JPH11511391A - 加工品製造の方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、試作モデルの製作方法およびそのための装置に関する。このような試作モデルを任意の材料から速やかにかつ廉価に製作するため、本発明は次のことを特徴としている。コンピュータにて、特定の幾何学的形状の描写に基づきいくつかの３Ｄ−セグメントへの分割を実行し、そしてこれを厚さの異なる板体に分割し、その場合各板体の切断面を、各板体が２つの取付部にてアンダーカットなしに加工できるように選択し、その際次のように前記板体を適宜厚さの未加工品より製作して加工品に合成し、すなわち、順次そして任意の板体から出発して、各未加工品を切断面および輪郭の生成のため製造装置を用いて加工し、ついで隣接する板体を加工品の形成のため加工された面で互いに結合し、次に第１の板体と結合された前記第２の板体を、その自由面から板体の次の切断面と別の板体輪郭の生成のため前記製造装置にて加工し、その場合余分なすべての部分を除去し、他方において、次の隣接する板体を少なくとも板体の輪郭部分と切断面の形成のため自由面にて加工し、ついで前に加工した板体の自由切断面に対向して置き、この板体と結合し、次に第２の板体と結合されたこの第３の板体を、その自由面から第２の板体の場合と同様に加工し、他方において前記製造装置にて次の隣接する板体を前の板体と同様に加工し、これをすべての板体が加工されそして互いに結合されるまで実施し、ついで別の加工操作にて任意の残っている支持材料を除去するのである。

Description

【発明の詳細な説明】 加工品製造の方法および装置 本発明は、試作モデルとしての加工品を製造する方法、およびこの方法を実施 するための装置に関する。 製品の寿命は、一般に見られるように、常にますます短くなっているので、で きるだけ速やかにかつ廉価に次のテストのための、または視覚教育用教材として の試作モデルを創ることが、現存の製品を改良するため、または新しい製品を開 発するために重要である。その場合、このような試作モデルは、所望の機能を果 たすことのできるモデルとしてか、または造形例として創作される。 従来においては、少なくとも造形モデルとしての用をなすことのできるような 試作モデルを製作する、いろんな方法が開発されてきた。このような方法は、ス テレオリトグラフィ、フォト重合、紙、ポリエステル、セルローズのレーザ切断 、あるいはワックスまたはナイロンの３Ｄ−モデル製作、あるいはＰＶＣ、ワッ クスまたはナイロンのレーザ焼結の名称で周知である。これらの方法は、使用材 料の加工性、製作された試作モデルの表面特性と負荷能力に関して著しい欠点が あり、試作モデルの経済的製作ができない場合が多い。試作モデルの製作は、定 常的に時間に追われており、性能のよいかつ値段の安 い製品を要求され、その性能が複雑な部品においても変化する高い要求の市場に 速やかに対応することを求められる。 さらに、前述した試作モデルの周知の製作方法は、非常に高価な特殊な装置を 必要とする。すなわち、試作モデルを鋳造により作らねばならず、従ってその前 段階物が周知の方法を介して製作される鋳造モデルである場合、前記装置は非常 に高い維持費を必要とし、かつ試作モデルの前段階物のみを製作し得るに過ぎな いことがはなはだ多い。また、このように製作された試作モデルに生ずる老朽化 （例えば乾燥による収縮）および広範囲な後処理の必要性をも考慮しなければな らない。 前述の従来技術を考慮して、本発明の課題とするところは、試作モデルの製作 を劇的に廉価になし、それにもかかわらず試作モデルを任意の材料より、従って 金属よりも、造形モデルとしてのみならず、単体として所望の機能を果たすこと のできるモデルを製作することであり、このために好適な方法ならびに好適な装 置を提案することである。 この課題は、始めに述べた形式の方法より出発して、本発明により次のように して解決される。 すなわち、コンピュータにて特定の幾何学的形状の描写に基づきいくつかの３ Ｄ−セグメントへの分割を実行 し、そしてこれを厚さの異なる板体に分割し、その場合各板体の切断面を、各板 体が２つの取付部にてアンダーカットなしに加工できるように選択し、その際次 のように前記板体を適宜厚さの未加工品より製作して加工品に合成し、すなわち 、順次そして任意の板体から出発して、各未加工品を切断面および輪郭の生成の ため製造装置を用いて加工し、ついで隣接する板体を加工品の形成のため加工さ れた面で互いに結合し、次に第１の板体と結合された前記第２の板体を、その自 由面から板体の次の切断面と別の板体輪郭の生成のため前記製造装置にて加工し 、その場合余分なすべての部分を除去し、他方において、次の隣接する板体を少 なくとも板体の輪郭部分と切断面の形成のため自由面にて加工し、ついで前に加 工した板体の自由切断面に対向して置き、この板体と結合し、次に第２の板体と 結合されたこの第３の板体を、その自由面から第２の板体の場合と同様に加工し 、他方において前記製造装置にて次の隣接する板体を前の板体と同様に加工し、 これをすべての板体が加工されそして互いに結合されるまで実施し、ついで別の 加工操作にて任意の残っている支持材料を除去することにより、解決される。 前述のいくつかの３Ｄ−セグメントは、例えばスライダーを有する多重分割型 永久鋳型、または分割性発砲工具の場合に現出する。この方法をもってすれば、 大抵の 工場において、例えばコンピュータ記憶装置にある工作物描写から制御指示を導 き出す現存のＣＮＣ−制御加工機械なしで用いることが可能である。切断面が使 用上の問題がないように、工作物は厚さの異なる適宜の板体に分割され、その場 合これら板体の切断面は、２つの取付部にてアンダーカットなしに加工できるよ うに位置決めされ、それによって複雑な加工操作は必要でなくなる。従って、加 工品の個々の板体は順次製作され、それぞれ１つの部分の製作後先に製作された 隣接する板体と結合され、ついでかこのように結合された状態で第２の側の加工 を完了する。この結合に対しては、その都度第１の側を加工した各板体をその保 持装置とともに加工機械から解除し、そして第１の板体または既に継目接合した 板体を備える別の取付パレットが位置する、例えば継目接合プレス内に持ち来た し、それによって前記別の板体は、例えばプレス作業によりまたは適宜の結合手 段により継目を接合することができる。前記継目接合プレスは、補助構成グルー プとして加工機械内に機能を果たすように組み立てられ、または加工機械とは独 立の特殊装置とすることができる。それによって、特殊機械や複雑かつ高価な方 法を省略することが可能となる。さらに、このように失われたモデルをポリスチ ロール、ワックスまたは木材より製作することが可能となり、その場合このよう に製作されたモデルを次の鋳造作業で犠牲になし、そして例えば精密鋳造で試作 モデルを得ることがてきる。例えば、合成物質の失われたモデルの加工では、必 要なフライス加工時間は比較的短く、その結果均質な構成部としての試作モデル が得られる。直接に目的材料、例えば金属にて本発明による試作モデルを製造す るときは、形状安定の要請に答える高い強度の構成部が得られる。この場合、例 えば失われたモデルの鋳出のような次の方法は、もはや必要でない。 特に、本発明の方法により達成される特長は、次のものである。 既存の製造装置を用いることにより、低コストで試作モデルを製作するこ とが可能である。 補助装置が必要な場合は、そのための費用は僅少である。 中間ステップまたは後に続くステップなしで、試作モデルを直接目的材料 で作ることができる。 適宜の材料を使用することにより、熱的にかつ機械的に耐久性ある試作モ デルを作ることができる。 例えば、ＣＮＣ−フライスのような切削式加工により、高い表面品質が得 られる。 複雑な部品を短い加工時間内に厳密な公差で製作することができる。 製作された試作モデルは、特に要求の高い利用、例えば複雑な鋳造部品、 手の届き難い幾何学的形状の研磨された表面を有する流動モデル、光弾性用プレ キシガラス、見本用鍛造工具として、および鋳型、加圧鋳造鋳型、射出鋳造鋳型 として好適である。 加工品が、ＣＡＤに従って、少なくとも３つの板体に分割されるのが有利であ る。この場合、２つの切断面により囲まれる中央板体が、両切断面の各側にて、 単一の切断面を有する１つの端板体により境界される加工品が得られる。２つの 切断面により囲まれる板体が一定の厚みを有し、すなわち両切断面が一定の相互 間隔で平行に延びるように、前記切断面を配置するのが有利である。これとは別 に、切断面が互いに角度をなすような板体を用いる方法も好適である。これと関 連して、板体の取付けに用いる取付パレットが互いに角度のある位置に移行可能 とするのも有利である。相互角度のある切断面を有する板体は、例えば著しいわ ん曲を有する、または他の部分に比較して膨張の少ない突起やアンダーカットの 生起する加工品の場合に考慮に値するものである。この例として、伝導装置ケー シングや型工具等にいろいろの例がある。基本的には、板体の最小厚みは、板体 が加工時これに掛かる切断力と熱的荷重が、変形なしにまたは最 小の塑性変形でもって受容できるように決められる。切削式製造方法の場合、高 速スピンドルの使用により前記の作用を低減させることができる。 前記方法の実施には、通常２つの取付パレットで充分である。広く突き出た部 分を有する加工品の製作の場合、取付パレットの数を増やすことは、なんら差し 支えない。このような部分に属する板体の加工の場合は、第３または第４の取付 パレットの使用および別の加工機械での補助作業は、製作時間の短縮のために考 慮に値する。 本方法の別の有利な構成ならびに製造装置の構成は、付属の請求項に記載され ている。 以下に、本発明の実施例を図面により詳細に説明する。これらの図はそれぞれ 定率の縮尺ではなく、かつ少なくとも１部は著しく簡単化されている。 以下に、本発明の実施例を図面により詳細に説明する。 図１は加工品のＣＡＤ−幾何学的形状である。 図２はＣＡＤ−幾何学的形状のいくつかの面ストライプへの分割を示す。 図３は前記面ストライプに関する加工ステップと取付けの順序を示す図である 。 図４は加工ステップと取付けの順序を説明する図である。 図５は方法過程の図式説明図である。 図１に示すように、加工品３は、大きく突出した握り４と内部突出部５と凹部 ６とを具備するカップの形状を有している。図２に示すように、加工品３のＣＡ Ｄ−幾何学的形状は、厚さの異なる数個の連続する板体に分割される。下部板体 １０の輪郭は、１つの切断面７と外側表面１１と内側表面８とが境界をなす。同 じことが上部板体６０にも当て嵌まり、この場合は１つの切断面９と外側表面１ ２とが境界をなす。下部板体１０と上部板体６０との間にある板体２０、３０、 ４０、５０では、それぞれ２つの切断面、すなわち２１、２２と３１、３２と４ １、４２と５１、５２とが、適宜上下の境界をなしている。握り４に対しても同 様であり、この握り４は板体２０および３０の延長線上で完全に関連のない個別 部分２３と３３に分割されている。個別部分２３は、外側表面１３と切断面２２ の平面上に位置する１つの切断面１４とが境界をなしている。その上に位置する 個別部分３３は、板体３０に対応する。この個別部分３３は、切断面３１、３２ に対応する両切断面１５および１６と外側表面１７とが境界をなしている。板体 ４０と５０に対しても同様であり、これは図２より明らかに看取される。 図３は、加工パターンを３つの欄に示したものであり、それらの各行はそれぞ れの板体１０、２０、３０、４０、 ５０、６０に属するものである。左側欄には、下側に１０で始まる板体の数字が 記されている。中央欄には、数字［１］ないし［１１］を備えた加工ステップが 記されているが、この場合これらの数字は現存の符号と合致しないものである。 右側欄には、それぞれ取付パレット１と２を表す符号１および２が、互いに交互 に記されている。図２と図３とを一緒に見ることにより、例えば図３の中央欄に ある数字［３］が、図２の板体３０の下側切断面３１の加工を意味することが判 る。図３の中央欄にある数字［６］は、板体３０の上側切断面３２の加工を意味 する。従って、図３の中央欄にある数字［１］ないし［１１］の数字の順序によ り、板体１０、２０、３０、４０、５０、６０が順次加工される作業ステップを 知ることができる。この順序は強制的または必須のものではなく、本発明の趣旨 により、加工品３の加工を各任意の板体１０、２０、３０、４０、５０、６０で 始めることが可能である。 念のために、加工品３の内側表面に符号１８を付すが、この内側表面はすべて の板体１０、２０、３０、４０、５０、６０の内側の各部分面よりなるものであ り、そして下部板体１０の内側表面８に移行する。 図４の左半分は、取付パレット１およびこれに付設のフライス工具１９を示す 。右半分は、取付パレット２およびこれに付設のフライス工具２４を示す。フラ イス工具１９、２４は同じにすることができる。すなわち、両フライス工具１９ 、２４のいずれを もってしても、取付パレット１にてまた取付パレット２にて加工を行うことがで きる。場合によっては、フライス工具１９かまたは２４の１つを使用することに よっても、両取付パレット１と２とに対し充分である。 取付パレット２上に未加工品２５を取付け、それで加工を始める。第１の作業 ステップ［１］にて、この未加工品２５からフライス工具２４により、破線で示 す容積２６を削りとる。その際、切断面７と下部板体１０の内側表面８の部分が 生成される。上部にある三角形２７は、その都度加工された表面を示す。取付パ レット１上では、その間に、すなわち同時にまたは引き続いて、未加工品２８が 加工される。フライス工具１９により容積２９が削リとられ、切断面２１、板体 ２０の外側表面３４の部分、個別部分２３に属する切断面３５が生成される。板 体の加工時、製作すべき物体に板体の厚み内にて相互結合のない各部分がある限 り、これら部分の間に先ず支持ウエブを残すようにすることができる。 周辺輪郭に沿いかつフライスにより製作された自由空間は、前述の各部分の相 互結合の生成と改善のために、速やかに硬化しかつ取外し容易な支持材料により 充填される。曲った矢印３６の方向に移動しかつ旋回することにより、取付パレ ット１はこの上に取付けられかつその間に１側を加工された未加工品２８ととも に、位置１’に移される。この位置にて、両取付パレット１と２は互いに係止さ れる。取付パレット１、２における互いに対応する通 常の識別装置（図示せず）により、両取付パレット１、２が矢印３７の方向に先 ず沈降するとき、識別の間に板体１０と２０の両切断面７、２１がＣＡＤ幾何学 の意味で互いに合致せしめられるように保証する。両取付パレット１、２の取付 面４９上の参照点（図示せず）は、取付け時およびフライス加工の間、未加工品 ２５、２８の位置と方向付けが互いに整合され得るようになし、それによって両 切断面７、２１の合致が可能となる。 １側を加工されて互いに合致せしめられた板体１０と２０とは、ついでそれら の共通の切断面７、２１にて互いに固くかつ永続的に結合される。ついで、両取 付パレット１、２が互いに解除され、その場合当然に１側を加工された板体２１ は旋回された取付パレット１’から解除される。この取付パレット１’は、再び その初期位置へ戻される。 ついで、フライス工具２４により容積３８が削りとられる。この場合、切断面 ２２および１４ならびに内側表面１８の部分が生成される。互いに結合された切 断面７、２１が充分に大きくない場合、容積３８の削りとりの際生起する力を取 付パレット２にて受容させるため、容積３８の削りとりの際付加的の面部分３９ を残し、ついでこれを１側を加工された板体１０の残っている面部分４３と結合 させることが有利であり、むしろ必要でさえある。同じことが、切断面３５の固 定に必要であり、残っている面部分４４にも言える。 次に、残りの板体３０、４０、５０、６０を同様に加工するこ とにより、全加工品３を組立てた後、これをひっくり返し、外側表面１２を取付 パレット１、２の１つに取付ける。残っている容積４５、４６、４７、４８を最 終的に削りとることにより、全外側表面１１、１３、１７、３４が生成される。 内側表面８、１８に必要に応じ所要の後処理行うことにより、加工品３はＣＡＤ 幾何学により定まるその最終的形状となる。 各板体１０、２０、３０、４０、５０、６０の固定結合は、形状拘束的結合に より、摩擦結合により、溶接等の材料結合により、あるいはそれらの組合せによ り行う。押圧を行いおよび（または）粘着結合を行うため、通常取付パレット２ に継目接合機が付設される。 図５に、試作モデルの製作過程を図式的に図示する。該過程は、Ｉ、II、III の表題を付けた３つの範囲に分けられ、そしてIIIの範囲はさらに４つの加工ス テップに分けられている。 範囲Ｉでは、加工品の幾何学的形状描写をシンボル化している。幾何学的形状 描写はいろいろの方法で行うことができ、その場合それら可能性のうち３つ、す なわち３Ｄ−ＣＡＤ−面描写、構造図および表面点のコンピュータ図示を挙げる ことができる。 幾何学的形状処理である範囲IIでは、物体の幾何学的形状がコンピュータによ り検知されて記憶され、ついで検知され記憶された幾何学的形状が適宜の切断線 を決めることにより分割され、板体を特定する。これは、範囲IIの中央図にシン ボル化されて示されている。検知された幾何学的形状および特定された分割は、 例 えばフロッピーディスクのような外部の記憶装置に記憶し、そして例えばＣＮＣ −制御フライス盤の制御部に送られ、ここに伝えられる。データは、機械の制御 部により直接利用できるように処理される。しかし、データは、機械の制御部の 適宜の記憶装置に受け入れられた後に、始めてここで処理できるようにもするこ とが可能である。 制御データは、例えばＣＮＣ−フライス盤に入力されるが、これについてはII Iの左側の第１加工ステップに機械工具と付属の取付パレットがシンボル化して 示されている。ここに示された作業順序では、取付パレット１上でIIの第２の板 体が第１側を加工される。取付パレット１は、加工品の第２の板体とともに継目 接合プレスに持ち来され、そして既に加工された取付パレット２に対置して配置 される。これは、表題「２．加工ステップ」の下に図に示されている。この配置 において、両取付パレット、従ってまた付設の板体は、それらの対向する対応面 が相互に接合するまで互いに向い合って走行し、ついで第２の板体が第１の板体 と互いに固定される。ここで、取付パレット１は取付パレット２から解除され、 取付パレット２は両板体とともに、図に記した「３．加工ステップ」にて作業テ ーブル上に置かれ、場合によっては手動の後処理を行い、そして（または）支持 材料を運び入れる。 これが終了し、または必要でないときは、取付パレット２は両板体とともに、 再びＣＮＣ−制御フライス盤に受容され、ついで第２の板体の第２側が「４．加 工ステップ」にて加工される。次 に、次の未加工品が第３の板体の加工のために取付パレット１上に固定され、つ いで取付パレット２がそれまで継目接合されたすべての部分とともに、そして取 付パレット１が次の板体とともに継目接合過程を行うため継目接合装置に持ち来 され、前述の過程が繰り返されて当該加工品が作り出される。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 合し、次に第２の板体と結合されたこの第３の板体を、 その自由面から第２の板体の場合と同様に加工し、他方 において前記製造装置にて次の隣接する板体を前の板体 と同様に加工し、これをすべての板体が加工されそして 互いに結合されるまで実施し、ついで別の加工操作にて 任意の残っている支持材料を除去するのである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．試作モデルとしての加工品を製作する方法において、コンピュータにて特定 の幾何学的形状の描写に基づきいくつかの３Ｄ−セグメントへの分割を実行し、 そしてこれを厚さの異なる板体に分割し、その場合各板体の切断面を、各板体が ２つの取付部にてアンダーカットなしに加工できるように選択し、その際次のよ うに前記板体を適宜厚さの未加工品より製作して加工品に合成し、すなわち、順 次そして任意の板体から出発して、各未加工品を切断面および輪郭の生成のため 製造装置を用いて加工し、ついで隣接する板体を加工品の形成のため加工された 面で互いに結合し、次に第１の板体と結合された前記第２の板体を、その自由面 から板体の次の切断面と別の板体輪郭の生成のため前記製造装置にて加工し、そ の場合余分なすべての部分を除去し、他方において、次の隣接する板体を少なく とも板体の輪郭部分と切断面の形成のため自由面にて加工し、ついで前に加工し た板体の自由切断面に対向して置き、この板体と結合し、次に第２の板体と結合 されたこの第３の板体を、その自由面から第２の板体の場合と同様に加工し、他 方において前記製造装置にて次の隣接する板体を前の板体と同様に加工し、これ をすべての板体が加工されそして互いに結合されるまで実施し、ついで別の加工 操作にて任意の残っている支持材料を除去することを特徴とする方法。 ２．各板体を加工のため加工機械に付設の取付パレットに固定し、加工後両取付 パレットを加工板体の接合のため継目接合およびプレス用装置に持ち来し、ここ で固定され加工された板体が正しい相互位置に導かれるように、前記両取付パレ ットが相対的に動かされることを特徴とする、請求項１に記載の方法。 ３．取付パレットの取付面が互いに鏡像関係の位置に移行せしめられ、そのため 常に１つの取付パレットがただ１つの加工された板体とともに回転されることを 特徴とする、請求項２に記載の方法。 ４．取付パレットの取付面が、同一の参照系を有する互いに平行な位置へ移行せ しめられることを特徴とする、請求項３に記載の方法。 ５．付属のまたは前後する板体を、取付パレットに互いに鏡像関係の位置にて取 付けることを特徴とする、請求項３または４に記載の方法。 ６．付属のまたは前後する板体を、形状拘束的に、摩擦的にまたは溶接等により あるいはそれらの組合せにより互いに結合し、その場合形状拘束的結合の準備が 加工中に実施されることを特徴とする、請求項１より請求項５までの１つに記載 の方法。 ７．既に存在する支持ウエブを硬化しかつ製造過程の終りに取外し容易な支持材 料により補強し、この支持材料がすでにあ る中空空間内に持ち来されることを特徴とする、請求項１より請求項６までの１ つに記載の方法。 ８．請求項１より請求項７までの１つに記載の方法を実施するための製造装置に おいて、 少なくとも１つの少なくとも３軸加工機械、この加工機械が少なくとも２つの 取付パレット（１、２）と、 幾何学的に特定されたまたは特定されないバイトを具備する少なくとも１つの 加工工具（１９、２４）および少なくとも１つの独立の継目接合プレス を有することを特徴とする製造装置。 ９．前記継目接合プレスが両取付パレット用の受入れ要素および案内要素を有し 、取付パレットが前記要素により取付パレットのその都度の取付面に関し鏡像関 係の位置（１’）に少なくとも保持されかつ案内されることを特徴とする、請求 項８に記載の製造装置。 １０．取付パレット（１および２）の取付面が、それぞれ少なくとも１つの参照 マークを有することを特徴とする、請求項８または９に記載の製造装置。