JP2000005915A - Ball end mill cutting method and milling machine controller - Google Patents
Ball end mill cutting method and milling machine controllerInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23C—MILLING
- B23C5/00—Milling-cutters
- B23C5/02—Milling-cutters characterised by the shape of the cutter
- B23C5/10—Shank-type cutters, i.e. with an integral shaft
- B23C5/1009—Ball nose end mills
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Milling Processes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ボールエンドミルによる金型等の切削におい
て、切削試験による試行錯誤なしに適正な工具傾き角度
を設定でき、仕上がり寸法の大幅な精度向上を可能とす
ること。
【解決手段】 本発明のフライス盤制御装置3は、CA
D/CAM処理装置2等からの数値入力により、工具に
作用する曲げモーメントが抑制される傾斜角度β f ,β
p の適正値を数値計算によって求め、NCフライス盤4
の工具傾斜角度を適正に設定する。上記数値計算では、
前後傾斜角度βf および左右傾斜角度βpを初期設定
し、工具にかかる前後方向および左右方向への曲げモー
メントに対応する推算値を算出して両推算値がゼロ付近
になるまで傾斜角度βf ,βp の再設定と上記推算とを
繰り返し行い、βf ,βp の適正値を算出する。切削時
に工具にかかる曲げモーメントが減り、工具が撓まない
ので精度が大幅に向上する。
(57) [Summary]
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a smell for cutting a die or the like by a ball end mill.
Tool inclination angle without trial and error by cutting test
Can be set, greatly improving the accuracy of the finished dimensions.
That.
SOLUTION: The milling machine control device 3 of the present invention comprises a CA
By inputting numerical values from the D / CAM processing device 2 etc.,
Angle of inclination β at which the acting bending moment is suppressed f, Β
pIs determined by numerical calculation, and the NC milling machine 4
Set the tool inclination angle properly. In the above numerical calculation,
Angle of inclination βfAnd left-right inclination angle βpInitial settings
And the bending mode on the tool
Calculate the estimated value corresponding to the
Angle of inclination β untilf, ΒpReset and the above estimation
Repeat, βf, ΒpIs calculated. When cutting
The bending moment on the tool is reduced, and the tool does not bend
Therefore, the accuracy is greatly improved.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、フライス盤の技術
分野に関し、より詳しくはボールエンドミルによるプラ
ンジカット(突っ込み切削)を行うフライス盤の技術分
野に属する。本発明は、硬度が高くボールエンドミルの
たわみが大きくなりがちでありながら仕上がり寸法精度
の要求が厳しい底深形状の鍛造用金型の切削に好適であ
り、特に高硬度材からなる冷間鍛造用金型の切削に最適
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the technical field of a milling machine, and more particularly, to the technical field of a milling machine for performing plunge cutting by using a ball end mill. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for cutting a deep bottom forging die in which the hardness of the ball end mill is liable to increase the deflection of the ball end mill but demands a high dimensional accuracy, particularly for a cold forging made of a high hardness material. Ideal for cutting dies.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来技術の一例としては、特許公報第2
724583号に、ボールエンドミルを例示してはいな
いが、工具(ミリングカッタ)を傾けたフライス盤によ
る切削方法が開示されている。従来から知られているフ
ライス盤でのボールエンドミル(工具と呼ぶ)による切
削方法としては、ワークの被切削面に対して工具を垂直
に立てて行う垂直切削と、ワークの被切削面に対して工
具を傾けて行う傾斜切削とがある。傾斜切削には、図1
に示すように、工具送り方向に対して工具の先端を突き
出すように工具を傾けて行うプランジカット(突っ込み
切削、βf <0)と、その逆方向に傾けて行うリバース
カット(βf >0)とがある。傾斜切削にはまた、図2
に示すように、ピックフィード方向に対して工具の先端
を突き出すように工具を傾けて行うプランジカット(突
っ込み切削、βp <0)と、その逆方向に傾けて行うリ
バースカット(βp >0)とがある。2. Description of the Related Art An example of the prior art is disclosed in Japanese Patent Publication No.
No. 724,583 discloses a cutting method using a milling machine in which a tool (milling cutter) is inclined, although a ball end mill is not illustrated. Conventionally known cutting methods using a ball end mill (referred to as a tool) with a milling machine include vertical cutting in which the tool is set upright on the surface to be cut of the work and tool for cutting the surface to be cut of the work. There is inclined cutting that is performed by inclining. Figure 1 for inclined cutting
As shown in the figure, plunge cut (piercing cut, β f <0) performed by tilting the tool so that the tip of the tool protrudes in the tool feed direction, and reverse cut (β f > 0) performed by tilting the tool in the opposite direction ). Fig. 2
As shown in FIG. 5, plunge cutting (piercing cutting, β p <0) performed by tilting the tool so that the tip of the tool protrudes in the pick feed direction, and reverse cutting (β p > 0) performed by tilting the tool in the opposite direction ).
【0003】適正に傾斜角度を設定してプランジカット
を行うと、切削時の工具のたわみが低減されて、ボール
エンドミルによる切削仕上げ面の寸法精度が向上するこ
とが従来から知られている。[0003] It is conventionally known that, when plunge cutting is performed with an appropriate inclination angle set, the deflection of the tool during cutting is reduced, and the dimensional accuracy of the finished surface cut by a ball end mill is improved.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ボール
エンドミルの傾き角度(βf ,βp )をどう設定したら
より精度の高い切削仕上げ面の寸法精度が得られるの
か、切削に先立って予め算出する手段がなかった。それ
ゆえ、もし適正な傾き角度を設定しようとすると、ボー
ルエンドミルの傾き角度を何度も変えて切削試験をし、
試行錯誤の末に適正な傾き角度を探り出す他に手段がな
かったので、適正な傾き角度を探り当てるには多大な費
用と時間とを要した。また、カンと経験とに頼ってボー
ルエンドミルの傾き角度を適当に設定したのでは、高々
数割程度しか切削寸法精度の向上は望めず、劇的な切削
寸法精度の向上は得られなかった。However, means for calculating in advance prior to cutting how to set the inclination angle (β f , β p ) of the ball end mill to obtain higher dimensional accuracy of the finished surface. There was no. Therefore, if an attempt is made to set an appropriate inclination angle, a cutting test is performed by changing the inclination angle of the ball end mill many times.
Since there was no other means than searching for the proper tilt angle after trial and error, finding the proper tilt angle required a great deal of cost and time. Further, if the inclination angle of the ball end mill was appropriately set depending on the can and experience, the improvement of the cutting dimension accuracy could be expected only at most about 10%, and the dramatic improvement of the cutting dimension accuracy could not be obtained.
【0005】そこで本発明は、切削試験による試行錯誤
なしに適正な工具傾き角度を設定でき、切削仕上がり寸
法の大幅な精度向上を可能とするボールエンドミルによ
る切削方法およびフライス盤制御装置を提供することを
解決すべき課題とする。Accordingly, the present invention provides a cutting method using a ball end mill and a milling machine control device which can set an appropriate tool inclination angle without trial and error by a cutting test and can greatly improve the precision of a finished cut size. Issues to be solved.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】[発明に至る背景]前述
のようにプランジカットによる切削では仕上げ面の寸法
精度が向上する理由について、発明者らは次のように考
えている。すなわち、通常の垂直切削では、図3に示す
ように、ボールエンドミルのカッターの一方での切粉断
面積Aと、他方での切粉断面積Bとの差が大きい。それ
ゆえ、ボールエンドミルに大きな曲げモーメントが作用
してボールエンドミルのたわみが大きくなる。逆に、適
正な角度で工具傾き角が設定されたプランジカットで
は、図4に示すように、ボールエンドミルのカッターの
一方での切粉断面積Aと、他方での切粉断面積Bとがほ
ぼ等価になる。それゆえ、適正なプランジカットでは、
ボールエンドミルに作用する曲げモーメントが垂直切削
に比べて小さくなり、ボールエンドミルのたわみも抑制
されるので、切削寸法精度も向上するに至る。Means for Solving the Problems [Background to the Invention] As described above, the inventors consider the reason why the dimensional accuracy of the finished surface is improved by plunge cutting as follows. That is, in normal vertical cutting, as shown in FIG. 3, the difference between the chip cross-sectional area A on one side of the cutter of the ball end mill and the chip cross-sectional area B on the other side is large. Therefore, a large bending moment acts on the ball end mill, and the deflection of the ball end mill increases. Conversely, in plunge cutting in which the tool inclination angle is set at an appropriate angle, as shown in FIG. 4, the chip cross-sectional area A on one side of the cutter of the ball end mill and the chip cross-sectional area B on the other side are different. They are almost equivalent. Therefore, with proper plunge cutting,
Since the bending moment acting on the ball end mill is smaller than in vertical cutting, and the deflection of the ball end mill is suppressed, the cutting dimensional accuracy is improved.
【0007】そこで発明者らは、数値計算によって切削
時の工具に作用する切削抵抗等の力を推算し、ボールエ
ンドミルに作用する曲げモーメントを推算することがで
きれば、工具傾き角度を再設定して何度か推算を繰り返
すことによって、上記曲げモーメントをゼロ近くに低減
できる可能性があることを発見した。しかしながら、数
値計算によって切削時の工具に作用する切削抵抗を推算
するためには、座標変換を含み立体形状を扱う複雑な数
学的な操作が必要である。それゆえ発明者らは、切削抵
抗を推算する数式を確定して演算方法を確立し、実際の
切削試験によりその効果を確認した。以下の手段および
実施例に示される本発明は、このような開発努力の末に
発明されるに至ったものである。[0007] Therefore, if the inventors can estimate the force such as cutting resistance acting on the tool at the time of cutting by numerical calculation, and can estimate the bending moment acting on the ball end mill, the tool inclination angle is re-set. It was discovered that the bending moment could be reduced to near zero by repeating the estimation several times. However, in order to estimate the cutting force acting on the tool at the time of cutting by numerical calculation, a complicated mathematical operation including a coordinate transformation and handling a three-dimensional shape is required. Therefore, the inventors have determined a mathematical formula for estimating the cutting force, established a calculation method, and confirmed the effect by an actual cutting test. The present invention shown in the following means and examples has been invented after such development efforts.
【0008】[方法発明] (第1手段)本発明の第1手段は、フライス盤において
ワークの表面に対しボールエンドミルを送り方向に関し
て前後方向および左右方向に傾けてプランジカット(突
っ込み切削)を行うにあたり、切削前に、該ボールエン
ドミルの該回転軸の前後傾斜角度および左右傾斜角度の
両角度の設定値を初期設定し、該ボールエンドミルの回
転軸の前後方向にかかる前後曲げモーメントに対応する
推算値と、該回転軸の左右方向にかかる左右曲げモーメ
ントに対応する推算値とを推算して、両該推算値が所定
値以下になるまで、該設定値の再設定および該推算を繰
り返し行い、もって該両角度の適正値を算出し、該適正
値をもって該フライス盤の該ボールエンドミルの傾斜角
度を設定したうえで切削を行うことを特徴とするボール
エンドミルによる切削方法である。[Invention of Method] (First Means) A first means of the present invention relates to performing a plunge cut (piercing cut) by inclining a ball end mill with respect to the surface of a work in a milling machine in a front-rear direction and a left-right direction with respect to a feed direction. Before cutting, the set values of the front-rear inclination angle and the left-right inclination angle of the rotation axis of the ball end mill are initially set, and the estimated value corresponding to the front-rear bending moment applied in the front-rear direction of the rotation axis of the ball end mill And an estimated value corresponding to the lateral bending moment applied in the lateral direction of the rotation axis, and repeatedly performing the resetting and the estimation of the set value until both the estimated values are equal to or less than a predetermined value. An appropriate value of the two angles is calculated, and cutting is performed after setting the inclination angle of the ball end mill of the milling machine with the appropriate value. This is a cutting method using a ball end mill.
【0009】本手段では、実際のボールエンドミルによ
るプランジカット切削に先だって、ボールエンドミルの
回転軸の前後傾斜角度βf (βf <0)および左右傾斜
角度βp (βp <0)の適正値を求める数値計算が行わ
れる。すなわち先ず、ボールエンドミルの回転軸の前後
傾斜角度βf および左右傾斜角度βp を適当に初期設定
し、ボールエンドミルの回転軸の前後方向にかかる前後
曲げモーメントに対応する推算値と、同回転軸の左右方
向にかかる左右曲げモーメントに対応する推算値とを推
算する。ここで、各曲げモーメントにそれぞれ対応する
各推算値とは、曲げモーメントそれ自体を推算した値で
ある必要はなく、曲げモーメントに比例した推算値であ
ればよい。しかる後、両傾斜角度βf ,βp を初期値か
らずらして再設定して両曲げモーメントに対応する各推
算値を再び推算し、両曲げモーメントに比例した各推算
値を再び求める。このように両傾斜角度βf ,βp を再
設定して両曲げモーメントに比例した各推算値を求める
演算を繰り返し行い、両曲げモーメントに比例した各推
算値の絶対値が、ゼロに十分に近いと認められる所定値
以下になるまで演算が繰り返される。In this means, prior to the actual plunge cutting by the ball end mill, the appropriate values of the front-back inclination angle β f (β f <0) and the left-right inclination angle β p (β p <0) of the rotation axis of the ball end mill are provided. Is calculated. That is, first, the front-rear inclination angle β f and the left-right inclination angle β p of the rotation axis of the ball end mill are appropriately initialized, an estimated value corresponding to the front-rear bending moment applied in the front-rear direction of the rotation axis of the ball end mill, and the same rotation axis And an estimated value corresponding to the lateral bending moment applied in the lateral direction. Here, each estimated value corresponding to each bending moment need not be a value obtained by estimating the bending moment itself, but may be an estimated value proportional to the bending moment. Thereafter, the two inclination angles β f and β p are reset from the initial values, and the estimated values corresponding to the two bending moments are estimated again, and the estimated values proportional to both the bending moments are obtained again. In this way, the calculation of each estimated value proportional to both bending moments is repeated by resetting both inclination angles β f and β p, and the absolute value of each estimated value proportional to both bending moments is sufficiently reduced to zero. The calculation is repeated until the value becomes equal to or less than a predetermined value that is determined to be close.
【0010】その結果、両曲げモーメントに比例した各
推算値の絶対値がゼロに十分に近くなる両傾斜角度
βf ,βp の適正値が求まるので、この適正値に合わせ
てボールエンドミルの傾斜角度を設定してフライス盤に
よる切削が行われる。こうして行われたボールエンドミ
ルによる切削では、ボールエンドミルに作用する曲げモ
ーメントが大幅に抑制されているので、ボールエンドミ
ルのたわみ変形が大幅に抑制され、切削仕上がり寸法精
度が大幅に向上する。As a result, the proper values of the two inclination angles β f and β p at which the absolute values of the respective estimated values proportional to the two bending moments are sufficiently close to zero are obtained, and the inclination of the ball end mill is adjusted in accordance with the proper values. Cutting is performed by a milling machine with an angle set. In the cutting performed by the ball end mill performed in this manner, the bending moment acting on the ball end mill is largely suppressed, so that the bending deformation of the ball end mill is largely suppressed, and the finished dimensional accuracy of the cut is greatly improved.
【0011】したがって、本手段のボールエンドミルに
よる切削方法によれば、切削試験による試行錯誤なしに
適正な工具傾き角度βf ,βp を設定することができ、
切削仕上がり寸法の大幅な精度向上が可能になるという
効果がある。なお、両曲げモーメントに比例する各推算
値の推算方法については、以下の第2手段ないし第4手
段に例示するが、他の推算方法の使用も可能である。た
とえば、カッターの旋回面の接線方向に作用する切削抵
抗だけではなしに、カッターをその旋回半径方向に押し
たり引いたりする力の作用や、切り込み時に生じる反力
の作用などをも考慮して、上記各推算値をより精密に推
算することも可能である。Therefore, according to the cutting method using the ball end mill of the present means, it is possible to set appropriate tool inclination angles β f and β p without trial and error by a cutting test.
There is an effect that it is possible to greatly improve the precision of the finished cutting dimensions. In addition, a method of estimating each estimated value proportional to both bending moments is exemplified in the following second means to fourth means, but other estimation methods can be used. For example, taking into account not only the cutting force acting in the tangential direction of the turning surface of the cutter but also the action of the force pushing or pulling the cutter in the turning radius direction, the action of the reaction force generated at the time of cutting, etc. Each of the above estimated values can be estimated more precisely.
【0012】また本手段では、ボールエンドミルに作用
する曲げモーメントを、前後方向と左右方向との二つに
分けてそれぞれをゼロに近づけることとしたが、曲げモ
ーメントの方向は前後方向と左右方向とに限定されてい
る必要はない。なぜならば、互いに平行でない任意の二
つの方向でそれぞれ曲げモーメントがゼロであれば、全
方向での曲げモーメントがゼロであり、左右方向および
前後方向の曲げモーメントがゼロであることと等価だか
らである。In this means, the bending moment acting on the ball end mill is divided into two, that is, the front-rear direction and the left-right direction, and each is approached to zero. It need not be limited to This is because if the bending moment is zero in any two directions that are not parallel to each other, the bending moment in all directions is zero, which is equivalent to the bending moment in the left-right direction and the front-back direction being zero. .
【0013】(第2手段)本発明の第2手段は、上記第
1手段において、前記前後曲げモーメントに対応する推
算値は、前記ボールエンドミルの前記回転軸の右方での
切粉断面積と左方での切粉断面積との差をもって推算さ
れ、前記左右曲げモーメントに対応する推算値は、該ボ
ールエンドミルの該回転軸の前方での切粉断面積と後方
での切粉断面積との差をもって推算されるボールエンド
ミルによる切削方法である。(Second Means) The second means according to the first means, wherein the estimated value corresponding to the bending moment in the front-rear direction is obtained by calculating a cross-sectional area of a chip on the right side of the rotation axis of the ball end mill. The estimated value corresponding to the left and right bending moment is estimated from the difference between the chip cross-sectional area at the left and the chip cross-sectional area at the front and the chip cross-sectional area at the rear of the rotation axis of the ball end mill. This is a cutting method using a ball end mill estimated based on the difference between
【0014】本手段では、所定の方向に作用する曲げモ
ーメントに対応する推算値は、所定の方向と直交する両
方向での切粉断面積の差に比例するものとの仮定に立っ
ている。それゆえ、積分を行うだけで切粉断面積が求ま
るので、二重積分を行う必要がなく、演算量が少なくて
済む。したがって本手段によれば、比較的少ない演算量
で、前述の第1手段の効果をほぼ達成することができる
という効果がある。In this means, it is assumed that the estimated value corresponding to the bending moment acting in the predetermined direction is proportional to the difference between the chip cross-sectional areas in both directions orthogonal to the predetermined direction. Therefore, since the chip cross-sectional area is obtained only by performing the integration, there is no need to perform the double integration, and the amount of calculation can be reduced. Therefore, according to this means, there is an effect that the effect of the first means can be almost achieved with a relatively small amount of calculation.
【0015】なお、切粉断面積が工具回転軸からどれだ
け離れているかを各微小面積を積分する際に算入し、切
粉断面積が工具回転軸の周りに形成する面積モーメント
を算出することができる。このようにして算出された面
積モーメントをもって単なる切粉断面積に代えれば、あ
まり演算量を増やすことなしに、本手段の曲げモーメン
ト演算精度をずっと向上させることができる。It is to be noted that the distance of the chip cross section from the tool rotation axis is taken into account when integrating each minute area, and the area moment formed by the chip cross section around the tool rotation axis is calculated. Can be. If the area moment calculated in this way is replaced with a mere chip cross-sectional area, the bending moment calculation accuracy of the present means can be much improved without increasing the calculation amount much.
【0016】(第3手段)本発明の第3手段は、上記第
1手段において、前記前後曲げモーメントに対応する推
算値は、前記ボールエンドミルの前記回転軸の右半面で
の切粉体積と左半面での切粉体積との差をもって推算さ
れ、前記左右曲げモーメントに対応する推算値は、該ボ
ールエンドミルの該回転軸の前半面での切粉体積と後半
面での切粉体積との差をもって推算されるボールエンド
ミルによる切削方法である。(Third Means) In the third means according to the first means, the estimated value corresponding to the bending moment in the front-rear direction is obtained by calculating a chip volume on a right half surface of the rotating shaft of the ball end mill and a left chip volume. Estimated from the difference between the chip volume on the half surface and the estimated value corresponding to the lateral bending moment, the difference between the chip volume on the front surface of the rotary shaft of the ball end mill and the chip volume on the rear surface is calculated. This is a cutting method using a ball end mill estimated by
【0017】本手段では、所定の方向に作用する曲げモ
ーメントに対応する推算値は、所定の方向から右半面で
の切粉体積と左半面での切粉体積との差に比例するもの
との仮定に立っている。それゆえ、切粉体積を求めるた
めに二重積分を行う必要があるが、現在の計算機の演算
処理能力からすればさほどの演算量にはならないで済
む。According to this means, the estimated value corresponding to the bending moment acting in the predetermined direction is proportional to the difference between the chip volume on the right half surface and the chip volume on the left half surface from the predetermined direction. Standing on assumptions. Therefore, it is necessary to perform double integration in order to obtain the chip volume, but the amount of calculation does not need to be so large in view of the current processing capacity of the computer.
【0018】したがって本手段によれば、中程度の演算
量で、前述の第1手段の効果をほぼ達成することができ
るという効果がある。 (第4手段)本発明の第4手段は、上記第1手段におい
て、前記前後曲げモーメントおよび前記左右曲げモーメ
ントに対応する両前記推算値は、それぞれ、前記ボール
エンドミルによって生じ切粉断面積と直交して作用する
切削抵抗の前後方向分力および左右方向分力の前記回転
軸の全周に関する積分値として推算されるボールエンド
ミルによる切削方法である。Therefore, according to this means, there is an effect that the effect of the first means can be almost achieved with a moderate amount of calculation. (Fourth Means) A fourth means according to the first means, wherein the estimated values corresponding to the front-rear bending moment and the left-right bending moment are each orthogonal to a chip cross-sectional area generated by the ball end mill. This is a cutting method using a ball end mill, which is estimated as an integral value of the longitudinal component force and the lateral component force of the cutting force acting on the entire circumference of the rotating shaft.
【0019】本手段では、ワークからボールエンドミル
に作用する反力のうち支配的な成分は切削抵抗であり、
切削抵抗は切粉断面積と直交してカッターの外周面の接
線方向に作用し、切削抵抗の大きさは切粉断面積に比例
するものと仮定している。そのうえで、切削抵抗の前後
方向分力および左右方向分力の前記回転軸の全周に関す
る積分値として、前後曲げモーメントおよび左右曲げモ
ーメントに対応する両推算値が推算される。すなわち本
手段は、第2手段から第4手段までのうちで最も精密に
モデリングがなされており、前後曲げモーメントおよび
左右曲げモーメントに対応する両推算値が緻密に推算さ
れる。In this means, the dominant component of the reaction force acting on the ball end mill from the work is the cutting resistance,
It is assumed that the cutting force acts in a direction tangential to the outer peripheral surface of the cutter orthogonally to the chip cross section, and the magnitude of the cutting force is proportional to the chip cross section. Then, both estimated values corresponding to the longitudinal bending moment and the lateral bending moment are estimated as integral values of the longitudinal force component and the lateral force component of the cutting force over the entire circumference of the rotating shaft. That is, this means is modeled most precisely from the second means to the fourth means, and both estimated values corresponding to the front-back bending moment and the left-right bending moment are precisely estimated.
【0020】したがって本手段によれば、工具に作用す
る曲げモーメントをゼロ近くに抑制する両傾斜角度
βf ,βp を最も精密に求めることができるので、前述
の第1手段の効果が前述の第2手段や第3手段よりもさ
らに良く発揮されるという効果がある。 [装置発明] (第5手段)本発明の第5手段は、ワークの表面に対し
ボールエンドミルを送り方向に関して前後方向および左
右方向にそれぞれ所定の傾斜角度をもって傾けてプラン
ジカット(突っ込み切削)を行うことが可能なフライス
盤に対し、該ボールエンドミルの回転軸の傾斜角度を適
正な値に設定するフライス盤制御装置である。本手段の
特徴は、少なくとも、前記ボールエンドミルの工具半径
およびカッター刃数と、所望のピックフィード、切り込
み深さ、送り速度および工具回転速度とに相当する入力
値を入力する入力手段と、該入力値と、適当に設定され
た該ボールエンドミルの両該傾斜角度の初期値と、適当
に設定された積分刻み幅とに基づいて、該ボールエンド
ミルの回転軸の前後方向にかかる前後曲げモーメントに
対応する推算値と、該回転軸の左右方向にかかる左右曲
げモーメントに対応する推算値とを推算する推算手段
と、該推算手段による両該推算値の絶対値が所定値以下
になるまで、該ボールエンドミルの該回転軸の前後傾斜
角度および左右傾斜角度の両角度の設定値を調整して該
推算を繰り返し行い、もって該両角度の適正値を算出す
る収束手段と、該収束手段によって算出された両該角度
の該適正値を、前記フライス盤の工具傾斜角度設定手段
に適合した形式で該フライス盤に出力する出力手段とを
有することである。Therefore, according to this means, the two inclination angles β f and β p for suppressing the bending moment acting on the tool to near zero can be obtained most accurately, and the effect of the above-mentioned first means is the same as that of the above-mentioned first means. There is an effect that it is exerted even better than the second means and the third means. [Apparatus Invention] (Fifth Means) A fifth means of the present invention performs plunge cutting (piercing cutting) by inclining a ball end mill with respect to the surface of a work in a front-rear direction and a left-right direction with respect to a feeding direction at predetermined inclination angles. This is a milling machine control device for setting the inclination angle of the rotation axis of the ball end mill to an appropriate value for a milling machine capable of performing such operations. The feature of the present means is that at least input means for inputting input values corresponding to the tool radius and the number of cutter blades of the ball end mill and desired pick feed, cutting depth, feed speed and tool rotation speed, Corresponding to the longitudinal bending moment applied in the longitudinal direction of the rotation axis of the ball end mill, based on the value, the initial value of the inclination angle of the ball end mill appropriately set, and the integration step width appropriately set. Estimating means for estimating an estimated value to be calculated and an estimated value corresponding to a lateral bending moment applied in the left-right direction of the rotation axis; and until the absolute values of the estimated values obtained by the estimating means become equal to or less than a predetermined value. Convergence means for adjusting the set values of both the front and rear inclination angles and the left and right inclination angles of the rotation axis of the end mill, repeating the estimation, and thereby calculating the appropriate values of both angles Is to have an output means for outputting the proper values of both the angle calculated by said converging means, in the milling machine in a format compatible with the tool inclination angle setting means of the milling machine.
【0021】本手段では、先ず、入力手段により、少な
くとも、ボールエンドミルの工具半径およびカッター刃
数と、所望のピックフィード、切り込み深さ、送り速度
および工具回転速度とに相当する入力値が、本手段のフ
ライス盤制御装置に入力される。次に推算手段により、
これらの入力値と、適当に設定された該ボールエンドミ
ルの両傾斜角度βf ,βp の初期値と、適当に設定され
た積分刻み幅とに基づいて、ボールエンドミルの回転軸
の前後方向にかかる前後曲げモーメントに対応する推算
値と、同回転軸の左右方向にかかる左右曲げモーメント
に対応する推算値とが推算される。In the present means, the input means firstly inputs at least input values corresponding to the tool radius and the number of cutter blades of the ball end mill and the desired pick feed, cutting depth, feed speed and tool rotational speed. It is input to the milling machine controller of the means. Next, by estimation means,
Based on these input values, appropriately set initial values of the inclination angles β f , β p of the ball end mill, and an appropriately set integration step width, the longitudinal direction of the rotation axis of the ball end mill is determined. An estimated value corresponding to the front-back bending moment and an estimated value corresponding to the left-right bending moment in the left-right direction of the rotating shaft are estimated.
【0022】さらに収束手段により、上記推算手段によ
る両推算値の絶対値が所定値以下になるまで、ボールエ
ンドミルの回転軸の前後傾斜角度および左右傾斜角度の
両角度の設定値βf ,βp を調整して上記推算を繰り返
し行い、もって両角度βf ,βp の適正値が算出され
る。最後に、収束手段により、上記収束手段によって算
出された両角度の適正値β f ,βp が、フライス盤の工
具傾斜角度設定手段に適合した形式でフライス盤に出力
される。すると、ボールエンドミルの回転軸の傾斜角度
が最も適正な値βf,βp に設定されるので、プランジ
カットを行う際にボールエンドミルに生じる曲げモーメ
ントが小さくなり、ボールエンドミルのたわみが抑制さ
れるに至る。その結果、切削試験による試行錯誤を繰り
返さなくても、ボールエンドミルによる切削仕上がり寸
法の精度が大幅に向上するという効果が得られる。Further, by the convergence means, the estimation means
Until the absolute value of the two estimated values becomes
Of the front-rear tilt angle and the left-right tilt angle of the
Set value β of both anglesf, ΒpAnd repeat the above estimation
And then both angles βf, ΒpThe appropriate value of is calculated
You. Finally, the convergence means calculates by the convergence means.
Appropriate value β of both issued angles f, ΒpBut milling machine
Output to milling machine in a format suitable for tool inclination angle setting means
Is done. Then, the inclination angle of the rotation axis of the ball end mill
Is the most appropriate value βf, ΒpIs set to plunge
Bending Moment Generated on Ball End Mill When Cutting
And the deflection of the ball end mill is suppressed.
Leads to. As a result, trial-and-error
Even if it is not returned, the finished dimensions of the ball end mill
The effect is obtained that the accuracy of the method is greatly improved.
【0023】したがって、本手段のフライス盤制御装置
によれば、切削試験による試行錯誤なしに適正なボール
エンドミルの傾き角度βf ,βp を設定でき、切削仕上
がり寸法の精度が大幅に向上するという効果がある。な
お、本手段のフライス盤制御装置において、入出力等に
人手が介入しても本手段が実施されているものとする。
すなわち、極論すれば、本手段のフライス盤制御装置
は、上記各手段に相当するプログラムが内蔵されたスタ
ンドアロンのパソコンないしワークステーションであっ
ても構わない。もちろん、入力値が上位の制御用コンピ
ュータに内蔵されているCAD/CAMのデータベース
から助動的に本手段に入力され、本手段からの出力であ
る傾き角度の適正値βf ,βp が自動的にフライス盤の
制御盤に授受されるようになっていることが最も望まし
い。そうすれば、自動化が進んで省力化されるので、本
手段のもつ切削仕上がり寸法の精度向上効果に加えて、
本手段の省力化効果もさらに向上する。Therefore, according to the milling machine control device of the present means, the proper inclination angles β f and β p of the ball end mill can be set without trial and error by a cutting test, and the accuracy of the finished cut dimensions is greatly improved. There is. In the milling machine control device of the present means, it is assumed that the present means is implemented even when humans intervene in input / output and the like.
In other words, in extreme terms, the milling machine control device of the present means may be a stand-alone personal computer or workstation in which a program corresponding to each of the above means is incorporated. Of course, the input value is automatically input to the present means from the CAD / CAM database built in the host control computer, and the appropriate values of the inclination angles β f and β p output from the present means are automatically calculated. It is most desirable that the information be transmitted to and received from the control panel of the milling machine. In this way, automation is advanced and labor is saved, and in addition to the effect of improving the accuracy of the cut finish dimensions of this means,
The labor saving effect of this means is further improved.
【0024】(第6手段)本発明の第6手段は、上記第
5手段において、前記収束手段は、両該角度の前記設定
値βf ,βp を調整する際に、傾斜法に基づく数値解法
によって自動的に調整を行うフライス盤制御装置であ
る。本手段では、ボールエンドミルの傾斜角度の設定値
βf ,βp が、傾斜法を内蔵した収束手段によって自動
的に調整されるので、少なくとも収束手段が作用する段
階では全く人手を要することなく、傾斜角度の適正値β
f ,βp が速やかにかつ精密に求められる。(Sixth means) The sixth means of the present invention is the fifth means according to the fifth means, wherein the convergence means adjusts the set values β f and β p of the angles by a numerical value based on an inclination method. It is a milling machine control device that automatically adjusts by the solution method. In this means, the set values β f and β p of the inclination angle of the ball end mill are automatically adjusted by the convergence means having a built-in inclination method. Appropriate value of inclination angle β
f, β p can be obtained quickly and precisely.
【0025】したがって本手段によれば、前述の第5手
段の効果に加えて、傾斜角度の調整および収束に人手を
要することなく、傾斜角度の適正値βf ,βp が速やか
にかつ精密に求められるという効果がある。なお、入出
力や初期値設定、ならびに刻み幅および収束条件の設定
なども自動化されていれば、本手段のフライス盤制御装
置は全く人手を要することなく自動的に作用するので、
さらなる省力化が可能になる。Therefore, according to this means, in addition to the effect of the fifth means described above, the appropriate values β f and β p of the inclination angles can be quickly and precisely determined without requiring any manpower for adjustment and convergence of the inclination angles. There is an effect that is required. If the input / output and the initial value setting, and the setting of the step size and the convergence condition, etc. are also automated, the milling machine control device of this means automatically operates without any manual operation.
Further labor saving becomes possible.
【0026】[0026]
【発明の実施の形態】本発明のボールエンドミルによる
切削方法およびフライス盤制御装置の実施の形態につい
ては、当業者に実施可能な理解が得られるよう、以下の
実施例で明確かつ十分に説明する。なお、実施例を説明
する前に、数式中で使用される各記号の意味や座標系の
定義を図面を参照しつつ明らかにし、各数式の導き出し
を行って各数式を使用できるようにしておく。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a cutting method and a milling machine control device using a ball end mill according to the present invention will be clearly and fully described in the following examples so that those skilled in the art can understand the present invention. Before describing the embodiments, the meaning of each symbol used in the formulas and the definition of the coordinate system will be clarified with reference to the drawings, and the formulas will be derived so that the formulas can be used. .
【0027】[数式の導出] (工具座標系の定義)ボールエンドミルに固定された工
具座標系は、図5(a)に示すように、ボールエンドミ
ルの先端のカッターの形成する半径Rの半球面の中心点
に座標原点をおき、ボールエンドミルと共に移動する右
手系の非回転座標系である。工具座標系のz軸は、ボー
ルエンドミルの中心軸に一致して主軸方向を指して設定
されている。工具座標系のy軸は、ボールエンドミルが
直立した状態(βf =βp =0)で、送り方向と一致す
る方向に設定されている。また、工具座標系のx軸は、
同じくボールエンドミルが直立した状態で、ピックフィ
ード方向に一致する方向に設定されている。ただし、前
述のように工具座標系が非回転座標系であるのは、ボー
ルエンドミルの傾斜角度βf ,βp が一定である範囲に
おいてのことであり、何らかの理由で同傾斜角度が変化
すれば、工具座標系もボールエンドミルにならって回転
移動する。[Definition of Formula] (Definition of Tool Coordinate System) As shown in FIG. 5A, the tool coordinate system fixed to the ball end mill has a hemispherical surface having a radius R formed by a cutter at the tip of the ball end mill. Is a right-handed, non-rotating coordinate system that moves with the ball end mill with the coordinate origin at the center point of. The z-axis of the tool coordinate system is set to point in the direction of the main axis so as to coincide with the center axis of the ball end mill. The y-axis of the tool coordinate system is set in a direction coinciding with the feed direction when the ball end mill stands upright (β f = β p = 0). The x-axis of the tool coordinate system is
Similarly, the ball end mill is set upright in a direction corresponding to the pick feed direction. However, as described above, the tool coordinate system is a non-rotating coordinate system only when the inclination angles β f and β p of the ball end mill are constant, and if the inclination angle changes for any reason, The tool coordinate system also rotates and moves in the same manner as the ball end mill.
【0028】切刃角度位置kは、図5(b)に示すよう
に、工具座標系のz軸の負の方向、すなわちボールエン
ドミルの先端方向からの角度位置である。一方、ボール
エンドミルの切刃稜の回転角度位置φは、図5(c)に
示すように、工具座標系のx軸の負の方向から、z軸か
ら見下ろして時計回り(工具回転方向)にz軸周りの角
度位置を測ったものとする。ただし、後述の実施例中で
は、工具座標系のx軸の正の方向から回転角度位置φを
測ることになっているので、回転角度位置φの始点(φ
=0)の取り決めは一応のものと理解されたい。The cutting edge angular position k is, as shown in FIG. 5B, an angular position from the negative direction of the z-axis of the tool coordinate system, that is, from the tip end direction of the ball end mill. On the other hand, as shown in FIG. 5 (c), the rotation angle position φ of the cutting edge of the ball end mill is clockwise (tool rotation direction) as viewed from the z axis from the negative direction of the x axis of the tool coordinate system. It is assumed that the angular position around the z-axis is measured. However, in the embodiment described later, since the rotation angle position φ is to be measured from the positive direction of the x axis of the tool coordinate system, the starting point of the rotation angle position φ (φ
= 0) is to be understood as temporary.
【0029】それゆえ、半径Rのところにある任意の切
刃位置Pは、再び図5(a)に示すように、回転角度位
置φ(0≦φ≦2π)によって定められるz軸を含む平
面内で、z軸の負の方向から切刃角度位置k(0≦k≦
π/2)だけ上昇した位置として、回転角度位置φと切
刃角度位置kとの組み合わせとして定義される。次に、
ボールエンドミルによる切削時に切刃(カッター)一枚
当たりが生じる切粉の形状は、図6(a)〜(b)に示
すように、切刃一枚当たりの送り量fzだけ送り方向に
ずれつつある二つの球体の間に形成される略三角形の形
状をしている。切粉の上面は、ワークの被切削面の上面
の一部であり、切粉の左端面は前回の切削時に形成され
た溝状の被削面の一部である。Therefore, the arbitrary cutting edge position P at the radius R is, as shown in FIG. 5A again, a plane including the z-axis defined by the rotation angle position φ (0 ≦ φ ≦ 2π). , The cutting edge angle position k (0 ≦ k ≦
The position raised by (π / 2) is defined as a combination of the rotation angle position φ and the cutting edge angle position k. next,
As shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), the shape of the chips generated per cutting edge (cutter) during cutting by the ball end mill is shifted in the feeding direction by the feed amount f z per cutting edge. It has a substantially triangular shape formed between the two spheres that are going on. The upper surface of the swarf is a part of the upper surface of the cut surface of the workpiece, and the left end surface of the swarf is a part of the groove-shaped surface to be formed at the time of the previous cutting.
【0030】ここで、図6(c)に示すように、回転角
度位置φにおける切粉の上端部にあたる切刃角度位置k
a と切粉の下端部にあたる切刃角度位置ke とは、工具
傾斜角度β=[βf ,βp ]T と回転角度位置φとの関
数として定義される。さらに、実際に切粉を削りだして
いる切刃の角度範囲である実効切刃角度kc は、kaと
ke との差として定義される(kc =ka−ke)。ここ
で、ボールエンドミルはプランジカットに傾斜角度を設
定されている(βf <0,βp <0)ので、切粉の下端
部にあたる切刃角度位置ke は常にゼロであり、実効切
刃角度kc はk a と等しい。なお、切刃角度位置kに沿
っている実効切刃長さsは、傾斜角度β f ,βp におい
て回転角度位置φの関数である実効切刃角度kc が求ま
っていれば、s=R・kc で容易に求められる。Here, as shown in FIG.
Cutting edge angle position k corresponding to the upper end of the chip at the degree position φ
aAnd the cutting blade angular position k at the lower end of the chipeIs a tool
Inclination angle β = [βf, Βp]TAnd the rotation angle position φ
Defined as a number. In addition, actually shaving the chips
Effective cutting edge angle k which is the angle range of the cutting edgecIs kaWhen
ke(Kc= Ka-Ke). here
The ball end mill has a plunge cut with an inclination angle.
(Βf<0, βp<0) so the lower end of the chips
Cutting edge angle position k corresponding to the parteIs always zero and the effective
Blade angle kcIs k aIs equal to Note that along the cutting edge angle position k
The effective cutting edge length s is the inclination angle β f, Βpsmell
Effective cutting edge angle k which is a function of the rotational angle position φcSought
Then s = R · kcEasily sought.
【0031】また、図6(d)に示すように、所定の切
刃角度位置k(ke≦k≦ka)にある切粉の回転角度位
置φの範囲は、切り込み時の回転角度位置φe から切削
終了時の回転角度位置φa までの範囲(φe≦φ≦φa)
である。この間に切削される実切削中の回転角度φ
c (0≦φc )は、φc =φa−φeによって求められ
る。なお、回転角度位置φに沿っている実効切削長さl
c は、傾斜角度βf ,βp において切刃角度位置kの関
数である実切削中の回転角度φc が求まっていれば、l
c =R・sin(k)・φc で容易に求められる。Further, as shown in FIG. 6 (d), the range of the rotational angular position φ of the chips at a predetermined cutting edge angle position k (k e ≦ k ≦ k a) , the rotational angle position at the time of cut Range from φ e to rotation angle position φ a at the end of cutting (φ e ≦ φ ≦ φ a )
It is. Rotation angle φ during actual cutting during this time
c (0 ≦ φ c ) is obtained by φ c = φ a −φ e . The effective cutting length l along the rotation angle position φ
c is l if the rotation angle φ c during actual cutting, which is a function of the cutting edge angle position k at the inclination angles β f and β p , is determined.
c = R · sin (k) · φ c is easily obtained.
【0032】(切削面の定義)被削材であるワークから
ボールエンドミルの各切刃点に作用する反力の三軸成分
の方向を定義する実効切削ベクトルKは、ke =0であ
るのでkc=kaとなり、工具座標系での表現で次の数1
でベクトル表記される。(Definition of Cutting Surface) The effective cutting vector K that defines the direction of the triaxial component of the reaction force acting on each cutting edge point of the ball end mill from the workpiece as the work material is k e = 0. k c = k a , and the following equation 1 is expressed in the tool coordinate system.
Is represented by a vector.
【0033】[0033]
【数1】 (Equation 1)
【0034】ここで、上記数1での工具座標系でのx軸
成分およびy軸成分は、切刃が切削する切粉断面積に垂
直な反力としての切削抵抗による反力に対応する成分で
ある。一方、上記数1でのz軸成分は、切刃がプランジ
カットによりワークに押し付けられることによって生じ
る反力に対応する成分を示している。x軸成分およびy
軸成分の切削抵抗のベクトル和はsin(kc )に比例
し、z軸成分はcos(kc )に比例することについて
は、理論的に明解な説明が与えられるものではないが、
経験上おおむねこのような数値を取ることが分かった。
なお、z軸方向の成分はボールエンドミルに曲げモーメ
ントを生じないので、x軸成分とy軸成分との関係さえ
正確に把握されていれば、爾後の数式展開においてz軸
方向の成分については誤差が許容される。余談ではある
が、当業者の間では、上記z軸成分をも含めて切削抵抗
と言い慣わされている。Here, the x-axis component and the y-axis component in the tool coordinate system in the above equation 1 are components corresponding to the reaction force due to the cutting resistance as the reaction force perpendicular to the chip cross-sectional area cut by the cutting edge. It is. On the other hand, the z-axis component in Equation 1 indicates a component corresponding to a reaction force generated when the cutting edge is pressed against the workpiece by plunge cutting. x-axis component and y
Regarding the fact that the vector sum of the cutting force of the axis component is proportional to sin (k c ) and the z-axis component is proportional to cos (k c ), although no clear explanation is given theoretically,
Experience has shown that these values are generally taken.
Since the component in the z-axis direction does not generate a bending moment in the ball end mill, if only the relationship between the x-axis component and the y-axis component is correctly grasped, the error in the z-axis direction component in the subsequent mathematical expression development will be described. Is acceptable. As an aside, those skilled in the art are accustomed to saying that cutting force includes the z-axis component.
【0035】プランジカットを含む傾斜切削時の工具送
り方向への傾斜角度βf は、ワーク表面の垂直方向へ伸
びる法線方向と工具送り方向との二方向を含む面内の傾
きとして定義されるものとする。また、ピックフィード
方向への傾斜角度βp は、傾斜角度βp に沿った方向と
ピックフィード方向とを含む面内での傾きとして定義さ
れるものとする。すなわち、工具座標系は、ワーク座標
系から工具送り方向への傾斜角度βf だけの回転を行っ
た後、傾斜角度βf だけ傾いた座標系からさらにピック
フィード方向へ傾斜角度βp だけ傾けたものである。す
ると、その際の回転マトリックスDは、次の数2に示す
要素をもつ行列として表記される。The inclination angle β f in the tool feed direction during inclined cutting including plunge cutting is defined as an in-plane inclination including two directions of a normal direction extending in the vertical direction of the work surface and the tool feed direction. Shall be. Further, the inclination angle beta p of the pick feed direction, shall be defined as the slope in a plane containing a line with the inclination angle beta p direction pick feed direction. That is, the tool coordinate system is rotated from the workpiece coordinate system by the tilt angle β f in the tool feed direction, and then tilted by the tilt angle β p from the coordinate system tilted by the tilt angle β f toward the pick feed direction. Things. Then, the rotation matrix D at that time is represented as a matrix having elements shown in the following Expression 2.
【0036】[0036]
【数2】 (Equation 2)
【0037】ゆえに、工具座標系で表記された実効切削
ベクトルKは、ワーク座標系での傾斜切削時のボールエ
ンドミルの切削作用ベクトルKc に、次の数3によって
変換される。Therefore, the effective cutting vector K expressed in the tool coordinate system is converted into the cutting action vector Kc of the ball end mill at the time of inclined cutting in the work coordinate system by the following equation ( 3).
【0038】[0038]
【数3】 (Equation 3)
【0039】次に、切削時の各種パラメータを確定する
目的で、ワークの非削部分の幾何学的ベクトル表記を行
う。この際、切削時の工具回転角度φc を求めるため
に、扇形状の切削面を包絡面の一種として扱うものとす
る。すると、この切削面は、図7(a)〜(c)のうち
特に図7(b)に示すように、曲面および曲線分で定義
される。また、三つの扇状の線分のうち二本が互いに交
差する角〜の間に形成された湾曲面は、ボールエン
ドミルの切刃により生成される創成面であり、球面に近
いが切刃の一刃当たりの送り量fz の分があるので球面
から少し外れた二次曲面をしている。Next, in order to determine various parameters at the time of cutting, a geometric vector notation of a non-cut portion of the work is performed. At this time, in order to determine the tool rotation angle phi c during cutting, it intended to cover the fan-shaped cutting surface as a kind of envelope. Then, as shown in FIG. 7B, the cut surface is defined by a curved surface and a curved portion, in particular, as shown in FIG. 7B. The curved surface formed between the corners where two of the three fan-shaped line segments intersect with each other is a generating surface generated by the cutting edge of the ball end mill, and is close to a spherical surface, but one of the cutting edges. Since there is an amount of feed per tooth f z , a quadratic surface slightly deviating from the spherical surface is formed.
【0040】ここで、工具送り方向のベクトルをワーク
座標系でのy軸上の単位ベクトルをfとし、ワークの切
削される平面に垂直な方向の単位ベクトルをnとして、
送り方向が被削面に平行であるとすると、次の数4が成
り立つ。Here, a vector in the tool feed direction is defined as f, a unit vector on the y-axis in the workpiece coordinate system, and a unit vector in a direction perpendicular to a plane on which the workpiece is cut is defined as n.
Assuming that the feed direction is parallel to the work surface, the following equation 4 holds.
【0041】[0041]
【数4】 (Equation 4)
【0042】この三元連立偏微分方程式を解くと、ワー
クの被削面形形状を決定する実効切刃角度kc は、任意
の回転角度位置φ(φe≦φ≦φa)関数として、次の数
5から求めることができる。By solving the three-dimensional simultaneous partial differential equation, the effective cutting edge angle k c for determining the shape of the work surface of the workpiece can be expressed as an arbitrary rotation angle position φ (φ e ≦ φ ≦ φ a ) as follows: Can be obtained from Equation 5.
【0043】[0043]
【数5】 (Equation 5)
【0044】また、逆に実切削中の回転角度φc は、任
意の切刃角度位置k(ke =0≦k≦ka )の関数とし
て数値的に求めることもできる。このような関係は、図
8に示すように、ボールエンドミルによる切削の固有挙
動を示すグラフとして図示することができるので、例え
ば上記数5に基づいて同グラフを作成しておけば、逆に
実切削中の回転角度φc を切刃角度位置kの関数として
求めることもできる。ただし、図8は、理解を容易にす
る目的で、傾斜切削ではあるがプランジカットではない
リバースカットのものについて図示している。それゆ
え、実切削の最低位置での切刃角度位置ke や切り込み
時に生じるk e の最低値であるkmin がゼロでない点と
か、実切削中の回転角度φc =360°でない点など
で、図8はプランジカットと異なる固有挙動を示すグラ
フになっている。Conversely, the rotation angle φ during actual cutting iscIs
Cutting edge angle position k (ke= 0 k ka) Function
Can also be obtained numerically. This relationship is illustrated in the diagram.
As shown in Fig. 8, the characteristic
Since it can be illustrated as a graph showing the movement,
If the same graph is created based on the above Equation 5,
Rotation angle φ during actual cuttingc As a function of the cutting edge angular position k
You can also ask. However, FIG. 8 facilitates understanding.
Cutting but not plunge cutting
The reverse cut is illustrated. Soy sauce
The cutting edge angle position k at the lowest position of actual cuttingeOr notch
K that sometimes occurs eThe lowest value of kminIs non-zero
Or rotation angle φ during actual cuttingc= Not 360 °
FIG. 8 is a graph showing a unique behavior different from plunge cutting.
Has become.
【0045】先ず、図7および図8の境界曲線−
(扇形状2)を生成する切刃角度k12は、扇形状F(φ
c )および実切削中の回転角度φc を用いて、図7
(b)中のA矢視での(x,z)曲線として、次の数6
によって表現される。First, the boundary curves of FIGS.
Cutting edge angle k 12 to produce the (fan shape 2) is fan-shaped F (phi
c ) and the rotation angle φ c during actual cutting, FIG.
(B) As the (x, z) curve viewed from the arrow A in the following equation (6)
Is represented by
【0046】[0046]
【数6】 (Equation 6)
【0047】ただし、ベクトルKc (k12)は切刃角度
k12=kmax−kminでの切削作用ベクトルであり、pは
ピックフィード[mm]である。次に、図7および図8
の境界曲線−を生成する切刃角度k23も同様に、図
7(b)中のA矢視でのz軸での値が一定の線分とし
て、次の数7によって表現される。Here, the vector K c (k 12 ) is a cutting action vector at the cutting edge angle k 12 = k max -k min , and p is a pick feed [mm]. Next, FIGS. 7 and 8
Boundary curve - similarly cutting edge angle k 23 to produce a value of the z-axis at A arrow in FIG. 7 (b) is a constant line is expressed by an equation 7.
【0048】[0048]
【数7】 (Equation 7)
【0049】ただし、ベクトルKc (k23)は切刃角度
k23での切削作用ベクトルであり、tはワーク表面から
のボールエンドミルの切り込み深さ[mm]であり、R
はボールエンドミルの切刃部の半径[mm]である。Here, a vector K c (k 23 ) is a cutting action vector at the cutting edge angle k 23 , t is a cutting depth [mm] of the ball end mill from the work surface, and R
Is the radius [mm] of the cutting edge of the ball end mill.
【0050】最後に、図7および図8の境界曲線−
(扇形状1)を生成する切刃角度k 13は、三次元曲線と
して、次の数8によって表現される。Finally, the boundary curves in FIGS.
Cutting edge angle k for generating (fan shape 1) 13Is a three-dimensional curve and
Then, it is expressed by the following Expression 8.
【0051】[0051]
【数8】 (Equation 8)
【0052】ただし、ベクトルKc (k13)は切刃角度
k13での切削作用ベクトルであり、ベクトルK
c (φc,kc)は実効切刃角度kc =ka−ke=ka−
0=ka、実切削中の回転角度φc =φa−φe=360
°での切削作用ベクトルである。また、f z は切刃一枚
当たりの送り量[mm/tooth]である。Where the vector Kc(K13) Is the cutting edge angle
the cutting action vector at k13, the vector K
c(Φc, Kc) Is the effective cutting edge angle kc= Ka-Ke= Ka−
0 = ka, Rotation angle φ during actual cuttingc= Φa−φe= 360
This is the cutting action vector in degrees. Also, f zIs a cutting blade
It is a feed amount per mm [mm / tooth].
【0053】以上をもって算出される各パラメータは、
ボールエンドミルの切刃の切り込み開始時から切削終了
時までに得られる(プランジカットであるのでより正確
には切刃が一周する間に形成される)切粉の生成過程で
の挙動を示している。この固有挙動は、プランジカット
でなくリバースカットの場合には、再び図8に示すよう
に比較的単純な形状をしているが、プランジカットの場
合には連続して切粉が切り出されるので、図9に示すよ
うに、螺旋形状に形成される。切粉の厚さは、ボールエ
ンドミルの二つの回転角度(切り込み開始時の回転角度
位置φe および空切削開始時の回転角度位置φa )と、
二つの切刃角度位置(実切削時の切刃最低位置での切刃
角度位置ke および実切削時の切刃最高位置での切刃角
度位置k a )との範囲内で計算される。なお、プランジ
カットでは通常φe=0°, φa=360°であるか
ら、実切削中の回転角度φc はφc =φa−φe=360
°である。Each parameter calculated as above is
Cutting from the start of cutting of the cutting edge of the ball end mill to the end
Obtained by time (more accurate because of the plunge cut
Is formed while the cutting blade makes one round)
The behavior of is shown. This characteristic behavior is plunge cut
In the case of reverse cut instead, as shown in FIG.
Although it has a relatively simple shape,
In this case, chips are cut out continuously, so as shown in FIG.
Thus, it is formed in a spiral shape. The thickness of the chips is
Of the mill (the rotation angle at the start of cutting)
Position φeAnd the rotation angle position φ at the start of idle cuttinga)When,
Two cutting edge angle positions (the cutting edge at the lowest cutting edge position during actual cutting)
Angular position keAnd the cutting edge angle at the highest position of the cutting edge during actual cutting
Degree position k a) Is calculated within the range. In addition, plunge
Usually φ in cute= 0 °, φa= 360 °
Rotation angle during actual cutting φcIs φc= Φa−φe= 360
°.
【0054】上記数8と同様にして、図7の境界曲線
−−−で囲まれた切削による創成面の三次元曲面
は、実効切刃角度kcおよび実切削中の回転角度φc を
パラメータ(媒介変数)として次の数9によって表現さ
れる。[0054] In the same manner as the equation 8, a three-dimensional curved surface creation surface by cutting enclosed by boundary curves of Figure 7 --- is the effective cutting edge angle kc and the rotation angle phi c in real cutting parameters ( It is expressed by the following equation 9 as a parameter.
【0055】[0055]
【数9】 (Equation 9)
【0056】(切粉断面積)所定の回転角度位置φ(φ
e ≦φ≦φa )および切刃角度位置k(ke ≦k≦
ka )における切粉厚さhは、工具傾斜角度βf ,βp
と回転角度位置φおよび切刃角度位置kとの関数として
数値的に算出される。回転角度位置φ=φe で切刃が切
り込んでから切刃が一周するまでの間に、切刃の数×切
刃一枚当たりの工具送り量fz だけ、ボールエンドミル
が送られるので、解析的に数式で切粉厚さh(k,φ)
を求めるのは困難であった。それゆえ、切粉厚さh
(k,φ)は、立体モデルをもった数値解析ツールによ
り数値的に求められるが、その際に含まれるパラメータ
は、傾斜角度βf ,βp 、ボールエンドミルの切刃半径
Rおよび切刃枚数i、切刃一枚当たりの工具送り量
fz 、切り込み深さtおよびピックフィードpである。(Chip cross-sectional area) Predetermined rotation angle position φ (φ
e ≦ φ ≦ φ a ) and the cutting edge angular position k (k e ≦ k ≦
The chip thickness h in k a ) is the tool inclination angle β f , β p
Is calculated numerically as a function of the rotation angle position φ and the cutting edge angle position k. Between the cuts cutting blades at a rotational angular position phi = phi e until the cutting edge is round, only tool feed f z per sheet number × cutting of the cutting edge, because the ball end mill is fed, analysis Chip thickness h (k, φ)
Was difficult to seek. Therefore, the chip thickness h
(K, φ) is numerically obtained by a numerical analysis tool having a three-dimensional model. The parameters included at this time are the inclination angles β f and β p , the radius R of the cutting edge of the ball end mill, and the number of cutting edges. i, the tool feed amount f z per cutting edge, the cutting depth t, and the pick feed p.
【0057】こうして切粉厚さh(k,φ)が、再び図
6(c)に示すように、傾斜角度β f ,βp 等をパラメ
ータとして求まるものとすると、図6(c)に示す任意
の回転角度位置φでの切粉断面積A(φ)は、次の数1
0によって算出される。Thus, the chip thickness h (k, φ) is again
As shown in FIG. 6 (c), the inclination angle β f, ΒpEtc.
Data as shown in FIG. 6 (c).
The chip cross-sectional area A (φ) at the rotation angle position φ of
It is calculated by 0.
【0058】[0058]
【数10】 (Equation 10)
【0059】ここで、上記数10の値は、コンピュータ
により数値積分を含む数値計算によって算出される。ま
た、ke の値はプランジカットの場合は(切刃の開口角
を考慮しなければ)常にゼロであり、ka の値は回転角
度位置φの関数であって図8の切削固有挙動を示すグラ
フから求めることができる。さらに、h(k,φ)は傾
斜角度βf ,βp によっても変化するので、傾斜角度β
f ,βp をも独立変数として加えてh(k,φ,βf ,
βp )と表記しても良い。切粉厚さhの独立変数に関し
ては、以下の数式でも同様である。Here, the value of the above equation (10) is calculated by a computer by numerical calculation including numerical integration. The value of k e is the case of plunge-cut (to be considered open angle of the cutting edge) is always zero, the value of k a is a function of the angular position φ of the cutting-specific behavior of FIG. 8 It can be determined from the graph shown. Further, since h (k, φ) also changes depending on the inclination angles β f and β p , the inclination angle β
f and β p are also added as independent variables, and h (k, φ, β f ,
β p ). Regarding the independent variable of the chip thickness h, the same applies to the following equation.
【0060】また、切粉断面積A(φ)が工具回転軸周
りに形成する一次モーメントである面積モーメントMA
(φ)は、次の数11に従う数値計算によって算出され
る。The area moment MA, which is the primary moment formed by the chip cross-sectional area A (φ) around the axis of rotation of the tool,
(Φ) is calculated by numerical calculation according to the following equation (11).
【0061】[0061]
【数11】 [Equation 11]
【0062】ここで、切削時に切刃に作用する切削抵抗
による工具回転軸周りの曲げモーメントは、上記数11
で表記される面積モーメントに比例して発生すると考え
られるので、上記面積モーメントMA(φ)がもつ意義
は大きい。Here, the bending moment around the rotation axis of the tool due to the cutting resistance acting on the cutting edge during cutting is expressed by the above equation (11).
Is considered to occur in proportion to the area moment represented by the following expression, so the area moment MA (φ) has a significant significance.
【0063】(切粉体積)切粉断面積A(φ)をφに関
して積分することにより、次の数12に従って、切刃一
枚が一周する間に切り出す切粉体積Vを求めることがで
きる。(Chip volume) By integrating the chip cross-sectional area A (φ) with respect to φ, it is possible to obtain the volume V of the chips to be cut out while one cutting blade makes one round according to the following equation (12).
【0064】[0064]
【数12】 (Equation 12)
【0065】また、切粉体積Vが工具回転軸周りに形成
する一次モーメントである体積モーメントMVは、次の
数13に従う数値計算によって求められる。The volume moment MV, which is the primary moment formed by the chip volume V around the tool rotation axis, is obtained by numerical calculation according to the following equation (13).
【0066】[0066]
【数13】 (Equation 13)
【0067】ここで、切削時に作用する切削抵抗によっ
て工具回転軸周りに生じる反トルクは、上記数13で表
記される体積モーメントに比例するものと考えられる。 (切削抵抗の分力)前述のように、切削時に切刃に作用
する切削抵抗による工具回転軸周りの曲げモーメント
は、上記数11で表記される面積モーメントMA(φ)
に比例すると考えられる。それゆえ、面積モーメントM
A(φ)にsinφまたはcosφをかけて回転角度位
置φに関して積分することにより、送り方向に対してそ
れぞれボールエンドミルの左右方向または前後方向の曲
げモーメントに比例する値を算出することができる。す
なわち、左右方向の曲げモーメントに比例する値Fp
は、面積モーメントMA(φ)にsinφをかけて回転
角度位置φに関して積分することにより、次の数14に
よって求めることができる。同様に、前後方向の曲げモ
ーメントに比例する値Ffは、面積モーメントMA
(φ)にcosφをかけて回転角度位置φに関して積分
することにより、次の数15によって求めることができ
る。Here, it is considered that the reaction torque generated around the tool rotation axis due to the cutting resistance acting during cutting is proportional to the volume moment expressed by the above equation (13). (Component force of cutting force) As described above, the bending moment around the tool rotation axis due to the cutting force acting on the cutting edge during cutting is the area moment MA (φ) expressed by the above equation (11).
It is considered to be proportional to Therefore, the area moment M
By multiplying A (φ) by sinφ or cosφ and integrating with respect to the rotational angle position φ, a value proportional to the bending moment in the left-right direction or the front-back direction of the ball end mill with respect to the feed direction can be calculated. That is, a value Fp proportional to the bending moment in the left-right direction
Is obtained by multiplying the area moment MA (φ) by sinφ and integrating the result with respect to the rotational angle position φ, by the following Expression 14. Similarly, the value Ff proportional to the bending moment in the front-rear direction is the area moment MA
By multiplying (φ) by cos φ and integrating with respect to the rotation angle position φ, it can be obtained by the following equation 15.
【0068】[0068]
【数14】 [Equation 14]
【0069】[0069]
【数15】 (Equation 15)
【0070】(傾斜角度の制限)以上の説明では、切刃
がボールエンドミルの先端部の中心(k=0)あるかの
ようにして説明してきたが、実際のボールエンドミルの
切刃には、先端の中心部に切刃が形成されていない開孔
部が形成されている。すなわち、図10に示すように、
直径L、半頂角αの開孔部がボールエンドミルの先端部
にはあり、同開孔部には切刃が形成されていないので、
切刃が一周する間には開孔部に相当する部分では切削が
行われない。それゆえ、再び図9に示すように、切粉の
中央部には工具開孔部に相当する略円孔状の欠損部が形
成される。ただし、切粉の中央部で切り残された部分
は、その後送られてきた切刃の開孔部の内周側で切削さ
れるので、ワークにそのまま残るようなことはない。(Restriction of Inclination Angle) In the above description, the cutting edge has been described as if it were at the center (k = 0) of the tip of the ball end mill. An opening without a cutting edge is formed at the center of the tip. That is, as shown in FIG.
Since there is an opening with a diameter L and a half apex angle α at the tip of the ball end mill, and no cutting edge is formed in the opening,
No cutting is performed at the portion corresponding to the opening while the cutting blade makes one round. Therefore, as shown in FIG. 9 again, a substantially circular hole-shaped defective portion corresponding to the tool opening is formed in the center of the chip. However, the portion left uncut at the central portion of the cutting chips is cut on the inner peripheral side of the opening portion of the cutting blade sent thereafter, so that it does not remain on the work as it is.
【0071】さて、図10では開孔部が大きく誇張され
て描かれているが、切削部Bに対応して曲げモーメント
を相殺する切削部Aを確保するために、開口部がワーク
の表面から突出するまでボールエンドミルを傾けてはい
けないという制約を設ける。すると、ボールエンドミル
の切削底部から開口部の上端部までの垂直距離abは、
切り込み深さtよりも小さくなくてはならないので、次
の数16に表現される制約を受ける。In FIG. 10, the opening is greatly exaggerated. However, in order to secure the cutting portion A corresponding to the cutting portion B to offset the bending moment, the opening is formed from the surface of the work. There is a restriction that the ball end mill must not be tilted until it protrudes. Then, the vertical distance ab from the cutting bottom of the ball end mill to the upper end of the opening is:
Since it must be smaller than the cutting depth t, there is a constraint expressed by the following equation (16).
【0072】[0072]
【数16】 t>ab=R{1−cos(−βf +
α)} ただし、開孔部の半頂角α=sin-1(L/2R)であ
る。その結果、送り方向への傾斜角度βf は、プランジ
カットであることの制約と併せて次の数17に示す制約
を受ける。T> ab = R {1-cos (−β f +
α)} However, the half apex angle α of the opening portion is sin −1 (L / 2R). As a result, the inclination angle β f in the feed direction is subject to the constraint shown in the following Expression 17 in addition to the constraint of plunge cutting.
【0073】[0073]
【数17】 0<−βf <cos-1(1−t/R)−α 同様に、ピックフィード方向への傾斜角度βp は、−β
f が比較的小さい範囲では近似的に、プランジカットで
あることの制約と併せて次の数18に示す制約を受け
る。0 <−β f <cos −1 (1-t / R) -α Similarly, the inclination angle β p in the pick feed direction is −β
In the range where f is relatively small, there is approximately a constraint shown in the following Expression 18 in addition to the constraint of plunge cut.
【0074】[0074]
【数18】 0<−βp <cos-1(1−t/R)−α したがって、ボールエンドミルの傾斜角度βf ,β
p は、初期値から適正値に至るまで、上記数17および
上記数18を両方とも満足させる制約の範囲内で設定さ
れる必要がある。 [実施例1] (実施例1のボールエンドミルによる切削方法)本発明
の実施例1としてのボールエンドミルによる切削方法
は、フライス盤においてワークの表面に対しボールエン
ドミルを送り方向に関して前後方向および左右方向に傾
けてプランジカット(突っ込み切削)を行うにあたって
使用される。すなわち、本実施例のボールエンドミルに
よる切削方法では、切削前に、ボールエンドミルの傾斜
角度βf ,βp の適正値が数値演算によって算出され、
同適正値をもってフライス盤のボールエンドミルの傾斜
角度を設定したうえで切削が行われる。0 <−β p <cos −1 (1-t / R) −α Therefore, the inclination angles β f , β of the ball end mill
p needs to be set within the range of constraints that satisfy both Equation 17 and Equation 18 from the initial value to the appropriate value. [Embodiment 1] (Cutting Method by Ball End Mill of Embodiment 1) The cutting method by a ball end mill as Embodiment 1 of the present invention is a method in which a ball end mill is moved forward and backward and left and right with respect to the surface of a work in a milling machine with respect to a feed direction. It is used when performing plunge cutting (piercing cutting) by tilting. That is, in the cutting method using the ball end mill of the present embodiment, before cutting, the appropriate values of the inclination angles β f and β p of the ball end mill are calculated by numerical calculation,
Cutting is performed after setting the inclination angle of the ball end mill of the milling machine with the appropriate value.
【0075】上記傾斜角度βf ,βp の適正値の算出に
あたっては、先ず、ボールエンドミルの回転軸の前後傾
斜角度βf および左右傾斜角度βp の両角度の設定値が
初期設定される。そして、ボールエンドミルの回転軸の
前後方向にかかる前後曲げモーメントに対応する推算値
と、該回転軸の左右方向にかかる左右曲げモーメントに
対応する推算値とが数値計算により推算される。次に、
両曲げモーメントに対応する推算値の絶対値が所定値以
下になるまで、設定値βf ,βp の再設定と同様の数値
計算による両モーメントに対応する推算値の推算とが繰
り返して行われる。その結果、両モーメントに対応する
推算値の絶対値を所定値以下に抑制する傾斜角度βf ,
βp が割り出されるので、この傾斜角度βf ,βp をも
って適正値とする。In calculating the appropriate values of the inclination angles β f and β p , first, the set values of both the front-back inclination angle β f and the left-right inclination angle β p of the rotation axis of the ball end mill are initially set. Then, an estimated value corresponding to the front-rear bending moment applied in the front-rear direction of the rotation axis of the ball end mill and an estimated value corresponding to the left-right bending moment applied in the left-right direction of the rotation axis are estimated by numerical calculation. next,
Until the absolute value of the estimated value corresponding to both bending moments becomes equal to or less than a predetermined value, resetting of the set values β f and β p and estimation of the estimated value corresponding to both moments by the same numerical calculation are repeatedly performed. . As a result, the inclination angle β f , which suppresses the absolute value of the estimated value corresponding to both moments to a predetermined value or less,
Since β p is calculated, the inclination angles β f and β p are set to appropriate values.
【0076】以上の本実施例のボールエンドミルによる
切削方法について、以下、より具体的に説明する。前述
の説明とは異なって、図11に示すように、工具座標系
のピックフィード方向のx軸の正方向を実切削中の回転
角度φc の始点(φc =0)とし、φc を工具の回転方
向と同一の時計回りに増大する角度と定義しておく。同
様に、回転角度位置φも工具座標系のピックフィード方
向のx軸の正方向を始点とし、φを工具の回転方向と同
一の時計回りに増大する角度と定義しておく。そして、
図12および図13に示すフローチャートに従って具体
的な演算が行われる。The above-described cutting method using the ball end mill of this embodiment will be described more specifically below. Unlike the above description, as shown in FIG. 11, the positive direction of the x-axis in the pick feed direction of the tool coordinate system is set as the starting point (φ c = 0) of the rotation angle φ c during actual cutting, and φ c is set. It is defined as the same clockwise increasing angle as the direction of rotation of the tool. Similarly, the rotation angle position φ also starts from the positive direction of the x-axis in the pick feed direction of the tool coordinate system, and φ is defined as an angle that increases in the same clockwise direction as the rotation direction of the tool. And
Specific calculations are performed according to the flowcharts shown in FIGS.
【0077】先ず、図12の冒頭で演算が開始される際
には、各入力値(R,fz ,t,p;定義済みであるが
「符号の説明」の項を参照のこと)と、傾斜角度βf ,
βpの初期値とは、すでに入力ないし設定されているも
のとする。実行ステップ(a)では、前述の数17およ
び数18によって、傾斜角度βf ,βp の取りうる範囲
が設定される。次に実行ステップ(b)では、前述のよ
うに実切削中の回転角度φc を定義しておく(演算の開
始前に定義されていても良い)。First, when the operation is started at the beginning of FIG. 12, each input value (R, f z , t, p; defined but see “Description of Signs”) and , The inclination angle β f ,
It is assumed that the initial value of β p has already been input or set. In the execution step (a), the range in which the inclination angles β f and β p can be set is set by the above Expressions 17 and 18. Next, in the execution step (b), the rotation angle φ c during the actual cutting is defined as described above (may be defined before the start of the calculation).
【0078】そして実行ステップ(c)では、傾斜角度
の初期値βf ,βp に対し、前述の数6に従って、境界
曲線−を生成する切刃角度k12が算出される。同様
に、実行ステップ(d)では、前述の数7に従って、境
界曲線−を生成する切刃角度k12が算出され、実行
ステップ(e)では、前述の数8に従って、境界曲線
−を生成する切刃角度k13が算出される。[0078] Then, in executing step (c), the initial value beta f of the inclination angle, with respect to beta p, according to the number 6 above, boundary curve - cutting edge angle k 12 for generating is calculated. Similarly, in executing step (d), according to the number 7 of the aforementioned boundary curve - cutting edge angle k 12 is calculated to generate, in execution step (e), according to the number 8 described above, boundary curve - generating a cutting edge angle k 13 is calculated.
【0079】しかる後、実行ステップ(f)では、実切
削時の最高位置での切刃角度位置kaと最低位置での切
刃角度位置ke とが、所定の区分で細分化されたφ(0
≦φ≦2π)に対してそれぞれ求められる。以上をもっ
て、図8のグラフに相当する固有挙動モデルまたは立体
数値モデルが、コンピュータにより自動的に生成され
る。[0079] Then, phi in execution step (f), a cutting edge angle position k e in cutting edge angle position ka and the lowest position at the highest position in the actual cutting, are subdivided in a predetermined segment ( 0
≦ φ ≦ 2π). As described above, the eigen behavior model or the three-dimensional numerical model corresponding to the graph of FIG. 8 is automatically generated by the computer.
【0080】そして図13に示すフローチャートの後半
部に進み、工具送り方向の傾斜角度βf を求めるため
に、次の数19に従って適当な積分間隔で数値積分を行
い、工具送り方向に関して後部の疑似体積A(f)0→
π と前部の疑似体積A(f)π→2π とを求めてお
く。Then, the process proceeds to the latter half of the flowchart shown in FIG. 13, and in order to obtain the inclination angle β f in the tool feed direction, numerical integration is performed at an appropriate integration interval in accordance with the following equation (19). Volume A (f) 0 →
π and the pseudo volume A (f) π → 2π of the front part are obtained in advance.
【0081】[0081]
【数19】 [Equation 19]
【0082】ここで、かっこ内のfは、送り方向(フィ
ード方向)を示す添え字である。また、疑似体積と呼ん
で体積または断面積と呼ばなかった理由は、切刃角度位
置kおよび回転角度位置φで二重積分されているものの
前述の数12で算出される正規の体積とは異なってお
り、さらに面積の次元を持っているものの断面積とは異
なるからである。ただし、上記数12の体積に対し、被
積分関数にRsinkが欠落しているだけであるから、
本質的には擬似的な体積であるものと考え、疑似体積と
呼ぶことにした。Here, f in parentheses is a suffix indicating the feed direction (feed direction). The reason that the pseudo volume is not called the volume or the cross-sectional area is that it is double-integrated at the cutting edge angle position k and the rotation angle position φ, but is different from the normal volume calculated by the aforementioned equation (12). This is because it has a dimension of area and is different from the cross-sectional area. However, since only Rsink is missing in the integrand for the volume of the above equation 12,
It was essentially considered to be a pseudo volume and was called pseudo volume.
【0083】工具送り方向に対して後部の疑似体積A
(f)0→πと前部の疑似体積A(f)π→2π との差
は、ボールエンドミルを送り方向と直交する左右方向
(ピックフィード方向)に曲げる曲げモーメントに概略
比例する値である。それゆえ、前部の疑似体積A(f)
0→πと後部の疑似体積A(f)π→2πとの差の絶対値
Abs(f)=|A(f)0→π−A(f)π→2π|
が、十分に小さいと判定されれば、左右方向の曲げモー
メントはおおむねゼロ付近に抑制されていることにな
る。Pseudo volume A at the rear with respect to the tool feed direction
(F) The difference between 0 → π and the pseudo volume A (f) π → 2π at the front is a value roughly proportional to the bending moment for bending the ball end mill in the left-right direction (pick feed direction) orthogonal to the feed direction. . Therefore, the front pseudo volume A (f)
Abs (f) = | A (f) 0 → π−A (f) π → 2π | The absolute value of the difference between 0 → π and the pseudo volume A (f) π → 2π at the rear
Is determined to be sufficiently small, it means that the bending moment in the left-right direction is substantially suppressed to around zero.
【0084】この判定は、次の判定ステップ(h)で行
われる。同ステップで判定されるのは、Abs(f)≡
|A(f)0→π−A(f)π→2π|≦ε(十分に小さ
い正の判定値)であるか否かである。判定ステップ
(h)でNoと判定されれば、左右方向の曲げモーメン
トはまだ十分に抑制されていないことになるので、左右
方向の曲げモーメントに支配的な影響を及ぼす送り方向
の傾斜角度βf が適当に再設定されて、再び実行ステッ
プ(c)に戻る。逆に判定ステップ(h)でYesと判
定されれば、左右方向の曲げモーメントは十分に抑制さ
れていることになるので、左右方向の曲げモーメントに
支配的な影響を及ぼす送り方向の傾斜角度β f の設定値
は、一応適正な値であると判定される。This determination is made in the next determination step (h).
Will be Abs (f) ≡ is determined in this step.
| A (f) 0 → π−A (f) π → 2π | ≦ ε (sufficiently small
Is a positive judgment value). Judgment step
If No is determined in (h), the bending moment in the left-right direction
Right has not yet been sufficiently suppressed,
Feed direction which has a dominant direction bending moment
Angle of inclination βfIs reset properly and the execution
Return to step (c). Conversely, in the judgment step (h), the judgment is Yes.
When set, the bending moment in the left-right direction is sufficiently suppressed.
The bending moment in the left-right direction.
Dominant feed direction tilt angle β fSet value
Is determined to be an appropriate value.
【0085】このようにして傾斜角度βf の適正値が仮
設定されると、次に実行ステップ(i)で、ピックフィ
ード方向の傾斜角度βp を求めるために、次の数20に
従って適当な積分間隔で数値積分が行われる。When the appropriate value of the inclination angle β f is temporarily set in this way, in the next execution step (i), in order to obtain the inclination angle β p in the pick feed direction, an appropriate value is obtained according to the following equation (20). Numerical integration is performed at integration intervals.
【0086】[0086]
【数20】 (Equation 20)
【0087】上記数20の数値計算により、ピックフィ
ード方向に関して後部の疑似体積A(p)π/2→3π/2
と前部の疑似体積A(p)3π/2→π/2とが求められ
る。上記数20において、かっこ内のpは、ピックフィ
ード方向を示す添え字であり、積分範囲3π/2→π/
2は、3π/2→5π/2と等価である。By the numerical calculation of the above Expression 20, the pseudo volume A (p) π / 2 → 3π / 2 at the rear in the pick feed direction.
And the pseudo volume A (p) 3π / 2 → π / 2 at the front. In the above Expression 20, p in parentheses is a suffix indicating the pick feed direction, and the integral range 3π / 2 → π /
2 is equivalent to 3π / 2 → 5π / 2.
【0088】ここで、ピックフィード方向に関して後部
の疑似体積A(p)π/2→3π/2と前部の疑似体積A
(p)3π/2→π/2との差は、ボールエンドミルをピッ
クフィード方向と直交する工具送り方向に曲げる前後方
向の曲げモーメントに概略比例する値である。それゆ
え、ピックフィード方向に関して後部の疑似体積A
(p)π/2→3π/2と前部の疑似体積A(p)3π/2→π
/2との差の絶対値Abs(p)=|A(p)π/2→3π/
2−A(p)3π/2→π/2|が、十分に小さいと判定され
れば、前後方向の曲げモーメントはおおむねゼロ付近に
抑制されていることになる。Here, with respect to the pick feed direction, the pseudo volume A (p) π / 2 → 3π / 2 at the rear and the pseudo volume A at the front
(P) The difference from 3π / 2 → π / 2 is a value that is approximately proportional to the bending moment in the front-rear direction of bending the ball end mill in the tool feed direction orthogonal to the pick feed direction. Therefore, the pseudo volume A at the rear with respect to the pick feed direction
(P) π / 2 → 3π / 2 and pseudo volume A (p) 3π / 2 → π in front
/ 2 Absolute value Abs (p) = | A (p) π / 2 → 3π /
If it is determined that 2-A (p) 3π / 2 → π / 2 | is sufficiently small, it means that the bending moment in the front-rear direction is substantially suppressed to around zero.
【0089】この判定は、次の判定ステップ(j)で行
われる。同ステップで判定されるのは、Abs(p)=
|A(p)π/2→3π/2−A(p)3π/2→π/2|≦ε
(十分に小さい正の判定値)であるか否かである。判定
ステップ(j)でNoと判定されれば、前後方向の曲げ
モーメントはまだ十分に抑制されていないことになるの
で、前後方向の曲げモーメントに支配的な影響を及ぼす
ピックフィード方向の傾斜角度βp が適当に再設定され
て、再び実行ステップ(c)に戻る。逆に判定ステップ
(j)でYesと判定されれば、前後方向の曲げモーメ
ントは十分に抑制されていることになるので、前後方向
の曲げモーメントに支配的な影響を及ぼすピックフィー
ド方向の傾斜角度βp の設定値は、適正な値であると判
定される。This determination is made in the next determination step (j). What is determined in this step is Abs (p) =
| A (p) π / 2 → 3π / 2−A (p) 3π / 2 → π / 2 | ≦ ε
(A sufficiently small positive judgment value). If No is determined in the determination step (j), it means that the bending moment in the front-rear direction has not yet been sufficiently suppressed, and therefore the inclination angle β in the pick feed direction which has a dominant influence on the bending moment in the front-rear direction. p is appropriately reset, and the process returns to the execution step (c) again. Conversely, if the determination in step (j) is Yes, the bending moment in the front-rear direction is sufficiently suppressed, and the inclination angle in the pick feed direction, which has a dominant influence on the bending moment in the front-rear direction. The set value of β p is determined to be an appropriate value.
【0090】この段階では、すでに送り方向の傾斜角度
βf も前述のステップ(h)で適正値であると判定され
ているので、両傾斜角度βf ,βp の適正値(最適な
値)が得られている。それゆえ、上記判定ステップ
(j)でYesと判定されれば、その段階での両傾斜角
度βf ,βp の設定値が適正値として出力され、フライ
ス盤のボールエンドミルの傾斜角度が設定されて、実際
の切削が開始されることになる。At this stage, since the inclination angle β f in the feed direction has already been determined to be an appropriate value in the above-mentioned step (h), an appropriate value (optimum value) for both inclination angles β f and β p. Has been obtained. Therefore, if it is determined as Yes in the determination step (j), the set values of both the inclination angles β f and β p at that stage are output as appropriate values, and the inclination angle of the ball end mill of the milling machine is set. The actual cutting will be started.
【0091】(実施例1の数値例および効果)以上のフ
ローチャート(図12および図13を参照)に沿って実
際に演算を行ったうえで、フライス盤でボールエンドミ
ルによる切削を試験的に行ってみたので、その結果を報
告する。その際に使用したボールエンドミルは、切刃部
分の半径がR=5mmであり、先端の回転中心部に直径
L=0.3mmの開口部をもつ二枚刃のものであった。
フライス盤の設定は、ピックフィードがp=0.3m
m、同じく切り込み深さがt=0.3mm、切刃一枚当
たりの工具送り量がfz =0.135mm/toothであ
り、工具突き出し長さは工具径の10倍であった。(Numerical Example and Effect of First Embodiment) After actually performing calculations in accordance with the above-mentioned flowcharts (see FIGS. 12 and 13), cutting by a ball end mill with a milling machine was tested. So report the results. The ball end mill used at that time had a radius of the cutting blade portion of R = 5 mm and a two-blade having an opening having a diameter L = 0.3 mm at the center of rotation at the tip.
Milling machine setting, pick feed is p = 0.3m
m, the cutting depth was t = 0.3 mm, the tool feed amount per cutting edge was f z = 0.135 mm / tooth, and the tool protrusion length was 10 times the tool diameter.
【0092】はじめに、実行ステップ(a)では、前述
の数17および数18から、ボールエンドミルの両傾斜
角度βf ,βp に関して、−18°<βf <0°と−1
8°<βp <0°との制限が得られた。そこで、両傾斜
角度βf ,βp の初期値として、適当にβf =−5°,
βp =−10°と設定された。続いて実行ステップ
(b)では、実切削中の回転角度φc の定義が行われ
た。First, in the execution step (a), based on Equations (17) and (18), -18 ° <β f <0 ° and −1 ° with respect to both inclination angles β f and β p of the ball end mill.
A restriction of 8 ° <β p <0 ° was obtained. Therefore, as initial values of the two inclination angles β f and β p , β f = −5 °,
β p = −10 ° was set. Then, in executing step (b), defined rotational angle phi c in real cutting is performed.
【0093】そして、以上の条件に基づいて、実行ステ
ップ(c)〜(e)では切粉の三辺の境界曲線が求めら
れ、続いて実行ステップ(f)では最高位置での切刃角
度位置ka および最低位置での切刃角度位置ke が求め
られた。次に、実行ステップ(g)で工具送り方向に関
する後部疑似体積A(f)0→πおよび前部疑似体積A
(f)π→2πが、前述の数19に従って次のように求
められた。 ・後部疑似体積A(f)0→π=0.063mm2 ・前部疑似体積A(f)π→2π=0.101mm2 続く判定ステップ(h)で、上記後部疑似体積と上記前
部疑似体積との差の絶対値が0.05mm2 以下である
ことを収束条件(ε=0.05mm2 )としているもの
とすると、収束判定はNoとでる。この状態では前部疑
似体積が後部疑似体積よりもずっと大きいので、前部疑
似体積を減らし後部疑似体積を増やして両者の差を抑制
するように、送り方向の傾斜角度βf を深くし、βf =
−7°として再設定する。Then, based on the above conditions, in execution steps (c) to (e), the boundary curves of the three sides of the chips are obtained, and subsequently in execution step (f), the cutting edge angular position at the highest position is obtained. k a and cutting edge angle position k e at the lowest position has been determined. Next, in the execution step (g), the rear pseudo volume A (f) 0 → π and the front pseudo volume A
(F) π → 2π was obtained as follows according to the above-mentioned equation (19). The rear pseudo volume A (f) 0 → π = 0.063 mm 2 .The front pseudo volume A (f) π → 2π = 0.101 mm 2. In the following determination step (h), the rear pseudo volume and the front pseudo volume are determined. Assuming that the absolute value of the difference from the volume is 0.05 mm 2 or less as the convergence condition (ε = 0.05 mm 2 ), the convergence determination is No. Since the front pseudo volume at this state is much larger than the rear pseudo volume, so as to increase the rear pseudo volume reduces the front pseudo volume to suppress the difference between, deeply the feed direction of the inclination angle beta f, beta f =
Reset as -7 °.
【0094】そして再び実行ステップ(c)から繰り返
して実行ステップ(g)では、後部疑似体積および前部
疑似体積は次のように算出された。 ・後部疑似体積A(f)0→π=0.083mm2 ・前部疑似体積A(f)π→2π=0.081mm2 続く判定ステップ(h)で、上記後部疑似体積と上記前
部疑似体積との差の絶対値が0.05mm2 以下である
から、収束判定はYesとでたので、送り方向の傾斜角
度βf は一応適正に収束したものと見なされ、次の実行
ステップ(i)に進む。In the execution step (g), which is repeated from the execution step (c), the rear pseudo volume and the front pseudo volume are calculated as follows. The rear pseudo volume A (f) 0 → π = 0.083 mm 2 .The front pseudo volume A (f) π → 2π = 0.081 mm 2. In the subsequent determination step (h), the rear pseudo volume and the front pseudo volume are determined. Since the absolute value of the difference from the volume is 0.05 mm 2 or less, the convergence determination was Yes, so that the inclination angle β f in the feed direction is considered to have converged properly, and the next execution step (i Proceed to).
【0095】次に、実行ステップ(i)でピックフィー
ド方向に関する後部疑似体積A(p)π/2→3π/2と前
部疑似体積A(p)3π/2→π/2が、前述の数20に従
って次のように求められた。 ・後部疑似体積A(p)π/2→3π/2=0.054mm2 ・前部疑似体積A(p)3π/2→π/2=0.109mm2 続く判定ステップ(j)で、上記後部疑似体積と上記前
部疑似体積との差の絶対値が0.05mm2 以下である
ことを収束条件(ε=0.05mm2 )としているもの
とすると、収束判定はNoとでる。この状態では前部疑
似体積が後部疑似体積よりもずっと大きいので、前部疑
似体積を減らし後部疑似体積を増やして両者の差を抑制
するように、ピックフィード方向の傾斜角度βp を深く
し、βp=−13°として再設定する。Next, in the execution step (i), the rear pseudo volume A (p) π / 2 → 3π / 2 and the front pseudo volume A (p) 3π / 2 → π / 2 in the pick feed direction are calculated as described above. It was obtained as follows according to Equation 20. Rear pseudo volume A (p) π / 2 → 3π / 2 = 0.054 mm 2 Front pseudo volume A (p) 3π / 2 → π / 2 = 0.109 mm 2 In the following determination step (j), Assuming that the absolute value of the difference between the rear pseudo volume and the front pseudo volume is 0.05 mm 2 or less, as the convergence condition (ε = 0.05 mm 2 ), the convergence determination is No. Since the front pseudo volume at this state is much larger than the rear pseudo volume, so as to suppress the difference between them to increase the rear pseudo volume reduces the front pseudo volume, deep inclination angle beta p of pick-feed direction, Reset as β p = −13 °.
【0096】そして再び実行ステップ(c)から繰り返
すと、判定ステップ(h)でもYesと判定されるので
実行ステップ(i)に進んだ。実行ステップ(i)で
は、ピックフィード方向に関する後部疑似体積および前
部疑似体積が、次のように算出された。 ・後部疑似体積A(p)π/2→3π/2=0.077mm2 ・前部疑似体積A(p)3π/2→π/2=0.092mm2 この値では判定ステップ(j)で再びNoと判定される
ので、ピックフィード方向の傾斜角度βp をさらに深く
し、βp =−14°と再設定した。そのうえで再度ステ
ップ(c)から再計算すると、実行ステップ(i)では
次のように算出された。 ・後部疑似体積A(p)π/2→3π/2=0.087mm2 ・前部疑似体積A(p)3π/2→π/2=0.082mm2 続く判定ステップ(j)で、上記後部疑似体積と上記前
部疑似体積との差の絶対値が0.05mm2 であるか
ら、収束判定はYesとでたので、ピックフィード方向
への傾斜角度βp も適正に収束したものとされた。その
結果、最適な傾斜角度として、βf =−7°,βp =−
14°が求められた。Then, when the process is repeated from the execution step (c) again, the judgment step (h) is also judged as Yes, so that the operation proceeds to the execution step (i). In the execution step (i), the rear pseudo volume and the front pseudo volume in the pick feed direction were calculated as follows. Rear pseudo volume A (p) π / 2 → 3π / 2 = 0.077 mm 2 Front pseudo volume A (p) 3π / 2 → π / 2 = 0.092 mm 2 With this value, in the determination step (j) since it is determined as No again to further deepen the inclination angle beta p of pick feed direction, and reset the β p = -14 °. Then, when the calculation was performed again from the step (c), the following calculation was performed in the execution step (i). Rear pseudo volume A (p) π / 2 → 3π / 2 = 0.087 mm 2 Front pseudo volume A (p) 3π / 2 → π / 2 = 0.082 mm 2 In the following determination step (j), since the absolute value of the difference between the rear pseudo volume and said front pseudo volume is 0.05 mm 2, the convergence determination so came out with Yes, will assume that properly converge the inclination angle beta p of the pick-feed direction Was. As a result, as the optimum inclination angles, β f = −7 ° and β p = −
14 ° was required.
【0097】以上の計算結果の効果を実証するために、
実際に切削試験が行われて寸法精度が測定され、比較例
の寸法精度と比較された。この際のワーク(被削材)の
材質は、SKD11であり、その硬度はHRC60であ
った。加工面の寸法誤差をまとめ、次の表1に示す。To prove the effect of the above calculation results,
A cutting test was actually performed to measure the dimensional accuracy, and compared with the dimensional accuracy of the comparative example. At this time, the material of the work (work material) was SKD11, and its hardness was HRC60. The dimensional errors of the machined surfaces are summarized in Table 1 below.
【0098】[0098]
【表1】 寸法誤差 上記表1から明らかなように、本実施例でのボールエン
ドミルによる切削方法によれば、比較例1の垂直切削に
対しては一桁強の寸法精度の向上が得られ、比較例2の
適当に設定した初期値に対しても一桁弱の寸法精度の向
上が得られた。すなわち、比較例1の垂直切削と比較し
て、比較例2の適当に傾斜角度を設定したプランジカッ
トでは数割程度の寸法誤差の低減しか期待できないのに
対して、本実施例によるプランジカットでは一桁程度の
寸法誤差の低減が可能になるという効果がある。[Table 1] Dimensional error As is clear from Table 1 above, according to the cutting method using the ball end mill in the present example, the dimensional accuracy was improved by slightly more than an order of magnitude compared to the vertical cutting in Comparative Example 1, and The improvement of the dimensional accuracy of less than one order of magnitude was also obtained with respect to the initial value set for. That is, in comparison with the vertical cutting in Comparative Example 1, the plunge cutting in which the inclination angle is appropriately set in Comparative Example 2 can be expected to reduce only a dimensional error of about several percent, whereas the plunge cutting according to the present embodiment can reduce the dimensional error. There is an effect that a dimensional error of about one digit can be reduced.
【0099】切削等の加工を行う当業者の常識として、
寸法精度を一桁向上させようとすると、工作機械にかか
る費用や工作に費やす工数は数倍程度に膨らみ、多大な
コストアップに耐えなければならないとされている。と
ころが本発明によれば、最低限の設備としては、本実施
例の計算方法(図12,13参照)を実行するプログラ
ムと同プログラムを演算することができるパソコン一台
とがあれば足りる。As common knowledge of those skilled in the art of processing such as cutting,
To improve the dimensional accuracy by an order of magnitude, the cost of the machine tool and the number of man-hours required for the work are increased by several times, and it is necessary to endure a significant increase in cost. However, according to the present invention, as the minimum equipment, it is sufficient to have a program for executing the calculation method of this embodiment (see FIGS. 12 and 13) and one personal computer capable of calculating the program.
【0100】したがって、本実施例のボールエンドミル
による切削方法によれば、極めてわずかなコスト増大で
切削精度を一桁程度向上させることができるという効果
がある。また、本実施例のボールエンドミルによる切削
方法は、硬度が高くボールエンドミルのたわみが大きく
なりがちでありながら仕上がり寸法精度の要求が厳しい
底深形状の鍛造用金型の切削に好適である。わけても、
高硬度材からなる冷間鍛造用金型の切削加工に最適であ
る。Therefore, according to the cutting method using the ball end mill of this embodiment, there is an effect that the cutting accuracy can be improved by about one digit with a very small increase in cost. Moreover, the cutting method using the ball end mill of the present embodiment is suitable for cutting a forging die having a deep bottom shape, which has high hardness and tends to increase the deflection of the ball end mill, but requires strict precision in finished dimensions. In particular,
Ideal for cutting cold forging dies made of high hardness materials.
【0101】(実施例1のフライス盤制御装置)ここま
では、本発明を方法発明としての観点から説明してきた
が、ここからは装置発明として説明する。本発明の実施
例1としてのフライス盤制御装置は、図14に示すよう
に、CAD/CAM処理装置2によって生成された数値
データから入力を受け、NCフライス盤4の制御盤4に
ボールエンドミルの傾斜角度の適正値を出力する装置で
ある。本実施例のフライス盤制御装置3は、前述の数値
例を実験するのに使用された実在する試作レベルのもの
を示しており、フライス盤制御装置3の入出力は操作員
による手動操作で行われている。(Milling Machine Control Apparatus of First Embodiment) The present invention has been described so far from the viewpoint of a method invention, but from now on, it will be described as an apparatus invention. As shown in FIG. 14, a milling machine control device according to the first embodiment of the present invention receives an input from numerical data generated by a CAD / CAM processing device 2 and adds a tilt angle of a ball end mill to a control plate 4 of an NC milling machine 4. Is a device that outputs an appropriate value of The milling machine control device 3 of the present embodiment is of a real prototype level used for experimenting the numerical examples described above, and the input and output of the milling machine control device 3 are performed manually by an operator. I have.
【0102】CAD/CAM処理装置2は、製品図面の
記憶装置1に基づいて加工条件等を設定するので、工具
半径R、切刃一枚当たりの送り量fz 、ピックフィード
p、切り込み深さtなどの入力値がCAD/CAM処理
装置2によって設定される。これらの入力値は、本実施
例では操作員によってCAD/CAM処理装置2の出力
から読みとられ、キーボードから本実施例のフライス盤
制御装置3に入力される。フライス盤制御装置3は、前
述の数値計算アルゴリズムを具体化したプログラムを格
納したコンピュータであって、ボールエンドミルの最適
な傾斜角度βf,βp を算出する機能を有する。フライ
ス盤制御装置3によって求められた両傾斜角度の適正値
βf ,βp は、ディスプレイの表示から操作員によって
読みとられ、NCフライス盤4の制御盤5にキーボード
等の入力手段で入力される。その際、両傾斜角度の適正
値βf ,βp は、制御盤5のab二軸制御部52に適合
した値に換算されて入力される。ただし、ab二軸が傾
斜角度βf ,βp の座標軸系と同一の軸系であれば、上
記換算は必要ない。NCフライス盤4は、前述のように
CAD/CAM処理装置2およびフライス盤制御装置3
から入力された制御盤5に制御されて、駆動部6を制御
し、ボールエンドミルによるプランジカットを行う。Since the CAD / CAM processing device 2 sets the processing conditions and the like based on the storage device 1 of the product drawing, the tool radius R, the feed amount f z per cutting edge, the pick feed p, the cutting depth, Input values such as t are set by the CAD / CAM processing device 2. In the present embodiment, these input values are read by the operator from the output of the CAD / CAM processing device 2 and input to the milling machine control device 3 of the present embodiment from the keyboard. The milling machine control device 3 is a computer that stores a program that embodies the above-described numerical calculation algorithm, and has a function of calculating the optimal inclination angles β f and β p of the ball end mill. The appropriate values β f and β p of the two inclination angles obtained by the milling machine control device 3 are read by the operator from the display on the display, and are input to the control panel 5 of the NC milling machine 4 by input means such as a keyboard. At this time, the appropriate values β f and β p of both inclination angles are converted into values suitable for the ab two-axis control unit 52 of the control panel 5 and input. However, if the two axes ab are the same axis system as the coordinate axis system of the inclination angles β f and β p , the above conversion is not necessary. The NC milling machine 4 includes the CAD / CAM processing device 2 and the milling machine control device 3 as described above.
The drive unit 6 is controlled by the control panel 5 which is input from the controller and performs plunge cutting by a ball end mill.
【0103】すなわち、本実施例のフライス盤制御装置
3は、ワークの表面に対しボールエンドミルを送り方向
に関して前後方向および左右方向にそれぞれ所定の傾斜
角度をもって傾けてプランジカット(突っ込み切削)を
行うことが可能なNCフライス盤4に対し、ボールエン
ドミルの回転軸の傾斜角度βf ,βp を適正な値に設定
する装置である。That is, the milling machine control device 3 of this embodiment can perform plunge cutting (piercing cutting) by inclining the ball end mill with respect to the surface of the work in the front-rear direction and the left-right direction with respect to the feed direction at predetermined inclination angles. This is an apparatus for setting the inclination angles β f and β p of the rotation axis of the ball end mill to appropriate values with respect to the possible NC milling machine 4.
【0104】本装置は、少なくとも、入力手段、推算手
段、収束手段および出力手段を有する。入力手段は、具
体的にはキーボードと入力用のプログラムであるが、少
なくとも、ボールエンドミルの工具半径Rおよびカッタ
ー刃数と、所望のピックフィードp、切り込み深さt、
送り速度および工具回転速度とに相当する入力値を入力
する機能を有する。This apparatus has at least input means, estimation means, convergence means and output means. The input means is specifically a keyboard and an input program. At least, the tool radius R and the number of cutter blades of the ball end mill, the desired pick feed p, the cutting depth t,
It has a function of inputting input values corresponding to the feed speed and the tool rotation speed.
【0105】推算手段は、具体的には演算装置である
が、入力値と、適当に設定されたボールエンドミルの両
傾斜角度βf ,βp の初期値と、適当に設定された積分
刻み幅とに基づいて、ボールエンドミルの回転軸の前後
方向にかかる前後曲げモーメントに対応する推算値と、
回転軸の左右方向にかかる左右曲げモーメントに対応す
る推算値とを推算する機能を有する。推算手段は、前述
のフローチャート(図13参照)の実行ステップ(g)
および実行ステップ(i)に相当する。The estimating means is, specifically, an arithmetic unit. The input value, appropriately set initial values of the inclination angles β f and β p of the ball end mill, and appropriately set integration step size And an estimated value corresponding to the longitudinal bending moment acting in the longitudinal direction of the rotation axis of the ball end mill based on
It has a function of estimating an estimated value corresponding to a lateral bending moment applied in the lateral direction of the rotating shaft. The estimating means performs the execution step (g) of the above-described flowchart (see FIG. 13).
And execution step (i).
【0106】収束手段は、具体的には同じく演算装置で
あるが、上記推算手段による上記両推算値が所定値以下
になるまで、ボールエンドミルの回転軸の前後傾斜角度
βfおよび左右傾斜角度βp の両角度の設定値を調整し
て上記推算を繰り返し行い、もって両角度βf ,βp の
適正値を算出する機能を有する。収束手段は、前述のフ
ローチャート(図13参照)の判断ステップ(h)およ
び判断ステップ(j)と、傾斜角度βf ,βp を適正に
再設定する機能とに相当する。すなわち、収束手段は、
傾斜角度βf ,βp の収束判定まで行い、収束するまで
傾斜角度βf ,βp を再設定して上記演算手段に演算を
繰り返させる機能を有する。試作レベルでの本手段で
は、傾斜角度βf ,βp を適正に再設定する機能は、初
期の状態では操作員の判断力に頼っていたが、本来は後
述するように傾斜法に基づく数値解法によって自動的に
傾斜角度βf ,βp が再設定されるようにプログラムさ
れるべきものである。The convergence means is specifically an arithmetic unit. However, the forward and backward inclination angles β f and the left and right inclination angles β f of the rotation axis of the ball end mill are kept until the above-mentioned estimated values obtained by the above-mentioned estimation means become equal to or less than predetermined values. It has a function of adjusting the set values of both angles of p and repeating the above estimation, thereby calculating appropriate values of both angles β f and β p . The convergence means corresponds to the judging step (h) and the judging step (j) in the above-described flowchart (see FIG. 13) and a function of appropriately resetting the inclination angles β f and β p . That is, the convergence means
Inclination angle beta f, performed until the convergence determination of beta p, having an inclination angle beta f until convergence, reconfigure the beta p function to repeat the operation on the operation means. In this means at the prototype level, the function of properly resetting the inclination angles β f and β p relied on the judgment of the operator in the initial state, but originally a numerical value based on the inclination method as described later It should be programmed so that the tilt angles β f and β p are automatically reset by the solution method.
【0107】出力手段は、試作段階の本手段ではディス
プレイであるが、上記収束手段によって算出された両傾
斜角度の適正値βf ,βp を、NCフライス盤4の制御
盤5の工具傾斜角度設定手段であるab二軸制御部52
に適合した形式で、NCフライス盤4の制御盤5に出力
する機能を有する。本実施例のフライス盤制御装置3
は、以上のように構成されているので、前述の本実施例
のボールエンドミルによる切削方法に相当する作用を発
揮し、その結果、前述の効果と同様の効果を発揮するこ
とができる。The output means is a display in the present means at the stage of trial production. The appropriate values β f and β p of the two inclination angles calculated by the convergence means are used to set the tool inclination angle of the control panel 5 of the NC milling machine 4. Ab biaxial control unit 52 as a means
And has a function of outputting to the control panel 5 of the NC milling machine 4 in a format suitable for. Milling machine control device 3 of the present embodiment
Is configured as described above, it exhibits an operation equivalent to the above-described cutting method using the ball end mill of the present embodiment, and as a result, it can exhibit the same effect as the above-described effect.
【0108】すなわち、本実施例のフライス盤制御装置
3によれば、比較的わずかな費用で切削精度を一桁程度
向上させることができるという効果がある。また、本実
施例のフライス盤制御装置3は、硬度が高くボールエン
ドミルのたわみが大きくなりがちでありながら仕上がり
寸法精度の要求が厳しい底深形状の鍛造用金型の切削に
好適であり、特に高硬度材からなる冷間鍛造用金型の切
削加工に最適である。That is, according to the milling machine control device 3 of this embodiment, there is an effect that the cutting accuracy can be improved by about one digit at a relatively small cost. Further, the milling machine control device 3 of the present embodiment is suitable for cutting a forging die having a deep bottom shape, which has a high hardness and tends to have a large deflection of a ball end mill, but has a severe requirement for finished dimensional accuracy. Ideal for cutting cold forging dies made of hard materials.
【0109】(実施例1の変形態様1)本実施例の変形
態様1として、入出力操作の自動化と収束手段の操作の
自動化とを行ったフライス盤制御装置3の実施が可能で
ある。本変形態様では、CAD/CAM処理装置2から
適正に設定された入力値が、フライス盤制御装置3にオ
ンラインで自動的に入力され、不足する入力があればデ
ィスプレイから入力を促す表示がなされて、キーボード
から適正な入力値が補充される。また、数値計算の結果
得られた傾斜角度の適正値βf ,βp は、NCフライス
盤4のボールエンドミルを傾けるa軸およびb軸に適合
した数値データに換算され、フライス盤制御装置3から
NCフライス盤4の制御盤5にオンラインで自動的に出
力される。(Modification 1 of Embodiment 1) As Modification 1 of this embodiment, it is possible to implement a milling machine control device 3 that automates input / output operations and operation of convergence means. In this modification, an input value appropriately set from the CAD / CAM processing device 2 is automatically input to the milling machine control device 3 online, and if there is an insufficient input, a display prompting the input is displayed. The correct input value is replenished from the keyboard. The appropriate values β f and β p of the inclination angles obtained as a result of the numerical calculation are converted into numerical data suitable for the a-axis and the b-axis for inclining the ball end mill of the NC milling machine 4, and are transmitted from the milling machine control device 3 to the NC milling machine. 4 is automatically output online to the control panel 5.
【0110】さらに、本変形態様では、収束手段は、傾
斜角度βf ,βp の設定値を調整する際に、傾斜法に基
づく数値解法によって自動的に調整を行う機能がプログ
ラムに内蔵されている。すなわち、適度な微小角度(た
とえば0.1°)だけ傾斜角度βf またはβp をずらし
て曲げモーメントに相当する値が演算され、傾斜角度に
よる曲げモーメントに相当する値の偏微分値に相当する
傾斜が算出されて、適正な修正が傾斜角度に加えられて
傾斜角度が自動的に再設定される。それゆえ、収束手段
の運用に際して操作員が必要とされないので、収束計算
がより速やかに行われる。また、曲げモーメントに相当
する値の許容範囲(すなわちε)をより狭く設定するこ
とにより、より精密に傾斜角度の適正値βf ,βp を求
めることが可能になる。Further, in this modification, the convergence means has a function in the program for automatically adjusting the set values of the inclination angles β f and β p by a numerical solution based on the inclination method. I have. That is, moderate small angle (e.g. 0.1 °) value corresponding to only the inclination angle beta f or beta staggered p bending moment is calculated, which corresponds to a partial differential value of a value corresponding to a bending moment due to the inclination angle The tilt is calculated and the correct correction is made to the tilt angle to automatically reset the tilt angle. Therefore, since an operator is not required for operating the convergence means, the convergence calculation is performed more quickly. Further, by setting the allowable range (ie, ε) of the value corresponding to the bending moment to be narrower, it becomes possible to more accurately obtain the appropriate values β f and β p of the inclination angle.
【0111】発明者らは、このような収束手段を持った
フライス盤制御装置3をすでに開発して試験的に運用し
ている。このフライス盤制御装置3は、ハードウェアで
言えば高機能のパソコンであり、ソフトウェアとして三
次元モデリングの機能をもつCADツールを内蔵してい
る。それゆえ、このフライス盤制御装置3によれば、立
体的な数値モデルの図形ディスプレイを伴って数値演算
を行う機能が得られ、仮想切削状況や切削による創成面
および切粉形状などの立体的な把握が操作員にとって容
易になるという効果がある。The inventors have already developed a milling machine control device 3 having such a convergence means and are operating it on a trial basis. The milling machine control device 3 is a high-performance personal computer in terms of hardware, and incorporates a CAD tool having a three-dimensional modeling function as software. Therefore, according to the milling machine control device 3, a function of performing a numerical operation with a graphic display of a three-dimensional numerical model is obtained, and a three-dimensional grasp of a virtual cutting situation, a created surface by cutting, and a shape of a chip is obtained. Has the effect that it becomes easier for the operator.
【0112】したがって本変形態様によれば、前述の実
施例1の効果に加えて、傾斜角度β f ,βp の適正値を
算出するまでの工数を含めて省力化が進むので、人為的
なミスが防止されるうえに人件費を低減することができ
るという効果がある。 (実施例1の変形態様2)本実施例の変形態様2とし
て、前述の数19および数20による疑似体積に代わっ
て、前述の数12に基づいた正しい意味での体積によっ
て曲げモーメントの相殺計算を行う方法の実施が可能で
ある。Therefore, according to the present modification, the above-described actual
In addition to the effect of the first embodiment, the inclination angle β f, ΒpThe appropriate value of
Since labor savings including man-hours until calculation are advanced,
Mistakes can be prevented and labor costs can be reduced.
There is an effect that. (Modification 2 of Embodiment 1) Modification 2 of Embodiment 1
Instead of the pseudo volume by the above equations 19 and 20
Therefore, the volume in the correct meaning based on the above equation 12
To calculate the bending moment by
is there.
【0113】すなわち、本変形態様では、送り方向に関
する左右曲げモーメントに対応する推算値は、ボールエ
ンドミルの回転軸の前半面での切粉体積と後半面での切
粉体積との差をもって推算され、その差に基づいて送り
方向の傾斜角度βf が再設定される。また、前後曲げモ
ーメントに対応する推算値は、ボールエンドミルの回転
軸の右半面での切粉体積と左半面での切粉体積との差を
もって推算され、その差に基づいてピックフィード方向
の傾斜角度βp が再設定される。That is, in this modified embodiment, the estimated value corresponding to the bending moment in the feed direction is estimated from the difference between the chip volume on the first half and the chip volume on the second half of the rotation axis of the ball end mill. , The inclination angle β f in the feed direction is reset based on the difference. The estimated value corresponding to the bending moment is calculated from the difference between the chip volume on the right half of the rotation axis of the ball end mill and the chip volume on the left half, and the inclination in the pick feed direction is calculated based on the difference. The angle β p is reset.
【0114】したがって本変形態様によれば、前述の実
施例1よりもより実際に即した切粉の体積計算に基づい
て傾斜角度βf ,βp が調整されるので、より高い仕上
がり寸法精度が得られるという効果がある。 (実施例1の変形態様3)本実施例の変形態様3とし
て、前述の実施例1の疑似体積または上記変形態様2の
体積を無次元化して収束判定を行うボールエンドミルに
よる切削方法の実施が可能である。Therefore, according to the present modification, the inclination angles β f and β p are adjusted based on the chip volume calculation more practically than in the first embodiment, so that a higher finished dimensional accuracy can be achieved. There is an effect that it can be obtained. (Modification 3 of Embodiment 1) As Modification 3 of the present embodiment, a cutting method using a ball end mill for performing convergence judgment by making the pseudo volume of Embodiment 1 or the volume of Modification 2 described above dimensionless is described. It is possible.
【0115】本変形態様では、切粉の疑似体積または体
積に含まれる工具半径Rは、同じ工具半径Rによって除
算されて無次元化され(当初からRをかけなければよ
い)、切粉厚さh(k,φ)は、切刃一枚当たりの送り
量fz によって除算されて無次元化される。切粉の疑似
体積または体積が無次元化されていれば、工具半径Rや
切刃一枚当たりの送り量fz などの切削条件が変化して
も、無次元化された疑似体積または体積に関する等価判
定の範囲を定める判定値εを調整する必要があまりなく
なる。In this modification, the tool radius R included in the pseudo volume or volume of the chips is divided by the same tool radius R to make it non-dimensional (it is not necessary to apply R from the beginning), and the chip thickness is reduced. h (k, φ) is divided by the feed amount f z per cutting edge to make it non-dimensional. If the pseudo volume or volume of the chips is dimensionless, even if cutting conditions such as the tool radius R and the feed rate f z per cutting edge change, the dimensionless pseudo volume or volume is reduced. There is less need to adjust the determination value ε that determines the range of the equivalence determination.
【0116】したがって本変形態様によれば、前述の実
施例1やその変形態様1,2の実施にあたって操作員の
設定入力が減るので、よりいっそう省力化できるという
効果がある。 [実施例2] (実施例2のボールエンドミルによる切削方法)本発明
の実施例2としてのボールエンドミルによる切削方法
は、前述の実施例1の疑似体積に代えて、互いに反対側
にある切粉断面積の差を抑制することによって曲げモー
メントを抑制する簡易的な方法である。任意の回転角度
位置φにある切粉断面積は、前述の数10によって切刃
角度位置kに関する単一の積分を行うだけで容易に求め
ることができる。Therefore, according to the present modified embodiment, the number of setting inputs by the operator is reduced when the above-described first embodiment and the first and second modified embodiments are implemented, so that there is an effect that the labor can be further saved. Embodiment 2 (Cutting Method by Ball End Mill of Embodiment 2) The cutting method by a ball end mill as Embodiment 2 of the present invention is similar to that of Embodiment 1 except that the pseudo volume of This is a simple method of suppressing a bending moment by suppressing a difference in cross-sectional area. The chip cross-sectional area at an arbitrary rotation angle position φ can be easily obtained only by performing a single integration with respect to the cutting edge angle position k according to the above equation (10).
【0117】すなわち、本実施例のボールエンドミルに
よる切削方法では、送り方向に関して前後方向の曲げモ
ーメントに対応する推算値は、ボールエンドミルの回転
軸の右方での切粉断面積A(0°)と左方での切粉断面
積A(180°)との差をもって推算される。また、送
り方向に対して左右方向の曲げモーメントに対応する推
算値は、ボールエンドミルの回転軸の前方での切粉断面
積A(270°)と後方での切粉断面積A(90°)と
の差をもって推算される。That is, in the cutting method using the ball end mill of this embodiment, the estimated value corresponding to the bending moment in the front-rear direction with respect to the feed direction is the chip cross-sectional area A (0 °) on the right side of the rotation axis of the ball end mill. And the chip cross-sectional area A (180 °) on the left. The estimated value corresponding to the bending moment in the left-right direction with respect to the feed direction is the chip cross-sectional area A (270 °) in front of the rotation axis of the ball end mill and the chip cross-sectional area A (90 °) behind. Is estimated with the difference from
【0118】それゆえ、送り方向に関して左右方向の傾
斜角度βp は、送り方向の左右の切粉断面積の差がゼロ
に収束すれば、前後方向の曲げモーメントが十分に抑制
されるものとして適正値を判定される。同様に、送り方
向に関して前後方向の傾斜角度βf は、送り方向の前後
の切粉断面積の差がゼロに収束すれば、左右方向の曲げ
モーメントが十分に抑制されるものとして適正値を判定
される。Therefore, the inclination angle β p in the left-right direction with respect to the feed direction is appropriate as long as the bending moment in the front-rear direction is sufficiently suppressed if the difference between the left and right chip cross-sectional areas in the feed direction converges to zero. The value is determined. Similarly, the inclination angle β f in the front-rear direction with respect to the feed direction is determined to be an appropriate value on the assumption that the bending moment in the left-right direction is sufficiently suppressed if the difference in the cross-sectional area of the chips before and after the feed direction converges to zero. Is done.
【0119】したがって、本実施例のボールエンドミル
による切削方法によれば、前述の実施例1に準ずる仕上
げ寸法精度の向上効果が得られながら、演算量が激減す
る。それゆえ、本実施例はより安価なハード/ソフトの
組み合わせで実施可能であるので、実施例1よりもコス
トダウンできるという効果がある。なお、本実施例につ
いても、実施例1と同様に対応するフライス盤制御装置
3の実施が可能である。Therefore, according to the cutting method using the ball end mill of the present embodiment, the amount of calculation is drastically reduced while obtaining the effect of improving the finishing dimensional accuracy according to the first embodiment. Therefore, the present embodiment can be implemented by a cheaper combination of hardware and software, so that there is an effect that the cost can be reduced as compared with the first embodiment. In this embodiment, the corresponding milling machine control device 3 can be implemented as in the first embodiment.
【0120】(実施例2の変形態様1)本実施例の変形
態様1として、数10によって算出される切粉断面積A
(φ)の差を取る代わりに、前述の数11によって算出
される切粉断面積の面積モーメントMA(φ)の差を取
って、傾斜角度βf ,βp を適正値に収束させる方法の
実施が可能である。ボールエンドミルに作用する切削抵
抗は、切粉断面積A(φ)よりもむしろ切粉断面積の面
積モーメントMA(φ)によって支配されるので、本変
形態様では曲げモーメントの推算が実施例2よりも正確
になり、傾斜角度βf ,βp の収束値もより正確にな
る。(Modification 1 of Embodiment 2) As Modification 1 of the present embodiment, the chip cross-sectional area A calculated by Expression 10 is used.
Instead of taking the difference of (φ), the difference of the area moment MA (φ) of the chip cross-sectional area calculated by the above equation 11 is taken, and the inclination angles β f and β p are converged to appropriate values. Implementation is possible. Since the cutting force acting on the ball end mill is governed by the area moment MA (φ) of the chip cross-sectional area rather than the chip cross-sectional area A (φ), in this modification, the bending moment is estimated from the second embodiment. And the convergence values of the inclination angles β f and β p become more accurate.
【0121】したがって本変形態様によれば、収束判定
された傾斜角度βf ,βp の適正値はより正確になり、
実施例2よりもわずかに演算量が増大するだけで実施例
2よりも仕上がり寸法精度が向上するという効果があ
る。 (実施例2のその他の変形態様)本実施例に対しても、
前述の実施例1の変形態様1,3に対応する変形態様の
実施が可能であり、同様の作用効果が得られる。Therefore, according to the present modification, the proper values of the inclination angles β f and β p for which convergence has been determined become more accurate, and
There is an effect that the finished dimensional accuracy is improved as compared with the second embodiment only by slightly increasing the calculation amount as compared with the second embodiment. (Other Modifications of Embodiment 2) For this embodiment,
Modifications corresponding to Modifications 1 and 3 of Embodiment 1 described above can be performed, and the same function and effect can be obtained.
【0122】[実施例3] (実施例3のボールエンドミルによる切削方法)本発明
の実施例3としてのボールエンドミルによる切削方法
は、前述の数14および数15によって、送り方向に関
して左右方向の分力に比例する値Fpと、前後方向への
分力に比例する値Ffとを算出する本格的な方法であ
る。[Embodiment 3] (Cutting Method by Ball End Mill of Embodiment 3) The cutting method by the ball end mill as the embodiment 3 of the present invention uses the above-mentioned formulas 14 and 15 to calculate the cutting distance in the lateral direction with respect to the feed direction. This is a full-scale method of calculating a value Fp proportional to the force and a value Ff proportional to the component force in the front-back direction.
【0123】すなわち、本実施例のボールエンドミルに
よる切削方法では、送り方向に関して左右曲げモーメン
トおよび前後曲げモーメントに対応する両推算値は、数
14および数15によって推算される。つまり両推算値
は、それぞれ、ボールエンドミルによって生じ切粉断面
積と直交して作用する切削抵抗の左右方向分力および前
後方向分力の回転軸の全周に関する積分値Fp,Ffと
して、数14および数15によって推算される。切削抵
抗の左右方向分力および前後方向分力は、数14および
数15によって算出される積分値Fp,Ffに最も正確
に反映されるから、積分値Fp,Ffがゼロ付近に抑制
されれば、左右方向および前後方向の曲げモーメントも
かなり精密にゼロ付近に抑制される。That is, in the cutting method using the ball end mill of the present embodiment, both estimated values corresponding to the lateral bending moment and the longitudinal bending moment in the feed direction are estimated by Expressions 14 and 15. That is, both estimated values are respectively integrated values Fp and Ff of the cutting force generated by the ball end mill and acting perpendicularly to the cross-sectional area of the chip and acting on the entire circumference of the rotating shaft of the component force in the left-right direction and the force component in the front-rear direction. And Equation 15: Since the left-right component force and the front-rear component force of the cutting force are most accurately reflected on the integral values Fp and Ff calculated by Equations 14 and 15, if the integral values Fp and Ff are suppressed to near zero, The bending moments in the left-right direction and the front-rear direction are also very precisely suppressed to near zero.
【0124】それゆえ、数14および数15によって算
出される積分値Fp,Ffをそれぞれゼロ付近に抑制す
る傾斜角度βf ,βp の収束値は、かなり精密に左右方
向および前後方向の曲げモーメントをゼロ付近に抑制す
る適正値である。したがって、本実施例のボールエンド
ミルによる切削方法によれば、実施例1の演算量の数倍
程度に演算量が増えるだけで、実施例1よりもよりいっ
そう仕上げ寸法精度が向上した切削加工が可能になると
いう効果がある。Therefore, the convergence values of the inclination angles β f , β p for suppressing the integrated values Fp, Ff calculated by the equations (14) and (15) to near zero, respectively, are quite precisely the bending moments in the left-right direction and the front-back direction. Is an appropriate value for suppressing the value near zero. Therefore, according to the cutting method using the ball end mill of the present embodiment, it is possible to perform the cutting process in which the finishing dimensional accuracy is further improved than in the first embodiment only by increasing the calculation amount to several times the calculation amount of the first embodiment. Has the effect of becoming
【0125】なお、本実施例についても、実施例1と同
様に対応するフライス盤制御装置3の実施が可能であ
る。 (実施例3の変形態様1)本実施例の変形態様1とし
て、両傾斜角度βf ,βp を同時に再設定することによ
り、両曲げモーメントに対応する値Ff,Fpを同時に
抑制して、両傾斜角度βf ,βp を適正値に速やかに収
束させる方法の実施が可能である。In this embodiment, the corresponding milling machine control device 3 can be implemented similarly to the first embodiment. (Modification 1 of Embodiment 3) As Modification 1 of the present embodiment, the values Ff and Fp corresponding to both bending moments are suppressed simultaneously by resetting both the inclination angles β f and β p at the same time. It is possible to implement a method of quickly converging the two inclination angles β f and β p to appropriate values.
【0126】すなわち、曲げモーメントに対応する値F
f,Fpの両方を同時に低減させる目的では、評価関数
PとしてFfとFpとの二乗和P≡Ff2+Fp2を採用
し、最急降下法で両傾斜角度βf ,βp を収束させるこ
とができる。その際、傾斜角度βf ,βp をそれぞれ微
小角度だけ変化させて算出した評価関数Pに基づいて、
∂P/∂βf ,∂P/∂βp に相当する互いに直交した
傾斜を算出し、両変数βf ,βp を最急降下法によって
並行して適正値に収束させる。それゆえ、繰り返し演算
の回数を低減させることができ、実施例3よりも演算量
を低減させることが可能になる。That is, the value F corresponding to the bending moment
For the purpose of simultaneously reducing both f and Fp, the sum of squares P≡Ff 2 + Fp 2 of Ff and Fp is adopted as the evaluation function P, and both inclination angles β f and β p are converged by the steepest descent method. it can. At this time, based on the evaluation function P calculated by changing the inclination angles β f and β p by minute angles,
The mutually perpendicular slopes corresponding to ∂P / ∂β f and ∂P / ∂β p are calculated, and both variables β f and β p are converged to an appropriate value in parallel by the steepest descent method. Therefore, the number of repetitive operations can be reduced, and the amount of operations can be reduced as compared with the third embodiment.
【0127】したがって本変形態様によれば、前述の実
施例3の優れた効果をそのまま保ちながら、実施例3よ
りも演算量を低減させて演算時間を短縮させることがで
きるという効果がある。それゆえ、切削抵抗のモデリン
グをする上での仮定が十分に正しければ、おそらく本変
形態様が本発明のベストモードであるとするのが妥当で
あろう。Therefore, according to the present modification, there is an effect that the amount of calculation can be reduced and the calculation time can be reduced as compared with the third embodiment, while maintaining the excellent effects of the third embodiment. Therefore, if the assumptions made in modeling the cutting force are sufficiently correct, it is probably reasonable to assume that this variant is the best mode of the present invention.
【0128】(実施例3の各種変形態様)本実施例に対
しても、前述の実施例1の変形態様1,3に対応する変
形態様の実施が可能であり、同様の作用効果が得られ
る。(Various Modifications of the Third Embodiment) Modifications corresponding to the first and third modifications of the first embodiment described above can be implemented in this embodiment, and the same operation and effect can be obtained. .
【図1】 プランジカットの一典型例を示す斜視図FIG. 1 is a perspective view showing a typical example of a plunge cut.
【図2】 プランジカットの他の典型例を示す斜視図FIG. 2 is a perspective view showing another typical example of plunge cutting.
【図3】 垂直切削での切粉断面積を示す模式図FIG. 3 is a schematic view showing a cross-sectional area of a chip in vertical cutting.
【図4】 プランジカットでの切粉断面積を示す模式図FIG. 4 is a schematic diagram showing a chip cross-sectional area in plunge cutting.
【図5】 工具座標系での角度の定義を示す組図 (a)回転角度位置φおよび切刃角度位置kを示す斜視
図 (b)切刃角度位置kの定義を示す斜視図 (c)回転角度位置φの定義を示す斜視図FIG. 5 is a set diagram showing the definition of an angle in a tool coordinate system. (A) A perspective view showing a rotation angle position φ and a cutting edge angle position k. (B) A perspective view showing a definition of a cutting edge angle position k. Perspective view showing the definition of the rotation angle position φ
【図6】 切粉の体積等を算出するために切粉の形状を
示す組図 (a)ボールエンドミルとワークとを示す斜視図 (b)切粉の形状を模式的に示す斜視図 (c)切粉断面積の一例を示す模式図 (d)切粉断面積の他の一例を示す模式図FIG. 6 is a set diagram showing the shape of a chip for calculating the volume of the chip and the like. (A) A perspective view showing a ball end mill and a work. (B) A perspective view schematically showing a shape of a chip. ) Schematic diagram showing an example of the chip cross-sectional area. (D) Schematic diagram showing another example of the chip cross-sectional area.
【図7】 切削による創成面の形状等を示す組図 (a)切り込み深さtとピックフィードpとを示す斜視
図 (b)切削による創成面の形状を示す斜視図 (c)視点Aからの創成面の形状を示す断面図7A and 7B are perspective views showing a cutting depth t and a pick feed p; and FIG. 7B is a perspective view showing a shape of a cutting surface created by cutting. Sectional view showing the shape of the creation surface of
【図8】 ボールエンドミルによる切削の固有挙動を示
すグラフFIG. 8 is a graph showing the intrinsic behavior of cutting by a ball end mill.
【図9】 一枚の切刃による一周分の切粉の形状を示す
斜視図FIG. 9 is a perspective view showing a shape of a chip for one round by one cutting blade.
【図10】ボールエンドミルの刃先開孔部を模式的に示
す断面図FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing an opening portion of a blade end of a ball end mill.
【図11】実施例1での工具回転角度φc の定義を示す
模式図FIG. 11 is a schematic diagram showing a definition of a tool rotation angle φ c in the first embodiment.
【図12】実施例1の傾斜角度設定ロジックの前半部を
示すフローチャートFIG. 12 is a flowchart illustrating the first half of the tilt angle setting logic according to the first embodiment.
【図13】実施例1の傾斜角度設定ロジックの後半部を
示すフローチャートFIG. 13 is a flowchart illustrating the second half of the tilt angle setting logic according to the first embodiment.
【図14】実施例1としてのフライス盤制御装置の配置
を示すブロック図FIG. 14 is a block diagram showing an arrangement of a milling machine control device as the first embodiment;
βf :ボールエンドミルの送り方向への傾斜角度(βf
<0) βp :ボールエンドミルのピックフィード方向への傾斜
角度(βp <0) β:ボールエンドミルの傾斜角度ベクトル(β=[β
f ,βp ]T ) R:ボールエンドミルのカッター半径[mm] fz:カッター(切刃)一枚当たりの工具送り量[mm/
tooth] t:切り込み深さ[mm] p:ピックフィード[m
m] k:切り刃角度位置 kc:実効切刃角度(kc=ka−ke) ka:実切削時の最高位置での切刃角度位置 ke:実切削時の最低位置での切刃角度位置 φ:ボールエンドミルの切刃稜の回転角度位置 φc:実切削中の回転角度(φc=φa−φe) φa:切削終了時の回転角度位置 φe:切り込み時の回転角度位置 h,h(k,φ):切粉厚さ lc:実効切削長さ s:実効切り刃長さ α:開孔角度(半頂角) L:開孔直径 1:製品図面の記憶装置(CADによる数値データの記
憶装置) 2:CAD/CAM処理装置 3:フライス盤制御装置(本発明の装置) 4:NCフライス盤 5:NCフライス盤の制御盤 51:xyz三軸制御部 52:ab二軸制御部 6:NCフライス盤の駆動部β f : The angle of inclination of the ball end mill in the feed direction (β f
<0) β p : inclination angle of the ball end mill in the pick feed direction (β p <0) β: inclination angle vector of the ball end mill (β = [β
f, β p] T) R : Cutter radius of the ball end mill [mm] f z: cutter (cutting blade) tool feed per one [mm /
tooth] t: Depth of cut [mm] p: Pick feed [m
m] k: cutting edge angle positions k c: the effective cutting edge angle (k c = k a -k e ) k a: cutting edge angle position k e at the highest position in the actual cutting: Lowest position during actual cutting Φ: Rotation angle position of the cutting edge of the ball end mill φ c : Rotation angle during actual cutting (φ c = φ a- φ e ) φ a : Rotation angle position at the end of cutting φ e : Infeed H, h (k, φ): Chip thickness l c : Effective cutting length s: Effective cutting edge length α: Opening angle (half apex angle) L: Opening diameter 1: Product Storage device for drawings (storage device for numerical data by CAD) 2: CAD / CAM processing device 3: Milling machine control device (device of the present invention) 4: NC milling machine 5: NC milling machine control board 51: xyz three-axis control unit 52 : Ab two-axis control unit 6: NC milling machine drive unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内藤 国雄 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 渡辺 一樹 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 ▲高▼田 泰久 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 3C022 AA09 AA10 KK02 KK06 QQ00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kunio Naito 41 Toyota Chuo R & D Co., Ltd., No. 41, Nagachutecho, Aichi-gun Toyota Motor Co., Ltd. (72) Inventor ▲ Takahisa Yasuhisa 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Co., Ltd. F-term (reference) 3C022 AA09 AA10 KK02 KK06 QQ00
Claims (6)
ールエンドミルを送り方向に関して前後方向および左右
方向に傾けてプランジカット(突っ込み切削)を行うに
あたり、 切削前に、該ボールエンドミルの該回転軸の前後傾斜角
度および左右傾斜角度の両角度の設定値を初期設定し、
該ボールエンドミルの回転軸の前後方向にかかる前後曲
げモーメントに対応する推算値と、該回転軸の左右方向
にかかる左右曲げモーメントに対応する推算値とを推算
して、両該推算値が所定値以下になるまで、該設定値の
再設定および該推算を繰り返し行い、もって該両角度の
適正値を算出し、 該適正値をもって該フライス盤の該ボールエンドミルの
傾斜角度を設定したうえで切削を行うことを特徴とする
ボールエンドミルによる切削方法。In a milling machine, when a ball end mill is tilted in a front-rear direction and a left-right direction with respect to a feeding direction with respect to a surface of a workpiece, plunge cutting (piercing cutting) is performed, and before and after the cutting, the rotating shaft of the ball end mill is tilted back and forth. Initialize the setting values of both the angle and the left and right tilt angle,
An estimated value corresponding to the longitudinal bending moment applied in the front-rear direction of the rotation axis of the ball end mill and an estimated value corresponding to the left-right bending moment applied in the left-right direction of the rotation axis are calculated, and both the estimated values are predetermined values. The resetting of the set value and the estimation are repeated until the following values are obtained, the proper values of the two angles are calculated, and the cutting is performed after setting the inclination angle of the ball end mill of the milling machine with the proper values. A cutting method using a ball end mill.
は、前記ボールエンドミルの前記回転軸の右方での切粉
断面積と左方での切粉断面積との差をもって推算され、 前記左右曲げモーメントに対応する推算値は、該ボール
エンドミルの該回転軸の前方での切粉断面積と後方での
切粉断面積との差をもって推算される、 請求項1記載のボールエンドミルによる切削方法。2. An estimated value corresponding to the front-rear bending moment is estimated based on a difference between a chip cross-sectional area on the right side and a chip cross-sectional area on the left side of the rotation axis of the ball end mill. The cutting method using the ball end mill according to claim 1, wherein the estimated value corresponding to the bending moment is estimated based on a difference between a chip cross-sectional area in front of the rotation axis of the ball end mill and a chip cross-sectional area in rear of the ball end mill. .
は、前記ボールエンドミルの前記回転軸の右半面での切
粉体積と左半面での切粉体積との差をもって推算され、 前記左右曲げモーメントに対応する推算値は、該ボール
エンドミルの該回転軸の前半面での切粉体積と後半面で
の切粉体積との差をもって推算される、 請求項1記載のボールエンドミルによる切削方法。3. An estimated value corresponding to the front-rear bending moment is estimated from a difference between a chip volume on a right half surface and a chip volume on a left half surface of the rotating shaft of the ball end mill, The cutting method using the ball end mill according to claim 1, wherein the estimated value corresponding to (1) is estimated based on a difference between a chip volume on a front half surface of the rotary shaft of the ball end mill and a chip volume on a rear half surface of the ball end mill.
げモーメントに対応する両前記推算値は、それぞれ、前
記ボールエンドミルによって生じ切粉断面積と直交して
作用する切削抵抗の前後方向分力および左右方向分力の
前記回転軸の全周に関する積分値として推算される、 請求項1記載のボールエンドミルによる切削方法。4. The front-rear bending moment and the left-right bending moment correspond to the front-rear component force and the left-right direction of the cutting force generated by the ball end mill and acting orthogonally to the chip cross-sectional area. The cutting method using a ball end mill according to claim 1, wherein the component force is estimated as an integrated value of the entire circumference of the rotation axis.
り方向に関して前後方向および左右方向にそれぞれ所定
の傾斜角度をもって傾けてプランジカット(突っ込み切
削)を行うことが可能なフライス盤に対し、該ボールエ
ンドミルの回転軸の傾斜角度を適正な値に設定するフラ
イス盤制御装置であって、 少なくとも、前記ボールエンドミルの工具半径およびカ
ッター刃数と、所望のピックフィード、切り込み深さ、
送り速度および工具回転速度とに相当する入力値を入力
する入力手段と、 該入力値と、適当に設定された該ボールエンドミルの両
該傾斜角度の初期値と、適当に設定された積分刻み幅と
に基づいて、該ボールエンドミルの回転軸の前後方向に
かかる前後曲げモーメントに対応する推算値と、該回転
軸の左右方向にかかる左右曲げモーメントに対応する推
算値とを推算する推算手段と、 該推算手段による両該推算値が所定値以下になるまで、
該ボールエンドミルの該回転軸の前後傾斜角度および左
右傾斜角度の両角度の設定値を調整して該推算を繰り返
し行い、もって該両角度の適正値を算出する収束手段
と、 該収束手段によって算出された両該角度の該適正値を、
前記フライス盤の工具傾斜角度設定手段に適合した形式
で該フライス盤に出力する出力手段と、を有することを
特徴とするフライス盤制御装置。5. A ball end mill for a milling machine capable of performing plunge cutting (piercing cutting) by inclining a ball end mill with respect to a surface of a workpiece in a front-rear direction and a left-right direction with respect to a feed direction, respectively. A milling machine control device for setting a tilt angle of a rotating shaft to an appropriate value, at least, a tool radius and the number of cutter blades of the ball end mill, a desired pick feed, a cutting depth,
Input means for inputting input values corresponding to the feed speed and the tool rotation speed; the input values, the initial values of the inclination angles of the ball end mill appropriately set, and the integration step width appropriately set Based on the estimated value corresponding to the longitudinal bending moment applied in the front-rear direction of the rotation axis of the ball end mill, and estimation means for estimating the estimated value corresponding to the left-right bending moment applied in the left-right direction of the rotation axis, Until both the estimated values by the estimating means are equal to or less than a predetermined value,
A convergence means for adjusting the set values of both the front-rear inclination angle and the left-right inclination angle of the rotation axis of the ball end mill, repeating the estimation, and thereby calculating an appropriate value of the two angles; The appropriate values of the two angles are
Output means for outputting to the milling machine in a format suitable for the tool inclination angle setting means of the milling machine.
調整する際に、傾斜法に基づく数値解法によって自動的
に調整を行う、 請求項5記載のフライス盤制御装置。6. The milling machine control device according to claim 5, wherein said convergence means automatically adjusts the set values of the angles by a numerical solution based on a tilt method.
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|---|---|---|---|
| JP17504098A JP2000005915A (en) | 1998-06-22 | 1998-06-22 | Ball end mill cutting method and milling machine controller |
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| JP17504098A JP2000005915A (en) | 1998-06-22 | 1998-06-22 | Ball end mill cutting method and milling machine controller |
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| JP17504098A Pending JP2000005915A (en) | 1998-06-22 | 1998-06-22 | Ball end mill cutting method and milling machine controller |
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| JP (1) | JP2000005915A (en) |
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