JP2000246589A - 自由曲面加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は切削工具の形状誤差を数値制御データ
に組み込んで高精度に自由曲面加工を行う自由曲面加工
方法を提供する。 【解決手段】加工機１は、加工物５を加工するに際し、
切削工具４の切削刃部の形状誤差を測定し、当該測定し
た切削工具４の形状誤差を加工物５の加工に用いる数値
制御データに組み込んで補正数値制御データを作成す
る。加工機１は、この補正数値制御データに基づいて、
切削工具４と加工物５の相対位置をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に
数値制御して、加工物を３次元自由曲面形状に加工す
る。したがって、前もって加工を行うことなく、また、
切削工具４の真円弧からの形状誤差の影響を受けること
なく、工具劣化を抑制しつつ、短時間に高精度に加工を
行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自由曲面加工方法
に関し、詳細には、加工物の加工面を切削工具の誤差に
影響されることなく、高精度に加工を行う自由曲面加工
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】３次元自由曲面形状の加工においては、
一般に、円弧形状の切削工具を取り付けたホイールを回
転させながら、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の３軸数値制御を行って、
自由曲面の加工を行っている。

【０００３】このような自由曲面の加工方法としては、
従来、例えば、電気式変位計で測定した加工面の一部分
の形状から求めた加工面の一部分の形状誤差を用いて計
算処理装置により、工具原点設定時の誤差、工具半径の
誤差を求め、これらを数値制御装置に入力して工具原
点、工具半径を修正し、再度加工するという方法によ
り、誤差を加工の度に吸収し、目標とする加工面形状に
収束する速度を速める３次元自由曲面の加工方法が提案
されている（特開平７−１３６９０３号公報参照）。

【０００４】すなわち、この加工方法は、少なくとも１
回の加工を実行した後、加工の一部分または全域の形状
を測定し、この形状測定結果に基づいて工具軌跡の原
点、工具寸法の誤差を算出し、その誤差と加工面上の任
意の位置で成立する関係式により、工具軌跡を修正して
次回の加工を行って、高精度の加工を行うことを目的と
している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の自由曲面加工方法にあっては、少なくとも１
回の加工を実行する必要があるため、加工を行うにあた
って、まず、作成したい形状に対応した数値制御データ
を作成する必要がある。そして、このときの数値制御デ
ータの作成では、工具が正確な円弧であることを前提と
して数値制御データの作成を行い、少なくとも一回加工
した後、数値制御データの変更を行うようにしている。

【０００６】ところが、工具形状は、正確な円弧形状で
はないため、工具が正確な円弧であることを前提とした
数値制御データでは、形状誤差が生じ、少なくとも１回
は、余分な加工が必要となる。

【０００７】その結果、加工時間が長くなるとともに、
工具の劣化が速く、工具寿命が短くなるという問題があ
った。

【０００８】そこで、請求項１記載の発明は、円弧形状
の切削工具を所定の軸心を中心として回転させながら、
加工物の切削形状に応じた数値制御データに基づいて、
切削工具と加工物の相対位置をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に数値
制御して、加工物を３次元自由曲面形状に加工するに際
して、切削工具の円弧形状の真円弧からの形状誤差を測
定し、当該測定した切削工具の形状誤差データを数値制
御データに組み込んで、数値制御を行うことにより、前
もって加工を行うことなく、また、切削工具の真円弧か
らの形状誤差の影響を受けることなく、工具劣化を抑制
しつつ、短時間に高精度に加工を行うことのできる自由
曲面加工方法を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の自
由曲面加工方法は、円弧形状の切削工具を所定の軸心を
中心として回転させながら、加工物の切削形状に応じた
数値制御データに基づいて、前記切削工具と前記加工物
の相対位置をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に数値制御して、前記加
工物を３次元自由曲面形状に加工する自由曲面加工方法
において、前記切削工具の円弧形状の真円弧からの形状
誤差を測定し、当該測定した切削工具の形状誤差データ
を前記数値制御データに組み込んで、前記数値制御を行
うことにより、上記目的を達成している。

【００１０】上記構成によれば、円弧形状の切削工具を
所定の軸心を中心として回転させながら、加工物の切削
形状に応じた数値制御データに基づいて、切削工具と加
工物の相対位置をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に数値制御して、加
工物を３次元自由曲面形状に加工するに際して、切削工
具の円弧形状の真円弧からの形状誤差を測定し、当該測
定した切削工具の形状誤差データを数値制御データに組
み込んで、数値制御を行うので、前もって加工を行うこ
となく、また、切削工具の真円弧からの形状誤差の影響
を受けることなく、工具劣化を抑制しつつ、短時間に高
精度に加工を行うことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるか
ら、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本
発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定す
る旨の記載がない限り、これらの態様に限られるもので
はない。

【００１２】図１〜図１０は、本発明の自由曲面加工方
法の一実施の形態を示す図であり、図１は、本発明の自
由曲面加工方法の一実施の形態の自由曲面加工方法の適
用されるＸＹＺの３軸制御の加工機の工具と加工物部分
の拡大斜視図である。

【００１３】図１において、３軸制御の加工機１は、図
示しないＸ軸テーブル、Ｙ軸テーブル及びＺ軸テーブル
を備えており、各テーブルは、図示しない制御部によ
り、数値制御データに基づいてＸ、Ｙ、Ｚ軸の各軸方向
に移動制御される。

【００１４】加工機１は、回転軸２にホイール３が固定
されており、ホイール３に切削工具４が着脱可能に取り
付けられている。加工機１には、例えば、Ｙ軸テーブル
上に加工物５が着脱可能に固定され、加工機１は、Ｘ軸
テーブル、Ｙ軸テーブル及びＺ軸テーブルを各軸方向に
移動制御することにより、切削工具４と加工物５との相
対位置を３軸制御して、切削工具４により加工物５に自
由曲面を加工する。

【００１５】切削工具４は、図２〜図５に示すように、
その切削刃部４ａが円弧形状に形成されており、図１の
矢印Ｓ方向から見た図である図２に矢印で示すように、
回転軸２を中心として回転して、切削刃部４ａで加工物
５を切削加工する。

【００１６】この加工機１は、図４及び図５に示す接触
式のプローブ１０により測定した切削工具４の切削刃部
４ａの形状誤差データを取り込んで、当該切削刃部４ａ
の形状誤差データに基づいて上記３軸制御の数値制御デ
ータを補正し、当該補正数値制御データに基づいて３軸
制御を行って、加工物５を自由曲面加工する。

【００１７】次に、本実施の形態の作用を説明する。本
実施の形態の３軸制御の加工機１を使用した自由曲面加
工方法は、切削工具４の切削刃部４ａの形状データに基
づいて３軸制御の数値制御データを補正して、当該補正
した数値制御データに基づいて３軸制御を行って加工物
５を加工するところにその特徴がある。

【００１８】すなわち、加工機１は、自由曲面加工にお
いては、円弧形状の切削刃部４ａを有する切削工具４を
用いて加工物５の加工を行うが、この加工物５の加工に
先立って、図４及び図５に示したプローブ１０により切
削工具４の切削刃部４ａの形状測定を行う。この切削刃
部４ａの形状測定は、実際に加工を行う部分の近傍で行
う。そして、切削刃部４ａの形状測定は、プローブ１０
を、図４に示すように、円弧形状の切削刃部４ａの先端
に接触させながら、矢印方向（切削刃部４ａの円弧方
向）に移動させて行う。切削刃部４ａは、プローブ１０
による測定結果の誤差曲線図である図６（ａ）に示すよ
うに、その円弧形状に誤差が生じていることがある。な
お、図６（ａ）において、線Ｌｏは、図６（ｂ）の切削
刃部４ａの円弧形状を示す線Ｌｒが正確な真円弧である
ときの測定曲線を示しており、図６（ａ）では、工具刃
部４ａのＰ点の位置でマイナス方向に最大誤差δが生じ
ていることを示している。

【００１９】加工機１が、このような形状誤差を有した
切削工具４を用いて加工物５への加工形状のみに基づい
た数値制御データで３軸制御を行って加工物５の自由曲
面加工を行うと、図７に加工面の形状誤差曲線として示
すように、求める加工曲面Ｌｐに対して、切削刃部４ａ
の有している形状誤差に対応した加工面の形状誤差が生
じることとなる。なお、図７では、加工曲面Ｌｐに対し
て図６のＰ点に対応する点Ｑの位置で、形状誤差が最大
になっている。

【００２０】そこで、本実施の形態の加工機１は、上記
プローブ１０で測定した切削工具４の切削刃部４ａの形
状誤差データを３軸制御の数値制御データに取り込んで
補正数値制御データを作成し、当該補正数値制御データ
に基づいて３軸制御を行って、加工物５を自由曲面加工
する。

【００２１】特に、図６（ａ）の誤差曲線で最大誤差δ
を示した切削工具４のＰ点位置においては、切削工具４
を最大誤差量δだけ余分に切り込みを与える補正数値制
御データを作成し、図８に示すように、図７のＱ点位置
に対応する位置で最大誤差量δだけ余分に切り込みを行
って、切削工具４の形状誤差の影響を除去する。

【００２２】例えば、切削工具４の形状誤差に基づいた
補正を行わない数値制御データで切削加工したときに、
図９に示すように、加工物５の形状誤差曲線が切削工具
４の形状誤差の影響を大きく受けて、加工曲面Ｌｐから
ずれるのに対して、この補正数値制御データに基づいて
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の３軸制御を行って自由曲面の加工を行う
と、図１０に示すように、加工物５の形状誤差曲線は、
加工曲面Ｌｐから大きくずれることはなく、高精度な加
工を行うことができる。特に、図９と図１０を比較して
分かるように、切削工具４の最大誤差δにより加工曲面
Ｌｐから大きくずれていたＱ点位置での加工物５の加工
形状曲線は、加工曲面Ｌｐにほぼ一致しており、切削工
具４の形状誤差による影響をなくして、高精度に加工が
行われていることが分かる。

【００２３】以上、本発明者によってなされた発明を好
適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもな
い。

【００２４】例えば、上記実施の形態においては、切削
工具４の形状誤差を接触式プローブ１０で測定している
が、切削工具４の形状誤差の測定は、接触式プローブ１
０に限るものではなく、非接触のプローブであってもよ
いし、形状誤差を所定精度で測定できるものであれば、
どのようなものであってもよい。

【００２５】

【発明の効果】請求項１記載の発明の自由曲面加工方法
によれば、円弧形状の切削工具を所定の軸心を中心とし
て回転させながら、加工物の切削形状に応じた数値制御
データに基づいて、切削工具と加工物の相対位置をＸ、
Ｙ、Ｚ軸方向に数値制御して、加工物を３次元自由曲面
形状に加工するに際して、切削工具の円弧形状の真円弧
からの形状誤差を測定し、当該測定した切削工具の形状
誤差データを数値制御データに組み込んで、数値制御を
行うので、前もって加工を行うことなく、また、切削工
具の真円弧からの形状誤差の影響を受けることなく、工
具劣化を抑制しつつ、短時間に高精度に加工を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自由曲面加工方法の一実施の形態を適
用した３軸制御の加工機の切削工具と加工物部分の拡大
斜視図。

【図２】図１のＳ方向から見た切削工具と加工物部分の
図。

【図３】図２の切削工具と加工物の部分拡大図。

【図４】図１の切削工具の形状誤差を接触式プローブで
測定している状態を示す正面図。

【図５】図４の切削工具の形状誤差を接触式プローブで
測定している状態の側面図。

【図６】切削工具の形状誤差曲線（ａ）を切削工具の切
削刃部の表面形状（ｂ）と対応させて示す図。

【図７】図６の形状誤差を有する切削工具で当該形状誤
差を補正することなく加工を行った場合の加工物の加工
面の形状誤差曲線を示す図。

【図８】図６の形状誤差曲線を有する切削工具で図７に
示す最大誤差を生じる位置で切削工具の形状誤差補正を
行う切削を行っている状態を示す切削工具と加工物の正
面拡大図。

【図９】図６の形状誤差を有する切削工具で当該形状誤
差を補正することなく加工を行った場合の加工物の加工
面の形状誤差曲線を示す図。

【図１０】図６の形状誤差を有する切削工具で当該形状
誤差を補正した補正数値制御データで加工を行った場合
の加工物の加工面の形状誤差曲線を示す図。

【符号の説明】

１ 加工機 ２ 回転軸 ３ ホイール ４ 切削工具 ４ａ 切削刃部 ５ 加工物 １０ プローブ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円弧形状の切削工具を所定の軸心を中心と
   して回転させながら、加工物の切削形状に応じた数値制
   御データに基づいて、前記切削工具と前記加工物の相対
   位置をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に数値制御して、前記加工物を
   ３次元自由曲面形状に加工する自由曲面加工方法におい
   て、前記切削工具の円弧形状の真円弧からの形状誤差を
   測定し、当該測定した切削工具の形状誤差データを前記
   数値制御データに組み込んで、前記数値制御を行うこと
   を特徴とする自由曲面加工方法。