JPH11285924A - 金型用加工システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】金型素材を一つの支持部材上に取り付けたまま
で、切削、研削といった機械加工だけでなく、微細溝や
シャープエッジ状の内角部等の最終仕上げ加工まで行っ
て最終製品を成形できる究極の理想とする金型用加工シ
ステムを提供する。 【解決手段】支持部材２に支持された金型素材１を切削
工具および研削工具により加工可能な第１加工装置３
と、その支持部材２に支持された金型素材１をレーザビ
ームにより加工可能な第２加工装置４とを備える。その
支持部材２に支持された金型素材１を各加工装置３、４
それぞれの加工領域において移動および位置決めできる
ように、両加工装置３、４は支持部材２の送り機構５を
共有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、切削、研削、研磨
等の機械加工だけでは成形困難な形状を有する金型を成
形するための加工システムに関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】切削、研
削、研磨等の工具によって金型素材を機械加工する場
合、刃物寸法の制約により凹所内の角部加工は極めて困
難である。そのため、微細溝や凹所におけるシャープエ
ッジ状の内角部を有するような精密な金型は機械加工だ
けでは成形できなかった。

【０００３】そこで従来は、金型素材を機械加工した後
に、ワイヤーや電極を用いた放電加工やエッチング加工
あるいは特殊工具を用いての手作業を行うことで仕上げ
加工を行っていた。

【０００４】しかし、放電加工は加工液槽内で行われる
ため、機械加工された金型素材を機械加工装置から取外
し、その加工液槽内の所定位置に取付ける必要がある。
そのような金型素材の取外しや取付けには長時間を要す
るため生産性が低下し、また、取付け不良により寸法精
度が低下するおそれがある。また、放電加工により金型
素材に生じる変質層を除去するために加工素材を研磨す
る場合、加工素材を放電加工機から取り外して研磨機械
に取付ける必要があるため、さらに生産性や寸法精度が
低下する。さらに、ワイヤー放電加工の場合、ワイヤー
径の制約により微細加工が制限され、また、底付凹所の
加工はできない。電極を用いる放電加工の場合、電極製
作コストが大きく、加工速度が低いとう問題がある。

【０００５】エッチング加工は機械加工とは全く別の設
備を必要とするため、機械加工された金型素材を機械加
工装置から取り外し、エッチング加工設備に取り付ける
必要がある。そのような金型素材の取外しや取付けは長
時間を要するため生産性が低下し、取付け不良により寸
法精度が低下するおそれがある。

【０００６】また、仕上げ加工の終了後、金型素材の寸
法精度の測定が一般に行われる。その仕上げ加工を放電
加工やエッチング加工により行った場合、その測定のた
めに金型素材を放電加工機やエッチング加工設備から取
外し、測定機に取り付ける必要がある。さらに、測定の
結果、精度不良のために再加工する場合、再度加工機に
取り付ける必要がある。そのような金型素材の取外しや
取付けには長時間を要するために生産性が低下する。

【０００７】本発明は、精密な金型の成形には金型素材
の複数の加工装置への取付け、取外しが必要であるとい
う従来の常識を覆す金型用加工システムを提供すること
で、上記のような従来の問題を解決することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の金型用加工シス
テムは、金型素材の支持部材と、その支持部材に支持さ
れた金型素材を切削工具および研削工具により加工可能
な第１加工装置と、その支持部材に支持された金型素材
をレーザビームにより加工可能な第２加工装置とを備え
る。その支持部材に支持された金型素材を各加工装置そ
れぞれの加工領域において移動および位置決めできるよ
うに、両加工装置は前記支持部材の送り機構を共有す
る。本発明は、従来においては素材の切断、穴あけ、文
字や記号のマーキングといった用途にしか用いられてい
なかったレーザビームを理想の刃物として、金型素材の
加工に用いるという着想の下になされたものである。す
なわち、レーザビームを用いることで、放電加工やエッ
チング加工を行うことなく、刃物寸法の制約なしに金型
素材における微細溝や凹所におけるシャープエッジ状の
内角部等を加工できるので、本発明の構成によれば、金
型素材を一つの支持部材上に取り付けたままで、切削や
研削加工とレーザビーム加工とを自在に組み合わせた加
工ができる。これにより、微細溝、凹所におけるシャー
プエッジ状の内角部等の加工を高能率かつ高精度で行
い、最終製品にまで仕上げることができる。

【０００９】その第１加工装置は、その支持部材に支持
された金型素材を研磨工具により加工可能であるのが好
ましい。この構成によれば、金型素材を一つの支持部材
上に取り付けたままで、切削、研削加工とレーザビーム
加工だけでなく、研磨加工も可能になり、より高精度な
金型の成形が可能になる。さらに、レーザビーム加工に
より変質層が生じたとしても、その変質層を金型素材を
支持部材から取り外すことなく研磨加工により除去でき
る。

【００１０】その支持部材に支持された金型素材の寸法
測定装置を備え、前記支持部材送り機構により、その支
持部材に支持された金型素材を、その寸法測定装置の測
定領域において位置決め可能であるのが好ましい。この
構成によれば、金型素材を一つの支持部材上に取り付け
たままで、最終製品にまで仕上げることができるだけで
なく、寸法精度の測定も行え、精度不良の場合は再加工
ができる。

【００１１】その第１加工装置は、工具を保持可能なス
ピンドルと、そのスピンドルにより保持される工具を交
換するための自動工具交換装置とを有し、その第２加工
装置は、レーザビームの発振器と、そのレーザビームを
金型素材に導く光学系と、そのレーザビームの光路を変
更できるように前記光学系を駆動するアクチュエータと
を有するのが好ましい。これにより生産性をより向上で
きる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図１、図２に示す金型用加工システ
ムは、金型素材１を支持するテーブル状の支持部材２
と、第１加工装置３と、第２加工装置４と、寸法測定装
置９と、制御装置１０を備える。本実施形態では、その
金型素材１はワークプレート８を介して支持部材２によ
り支持されている。

【００１３】その第１加工装置３は、第２加工装置４と
で共有する支持部材送り機構５と、加工ヘッド６と、こ
の加工ヘッド６を支持する門形支持体７を有する。

【００１４】その支持部材送り機構５は、床上に据え付
けられるベッド１１と、このベッド１１によりガイドレ
ール１２を介して一水平軸方向（以下Ｘ軸方向）に移動
可能に支持される第１移動部材１３と、この第１移動部
材１３によりガイドレール１４を介してＸ軸方向に直交
する一水平軸方向（以下Ｙ軸方向）に移動可能に支持さ
れる第２移動部材１５とを有し、その第２移動部材１５
により上記支持部材２がガイド１６を介して鉛直軸方向
（以下Ｚ軸方向）に移動可能に支持され、さらに、各移
動部材１３、１５と支持部材２の駆動機構が設けられて
いる。

【００１５】その駆動機構は、第１移動部材１３側に取
り付けられたボールナット（図示省略）にねじ合わされ
ると共にベッド１１側に取り付けられたボールスクリュ
ー（図示省略）をサーボモータ２１により駆動すること
で、支持部材２をＸ軸方向に送るＸ軸駆動装置と、第２
移動部材１５側に取り付けられたボールナット（図示省
略）にねじ合わされると共に第１移動部材１３側に取り
付けられたボールスクリュー（図示省略）をサーボモー
タ２２により駆動することで、支持部材２をＹ軸方向に
送るＹ軸駆動装置と、支持部材２側に取り付けられたボ
ールナット（図示省略）にねじ合わされると共に第２移
動部材１５側に取り付けられたボールスクリュー（図示
省略）をサーボモータ２３により駆動することで、支持
部材２をＺ軸方向に駆動するＺ駆動装置とを有する。こ
れにより、その支持部材２をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向にお
いて移動させると共に位置決めすることが可能とされて
いる。その支持部材２のストロークは、支持部材２に支
持された金型素材１を、各加工装置３、４それぞれの加
工領域と上記寸法測定装置９の測定領域において移動お
よび位置決めすることが可能なように定められている。
なお、各駆動装置の構成は特に限定されず、例えばラッ
クピニオン式駆動装置によって構成してもよい。また、
支持部材２の駆動方向も特に限定されず、例えば、支持
部材２をＸ、Ｙ、Ｚ軸それぞれを中心とする回転方向に
駆動するようにしてもよい。

【００１６】その加工ヘッド６は、上記門形支持体７に
取り付けられるハウジング３１と、そのハウジング３１
によりＺ軸中心に回転可能に支持されるスピンドル３２
と、そのスピンドル３２を回転駆動するモータ３３とを
有し、そのスピンドル３２により工具３４が取外し可能
に保持される。そのスピンドル３２による工具３４の保
持機構は従来と同様の機構を用いることができる。その
工具３４として、例えばフライスやエンドミル等の切削
工具、砥石等の研削工具、研磨材を保持するバフ等の研
磨工具がスピンドル３２により保持可能とされ、それ以
外に、例えばドリル等の穴あけ工具が保持可能とされて
もよい。その加工ヘッド６のハウジング３１に、そのス
ピンドル３２により保持される工具３４を交換するため
の自動工具交換装置（ＡＴＣ）３５が取り付けられてい
る。その自動工具交換装置３５は公知の構成のものを採
用できる。これにより、第１加工装置３は、支持部材２
に支持された金型素材１を切削工具、研削工具、研磨工
具により加工することが可能とされている。なお、加工
ヘッド６自体やスピンドル３２自体を支持部材２に対し
て移動できるようにしてもよく、例えば、加工ヘッド６
を送り機構によりＹ軸方向、Ｚ軸方向、Ｘ軸中心の回転
方向、Ｙ軸中心の回転方向等に駆動可能にしたり、スピ
ンドル３２を送り機構によりＺ軸方向に駆動可能にして
もよい。また、工具３４をスピンドル３２により直接保
持するだけでなく、スピンドル３２の回転軸方向を変換
するように加工ヘッド６に取り付けられるアタッチメン
ト機構を介して保持するようにしてもよい。

【００１７】その第２加工装置４は、レーザビームの発
振器４１と、その発振器４１から発振されるレーザビー
ムを金型素材に導く光学系４２と、そのレーザビームの
光路を変更できるように光学系４２を駆動するアクチュ
エータである第１、第２サーボモータ４４、４５と、そ
の発振器４１と光学系４２との間に配置されるシャッタ
ー装置４６と、コントローラ４７と、その光学系４２、
第１、第２アクチュエータ４４、４５、シャッター装置
４６を覆うレーザヘッド４８を有する。

【００１８】その発振器４１のレーザ媒質として、本実
施形態ではＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガー
ネット結晶）が用いられている。その発振器４１は市販
のものを用いることができる。その光学系４２として、
本実施形態ではガルバノミラー形ビームスキャン光学系
が用いられている。その第１サーボモータ４４は、その
光学系４２を構成する光学素子を変位させることで、レ
ーザビームの照射位置をＸ軸方向において変位させ、そ
の第２サーボモータ４５は、その光学系４２を構成する
光学素子を変位させることで、レーザビームの照射位置
をＹ軸方向において変位させる。これにより、第２加工
装置４は、支持部材２に支持された金型素材１をレーザ
ビームにより加工可能である。そのコントローラ４７か
ら発振器４１のオン、オフ信号と、シャッター装置４６
の開閉信号が出力され、そのシャッター装置４６により
発振器４１と光学系４２との間のレーザビーム通路が開
閉される。また、スペースの有効利用のため、金型素材
１の第１加工装置３による加工領域と第２加工装置４に
よる加工領域とは一部重なるものとされることから、そ
の発振器４１はコントローラ４７のハウジングにレール
４９を介してＸ軸方向に変位可能に支持され、これによ
り、金型素材１のレーザビーム加工時に干渉領域に入る
第２加工装置４のレーザヘッド４８等の部分を、第１加
工装置３による金型素材１の加工時に加工領域から退避
させることが可能とされている。

【００１９】上記Ｘ軸駆動装置のサーボモータ２１、Ｙ
軸駆動装置のサーボモータ２２、Ｚ駆動装置のサーボモ
ータ２３、スピンドル３２の駆動モータ３３、自動工具
交換装置３５、光学系４２の駆動用第１、第２サーボモ
ータ４４、４５、第２加工装置４のコントローラ４７
が、上記制御装置１０に接続されている。その制御装置
１０は、金型素材１の加工プログラムを作成するための
ＣＡＤ、ＣＡＭシステムを構成するコンピュータ５８に
接続される。

【００２０】その加工プログラムに基づき制御装置１０
から出力される制御信号により支持部材送り機構５のサ
ーボモータ２１、２２、２３を制御し、支持部材２に支
持された金型素材１を第１加工装置３の加工領域におい
て移動および位置決めし、スピンドル３２の駆動モータ
３２を制御することで、工具３４による金型素材１の切
削加工、研削加工、あるいは研磨加工を行うことができ
る。その制御信号により自動工具交換装置３５を制御す
ることで、スピンドル３２に保持される工具３４の交換
を行うことができる。その制御信号により支持部材送り
機構５のサーボモータ２１、２２、２３を制御し、支持
部材２に支持された金型素材１を第２加工装置４の加工
領域において移動および位置決めし、コントローラ４７
を制御して発振器４１のオン、オフ制御とシャッター装
置４６の開閉制御を行い、光学系４２の駆動用第１、第
２サーボモータ４４、４５を制御してレーザビームの照
射位置を制御することで、金型素材１のレーザビーム加
工を行うことができる。

【００２１】また、支持部材２のＸ軸方向移動距離検知
センサ５１、Ｙ軸方向移動距離検知センサ５２、Ｚ軸方
向移動距離検知センサ５３、第１サーボモータ４４によ
るレーザビームのＸ軸方向変位量検知センサ５４、第２
サーボモータ４５によるレーザビームのＹ軸方向変位量
検知センサ５５が、支持部材２の位置制御およびレーザ
ビームの照射位置の制御に際してフィードバック制御を
行うために設けられ、それぞれ制御装置１０に接続され
る。さらに、制御装置１０には制御状態を表示するため
の表示装置５６と、オペレータにより手動で各加工装置
３、４を制御するための操作盤５７が接続される。

【００２２】上記寸法測定装置９は上記加工ヘッド６に
取り付けられる。本実施形態では、その寸法測定装置９
は、光軸方向がＺ軸方向とされたＣＣＤカメラ６１を有
し、制御装置１０に接続される。そのカメラ６１により
撮影された金型素材１の画像が表示装置５６により表示
可能とされている。その金型素材１の表示画像に、位置
指示画像としてカーソルが併せて表示可能とされ、その
カーソルの表示位置は操作盤５７からの入力により変更
可能とされている。その表示装置５６の画面において、
そのカーソルを金型素材１の表示画像における寸法の測
定開始点に位置決めした時点で、操作盤５７から制御装
置１０に測定開始点信号を制御装置１０に入力され、次
に、支持部材送り機構５により金型素材１を移動させ、
そのカーソルが金型素材１の表示画像における寸法の測
定終了点に位置決めされた時点で、操作盤５７から制御
装置１０に測定終点信号を制御装置１０に入力され、そ
の金型素材１の測定開始点の終了点間の移動距離の検知
信号がＸ軸方向移動距離検知センサ５１あるいはＹ軸方
向移動距離検知センサ５２から制御装置１０に入力され
ることで、その測定結果が表示装置５６に表示可能とさ
れている。すなわち、支持部材２に支持された金型素材
１のＸ軸方向およびＹ軸方向の寸法が測定される。な
お、金型素材１のＺ軸方向の寸法を測定できるように、
そのＣＣＤカメラ６１を加工ヘッド６に光軸方向をＸ軸
およびＹ軸方向に変更可能に取り付けられるようにして
もよい。この寸法測定装置９は公知の構成のものを用い
ることができる。

【００２３】上記構成によれば、レーザビームを用いる
ことで、放電加工やエッチング加工を行うことなく、刃
物寸法の制約なしに金型素材１における微細溝や凹所に
おけるシャープエッジ状の内角部等を高能率かつ高精度
で加工できる。これにより、金型素材１を一つの支持部
材２上に取り付けたままで、切削、研削加工とレーザビ
ーム加工を自在に組み合わせた加工を行い、金型素材１
を最終製品にまで仕上げることができる。また、金型素
材１を一つの支持部材２上に取り付けたままで、切削、
研削加工とレーザビーム加工だけでなく、研磨加工も可
能になり、より高精度な金型の成形が可能になる。さら
に、レーザビーム加工により変質層が生じたとしても、
その変質層を金型素材１を支持部材２から取り外すこと
なく研磨加工により除去できる。また、金型素材１を一
つの支持部材２上に取り付けたままで、最終製品にまで
仕上げることができるだけでなく、寸法測定装置９によ
り寸法精度の測定も行え、精度不良の場合は再加工がで
きる。

【００２４】なお、本発明は上記実施形態に限定されな
い。例えば、第１加工装置３と第２加工装置４の配置は
上記実施形態に限定されず、任意に配置できる。また、
第１加工装置３の形態は上記のように門形支持体７によ
り加工ヘッド６を支持するものに限定されず、例えばコ
ラム形支持体により加工ヘッドを片持ち状に支持しても
よい。また、スピンドルも縦軸中心に回転するものに限
定されず、横軸中心に回転するものであってもよい。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、金型素材を一つの支持
部材上に取り付けたままで、切削、研削、研磨といった
機械加工だけでなく、微細溝やシャープエッジ状の内角
部等の最終仕上げ加工まで行って最終製品を成形できる
究極の理想とする金型用加工システムを提供できる。こ
れにより、生産性や寸法精度を向上でき、トータルマシ
ンコストや作業人員や装置設置面積を低減し、金型の納
期短縮を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の金型用加工システムの斜視
図

【図２】本発明の実施形態の金型用加工システムの構成
説明図

【符号の説明】

１ 金型素材 ２ 支持部材 ３ 第１加工装置 ４ 第２加工装置 ５ 支持部材送り機構 ９ 寸法測定装置 ３２ スピンドル ３４ 工具 ３５ 自動工具交換装置 ４１ 発振器 ４２ 光学系 ４４、４５ アクチュエータ

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年４月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の金型用加工シス
テムは、金型素材の支持部材と、その支持部材に支持さ
れた金型素材を切削工具および研削工具により加工可能
な第１加工装置と、その支持部材に支持された金型素材
をレーザビームにより加工可能な第２加工装置とを備え
る。その支持部材に支持された金型素材を各加工装置そ
れぞれの加工領域において移動および位置決めできるよ
うに、両加工装置は前記支持部材の送り機構を共有し、
その第２加工装置により金型素材の凹所の内部にシャー
プエッジ状の角部を加工可能である。本発明は、従来に
おいては素材の切断、穴あけ、文字や記号のマーキング
といった用途にしか用いられていなかったレーザビーム
を理想の刃物として、金型素材の加工に用いるという着
想の下になされたものである。すなわち、レーザビーム
を用いることで、放電加工やエッチング加工を行うこと
なく、刃物寸法の制約なしに金型素材における微細溝や
凹所におけるシャープエッジ状の内角部等を加工できる
ので、本発明の構成によれば、金型素材を一つの支持部
材上に取り付けたままで、切削や研削加工とレーザビー
ム加工とを自在に組み合わせた加工ができる。これによ
り、微細溝、凹所におけるシャープエッジ状の内角部等
の加工を高能率かつ高精度で行い、最終製品にまで仕上
げることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森山 太 大阪府大阪市鶴見区茨田大宮１―19―３ (72)発明者 中野 義平 和歌山県和歌山市北ノ新地田町15番地

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金型素材の支持部材と、 その支持部材に支持された金型素材を切削工具および研
   削工具により加工可能な第１加工装置と、 その支持部材に支持された金型素材をレーザビームによ
   り加工可能な第２加工装置とを備え、 その支持部材に支持された金型素材を各加工装置それぞ
   れの加工領域において移動および位置決めできるよう
   に、両加工装置は前記支持部材の送り機構を共有する金
   型用加工システム。
2. 【請求項２】 その第１加工装置は、その支持部材に支
   持された金型素材を研磨工具により加工可能である請求
   項１に記載の金型用加工システム。
3. 【請求項３】 その支持部材に支持された金型素材の寸
   法測定装置を備え、前記支持部材送り機構により、その
   支持部材に支持された金型素材を、その寸法測定装置の
   測定領域において位置決め可能である請求項１または２
   に記載の金型用加工システム。
4. 【請求項４】 その第１加工装置は、工具を保持可能な
   スピンドルと、そのスピンドルにより保持される工具を
   交換するための自動工具交換装置とを有し、その第２加
   工装置は、レーザビームの発振器と、そのレーザビーム
   を金型素材に導く光学系と、そのレーザビームの光路を
   変更できるように前記光学系を駆動するアクチュエータ
   とを有する請求項１〜３の中の何れかに記載の金型用加
   工システム。