JPH0691420A - ボ−ルエンドミルにおけるピックフィ−ド自動効率加工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ボ−ルエンドミル加工において、第一回目の
粗削り加工を行ない、第二回目以降の加工スタ−ト位置
を、直前回のスタ−ト位置を基準として順次直前回の半
分のピックフィ−ド幅だけ移動した位置とする。また第
二回目加工のピックヒ−ド幅を第一回目加工ピックフィ
−ド幅と同じ幅とし、第三回目加工以降のピックフィ−
ド幅を順次その直前回のピックフィ−ド幅の半分の幅に
設定し、順次直前回の加工によって削り残された山形部
分だけを切削するように刃物送りを前記設定の通り制御
駆動する。 【効果】 金型加工等のボ−ルエンドミル加工におい
て、不必要な工程を回避することによって工具の寿命を
倍程度長くし、約半分の時間で自動的に高精度に効率良
く加工することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボ−ルエンドミルにお
ける主として金型の加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】今まで、ボ−ルエンドミルによって金型
加工をする場合、通常ボ−ルエンドミルで一度粗削りし
て後に手作業により仕上作業を行なっている。また別
に、手作業を軽減する目的で、ピックフィ−ド幅を徐々
に小さくして加工精度を上げる方法が提案されている。
しかし、この方法は、ピックフィ−ド幅の変更に時間が
かかったり、切削加工自体の時間も長く、最終的に仕上
は手作業に頼らざるを得ないというのが実情であり、上
記通常の方法と比較して期待するほど効率は上がらず、
実際には殆ど用いられてはいない。

【０００３】この従来のボ−ルエンドミルによる加工方
法をさらに詳しく説明すると、その従来方法は、すでに
削られている谷形部分を刃物が再度通過する工程が含ま
れている。このことに多くの難点を生じさる主要な原因
があった。その難点とは、すでに削られている部分を再
度刃物が通過するという不必要な工程によりその分多く
の時間が費やされてしまうこと、また同面積あたりの加
工量（切削移動距離）が大きいので、その分工具寿命も
短かくなること、さらに悪いことには削られている部分
を再度刃物が通過すると刃先の摩耗が著しく進行する性
質があることである。それらのために、大きい面積を加
工する場合には切削工具交換のため分割加工によって対
処せざるをえなかった。また一つの工具で加工する場
合、途中で工具寿命が切れるおそれがあるためにあまり
ピックフィ−ド幅を小さくすることができなかった。こ
れらのことは、磨き精度をあげるには熟練を要すること
も相俟って手作業による仕上工程を省くことができない
原因にもなっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来のかかる
実情に鑑みてなされたもので、主として金型加工をする
ためのボ−ルエンドミル加工において、不必要な工程を
回避することによって、工具の寿命を長くし、自動的に
高精度で効率良く加工する方法を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、まずボ−ルエンドミル加工において、第一
回目の粗削り加工を行なう。そして第二回目以降の加工
スタ−ト位置を直前回のスタ−ト位置を基準として順次
直前回の半分のピックフィ−ド幅だけ移動した位置に設
定する。また第二回目加工のピックフィ−ド幅を第一回
目加工ピックフィ−ド幅と同じ幅とし、第三回目加工以
降のピックフィ−ド幅を順次その直前回のピックフィ−
ド幅の半分の幅に設定する。そして、前記設定に従っ
て、順次直前回の加工によって削り残された山形部分だ
けを切削するように刃物送りを制御駆動するものであ
る。

【０００６】また、上記第二回目以降の加工スタ−ト位
置を直前回のスタ−ト位置を基準として順次直前回の半
分のピックフィ−ド幅だけ移動した位置から工具進行方
向と回転方向によって決められた方向へ所定の距離補正
した位置に設定するものである。

【０００７】さらに、上記刃物送りを制御駆動する指令
方法が、第一回目の切削座標点の計算を基準とし、要求
精度に応じた第二回目以降の加工回数を決定し、その各
回毎のスタ−ト位置を計算し、そのスタ−ト位置から工
具進行方向の切削点座標の計算をしてＮＣデ−タを作成
し、このＮＣデ−タによるものである。

【０００８】

【作用】スタ−ト位置を移動し、併せてピックフィ−ド
幅を変えて行くことにより、削り残された山形部分だけ
を切削し、既に削られている谷底部分を再度通過するこ
と（二重切削）はしない。その二重切削がないために、
少なくともその分だけの加工時間は短縮でき、また、単
位面積当りの加工量が小さくて済むので、その分工具寿
命が長くなる。金属を加工する場合、刃先の切込み深さ
が浅い場合には、刃先先端に当る被削材の加工硬化層を
削ることになり、刃先にかかる負担が極めて大きくな
る。この加工硬化層に刃先が当るのを避け、山形部分だ
けを切削することによって、工具刃先への負担を軽減さ
せ工具摩耗を減少させることになる。そのため一つの工
具で小さいピックフィ−ド幅まで連続加工ができ、この
連続加工によって、工具交換による不連続段差の発生を
避けることになるので精度向上にもなる。

【０００９】また、上記第二回目以降の加工スタ−ト位
置を、直前回のスタ−ト位置を基準として順次直前回の
半分のピックフィ−ド幅だけ移動した位置からスタ−ト
した場合、切削条件によっては、工具のねじれと送り方
向等によって切削面の切り残された山形部分の一側が僅
かに盛り上がりを起こす。そのため切削された切り跡の
山形が若干不均一となる。そこで、第二回目以降の加工
スタ−ト位置を直前回のスタ−ト位置を基準とし順次直
前回の半分のピックフィ−ド幅だけ移動した位置から工
具進行方向に対して切削進行方向に所定の距離ずらした
補正位置とすることによって、加工面の切り残し山形を
均一状態に形成することができる。

【００１０】本発明は上記刃物送りの指令方法を、必要
とする要求精度に応じた加工回数を決定して最終回まで
全回一括したＮＣデ−タを作成し、このＮＣデ−タに基
づいて切削完了まで一貫して自動的に制御駆動するもの
である。従来の方法においては、ピックフィ−ド幅を一
回毎に徐々に小さくするデ−タを作成し、その回ごとに
設定交換するピックフィ−ド幅の変更作業があったが、
本発明においてはその煩わしさが一切ない。

【００１１】

【実施例】ボ−ルエンドミル加工において、まず先に図
２に示すピックフィ−ド幅を徐々に小さくして加工精度
を上げる従来の加工方法について説明すると、図２の
（ａ）に示すように、始めに、第一回目のピックフィ−
ドで粗削り切削面が形成される。第二回目以降の加工ス
タ−ト位置はいずれも直前回のスタ−ト位置と同じ位置
（図中の丸印の位置）に設定される。そして次に同図の
（ｂ）に示すように、第一回目のピックフィ−ドの削り
残された山形部分だけではなく谷形部分も区別なく一緒
に前記第一回目のピックフィ−ド幅よりも小さいピック
フィ−ド幅に設定変更作業を行なって切削する。またさ
らに、同図の（ｃ）に示すように、第二回目のピックフ
ィ−ド幅よりも小さい幅に設定変更作業をして切削す
る。以下順次ピックフィ−ド幅を小さく設定変更作業を
しつつ切削していくものであった。この場合、すでに削
られている谷底部分にあっては、ここを再度刃物が通過
する工程が含まれる。そのためにその分多くの無駄な時
間が費やされ、工具の摩耗を増大してしまうことにな
る。

【００１２】上記従来の加工方法に対して本発明は図１
に示すように、まず始めに、図１の（ａ）に示すよう
に、第一回目のピックフィ−ドで粗削り切削面が形成さ
れる。そして次に同図の（ｂ）に示すように、第一回目
のピックフィ−ドの削り残された山形部分だけを切削す
る。さらに、同図の（ｃ）に示すように、第二回目のピ
ックフィ−ドの削り残された山形部分だけを切削する。
以下順次削り残された山形部分だけを切削していくもの
である。

【００１３】上記ピックフィ−ドの削り残された山形部
分だけを切削する方法として、まず第一回目の粗削り加
工を行ない、第二回目以降の加工スタ−ト位置を直前回
のスタ−ト位置を基準として順次直前回の半分のピック
フィ−ド幅だけ移動した位置（図中の丸印の位置）に設
定する。そして第一回目のピックフィ−ドと同じピック
フィ−ド幅の第二回目のピックフィ−ド幅で、第一回目
のピックフィ−ドの削り残された山形部分だけを切削
し、次に、第三回目のピックフィ−ドは第一回目のピッ
クフィ−ド幅の半分の幅で第二回目のピックフィ−ドの
削り残された山形部分だけを切削する。さらに次に、第
四回目のピックフィ−ドは第三回目のピックフィ−ド幅
の半分の幅で削り残された山形部分だけを切削する。そ
して、さらに第五回目以降の加工を行なう場合のピック
フィ−ドも順次その前のピックフィ−ド幅の半分の幅で
削り残された山形部分だけを切削する工程を繰返す簡易
的な方法を用いる。

【００１４】そこでさらに、上記方法よりさらに均一な
ピックフィ−ドを形成する方法として、上記本発明の加
工方法における第二回目以降の加工スタ−ト位置を、上
記スタ−ト位置を基準として、さらに工具進行方向（図
７中のα方向）に対して切削進行方向（（図７中のβ方
向）に所定の距離ずらした補正位置に設定する。

【００１５】その補正位置を求める理由とその方法を説
明すると、ピックヒ−ドの削り残された山形部分だけを
正確且つ均一に切削ことが精度向上を目指す上で重要な
ことである。しかし、単に第二回目以降の加工スタ−ト
位置を直前回のスタ−ト位置を基準として順次直前回の
半分のピックフィ−ド幅だけ移動した位置とした場合、
切削条件によっては殆ど問題にならないが、被削材の硬
度、工具の回転速度、工具の進行速度によっては切り残
し山形が一方向だけ盛り上がって不均一になる性質があ
る。スタ−ト位置を補正しないで切削した場合、形成さ
れる切り残し形状が図１の（ｂ）の破線Ｆに示すように
山形部分が均一とならず、削り残された山形の一方が高
く盛り上がって形成されてしまうことになる。そのまま
次の回移行すると益々均一性が損われる結果になる。こ
の不均一な切削をなくすために補正をすることが必要と
なる。そしてこの補正の方法として、被削材の硬度、工
具の回転速度、工具の進行速度によって起こるずれ幅を
あらかじめ計測しておき、このデ−タに基づいて補正幅
と補正方向を決定し、この補正位置を指令に組込んでお
く。この補正をすることによって、極めて均一な仕上面
粗さに形成される。

【００１６】上記本発明のピックフィ−ド幅、切削位置
（座標）の駆動は、プログラムによる電子的制御による
もので、上記の方法を満足させる切削送りをするように
一貫した刃物送りを設定する。

【００１７】その刃物送り設定は、単にスタ−ト位置を
移動しただけでは上述設定条件を満足することはできな
い。実施可能なプログラムは各種作成可能であるが、そ
のために具体的な一つの方法として本発明はＮＣデ−タ
の指令によって制御駆動する方法に依るもので、このＮ
Ｃデ−タの作成を図７の（イ）のフロ−チャ−ト図、及
び同図（ロ）の各該当工程を示す概念図（（イ）と
（ロ）との関連を矢印で示す）で説明すると、

【００１８】まず、工具の種類、送り速度、回転数、切
込み深さ等の加工条件を決定する。そして被削物の面形
状の情報読み込みを行なう。次に、第一回目のピックフ
ィ−ド方向の全幅Ｗに対するピックフィ−ド幅ａからピ
ックフィ−ド方向の送り回数ｎを計算をする。（ ｎ＝
Ｗ／ａ ）この送り回数に対して、ピックフィ−ド幅
は、第一回目（図の（ロ）の（１））の幅をａとすると
第二回目（図の（ロ）の（２））は第一回目と同じ幅ａ
であり、第三回目（図の（ロ）の（３））は第二回目の
半分の幅１／２ａとなる。第四回目（図の（ロ）の
（４））は第三回目の半分の幅１／４ａとなる。ここで
これに対応するピックフィ−ドナンバ−は、順番にｎ・
ｎ・２ｎ・３ｎとする。この送り回数に基づき、工具の
進行方向αの切削点座標の計算をする。

【００１９】この第一回目（図の（ロ）の（１））の進
行方向の切削座標点の計算を基準とし、要求精度に応じ
た第二回目以降の畳込み回数（例えば図の（ロ）では畳
込み回数が（１）（２）（３）（４）の４回を示す）を
決定して各回毎のスタ−ト位置を計算し、その各回毎の
スタ−ト位置からの工具進行方向の切削点座標の計算を
する。この際第二回目（図の（ロ）の（２））以降の加
工スタ−ト位置（図の（ロ）の（２）（３）（４）にお
いて丸印で示す位置）を直前回のスタ−ト位置を基準と
して順次直前回の半分のピックフィ−ド幅だけ移動した
位置からにするか、またはその位置を基準として工具進
行方向αに対して切削進行方向βに所定の距離ずらした
補正位置からにするかを選択する。そして、その計算の
ＣＬ（カッタ−ロケ−ション）デ−タ変換を行ない、最
終的に効率化のＮＣデ−タを出力して制御駆動を指令す
るためのＮＣデ−タ作成作業が終了する。このＮＣデ−
タ作成の手順で従来の図２に示すピックフィ−ド幅を第
二回目以降もスタ−ト位置を変えないで徐々に小さくし
て加工精度を上げる方法にも活用可能であるが、上述の
二重切削工程がある限り、工具の寿命が短く、加工時間
のロスが大きいことから精度向上、完全自動化が実現し
ない。

【００２０】さらに具体的例で説明すると、切削条件を
次の通りとする。 回転数 １６００回転 送り速度 ３２０ｍｍ／ｍｉｎ（１分間当
り３２０ｍｍ） 切込み ０．５ｍｍ 工具径 ０．８ｍｍ径 切削液 油性 初回ピックフィ−ド幅 １ｍｍ 被削材材質 Ｓ５０Ｃ 工具材種 ＳＫＨ５６

【００２１】前記条件にて、本発明の加工法と従来の加
工方法による五軸加工の場合のピックフィ−ド畳込み回
数に対する逃げ面摩耗幅を測定比較したところ図３のグ
ラフ表示の通り約１／２の摩耗幅となり、ピックフィ−
ド畳込み回数に対する仕上面粗さを測定比較したところ
図４のグラフ表示の通り約１μｍの改善が見られた。こ
れらデ−タから工具摩耗、仕上精度ともに大幅に改善さ
れていることが確認される。また、三軸加工の場合の本
発明の加工法と従来の加工方法のピックフィ−ド畳込み
回数に対する仕上面粗さを比較したところて図５のグラ
フ表示の通りであり、五軸加工の場合と同様の０．４μ
ｍ程度の改善がなされていることが確認された。さら
に、本発明の加工法による三軸加工の場合のピックフィ
−ドの工具補正位置の変化に対する仕上面粗さは図６に
示すグラフ表示の通りであった。この図６で横軸がピッ
クフィ−ドの変化を示しこれに対する縦軸が仕上面粗さ
を示している。即ち横軸における「０」の位置は補正を
していない工具位置を表す。このグラフ表示デ−タをみ
ると０．０５〜０．１ｍｍのマイナス補正で３〜５μｍ
（Ｒｍａｘ）精度向上がみられ、マイナス０．０５ｍｍ
の位置補正が最も効果があることが確認される。しか
し、マイナス０．１５ｍｍ以下と図の「０」の位置から
右側においては逆効果となることがわかる。被削材材質
がＳ５０Ｃよりも軟質である場合には、この場合より比
較的大きな補正が必要となる。

【００２２】その理由は、削る際、工具の刃先が山形の
側面から外に向って加圧するが、この時、材質が軟質で
あればあるほど押圧されて逃げる量が大きく、その結果
盛り上がった状態になってしまうからである。この盛り
上がりは、工具の送り速度、回転数によっても影響を受
ける。特に、送り速度に影響を受けやすい。また工具の
回転方向が、一般的な時計回りである場合、切削進行方
向とは関わりなく、工具進行方向に対して左側方向への
補正が必要となる。さらに、工具径が大きく、ピックフ
ィ−ド幅が比較的小さい場合には、殆ど不均一は生じな
い場合があり、その場合スタ−ト位置補正をする必要性
はなくなる。したがって、加工回数の全てを位置補正す
るのではなく、第二回目以降途中（例えば第四回目）ま
でを位置補正して、ピックフィ−ド幅が小さくなる回
（例えば第五回目）以降最終回までを補正なしで加工す
るようにしても充分加工効率を上げることができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明は以上のようで、金型加工等のボ
−ルエンドミル加工において、不必要な工程を回避する
ことによって、一つの切削工具で大きな面積の加工がで
き、また同じ面積の加工をする場合は工具の寿命が倍程
度長持ちすとともに、約半分の時間で効率良く加工する
ことが可能となる。また、一つの工具で小さいピックフ
ィ−ド幅まで長時間連続加工が可能となる。この連続加
工によって精度の向上にもなる。さらに、加工精度が良
いので、要求精度によっては仕上手作業は省け、高精度
が要求される場合でも後工程の手作業による磨き工程が
熟練工でなくとも短時間でできる。さらにまた、スタ−
ト位置を加工条件に応じて僅か補正することによって極
めて均一な削り残し山形を形成した仕上面が得られ、よ
り加工精度を向上させ、また加工効率のさらなる向上を
可能とする。また、従来は切削工具の交換を頻繁にしな
ければならないので夜間完全自動化が困難であったが、
本発明による工具の寿命が伸びたこと、さらに全工程の
ＮＣデ−タの一貫的指令によってボ−ルエンドミル加工
の夜間完全自動化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加工法による各回ピックフィ−ドの進
行回毎の切削断面の概念図。

【図２】従来の加工法による各回ピックフィ−ドの進行
回毎の切削断面の概念図。

【図３】本発明の加工法と従来の加工法による五軸加工
の場合のピックフィ−ド畳込み回数に対する逃げ面摩耗
幅を比較して示すデ−タ−グラフ図。

【図４】本発明の加工法と従来の加工法による五軸加工
の場合のピックフィ−ド畳込み回数に対する仕上面粗さ
を比較して示すデ−タ−グラフ図。

【図５】三軸加工の場合の本発明の加工法と従来の加工
方法のピックフィ−ド畳込み回数に対する仕上面粗さを
比較して示すデ−タ−グラフ図。

【図６】本発明の加工法による三軸加工の場合のピック
フィ−ドの工具補正位置の変化に対する仕上面粗さを示
すデ−タ−グラフ図。

【図７】本発明の加工法による（イ）がＮＣデ−タ作成
のフロ−チャ−ト図、（ロ）がそのフロ−チャ−ト図に
関連したピックフィ−ドの概念図。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボ−ルエンドミル加工において、第一回
   目の粗削り加工を行ない、第二回目以降の加工スタ−ト
   位置を直前回のスタ−ト位置を基準として順次直前回の
   半分のピックフィ−ド幅だけ移動した位置とし、また第
   二回目加工のピックフィ−ド幅を第一回目加工ピックフ
   ィ−ド幅と同じ幅とし、第三回目加工以降のピックフィ
   −ド幅を順次その直前回のピックフィ−ド幅の半分の幅
   に設定し、順次直前回の加工によって削り残された山形
   部分だけを切削するように刃物送りを設定して制御駆動
   することを特徴とするボ−ルエンドミルにおけるピック
   フィ−ド自動効率加工法。
2. 【請求項２】 ボ−ルエンドミル加工において、第一回
   目の粗削り加工を行ない、第二回目以降の加工スタ−ト
   位置を直前回のスタ−ト位置を基準として順次直前回の
   半分のピッフィ−ド幅だけ移動した位置から工具進行方
   向と回転方向によって決められた方向へ所定の距離補正
   した位置とし、また第二回目加工のピックフィ−ド幅を
   第一回目加工ピックフィ−ド幅と同じ幅とし、第三回目
   加工以降のピックフィ−ド幅を順次その直前回のピック
   フィ−ド幅の半分の幅に設定し、順次直前回の加工によ
   って削り残された山形部分だけを均一に切削するように
   刃物送りを設定して制御駆動することを特徴とするボ−
   ルエンドミルにおけるピックフィ−ド自動効率加工法。
3. 【請求項３】 第一回目の切削座標点の計算を基準と
   し、要求精度に応じた第二回目以降の加工回数を決定し
   てその各回毎のスタ−ト位置を計算し、そのスタ−ト位
   置から工具進行方向の切削点座標の計算をしてＮＣデ−
   タを作成し、このＮＣデ−タによって制御駆動すること
   を特徴とする請求項１または２のボ−ルエンドミルにお
   けるピックフィ−ド自動効率加工法。