JPH11151606A - 輪郭加工方法および加工機械 - Google Patents

輪郭加工方法および加工機械

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JPH11151606A
JPH11151606A JP9319586A JP31958697A JPH11151606A JP H11151606 A JPH11151606 A JP H11151606A JP 9319586 A JP9319586 A JP 9319586A JP 31958697 A JP31958697 A JP 31958697A JP H11151606 A JPH11151606 A JP H11151606A
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武 百地
Masato Shiozaki
正人 塩崎
Makoto Sagara
誠 相良
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 全ての加工面について良好な仕上げ精度を確
保することができるとともに、工具寿命の低下を極力抑
えることができる輪郭加工方法および加工装置を提供す
る。 【解決手段】 ワークに環状溝１０１を加工する際、エ
ンドミルＥＭを環状溝１０１の最外周に沿って移動させ
たのち、徐々に内側へ移動しながら、それぞれ環状溝１
０１に沿って移動させ加工する。その際、環状溝１０１
の最外周の加工時には、その最外周面に対してダウンカ
ットになるようにエンドミルＥＭの移動経路を選択し
（図５で反時計方向）、それより内側の加工時には、最
外周の加工時とは逆方向、つまり、これによって加工さ
れる面に対してダウンカットになるようにエンドミルＥ
Ｍの移動経路を選択する（図５で時計方向）。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転工具を用い
て、ワークに凹部または凸部の輪郭を加工する輪郭加工
方法および加工機械に関する。たとえば、エンドミルを
用いて、金型素材にに所定形状の凹部または凸部の輪郭
を加工する輪郭加工方法および加工機械に関する。
【０００２】
【背景技術】従来、エンドミルなどの回転工具を用いて
ワークに凹部、たとえば、環状溝を加工する場合、環状
溝の最内周を加工したのち、徐々に内側から外側に向か
ってエンドミルを移動させながら加工する方法が採られ
ていた。たとえば、図７（Ａ）（Ｂ）に示す環状溝１０
１を加工する場合、最初に環状溝１０１の内周に沿って
エンドミルＥＭを移動させながら加工し、次に、エンド
ミルＥＭを環状溝１０１の幅方向外側へ所定量移動して
その位置から再び環状溝１０１に沿って移動させながら
加工し、このようにしてエンドミルＥＭを徐々に外側へ
移動しながら同じ動作を繰り返しながら加工する方法が
採られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のような
加工方法では、アップカット（上向き削り）とダウンカ
ット（下向き削り）とが混在してしまうので、つまり、
図７の場合、環状溝１０１の内周に沿ってエンドミルＥ
Ｍを移動させながら加工する際には環状溝１０１の内周
面に対してダウンカット（下向き削り）であるが、それ
より外側での加工ではアップカット（上向き削り）とな
るため、全ての加工面について良好な仕上げ面精度を確
保することが困難なうえ、工具寿命も低下するという問
題がある。
【０００４】一般に、アップカット（上向き削り）は、
図８（Ａ）に示すように、切屑厚みが０から始まり、次
第にふえていくため、切屑厚みが０では刃先がワークに
食い込む量が０で、削ることはできない。従って、アッ
プカットの削り始めは、前の刃で削った面を刃先がこす
ることになる。これに対し、ダウンカット（下向き削
り）は、図８（Ｂ）に示すように、切屑厚みが切削始め
に最大で、次第に減っていくため、切屑厚みが０のとき
はワークから刃先が離れる力が働く。
【０００５】このため、アップカット（上向き削り）
は、ダウンカット（下向き削り）に比べて、工具寿命が
短く、かつ、加工面に焼けなどが生じやすいという欠点
を持つため、従来の加工方法のように、アップカット
（上向き削り）とダウンカット（下向き削り）とが混在
してしまうと、全ての加工面について良好な仕上げ面精
度を確保することが困難なうえ、工具寿命も低下すると
いう問題がある。
【０００６】また、従来の加工方法では、凹部の加工に
際して、エンドミルＥＭを常に内側から外側へ移動しな
がら加工していくため、外側へ移動する程、ワークに対
するエンドミルＥＭの接触面積が大きくなり、その結
果、工具負荷が大きくなるため、この点からも工具寿命
を低下させる要因になっていた。
【０００７】本発明の目的は、このような課題を解決す
べくなされたもので、全ての加工面について良好な仕上
げ面精度を確保することができるとともに、工具寿命の
低下を極力抑えることができる輪郭加工方法および加工
機械を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の輪郭加工方法
は、回転工具を用いて、ワークに凹部または凸部の輪郭
を加工する輪郭加工方法であって、前記回転工具による
ワークへの加工時に常にダウンカットとなるように回転
工具とワークとの相対移動経路を選択しながら加工する
ことを特徴とする。ここで、回転工具とワークとは、三
次元方向（互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向）へ相対移
動可能に構成されていることが望ましい。回転工具とし
ては、たとえば、エンドミルやフライスなどである。ま
た、相対移動経路は、回転工具とワークとの相対移動方
向を含む経路をいう。
【０００９】このような構成によれば、回転工具とワー
クとの相対移動経路を選択して、回転工具によるワーク
への加工時に常にダウンカットとなるようにしたから、
従来のアップカット（上向き削り）とダウンカット（下
向き削り）とが混在した加工方法に比べ、全ての加工面
について良好な仕上げ面精度を確保することができると
ともに、工具寿命の低下を極力抑えることができる。
【００１０】上記構成において、前記ワークに凹部の輪
郭を加工する場合には、前記回転工具が前記凹部の最外
周から徐々に内側へ移動するように回転工具とワークと
を相対移動させながら加工するとともに、最外周の加工
時は凹部の最外周面に対してダウンカットとなるように
回転工具とワークとの相対移動経路を選択し、それより
内側の加工時は前記最外周加工時の相対移動経路に対し
て反対向きとなるように回転工具とワークとの相対移動
経路を選択することが好ましい。
【００１１】このようにすると、全ての加工面について
の良好な仕上げ面精度の確保、および、工具寿命の低下
抑制に加え、回転工具が凹部の最外周から徐々に内側へ
移動するように加工が行われるから、従来のように回転
工具を内側から外側へ移動させながら加工する場合の欠
点である、回転工具にかかる負荷の増大を低減できる。
よって、工具寿命の低下をより抑えることができる。
【００１２】また、ワークに凸部の輪郭を加工する場合
には、前記回転工具が前記凸部の最外周から徐々に外側
へ移動するように回転工具とワークとを相対移動させな
がら加工するとともに、最外周の加工時は凸部の最外周
面に対してダウンカットとなるように回転工具とワーク
との相対移動経路を選択し、それより外側の加工時は前
記最外周加工時の相対移動経路に対して反対向きとなる
ように回転工具とワークとの相対移動経路を選択するこ
とが好ましい。このようにすれば、凸部の輪郭を加工す
る場合でも、全ての加工面についての良好な仕上げ面精
度の確保、および、工具寿命の低下抑制の効果が期待で
きる。
【００１３】この際、凹部や凸部の最外周の加工時の
み、凹部の深さ方向または凸部の高さ方法の切り込みを
複数回に分割して加工することが好ましい。これによれ
ば、これら最外周の加工時に回転工具にかかる負荷を低
減できるから、この点からも工具寿命の低下を抑えるこ
とができる。
【００１４】本発明の加工機械によれば、ワークをセッ
トするテーブルと回転工具を有するスピンドルヘッドと
を三次元方向へ相対移動可能に構成した機械本体と、こ
の機械本体の駆動を制御する制御手段とを備え、前記制
御手段は、前記ワークに凹部または凸部の輪郭を加工す
る際、前記回転工具によるワークへの加工時に常にダウ
ンカットとなるように回転工具とワークとの相対移動経
路を選択しながら加工する手段を含んで構成されている
ことを特徴とする。
【００１５】このような構成によれば、上記輪郭加工方
法の効果、つまり、全ての加工面についての良好な仕上
げ面精度の確保、および、工具寿命の低下抑制の効果に
加え、回転工具によるワークへの加工時に常にダウンカ
ットとなるように回転工具とワークとの相対移動経路が
自動的に選択されるから、能率的に加工と行うことがで
きる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の輪郭加工方法を適
用した加工機械を示す斜視図である。同図に示すよう
に、本実施形態に係る加工機械は、ＮＣ装置により制御
される工作機械であって、ベース１と、このベース１上
に設置された機械本体１１と、この機械本体１１の駆動
を制御する制御手段としてのＮＣ装置４１とを備える。
【００１７】前記機械本体１１は、前記ベース１の上面
にレベラなどを介して据え付けられたベッド１２と、こ
のベッド１２の上面に前後方向（Ｙ軸方向）へ移動可能
に設けられたテーブル１３と、前記ベッド１２の両側に
立設された一対のコラム１４，１５と、この両コラム１
４，１５の上部間に掛け渡されたクロスレール１６と、
このクロスレール１６に沿って左右方向（Ｘ軸方向）へ
移動可能に設けられたスライダ１７と、このスライダ１
７に上下方向（Ｚ軸方向）へ昇降可能に設けられたスピ
ンドルヘッド１８と、前記コラム１４，１５間の前面部
を覆うように設けられ内部が透視可能でかつ上端を支点
として上下方向へ開閉可能なスプラッシュガード１９と
から構成されている。
【００１８】前記ベッド１２には、前記テーブル１３を
案内するガイド（図示省略）とともに、テーブル１３を
Ｙ軸方向へ移動させるＹ軸駆動機構２１が設けられてい
る。Ｙ軸駆動機構２１としては、モータと、そのモータ
によって回転する送りねじ軸とからなる送りねじ機構が
用いられている。前記各コラム１４，１５は、側面形状
が、上部に対して下部が広くなった略三角形状に形成さ
れている。これにより、下部が安定した構造であるか
ら、スピンドルヘッド１８が高速回転するものであって
も、振動の発生を低減できる。
【００１９】前記クロスレール１６には、前記スライダ
１７を移動可能に案内する２本のガイドレール２３が設
けられているとともに、スライダ１７をＸ軸方向へ移動
させるＸ軸駆動機構２４が設けられている。前記スライ
ダ１７には、前記スピンドルヘッド１８をＺ軸方向へ案
内するガイド（図示省略）とともに、スピンドルヘッド
１８をＺ軸方向へ昇降させるＺ軸駆動機構２５が設けら
れている。これらの駆動機構２４，２５についても、前
記Ｙ軸駆動機構２１と同様に、モータと、そのモータに
よって回転する送りねじ軸とからなる送りねじ機構が用
いられている。
【００２０】前記スピンドルヘッド１８は、図２に示す
ように、空気軸受スピンドルヘッドによって構成されて
いる。つまり、前記クロスレール１６に昇降自在に設け
られ前記Ｚ軸駆動機構２５によって昇降されるハウジン
グ３１と、このハウジング３１に空気軸受３２，３３，
３４を介して回転可能かつＺ軸方向と平行に支承され途
中にフランジ３５Ａを有する主軸３５と、この主軸３５
を回転駆動させるモータ３６とを備えた空気軸受スピン
ドルヘッドによって構成されている。これにより、主軸
３５は、３００００〜５００００ｒｐｍで高速回転でき
るようになっている。
【００２１】前記各空気軸受３２，３３，３４の内周面
には、主軸３５に向かって軸直交方向から空気を吹き出
す吹出口３７が複数形成されている。これらの各吹出口
３７から噴出される空気によって主軸３５をラジアル方
向に支持するラジアル軸受が形成されている。また、前
記空気軸受３３，３４の互いに対向する軸方向端面に
は、主軸３５のフランジ３５Ａに向かって空気を噴出す
る吹出口３８が複数形成されている。これらの各吹出口
３８から噴出される空気によって主軸３５をスラスト方
向に支持するスラスト軸受が形成されている。なお、図
２において、３９は各吹出口３７，３８に高圧空気を供
給する給気通路、４０は排気通路、Ｔはエンドミルなど
の回転工具である。
【００２２】前記ＮＣ装置４１は、図３に示すように、
演算制御部４２を備える。演算制御部４２には、入力部
４３およびこの入力部４３を通じて入力されたプログラ
ムなどを記憶するプログラム記憶部４４のほかに、前記
各駆動機構２４，２１，２５およびスピンドルヘッド１
８が接続されている。ここで、演算制御部４２は、予め
プログラム記憶部４４に設定、記憶されたプログラムに
従って、ワークに凹部または凸部の輪郭を加工する際、
回転工具Ｔによるワークへの加工時に常にダウンカット
となるように回転工具Ｔとワークとの相対移動経路を選
択しながら加工する手段を含んで構成されている。つま
り、常にダウンカットとなるように、Ｘ，Ｙ，Ｘ軸駆動
機構２４，２１，２５を駆動させる手段を含んで構成さ
れている。
【００２３】次に、本実施形態の作用を図４〜図６を参
照しながら説明する。ワークの加工にあたっては、ＮＣ
装置４１からの指令によって、テーブル１３とスピンド
ルヘッド１８とをＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ相対移動させなが
ら、主軸３５に装着された回転工具Ｔによってワークを
加工する。つまり、テーブル１３をＹ軸駆動機構２１を
介してＹ方向へ、スピンドルヘッド１８をＸ軸駆動機構
２４およびＺ軸駆動機構２５を介してＸおよびＺ軸方向
へそれぞれ移動させながら、主軸３５に装着された回転
工具Ｔによってワークを加工する。
【００２４】たとえば、図４（Ａ）（Ｂ）に示す環状溝
１０１を加工する場合、最初に、環状溝１０１の最外周
経路に沿って回転工具、ここでは、エンドミルＥＭを相
対移動させる。このとき、図４（Ａ）において、エンド
ミルＥＭの回転方向が時計方向の場合、エンドミルＥＭ
とワークＷとの相対移動経路を反時計方向に設定してお
く。これにより、環状溝１０１の最外周面は、図８
（Ｂ）に示すダウンカットで加工される。また、このと
き、エンドミルＥＭのＺ軸方向切り込み量は、環状溝１
０１の深さＤの数分の１に設定され、この切り込み量で
複数回同じ経路で移動される。これにより、深さＤに加
工される。
【００２５】次に、図５の拡大図にも示すように、エン
ドミルＥＭを環状溝１０１の幅方向内側へ所定量だけ移
動させたのち、その位置から今度は前（最外周の相対移
動経路）とは逆向きで相対移動させる。つまり、図５に
おいて、エンドミルＥＭを、時計方向へ環状溝１０１に
沿って相対移動させる。これにより、加工された面（図
５の二点鎖線で示す面）は、図８（Ｂ）に示すダウンカ
ットで加工される。このとき、エンドミルＥＭのＺ軸方
向切り込み量は環状溝１０１の深さＤのままで、環状溝
１０１の幅方向内側への切り込み量だけである。
【００２６】以後、エンドミルＥＭを環状溝１０１に沿
って時計方向へ相対移動させながら、徐々に内側へ切り
込みながら加工していく。このようにして、エンドミル
ＥＭが環状溝１０１の最内周経路に達するまで同じ動作
を繰り返す。その結果、全ての加工面がダウンカットで
加工されるから、全ての加工面について良好な仕上げ面
精度を確保することができるとともに、工具寿命の低下
を極力抑えることができる。
【００２７】また、図６（Ａ）（Ｂ）に示す環状凸条１
０２を加工する場合には、次のようにして行う。まず、
環状凸条１０２より内側の加工については、図４および
図５で説明した加工方法によって行えば、全ての加工面
をダウンカットで加工することができる。
【００２８】一方、環状凸条１０２より外側の加工につ
いては、最初に、エンドミルＥＭを環状凸条１０２の最
外周経路に沿って時計方向へ相対移動させる。これによ
り、環状凸条１０２の最外周面はダウンカットで加工さ
れる。次に、エンドミルＥＭを環状凸条１０２に対して
外側へ所定量だけ相対移動させたのち、その位置から今
度は前（最外周の相対移動経路）とは逆向きで相対移動
させる。つまり、反時計方向へ相対移動させる。これに
より、環状凸条１０２の外側の加工面についてもウンカ
ットで加工される。なお、この加工時においても、環状
凸条１０２の最外周の加工時のみ、環状凸条１０２の高
さ方向の切り込みを複数回に分割して加工する。
【００２９】従って、本実施形態によれば、ワークＷに
環状溝１０１の輪郭を加工する際、エンドミルＥＭを環
状溝１０１の最外周から徐々に内側へ移動させながら加
工するとともに、最外周の加工時は環状溝１０１の最外
周面に対してダウンカットとなるようにエンドミルＥＭ
とワークＷとの相対移動経路を選択し、それより内側の
加工時は前記相対移動経路に対して反対向きの相対移動
経路を選択しながら加工しているから、全ての加工面に
ついて良好な仕上げ面精度を確保することができるとと
もに、工具寿命の低下を極力抑えることができる。
【００３０】とくに、エンドミルＥＭを環状溝１０１の
最外周から内側へ相対移動させながら加工を行うように
しているから、従来のようにエンドミルを内側から外側
へ移動させながら加工する場合の欠点である、エンドミ
ルにかかる負荷の増大を低減できる。よって、工具寿命
の低下を抑えることができる。
【００３１】また、ワークＷに環状凸条１０２の輪郭を
加工する際、エンドミルＥＭを環状凸条１０２の最外周
から徐々に外側へ移動させながら加工するとともに、最
外周の加工時は環状凸条１０２の最外周面に対してダウ
ンカットとなるようにエンドミルＥＭとワークＷとの相
対移動経路を選択し、それより外側の加工時は前記相対
移動経路に対して反対向きの相対移動経路を選択するよ
うにしているから、環状凸条１０２の輪郭を加工する場
合にも、環状溝１０１と同様に、全ての加工面について
良好な仕上げ面精度を確保することができるとともに、
工具寿命の低下を抑えることができる。
【００３２】この際、これらの加工に際して、最外周の
加工時のみ、環状溝１０１の深さ方向や環状凸条１０２
の高さ方向の切り込みを複数回に分割して加工するよう
にしてあるから、エンドミルＥＭにかかる負荷を軽減し
ながら加工することができ、これによっても、工具寿命
の低下を抑えることができる。
【００３３】また、スピンドルヘッド１８を、主軸３５
を空気軸受３２，３３，３４で回転可能に支承した空気
軸受スピンドルヘッドとしたので、つまり、空気軸受ス
ピンドルヘッドでは、高精度な高速回転が得られること
から、大きな切削送り速度で加工を効率的に行うことが
できる。
【００３４】なお、前記実施形態では、スピンドルヘッ
ド１８をＸおよびＺ軸方向へ、また、テーブル１３をＹ
軸方向へ移動自在に構成したが、これに限らず、回転工
具ＴとワークＷとが三次元方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向）へ
相対移動可能であれば、どのような構成でもよい。ま
た、スピンドルヘッド１８を、主軸を空気軸受で回転可
能に支承した空気軸受スピンドルヘッドとしたが、必ず
しも、これに限られるものではない。主軸を玉軸受など
で回転可能に支承したスピンドルヘッドでもよい。
【００３５】
【発明の効果】本発明の輪郭加工方法および加工機械に
よれば、全ての加工面について良好な仕上げ面精度を確
保することができるとともに、工具寿命の低下を極力抑
えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る加工機械の一実施形態を示す斜視
図である。
【図２】同上実施形態におけるスピンドルヘッドの断面
図である。
【図３】同上実施形態におけるＮＣ装置および駆動系を
示すブロック図である。
【図４】同上実施形態において環状溝を加工する場合の
工具の移動経路を示す図である。
【図５】図４の一部を拡大して示した拡大図である。
【図６】同上実施形態において環状凸条を加工する場合
の工具の移動経路を示す図である。
【図７】従来の加工方法による環状溝を加工する場合の
工具の移動経路を示す図である。
【図８】（Ａ）はアップカットを示す図、（Ｂ）はダウ
ンカットを示す図である。
【符号の説明】
１ ベース １１ 機械本体 １３ テーブル １８ スピンドルヘッド ４１ ＮＣ装置（制御手段） １０１ 環状溝 １０２ 環状凸条 Ｗ ワーク Ｔ 回転工具 ＥＭ エンドミル（回転工具）

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転工具を用いて、ワークに凹部または
    凸部の輪郭を加工する輪郭加工方法であって、 前記回転工具によるワークへの加工時に常にダウンカッ
    トとなるように回転工具とワークとの相対移動経路を選
    択しながら加工することを特徴とする輪郭加工方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の輪郭加工方法におい
    て、前記ワークに凹部の輪郭を加工する際、前記回転工
    具が前記凹部の最外周から徐々に内側へ移動するように
    回転工具とワークとを相対移動させながら加工するとと
    もに、最外周の加工時は凹部の最外周面に対してダウン
    カットとなるように回転工具とワークとの相対移動経路
    を選択し、それより内側の加工時は前記最外周加工時の
    相対移動経路に対して反対向きとなるように回転工具と
    ワークとの相対移動経路を選択することを特徴とする輪
    郭加工方法。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載の輪郭加工方法におい
    て、前記最外周の加工時のみ、凹部の深さ方向の切り込
    みを複数回に分割して加工することを特徴とする輪郭加
    工方法。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の輪郭加工方法におい
    て、前記ワークに凸部の輪郭を加工する際、前記回転工
    具が前記凸部の最外周から徐々に外側へ移動さするよう
    に回転工具とワークとを相対移動せながら加工するとと
    もに、最外周の加工時は凸部の最外周面に対してダウン
    カットとなるように回転工具とワークとの相対移動経路
    を選択し、それより外側の加工時は前記最外周加工時の
    相対移動経路に対して反対向きとなるように回転工具と
    ワークとの相対移動経路を選択することを特徴とする輪
    郭加工方法。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の輪郭加工方法におい
    て、前記最外周の加工時のみ、凸部の高さ方向の切り込
    みを複数回に分割して加工することを特徴とする輪郭加
    工方法。
  6. 【請求項６】 ワークをセットするテーブルと回転工具
    を有するスピンドルヘッドとを三次元方向へ相対移動可
    能に構成した機械本体と、この機械本体の駆動を制御す
    る制御手段とを備え、 前記制御手段は、前記ワークに凹部または凸部の輪郭を
    加工する際、前記回転工具によるワークへの加工時に常
    にダウンカットとなるようにテーブルとスピンドルヘッ
    ドとの相対移動経路を選択しながら加工する手段を含ん
    で構成されていることを特徴とする加工機械。
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