JP4676413B2 - 金型を切削する方法およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、金型を切削する方法およびシステムに関する。より詳細には、工具の回転運動および並進運動に基づいて金型のコーナー部分を切削する方法およびシステムに関する。

回転工具を使用する金型のミーリング加工において、金型のコーナー部分の加工を行う場合には、金型のコーナー部分に、工具の半径分の領域の削り残しが生じてしまう。切削加工後のコーナー部分の削り残しには、一般的に、放電加工を施すことにより、削り残された金型の部分を取り除くことが行われてきているが、この方法の場合、放電加工を行うための電極図面と電極を作成しなければならず、金型のコーナー部分を精度良く切削するためには多くの時間を要していた。これに対して、特許文献１のように、設計期間を短縮化できるようにした、成形金型用放電加工電極の自動生成方法が開発されている。しかしながら、放電加工を利用する限り、切削加工機から放電加工機へ金型を設定し直す段取りの工程に加えて、作成した電極を放電加工機に設置し、放電加工したい箇所に設定する工程も必要であるため高精度化や加工期間の短縮は十分とはいえない。

特開２００４−２９１０９７

本発明は、上記のような技術的背景に基づいてなされたものであり、その目的は、金型のコーナー部分の加工を精度良く行うと共に加工に要する時間を短縮することにある。

上記の課題を解決するために本発明では以下の構成を有する。本発明の一つの特徴によれば、
少なくとも１つの切削用のエッジを有するエンドミル形状の工具を用いて金型のコーナー部分を切削する方法であって、
前記工具が回転軸の回りに回転することに同期して、前記コーナー部分の角の二等分線上を前記工具の回転軸と前記コーナー部分が相対的に近づくことにより、前記工具の１つのエッジが前記コーナー部分の方向に金型の加工面に沿って変位し、
前記二等分線上を前記工具の回転軸と前記コーナー部分が前記工具の回転半径の距離まで相対的に近接するときに、前記工具の前記１つのエッジは前記コーナー部分に変位し、
前記工具が回転軸の回りに回転することに同期して、前記二等分線上を前記工具の回転軸と前記コーナー部分が相対的に離れることにより、前記工具の前記１つのエッジが前記コーナー部分から離れる方向に加工面に沿って変位することを特徴とする金型のコーナー部分を切削する方法が提供される。

好ましい態様では、前記方法は、さらに、前記工具の回転面に垂直な方向に前記工具の回転軸と前記コーナー部分の少なくとも一方が相対的に移動可能であり、前記コーナー部分を前記工具の回転面に垂直な方向に順次切削することを特徴とする。

また、別の好ましい態様では、前記方法は、前記コーナー部分のなす角度がθ度の場合には、前記工具は、隣り合う切削用のエッジの互いのなす角度が１８０度からθ度を減算した値以上の大きさであることを特徴とする。

また、本発明の別の特徴によれば、
少なくとも１つの切削用のエッジを有するエンドミル形状の工具を用いて金型のコーナー部分を切削するシステムであって、
工具を回転させる回転軸を有するホルダーと、
前記ホルダーの回転軸の回転を制御する回転制御装置と、
前記ホルダーの回転軸の回転に同期させて、前記ホルダーと切削する金型を固定するワークの少なくとも一方を移動させる同期式移動制御装置と、
を有しており、
前記同期式移動制御装置は、前記回転制御装置に基づいて前記工具が前記ホルダーの回転軸の回りに回転することに対して、前記コーナー部分の角の二等分線上を前記ホルダーの回転軸と前記コーナー部分が相対的に近づくことを同期させることにより、前記工具の１つのエッジを前記コーナー部分の方向に金型の加工面に沿って変位させ、
前記同期式移動制御装置は、さらに、前記二等分線上を前記ホルダーの回転軸と前記コーナー部分が前記工具の回転半径の距離まで相対的に近接するときに、前記工具の前記１つのエッジを前記コーナー部分に変位させ、
前記同期式移動制御装置は、さらに、前記工具が前記ホルダーの回転軸の回りに回転することに対して、前記二等分線上を前記ホルダーの回転軸と前記コーナー部分が相対的に離れることを同期させることにより、前記工具の前記１つのエッジが前記コーナー部分から離れる方向に加工面に沿って変位することを特徴とする金型のコーナー部分を切削するシステムが提供される。

好ましい態様では、前記システムにおいて、前記回転制御装置は、回転制御可能なモータであることを特徴とする。

また、別の好ましい態様では、前記システムにおいて、前記同期式移動制御装置は、さらに、前記ホルダーと切削する金型を固定するワークの少なくとも一方を前記工具の回転面に垂直な方向に相対的に移動可能であり、前記コーナー部分を前記工具の回転面に垂直な方向に順次切削することを特徴とする。

また、本発明の別のさらなる特徴によれば、
少なくとも１つの切削用のエッジを有するエンドミル形状の工具を用いて金型のコーナー部分を切削するシステムであって、
前記システムは、
楕円形状の周囲に歯車を有する第１楕円型歯車と、
楕円形状の周囲に前記第１楕円型歯車と噛み合う歯車を有し、前記第１楕円型歯車の回転に連動して回転する第２楕円型歯車と、
前記第２楕円型歯車の回転軸と共通の回転軸によって回転する工具であって、前記回転軸の中心から楕円形状の長辺方向に少なくとも１つのエッジを有し、前記第２楕円型歯車の回転を動力源として回転する工具と、
前記第１楕円型歯車を回転させる駆動装置と、
を有し、
前記第１楕円型歯車の回転軸は、定位置に固定されており、
前記第２楕円型歯車の回転軸は、前記第２楕円型歯車が前記第１楕円型歯車と噛み合いながら回転することに伴って移動可能であり、
前記駆動装置が前記第１楕円型歯車を回転させると、前記第２楕円型歯車は前記第１楕円型歯車と噛み合いながら回転し、前記工具の前記回転軸は前記コーナー部分の角の二等分線上を前記コーナー部分に近づくと共に、前記工具の少なくとも１つのエッジが前記コーナー部分に向かって加工面に沿って変位し、
さらに、前記第２楕円型歯車が前記第１楕円型歯車と噛み合いながら回転すると、前記工具の回転軸が前記二等分線上を前記コーナー部分に対して前記工具の回転半径の距離まで近接するときに、前記工具の少なくとも１つのエッジは前記コーナー部分に位置し、
さらに、前記第２楕円型歯車が前記第１楕円型歯車と噛み合いながら回転すると、前記工具の回転軸が前記二等分線上を前記コーナー部分から離れると共に、前記工具の少なくとも１つのエッジが前記コーナー部分から離れる方向に加工面に沿って変位することを特徴とする金型のコーナー部分を切削するシステムが提供される。

好ましい態様では、前記システムにおいて、前記第２楕円型歯車の回転に伴って移動可能な回転軸が移動するときに、前記第２楕円型歯車が前記第１楕円型歯車と噛み合う状態を維持し、前記工具を位置決めするために、前記第２楕円歯車を固定した状態で前記第１楕円歯車の回転軸に支持されるカム部材を備えている。

また、別の好ましい態様では、前記システムにおいて、さらに、切削する金型を固定するワークと前記工具の少なくとも一方を前記工具の回転面に垂直な方向に相対的に移動させる垂直移動制御装置を備え、前記コーナー部分を前記工具の回転面に垂直な方向に順次切削することを特徴とする。

また、さらに別の好ましい態様によれば、前記システムにおいて、前記コーナー部分のなす角度がθ度の場合には、前記工具は、隣り合う切削用のエッジの互いのなす角度が１８０度からθ度を減算した値以上の大きさであることを特徴とする。

本発明によれば、金型のコーナー部分の加工に放電加工を用いないため、加工時間を大幅に短縮することが可能となる。また、工具の回転運動に対して工具の中心位置と金型のコーナー部分との相対的位置を制御することにより、金型のコーナー部分の加工精度を向上させることができる。さらに、本発明によれば、通常のエンドミル工具を用いた３次元の加工により、金型のコーナー部分のみならず他の切削対象領域に対して連続的な切削加工を行うことが可能になる。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下では、本発明に係る金型のコーナー部分を切削する方法およびシステムについて説明するが、あくまでも本発明の例示にすぎず、以下の記載によって発明の技術的範囲が限定されるものではない。なお、異なる図において付されている同一の符号番号は、同等のものを指しているものとする。

[エンドミルの動作]
ここで、まず、本発明に基づいて金型のコーナー部分を切削するときのエンドミルの動作について説明する。図１は、二枚刃のエンドミル１１０によって金型のコーナー部分１００を切削する場合におけるエンドミルの回転中心の位置（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ）およびエッジ（刃）の先端位置（ａａ、ｂｂ、ｃｃ、ｄｄ、ｅｅ、ｆｆ、ｇｇ）の軌跡を示したものである。図１において、金型のコーナー部分を切削する際には、エッジの先端は、金型のコーナー部分の頂点から広がる切削面に沿って移動するように回転運動し、エンドミルの回転の中心は、エッジの先端が切削面に沿って移動するように金型のコーナー部分の角の二等分線上を往復運動する。なお、図１の例では、金型のコーナー部分のなす角は９０度ある。具体的な動作の様子を以下で説明する。

図１（ａ）は、エッジの先端が切削面に接しながらコーナーの頂点の位置に向かって移動する場合におけるエンドミルの動きの様子を示したものである。エンドミルがコーナー部分に近づく場合、まず、エッジの先端が地点ａａに位置するときエンドミルの中心は地点ａに位置する。その後、エッジの先端は地点ｂｂに位置するときエンドミルの中心は地点ｂに移動する。そして、エッジの先端が地点ｃｃに位置するときエンドミルの中心は地点ｃに移動する。さらに、エッジの先端が地点ｄｄすなわち金型のコーナーの頂点に位置するときエンドミルの中心は地点ｄに移動する。なお、地点ａ、ｂ、ｃおよびｄはコーナー部分の角の二等分線上に位置するものとする。このように、エンドミルの中心が金型のコーナーの頂点に向かう往路としては、エンドミルの先端が、コーナーの頂点に向かって切削面に沿って地点ａａ、地点ｂｂ、地点ｃｃ、地点ｄｄの順に移動するように、中心位置は地点ａから地点ｄへ徐々に金型のコーナーの頂点に近づく必要がある。すなわち、地点ａと地点ａａ、地点ｂと地点ｂｂ、地点ｃと地点ｃｃ、地点ｄと地点ｄｄの距離はそれぞれエンドミルの回転半径であるため、エッジの先端が地点ａａ、地点ｂｂ、地点ｃｃ、地点ｄｄのそれぞれに位置するときには、エンドミルの中心はそこから回転半径の距離にあるコーナー部分の角の二等分線上の地点ａ、地点ｂ、地点ｃ、地点ｄにそれぞれ位置するようにエンドミルの回転動作に同期して移動する。

図１（ｂ）は、エッジの先端が切削面に接しながらコーナーの頂点の位置から離れる方向に移動する場合におけるエンドミルの動きの様子を示したものである。エッジの先端が金型のコーナーの頂点に移動した後、エッジの先端はコーナーの頂点から離れる方向に切削面に接しながら移動する。エッジの先端が地点ｅｅに位置するときエンドミルの中心は地点ｅに位置し、エッジの先端が地点ｆｆに位置するときエンドミルの中心は地点ｆに位置し、エッジの先端が地点ｇｇに位置するときエンドミルの中心は地点ｇに位置する。なお、地点ｅ、ｆおよびｇはコーナー部分の角の二等分線上に位置するものとする。このように、エンドミルの中心が金型のコーナー部分から離れる復路としては、エッジの先端の位置が地点ｄｄ、地点ｅｅ、地点ｆｆ、地点ｇｇと切削面に沿って移動するエンドミルの回転動作に同期して、中心位置は地点ｄから地点ｇへ徐々に金型のコーナーの頂点から離れるように動作する。

上記のように、金型のコーナーの頂点から広がる切削面に沿ってエンドミルの先端が移動する回転運動を遂行するためにエンドミルの回転中心は往復運動（移動幅１２０）することにより、コーナー部分の切削を行うことができる。なお、この方法によれば、エンドミルの先端が地点ａａから地点ｇｇまで９０度回転することにより、コーナーの削り残し部分に対して精度良い切削が行えるが、エンドミルの強度等を考慮して、最初は、上記の地点ｄｄの位置をコーナーの頂点から多少離れた位置に設定して切削し、その後、徐々にコーナー部分の切削を進めるように構成してもよい。

上述の通り、本発明に係る金型のコーナー部分を切削する方法は、エンドミルが回転運動に同期した往復運度を伴う構成となっている。そして、回転運動に往復運動を同期させることは、後述する電気的制御または機械的制御によって実現可能であり、それによって、エンドミルの先端は金型の切削面に沿って変位することができる。このように、金型のコーナー部分についてはエンドミルの回転運動および往復運動を同期させる制御を伴うが、コーナー部分以外の加工面の切削に関しては、このような制御を必要としないため、エンドミルの回転速度および往復運動を任意に組み合わせることによってコーナー部分と異なる制御を行う構成として様々な加工を実現できる。したがって、従来の金型に対する一連の切削処理の一部として、本発明に係る金型のコーナー部分を切削する方法およびシステムに取り込むことも可能である。

また、図１のエンドミルの回転面に垂直な方向に、順次、金型のコーナー部分を切削する構成とすることにより、本発明に基づいて金型のコーナー部分を３次元的に加工することが可能となる。

また、２枚刃のエンドミルについて説明したが、１枚刃であっても３枚以上の刃であってもよい。エッジの数を増すことにより、一般には、加工時間の短縮を図ることができる。なお、複数のエッジを用いる場合には、金型のコーナー部分のなす角度がθ度である場合には、一のエッジがコーナー部分にあるときに他のエッジが切削面に干渉しないように、隣り合う切削用のエッジの互いのなす角度は、１８０度からθ度を減算した値以上の大きさでなければならない。また、加工物のコーナー部分のなす角度をθ（0°＜θ＜180°）、工具の刃先の角度をαとすると、本発明に係る加工技術の加工範囲は『θ＞α』の条件を満たす範囲である。したがって、加工物のコーナー部分のなす角度が鋭角である場合でもαをそれより小さくなるように工具を設計すれば、切削加工することが可能であり、結果として、0°＜θ＜180°のコーナー部分が全てこの加工方法で切削可能である。

[電気的制御]
図２は、上述の工具の往復運動を電気的に制御する場合について、本発明に係る金型のコーナー部分を切削するシステム２００を示したものである。

図２において、シャンク２１０は、マシニングセンター等の工作機械の主軸に固定する部分である。ピン２２０は全体の装置の回り止めとして、装置全体をマシン側へ固定する。モータ２３０は、主軸および工具を回転させるためのものであってステッピングモータ、サーボモータなど回転位置の制御が可能なモータであれば何でもよい。モータ２４０は、主軸を左右に揺動運動（往復運動）させるためのものであり、モータ２４０の軸の正転および逆転が切り替えられると、モータ２４０の軸についている主軸左右送りネジ２５０によって揺動ハウジング２６０を揺動運動させる。全体の動作としては、主軸回転用モータ２３０に対して主軸左右動作用モータ２４０を同期させて、コーナー部分の加工を行う。この同期は、図示しないが主軸回転用モータ２３０および主軸左右動作用モータ２４０の両者に対する動作を制御するプログラムにより実現される。このような電気的制御の利点は、同期させる条件によって、コーナー部の形状を任意のＲ形状にしたり、４５度面取り形状にしたり、自由に変化させられることである。

図３は、主軸回転用モータ２３０および主軸左右動作用モータ２４０としてステッピングモータを用いたときの、上述のエンドミルの中心位置およびエッジの先端位置の軌跡を示したものである。具体的には、エンドミルの中心位置（３３０、３４０、３５０、３６０）とエッジの先端とを通る直線のＸ軸となす角をθとしたとき、θが０度、−１５度、−３０度および−４５度のエッジの先端位置および対応するそれぞれのエンドミルの中心位置３６０、３５０、３４０、３３０を示している。なお、ここでは、コーナー部分の切削面のなす角は９０度である。また、符号３２０の示す円形状の破線は、エンドミルの中心がＸＹ座標系の原点すなわち地点３３０に位置する場合にエンドミルが回転したときのエッジの先端の軌跡を示している。

図４は、図３に示したエンドミルの中心位置およびエッジの先端位置の詳細な情報として、エッジの先端の回転角度およびエンドミルの中心位置のＸ軸座標の絶対値を示したものである。Ｘ軸の位置座標の絶対値ｘは、エンドミルの回転半径をｒとすると、以下の式によって表することができる。なお、図４では、ｒを５（ｍｍ）としてｘを算出している。また、横軸を角度、縦軸を相対的なＸ座標として、図４の表をグラフとして表すと図５のようになる。なお、図５において、−１８０度、０度および１８０度の縦軸の値は、図１の移動幅１２０に対応するものである。

ｘ＝（√２＊ｒ）―（（ｓｉｎθ＊ｒ）＋（ｃｏｓθ＊ｒ））

本発明に係る電気的制御システムでは、図４に示されるエッジの先端の回転角度およびエンドミルの中心位置のＸ軸座標にそれぞれ対応するようにエンドミルの動きを制御する。このエンドミルの制御は、主軸回転用モータ３および主軸左右動作用モータ４を制御するプログラムを用いて実現できる。具体的には、図４の例では、主軸回転用モータ３（ステッピングモータ）は回転角度が５度単位で動作するように動作ステップがプログラムにおいて設定される。一方、主軸左右動作用モータ４（ステッピングモータ）は、プログラムにおいて、エンドミルの中心位置の座標がエッジの先端の回転位置に対応する位置に順次推移するように設定され、さらに、その推移のタイミングはエンドミルの先端が５度回転する間にエンドミルの中心位置が次の位置に推移するように設定される必要がある。モータ３および４それぞれのステッピングモータの設定およびこれらを同期させるためのプログラムによる制御は、ステッピングモータの仕様に対応させたプログラムを設計することにより実現されることは、ステッピングモータの制御プログラムの設計経験を有する当業者には容易に理解されるであろう。なお、図４では説明を簡単にするために、ステッピングモータの回転角の制御単位を５度とした場合について説明したが、ステッピングモータの回転角の制御単位をさらに小さく設定し、エッジの先端位置およびエンドミルの中心位置の軌跡をより詳細に定義することにより、工具の動作の精度を向上させることができ、結果として、コーナー部分の切削面の品質を向上させることができることは容易に理解される。

また、上述のように、工具を往復（揺動）運動させるのではなく、金型を設置したテーブルを往復（揺動）運動させることにより本発明に係る金型のコーナー部分を切削するシステムを実現してもよい。なお、この場合も主軸左右動作用モータによって制御される金型を支持するテーブルの往復（揺動）運動は、工具の回転運動と同期することが必要となるのは言うまでもない。

[機械的制御]
図６は、本発明に係る工具の回転運動および往復運動を、２つの楕円歯車を用いた機械的制御に基づいて実現する場合における工具の動きの様子を概略的に示した図である。より詳細には、図６（ａ）から（ｅ）は、金型のコーナー部分１００に対して、工具１１０および楕円歯車７５０が時間の経過（（ａ）から（ｅ））と共に動作する様子を概略的に示したものである。ここで、図６においては、エンドミル１１０の回転軸となる中心位置は楕円歯車７５０の回転軸に一致しており、エンドミル１１０のエッジの先端は長辺上に位置している。

図６（ａ）は、２つの楕円歯車７５０（ここでは、図の右側の楕円歯車を第１の楕円歯車、図の左側の楕円歯車を第２の楕円歯車とする）の短辺同士が接している状態を示したものである。図６（ｂ）は、第２の楕円歯車７５０が（ａ）の状態から時計回りに４５度回転した状態を示したものである。図６（ｃ）は、その後に、第１および第２の楕円歯車７５０の長辺同士が接している状態を示したものである。図６（ｄ）は、第２の楕円歯車７５０が（ｃ）の状態から時計回りにさらに４５度回転した状態を示したものである。図６（ｅ）は、（ａ）の状態から１８０度回転した状態であり、第１および第２の楕円歯車７５０の短辺同士が接している状態を示したものである。

図６（ｂ）から（ｄ）におけるエンドミル１１０の動きは、図１のエンドミルの中心位置およびエッジの先端位置の動きに対応している。すなわち、図６（ｂ）は、図１（ａ）においてエンドミルの中心が地点ａに位置し、エッジの先端が地点ａａに位置する状態に対応しており、図６（ｃ）は、図１（ａ）および（ｂ）においてエンドミルの中心が地点ｄに位置し、エッジの先端が地点ｄｄに位置する状態に対応しており、図６（ｄ）は、図１（ｂ）においてエンドミルの中心が地点ｇに位置し、エッジの先端がｇｇに位置する状態に対応している。第２の楕円歯車７５０の回転に伴ってエンドミル１１０が回転し、図６（ｂ）の状態から（ｃ）の状態、その後、（ｃ）の状態から（ｄ）の状態に遷移することにより、金型のコーナー部分を切削面に沿って移動し、図１のエッジの先端の軌跡を実現することができる。

図７は、図６に示すような工具の回転運動および往復運動を機械的に制御するための、本発明に係る金型のコーナー部分を切削するシステム７００について示したものである。

図７において、シャンク７１０は、マシンから回転動力を供給され回転する。ハウジング７４０は、シャンク７１０と一緒に回転しないようにベアリングで軸受けをとり回転止めとして、回り止めピン７３０をマシンの位置決め治具へ挿入する。第１（左側）の平歯車７２０はシャンク７１０の回転動力を受け付けて、第２（右側）の平歯車７２０によって第１（右側）の楕円歯車７５０に動力を伝達する。第１（右側）の楕円歯車７５０は、回転と共に、第２（左側）の楕円歯車７５０と長辺同士および短辺同士が噛み合うように配置される。第２の楕円歯車７５０は、揺動主軸８００の回転動作の動力源となっている。エンドミル７８０は、揺動主軸８００に取り付けられ第２の楕円歯車７５０の回転と共に回転する。このとき、第１の楕円歯車７５０は、回転軸を第２の平歯車７２０と共にするため、回転の中心位置は移動しない。一方、第２の楕円歯車７５０は、第１の楕円歯車７５０との噛み合いを保持した状態で回転し、回転の中心位置は左右に揺動する。図７の本発明に係る機械的制御システムは、第２の楕円歯車７５０の回転中心とエンドミルの回転中心を一致させ、第２の楕円歯車７５０を左右に揺動させることにより、エンドミルの中心およびエッジの先端を図１に示すように推移させるものである。

第１および第２の楕円歯車７５０が互いに噛み合いを保持しながら回転してエンドミルのエッジの先端を所望の位置に推移させるには、歯車の歯の仕様は精巧である必要があるが、楕円歯車の仕様については、モジュール、歯数、歯を付加する基準ライン（平歯車のピッチ円直径のラインに相当）を設定すれば、公知の技術により作成可能である。一方、精巧な楕円歯車を作成したとしても、楕円歯車７５０の回転は工具の回転に連動するものであり、金型を切削可能なレベルに高速回転することが要求されるため、第１および第２の楕円歯車７５０が回転する時の噛み合いを補償する機構が必要となる。この点、本発明では、揺動カム７６０、揺動ハウジング７７０および直動ベアリング７９０を用いて第１および第２の楕円歯車７５０の回転時の噛み合いを保持する機構を実現している。

楕円歯車の噛み合いを補償するために、揺動カム７６０および揺動ハウジング７７０は一体となって、揺動主軸８００に固定されている。揺動主軸８００は、第２の楕円歯車７５０の回転運動および揺動運動を動力源として回転および揺動し、揺動主軸８００に固定されたエンドミル７８０は、揺動主軸８００の回転運動および揺動運動に基づいて金型のコーナー部分の切削を行う。そして、このとき、揺動カム７６０は、エンドミル７８０の中心位置およびそのエッジの先端位置を精度良く位置決めする役割を担っている。すなわち、揺動カム７６０は、第１の楕円歯車７５０の回転軸に支持されながら、第１および第２の楕円歯車７５０の回転時の噛み合いを保持すると共に、エンドミル７８０のエッジの先端位置の動きを制御する。なお、直動ベアリング７９０は、揺動カム７６０および揺動ハウジング７７０がハウジング７４０内で所望の揺動運動をすることができるように、揺動カム７６０および揺動ハウジング７７０をハウジング７４０に支持する。

楕円歯車７５０およびエンドミル１１０については、第２の楕円歯車７５０が図６の（ｂ）から（ｄ）へ９０度回転するときに、エンドミル１１０および第２の楕円歯車７５０の中心が図１の移動幅１２０と一致する距離を往復運動すると共に、エンドミル１１０のエッジの先端が金型のコーナー部分１００の切削面に沿って移動するように、楕円歯車の長辺と短辺の長さおよびエンドミルの回転半径を設計する。なお、図８は、楕円歯車７５０の回転軸に垂直な方向から見た概略図（ａ）および回転軸に平行な方向から見た概略図（ｂ）を示している。図８（ａ）の実線は歯を省略した楕円の形状を示しており、ストロークは、長辺と短辺の径の差に対応しており、上述の移動幅１２０と同値である。また、図のＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の位置における楕円の径は、以下のように算出できる。
Ｐ１＝長辺の径（外周円の半径）−ストローク／４
Ｐ２＝長辺の径（外周円の半径）−ストローク／２
Ｐ３＝長辺の径（外周円の半径）−ストローク／４×３
Ｐ４＝長辺の径（外周円の半径）−ストローク

図９（ａ）から（ｅ）は、揺動カム７６０の概略図を示したものである。（ａ）は、カム部７６０を含む平歯車７２０および楕円歯車７５０の回転軸を示しており、（ｂ）は、カム部７６０の断面形状を示している。また、（ｃ）は、ストローク（移動幅１２０の２倍）に対応するカム曲線を示している。また、（ｄ）および（ｅ）は、それぞれ、カムの回転が０度の場合、９０度の場合を示している。このような揺動カム７６０により、エンドミル７８０の中心位置およびそのエッジの先端位置を精度良く位置決めすることが可能となる。

図１０（ａ）から（ｃ）は、揺動ハウジング７７０の概略図を示したものである。（ａ）および（ｃ）は、それぞれ、システム７００を側面から見た図である。（ｂ）は、システム７００を上から見た図であり、円状の部分（１０１０）に揺動主軸８００を、矩形状の部分（１０２０）に揺動カム７６０をそれぞれ収容できるようになっている。

図１１（ａ）から（ｄ）は、加工時における金型のコーナー部分とエンドミル１１０と楕円歯車７５０と揺動カム７６０との位置関係を示したものである。（ａ）は、エンドミル１１０が金型のコーナー部分に対して（ｂ）のように位置しているときの楕円歯車７５０および揺動カム７６０の状態を示している。（ｃ）は、エンドミル１１０が金型のコーナー部分に対して（ｄ）のように位置しているときの楕円歯車７５０および揺動カム７６０の状態を示している。（ｃ）・（ｄ）の状態は、エンドミル１１０が（ａ）・（ｂ）の状態から時計回りに９０度回転したときの状態を示したものである。なお、図示した移動量は、エンドミルが９０度回転した時のエンドミルの中心位置の移動量であり、これは、エンドミルが４５度回転した時の上述の移動幅１２０の２倍の大きさに相当する。

ここで、本発明に係る機械的制御システムの実施例について説明する。機械的制御システムの仕様としては、φ６（Ｒ３）のエンドミルを用いて、加工深さ：３０ｍｍ、切り込み量：１枚刃当り１０μｍ、エンドミルの回転数：３００ｒｐｍとした。そして、このような加工条件下では、加工時間は約５分である。

比較のために、本発明に係る機械的制御システムにおいて用いた非切削物と同様のものに対して、従来の放電加工を行った場合について示すと、加工時間としては、モデリングおよびＮＣ作成の時間含む電極の作成時間は約９０分、放電加工の荒加工時間は約３０分、放電加工の仕上げ加工時間は約４０分であり、合計約１６０分となる。したがって、本発明に係る機械的制御システムを用いることによって約９７％の工数削減という結果を得ることができる。

このように、本発明に係る金型のコーナー部分の切削方法およびシステムを用いることにより、金型のコーナー部分の削り残しを通常の工具による切削加工によって取り除くことが可能となり、従来まで行っていた金型のコーナー部分の削り残りを取り除くための放電加工の工程が必要なくなる。

すなわち、放電加工の工程が無くなるということは、以下に示す工程を削除することができ、大幅な工数短縮が可能である。
Ｉ．放電加工用の電極を作成する工程（電極をモデリングし、電極形状を得るためのＮＣパスを作成し、実際に電極を加工して作成する）
II．コーナー部分の削り残った加工物（金型）を切削加工機から放電加工機に設定し直す段取りの工程
III．作成した電極を放電加工機に設置し、放電加工したい箇所に設定する工程

上記ＩからIIIの工程の削減に関して、携帯電話のコアの金型の場合、金型のコーナー部分を加工するための電極の数は数十本に達し、そのための工数は１型でトータルすると１００時間にも達し、金型作成時間の３０％以上の工数であるが、本発明に係る加工技術を用いることによりこの工数を全て削除できることになる。

また、本発明に係る切削方法に基づいた工具の動作から生成されるＮＣパスを従来までのＮＣパスと組み合わせることにより、金型のコーナー部分の連続加工が可能であり、ユーザーが望む金型形状を全自動で得ることが可能になる。

以上のように、本発明の実施の一形態及び実施例について説明してきたが、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、これに種々の変更を加え得るものであることは容易に理解される。そして、それらが特許請求の範囲の各請求項に記載した事項、及びそれと均等な事項の範囲内にある限り、当然に本発明の技術的範囲に含まれる。上記の例は、特定のエッジを有する工具を用いて特定の金型のコーナー部分を切削する方法およびシステムに関するものであったが、これはあくまでも一例であり、本発明がこの特定の具体例に限定されるものではない。

本発明に係る金型のコーナー部分を切削する方法を用いたときのエンドミルの動作の様子を示した図である。 本発明の一実施形態に係る金型のコーナー部分を切削する電気的制御システムの断面図を示した図である。 電気的制御システムにおけるエンドミルの中心位置およびエッジの先端位置の軌跡を示した図である。 電気的制御システムにおいてエンドミルの回転角度と対応するエンドミルの中心位置の関係を示した図である。 図４に示した関係をグラフに示したものである。 本発明の一実施形態に係る機械的制御システムにおいて楕円歯車とエンドミルと金型のコーナー部分との位置関係を投影図として示した図である。 本発明の一実施形態に係る金型のコーナー部分を切削する機械的制御システムの断面図を示した図である。 楕円歯車の回転軸に垂直な方向から見た概略図（ａ）および回転軸に平行な方向から見た概略図（ｂ）を示した図である。 揺動カムの概略図を示した図である。 揺動ハウジングの概略図を示した図である。 加工時における金型のコーナー部分とエンドミルと楕円歯車と揺動カムとの位置関係を示した図である。

符号の説明

１００ 金型のコーナー部分
１１０ エンドミル
１２０ エンドミル４５°回転時の移動量
２００ 電気的制御システム
２１０ シャンク
２２０ 回り止めピン
２３０ 主軸回転動作用制御モータ
２４０ 主軸揺動動作用制御モータ
２５０ 主軸揺動送りネジ
２６０ 揺動ハウジング
２７０ 主軸
２８０ コレットチャック
２９０ 工具（エンドミル）
７００ 機械的制御システム
７１０ シャンク
７２０ 平歯車
７３０ 回り止めピン
７４０ ハウジング
７５０ 楕円歯車
７６０ 揺動カム
７７０ 揺動ハウジング
７８０ ２枚刃ストレートエンドミル
７９０ 直動ベアリング
８００ 揺動主軸

Claims (4)

1. 少なくとも１つの切削用のエッジを有するエンドミル形状の工具を用いて金型のコーナー部分を切削するシステムであって、
   前記システムは、
   楕円形状の周囲に歯車を有する第１楕円型歯車と、
   楕円形状の周囲に前記第１楕円型歯車と噛み合う歯車を有し、前記第１楕円型歯車の回転に連動して回転する第２楕円型歯車と、
   前記第２楕円型歯車の回転軸と共通の回転軸によって回転する工具であって、前記回転軸の中心から楕円形状の長辺方向に少なくとも１つのエッジを有し、前記第２楕円型歯車の回転を動力源として回転する工具と、
   前記第１楕円型歯車を回転させる駆動装置と、
   を有し、
   前記第１楕円型歯車の回転軸は、定位置に固定されており、
   前記第２楕円型歯車の回転軸は、前記第２楕円型歯車が前記第１楕円型歯車と噛み合いながら回転することに伴って移動可能であり、
   前記駆動装置が前記第１楕円型歯車を回転させると、前記第２楕円型歯車は前記第１楕円型歯車と噛み合いながら回転し、前記工具の前記回転軸は前記コーナー部分の角の二等分線上を前記コーナー部分に近づくと共に、前記工具の少なくとも１つのエッジが前記コーナー部分に向かって加工面に沿って変位し、
   さらに、前記第２楕円型歯車が前記第１楕円型歯車と噛み合いながら回転すると、前記工具の回転軸が前記二等分線上を前記コーナー部分に対して前記工具の回転半径の距離まで近接するときに、前記工具の少なくとも１つのエッジは前記コーナー部分に位置し、
   さらに、前記第２楕円型歯車が前記第１楕円型歯車と噛み合いながら回転すると、前記工具の回転軸が前記二等分線上を前記コーナー部分から離れると共に、前記工具の少なくとも１つのエッジが前記コーナー部分から離れる方向に加工面に沿って変位することを特徴とする金型のコーナー部分を切削するシステム。
2. 前記第２楕円型歯車の回転に伴って移動可能な回転軸が移動するときに、前記第２楕円型歯車が前記第１楕円型歯車と噛み合う状態を維持し、前記工具を位置決めするために、前記第２楕円歯車を固定した状態で前記第１楕円歯車の回転軸に支持されるカム部材を備えたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. さらに、切削する金型を固定するワークと前記工具の少なくとも一方を前記工具の回転面に垂直な方向に相対的に移動させる垂直移動制御装置を備え、前記コーナー部分を前記工具の回転面に垂直な方向に順次切削することを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記コーナー部分のなす角度がθ度の場合には、前記工具は、隣り合う切削用のエッジの互いのなす角度が１８０度からθ度を減算した値以上の大きさであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のシステム。

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