JP3085339B2 - 機械加工方法 - Google Patents

機械加工方法

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JP3085339B2
JP3085339B2 JP05042827A JP4282793A JP3085339B2 JP 3085339 B2 JP3085339 B2 JP 3085339B2 JP 05042827 A JP05042827 A JP 05042827A JP 4282793 A JP4282793 A JP 4282793A JP 3085339 B2 JP3085339 B2 JP 3085339B2
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裕 鈴木
研五 大平
義正 桑野
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Makino Milling Machine Co Ltd
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Makino Milling Machine Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は機械加工方法に関し、特
に回転送り軸を有したNC工作機械を用いた切削加工、
研削加工におけるワークと工具系との間の干渉を回避し
つつ連続加工する機械加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】曲面を有したワークの加工では、ボール
エンドミルや先端が球形状の軸付き砥石を用いた3軸加
工が主に行われているが、深溝等の立ち壁を持つ形状で
3軸加工を行う場合、ワークと工具把持部との間で干渉
が生じる。この干渉を回避するため工具の突き出し長を
長くしたり、ワークの取り付け位置を変更し、例えば5
軸工作機械のA軸、B軸を回転することにより数回ワー
クを加工し易い向きに割り出してワークと工具把持部と
の相対姿勢を変更して加工を行っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図7は従来技術による
3軸加工方法の説明図であり、3軸加工において工具と
してボールエンドミル71を使用し、ボールエンドミル
71を把持する工具ホルダ72または工具ホルダ72を
把持する主軸73がワーク74に干渉領域75で干渉す
る状態を示す。この干渉を回避するには工具長をl1か
らl2へと長くすればよいが、工具長を長くすると工具
の先端位置が加工時にずれるので加工精度を低下し、か
つ工具長を長くすると工具の剛性がなくなりビビリ振動
が発生するので切削送り速度を下げなければならず加工
能率が低下するという問題がある。
【0004】図8は従来技術による5軸断続加工方法の
説明図であり、ボールエンドミル81を把持する工具ホ
ルダ82または工具ホルダ82を把持する主軸83がワ
ーク84に干渉領域85で干渉するときに、その干渉を
回避するため5軸加工においてA軸またはB軸の回りに
ワーク84をθ°だけ時計方向に回転して加工する例を
示す。この場合、断続的にこの回転角度をワークを加工
し易い向きに数回割り出してA軸、B軸を所定角度に設
定してはX、Y、Zの3軸加工を行うので、数回の段取
りに時間と労力を要するという問題がある。また、数回
割り出してワークを加工するので割り出し姿勢が異なる
状態で加工された加工面間に数ミクロンの段差が生じ、
加工面が滑らかとならず仕上げ工程のワーク表面加工に
時間と労力を要するという問題がある。この問題を解決
するためには、表面加工を連続的に行うことが考えられ
る。
【0005】したがって、本発明の目的は上述の問題点
のない、すなわちワークと工具把持部間の干渉を回避し
つつ連続加工する機械加工方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】図1は本発明による機械
加工方法の基本処理の流れ図である。前記目的を達成す
る本発明の機械加工方法は、X軸、Y軸、Z軸の互いに
直交する3つの直線送り軸と、X軸の回りに回転するA
軸またはY軸の回りに回転するB軸の内少なくとも一つ
の回転送り軸と、を有するNC工作機械を用い、先端に
円弧状切刃を有する工具を使用するNC工作機械の回転
主軸に装着してワークを加工する機械加工方法におい
て、下記の各段階を備える。
【0007】(第1段階)加工するワークの形状を表す
データとしてのワーク形状データを記憶する。 (第2段階)工具の先端部の工具中心点と、工具を把持
する工具ホルダまたは工具ホルダを把持する主軸の最外
側部とを結んで得られる円錐形状干渉モデルの形状デー
タを記憶する。 (第3段階)予め指令した工具経路に従って工具を送り
つつ、ワーク形状データと円錐形状干渉モデルの形状デ
ータとからワークと円錐形状干渉モデルとが干渉するか
否かを判別し、その判別の結果干渉無しと判別されたと
きはそのまま加工を続行し、その判別の結果干渉有りと
判別されたときはA軸またはB軸の回転送り軸を回転し
て干渉を回避するようワークと工具のなす相対姿勢を変
更し、加工を続行して連続加工する。
【0008】
【作用】図2は本発明の制御手段のブロック図である。
全体を制御するCPUからなる制御部21、ワーク形状
データを格納するワーク形状データ記憶部22、後述す
る円錐形状干渉モデルデータを格納する円錐形状干渉モ
デルデータ記憶部23、ワークの加工形状に沿った工具
の移動経路を主としてなる加工プログラムを格納する加
工プログラム記憶部24、5軸NC工作機械26のX軸
回りの回転軸であるA軸およびY軸回りの回転軸である
B軸を駆動するA、B軸駆動部25とからなる。
【0009】制御部21は、ワーク形状データ記憶部2
2に記憶されるワーク形状データと円錐形状干渉モデル
データ記憶部23に記憶される円錐形状干渉モデルの形
状データとから、工具の移動経路に沿った工具の各位置
において、5軸NC工作機械26で加工するワークと、
工具まわりの形状を近似した円錐形状干渉モデルとの間
に干渉が有るか否かを判別し、干渉が無いと判別された
ときはそのまま工具を工具経路に沿って移動させて加工
を続行し、干渉が有ると判別されたときはその干渉を回
避するようにA軸またはB軸を回転させる回転量を演算
し、A、B軸駆動部25を制御して5軸NC工作機械2
6のA軸、B軸を所定角度回転し、工具を工具経路に沿
って移動させて加工を続行するよう制御する。
【0010】本発明の機械加工方法によれば、ワークと
工具把持部との間の干渉をチェックしつつそれらが干渉
しないようにワークと工具との相対的姿勢を制御して連
続加工するので、高精度高速加工が実現できる。
【0011】
【実施例】図3は本発明による5軸連続加工方法の説明
図である。本図は、ボールエンドミル31を把持する工
具ホルダ32または工具ホルダ32を把持する主軸33
がワーク34に干渉領域35で干渉するときに、その干
渉を回避するため工具の中心点36を支点として工具軸
をθ°だけ反時計方向に回転して加工する例を示す。こ
の場合、連続的にこの回転角度制御を行いながらX、
Y、Zの3軸加工を行うので従来技術の問題を解決し、
すなわち加工精度を保ちかつ加工能率を向上し、さらに
段取りに要する時間と労力を削減することが可能とな
る。工具を傾斜させる代わりに、ワークを傾斜させても
同じである。
【0012】図4はフライス荒取り加工の説明図であ
り、フライスカッタ41により、ワーク44を荒取り加
工する手順を以下に説明する。本図は加工直前のワーク
44およびフライスカッタ41の断面図を示す。ワーク
44の素材形状の断面は点L1、L2、L3、L4で囲
まれる長方形であり、最終加工後の製品の断面形状は点
L41、L42、L3、L4で囲まれる形状であり、点
L41と点L42間は曲線である。このような加工を行
うときは、まずフライス荒取り加工を行う。
【0013】このフライス荒取り加工においては、5軸
NC工作機械を用いて前述の割り出しを3回行って加工
を行うと好適であることは図から明白である。1回目の
割り出し後、すなわちA軸B軸を所定角度に設定後、フ
ライス荒取り加工はL1、L2間の直線加工からL1
1、L12間の直線加工まで数回図の右から左へ直線加
工して行う。同様に2回目の割り出し後、フライス荒取
り加工はL21、L22間の直線加工からL23、L2
4間の直線加工まで数回図の左下から右上へ直線加工し
て行う。同様に3回目の割り出し後、フライス荒取り加
工はL31、L32間の直線加工からL33、L34間
の直線加工まで数回図の右下から左上へ直線加工して行
う。
【0014】図5は本発明の円錐形状干渉モデルの説明
図である。本図はワークの曲面上をボールエンドミル等
の工具51、工具51を把持する工具ホルダ52および
工具ホルダ52を把持する主軸53からなる工具把持部
が移動してワークを加工するときの断面図を示す。本発
明の円錐形状干渉モデルは、先端に円弧状切刃を有する
工具51の最先端点57から工具先端部のなす円弧半径
R分だけ工具中心軸に沿って主軸53へ向かった点であ
る工具中心点56と、工具ホルダ52および主軸53の
最外側部、この図の場合M1、M2とを結んで得られ
る。円錐形状干渉モデルデータはその円錐形状干渉モデ
ルの形状を表すデータであり、このデータを制御手段の
記憶部に格納し、そのデータをワークと工具把持部との
間の干渉チェックに使用する。ワークの一つの曲面を表
わす曲線P1 2 を細分化し、その細分化した各地点に
おいて、干渉チェックを行いつつ工具姿勢制御を行う。
【0015】図6は本発明による加工実施例の説明図で
ある。本図はワークの曲面上を工具把持部が移動してワ
ークを加工するときの断面を示し、5軸工作機械を用い
た加工において荒取り加工後のワーク形状と工具の円錐
形状干渉モデルとが干渉しないY軸回りの回転変化量を
求めるためY軸に直交する1つのXZ平面を示す。ま
た、本図は荒取り加工後のワーク形状を実線で示し、工
具中心点のワーク表面加工時の移動軌跡(工具経路)を
一点鎖線で示し、ワークの最終加工形状を二点鎖線で示
す。ワーク加工中の各工具の工具中心点がA、B、C、
D、Eの位置におけるそれぞれの前記円錐形状干渉モデ
ルの形状を点線で示す。また、ボールエンドミル61は
工具ホルダ62で把持され、工具ホルダ62は主軸63
で把持されている。
【0016】図6を解析することにより、以下に説明す
るように荒取り加工後のワーク形状と円錐形状干渉モデ
ルとが干渉しないY軸回りの回転変化量を求めることが
できる。5軸工作機械のX、Y、Zの3軸を制御して工
具を移動させつつ、円錐形状干渉モデルと荒取り加工後
のワーク形状とが干渉しないようにX軸回りの回転軸で
あるA軸とY軸回りの回転軸であるB軸の回転を制御し
て連続加工を行う。本実施例では、ワーク加工中の各工
具中心点がA、C、Eの位置において、工具の姿勢は垂
直である。すなわち工具軸はZ軸と平行で干渉を回避で
きる。ワーク加工中の工具中心点がBの位置において、
工具の姿勢はY軸回りにB軸をθ1だけ時計方向へ回転
することにより、すなわちZ軸をY軸回りにθ1だけ時
計方向へ回転した軸を工具軸とすれば干渉を回避でき
る。ワーク加工中の工具中心点がDの位置において、工
具の姿勢はY軸回りにB軸をθ2だけ反時計方向へ回転
することにより、すなわちZ軸をY軸回りにθ2だけ反
時計方向へ回転した軸を工具軸とすれば干渉を回避でき
る。本図ではY軸回りの回転変化量についてのみを示し
たが、同様にX軸回りの回転変化量はX軸に直交するY
Z平面について解析すればよいので説明は省略する。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の機械加工
方法によれば、5軸工作機械において工具長が短いま
ま、A軸、B軸の回転角度を工具移動経路に沿ってワー
クと工具系との間の干渉を回避するよう回転しつつ連続
加工ができるので、高速高精度加工が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による機械加工方法の基本処理ステップ
の流れ図である。
【図2】本発明の制御手段のブロック図である。
【図3】本発明による5軸連続加工方法の説明図であ
る。
【図4】フライス荒取り加工の説明図である。
【図5】本発明の円錐形状干渉モデルの説明図である。
【図6】本発明による加工実施例の説明図である。
【図7】従来技術による3軸加工方法の説明図である。
【図8】従来技術による5軸加工方法の説明図である。
【符号の説明】
31、61、71、81…ボールエンドミル 32、62、72、82…工具ホルダ 33、63、73、83…主軸 34、44、64、74、84…ワーク 35、75、85…干渉領域 36、56、66…工具中心点 41…フライスカッタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−8148(JP,A) 特開 平3−103902(JP,A) 特開 平1−205956(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23Q 15/00 - 15/28 G05B 19/18 - 19/46

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 X軸、Y軸、Z軸の互いに直交する3つ
    の直線送り軸と、X軸の回りに回転するA軸またはY軸
    の回りに回転するB軸の内少なくとも一つの回転送り軸
    とを有するNC工作機械を用い、先端に円弧状切刃を有
    する工具を前記NC工作機械の回転主軸に装着してワー
    クを加工する機械加工方法において、 加工するワークの形状を表すデータとしてのワーク形状
    データを記憶する第1段階と、 前記工具の先端部の工具中心点と、前記工具を把持する
    工具ホルダまたは前記工具ホルダを把持する主軸の最外
    側部とを結んで得られる円錐形状干渉モデルの形状デー
    タを記憶する第2段階と、 予め指令した工具経路に従って前記工具を送りつつ、前
    記ワーク形状データと前記円錐形状干渉モデルの形状デ
    ータとから前記ワークと前記円錐形状干渉モデルとが干
    渉するか否かを判別し、 前記判別の結果、干渉無しと判別されたときはそのまま
    加工を続行し、 前記判別の結果、干渉有りと判別されたときは前記回転
    送り軸を回転して前記干渉を回避するよう前記ワークと
    前記工具とのなす相対姿勢を変更し、加工を続行する第
    3段階と、からなることを特徴とする機械加工方法。
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