KR102645501B1 - 워크의 가공 방법 및 워크의 가공 장치 - Google Patents
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Abstract
가공 장치(1)는, 공구(3)의 반구 형상의 중심을 기준으로 한 복수의 각도 방향에 있어서의, 이상 윤곽선(P1)과 실윤곽선(P3)의 위치 어긋남을 보정하는 보정값을 산출하기 위한 위치 어긋남 검출부(131)와, 공구(3)에 의한 가공점이, 워크(5)의 가공점(T1)의 1점 가공으로부터, 제1 가공점(T1)과 제2 가공점(T2)의 2점 가공으로 이행할 때, 공구(3)와 제2 가공점(T2) 사이의 거리에 따라, 제2 가공점(T2)을 가공할 때의 위치 어긋남의 영향의 크기를 나타내는 제1 거리 효과 계수(Ed)를 산출하기 위한 거리 효과 계수 산출부(332)와, 공구(3)의 위치 어긋남을 보정하기 위한 위치 어긋남 보정부(331)를 구비한다. 위치 어긋남 보정부(331)는, 공구(3)에 의한 가공점이 1점 가공으로부터 2점 가공으로 이행할 때, 공구(3)와 제2 가공점(T2) 사이의 거리가 소정의 거리 이내에 접근한 때, 제1 가공점(T1)에 있어서의 보정값과, 제1 거리 효과 계수(Ed)에 기초하여 위치 어긋남을 보정한다.
Description
본 발명은, 워크의 가공 방법 및 워크의 가공 장치에 관한 것이다.
종래부터 NC 프로그램을 사용하여, 워크(가공 대상이 되는 재료)에 대하여 볼 엔드밀(선단부가 반구 형상인 공구, 이하, 단순히 「공구」라고 한다)을 위치 결정하여, 공구를 회전시켜 워크에 절삭 가공을 실시하기 위한 워크 가공 장치가 채용되고 있다.
이러한 가공 장치에 있어서는, 공구를 스핀들 등의 공구 보유 지지부에 척킹하여 고정하여, 워크에 대한 위치 결정을 행하고, 그 후, 절삭 가공을 실시한다. 이 때문에, 척킹의 불량 등에 기인하여, 공구를 공구 보유 지지부에 고정할 때 위치 어긋남이 발생하는 경우가 있다. 또한, 공구에 초기적인 형상 오차가 발생하는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 워크에 대하여 정확한 절삭 위치로 공구를 이동시킬 수 없게 되어, 고정밀도의 절삭 가공을 할 수 없게 된다는 문제가 발생한다.
또한, 예를 들어 특허문헌 1에는, 공구를 사용하여 워크를 가공할 때, 마모에 의한 공구의 열화를 고려하여 공구(엔드밀)의 위치를 보정하는 것이 개시되어 있다. 즉, 특허문헌 1에는, 공구에 의한 워크의 가공이 진행됨에 따라 변화되는 공구 형상을 레이저로 스캔하여 형상 오차를 산출하고, 산출한 형상 오차에 기초하여, 공구 위치의 보정량을 연산하여, 공구 위치를 보정함으로써, 절삭면의 오차를 방지하는 것이 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 1에 개시된 기술은, 공구의 마모에 의한 열화의 보정이고, 공구의 형상 오차, 혹은 위치 결정 오차를 보정하는 것은 아니다. 또한, 특허문헌 1에서는, 공구가 워크의 1점에 접촉하여 워크를 가공할 때의 오차를 보정하는 것에 대하여 언급되어 있기는 하지만, 복수점(예를 들어, 2점)에 접촉하여 가공할 때의 오차를 보정하는 것에 대해서는 언급되어 있지 않다.
특허문헌 1의 가공 장치에서는, 공구(엔드밀)에 의한 워크의 가공점이 복수점인 경우에는, 공구(엔드밀)의 오차를 고정밀도로 보정할 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명은, 이러한 종래의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이고, 그 목적으로 하는 점은, 공구(볼 엔드밀)에 의한 워크의 가공점이 복수점인 경우에 있어서도, 워크를 고정밀도로 가공하는 것이 가능한 워크의 가공 방법 및 워크의 가공 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 워크의 가공 방법은, 워크를 원하는 형상으로 가공하기 위한 가공 방법이며, 하단이 반구 형상을 이루고, 회전축을 중심으로 하여 회전하여 상기 워크를 절삭 가공하는 엔드밀이, 공구 보유 지지부에 보유 지지되어 있을 때의 상기 엔드밀의 윤곽선인 실윤곽선과, 이상 형상의 상기 엔드밀의 윤곽선인 이상 윤곽선의 위치 어긋남을 검출하는 공정과, 상기 반구 형상의 중심을 기준으로 한 복수의 각도 방향에 있어서의, 상기 이상 윤곽선과 상기 실윤곽선의 상기 위치 어긋남을 보정하는 보정값을 산출하는 공정과, 상기 엔드밀에 의한 가공점이, 상기 워크의 제1 가공면에 있어서의 제1 가공점의 1점 가공으로부터, 상기 제1 가공점과 제1 가공면과는 다른 제2 가공면에 있어서의 제2 가공점의 2점 가공으로 이행할 때, 상기 엔드밀과 상기 제2 가공점 사이의 거리에 따라, 상기 제2 가공점을 가공할 때의 상기 위치 어긋남의 영향 크기를 나타내는 제1 거리 효과 계수를 산출하는 공정과, 상기 엔드밀에 의한 상기 1점 가공 시에는, 상기 보정값에 기초하여 상기 제1 가공점의 위치 어긋남을 보정하고, 상기 1점 가공으로부터 상기 2점 가공으로 이행할 때, 상기 엔드밀과 상기 제2 가공점 사이의 거리가 소정의 거리 이내에 접근한 때, 상기 제1 가공점에 있어서의 상기 보정값과 상기 제1 거리 효과 계수에 기초하여 상기 위치 어긋남을 보정하는 공정을 구비한다.
본 발명에 관한 워크의 가공 장치는, 워크를 원하는 형상으로 가공하기 위한 가공 장치이며, 하단이 반구 형상을 이루고, 회전축을 중심으로 하여 회전하여 상기 워크를 절삭 가공하기 위한 엔드밀과, 상기 엔드밀을 보유 지지하기 위한 공구 보유 지지부와, 상기 엔드밀이 상기 공구 보유 지지부에 보유 지지되어 있을 때의, 상기 엔드밀의 윤곽선인 실윤곽선과, 이상 형상의 상기 엔드밀의 윤곽선인 이상 윤곽선의 위치 어긋남을 검출하기 위한 위치 어긋남 검출부와, 상기 반구 형상의 중심을 기준으로 한 복수의 각도 방향에 있어서의, 상기 이상 윤곽선과 상기 실윤곽선의 위치 어긋남을 보정하는 보정값을 산출하고, 또한 산출한 보정값에 기초하여, 상기 엔드밀의 위치 어긋남을 보정하기 위한 위치 어긋남 보정부와, 상기 엔드밀에 의한 가공점이, 상기 워크의 제1 가공면에 있어서의 제1 가공점의 1점 가공으로부터, 상기 제1 가공점과 제1 가공면과는 다른 제2 가공면에 있어서의 제2 가공점의 2점 가공으로 이행할 때, 상기 엔드밀과 상기 제2 가공점 사이의 거리에 따라, 상기 제2 가공점을 가공할 때의 상기 위치 어긋남의 영향의 크기를 나타내는 제1 거리 효과 계수를 산출하기 위한 거리 효과 계수 산출부를 구비한다. 상기 위치 어긋남 보정부는, 상기 엔드밀에 의한 상기 1점 가공 시에는, 상기 보정값에 기초하여 상기 제1 가공점의 위치 어긋남을 보정하고, 상기 1점 가공으로부터 상기 2점 가공으로 이행할 때, 상기 엔드밀과 상기 제2 가공점 사이의 거리가 소정의 거리 이내에 접근한 때, 상기 제1 가공점에 있어서의 상기 보정값과 상기 제1 거리 효과 계수에 기초하여 상기 위치 어긋남을 보정한다.
본 발명에 관한 워크의 가공 방법 및 워크의 가공 장치에 의하면, 볼 엔드밀에 의한 워크의 가공점이 복수점인 경우에 있어서도, 워크를 고정밀도로 가공하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 실시 형태에 관한 워크의 가공 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 블록도이다.
도 2는 공구(볼 엔드밀)에 의해 워크를 가공하는 양태를 도시하는 설명도이다.
도 3의 (a)는 정지한 공구의 이상 윤곽선에 대한 실제의 윤곽선과의 윤곽 오차를 도시하는 설명도이고, 도 3의 (b)는 실제의 공구를 회전시킨 때의 실윤곽선과 이상 윤곽선의 윤곽 오차를 도시하는 설명도이다.
도 4는 공구에 발생하는 각도마다의 윤곽 오차를 도시하는 설명도이다.
도 5는 워크의 가공 경로를 따라 공구가 이동하는 양태를 도시하는 설명도이다.
도 6은 공구에 의한 가공 위치의 좌표의 식을 나타내는 도면이고, 윤곽 오차에 의한 보정이 되어 있지 않은 가공 위치의 좌표를 도시한다.
도 7은 공구에 의한 가공 위치의 좌표의 식을 나타내는 도면이고, 윤곽 오차에 의한 보정 후의 가공 위치의 좌표를 도시한다.
도 8은 1점 가공으로부터 2점 가공으로 이행할 때의, 공구에 의한 워크의 가공 위치를 도시하는 설명도이고, 도 8의 (a)는 공구가 가공점 Tt1에 접근하는 양태를 도시하고, 도 8의 (b)는 공구가 가공점 Tt1에 도달했을 때 발생하는 파고들어감의 양태를 도시하고, 도 8의 (c)는 파고들어감을 회피하기 위한 보정의 양태를 도시하고, 도 8의 (d)는 구체적인 보정의 양태를 도시한다.
도 9의 (a), 도 9의 (b)는, 도 8의 (d)에 도시한 보정을 실시할 때의, 공구의 위치 좌표를 도시하는 도면이다.
도 10의 (a) 내지 도 10의 (c)는, 공구에 윤곽 오차가 발생하고 있을 때의, 워크의 가공점을 도시하는 설명도이다.
도 11의 (a), 도 11의 (b)는, 공구의 실윤곽선이 이상 윤곽선보다도 돌기되어 있을 때의, 공구에 의한 가공 위치를 도시하는 설명도이다.
도 12는 공구의 실윤곽선과 이상 윤곽선이 일치하고 있을 때와, 실윤곽선이 이상 윤곽선보다도 작을 때와, 실윤곽선이 이상 윤곽선보다도 클 때의 가공의 양태를 도시하는 설명도이다.
도 13은 공구와 워크의 거리의 이상값과, 실제의 수치의 관계를 나타내는 그래프이고, Sa는 실윤곽선과 이상 윤곽선이 일치하고 있을 때, Sb는 실윤곽선이 이상 윤곽선보다도 작을 때, Sc는 실윤곽선이 이상 윤곽선보다도 클 때를 나타낸다.
도 14는 거리 효과 계수를 사용하여, 도 13에 도시하는 Sa, Sb, Sc의 각 그래프를 보정한 그래프이다.
도 15는 가공점으로부터의 거리 Da와 거리 효과 계수 Ed의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16은 도 14와 도 15에 나타낸 그래프를 대비하여 나타내는 그래프이다.
도 17은 공구에 의한 가공점이 제1 가공면 M1로부터 제2 가공면 M2로 이행할 때의, 공구와 워크의 위치 관계를 도시하는 설명도이다.
도 18은 공구의 가공 위치를 거리 효과 계수를 사용하여 보정한 좌표의 식을 나타내는 도면이다.
도 19는 도 18에 나타낸 식에 구체적인 거리 효과 계수의 수치를 대입한 식을 나타내는 도면이다.
도 20은 제1 실시 형태에 관한 워크의 가공 장치의, NC 프로그램을 보정하는 처리 수순을 도시하는 흐름도이다.
도 21은 공구의 윤곽 오차를 1°보다도 작은 단위로 설정할 때의 양태를 도시하는 설명도이다.
도 22의 (a) 내지 도 22의 (c)는, 워크에 존재하는 3개의 면의 3점 가공을 실시하는 가공면을 도시하는 설명도이다.
도 23의 (a)는, 도 22의 (c)에 도시한 3개의 면 중, 제1 가공면의 법선과 제2 가공면의 법선을 포함하는 평면 S를 도시하는 설명도이고, 도 23의 (b)는 공구를 평면 S 상의 이동 벡터에 의해 보정한 양태를 도시하는 설명도이다.
도 24의 (a), 도 24의 (b)는, 공구를 이동 벡터에 의해 보정한 때의, 공구와 제3 가공면의 괴리를 도시하는 설명도이다.
도 25는 도 24의 (b)에 도시한 괴리를 보정하는 벡터를 도시하는 설명도이다.
도 26의 (a), 도 26의 (b)는, 공구의 윤곽 오차에 의해, 공구가 제3 가공면에 파고들어갈 때의 보정 벡터 VcA3을 도시하는 설명도이다.
도 27의 (a), 도 27의 (b)는, 평면 S에 수직인 보정 벡터의 산출 방법을 도시하는 설명도이다.
도 28의 (a) 내지 도 28의 (c)는, 공구가 제3 가공면에 파고들어갈 때의 보정을 도시하는 설명도이다.
도 29는 제1 가공면과 제2 가공면의 보정 처리에 기인하여 발생하는 제3 가공면으로의 파고들어감을 해소하기 위한 보정 벡터의 식을 나타내는 도면이다.
도 30은 제3 가공면의 보정 벡터의 식을 나타내는 도면이다.
도 31은 도 30의 (12)식에 나타내는 일부의 항을 전개한 식을 나타내는 도면이다.
도 32는 도 31의 (13)식에 나타내는 일부의 항을 전개한 식을 나타내는 도면이다.
도 33은 최종적인 보정 벡터의 X, Y, Z좌표를 전개한 식을 나타내는 도면이다.
도 34는 최종적인 보정 벡터를 통합한 식을 나타내는 도면이다.
도 2는 공구(볼 엔드밀)에 의해 워크를 가공하는 양태를 도시하는 설명도이다.
도 3의 (a)는 정지한 공구의 이상 윤곽선에 대한 실제의 윤곽선과의 윤곽 오차를 도시하는 설명도이고, 도 3의 (b)는 실제의 공구를 회전시킨 때의 실윤곽선과 이상 윤곽선의 윤곽 오차를 도시하는 설명도이다.
도 4는 공구에 발생하는 각도마다의 윤곽 오차를 도시하는 설명도이다.
도 5는 워크의 가공 경로를 따라 공구가 이동하는 양태를 도시하는 설명도이다.
도 6은 공구에 의한 가공 위치의 좌표의 식을 나타내는 도면이고, 윤곽 오차에 의한 보정이 되어 있지 않은 가공 위치의 좌표를 도시한다.
도 7은 공구에 의한 가공 위치의 좌표의 식을 나타내는 도면이고, 윤곽 오차에 의한 보정 후의 가공 위치의 좌표를 도시한다.
도 8은 1점 가공으로부터 2점 가공으로 이행할 때의, 공구에 의한 워크의 가공 위치를 도시하는 설명도이고, 도 8의 (a)는 공구가 가공점 Tt1에 접근하는 양태를 도시하고, 도 8의 (b)는 공구가 가공점 Tt1에 도달했을 때 발생하는 파고들어감의 양태를 도시하고, 도 8의 (c)는 파고들어감을 회피하기 위한 보정의 양태를 도시하고, 도 8의 (d)는 구체적인 보정의 양태를 도시한다.
도 9의 (a), 도 9의 (b)는, 도 8의 (d)에 도시한 보정을 실시할 때의, 공구의 위치 좌표를 도시하는 도면이다.
도 10의 (a) 내지 도 10의 (c)는, 공구에 윤곽 오차가 발생하고 있을 때의, 워크의 가공점을 도시하는 설명도이다.
도 11의 (a), 도 11의 (b)는, 공구의 실윤곽선이 이상 윤곽선보다도 돌기되어 있을 때의, 공구에 의한 가공 위치를 도시하는 설명도이다.
도 12는 공구의 실윤곽선과 이상 윤곽선이 일치하고 있을 때와, 실윤곽선이 이상 윤곽선보다도 작을 때와, 실윤곽선이 이상 윤곽선보다도 클 때의 가공의 양태를 도시하는 설명도이다.
도 13은 공구와 워크의 거리의 이상값과, 실제의 수치의 관계를 나타내는 그래프이고, Sa는 실윤곽선과 이상 윤곽선이 일치하고 있을 때, Sb는 실윤곽선이 이상 윤곽선보다도 작을 때, Sc는 실윤곽선이 이상 윤곽선보다도 클 때를 나타낸다.
도 14는 거리 효과 계수를 사용하여, 도 13에 도시하는 Sa, Sb, Sc의 각 그래프를 보정한 그래프이다.
도 15는 가공점으로부터의 거리 Da와 거리 효과 계수 Ed의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16은 도 14와 도 15에 나타낸 그래프를 대비하여 나타내는 그래프이다.
도 17은 공구에 의한 가공점이 제1 가공면 M1로부터 제2 가공면 M2로 이행할 때의, 공구와 워크의 위치 관계를 도시하는 설명도이다.
도 18은 공구의 가공 위치를 거리 효과 계수를 사용하여 보정한 좌표의 식을 나타내는 도면이다.
도 19는 도 18에 나타낸 식에 구체적인 거리 효과 계수의 수치를 대입한 식을 나타내는 도면이다.
도 20은 제1 실시 형태에 관한 워크의 가공 장치의, NC 프로그램을 보정하는 처리 수순을 도시하는 흐름도이다.
도 21은 공구의 윤곽 오차를 1°보다도 작은 단위로 설정할 때의 양태를 도시하는 설명도이다.
도 22의 (a) 내지 도 22의 (c)는, 워크에 존재하는 3개의 면의 3점 가공을 실시하는 가공면을 도시하는 설명도이다.
도 23의 (a)는, 도 22의 (c)에 도시한 3개의 면 중, 제1 가공면의 법선과 제2 가공면의 법선을 포함하는 평면 S를 도시하는 설명도이고, 도 23의 (b)는 공구를 평면 S 상의 이동 벡터에 의해 보정한 양태를 도시하는 설명도이다.
도 24의 (a), 도 24의 (b)는, 공구를 이동 벡터에 의해 보정한 때의, 공구와 제3 가공면의 괴리를 도시하는 설명도이다.
도 25는 도 24의 (b)에 도시한 괴리를 보정하는 벡터를 도시하는 설명도이다.
도 26의 (a), 도 26의 (b)는, 공구의 윤곽 오차에 의해, 공구가 제3 가공면에 파고들어갈 때의 보정 벡터 VcA3을 도시하는 설명도이다.
도 27의 (a), 도 27의 (b)는, 평면 S에 수직인 보정 벡터의 산출 방법을 도시하는 설명도이다.
도 28의 (a) 내지 도 28의 (c)는, 공구가 제3 가공면에 파고들어갈 때의 보정을 도시하는 설명도이다.
도 29는 제1 가공면과 제2 가공면의 보정 처리에 기인하여 발생하는 제3 가공면으로의 파고들어감을 해소하기 위한 보정 벡터의 식을 나타내는 도면이다.
도 30은 제3 가공면의 보정 벡터의 식을 나타내는 도면이다.
도 31은 도 30의 (12)식에 나타내는 일부의 항을 전개한 식을 나타내는 도면이다.
도 32는 도 31의 (13)식에 나타내는 일부의 항을 전개한 식을 나타내는 도면이다.
도 33은 최종적인 보정 벡터의 X, Y, Z좌표를 전개한 식을 나타내는 도면이다.
도 34는 최종적인 보정 벡터를 통합한 식을 나타내는 도면이다.
이하, 실시 형태에 관한 워크의 가공 방법 및 워크의 가공 장치를 도면을 참조하여 설명한다.
[제1 실시 형태의 설명]
도 1은, 제1 실시 형태에 관한 가공 방법이 채용되는 워크의 가공 장치(1)(이하, 단순히 「가공 장치(1)」라고 약칭한다)의 구성을 모식적으로 도시하는 설명도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 가공 장치(1)는, 기대가 되는 베드(19)와, 베드(19)의 상면에 마련된 테이블(21)과, 베드(19)의 측부로부터 베드(19)를 넘도록 배치된 정면에서 보아 역U자 형상을 이루는 칼럼(23)과, 칼럼(23)의 상부 중앙 부근에 배치된 주축 지지체(25)를 구비한다.
또한 이하에는, 베드(19)의 상면에 설정하는 일 방향을 X축 방향(전후 방향)이라고 하고, 베드(19)의 상면에서 X축 방향과 직교하는 방향을 Y축 방향(좌우 방향)이라고 하고, 베드(19)의 상면에 대하여 직교하는 방향(즉, 법선 방향)을 Z축 방향이라고 정의하기로 한다. X축, Y축, Z축은 직교 좌표계이다.
테이블(21)은 워크 보유 지지부(7)를 구비한다. 워크 보유 지지부(7)는, 가공 장치(1)에 의한 가공 대상이 되는 워크(5)를 고정한다. 테이블(21)은, 리니어 가이드 베어링(도시하지 않음)을 통해 베드(19)에 지지되어 있고, 리니어 모터 등의 액추에이터(도시하지 않음)에 의해, 베드(19)에 대하여 X축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 즉, 테이블(21)을 제어함으로써, 워크(5)를 베드(19) 상에 있어서의 X축 상의 원하는 위치에 위치 결정할 수 있다.
칼럼(23)은, 베드(19)와 일체로 형성되어 있다. 칼럼(23)의 상부 중앙 부근에는, 하우징 형상을 이루는 주축 지지체(25)가 마련되어 있다. 주축 지지체(25)의 하면에는, 주축 하우징(27)이 마련되어 있다.
주축 하우징(27)의 하면 적소에는, 하단부가 반구 형상으로 형성된 볼 엔드밀(3)(엔드밀, 이하 「공구」라고 약칭한다)을 고정하여 회전시키기 위한 스핀들(29)이 마련되어 있다.
스핀들(29)에는, 공구 보유 지지부(9)가 마련되어 있고, 공구 보유 지지부(9)에 의해 공구(3)를 탈착하는 것이 가능하게 되어 있다. 즉, 워크(5)를 가공하는 양태에 따라, 원하는 공구를 설치하는 것이 가능하다. 공구(3)는 스핀들(29)의 Z축 방향의 원하는 위치에 위치 결정된다. 또한, 스핀들(29)은 Z축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 따라서, 스핀들(29)을 제어함으로써, 공구(3)의 Z축 방향의 위치를 위치 결정할 수 있다.
또한, 주축 하우징(27)은, 리니어 가이드 베어링(도시하지 않음)을 통해 주축 지지체(25)에 지지되어 있다. 따라서, 공구(3)는 리니어 모터 등의 액추에이터(도시하지 않음)에 의해, Y축 방향으로 이동이 가능하게 되어 있다. 즉, 주축 하우징(27)을 제어함으로써, 공구(3)를 Y축 상의 원하는 위치에 위치 결정할 수 있다.
이와 같이, 테이블(21), 주축 하우징(27) 및 스핀들(29)의 이동을 제어함으로써, 워크(5)와 공구(3)의 3차원적인 상대 위치를 설정할 수 있다. 즉, 공구(3)를 워크(5)의 원하는 가공 부위에 맞닿게 하여, 워크(5)를 절삭 가공하는 것이 가능하다.
도 2는, 절삭 가공 시에 있어서, 공구(3)가 워크(5)에 접하고 있는 양태를 도시하는 설명도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 공구(3)는, 회전시킨 때의 측면으로 보아 중심선 C1(중심축)을 회전축으로 하여 선대칭으로 되는 형상을 갖고 있다.
또한, 공구(3)는, 선단부(17)의 외주에 절삭날부(도시하지 않음)가 마련되어 있고, 절삭날부에 의해 워크(5)를 절삭 가공할 수 있다. 또한, 엔드밀(3)의 반구 형상의 중심을 C2로 한다.
공구(3)는, 상단부(도 2 중, 상측의 단부)가 공구 보유 지지부(9)에 척킹하여 고정된다. 그리고, 공구 보유 지지부(9)에서 보유 지지되어 있는 공구(3)는, Z축 방향의 중심선 C1을 중심으로 하여 회전함으로써, 절삭날부로 워크(5)를 절삭 가공한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 가공 장치(1)는, 테이블(21), 주축 하우징(27) 및 스핀들(29)의 이동 제어를 포함하는 가공 장치(1) 전체를 총괄적으로 제어하는 제어부(13)를 구비한다. 제어부(13)는, 위치 어긋남 검출부(131) 및 각종 데이터를 기억하기 위한 메모리(14)를 구비한다.
제어부(13)는, NC 프로그램에 기초하여 워크(5)를 고정한 테이블(21) 및 공구(3)를 고정한 스핀들(29)의 이동을 제어한다. 또한, 공구(3)의 회전을 제어한다. 또한, 제어부(13)는, 예를 들어 중앙 연산 유닛(CPU)이나, RAM, ROM, 하드 디스크 등의 기억 수단으로 이루어지는 일체형의 컴퓨터로서 구성할 수 있다.
NC 프로그램은, 워크(5)의 CAD 데이터(37)에 기초하여, CAM(39)에 의해 설정된다. NC 프로그램에는, 워크(5)에 대하여 상대적으로 공구(3)를 이동시킬 때의 가공 패스(41) 및 가공 패스(41)의 삼차원 좌표가 설정되어 있다. CAM(39)에 의해 설정된 NC 프로그램은 컴퓨터(33)로 송신된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 가공 장치(1)는, 공구(3)의 형상을 측정하기 위한 공구 형상 측정 장치(31)를 구비한다. 공구 형상 측정 장치(31)는, 예를 들어 레이저 측정기이고, 공구(3)의 측면 방향으로부터 레이저를 조사하고, 조사한 레이저를 수광함으로써 공구(3)의 형상을 측정할 수 있다. 위치 어긋남 검출부(131)는, 공구 형상 측정 장치(31)에서 측정된 공구(3)의 형상에 기초하여, 공구(3)의 윤곽선(이것을 「실윤곽선 P3」이라고 한다)을 산출한다.
즉, 위치 어긋남 검출부(131)는, 공구(3)가 공구 보유 지지부(9)에 보유 지지되어 있을 때의, 공구(3)의 윤곽선인 실윤곽선과, 이상 형상의 공구(3)의 윤곽선인 이상 윤곽선(이것을 「이상 윤곽선 P1」이라고 한다)의 위치 어긋남을 검출한다. 구체적으로, 공구(3)의 선단부의 반구 형상의 중심을 기준으로 한 복수의 각도 방향에 있어서의, 이상 윤곽선 P1과 실윤곽선 P3의 위치 어긋남을 보정하는 윤곽 오차의 보정값을 산출한다. 산출한 보정값을 메모리(14)에 기억한다.
컴퓨터(33)는 연산부(33a)를 갖고 있다. 연산부(33a)는, 공구(3)에 의해 워크(5)를 절삭 가공할 때의, NC 프로그램에 포함되는 가공 패스(41)를 보정하는 처리를 실시한다. 즉, 컴퓨터(33)의 연산부(33a)는, CAM(39)으로부터 가공 패스(41)를 포함하는 NC 프로그램을 취득하고, 또한 후술하는 처리에 의해 연산되는 보정값에 의해, 가공 패스(41)의 삼차원 좌표를 보정한다. 컴퓨터(33)의 연산부(33a)는, 보정값에 기초하여, NC 프로그램을 보정한다. 그리고, 보정 후의 가공 패스(43)에 의해, 공구(3)에 의한 워크(5)의 절삭 가공을 실시한다. 더 상세하게 설명하면, 연산부(33a)는, 위치 어긋남 보정부(331), 거리 효과 계수 산출부(332) 및 기억부(333)를 구비한다.
거리 효과 계수 산출부(332)는, 공구(3)에 의한 가공점이, 워크(5)의 제1 가공면에 있어서의 제1 가공점의 1점 가공으로부터, 제1 가공점과 제1 가공면과는 다른 제2 가공면에 있어서의 제2 가공점의 2점 가공으로 이행할 때, 공구(3)와 제2 가공점 사이의 거리에 따라, 제2 가공점을 가공할 때의 위치 어긋남의 영향의 크기를 나타내는 거리 효과 계수를 산출한다. 거리 효과 계수 산출부(332)는, 산출한 거리 효과 계수를 기억부(333)에 기억시킨다.
위치 어긋남 보정부(331)는, 제어부(13)의 메모리(14)에 기억되어 있는 윤곽 오차의 보정값 및 연산부(33a)의 기억부(333)에 기억되어 있는 거리 효과 계수에 기초하여, NC 프로그램을 보정한다. 위치 어긋남 보정부(331)는, 공구(3)에 의한 1점 가공 시에는, 윤곽 오차의 보정값에 기초하여 제1 가공점의 위치 어긋남을 보정하고, 1점 가공으로부터 2점 가공으로 이행할 때, 공구(3)와 제2 가공점 사이의 거리가 소정의 거리 이내에 접근한 때, 제1 가공점에 있어서의 윤곽 오차의 보정값과, 거리 효과 계수에 기초하여 위치 어긋남을 보정한다. 이렇게 하여, 윤곽 오차의 보정값 및 거리 계수에 따라 NC 프로그램이 보정된다.
이어서, 공구(3)의 이상 윤곽선 P1과, 공구(3)의 실윤곽선 P3의 위치 어긋남을 보정하는 처리에 대하여 설명한다.
공구(3)를 사용하여 실제로 워크(5)를 가공할 때는, 전술한 바와 같이, 공구(3)를 스핀들(29)에 고정할 때의 위치 어긋남이 발생하고, 또한 공구(3)에는 형상 오차가 존재한다. 따라서, 이상 윤곽선 P1과 실윤곽선 P3 사이에는, 오차(이것을 「윤곽 오차」라고 한다)가 발생한다. 이 윤곽 오차가 존재함으로써, 워크(5)의 가공 위치에 오차가 발생하여, 가공 정밀도가 저하된다. 제1 실시 형태에서는, 공구(3)에 발생하는 윤곽 오차를 보정하는 처리를 실시한다. 이하, 상세하게 설명한다.
도 3의 (a), 도 3의 (b)는 공구(3)의 외형을 도시하는 설명도이다. 도 3의 (a)에 있어서 파선으로 나타내는 곡선(부호 P1)은 정지한 이상적인 형상의 공구(3)의 외형 형상이고, 실선으로 나타내는 곡선(부호 P2)은 정지한 형상 오차가 있는 공구(3)의 외형 형상이다. 이상적인 형상의 공구(3)의 외형 형상을 이상 윤곽선 P1이라고 하고, 형상 오차가 있는 엔드밀의 외형 형상을 윤곽선 P2라고 한다. 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 윤곽선 P2는, 이상 윤곽선 P1에 대하여, 중심선 C1에 비해 극히 약간 우측으로 치우쳐 위치하고 있다. 또한, 도 3의 (a)에서는, 이상 윤곽선 P1과 윤곽선 P2의 어긋남양을 과장하여 도시하고 있다.
도 3의 (b)에서 파선으로 나타내는 곡선(부호 P1)은, 이상적인 형상의 공구(3)를 중심선 C1에서 회전시킨 때의 윤곽선(도 3의 (a)의 P1과 일치한다)을 나타내고, 실선으로 나타내는 곡선(부호 P3)은, 형상 오차가 있는 공구(3)를 중심선 C1에서 회전시킨 때의 윤곽선(이것을, 실윤곽선 P3이라고 한다)을 나타내고 있다. 도 3의 (a)에 도시한 윤곽선 P2가 이상 윤곽선 P1에 비해 치우쳐 있음으로써, 실윤곽선 P3은, 이상 윤곽선 P1보다도 반경이 크게 되어 있다. 또한, 도 3의 (b)는 일례이고, 실윤곽선 P3의 쪽이, 이상 윤곽선 P1보다도 작은 경우도 있다.
제1 실시 형태에서는, 이상 윤곽선 P1과 실윤곽선 P3의 차분인 윤곽 오차를 연산하고, 연산한 윤곽 오차의 데이터를 보정값으로 하여 도 1에 도시한 메모리(14)에 기억시킨다. 이 처리는, 도 1에 도시한 위치 어긋남 검출부(131)에 의해 실시된다. 이하, 윤곽 오차의 산출 방법에 대하여 설명한다.
[윤곽 오차의 산출]
도 2에 도시한 바와 같이, 워크(5)는 공구(3)의 선단부(17)에서 가공되므로, 공구(3)의 윤곽 오차는, 도 4에 도시한 바와 같이, 선단부(17)의 1/4의 원호(즉, 각도가 90°의 범위)로 구하면 되는 것으로 된다.
구체적으로는, 이상 윤곽선 P1에 있어서의 중심선 C1을 중심으로 하여, 이상 윤곽선 P1의 원호(1/4원의 원호)와, 실윤곽선 P3의 원호(1/4원의 원호)의 차분을 윤곽 오차로 하여 연산한다. 그리고, 이 윤곽 오차를 도 1에 도시한 메모리(14)에 기억시킨다.
보정값을 산출하는 처리를 실시하기 위한 초기적인 처리로서, 공구 형상 측정 장치(31)(도 1 참조)를 사용하여 공구(3)의 형상을 측정한다. 여기서는, 공구 형상 측정 장치(31)로서 레이저 측정기를 사용하는 예에 대하여 설명한다.
레이저 측정기는, 공구(3)의 측면 방향으로부터 레이저를 조사하고, 조사한 레이저를 수광함으로써 공구(3)의 형상을 측정한다. 그 결과, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 공구(3)의 윤곽선 P2가 얻어지고, 나아가서는 도 3의 (b)에 도시한 실윤곽선 P3을 구할 수 있다. 또한, 이상 윤곽선 P1은, 제어부(13)의 메모리(14)로부터 읽어낼 수 있다.
공구(3)의 위치 보정은, 공구(3)에 의해 가공하는 가공점 T1(도 2 참조, 상세는 후술한다)에 있어서의 단위 법선 벡터 V1과, 공구(3)의 윤곽 오차에 기초하여 실시된다. 이로써, X축 방향, Y축 방향, Z축 방향 중 적어도 하나의 방향에서, 공구(3)의 삼차원적인 위치를 보정할 수 있다. X축, Y축, Z축의 방향은, 단위 법선 벡터 V1에 의해 결정된다.
도 4는, 공구(3)의 원호의 각도(0° 내지 90°)와, 윤곽 오차를 보정하기 위한 보정값의 관계를 도시하는 설명도이다. 도 4에서는, 공구(3)의 원호에 있어서의 이상 윤곽선 P1 및 실윤곽선 P3을 도시하고 있다. 도 4에 있어서, 연직 방향을 각도 0°로 하고, 수평 방향을 각도 90°로 하고 있다. 또한, 도 4에서는, 일례로서, 원호의 중심선 C1을 기준으로 한 0° 내지 45°의 범위에 있어서, 실윤곽선 P3이 이상 윤곽선 P1보다도 외측으로 돌기되어 있고, 45° 내지 90°의 범위에 있어서, 실윤곽선 P3이 이상 윤곽선 P1보다도 오목하게 되어 있는 형상을 도시하고 있다.
그리고, 도 4에 도시한 바와 같이, 원호의 중심선 C1로부터 공구(3)의, 90° 원호의 외형을 향해 연장되는 10개의 직선 L00 내지 L90을, 각도 10° 간격으로 설정한다. 각도 10° 간격의 각도 방향으로 직선을 설정한다. 공구(3)의 중심선 C1과 직선 L00의 교차 각도는 0°이다. 즉, 직선 L00과 중심선 C1은 평행(동일 직선)이다.
또한, 중심선 C1과 직선 L10과 교차 각도는 10°이다. 마찬가지로, 중심선 C1과 직선 L20 내지 직선 L90과 교차 각도는 20° 내지 90°이다. 즉, 중심선 C1에 평행한 방향이 0°이고, 중심선 C1에 직교하는 방향이 90°이고, 각도 10°의 각도 방향마다 복수의 직선이 설정된다.
여기서, 직선 L00과 이상 윤곽선 P1의 교점을 교점 Q00a라고 한다. 마찬가지로, 직선 L10, L20, ‥, L90과 이상 윤곽선 P1의 교점을, 각각 교점 Q10a, Q20a, ‥, Q90a로 한다. 한편, 각 직선 L00, L10, L20, ‥, L90과, 실윤곽선 P3의 교점을 각각, 교점 Q00b, Q10b, Q20b, ‥, Q90b로 한다. 따라서, 각 직선에 있어서의 2개의 교점 사이의 거리(즉, 차분)가 윤곽 오차이므로, 이 수치를 「보정값」이라고 설정한다. 예를 들어, 직선 L10에 있어서 「Q10b-Q10a」를 보정값으로서 설정한다.
그리고, 각 각도 방향의 보정값을, 참조 부호 #500, #510, ‥, #590으로 하여, 도 1에 도시하는 메모리(14)에 기억시킨다. 구체적으로, 「#500=Q00b-Q00a」라고 하고, 「#510=Q10b-Q10a」라고 하고, 이하 마찬가지로 하여, 「#590=Q90b-Q90a」라고 한다.
또한, 도 4에서는 번잡함을 피하기 위해, 각도 10° 간격의 직선 L00, L10, ‥, L90에 있어서 보정값을 산출하는 예에 대하여 도시하고 있지만, 실제로는 더 미세한 간격의 각도(예를 들어, 1°마다)로 보정값을 설정한다. 따라서, 각도 1° 간격마다의 보정값이, 참조 부호 #500, #501, #502, ‥, #589, #590으로 하여 메모리(14)에 기억된다.
즉, 도 4에 도시하는 이상 윤곽선 P1의 중심선 C1로부터 각도 1°마다 직선 L00 내지 L90을 긋고, 각 직선 상에 있어서 보정값을 산출한다. 산출한 보정값을, 참조 부호 #500, #501, #502, ‥, #589, #590으로 하여 메모리(14)에 기억시킨다. 그리고, 이 보정 처리에서 산출한 참조 부호 #500 내지 590을 사용하여 NC 프로그램의 삼차원 좌표를 보정한다.
이어서, 상술한 보정값을 사용하여, NC 프로그램의 삼차원 좌표를 보정하는 처리에 대하여 설명한다.
[삼차원 좌표의 보정]
우선, 전술한 도 1에 도시한 CAD 데이터(완성품으로서 워크(5)의 형상을 나타내는 데이터)(37)와, CAM(39)에서 작성된 NC 프로그램, 즉, 이상 형상의 엔드밀(3)로 워크를 가공할 때의 NC 프로그램에 기초하여, 워크(5)의 원하는 가공점(이것을, T1이라고 한다)에 있어서의 단위 법선 벡터 V1을 산출한다.
도 5는, 공구(3)에 의해 워크(5)를 가공할 때의, 공구(3)가 가공 패스를 따라 이동하는 양태를 도시하는 설명도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 공구(3)에 의해 워크(5)를 절삭 가공하는 경우에는, 공구(3)가 워크(5)에 접하는 점이 워크(5)의 가공점 T1로 된다. 그리고, 가공점 T1에 있어서의 단위 법선 벡터(이것을 V1이라고 한다)를 산출한다.
이 처리는, 예를 들어 컴퓨터(33)의 연산부(33a)(도 1 참조)에 의해 실행된다. 가공점 T1의 삼차원 좌표는, NC 프로그램으로부터 취득하는 것이나, 이상적인 공구(볼 엔드밀)가 장착되어 있을 때, 이 공구를 실제로 가공 패스를 따라 이동시킴으로써, 취득할 수 있다.
또한, 공구(3)를 사용하여 워크(5)를 절삭 가공할 때는, 워크(5)에 대하여 공구(3)가 X축, Y축, Z축 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동하고 있다. 즉, 절삭 가공이 진행됨에 따라 가공점 T1의 3차원 위치는 변화된다.
가공점 T1을 중심으로 하는 워크(5)의 표면은 평면, 혹은 곡면이다. 그러나, 극히 미소한 영역에 한정하면, 이 영역은 곡면이라도 평면으로 간주할 수 있다.
단위 법선 벡터 V1은, 상기한 미소한 영역(평면)에 대하여 직교하고 있는 벡터이고, X축, Y축, Z축의 각 방향의 성분을 갖고 있다. 또한, 단위 법선 벡터 V1의 스칼라양은 당연하지만 「1」이다. 바꾸어 말하면, 단위 법선 벡터 V1의 X축, Y축, Z축 방향의 성분이 되는 수치를 각각 2승하여 가산하고, 그 평방근(루트)을 연산하면 「1」로 된다.
그리고, 제1 실시 형태에서는, 전술한 참조 부호 #500, #501, ‥, #589, #590으로서 기억되어 있는 보정값(이상 윤곽선 P1과 실윤곽선 P3의 차분)을, 각 각도 방향의 어긋남양으로 한다. 그리고, 단위 법선 벡터 V1을, X축, Y축, Z축의 삼차원 방향의 성분에 벡터적으로 분해하여, 각 방향의 어긋남양을 연산한다. 이하, 도 6, 7에 나타내는 수식을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 6은, 공구(3)에 의한 절삭 가공하는 위치가, 가공점 f51, f52, f53, f54, f55의 순으로 이동한 때의 삼차원 좌표를 나타내고 있다. 이 삼차원 좌표는, 공구(3)가 이상 형상인 경우의 좌표를 나타내고 있다. 즉, NC 프로그램에 초기적으로 설정되어 있는 가공 패스의 삼차원 좌표를 나타내고 있다.
그리고, 제1 실시 형태에서는, 단위 법선 벡터 V1 및 전술한 각 참조 부호에 기초하여, 가공 패스의 삼차원 좌표를 보정한다. 구체적으로, 도 6에 나타내는 각 가공점 f51, f52, f53, f54, f55의 좌표를, 도 7에 나타내는 각 가공점 f61, f62, f63, f64, f65의 좌표로 보정한다. 즉, 도 7에 나타내는 연산식이 메모리(14)에 기억되어 있고, 이 연산식에 의해, 가공점 T1의 좌표를 보정한다.
구체적으로 설명하면, 예를 들어 도 6에 나타내는 가공점 f51에 있어서의 삼차원 좌표는 X=-1.60657, Y=-0.42583, Z=-1.09809이다. 한편, 이상 윤곽선 P1에 대하여, 실윤곽선 P3에 어긋남이 발생한 경우의 좌표는, 도 7에 나타내는 가공점 f61로 보정된다.
가공점 f51, f61은, 도 4에 도시하는 공구(3)에 의한 각도가 64°의 가공점인 것으로 한다. 따라서, 참조 부호 #564로서 기억되어 있는 보정값을 메모리(14)로부터 읽어내고, 또한, 이 보정값을 상술한 단위 법선 벡터에 기초하여, X축, Y축, Z축의 각 방향으로 분해하여, 각 축방향의 보정값을 산출한다. 그리고, 이 보정값에 의해, 보정 전의 가공점 f51의 삼차원 좌표를 보정하고, 도 7에 도시하는 가공점 f61의 삼차원 좌표를 산출한다.
이하, 도 7에 도시하는 가공점 f61의 연산식을 더 상세하게 설명한다. 가공점 f61에 있어서의 단위 법선 벡터 V1을 X축, Y축, Z축의 성분으로 분해함으로써, 예를 들어(X, Y, Z)=(-0.89101, 0.11528, -0.4391)이 얻어진다. 또한, 가공점의 각도가 64°인 점에서, 참조 부호 #564로서 기억되어 있는 보정값을 채용한다.
즉, 도 7의 「f61」에 나타내는 식의, X좌표의 보정값인 [-0.89101×#564]는, 참조 부호 #564로서 설정되어 있는 보정값에, 단위 법선 벡터 V1의 X축 방향의 성분인 「-0.89101」을 곱한 수치이다. 또한, Y좌표의 보정값인 [0.11528×#564]는, 참조 부호 #564로서 설정되어 있는 보정값에, 단위 법선 벡터 V1의 Y축 방향의 성분인 「0.11528」을 곱한 수치이다. Z좌표의 보정값인 [-0.4391×#564]는, 참조 부호 #564로서 설정되어 있는 보정값에, 단위 법선 벡터 V1의 Z축 방향의 성분인 「-0.4391」을 곱한 수치이다.
따라서, 도 7의 가공점 f61에 나타내는 삼차원 좌표는, 윤곽 오차에 기초하는 보정값을 반영한 좌표로 되어 있다. 이 좌표에 기초하여 공구(3)를 구동하여 절삭 가공을 실시함으로써, 이상 윤곽선 P1과 실윤곽선 P3 사이에 윤곽 오차가 발생하고 있는 경우라도, 이 윤곽 오차의 영향을 회피하여 고정밀도의 절삭 가공의 실시가 가능하다. 즉, 도 6에 도시한 가공점 f51의 삼차원 좌표를, 도 7에 도시한 가공점 f61의 삼차원 좌표로 보정함으로써, 워크(5)에 있어서의 가공점에 대하여, 공구(3)의 원하는 부위를 접촉시켜 워크(5)를 절삭 가공하는 것이 가능하게 된다.
[회피량의 설명]
상기한 윤곽 오차의 보정을 행함으로써, 워크(5)의 가공점과는 다른 점(접촉점)에 접촉하고, 이 접촉점에서 공구(3)가 파고들어가 워크(5)를 가공해 버리는 경우가 있다. 이 경우에는, 공구(3)와 접촉점의 접촉을 회피할 필요가 있다. 이하, 도 8의 (a) 내지 도 8의 (d), 도 9의 (a), 도 9의 (b)를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 8의 (a)에 이점쇄선으로 나타내는 선은, 윤곽 오차가 없는 이상 형상의 공구(3)의 윤곽선을 나타내고 있다. 도 8의 (a)에 실선으로 나타내는 선은, 윤곽 오차가 있는 공구(3)의 윤곽선을 나타내고 있다.
공구(3)에 의해, 도 8의 (a)에 도시하는 가공점 Tt1을 가공할 때, 윤곽 오차가 발생하고 있지 않으면, 즉 이상 형상이라면, 공구(3)는 가공점 Tt1에 접하여 절삭 가공을 행한다. 그러나, 도 8의 (a)의 실선에 나타내는 바와 같이 윤곽 오차가 발생하고 있는 경우에는, 공구(3)에 의한 가공 위치를 전술한 보정값에 의해 보정하게 된다.
이 때문에, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이 윤곽 오차를 갖는 공구(3)의 하단부가 가공점에 접하도록 보정된다. 그 결과, 워크(5)의 경사면의 접촉점 Tt2에서 공구(3)가 접촉하고, 또한 파고들어감부(45)가 발생해 버린다. 이 상태에서 절삭 가공을 하면, 워크(5)를 지나치게 깎아 버린다.
제1 실시 형태에서는, 이 간섭에 의한 불필요한 절삭 가공을 회피하기 위해, 도 8의 (c)에 도시한 바와 같이, 공구(3)의 위치를 보정한다. 구체적으로, 도 8의 (d)에 도시한 바와 같이, 가공점 Tt1과 접촉점 Tt2의 단위 법선 벡터에 의해 규정되는 평면에 존재하고, 가공점 Tt1의 단위 법선 벡터 VB에 대하여 직교하는 벡터 VA를 연산하여, 이 벡터 VA를 회피 벡터로 한다. 그리고, 공구(3)에 의한 가공 위치를 이 회피 벡터 VA로 보정함으로써, 접촉점 Tt2로의 파고들어감부(45)를 회피한다.
즉, 가공점 Tt1의 법선과 직교하는 방향으로 회피량 VA만큼 흐르게 하는 보정을 행함으로써, 파고들어감부(45)를 회피할 수 있다. 회피량 VA는, (가공점 Tt1의 보정량 VB×tanθ)로 산출할 수 있다. 「θ」는, 가공점 Tt1의 법선과, 접촉점 Tt2에 접하는 평면(가공점 Tt1을 포함하여 접촉점 Tt2의 법선과 직교하는 평면)의 교차 각도이다.
다시 설명하면, X축 방향, Y축 방향, Z축 방향에 있어서의 공구(3)의 좌표는, 도 9의 (a)의 (1), (2)의 기재에서 나타내는 것의 합으로 표시된다.
공구(3)의 X방향에 있어서의 좌푯값은, 도 9의 (b)의 좌푯값(연산식) f111로 표시된다. 좌푯값 f111에 있어서의 「0.123」은, 보정되기 전(윤곽 오차의 보정이 없을 때)의 공구(3)의 X축 방향의 좌푯값이다.
또한, 좌푯값 f111에 있어서, 「가공점 Tt1 보정량」에 나타내는 참조 부호 「#513」은, 전술한 도 4를 사용하여 설명한 바와 같은, 공구(3)의 가공점 Tt1에 있어서의 윤곽 오차(스칼라양)의 보정값이다. 좌푯값 f111에 있어서의 「0.216」은, 가공점 Tt1에 있어서의 단위 법선 벡터의 X방향 성분이다.
좌푯값 f111에 있어서, 「가공점 Tt1 회피량」에 나타내는 참조 부호 「#513」은, 도 4를 사용하여 설명한 바와 같은, 공구(3)의 가공점 Tt1에 있어서의 윤곽 오차(스칼라양)의 보정값이다. 좌푯값 f111에 있어서의 「-0.816」은, 가공점 Tt1에 있어서의 회피 벡터(단위 벡터)의 X방향 성분이다. 좌푯값 f111에 있어서의 「0.613」은, 상술한 tanθ의 값이다. 또한, Y축 방향, Z축 방향의 성분에 대해서도 마찬가지이다.
상술한 좌푯값 f111을 일반화하여 기재하면, 다음의 (1)식으로 된다.
[가공점이 1점 가공으로부터 2점 가공으로 이행할 때의 동작]
공구(볼 엔드밀)(3)에 의해, 예를 들어 2개의 가공면의 접합부 근방을 가공할 때는, 가공점이 1점 가공으로부터 2점 가공으로 이행하는 경우가 있다.
도 10의 (a) 내지 도 10의 (c)는, 공구(3)에 의해 워크(5)의 제1 가공점 T1을 가공하고, 그 후, 제2 가공점 T2의 가공으로 이행할 때의, 공구(3)의 동작을 도시하는 설명도이다. 도 10의 (a)는 공구(3)가 제1 가공점 T1을 가공하고 있는 양태를 도시하고, 도 10의 (b)는 공구(3)가 제1 가공점 T1과 제2 가공점 T2의 양쪽을 가공하고 있는 상태, 즉, 2점 가공의 상태를 도시하고 있다.
공구(3)에 윤곽 오차가 발생하고 있고, 예를 들어 도 10의 (c)에 도시한 바와 같이, 실윤곽선 H1(실선)이 이상 윤곽선 H0(파선)에 대하여 돌기되어 있는 경우에는, NC 프로그램에 의한 가공을 실시하면, 제1 가공점 T1만의 1점 가공을 실시하고 있을 때, 즉, 2점 가공으로 이행하기 전의 시점에서 공구(3)가 제2 가공점 T2에 접해 버려, 공구(3)가 워크(5)에 파고들어가 버린다.
예를 들어, 도 11의 (a)에 도시한 바와 같이, NC 프로그램에서는 공구(3)의 선단과 제2 가공점 T2의 거리가 7㎛인 경우이고, 공구(3)의 선단의 오차가 2㎛인 경우(2㎛ 돌기되어 있는 경우)에는, 공구(3)와 제2 가공점 T2 사이의 거리는, 5㎛로 된다. 또한, 도 11의 (b)에 도시한 바와 같이, 공구(3)의 선단의 오차가 7㎛를 초과하면, 공구(3)의 선단이 워크(5)에 접해 버려, 파고들어감이 발생해 버린다.
이 때문에, 제1 가공점 T1의 1점 가공으로부터, 제1 가공점 T1 및 제2 가공점 T2의 2점 가공으로 이행하는 경우에는, 공구(3)가 제2 가공점 T2에 접근하고 있는 것을 고려하여 공구(3)의 위치를 보정할 필요가 발생한다.
제1 실시 형태에서는, 공구(3)에 의해 제1 가공점 T1을 가공하고 있고, 그 후, 제1 가공점 T1과 제2 가공점 T2의 2점 가공으로 이행할 때, 공구(3)와 제2 가공점 T2 사이의 거리(접근 거리)에 따라 보정값을 연산한다. 구체적으로는, 공구(3)와 제2 가공점 T2 사이의 거리에 따라 변화되는 계수(이것을 「제1 거리 효과 계수 Ed」라고 한다)를 설정하고, 제1 거리 효과 계수 Ed에 따라, 공구(3)의 가공 위치를 보정한다. 제1 거리 효과 계수 Ed는 0 내지 1의 수치이다.
[제1 거리 효과 계수 Ed의 설명]
이어서, 제1 거리 효과 계수 Ed에 대하여 설명한다. 도 12는, 공구(3)의 이상 윤곽선 q1(파선)과 실윤곽선 q2(실선)에 의한 워크(5)의 가공을 도시하는 설명도이다. 도 12의 (a1)은, 이상 윤곽선 q1과 실윤곽선 q2가 일치하고 있는 경우, 도 12의 (a2)는, 이상 윤곽선 q1에 비해 실윤곽선 q2가 작은 경우(예를 들어, 5㎛만큼 작은 경우), 도 12의 (a3)은, 이상 윤곽선 q1에 비해 실윤곽선 q2가 큰 경우(예를 들어, 5㎛만큼 큰 경우)를 각각 나타내고 있다.
그리고, 도 12의 (a1) 내지 (a3)에 나타낸 형상의 실윤곽선 q2를 갖는 공구(3)로 워크의 가공면 M11을 가공하면, 도 12의 (b1) 내지 (b3)과 같이 된다. 구체적으로, 도 12의 (a1)에 도시한 바와 같이, 이상 윤곽선 q1과 실윤곽선 q2가 일치하고 있는 경우에는, 도 12의 (b1)에 도시한 바와 같이, 공구(3)는, 가공면 M11 상의 가공점에 정확하게 접한다. 한편, 도 12의 (a2)에 도시한 바와 같이, 이상 윤곽선 q1에 비해 실윤곽선 q2가 작은 경우에는, 도 12의 (b2)에 도시한 바와 같이, 공구(3)는 가공면 M11 상의 가공점에 도달하지 않는다. 또한, 도 12의 (a3)에 도시한 바와 같이, 이상 윤곽선 q1에 비해 실윤곽선 q2가 큰 경우에는, 도 12의 (b3)에 도시한 바와 같이, 공구(3)는 가공면 M11의 가공점으로부터 내측으로 파고들어가 버린다.
이때의, 공구(3)와 워크(5)(가공면 M11)의 거리의 관계를 그래프에 나타내면, 도 13과 같이 된다. 도 13에 있어서 횡축은 공구(3)와 워크(5)의 거리의 이상값을 나타내고, 종축은 공구(3)와 워크(5)의 실제의 거리(실제값)를 나타내고 있다. 그래프 Sa는, 도 12의 (a1)에 도시한 바와 같이 공구(3)가 이상 윤곽선인 경우를 나타내고, 그래프 Sb는, 도 12의 (a2)에 도시한 바와 같이 공구(3)의 실윤곽선이 작은 경우를 나타내고, 그래프 Sc는, 도 12의 (a3)에 도시한 바와 같이 공구(3)의 실윤곽선이 큰 경우를 나타내고 있다.
그래프 Sb, Sc가 그래프 Sa에 근접하도록 보정하면, 가공면 M11에 대한 공구(3)의 윤곽 오차를 보정할 수 있다. 제1 실시 형태에서는, 도 14에 도시한 바와 같이, 공구(3)와 가공면 M11의 거리에 따라, 서서히 윤곽 오차를 작게 해 가고, 공구(3)와 가공면 M11의 거리가 제로로 된 시점에서, 윤곽 오차를 제로로 하는 제1 거리 효과 계수 Ed를 설정한다. 그리고, 윤곽 오차(보정값)에 제1 거리 효과 계수 Ed를 곱함으로써, 도 14의 그래프 Sb1, Sc1이 되도록 보정값을 변화시킨다.
이때, 그래프 Sb, Sc로부터 그래프 Sb1, Sc1을 생성하기 위해, 이하에 나타내는 (2)식에 기초하여, 제1 거리 효과 계수 Ed를 산출한다.
(2)식에 있어서, 「Da」는 이상 형상의 공구(3)와 가공면 M11의 거리를 나타내고, 「exp」는 지수 함수를 나타낸다. 또한, (2)식에 나타내는 연산식은 일례이고, 다른 연산식으로 제1 거리 효과 계수 Ed를 산출하는 것도 가능하다.
상기 (2)식을 그래프로 나타내면, 도 15에 나타내는 그래프 F1과 같이 된다. 도 15에 있어서, 횡축은 이상 상태의 공구(3)와 워크(5)의 거리 Da를 나타내고 있고, 종축은 제1 거리 효과 계수 Ed를 나타내고 있다. 그래프 F1로부터 이해되는 바와 같이, 제1 거리 효과 계수 Ed는, 「0 내지 1」의 범위에서 변화되는 계수이고, 공구(3)와 워크(5)의 거리가 짧아질수록, 변화율(그래프의 경사)이 크게 되어 있다.
제1 거리 효과 계수 Ed를 고려함으로써, 공구(3)와, 워크(5)의 가공면 M11 사이에 오차가 발생하고 있는 경우라도, 접근 거리에 따라 보정값을 서서히 변화시켜, 공구(3)와 가공면 M11이 접하도록 하므로, 1점 가공으로부터 2점 가공으로 이행할 때 공구(3)의 보정값이 급격하게 변화되는 것을 회피한다.
더 상세하게 설명하면, 공구(3)에 의해 워크(5)의 가공면 M11을 가공할 때는, 미리 측정한 공구(3)의 윤곽 오차에 기초하여, 예를 들어 공구(3)의 직경이 이상값보다도 5㎛만큼 작은 경우에는, 참조 부호 #50A에는, 「+0.005」가 기억되어 있다. 또한, 공구(3)의 직경이 이상값보다도 5㎛만큼 큰 경우에는, 참조 부호 #50A에는, 「-0.005」가 기억되어 있다. 또한, 「#50A」란, 전술한 #500 내지 #590 중, 가공점 T2가 가공면 M11에 접할 때의, 가공점 T1의 각도(0° 내지 90°)이다. 예를 들어, 1°라면 「#501」이라고 하게 된다.
그리고, 도 15에 도시하는 그래프 F1을 참조하면, Da=0의 경우, 즉, 공구(3)가 가공점 T2에 접하여 워크(5)를 가공하고 있는 경우에는, Ed=1로 된다. 따라서, 공구(3)가 이상값보다도 5㎛만큼 큰 경우에는, 보정값은 -5㎛이다.
Da=10㎛의 경우에는, Ed=0.4096으로 되고, 공구(3)가 이상값보다도 5㎛만큼 큰 경우에는, 보정값은 -2.048㎛로 된다(도 14 참조).
Da=3㎛의 경우에는, Ed=0.81314로 되고, 공구(3)가 이상값보다도 5㎛만큼 큰 경우에는, 보정값은 -4.066㎛로 된다(도 14 참조).
특히, 상기한 Da=3㎛의 경우이고, 공구(3)가 이상값에 비해 5㎛만큼 큰 경우에는, 보정이 없으면 「3-5=-2」로 되어, 2㎛의 파고들어감으로 되어 버린다. 그러나, 제1 거리 효과 계수 Ed를 곱함으로써, -4.066㎛만큼 보정되므로, 파고들어감을 회피할 수 있다.
제1 거리 효과 계수 Ed의 설정은, 거리가 제로에 가까워짐에 따라, 기울기가 커지도록 설정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도 16에 도시한 바와 같이, 공구(3)로부터 워크(5)까지의 거리가 먼 영역 γ1에서는 기울기가 작고, 중간의 영역 β1에서는 기울기가 서서히 커지고, 또한 가공점까지의 거리가 가까운 영역 α1에서는 기울기의 변화가 커지도록 설정한다. 즉, 제1 거리 효과 계수 Ed는, 소정의 거리로부터 제2 가공점 T2에 근접함에 따라, 증가율이 서서히 증가하도록 변화되게 된다. 이와 같이 함으로써, 제1 거리 효과 계수 Ed에 의한 영향을 서서히 크게 하는 것이 가능하게 된다.
[1점 가공으로부터 2점 가공으로 이행할 때의 좌표의 연산]
이어서, 공구(3)에 의한 워크(5)의 가공점이 1점으로부터 2점으로 이행하는 경우의, 공구(3)의 좌표의 보정에 대하여 설명한다. 도 17에 도시한 바와 같이, 공구(3)에 의해 워크(5)에 있어서의 제1 가공점 T1을 가공하고 있는 상태로부터, 공구(3)가 제2 가공점 T2에 접근하는 경우의, 공구(3)의 X, Y, Z좌표의 보정에 대하여 설명한다.
도 17에 도시하는 제1 가공면 M1 상의 제1 가공점 T1의 단위 법선 벡터를 (i1, j1, k1)로 하고, 제1 가공점 T1의 보정량을 #50B로 한다. 「#50B」란, 전술한 #500 내지 #590 중, 제1 가공점 T1에 대응하는 각도(0° 내지 90°)이다. 즉, 공구(3)가 제1 가공점 T1에 접한 때의 공구(3)의 점과, 도 4에 도시한 중심 C2를 연결하는 직선의, 중심선 C1을 기준으로 한 각도이다.
또한, 제2 가공면 M2 상의 제2 가공점 T2의 단위 법선 벡터를 (i2, j2, k2)로 하고, 제2 가공점 T2의 보정량을 #50A로 한다. 「#50A」에 대해서도 마찬가지로 #500 내지 #590 중, 제2 가공점 T2에 대응하는 각도(0° 내지 90°)의 수치이다.
또한, 제1 가공점 T1의 회피 벡터를 (i11, j11, k11)로 하고, 제1 가공점 T1의 법선과, 제2 가공점 T2에 접하는 평면의 교차 각도를 「θ」로 한다(도 8 참조). 또한, 제2 가공점 T2의 회피 벡터를 (i22, j22, k22)로 한다.
그러면, 보정 후의 X좌표, Y좌표, Z좌표는, 도 18의 (3)식에 나타낸 바와 같이 산출된다. 도 18에 있어서, Px, Py, Pz는, 3차원 좌표의 이상값을 나타내고 있다. 또한, 도 18에 있어서, 괄호 내의 제1 항에 나타내는 r1은, 제1 가공점 T1의 보정량을 나타낸다. 제2 항에 나타내는 r2는, 제2 가공점 T2의 보정량을 나타낸다. 제3 항에 나타내는 r3은, 제1 가공점 T1의 회피량(제1 회피량)을 나타낸다. 제4 항에 나타내는 r4는, 제2 가공점 T2의 회피량(제2 회피량)을 나타낸다.
예를 들어, 공구(3)가 제2 가공점 T2에 접근한 때의 거리가 10㎛인 경우에는, 도 15에 도시한 바와 같이, 「제1 거리 효과 계수 Ed=0.4096」으로 된다. 따라서, 도 18에 나타낸 식 (3)식은, 도 19에 나타낸 (4)식과 같이 된다.
이와 같이, 공구(3)에 의한 가공점이 제1 가공점 T1의 1점 가공으로부터, 제1 가공점 T1과 제2 가공점 T2의 2점 가공으로 이행할 때, 공구(3)가 제2 가공점 T2에 접근할 때의 거리에 따라 도 15의 그래프 F1에 나타낸 바와 같이, 제1 거리 효과 계수 Ed를 변화시키고 있다. 따라서, 1점 가공으로부터 2점 가공으로 이행할 때, 보정에 의한 급격한 공구(3)의 위치 변동이 발생하는 것을 회피할 수 있다. 이 때문에, 안정적으로 공구(3)에 의한 워크(5)의 가공을 실시하는 것이 가능하게 된다.
[NC 프로그램의 보정 처리의 설명]
이어서, 제1 실시 형태에 관한 가공 장치(1)에 의한 가공점의 보정 처리의 처리 수순을, 도 20에 도시하는 흐름도를 참조하여 설명한다. 도 20에 도시하는 처리는, 도 1에 도시하는 제어부(13) 및 컴퓨터(33)의 연산부(33a)에 의해 실행된다. 또한, 이하에 나타내는 처리는, 컴퓨터 프로그램으로서 컴퓨터(33)에 기억되어 있다.
우선, 도 20에 도시하는 스텝 S11에 있어서, 도 1에 도시하는 CAM(39)에 의해, 공구(3)의 가공 패스가 되는 NC 프로그램을 작성한다. 이때의 가공 패스는, 공구(3)가 공구 보유 지지부(9)의 스핀들(29)에 대하여 정확하게 장착되고, 또한 공구(3)에 형상 오차가 존재하지 않는 경우의 가공 패스이다.
스텝 S12에 있어서, 제어부(13)의 위치 어긋남 검출부(131)는, 공구(3)의 이상 윤곽선 P1을 산출한다. 이상 윤곽선 P1은, 메모리(14)에 기억되어 있는 이상적인 공구의 치수로부터 읽어낼 수 있다.
스텝 S13에 있어서, 위치 어긋남 검출부(131)는, 공구(3)의 실윤곽선 P3을 취득한다. 구체적으로, 레이저 측정기(도 1에 도시한 공구 형상 측정 장치(31))에 의해 공구(3)의 측면 방향으로부터 레이저를 조사하고, 공구(3)를 통과한 레이저를 검출함으로써, 윤곽선 P2를 산출할 수 있으므로, 이 윤곽선 P2에 기초하여 실윤곽선 P3을 산출한다(도 3의 (a), 도 3의 (b) 참조).
스텝 S14에 있어서, 위치 어긋남 검출부(131)는, 이상 윤곽선 P1과 실윤곽선 P3에 기초하여, 공구(3)의 원호 형상부의 각도 방향마다의 보정값을 산출하고, 또한 산출한 보정값을 참조 부호 #500 내지 590으로 설정한다(도 4 참조).
스텝 S15에 있어서, 연산부(33a)의 위치 어긋남 보정부(331)는, 워크(5)의 제1 가공점 T1에 있어서의 단위 법선 벡터 V1을 산출하고, 또한 참조 부호 #500 내지 #590에 기억되어 있는 보정값을 사용하여 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향의 가공점의 좌표를 보정한다. 구체적으로는, 공구(3)가 제1 가공점 T1에 접하는 위치인 가공 위치의 각도(0° 내지 90°)에 기초하여, 예를 들어 참조 부호 #564로 설정되어 있는 보정값을 취득한다. 또한, 단위 법선 벡터 V1을 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향의 성분으로 분해하고, 상기한 보정값을 곱함으로써, X축 방향, Y축 방향, Z축 방향의 가공점의 좌표를 보정한다.
스텝 S16에 있어서, 연산부(33a)의 거리 효과 계수 산출부(332)는, 공구(3)와 제2 가공점 T2 사이의 거리에 따른 제1 거리 효과 계수 Ed를 산출한다. 구체적으로는, 도 15에 도시한 그래프 F1에 기초하여, 제2 가공점 T2에 접근함에 따라 커지는 제1 거리 효과 계수 Ed(0 내지 1의 수치)를 산출한다.
스텝 S17에 있어서, 연산부(33a)의 위치 어긋남 보정부(331)는, 제1 거리 효과 계수 Ed를 사용하여 공구(3)에 의한 가공 위치의 좌표를 보정한다. 구체적으로, 도 18에 나타낸 (3)식에 기초하여, 공구(3)에 의한 가공 위치의, X좌표, Y좌표, Z좌표를 보정한다. 그 후, 본 처리를 종료한다.
이렇게 하여, 1점 가공으로부터 2점 가공으로 이행할 때, 공구(3)와 제2 가공점 T2 사이의 거리에 따른 보정값을 설정함으로써, NC 프로그램의 좌푯값을 적정한 수치로 보정할 수 있다. 그리고, 보정 후의 NC 프로그램을 사용한 제어를 실시함으로써, 안정적으로 워크(5)의 가공을 실시할 수 있는 것이다.
[제1 실시 형태의 효과 설명]
이와 같이, 제1 실시 형태에 관한 워크의 가공 장치(1)에서는, 공구(3)(볼 엔드밀)를 사용하여 워크(5)를 가공하고 있다. 그리고, 공구(3)에 의한 가공점이, 제1 가공점 T1의 1점 가공으로부터, 제1 가공점 T1과 제2 가공점 T2의 2점 가공으로 이행할 때는, 공구(3)가 제2 가공점 T2에 접근한 때의 거리에 따라, 제1 거리 효과 계수 Ed를 연산하고 있다. 그리고, 제1 거리 효과 계수 Ed에 따라 제2 가공점 T2에 의한 보정값을 변화시키고 있다.
따라서, 공구(3)가 제2 가공점 T2에 접근하면, 제2 가공점 T2에 의한 보정값이 고려되어 공구(3)에 의한 가공 위치가 보정된다. 이 때문에, 1점 가공으로부터 2점 가공으로 이행할 때, 공구(3)가 제2 가공점 T2에 도달하지 않는 것이나, 제2 가공점 T2로부터 워크(5)로 파고들어가서 가공하는 등의 문제의 발생을 회피할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에 관한 워크의 가공 장치(1)에서는, 1점 가공으로부터 2점 가공으로 이행할 때, 급격하게 제2 가공점 T2에 접하는 것을 회피할 수 있다. 이 때문에, 안정적인 워크(5)의 가공이 가능하게 된다.
또한, 제1 실시 형태에 관한 워크의 가공 장치(1)에서는, 도 18에 도시한 바와 같이, 보정 후의 가공 패스의 연산식이 메모리(14)에 기억되어 있고, 이 연산식에 참조 부호 #500 내지 #590을 대입하여 삼차원 좌표를 보정한다. 이 때문에, 가공 시에 있어서의 연산 부하를 경감할 수 있어, 워크(5)의 가공에 필요로 하는 시간을 단축화하는 것이 가능하게 된다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 공구(3)의 원호 형상부를 0 내지 90°의 범위에서 1°마다 보정값을 산출하는 예에 대하여 설명했지만, 예를 들어 도 21에 도시한 바와 같이, 각도 63.9°의 경우에는, 이것에 근접하는 63°의 참조 부호 #563과, 64°의 참조 부호 #564를 1대 9로 비례 배분하여 보정값을 구하도록 해도 된다. 이러한 방법을 채용함으로써, 더 고정밀도의 가공점의 보정 처리를 실시하는 것이 가능하게 된다.
[제2 실시 형태의 설명]
이어서, 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 제1 실시 형태에서는, 워크(5)에 존재하는 제1 가공면 M1 상의 제1 가공점 T1 및 제2 가공면 M2 상의 제2 가공점 T2의, 2점 가공을 실시할 때의 보정에 대하여 설명했다. 제2 실시 형태에서는, 3점 가공에 대하여 설명한다.
도 22는, 3점 가공할 때의 워크의 가공면의 구성을 도시하는 설명도이다. 도 22의 (a)에 도시한 바와 같이, 직육면체 형상의 워크(51)에 불균등한 V자 형상의 절입부(52)를 형성하고, 또한 도 22의 (b)에 도시한 바와 같이, 워크(51)의 절입부(52)에 비스듬한 방향으로부터 평판(53)을 삽입한 형상을 상정한다. 그리고, 도 22의 (c)에 도시한 바와 같이, 절입부(52) 및 평판(53)으로 둘러싸이는 3개의 면을, 각각 제1 가공면 M1, 제2 가공면 M2, 제3 가공면 M3으로 한다. 그리고, 제2 실시 형태에서는, 제1 가공면 M1 상의 가공점과 제2 가공면 M2 상의 가공점의 2점 가공으로부터, 제3 가공면 M3 상의 가공점(제3 가공점)을 더한 3점 가공으로 이행할 때의, 공구(3)의 보정값을 설정한다. 이하 상세하게 설명한다.
우선, 제1 가공면 M1과 제2 가공면 M2에 2점 가공을 상정하고, 제1 실시 형태의 방법을 채용하여, 공구(3)의 가공 위치를 보정한다. 이어서, 제1 가공면 M1과 제2 가공면 M2의 가공점 또는 접근점을 지나고, 또한 각 가공면 M1, M2의 가공점의 단위 법선 벡터에 의해 규정되는 평면 S(소정 평면)를 정의한다. 이때, 도 23의 (a)에 도시한 바와 같이, 평면 S에는 제1 가공면 M1, 제2 가공면 M2의 가공점의 단위 법선 벡터뿐만 아니라, 가공점 또는 접근점의 회피 벡터도, 평면 S 상을 타게 된다.
즉, 제1 가공면 M1과 제2 가공면 M2의 가공점의 보정에 사용하는 모든 벡터가 평면 S 상에 존재하게 된다. 즉, 제1 가공점 T1을 보정하는 보정 벡터와, 제2 가공점 T2를 보정하는 보정 벡터는, 평면 S 상에 존재하게 된다. 따라서, 도 23의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1 가공면 M1과 제2 가공면 M2에서의 가공 위치를 보정하는 처리에 있어서는, 공구(3)의 윤곽 오차가 어떤 요철을 갖고 있어도, 모든 보정 동작을 합성한 최종적인 가공 위치를 보정하기 위한 이동 벡터(이것을, 「이동 벡터 Vc12」라고 한다)도 평면 S 상에 존재하게 된다.
이어서, 공구(3)에 의한 제3 가공면 M3의 가공을 고려에 추가한다. 이때, 이하에 나타내는 (A), (B)를 보정할 필요가 있다.
(A) 종래부터 행하고 있던 제3 가공면 M3의 법선 방향의 보정.
(B) 제1 가공면 M1과 제2 가공면 M2의 보정 동작에 의해 발생한 제3 가공면 M3에 대한 파고들어감 또는 절입 부족의 해소.
도 24의 (a)는, 제1 내지 제3 가공면 M1 내지 M3을, 공구(3)의 축방향에서 본 천정도이다. 도 24의 (a)에 도시하는 벡터 Vc12는, 도 23의 (b)에 도시한 「이동 벡터 Vc12」를 나타내고 있다. 이동 벡터 Vc12는, 평면 S를 따르고 있다. 도 24의 (a)에 도시하는 제3 가공면 M3에 임의의 방향 Y1을 설정하고, 이 방향 Y1을 지나는 연직 방향의 평면의 법선 방향에서 본 도면을, 도 24의 (b)에 도시한다. 도 24의 (b)에 도시한 바와 같이, 공구(3)를 이동 벡터 Vc12를 따라 이동시킨 것에 의해, 공구(3)와 제3 가공면 M3 사이에, 제3 가공면 M3의 법선 방향을 향하는 괴리 벡터 Vne3이 발생하고 있다.
여기서, 제3 가공면 M3의 단위 법선 벡터를 Vun3으로 하면, 괴리 벡터 Vne3은, 이동 벡터 Vc12와, 상기한 단위 법선 벡터 Vun3의 내적으로 산출할 수 있다. 즉, 「Vne3=Vc12·Vun3」으로 산출할 수 있다. 단 「·」은 벡터의 내적을 나타낸다. 또한, 괴리 벡터 Vne3의 방향은, 단위 법선 벡터 Vun3의 방향과 동일하다.
그리고, 이상 상태(이동 벡터 Vc12가 제로인 상태)에 있어서, 공구(3)가 제3 가공면 M3에 접하고 있는 것이라면, 괴리 벡터 Vne3을 그대로 역의 방향으로 이동시키면, 제1 가공면 M1과 제2 가공면 M2 사이에서 실시한 보정에 의한 영향을 해소할 수 있다. 즉, 도 25에 도시한 바와 같이, 괴리 벡터 Vne3의 역방향이 되는 벡터 VcB3을 설정한다.
이어서, 상술한 (A)에 나타낸 보정을 행한다. 구체적으로는, 제1 실시 형태에서 나타낸 보정과 마찬가지로, 제3 가공면 M3에 공구(3)가 접근, 혹은 파고들어가는 것이라면, 제3 가공면 M3의 법선 방향을 향해 공구(3)를 이동시키기 위한 보정값을 연산한다. 이 벡터를 VcA3으로 한다. 예를 들어, 도 26의 (a)에 도시한 바와 같이, 공구(3)가 제3 가공면 M3에 파고들어가는 경우에는, 도 26의 (b)에 도시한 바와 같이, 공구(3)를 벡터 VcA3만큼 이동시키면, 파고들어감을 회피할 수 있다.
그리고, 전술한 벡터 VcB3과 벡터 VcA3을 합성한 벡터 Vc3을 산출한다. 즉, (벡터 Vc3)=(벡터 VcA3)+(벡터 VcB3)이다. 합성한 벡터 Vc3이, 제3 가공면 M3을 가공하기 위해 필요한 보정 벡터이다.
여기서, 제1 가공면 M1과 제2 가공면 M2 사이에서는, 공구(3)의 윤곽 오차에 기인하는 보정이 완료되어 있으므로, 새롭게 공구(3)의 가공 위치에 보정을 더하면, 상기한 보정이 무너진다는 우려가 발생한다. 그러나, 전술한 바와 같이, 제1 가공면 M1과 제2 가공면 M2 사이의 최종적인 이동 벡터, 즉, 도 23의 (b)에 도시한 이동 벡터 Vc12는, 평면 S상의 벡터였다. 따라서, 평면 S에 직교하는 방향(평면 S의 법선 방향)으로의 이동이라면, 이동 벡터 Vc12는 영향을 받지 않는다. 따라서, 제1 가공면 M1과 제2 가공면 M2 사이에서의 보정에 영향을 미치지 않는다.
따라서, 도 27의 (a), 도 27의 (b)에 도시한 바와 같이, 벡터 Vc3(VcB3과 VcA3의 합성 벡터)이 평면 S의 법선 방향의 벡터로 변환할 수 있으면 된다. 이 법선 방향의 벡터를 「VcS3」으로 한다.
여기서, 벡터 Vc3과 벡터 VcS3의 방향은, 모두 CAD 데이터로부터 취득할 수 있고, 사전에 산출하는 것이 가능하다. 따라서, 벡터 VcS3의 크기를, 벡터 Vc3의 크기(정부의 부호를 포함한다)로부터 구하면 된다.
도 28의 (a) 내지 도 28의 (c)에 도시한 바와 같이, 벡터 Vc3과 벡터 VcS3이 이루는 각도를 θ2로 하면, 이하의 (5)식이 얻어진다.
여기까지에서, 벡터 VcS3의 크기(부호를 포함한다)가 구해지고, 또한 벡터 VcS3의 방향은 CAD 데이터로부터 취득할 수 있으므로, 벡터 VcS3이 확정된다.
따라서, 제1 가공면 M1, 제2 가공면 M2, 제3 가공면 M3 모두에 대한 보정을 고려한 보정 벡터, 즉, 「벡터 Vc12+벡터 VcS3」을 얻을 수 있었다.
벡터 Vc12는, 전술한 제1 실시 형태에서 구해져 있으므로, 이하에는, 구체적으로 「벡터 VcS3」을 산출하는 수순에 대하여 설명한다.
공구(3)가 제1 가공면 M1과 제2 가공면 M2의 2점 접촉으로 워크(5)를 가공하는 경우에는, 전술한 도 18에 나타낸 (3)식에 의해, X, Y, Z의 각 좌표를 보정한다. 그리고, 상술한 벡터 Vc12의 X축 성분을 Vc12x, Y축 성분을 Vc12y, Z축 성분을 Vc12z로 하면, 도 18에 나타낸 (3)식은, 다음의 (6)식으로 된다.
3개의 가공면 M1, M2, M3의 3점 접촉으로 워크(5)를 가공하는 경우에는, 상술한 벡터 VcS3이 더해지게 된다. 벡터 VcS3의 X축 성분을 VcS3x, Y축 성분을 VcS3y, Z축 성분을 VcS3z로 하면, X, Y, Z좌표는, 다음의 (7)식으로 된다.
따라서, (7)식을 구체적인 NC 프로그램으로 할 수 있으면, 공구(3)에 의한 3점 접촉의 가공을 실시할 수 있다.
최초에, 공구(3)와 제3 가공면 M3 사이의 거리에 따라 변화되는 계수인 제2 거리 효과 계수 Ed3을 산출한다. 제2 거리 효과 계수 Ed3의 산출 방법은 전술한 제1 거리 효과 계수 Ed의 산출 방법과 마찬가지이고, 제2 거리 효과 계수 Ed3은 「0 내지 1」의 범위에서 변화되는 변수이다. 또한, 공구(3)가 제3 가공면 M3에 접촉한 경우에는, Ed3=1이다.
제2 거리 효과 계수 Ed3이 산출되면, 상술한 (A)에 나타낸 법선 방향의 보정을 행한다. 구체적으로, 공구(3)의 제3 가공면 M3에 대한 보정 벡터를 산출한다. 이 보정 벡터의 X, Y, Z성분을 각각, VcAx, VcAy, VcAz로 한다. 또한, 제3 가공면 M3의 가공점에 있어서의 단위 법선 벡터의 X, Y, Z성분을 각각 i3, j3, k3으로 하고, 공구(3)가 제3 가공면 M3에 접촉하는 각도에 따른 참조 부호를, #50D로 하면, 상술한 보정 벡터는 다음의 (8)식으로 산출할 수 있다.
이어서, 상술한 (B)에 나타낸 제1 가공면 M1과 제2 가공면 M2의 보정 동작에 의해 발생한 제3 가공면 M3에 대한 파고들어감, 또는 절입 부족을 해소하는 처리를 행한다.
도 23에 도시한 바와 같이, 제1 가공면 M1과 제2 가공면 M2의 최종적인 이동 벡터 Vc12와, 제3 가공면 M3의 단위 법선 벡터의 내적(이것을, 「IPS3c12」로 한다)을 역방향으로 한 것이, 파고들어감 또는 절입 부족을 해소하기 위한 보정 벡터로 된다. 이 벡터를 「VcB3」으로 하면, 벡터 VcB3의 X, Y, Z성분 VcB3x, VcB3y, VcB3z는, 도 29에 나타내는 (9)식으로 산출할 수 있다. 단, (9)식에 있어서, 「IPS3c12=i3×Vc12x+j3×Vc12y+k3×Vc12z」이다.
상술한 (8)식 및 (9)식을 합성하여, 제3 가공면 M3에 대한 공구(3)의 보정 벡터 Vc3(Vc3x, Vc3y, Vc3z)을 산출한다. 즉, 이하의 (10)식을 사용하여, 보정 벡터 Vc3을 산출한다.
이어서, 보정 벡터 Vc3을, 평면 S의 법선 방향의 벡터로 변환하고, 이것을 벡터 VcS3으로 한다.
이때, 평면 S의 단위 법선 벡터(즉, 벡터 VcS3의 방향)는 사전에 얻어진다. 그러나, 벡터 VcS3의 크기 |VcS3|은, 「|Vc3|/cosθ2」를 구하는 계산을 NC 프로그램으로서 기술해야 한다. 특히, 벡터의 크기(스칼라)의 계산은, X, Y, Z의 각 성분의 제곱합의 평방근을 연산함으로써 산출할 수 있다. 그러나, 이 연산은 NC 프로그램의 1행에 채워넣기에는 지나치게 길다.
그래서, 벡터 VcS3과, 자신의 단위 벡터(i3, j3, k3)의 내적을 연산하면, 「cos(0°)=1」이기 때문에, 스칼라를 연산할 수 있다. 또한, 벡터 VcS3의 부호(Sign(VcS3))도 상실되지 않는다. 즉, 다음의 (11)식이 얻어진다.
평면 S의 단위 법선 벡터를 i4, j4, k4로 하고, 제3 가공면 M3과 평면 S가 이루는 각도를 θ2로 하여, 제3 가공면 M3의 최종적인 보정 벡터 Vc3을 전개하면, 도 30에 나타내는 (12)식으로 된다. 단, i4, j4, k4의 방향은, 제3 가공면 M3의 법선과 가까운 방향, 즉, 제3 가공면 M3의 법선의 내적이 정으로 되는 방향이다.
도 30에 나타낸 (12)식으로부터 이해되는 바와 같이, 「Vc3x×i3+Vc3y×j3+Vc3z×k3」의 항은, X, Y, Z축에 관계없이 공통이다. 이 항을 전개하면, 도 31에 나타내는 (13)식으로 된다.
또한, (13)식에 나타낸 「IPS3c12」를 전개하면, 도 32에 나타내는 (14)식으로 된다.
따라서, 도 30 내지 도 32에 나타내는 (12) 내지 (14)식에 의해, 벡터 VcS3이 전개되게 된다. 이들 식에 포함되는 항은, 각 면의 가공점의 단위 법선 벡터, 회피 벡터, 제1 거리 효과 계수, 제2 거리 효과 계수, 삼각함수, 가공 시에 결정되어 있는 참조 부호 #50A, #50C, #50D이고, 기지의 수치이다. 따라서, 공구(3)의 최종적인 「이동 벡터 VcS3」을 산출할 수 있다.
구체적으로 (7)식을, 전술한 (3)식 및 (12)식에 기초하여 전개하면, 도 33에 나타내는 (15) 내지 (18)식이 얻어진다.
또한, (15)식, (18)식을 참조하면, 도 34에 나타내는 (19)식으로 집약할 수 있다. (19)식에 있어서, Px, α, β, γ는 모두 실수값이다. 따라서, 실가공 시에 있어서의 NC 프로그램에 의한 연산 부하가 높아지는 일이 없다.
이렇게 하여, 이동 벡터 VcS3을 사용하여, 공구(3)의 가공 위치를 보정함으로써, 공구(3)가 워크(5)의 3개의 면에 접하여 가공하는 경우에 있어서, 공구(3)의 윤곽 오차를 고려한 안정적인 가공을 행할 수 있는 것이다.
[제2 실시 형태의 효과의 설명]
이와 같이 하여, 제2 실시 형태에 관한 가공 장치에서는, 공구(3)가 워크(5)의 제1 가공면 M1과 제2 가공면 M2의 2점 가공으로부터, 제3 가공면 M3의 3점 가공으로 이행할 때, 평면 S에 대하여 법선 방향이 되는 벡터를 산출하고, 이 벡터를 보정함으로써, 공구(3)와 제3 가공면 M3의 간섭을 회피하고 있다.
또한, 2점 가공으로부터 3점 가공으로 이행할 때, 공구(3)(엔드밀)와 제3 가공점의 거리가 소정의 거리 이내에 접근한 때, 제1 가공점에 있어서의 보정값과, 제2 가공점에 있어서의 보정값과, 제3 가공점에 있어서의 보정값과, 제1 거리 효과 계수와, 제2 거리 효과 계수에 기초하여 위치 어긋남을 보정한다.
따라서, 공구(3)에 의한 제1 가공면 M1과 제2 가공면 M2의 2점 가공으로부터, 제3 가공면 M3을 포함하는 3점 가공으로 이행할 때, 공구(3)가 제3 가공면 M3에 파고들어가거나, 혹은 절입 부족을 해소하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 3점 가공에 있어서도 고정밀도로 워크(5)를 가공하는 것이 가능하게 된다.
이상, 실시 형태를 기재했지만, 이 개시의 일부를 이루는 논술 및 도면은 본 발명을 한정하는 것이라고 이해해서는 안된다. 이 개시로부터 당업자에게는 다양한 대체의 실시 형태, 실시예 및 운용 기술이 명확해질 것이다.
Claims (7)
- 워크를 원하는 형상으로 가공하기 위한 가공 방법이며,
하단이 반구 형상을 이루고, 회전축을 중심으로 하여 회전하여 상기 워크를 절삭 가공하기 위한 엔드밀이, 공구 보유 지지부에 보유 지지되어 있을 때의 상기 엔드밀의 윤곽선인 실윤곽선과, 이상 형상의 상기 엔드밀의 윤곽선인 이상 윤곽선의 위치 어긋남을 검출하는 공정과,
상기 반구 형상의 중심을 기준으로 한 복수의 각도 방향에 있어서의, 상기 이상 윤곽선과 상기 실윤곽선의 상기 위치 어긋남을 보정하는 보정값을 산출하는 공정과,
상기 엔드밀에 의한 가공점이, 상기 워크의 제1 가공면에 있어서의 제1 가공점의 1점 가공으로부터, 상기 제1 가공점과 제1 가공면과는 다른 제2 가공면에 있어서의 제2 가공점의 2점 가공으로 이행할 때, 상기 엔드밀과 상기 제2 가공점 사이의 거리에 따라, 상기 제2 가공점을 가공할 때의 상기 위치 어긋남의 영향의 크기를 나타내는 제1 거리 효과 계수를 산출하는 공정과,
상기 엔드밀에 의한 상기 1점 가공 시에는, 상기 보정값에 기초하여 상기 제1 가공점의 위치 어긋남을 보정하고, 상기 1점 가공으로부터 상기 2점 가공으로 이행할 때, 상기 엔드밀과 상기 제2 가공점 사이의 거리가 소정의 거리 이내에 접근한 때, 상기 제1 가공점에 있어서의 상기 보정값과 상기 제1 거리 효과 계수에 기초하여 상기 위치 어긋남을 보정하는 공정을
구비하고,
상기 제1 거리 효과 계수는, 상기 엔드밀이 상기 제2 가공점에 접근할수록, 커지도록 설정되어 있는, 가공 방법. - 제1항에 있어서, 상기 제1 거리 효과 계수는, 상기 소정의 거리로부터 상기 제2 가공점에 근접함에 따라, 증가율이 서서히 증가하도록 변화되는, 가공 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 가공점의 위치 어긋남을 보정한 때, 상기 엔드밀이 상기 제2 가공면에 접하는 경우에, 상기 제2 가공면에 파고들어감량을 제1 회피량으로 하여 연산하고,
상기 제2 가공점의 위치 어긋남을 보정한 때, 상기 엔드밀이 상기 제1 가공면에 접하는 경우에, 상기 제1 가공면에 파고들어감량을 제2 회피량으로 하여 연산하고,
상기 엔드밀에 의해 상기 제1 가공면, 제2 가공면을 가공할 때는, 상기 제1 회피량 및 제2 회피량에 기초하여, 상기 제1 가공면을 가공할 때의 상기 엔드밀의 위치 어긋남 및 상기 제2 가공면을 가공할 때의 상기 엔드밀의 위치 어긋남을 보정하는 공정을 더 구비한, 가공 방법. - 제1항에 있어서, 상기 엔드밀에 의한 가공점이, 상기 제1 가공면에 있어서의 제1 가공점과 상기 제2 가공면에 있어서의 제2 가공점의 2점 가공으로부터, 상기 제1 가공점과, 상기 제2 가공점과, 상기 제1 가공면과 상기 제2 가공면과는 다른 제3 가공면에 있어서의 제3 가공점을 포함하는 3점 가공으로 이행할 때는,
상기 제1 가공점을 보정하는 보정 벡터와 제2 가공점을 보정하는 보정 벡터를 포함하는 평면인 소정 평면을 정의하고, 상기 소정 평면에 직교하는 방향으로, 상기 제3 가공점에 있어서의 보정값을 산출하고, 상기 제3 가공점에 있어서의 상기 보정값에 기초하여 상기 위치 어긋남을 보정하는, 가공 방법. - 제1항에 있어서, 상기 엔드밀에 의한 가공점이, 상기 제1 가공면에 있어서의 제1 가공점과 상기 제2 가공면에 있어서의 제2 가공점의 2점 가공으로부터, 상기 제1 가공점과, 상기 제2 가공점과, 상기 제1 가공면과 상기 제2 가공면과는 다른 제3 가공면에 있어서의 제3 가공점을 포함하는 3점 가공으로 이행할 때는,
상기 엔드밀과 상기 제3 가공점 사이의 거리에 따라, 상기 2점 가공할 때의 상기 위치 어긋남의 영향의 크기를 나타내는 제2 거리 효과 계수를 산출하는 공정과,
상기 2점 가공으로부터 상기 3점 가공으로 이행할 때, 상기 엔드밀과 상기 제3 가공점의 거리가 소정의 거리 이내에 접근한 때, 상기 제1 가공점에 있어서의 상기 보정값과, 상기 제2 가공점에 있어서의 상기 보정값과, 상기 제3 가공점에 있어서의 상기 보정값과, 상기 제2 거리 효과 계수에 기초하여 상기 위치 어긋남을 보정하는 공정을 더 구비한, 가공 방법. - 워크를 원하는 형상으로 가공하기 위한 가공 장치이며,
하단이 반구 형상을 이루고, 회전축을 중심으로 하여 회전하여 상기 워크를 절삭 가공하기 위한 엔드밀과,
상기 엔드밀을 보유 지지하기 위한 공구 보유 지지부와,
상기 엔드밀이 상기 공구 보유 지지부에 보유 지지되어 있을 때의, 상기 엔드밀의 윤곽선인 실윤곽선과, 이상 형상의 상기 엔드밀의 윤곽선인 이상 윤곽선의 위치 어긋남을 검출하기 위한 위치 어긋남 검출부와,
상기 반구 형상의 중심을 기준으로 한 복수의 각도 방향에 있어서의, 상기 이상 윤곽선과 상기 실윤곽선의 위치 어긋남을 보정하는 보정값을 산출하고, 또한 산출한 보정값에 기초하여, 상기 엔드밀의 위치 어긋남을 보정하기 위한 위치 어긋남 보정부와,
상기 엔드밀에 의한 가공점이, 상기 워크의 제1 가공면에 있어서의 제1 가공점의 1점 가공으로부터, 상기 제1 가공점과 제1 가공면과는 다른 제2 가공면에 있어서의 제2 가공점의 2점 가공으로 이행할 때, 상기 엔드밀과 상기 제2 가공점 사이의 거리에 따라, 상기 제2 가공점을 가공할 때의 상기 위치 어긋남의 영향의 크기를 나타내는 제1 거리 효과 계수를 산출하기 위한 거리 효과 계수 산출부를
구비하고,
상기 제1 거리 효과 계수는, 상기 엔드밀이 상기 제2 가공점에 접근할수록, 커지도록 설정되어 있으며,
상기 위치 어긋남 보정부는, 상기 엔드밀에 의한 상기 1점 가공 시에는, 상기 보정값에 기초하여 상기 제1 가공점의 위치 어긋남을 보정하고, 상기 1점 가공으로부터 상기 2점 가공으로 이행할 때, 상기 엔드밀과 상기 제2 가공점 사이의 거리가 소정의 거리 이내에 접근한 때, 상기 제1 가공점에 있어서의 상기 보정값과 상기 제1 거리 효과 계수에 기초하여 상기 위치 어긋남을 보정하는, 가공 장치. - 삭제
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