JPH0596447A - 立体曲面加工ソフト単純化法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加工ソフトを総合的に大幅に簡略化すること
をにある。 【構成】 本発明の立体曲面加工ソフト単純化法は、工
具先端を中心として主軸を前後・左右の立体角に関して
傾斜させる２軸旋回主軸保持機構と、前記主軸をＸ、
Ｙ、Ｚ方向に移動させる３軸直行移動構造と、を備えた
加工機において、回転中心部に凹部があり、下部端面の
平面回転部及びその外側に設けられた刃に加え、凹部の
内向きの部分にも切刃を設けた工具を前記主軸に取り付
け、３次元立体物上のＸｍ、Ｙｎ、Ｚｍｎ点加工時の主
軸のＸ軸回りの旋回角αとＹ軸回りの旋回角βを、 Ｔａｎα＝（Ｚｍ，ｎ＋１ − Ｚｍ，ｎ−１）／（Ｙ
ｎ＋１ − Ｙｎ−１） Ｔａｎβ＝（Ｚｍ＋１，ｎ − Ｚｍ−１，ｎ）／（Ｘ
ｍ＋１ − Ｘｍ−１） で設定する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は５軸加工機により立体曲
面を加工する際に必要な制御ソフトを単純化することが
できる方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のボデイライン等の滑らかな曲面
を持った立体に関して、クレーモデルや板金の絞り型等
を製作する場合など従来のボールエンドミルによるピッ
クフィードにより機械加工が行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例において
は、機械加工４割、手仕上げ６割との常識がある如く、
機械加工のみで滑らかな面を直接得ることは困難であっ
た。これを解決する為に近年５軸加工機が開発されてい
るが、これらの機械はその機構上角度２軸の動きは位置
３軸に直接影響し極めて大きな、かつ不必要な変移を伴
い、この補正の為に複雑にして膨大な修正計算と修正運
動の必要がある。特に近年は加工面の質を向上させる為
にピックフィードを小とし、工具回転主軸の回転速度を
極度に上げて高速送りを行う傾向があり、この送りスピ
ードに同期して上記修正計算と補正移動を行うには極め
て高速計算を行う必要を生じ、極めて高級高価な大型Ｎ
Ｃ駆動装置を必要とするに到っている。しかもそのソフ
ト製作に多大な技術労力を要するのみならず、コンピュ
ーター能力の大部分は修正計算に使用され、本来の加工
物形状に相当する利用の割合は大幅に低下せざるを得な
いことが実用上問題となっている。

【０００４】また、在来方式では、小さなピックフィー
ドではボールエンドミルの下端の中心の、切削速度も切
削力も微弱な部分の仕上り面のみが、加工面に残るの
で、この欠点を補う為に、外周に近い切削力のある部分
を使用出来ることが、５軸加工機の利点であるが、この
接点の主軸に対する角度の設定も極めて複雑な設定方式
を伴うものが多く、近年出始めている角度設定がリニア
なものでは、変移角度範囲が少い上に上記修正により加
工範囲が極度に小となるもののみである。

【０００５】本発明の目的は、この点を総合的に大幅な
簡略化を行い、小容量のＮＣ装置においても容易に複雑
な曲面の加工を行はしめることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の立体曲面加工ソ
フト単純化法は、工具先端を中心として主軸を前後・左
右の立体角に関して傾斜させる２軸旋回主軸保持機構
と、前記主軸をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させる３軸直行移
動構造と、を備えた加工機において、回転中心部に凹部
があり、下部端面の平面回転部及びその外側に設けられ
た刃に加え、凹部の内向きの部分にも切刃を設けた工具
を前記主軸に取り付け、３次元立体物上のＸｍ、Ｙｎ、
Ｚｍｎ点加工時の主軸のＸ軸回りの旋回角αとＹ軸回り
の旋回角βを、 Ｔａｎα＝（Ｚｍ，ｎ＋１ − Ｚｍ，ｎ−１）／（Ｙｎ＋１ − Ｙｎ−１） Ｔａｎβ＝（Ｚｍ＋１，ｎ − Ｚｍ−１，ｎ）／（Ｘｍ＋１ − Ｘｍ−１） で設定することを特徴とする。

【０００７】

【実施例】本発明においては、工具先端を中心に主軸が
前後・左右の立体角の傾斜を夫々のアクチュエーターの
単純比例関係傾斜機構により行いうる２軸旋回主軸保持
機構が、Ｘ、Ｙ、Ｚ、３軸直行移動構造と夫々独立して
組合はさった５軸以上の機械を使用している。ワークの
回転と主軸の軸方向送りを伴えば７軸マシンとなる。

【０００８】また、加工機においては、回転中心部に凹
部があり、下部端面の平面回転部及びその外側の刃に加
え、この内向きの部分にも切削の為に特に切刃を設けた
エンドミルを使用し、図１に示す如く１の機構により加
工物曲面の加工部に対し常に工具軸が直立するように主
軸保持機構の旋回を前後左右に行はしめている。加工物
の平面部には下端、凹曲面には外部刃、凸部曲面には内
側切刃がクロス目の切削を行う。

【０００９】この工具形状では図２に示す如く、（イ）
の円弧状や、（ロ）の円錐直線部を含む滑らかに連続し
た刃形を有するもの、（ハ）、（ニ）の如く下端又は中
間にシャープなカドを持つもの、（ホ）の多角形にて近
似させたもの、又は（ヘ）の中央部に切刃のない孔を有
するもの等上記条件を満たすものが本発明工具形状の例
示である。

【００１０】上記工具軸の加工物表面に直立させる為の
計算ソフトに関する本発明は次の如くである。通常３次
元立体物は碁盤目のＸ、Ｙ、番地に対するＺ座標値とし
て数値表現される。現在ＸｍＹｎ点の加工を行い、その
高さ位置はＺｍｎとすると、図３の如くに表される。

【００１１】主軸のＸ軸回りの旋回角をα、同じくＹ軸
回りの旋回角をβとすると、この角度は加工点Ｏ、即ち
Ｘｍ、Ｙｎ、Ｚｍｎ点の隣接番地のＺ値より下記により
決定する。 Ｔａｎα＝（Ｚｍ，ｎ＋１ − Ｚｍ，ｎ−１）／（Ｙｎ＋１ − Ｙｎ−１） Ｔａｎβ＝（Ｚｍ＋１，ｎ − Ｚｍ−１，ｎ）／（Ｘｍ＋１ − Ｘｍ−１）

【００１２】この加工位置Ｏ及び隣接４点の数値は通常
の３軸加工機の場合に既に必要としたものであり、本発
明の５軸加工の為に何等追加データーを必要とせずして
角度設定を行うことが出来るもので、本発明の単純化の
中心項目の１つである。

【００１３】主軸旋回機構には剛性や主軸部の大きさ、
全体の旋回構造ブロックの大きさ、之等の駆動システム
等の必要から、±９０度に到る迄充分に旋回角度を取る
ことが不可能な場合がある。この場合は可能旋回角より
大なる傾斜面に対しては通常のボールエンドミル又は円
筒エンドミル加工方式に切替えることが必要で、その為
に上部がボールエンドミル形状又は円筒エンドミル形
状、下部が前述の中凹形切刃カッターの複合形状カッタ
ーを使用することにより、極めて容易に全立体面を加工
ソフトを複雑化することなく加工し得ることも、本発明
中心項目の１つである。図４、図５及び図６にその代表
例を例示する。

【００１４】加工物の曲面は前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加工点
の番地及びデータにより正確に示されるが、端面による
クロス切削加工では切刃のどの部分を中心に加工軸が旋
回運動を行うか、またこの先端切刃が曲面に円切削で接
することにより、曲面の凹凸によってＺ方向の喰い込
み、又は浮き上がりが起きる。通常は回転切刃の円運動
径が加工曲面の曲率に対し小である為にこの喰い込み又
は浮き上がりの値は僅かであり、従来の加工法の表面粗
さ又は仕上げ代以下であるので問題とはならないが、更
に厳密に指示された曲面に近付ける為には、高次の補正
値を工具軸の軸方向移動、即ち第６軸に与えることによ
り、加工精度を上げることが出来る。又修正ソフトの追
加を避ける場合は、ピックフィードを小として刃先回転
径とワーク曲面曲率との比を小となるシステムとするこ
とでも充分に効果を上げることが出来る。

【００１５】次に、修正方式を図５の形状のエンドミル
の場合を例に図７に示す。加工物の凸の曲率半径をＲ
１、凹の曲率半径をＲ２とし、夫々のカッターの接触角
をθ１、θ２とすれば、

【００１６】

【数１】

【００１７】で与えられる。 ｒ１＝ａ＝２ｍｍ、 ｆ＝２ｍｍ、 Ｒ１＝Ｒ２＝２０
ｍｍ を例にとれば、 ＯＱ１＝０．０２１ｍｍ ＯＱ２＝０．０３１ｍｍ となる。

【００１８】このような誤差を修正ソフトにより算出、
第６軸に修正変移を与えれば、誤差はサブミクロン以下
となり、更に高次の修正は不必要となる。

【００１９】ピックフィード量が１／２のシステムとす
れば、 ＯＱ１＝０．００６ｍｍ ＯＱ２＝０．００７ｍｍ となり、通常の要求精度は充分に満たすが、更に１／２
とすれば、理論値は次の如くである。 ＯＱ１＝０．００１５ｍｍ ＯＱ２＝０．００１６ｍｍ

【００２０】通常フライスでの精密加工では、３ｓ〜６
ｓの粗さであることを考えれば、面粗度に含まれて寸法
差を無視し得る加工条件値を容易に選定し得ることは明
らかであり、図４、図５、図６に例示した如く工具形状
を設定し、修正計算ソフトの負担を少なくすることも単
純化に関しては重要となるので、このような簡素なプロ
ポーションの複合カッター形状も本発明の主要項目であ
る。

【００２１】次に、前記円筒エンドミルの発展形につい
て述べる。既に記した如く、主軸旋回角の及ぶ限りはエ
ンドミル下端の円形切削力によるクロス目の加工を行う
が、旋回角限界以上の傾斜部では、上記複合カッター上
部のボールエンドミル部又は円筒エンドミル部の通常５
軸加工方式に切替える。しかるに、ボールエンドミルに
よるピックフィード加工では円弧溝が発生し、面粗さは
下端面加工と同様なピックフィードピッチでは非常に低
下する。ボールエンドミルの外径曲率が利用出来る凹面
ではやや緩和されるが、凸面にては特に悪くなる。之を
緩和する為には上記円筒エンドミル側面カットを利用す
れば、ボールエンドミルの円弧溝は多平面構成となって
面粗さは向上する。あたかも円筒エンドミルの主軸旋回
中心に図８点線のボールエンドミルがあるが如くに工具
軸中心を旋回中心に一致せしめ、外筒面が求める加工面
に接する角、即ち下端面加工の軸角より９０度の位置と
すれば良いことになる。この場合主軸軸方向の移動はカ
ッター切刃の使用部分を軸方向に移すことになり切刃を
万遍無く利用することになるが、前述の下端面加工での
軸方向移動を追加することによる切り込み量の補正は行
うことが出来ない。もしも切り込みを変化させる必要が
あれば軸を半径方向に移動すればできるが、位置補正プ
ログラムに更に追加修正プログラムを累加する必要を生
じ、ソフトは益々複雑膨大とならざるを得ない。ここで
本発明の追加項目としてのテーパーカッターの応用を上
げる。

【００２２】円筒カツターに代りテーパー外面のカッタ
ーが前記同様に加工面に当る状況を図９に示す。この場
合主軸の傾きはテーパーの半角だけ補正された値とな
る。この場合主軸軸方向の前進移動（イ）を行えばカッ
ター面はワークに深く入り、逆に（ロ）の後進移動では
浮き上ることとなり、前記下端面加工の軸方向送り同様
な補正能力を持つことが出来る。

【００２３】次に多平面による凸面加工を更に上質にす
る為には図１０に示すような富士山倒立形のカッターを
使用する。あたかも（イ）に図中央点線のボールエンド
ミルが存するが如く加工物に接すれば、円筒又は円錐カ
ッター面による平面よりも加工物の曲率にカッター曲率
が近付き仕上り面は向上する。工具の軸方向送りでは、
前進で（ロ）の如く、後退で（ハ）の如き中心に移動す
ることであり、それに伴い若干の角度修正を補えば前項
同様の補正機能を持たせることが出来る。

【００２４】以上に述べた傾斜部位を複合カッターに取
り入れた形状例を図１１に示す。図５のボールエンドミ
ル部と円筒部の中間に円錐又は凹曲面部（図の点線部）
を複合させた例である。

【００２５】前に示した概念図の実際の各部のプロポー
ションは、工具制作及び加工ソフト、修正法ソフト等に
多大な影響を与える。ここでは主軸首振り角度が±４５
度及び±６０度の場合の代表的簡素プロポーションの具
体案を示す。図１２は±４５度の場合であり、図１３は
±４５度の首振りによってカッター切刃の各部位によ
り、ワークの如何なる部分が加工し得るのかを例示す
る。（イ）に各部名称を示し、（ロ）には凸形状ワーク
を、（ハ）には凹形状ワークを、（ニ）には上広がり形
ワークの例を示す。前述の説明に従って、直線刃ｃ部に
はスピンドル軸方向の送りによる切り込み量の微調整機
能があるが、外周部直線刃Ｅ部にはこの機能がなく、そ
の長さをｆ以上としておけば、切刃の使用部分を切替え
て長持ちさせる利点がある。

【００２６】図１４には主軸首振り角度±６０度の場合
を例示するが、加工部位は上記に準ずる範囲を持つもの
である。

【００２７】

【考案の効果】本発明は、５軸加工機及び複合カッター
を用いることにより、加工機を制御するデータの量を減
らし、総合的に大幅な簡略化を行い、小容量のＮＣ装置
においても容易に複雑な曲面の滑らかな加工をすること
ができる方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】加工物曲面の加工部に対し常に工具軸が直立す
るように主軸保持機構の旋回を前後左右に行はしめた状
態を示す説明図である。

【図２】本発明工具形状の例を示す図である。

【図３】工具軸の加工物表面に直立させる為の計算ソフ
トに関する説明図である。

【図４】本発明における複合形状カッターの詳細な形状
を示す図である。

【図５】本発明における複合形状カッターの詳細な形状
を示す図である。

【図６】本発明における複合形状カッターの詳細な形状
を示す図である。

【図７】図５の形状のエンドミルの場合を例とした修正
方式を示す図である。

【図８】カッターが加工面に当る状況を示す図である。

【図９】カッターが加工面に当る状況を示す図である。

【図１０】カッターが加工面に当る状況を示す図であ
る。

【図１１】傾斜部位を複合カッターに取り入れた形状例
を示す図である。

【図１２】複合カッターのプロポーションの具体案を示
す図である。

【図１３】複合カッターのプロポーションの具体案を示
す図である。

【図１４】複合カッターのプロポーションの具体案を示
す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具先端を中心として主軸を前後・左右
   の立体角に関して傾斜させる２軸旋回主軸保持機構と、
   前記主軸をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させる３軸直行移動構
   造と、を備えた加工機において、回転中心部に凹部があ
   り、下部端面の平面回転部及びその外側に設けられた刃
   に加え、凹部の内向きの部分にも切刃を設けた工具を前
   記主軸に取り付け、３次元立体物上のＸｍ、Ｙｎ、Ｚｍ
   ｎ点加工時の主軸のＸ軸回りの旋回角αとＹ軸回りの旋
   回角βを、 Ｔａｎα＝（Ｚｍ，ｎ＋１ − Ｚｍ，ｎ−１）／（Ｙｎ＋１ − Ｙｎ−１） Ｔａｎβ＝（Ｚｍ＋１，ｎ − Ｚｍ−１，ｎ）／（Ｘｍ＋１ − Ｘｍ−１） で設定することを特徴とする立体曲面加工ソフト単純化
   法。