JP6690748B2 - 加工品の製造方法、工具経路計算方法、及び加工品 - Google Patents
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Description
本開示は、隣接する加工面の加工時間を短縮化した加工品の製造方法、工具経路計算方法、及び加工品を提供することを目的とする。
第3の観点に係る加工品の製造方法によれば、前記加工品は、閉鎖状空間部を形成する3次元曲面の前記加工面を有し、前記加工区画面は、前記加工面の一部を形成している。
第4の観点に係る加工品の製造方法によれば、前記工具の前記曲率半径の小さい部分が切削加工点となるときの、前記工具の前記曲率半径をR1とするとともに前記工具の前記ピックフィード方向の前記加工ピッチをP1とし、かつ、前記工具の前記曲率半径の大きい部分が切削加工点となるときの、前記工具の前記曲率半径をR2とするとともに前記工具の前記ピックフィード方向の前記加工ピッチをP2とした場合に、(P2/√R2)≧(P1/√R1)なる式が成立するように、前記ピックフィード方向の前記加工ピッチを設定する。
第6の観点に係る加工品の製造方法によれば、前記加工面に対する前記工具の相対姿勢及び相対位置を5軸制御しながら前記加工面を加工する。
第7の観点に係る加工品の製造方法によれば、前記工具を多関節ロボットに取り付けて、前記加工面に対する前記工具の相対姿勢及び相対位置を制御するようにしている。
第8の観点に係る工具経路計算方法によれば、前記加工品の製造方法における工具経路計算方法であって、前記加工面に対応してワークとの干渉を回避できる工具姿勢を計算し、このように計算された前記工具姿勢を維持する切削加工点における前記工具の曲率半径を計算し、この曲率半径に基づき所定の表面粗さ条件を満たすように前記ピックフィード方向の前記加工ピッチを計算する。
第9の観点に係る加工品によれば、前記工具経路計算方法に従い前記工具が制御されて製作されたものである。
第10の観点に係るインペラーによれば、隣接する二つの加工区画面が出合う少なくとも1個の内側の角部を有する加工面を備えたインペラーであって、前記加工面に工具加工痕が残され、前記工具加工痕は、前記二つの加工区画面の一方から他方にかけて前記角部を横切って連続する複数の凹面溝であって、かつ、前記凹面溝の曲率半径が大きい部分ほど隣接する前記凹面溝の前記加工ピッチが大きくなるように形成されている。
第11の観点に係るインペラーによれば、ターボ圧縮機用クローズドインペラーである。
ここで、「楕円形状工具」とは、側面投影形状が曲率半径の異なる複数の円弧から形成される工具を略称したものである。また、「側面投影形状が曲率半径の異なる複数の円弧から形成される工具」とは、工具軸に平行な側面の投影形状が、例えば楕円形状、バレル形状(樽形状ともいわれる)のごとく異なる曲率半径の円弧により形成されている、エンドミル、砥石、ブラシ等の工具をいう。
ハブ3は、回転軸2の一端に固定されて回転される。ハブ3は、吸入口6側の面を上面としその反対側の面を底面とすると、上面から底面に向かって径方向外側に広がる外周面を有する。
なお、本明細書において、「ワーク101」というときは、表面仕上げ加工前の、加工対象となっているターボ圧縮機用クローズドインペラー1をいうものとする。
圧縮流路8を成す壁面は、複雑な形状をしているため、ワーク101は、図6に示すように、楕円形状工具10を移動させる直交3軸(X軸、Y軸、Z軸)に加え、ワーク101を取り付けるテーブル102側に回転軸2を設けた5軸制御マシニングセンターにより加工される。ワーク101側に設けられる2軸は、Y軸に平行な直線軸を中心としてワーク101をX方向に回動するように揺動させる旋回軸103と、ワーク101の中心軸を中心としてワーク101を回転させる回転軸104とである。
先ずワーク101の加工表面形状のデータ及び楕円形状工具10の形状のデータを入力する(ステップS1)。次いで、一旦工具を楕円形状工具10に代わり球形状工具110に置き換える(図9参照)。そして、加工品の加工面105から一定の距離を球形状工具110の中心座標と仮設定する。次いで、ワーク101との干渉を回避するように球形状工具110を使用する場合の中心点の軌跡を計算する(ステップS2)。そして、ワーク101の加工面105に対する球形状工具110工具の位置及び工具の姿勢を計算する(ステップS3)。次に、球形状工具110を楕円形状工具10に戻す。この場合、球形状工具110のワーク101に対する工具姿勢、すなわち、加工面105に対する工具軸12の傾斜角度はそのまま維持する(ステップS4)。また、球形状工具110の場合の先端位置T1と、楕円形状工具10に戻す場合の楕円形状工具10の先端位置Tとを一致させる(図10参照)。
本製造方法では、図12に示すように、加工面105が隣接する二つの加工区画面105a,105bを繋ぐ複数の角部D1,D2,D3を有する場合、加工区画面105a,105bを連続的に加工できるように角部D1,D2,D3のピックフィード方向Fの加工ピッチPを設定する。この点に関し以下角部D1を例にとり具体的に説明する。
本加工品の製造方法は、以上のように構成されているので、次のような効果を奏する。
(1)工具の曲率半径Rの大きい部分を適切に使用しながら、角部D1,D2,D3に隣接する複数の加工区画面105a、105bを連続的に加工することができる。これにより、切削表面粗さを設定値以下に保持しながら加工時間の短縮化を図ることができる。ここで閉鎖状空間部とは、少なくとも1個の開口部を有するチューブ状又は袋状に閉じた3次元曲面の壁面により形成された空間部をいう。
上記の実施の形態に関する説明は、加工品の製造方法、工具経路計算方法、加工品、及びインペラーが取り得る形態の例示であり、その形態に制限されるものではない。本加工品の製造方法、工具経路計算方法、加工品、及びインペラーは、上記実施の形態以外に、例えば以下に示される変形例、及び相互に矛盾しない少なくとも二つの変形例を組み合わせた形態としてもよい。
・前記実施の形態においては、5軸加工の例として、楕円形状工具10を移動させる直交3軸に加え、旋回軸103及び回転軸104の2軸をテーブル102側に加えた5軸の例を示した。しかし、これに限られたものではなく、2軸の回転軸を、テーブル102側と楕円形状工具10側にそれぞれ1軸持たせた5軸加工としてもよいし、また、楕円形状工具10側に2軸を持たせた5軸加工としてもよい。
D2 角部
D3 角部
F ピックフィード方向
Ff フィード方向
Na 接触点
Nb 接触点
P (ピックフィード方向の)加工ピッチ
PA (角部を加工する際の)加工ピッチ
PB (角部を加工する際の)加工ピッチ
PC (角部を加工する際の)加工ピッチ
Pf (フィード方向の)送りピッチ
Pm 一定値
G (ピックフィード方向に連続する)凹面溝
Gf (フィード方向に連続する)凹面溝
R (楕円形状工具の)曲率半径
Rs 第1曲率半径
Rz 最大高さ
S 隙間
T (楕円形状工具の)先端位置
T1 (球形状工具の)先端位置
Q 矢視
r (切り刃の最大直径部の)断面半径
ra 断面半径
rb 断面半径
rs (角部の)加工半径
1 (ターボ圧縮機用)クローズドインペラー
2 回転軸
3 ハブ
4 シュラウド
5 羽根
5a リーディングエッジ
6 吸入口
7 吐出口
8 圧縮流路
10 楕円形状工具
11 切り刃
12 工具軸
13 シャンク
14 テーパ形状の部分
15 ストレートの部分
20 テーブル
81 壁面
82 壁面
83 壁面
84 壁面
101 ワーク
102 テーブル
103 旋回軸
104 回転軸
105 加工面
105a 加工区画面
105b 加工区画面
110 球形状工具
Claims (9)
- 切り刃(11)の側面投影形状が曲率半径(R)の異なる複数の円弧から形成された工具を用いて、隣接する二つの加工区画面(105a,105b)が出合う少なくとも1個の内側の角部(D1)を有する加工面(105)を加工する加工品の製造方法であって、
前記角部(D1)において前記二つの加工区画面(105a,105b)に前記切り刃(11)を接触させることにより、前記加工区画面(105a,105b)と前記切り刃(11)との接触点(Na,Nb)を二つ形成し、前記二つの接触点(Na,Nb)のうち前記切り刃(11)の断面半径が小さい方の前記接触点(Na)における前記切り刃(11)の側面投影形状を形成する曲率半径(R)を第1曲率半径(Rs)とした場合に、
前記角部(D1)における前記工具のピックフィード方向(F)の加工ピッチ(P)を、前記第1曲率半径(Rs)の前記側面投影形状部分が前記切り刃(11)の切削加工点となるときの加工ピッチ(PA)として、前記隣接する加工区画面(105a,105b)におけるフィード方向(Ff)の切削を、一方の加工区画面では前記角部(D1)に向かい、他方の加工区画面では前記角部(D1)から離れる方向に向かうように前記角部(D1)において連続させた
加工品の製造方法。 - 前記工具は、工具軸(12)の先端から見た前記切り刃(11)の最大外径部の断面半径(r)が、前記角部(D1)の加工時に形成される加工半径(rs)に対し同等以下に形成されている
請求項1記載の加工品の製造方法。 - 前記加工品は、閉鎖状空間部を形成する3次元曲面の前記加工面(105)を有し、
前記加工区画面(105a,105b)は、前記加工面(105)の一部を形成している
請求項1又は請求項2記載の加工品の製造方法。 - 前記工具の前記曲率半径(R)の小さい部分が切削加工点となるときの、前記工具の前記曲率半径(R)をR1とするとともに前記工具の前記ピックフィード方向(F)の前記加工ピッチ(P)をP1とし、かつ、前記工具の前記曲率半径(R)の大きい部分が切削加工点となるときの、前記工具の前記曲率半径(R)をR2とするとともに前記工具の前記ピックフィード方向(F)の前記加工ピッチ(P)をP2とした場合に、
(P2/√R2)≧(P1/√R1)
なる式が成立するように、前記ピックフィード方向(F)の前記加工ピッチ(P)を設定する
請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の加工品の製造方法。 - 前記加工面(105)は、前記隣接する二つの加工区画面(105a,105b)を繋ぐ角部(D1,D2,D3)を複数有し、前記加工区画面(105a,105b)の一端の前記角部(D1)における前記加工ピッチ(PA)と他端の角部(D2,D3)における加工ピッチ(PB,PC)とが相違する場合に、
前記加工区画面(105a,105b)における前記ピックフィード方向(F)の前記加工ピッチ(P)は、前記加工区画面(105a,105b)上で前記角部(D1,D2,D3)間において距離に比例して変化するように設定される
請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の加工品の製造方法。 - 前記加工面(105)に対する前記工具の相対姿勢及び相対位置を5軸制御しながら前記加工面(105)を加工する
請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の加工品の製造方法。 - 前記工具を多関節ロボットに取り付けて、前記加工面(105)に対する前記工具の相対姿勢及び相対位置を制御するようにした
請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の加工品の製造方法。 - 請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の加工品の製造方法における工具経路計算方法であって、
前記加工面(105)に対応してワーク(101)との干渉を回避できる前記工具の工具姿勢を計算し、このように計算された工具姿勢を維持する切削加工点における前記工具の前記曲率半径(R)を計算し、前記曲率半径(R)に基づき所定の表面粗さ条件を満たすように前記ピックフィード方向(F)の前記加工ピッチPを計算する
工具経路計算方法。 - 請求項8記載の工具経路計算方法に従い前記工具が制御されて製作された
加工品。
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