパラメータ入力部と、
前記所望形状データ入力部及び前記パラメータ入力部から入力されたデータを格納するデータ格納部と、
前記データ格納部に格納されたデータに基づいて加工方法及び工具の経路を決定する工具経路決定部とを具備し、
前記工具経路決定部は、エンドミルを用いたワークの薄肉部の加工方法に等高線加工が選択された時、所望する形状に対して仕上げ代を残してワークを加工する第１工程と、前記第１工程と同じ深さ又は前記第１工程よりも浅い位置を所望する形状に加工する第２工程とを交互に繰り返し、ワークの深い部分の肉厚が残ったままの状態で前記第２工程を行い所望の深さまで加工する工具経路を生成することを特徴とした工具経路生成装置。