JP4064210B2 - Machining method with rotary tool and cutter path generation method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工体から回転工具によりフレームにサポートを介して完成体が一体となった一体物を削り出す加工方法と、加工の際に用いるカッタパスを生成するためのカッタパス生成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、製品のデザインの開発に際して用いられる複雑な形状をしたモックアップや部品(完成体)を、例えば、矩形体のような6面体の被加工体からエンドミル等の回転工具を用いて削り出す加工方法では、加工する際に、工作機械に直接的に完成体自体の部位を固定することが出来ない場合がある。
【0003】
それらの場合、通常、図7(a)に示すように、まず、被加工体51のフレームとなるべき部位52を工作機械の加工台53に固定する。次に、図7(b)に示すように、回転工具54により被加工体51は所定個所の切削をおこなって、完成体58の一方の面56を削り出すと共に一体物となったときのサポート55の一面も削り出す。次に、図7(c)に示すように、被加工体51を反転させて回転工具54により所定個所の切削をおこなって、完成体58の他方の面57を削り出すと共にサポート55も削り出し、一体物を完成させる。
【0004】
その後、完成体58をサポート55(フレーム52含む)から切り離して、手作業等で仕上げ加工を施して、完成体58を完成させている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述に示したようなエンドミル等の回転工具による加工方法では、以下のような不具合が生じることを回避することが困難である。
【0006】
(1)回転工具による加工の際に、切り屑の絡みや切削負荷による回転工具のたわみが原因となり、回転工具の首下とフレームの壁面が干渉し、工具折損を招くことや、完成体の意匠面(表面)の品位の低下を招くことが生じる。
【0007】
(2)また、上述に示した部品の場合は、一方の面(他方の面)の加工後に、反転させて他方の面(一方の面)を加工する際、既に加工されて空隙が形成された被加工体を削る場合、サポート及び完成体本体の強度が十分でないと、加工の際に切削負荷によって被加工体が振動したり変形したりして加工面の品位が低下したり、完成体の寸法に誤差を生じることがある。
【0008】
(3)曲面形状を切削加工する場合は、回転工具としてボールエンドミルを用いるが、一方の面(他方の面)を加工する際、一方の面と他方の面を分離させるパーティング面まで加工すると、ボールエンドミルのため刃先のR形状に沿った削り残しが発生する。それを回避するためにフラット工具を使用することや、より小径なボールエンドミルを用いて削り残し部を削る方法が考えられる。前者の場合、曲面形状によってはフラットエンドミルでは加工後の部品に段差がついて芳しくない。一方、後者の場合は、小径工具を用いることにより切削負荷によって工具折損を招く恐れがある。
【0009】
(4)一方の面(他方の面)加工後、反転させて他方の面(一方の面)を加工する場合、一般には上部から底部に向かって全域を徐々に粗加工から仕上げ加工へと段階を経て削り出していく。この方法では部品を保持する個所がサポート部のみとなるために保持力が弱い。そのため、保持力を保つために片側から仕上げていく加工方法が考えられるが、それを具現化するカッタパスの算出システムはない。
【0010】
(5)一般の回転工具を用いた、3軸制御(XYZ軸)加工では、図8に示すような、アンダーカット部59に未加工領域が発生する。これまで小径工具(直径φ6mm以下)で、このようなアンダーカットを加工することは、工具そのものが見あたらず、また、加工方法が未確立のために加工できなかった。そのため、加工ができる向きへ被加工体を段取りすることで対処していたが、段取り変更に伴い加工基準のずれによる誤差が生じ、加工精度が低下することが避けられなかった。
【0011】
本発明はこれらの事情にもとづいてなされたもので、加工面の品位が良好で、かつ、寸法精度が良好な完成体を削り出す加工方法と、その加工の際に用いるカッタパスを生成するためのカッタパス生成方法を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明による手段によれば、開口部を有する立体形状からなる完成体と、この完成体の前記立体形状の外壁面から外方向に延在した複数のサポートと、この各サポートの先端部に形成されて加工装置の治具により保持固定されるフレームとからなる一体物を、被加工体から前記加工装置の回転工具により削り出して形成する回転工具による加工方法であって、
前記被加工体のフレームとなる部位を両端で保持固定して、前記被加工体に対して前記立体形状の内面に、前記フレームと連なる複数のサポートの一面側を形成し、さらに前記サポートとサポートの間に、前記完成体の前記立体形状の内側を形成する際に、前記回転工具からの負荷を支えるためのものであって、前記被加工体の完成体の開口部を有する立体形状の内部に先端が前記フレームの保持固定面と面一になるまで延在した櫛歯状のサブサポートを形成する第1面加工工程と、
この第1面加工工程の後に、この第1面加工工程が施された前記被加工体を前記加工装置から外し、該被加工体の表裏を反転させた状態で前記フレームの他方の面を前記加工装置に保持固定させ、前記被加工体の前記フレームの他方の面と連なった複数のサポートの他方の面を形成し、さらに前記サポートとサポートの間に、該完成体の他方の面である前記立体形状の外側面を、前記回転工具からの負荷を複数の前記サブサポートで支えながら形成する第2面加工工程とを有することを特徴とする回転工具による加工方法である。
【0013】
また請求項2の発明による手段によれば、前記サブサポートは複数本を形成することを特徴とする回転工具による加工方法である。
【0014】
また請求項3の発明による手段によれば、前記フレームにおける前記立体形状に対向する面は前記サポートとの接触部を中心に、前記フレームの端部へ向かってフレームが薄くなるような勾配を設けたことを特徴とする請求項1記載の回転工具による加工方法である。
【0015】
また請求項4の発明による手段によれば、前記勾配は、1度から10度であることを特徴とする請求項3記載の回転工具による加工方法である。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態である回転工具による加工方法を、図面を参照して説明する。
【0019】
図1は、本実施の形態により製作する完成体の一例であるモックアップの斜視図である。モックアップ1はアーチ状の断面を有する本体1aが長手方向に延在して形成され、本体1aの開口端部がアーチの内側に水平に伸延して、後述するアンダーカット部の加工により形成された複数の脚部2が設けられている。
【0020】
なお、図2に斜視図を示すように、モックアップ1は6面体の被加工体から機械加工により削り出された時点では、フレーム8、サポート9およびモックアップ1の本体1aが接続されて一体となった一体物の形態になっている。
【0021】
図3(a)〜(d)は、上述のモックアップ1の加工工程の要部を示す模式図である。なお、以下の加工でアンダーカット部の加工の際の回転工具のカッタパスは、後述するカッタパス生成方法で生成されたソフトウエアにより制御されている。
【0022】
まず、図3(a)に示すように、樹脂材料(PC、ABSなど)や金属材料(炭素鋼、Al、Cuなど)等の、例えば、6面体の被加工体3を工作機械(不図示)の加工台4の上に固定し、削り出す一体物のうちフレームとなる部位8を治具6でクランプする。
【0023】
次に、図3(b)に示したように、回転工具であるボールエンドミル7により一方の面を切削加工により削り出す。この切削加工では、フレーム8から延在したサポート9の片側に加工を施し、さらに、被加工体3の中央部に他の面を切削する際に工具からの負荷を支える複数のサブサポート11を形成する。なお、サブサポート11の先端はフレーム8の面と面一に形成されている。(第1面加工工程)
次に、図3(c)に示したように、脚部2の加工をおこなう。脚部2はアンダーカット部2aを削り出すことにより形成する。そのため、被加工体3を固定した位置でのボールエンドミル7による加工は困難であるので、回転工具をボールエンドミル7から、図4(a)および(b)に示すスロットカッタ12に交換して加工し、アンダーカット部2aを削り出す。
【0024】
図4(a)はアンダーカット部2aを加工するスロットカッタ12の外観図で、図4(b)はその加工の際の説明図である。スロットカッタ12は側断面が逆T字形状で、シャンク12aの先端にシャンク12aより径大の切れ刃13が形成されている。この切れ刃13の形状により、被加工体3のアンダーカット部2aを加工する際は、工具の逃げ量14はアンダーカット部の深さ15以上の寸法となり、切れ刃13の刃長13aは、アンダーカット部の高さ16未満となるような寸法のものを用いている。
【0025】
次に、図3(d)に示したように、片側が加工された被加工体3を反転させて、工作機械の加工台4の上に位置決めし、フレーム8を治具6で固定する。その状態では、サブサポート11は下側となり加工台4の面に接するので、他方の面である本体1aを加工する際の切削負荷をサブサポート11も分担して受けることができ、加工の際の振動を抑制して高精度の加工が可能になる。その状態で、ボールエンドミル等の回転工具7により切削加工をおこなってサポート9を削り出し、このサポート9によりモックアップ1の本体1aになる部分を保持する形状にする。
【0026】
この場合、図3(c)および(d)に示したように、加工の際に回転工具とフレーム8の壁面8aとの機械的な干渉をさけるために、フレーム8の壁面8aに回転工具を逃げる方向へ勾配を設けている。なお、勾配の角度は、1度〜10度が実用的な値であるが、加工条件に応じてその近傍の角度を適宜用いることもできる。
【0027】
次に、図示はしていないが、モックアップ1を回転工具によりサポート9を介してフレーム8と一体の状態で削り出す。(第2面加工工程)
その後、モックアップ1をサポート9(フレーム8含む)から切り離し、サポート9が接続されていた部分及びその近傍を手作業等で仕上げ加工して、モックアップ1を完成させる。
【0028】
なお、上述の場合は、モックアップ1の形状がアーチ状であったために、サブサポート11を設けたが、サブサポート11と同様な機能を果たす部位が存在するモックアップ1を加工する際には、サブサポート11を設ける必要はない。
【0029】
次に、上述のアンダーカット加工の際のカッタパスの算出について説明する。
【0030】
図5はカッタパスの算出の手順を示すフローチャートである。また、図6(a)〜(c)はアンダーカット部の加工の際のカッタパス算出用の設計モデルを示す説明図である。図6(a)は平面図であり、図6(b)は加工の際の側面図であり、図6(c)はカッタパス算出の経過説明するためのフラットエンドミルによる加工の側面図である。
【0031】
図6(a)および図6(b)に示すように、被加工体3にはアンダーカット部2aを削り出して必要な脚部2を形成する。
【0032】
なお、アンダーカット部2aの加工には、図6(a)に示すように側面が逆T字状のスロットカッタ12を用いて加工する必要があるが、通常、一般のCAMでは、図6(c)に示すように、回転工具としてフラットエンドミル7やボールエンドミルが対象になったソフトウエアを用いている。そのため、CAMで用いているソフトウエアをそのまま適用して、スロットカッタ12についてのカッタパスの演算を行うことが困難であった。
【0033】
図6(c)に示すような通常のフラットエンドミル7のカッタパスを生成しているソフトウエアを用いて、側断面が逆T字形状となるようなスロットカッタ12についてのカッタパスを演算できるようにするには、図6(b)に示すように、まず、スロットカッタ12で本体1aからアンダーカット部2aを削り出して脚部2を加工する。その加工後にスロットカッタ12を脚部2より上方に引き上げ動作をおこなう際に、図6(a)に示すように、脚部2とスロットカッタ12とが干渉しない領域として、脚部2の外形輪郭20からスロットカッタ12の回転部の半径分をオフセットした境界線21を設定し、この境界線21をCAMで読み込んで干渉境界領域22を設定する。(S1)
次に、CADにより脚部2を取り除いた仮想体23を算出する。(S2)
続いて、仮想体23に対する通常工具7(例えば、フラットエンドミル等)のカッタパスをCAMにより生成する。(S3)(カッタパス生成工程)
生成したカッタパス25に対し、境界線21内でスロットカッタ12が引き上がらないように、カッタパス25を編集する。(S3a)(カッタパス編集工程)
なお、CAMによっては、境界線21を定義しておけば、自動的にカッタパス25の作成領域を演算し、作成領域内では工具(スロットカッタ12)が引きあがらないようにカッタパス25を生成するものも存在する。
【0034】
以上により、通常のソフトウエアを用いたスロットカッタ12によるアンダーカット加工の可能な加工用カッタパス25を作成することができる。
【0035】
編集(又は生成)した加工用のカッタパス25を加工装置(不図示)に出力し(S4)、それによりアンダーカット部に対して所定の加工をおこなう。
【0036】
これらの手順により、アンダーカットが必要な被加工体に対して、スロットカッタ12等の特殊工具を使用して容易に加工することができる。
【0037】
以上に説明したように、上述の実施の形態によれば、回転工具により被加工体の両面に複雑な形状の加工を施す場合でも、加工の際の被加工体の振動を防止することができるので、高精度の加工をおこなうことができる。
【0038】
【発明の効果】
本発明によれば、加工面の品位が良好で、かつ寸法精度が良好な複雑な形状の加工をおこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】モックアップの斜視図。
【図2】一体物の斜視図。
【図3】(a)〜(d)は、本発明の加工工程の要部を示す模式図。
【図4】(a)は、特殊工具の外観図、(b)はその加工の際の説明図。
【図5】本発明のカッタパスの算出の手順を示すフローチャート。
【図6】(a)〜(c)はアンダーカット部の加工の際の、カッタパス算出用の設計モデルを示す説明図。
【図7】(a)〜(c)は、従来の加工工程の要部を示す模式図。
【図8】アンダーカット部の説明図。
【符号の説明】
1…モックアップ、1a…本体、2…脚部、3…被加工体、7…回転工具、8…フレーム、8a…壁面、9…サポート、11…サブサポート、12…スロットカッタ(特殊工具)、13…切れ刃、14…逃げ量、15…アンダーカット部の深さ、16…アンダーカット部の高さ、22…干渉境界領域、23…仮想体。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a machining method for cutting an integrated object in which a complete body is integrated with a rotating tool from a workpiece through a support, and a cutter path generation method for generating a cutter path used for machining.
[0002]
[Prior art]
For example, a mock-up or part (finished product) having a complicated shape used in the development of a product design is processed using a rotary tool such as an end mill from a hexahedral workpiece such as a rectangular body. In the method, there is a case where the part of the finished body itself cannot be fixed directly to the machine tool when processing.
[0003]
In those cases, usually, as shown in FIG. 7A, first, a
[0004]
Thereafter, the finished
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, it is difficult to avoid the following problems with the processing method using a rotary tool such as an end mill as described above.
[0006]
(1) When machining with a rotating tool, the entanglement of the rotating tool due to entanglement of chips or cutting load causes interference between the neck of the rotating tool and the wall of the frame, leading to tool breakage, It may cause a deterioration in the quality of the design surface (surface).
[0007]
(2) Further, in the case of the above-described component, after processing one surface (the other surface), when processing the other surface (one surface) by reversing, it is already processed to form a gap. When cutting the workpiece, if the strength of the support and the finished body is not sufficient, the workpiece will vibrate or deform due to the cutting load during machining, and the quality of the machined surface may be reduced. May cause an error in the dimensions.
[0008]
(3) When cutting a curved surface shape, a ball end mill is used as a rotary tool, but when machining one surface (the other surface), if machining to a parting surface that separates one surface from the other surface, Because of the ball end mill, uncut residue along the R shape of the cutting edge occurs. In order to avoid this, it is conceivable to use a flat tool or to cut the uncut portion using a ball end mill having a smaller diameter. In the former case, depending on the shape of the curved surface, a flat end mill is not good because the processed parts have steps. On the other hand, in the latter case, the use of a small-diameter tool may cause tool breakage due to a cutting load.
[0009]
(4) When processing one surface (the other surface) and then reversing to process the other surface (the one surface), the entire area is generally gradually changed from roughing to finishing from the top to the bottom. It cuts out through. In this method, since the part holding the part is only the support part, the holding force is weak. For this reason, a processing method of finishing from one side in order to maintain the holding force can be considered, but there is no cutter path calculation system that embodies it.
[0010]
(5) In the three-axis control (XYZ axis) machining using a general rotary tool, an uncut region is generated in the
[0011]
The present invention has been made on the basis of these circumstances, and a processing method for cutting a finished body having a good surface finish and a good dimensional accuracy, and a cutter path for use in the processing. An object is to provide a cutter path generation method.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to the means of the first aspect of the present invention, a completed body having a three-dimensional shape having an opening, a plurality of supports extending outward from the outer wall surface of the three-dimensional shape of the completed body, and tips of the respective supports A processing method using a rotary tool that is formed by cutting a single object formed of a frame formed on a part and held and fixed by a jig of a processing device from a workpiece with the rotary tool of the processing device ,
A portion of the workpiece to be a frame is held and fixed at both ends, and one side of a plurality of supports connected to the frame is formed on the inner surface of the solid shape with respect to the workpiece, and the support and support During the formation of the inside of the solid body of the finished body, to support a load from the rotary tool, and the inside of the solid body having an opening of the finished body of the workpiece A first surface processing step of forming a comb-like sub-support extending to a tip of the frame that is flush with the holding and fixing surface of the frame ;
After the first surface processing step, the workpiece subjected to the first surface processing step is removed from the processing apparatus, and the other surface of the frame is placed in the state where the front and back sides of the workpiece are reversed. machining device is held fixed, the form the other surface of the plurality of support for continuous and the other surface of the frame of the workpiece, further between the support and support, is the other surface of the finished body And a second surface machining step of forming the three-dimensional outer surface while supporting a load from the rotary tool by the plurality of sub-supports .
[0013]
According to the means of the invention of
[0014]
According to the means according to the invention of
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, in the machining method using a rotary tool according to the third aspect, the gradient is 1 to 10 degrees.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the processing method by the rotary tool which is embodiment of this invention is demonstrated with reference to drawings.
[0019]
FIG. 1 is a perspective view of a mockup that is an example of a finished product manufactured according to the present embodiment. The mock-
[0020]
As shown in the perspective view of FIG. 2, when the mock-
[0021]
FIGS. 3A to 3D are schematic views showing the main parts of the processing steps of the
[0022]
First, as shown in FIG. 3A, for example, a
[0023]
Next, as shown in FIG. 3B, one surface is cut out by cutting with a
Next, as shown in FIG.3 (c), the
[0024]
FIG. 4A is an external view of the
[0025]
Next, as shown in FIG. 3D, the
[0026]
In this case, as shown in FIGS. 3C and 3D, in order to avoid mechanical interference between the rotary tool and the
[0027]
Next, although not shown, the mock-
Thereafter, the
[0028]
In the above case, since the shape of the mock-
[0029]
Next, calculation of the cutter path in the above-described undercut processing will be described.
[0030]
FIG. 5 is a flowchart showing the procedure for calculating the cutter path. FIGS. 6A to 6C are explanatory views showing a design model for calculating a cutter path when the undercut portion is processed. 6A is a plan view, FIG. 6B is a side view at the time of processing, and FIG. 6C is a side view of processing by a flat end mill for explaining the process of cutter path calculation.
[0031]
As shown in FIGS. 6A and 6B, the undercut
[0032]
In order to process the undercut
[0033]
Using the software for generating the cutter path of the normal
Next, a
Subsequently, a cutter path of the normal tool 7 (for example, a flat end mill) for the
The cutter path 25 is edited so that the
Note that, depending on the CAM, if the
[0034]
Thus, according to the
[0035]
The edited (or generated) cutter path 25 for processing is output to a processing device (not shown) (S4), thereby performing predetermined processing on the undercut portion.
[0036]
By these procedures, it is possible to easily process a workpiece requiring undercut using a special tool such as the
[0037]
As described above, according to the above-described embodiment, even when a complex shape is machined on both surfaces of the workpiece by the rotary tool, vibration of the workpiece during machining can be prevented. Therefore, high-precision processing can be performed.
[0038]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the process of the complicated shape where the quality of a process surface is favorable and dimensional accuracy is favorable can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a mockup.
FIG. 2 is a perspective view of an integrated object.
FIGS. 3A to 3D are schematic views showing the main parts of the processing steps of the present invention.
4A is an external view of a special tool, and FIG. 4B is an explanatory diagram at the time of processing.
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for calculating a cutter path according to the present invention.
FIGS. 6A to 6C are explanatory views showing a design model for calculating a cutter path when processing an undercut portion. FIGS.
FIGS. 7A to 7C are schematic views showing a main part of a conventional processing step.
FIG. 8 is an explanatory diagram of an undercut portion.
[Explanation of symbols]
1 ... mockup, 1a ... body, 2 ... leg, 3 ... workpiece, 7 ... rotary tool, 8 ... frame, 8a ... wall surface, 9 ... support, 11 ... sub-support, 12 ... slot cutter (special tools , 13 ... Cutting edge, 14 ... Escape amount, 15 ... Depth of undercut part , 16 ... Height of undercut part , 22 ... Interference boundary region, 23 ... Virtual body.
Claims (4)
前記被加工体のフレームとなる部位を両端で保持固定して、前記被加工体に対して前記立体形状の内面に、前記フレームと連なる複数のサポートの一面側を形成し、さらに前記サポートとサポートの間に、前記完成体の前記立体形状の内側を形成する際に、前記回転工具からの負荷を支えるためのものであって、前記被加工体の完成体の開口部を有する立体形状の内部に先端が前記フレームの保持固定面と面一になるまで延在した櫛歯状のサブサポートを形成する第1面加工工程と、
この第1面加工工程の後に、この第1面加工工程が施された前記被加工体を前記加工装置から外し、該被加工体の表裏を反転させた状態で前記フレームの他方の面を前記加工装置に保持固定させ、前記被加工体の前記フレームの他方の面と連なった複数のサポートの他方の面を形成し、さらに前記サポートとサポートの間に、該完成体の他方の面である前記立体形状の外側面を、前記回転工具からの負荷を複数の前記サブサポートで支えながら形成する第2面加工工程とを有することを特徴とする回転工具による加工方法。 A completed body having a three-dimensional shape having an opening, a plurality of supports extending outward from the outer wall surface of the three-dimensional shape of the completed body, and a jig formed on the tip of each support by a jig of a processing device It is a processing method by a rotary tool that forms an integrated object composed of a frame to be held and fixed by cutting out from a workpiece with the rotary tool of the processing device ,
A portion of the workpiece to be a frame is held and fixed at both ends, and one side of a plurality of supports connected to the frame is formed on the inner surface of the solid shape with respect to the workpiece, and the support and support During the formation of the inside of the solid body of the finished body, to support a load from the rotary tool, and the inside of the solid body having an opening of the finished body of the workpiece A first surface processing step of forming a comb-like sub-support extending to a tip of the frame that is flush with the holding and fixing surface of the frame ;
After the first surface processing step, the workpiece subjected to the first surface processing step is removed from the processing apparatus, and the other surface of the frame is placed in the state where the front and back sides of the workpiece are reversed. machining device is held fixed, the form the other surface of the plurality of support for continuous and the other surface of the frame of the workpiece, further between the support and support, is the other surface of the finished body A processing method using a rotary tool , comprising: a second surface processing step of forming the outer surface of the three-dimensional shape while supporting a load from the rotary tool with the plurality of sub-supports .
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