WO2021171574A1

WO2021171574A1 - 加工方法、加工装置および加工プログラム

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Publication number: WO2021171574A1
Application number: PCT/JP2020/008388
Authority: WO
Inventors: 英二社本; 健宏早坂; 景伍宮川
Original assignee: 国立大学法人東海国立大学機構
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2021-09-02
Also published as: JP7289563B2; JPWO2021171574A1; US20220402085A1

Abstract

主軸モータ４０は、切削工具５０が取り付けられた主軸４６を回転させる。送り機構は、薄板工作物６２に対して切削工具５０を相対的に移動させる。加工装置１は、送り機構が薄板工作物６２に対して切削工具５０を立ち壁の高さ方向に送ることで、薄板工作物６２を突き加工する第１工程と、送り機構が薄板工作物６２に対して切削工具５０を立ち壁の幅方向または高さ方向に送ることで、薄板工作物６２を仕上げ加工する第２工程とを、繰り返し実施する。

Description

加工方法、加工装置および加工プログラム

　本開示は、切削加工により薄肉の立ち壁を形成する技術に関する。

　近年、航空機産業の発達により航空機部品の金属加工の需要が高まっている。機体を形成する構造部品の多くは、切削工具により、ブロック状のアルミニウム合金素材やチタン合金素材などから削り出される。構造部品の軽量化を実現するために、部品の駄肉を落とす高精度な加工が要求される。

　図１は、航空機部品であるウィングリブの構造例を示す。ウィングリブは強度と軽量化を両立するリブ構造を採用するが、薄肉リブの形成時、厚み方向に低剛性となることで、静たわみや振動が発生しやすくなる。特に再生びびり振動が発生すると、加工面にびびりマークと呼ばれる周期的な模様が発生して仕上げ面性状が悪化し、また工具の摩耗や欠損を引き起こす要因になる。

"切削加工におけるびびり振動の発生機構と抑制", 社本英二, 電気製鋼，技術解説第82巻2号 2011年, p.143-155

　図２は、再生びびり振動を伴うミリングプロセスの模式図を示す。ここでは被削材を加工して、薄肉のリブを形成するミリングプロセスを想定している。このようなミリングプロセスでは、一般に板厚方向（図２のｙ方向）以外の動剛性が十分に高く、エンドミルの動剛性はリブのそれに比べて十分に高いため、薄肉リブの板厚方向のコンプライアンス以外は相対的に十分に小さいと考えてよい。

　薄肉リブのミリング時の再生びびり振動の特性方程式は次式で表される。

　ここでａ_ｌｉｍは安定限界軸方向切込み（安定限界切削幅とも呼ぶ）、Ｋ_ｔはエンドミル接線方向の比切削抵抗、μ_ｒは重複率（現在の振動が存在する切削幅に対して過去の振動が存在する切削幅の割合の時間的な平均値であり、図２に示すミリングの場合、μ_ｒは概ね１）、ｉは虚数単位、ω_ｃはびびり振動の角周波数、Ｔは刃先通過周期、α_0yyはｙ方向（板厚方向）の振動変位によるｙ方向の（平均）切削力係数、Ｇ_yyはリブのｙ方向の動コンプライアンスである。式（１）より、Ｋ_ｔ、μ_ｒ、|α_0yy|、Ｇ_yyが小さいほど、安定限界ａ_ｌｉｍを大きくできることが分かる

　α_0yyは次式で表される。

　Ｎはエンドミルの刃数、θは瞬間的な切削角度、ｋ_ｒは切削力の分力比であって、Ｋ_ｒをエンドミル半径方向の比切削抵抗とすると、ｋ_ｒはＫ_ｒ／Ｋ_ｔで表される。θ_stとθ_exは切削開始角度と切削終了角度をそれぞれ表す。

　比切削抵抗Ｋ_ｒは、エンドミルの半径方向すくい角を０[deg]であると仮定（一般的には小さい）すると、切れ刃のすくい面に働く動的摩擦力のうち、エンドミルの半径方向に働く分力である。したがって、この分力が小さいほど、比切削抵抗Ｋ_ｒならびに分力比ｋ_ｒは小さくなる。また式（１）より、Ｋ_ｔ、μ_ｒ、|α_0yy|、Ｇ_yyが小さいほど、安定限界ａ_ｌｉｍを大きくできることを踏まえると、分力比ｋ_ｒが小さいほど安定な加工ができる。

　本開示は、再生びびり振動の発生を抑制して、リブ等の薄肉立ち壁を安定的に形成する加工技術を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本開示のある態様は、被削材を加工して立ち壁を形成する加工方法であって、被削材に対して切削工具を立ち壁の高さ方向に送って、被削材を突き加工する第１工程と、被削材に対して切削工具を立ち壁の幅方向または高さ方向に送って、被削材を仕上げ加工する第２工程とを含み、第１工程と第２工程を繰り返し実施することで立ち壁を形成する。本加工方法により形成する「立ち壁」の壁厚に対する高さの比（高さ／壁厚）は、５倍以上であってよく、さらに１０倍以上であってよい。

　本開示の別の態様は、被削材を加工して立ち壁を形成する加工装置であって、切削工具が取り付けられた主軸を回転させるモータと、被削材に対して切削工具を相対的に移動させる送り機構と、を備える。当該加工装置は、送り機構が被削材に対して切削工具を立ち壁の高さ方向に送ることで、被削材を突き加工する第１工程と、送り機構が被削材に対して切削工具を立ち壁の幅方向または高さ方向に送ることで、被削材を仕上げ加工する第２工程とを、繰り返し実施する。

航空機部品であるウィングリブの構造例を示す図である。再生びびり振動を伴うミリングプロセスの模式図である。実施形態の加工装置を示す図である。比較技術となる加工方法の概要を説明するための図である。形成された立ち壁を示す図である。比較技術の仕上げ加工工程で切削される薄板工作物の状態を模式的に示す図である。実施形態の粗加工工程における薄板工作物を示す図である。切削工具で突き加工する様子を示す図である。実施形態の粗加工工程で切削される薄板工作物の状態を模式的に示す図である。粗加工工程における２つの加工パス間に生じるカスプを示す図である。実施形態の仕上げ加工工程で切削される薄板工作物の状態を模式的に示す図である。曲線を組み合わせた加工パスの例を示す図である。湾曲形状の断面を有する薄肉立ち壁の粗加工工程を説明するための図である。湾曲形状の断面を有する薄肉立ち壁の仕上げ加工工程を説明するための図である。

　図３は、実施形態の加工装置１を示す。加工装置１は、工作機械装置１０および制御装置１００を備える。制御装置１００は、ＮＣ（numerical control）プログラムにしたがって工作機械装置１０を制御するＮＣ制御装置であってよく、工作機械装置１０は、ＮＣ制御装置によって制御されるＮＣ工作機械であってよい。加工装置１において、工作機械装置１０および制御装置１００は別体として構成され、ケーブル等により接続されてよいが、一体として構成されてもよい。

　工作機械装置１０は、本体部であるベッド部１２およびコラム部１４を備える。ベッド部１２上には、第１テーブル１６および第２テーブル１８が移動可能に支持される。第１テーブル１６は、ベッド部１２に形成されたレール部によりＹ軸方向に移動可能に支持され、第２テーブル１８は、第１テーブル１６に形成されたレール部によりＸ軸方向に移動可能に支持される。第２テーブル１８の上面にはワーク設置面が設けられ、ワーク（被削材）である薄板工作物６２は、ワーク設置面に固定される。薄板工作物６２は、ブロック状の金属素材をフライスカッター等により切削し、ベース上に起立する薄板を残して形成された被削材であってよい。実施形態の加工装置１は、薄板工作物６２の薄板を加工して、ベース上に立ち壁を形成する。

　Ｙ軸モータ２２はボールねじ機構を回転することで、第１テーブル１６をＹ軸方向に移動し、Ｘ軸モータ２０はボールねじ機構を回転することで、第２テーブル１８をＸ軸方向に移動する。Ｙ軸センサ３２は、第１テーブル１６のＹ軸方向の位置を検出し、Ｘ軸センサ３０は、第２テーブル１８のＸ軸方向の位置を検出する。

　第２テーブル１８の上方には、切削工具５０が取り付けられる主軸４６が設けられる。実施形態において、主軸４６に設けられたチャックには、側刃および底刃を備えたエンドミル工具が取り付けられる。主軸モータ４０は主軸４６を回転し、主軸センサ４２は主軸モータ４０の回転速度を検出する。主軸４６および主軸モータ４０は主軸支持部４４に固定される。

　主軸支持部４４は、その背面側でコラム部１４に形成されたレール部によりＺ軸方向に移動可能に支持される。Ｚ軸モータ２４はボールねじ機構を回転することで、主軸４６をＺ軸方向に移動する。Ｚ軸センサ３４は、主軸４６のＺ方向の位置を検出する。

　制御装置１００は、ＮＣプログラムにしたがってＸ軸モータ２０、Ｙ軸モータ２２、Ｚ軸モータ２４および主軸モータ４０を駆動制御する。制御装置１００は、Ｘ軸センサ３０、Ｙ軸センサ３２、Ｚ軸センサ３４および主軸センサ４２から、それぞれで検出された検出値を取得し、各モータの駆動制御に反映する。

　図３に示す工作機械装置１０では、薄板工作物６２がＸ軸モータ２０およびＹ軸モータ２２によってそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させられ、切削工具５０がＺ軸モータ２４によってＺ軸方向に移動させられるが、これらの移動は、切削工具５０と薄板工作物６２との間で相対的であればよい。つまり工作機械装置１０において、切削工具５０がＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させられ、薄板工作物６２がＺ軸方向に移動させられてもよい。このように切削工具５０と薄板工作物６２は、いずれが動かされるかは問題ではなく、各方向において相対的に移動できればよく、以下、切削工具５０と薄板工作物６２の相対的な移動を実現するための機構を総称して「送り機構」と呼ぶこともある。

　以下、リブなどの厚さの薄い壁部（以下「立ち壁」と呼ぶ）を形成する加工方法を提案する。まず実施形態の加工方法について説明する前に、実施形態の加工方法と対比するための比較技術について説明する。

＜比較技術＞
　図４（ａ）～（ｄ）は、比較技術となる加工方法の概要を説明するための図である。
　比較技術となる加工方法は、薄板工作物６２に「粗加工工程」と「仕上げ加工工程」とを交互に繰り返して、立ち壁を形成する。薄板工作物６２は、ベース上に起立する薄板を有する被削材である。比較技術では、粗加工工程および仕上げ加工工程の双方において、エンドミルを回転させながら、起立する薄板の幅方向（長手方向）に送り、薄板側面を、主としてエンドミルの側刃で切削する。

（粗加工工程）
　図４（ａ）は、粗加工工程における薄板工作物を、その幅方向から見た図を示し、図４（ｂ）は、粗加工工程における薄板工作物を、その上方から見た図を示す。比較技術による粗加工工程の加工パスでは、エンドミルの側刃を薄板側面に切り込ませた状態で、エンドミルが薄板の幅方向に送られる。図４（ａ）、（ｂ）においてハッチングされた箇所は、粗加工工程により切削される領域を示す。粗加工工程は、薄板工作物６２の薄板上方から左右両側面の少なくとも一方に対して実施される。

（仕上げ加工工程）
　図４（ｃ）は、仕上げ加工工程における薄板工作物を、その幅方向から見た図を示し、図４（ｄ）は、仕上げ加工工程における薄板工作物を、その上方から見た図を示す。比較技術による仕上げ加工工程の加工パスは、粗加工工程の加工パスと同様に、エンドミルの側刃を薄板側面に切り込ませた状態で、エンドミルが薄板の幅方向に送られる。図４（ｃ）、（ｄ）においてハッチングされた箇所は、仕上げ加工工程により切削される領域を示す。仕上げ加工工程は、粗加工工程により切削された薄板の加工面に対して実施される。仕上げ加工工程を実施することで、立ち壁の一層分が仕上げられる。

　薄板工作物６２の薄板は板厚方向の動剛性が低く、板厚方向に再生びびり振動が発生しやすい。そこで粗加工工程および仕上げ加工工程ともに、主として再生びびり振動による再生効果を抑制する目的で、軸方向切込量を所定量に制限する必要がある。そのため比較技術は、薄板工作物６２の薄板に対して軸方向切込量を制限した粗加工工程と仕上げ加工工程を繰り返し実施することで、薄板の上方から一層ずつ立ち壁を仕上げていく。

　図５（ａ）は、形成された立ち壁を、その幅方向から見た図を示し、図５（ｂ）は、形成された立ち壁を、その上方から見た図を示す。

　以下、比較技術における課題について検討する。
　図６は、比較技術の仕上げ加工工程で切削される薄板工作物の状態を模式的に示す。図４（ａ）～（ｄ）に示したように、比較技術の加工工程は、薄板の幅方向（長手方向）に沿って左右両側面に対して実施されるが、図６では、説明の簡略化のため、手前側の側面を仕上げ加工する様子を示し、裏側の薄板側面に関する図示を省略している。

　仕上げ加工工程中、薄板工作物６２は、エンドミルに対して、薄板の幅方向である送り方向７０に送られる。仕上げ加工対象領域８２は、今回の仕上げ加工工程の加工パスでエンドミルが切削する領域を示し、点線で示す略矩形断面の粗加工対象領域８０は、今回の仕上げ加工工程終了後に、粗加工工程でエンドミルが切削する領域を示す。斜めハッチングで示す領域７２は、エンドミルの１つの側刃が１回転の間に削り取る領域を示す。製品部７６は、仕上げ加工が完了した領域を示す。

　領域７２における瞬間的な切削断面積（＝軸方向切込量ａ（切削幅とも呼ぶ）×瞬間的な切取り厚さｈ（θ））に対して働く摩擦力（工具すくい面と切り屑の間に働く摩擦力）について検討する。Stablerの法則で知られるように、摩擦力は、切れ刃に垂直な方向に対して、切れ刃のねじれ角と同程度傾いた方向に働く（言い換えるとこの方向に切り屑が流出する）。比較技術における送り方向７０では、摩擦力の働く向きが、薄板の板厚方向に近い向きとなる。このことは、分力比ｋ_ｒが大きいことを意味する。

　この比較技術において、加工パスと振動方向を考えると、ある刃で削った際の薄板の振動による振動痕は、そのほとんどが次の刃により削り取られる。つまり重複率μ_ｒが大きい。この重複率μ_ｒは、びびり振動安定性を決める１つの因子であり、重複率μ_ｒが大きいほどびびり振動安定性は低くなる。

　また比較技術の加工方法では、立ち壁を上方から一層ごとに仕上げていく。そのため、ある層を削る際、その下方には余肉があるが、加振力を与えている高さ位置にほとんど余肉はないため、十分に剛性が高いとは言えない。このことは、コンプライアンスＧ_yyが大きいことを意味する。

　以上の検討により、比較技術には、分力比ｋ_ｒ、重複率μ_ｒ、コンプライアンスＧ_yyのそれぞれが大きくなることで、式１、式２に示したように、再生びびり振動が発生しやすい課題がある。再生びびり振動を抑制するためには、１層の軸方向切込量を安定限界以下にする必要があるため、高い加工能率は見込めない。また、分力比ｋ_ｒ、コンプライアンスＧ_yyが大きいことで、強制振動や静たわみが発生しやすく、板厚の高い加工精度を実現することが難しいという課題もある。

＜実施形態の加工方法＞
　以下、実施形態の加工方法について説明する。
　実施形態の加工方法は、比較技術と同じく、薄板工作物６２に「粗加工工程」と「仕上げ加工工程」とを交互に繰り返して、立ち壁を形成する。実施形態では、粗加工工程において、エンドミルを回転させながら、起立する薄板の高さ方向に送り、薄板上方から薄板の側部を、エンドミルの主に底刃で突き加工する。なお突き加工を行うと、隣り合う２つの加工パスの間にカスプ形状の理論粗さ（以下、単に「カスプ」と呼ぶ）が残る。そのため仕上げ加工工程では、突き加工の２つの加工パスの間のカスプを少なくとも除去する加工が行われる。具体的には、仕上げ加工工程において、エンドミルを回転させながら、薄板の幅方向（長手方向）に送り、薄板の側面を、エンドミルの主に側刃で切削する。

（粗加工工程）
　図７は、粗加工工程における薄板工作物を、その幅方向から見た図を示す。実施形態による粗加工工程の加工パスでは、エンドミルが、その回転軸を薄板の高さ方向に概ね平行とする姿勢で、薄板の高さ方向に送られる。粗加工工程を突き加工で実施することで、動的切削力の向きを薄板の低剛性な板厚方向に対して略９０度ずらし、薄板の加振を抑制する。図７においてハッチングされた箇所は、粗加工工程において切削される領域を示す。実施形態の粗加工工程は、薄板工作物６２の薄板上方から左右両側面に対して実施されるが、いずれか一方の側面に対してのみ実施されてもよい。

　図８は、切削工具５０で突き加工する様子を示す。工作機械装置１０において、主軸モータ４０が主軸４６および切削工具５０を回転している状態で、Ｚ軸モータ２４が主軸支持部４４を下方に移動させる。これにより切削工具５０が薄板工作物６２の薄板に上方から、その回転軸が薄板の高さ方向に概ね平行な姿勢で接触して、突き加工が実施される。

　図９は、実施形態の粗加工工程で切削される薄板工作物の状態を模式的に示す。図７に示したように、粗加工工程は、薄板の左右両側面に対して実施されてよいが、図９では、説明の簡略化のため、手前側の側面を粗加工する様子を示し、裏側の薄板側面に関する図示を省略している。

　実施形態の粗加工工程において、切削工具５０であるエンドミルは送り機構によって、薄板の高さ方向である送り方向１２０に送られる。切削工具５０は、スクウェアエンドミルであって、さらに突き加工を行うことに適した底刃をもつことが好ましい。領域１２４は、今回の粗加工工程の加工パスで切削工具５０が切削する領域を示し、斜めハッチングで示す領域１２２は、切削工具５０の主に１つの底刃が１回転で削り取る領域を示す。点線で示す粗加工対象領域１３０は、次回以降の粗加工工程の加工パスで切削工具５０が切削する領域を示す。仕上げ加工対象領域１３２は、粗加工工程の２つの加工パスの間に残るカスプである。製品部１２６は、仕上げ加工が完了した領域を示す。

　領域１２２における瞬間的な切削断面と底刃の角度（概ね周速方向に垂直）に着目すると、薄板の高さ方向に沿った加工パスでは、概ね高さ方向に摩擦力が働く（言い換えると概ね切れ刃に垂直な高さ方向に切り屑が流出する）。そのため摩擦力の向きを薄板の低剛性な板厚方向に対して略９０度ずらすことができ、分力比ｋ_ｒおよび板厚方向（低剛性方向）に働く力を小さくできる。なお突き加工中は、切削力の方向が回転に伴って大きく変わるため、切削開始から切削終了に渡って平均した値が、びびり振動に影響を与えると考えることができる。

　次に、このような加工パスでスクウェアエンドミルを用いることから、領域１２２の切削断面を見ると振動方向の幅ｈ（θ）が大きく、振動と垂直な方向の幅ａが小さい。さらに板厚方向の振動により１つの切れ刃の切削時に発生した振動痕は、次の切れ刃により必ずしも削りとられない。例えば、突き加工用の工具と仕上げ加工用の工具を別に用意する場合には、突き加工用の工具の側刃には逃げを設ける（根元に向かうに従って径を小さくする）ことができる。あるいは、突き加工時には、側刃が以前に加工した壁面に接触しないように、わずかにティルト角を設けることもできる。これらのような場合、重複率μ_ｒは理想的には０にできる。

　実施形態では、エンドミル先端の刃がピン角であるスクウェアエンドミルの使用を想定しているが、実際のスクウェアエンドミルは、研削の仕様上、いくらかの丸みを帯びており、例えばラジアスエンドミルはわざとノーズＲを設けている。このため、多少なりとも幅ａが増大し、重複率μ_ｒも０より大きい値をとることになるが、その場合においても重複率μ_ｒを０に近い値に近づけることが可能となる。

　また実施形態の粗加工工程においては、１刃前ではなく、１加工パス前の振動が再生し、それにより再生びびり振動が発生する可能性は存在しているが、その重複率は加工パスのピックフィードを大きく取ることで減らせる（ピックフィードが大きいほどパスの重複率が減少する）。また例えば非特許文献１に示されるように、パス毎に切削速度（回転速度）を変えることにより再生びびり振動の抑制が可能であるため、本質的な問題とはならない。

　また実施形態の粗加工工程において、切削を行う際には、今の加工パスのすぐ隣に余肉が多く存在しており、その余肉は高さ方向に渡って存在する。つまり粗加工対象領域１３０が、薄板のたわみ方向の振動モードに対して大きな剛性として働くため、コンプライアンスＧ_yyが小さくなる。
　以上のことから、実施形態の粗加工工程によると、再生びびり振動を抑制した加工が実現される。

（仕上げ加工工程）
　図１０は、粗加工工程における２つの加工パス間に生じるカスプを示す。カスプの大きさは、粗加工工程における加工パスのピックフィード量に応じて定まる。実施形態の仕上げ加工工程は、突き加工の２つのパス間に生じるカスプを、都度、側面加工により除去する。つまり実施形態の仕上げ加工工程は、少なくとも、その直前に実施された粗加工工程において突き加工された壁面を仕上げ加工する。

　図１１は、実施形態の仕上げ加工工程で切削される薄板工作物の状態を模式的に示す。仕上げ加工工程は、薄板の左右両側面の少なくとも一方に対して実施されるが、図１１では、説明の簡略化のため、手前側の側面を仕上げ加工する様子を示し、裏側の薄板側面に関する図示を省略している。

　実施形態の仕上げ加工工程において、エンドミルは送り機構によって、薄板の幅方向（長手方向）である送り方向１４０に送られる。仕上げ加工対象領域１３２は、粗加工工程の２つの加工パスの間に残るカスプであり、エンドミルの側刃が仕上げ加工対象領域１３２を除去することで、仕上げ面を形成する。実施形態の仕上げ加工工程では、仕上げ加工対象領域１３２のすぐ隣に、これから粗加工する粗加工対象領域１３０が残っており、薄板のたわみ方向の振動モードに対して大きな剛性として働くため、コンプライアンスＧ_yyを小さくできる。したがって安定した仕上げ加工が実現される。

　実施形態では、粗加工工程および仕上げ加工工程を交互に繰り返し実施することで、壁厚に対する高さの比（高さ／壁厚）が５以上となる薄肉の立ち壁を安定して形成できる。なお壁厚に対する高さの比は、１０以上であってもよい。

　粗加工工程では、一回の加工パスで、薄板の高さの全て（上面から根元まで）を突き加工により切削してよいが、仕上げ加工工程時に、びびり振動が問題となる場合には、粗加工工程における一回の加工パスの切削量を制限してもよい。この場合、薄板の上面から根元に向かって、粗加工工程と仕上げ加工工程とを交互に繰り返し（複数回に分けて）実施することで、立ち壁の側面を徐々に仕上げることができる。あるいは、一回の粗加工に対して、仕上げ加工のみを複数回に分けてもよい。粗加工工程をダウンミリングとしたとき、仕上げ加工工程をアップミリングまたはダウンミリングとしてよく、粗加工工程をアップミリングとしたとき、仕上げ加工工程をダウンミリングまたはアップミリングとしてもよい。

　図１１に示す仕上げ加工工程では、粗加工工程において切削工具５０のＺ軸方向の送りを停止した後、切削工具５０を送り方向１４０に移動する直線的な加工パスを想定している。仕上げ加工工程では、別の加工パスが採用されてもよい。

　図１２は、曲線を組み合わせた加工パスの例を示す。図１２に示す例では、円弧パス、直線パス、円弧パスを組み合わせた加工パスで、仕上げ加工が行われる。この加工パスを用いると、常に薄板の厚み方向に切り込んだ状態を維持した仕上げ加工を実現できるため、粗加工面が仕上げ面に残ることなく、仕上げ面精度を向上できる。なおパスの軌跡の組み合わせは、仕上げ面を生成する軌跡（仕上げ面に沿う軌跡）を含みさえすれば、様々であってよい。

　ここで、粗加工工程時のピックフィードと半径方向切込みの大きさについて検討する。ピックフィードを大きく取ることは、粗加工工程の加工能率を上げることになり、分力比を小さくする（切削断面がより横長になる）効果もある。一方で、その後に行う仕上げ加工工程から見ると、粗加工対象領域１３０から少し離れたところも削り取らないといけないため、加工点でのコンプライアンスは若干大きくなり、びびり振動など（他には強制振動と静的なたわみ）が若干発生しやすくなる。また、このとき仕上げ加工工程で削り取る量は増えるため、１回の仕上げ加工の時間は若干長くなるが、粗加工工程を含めた全体の加工能率で見れば改善されている。

　半径方向切込みについては、大きいほど分力比が小さくなり、このことのみを考えれば安定になるが、半径方向切込みが増えた分|α_0yy|は若干大きくなる。

　実施形態の粗加工工程では、突き加工の加工パスを立ち壁幅方向（長手方向）に沿って、薄板の開始端から終端まで順番に設定してよいが、別の順番で設定してもよい。たとえば複数回実施する粗加工工程のうち、前半の粗加工工程では、立ち壁の幅方向の両端側を突き加工し、後半の粗加工工程では、立ち壁の幅方向の中央側に残った箇所を突き加工してよい。薄板は、幅方向の端側における振動モードのコンプライアンスが大きいため、先に両端側の突き加工を行うことで、加工全体の安定性を向上できる。

　以上は、幅方向に垂直な方向に切った断面が矩形状となる薄肉の立ち壁を形成する工程について説明したが、加工対象となる薄肉の立ち壁は、その断面が湾曲形状を有するものであってもよい。
　図１３（ａ）、（ｂ）は、湾曲形状の断面を有する薄肉立ち壁の粗加工工程を説明するための図である。図１３（ａ）は、湾曲立ち壁の凸面側を粗加工する様子を示し、図１３（ｂ）は、湾曲立ち壁の凹面側を粗加工する様子を示す。たとえばタービンブレードは、湾曲断面をもつ薄肉の立ち壁構造を備える。

　斜めハッチングで示す領域１５２は、突き加工により切削工具５０ａの主に１つの底刃が１回転で削り取る領域を示す。粗加工対象領域１６０は、次回以降の粗加工工程の加工パスで切削工具５０ａが突き加工する領域を示す。仕上げ加工対象領域１５６は、粗加工工程の２つの加工パスの間に残るカスプである。製品部１５４は、仕上げ加工が完了した壁面を示す。

　湾曲立ち壁構造の粗加工工程において、切削工具５０ａであるエンドミルは送り機構によって、断面の曲線に沿う軌跡をもつ送り方向１５０に送られる。突き加工に使用される切削工具５０ａは、スクウェアエンドミルであって、突き加工を行うことに適したシャープコーナーを有することが好ましい。

　図１４は、湾曲形状の断面を有する薄肉立ち壁の仕上げ加工工程を説明するための図である。仕上げ加工では、カスプである仕上げ加工対象領域１５６と、床面に残された余肉１５８を除去する。湾曲立ち壁構造の仕上げ加工工程に使用する切削工具５０ｂは、曲面の仕上げ加工に使用されることが多いテーパボールエンドミル、通常のボールエンドミル、ラジアスエンドミル、あるいはバレル工具と呼ばれるエンドミルなどであってよい。湾曲立ち壁構造の仕上げ加工においては、薄板状の立ち壁の高さの全て（上面から根元まで）を一回の加工パスで仕上げることが困難であるため、複数回の加工パスに分けて仕上げ加工を行ってよい。すなわち、一回の突き加工パスと複数回の仕上げ加工パスをセットとして繰り返すことで、安定して、高能率に、湾曲断面を有する立ち壁を形成できる。なお、この複数回の仕上げ加工（カスプと余肉を除去する加工）時には、薄板の幅方向の送り運動と高さ方向のピックフィードを繰り返しても良いし、高さ方向の送り運動と幅方向のピックフィードを繰り返しても良い。

　実施形態では、制御装置１００が、所定の立ち壁形成用のプログラムにしたがって、送り機構および主軸モータ４０を制御して、工作機械装置１０に、粗加工工程および仕上げ加工工程を実施させる。制御装置１００および工作機械装置１０は、回路ブロック、メモリ、その他のＬＳＩを含むコンピュータを搭載してよい。上記したように工作機械装置１０と制御装置１００とは一体として構成されてよい。

　本開示の態様の概要は、次の通りである。本開示のある態様は、被削材を加工して立ち壁を形成する加工方法であって、被削材に対して切削工具を立ち壁の高さ方向に送って、被削材を突き加工する第１工程と、被削材に対して切削工具を立ち壁の幅方向または高さ方向に送って、被削材を仕上げ加工する第２工程とを含み、第１工程と第２工程を繰り返し実施することで立ち壁を形成する。第１工程に突き加工を利用することで、第１工程における立ち壁の振動を抑制できる。

　この加工方法により、壁厚に対する高さの比が５以上となる立ち壁を安定して形成することが可能となる。第２工程は、少なくとも、その直前に実施された第１工程において突き加工された壁面を仕上げ加工してよい。第２工程は、第１工程における２つの加工パスの間に残るカスプを除去する工程を含んでよい。複数回実施する第１工程のうち、前半の第１工程では、立ち壁の幅方向の両端側を突き加工し、後半の第１工程では、立ち壁の幅方向の中央側を突き加工してよい。

　本開示の別の態様は、被削材を加工して立ち壁を形成する加工装置であって、切削工具が取り付けられた主軸を回転させるモータと、被削材に対して切削工具を相対的に移動させる送り機構と、を備える。当該加工装置は、送り機構が被削材に対して切削工具を立ち壁の高さ方向に送ることで、被削材を突き加工する第１工程と、送り機構が被削材に対して切削工具を立ち壁の幅方向または高さ方向に送ることで、被削材を仕上げ加工する第２工程とを、繰り返し実施する。第１工程に突き加工を利用することで、第１工程における立ち壁の振動を抑制できる。

　本開示の別の態様は、プログラムであって、コンピュータに、切削工具の回転中に、被削材に対して切削工具を立ち壁の高さ方向に送って、被削材を突き加工する第１機能と、切削工具の回転中に、被削材に対して切削工具を立ち壁の幅方向または高さ方向に送って、被削材を仕上げ加工する第２機能とを繰り返し実現させる。

１・・・加工装置、１０・・・工作機械装置、４０・・・主軸モータ、４６・・・主軸、５０・・・切削工具、６２・・・薄板工作物。

　本開示は、被削材を加工して立ち壁を形成する技術に利用できる。

Claims

　被削材を加工して立ち壁を形成する加工方法であって、
　被削材に対して切削工具を立ち壁の高さ方向に送って、被削材を突き加工する第１工程と、
　被削材に対して切削工具を立ち壁の幅方向または高さ方向に送って、被削材を仕上げ加工する第２工程とを含み、第１工程と第２工程を繰り返し実施することで立ち壁を形成する、
　ことを特徴とする加工方法。
　第１工程と第２工程を繰り返し実施することで、壁厚に対する高さの比が５以上となる立ち壁を形成する、
　ことを特徴とする請求項１に記載の加工方法。
　第２工程は、少なくとも、その直前に実施された第１工程において突き加工された壁面を仕上げ加工する、
　ことを特徴とする請求項１または２に記載の加工方法。
　第２工程は、第１工程における２つの加工パスの間に残るカスプを除去する工程を含む、
　ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の加工方法。
　複数回実施する第１工程のうち、前半の第１工程では、立ち壁の幅方向の両端側を突き加工し、後半の第１工程では、立ち壁の幅方向の中央側を突き加工する、
　ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の加工方法。
　被削材を加工して立ち壁を形成する加工装置であって、
　切削工具が取り付けられた主軸を回転させるモータと、
　被削材に対して切削工具を相対的に移動させる送り機構と、を備え、
　前記送り機構が被削材に対して切削工具を立ち壁の高さ方向に送ることで、被削材を突き加工する第１工程と、前記送り機構が被削材に対して切削工具を立ち壁の幅方向または高さ方向に送ることで、被削材を仕上げ加工する第２工程とを、繰り返し実施する、
　ことを特徴とする加工装置。
　コンピュータに、
　切削工具の回転中に、被削材に対して切削工具を立ち壁の高さ方向に送って、被削材を突き加工する第１機能と、
　切削工具の回転中に、被削材に対して切削工具を立ち壁の幅方向または高さ方向に送って、被削材を仕上げ加工する第２機能と、
　を繰り返し実現させるためのプログラム。