JP7152433B2 - ワークの加工方法及びワークの加工装置 - Google Patents
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Description
[第1実施形態の説明]
図1は、本実施形態に係る加工方法が採用されるワークの加工装置1(以下、単に「加工装置1」と略す)の構成を模式的に示す説明図である。図1に示すように、加工装置1は、基台となるベッド19と、該ベッド19の上面に設けられたテーブル21と、ベッド19の側部から該ベッド19を跨ぐように配置された正面視で逆U字形状を成すコラム23と、該コラム23の上部中央付近に配置された主軸支持体25と、を備えている。
図2に示したように、ワーク5は工具3の先端部17で加工されるので、工具3の輪郭誤差は、図4に示すように、先端部17の1/4の円弧(即ち、角度が90°の範囲)で求めればよいことになる。
初めに、前述の図1に示したCADデータ(完成品としてワーク5の形状を示すデータ)37と、CAM39で作成されたNCプログラム、即ち、理想形状のエンドミル3でワークを加工する際のNCプログラムと、に基づいて、ワーク5の所望の加工点(これを、T1とする)における単位法線ベクトルV1を算出する。
上記した輪郭誤差の補正を行うことにより、ワーク5の加工点とは異なる点(接触点)に接触し、この接触点にて工具3が食い込んでワーク5を加工してしまうことがある。この場合には、工具3と接触点との接触を回避する必要がある。以下、図8、図9を参照して詳細に説明する。
Y座標=Py+(j1*#50A+j11*#50A*tanθ)
Z座標=Pz+(k1*#50A+k11*#50A*tanθ) …(1)
工具3(ボールエンドミル)により例えば2つの加工面の接合部近傍を加工する際には、加工点が一点加工から二点加工に移行することがある。
次に、距離効果係数Edについて説明する。図12は、工具3の理想輪郭線q1(破線)と実輪郭線q2(実線)によるワーク5の加工を示す説明図である。図12(a1)は、理想輪郭線q1と実輪郭線q2が一致している場合、図12(a2)は、理想輪郭線q1に対して実輪郭線q2が小さい場合(例えば、5μmだけ小さい場合)、図12(a3)は、理想輪郭線q1に対して実輪郭線q2が大きい場合(例えば、5μmだけ大きい場合)をそれぞれ示している。
(2)式において、「Da」は理想形状の工具3と加工面M11との距離を示し、「exp」はべき乗を示す。なお、(2)式に示す演算式は一例であって、他の演算式で距離効果係数Edを算出することも可能である。
次に、工具3によるワーク5の加工点が一点から二点に移行する場合の、工具3の座標の補正について説明する。図17に示すように、工具3によりワーク5における第1の加工点T1を加工している状態から、工具3が第2の加工点T2に接近する場合の、工具3のX、Y、Z座標の補正について説明する。
次に、本実施形態に係る加工装置1による加工点の補正処理の処理手順を、図20に示すフローチャートを参照して説明する。図20に示す処理は、図1に示す制御部13及びパソコン33の演算部33aにより実行される。また、以下に示す処理は、コンピュータプログラムとしてパソコン33に記憶されている。
このように、第1実施形態に係るワークの加工装置1では、工具3(ボールエンドミル)を用いてワーク5を加工しており、工具3による加工点が第1の加工点T1の一点加工から、第1の加工点T1と第2の加工点T2の二点加工に移行する際には、工具3が第2の加工点T2に接近した際の距離に応じて、距離効果係数Edを演算している。そして、距離効果係数Edに応じて第2の加工点T2による補正値を変化させている。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。前述した第1実施形態では、ワーク5に存在する第1の加工面M1上の第1の加工点T1、及び第2の加工面M2上の第2の加工点T2の、二点加工を実施する際の補正について説明した。第2実施形態では三点加工について説明する。
(A)従来より行っていた第3の加工面M3の法線方向の補正
(B)第1の加工面M1と第2の加工面M2の補正動作によって生じた第3の加工面M3に対する食い込み、または切込不足の解消
図24(a)は、第1~第3の加工面M1~M3を、工具3の軸方向から見た天頂図である。図24(a)に示すベクトルVc12は、図23(b)に示した「移動ベクトルVc12」を示している。該移動ベクトルVc12は、平面Sに沿っている。
即ち、|VcS3|=|Vc3|/cosθ2 …(5)
ここまでで、ベクトルVcS3の大きさ(符号を含む)が求められ、且つベクトルVcS3の方向はCADデータから取得できるので、ベクトルVcS3が確定する。
Y[Py+Vc12y]
Z[Pz+Vc12z] …(6)
三つの加工面M1、M2、M3の三点接触でワーク5を加工する場合には、上述したベクトルVcS3が加わることになる。ベクトルVcS3のX軸成分をVcS3x、Y軸成分をVcS3y、Z軸成分をVcS3zとすると、X、Y、Z座標は、次の(7)式となる。
Y[Py+Vc12y+VcS3y]
Z[Pz+Vc12z+VcS3z] …(7)
従って、(7)式を具体的なNCプログラムにできれば、工具3による三点接触の加工を実施することができる。
VcA3y=j3*#50D*Ed3
VcA3z=k3*#50D*Ed3 …(8)
次に、上述の(B)に示した第1の加工面M1と第2の加工面M2の補正動作によって生じた第3の加工面M3に対する食い込み、または切込不足を解消する処理を行う。
Vc3y=VcA3y+VcB3y
Vc3z=VcA3z+VcB3z …(10)
次に、補正ベクトルVc3を、平面Sの法線方向のベクトルに変換し、これをベクトルVcS3とする。
平面Sの単位法線ベクトルをi4、j4、k4とし、第3の加工面M3と平面Sとのなす角度をθ2として、第3の加工面M3の最終的な補正ベクトルVc3を展開すると、図30に示す(12)式となる。但し、i4、j4、k4の向きは、第3の加工面M3の法線と近い方向、即ち、第3の加工面M3の法線との内積が正となる向きである。
このようにして、第2実施形態に係る加工装置では、工具3がワーク5の第1の加工面M1と第2の加工面M2の二点加工から、第3の加工面M3の三点加工に移行する際に、平面Sに対して法線方向となるベクトルを算出して、このベクトルを補正することにより、工具3と第3の加工面M3との干渉を回避している。
3 工具(エンドミル;ボールエンドミル)
5、51 ワーク
7 ワーク保持部
9 工具保持部
13 制御部
14 メモリ
17 先端部
19 ベッド
21 テーブル
23 コラム
25 主軸支持体
27 主軸筐体
29 スピンドル
31 工具形状測定装置
33 パソコン
33a 演算部
37 CADデータ
41、43 加工パス
52 切込部
53 平板
131 位置ずれ検出部
331 位置ずれ補正部
332 距離効果係数算出部
333 記憶部
Claims (6)
- ワークを所望の形状に加工する加工方法であって、
下端が半球形状をなし、回転軸を中心として回転して前記ワークを切削加工するエンドミルが、工具保持部に保持されているときの前記エンドミルの輪郭線である実輪郭線と、理想形状の前記エンドミルの輪郭線である理想輪郭線と、の位置ずれを検出する工程と、
前記半球形状の中心を基準とした複数の角度方向における、前記理想輪郭線と前記実輪郭線との位置ずれを補正する補正値を算出する工程と、
前記エンドミルによる加工点が、前記ワークの第1の加工面における第1の加工点の一点加工から、前記第1の加工点と、第1の加工面とは異なる第2の加工面における第2の加工点との二点加工に移行する際に、前記エンドミルと、前記第2の加工点との距離に応じて、前記第2の加工点を加工する際の前記位置ずれの影響の大きさを示す第1の距離効果係数を算出する工程と、
前記エンドミルによる前記一点加工時には、前記補正値に基づいて前記第1の加工点の位置ずれを補正し、前記一点加工から前記二点加工に移行するとき、前記エンドミルと前記第2の加工点との距離が所定の距離以内に接近した際に、前記第1の加工点における前記補正値と、前記第1の距離効果係数に基づいて前記位置ずれを補正する工程と、を備え、
前記第1の距離効果係数は、前記エンドミルが前記第2の加工点に近づくほど、大きくなるように設定されていること
を特徴とするワークの加工方法。 - 前記第1の距離効果係数は、前記所定の距離から前記第2の加工点に近づくにつれて、増加率が徐々に増加するように変化すること
を特徴とする請求項1に記載のワークの加工方法。 - 前記第1の加工点の位置ずれを補正したときに、前記エンドミルが前記第2の加工面に接する場合に、前記第2の加工面に食い込む量を第1の回避量として演算し、
前記第2の加工点の位置ずれを補正したときに、前記エンドミルが前記第1の加工面に接する場合に、前記第1の加工面に食い込む量を第2の回避量として演算し、
前記エンドミルにより前記第1の加工面、第2の加工面を加工する際には、前記第1の回避量、及び第2の回避量に基づいて、前記第1の加工面を加工する際の前記エンドミルの位置ずれ、及び前記第2の加工面を加工する際の前記エンドミルの位置ずれを補正する工程
を更に備えたことを特徴とする請求項1または2に記載のワークの加工方法。 - ワークを所望の形状に加工する加工方法であって、
下端が半球形状をなし、回転軸を中心として回転して前記ワークを切削加工するエンドミルが、工具保持部に保持されているときの前記エンドミルの輪郭線である実輪郭線と、理想形状の前記エンドミルの輪郭線である理想輪郭線と、の位置ずれを検出する工程と、
前記半球形状の中心を基準とした複数の角度方向における、前記理想輪郭線と前記実輪郭線との位置ずれを補正する補正値を算出する工程と、
前記エンドミルによる加工点が、前記ワークの第1の加工面における第1の加工点の一点加工から、前記第1の加工点と、第1の加工面とは異なる第2の加工面における第2の加工点との二点加工に移行する際に、前記エンドミルと、前記第2の加工点との距離に応じて、前記第2の加工点を加工する際の前記位置ずれの影響の大きさを示す第1の距離効果係数を算出する工程と、
前記エンドミルによる前記一点加工時には、前記補正値に基づいて前記第1の加工点の位置ずれを補正し、前記一点加工から前記二点加工に移行するとき、前記エンドミルと前記第2の加工点との距離が所定の距離以内に接近した際に、前記第1の加工点における前記補正値と、前記第1の距離効果係数に基づいて前記位置ずれを補正する工程と、を備え、
前記エンドミルによる加工点が、前記第1の加工面における第1の加工点と、前記第2の加工面における第2の加工点との二点加工から、前記第1、第2の加工面とは異なる第3の加工面における第3の加工点を含む三点加工に移行する際には、
前記第1の加工点を補正する補正ベクトルと、第2の加工点を補正する補正ベクトルを含む平面である所定平面を定義し、前記所定平面に直交する方向に、前記第3の加工点にける補正値を算出し、この補正値に基づいて前記位置ずれを補正すること
を特徴とするワークの加工方法。 - ワークを所望の形状に加工する加工方法であって、
下端が半球形状をなし、回転軸を中心として回転して前記ワークを切削加工するエンドミルが、工具保持部に保持されているときの前記エンドミルの輪郭線である実輪郭線と、理想形状の前記エンドミルの輪郭線である理想輪郭線と、の位置ずれを検出する工程と、
前記半球形状の中心を基準とした複数の角度方向における、前記理想輪郭線と前記実輪郭線との位置ずれを補正する補正値を算出する工程と、
前記エンドミルによる加工点が、前記ワークの第1の加工面における第1の加工点の一点加工から、前記第1の加工点と、第1の加工面とは異なる第2の加工面における第2の加工点との二点加工に移行する際に、前記エンドミルと、前記第2の加工点との距離に応じて、前記第2の加工点を加工する際の前記位置ずれの影響の大きさを示す第1の距離効果係数を算出する工程と、
前記エンドミルによる前記一点加工時には、前記補正値に基づいて前記第1の加工点の位置ずれを補正し、前記一点加工から前記二点加工に移行するとき、前記エンドミルと前記第2の加工点との距離が所定の距離以内に接近した際に、前記第1の加工点における前記補正値と、前記第1の距離効果係数に基づいて前記位置ずれを補正する工程と、を備え、
更に、
前記エンドミルによる加工点が、前記第1の加工面における第1の加工点と、前記第2の加工面における第2の加工点との二点加工から、前記第1、第2の加工面とは異なる第3の加工面における第3の加工点を含む三点加工に移行する際には、
前記エンドミルと、前記第3の加工点との距離に応じて、前記二点加工する際の前記位置ずれの影響の大きさを示す第2の距離効果係数を、距離効果係数算出部が算出する工程と、
前記二点加工から前記三点加工に移行するとき、位置ずれ補正部が、前記エンドミルと前記第3の加工点との距離が所定の距離以内に接近した際に、前記第1、第2の加工点における前記補正値と、前記第3の加工点における前記補正値及び第2の距離効果係数に基づいて前記位置ずれを補正する工程と、
を備えたことを特徴とするワークの加工方法。 - ワークを所望の形状に加工する加工装置であって、
下端が半球形状をなし、回転軸を中心として回転して前記ワークを切削加工するエンドミルと、
前記エンドミルを保持する工具保持部と、
前記エンドミルが前記工具保持部に保持されているときの、前記エンドミルの輪郭線である実輪郭線と、理想形状の前記エンドミルの輪郭線である理想輪郭線との位置ずれを検出する位置ずれ検出部と、
前記半球形状の中心を基準とした複数の角度方向における、前記理想輪郭線と前記実輪郭線との位置ずれを補正する補正値を算出し、更に、算出した補正値に基づいて、前記エンドミルの位置ずれを補正する位置ずれ補正部と、
前記エンドミルによる加工点が、前記ワークの第1の加工面における第1の加工点の一点加工から、前記第1の加工点と、第1の加工面とは異なる第2の加工面における第2の加工点との二点加工に移行する際に、前記エンドミルと、前記第2の加工点との距離に応じて、前記第2の加工点を加工する際の前記位置ずれの影響の大きさを示す第1の距離効果係数を算出する距離効果係数算出部と、
を有し、
前記第1の距離効果係数は、前記エンドミルが前記第2の加工点に近づくほど、大きくなるように設定されており、
前記位置ずれ補正部は、前記エンドミルによる前記一点加工時には、前記補正値に基づいて前記第1の加工点の位置ずれを補正し、前記一点加工から前記二点加工に移行するとき、前記エンドミルと前記第2の加工点との距離が所定の距離以内に接近した際に、前記第1の加工点における前記補正値と、前記第1の距離効果係数に基づいて前記位置ずれを補正すること
を特徴とするワークの加工装置。
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