JP2017154202A - エンドミルによる加工方法および加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンドミルの振れがある場合にも真直度を小さくできる加工方法を提供する。【解決手段】複数条の外周刃が形成されたエンドミルを回転させて外周刃でワークを切削加工する加工方法であって、エンドミル１を回転させて振れ測定手段４により複数条の外周刃の各刃の形状データとして外周刃のエッジ部５を取得し、エッジ部５から各刃の振れ量を算出し、加工条件より決定される切削代に対し、各刃の振れ量を参照して各刃の加工代を求め、ワークＷに当たらない刃がある場合には、全ての刃がワークＷに当接するような加工代の補正値（オフセット値）を求め、補正値によりエンドミル１の径方向の切込み量を補正する。【選択図】図１５

Description

この発明は、エンドミルの側面に設けられた外周刃を用いて切削加工する、エンドミルを用いた加工方法および加工装置に関するものである。

切削加工では、切削工具を被加工物に相対的に近づけ接触させて、被加工物の一部を除去し所定の形状を得ることを目的としている。切削工具の中でも側面と底面に刃を持つエンドミルは様々な加工形状に対応することができ、様々な部品の加工に用いられている。エンドミル加工で要求される精度は寸法精度、面粗さ、直角度、真直度などがある。
エンドミルによる加工は、エンドミルを回転させながらワークに接触させてワークの一部を切削除去し加工面を得るものであるが、このとき、例えば断続切削となること、切れ刃の位置により作用する切削抵抗とその作用方向が変動することから、エンドミルの回転中心軸が変形しながらワークを削ることになる。そのため加工面は直線ではなく、波状となり真直度が大きくなる。この加工面の形状を直線に近づけるには切削抵抗の変動を小さくする、もしくは切削抵抗そのものを小さくして変動量を相対的に小さくする等の対策が必要である。

これらの課題に対し、例えば、被加工物の加工面にエンドミルを接触させて切削するとき、切削に関与する外周刃の接触長さの総和を一定に保つことによって切削抵抗の変動を抑制し、切削抵抗の変動による切削工具の倒れ量の変動を抑制して真直度を小さくするようなエンドミル加工方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、エンドミルおよび加工機の回転振れを事前に計測し、そのデータから真直度が小さくなるエンドミルの取り付け方法を計算して取り付けることで真直度を小さくする加工方法も開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−３４１７１号公報（第２−３頁、図２） 特開２０１０−２４０８０２号公報（第４−５頁、図１０）

特許文献１の加工方法では、工具の製作時に起因する工具の振れや、加工機へ取り付けに起因する工具の振れ、加工機の主軸の振れ等により、工具の刃が当たらない場合が生じ、外周刃の接触長さが変動することにより、切削抵抗が変動し、切削抵抗の変動により切削工具の倒れ量の変動が大きくなって真直度が大きくなるという問題があった。
特許文献２の加工方法では、計算したエンドミルの取り付け方法通りに加工機に取り付ける必要があるが、通常エンドミルはホルダを介して加工機に取り付けるため、実際にはホルダの精度に起因する振れ、およびホルダへのエンドミルの取り付けに起因する振れの影響を考慮する必要があること、ゴミなどの付着や錆などで振れが大きくなることがあること、またこれらの取り付け作業は通常手作業で実施するため、取り付け・調整に時間を要するという問題があった。また、振れの大きい刃程、摩耗が大きいため、工具摩耗の進展と共に振れの状態が変わってしまい予測結果と加工結果が異なってしまうという問題があった。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、振れがある場合においても外周刃の接触長さの変動を抑制でき、またエンドミルの取り付け時の調整を容易にして真直度を小さくできる加工方法および加工装置を提供することを目的とする。

この発明に係るエンドミルによる加工方法は、複数条の外周刃が形成されたエンドミルを回転させて外周刃でワークを切削加工する加工方法であって、エンドミルを回転させて振れ測定手段により複数条の外周刃の各刃の形状データを取得し、形状データをもとに各刃の振れ量を算出し、加工条件より決定される切削代に対し、各刃の振れ量を参照して各刃の加工代を求め、ワークに当たらない刃がある場合には、全ての刃がワークに当接するように加工代の補正値を計算し、補正値によりエンドミルの径方向の切込み量を補正するものである。

また、複数条の外周刃が形成されたエンドミルを回転させて外周刃でワークを切削加工する加工方法であって、工具寿命を考慮して予めエンドミルの寿命加工代を設定しておき、エンドミルを回転させて振れ測定手段により複数条の外周刃の各刃の形状データを取得し、形状データをもとに各刃の振れ量を算出し、加工条件より決定される切削代に対し、各刃の振れ量を参照して各刃の加工代を求め、各刃の加工代が全て寿命加工代より大きくなる場合は、各刃の加工代の最小値が寿命加工代となるように、エンドミルの径方向の切込み量を補正するものである。

また、この発明に係る加工装置は、複数条の外周刃が形成されたエンドミルと、エンドミルを回転させる主軸と、複数条の外周刃の各刃の振れ量を取得する振れ測定手段と、振れ測定手段からの得られた振れ量をもとにエンドミルの径方向の切込み量の補正量を演算して主軸の動きを補正する制御部とを備えたものである。

この発明のエンドミルによる加工方法によれば、加工条件より決定される切削代に対し、各刃の振れ量を参照して各刃の加工代を求め、ワークに当たらない刃がある場合には、全ての刃がワークに当接するように加工代の補正値を計算し、補正値によりエンドミルの径方向の切込み量を補正するので、振れが大きく同時切れ刃数が変動してしまう場合にも、補正により、径方向切込み量を調整して同時切れ刃数を安定させ、切削抵抗の変動を小さくできるので、真直度を小さくすることができる。

また、予めエンドミルの寿命加工代を設定しておき、エンドミルを回転させて振れ測定手段により複数条の外周刃の各刃の形状データを取得し、形状データをもとに各刃の振れ量を算出し、加工条件より決定される切削代に対し、各刃の振れ量を参照して各刃の加工代を求め、各刃の加工代が全て寿命加工代より大きくなる場合は、各刃の加工代の最小値が寿命加工代となるように、エンドミルの径方向の切込み量を補正するので、真直度を改善しながら、工具寿命も延ばすことができ、工具コストおよび工具交換のコストを低減できる。

また、この発明の加工装置によれば、複数条の外周刃が形成されたエンドミルと、エンドミルを回転させる主軸と、複数条の外周刃の各刃の振れ量を取得する振れ測定手段と、振れ測定手段から得られた振れ量をもとにエンドミルの径方向の切込み量の補正量を演算して主軸の動きを補正する制御部とを備えているので、切削抵抗の変動を小さくできるため、加工面の真直度を小さくすることができる。

この発明の実施の形態１の加工方法に用いるエンドミルの外観図である。 図１のエンドミルをホルダおよび主軸に取り付けた図である。 この発明の実施の形態１の加工方法におけるエンドミルの刃の振れの測定方法の説明図である。 図３の測定で得られた外周刃の形状データと、回転に伴う刃の位置の関連を示す説明図である。 形状データから得られるエッジ部まで距離Ｌと回転時間との関連を示す図である。 刃に振れがある場合の、図５に対応する図である。 エンドミルによりワークを肩削りする説明図である。 図７の平面拡大図とその側面断面図である。 外周刃に振れがある場合のエッジ部の変化を説明する説明図であり、（ａ）〜（ｃ）は図８（ｂ）に相当する部分の側面断面図、（ｄ）〜（ｆ）は直上の図に対応したＣ−Ｃ部の平面断面図である。 図８と同様の平面断面図において、各寸法の一例を示した図である。 図９の（ａ）〜（ｃ）に対応する、図１０の側面断面図である。 図１０において１つ前の刃が振れによりワークに当たらず切削できなかった場合の次の刃の切削代を説明する平面図である。 図１２の場合の、図１１の（ａ）〜（ｃ）に対応する側面図である。 ＳＳ４００材のワークに対するエンドミル加工において、１刃当たりの最大加工代と切削抵抗の関係を示す図である。 実施の形態１による補正方法を説明する切削部の側面図である。 図１５の場合の、各刃の切削代と切削抵抗を示す図である。 エンドミルの振れ測定方法の他の例を説明する説明図である。 実施の形態２の加工方法を説明するためのエッジ部の側面断面図である。 実施の形態２により補正した１例を示す側面断面図である。 実施の形態５の加工方法を説明するためのエッジ部の側面断面図であり、比較のために補正無しの場合の各刃の加工代と切削抵抗を示す図である。 比較のために実施の形態１の加工方法で補正した場合の各刃の加工代と切削抵抗を示す図である。 実施の形態５により補正した、補正後の１例を示す側面断面図である。 図２２の場合の、各刃の加工代と切削抵抗を示す図である。 実施の形態７による加工装置を示すブロック図である。 実施の形態８による加工装置の要部構成図である。 実施の形態８による加工装置の他の例の要部構成図である。 傾斜成分の改善による真直度改善についての説明図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の加工方法に用いるエンドミル１の外観図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は底面図である。図２は、エンドミル１の取り付け状態を示す側面図であり、（ａ）はエンドミル１をホルダ２に取り付けた状態、（ｂ）は（ａ）を加工装置の主軸３に取り付けた状態を示している。また、図３は、エンドミル１の刃の振れの測定方法を示した側面図である。

図１に示すように、エンドミル１は、円筒形のシャンク部１ａと刃部１ｂを有し、刃部１ｂは、外周部に形成された外周刃１ｃと底面部に形成された底刃１ｄとから成っている。外周刃１ｃは、エンドミル１の軸線を中心として所定のねじれ角で螺旋状に形成され、複数条が所定のピッチで周方向に等間隔に配列されている。
図２（ａ）のように、エンドミル１をホルダ２に装着する。ホルダ２は、コレット２ａ、テーパ面２ｂ、押し当て面２ｃを有している。（ａ）の状態から、コレット２ａを主軸３に引き込み、ホルダ２のテーパ面２ｂおよび押し当て面２ｃを主軸３の取り付け部に組み合わせることで、主軸３にホルダ２およびエンドミル１が取り付けられ、図２（ｂ）のような状態になる。すなわち、エンドミル１はホルダ２を介して主軸３に取り付けられており、主軸３によりエンドミル１を回転させて外周刃１ｃまたは底刃１ｄで被加工物の側面または底面を加工する。

図３は、実施の形態１におけるエンドミル１の刃の振れの測定方法を示す図である。主軸３に取り付けたエンドミル１の外周刃１ｃの部位を挟むように、発光部４ａとカメラ部４ｂを有する振れ測定手段４を配置する。
図３のよう状態で、エンドミル１を回転させ、発光部４ａを発光させて、エンドミル１に光を当てることにより輪郭を明確にし、カメラ部４ｂでエンドミル１を連続的に撮影する。撮影された画像は、図示しない制御部で画像処理され、エンドミル１の外周刃１ｃのエッジ部５（図５参照）を検出する。なお、加工装置については後述する。

実施の形態１のエンドミルによる加工方法は、上記の振れ測定手段４で得られた形状データをもとに補正量を演算して加工時のエンドミルの径方向の切込み量を補正する点に特徴を有するものであるが、その具体的補正方法については後述することにし、先ず、エンドミル１を回転させたときの外周刃１ｃと撮影画像との関係について説明する。

図４は、エンドミル１を、ある回転速度、例えば２．５ｒｐｍで回転させ、エンドミル１の外周刃１ｃ部をカメラ部４ｂで撮影し、画像処理した画像の説明図である。刃数は６の場合を示し、各刃に符号ＩからIVを付している。図４（ａ）は、画像処理した画像のうち、Ｘ秒、Ｘ＋１秒、Ｘ＋２秒、Ｘ＋３秒、Ｘ＋４秒の画像を示している。（ｂ）は、（ａ）の破線Ａ−Ａ断面におけるエンドミル１の平面形状とエンドミル１の回転方向（矢印）、および回転に伴う刃Ｉ〜IVの位置の変化を示し、それぞれ図４の直上の（ａ）の画像と対応している。また、（ａ）において、Ａ−Ａ線部における画像の左端からエンドミル１の画像処理で得たエッジ部５まで距離をＬとし、このＬを、Ｘ秒ではＬ_Ｘ、Ｘ＋１秒ではＬ_Ｘ＋１のように表している。

図５は、図４の時間毎のＬの変化を示す図である。Ｌが最も小さくなるのは、破線Ａ−Ａ上に刃Ｉ〜IVのいずれかが来たときである。Ｘ秒の時、破線Ａ−Ａ上に刃IIが来た場合、回転中心と刃Ｉと刃IIの成す角が６０度であり、かつ回転中心から刃Ｉと刃IIまでの距離が同じであるとすると、エンドミル１は２．５ｒｐｍで回転しているため刃Ｉから刃IIへと回転する時間は４秒となる。つまり、Ｘ＋４秒後に破線Ａ−Ａ上に次の刃Ｉが来る。
図４において、破線Ａ−Ａを上下に動かし、Ｌの変化を調べることで回転時のエンドミル１の軸方向の各位置の各刃の振れ量を把握することができる。
このようにＬの変化と回転数を把握することで各刃の回転時の振れ量を把握して、図示しない制御部において画像処理してエッジ部５のデータを取得しておく。このエッジ部５が、請求項に記載の各刃の形状データである。
なお、図５では、回転中心と各刃の刃先までの距離が等しい場合を示している。

図６は、刃Ｉと回転中心との距離が、刃IIと回転中心との距離より小さく、かつ回転中心と刃Ｉ、刃IIの成す角が６０度より大きい場合の時間毎のＬの変化を示している。回転中心と刃Ｉ、刃IIの成す角が６０度より大きいため、刃Ｉに対応するＬはＬ_Ｘ＋４より大きくなる。このような場合、時間の範囲を決めてその中のピークの値を刃IIとする。例えば（Ｘ＋１）秒から（Ｘ＋７）秒の範囲とする。その時のピーク値がＬ_{Ｘ＋４＋α}の場合、振れ量の差は（Ｌ_Ｘ＋４−Ｌ_{Ｘ＋４＋α}）のような式で計算できる。

図７は、エンドミル１による肩削り加工を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）の上面図である。ホルダ２および主軸３は記載を省略した。エンドミル１を回転させ、ワークＷに対してエンドミル１を移動することにより、エンドミル１の外周刃１ｃおよび底刃１ｄによりワークＷの加工面を切削している。

図８は、図７（ｂ）の部分の拡大図である。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂにおける側面断面図である。なお、切削抵抗によるエンドミル１の倒れは記載を省略した。すなわち、外周刃１ｃの中心から各刃の刃先までの寸法が同じで振れがなく、かつエンドミル１の中心軸と回転軸が一致している場合を示している。斜線部はエンドミル１の外周刃１ｃによる加工代を示しており、（ａ）に示すように、線Ｂ−Ｂは加工部の厚みＴが最も厚くなる箇所を通っている。
図８の場合では、ワークＷに接触している外周刃１ｃの全ての刃が加工代分を切削することとなる。しかし、実際には外周刃１ｃには、エンドミル１の製作時のばらつき、エンドミル１の取り付け時やホルダ２、主軸３そのものに起因する振れがある。次に、そのような振れがある場合について説明する。

図９は、外周刃１ｃに振れがある場合の輪郭線すなわちエッジ部５の変化を説明する説明図である。（ａ）〜（ｃ）は図８（ｂ）に相当する部分の側面断面図であり、画像処理で得られたエッジ部５とワークＷの切削面とを合わせて表示したものである。（ｄ）〜（ｆ）は、直上の（ａ）〜（ｃ）のそれぞれに対応したＣ−Ｃ部の平面断面図である。
（ａ）（ｄ）では、Ｃ−Ｃ部においてワークＷに刃Ｉが当たっており切削に寄与しているが、１刃分回転した（ｂ）（ｅ）では、Ｃ−Ｃ断面の外周刃である刃VIが、振れがありこの影響でワークＷに当たっておらず切削に寄与していない。次の（ｃ）（ｆ）では、ワークＷに刃Ｖが当たっており切削に寄与している。このとき刃Ｖは刃VIによる削り残しも含めて切削する必要があり、刃Ｉと刃Ｖの回転時の振れ量が同じ場合、刃Ｖによる切削量は刃Ｉによる切削量の２倍になる。つまり、振れが無いときに比べ切削抵抗の最大値が大きくなるうえ、切削抵抗が変動することとなる。

また、（ａ）は切削箇所が４箇所、（ｂ）は３箇所、（ｃ）は４箇所と変化している。つまり、振れが無いときは切削箇所数（同時切れ刃数）の変動は無かったが、振れがある場合は振れにより切削箇所数の変動が生じ、切削抵抗の変動となる。
以下、図９の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）における切削抵抗の大きさと変動量について、具体例により説明する。
図１０は、図９の（ｄ）〜（ｆ）と同様に見たときの平面図であり、各寸法の一例を示した図である。図１１は、図９の（ａ）〜（ｃ）に対応する図１０の側面図である。

図１０において、エンドミル１の回転中心から刃Ｉ−Ｖのそれぞれの外周刃先までの距離を１０ｍｍ、ワークＷのエンドミル１による半径方向の削り代を５０μｍ、１刃送り量を０．０５ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、エンドミル１の回転方向を矢印の方向とすると、１刃あたりの加工代は図１０の斜線部となる。これらは、加工条件より決定されるものである。
このとき、エンドミル１の回転中心から刃先までの距離が常に一定とすると、幾何学的関係から１刃当たりが切削する最大厚みＴは約７μｍとなる。

ここで、エンドミル１の回転中心から刃VIの刃先までの距離が、刃Ｉ〜Ｖの回転中心から刃先までの距離に比べ１０μｍ小さいとすると、図９（ａ）〜（ｃ）に対応する側面図は、図１１の（ａ）〜（ｃ）のようになる。
図１１（ａ）では、ワークＷに当接する４つの刃の加工代は全て７μｍである。（ｂ）では、線Ｃ−Ｃ上の刃VIはワークＷから３μｍ離れている。この位置で、刃VIの軸方向上下の他の刃の加工代は全て７μｍである。次の（ｃ）の位置では、線Ｃ−Ｃ上の刃Ｖおよびその軸方向上下の他の刃の加工代は全て７μｍとなっている。しかし、実際には切り残しが発生している。

図１２は、図１０において１つ前の刃が振れによりワークＷに当たらず切削できなかった場合の次の刃の加工代を説明する平面図である。また、図１３は、切り残しが発生した場合の、図１１の（ａ）〜（ｃ）に対応する側面図である。
図１２に示す例では、当たらなかった刃VIの次に来る刃Ｖが切削する最大厚みは、幾何学的関係より約１３μｍとなり、この部分が刃Ｖの加工代である。
図１３において、送り方向の（ａ）〜（ｃ）の各位置における各刃の加工代は、図１３中の四角内の上段に記載した数値となる。図から分かるように、１３（ｃ）の位置では、刃Ｖの加工代は、切り残し分を含め１３μｍとなる。

図１４は、ワークＷの材質がＳＳ４００の場合におけるエンドミル加工について、１刃当たりの加工代（１刃当たりが切削する最大厚み）Ｘ（ｍｍ／ｔｏｏｔｈ）と切削抵抗Ｙ（ＭＰａ）の関係を示した図である。１刃当たりの加工代が小さくなればなるほど切削抵抗は小さくなるが、加工代が０の場合でも切削抵抗は０にならない。これは切削抵抗の中に摩擦成分が含まれるためである。
ＳＳ４００の場合のエンドミル加工の切削抵抗Ｙは１刃当たりの最大加工代Ｘに対して下記式（１）で表すことができる。

Ｙ＝１４３０Ｘ＋９６．２・・・・（１）

そこで、図１３に示す各位置での各刃の加工代Ｘを上記式（１）に当てはめて切削抵抗Ｙを算出し、各刃の切削抵抗Ｙを図１３中の四角内の下段に記載した（単位ＭＰａは省略している。以下同様）。
図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）それぞれについて、各刃の切削抵抗Ｙの和を見ると、最大は（ｃ）の４３３、最小は（ｂ）３１８であり、最大と最小の差は１１５である。この差が大きいほどワークＷの加工面の真直度が大きくなる。すなわち、真直度を改善するには切削抵抗のばらつきを小さくすることが望ましい。

以上までの説明により、エンドミル１を、図３のような発光部４ａとカメラ部４ｂから成る振れ測定手段４を用いて測定して得られる形状データと、エンドミル１の刃の振れ量と切削抵抗の関係を述べてきた。
実施の形態１の発明は、上述のような関係をふまえて、エンドミルの加工代を補正するところに特徴を有するので、次にこの補正方法について説明する。

図１５は、実施の形態１によるエンドミルによる加工方法を説明する説明図である。図３で説明したような振れ測定手段４を用いて測定した撮影画像から得られる形状データは、これまでに説明したように、例えば、図１３に示すエッジ部５のような画像である。そこで、図１５では、図１３の形状データを使って、エンドミル１の切込み量を補正する方法について説明する。

実施の形態１の加工方法による補正のポイントは、全ての刃がワークＷに当接するように補正する点である。
図１３の場合では、（ｂ）の位置において、刃VIがワークＷに接触していなかった。そこで、図１５のように、刃VIがワークＷに当接するように、ワークＷに対してエンドミル１を３μｍだけワークＷ側に補正するものである。すなわち、エンドミル１の基準の回転軸に対して、オフセット量を３μｍとし、この量だけワークＷ側へオフセットする。
なお、オフセット方向（回転軸の移動方向）の説明において、ワークＷ側またはワークＷから離れる側と言うときは、加工面に垂直方向ではなく、図８のＢ−Ｂ線で示す方向を指すものとする。

図１６は、図１５のように補正した後の、各刃の加工代と切削抵抗を示す図である。四角内の上段は加工代を示し、下段は切削抵抗を示している。切削抵抗は、加工代をもとに上記の式（１）から算出したものである。
図１６において、（ａ）（ｂ）（ｃ）のそれぞれについて各刃の切削抵抗の和のうち、最大は４５２、最小は４２９、最大と最小の差は２３である。補正前は、先に図１３で説明したように差は１１５であった。切削抵抗値に関しては、補正後は補正前に比べ最大値が約４％増えるが、最大値と最小値の差は約８０％減っている。切削抵抗は真直度に大きく影響するので、補正後の真直度は補正前に比べおよそ８０％小さくなる。

このように、回転時のエンドミル１の各刃の振れ量を計測し、全ての刃が当接するよう径方向の切込み量（加工代）を補正することにより、製作時に起因する工具の振れや、加工装置へ取り付けに起因する工具の振れ、加工装置の主軸による振れにより、工具の刃が当たらない場合においても全ての刃を当接させ、切削抵抗の変動を抑制し、真直度の増大を抑制できる。
更に、エンドミル１を加工装置の主軸に取り付けて回転させた状態で各刃の振れ量を計測するため、ホルダの精度に起因する振れ、およびホルダへのエンドミルの取り付けに起因する振れの影響やゴミなどの付着や錆などの影響を考慮する必要がない。
また、取り付け作業に大きな制約がないため、エンドミルの取り付け・調整に時間を要することもない。更に回転時のエンドミル１の各刃の振れ量を計測できるため、エンドミル１の摩耗により刃振れの状態が変化した場合においても補正量を変えることにより真直度の悪化を抑制することができる。

なお、実施の形態１においては、図１のように外周刃１ｃと底刃１ｄを備えるエンドミル１を例に挙げたが、外周刃１ｃのみでもよい。また、図１はソリッドエンドミルと呼ばれるものであるが、これに限定するものではなく、ソリッド以外にろうづけや先端交換式、スローアウェイ式でもよい。また、ホルダ２については、図２（ａ）のホルダ形状に限るものではない。またホルダ２を介さずエンドミル１を主軸３に直接つける形でもよい。

また、回転時のエンドミル１の刃振れの計測方法については、図３〜６を用いて説明したが、これに限定するものではない。例えば、図１７のように、左側のエッジ６と右側のエッジ７を検出し、２点の距離Ｌの変化とその中心位置８の位置の変化を検出することにより回転時のエンドミル１の刃振れを計測してもよい。
また、タッチセンサーなどの接触式のセンサーを用いて回転時のエンドミルの刃振れを計測してもよい。また、ダミーワークを用意し、ダミーワークをエンドミルで加工し、加工面を計測することにより回転時の刃振れを計測してもよい。更に、径方向の加工代の補正量については、過度の補正は許容精度を超過する恐れがあるため上限値を設けてもよい。

以上のように、実施の形態１のエンドミルによる加工方法によれば、複数条の外周刃が形成されたエンドミルを回転させて外周刃でワークを切削加工する加工方法であって、エンドミルを回転させて振れ測定手段により複数条の各刃の形状データを取得し、形状データをもとに各刃の振れ量を算出し、加工条件より決定される切削代に対し、各刃の振れ量を参照して各刃の加工代を求め、ワークに当たらない刃がある場合には、全ての刃がワークに当接するような加工代の補正値を計算し、補正値によりエンドミルの径方向の切込み量を補正するので、振れが大きく同時切れ刃数が変動してしまう場合にも、補正により、径方向切込み量を調整して同時切れ刃数を安定させ、切削抵抗の変動を小さくできるので、真直度を小さくすることができる。
また、エンドミルを回転させて各刃の振れ量を計測するため、取り付けに起因する振れの影響を考慮する必要がなく、エンドミルの取り付け時の調整が容易になる。

実施の形態２．
実施の形態２の加工方法は、エンドミル１の工具寿命に着目したものである。
図３のような発光部４ａとカメラ部４ｂを有する振れ測定手段４を用いてエンドミル１
の輪郭部を測定し、画像処理によりエンドミル１の外周刃１ｃのエッジ部５を検出して各刃の形状データを取得し、形状データをもとに各刃の振れ量を算出するのは、実施の形態１と同様である。

実施の形態２では、予め、使用するエンドミル１に対して適当な工具寿命が得られる加工代を「寿命加工代」として設定しておく。工具寿命はエンドミル１の材質、ワークＷの材質、加工条件等で変わってくるので、寿命加工代は蓄積データ等を参照しながら決定すれば良い。具体的には、加工代を既知の状態にして、様々な加工代で寿命試験を実施し、所望の寿命が得られる加工代を「寿命加工代」とする。
次に、加工対象のワークＷに対する加工条件から決定される切削代に対し、各刃の振れ量を参照してエンドミル１の各刃の加工代を求める。
各刃の加工代が全て寿命加工代より大きくなる場合は、各刃の加工代のうち、その最小値が寿命加工代となるように、径方向の切込み量を補正する。補正手段は加工装置の制御部に備えておくものとする。

例えば、一例として適当な工具寿命が得られる寿命加工代を３μｍとする。補正前の切削代が図１８のようになっているとすると、それぞれの加工代は７μｍ、６μｍ、７μｍ、となっており、加工代の最小値は６μｍである。
そこで、寿命加工代が３μｍであることから、エンドミル１の回転中心をワークＷから遠ざかる側へ３μｍオフセットするよう補正する。なお、全ての加工代が寿命加工代以内であれば補正の必要は無い。

図１９は、補正後の側面断面図である。図に示すように、線Ｃ−Ｃにおける（ａ）の加工代は４μｍ、（ｂ）の加工代は３μｍ、（ｃ）の加工代は４μｍとなる。
このような加工方法によれば、寿命加工代に近づけることで、切削抵抗を従来に比べ小さくできるので真直度を改善しつつ、かつ工具寿命も伸ばすことができ、工具寿命が延びるため工具コストおよび工具交換のコストも低減できる。

以上のように、実施の形態２のエンドミルによる加工方法によれば、複数条の外周刃が形成されたエンドミルを回転させて外周刃でワークを切削加工する加工方法であって、工具寿命を考慮して予めエンドミルの寿命加工代を設定しておき、エンドミルを回転させて振れ測定手段により複数条の外周刃の各刃の形状データを取得し、形状データをもとに各刃の振れ量を算出し、加工条件より決定される切削代に対し、各刃の振れ量を参照して各刃の加工代を求め、各刃の加工代が全て寿命加工代より大きくなる場合は、各刃の加工代の最小値が寿命加工代となるように、エンドミルの径方向の切込み量を補正するので、真直度を改善しながら、工具寿命も延ばすことができ、工具コストおよび工具交換のコストも低減できる。

実施の形態３．
実施の形態３による加工方法は、実施の形態１および２の加工方法に次の点を付加するものである。すなわち、エンドミル１の形状データ、加工条件、回転時のエンドミル１の振れ量から真直度を事前に予測する真直度予測手段を備え、実施の形態１または実施の形態２のエンドミルの加工方法を適用して補正しても所定の真直度に入らないと予測される場合は、エンドミル１の装着状態を変更して、実施の形態１のような振れ測定手段４により測定を実施して、再度、エンドミル１の各刃の振れ量を算出し、所定の真直度が得られると判定すれば加工を開始するものである。
装着状態の変更とは、以下のいずれかを実施するものである。
（１）工具交換エリアに待機させておいた別のエンドミルに自動的に工具交換する。
（２）主軸３からホルダ２を３６０度とは異なる一定角度回転させ向きを変えて、主軸３に再装着する。すなわち、径方向に回転さてこれまでとは違う位置に固定する。

上記において、真直度予測手段は加工装置の制御部に備えておくものとする。真直度の予測は、例えば次のように行う。
先ず微小時間毎に切削現象を分ける。エンドミル１がワークＷを削っている箇所に力が負荷するが、この力はエンドミル１の形状、具体的にはすくい角、ねじれ角、逃げ角、およびワークＷの材質から計算することができる。負荷する箇所、その力およびエンドミル１の剛性が分かればエンドミルのたわみ量が分かる。たわみ量からエンドミル全体の変形が分かり、その形状が切削面となる。これを微小時間毎に繰り返して重ね合わせることによりエンドミル切削後の切削面の形状を予測することが可能である。この切削面の形状から真直度を得ることができる。
また、所定の真直度とは、ユーザが所望するワーク加工面の真直度を指し、予めユーザにより決定されているものとする。

以上のように、実施の形態３のエンドミルによる加工方法によれば、実施の形態１または２の方法に加えて、エンドミルの形状データ、加工条件、振れ量から真直度を事前に予測し、径方向の切込み量を補正しても所定の真直度が得られないと判断した場合には、エンドミルの装着状態を変更して再度エンドミルの各刃の振れ量を算出し、所定の真直度が得られれば加工を開始するようにしたので、加工不良を防ぐことができ、ラインの停止時間削減できコストダウンに寄与することができる。

実施の形態４．
実施の形態４による加工方法は、エンドミル１の形状データ、加工条件、回転時のエンドミル１の振れ量から真直度を事前に予測する真直度予測手段を備える点はまでは実施の形態３と同様である。実施の形態４では、更に、回転数と刃振れの関係のデータベース、および、回転数または切削速度と切削抵抗の関係のデータベースを備え、径方向の切込み量を補正しても所定の真直度が得られないと判断した場合には、回転数と刃振れの関係のデータベース、および、回転数または切削速度と切削抵抗の関係のデータベースを用いて、所定の真直度が得られるよう回転数を変更するものである。

回転数の変更は、例えば次のように行う。
（１）回転数を小さくして回転振れを小さくする。
（２）送り量はそのままに回転数を大きくして切削速度を大きくして切削抵抗を小さくする。

以上のように、実施の形態４のエンドミルによる加工方法によれば、実施の形態１または２の方法に加えて、回転数と刃振れの関係のデータベース、および、回転数または切削速度と切削抵抗の関係のデータベースを備え、エンドミルの形状データ、加工条件、振れ量から真直度を事前に予測し、径方向の切込み量を補正しても所定の真直度が得られないと判断した場合には、回転数と刃振れの関係のデータベース、および、回転数または切削速度と切削抵抗の関係のデータベースを用いて、所定の真直度が得られるように回転数を変更するようにしたので、真直度が悪化するのを抑制して不良を防ぐことができ、ラインの停止時間が削減できコストダウンに寄与することができる。

実施の形態５．
実施の形態５は、実施の形態１の加工方法に、エンドミル１の形状データ、加工条件、回転時のエンドミル１の振れ量から真直度を事前に予測する真直度予測手段を備え、実施の形態１の加工方法を適用しても予測した真直度を参照して真直度が悪化すると判断した場合に更に次のような補正を行うものである。
すなわち、真直度予測手段において真直度を予測した結果、真直度が悪化して所定の真直度が得られないと判断した場合、その振れ量において真直度が最小になるようなエンドミル径方向の加工代の補正値を計算し、補正値をエンドミルの径方向の切込み量に適用して加工するものである。以下、真直度が悪化するようなエッジ部の例を挙げて説明する。

図２０は、実施の形態１で説明した図１３に対応する図であるが、（ｂ）の位置での線Ｃ−Ｃ上の刃振れ量が１０７μｍの場合を示している。この形状で何も補正を行わない場合の、各刃の加工代を図中の四角の中の上段に示している。また、下段にはその加工代に対応する各刃の切削抵抗を示している。図のように、切削抵抗でみれば図１３の場合と同じである。各部位置での各刃の切削抵抗の和のうち、最大は４３３、最小は３１８、最大と最小の差は１１５である。

図２１は、図２０のような各刃の刃形に対して、実施の形態１の加工方法により、全ての刃が当接するような補正値を求めて径方向の切込み量を補正したものである。具体的にはエンドミル１の回転中心がワークに対して１００μｍ近づくよう補正している。このときの各刃の加工代を図中の四角の中の上段に示し、対応する切削抵抗を下段に示している。図から分かるように、各刃の切削抵抗の和のうち、最大は１００１、最小は８４３、最大と最小の差は１５８である。
実施の形態１のような加工方法を適用した場合、径方向の切込み量（切削代）の補正後は切削抵抗の最大値は２．３１倍（４３３→１００１）、最大と最小の差は１．３８倍（１１５→１５８）になるため、真直度が大きくなる。このように、全ての刃が当接するよう径方向の切込み量を補正した場合、真直度が悪化する場合がある。

そこで、実施の形態５では、所定の真直度が得られないと判断した場合には、真直度が最小になるように計算し、エンドミル１の径方向の切込み量を補正する。すなわち、切削抵抗の和の内、その最大値と最小値との差が最も小さくなるような径方向の切込み量に補正するものである。

図２２は、実施の形態５の加工方法により補正した一例を示す図である。図２０の刃形を図２２に示すように補正するものである。具体的には、エンドミル１の回転中心をワークから離れる方向へ７μｍオフセットする。図２３は、図２２の場合の、各刃の加工代と切削抵抗を示す図で、各刃の加工代を図中の四角の中の上段に示し、それに対応する各刃の切削抵抗を下段に示している。図から分かるように、各位置での各刃の切削抵抗の和のうち、最大は３９３、最小は２８８、最大と最小の差は１０５である。補正前の図２０と比較して、径方向の切込み量（切削代）の補正後は切削抵抗の最大値は０．９１倍（４３３→３９３）、最大と最小の差は０．９１倍（１１５→１０５）になるため、真直度が小さくなる。

以上のように、実施の形態５のエンドミルによる加工方法によれば、エンドミルの形状データ、加工条件、振れ量から真直度を事前に予測し、径方向の切込み量を補正しても所定の真直度が得られないと判断した場合には、真直度が最小になるような加工代の補正値を計算し、補正値をエンドミルの径方向の切込み量に適用して加工するので、真直度が悪化すると判断した場合において、効果的に真直度を小さくすることができる。

実施の形態６．
実施の形態６の加工方法は、実施の形態３から実施の形態５のいずれかの加工法において、真直度を予測する際、更に、ワークの情報およびエンドミルの剛性の情報を予め与え、加工負荷によるワークの変形、エンドミルの変形、および加工面形状を予測し、真直度を計算するものである。このような構成によれば、ワークやエンドミルに起因する真直度の悪化も含めて真直度予測することができるため、その分より補正でき、真直度を改善することができる。

以上のように、実施の形態６のエンドミルによる加工方法によれば、ワークの情報およびエンドミルの剛性の情報を有し、真直度を事前に予測する段階において、エンドミルの形状データ、加工条件、振れ量に加え、ワークの情報およびエンドミルの剛性の情報を加味して真直度を計算するので、真直度の予測がより正確になり、より真直度を小さくすることが可能となる。

実施の形態７．
実施の形態７は、実施の形態１から実施の形態６で説明したようなエンドミルによる加工方法を、自動で実施するための加工装置に関するものである。
図２４は、実施の形態７の加工装置を示すブロック図である。エンドミル１、ホルダ２、主軸３、および、発光部４ａとカメラ部４ｂを備えた振れ測定手段４は、図３で説明したものと同じである。自動で行うために、エンドミル１を自動装着するための工具交換装置１１、予備のエンドミル１を収納するための工具マガジン１２、および、内蔵した加工プログラムに従い主軸３やその他の軸を制御し、かつ振れ測定手段４からの情報をもとに真直度を予測し、振れ量を計算し、径方向の切込み量を補正する制御部１３備えている。制御部１３には、各種データを記憶する記憶部を備えている。

振れ測定手段４を用いて、加工に先立ち、回転時のエンドミル１の各刃の振れ量を測定する。振れ測定手段４の測定結果は、制御部１３に送られる。制御部１３では加工プログラムから読み取った加工条件と振れ測定手段４の測定結果から、エンドミル１のエッジ部５の図形を抽出する。これをもとに、各刃の振れ量を算出し、径方向の切込みの補正量を変化させたときの真直度の予測演算を実施する。それらの結果をもとに、実施の形態１から６のいずれかの方法を用いて真直度が小さくなる径方向の切込みの補正量でエンドミル１の回転軸の位置を補正し加工する。

制御部１３での真直度の演算結果が所定の真直度より大きくなる場合、工具交換装置１１を用いて、主軸３よりエンドミル１およびホルダ２を外し、工具マガジン１２に格納する。主軸３にはエンコーダの回転位置の検出機構と、サーボモータを備えており、任意の角度に回転させることができる。エンドミル１およびホルダ２を外した主軸３を３６０度の倍数以外の角度分回転させ、再度、工具交換装置１１を用いて主軸３にエンドミル１およびホルダ２を装着する。

工具摩耗などの影響で振れの状態が変わることがあるので、一定数の加工毎に振れ測定手段４で再びエンドミル１の各刃の振れを測定し、制御部１３で真直度の予測演算を再度実施し、径方向の切込みの補正量を更新するのが望ましい。
なお、主軸３以外の可動軸は記載していないが、主軸３やワークＷの側のそれぞれに、可動軸があってもよい。また図示は縦型であるが横型の加工装置でもよい。

以上のように、実施の形態７の加工装置によれば、複数条の外周刃が形成されたエンドミルと、エンドミルを回転させる主軸と、エンドミルの各刃の振れ量を取得する振れ測定手段と、振れ測定手段から得られた振れ量をもとにエンドミルの径方向の切込み量の補正量を演算して主軸の動きを制御する制御部とを備えているので、切削抵抗の変動を小さくできるため、加工面の真直度を小さくすることができる。

また、上記に加えて、更に、エンドミルを収納する工具マガジンと、エンドミルを主軸に自動的に着脱する工具交換装置を備えたので、エンドミルの着脱を容易に行うことができる。

実施の形態８．
実施の形態８は、実施の形態７において、更にエンドミルの傾きを変更する傾斜手段を備えたものである。図２５は、エンドミル１の傾斜手段を示す図である。
具体的には、実施の形態７の構成に加え、図２５のように、ワークＷを固定して回転制御できるターンテーブル１４と、主軸３を取り付けた可動板１５と、その可動板１５を固定箇所１６を介して固定している固定板１７とを備え、固定板１７には曲率を持ったガイドレール１８を有し、可動板１５にはガイドレール１８に沿って動く可動部１９を備えている。

このような構成によれば、可動部１９をガイドレール１８に沿って動かすことで、固定板１７に沿った平面上でエンドミル１の傾きを調整することができる。更に、ターンテーブル１４を回転させ、主軸３とターンテーブル１４を相対的に動かすことで、任意の位置においてエンドミル１を任意の角度に傾けることができる。

図２６は、傾斜手段の他の例を示す図である。この場合は、図２５ように主軸３を傾けるのではなく、コラム２０にターンテーブル１４を載置して、そのコラム２０に、更にもう１軸分の回転機構を設け、５軸加工機としたものである。
加工面の真直度は、図２７のように、傾斜成分とうねり成分に分けることができる。したがって、傾斜成分とは逆向きにエンドミル１を傾けることで真直度を改善することができる。

以上のように、実施の形態８の加工装置によれば、ワークの加工面に対してエンドミルの軸心を傾斜可能な傾斜手段を備え、制御部において加工時の傾斜成分が計算され、傾斜成分を打ち消すような方向に傾斜手段が制御されるので、加工時の刃の振れの影響を抑制した加工装置を得ることができる。

実施の形態１か６で説明した加工方法、および実施の形態７から８で説明した加工装置は、スクロールのインボリュート加工に適用すれば、特に大きな効果を期待できる。
なお、本願発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略したりすることができる。

１ エンドミル、１ａ シャンク部、１ｂ 刃部、１ｃ 外周刃、１ｄ 底刃、
２ ホルダ、２ａ コレット、２ｂ テーパ面、２ｃ 押し当て面、３ 主軸、
４ 振れ測定手段、４ａ 発光部、４ｂ カメラ部、５ エッジ部、６ 左側のエッジ、７ 右側のエッジ、８ 中心位置、１１ 工具交換装置、１２ 工具マガジン、
１３ 制御部、１４ ターンテーブル、１５ 可動板、１６ 固定箇所、
１７ 固定板、１８ ガイドレール、１９ 可動部、２０ コラム、Ｗ ワーク

Claims (9)

1. 複数条の外周刃が形成されたエンドミルを回転させて前記外周刃でワークを切削加工する加工方法であって、
   前記エンドミルを回転させて振れ測定手段により前記複数条の前記外周刃の各刃の形状データを取得し、前記形状データをもとに前記各刃の振れ量を算出し、
   加工条件より決定される切削代に対し、前記各刃の前記振れ量を参照して前記各刃の加工代を求め、前記ワークに当たらない刃がある場合には、全ての刃が前記ワークに当接するように前記加工代の補正値を計算し、前記補正値により前記エンドミルの径方向の切込み量を補正することを特徴とするエンドミルによる加工方法。
2. 複数条の外周刃が形成されたエンドミルを回転させて前記外周刃でワークを切削加工する加工方法であって、
   工具寿命を考慮して予め前記エンドミルの寿命加工代を設定しておき、
   前記エンドミルを回転させて振れ測定手段により前記複数条の前記外周刃の各刃の形状データを取得し、前記形状データをもとに前記各刃の振れ量を算出し、
   加工条件より決定される切削代に対し、前記各刃の前記振れ量を参照して前記各刃の加工代を求め、前記各刃の前記加工代が全て前記寿命加工代より大きくなる場合は、前記各刃の前記加工代の最小値が前記寿命加工代となるように、前記エンドミルの径方向の切込み量を補正することを特徴とするエンドミルによる加工方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のエンドミルによる加工方法において、
   前記エンドミルの前記形状データ、前記加工条件、前記振れ量から真直度を事前に予測し、
   前記径方向の切込み量を補正しても所定の真直度が得られないと判断した場合には、前記エンドミルの装着状態を変更して再度前記エンドミルの前記各刃の振れ量の算出し、所定の真直度が得られれば加工を開始するようにしたことを特徴とするエンドミルによる加工方法。
4. 請求項１または請求項２に記載のエンドミルによる加工方法において、
   回転数と刃振れの関係のデータベース、および、回転数または切削速度と切削抵抗の関係のデータベースを備え、
   前記エンドミルの前記形状データ、前記加工条件、前記振れ量から真直度を事前に予測し、
   前記径方向の切込み量を補正しても所定の真直度が得られないと判断した場合には、前記回転数と刃振れの関係のデータベース、および、前記回転数または切削速度と切削抵抗の関係のデータベースを用いて、所定の真直度が得られるように回転数を変更することを特徴とするエンドミルによる加工方法。
5. 請求項１に記載のエンドミルによる加工方法において、
   前記エンドミルの前記形状データ、前記加工条件、前記振れ量から真直度を事前に予測し、
   前記径方向の切込み量を補正しても所定の真直度が得られないと判断した場合には、真直度が最小になるような前記加工代の補正値を計算し、前記補正値を前記エンドミルの径方向の切込み量に適用して加工することを特徴とするエンドミルによる加工方法。
6. 請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のエンドミルによる加工方法において、
   前記ワークの情報および前記エンドミルの剛性の情報を有し、
   前記真直度を事前に予測する段階において、前記エンドミルの前記形状データ、前記加工条件、前記振れ量に加え、前記ワークの情報および前記エンドミルの剛性の情報を加味し
   て真直度を計算することを特徴とするエンドミルによる加工方法。
7. 複数条の外周刃が形成されたエンドミルと、前記エンドミルを回転させる主軸と、前記複数条の前記外周刃の各刃の振れ量を取得する振れ測定手段と、前記振れ測定手段から得られた前記振れ量をもとに前記エンドミルの径方向の切込み量の補正量を演算して前記主軸の動きを制御する制御部とを備えていることを特徴とする加工装置。
8. 請求項７に記載の加工装置において。
   更に、前記エンドミルを収納する工具マガジンと、前記エンドミルを前記主軸に自動的に着脱する工具交換装置を備えたことを特徴とする加工装置。
9. 請求項７または請求項８に記載の加工装置において、
   前記ワークの加工面に対して前記エンドミルの軸心を傾斜可能な傾斜手段を備え、
   前記制御部において加工時の傾斜成分が計算され、前記傾斜成分を打ち消すような方向に前記傾斜手段が制御されるように構成されていることを特徴とする加工装置。
   

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