JP4714348B2

JP4714348B2 - 回転工具による加工方法

Info

Publication number: JP4714348B2
Application number: JP2001002063A
Authority: JP
Inventors: 俊介若岡; 誠服部
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2001-01-10
Filing date: 2001-01-10
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2021-01-10
Also published as: JP2002205243A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンドミル等の回転工具を備えた数値制御工作機械による金型等の加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転工具による加工は回転工具に曲線状軌跡あるいはトロコイド軌跡等を描かせ、この軌跡を回転工具の進行方向にずらせて加工面を所定域に拡大することにより進められることが多い。図５は従来技術における回転工具の閉ループ線経路を示す経路説明図、図６（ａ）は加工物を加工している時の状態図、（ｂ）は加工物を加工していない時の状態図である。ここで閉ループ線とは円形、長円形、楕円形、トロコイド曲線等の滑らかな曲線で結ぶようにした線をいう。
【０００３】
図５において、回転工具Ｔの中心が曲線若しくは曲線と直線を組み合わせた閉ループ線Ｌ_i-1上を移動し、閉ループ線Ｌ_i-1上の終点Ｂ_i-1に到達したら加工進行方向へ切込量Ｐだけずらした閉ループ線Ｌ_i上の始点Ｂ_iへ移動し、続いて閉ループ線Ｌ_i上を移動するという動作を繰り返すことにより所望の加工面を形成する加工方法を示している。
図中、回転工具Ｔが加工物Ｗを加工している経路Ｌ_iＡを実線で、回転工具Ｔが加工物Ｗを加工しないない経路Ｌ_iＢを破線で示している。
【０００４】
図５の実線で示した経路Ｌ_iＡでは、図６（ａ）に示すように、回転工具Ｔが加工物Ｗに対し加工進行方向へ切込量Ｐだけ切り込んだ状態で加工しながら移動する。
一方、図５の破線で示した経路Ｌ_iＢでは、図６（ｂ）に示すように、回転工具Ｔの先端部が既に加工した面を擦過する状態で移動する。
このように、回転工具Ｔの中心が閉ループ線Ｌ上を移動し、かつ、この閉ループ線Ｌが加工進行方向にずれていくように回転工具Ｔを移動させることにより、加工物Ｗを加工するようにした結果、振動の発生が抑えられ、また切削負荷が少ない加工であるため、剛性の低い工作機械や回転工具でも効率的な加工ができるようになった。
【０００５】
前述のように小切り込みにより効率的な加工が可能となった背景には加工距離が増加しても高速送り，高速主軸の実現により加工時間に大差はなくなったこと、高速切削に耐え得る工具が開発されたことに負うところが大きい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術で述べた回転工具による加工方法では、回転工具の中心が閉ループ線上を移動するようにしたことにより、回転工具の中心の経路は加工物を加工していない部分を含むこととなる。この部分においては、既に加工した面を再度回転工具が移動するため、その加工面と回転工具の先端部が接触することとなり、回転工具は加工物を削らずに擦るだけの移動となるので擦過による摩擦熱が多く発生し、主軸の回転数が上昇するほど回転工具の長寿命化を阻害するという問題を有していた。
本発明は従来技術の有するこのような問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは回転工具が加工物を加工していない経路を移動する際には、回転工具の先端部が既に加工した面に接することなく回転工具の先端摩耗を抑制することが可能な加工方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【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願の請求項１記載の発明は、数値制御工作機械の主軸に装着した回転工具の中心がＸＹ平面において曲線若しくは曲線と直線の組合わせた閉ループ線上を移動し、かつ、前記閉ループ線が加工進行方向にずれて行くように前記回転工具と加工物とを相対移動させることにより所望の加工面を加工する加工方法において、前記閉ループ線上のうち前記回転工具が加工物を加工している部分を移動するときは前記回転工具の先端部が前記加工面に接するように制御し、前記閉ループ線上のうち前記回転工具が加工物を加工していない既加工部分に入ると前記回転工具の先端部が前記加工面からＺ軸方向へ所定逃がし量逃げるようにし既加工部分の終わりには逃がし量を消失するように制御するものである。
【０００８】
請求項１の発明によれば、閉ループ線上のうち回転工具が加工物を加工している部分を移動するときは回転工具の先端部を加工面に接するように、回転工具が加工物を加工していない部分を移動するときは回転工具の先端部が加工面から所定量逃げるように制御して閉ループ線をずらして加工を続けるので、回転工具の先端部の摩耗を防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
〔実施例〕
図１は本願発明の制御の構成を示すブロック線図である。構成内容は数値制御工作機械の制御装置部と同等である。図２は閉ループ線をずらして移動し加工面を形成する場合の回転工具位置の説明図である。
【００１０】
図３（ａ）は回転工具Ｔが図２のＥ_iからＦ_iに移動する間、Ｚ軸方向に逃がし量δが付与される場合の説明図、図３（ｂ）は回転工具Ｔが図２のＧ_iからＢ_iに移動する間、Ｚ軸方向の逃がし量δが消失する場合の説明図である。図４は、本願発明の制御の流れを示すフローチャートである。
【００１１】
本願発明の加工方法は、図２及び図３に示すように回転工具の中心が閉ループ線上を移動する際、回転工具が加工物に対し切込量だけ切り込んだ状態となるＢ_i〜Ｅ_i間は回転工具の先端部が指定された加工面に接するように移動し、回転工具が加工物を加工していない状態となるＥ_i〜Ｂ_i間は指定された加工面から所定量δだけ逃げるようにして移動するものである。
【００１２】
図１に示すように、本願発明の加工方法を制御する構成は、諸データを入力するデータ入力部１、入力されたデータを記憶するデータ記憶部２、閉ループ線の基準点が移動する経路である基準経路を入力する基準経路入力部３、入力されたデータと基準経路とから回転工具の経路を生成する回転工具経路生成部４、その生成された経路を各制御系へ出力する回転工具経路出力部５、出力される制御系であるＸ軸サーボ部６、Ｙ軸サーボ部７、Ｚ軸サーボ部８等からなる。
【００１３】
次に、図２及び図３に示す回転工具の中心が移動する経路に関し、図４のフローチャートにより説明する。
ステップＳ１において、データ入力部１から回転工具の加工プログラムに関する諸データを入力し、データ記憶部２に記憶する。入力するデータは、基準経路上の基準点Ｏに対する閉ループ線の相対ＸＹ座標とその経路（以下、「Ｂ〜Ｇの相対ＸＹ座標と経路」という）、加工面高さ（Ｚ₀）、逃がし量（δ）、切込量（Ｐ）、スタート点の座標値（Ａ）、加工している経路（Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ）、加工していない経路（Ｅ→Ｆ→Ｇ→Ｂ）等である。
ステップＳ２において、基準経路入力部３から図２に示す閉ループ線の基準点Ｏが移動する経路である基準経路を入力する。ここで本実施形態において、基準経路は直線である場合について説明するが、それ以外の曲線等である場合も本発明の態様に含まれる。
【００１４】
次に、データ記憶部２に記憶されたデータと基準経路入力部３から入力されたデータとから回転工具経路生成部４により回転工具の経路が生成され、回転工具出力部５により回転工具の経路が出力される過程について以下詳述する。
ステップＳ３において、処理カウンタｉをｉ＝１として初期化する。ステップＳ４において、基準経路上の開始点を基準点Ｏ_iに設定する。従って、ステップＳ３よりｉ＝１であるので、基準経路上の開始点は基準点Ｏ₁となる。
【００１５】
続いて、ステップＳ５において、図２に示す回転工具のスタート点Ａ（Ａ_x，Ａ_y，Ａ_z）を出力する。この点は加工物から離れた位置である。ステップＳ６において、基準経路上の基準点Ｏ_iとステップＳ１で入力したＢ〜Ｇの相対ＸＹ座標と経路とから回転工具経路となる閉ループ線Ｌ_i上の各点（Ｂ_i〜Ｇ_i）のＸＹ座標とその間の経路を求める。ステップＳ７において、ステップＳ１で入力された加工している部分（Ｂ_i〜Ｅ_i）の経路を出力する。
【００１６】
すなわち、回転工具のＺ座標位置を加工面高さであるＺ＝Ｚ₀として、ステップＳ６で求めたＸＹ座標とその間の経路とを合わせてＢ_i〜Ｅ_iの経路を出力する。出力したＢ_i〜Ｅ_i間は図２に示すように、閉ループ線上の回転工具Ｔの開始点Ｂ_i（Ｂ_x，Ｂ_y，Ｚ₀）からＣ_i（Ｃ_x，Ｃ_y，Ｚ₀）へ所定半径の円弧を描いて移動する。続いてＣ_iからＤ_i（Ｄ_x，Ｄ_y，Ｚ₀）へ直線移動し、Ｄ_iからＥ_i（Ｅ_x，Ｅ_y，Ｚ₀）へ所定半径の円弧を描いて移動する。その際、図３（ａ）のＥ_i部分に示すように、回転工具の先端部が指定された加工面に接するように移動する。
【００１７】
ステップＳ８において、基準経路上の基準点Ｏ_iが基準経路上の終点であるか判定し、終点であればスタート点（Ａ）への経路を出力し（ステップＳ９）終了する。すなわち、回転工具経路は、Ｅ_iからＡへ移動する経路となる。しかし、基準点Ｏ_iが基準経路上の終点でない場合、すなわち加工途中であってステップＳ１で入力された加工していない部分Ｅ_i→Ｆ_i→Ｇ_i→Ｂ_iへ移動を続行すべきときは、ステップＳ１０において、Ｚ座標位置を加工面高さに逃がし量を加えたＺ＝Ｚ₀＋δとして、ステップＳ６で求めたＸＹ座標とその間の経路とを合わせてＦ_i，Ｇｉへの経路を出力する。図２及び図３（ａ）に示すように、Ｅ_iからＦ_i（Ｆ_x，Ｆ_y，Ｚ₀＋δ）へは、所定半径の円弧を描きながら、Ｚ軸方向へ所定の逃がし量δだけ逃がすようにして移動する。Ｆ_iからＧ_i（Ｇ_x，Ｇ_y，Ｚ₀＋δ）へはＺ軸方向に逃がし量δを保った状態で直線移動する。
【００１８】
続いてステップＳ１１において、Ｚ座標位置を加工面高さであるＺ＝Ｚ₀としてＢ_iへの経路を出力する。Ｇ_iからＢ_i（Ｂ_x，Ｂ_y，Ｚ₀）へは所定半径の円弧を描きながら、図３（ｂ）に示すようにＺ軸方向の逃がし量δが消失するようにして移動する。
【００１９】
次に閉ループ線Ｌ_i+1の回転工具経路を生成するために、ステップＳ１２において基準経路上の基準点Ｏ_iから加工進行方向へ切込量Ｐだけ離れた基準点Ｏ_i+1を求める。続いて、ステップＳ１３で処理カウンタｉをｉ＝ｉ＋１として、ステップＳ６へ戻り、閉ループ線Ｌ_i+1について上述の処理を行う。この処理をステップＳ８で終了と判定されるまで繰り返すことにより所望の加工面を加工する回転工具経路を生成し、出力する。
【００２０】
なお、本実施形態では閉ループ線を加工進行方向に切込量Ｐだけずらして経路を形成しているが、純粋なトロコイド軌跡で回転工具経路を形成することも可能である。
【００２１】
【発明の効果】
回転工具の中心経路を円，長円，楕円，トロコイド軌跡等の曲線を描かせながら切込量Ｐずつ加工進行方向にずらせて加工する場合に、工具中心に急激な運動変化がないので振動の発生が抑圧されるのに加え、本願発明では加工サイクルの中で回転工具が加工していない場合に、既に加工した面を回転工具の先端部が通過する際、刃先に所定の逃がし量δをＺ軸方向に付与して通過させることにより、先端部が既加工面と擦過することなく加工サイクルに戻るようにしたので、先端部の摩耗が加工時以外では生じないため工具刃先寿命の長期化が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の制御の構成を示すブロック線図である。
【図２】本願発明の回転工具が閉ループ線上を移動する実施例の回転工具経路である。
【図３】図３（ａ）は回転工具の先端部がδの逃がし量で加工面から離れた状態を、図３（ｂ）は回転工具が切削経路に入る前に先に付与した逃がし量δをとって回転工具の先端部を既加工面に当接させた状態を示す説明図である。
【図４】本願発明に係る回転工具経路の生成に関するフローチャートである。
【図５】従来技術における回転工具の加工方法の説明図で、回転工具の閉ループ線経路を示す。
【図６】（ａ）は加工物を加工している時の状態、（ｂ）は加工物を加工していない時の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
Ｔ回転工具
δ 逃がし量
Ｗ加工物
Ｐ切込量
Ｌ_iＡ加工する軌跡（Ｂ_i→Ｃ_i→Ｄ_i→Ｅ_i）
Ｌ_iＢ加工しない軌跡（Ｅ_i→Ｆ_i→Ｇ_i→Ｂ_i）
Ｏ_i 基準点

Claims

数値制御工作機械の主軸に装着した回転工具の中心がＸＹ平面において曲線若しくは曲線と直線の組合わせた閉ループ線上を移動し、かつ、前記閉ループ線が加工進行方向にずれて行くように前記回転工具と加工物とを相対移動させることにより所望の加工面を加工する加工方法において、前記閉ループ線上のうち前記回転工具が加工物を加工している部分を移動するときは前記回転工具の先端部が前記加工面に接するように制御し、前記閉ループ線上のうち前記回転工具が加工物を加工していない既加工部分に入ると前記回転工具の先端部が前記加工面からＺ軸方向へ所定逃がし量逃げるようにし既加工部分の終わりには逃がし量を消失するように制御することを特徴とする回転工具による加工方法。