JP3748099B2 - 切削加工方法及びこの切削加工方法を行うためのｎｃデータ作成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンドミルなどの切削工具を用いた金型などの加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来マシニングセンタなどの同時３軸制御の工作機械を用いて、工作物に対するボールエンドミルなどの工具の相対位置を変化させて金型などの荒加工を行う場合、前記工具の軸線と平行なＺ軸方向の切り込み量を一定にして、前記Ｚ軸と直交するＸ−Ｙ平面と平行な等高線断面上の工具軌跡に沿って前記工具の位置を移動させて加工を行い、高い方から順々に一段づつ彫り下げていく等高線加工が一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の加工方法では、前記工具のＺ軸方向の切り込み量が一定のため、工具が工作物に接触する部分が常に一定となり、前記工具の切削部と非切削部との境界に境界摩耗が生じる。切削量が増加するに連れて前記境界摩耗は促進され、この境界摩耗により工具寿命が決まるため、工具寿命が短いという問題を有している。
【０００４】
本発明は、上記問題を解決して、工具寿命を延ばすことが可能な切削加工方法を提供することを目的としたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の切削加工方法は、エンドミルの回転軸線と平行な第１軸を制御して工作物に対して前記エンドミルを前記第１軸方向に所定量づつ切り込むと共に、前記エンドミルの各切り込み段階において当該切り込み段階における前記エンドミルの前記第１軸方向位置に応じた工具軌跡に沿って前記第１軸と直交する第２軸方向にもしくは前記第１軸と直交する平面内で前記エンドミルの移動を制御して加工を行う等高線加工において、前記エンドミルの前記第１軸方向への切り込み量を複数段づつあるいは１段づつ異ならせることにより前記エンドミルの切削部と非切削部との境界の位置を変えるものである。
【０００６】
請求項１の発明によれば、エンドミルの第１軸方向への切り込み量を複数段づつあるいは１段づつ異ならせることにより、前記エンドミルの切削部と非切削部との境界の位置が変わり、前記エンドミルに対して摩耗が均等に進行するため、工具寿命が長くなる。
【０００７】
請求項２記載の切削加工方法は、請求項１記載の切削加工方法において、前記エンドミルは先端部が半球に成形されたボールエンドミルであって、前記切り込み量の変化に応じて前記ボールエンドミルの回転速度を制御することにより切削速度を一定に保つものである。
【０００８】
請求項２の発明によれば、エンドミルの第１軸方向への切り込み量の変化に関わらず常に最適な切削速度で加工を行うことが可能である。
【０００９】
請求項３記載の切削加工方法は、請求項２記載の切削加工方法において、前記ボールエンドミルの回転速度の変化に応じて前記ボールエンドミルの送り速度を制御することにより前記ボールエンドミルの１刃当りの送り量を一定に保つものである。
【００１０】
請求項３の発明によれば、エンドミルの回転速度の変化に関わらず常に最適な前記エンドミルの１刃当りの送り量で加工を行うことが可能である。
【００１１】
請求項４記載の切削加工方法は、請求項１から３のいずれか１項記載の切削加工方法において、前記エンドミルの前記第１軸方向への切り込み量を段階的に小さくするものである。
【００１２】
請求項４の発明によれば、エンドミルの第１軸方向への切り込み量を、最初の切り込み量が最も大きく、この切り込み量に対して順次小さくすることにより、エンドミルに対して摩耗が均等に進行すると共に、摩耗した箇所はその後の切削に関係しないため、工具寿命が長くなる。
【００１３】
請求項５記載のＮＣデータ作成装置は、エンドミルの回転軸線と平行な第１軸を制御して工作物に対して前記エンドミルを前記第１軸方向に所定量づつ切り込むと共に、前記エンドミルの各切り込み段階において当該切り込み段階における前記エンドミルの前記第１軸方向位置に応じた工具軌跡に沿って前記第１軸と直交する第２軸方向にもしくは前記第１軸と直交する平面内で前記エンドミルの移動を制御して加工を行う等高線加工のＮＣデータを作成するＮＣデータ作成装置において、工作物及び使用するエンドミルの形状を示すデータと、段階的に異なる前記エンドミルの前記第１軸方向への複数の切り込み量及び該各切り込み量における切削許容体積とを入力する入力手段と、前記入力手段により入力された前記データに応じて、前記エンドミルの前記第１軸方向の各位置ごとの工具軌跡を演算する工具軌跡演算手段と、前記工具軌跡演算手段により演算された工具軌跡に沿った加工における工作物の切削除去体積を演算すると共に、演算された切削除去体積の前記各切り込み量ごとの累積値が前記入力手段により入力された前記切削許容体積を超えるとき、前記切り込み量を前記入力手段により入力された順次小さい切り込み量に切換える切り込み量変更手段と、前記工具軌跡演算手段により演算された工具軌跡に基づいて、前記工具軌跡に沿って加工を行うためのＮＣデータを作成するＮＣデータ作成手段とを備えたものである。
【００１４】
請求項５の発明によれば、最初の切り込み量における第１軸方向の各位置ごとの工具軌跡を１段づつ作成していき、前記工具軌跡に沿って加工を行うときの切削除去体積の累積値が前記切り込み量における切削許容体積を越えたら、前記切り込み量に対して順次小さくなる次の切り込み量に変更し、該切り込み量における前記第１軸方向の各位置ごとの工具軌跡を１段づつ作成していく。これを繰り返すことにより、切り込み量を段階的に小さくして加工を行う前記エンドミルの前記第１軸方向の各位置ごとの工具軌跡を、前記第１軸方向の所定の深さまで１段づつ作成していくＮＣデータを自動で作成することができる。
【００１５】
請求項６記載のＮＣデータ作成装置は、請求項５記載のＮＣデータ作成装置において、前記入力手段では、更に前記工作物及び使用するエンドミルに応じて選択されるこのエンドミルの周速度及び１刃当たりの送り量を入力し、前記入力手段により入力された前記周速度となるような前記エンドミルの回転速度を前記各切り込み量ごとに演算する回転速度演算手段と、前記入力手段により入力された１刃当たりの送り量となるような前記エンドミルの送り速度を前記各切り込み量ごとに演算する送り速度演算手段とを備え、前記ＮＣデータ作成手段は、更に前記回転速度演算手段により演算された前記エンドミルの回転速度と、前記送り速度演算手段により演算された前記エンドミルの送り速度とに基づいて、前記工具軌跡に沿って加工を行うためのＮＣデータを作成するものである。
【００１６】
請求項６の発明によれば、切り込み量の変化に応じて入力手段により入力された周速度となるようなエンドミルの回転速度を演算し、前記回転速度の変化に応じて前記入力手段により入力された１刃当たりの送り量となるような前記エンドミルの送り速度を演算することにより、前記切り込み量の変化に応じた前記エンドミルの回転速度及び送り速度で加工を行うＮＣデータを作成するすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は金型加工を行うマシニングセンタなどの工作機械の構成図であり、工作機械１はパーソナルコンピュータなどから構成されたＮＣデータ作成装置３０によって作成されＣＮＣ装置２に入力されるＮＣデータに基づいて工作物Ｗの加工を行う。
【００１８】
次に工作機械１本体の構成について説明する。ベッド１０上には門形状のコラム１１が立設されており、このコラム１１はＸ軸方向（図２において紙面と垂直方向）に延在するＸ軸ガイドレール１２に沿って、Ｘ軸送りモータ１３により移動するサドル１４が設けられている。前記サドル１４にはＹ軸方向（図１において上下方向）に延在するＹ軸ガイドレール１５に沿って、Ｙ軸送りモータ１６によって移動するガントリ１７が設けられている。前記ガントリ１７には主軸ヘッド１８が搭載され、この主軸ヘッド１８には先端に工具Ｔを装着して回転駆動する主軸１９が回転可能に支承されている。また、前記ベッド１０上にはＺ軸方向（図２において左右方向）に延在するＺ軸ガイドレール２０に沿って、Ｚ軸送りモータ２１によって移動するテーブル２２が設けられており、このテーブル２２上に工作物Ｗが治具２３を介して位置決め固定されるようになっている。
【００１９】
工作機械１により工作物Ｗの加工を行うために、ＮＣデータに基づいてＣＮＣ装置２よりサーボモータ駆動回路３、４，５に制御信号が入力される。前記サーボモータ駆動回路３，４，５のそれぞれにより駆動されるＸ，Ｙ，Ｚ軸送りモータ１３，１６，２１によりサドル１４，ガントリ１７，テーブル２２を制御して工具Ｔと工作物Ｗの相対位置を３次元的に変化させることにより加工を行う。
【００２０】
図２はマシニングセンタを用いて、工作物に対するボールエンドミルの相対位置を変化させて金型の荒加工を行う場合の各加工段における平面切削領域を示す工作物の断面図である。
工作物Ｗに対してボールエンドミルＴをＺ軸方向（図２で上下方向）に切り込み量Ｐ１づつ切り込むと共に、前記Ｚ軸と直交するＸ軸（図２で左右方向）とこのＸ軸と直交するＹ軸（図２で紙面と垂直方向）との同時２軸制御により、前記Ｚ軸と直交する各切り込み位置に応じた等高線断面Ｉ上の工具軌跡に沿って前記ボールエンドミルＴの位置を移動させて等高線加工を行い、前記切り込み量Ｐ１における前記ボールエンドミルＴの切削部と非切削部との境界Ｂの境界摩耗が限界に達したら、前記切り込み量Ｐ１に対して順次小さくなる次の切り込み量Ｐ２に変えることにより、前記ボールエンドミルＴの境界Ｂの位置を変えて複数段の加工を行い、前記切り込み量Ｐ２における前記境界Ｂの境界摩耗が限界に達したら、次の切り込み量Ｐ３に変えて複数段の加工を行う。このように前記Ｚ軸方向の切り込み量Ｐｎを段階的に小さくして、深さＰまで１段づつ彫り下げていくものである。なお、前記境界摩耗はボールエンドミルＴの軸線方向に僅かな幅を有しており、この部分が重ならないように前記切り込み量Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３（Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３）が決められている。
【００２１】
次に、図３のフローチャートを参照して、上述した加工方法を行うためのＮＣデータ作成装置３０によるＮＣデータの作成手順について説明する。
ステップ１で工作物の３次元形状を示す情報、加工形状の深さＰ、工具半径Ｒ、工具の刃数Ｚ、工具周速度Ｖ、１刃当たりの送り量ｆ、切り込み量Ｐ１，Ｐ２，・・・，ＰＮ（Ｐ１＞Ｐ２＞・・・＞ＰＮ）、前記切り込み量Ｐ１，Ｐ２，・・・，ＰＮにおける切削許容体積Ｑ１，Ｑ２，・・・，ＱＮ（Ｑ１＞Ｑ２＞・・・＞ＱＮ）を入力する。この入力はＮＣデータ作成装置３０に設けられたキーボードなどを介してオペレータにより行われる。
なお、前記工具周速度Ｖ、１刃当たりの送り量ｆ、切り込み量Ｐ１，Ｐ２，・・・，ＰＮ、切削許容体積Ｑ１，Ｑ２，・・・，ＱＮは、工作物Ｗ及び工具Ｔの形状や材質を基にデータベースより最適な値を選定する。
【００２２】
ステップ２では、工具軌跡のＮＣデータを作成している等高線断面Ｉの段数を示すｉを初期化する。
【００２３】
ステップ３では、前記切り込み量Ｐｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）及び前記切削許容体積Ｑｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を示すｎを初期化する。
【００２４】
ステップ４において、前記ｎに１加算することにより、ステップ１で入力された切り込み量Ｐｎ及びこの切り込み量Ｐｎにおける切削許容体積Ｑｎが設定される。ここでは、ｎ＝１となり、切り込み量Ｐ１及びこの切り込み量Ｐ１における切削許容体積Ｑ１が設定される。
【００２５】
判断ステップ５において、前記ｎとこのｎの最大値である前記Ｎを比較する。前記ｎが前記Ｎ以下であれば、工具が使用可能であるため、前記判断はＹｅｓとなりステップ６の処理へ進む。
【００２６】
ステップ６では、ステップ１で入力された工具周速度Ｖ、切り込み量Ｐｎ、工具半径Ｒを基に、切り込み量Ｐｎにおける主軸回転速度Ｓを次式に基づいて演算する。
Ｓ＝Ｖ／｛２π√（２・Ｐｎ・Ｒ−Ｐｎ２）｝
【００２７】
ステップ７では、ステップ１で入力された１刃当たりの送り量ｆ、工具の刃数Ｚ及びステップ６で演算された主軸回転速度Ｓを基に、切り込み量Ｐｎにおける工具送り速度Ｆを次式に基づいて演算する。
Ｆ＝ｆ・Ｚ・Ｓ
【００２８】
ステップ８では、ステップ１で入力されたデータ、ステップ６で演算された主軸回転速度Ｓ及びステップ７で演算された工具送り速度Ｆを基に、ｉ段目の等高線断面Ｉにおける工具軌跡の演算を行う。
【００２９】
ステップ９では、ステップ１で入力された切り込み量Ｐｎ、ステップ８の工具軌跡演算により求められるピックフィードＰｆ及び切削距離Ｌを基に、前記ｉ段目の等高線断面Ｉの工具軌跡に沿って加工を行うときの工作物Ｗの除去体積Ｑを次式に基づいて演算する。
Ｑ＝Ｐｎ・Ｐｆ・Ｌ
【００３０】
ステップ１０において、ステップ１で入力された切り込み量Ｐｎにおける工具の切削許容体積Ｑｎから、ステップ９で演算されたｉ段目の除去体積Ｑを減算することにより、切り込み量Ｐｎにおける残りの切削許容体積を演算する。
【００３１】
判断ステップ１１において、ステップ１０で演算された切り込み量Ｐｎにおける残りの切削許容体積Ｑｎとステップ９で演算されたｉ段目の除去体積Ｑとを比較する。前記残りの切削許容体積Ｑｎが前記ｉ段目の除去体積Ｑ以上であれば、切り込み量Ｐｎにおけるｉ段目の加工が可能であるため、前記判断はＹｅｓとなりステップ１２の処理へ進む。
【００３２】
ステップ１２では、ステップ１で入力された工作物の加工形状の深さＰから、ｉ段目における切り込み量Ｐｎを減算することにより、残りの加工深さを演算する。
【００３３】
判断ステップ１３において、ステップ１２で演算された残りの加工深さＰと前記ｉ段目における切り込み量Ｐｎとを比較する。前記残りの加工深さＰが前記ｉ段目における切り込み量Ｐｎより大きければ、切り込み量Ｐｎにおけるｉ段目の加工が可能であるため、前記判断はＹｅｓとなりステップ１４の処理へ進む。
【００３４】
ステップ１４では、ステップ８で求められたｉ段目の工具軌跡に沿って加工を行うためのＮＣデータを作成する。
【００３５】
ステップ１５では、段数ｉに１加算して、ステップ８へ戻る。
【００３６】
ステップ８〜１５の処理を繰り返すことにより、切り込み量Ｐ１における工具軌跡のＮＣデータを１段づつ作成していき、判断ステップ１１において、前記残りの切削許容体積Ｑｎが前記ｉ段目の除去体積Ｑより小さくなると、工具が摩耗して切り込み量Ｐｎにおけるｉ段目の加工が不可能であるため、前記判断がＮｏとなりステップ４の処理に戻る。
【００３７】
ステップ４において、ｎに１加算することによりｎ＝２となり、ステップ１で入力された切り込み量Ｐ２及びこの切り込み量Ｐ２における切削許容体積Ｑ２が設定され、ステップ６において、切り込み量Ｐ２における主軸回転速度Ｓを演算して、ステップ７において、切り込み量Ｐ２における工具送り速度Ｆを演算して、ステップ８〜１５の処理を繰り返すことにより、切り込み量Ｐ２における工具軌跡のＮＣデータを、前記切り込み量Ｐ２における切削許容体積Ｑ２を越えない範囲で１段づつ作成していく。
【００３８】
ステップ４〜１５の処理を繰り返すことにより、切り込み量をＰ１，Ｐ２，・・・，ＰＮと順に変化させて、工具軌跡のＮＣデータを１段づつ作成していき、判断ステップ５において、ｎがこのｎの最大値であるＮより大きくなると、工具が摩耗して使用不可能であるため、前記判断がＮｏとなりステップ１６の処理に進む。
【００３９】
ステップ１６では、工具交換を行うためのＮＣデータを作成して、ステップ３に戻る。
【００４０】
ステップ３において、前記切り込み量Ｐｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）及び前記切削許容体積Ｑｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を示すｎを初期化して、再びステップ４〜１５の処理を繰り返し、判断ステップ１３において、前記残りの加工深さＰが前記ｉ段目における切り込み量Ｐｎ以下になれば、前記判断はＮｏとなりステップ１７の処理へ進む。
【００４１】
ステップ１７において、ステップ１２で演算された残りの加工深さＰを切り込み量Ｐｎとして設定する。
【００４２】
ステップ１８では、ステップ１で入力された工具周速度Ｖ、工具半径Ｒ及びステップ１７で設定された切り込み量Ｐｎを基に、切り込み量Ｐｎにおける主軸回転速度Ｓを次式に基づいて演算する。
Ｓ＝Ｖ／｛２π√（２・Ｐｎ・Ｒ−Ｐｎ２）｝
【００４３】
ステップ１９では、ステップ１で入力された１刃当たりの送り量ｆ、工具の刃数Ｚ及びステップ１８で演算された主軸回転速度Ｓを基に、切り込み量Ｐｎにおける工具送り速度Ｆを次式に基づいて演算する。
Ｆ＝ｆ・Ｚ・Ｓ
【００４４】
ステップ２０では、ステップ１で入力されたデータ、ステップ１８で演算された主軸回転速度Ｓ及びステップ１９で演算された工具送り速度Ｆを基に、最終段の等高線断面Ｉにおける工具軌跡の演算を行う。
【００４５】
ステップ２１では、ステップ２０で求められた最終段の工具軌跡に沿って加工を行うためのＮＣデータを作成して処理を終了する。
【００４６】
なお、上述の実施の形態では、切り込み量Ｐ１，Ｐ２，・・・，ＰＮ及び前記切り込み量Ｐ１，Ｐ２，・・・，ＰＮにおける切削許容体積Ｑ１，Ｑ２，・・・，ＱＮを入力しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、基準の切り込み量のみ入力して、この切り込み量に対して６０％づつの値を順次切り込み量として自動的に求め、前記複数の切り込み量における切削許容体積を工作物及び使用するエンドミルの形状を示すデータから自動的に求めるようにしてもよい。
【００４７】
また、上述の実施の形態では、まず切り込み量Ｐ１で複数段加工を行い、この切り込み量Ｐ１における切削許容体積Ｑ１に達したら、次に、切り込み量Ｐ２で複数段加工を行い、この切り込み量Ｐ２における切削許容体積Ｑ２に達したら、次の切り込み量に変えて加工を行う。これを切り込み量ＰＮ及び切削許容体積ＱＮまで繰り返して加工を行うものであるが、切り込み量をＰＮ，・・・，Ｐ２，Ｐ１の順に複数段づつ加工を行ってもよいし、切り込み量をＰ１，Ｐ２，・・・，ＰＮ，Ｐ１，Ｐ２，・・・，ＰＮ，・・・の順に１段づつ変えて加工を行ってもよい。また、切り込み量を１段づつランダムに変えて加工を行ってもよい。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、エンドミルの第１軸方向への切り込み量を複数段づつあるいは１段づつ異ならせることにより、前記エンドミルの切削部と非切削部との境界の位置が変わり、前記エンドミルに対して摩耗が均等に進行するため、工具寿命が長くなる。
【００４９】
請求項２の発明によれば、エンドミルの第１軸方向への切り込み量の変化に関わらず常に最適な切削速度で加工を行うことが可能である。
【００５０】
請求項３の発明によれば、エンドミルの回転速度の変化に関わらず常に最適な前記エンドミルの１刃当りの送り量で加工を行うことが可能である。
【００５１】
請求項４の発明によれば、エンドミルの第１軸方向への切り込み量を、最初の切り込み量が最も大きく、この切り込み量に対して順次小さくすることにより、エンドミルに対して摩耗が均等に進行すると共に、摩耗した箇所はその後の切削に関係しないため、工具寿命が長くなる。
【００５２】
請求項５の発明によれば、上述した請求項１又は４の効果を得ることができると共に、加工途中での切り込み量の変更を自動的に行うことが可能なＮＣデータを自動で作成することが可能である。
【００５３】
請求項６の発明によれば、上述した請求項１又は４の効果を得ることができるＮＣデータを自動で作成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す工作機械の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る工作物の加工手順を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るＮＣデータの作成処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 工作機械
３０ ＮＣデータ作成装置
Ｐｎ 切り込み量
Ｔ エンドミル、ボールエンドミル、工具
Ｗ 工作物
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンドミルなどの切削工具を用いた金型などの加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来マシニングセンタなどの同時３軸制御の工作機械を用いて、工作物に対するボールエンドミルなどの工具の相対位置を変化させて金型などの荒加工を行う場合、前記工具の軸線と平行なＺ軸方向の切り込み量を一定にして、前記Ｚ軸と直交するＸ−Ｙ平面と平行な等高線断面上の工具軌跡に沿って前記工具の位置を移動させて加工を行い、高い方から順々に一段づつ彫り下げていく等高線加工が一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の加工方法では、前記工具のＺ軸方向の切り込み量が一定のため、工具が工作物に接触する部分が常に一定となり、前記工具の切削部と非切削部との境界に境界摩耗が生じる。切削量が増加するに連れて前記境界摩耗は促進され、この境界摩耗により工具寿命が決まるため、工具寿命が短いという問題を有している。
【０００４】
本発明は、上記問題を解決して、工具寿命を延ばすことが可能な切削加工方法を提供することを目的としたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の切削加工方法は、エンドミルの回転軸線と平行な第１軸を制御して工作物に対して前記エンドミルを前記第１軸方向に所定量づつ切り込むと共に、前記エンドミルの各切り込み段階において当該切り込み段階における前記エンドミルの前記第１軸方向位置に応じた工具軌跡に沿って前記第１軸と直交する第２軸方向にもしくは前記第１軸と直交する平面内で前記エンドミルの移動を制御して加工を行う等高線加工において、前記エンドミルの前記第１軸方向への切り込み量を複数段づつあるいは１段づつ異ならせることにより前記エンドミルの切削部と非切削部との境界の位置を変えるものである。
【０００６】
請求項１の発明によれば、エンドミルの第１軸方向への切り込み量を複数段づつあるいは１段づつ異ならせることにより、前記エンドミルの切削部と非切削部との境界の位置が変わり、前記エンドミルに対して摩耗が均等に進行するため、工具寿命が長くなる。
【０００７】
請求項２記載の切削加工方法は、請求項１記載の切削加工方法において、前記エンドミルは先端部が半球に成形されたボールエンドミルであって、前記切り込み量の変化に応じて前記ボールエンドミルの回転速度を制御することにより切削速度を一定に保つものである。
【０００８】
請求項２の発明によれば、エンドミルの第１軸方向への切り込み量の変化に関わらず常に最適な切削速度で加工を行うことが可能である。
【０００９】
請求項３記載の切削加工方法は、請求項２記載の切削加工方法において、前記ボールエンドミルの回転速度の変化に応じて前記ボールエンドミルの送り速度を制御することにより前記ボールエンドミルの１刃当りの送り量を一定に保つものである。
【００１０】
請求項３の発明によれば、エンドミルの回転速度の変化に関わらず常に最適な前記エンドミルの１刃当りの送り量で加工を行うことが可能である。
【００１１】
請求項４記載の切削加工方法は、請求項１から３のいずれか１項記載の切削加工方法において、前記エンドミルの前記第１軸方向への切り込み量を段階的に小さくするものである。
【００１２】
請求項４の発明によれば、エンドミルの第１軸方向への切り込み量を、最初の切り込み量が最も大きく、この切り込み量に対して順次小さくすることにより、エンドミルに対して摩耗が均等に進行すると共に、摩耗した箇所はその後の切削に関係しないため、工具寿命が長くなる。
【００１３】
請求項５記載のＮＣデータ作成装置は、エンドミルの回転軸線と平行な第１軸を制御して工作物に対して前記エンドミルを前記第１軸方向に所定量づつ切り込むと共に、前記エンドミルの各切り込み段階において当該切り込み段階における前記エンドミルの前記第１軸方向位置に応じた工具軌跡に沿って前記第１軸と直交する第２軸方向にもしくは前記第１軸と直交する平面内で前記エンドミルの移動を制御して加工を行う等高線加工のＮＣデータを作成するＮＣデータ作成装置において、工作物及び使用するエンドミルの形状を示すデータと、段階的に異なる前記エンドミルの前記第１軸方向への複数の切り込み量及び該各切り込み量における切削許容体積とを入力する入力手段と、前記入力手段により入力された前記データに応じて、前記エンドミルの前記第１軸方向の各位置ごとの工具軌跡を演算する工具軌跡演算手段と、前記工具軌跡演算手段により演算された工具軌跡に沿った加工における工作物の切削除去体積を演算すると共に、演算された切削除去体積の前記各切り込み量ごとの累積値が前記入力手段により入力された前記切削許容体積を超えるとき、前記切り込み量を前記入力手段により入力された順次小さい切り込み量に切換える切り込み量変更手段と、前記工具軌跡演算手段により演算された工具軌跡に基づいて、前記工具軌跡に沿って加工を行うためのＮＣデータを作成するＮＣデータ作成手段とを備えたものである。
【００１４】
請求項５の発明によれば、最初の切り込み量における第１軸方向の各位置ごとの工具軌跡を１段づつ作成していき、前記工具軌跡に沿って加工を行うときの切削除去体積の累積値が前記切り込み量における切削許容体積を越えたら、前記切り込み量に対して順次小さくなる次の切り込み量に変更し、該切り込み量における前記第１軸方向の各位置ごとの工具軌跡を１段づつ作成していく。これを繰り返すことにより、切り込み量を段階的に小さくして加工を行う前記エンドミルの前記第１軸方向の各位置ごとの工具軌跡を、前記第１軸方向の所定の深さまで１段づつ作成していくＮＣデータを自動で作成することができる。
【００１５】
請求項６記載のＮＣデータ作成装置は、請求項５記載のＮＣデータ作成装置において、前記入力手段では、更に前記工作物及び使用するエンドミルに応じて選択されるこのエンドミルの周速度及び１刃当たりの送り量を入力し、前記入力手段により入力された前記周速度となるような前記エンドミルの回転速度を前記各切り込み量ごとに演算する回転速度演算手段と、前記入力手段により入力された１刃当たりの送り量となるような前記エンドミルの送り速度を前記各切り込み量ごとに演算する送り速度演算手段とを備え、前記ＮＣデータ作成手段は、更に前記回転速度演算手段により演算された前記エンドミルの回転速度と、前記送り速度演算手段により演算された前記エンドミルの送り速度とに基づいて、前記工具軌跡に沿って加工を行うためのＮＣデータを作成するものである。
【００１６】
請求項６の発明によれば、切り込み量の変化に応じて入力手段により入力された周速度となるようなエンドミルの回転速度を演算し、前記回転速度の変化に応じて前記入力手段により入力された１刃当たりの送り量となるような前記エンドミルの送り速度を演算することにより、前記切り込み量の変化に応じた前記エンドミルの回転速度及び送り速度で加工を行うＮＣデータを作成するすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は金型加工を行うマシニングセンタなどの工作機械の構成図であり、工作機械１はパーソナルコンピュータなどから構成されたＮＣデータ作成装置３０によって作成されＣＮＣ装置２に入力されるＮＣデータに基づいて工作物Ｗの加工を行う。
【００１８】
次に工作機械１本体の構成について説明する。ベッド１０上には門形状のコラム１１が立設されており、このコラム１１はＸ軸方向（図２において紙面と垂直方向）に延在するＸ軸ガイドレール１２に沿って、Ｘ軸送りモータ１３により移動するサドル１４が設けられている。前記サドル１４にはＹ軸方向（図１において上下方向）に延在するＹ軸ガイドレール１５に沿って、Ｙ軸送りモータ１６によって移動するガントリ１７が設けられている。前記ガントリ１７には主軸ヘッド１８が搭載され、この主軸ヘッド１８には先端に工具Ｔを装着して回転駆動する主軸１９が回転可能に支承されている。また、前記ベッド１０上にはＺ軸方向（図２において左右方向）に延在するＺ軸ガイドレール２０に沿って、Ｚ軸送りモータ２１によって移動するテーブル２２が設けられており、このテーブル２２上に工作物Ｗが治具２３を介して位置決め固定されるようになっている。
【００１９】
工作機械１により工作物Ｗの加工を行うために、ＮＣデータに基づいてＣＮＣ装置２よりサーボモータ駆動回路３、４，５に制御信号が入力される。前記サーボモータ駆動回路３，４，５のそれぞれにより駆動されるＸ，Ｙ，Ｚ軸送りモータ１３，１６，２１によりサドル１４，ガントリ１７，テーブル２２を制御して工具Ｔと工作物Ｗの相対位置を３次元的に変化させることにより加工を行う。
【００２０】
図２はマシニングセンタを用いて、工作物に対するボールエンドミルの相対位置を変化させて金型の荒加工を行う場合の各加工段における平面切削領域を示す工作物の断面図である。
工作物Ｗに対してボールエンドミルＴをＺ軸方向（図２で上下方向）に切り込み量Ｐ１づつ切り込むと共に、前記Ｚ軸と直交するＸ軸（図２で左右方向）とこのＸ軸と直交するＹ軸（図２で紙面と垂直方向）との同時２軸制御により、前記Ｚ軸と直交する各切り込み位置に応じた等高線断面Ｉ上の工具軌跡に沿って前記ボールエンドミルＴの位置を移動させて等高線加工を行い、前記切り込み量Ｐ１における前記ボールエンドミルＴの切削部と非切削部との境界Ｂの境界摩耗が限界に達したら、前記切り込み量Ｐ１に対して順次小さくなる次の切り込み量Ｐ２に変えることにより、前記ボールエンドミルＴの境界Ｂの位置を変えて複数段の加工を行い、前記切り込み量Ｐ２における前記境界Ｂの境界摩耗が限界に達したら、次の切り込み量Ｐ３に変えて複数段の加工を行う。このように前記Ｚ軸方向の切り込み量Ｐｎを段階的に小さくして、深さＰまで１段づつ彫り下げていくものである。なお、前記境界摩耗はボールエンドミルＴの軸線方向に僅かな幅を有しており、この部分が重ならないように前記切り込み量Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３（Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３）が決められている。
【００２１】
次に、図３のフローチャートを参照して、上述した加工方法を行うためのＮＣデータ作成装置３０によるＮＣデータの作成手順について説明する。
ステップ１で工作物の３次元形状を示す情報、加工形状の深さＰ、工具半径Ｒ、工具の刃数Ｚ、工具周速度Ｖ、１刃当たりの送り量ｆ、切り込み量Ｐ１，Ｐ２，・・・，ＰＮ（Ｐ１＞Ｐ２＞・・・＞ＰＮ）、前記切り込み量Ｐ１，Ｐ２，・・・，ＰＮにおける切削許容体積Ｑ１，Ｑ２，・・・，ＱＮ（Ｑ１＞Ｑ２＞・・・＞ＱＮ）を入力する。この入力はＮＣデータ作成装置３０に設けられたキーボードなどを介してオペレータにより行われる。
なお、前記工具周速度Ｖ、１刃当たりの送り量ｆ、切り込み量Ｐ１，Ｐ２，・・・，ＰＮ、切削許容体積Ｑ１，Ｑ２，・・・，ＱＮは、工作物Ｗ及び工具Ｔの形状や材質を基にデータベースより最適な値を選定する。
【００２２】
ステップ２では、工具軌跡のＮＣデータを作成している等高線断面Ｉの段数を示すｉを初期化する。
【００２３】
ステップ３では、前記切り込み量Ｐｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）及び前記切削許容体積Ｑｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を示すｎを初期化する。
【００２４】
ステップ４において、前記ｎに１加算することにより、ステップ１で入力された切り込み量Ｐｎ及びこの切り込み量Ｐｎにおける切削許容体積Ｑｎが設定される。ここでは、ｎ＝１となり、切り込み量Ｐ１及びこの切り込み量Ｐ１における切削許容体積Ｑ１が設定される。
【００２５】
判断ステップ５において、前記ｎとこのｎの最大値である前記Ｎを比較する。前記ｎが前記Ｎ以下であれば、工具が使用可能であるため、前記判断はＹｅｓとなりステップ６の処理へ進む。
【００２６】
ステップ６では、ステップ１で入力された工具周速度Ｖ、切り込み量Ｐｎ、工具半径Ｒを基に、切り込み量Ｐｎにおける主軸回転速度Ｓを次式に基づいて演算する。
Ｓ＝Ｖ／｛２π√（２・Ｐｎ・Ｒ−Ｐｎ２）｝
【００２７】
ステップ７では、ステップ１で入力された１刃当たりの送り量ｆ、工具の刃数Ｚ及びステップ６で演算された主軸回転速度Ｓを基に、切り込み量Ｐｎにおける工具送り速度Ｆを次式に基づいて演算する。
Ｆ＝ｆ・Ｚ・Ｓ
【００２８】
ステップ８では、ステップ１で入力されたデータ、ステップ６で演算された主軸回転速度Ｓ及びステップ７で演算された工具送り速度Ｆを基に、ｉ段目の等高線断面Ｉにおける工具軌跡の演算を行う。
【００２９】
ステップ９では、ステップ１で入力された切り込み量Ｐｎ、ステップ８の工具軌跡演算により求められるピックフィードＰｆ及び切削距離Ｌを基に、前記ｉ段目の等高線断面Ｉの工具軌跡に沿って加工を行うときの工作物Ｗの除去体積Ｑを次式に基づいて演算する。
Ｑ＝Ｐｎ・Ｐｆ・Ｌ
【００３０】
ステップ１０において、ステップ１で入力された切り込み量Ｐｎにおける工具の切削許容体積Ｑｎから、ステップ９で演算されたｉ段目の除去体積Ｑを減算することにより、切り込み量Ｐｎにおける残りの切削許容体積を演算する。
【００３１】
判断ステップ１１において、ステップ１０で演算された切り込み量Ｐｎにおける残りの切削許容体積Ｑｎとステップ９で演算されたｉ段目の除去体積Ｑとを比較する。前記残りの切削許容体積Ｑｎが前記ｉ段目の除去体積Ｑ以上であれば、切り込み量Ｐｎにおけるｉ段目の加工が可能であるため、前記判断はＹｅｓとなりステップ１２の処理へ進む。
【００３２】
ステップ１２では、ステップ１で入力された工作物の加工形状の深さＰから、ｉ段目における切り込み量Ｐｎを減算することにより、残りの加工深さを演算する。
【００３３】
判断ステップ１３において、ステップ１２で演算された残りの加工深さＰと前記ｉ段目における切り込み量Ｐｎとを比較する。前記残りの加工深さＰが前記ｉ段目における切り込み量Ｐｎより大きければ、切り込み量Ｐｎにおけるｉ段目の加工が可能であるため、前記判断はＹｅｓとなりステップ１４の処理へ進む。
【００３４】
ステップ１４では、ステップ８で求められたｉ段目の工具軌跡に沿って加工を行うためのＮＣデータを作成する。
【００３５】
ステップ１５では、段数ｉに１加算して、ステップ８へ戻る。
【００３６】
ステップ８〜１５の処理を繰り返すことにより、切り込み量Ｐ１における工具軌跡のＮＣデータを１段づつ作成していき、判断ステップ１１において、前記残りの切削許容体積Ｑｎが前記ｉ段目の除去体積Ｑより小さくなると、工具が摩耗して切り込み量Ｐｎにおけるｉ段目の加工が不可能であるため、前記判断がＮｏとなりステップ４の処理に戻る。
【００３７】
ステップ４において、ｎに１加算することによりｎ＝２となり、ステップ１で入力された切り込み量Ｐ２及びこの切り込み量Ｐ２における切削許容体積Ｑ２が設定され、ステップ６において、切り込み量Ｐ２における主軸回転速度Ｓを演算して、ステップ７において、切り込み量Ｐ２における工具送り速度Ｆを演算して、ステップ８〜１５の処理を繰り返すことにより、切り込み量Ｐ２における工具軌跡のＮＣデータを、前記切り込み量Ｐ２における切削許容体積Ｑ２を越えない範囲で１段づつ作成していく。
【００３８】
ステップ４〜１５の処理を繰り返すことにより、切り込み量をＰ１，Ｐ２，・・・，ＰＮと順に変化させて、工具軌跡のＮＣデータを１段づつ作成していき、判断ステップ５において、ｎがこのｎの最大値であるＮより大きくなると、工具が摩耗して使用不可能であるため、前記判断がＮｏとなりステップ１６の処理に進む。
【００３９】
ステップ１６では、工具交換を行うためのＮＣデータを作成して、ステップ３に戻る。
【００４０】
ステップ３において、前記切り込み量Ｐｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）及び前記切削許容体積Ｑｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を示すｎを初期化して、再びステップ４〜１５の処理を繰り返し、判断ステップ１３において、前記残りの加工深さＰが前記ｉ段目における切り込み量Ｐｎ以下になれば、前記判断はＮｏとなりステップ１７の処理へ進む。
【００４１】
ステップ１７において、ステップ１２で演算された残りの加工深さＰを切り込み量Ｐｎとして設定する。
【００４２】
ステップ１８では、ステップ１で入力された工具周速度Ｖ、工具半径Ｒ及びステップ１７で設定された切り込み量Ｐｎを基に、切り込み量Ｐｎにおける主軸回転速度Ｓを次式に基づいて演算する。
Ｓ＝Ｖ／｛２π√（２・Ｐｎ・Ｒ−Ｐｎ２）｝
【００４３】
ステップ１９では、ステップ１で入力された１刃当たりの送り量ｆ、工具の刃数Ｚ及びステップ１８で演算された主軸回転速度Ｓを基に、切り込み量Ｐｎにおける工具送り速度Ｆを次式に基づいて演算する。
Ｆ＝ｆ・Ｚ・Ｓ
【００４４】
ステップ２０では、ステップ１で入力されたデータ、ステップ１８で演算された主軸回転速度Ｓ及びステップ１９で演算された工具送り速度Ｆを基に、最終段の等高線断面Ｉにおける工具軌跡の演算を行う。
【００４５】
ステップ２１では、ステップ２０で求められた最終段の工具軌跡に沿って加工を行うためのＮＣデータを作成して処理を終了する。
【００４６】
なお、上述の実施の形態では、切り込み量Ｐ１，Ｐ２，・・・，ＰＮ及び前記切り込み量Ｐ１，Ｐ２，・・・，ＰＮにおける切削許容体積Ｑ１，Ｑ２，・・・，ＱＮを入力しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、基準の切り込み量のみ入力して、この切り込み量に対して６０％づつの値を順次切り込み量として自動的に求め、前記複数の切り込み量における切削許容体積を工作物及び使用するエンドミルの形状を示すデータから自動的に求めるようにしてもよい。
【００４７】
また、上述の実施の形態では、まず切り込み量Ｐ１で複数段加工を行い、この切り込み量Ｐ１における切削許容体積Ｑ１に達したら、次に、切り込み量Ｐ２で複数段加工を行い、この切り込み量Ｐ２における切削許容体積Ｑ２に達したら、次の切り込み量に変えて加工を行う。これを切り込み量ＰＮ及び切削許容体積ＱＮまで繰り返して加工を行うものであるが、切り込み量をＰＮ，・・・，Ｐ２，Ｐ１の順に複数段づつ加工を行ってもよいし、切り込み量をＰ１，Ｐ２，・・・，ＰＮ，Ｐ１，Ｐ２，・・・，ＰＮ，・・・の順に１段づつ変えて加工を行ってもよい。また、切り込み量を１段づつランダムに変えて加工を行ってもよい。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、エンドミルの第１軸方向への切り込み量を複数段づつあるいは１段づつ異ならせることにより、前記エンドミルの切削部と非切削部との境界の位置が変わり、前記エンドミルに対して摩耗が均等に進行するため、工具寿命が長くなる。
【００４９】
請求項２の発明によれば、エンドミルの第１軸方向への切り込み量の変化に関わらず常に最適な切削速度で加工を行うことが可能である。
【００５０】
請求項３の発明によれば、エンドミルの回転速度の変化に関わらず常に最適な前記エンドミルの１刃当りの送り量で加工を行うことが可能である。
【００５１】
請求項４の発明によれば、エンドミルの第１軸方向への切り込み量を、最初の切り込み量が最も大きく、この切り込み量に対して順次小さくすることにより、エンドミルに対して摩耗が均等に進行すると共に、摩耗した箇所はその後の切削に関係しないため、工具寿命が長くなる。
【００５２】
請求項５の発明によれば、上述した請求項１又は４の効果を得ることができると共に、加工途中での切り込み量の変更を自動的に行うことが可能なＮＣデータを自動で作成することが可能である。
【００５３】
請求項６の発明によれば、上述した請求項１又は４の効果を得ることができるＮＣデータを自動で作成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す工作機械の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る工作物の加工手順を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るＮＣデータの作成処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 工作機械
３０ ＮＣデータ作成装置
Ｐｎ 切り込み量
Ｔ エンドミル、ボールエンドミル、工具
Ｗ 工作物
Claims (6)
- エンドミルの回転軸線と平行な第１軸を制御して工作物に対して前記エンドミルを前記第１軸方向に所定量づつ切り込むと共に、前記エンドミルの各切り込み段階において当該切り込み段階における前記エンドミルの前記第１軸方向位置に応じた工具軌跡に沿って前記第１軸と直交する第２軸方向にもしくは前記第１軸と直交する平面内で前記エンドミルの移動を制御して加工を行う等高線加工において、前記エンドミルの前記第１軸方向への切り込み量を複数段づつあるいは１段づつ異ならせることにより前記エンドミルの切削部と非切削部との境界の位置を変えることを特徴とする切削加工方法。
- 請求項１記載の切削加工方法において、前記エンドミルは先端部が半球に成形されたボールエンドミルであって、前記切り込み量の変化に応じて前記ボールエンドミルの回転速度を制御することにより切削速度を一定に保つことを特徴とする切削加工方法。
- 請求項２記載の切削加工方法において、前記ボールエンドミルの回転速度の変化に応じて前記ボールエンドミルの送り速度を制御することにより前記ボールエンドミルの１刃当りの送り量を一定に保つことを特徴とする切削加工方法。
- 請求項１から３のいずれか１項記載の切削加工方法において、前記エンドミルの前記第１軸方向への切り込み量を段階的に小さくすることを特徴とする切削加工方法。
- エンドミルの回転軸線と平行な第１軸を制御して工作物に対して前記エンドミルを前記第１軸方向に所定量づつ切り込むと共に、前記エンドミルの各切り込み段階において当該切り込み段階における前記エンドミルの前記第１軸方向位置に応じた工具軌跡に沿って前記第１軸と直交する第２軸方向にもしくは前記第１軸と直交する平面内で前記エンドミルの移動を制御して加工を行う等高線加工のＮＣデータを作成するＮＣデータ作成装置において、工作物及び使用するエンドミルの形状を示すデータと、段階的に異なる前記エンドミルの前記第１軸方向への複数の切り込み量及び該各切り込み量における切削許容体積とを入力する入力手段と、前記入力手段により入力された前記データに応じて、前記エンドミルの前記第１軸方向の各位置ごとの工具軌跡を演算する工具軌跡演算手段と、前記工具軌跡演算手段により演算された工具軌跡に沿った加工における工作物の切削除去体積を演算すると共に、演算された切削除去体積の前記各切り込み量ごとの累積値が前記入力手段により入力された前記切削許容体積を超えるとき、前記切り込み量を前記入力手段により入力された順次小さい切り込み量に切換える切り込み量変更手段と、前記工具軌跡演算手段により演算された工具軌跡に基づいて、前記工具軌跡に沿って加工を行うためのＮＣデータを作成するＮＣデータ作成手段と、を備えたことを特徴とするＮＣデータ作成装置。
- 請求項５記載のＮＣデータ作成装置において、前記入力手段では、更に前記工作物及び使用するエンドミルに応じて選択されるこのエンドミルの周速度及び１刃当たりの送り量を入力し、前記入力手段により入力された前記周速度となるような前記エンドミルの回転速度を前記各切り込み量ごとに演算する回転速度演算手段と、前記入力手段により入力された１刃当たりの送り量となるような前記エンドミルの送り速度を前記各切り込み量ごとに演算する送り速度演算手段とを備え、前記ＮＣデータ作成手段は、更に前記回転速度演算手段により演算された前記エンドミルの回転速度と、前記送り速度演算手段により演算された前記エンドミルの送り速度とに基づいて、前記工具軌跡に沿って加工を行うためのＮＣデータを作成することを特徴とするＮＣデータ作成装置。
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