JP2000501032A - ３次元工作物をフライス加工する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、３次元工作物をフライス加工する方法及び装置に関し、特に型及びエロージョン電極を製造する方法及び装置に関する。方法においては、有利には３Ｄ−ＣＡＤの形で存在する工作物（１）の幾何学的形状に関する記述を、等厚または厚さが異なる複数の層（１０ないし２０）の２Ｄデータまたは３Ｄデータに数値的に分解し、この２Ｄデータまたは３Ｄデータをもとにして層ごとに実施されるＮＣフライスプログラムに置換する。所定の壁厚、場合によっては不定の壁厚を持った板状の半加工品（４２）を、基礎構造体（５４）または以前に加工した半加工品（４２）と順次面結合させ、該当する層（１０）に対して実施されるべきＮＣフライスプログラムに応じて、下方から上方へ向いているフライス工具（３６，３８，４０）により、下方へ向いている半加工品（４２）の自由な幅広面（６０）から上へ向けて加工していく。

Description

【発明の詳細な説明】 ３次元工作物をフライス加工する方法及び装置 本発明は、３次元工作物をフライス加工する方法及び装置に関する。この場合 、有利には３Ｄ−ＣＡＤの形で存在する工作物の幾何学的形状に関する記述を、 等厚または厚さが異なる複数の層の２Ｄデータまたは３Ｄデータに数値的に分解 し、この２Ｄデータまたは３Ｄデータをもとにして層ごとに実施されるＮＣフラ イスプログラムに置換する。工作物を製造するため、所定の壁厚を備えた板状の 半加工品を、該当する層に対して実施されるべきＮＣフライスプログラムにした がって順次加工し、半加工品の互いに向き合っている幅広面をたとえば接着によ り互いに結合させる。このようにして複雑な３次元工作物を比較的簡単な自動作 業ステップで層ごとに製造し組み立てることができる。しかしながら、処理され た半加工品を組み立てる場合、半加工品間の分離個所において正確で接着剤のな い移行部を保証するにはかなりの技術コストが必要である。また、特に工作物に 深い幅狭の輪郭部がある場合には削り屑の排出に難がある。 本発明の課題は、冒頭で述べた種類の方法及び 装置において、フライス過程を簡単に行うことができ、加工時の削り屑の排出を 改善できる前記方法及び装置を提供することである。 この課題を解決するため、請求項１及び１５に記載された構成要件の組み合わ せが提案される。本発明の他の有利な構成及び使用方法は従属項から明らかであ る。 本発明による解決法の思想は、所定の壁厚、場合によっては不定の壁厚を持っ た板状の半加工品を、基礎構造体または以前に加工した半加工品と順次面結合さ せ、該当する層に対して実施されるべきＮＣフライスプログラムに応じて、下方 から上方へ向いているフライス工具により、下方へ向いている半加工品の自由な 幅広面から上へ向けて加工していくことにある。 本発明による方法は、特に優位方向を備えた工作物の製造、たとえばその輪郭 において成形品取り出し方向が優位方向であるような鋳型またはエロージョン電 極の製造に適している。常に比較的薄い同種の層を加工しなければならないので 、本発明による層技術により標準的な工具の選択が可能になる。フライスデータ は既存の工作物において最適化できる。特に、既存の工作物で同じ工作物であれ ば、送り回転数及びラインスペース（オフセットステップ）のような常に同じフ ライスパ ラメータが生じる。本発明による上向きフライス 材料の排出が良好になる。この利点は、特に除去が困難な残留物質や削り屑が集 積する深い輪郭部がある場合に効果的である。さらに本発明による上向きフライ ス加工では、継ぎ目個所からあふれ出る接着剤は最後に取り付けられまだ処理さ れていない半加工品のほうへ排出されて、次の処理過程時に削り屑と一緒に排出 される。フライス工具を介して加工個所に供給される冷却潤滑剤も上向き加工時 にフライス削り屑を連行して容易に下方へ排出される。 本発明による有利な構成によれば、板状の半加工品を板積層部から取り出し、 或いはストックローラから引き出し、長さを短くさせる。加工していない半加工 品の、上方へ向いている幅広面は、以前に加工した半加工品の下方へ向いている 幅広面に平面接着、平面溶着または平面蝋付けされる。接着剤を節約するため、 加工していない半加工品の、以前に加工した半加工品との接触個所は、部分的に 接着剤でコーティングされる。 次の層を接着するための平面の正確な方向づけ及び寸法精度をよくするため、 最後に取り付けた半加工品を、輪郭加工の前または後に平フライス削りして所定 の厚さにするのが有利である。 幾何学的形状に関するデータの、個々の層に対するＮＣプログラムへの置換は 、予め設定されたフライス方式に従って行われる。この場合、特に、工作物の精 度と表面品質を決定するラインスペース(Ｚeilenabstand)がフライス過程で設定 される。二つの層の間の分離個所で滑らかな移行を達成するためには、最初のラ インを完全にフライス削りせず、次の層を加工する際に接着剤と共にフライス削 りするのが有利である。即ちこの場合、層を形成している二つの半加工品の結合 領域を重ねて加工する。特に輸郭が傾斜している場合には、ラインスペースを変 化させて、一定の表面粗さが得られるようにしてもよい。この場合ＮＣプログラ ムは、傾斜角の変動にラインスペースを適合させる用を成す以後の中間ステップ を自動的に決定する。 工作物がグラファイトから成っている場合（主にシンキングエロージョ技術用 の電極に対し使用される）、工作物全体に導電性があることが重要である。この 場合合目的なのは、導電性の接着剤を使用することである。さらに洗浄穴も必要 である。洗浄穴は削り取られた材料を排出させ、同時に冷却機能をも持っている 。これらの洗浄穴は、フライス加工の際、深い層において、より高い層によって 覆われる部分を削り取ることにより得ら れる。フライスダクトは穿刺穴を介して外部へ通じることができる。 個々の層の間の導電性を高めるためには、フライス方法で形成される切欠きを 設け、工作物を完成させた後にこれらの切欠きに導電性のピンを差し込むことが できるようにすることが必要である。 本発明による方法を実施するための装置は、フライス工具を収容するための少 なくとも一つのフライスヘッドと、工作物保持体と、フライスヘッドと工作物保 持体の間で相対運動を行わせるための多軸ＣＮＣ制御部とを有し、この場合工作 物保持体がフライスヘッドの上方に配置され、且つ幅広面において互いに結合可 能な複数の板状の半加工品を下側から順次装備可能であり、半加工品がＣＮＣ制 御部を用いて下側から上へ向けて加工可能である。この装置は、さらに、有利に は板積層部或いはストックローラとして形成された半加工品マガジンと、互いに 結合されるべき半加工品の少なくとも一つの幅広面に接着剤を塗布するための装 置と、互いに結合されるべき半加工品を操作する操作装置とが設けられている。 本発明による方法は、金属、セラミックス材またはプラスチックから成る型の 製造、グラファイトから成るシンキングエロージョン電極の製造、及び金属、セ ラミックス材、プラスチックまたは 木工材から成る型または原型の製造に適している。 次に、本発明を添付の図面を用いて詳細に説明する。 図１ａと図１ｂは 層を分解するうえで層厚が一定の場合と層厚が変化している場合とで 二通りの提案を説明するための工作物の幾何学的形状を示す図である 図２は ３次元工作物を製造するためのフライス中央制御部における塗布装置 図である。 図３のａないしｃは 三つの典型的なフライス状態を示す図である。 図４のａないしｆは 図１ｂの工作物を加工する際の連続する中間段階を示す図である。 以下に図面を用いて説明する方法は、鋳型或いはエロージョン電極等の複雑な ３次元工作物をフライス加工するためのものである。まず工作物１の幾何学的形 状を適当なコンピュータソフトを用いて３Ｄ−ＣＡＤの形で検出する。この場合 、工作物の形状が複雑で、輪郭が深く切り込まれているので、フライス加工には あまり適していない形状がほとんどである。したがって仕上げは積層方 式にしたがって行う。積層方式では、同じ層厚の（図１ａ）或いは異なる層厚の （図１ｂ）板状の素材層１０， １２， １４， １６， １８，２０から連続 的に工作物１を組み立てる。この場合層厚は、各層においてその被加工位置にフ ライス過程を行うために十分な素材厚が残るように選定する。しかし図１ａのよ うに層が等間隔で配分されている場合、これは個所２２と２４には該当しない。 それゆえこの加工例においては図１ｂに図示したように層１６の厚さが他の層の 厚さよりも薄くなっている形態を優先させる。さらに図１ｂに図示した形態では 、工作物外縁２６の外側に中間空間２８により該外縁から切り離して支持ゾーン ３０を設ける。この支持ゾーン３０は、すべての方法ステップにおいて、層間の 結合面３２を正確に位置決めするのを保証する。 層１０ないし２０を固定した後、工作物の幾何学的形状に関する３Ｄ−ＣＡＤ データセットを、ソフトウェアルーチンを介して個々の層１０ないし２０の２Ｄ データまたは３Ｄデータに分解する。フライス方法を付加的に設定する場合（特 に粗フライス及び精密フライス用のフライス工具の選択、送り速度、ラインスペ ース）、上記のようにして得られた層に関する輪郭データから、層ごとに行うべ きＮＣフライスプログラムを作成する。 工作物のフライスプログラムの実施はＣＮＣフライス機３４で行う。フライス 機３４は、フライス工具３６，３８，４０を装備可能な少なくとも一つのフライ スヘッド３５のほかに、板状の半加工品４２を備えた半加工品マガジン４４と、 接着剤塗布要素４６と、スライド機構４８及び押圧機構５０を有している半加工 品操作装置とを有している。 工作物１を仕上げ加工するため、まず最上位の半加工品４２の、上方へ向いて いる幅広面５２に、塗布装置４６を用いて接着剤を塗布し、スライド機構４８と 押圧機構５０を用いて、図示していない工具保持体に配置された基板５４に層１ ０として面接着させる。次に、層１０に割り当てられるＮＣプログラムを使用す ると、層１０の幅広面６０から図４ａに図示したような輪郭５６，５８が得られ る。第１の層１０の輸郭加工が終了した後、別の半加工品４２をマガジン４４か ら取り出し、接着剤を塗布した幅広面５２を層１０の自由な幅広面６０に結合さ せる（図４ｂ）。この半加工品４２は層１２に割り当てられたＮＣプログラムに より加工され、自由な幅広面６０から輪郭５６，５８が形成される。この過程を 層１４，１６，１８，２０に対して順次反復して（図４ｃないし４ｆ）、工作物 １を完成させる。 図４ｄの加工段階（層１６の加工）に至る工程を示した図３ａと図３ｂからわ かるように、輪郭の加工は下方から上方へ向いているエンドミル３６，３８を用 いて上向きに行う。この場合フライス工具３６は粗加工に使用し、フライス工具 ３８は精密加工に使用する。フライス過程の際に生じる残片６２と削り屑６４は 重力で下方へ落下する。削り屑の排出は、フライスヘッドを介して工作物の方向 へ上方へ向けて噴射され工作物で下向きに方向を変える冷却潤滑剤により支援さ れる。特に図３ｂからわかるように、輪郭の加工は下から上へ向けて歩進的に進 行するフライス軌道で行う。歩進距離はたとえばそれぞれ０．５ｍｍである。こ の場合最後のフライス軌道は結合面３２に重なって、前もって加工した層１４に 係合し、層１４と１６の間に滑らかな、接着剤のない移行部が得られるよう配慮 する。 層を形成する際の増分的な誤差を避けるため、各輪郭加工の前または後に、平 削りフライス４０を用いて自由な幅広面６０に前述したようなスペースを取る。 外縁に設けられている支持ゾーン３０は、次の半加工品４２が結合面３２におい て正確に方向づけられて、それ以前に加工した半加工品と結合できるよう配慮す る。工作物１の完成後、支持ゾーン３０を形成している構成物を基板５４ から取り除き、工作物を、場合によっては事前に最終加工し温度処理した後に、 規定にしたがって使用する。 以上を総括すると以下のようになる。本発明は、３次元工作物をフライス加工 する方法及び装置に関し、特に型及びエロージョン電極を製造する方法及び装置 に関する。方法においては、有利には３Ｄ−ＣＡＤの形で存在する工作物１の幾 何学的形状に関する記述を、等厚または厚さが異なる複数の層１０ないし２０の ２Ｄデータまたは３Ｄデータに数値的に分解し、この２Ｄデータまたは３Ｄデー タをもとにして層ごとに実施されるＮＣフライスプログラムに置換する。所定の 壁厚、場合によっては不定の壁厚を持った板状の半加工品４２を、基礎構造体５ ４または以前に加工した半加工品４２と順次面結合させ、該当する層１０に対し て実施されるべきＮＣフライスプログラムに応じて、下方から上方へ向いている フライス工具３６，３８，４０により、下方へ向いている半加工品４２の自由な 幅広面６０から上へ向けて加工していく。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９８年１月２３日（１９９８．１．２３） 【補正内容】 請求の範囲 １．３次元工作物をフライス加工する方法において、有利には３Ｄ−ＣＡＤの形 で存在する工作物（１）の幾何学的形状に関する記述を、等厚または厚さが異な る複数の層（１０ないし２０）の２Ｄデータまたは３Ｄデータに数値的に分解し 、この２Ｄデータまたは３Ｄデータをもとにして層ごとに実施されるＮＣフライ スプログラムに置換し、所定の壁厚、場合によっては不定の壁厚を持った未処理 の 板状の半加工品（４２）の、上方へ向けられる幅広面（５２）を、基礎構造体 （５４）または以前に加工した半加工品（４２）の、下方へ向けられた幅広面（ ６０） と順次面結合させ、次に、該当する層（１０）に対して実施されるべきＮ Ｃフライスプログラムに応じて、下方から上方へ向いているフライス工具（３６ ，３８，４０）を用いて、一定のラインスペースまたは不定のラインスペースで 互いに重なり合っている複数のフライス軌道において、 下方へ向いている半加工 品（４２）の自由な幅広面（６０）から上へ向けて歩進的に加工していき、その 際層を形成している 二つの半加工品（４２）の結合領域（３２）を重ねて加工す る ことを特徴とする方法。 ２．板状の半加工品（４２）を板積層部（４４）から取り出し、或いはストック ローラから引き出し、長さを短くさせることを特徴とする、請求項１に記載の方 法。 ３．加工していない半加工品（４２）の、上方へ向いている幅広面（６０）を、 以前に加工した半加工品の下方へ向いている幅広面（６０）に平面接着、平面溶 着または平面蝋付けすることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。 ４．加工していない半加工品（４２）の、以前に加工した半加工品との接触個所 を、部分的に接着剤でコーティングすることを特徴とする、請求項１から３まで のいずれか一つに記載の方法。 ５．有利には被加工工作物（１）の外側領域において、次の半加工品（４２）を 支持する支持ゾーン（３０）を半加工品（４２）からフライスにより削り出し、 最終加工時に支持ゾーン（３０）を完成した工作物（１）から切り離すことを特 徴とする、請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。 ６．半加工品（４２）の、対で結合される幅広面（５２，６０）に、接着剤また は接着剤成分をコーティングすることを特徴とする、請求項１から５までのいず れか一つに記載の方法。 ７．最後に取り付けた半加工品（４２）を、輪郭 加工の前または後に平フライス削りして所定の厚さにすることを特徴とする、請 求項１から６までのいずれか一つに記載の方法。 ８．フライス加工の間、上方へ向けられる冷却潤滑剤噴射線を工作物（１）に作 用させることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一つに記載の方法。９ ．半加工品（４２）を結合させるため導電性接着剤を使用することを特徴とす る、請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法。１０ ．層（１０ないし２０）の少なくとも一つの自由幅広面（６０）にダクトま たは切欠きをフライス削りすることを特徴とする、請求項１から９までのいずれ か一つに記載の方法。１１ ．切欠きに導電性ピンを備えさせることを特徴とする、請求項１０に記載の 方法。１２ ．完成した工作物（１）を焼き戻すことを特徴とする、請求項１から１１ま でのいずれか一つに記載の方法。１３ ．請求項１から１２までのいずれか一つに記載の方法を、金属、セラミック ス材またはプラスチックから成る型の製造に使用することを特徴とする使用方法 。１４ ．請求項１から１２までのいずれか一つに記載の方法を、グラファイトから 成るシンキン グエロージョン電極の製造に使用することを特徴とする使用方法。１５ ．請求項１から１２までのいずれか一つに記載の方法を、金属、セラミック ス材、プラスチックまたは木工材から成る型または原型の製造造に使用すること を特徴とする使用方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．３次元工作物をフライス加工する方法において、有利には３Ｄ−ＣＡＤの形 で存在する工作物（１）の幾何学的形状に関する記述を、等厚または厚さが異な る複数の層（１０ないし２０）の２Ｄデータまたは３Ｄデータに数値的に分解し 、この２Ｄデータまたは３Ｄデータをもとにして層ごとに実施されるＮＣフライ スプログラムに置換し、所定の壁厚、場合によっては不定の壁厚を持った板状の 半加工品（４２）を、基礎構造体（５４）または以前に加工した半加工品（４２ ）と順次面結合させ、該当する層（１０）に対して実施されるべきＮＣフライス プログラムに応じて、下方から上方へ向いているフライス工具（３６，３８，４ ０）により、下方へ向いている半加工品（４２）の自由な幅広面（６０）から上 へ向けて加工していくことを特徴とする方法。 ２．板状の半加工品（４２）を板積層部（４４）から取り出し、或いはストック ローラから引き出し、長さを短くさせることを特徴とする、請求項１に記載の方 法。 ３．加工していない半加工品（４２）の、上方へ向いている幅広面（６０）を、 以前に加工した 半加工品の下方へ向いている幅広面（６０）に平面接着、平面溶着または平面蝋 付けすることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。 ４．加工していない半加工品（４２）の、以前に加工した半加工品との接触個所 を、部分的に接着剤でコーティングすることを特徴とする、請求項１から３まで のいずれか一つに記載の方法。 ５．有利には被加工工作物（１）の外側領域において、次の半加工品（４２）を 支持する支持ゾーン（３０）を半加工品（４２）からフライスにより削り出し、 最終加工時に支持ゾーン（３０）を完成した工作物（１）から切り離すことを特 徴とする、請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。 ６．半加工品（４２）の、対で結合される幅広面（５２，６０）に、接着剤また は接着剤成分をコーティングすることを特徴とする、請求項１から５までのいず れか一つに記載の方法。 ７．最後に取り付けた半加工品（４２）を、輪郭加工の前または後に平フライス 削りして所定の厚さにすることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一 つに記載の方法。 ８．フライス加工の間、上方へ向けられる冷却潤滑剤噴射線を工作物（１）に作 用させることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一 つに記載の方法。 ９．それぞれの半加工品（４２）を、下方へ向けられる幅広面（６０）を起点に して歩進的に、一定のまたは不定のラインスペースで重なっているフライス軌道 で加工することを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法 。 １０．層を形成している二つの半加工品（４２）の結合領域（３２）を重ねて加 工することを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一つに記載の方法。 １１．半加工品（４２）を結合させるため導電性接着剤を使用することを特徴と する、請求項１から１０までのいずれか一つに記載の方法。 １２．層（１０ないし２０）の少なくとも一つの自由幅広面（６０）にダクトま たは切欠きをフライス削りすることを特徴とする、請求項１から１１までのいず れか一に記載の方法。 １３．切欠きに導電性ピンを備えさせることを特徴とする、請求項１２に記載の 方法。 １４．完成した工作物（１）を焼き戻すことを特徴とする、請求項１から１３ま でのいずれか一つに記載の方法。 １５．フライス工具（３６ないし４０）を収容するための少なくとも一つのフラ イスヘッド （３５）と、工作物保持体と、フライスヘッドと工作物保持体の間で相対運動を 行わせるための多軸ＣＮＣ制御部とを有する請求項１から１４までのいずれか一 つに記載の方法を実施するための装置において、工作物保持体がフライスヘッド （３５）の上方に配置され、且つ幅広面（５２，６０）において互いに結合可能 な複数の板状の半加工品（４２）を下側から順次装備可能であり、半加工品（４ ２）がＣＮＣ制御部を用いて下側から上へ向けて加工可能であることを特徴とす る装置。 １６．有利には板積層部或いはストックローラとして形成された半加工品マガジ ン（４４）と、互いに結合されるべき半加工品（４２）の少なくとも一つの幅広 面（５２）に接着剤を塗布するための装置と、互いに結合されるべき半加工品（ ４２）を操作する操作装置（４８，５０）とが設けられていることを特徴とする 、請求項１５に記載の装置。 １７．請求項１から１４までのいずれか一つに記載の方法を、金属、セラミック ス材またはプラスチックから成る型の製造に使用することを特徴とする使用方法 。 １８．請求項１から１４までのいずれか一つに記載の方法を、グラファイトから 成るシンキ ングエロージョン電極の製造に使用することを特徴とする使用方法。 １９．請求項１から１４までのいずれか一つに記載の方法を、金属、セラミック ス材、プラスチックまたは木工材から成る型または原型の製造に使用することを 特徴とする使用方法。