JP4752061B2

JP4752061B2 - 加工表面に規則的な模様を均一に形成する方法

Info

Publication number: JP4752061B2
Application number: JP2006068605A
Authority: JP
Inventors: 弘之笹原; 正臣堤; 礼松田
Original assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION TOKYO UNIVERSITY OF AGRICULUTURE & TECHNOLOGY
Current assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION TOKYO UNIVERSITY OF AGRICULUTURE & TECHNOLOGY
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2026-03-14
Also published as: JP2007245253A

Description

エンドミルによる切削加工で、加工面全体に規則的な凹凸模様を均一に形成する方法に関する。

化学薬品によるエッチング加工、放電加工、レーザ加工、NC彫刻機で機械加工等の方法により、表面に凹凸を施すことにより、耐傷性の向上、滑り防止等の機能を付加している製品が増えている。また、CGや3D CADを用いたデザイン開発手法の発達により建築物の内外壁タイルやアクセサリー等、凹凸を用いた意匠性の高い製品も多くみられるようになってきている。

ボールエンドミルの各加工ラインの加工始点でのボールエンドミルの刃の加工初期位置を調整することにより、金属平面の各加工ラインの送り方向に凹凸の位置を精密に規制し、加工ラインの間の送り方向を規則的に位相させ、加工ラインの間で規則的にある模様を可変形成することが出来る方法（特許文献１）が知られている。

工作機械の高速化、高精度化および高速加工技術の進歩によって高速高送りが可能となってきているが、高送りによるボールエンドミル加工では送り方向の工具切れ刃による削り残し発生要因を分析し、削り残しが、主軸の回転中心と工具軸線との偏心および工具切れ刃の位相差にあることを見出し、平面上で工具切れ刃の位相差を工具の移動時間で制御すると共に、工具の偏心量を任意の値に設定することで任意の形状の凹凸模様をもつ切削面図１を創成できることが知られている（非特許文献１）。

また、前記技術を曲面に応用し、円筒形や球面に凹凸模様を形成する場合は、円筒形表面や球面の加工面半径Ｒｗが分かっていれば、曲線部分は微小線分で近似した直線補間工具経路を設定し、切削区間のブロック数ｂと、ワーク座標系でのブロック間の距離を設定すれば、凹凸模様はブロック数ｂに応じて変化し、図２の様な表面模様に加工できる方法も知られている（非特許文献２）。

特開2001-71207号公報齋藤明徳、趙暁明、堤正臣著「ボールエンドミル加工における仕上げ面凹凸模様の制御方法」、精密工学会誌、第66巻、第3号、2000年、ｐ419-423。齋藤明徳、趙暁明、堤正臣著「ボールエンドミル加工における曲面上への凹凸模様の形成方法」、精密工学会誌、第66巻、第12号、2000年、ｐ1963-1967。

ボールエンドミル加工では、複雑な曲面をもつ加工表面における凹凸模様の形成方法ついては検討されておらず、加工面に均一で規則的な模様を容易に形成できる方法が求められていた。

本発明者等は、ボールエンドミルやブルーノーズエンドミル等を使用したエンドミル加工において、下記の方法によって、加工面に規則的な凹凸模様を均一に形成できることを見出した。

（１）加工面を多角形のパッチで分割し、各パッチ内をエンドミルでらせん状の一筆書きの工具経路で加工することで、パッチ内にはエンドミルの切れ刃による凹凸模様が形成され、同時にパッチ自体の模様が形成される、加工表面に規則的な模様を均一に形成する方法。

（２）加工面を多角形のパッチで分割し、前記多角形のパッチの頂点、または、中心を工具経路の開始位置に設定し、エンドミルで前記工具経路を一定のクロスフィード分ずつ内側、または、外側にずらしながら、らせん状の一筆書きの工具経路で加工する、加工表面に規則的な模様を均一に形成する方法。

加工面を多角形のパッチで分割し、らせん状の工具経路でパッチ内を加工すれば、各パッチ内には工具切れ刃による規則的な凹凸模様が形成され、加工面全体にはパッチ自体の模様が均一に形成される。

本発明者等はパッチ分割切削法を提案し、この方法で切削加工を行えば、加工面に均一で規則的な凹凸形状の表面模様が形成できるのではないかと考え、ボールエンドミルを使用し、切削加工を行い、均一で規則的な加工表面が得られることを確認する。

パッチ分割切削法は図３に示すような多角形のパッチで加工面全体を図４のように分割し、エンドミル加工により各パッチ内をらせん状の工具経路で加工する方法である。加工開始点は多角形の任意の頂点、または、中心であり、エンドミルで前記工具経路をクロスフィード分ずつ内側、または、外側にずらしながら、らせん状の一筆書きの加工経路で加工する。

らせん状の工具経路でパッチ内を加工すれば、パッチ内には工具切れ刃による規則的な凹凸模様が形成されると共に、加工面全体にパッチ自体の模様が均一に形成される。

テーブル旋回形の5軸の立て形マシニングセンタと超硬ソリッドボールエンドミル（φ 10mm、刃数2）を用いて切削実験を行った。切削条件を表1に示す。工具傾斜角度は工具に対してA軸を旋回させて与え、工具1回転当たりの送り量は1mmに設定した。加工するパッチ形状は正三角形、正方形、正六角形の3種類とした。

平面に１個の正方形のパッチを加工した結果を図５に示す。パッチ内は重心と各頂点を結んだ直線によって構成される三角形領域に分かれる。これは、正三角形、正六角形のパッチにおいても同じである。パッチ内をらせん状の工具経路で加工することで、分かれた三角形領域内に規則性のある凹凸模様を形成できる。

図６に加工面を正三角形、正方形、正六角形のパッチで分割し、各パッチを連続で加工した結果を示す。それぞれのパッチ形状で比較すると、各パッチ内には同じ凹凸模様が形成されていることが分かる。この結果より、本発明のパッチ分割切削法を採用し、エンドミルを使用した切削加工を行えば、パッチ自体の模様を加工面に均一に形成できることが分かった。

表面に凹凸を施すことにより、耐傷性の向上、滑り防止等の機能を付加した製品が提供できる。また、今後のCGや3D CADを用いたデザイン開発手法による建築物の内外壁タイルやアクセサリー等、凹凸模様を用いた意匠性の高い製品の開発も本発明の方法で可能となる。

従来の凹凸表面加工法で位相差を変化させた、ボールエンドミル加工による加工表面の凹凸模様と、シミュレーションで計算した加工表面模様を示す図である。従来の凹凸表面加工法を球面に応用し、加工した表面とシミュレーション結果とを比較した図である。本発明の、加工面全体を分割する、多角形のパッチの形状例の、（ａ）正三角形、（ｂ）正方形、（ｃ）正六角形で、パッチ内領域を一筆書きで加工する、らせん状の工具経路を示す図である。本発明の、多角形のパッチで加工面全体を分割した概念図である。本発明の方法で、平面の正方形パッチを加工し、得られた加工表面の凹凸模様とその分割された四つの三角形領域内での部分拡大図である。テーブル旋回形の５軸の立て形マシニングセンタと超硬ソリッドボールエンドミルを使用し、本発明の方法で正三角形、正方形、正六角形のパッチを平面に連続加工して形成した凹凸模様を示す図である。

Claims

加工面を多角形のパッチで分割し、各パッチ内をエンドミルでらせん状の一筆書きの工具経路で加工することで、パッチ内にはエンドミルの切れ刃による凹凸模様が形成され、同時にパッチ自体の模様が形成される、加工表面に規則的な模様を均一に形成する方法。
加工面を多角形のパッチで分割し、前記多角形のパッチの頂点、または、中心を工具経路の開始位置に設定し、エンドミルで前記工具経路を一定のクロスフィード分ずつ内側、または、外側にずらしながら、らせん状の一筆書きの工具経路で加工する、請求項１に記載の、加工表面に規則的な模様を均一に形成する方法。