JP2003145334A - 曲面切削法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 凹面、凸面又は凹凸面をなす大面積の高精度
加工面を効率良く得ることができる曲面切削法を提供す
る。 【解決手段】 切刃回転軌跡１５が円形をなす正面フラ
イスを、その回転軸線を各切削点における加工面２１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、切刃回転軌跡１５の工具送り方
向側領域であってピックフィードの範囲内の領域を通過
する切刃によって被加工物２の表面を切削加工する。切
削を行う切刃の移動軌跡１５ａは切刃回転軌跡１５の直
径２ｒを長軸Ｌとする楕円形状となり、ピックフィード
を小さくせずとも、カスプ高さＨを小さくすることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、曲面切削法としては、図７及び
図８に示す如く、球面状の切刃１１５を有するボールエ
ンドミル１０１を使用する方法が周知である。例えば、
図９に示す如き凹面形状の加工面２１をボールエンドミ
ル１０１を使用して得る場合、予め、加工面形状及び加
工モード（往復モード，一方向モード，等高線に沿う輪
郭モード等）に応じて被加工物２に複数の切削ライン２
２…を設定する（図７及び図１０参照）。そして、ボ−
ルエンドミル１０１を、図７に示す如く、一つの切削ラ
イン２２上を所定方向（工具送り方向）Ａに移動させる
ことにより、被加工面２０を当該切削ライン２２に沿っ
て切削する。これによって、被加工面２０には、切削ラ
イン２２を中心線として工具送り方向Ａに延びる帯状切
削面２１ａが形成される。そして、かかる切削工程を複
数の切削ライン２２…について繰り返すことにより、帯
状切削面２１ａ…の集合によって構成される加工面２１
が得られる。

【０００３】各帯状切削面２１ａは、微視的には、切刃
１１５の球面形状に一致する円弧状の凹溝であり、隣接
する帯状切削面２１ａ，２１ａの境界に工具送り方向Ａ
に稜線状に連なるカスプ２１ｂが生じる（図８及び図１
０参照）。このカスプ２１ｂは、図８及び図１０に示す
如く、理想とする加工面２１´に対する削り残し部分で
あり、その高さＨが小さくなる程、加工面２１の加工精
度（表面うねり）に優れることになる。

【０００４】ところで、カスプ高さＨは、帯状切削面２
１ａの断面形状における曲率半径ＲとピックフィードＰ
とによって算出することができ、例えば上記加工面２１
´が図８に示す如く直線で示される場合には、近似的に
Ｐ^２ ／８Ｒとなる。すなわち、カスプ高さＨは、図８
に示す如く、Ｈ＝Ｒ−（Ｒ^２ −（Ｐ／２）^２ ）^１
／２ で得られる。そして、この式を変形すると、Ｈ＝
Ｒ−（（Ｒ−（Ｐ^２ ／８Ｒ））^２ −（Ｐ^２ ／８
Ｒ）^２ ）^１／２ となるが、ボールエンドミル１０１
によって形成される帯状切削面２１ａの曲率半径Ｒは球
面状切刃１１５の曲率半径ｒ_０ に一致し、一般にＰ≪
ｒ_０ ＝Ｒであるから、上式における末項（Ｐ^２ ／８
Ｒ）^２ は無視することができ、上式は近似的にＨ＝Ｒ
−（（Ｒ−（Ｐ^２ ／８Ｒ））^２ ）^１／２ とするこ
とができ、Ｈ＝Ｐ^２ ／８Ｒ＝Ｐ^２／８ｒ_０ が得られ
る。

【０００５】したがって、加工精度を向上させるために
は、つまりカスプ高さＨを小さくするためには、帯状切
削面２１ａの曲率半径Ｒつまりボールエンドミル１０１
の球面状切刃１１５の曲率半径ｒ_０ を大きくするかピ
ックフィードＰを小さくすることが必要である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ボールエンド
ミル１０１にあって切刃１１５の曲率半径ｒ_０ には限
度があり、帯状切削面２１ａの曲率半径Ｒは一定以上に
大きくすることができない。すなわち、球面状切刃１１
５の切削速度（回転速度）は一定ではなく、ボールエン
ドミル１０１の回転軸線上の部位である回転中心部１１
５ａから遠ざかるに従って大きくなり、かかる切削速度
差は切刃１１５の曲率半径ｒ_０ を大きくするに従って
大きくなる。そして、帯状切削面２１ａを高精度に加工
するためには、切刃１１５による切削速度が帯状切削面
２１ａの各部位において可及的に均一となること、つま
り切削個所間における切削速度差が可及的に小さくなる
ことが必要である。勿論、ボールエンドミル自体の製作
やその取付機械の制限からも大きくできない。したがっ
て、ボールエンドミル１０１にあっては、切刃１１５の
曲率半径ｒ_０ は一定以上に大きくすることができな
い。一方、ピックフィードＰを小さくすると、加工面２
１を構成するに必要な帯状切削面数が多くなり、切削行
程が必要以上に長くなる。このため、切削効率が低下す
る。かかる問題は、加工面２１が大きくなるに従い、よ
り顕著に生じる。

【０００７】さらに、球面状切刃１１５の各部における
切削速度が上記した如く均一でなく、ボールエンドミル
１０１の刃先の当たる位置によって切削性が大きく変化
することから、被加工物２の表面２０を均一な鏡面状態
に加工することができない。特に、回転中心部１１５ａ
における切削速度は零となり、回転中心部１１５ａによ
る切削が所謂むしり切削となる。したがって、切刃１１
５の曲率半径ｒ_０ 及びピックフィードＰを如何に設定
しておいても、加工面２１の精度は一定以上に向上させ
ることができず、ボールエンドミル１０１による切削後
において更に手仕上げが必要となる。

【０００８】このように、ボールエンドミル１０１によ
る曲面切削法によっては、高精度の加工面２１を効率良
く切削することができず、特に、大面積の高精度加工面
を得ることは不可能であった。また、ボールエンドミル
１０１による切屑は曲率をもつ嵩高形状のため、ランド
幅が広いとノーズ付近では切屑干渉による擦り現象が発
生し、切屑の円滑な排出を阻害して溶着の原因となる虞
れがあり、工具寿命が短いといった問題もある。

【０００９】本発明は、このような問題を生じることな
く、大面積の高精度加工面を効率良く得ることができる
曲面切削法を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の曲面切削法にあ
っては、上記の目的を達成すべく、特に、切刃回転軌跡
が円形をなすフライス工具を、その回転軸線を各切削点
における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、切刃回転軌跡
の工具送り方向側領域を通過する切刃によって被加工物
の表面を切削加工する場合において、前記法線に対する
回転軸線の傾斜角度を、切刃回転軌跡における工具送り
方向と反対側の領域を通過する切刃が加工面に干渉しな
い範囲において、各切削点における被加工面の幾何学的
条件（被加工面の曲率，隣接する切削点間における曲率
変化量等）に応じて変更するように、制御しつつ、フラ
イス工具を前記工具送り方向に移動させることにより、
凹面形状、凸面形状又は凹凸面形状の加工面を得るよう
にすることを提案する。

【００１１】かかる曲面切削法にあっては、フライス工
具として、回転軸線回りで回転される円盤状の工具本体
とその外周縁部に周方向に等間隔を隔てて設けられてた
複数の切刃とを具備する正面フライスを使用し、フライ
ス工具による切削を、切刃回転軌跡の工具送り方向側の
領域であってピックフィードの範囲内の領域を通過する
切刃によって行うことによって、切削を行う切刃の移動
軌跡を楕円形状としてピックフィードを小さくすること
なくカスプ高さを小さくするようにすることが好まし
い。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図６に基づいて説明する。

【００１３】図１〜図４に示す実施の形態は、図９及び
図１０に示す凹面形状の加工面２１を得る場合に本発明
の曲面切削法を適用した例に係る。

【００１４】すなわち、本発明の曲面切削法では、図１
及び図２に示す如く、フライス工具１を、その回転軸線
１１を被加工物２に対して傾斜させた状態で、予め設定
した切削ライン２２上を所定方向（工具送り方向）Ａに
移動させるのであり、この行程を各切削ライン２２につ
いて繰り返すことにより、被加工物２の表面（被加工
面）２０を切削ライン２２に応じた曲面形状に切削する
のである。なお、被加工物２には複数の切削ライン２２
…が設定される（図１０参照）が、これらの切削ライン
２２…は所望する加工面２１の曲面形状及び加工モード
に応じて設定される。フライス工具１の移動態様である
切削ライン２２…を規定する加工モードとしては、図１
０に示す如く、一方向モードが採用される。

【００１５】フライス工具１は、回転軸線１１回りで回
転される円盤状の工具本体１２とその外周縁部に周方向
に等間隔を隔てて設けられた複数（一部のみ図示）の切
刃１３…とを具備する周知の正面フライスである。各切
刃１３は、回転軸線１１に直交する面１６上において、
回転軸線１１を中心とする円形軌跡（切刃回転軌跡）１
５上を等速運動する。フライス工具１による切削は、切
刃回転軌跡１５の工具送り方向側の領域であってピック
フィードＰの範囲内の領域（図４に実線で示す領域）１
５´を通過する切刃１３によって行われる。なお、切刃
回転軌跡１５の半径ｒは、切刃１３が等速移動すること
からボールエンドミル１０１の工具半径ｒ_０ のような
制限はなく、必要に応じて適宜に設定することができ
る。また、いうまでもないが、正面フライスにおける切
刃回転軌跡１５の半径ｒは、ボールエンドミル１０１の
工具半径ｒ_０ に比して著しく大きい。

【００１６】フライス工具１は、図１及び図２に示す如
く、回転軸線１１が切削点２４における加工面２１の法
線２５に対して工具送り方向Ａに所定角度θ傾斜する状
態に設定される。すなわち、フライス工具１は、図２に
示す如く、切刃回転軌跡１５（図３，図４参照）が存在
する面１６が切削点２４における切削ライン２２の接線
２６に対して上記角度θに一致する角度だけ傾斜する状
態に保持される。

【００１７】したがって、実質的に切削を行う切刃１３
の移動軌跡１５ａが切刃回転軌跡１５の直径２ｒを長軸
Ｌとする楕円形状となり、フライス工具１が一つの切削
ライン２２を通過することによって形成される帯状切削
面２１ａの曲率半径Ｒは、切刃回転軌跡１５の曲率半径
ｒに比して大幅に大きくなる（図３参照）。すなわち、
帯状切削面２１ａの断面形状は、切刃回転軌跡１５を工
具送り方向Ａに直交する面（法線２５を通過する面）に
投影させることによって得られる楕円１５ａの短軸側部
分の形状に一致することになる。この楕円１５ａは長軸
Ｌを２ｒとし且つ短軸Ｓを２ｒ・ｓｉｎθとするもので
あり、フライス工具１の傾斜角度θを小さくする程、偏
平なものとなる。つまり、帯状切削面２１ａの曲率半径
Ｒは、フライス工具１の傾斜角度θを小さくする程、大
きくなる。

【００１８】このように、実質的に切削を行う切刃１３
の移動軌跡１５ａが楕円形状となることから、帯状切削
面２１ａの曲率半径Ｒを、ボールエンドミル１０１を使
用した場合に比して、極めて大きくすることができる。
したがって、ピックフィードＰを小さくせずとも、カス
プ高さＨを大幅に小さくすることができる。しかも、各
切刃１３が等速で移動し、切削速度差が生じないことか
ら、均一な切削性を確保することができ、切削むらのな
い高精度の帯状切削面２１ａつまり加工面２１を得るこ
とができる。

【００１９】すなわち、フライス工具１における切刃回
転軌跡１５の半径ｒがボールエンドミル１０１における
球面状切刃１１５の半径ｒ_０ より大きく、実質的に切
削を行う切刃１３の移動軌跡１５ａが切刃回転軌跡１５
の直径（２ｒ）を長軸Ｌとする楕円形状をなすことか
ら、傾斜させたフライス工具１によって得られる帯状切
削面２１ａの曲率半径Ｒは、ボールエンドミル１０１に
よって得られる場合に比して極めて大きくなる。したが
って、カスプ高さＨを大幅に小さくすることができ、手
仕上げを必要としない高精度の加工面２１を得ることが
できる。しかも、ピックフィードＰを、ボールエンドミ
ル１０１を使用する場合に比して大幅に大きくすること
ができ、大面積の加工面２１を得る場合にも、切削効率
が低下することがない。また、切削が楕円軌跡１５ａ上
を等速で移動する切刃１３によって行われ、均一な切削
性が確保されることから、帯状切削面２１ａが均一に切
削される。すなわち、表面粗さが均一な鏡面状の加工面
２１を得ることができる。

【００２０】また、フライス工具１の傾斜角度θは、被
加工面２０及び得ようとする加工面２１の幾何学的条件
（面２０，２１の曲率等）に応じて制御される。すなわ
ち、各切削点２４…における被加工面２０及び加工面２
１の幾何学的条件に応じて、例えば面２０，２１の曲率
が極めて大きいときにもカスプ高さＨが一定となるよう
に制御される。但し、かかる制御は、実質的に切削に寄
与しない領域を通過する切刃（以下「非作用刃」とい
う）１３´が加工面２１に接触しないことを前提条件と
して行われる。すなわち、フライス工具１の傾斜角度θ
は、図２に示す如く、切刃回転軌跡１５における工具送
り方向Ａと反対側の領域を通過する切刃１３たる非作用
刃１３´が加工面２１（帯状切削面２１ａ）に干渉しな
いように、つまり非作用刃１３´と加工面２１との間に
適当な隙間Ｃが生じるように、制御される。帯状切削面
２１ａの曲率半径Ｒは、上記した如く、フライス工具１
の傾斜角度θを小さくする程、大きくなるが、フライス
工具１の傾斜角度θは、上記隙間Ｃを確保できる範囲に
おいて設定しておくことが好ましい。

【００２１】このように、非作用刃１３´と加工面２１
との間に適当な隙間Ｃが生じるようにしておくと、非作
用刃１３´による加工面２１の損傷が生じず、切屑の排
出も円滑に行われることになることから、加工精度を更
に向上させることができると共に、工具寿命を向上させ
ることができる。

【００２２】なお、本発明は上記した実施の形態に限定
されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範
囲において、適宜に改良，変更することができる。例え
ば、本発明の曲面切削法は、上記した凹面形状の加工面
２１を得る場合のみならず、図５に示す如き凸面形状の
加工面２１や図６に示す如き凹凸面形状（一部が平面形
状となっている場合を含む）の加工面２１を得る場合に
も、上記したと同様に適用することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明の曲面切削法によれば、ボールエンドミルを使用する
場合に比して、各種曲面の切削加工を高精度且つ効率良
く行うことができ、工具寿命も向上させることができ
る。また、ピックフィードを小さくせずとも、カスプ高
さを大幅に小さくすることができるから、切刃が等速で
移動し、切削速度差が生じないこととも相俟って、均一
な切削性を確保することができ、切削むらのない高精度
の加工面を得ることができる。したがって、ボールエン
ドミルによっては得ることができない大面積の曲面につ
いても、手仕上げを必要としない高精度に加工すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の曲面切削法による凹面の切削状態を示
す縦断側面図である。

【図２】図１の要部を拡大して示す縦断側面図である。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う縦断正面図であ
る。

【図４】フライス工具における切刃回転軌跡とピックフ
ィードとの関係を示す説明図である。

【図５】本発明の曲面切削法による凸面の切削状態を示
す縦断側面図である。

【図６】本発明の曲面切削法による凹凸面の切削状態を
示す縦断側面図である。

【図７】ボールエンドミルによる凹面の切削状態を示す
縦断側面図である。

【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う縦断正面図
である。

【図９】加工面の一例を示す斜視図である。

【図１０】図９に示す加工面の微視的形態を示す斜視図
である。

【符号の説明】

１…フライス工具、２…被加工物、３…テーブル、１１
…回転軸線、１２…工具本体、１３，１３´…切刃、１
５…切刃回転軌跡、１５ａ…移動軌跡、２０…被加工
面、２１…加工面、２１ａ…帯状切削面、２１ｂ…カプ
ス、２２…切削ライン、２４…切削点、２５…法線、２
６…接線、Ａ…工具送り方向、Ｃ…隙間、Ｈ…カスプ高
さ、Ｐ…ピックフィード、Ｒ…帯状切削面の曲率半径、
θ…傾斜角度。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 切刃回転軌跡が円形をなすフライス工具
   を、その回転軸線を各切削点における加工面の法線に対
   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、切刃回転軌跡の工具送り方向側領域を通
   過する切刃によって被加工物の表面を切削加工するよう
   にした曲面切削法であって、 前記法線に対する回転軸線の傾斜角度を、切刃回転軌跡
   における工具送り方向と反対側の領域を通過する切刃が
   加工面に干渉しない範囲において、各切削点における被
   加工面の幾何学的条件に応じて変更するように、制御し
   つつ、フライス工具を前記工具送り方向に移動させるこ
   とにより、凹面形状、凸面形状又は凹凸面形状の加工面
   を得るようにしたことを特徴とする曲面切削法。
2. 【請求項２】 フライス工具が、回転軸線回りで回転さ
   れる円盤状の工具本体とその外周縁部に周方向に等間隔
   を隔てて設けられてた複数の切刃とを具備する正面フラ
   イスであり、フライス工具による切削を、切刃回転軌跡
   の工具送り方向側の領域であってピックフィードの範囲
   内の領域を通過する切刃によって行うことによって、切
   削を行う切刃の移動軌跡を楕円形状としてピックフィー
   ドを小さくすることなくカスプ高さを小さくするように
   したことを特徴とする、請求項１に記載する曲面切削
   法。