JPS63266504A - 曲面加工方法 - 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、金型等における複雑な曲面形状を加工する場
合に利用される曲面加工方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来における一般的な曲面加工方法としては、例えば特
開昭５７−５１０９号、特開昭６１−２８６９７５号公
報に示されるものが知られている。

前者は、３次元曲面の生成方法に関するもので、与えら
れた２つの断面（専断面）を特定するデータと該断面の
断面曲線を特定するデータとから専断面間の複数の中間
断面とその断面曲線を一定の法則に従って求め、この中
間断面曲線から所望の３次元曲面を生成しようとするも
のである。また後者は、２つの曲面を滑らかに接続する
ための制御方法に関す、るもので、２つの曲面の共有辺
に関する平面データを設定し、該平面に上記２つ曲面が
接するように曲面変形操作を行うことを骨子とするもの
である。しかしながら、いずれの方法も曲面加工手段と
しての利用については一般的な示唆に止まっている。

次に、第６図はＮＣ加工方法に従って一般に行われてい
る曲面加工方法の説明図で、例えば刊行物（ｒＮＣプロ
グラミング入門」昭和５６年１０月、日刊工業新聞社）
に記載されているものである。この加工方法は、ボール
エンドミルの工具１０を使用して曲面１１を加工するも
のであり、その場合、第６図（ａ）に示すように、工具
１０と曲面１１との接触位置関係を制御することなく、
すなわち例えば工具１０の中心軸りを２軸に固定するな
どの方法により、全く別の工具拘束条件のもとに加工す
るか、あるいは同図（ｂ）に示すように、曲面１１の法
線ベクトルＮと工具１０の中心軸りとを常に一致させな
がら加工する方法が用いられていた。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の曲面加工方法は、上記のようないずれかの方法で
行っていたので、第６図（ａ）の場合では切削負荷が常
に変動し、またボールエンドミル工具１０の最低部Ｂが
曲面１１と接する場合、この点は回転中心軸り上にある
ため切刃１２の速度が０となる部分を用いることになる
。また第６図（ｂ）の場合は切削負荷の変動はないが、
上記と同様に工具１０の常に切削速度が０となる部分Ｂ
を用いて加工することになる。したがって、上記のいず
れの場合も高速切削が難しく、しかもいわゆる″むしり
加工″となるおそれが多く加工表面の仕上りが悪いもの
になるという問題点があった。

本発明は、上記のような従来の問題点を解消するために
なされたもので、家庭電化製品等のモールド金型、航空
機あるいは自動車用部品等のプレス金型などにおける複
雑な曲面に対する加工を短時間にかつ高精度に行うこと
ができる曲面加工方法を得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に係る曲面加工方法は、工具として切刃部分の一
部または全部が一定の曲率を有するものを用い、曲面の
任意の点における法線方向に対し工具中心軸を勾配の最
も急な登り方向に傾けて該切刃部分を曲面に接触させ、
この相対的位置関係を保ちながら加工するものである。

ここで、勾配の最も急な登り方向とは、曲面の任意の点
における法線ベクトルを含むＺ軸に平行な平面上で工具
中心軸を２軸に重なる回転方向１コ゛傾けることを意味
するものである。

なお、工具の制御軸としては５軸以上あれば十分である
。

［作　用］ 本発明においては、曲面の任意の点における法線方向に
対し工具中心軸を勾配の最も急な登り方向に角度θだけ
傾け、この相対的位置関係を保ちながら加工するため、
常に工具の切刃の接触部分が一定となる。つまり、切刃
の接線方向の速度が一定で、しかも有効切刃面積が一定
となるため、加工条件を曲面全体にわたり同一にするこ
とができる。そのため高速切削が可能になるとともに、
いわゆる“むしり加工″をなくすることができる。

［実施例コ 以下、本発明による加工方法の一実施例を図により説明
する。

第１図は本発明の一実施例を示すものであり、波加工物
１表面の曲面１１上の点Ｐにおいて法線ベクトルＮに対
し、工具１０の中心軸りを曲面１１の勾配が最も急な登
り方向に角度θだけ傾けて加工する。工具１０は、この
実施例の場合、ボールエンドミルを使用した例であり、
切刃１２は半球状を呈する。Ｃはこの切刃１２の曲率中
心、Ｒは曲率半径である。ここで、ＰおよびＣは成分ｌ
ｘ、ｙ、ｚ）を持つものとする。またＮおよびＬは成分
（ｘ、ｙ、ｚ）を持つベクトルとする。

そして、工具中心軸りの傾斜角度θは、０″くθ＜９０
’であり、θ−４５″のときが好ましい。

本発明では、工具中心軸りを上記の傾斜角度θに保ちな
がら曲面１１を加工する。このため、曲面１１上の接触
点Ｐの位置は同時に切刃１２上において工具中心軸りか
らｒだけ離れた一定の回転半径を持ちながら移動するた
め、接線方向における切削速度が一定となり、しかも工
具１ｏの最低部Ｂより離れた部分による切削であるため
高速切削が可能になる。さらに該部分の有効切刃面積が
一定となるだめ、加工表面の仕上りが良好で、研磨等の
後加工を軽減できる。

第２図は法線ベクトルＮと工具中心軸りとの関係を示す
ものであり、同図（ａ）は曲面１１が凸の場合を、同図
（ｂ）は曲面１１が凹の場合をそれぞれ示すものである
。ただし、いずれの場合も曲面１１は図面に垂直方向に
同じ断面を有するものとする。このように常に与えられ
た角度θだけ工具中心軸りを法線ベクトルＮに対して勾
配が急な登り方向に傾けて加工するものであり、曲面１
１の凹凸には影響されない。

ところで、法線ベクトルＮとθの角度を持つベクトルＬ
は第３図に示すように、円錐１５の母線である。したが
って、工具１０の中心軸りはこの円錐１５の側面上を移
動し、曲面１１の勾配の最も急な登り方向に角度θだけ
傾いた位置をとることになる。

次に、勾配の最も急な登り方向に傾いたＬを計算する方
法を示す。

Ｎ−［ｘｏ、ｙｏ、ｚ　　ｌ　とし、ｘ、ｙ、ｚ方向の
単位ベクトルをｉ、ｊ、にとすると次式で得られる。

・・・　（１） 法線ベクトルＮは曲面の種類によって求める方法が異な
るので、計算式は省略するが、算式は一般によく知られ
ている。

ところで、法線ベクトルＮがＺ軸方向と一致した場合、
勾配の急な方向は存在しない。つまり、第３図に示した
円錐１５の母線のいずれを選択しても差支えない。その
ため、特別に第４図に示すフローチャートに従って処理
を行う。

すなわち、法線ベクトルＮが２軸方向と一致した場合は
、次の曲面１１上の移動位置における法線ベクトルＮを
調べ、それが２軸方向と一致しているかどうかを判別す
る。そし′で、その結果がｙｅｓであれば法線ベクトル
Ｎが２軸方向と一致する直前のベクトルＬを用い、反対
にｎｏであれば次の曲面上の移動位置におけるベクトル
Ｌ′へ法線ベクトルＮが２軸方向と一致する直前のベク
トルＬでもって第３図の円錐側面に沿って移動させる。

以上のごとき手順を踏みながら次へ進むのである。

なお、上記実施例では工具１０としてボールエンドミル
を用いた場合について説明したが、第５図に示すように
各種の断面形状を持つものが使用できる。同図（ａ）（
ｂ）はボールエンドミルの変形例であり、同図（ｃ）（
ｄ）（ｅ）はヒレットエンド（Ｆｉｌｌｅｔｅｄ−ｅｎ
ｄ）の場合である。このように少なくとも切刃の一部に
一定の曲率を有するものを使用すればよい。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、工具制御の拘束条件を曲
面上のある点における法線と工具軸の傾きで設定するこ
ととしたため、表面あらさの極めて良好な加工曲面を短
時間に得ることができる効果がある。また、切削速度と
有効切刃面積が工具軸の傾き角度で一定になり、加工条
件が常に一定の状態で曲面加工ができる。

間にかつ簡単に得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明図、第２図は曲面の法線ベ
クトルと工具中心軸との関係を示す説明図、第３図は工
具中心軸の求め方の説明図、第４図は法線ベクトルが２
軸方向と一致した場合の処理を示すフローチャート、第
５図は工具の他の例を示す説明図、第６図は従来の曲面
加工方法の説明図である。 １０・・・工具 １１・・・曲面 １２・・・切刃 Ｎ・・・曲面上の任意点における法線 Ｌ・・・工具の中心軸 代理人　弁理士　　佐々木　宗　冶 第１図 Ｌ ｌＯ：１與 ｌｌ二曲面 １２：　ｔｎ刃 Ｎ　：曲面ｈｘＩ千１キ、ＩＰ、１； ８１↑ｂ活線 Ｌ：１興め中成゛軸 第２図 （ａ） （ｂ） 第３図 Ｌ　　　　　　　　／Ｖ 第４図 第５図 （ａ）　　　　　　　　　　　　　（ｂ）（Ｃ）　　　
　　　　　　　　　　　　（ｄ）　　　　　　　　　　
　　　　　（ｅ）第６図 （Ｃ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）切刃部分の一部または全部が一定の曲率を有する
   工具を用いて、曲面の任意の点における法線方向に対し
   前記工具の中心軸を勾配の最も急な登り方向に与えた角
   度だけ傾け、この相対的位置関係を保ちながら加工する
   ことを特徴とする曲面加工方法。
2. （２）前記工具を５軸以上について制御することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の曲面加工方法。