JPH06259123A - 機械加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 曲面を有するワークと工具との間の干渉を回
避し、かつ工具の円弧状切刃のできるだけ外周の加工速
度の高い部分で能率よく加工する。 【構成】 Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸直交直線送り軸と、Ａ、Ｂ
の少なくとも一つの回転送り軸からなるＮＣ工作機械を
用いたボールエンドミルによる機械加工方法であり、ワ
ーク形状データを記憶する第１段階、工具中心点と工具
ホルダまたは主軸の最外側部とを結ぶ円錐形状干渉モデ
ルデータを記憶する第２段階、予め指令した工具経路に
沿って工具を送りつつ、工具経路における接線と工具軸
線とのなす角が、ワークと工具とが干渉しない範囲内で
最小となる干渉回避最小角度を演算する第３段階、回転
送り軸を回転し前記接線と工具軸線とのなす角が干渉回
避最小角度となるようワークと工具のなす相対姿勢を変
更し、加工する第４段階から構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は機械加工方法に関し、特
に回転送り軸を有したＮＣ工作機械を用いた切削加工、
研削加工におけるワークと工具系との間の干渉を回避し
つつ、かつボールエンドミル等の球状工具を使用し可能
な限り工具を倒して工具軸線から最も離れた工具先端の
切刃外周部がワークと接触して加工することにより工具
の加工能力を向上して連続加工する機械加工方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】曲面を有したワークの加工では、ボール
エンドミルや先端が球形状の軸付き砥石を用いた３軸加
工が主に行われているが、深溝等の立ち壁を持つ形状で
３軸加工を行う場合、ワークと工具把持部との間で干渉
が生じる。この干渉を回避するため工具の突き出し長を
長くしたり、ワークの取り付け位置を変更し、例えば５
軸工作機械のＡ軸、Ｂ軸を回転することにより数回ワー
クを加工し易い向きに割り出してワークと工具把持部と
の相対姿勢を変更して加工を行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図７は従来技術による
３軸加工方法の説明図であり、３軸加工において工具と
してボールエンドミル７１を使用し、ボールエンドミル
７１を把持する工具ホルダ７２または工具ホルダ７２を
把持する主軸７３がワーク７４に干渉領域７５で干渉す
る状態を示す。この干渉を回避するには工具長をｌ１か
らｌ２へと長くすればよいが、工具長を長くすると工具
の先端位置が加工時にずれるので加工精度を低下し、か
つ工具長を長くすると工具の剛性がなくなりビビリ振動
が発生するので切削送り速度を下げなければならず加工
能率が低下するという問題がある。

【０００４】図８は従来技術による５軸断続加工方法の
説明図であり、ボールエンドミル８１を把持する工具ホ
ルダ８２または工具ホルダ８２を把持する主軸８３がワ
ーク８４に干渉領域８５で干渉するときに、その干渉を
回避するため５軸加工においてＡ軸またはＢ軸の回りに
ワーク８４をθ°だけ時計方向に回転して加工する例を
示す。この場合、断続的にこの回転角度をワークを加工
し易い向きに数回割り出してＡ軸、Ｂ軸を所定角度に設
定してはＸ、Ｙ、Ｚの３軸加工を行うので、数回の段取
りに時間と労力を要するという問題がある。また、数回
割り出してワークを加工するので割り出し姿勢が異なる
状態で加工された加工面間に数ミクロンの段差が生じ、
加工面が滑らかとならず仕上げ工程のワーク表面加工に
時間と労力を要するという問題がある。この問題を解決
するためには、表面加工を連続的に行うことが考えられ
る。

【０００５】一方、ボールエンドミル等の球状工具を使
用し、上述の干渉を回避してワークを加工するだけでは
工具軸線がワークに対してほぼ垂直となって加工される
ことが多く、工具が実際にワークに接触する切削部の回
転速度が低くなり、工具の加工能力が発揮できないとい
う問題がある。特に小径工具のときは工具回転数を過度
に高速としないと加工不良を発生するという問題があ
る。

【０００６】したがって、本発明の目的は上述の問題点
のない、すなわちワークと工具把持部間の干渉を回避し
つつ、かつ可能な限り工具を倒して工具軸線から最も離
れた工具先端の切刃外周部がワークと接触して加工する
ことにより工具が実際にワークに接触する切削部の回転
数が高い部分で加工でき工具の加工能力を向上し、小径
工具でも工具回転数を過度に高速とせずに連続加工する
機械加工方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】図１は本発明による機械
加工方法の基本処理の流れ図である。前記目的を達成す
る本発明の機械加工方法は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の互いに
直交する３つの直線送り軸と、Ｘ軸の回りに回転するＡ
軸またはＹ軸の回りに回転するＢ軸の内少なくとも一つ
の回転送り軸と、を有するＮＣ工作機械を用い、先端に
円弧状切刃を有する工具を使用するＮＣ工作機械の回転
主軸に装着してワークを加工する機械加工方法におい
て、下記の各段階を備える。

【０００８】（第１段階）加工するワークの形状を表す
データとしての形状データを記憶する。 （第２段階）工具の先端部の工具中心点と、工具を把持
する工具ホルダまたは工具ホルダを把持する主軸の最外
側部とを結んで得られる円錐形状干渉モデルの形状デー
タを記憶する。 （第３段階）予め指令した工具経路に従って工具を送り
つつ、工具経路上における工具進行方向へ引いた接線と
工具軸線とのなす角が、ワーク形状データと円錐形状干
渉モデルの形状データとからワークと円錐形状干渉モデ
ルとが干渉しない範囲内で最小となる干渉回避最小角度
を演算する。 （第４段階）Ａ軸またはＢ軸の回転送り軸を回転し、前
記接線と工具軸線とのなす角が干渉回避最小角度となる
ようワークと工具とのなす相対姿勢を変更し、加工す
る。

【０００９】

【作用】図２は本発明の制御手段のブロック図である。
全体を制御するＣＰＵからなる制御部２１、ワーク形状
データを格納するワーク形状データ記憶部２２、後述す
る円錐形状干渉モデルデータを格納する円錐形状干渉モ
デルデータ記憶部２３、ワークの加工形状に沿った工具
の移動経路を主としてなる加工プログラムを格納する加
工プログラム記憶部２４、５軸ＮＣ工作機械２６のＸ軸
回りの回転軸であるＡ軸およびＹ軸回りの回転軸である
Ｂ軸を駆動するＡ、Ｂ軸駆動部２５とからなる。

【００１０】制御部２１は、ワーク形状データ記憶部２
２に記憶されるワーク形状データと円錐形状干渉モデル
データ記憶部２３に記憶される円錐形状干渉モデルの形
状データとから、工具の移動経路に沿った工具の各位置
における接線と工具軸線とのなす角を、ワークと円錐形
状干渉モデルとが干渉しない範囲内で最小となるよう
に、干渉回避最小角度を演算する。次に、Ａ軸またはＢ
軸の回転送り軸を回転し、前記接線と工具軸線とのなす
角が干渉回避最小角度となるようワークと工具とのなす
相対姿勢を変更し、加工するようＡ、Ｂ軸駆動部２５を
制御する。Ａ、Ｂ軸駆動部２５はその制御に従い５軸Ｎ
Ｃ工作機械２６のＡ軸、Ｂ軸を所定角度回転する。次
に、制御部２１は工具を工具経路に沿って移動させて加
工を続行するよう制御する。

【００１１】本発明の機械加工方法によれば、ワークと
工具把持部との間の干渉をチェックしつつそれらが干渉
しないようにワークと工具把持部の相対的姿勢を制御
し、かつ可能な限り工具を倒して工具先端の工具軸線か
ら最も離れた切刃外周部がワークと接触して加工するこ
とにより工具の加工能力を向上して連続加工するので、
工具長が短くてもワークとの干渉をさけ、高精度高速加
工が実現でき、かつ小径工具でも工具回転数を過度に高
速としない加工が実現できる。

【００１２】

【実施例】図３は本発明による５軸連続加工方法の説明
図である。本図は、ボールエンドミル３１を把持する工
具ホルダ３２または工具ホルダ３２を把持する主軸３３
がワーク３４に干渉領域３５で干渉するときに、その干
渉を回避するため工具の中心点３６を支点として工具軸
をθ°だけ反時計方向に回転して加工する例を示す。こ
の場合、連続的にこの回転角度制御を行いながらＸ、
Ｙ、Ｚの３軸加工を行うので従来技術の問題を解決し、
すなわち加工精度を保ちかつ加工能率を向上し、さらに
段取りに要する時間と労力を削減することが可能とな
る。工具を傾斜させる代わりに、ワークを傾斜させても
同じである。

【００１３】図４はフライス荒取り加工の説明図であ
り、フライスカッタ４１により、ワーク４４を荒取り加
工する手順を以下に説明する。本図は加工直前のワーク
４４およびフライスカッタ４１の断面図を示す。ワーク
４４の素材形状の断面は点Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４で囲
まれる長方形であり、最終加工後の製品の断面形状は点
Ｌ４１、Ｌ４２、Ｌ３、Ｌ４で囲まれる形状であり、点
Ｌ４１と点Ｌ４２間は曲線である。このような加工を行
うときは、まずフライス荒取り加工を行う。

【００１４】このフライス荒取り加工においては、５軸
ＮＣ工作機械を用いて前述の割り出しを３回行って加工
を行うと好適であることは図から明白である。１回目の
割り出し後、すなわちＡ軸Ｂ軸を所定角度に設定後、フ
ライス荒取り加工はＬ１、Ｌ２間の直線加工からＬ１
１、Ｌ１２間の直線加工まで数回図の右から左へ直線加
工して行う。同様に２回目の割り出し後、フライス荒取
り加工はＬ２１、Ｌ２２間の直線加工からＬ２３、Ｌ２
４間の直線加工まで数回図の左下から右上へ直線加工し
て行う。同様に３回目の割り出し後、フライス荒取り加
工はＬ３１、Ｌ３２間の直線加工からＬ３３、Ｌ３４間
の直線加工まで数回図の右下から左上へ直線加工して行
う。

【００１５】図５は本発明の円錐形状干渉モデルの説明
図である。本図はワークの曲面上をボールエンドミル等
の工具５１、工具５１を把持する工具ホルダ５２および
工具ホルダ５２を把持する主軸５３からなる工具把持部
が移動してワークを加工するときの断面図を示す。本発
明の円錐形状干渉モデルは、先端に円弧状切刃を有する
工具５１の最先端点５７から工具先端部のなす円弧半径
Ｒ分だけ工具中心軸に沿って主軸５３へ向かった点であ
る工具中心点５６と、工具ホルダ５２および主軸５３の
最外側部、この図の場合Ｍ１、Ｍ２とを結んで得られ
る。円錐形状干渉モデルデータはその円錐形状干渉モデ
ルの形状を表すデータであり、このデータを制御手段の
記憶部に格納し、そのデータをワークと工具把持部との
間の干渉チェックに使用する。ワークの一つの曲面を表
わす曲線Ｐ１Ｐ２を細分化し、その細分化した各地点に
おいて、干渉チェックを行いつつ工具姿勢制御を行う。

【００１６】図６は本発明による加工実施例の説明図で
ある。本図はワークの曲面上を工具把持部が移動してワ
ークを加工するときの断面を示し、５軸工作機械を用い
た加工において荒取り加工後のワーク形状と工具の円錐
形状干渉モデルとが干渉しないＹ軸回りの回転変化量を
求めるためＹ軸に直交する１つのＸＺ平面を示す。ま
た、本図は荒取り加工後のワーク形状を実線で示し、工
具中心点のワーク表面加工時の移動軌跡（工具経路）を
一点鎖線で示し、ワークの最終加工形状を二点鎖線で示
す。ワーク加工中の各工具の工具中心点がＡ、Ｂ、Ｃ、
Ｄ、Ｅ、Ｆの位置におけるそれぞれの前記円錐形状干渉
モデルの形状を点線で示す。また、ボールエンドミル６
１は工具ホルダ６２で把持され、工具ホルダ６２は主軸
６３で把持されている。

【００１７】図６を解析することにより、以下に説明す
るように荒取り加工後のワーク形状と円錐形状干渉モデ
ルとが干渉しないＹ軸回りの回転変化量を求めることが
できる。５軸工作機械のＸ、Ｙ、Ｚの３軸を制御して工
具を移動させつつ、円錐形状干渉モデルと荒取り加工後
のワーク形状とが干渉しないようにＸ軸回りの回転軸で
あるＡ軸とＹ軸回りの回転軸であるＢ軸の回転を制御し
て連続加工を行う。本実施例では、ワーク加工中の工具
中心点がＡの位置において、工具の姿勢は工具経路に引
いた接線つまり水平状態からＹ軸回りにＢ軸をαだけ時
計方向へ回転することにより、すなわちＺ軸をＹ軸回り
にαだけ時計方向へ回転した軸を工具軸線とすれば干渉
を回避できる。同様に工具中心点がＢ点、Ｄ点、Ｅ点、
Ｆ点の位置における干渉を回避する工具の姿勢を求める
ことができる。工具中心点がＣの位置において、工具の
姿勢は工具経路に引いた接線からＹ軸回りにＢ軸をβだ
け時計方向へ回転することにより、すなわちＺ軸をＹ軸
回りにβだけ時計方向へ回転した軸を工具軸線とすれば
干渉を回避できる。なお、図６ではＹ軸回りの回転変化
量についてのみを示したが、同様にＸ軸回りの回転変化
量はＸ軸に直交するＹＺ平面について解析すればよいの
で説明は省略する。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の機械加工
方法によれば、５軸工作機械において工具長が短いま
ま、Ａ軸、Ｂ軸の回転角度を工具移動経路に沿ってワー
クと工具系との間の干渉を回避するよう回転しつつ連続
加工ができるので、高速高精度加工が実現でき、かつ可
能な限り工具を倒して工具先端の工具軸線から最も離れ
た切刃外周部がワークと接触して加工することにより工
具の加工能力を向上して連続加工するので、工具長が短
くても高精度高速加工が実現でき、かつ小径工具でも工
具回転数を過度に高速とせずに連続加工が実現できる。
かつ、工具の円弧切刃のできるだけ外周の加工速度の高
い部分で加工できるので工具の加工能率がよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による機械加工方法の基本処理ステップ
の流れ図である。

【図２】本発明の制御手段のブロック図である。

【図３】本発明による５軸連続加工方法の説明図であ
る。

【図４】フライス荒取り加工の説明図である。

【図５】本発明の円錐形状干渉モデルの説明図である。

【図６】本発明による加工実施例の説明図である。

【図７】従来技術による３軸加工方法の説明図である。

【図８】従来技術による５軸加工方法の説明図である。

【符号の説明】

３１、６１、７１、８１…ボールエンドミル ３２、６２、７２、８２…工具ホルダ ３３、６３、７３、８３…主軸 ３４、４４、６４、７４、８４…ワーク ３５、７５、８５…干渉領域 ３６、５６、６６…工具中心点 ４１…フライスカッタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の互いに直交する３つ
   の直線送り軸と、Ｘ軸の回りに回転するＡ軸またはＹ軸
   の回りに回転するＢ軸の内少なくとも一つの回転送り軸
   とを有するＮＣ工作機械を用い、先端に円弧状切刃を有
   する工具を前記ＮＣ工作機械の回転主軸に装着してワー
   クを加工する機械加工方法において、 加工するワークの形状を表すデータとしてのワーク形状
   データを記憶する第１段階と、 前記工具の先端部の工具中心点と、前記工具を把持する
   工具ホルダまたは前記工具ホルダを把持する主軸の最外
   側部とを結んで得られる円錐形状干渉モデルの形状デー
   タを記憶する第２段階と、 予め指令した工具経路に従って前記工具を送りつつ、前
   記工具経路上における接線と工具軸線とのなす角が前記
   ワーク形状データと前記円錐形状干渉モデルの形状デー
   タとから前記ワークと前記円錐形状干渉モデルとが干渉
   しない範囲内で最小となる干渉回避最小角度を演算する
   第３段階と、 前記回転送り軸を回転し、前記接線と前記工具軸線との
   なす角が前記干渉回避最小角度となるよう前記ワークと
   前記工具とのなす相対姿勢を変更し、加工する第４段階
   と、からなることを特徴とする機械加工方法。