JPWO2014068709A1 - 工作機械の制御装置および工作機械 - Google Patents

Abstract

ワークに対して回転工具を相対移動させながらワークを加工する工作機械の制御装置であって、ワークの輪郭を通る経路またはワークの外形に沿った第１の回転工具の工具経路を含む入力情報を読み取る入力情報読取部と、入力情報読取部により読み取った入力情報を変換して第２の回転工具の底刃にて加工を行う工具経路を生成する経路設定部とを備える。

Description

本発明は、工作機械の制御装置および工作機械に関する。

従来の技術では、ワークに対して工具を相対移動させて切削等の加工を行う工作機械が知られている。また、このような工作機械において工具の経路を所定の軸の座標等により指定し、ワークに対して工具を自動的に移動させながら加工を行う数値制御式の工作機械が知られている。数値制御式の工作機械は、加工プログラムに機械座標や工具の移動速度を記載することにより、所望の工具径路および速度にて加工を行うことができる。

特許文献１においては、正面フライス等のフライス工具を使用して曲面状の加工面を得る曲面切削法が開示されている。この公報には、切刃の回転軌跡が円形であるフライス工具を用いて、フライス工具の回転軸線を加工面の法線に対して傾斜させた状態で、所定の工具送り方向に移動させることにより、被加工物の表面を切削加工することが開示されている。

特許文献２においては、塊状の材料から完成部分にフライス工具を連続的に近づけることによって常に材料を取り除きながら加工を行うフライス切削法と、フライス工具のための軌道を形成するための方法が開示されている。この公報には、フライス工具を断面形状が螺旋状の連続的な軌道に沿って、塊状の部材の外側輪郭から完成部分の輪郭部までガイドし、連続的に形状を変化させることが開示されている。

特開２００３−１４５３３４号公報 特開２０００−２６３３０９号公報

ワークの加工方法のうち、ワークを加工する領域の幅の小さい場合には、回転工具の側刃を用いて加工を行うことが知られている。たとえば、板状の部材の側面の加工を行う場合には、エンドミルのような棒状の回転工具の側刃をワークに当接させて加工を行うことが知られている。

ところが、このような加工方法では、加工面のカスプ高さを小さくして高精度の加工を行うためには、工具径の大きなエンドミルを使用する必要がある。工具径の大きなエンドミルを用いる場合には、使用する工具径が大きくなるために大型の工作機械が必要になるという問題がある。更に、加工時間が長くなるという問題がある。

また、高精度の加工面を生成するためには、高い切削速度が要求される。ところが、エンドミルを高速回転させた場合には、エンドミルの主軸が振れたり、振動が生じたりして加工面に悪影響を及ぼす場合がある。更に、鏡面加工等の高精度の加工を行うために、ダイヤモンド等の特殊な材質を用いたエンドミルを使用することが望まれる。

このように、鏡面加工等の高精度の加工を行う場合には、大型のエンドミルを用いたり、特殊な材質のエンドミルを使用したりしなければならないという問題がある。

本発明の工作機械の制御装置は、ワークに対して回転工具を相対移動させながらワークを加工する工作機械の制御装置であって、ワークの輪郭を通る経路またはワークの外形に沿った第１の回転工具の工具経路を含む入力情報を読み取る入力情報読取部と、入力情報読取部により読み取った入力情報を変換して第２の回転工具の底刃にて加工を行う工具経路を生成する経路設定部とを備える。

上記発明においては、入力情報読取部は、第１の回転工具の側刃にて加工を行う工具経路を含む入力情報を読み取るように形成されており、経路設定部は、入力情報を変換し、第１の回転工具よりも直径の大きな第２の回転工具の底刃にて加工を行う工具経路を生成することができる。

上記発明においては、経路設定部は、ワークの加工面に対して第２の回転工具の底面が傾斜するように第２の回転工具をワークに対して相対的に傾斜させて加工を行う工具経路を生成することができる。

上記発明においては、入力情報読取部は、第１の回転工具の工具経路を含む入力情報として第１の加工プログラムを読み込み、経路設定部は、第２の回転工具の底刃にて加工を行う工具経路を含む第２の加工プログラムを出力することができる。

本発明の工作機械は、上述の工作機械の制御装置と、経路設定部により設定された工具経路に従ってワークに対して第２の回転工具を相対移動させる移動装置とを備える。

本発明によれば、加工面における加工精度が向上する工作機械の制御装置および工作機械を提供することができる。

数値制御式の工作機械の概略側面図である。 ワークとフライスカッタとの拡大概略断面図である。 フライスカッタの下面図である。 ワークの平面図である。 ワークの側面図である。 工作機械のテーブルを回動させる回動台の部分の概略側面図である。 ワークの加工方法の第１工程を説明する概略図である。 ワークの加工方法の第２工程を説明する概略図である。 ワークの加工方法の第３工程を説明する概略図である。 ワークの加工方法の第４工程を説明する概略図である。 ワークの加工方法の第５工程を説明する概略図である。 ワークの加工方法の第６工程を説明する概略図である。 ワークの加工方法の第７工程を説明する概略図である。 比較例のワークの加工方法を説明する概略図である。 加工システムの概略図である。 数値データ読取部にて作成されるワークの輪郭を通る経路を説明する概略図である。 フライスカッタとワークとが接触する部分の拡大概略断面図である。 フライスカッタの工具経路の計算に用いる変数を説明する図である。 他の工作機械の概略斜視図である。

図１から図１９を参照して、工作機械の制御装置および工作機械について説明する。工作機械としては、主軸が鉛直方向に延びている立形マシニングセンタを例示する。以下の実施形態では、第１の回転工具はエンドミルであり、第２の回転工具はフライスカッタである。ここでは、フライスカッタの底刃を用いて板状部材の側面の加工を行う。

図１は、数値制御式の工作機械の概略図である。工作機械１０には、加工を行う回転工具としてフライスカッタ２０が取り付けられている。被加工物としてのワーク１は、テーブル１４に固定されている。

工作機械１０は、工場等の床面に設置されるベッド１２と、ベッド１２に固定されているコラム１３とを備える。工作機械１０は、フライスカッタ２０とワーク１とを相対移動させる移動装置を備える。

ベッド１２の上面には、Ｘ軸ガイドレール２５が配置されている。Ｘ軸ガイドレール２５は、Ｘ軸方向（図１において左右方向）に延びている。Ｘ軸ガイドレール２５には、サドル１５が係合している。サドル１５は、Ｘ軸ガイドレール２５に沿ってＸ軸方向に移動可能に形成されている。サドル１５には、旋回装置である回動台１６が取り付けられている。回動台１６は、回動軸１６ａを介してテーブル旋回台１７を支持している。回動軸１６ａは、Ｙ軸方向に延びている。回動台１６は、矢印１０１に示すように、回動軸１６ａの周りにテーブル旋回台１７を回動させることができるように形成されている。テーブル１４は、テーブル旋回台１７に固定されている。

テーブル１４の上面には、Ｃ軸の周りにワーク１を回転させるための数値制御式のロータリテーブル１８が配置されている。ロータリテーブル１８には、ワークを保持するための保持部材１９を介してワーク１が固定されている。

移動装置が駆動することにより、テーブル１４は、サドル１５および回動台１６と共にＸ軸方向に移動する。このために、ワーク１がＸ軸方向に移動する。テーブル旋回台１７が回動することにより、フライスカッタ２０に対するワーク１の向きを変更できる。更に、ロータリテーブル１８が駆動することにより、ワーク１をＣ軸周りに回転させることができる。

コラム１３には、Ｙ軸方向（図１における紙面に垂直な方向）に延びるＹ軸ガイドレール２６が配置されている。Ｙ軸ガイドレール２６には、主軸台２７が係合している。主軸台２７は、Ｙ軸ガイドレール２６に沿ってＹ軸方向に移動可能に形成されている。

主軸台２７には、Ｚ軸方向（図１における上下方向）に延びるＺ軸ガイドレール２９が取り付けられている。Ｚ軸ガイドレール２９には、主軸ヘッド３０が取り付けられている。主軸ヘッド３０は、Ｚ軸ガイドレール２９に沿ってＺ軸方向に移動可能に形成されている。

主軸ヘッド３０には、主軸３１が回転可能に支持されている。フライスカッタ２０は、主軸３１に取り付けられている。主軸３１には、フライスカッタ２０を回転させるためのモータが接続されている。このモータが駆動することにより、フライスカッタ２０は、主軸３１の中心軸を回転軸として回転する。

移動装置が駆動することにより、コラム１３に対して主軸台２７がＹ軸方向に移動する。このために、フライスカッタ２０がＹ軸方向に移動する。更に、移動装置が駆動することにより、主軸台２７に対して主軸ヘッド３０がＺ軸方向に移動する。このために、フライスカッタ２０がＺ軸方向に移動する。

このように、移動装置は、複数の移動軸を含み、複数の移動軸は、直線送り軸としてのＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸と、回転送り軸としてのＣ軸を含む。テーブル１４に支持されたワーク１に対してフライスカッタ２０を相対的に直線移動させることができる。更に、ロータリテーブル１８を駆動することにより、ワーク１に対してフライスカッタ２０を相対的に回転移動させることができる。

図２に、フライスカッタ２０とワーク１との概略断面図を示す。図３に、フライスカッタ２０の概略下面図を示す。図２および図３を参照して、フライスカッタ２０は、本体部２２と、ワーク１を切削する切削部２３とを含む。フライスカッタ２０の本体部２２は、円柱状に形成されている。切削部２３は、本体部２２の底面２２ａの周方向に沿って配置されている。複数個の切削部２３が、互いに離れて配置されている。切削部２３は、チップと称される。切削部２３は、取り替え可能に形成されている。

フライスカッタ２０は、回転軸２４を回転中心として回転する。本体部２２が回転することにより、切削部２３が、矢印１０３に示す方向に回転する。図２を参照して、回転するフライスカッタ２０を、ワーク１の表面に接触するように配置する。ワーク１の表面が加工面になる。切削部２３が、ワーク１に接触する。フライスカッタ２０が回転している状態で、矢印１０２に示すようにワーク１に対して相対的に移動することにより、ワーク１の表面を加工することができる。

図２に示す例では、ワーク１の表面の法線方向に対して回転軸２４が傾くようにフライスカッタ２０が配置されている。すなわち、本体部２２の底面２２ａがワーク１の表面に対して傾斜している。矢印１０２に示す進行方向の前側の切削部２３は、ワーク１の表面から離れた状態で移動する。進行方向の後側に配置される切削部２３は、ワーク１の表面に接触して切削を行っている。このように、フライスカッタ２０は、ヒール部にて切削加工を行っている。

図４に、加工後のワーク１の概略平面図を示す。図５に、加工後のワーク１の側面図を示す。ワーク１は、板状の部材である。ワーク１は、側面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと、面積が最大になる面積最大面１ｅとを有する。それぞれの側面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、ワーク１の面積最大面１ｅよりも面積が小さくなるように形成されている。切削加工では、ワーク１の側面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの加工を行う。ここでの例では、側面の鏡面加工を行う。

図２を参照して、ワーク１の側面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの加工を行うために、側面ｌａと本体部２２の底面２２ａとが互いに対向するように、フライスカッタ２０を配置する。ワーク１に対してフライスカッタ２０を相対移動することにより、ワーク１の側面ｌａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの加工を行なうことができる。

図６に、ワーク１の側面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの加工を行なうときの工作機械の状態を説明する概略図を示す。ワーク１は、側面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄがフライスカッタ２０に対向するように配置する必要がある。このために、回動台１６を駆動して、矢印１０１に示すように、テーブル旋回台１７を９０°回転させる。ワーク１の側面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのうち、一つの側面を上側に配置することができる。

ワーク１の側面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの加工では、４つの側面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの加工を連続して行う。次に、ワーク１の加工方法について説明する。

図７に、ワーク１の加工方法の第１工程の概略図を示す。以下の図７から図１３においては、ワーク１に対するフライスカッタ２０の相対的な移動が示されている。また、一点鎖線で示されるフライスカッタ２０は、前回の工程において配置されているフライスカッタ２０を示している。この例においては、側面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのうち、面積の小さな側面１ａから切削を開始している。加工方法においては、この形態に限られず、面積の大きな側面１ｂ，１ｄから切削を開始しても構わない。

第１工程では、ワーク１の側面１ａの側方に、フライスカッタ２０を配置する。このときに、Ｙ軸方向にフライスカッタ２０を移動させることにより、側面１ａの切削が行なわれる位置にフライスカッタ２０を配置する。側面１ａに向かってフライスカッタ２０を移動する。この例では、加工が開始される位置よりも前の位置からワーク１に対するフライスカッタ２０の相対移動を行っている。すなわち、エアカットを行っている。

図８に、ワーク１の加工方法の第２工程の概略図を示す。フライスカッタ２０により側面１ａの加工を開始する。フライスカッタ２０を、矢印１１１に示すように、ワーク１の側面１ａに沿って相対的に移動させることにより、ワーク１の側面１ａの切削を行う。ワーク１の角部まで加工を行う。

図９に、ワーク１の加工方法の第３工程の概略図を示す。側面１ａの端部まで加工が完了した後に、曲面状の角部を形成するために、ワーク１をＣ軸周りに回転させる。矢印１１２に示すように、回転軸２の周りにワーク１を回転させる。フライスカッタ２０に対してワーク１を相対的に回転移動させながら切削することにより、曲面状の角部を形成することができる。

図１０に、ワーク１の加工方法の第４工程の概略図を示す。図１０は、ワーク１の１番目の角部の形成が完了したときの状態を示している。ワーク１の角部が形成されるまで、フライスカッタ２０に対してワーク１を回転させる。フライスカッタ２０の本体部２２の底面２２ａがワーク１の側面１ｂと対向する。

図１１に、ワーク１の加工方法の第５工程の概略図を示す。次に、矢印１１３に示すように、フライスカッタ２０を側面１ｂに沿って相対的に移動させることにより、側面１ｂを加工する。同様に、ワーク１に対するフライスカッタ２０の直線移動と、回転移動とを組み合わせることにより側面１ｃ，１ｄを形成することができる。

図１２に、ワーク１の加工方法の第６工程の概略図を示す。図１２は、フライスカッタ２０がワーク１の側面を１周して、側面１ａの端部に戻ったときの状態を示している。このように、ワーク１の側面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを連続的に切削することができる。

図１３に、ワーク１の加工方法の第７工程の概略図を示す。側面１ａ，１ｂ，１ｃ，ｌｄの加工後に、再び側面１ａに沿って加工を行う。矢印１１４示すように、側面１ａに沿ってフライスカッタ２０を移動させる。このときに、側面１ａの加工が終了している位置を越えて直線移動を継続する。すなわち、ワーク１からフライスカッタ２０を離す。このように動作させることにより、側面１ａの加工精度が劣化することを抑制することができる。

このように、ワーク１に対してフライスカッタ２０を用いて側面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの加工を行なうことにより、高精度の加工を行なうことができる。たとえば、側面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの鏡面仕上げの加工を行うことができる。

ここで、比較例として、第１の回転工具としてのエンドミルを用いて、板状の部材の側面を切削する加工方法について説明する。比較例では、回転工具の側刃を用いて加工する。ここで、回転工具の側刃とは、回転工具の回転軸に平行な方向に延びる面の刃を示す。また、回転工具の底刃とは、回転工具の回転軸に垂直な方向に延びる端面の刃を示す。

図１４に、比較例の加工方法の概略図を示す。比較例の加工方法においては、第１の回転工具としてのエンドミル４１を用いてワーク１の側面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの加工を行う。エンドミル４１の軸方向が側面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと平行になる様に、エンドミル４１を配置する。図１を参照して、工作機械１０は、フライスカッタ２０の代わりにエンドミル４１を装着することができる。ワーク１の側面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄがエンドミル４１の軸方向と平行になるように回動台１６を制御する。この後にワーク１の側面に沿ってエンドミル４１を相対移動することによりワーク１を加工することができる。

図１４を参照して、エンドミル４１による加工においては、エンドミル４１の回転中心である工具先端点４１ａがワーク１の外形に沿って移動する。矢印１１５および矢印１１６に示すように、エンドミル４１を移動させることにより、エンドミル４１の側刃によりワーク１の側面１ａを加工する。同様に、矢印１１７，１１８，１１９に示すように、側面１ｂ，１ｃ，１ｄに沿ってエンドミル４１を移動させることにより、側面１ｂ，１ｃ，１ｄを加工する。更に、矢印１１６，１２０に示すようにエンドミル４１を移動させることにより、ワーク１の側面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの加工が完了する。

比較例のように、エンドミル４１の側刃で加工を行う場合には、加工面に接触する部分の回転半径は、エンドミル４１の半径に相等する。このために、切削する部分の回転半径が小さくなる。加工面のカスプ高さを小さくするためには、エンドミル４１の工具径を大きくする必要があるが、工作機械も大型になる。また、エンドミルを高速回転させた場合には、エンドミルの主軸が振れたり、振動が生じたりして、加工面に悪影響を与える場合がある。

本実施の形態のように、フライスカッタの底刃にて加工を行なうことにより、切削部が回転するときの回転半径が大きくなる。図３を参照して、フライスカッタ２０は、矢印１０３に示すように回転するために、フライスカッタ２０の切削する部分の回転半径は、刃先半径Ｒｔであり、エンドミルに比べて回転半径が大きくなる。また、切削部２３の加工速度を速くすることができて、高精度の表面加工を容易に行なうことができる。また、底刃２３ａの切削面の曲率半径が大きくなるためにエンドミル等にて加工するよりも加工精度が向上する。

更に、フライスカッタ２０の底刃にワーク１が接触するために、フライスカッタ２０の主軸の振れや振動を抑制することができる。主軸の振れや振動が加工面に悪影響を与えることを抑制できる。さらに、フライスカッタでは、ダイヤモンド等の貴重な材質を用いた工具を使わなくても鏡面加工を行うことができる。

加工方法においては、ワーク１の加工面の法線方向に対して、フライスカッタ２０の回転軸２４が傾くように配置している。すなわち、ワーク１の加工面に対してフライスカッタ２０の底面が傾斜した状態で加工を行っている。この構成により、高精度の加工を行うことができる。たとえば、鏡面加工を容易に行うことができる。上記の実施の形態では、フライスカッタ２０のヒール部にて切削加工を行っているが、この形態に限られず、フライスカッタ２０の進行方向の前側の端部にて加工を行っても構わない。すなわち、フライスカッタ２０のトウ部にて加工を行っても構わない。

ところで、多くの加工の場合には板状のワーク１の側面を加工するための工具として、比較例のエンドミル４１が選択される。ＣＡＭ装置などにおいては、エンドミル４１を用いた場合の工具経路が出力される。工作機械１０の制御装置５５は、ワーク１の外形に沿ったエンドミル４１の工具経路を含む入力情報を読み取る。次に、読み取った入力情報を変換してフライスカッタ２０の底刃を用いて、ワーク１の側面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの加工を行う工具経路を生成する。

図１５に、工作機械１０と、工作機械１０に入力する入力数値データ５４を生成する装置を備える加工システムの概略図を示す。ＣＡＤ（computer aided design）装置５１にてワーク１の形状を設計する。ＣＡＤ装置５１は、ワーク１の形状データ５２をＣＡＭ（computer aided manufacturing）装置５３に供給する。

ＣＡＭ装置５３においては、形状データ５２に基づいて、工作機械１０の制御装置５５に入力するための入力情報としての入力数値データ５４が生成される。入力数値データ５４は、第１の回転工具としてのエンドミル４１の側刃を用いてワーク１の側面を加工するときの数値データである。入力数値データ５４は、エンドミル４１を用いたときの工具先端点の経路を示すデータを含む。エンドミル４１の工具先端点は、底面の回転中心点になる。入力数値データ５４は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の座標値によって構成されている。

数値制御式の工作機械１０は、制御装置５５を備える。制御装置５５は、演算処理装置を含む。演算処理装置は、演算処理等を行うマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、記憶装置としてのＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、およびその他の周辺回路を有する。

制御装置５５は、入力数値データ５４を用いて、出力数値データ６２を生成する。制御装置５５は、入力情報読取部として機能する数値データ読取部５６と、経路設定部６０とを含む。数値データ読取部５６は、入力数値データ５４を読込む機能を有する。数値データ読取部５６により、入力数値データ５４を読み込む。数値データ読取部５６は、座標値列を出力する。ここでの座標値列は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の座標値およびＣ軸の回転角度によって構成されている。

経路設定部６０は、読み込んだ入力数値データ５４に基づいて出力数値データ６２を生成する。経路設定部６０は、フライスカッタ２０の底刃にて加工を行うための工具経路を設定する。経路設定部６０は、ワーク１に対するフライスカッタ２０の傾斜角度等に基づいて、フライスカッタ２０の工具経路を設定する。出力数値データ６２には、ワーク１に対してフライスカッタ２０を相対移動させる数値データが含まれている。すなわち、出力数値データ６２は、フライスカッタ２０を用いたときの移動装置に対する指令が含まれている。

経路設定部６０にて出力された出力数値データ６２は、例えば、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸のフライスカッタ２０の工具先端点の座標と、Ｃ軸におけるワーク１とフライスカッタ２０との相対的な角度により設定することができる。

出力数値データ６２は、数値制御部６３に入力される。数値制御部６３は、出力数値データ６２に基づいて移動装置の各軸サーボモータ６４を駆動する。各軸サーボモータ６４には、Ｘ軸サーボモータ、Ｙ軸サーボモータ、Ｚ軸サーボモータおよびＣ軸サーボモータ等が含まれる。これにより、ワーク１とフライスカッタ２０との相対移動を行なうことができる。

次に、経路設定部６０において、フライスカッタ２０の底刃にて加工を行うための工具経路を生成する制御について説明する。

入力数値データ５４には、図１４に示す比較例のエンドミル４１を用いた場合の工具経路が設定されている。経路設定部６０は、エンドミル４１を用いた場合の工具経路を用いて、ワーク１の輪郭を通る経路に変換する。

図１６に、ワーク１の輪郭を通る経路を説明する概略図を示す。矢印１２１は、ワークに対して、工具が進入することを示している。矢印１２２から矢印１２９は、ワーク１の側面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを通る経路を示している。さらに、矢印１２２および矢印１３０は、工具がワークから離れることを示している。矢印１２２から矢印１２９に囲まれる形状は、加工後のワーク１の輪郭に相等する。例えば、矢印１２２はワーク１の側面１ａに対応し、矢印１２４は側面１ｂに対応する。

ワーク１の輪郭を通る経路は、たとえば、図１４に示すエンドミル４１の工具経路からエンドミル４１の半径分を内側に移動することにより算出することができる。すなわち、エンドミル４１の半径に対応する長さでオフセットさせる演算を行う。

次に、ワーク１の輪郭を通る経路に基づいて、フライスカッタ２０の底刃で加工を行なうための工具経路を生成する。下記の例では、ワーク１の面積最大面１ｅの重心位置を原点とするワーク座標系にて示しているが、機械座標系を用いても構わない。

ワーク１の輪郭を通る経路を示す点列であるベクトルＰｎは、次の式（１）で示される。この点列は、Ｘ軸の座標およびＹ軸の座標により表すことができる。変数ｎは、経路上に含まれる点の番号を示している。この例では、工具経路を算出するための点がＮ個設定されている。

経路設定部６０の出力の指令値であるベクトルＱｎは、次の式（２）で示される。経路設定部６０の出力の指令値は、Ｙ軸の座標とＺ軸の座標と、Ｃ軸周りの回転角度により設定することができる。工具経路設定部６０は、式（１）の点列を用いて式（２）の指令値としてのベクトルＱｎを出力する。

図１７に、フライスカッタ２０の工具経路を算出するための変数を説明するフライスカッタ２０とワーク１との拡大断面図を示す。図１７は、ワーク１にフライスカッタ２０が接触している部分の拡大概略断面図である。なお、図１７では、理解しやすいように、底刃２３ａの曲率半径を実際のフライスカッタよりも小さくして記載しており、また、リード角θを実際のリード角よりも大きくして記載している。

切削部２３は、底刃２３ａを有する。フライスカッタ２０の底面は、ワーク１の加工面と対向する。底刃２３ａは、断面形状が円弧になるように形成されている。底刃２３ａには、頂点２３ｂが含まれる。工具コーナ半径Ｒｃは、切削部２３の底刃２３ａにおける曲率半径である。点Ｂｃは、工具コーナ半径Ｒｃの中心点である。頂点２３ｂは、点Ｂｃを通る回転軸２４と平行な直線を引いたときに底刃２３ａと交わる点である。

リード角θは、ワーク１の加工面に対するフライスカッタの傾斜角度である。例えば、リード角θは、本体部２２の底面２２ａとワーク１の加工面とがなす角度である。または、リード角θは、ワーク１の加工面の法線方向と回転軸２４とがなす角度である。リード角θは、例えば１°以下の小さな角度が採用される。この例では、リード角θとして０．０５°が採用されている。

本体部２２の底面には、工具先端点Ｔｃが設定される。本発明におけるフライスカッタ２０の工具先端点とは、フライスカッタ２０の回転軸２４とフライスカッタ２０の底面とが交わる点である。刃先半径Ｒｔは、工具先端点Ｔｃと頂点２３ｂとのフライスカッタ２０の径方向の距離である。接点Ｄは、切削部２３がワーク１と接触している点である。なお、この例では、リード角θが小さく、また、工具コーナ半径Ｒｃが大きいために、接点Ｄと頂点２３ｂとは、同一位置であると近似することもできる。

図１８に、フライスカッタ２０を用いた場合の工具経路を算出するための説明図を示す。ｎ番目の点ＰであるベクトルＰｎにおける進行方向を算出する。ｎ番目の点Ｐから（ｎ＋１）番目の点までの移動を示すベクトルΔＰｎは、次の式（３）で算出される。また、ｎ番目の点Ｐから（ｎ＋１）番目の点Ｐまでの移動距離Ｌｎは、次の式（４）で算出される。

次に、ｎ番目の点Ｐから（ｎ＋１）番目の点Ｐまで移動するときの正規化された進行方向として、ベクトルＵ１_ｎを式（５）により算出する。さらに、（ｎ−１）番目の点Ｐからｎ番目の点Ｐまで移動するときの進行方向であるベクトルＵ１_ｎ−１を求める。この後に、ｎ番目の点Ｐに対する前後の点について平均化した進行方向Ｕ２_ｎを式（６）により求める。

ここで、上記の例では、ｎ番目の点Ｐの進行方向を正確に算出するために、ｎ番目の点Ｐの前後の進行方向を考慮しているが、曲線部分に進入する直前の直線部分では、ｎ番目の点Ｐの前後の進行方向を考慮する必要はない。すなわち、直前の直線移動の部分のみを考慮すればよい。曲線部分から直線部分に移行する場合も同様に、直線移動の部分のみを考慮すればよい。図１８に示すように、直線移動の部分では点Ｐの移動距離が大きく、曲線部分では点Ｐの移動距離が小さく設定される。この例では、長さ閾値Ｔを設定し、点Ｐの前後の移動距離と長さ閾値Ｔに基づいて進行方向Ｕ３_ｎを次の式（７）により求めることができる。長さ閾値Ｔとしては、直線部分の移動距離と曲線部分の移動距離とに基づいて設定することができる。

次に、式（７）では、最初の点（ｎ＝０）と最後の点（ｎ＝Ｎ）とが計算されていないために、最初の点と最後の点の進行方向を設定する。全ての点における正規化された進行方向は、次の式（８）のベクトルＶｎにて示される。

次に、切削部の接点Ｄから工具先端点ＴｃまでのオフセットベクトルとしてのベクトルＯｎを算出する。ベクトルＯｎは、次の式（９）にて示される。

ここで、変数Ｂｘおよび変数Ｂｙは、次の式（１０）から算出される。変数Ｄｒは、ワーク１の回転方向を示す。例えば、ワーク１の回転方向が時計回りの場合は、変数Ｄｒは１に設定され、ワーク１の回転方向が反時計回りの場合は、変数Ｄｒが（−１）に設定される。変数Ｂｘおよび変数Ｂｙは、点Ｐの位置に関わらずに同一の値になる。このために、予め算出しておいて、複数の点Ｐの進行方向を計算する度に引用しても構わない。

次に、点Ｐの進行方向であるベクトルＶｎと、オフセットベクトルとしてのベクトルＯｎに基づいて、式（１１）により指令値としてのベクトルＱｎを算出する。

式（１１）において、関数（ａｔａｎ２）は、数値のアークタンジェント（逆タンジェント）を計算する関数である。関数（ａｔａｎ２）は、式（１２）にて表される。

指令値であるベクトルＱｎには、工具先端点ＴｃのＹ軸の座標およびＺ軸の座標と、ワーク１のＣ軸周りの回転角度が示されている。切削部２３の接点Ｄに対する工具中心Ｔｃの相対位置と、接点Ｄの進行方向とに基づいて、指令値を算出することができる。このように、経路設定部６０は、ワーク１に対するフライスカッタ２０の相対位置を設定することができる。すなわち、フライスカッタ２０の工具経路を設定することができる。

ここで、この加工方法の効果を更に詳細に説明すると、フライスカッタ２０の底刃にて加工を行なうと、ワーク１の加工を行う部分の曲率半径が大きくなる。たとえば、比較例のエンドミルとしては、直径が１０ｍｍ以上１６ｍｍ以下である。このときのワーク１の加工を行う部分の曲率半径は、５ｍｍ以上８ｍｍ以下になる。これに対して、上記の例のフライスカッタの切削部２３の底刃２３ａの曲率半径になる工具コーナ半径Ｒｃは、約１００ｍｍである。このように、ワーク１の加工を行う部分の曲率半径が大きくなるために高精度の加工を行うことができる。

また、フライスカッタの底刃を用いて加工を行うことにより、切削部が回転するときの回転半径が大きくなる。切削部が回転するときの回転半径は、刃先半径Ｒｔに相等する。上記の実施例では、刃先半径Ｒｔは、約３７ｍｍである。これに対して、エンドミル４１の切削する部分の回転半径は、エンドミル４１の半径に相等する。たとえば、エンドミル４１の回転半径は、５ｍｍ以上８ｍｍ以下である。このように、フライスカッタ２０は、エンドミル４１よりも切削する部分の回転半径を大きくすることができる。このために、ワーク１に対する切削部の加工速度を速くすることができて、高精度の表面加工を行なうことができる。

上記の実施の形態では、制御装置５５が、ＣＡＭ装置５３にて生成された入力数値データ５４を用いてフライスカッタ２０の工具経路を生成しているが、この形態に限られず、ＣＡＤ装置から出力されるワーク１の形状データを数値データ読取部５６で読み取って、フライスカッタ２０の工具経路を生成しても構わない。ワーク１の輪郭を通る経路は、ワーク１の形状に基づいて生成することができる。この制御を行うことにより、ワークの輪郭等のワークの外形の情報と回転工具の刃先の情報のみを入力することにより高精度の切削加工を行うことができる。たとえば、ワークの外形の座標と、切削部２３の工具コーナ半径Ｒｃおよび刃先半径Ｒｔとを入力することにより、高精度の加工を行うことができる。この時のリード角などの変数は、予め設定された値を使用することができる。

入力情報読取部が読み取る入力情報は、ワークの外形に沿った第１の回転工具の側刃で加工する工具経路を含む情報を採用することができる。たとえば、入力情報は、第１の回転工具の工具経路を含む第１の加工プログラムであっても構わない。回転工具の工具経路が直接的に記載されている入力数値データは、ワークに対する回転工具の相対位置がそれぞれの点列の座標値で示される。これに対して、加工プログラムは、例えば、使用者が読み取ったり作成したりし易い様に、マクロコード等が含まれる。入力情報読取部は、このような加工プログラムを読み込んでも構わない。また、同様に、経路設定部は、フライスカッタの底刃にて加工を行う工具経路を含む第２の加工プログラムを出力情報として出力しても構わない。

図１を参照して、工作機械１０は、ワーク１の向きを変更するための回動台１６およびテーブル旋回台１７を備えるが、この形態に限られず、工具の底刃にて加工を行うことができる任意の工作機械を用いることができる。

図１９に、他の工作機械１０の概略斜視図を示す。他の工作機械１０の移動装置は、ロータリワークヘッド７１を備える。ワーク１は、保持部材７２を介してロータリワークヘッド７１に支持されている。ロータリワークヘッド７１が駆動することにより、ワーク１をＡ軸７３の周りに回転させることができる。フライスカッタ２０は、矢印１０３に示すように回転するように形成されている。フライスカッタ２０は、Ｙ軸およびＺ軸の方向に移動可能に形成されている。このような工作機械においても、上記の実施の形態と同様のワーク１の側面の加工を行うことができる。

上記の実施の形態においては、第１の回転工具はエンドミルであり、第２の回転工具はフライスカッタであるが、この形態に限られず、回転軸周りに回転しながら加工を行う回転工具を用いることができる。

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、請求の範囲に示される変更が含まれている。

１ ワーク
１ａ〜１ｄ 側面
２ 回転軸
１０ 工作機械
２０ フライスカッタ
２２ 本体部
２２ａ 底面
２３ 切削部
２３ａ 底刃
２４ 回転軸
４１ エンドミル
５４ 入力数値データ
５５ 制御装置
５６ 数値データ読取部
６０ 経路設定部
６２ 出力数値データ
７１ ロータリワークヘッド

本発明の工作機械の制御装置は、ワークに対して回転工具を相対移動させながらワークを加工する工作機械の制御装置であって、ワークの外形に沿った回転工具の側刃にて加工を行う工具経路を含む入力情報を読み取る入力情報読取部と、入力情報読取部により読み取った入力情報を変換して回転工具の底刃にて加工を行う工具経路を生成する経路設定部とを備える。

上記発明においては、経路設定部は、入力情報を変換し、回転工具の側刃の回転半径よりも直径の大きな回転工具の底刃にて加工を行う工具経路を生成することができる。

上記発明においては、経路設定部は、ワークの加工面に対して回転工具の底面が傾斜するように回転工具をワークに対して相対的に傾斜させて加工を行う工具経路を生成することができる。

上記発明においては、入力情報読取部は、回転工具の側刃にて加工を行う工具経路を含む入力情報として第１の加工プログラムを読み込み、経路設定部は、回転工具の底刃にて加工を行う工具経路を含む第２の加工プログラムを出力することができる。

本発明の工作機械は、上述の工作機械の制御装置と、経路設定部により設定された工具経路に従ってワークに対して回転工具の底刃を相対移動させる移動装置とを備える。

Claims (5)

1. ワークに対して回転工具を相対移動させながら前記ワークを加工する工作機械の制御装置であって、
   前記ワークの輪郭を通る経路または前記ワークの外形に沿った第１の回転工具の工具経路を含む入力情報を読み取る入力情報読取部と、
   前記入力情報読取部により読み取った入力情報を変換して第２の回転工具の底刃にて加工を行う工具経路を生成する経路設定部とを備えることを特徴とする、工作機械の制御装置。
2. 前記入力情報読取部は、前記第１の回転工具の側刃にて加工を行う工具経路を含む前記入力情報を読み取るように形成されており、
   前記経路設定部は、前記入力情報を変換し、前記第１の回転工具よりも直径の大きな前記第２の回転工具の前記底刃にて加工を行う工具経路を生成する、請求項１に記載の工作機械の制御装置。
3. 前記経路設定部は、前記ワークの加工面に対して前記第２の回転工具の底面が傾斜するように前記第２の回転工具を前記ワークに対して相対的に傾斜させて加工を行う工具経路を生成する、請求項１に記載の工作機械の制御装置。
4. 前記入力情報読取部は、前記第１の回転工具の工具経路を含む入力情報として第１の加工プログラムを読み込み、
   前記経路設定部は、前記第２の回転工具の底刃にて加工を行う工具経路を含む第２の加工プログラムを出力する、請求項１に記載の工作機械の制御装置。
5. 請求項１に記載の工作機械の制御装置と、
   前記経路設定部により設定された工具経路に従ってワークに対して前記第２の回転工具を相対移動させる移動装置とを備える、工作機械。

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