JP2004338030A

JP2004338030A - 曲面形状の加工装置及び加工方法

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Publication number: JP2004338030A
Application number: JP2003136944A
Authority: JP
Inventors: Hirohito Yokota; 浩仁横田; Shigeo Hayashi; 茂夫林; Tomoaki Nakasuji; 智明中筋; Mikio Yamashita; 幹生山下; Masaya Iizuka; 雅也飯塚; Yasuhiro Toyotome; 保弘豊留; Mitsuhisa Mitsuki; 満久光木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】回転工具の使用回転数の制約をなくし、刃先高さを測定による調整ではなく実際の除去により揃えることにより、形状精度および面精度の高い３次元曲面形状のアンテナパネルの創成に適した加工装諏及び加工方法を得る。
【解決手段】工具回転軌跡の断面が円形の一部をなす回転工具１を、その回転軸線を各加工点における加工面の法線に対して傾斜させた状態で、所定の工具送り方向に移動させる制御手段を備え、加工物２に対する回転工具の相対的な運動により回転工具の形状を加工物の表面に転写していく加工装置であって、前記回転工具は、非接触のツルーイングにより工具回転軌跡の断面が円形の一部に形成され、その各刃部には、ダイヤモンド単結晶が結晶方位を制御して施されていることを特徴とする加工装置である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、形状精度および面精度の高い３次元曲面形状のアンテナパネルの創成に適した加工装置及び加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
曲面切削方法として、特に、３次元曲面形状を有する部品の製造工程には、製造効率の向上を図る有効な手段として、ボールエンドミルによる加工があげられる。
【０００３】
ボールエンドミルの底刃に構成刃先がほとんど生じることがない加工条件を選択すれば、加工される仕上げ面の粗さＲ_ｔｈは、ボールエンドミル先端形状により定まる。従って、仕上げ面の粗さＲ_ｔｈは、一般的に、Ｒ_ｔｈ≒ｆ_ｐ ^２／８Ｒ（ここで、ｆ_ｐはカッタパス間隔、Ｒは、ボールエンドミルのボールの半径）で近似できる。このカッタパス間隔は、ボールエンドミルの軌跡により生じたものである。このボールエンドミルを用いて、切削仕上げ面の粗さＲ_ｔｈの改善を図るためには、カッタパス間隔を細かくするか、ボールエンドミルのボール径Ｒを大きくする２つの対策が考えられる。ところが、アンテナパネル加工に対しては、カッタパス間隔を小さくした場合、カッタパスの伸長によって、ＮＣデータが膨大になると共に、加工時間が長くなる問題がある。また、ボールエンドミルのボール径Ｒを大きくした場合には、大口径のボールエンドミルが必要になり、工具の回転数に制約が発生して支障を生じることになる。
【０００４】
こうしたボールエンドミルを用いた加工における問題を解決するものとして、３次元曲面形状の加工方法および加工装置が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に係る発明は切削工具に特徴がある。刃先を伴うスローアウェイチップが取付けられたクランプ工具である切削工具は、同時５軸制御方式ＮＣ工作機械に取り付けられ適当な姿勢で所定のカッタパスをトレースする。ただし、当該切削工具はクランプ工具であるために、遠心力による工具変形抑制から使用回転数に制約が生じる。また、接触式若しくは光学式の測定器によりスローアウェイチップの刃先高さが調整されるが、そのことが加工精度や個別の刃先への加工負荷の違いへ影響を与える。更に、加工機が認識している刃先位置と実際の刃先位置に違いがあるという問題も生じる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−８０８１７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、回転工具の使用回転数の制約をなくし、刃先高さを測定による調整ではなく実際の除去により揃えることにより、形状精度および面精度の高い３次元曲面形状のアンテナパネルの創成に適した加工装諏及び加工方法を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するためになされたものである。本発明に係る請求項１に記載の加工装置は、
工具回転軌跡の断面が円形の一部をなす回転工具を、その回転軸線を各加工点における加工面の法線に対して傾斜させた状態で、所定の工具送り方向に移動させる制御手段を備え、
加工物に対する回転工具の相対的な運動により回転工具の形状を加工物の表面に転写していく加工装置であって、
前記回転工具は、非接触のツルーイングにより工具回転軌跡の断面が円形の一部に形成され、その各刃部には、ダイヤモンド単結晶が結晶方位を制御して施されていることを特徴とする加工装置である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
発明の概要
本発明に係る加工装置は、工具回転軌跡の断面が円形の一部をなす回転工具を、その回転軸線を各加工点における加工面の法線に対して傾斜させた状態で、所定の工具送り方向に移動させて、加工物に対する回転工具の相対的な運動により回転工具の形状を加工物の表面に転写していくものである。回転工具の工具回転軌跡の断面を、非接触のツルーイングにより、円形の一部に成形させ、その各刃部には、ダイヤモンド単結晶の結晶方位を任意に制御して、その各刃部の間隔をも制御している。または、その各刃部に砥粒を用いて、非接触のツルーイングより各刃部にすくい面を創出している。また、この加工装置に、回転工具をスピンドルに取り付けた状態で非接触ツルーイングするための装置を備えている。また、工具回転軌跡の断面が円形の一部をなす回転工具を、その回転軸線を各加工点における加工面の法線に対して傾斜させた時に、その傾斜角度を、工具回転軌跡と加工物の形状が沿うように変化させる加工方法を用いている。
【０００９】
本発明においては、回転工具はクランプ工具形態でなく、各刃部をシャンクに直接に取り付けている一体型工具形態なので、遠心力による工具破壊がなく使用回転数の制限がない。通常、一体型工具形態の回転工具は、刃部の高さ調整および刃部の間隔調整が容易にできないが、ここでは、非接触ツルーイングにより制御しているので、理想的な回転工具を得ることができる。また、刃部に砥粒を用いた場合でも、非接触ツルーイングにより刃部の高さ調整およびすくい面を創生するので、切れ味のいい回転工具を得ることができる。また、非接触ツルーイングにより、回転工具の外径および形状を制御できるので、加工物の形状に沿った加工が可能となる。
【００１０】
実施の形態１．
以下、本発明の好適な実施の形態１に係る加工装置について、図１の斜視図を参照しつつ説明する。
【００１１】
本加工装置は、５軸を同時に制御可能なＮＣ工作機械である。本加工装置は、回転工具１が適切な姿勢で移動するように、加工物２に対する回転工具１の傾斜機構として、加工物２をＸＹ平面内でＺ軸周りに傾斜させる傾斜軸５と、加工物２をＺＹ平面内でＸ軸周りに回転させるテーブル６とを備える。更に、加工装置本体７は、加工物２に対する回転工具１の送り機構として、加工機本体７に備えられたスピンドルテーブル８に沿つてスピンドル４を移動させるＹ軸とＸ軸、および、スピンドル４をＺ方向に移動するＺ軸を備える。これらの移動・傾斜・回転に係る各機構を駆動するサーボモータは、それぞれＮＣ装置３によって制御されている。
【００１２】
回転工具１は、非接触ツルーイングにより、工具回転軌跡の断面が円形の一部に成形されている。その回転工具１の刃部には、結晶方位を刃部の耐摩耗性が向上するように配置したダイヤモンド単結晶が用いられている。
【００１３】
本実施の形態１では、片持ち式コラムを備えたＮＣ工作機械を使用しているが、この種類に限定されるものではなく、同時５軸制御方式のＮＣ工作機械であれば、他の形式のＮＣ工作機械（例えば、門型コラムを備えたＮＣ工作機械やパラレルリンク式ＮＣ工作機械）であっても構わない。
【００１４】
上記のように構成された加工装置においては、非接触ツルーイングを利用することから、回転工具１の各刃部の高さのバラツキが生じない。更に、工具径もミクロンオーダーで与えられ得ることになる。したがって、ＮＣ装置３の数値制御に従って回転工具１が移動することで、高精度なアンテナパネルを得ることができる。
【００１５】
実施の形態２．
次に、本発明の好適な実施の形態２に係る加工装置における回転工具１について、図２を参照しつつ説明する。
【００１６】
図２において（１）は回転工具１の回転軸を通る縦断面図、（２）は回転工具１の正面図である。図２（１）によると、回転工具１は、シャンク１０Ａに回転軸（図示なし）の周りに任意の個数（図２（１）では、中心角９０度、合計４個）のダイヤモンド単結晶９を取り付けた一体型工具である。ダイヤモンド単結晶９の取り付け方法は、ロウ付け又は接着などでよく、特に限定されるものではない。
【００１７】
従来のクランプ工具では、取り付け治具の設置が必要であり、その設置スペースのため取り付けられる刃部の個数に制限があった。一方、一体型工具では、取り付け治具が不要なので、クランプ工具での取り付け治具の設置スペースに相当するところを刃部のスペースにあてることができる。よって、クランプ工具よりも多刃工具を得ることができることから、高能率加工を行なうことができる。
【００１８】
ところで、従来の一体型工具では刃部を取り外すことが容易ではなく、効率よく刃部のすくい面を再研磨することが非常に困難であった。そのため一部の一体型工具は使い捨てされている。また、一部の一体型工具では最研磨されているが、クランプ工具と比較すると再研磨のコストが高い。
【００１９】
本発明では、刃部を取り外さずに刃部のすくい面を非接触ツルーイングで再研磨を行なうので、一体型工具を効率よく使用することができる。
【００２０】
実施の形態２の回転工具１には、非接触ツルーイングにより円形の一部の形状に形成された工具回転軌跡１１と、工具磨耗後に再研磨による修正が必要な刃部のすくい面１２とがある。刃部には、例えば、住友電気工業株式会社製であるスミクリスタルの合成ダイヤモンド単結晶の柱状結晶を用いて、刃部の耐摩耗向上に効果のある結晶方位を選択して、シャンク１０に取り付けている。また、すくい面１２の角度を、加工物の材種に適したものにしている。
【００２１】
上記のように構成された加工装置においては、回転工具１に非接触ツルーイングを施しているために、ＮＣ装置３が認識している回転工具１の刃部位置と実際の刃部位置に相違が少ない。更に、一体型工具の多刃タイプを効率よく利用できるので、従来のクランプ工具よりも高精度に高送りが可能となる。よって、アンテナパネルの３次元形状を高能率で高精度に加工できることになる。
【００２２】
実施の形態３．
次に、本発明の好適な実施の形態３に係る加工装置における回転工具１について、図３を参照しつつ説明する。
【００２３】
図３において（１）は回転工具の回転軸を通る縦断面図、（２）はその回転工具の「Ａ」から見た正面図である。図３の回転工具は、砥石工具用シャンク１０Ｂに、例えば、Ｎｉメッキ層１３により砥粒１４を固定した電着砥石１６である。該電着砥石１６は、工具回転軌跡の断面が円形の一部をなす回転工具になるように、砥粒１４の先端が砥粒先端ライン１５に沿わされて、非接触ツルーイングされている。
【００２４】
砥粒１４には、非接触ツルーイングによりすくい面１７が施されている。図４は、砥粒１４の拡大図（（１）は側断面図、（２）は平面図）である。すくい面１７は、電着砥石１６の回転方向１８に合わせて施されている。なお、図４では、すくい面１７角度が垂直であるものを示したが、加工対象物に合わせてその角度を選択・調整できる。図４（２）は、図４（１）の矢視Ｂからの平面図であるが、砥粒１４の両端に渡ってすくい面１７が施されていることが示される。
【００２５】
上記のように構成された加工装置においても、電着砥石１６を非接触でツルーイングする。よって、ＮＣ装置３が認識している電着工具１６の刃部位置と実際の刃部位置との相違が微小である。また、クランプ工具よりも高い使用回転数を採用でき、多刃工具による高送りが可能となる。
【００２６】
本実施の形態３の電着砥石１６は、硬脆材料など研削加工に適した加工材料に対して、図２に示される回転工具１よりも高精度に加工することができる。更に、本実施の形態３の電着砥石１６は各刃部にすくい面１７が施されているので、延性材料などからなるアンテナパネルの３次元形状を高能率で高精度に加工できる。
【００２７】
実施の形態４．
図５は、本発明の好適な実施の形態４に係る加工装置の斜視図である。該図５を参照しつつ、実施の形態４に係る加工装置を説明する。
【００２８】
図５の加工装置では、回転工具１若しくは電着工具１６を加工装置のスピンドル４に装着した状態で、非接触ツルーイングが行なわれる。即ち、加工機ベース２１にレーザ発振器１９を施して、レーザ光２０により、回転工具１もしくは電着工具１６が非接触ツルーイングされる。非接触ツルーイングを施す位置は、加工装置のテーブル移動により制御されている。
【００２９】
レーザ発振器１９には、レーザ制御装置（図示せず。）、観察ユニット（図示せず。）が含まれている。この非接触ツルーイングには、例えば、電着磁石１６に対してならば、ＹＡＧレーザ（発振波長：３５５ｎｍ、平均出力：３Ｗ、パルスエネルギー：０．６ｍＪ、パルス幅：２００ｎｓ、繰返し数：５ＫＨｚ、ビーム径：１０μｍ、平均パワー密度：５．５×１０^６Ｗ／ｃｍ^２）を用いて行なうことができる。
【００３０】
上記のように構成された加工装置においては、回転工具１および電着工具１６をスピンドル４への装着する時に発生する位置ズレ量を、無くすことができる。したがって、ＮＣ装置３が認識している回転工具１もしくは電着工具１６の刃部位置と実際の刃部位置とに相違が無い状態で、アンテナパネルの３次元形状を高能率且つ高精度に加工できることになる。
【００３１】
実施の形態５．
次に、本発明の好適な実施の形態５に係る加工装置について説明する。
【００３２】
図６において、放物曲線２３と円弧２４よりなるアンテナパネル２２を示している。このアンテナパネル２２を回転工具１もしくは電着工具１６を用いて加工する一つの方法として、図１のＹ軸、Ｚ軸および傾斜軸５をＮＣ装置３により同時に制御しながら、放物曲線２３に沿って加工していく。そのとき、回転工具１もしくは電着工具１６の回転軸線（図示せず。）の傾きが、弧２４に沿うように制御される。
【００３３】
図７において、回転工具１もしくは電着工具１６の工具回転軌跡２６を示している。回転工具１もしくは電着工具１６の回転軸線（図示せず。）を傾けることにより、工具回転軌跡２６は、傾斜工具回転軌跡２５のようになり、アンテナパネル２２との接線部分が大きくなる。この傾斜工具回転軌跡２５をアンテナパネル２２の円弧２４に沿わせるように、ＮＣ装置３が連続的に制御する。
【００３４】
また、必要な形状精度に応じて、加工ピッチ（図示せず。）を選定する。例えば、回転工具１もしくは電着工具１６の外径がΦ８０ｍｍのものを選択して、６００ｍｍ×８００ｍｍアンテナパネルの表面を加工する場合では、形状精度５μｍを得るのに、加工ピッチ２０ｍｍを選定している。
【００３５】
上記のように構成された加工方法においては、必要な加工精度に応じて、効率よく回転工具１もしくは電着工具１６の刃部をアンテナパネルに転写できるので、アンテナパネルの３次元形状を高能率で高精度に加工できることになる。なお、上述の実施の形態５では、同時３軸制御による加工方法を示したが、同時５軸制御による加工でも可能である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明による加工装置および加工方法によれば、従来の３次元曲面形状の加工方法および加工装置に比して、工具回転軌跡がＮＣ制御位置と一致すると共に、一体型多刃工具が使用できるため、アンテナパネルなどの各種曲面の機械加工を高精度で高能率に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る加工装置の基本構成を示す斜視図である。
【図２】（１）本発明の実施の形態２に係る加工装置の回転工具の縦断面図と、（２）同回転工具の正面図である。
【図３】（１）本発明の実施の形態３に係る加工装置の電着工具の縦断面図と、（２）同電着工具を正面図である。
【図４】（１）本発明の実施の形態３に係る加工装置の電着工具の砥粒断面を示した拡大断面図と、（２）同砥粒の拡大平面図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係る加工装置の基本構成を示す斜視図である。
【図６】アンテナパネルの基本形状を模式的に示す図である。
【図７】本発明の実施の形態５に係る加工法の基本構成を示す図である。
【符号の説明】
１回転工具、２加工物、３ＮＣ装置、４スピンドル、５傾斜軸、６テーブル、７加工機本体、８スピンドルテーブル、９ダイヤモンド単結晶、１０Ａシャンク、１０Ｂ砥石工具用シャンク、１１工具回転軌跡、１２すくい面、１３Ｎｉメッキ層、１４砥粒、１５砥粒先端ライン、１６電着砥石、１７砥粒すくい面、１８回転方向、１９レーザ発信器、２０レーザ光、２１加工機ベース、２２アンテナパネル、２３放物曲線、２４円弧、２５傾斜工具回転軌跡、２６工具回転軌跡。

Claims

工具回転軌跡の断面が円形の一部をなす回転工具を、その回転軸線を各加工点における加工面の法線に対して傾斜させた状態で、所定の工具送り方向に移動させる制御手段を備え、
加工物に対する回転工具の相対的な運動により回転工具の形状を加工物の表面に転写していく加工装置であって、
前記回転工具は、非接触のツルーイングにより工具回転軌跡の断面が円形の一部に形成され、その各刃部には、ダイヤモンド単結晶が結晶方位を制御して施されていることを特徴とする加工装置。
工具回転軌跡の断面が円形の一部をなす回転工具を、その回転軸線を各加工点における加工面の法線に対して傾斜させた状態で、所定の工具送り方向に移動させる制御手段を備え、
加工物に対する回転工具の相対的な運動により回転工具の形状を加工物の表面に転写していく加工装置であって、
前記回転工具の各刃部に砥粒を用いて、非接触のツルーイングにより工具回転軌跡の断面が円形の一部に形成され、各刃部にすくい面を創出したことを特徴とする加工装置。
前記回転工具を非接触ツルーイングするためのレーザ発信器と、このレーザ発信器を制御するレーザ制御装置とを備え、
前期回転工具を加工装置のスピンドルに取り付けた状態で、非接触ツルーイングすることを可能としたことを特徴とする、
請求項１または請求項２に記載の加工装置。
請求項１乃至請求項３のうちのいずれか一つに記載の加工装置において、
工具回転軌跡の断面が円形の一部をなす回転工具を、その回転軸線を各加工点における加工面の法線に対して傾斜させた状態で加工する際に、その傾斜角度を工具軌跡と加工物の形状とが沿うように変化させることを特徴とする加工方法。
請求項１乃至請求項３のうちのいずれか一つに記載の加工装置、または、請求項４に記載の加工方法により、加工されたことを特徴とするアンテナパネル。