JPH04152011A - スムースプロフィル加工システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自動車ボディの外板を成形するプレス型等の
曲面を加工する数値制御倣い加工において、リング接触
する回転カッターと、この回転カッターが取り付けられ
た加工主軸の傾斜角を２方向に取り得る五軸加工機と、
立体マスターモデルから必要なデータを直接取る複合プ
ローブとを用いて、手作業による加工面平滑化作業を残
さぬようスムースプロフィルを直接加工する加ニジステ
ムに関する。

（従来の技術） 通常のボールエンドミルを使用した倣い加工においては
、第１１図に示すボールエンドミル２を五軸加工機でｘ
、ｙ、ｚ方向に移動させることによりその先端で加工面
を加工していた。

従って、この加工機に立体マスターモデルから得た外形
データを供給するプローブも、ボールエンドミル２と同
様にＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動してデータを得るように構成
されていた。

（発明が解決しようとする課題） 従来のボールエンドミルを使用した五軸加工機により加
工すると、第１１図に示すように、図中のハツチングを
施した面４を形成する場合であっても加工面はボールエ
ンドミル２が移動した方向に形成される円弧状の溝を複
数連ねた波形となってしまう。

従って、面４を得るためには、機械加工の後にハンドグ
ラインダーやラッパーにより円弧状の凸部を取り去る手
作業が必要であった。

本発明の目的は、滑らかな立体曲面の倣い加工を手作業
なしで仕上げることができるスムースプロフィル加ニジ
ステムを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明のスムースプロフィル加ニジステムは、先端の外
側部、端部及び内側部に切削能力を有する刃先がリング
状に接触する回転カッターと、この回転カッターが取り
付けられた主軸をＸ。

Ｙ、Ｚ方向にそれぞれ移動制御すると共に、この主軸の
左右及び前後方向への傾き角度を制御し得る五軸加工機
と、 立体マスターモデルの表面に回転カッターと同一形状の
プローブを接触させてその形状をなぞることによりプロ
ーブのＸ、Ｙ、Ｚ方向位置を検品してデータ化する位置
検出部と、プローブの左右及び前後方向への角度変位を
検出して傾きデータとしてとらえる角度検出部とを有す
る複合プローブと、から構成されている。

（作　　用） 本発明のスムースプロフィル加ニジステムにおいては、
複合プローブにより立体マスターモデルの形状をｘ、ｙ
、ｚ方向位置とプローブの左右及び前後方向への角度の
データに変換する。五軸加工機は、そのデータに基づい
て回転カッターをＸ。

Ｙ、Ｚ方向に移動すると共にその左右及び前後方向への
角度を変えながら加工を施す。

このときに回転カッターは、加工面にその回転軸が垂直
でかつリング状に接触しながらその外周部、端部及び内
周部で面を切削する。

この結果、切削跡はクロスすることになり、加工面には
波形はできず、滑らかな面に仕上げることができる。

（実　施　例） 以下、本発明の実施例を回転カッター、五軸加工機及び
複合プローブに分けて説明する。

第１図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の加ニジステム
における回転カッターの先端形状を示す図である。

これらの回転カッター１０は、いずれも、平面切削のた
めの先端切刃１０ａと、凹曲面切削のための外側切刃１
０ｂと、凸部切削のための内側切刃１０ｃとを有する。

また、その回転中心１２付近は、切削速度がゼロ又は切
削速度が不足していて適正な切削ができない部分である
ため、この回転中心１２近傍には切刃は設けられておら
ず、加工物との干渉を避けるため、ここには孔又は充分
な凹部が形成されている。

このような先端形状を有する回転カッター１０は、後述
する五軸加工機の加工主軸に取り付けられ、第２図に示
すように、この回転カッター１゜の回転中心１２が常に
ほぼ垂直に加工面に接するようにその角度が調整されな
がら加工面に沿って移動される。

このため、回転カッター１０は常にリング状あるいはド
ーナツ状に加工面に接することになり。

その切削跡は第３図に示すように曲面であっても円がク
ロスした状態になる。この結果１通常のボールエンドミ
ルを使用した場合のような波形の凹凸は残らない。

尚、この回転カッター１０は一体ムクに形成してもよい
し、またその切刃部分をスローアウェイチップにより形
成してもよい。

次に本実施例における五軸加工機を説明する。

当然のことながら、通常の三輪機においては、加工主軸
の軸方向がＸ、Ｙ、Ｚ方向に常に固定された状態にある
。即ち、通常、加工主軸はＺ軸に平行、ＸＹ平面に対し
て垂直に保たれている。

本実施例における五軸加工機においては、後述する複合
プローブからのデータに基づき、加工主軸をｘ、ｙ、ｚ
方向に移動すると共に加工面に対して垂直になるように
加工主軸を傾けている。従って、本実施例における加工
機は、この加工主軸を左右及び前後に刻々傾けるための
二軸角度機構を通常の五軸加工機に重畳せしめた五−加
工機となっている。

本実施例において使用可能な五軸加工機は大別して加工
主軸の支点あるいはその付近をそれぞれ中心として加工
主軸を回転させて前後左右に傾ける■方式、加工主軸の
支点を中心として回転させると共に加工物を載置するテ
ーブルを回転させてその合成により加工物に対して加工
主軸を前後左右に傾ける■方式、加工主軸に取り付けら
れた回転カッター先端を中心として加工主軸を傾ける■
方式からなる。

この１方式を採用した五軸加工機は、第４図に示すよう
に通常のＸ、Ｙ、Ｚ方向へそれぞれ本体１２上を移動す
るＮＣスライド１４．１６．１８と、ＮＣスライド１８
よりＹ方向に突出するアーム２０をその中心を通りｘｚ
平面に直角に交わる回転軸Ｂを中心として回転させる第
１ＮＧ回転機構２２と、そのアーム２０の先端付近にこ
のアーム２０に対して直角をなすように取り付けられた
保持アーム２４をその中心を通り回転軸Ｂに直交する回
転軸Ａを中心として回転させる第２ＮＣ回転機構２６と
を有する。

この加工機においては、第１ＮＣ回転機構２２を作動さ
せると、保持アーム２４に取り付けられている回転カッ
ター１０を備えたスピンドル２８は回転軸Ｂを中心とし
て回転し、その変位角はβとなる。また、第２ＮＧ回転
機構２６を作動させると、スピンドル２８は回転軸Ａを
中心として回転し、その変位角はαとなる。

この変位角βがゼロの場合、変位角αはＹＺ平面に平行
な面内に含まれ、変位角βがゼロでなし１場合、変位角
αはＹＺ平面から変位角βだけ傾斜した面内に含まれる
ことになる。

この加工機においては、第１及び第２ＮＣ回転機構２２
．２６による角度変位があると、それぞれの角度に見合
った第５図及び第６図に示すようなｘ、ｚ方向又はＹＺ
力方向回転カッター１０先端の変位ΔＺ□、ΔＸ又はΔ
Ｚ２．ΔＹが生じる。

従って、加工点に回転カッター１０の先端を定置させた
まま角度だけを変えるためには、常にΔＸ。

ΔＹ、ΔＺ変位の逆補正をＮＣ制御の中で自動的に行う
ことが必要である。

また、前記■方式を採用した五軸加工機は、第７図に示
すように、前述した１方式のものと同様のＸ、Ｙ、Ｚ方
向へのＮＣＸライド１４．１６．１８と第１ＮＧ回転機
構２２を有し、この第１ＮＣ回転機構２２により回転軸
Ｂを中心として回転するアーム２０にスピンドル２８が
取り付けられている。

また、この加工機には、加工物を載置するテーブル上に
ロータリー機構３０が設けられており、ＸＹ平面に垂直
な回転軸Ｃを中心として加工物に角度γの水平回転を与
えている。

この加工機においては、第１回転機構２２によるスピン
ドル２Ｂの変位角βとロータリー機構３０による加工物
の回転角γとの合成により前記方式Ｉの変位角α、βの
合成に相当する回転カッター１０の傾きを得ることがで
きる。

但し、この加工機においても前記方式■のものと同様に
回転カッター１０先端の変位ΔＸ、ΔＹ。

ΔＺの逆補正を行うことが必要である。

一方、前記方式ｍを採用した五軸加工機は、第８図に示
すように、コの字形の本体３２と、その上端部に設けら
れたＺ軸方向に移動する移動体３４と、その下部に取り
付けられ回転カッター１０の先端を通るＸＹ平面に垂直
な回転軸りを中心としてＮＣ制御により回転する略し形
をなす第１ブラケツト３６と、その先端に取り付けられ
回転軸りから４５度傾きかつ回転カッター１０先端を通
る回転軸Ｅを中心としてその端部に４５度の角度をなし
て取り付けられているスピンドル２８をＮＣ制御により
回転させる略り形をなす第２ブラケツト３８と、本体３
２上をＸ、Ｙ方向にそれぞれ移動するＮＣスライド１４
．１６とを有する。

この加工機におけるスピンドル２８の傾斜角θは、第１
ブラケツト３６の回転角δと第２ブラケツト３８の回転
角εとから構成される装この加工機は、前記方式Ｉ、Ｈ
のものに比べて構造が簡明であり、剛性やキャパシティ
が取り易い。

また、この加工機においては、スピンドル２８を傾斜さ
せたときに、回転カッター１０先端位置にΔＸ、ΔＹ、
ΔＺ方向変位を伴うことがないので、この変位の補正の
必要がない。

また、この方式■を採用した玉軸加工機には第９図に示
すものもある。

第９図に示す加工機は、Ｌ形の本体１２と、それぞれＸ
、Ｙ、Ｚ方向に移動するＮＧスライド１４．１６．１８
と、ＮＧスライド１８と共に移動する略り形の第１アー
ム４０と、その先端に回転自在に取り付けられた第２ア
ーム４２と、その先端に回転自在に取り付けられた第３
アーム４４と、その先端に回転自在に取り付けられると
共に第２アーム４２に平行に配置されたスピンドル２８
と、第１アーム４０を回転カッター１０先端を通りＸＹ
平面に直交する回転軸Ｆを中心としてＮＧ制御により回
転させる回転機構４６と、第２及び第３アーム４２．４
４とスピンドル２８を連結させて常に第２アーム４２と
スピンドル２８とが平行になるように回転カッター１０
先端を通りＦ軸とアーム４０により構成される平面に直
交する回転軸Ｇを中心として第２アーム４２を回転させ
るアクチュエータ４８と、を有する。

この加工機においては、回転機構４６とアクチュエータ
４８によりそれぞれ生じるスピンドルの変位角β、αは
、共に回転機構４６とアクチュエータ４８の回転量に対
してリニアな変位量関係になる。

即ち、ｘ、ｙ、ｚ、α、βに関する各データはそれぞれ
全く独立に入力することができる。

従って、この加工機を制御するソフトは簡素なものとな
る。

一方、平面の加工は通常の工作用加工機の加工運動で容
易に加工することができるが、重箱の隅と通常呼ばれて
いる直交三平面により構成された角隅の加工に関しては
従来の加工法では一工程で加工することはできなかった
。即ち、従来は、三軸フライス等により近似形状まで粗
加工を行い、次いでタガネによる隅加工や底突きの放電
加工等を組み合わせる等、複雑な工程を経て加工してい
た。

本システムでは、このシステムにおける玉軸加工機と専
用のカッターを使用することにより、通常の三輪直線送
りのみで、この三平面角隅加工を容易に行うことが可能
である。

この角隅加ニーにおいては、本システムにおける玉軸加
工機を使用し、これに先端角度７０．５２８７８°　（
２θ）の円錐エンドミルを装着し、その加工軸を角隅を
構成する三平面に対して上記円錐角の１７２である３５
．２６４３９＠　（θ）（理論的にはθ＝　ｃ　ｏ　５
−１６　）に定置せしめ、角隅の頂点より角二面により
形成されるコーナー直線方向にＸ送り、Ｙ送り、Ｚ送り
を行うことで加工することができる。

この角隅加工を第１２図を用いて説明する。０は目的と
する直交三平面（Ｘ７面、ＹＺ面、２１面）により構成
される角隅点であり１図はこの０点にカッターの先端が
位置している状況を示している。このカッターの軸はＯ
８線により示されており、いずれの平面とも上記θ＝ｃ
ｏｓ−’ｆｖ丁の角度をなすように設定されている。ま
た、カッターの刃先の外形はｏｐｌ、ＯＦ２、○Ｐ、線
で示されている。このカッターを図示の状態で回転させ
ると、０点を頂点として円錐状に切削することができ、
このときにＹＺ平面上のＯＦ２線、ｚＸ平面上のＯＦ２
線、ＸＹ平面上のＯ２０線が加工される。ここで、カッ
ターを２方向に送ることによりＯＰ□線、ＯＦ２線がＹ
Ｚ平面及びＺｘ平面上をスウィープして、ＹＺ平面及び
ＺＸ平面が形成される。同様にＹ方向、Ｘ方向にそれぞ
れカッターを送ることにより残った平面を加工すること
ができる。

このように本システムにおいては、角隅も容易に加工す
ることができるものである。

次に本実施例における複合プローブを説明する。

従来の加ニジステムにおいては、立体マスターモデル上
をボールエンドミルと同じ半径を有するボール先端プロ
ーブにてトレースすることにより形状をＸ、Ｙ、Ｚ座標
として数値化し、この数値を五軸加工機の制御部に入力
することによりそのボールエンドミルの移動路を決定し
ていた。

本実施例の加ニジステムにおける加工機は、前述したよ
うに回転カッターがｘ、ｙ、ｚ方向に移動するだけでな
く、その傾斜角も変化するので、この傾斜角データをも
検出する複合プローブを使用する。

第１０図は本実施例における複合プローブを示している
。

５０は通常のＸ、Ｙ、Ｘ方向又はその一部の方向の検知
機能を有する垂直方向に設けられたプローブ軸である。

このプローブ軸５０の先端には、左右方向（ＸＺ平面内
）、前後方向（ＹＺ平面内）に自在にスウイベルする測
定子５２が取り付けられている。

この測定子５２の形状は、前述した回転カッター１０の
回転する刃先の形状と同一に設定されている。

この測定子５２のＸ方向の２点及びＹ方向の２点には、
エンコーダに測定子５２の傾きを伝える連結棒５４．５
６．５８．６０が取り付けられている。

変位角β用エンコーダ６２は、プローブ軸５０よりＹ方
向に突出したホールダー６４に中心部材６２ａが固定さ
れており、この中心部材６２ａに関して回動自在に設け
られている外側部材６２ｂから突出するアーム６２ｃ、
６２ｄがそれぞれ連結棒５４．５６に取り付けられてい
る。

変位角α用エンコーダ６６はその中心部材６６ａが枠状
のホールダ−６８に固定されている。また。

このホールダー６８はピボット７０により変位角αと同
一方向にのみ回動するようにプローブ軸５０に取り付け
られている。

このホールダ−６８のピボット７０を挾むＸ方向の２点
には、連結棒５４，５６が取り付けられており、測定子
５２がｘＺ平面内で傾斜するとエンコーダ６２の外側部
材６２ｂは回転しまたこのホールダー６８とエンコーダ
６６も回転することになる。また、このエンコーダ６６
の外側部材６６ｂより伸びるアーム６６ｃ・、６６ｄの
先端は、連結棒５８，６０に取り付けられている。

この複合プローブにおいては、測定子５２のＸ。

Ｙ、Ｘ方向の位置をプローブ軸５ｏにより検知し、また
測定子５２の変位角α、βをそれぞれエンコーダ６２．
６６にて検知している。

尚、本実施例においてはｘ、ｙ、Ｘ方向位置と変位角α
、βを一度に検知しているが、第１０図中のプローブ軸
５ｏを固定し、図中のプローブにより変位角α、βのみ
を検知し、さらにＸ、Ｙ。

Ｘ方向位置のみを検知するプローブ軸を別に設けること
により検知するようにしてもよい。

（発明の効果） 本発明によれば、リング状に接触する回転カッターを使
用し、またこれを加工面に常に垂直に位置付けるために
スピンドルの傾斜角を制御することができる加工機と、
この加工機にその傾斜角を含む必要なデータを供給する
複合プローブを使用することにより、極めて滑らかな立
体曲面の倣い加工をすることができるスムースプロフィ
ル加ニジステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の加ニジステム
における回転カッターの先端形状を示す正面図、 第２図は第１図に示す回転カッターと加工面との位置関
係を示す図。 第３図は第１図に示す回転カッターによる切削跡を示す
平面図。 第４図乃至第９図は本発明の加ニジステムにおける五軸
加工機を示す図、 第１０図は本発明の加ニジステムにおける複合プローブ
を示す斜視図。 第１１図は従来のボールエンドミルを使用した加ニジス
テムにより加工した加工面を示す図、第１２図は本発明
の五軸加工機と専用のカッターを用いて角隅加工をする
場合の状態を示す斜視図である。 １０・・・回転カッター、　　１２．３２・・・本体。 １４．１６．１８−ＮＣＸライド、 ２２・・・第１回転機構、　２６・・・第２回転機構、
２８・・・スピンドル、　　　３ｏ・・・ロータリー機
構、３４・・・移動体、　　　　３６・・・第１ブラケ
ツト、３８・・・第２ブラケツト、４０・・・第１アー
ム、４２・・・第２アーム、　　　４４・・・第３アー
ム、４６・・・回転機構、　　　４８・・・アクチュエ
ータ、５０・・・プローブ軸、　　　５２・・・測定子
、５４〜６０・・・連結棒、　６２．６６・・・エンコ
ーダ、第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）先端の外側部、端部及び内側部に切削能力を有す
   る刃先がリング状に接触する回転カッターと、 該回転カッターが取り付けられた主軸をＸ、Ｙ、Ｚ方向
   にそれぞれ移動制御すると共に、該主軸の左右及び前後
   方向への傾き角度を制御し得る五軸加工機と、 立体マスターモデルの表面に前記回転カッターと同一形
   状のプローブを接触させてその形状をなぞることにより
   プローブのＸ、Ｙ、Ｚ方向位置を検出してデータ化する
   位置検出部と、プローブの左右及び前後方向への角度変
   位を検出して傾きデータとしてとらえる角度検出部と、
   を有する複合プローブと、 からなることを特徴とするスムーズプロフィル加工シス
   テム。