JPS6161924B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は三軸以上の多軸制御NCフライス盤に
より三次元曲面を加工する方法に関する。 多軸制御NCフライス盤、、特に三軸制御NCフ
ライス盤で曲面加工を行なう場合、通常はラジア
スエンドミル又はボールエンドミル等のカツタが
用いられる。これらのフライス盤では、被加工体
位置がＸ，Ｙ二軸方向にシーケンス制御または数
値制御されカツタ位置がＺ軸方向に倣い制御また
は数値制御されるものや、被加工体が固定され、
工具位置が三軸制御されるものがあり、また、
XYZ三軸同時制御ができるものの外、同時制御が
できるのはXY，YZまたはXZのいずれか二軸に限
られるが、残りの一軸も上記二軸とは別に非同時
的にシーケンス制御、倣い制御、及びまたはNC
制御されるもの等がある。 これらの多軸フライスでは通常工具シフト機能
が与えられておらず、また、各ブロツクに於ける
加工は通常直線補間、円弧補間である。 また、加工する曲面は通常いくつかの断面図形
で与えられるが、各断面は必ずしも平行でなく、
互いに傾斜していることが多く、この間をなめら
かに結ぶ曲面を創成することが要求される。 また、加工は、通常、数工程の荒加工と、一工
程の仕上加工に分割して行なわれるものである。 而して、この種の曲面加工に於て問題となるの
は、倣い加工または数値制御等の加工方及び工具
の選定であり、曲面に対する切削方向及び工具の
ピツクフイード方向における切り残しによる加工
誤差等である。また数値制御（NC制御）の場
合、そのプログラム作成及び機械加工の所要時間
と、機械加工後のカツタマーク除去及び形状検査
等の手作業の難易及び所要時間等が考慮されるべ
き点である。 而して、従来のNC装置のプログラム作成方法
はまず、加工すべき被加工体の形状、要求される
精度、素材の材質等を考慮して加工上適切な径の
ボールエンドミル等を選定した場合、その加工
法、即ちカツタパスの始点、切削方向及びピツク
フイード方向を決定し、さらに与えられた切削方
向及びピツクフイード方向の公差以内で加工が行
なわれるようにピツクフイード量及び一ブロツク
当たりの切削長さを算定し、これらを他のイニシ
アルセツトデータと共に適宜のコンピユータに入
力することによつて、なめらかな曲面の創成とフ
エアリング処理を行なう加工に必要なデータを求
めて最後にNCテープとしてパンチアウトするも
のである。 而して、今、ラジアスエンドミル、またはボー
ルエンドミル等のカツタ半径をｒ、切削方向にお
ける被加工物の曲率半径をＲ、ピツクフイード量
をＰ、一ブロツク当り切削長さをＳとすると、カ
ツタ半径とピツクフイードによつて生ずる切り残
し山の高さＶ及び曲面を加工する際直線送りを補
間して近似的に加工する場合の誤差Ｕは、夫々次
の式で表わされる。 Ｖ＝Ｐ^２／８・ｒ ……(1) Ｕ＝Ｓ^２／８・Ｒ ……(2) 而して、(1)式はこのフライス加工の問題点を示
すものである。即ち、(2)式のＵの値いは、0.03〜
0.05mmまたはそれ以下とすることが容易であり、
また、このＵの値を更に小さくなるようにして
も、それはNCテープにおけるテープブロツク数
が増し、NCテープが長くなるだけでカツタパス
が延びる訳でないから別段問題を生じないが、(1)
式のＶについては、通常0.1〜0.4mmが許容される
値となつており、Ｖをこれ以下としようとする
と、ピツクフイード量を縮めなければにらないか
らNCテープのテープブロツク数が増すばかりで
なくカツタパス自身が飛躍的に延びることから機
械加工所要時間もこれに比例して延長される。従
つて、工具を使用する時間が長くなり、摩耗によ
り寿命が短くなりしかも良好な加工面が得られな
くなるという問題が発生する。即ち、ピツクフイ
ードを小さくし、カツタパスを延ばしても、創成
される加工曲面の加工深さがカツタ径の半径より
も充分深い場合にはカツタの進行方向の前面で全
面的に重切削を行なうべき加工部分は依然として
存在し、この部分では相当の重切削が必要である
反面、他の切削部分ではピツクフイードが減少す
るためピツクフイード方向の切込み量が少なくな
り過ぎるものである。このことは工具の合理的選
択を困難とし、作業時間の冗長化を招くことにな
る。 また、このＶを小さくするためには、可能な限
り大径のカツタを使用するとよいようであるが、
大径のカツタを使用するときは、前述の問題点が
更に深刻になる上、さらに、工具回転数がカツタ
径の増大と共に制約されるのに、チゼルポイント
付近で加工される量が相対的に増加するので、工
具寿命が短くなる。また、加工にあたつて切削抵
抗が増大するばかりでなく、加工すべき曲面が実
質的に、切削速度の極めて遅いチゼルエツジのみ
で加工されるようになるので良好な加工面が得ら
れないという問題が生じる。 本発明は叙上の観点に立つてなされたものであ
つて、カツタとしてラジアスエンドミルまたはボ
ールエンドミルを用い、多軸制御NCフライス盤
により、被加工体に前記エンドミル径の半径より
も充分深い三次元曲面を創成する曲面加工におい
て、ピツクフイード量Ｐをカツタ径の50％以上に
100％未満の範囲内の値P₀とし、切り残しを顧慮
せずに、荒目のカツタパスで所望の曲面加工を行
なう荒取工程と、この荒取工程と同一または別異
のカツタを用い、ピツクフイード量を荒取工程に
おけるピツクフイード量と同一のP₀とし、且つ正
整数N₁を定め上記荒取工程のカツタパスに対し
Ｐ_０／Ｎ_１づつピツクフイード方向にシフトさせてなる カツタパスにより上記所望の曲面加工を続行し、
切り残しを除去する第一仕上工程と、この荒取工
程または第一仕上工程と同一または別異のカツタ
を用い、ピツクフイード量を上記P₀と同一とし、
且つ正整数N₂を定め上記荒取工程または第一仕
上工程のカツタパスに対しＰ／Ｎ_１Ｎ_２づつピツクフイ ード方向にシフトさせてなるカツタパスにより上
記所望の曲面加工を続行し、さらに切り残しを除
去する第二仕上工程とを有し、さらには、必要に
応じ順次正整数N₃，N₄……を定め、特にこの正
整数N₁，N₂，N₃，N₄……がすべて２であるよう
に定めたりして、上記同様にして順次続行される
一連の仕上工程によつて曲面加工をするようにし
たものである。 この曲面加工によつて、創成される加工曲面の
加工深さがカツタ径の半径よりも充分深い場合に
は機械加工に要する時間が大幅に短縮され、しか
も一連の加工中、加工負荷の変動が極めて少な
く、そのため、各工程毎に加工目的に合つた最適
の工具が選定でき、終始、素材及び工具にとつて
最適の切削条件で加工することができることから
良好な加工面が得られるようになつた。 以下、図面により本発明の方法を従来の加工方
法と対比して詳細に説明する。 第１図は従来の加工方法の一例を示す斜視図、
第２図は他の一例を示すXY平面図、第３図は本
発明方法の工程を説明した図である。 而して、以下の説明においては、図及び説明を
簡明にするため、被加工体は固定されており、工
具が三軸制御され、且つ工具回転がＺ軸に平行で
あり、加工すべき断面形状はXZ断面及びYZ断面
について与えられ、さらに、工具位置はＸ，Ｚ二
軸方向に同時制御され、切削はＸ軸方向に行なわ
れ、ピツクフイードは一つのXZ平面における切
削が終了する都度、Ｙ軸方向に一定量P₀宛行なわ
れるものとする。また通常加工は、数次にわたる
荒加工と、最終仕上工程とに分割して行なわれる
ものであるが、ここでは一挙に加工を行なうもの
として説明する。然しながら、これらの限定は、
本発明の本質に何等の変更を加えるものでないこ
とは以下の説明から自ら明らかとなるであろう。
而して、第１図中Ｗは加工中の被加工体であり、
曲線Czx及びCyzは加工すべき断面形状を示す曲
線，t₀，t₁，t₂，t₃及びt₄は平面Ｘ＝０におけるカ
ツタのセンタであり、またt₃，t₄はカツタセンタ
t₃，t₄に対応するカツタであるボールエンドミル
のプロフイルである。 而して、XZ平面に平行な一つの切削加工面、
例えば、平面Ｙ＝０においては、曲線Czxに沿つ
て曲線を創成するため、工具高さＺとＸ軸方向送
りとの間の直線補間あるいは円弧補間により切削
加工が行なわれ、また平面Ｘ＝０においては、ボ
ールエンドミルのプロフイルの包絡線が曲線Cyz
に一致するように制御が行なわれる。 このため、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ、
切り残しＵ及びＶが発生するが、今ここで問題と
するのはＹ軸方向の切り残しＶである。 この切り残しＶは前掲の式(1)で与えられる。今
半径10mmのボールエンドミルで加工したときの切
り残しＶとピツクフイードＰとの関係は例えば次
表の如くである。

【表】 而して、この切り残しＶの値を小さくするに
は、ｒの大きなカツタを用いるか、またはピツク
フイードＰを小さくするか、いずれかが必要であ
るが、いずれの場合にも問題がある。 即ちｒの大きな太いカツタ（ボールエンドミ
ル）を用いる場合には、細部のコーナアール等の
加工に支障が生じることもあるが、最も問題なの
は、太いカツタでは通常カツタの回転数をカツタ
径に逆比例して引下げる必要がある。しかるに、
加工面の傾斜角にもよるが加工面は主として、カ
ツタのセンタ近傍、即ちチゼルポイント近傍の切
刃で加工される場合が多い点である。いずれにせ
よ、従来方法では加工された曲面は、第１図及び
第２図に示すように加工曲面の深さがカツタ径の
半径よりも充分深い場合には切削速度が極めて遅
く、良好な切刃ではないカツタのチゼルエツジの
部分で切削された面となるものであるが、カツタ
が太くなればなるほど回転数を低下させる関係上
良好な加工面が得られず、またチゼンポイント近
傍で切削を続けるカツタ自身の寿命も短くなるも
のである。 また、ピツクフイードＰを小さくすると、カツ
タパスが延長され、一方、切削速度を増加させる
ことは困難であるので、結局加工所要時間が延長
されることになる。また、カツタパスが例えば第
２図中のabcd……mnopにより示された物である
ときにおいて、区間abc、fgh、klm等ではカツタ
の進行方向で切削部分がカツタの全面にあたり重
切削が行なわれるのに対し、他の区間ではピツク
フイードを小さくした分だけその方向の切込みが
浅くなるため切削抵抗は軽くなる。 而してこのように加工負荷が大きく変動するの
にも拘わらずこれら被加工体Ｗの切削を単一のカ
ツタで、しかも、同一の回転数、同一の送り速度
で切削するのは好ましいことでない。 以下第３図により本発明方法を説明する。 第３図中と及びは、それぞれ本発明の加
工方法における第一工程たる荒取工程と、後続の
第一仕上工程及び第二仕上工程を示す説明図
（YZ断面図）、は上記各工程におけるカツタパ
スを示すXY平面図である。 而して、本発明の加工方法を構成する各工程で
は、使用するカツタのボールエンドミルの先端の
半径以上その２倍以下の範囲内で選んだピツクフ
イードP₀をもつて加工を行なうものである。 即ち、荒取加工式には第３図に細い実践で示
されるカツタパスP₁に沿つてカツタ径の半径より
も充分深い切削が行なわれ、以下、順次破線で示
されたP₂、一点鎖線で示されたP₃、二点鎖線で示
されたP⁴をカツタパスとして仕上加工が行なわれ
る。 これらのカツタパスにおいて、ピツクフイード
量はすべて同一の値P₀であり、且つP₂はP₁に対し
Ｐ_０／２だけＹ軸方向にシフトされた位置にあり、P₃， P₄はP₁またはP₂に対しＰ_０／４だけＹ軸方向にシフトさ れた位置にある。 而して、更に必要ならばP₁とP₃の間、P₂とP₃の
間等を通り、かつピツクフイード量がP₀であるよ
うなカツタパスにより同様な仕上加工を行なうも
のであるがここでは図示されている段階で加工を
完了するものとして説明する。 而して、第３図中、Ｗは被加工体、T′₁，T′₂，
T′₃，T′₄はボールエンドミル、Cyzは創成すべき
曲面のYZ断面形状を示す曲線であり、図のの
右半分に示したようにカツタパスP₄による加工が
終了した段階、即ち、加工完了時には、一見した
ところ、ピツクフイード量をＰ_０／４とし従来法で加工 したときと同一の曲面が得られるものである。 然しながら、本発明の加工方法によるときは、
加工所要時間を大幅に短縮することが可能とな
り、しかも従来より良好な仕上面が得られるもの
である。 以下、その理由を説明する。 また、本発明の加工方法は最も効果的に実施す
るためには、ピツクフイード量P₀をカツタ径の80
〜90％の範囲内で選定することが推奨されるの
で、以下の説明では、P₀はカツタ径2rの80〜90％
であるものとする。 このようにピツクフイード量を大きくとると、
第一工程たる荒取り加工中は、常時カツタの進行
方向でカツタのほとんど全面で被加工体に対する
重切削が行なわれることになるが、この負荷は従
来工法の最重切削負荷と同一レベルのものであ
り、しかも荒取工程中一定であるので、カツタの
回転数、切込み量、切削速度量等の切削条件は従
来工法と同一かまたはよりきびしいものとするこ
とが可能である。 即ち、この工程には軽切削部分が含まれておら
ず、終始相当の重切削のみが行なわれるので、工
具及び切削条件も、その特定の目的にのみ適合し
たものを選ぶことができ、また工具形状等につい
ても切り残した山の形状や高さ等をあまり考慮し
ないですむものである。 この工程におけるカツタパスの全長は、従来工
法で同一公差の加工を行なつた場合のカツタパス
の約四分の一であるが、この一工程で、通常除去
すべき金属量の90〜99％が除去されるものであ
る。 而して、後続の仕上工程においては、通常カツ
タが交換され、切削条件も軽切削に適したものに
切替えられる。 即ち、カツタはフライスとしてのプロフイルは
荒加工用のものと同一であるとしても、ウエブが
薄く、かつこの仕上加工の目的に適したシニング
が施されたものが用いられる。 また、通常、荒取加工時に比してはるかに高い
レベルのカツタの回転数、切削速度が採用され
る。その結果、全体のカツタパスの約四分の三を
占めるこの仕上工程の所要時間は大幅に短縮さ
れ、しかも、工具寿命も延長される。 また、創成される曲面が高速回転するカツタの
切刃で切削されるようになり、従つて、曲面その
ものが良好に仕上げられ、切り残した山の頂部に
生ずるばり等の発生が少なくなり、そのため、手
作業その他による最終仕上工程も従来の加工法に
比較して極めて容易に成るものである。 本発明においてピツクフイード量がカツタ径の
50乃至100％に限定される理由、及びさらに望ま
しくはそれがカツタ径の80乃至90％に限定される
意味は叙上の説明から自ずから明らかであろう。 また、被加工面の傾斜角や曲率にもよるが、こ
のれら一連の仕上工程では、カツタとして必ずし
も荒仕上に用いたものと同一のプロフイルのもの
を用いる必要がなく加工すべき面の形状、傾斜に
応じ例えば、ボールエンドミル、ラジアスエンド
ミル、コーンエンドミル等を自由に利用できるも
のであり、その場合には本発明の効果はより一層
顕著なものとなる。 尚、叙上の説明では、カツタパスが主としてＸ
方向に往復しつづら折りに折りたたまれる加工例
を示したが、稲妻状、迷路状、渦巻状、綾織形状
等に加工面を走行させ、曲面加工を行なう場合に
も応用できることは自明であろう。 また、上記の実施例では、仕上加工時のカツタ
パスシフト量を荒加工時のピツクフイード量の1/
２、1/4（＝1/2×1/2）としたがこれをそれぞれ1/
３、1/9（＝1/3×1/3）としたり或いは1/2、1/6
（＝1/2×1/3）としたりすることも可能である。 また本発明は４軸以上の多軸制御フライス加工
にも応用できるものである。 本発明は叙上の上の如く構成されるから、本発
明によるときは極めて高価な多軸制御NCフライ
ス盤の稼動効率を格段に高めることができ、しか
も、工具も長持し、且つ良好な加工面が得られる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来加工方法の一例を示す斜視図、第
２図は他の一例を示すXY平面図、第３図は本発
明方法の工程説明図である。 Ｗ，W′，Ｗ…被加工体、Czx，Cyz…創成すべ
き曲面を示す断面曲線、T₃，T₄，Ｔ_b，Ｔ_e，Ｔ
_n，Ｔ_p，T′₁，T′₂，T′₃，T′₄…ボールエンドミ
ル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ カツタとしてラジアスエンドミル又はボール
   エンドミルを用い、多軸制御フライス盤により、
   被加工体に前記エンドミル径の半径よりも充分深
   い三次元曲面を創成する曲面加工方法に於て、下
   記ａ）乃至ｂ）に記載した諸工程が含まれること
   を特徴とする上記の多軸制御NCフライス盤によ
   る曲面加工方法。 ａ ピツクフイード量Ｐをカツタ径の50％以上
   100％未満の範囲内の値のP₀とし、切り残しを
   顧慮せずに、荒目のカツタパスで所望の曲面加
   工を行なう荒取工程。 ｂ 上記荒取工程と同一又は別異のカツタを用
   い、ピツクフイード量を上記荒取工程における
   ピツクフイード量と同一のP₀とし、かつ正整数
   N₁を定め上記荒取工程のカツタパスに対しＰ_０／Ｎ_１ づつピツクフイード方向にシフトさせて成るカツ
   タパスにより上記所望の曲面加工を続行し、切残
   しを除去する第一仕上工程。 ｃ 上記荒取工程又は第一仕上工程と同一又は別
   異のカツタを用い、ピツクフイード量を上記P₀
   と同一とし、且つ正整数N₂を定め上記荒取工
   程又は第一仕上工程のカツタパスに対しＰ_０／Ｎ_１Ｎ_２ づつピツクフイード方向にシフトさせて成るカツ
   タパスにより上記所望の曲面加工を続行し、更に
   切残しを除去する第二仕上工程。 ｄ 以下必要に応じ順次正整数N₃，N₄……を定
   め、上記同様にして順次続行される一連の仕上
   工程。 ２ 正整数N₁，N₂，N₃，N₄……がすべて２であ
   る特許請求の範囲第１項に記載の多軸制御NCフ
   ライス盤による加工方法。」