JP2017001153A - エンドミルを用いた加工システム及び加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工プログラムにおけるＺ軸方向（切込方向）の移動量に基づいて逐次的にエンドミルの接触位置（接触角度）を算出することなく、エンドミルの加工物に対する接触位置情報を活用することができるような、エンドミルを用いた加工システム及び加工方法を提供すること。【解決手段】本発明は、目標加工面に応じて予めＣＡＭシステムによって生成された加工プログラムに基づいてエンドミルの送り及び回転数を制御して加工物に当該目標加工面を加工する加工システムであって、目標加工面に応じて予めＣＡＭシステムによって生成された当該目標加工面の切削時におけるエンドミルの加工物に対する接触位置に関する情報も、エンドミルの送り及び回転数の制御に利用されて、エンドミルによる加工物の切削速度が略一定となるように制御されることを特徴とする加工システムである。【選択図】図３

Description

本発明は、エンドミルを用いた加工システム及び加工方法に関する。

自由曲面を高速かつ高精度に加工するのに好適なＮＣ装置においては、工具の移動経路は加工プログラムにより指令される。当該移動経路に沿った工具の移動速度も、加工プログラム内にＦコードを記入することにより指令される。一方、主軸の回転数は、プログラム中のＳコードにより指令される。主軸の回転数と軸の送り速度には、切削条件によって最適な組み合わせがある。

一般に、切削において、１刃当りの送り量が一定であって、かつ、刃先の周速、すなわち、工具と加工物（被削材）との接触点の相対接線速度が一定であることが、良い切削条件であると言われている。このような条件下では、切削外力が安定して工具寿命が延び、工具摩耗が減少するとともに、安定した１刃あたりの送り速度を得ることができるため、加工面の品質が向上する他、送り速度の向上による加工時間の短縮も期待できる。

エンドミルの一種であるボールエンドミルを用いた加工システムでは、ボールエンドミルの回転数が同一である場合、ボールエンドミルの加工物に対する接触位置に応じて切削速度が異なることになる。従って、切削速度を略一定に制御するためには、ボールエンドミルの加工物に対する接触位置情報を活用することが必要である。

従来は、目標加工面に応じて予めＣＡＭシステムによって生成された加工プログラムに基づいて、逐次的に、ボールエンドミルの加工物に対する接触位置情報を算出している。具体的には、加工プログラムにおけるＺ軸方向（切込方向）の移動量に基づいて、時々刻々変化するボールエンドミルの接触位置（接触角度）を算出し、当該接触位置における切削速度が略一定となるように主軸回転速度が制御されている（図５参照：走査線ＳＦ機能と呼ばれている）。また、この時、１刃当たりの取り代（削り代）が一定となるように送り速度が制御されている。

特許第４４８０８６９号

しかしながら、加工プログラムにおけるＺ軸方向（切込方向）の移動量に基づいて逐次的にボールエンドミルの接触位置（接触角度）を算出する方法では、Ｚ軸方向（切込方向）の移動を伴わない加工プログラム部分（例えば、等高線加工を行う部分など）では、接触位置（接触角度）を算出することができない。このため、刃先の周速を一定にしたり、１刃当たりの取り代を一定にしたりといった主軸回転速度の制御が不可能である。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、加工プログラムにおけるＺ軸方向（切込方向）の移動量に基づいて逐次的にボールエンドミルの接触位置（接触角度）を算出することなく、ボールエンドミルの加工物に対する接触位置情報を活用することができるような、ボールエンドミルを用いた加工システム及び加工方法を提供することを目的とする。

本発明は、目標加工面に応じて予めＣＡＭシステムによって生成された加工プログラムに基づいてエンドミルの送り及び回転数を制御して加工物に当該目標加工面を加工する加工システムであって、目標加工面に応じて予めＣＡＭシステムによって生成された当該目標加工面の切削時におけるエンドミルの加工物に対する接触位置に関する情報も、エンドミルの送り及び回転数の制御に利用されて、エンドミルによる加工物の切削速度が略一定となるように制御されることを特徴とする加工システムである。

本発明によれば、目標加工面に応じて予めＣＡＭシステムによって生成された当該目標加工面の切削時におけるボールエンドミルの加工物に対する接触位置に関する情報が利用されるため、加工プログラムにおけるＺ軸方向（切込方向）の移動量に基づいて逐次的にボールエンドミルの接触位置（接触角度）を算出することなく、ボールエンドミルの加工物に対する接触位置情報を活用することができる。

典型的には、エンドミルは、ボールエンドミルである。そして、具体的には、例えば、目標加工面の切削時におけるボールエンドミルの接触位置に関する情報は、当該接触位置からボールエンドミルの軸線に至る距離とボールエンドミルの工具半径との比に関する情報である。好適な一例として、前記接触位置からボールエンドミルの軸線に至る距離とボールエンドミルの工具半径との比に関する情報は、ａｒｃｓｉｎ（前記接触位置からボールエンドミルの軸線に至る距離／ボールエンドミルの工具半径）に対応する角度の情報である。

本発明は、加工プログラムにおいてＺ軸方向（切込方向）の移動を伴わない部分が存在する場合に特に有用である。例えば、本発明は、加工プログラムが等高線加工を行うための加工プログラムを含んでいる場合に特に有用である。

また、本発明は、目標加工面に応じて予めＣＡＭシステムによって生成された加工プログラムに基づいてエンドミルの送り及び回転数を制御して加工物に当該目標加工面を加工する加工方法であって、目標加工面に応じて予めＣＡＭシステムによって生成された当該目標加工面の切削時におけるエンドミルの加工物に対する接触位置に関する情報も、エンドミルの送り及び回転数の制御に利用されて、エンドミルによる加工物の切削速度が略一定となるように制御されることを特徴とする加工方法である。

本発明によれば、目標加工面に応じて予めＣＡＭシステムによって生成された当該目標加工面の切削時におけるエンドミルの加工物に対する接触位置に関する情報が利用されるため、加工プログラムにおけるＺ軸方向（切込方向）の移動量に基づいて逐次的にエンドミルの接触位置（接触角度）を算出することなく、エンドミルの加工物に対する接触位置情報を活用することができる。

本発明の一実施の形態による加工システムを示すブロック図である。 ボールエンドミルの加工物に対する接触位置に関する情報についての説明図である。 加工プログラムにおける等高線軌跡データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と、接触位置情報である角度データ（Ｆ）と、の一例を示す図である。 加工プログラムにおける走査線軌跡データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と、接触位置情報である角度データ（Ｆ）と、の一例を示す図である。 Ｚ軸方向（切込方向）の移動量に基づいて得られる接触位置情報を活用する従来の制御態様例を示す概略図である。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施の形態にかかる加工システム１０の概略構成を示すブロック図である。加工プログラム５は、目標加工面に応じて予めＣＡＭシステムによって生成されたものが用意される。加工プログラム５というのは、通常、逐次的な加工情報のデータ列であって、ＣＡＭシステムやプログラマーにより、加工の手順は様々な選択が可能となる。それらから目標加工面の情報を復元するには専用のシミュレーションソフトが必要であり、更に、ＣＡＭシステムにより専用のシミュレーションソフトが必要となる。また、本実施の形態では、主軸の回転数指令値については、加工プログラム中で指令されていない。

解析部１１に加工プログラム５が送られるようになっており、解析部１１が加工プログラム５を解析するようになっている。解析部１１は、例えば、加工プログラム中の文字列からＸコード、Ｓコード、Ｇコード、Ｍコード等の文字列を抽出して、これらからボールエンドミルの各軸の移動量を求めるようになっている。各軸移動量は、例えば、加工の始点の座標から終点まで、移動ブロックごとに、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸に沿った移動量として求めることができる。

分配部１２は、解析部１１によって求められた各軸移動量を、各軸の移動指令に変換するようになっている。また、分配部１２は、各軸の移動指令を、バッファ１３を介して各軸のサーボ系２０に送るようになっている。

一方、目標加工面の切削時におけるボールエンドミルの加工物に対する接触位置に関する情報も、目標加工面に応じて、予めＣＡＭシステムによって生成されたものが用意される。本実施の形態では、ａｒｃｓｉｎ（接触位置からボールエンドミルの軸線に至る距離ｒ／ボールエンドミルの工具半径Ｒ）で求められる角度情報（Ｆ）が、ブロックごとに用意される（図３及び図４参照）。この角度情報（Ｆ）が、加工プログラムから逐次的に求められるのでなく、予めＣＡＭシステムによって生成され加工プログラムに付帯されている、という点が本発明の重要な特徴である。

この角度情報（Ｆ）は、主軸回転数算出部１４に送られるようになっている。一方、主軸回転数算出部１４には、主軸回転数記憶部１５に記憶された最外周加工時の主軸回転数と、主軸最大回転数／主軸最小回転数記憶部１６に記憶された主軸最大回転数及び主軸最小回転数と、主軸オーバーライド量と、が入力されるようになっている。そして、主軸回転数算出部１４は、これらの各値に基づいて公知の算出方法に従って、主軸回転数指令値Ｓを求めるようになっている。当該指令値Ｓは、主軸ドライバ２１に対して出力されるようになっている。

具体的には、主軸回転数指令値Ｓは、例えば、移動ブロック毎に与えられる角度情報と予めＮＣ装置等で設定された最外周加工時の主軸回転数とに基づいて、次式により算出される。
当該ブロックの主軸回転数＝最外周加工時の主軸回転数／ｓｉｎ（移動ブロック毎に与えられる角度情報）

ボールエンドミルの材質や加工物の材質などが変わった場合、便宜的に最外周加工時の主軸回転数を変更することで対応可能である。

次に、本実施の形態の加工システム１０の作用について説明する。

加工プログラム５が解析部１１に送られ、ここで解析される。解析部１１では、加工プログラム中の文字列からＸコード、Ｓコード、Ｇコード、Ｍコード等の文字列が抽出され、これらからボールエンドミルの各軸の移動量が求められる。各軸移動量は、分配部１２にて各軸の移動指令に変換され、バッファ１３を介して各軸のサーボ系２０に送られる。

一方、予めＣＡＭシステムによって生成された角度情報（Ｆ）が主軸回転数算出部１４に送られる。本実施の形態の主軸回転数算出部１４には、主軸回転数記憶部１５に記憶された最外周加工時の主軸回転数と、主軸最大回転数／主軸最小回転数記憶部１６に記憶された主軸最大回転数及び主軸最小回転数と、主軸オーバーライド量と、も入力される。そして、主軸回転数算出部１４が、これらの各値に基づいて公知の算出方法に従って主軸回転数指令値Ｓを算出して、主軸ドライバ２１に対して出力する。

以上のように、本実施の形態によれば、目標加工面に応じて予めＣＡＭシステムによって生成された当該目標加工面の切削時におけるボールエンドミルの加工物に対する接触位置に関する情報（Ｆ）が利用されるため、加工プログラムにおけるＺ軸方向（切込方向）の移動量に基づいて逐次的にボールエンドミルの接触位置（接触角度）を算出することなく、ボールエンドミルの加工物に対する接触位置情報を活用することができる。

これにより、加工プログラムの如何に関わらず安定的に切削速度を略一定に制御することができ、ボールエンドミルの工具摩耗を減少させて工具寿命を延ばすことができる。また、加工面の品質が向上され、送り速度の向上による加工時間の短縮も期待できる。

本実施の形態は、加工プログラムにおいてＺ軸方向（切込方向）の移動を伴わない部分が存在する場合に特に有用である。例えば、本実施の形態は、加工プログラムが等高線加工（図３参照）を行うための加工プログラムを含んでいる場合に特に有用である。もっとも、本実施の形態は、加工プログラムが従来の走査線加工（図４参照）を行うための加工プログラムを含んでいる場合にも適用可能である。

その他、本発明の別の実施形態として、解析部１１を用いないで、ＣＡＭシステムが、直接的にボールエンドミルの加工物に対する接触位置に関する情報（Ｆ）を利用して、予め主軸回転数指令値Ｓと送り速度とを加工プログラム内に規定する、という態様も採用可能である。

なお、以上においては、ボールエンドミルについて説明がなされているが、ラフィングエンドミル等でも、１刃当たりの送り速度を好適に制御した等高線加工が可能である。

１ ボールエンドミル
２ 加工物
５ 加工プログラム
１０ 数値制御装置
１１ 解析部
１２ 分配部
１３ バッファ
１４ 主軸回転数算出部
１５ 最外周加工時の主軸回転数記憶部
１６ 主軸最大回転数／主軸最小回転数記憶部
２０ サーボ系
２１ 主軸ドライバ

Claims (10)

1. 目標加工面に応じて予めＣＡＭシステムによって生成された加工プログラムに基づいてエンドミルの送り及び回転数を制御して加工物に当該目標加工面を加工する加工システムであって、
   目標加工面に応じて予めＣＡＭシステムによって生成された当該目標加工面の切削時におけるエンドミルの加工物に対する接触位置に関する情報も、エンドミルの送り及び回転数の制御に利用されて、エンドミルによる加工物の切削速度が略一定となるように制御される
   ことを特徴とする加工システム。
2. 前記エンドミルは、ボールエンドミルである
   ことを特徴とする請求項１に記載の加工システム。
3. 目標加工面の切削時におけるボールエンドミルの接触位置に関する情報は、当該接触位置からボールエンドミルの軸線に至る距離とボールエンドミルの工具半径との比に関する情報である
   ことを特徴とする請求項２に記載の加工システム。
4. 前記接触位置からボールエンドミルの軸線に至る距離とボールエンドミルの工具半径との比に関する情報は、ａｒｃｓｉｎ（前記接触位置からボールエンドミルの軸線に至る距離／ボールエンドミルの工具半径）に対応する角度の情報である
   ことを特徴とする請求項３に記載の加工システム。
5. 前記加工プログラムは、等高線加工を行うための加工プログラムを含んでいる
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の加工システム。
6. 目標加工面に応じて予めＣＡＭシステムによって生成された加工プログラムに基づいてエンドミルの送り及び回転数を制御して加工物に当該目標加工面を加工する加工方法であって、
   目標加工面に応じて予めＣＡＭシステムによって生成された当該目標加工面の切削時におけるエンドミルの加工物に対する接触位置に関する情報も、エンドミルの送り及び回転数の制御に利用されて、エンドミルによる加工物の切削速度が略一定となるように制御される
   ことを特徴とする加工方法。
7. 前記エンドミルは、ボールエンドミルである
   ことを特徴とする請求項６に記載の加工方法。
8. 目標加工面の切削時におけるボールエンドミルの接触位置に関する情報は、当該接触位置からボールエンドミルの軸線に至る距離とボールエンドミルの工具半径との比に関する情報である
   ことを特徴とする請求項７に記載の加工方法。
9. 前記接触位置からボールエンドミルの軸線に至る距離とボールエンドミルの工具半径との比に関する情報は、ａｒｃｓｉｎ（前記接触位置からボールエンドミルの軸線に至る距離／ボールエンドミルの工具半径）に対応する角度の情報である
   ことを特徴とする請求項８に記載の加工方法。
10. 前記加工プログラムは、等高線加工を行うための加工プログラムを含んでいる
    ことを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の加工方法。

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