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JP2011022898A - Cutting method for work material - Google Patents

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JP2011022898A
JP2011022898A JP2009168821A JP2009168821A JP2011022898A JP 2011022898 A JP2011022898 A JP 2011022898A JP 2009168821 A JP2009168821 A JP 2009168821A JP 2009168821 A JP2009168821 A JP 2009168821A JP 2011022898 A JP2011022898 A JP 2011022898A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
work material
axis
cutting
data
workpiece
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009168821A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiki Hirogaki
俊樹 廣垣
Eiichi Aoyama
栄一 青山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Doshisha Co Ltd
Original Assignee
Doshisha Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Doshisha Co Ltd filed Critical Doshisha Co Ltd
Priority to JP2009168821A priority Critical patent/JP2011022898A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for cutting a work material for minimizing influences by motion precision errors which a variety of mechanisms and structures included in a machining center have on completion size precision of a machined surface. <P>SOLUTION: The method is for forming a machined surface including a curved surface on a workpiece 100 being the work material by using the machining center which includes a main shaft to which an end mill tool 50 is attached and a hold part for holding the workpiece 100 as a work material and cuts the workpiece 100 by moving the main shaft and the hold part synchronously on the basis of NC (Numerical Control) data. The method includes: a step for creating the NC data so that the direction and size of a forward velocity vector Fc of a cut point P where the workpiece 100 is in contact with the end mill tool 50 may become constant on the basis of shape data of the machined surface and a shape of the end mill tool 50; and a step for forming a machined surface on the workpiece 100 on the basis of the NC data created. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、NC(Numerical Control)データに基づいて駆動するマシニングセンタを用いて、被削材に曲面を含む創成面を形成する被削材の切削方法に関する。   The present invention relates to a cutting method of a work material that uses a machining center that is driven based on NC (Numerical Control) data to form a generating surface including a curved surface on the work material.

たとえば金型等の製作のために、CAM(Computer Aided Manufacturing)システムを利用した被削材(以下、ワークとも称する)の切削加工が行なわれている。CAMシステムを利用したワークの切削加工では、CAD(Computer Aided Design)にて作成された創成面の3次元データとマシニングセンタの主軸に取付けられる切削工具の形状データとがCAMに入力されることにより、当該CAMにてNCデータが作成され、作成されたNCデータに基づいてマシニングセンタが駆動することでワークの切削処理が行なわれる。   For example, in order to manufacture dies and the like, cutting of a work material (hereinafter also referred to as a workpiece) using a CAM (Computer Aided Manufacturing) system is performed. In workpiece cutting using the CAM system, the 3D data of the created surface created by CAD (Computer Aided Design) and the shape data of the cutting tool attached to the spindle of the machining center are input to the CAM. NC data is created by the CAM, and the machining process is performed by driving the machining center based on the created NC data.

上述した金型等の製作に際しては、切削工具として回転工具の一種であるエンドミル工具が利用されることが一般的である。そのため、マシニングセンタの主軸には、エンドミル工具を主軸の軸線周りに回転させるためのスピンドルが取付けられ、当該スピンドルを介して主軸にエンドミル工具が取付けられることになる。   When manufacturing the above-described mold or the like, an end mill tool which is a kind of rotating tool is generally used as a cutting tool. Therefore, a spindle for rotating the end mill tool around the axis of the spindle is attached to the spindle of the machining center, and the end mill tool is attached to the spindle through the spindle.

従来のCAMシステムにおいては、主軸に取付けられたエンドミル工具をX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の並進3方向で運動制御することが行なわれており、これにより3次元の任意の形状の創成を可能にしている。この場合、CAMにて製作されるNCデータは、主軸に取付けられたエンドミル工具の中心位置(以下、工具中心とも称する)の経路データとなり、この工具中心の経路データに基づいてエンドミル工具が移動することで、マシニングセンタの保持部としてのテーブルにセットされたワークの切削が行なわれる。   In the conventional CAM system, the end mill tool attached to the main shaft is controlled to move in three translational directions in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. Creation is possible. In this case, the NC data produced by the CAM becomes the path data of the center position (hereinafter also referred to as the tool center) of the end mill tool attached to the spindle, and the end mill tool moves based on the path data of the tool center. As a result, the workpiece set on the table as the holding portion of the machining center is cut.

ここで、実際にエンドミル工具とワークとが接触する切削点は、工具中心からエンドミル工具の半径だけ離れた位置となる。そのため、エンドミル工具が直線運動を行なっている場合(すなわち創成面が平面である場合)には、工具中心の移動速度の大きさと切削点の送り速度の大きさとが等しくなることになり、切削加工後の加工面(すなわち形成された創成面)の品位が良好に保たれることになる。しかしながら、エンドミル工具が曲線運動を行なっている場合(すなわち創成面が曲面である場合)には、工具中心の移動速度の大きさと切削点の送り速度の大きさとが異なることとなってしまうため、切削加工後の加工面の品位に低下が生じてしまう問題があった。   Here, the cutting point at which the end mill tool and the workpiece actually contact each other is a position separated from the tool center by the radius of the end mill tool. Therefore, when the end mill tool is moving linearly (that is, when the generating surface is a flat surface), the tool center moving speed is equal to the cutting point feed speed. The quality of the subsequent processed surface (that is, the created surface) is kept good. However, when the end mill tool performs a curved motion (that is, when the generating surface is a curved surface), the magnitude of the moving speed of the tool center and the magnitude of the feeding speed of the cutting point will be different. There has been a problem in that the quality of the machined surface after cutting is reduced.

そこで、近年のCAMシステムにおいては、CAMにて作成される工具中心の経路データを、上述した切削点の送り速度ベクトルの大きさが一定となるように、創成すべき面の形状データとエンドミル工具の形状データとに基づいて算出することが行なわれている。(たとえば、特開平9−29584号公報(特許文献1)、特開2002−233930号公報(特許文献2)等参照)。これにより、エンドミル工具が直線運動を行なっているか曲線運動を行なっているかに関わらず、切削点の送り速度ベクトルの大きさが常に一定に保たれることになり、上述した加工面の品位低下の問題の解決が図られている。   Therefore, in the recent CAM system, the shape data of the surface to be created and the end mill tool so that the path data of the tool center created by the CAM is constant so that the feed rate vector of the cutting point described above is constant. Is calculated based on the shape data. (For example, refer to JP-A-9-29584 (Patent Document 1), JP-A-2002-233930 (Patent Document 2), etc.). As a result, regardless of whether the end mill tool performs a linear motion or a curved motion, the magnitude of the feed rate vector at the cutting point is always kept constant, which reduces the quality of the above-described machining surface. The problem is being solved.

特開平9−29584号公報JP-A-9-29584 特開2002−233930号公報JP 2002-233930 A

しかしながら、切削点の送り速度ベクトルの大きさが一定となるようにNCデータを作成した場合にも、マシニングセンタに含まれる各種機構や構造が有する運動精度誤差(たとえば、主軸やテーブルを駆動する機構に含まれるバックラッシュ、スティックモーション、ロストモーション等に起因する運動精度誤差、サーボの遅れに起因する運動精度誤差、熱変位や支持剛性の異方性等に起因する運動精度誤差等)を排除することはできない。そのため、この各種機構や構造が有する運動精度誤差は、NCデータに基づいて移動するエンドミル工具の中心位置の移動軌跡にずれを生じさせ、結果としてその運動精度誤差が加工面に転写されて加工面の仕上がり寸法精度を低下させてしまう要因となっていた。   However, even when NC data is created so that the feed rate vector of the cutting point is constant, motion accuracy errors (for example, a mechanism that drives a spindle or a table) that various mechanisms and structures included in the machining center have. Eliminate motion accuracy errors due to backlash, stick motion, lost motion, etc., motion accuracy errors due to servo delay, motion accuracy errors due to thermal displacement, support rigidity anisotropy, etc.) I can't. For this reason, the movement accuracy error of these various mechanisms and structures causes a shift in the movement locus of the center position of the end mill tool that moves based on the NC data, and as a result, the movement accuracy error is transferred to the machining surface. As a result, the finished dimensional accuracy was reduced.

そこで、本発明は、上述した問題を解決すべくなされたものであり、高精度に加工面を仕上げることが可能となるように、マシニングセンタに含まれる各種機構や構造が有する運動精度誤差が加工面の仕上がり寸法精度に与える影響を抑制することができる被削材の切削方法を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and motion accuracy errors of various mechanisms and structures included in the machining center are present on the machining surface so that the machining surface can be finished with high accuracy. It aims at providing the cutting method of the work material which can suppress the influence which it has on finishing dimensional accuracy.

近年においては、上述した並進3方向でのエンドミル工具の運動制御に加え、ワークがセットされるテーブルまたはエンドミル工具が取付けられた主軸のいずれかを上述した並進3方向の軸線のうちのいずれか2軸周りに運動制御する、いわゆる5軸制御マシニングセンタが普及してきている。しかしながら、当該5軸制御マシニングセンタを含むCAMシステムにおいてどのようにNCデータを作成するかについては未だ十分にその開発が行なわれておらず、当該付加された回転軸は、単に斜面などの割り出し等に利用される範囲にその活用が留まっている。本発明者らは、この5軸制御マシニングセンタの少なくとも並進2方向および回転1方向における運動制御を行なうことで、上述した切削点の送り速度ベクトルの向きまたはこれに加えて大きさを一定に保つことができることに着想し、本発明を完成させるに至った。   In recent years, in addition to the above-described motion control of the end mill tool in the three translational directions, either the table on which the workpiece is set or the main shaft to which the end mill tool is attached is any two of the axes in the three translational directions described above. A so-called five-axis control machining center that controls motion around an axis has become widespread. However, how to create NC data in the CAM system including the 5-axis control machining center has not been sufficiently developed yet, and the added rotation axis is used only for indexing a slope or the like. Its use remains within the scope of use. The present inventors perform a motion control in at least two translational directions and one rotational direction of the five-axis control machining center, thereby keeping the direction of the feed velocity vector at the cutting point or the size constant in addition thereto. The present invention has been completed with the idea of being able to do so.

すなわち、本発明の第1の局面に基づく被削材の切削方法は、切削工具が取付けられた主軸と、被削材を保持する保持部とを備え、NCデータに基づいて上記主軸および上記保持部を同期させて移動させることにより、上記切削工具と上記被削材とを接触させて上記被削材を切削するマシニングセンタを用いて、上記被削材に曲面を含む創成面を形成する被削材の切削方法であって、上記創成面の形状データと上記切削工具の形状データとに基づいて、上記被削材と上記切削工具とが接触する切削点の送り速度ベクトルの向きが一定となるように上記NCデータを作成するステップと、作成された上記NCデータに基づいて上記切削工具および上記保持部を同期させて移動させることにより、上記被削材に上記創成面を形成するステップとを備える。   That is, the cutting method of the work material based on 1st aspect of this invention is equipped with the main axis | shaft to which the cutting tool was attached, and the holding part holding a work material, The said main shaft and the said holding | maintenance based on NC data By using a machining center that cuts the work material by bringing the cutting tool and the work material into contact with each other by moving the parts synchronously, a work that forms a generating surface including a curved surface on the work material A method of cutting a material, wherein a direction of a feed speed vector of a cutting point at which the work material and the cutting tool come into contact is constant based on the shape data of the generating surface and the shape data of the cutting tool. The step of creating the NC data and the step of forming the generating surface on the work material by moving the cutting tool and the holding portion in synchronization based on the created NC data. Obtain.

また、本発明の第2の局面に基づく被削材の切削方法は、切削工具が取付けられた主軸と、被削材を保持する保持部とを備え、NCデータに基づいて上記主軸および上記保持部を同期させて移動させることにより、上記切削工具と上記被削材とを接触させて上記被削材を切削するマシニングセンタを用いて、上記被削材に曲面を含む創成面を形成する被削材の切削方法であって、上記創成面の形状データと上記切削工具の形状データとに基づいて、上記被削材と上記切削工具とが接触する切削点の送り速度ベクトルの向きおよび大きさが一定となるように上記NCデータを作成するステップと、作成された上記NCデータに基づいて上記切削工具および上記保持部を同期させて移動させることにより、上記被削材に上記創成面を形成するステップとを備える。   A cutting method for a work material according to the second aspect of the present invention includes a main shaft to which a cutting tool is attached and a holding portion for holding the work material, and the main shaft and the holding based on NC data. By using a machining center that cuts the work material by bringing the cutting tool and the work material into contact with each other by moving the parts synchronously, a work that forms a generating surface including a curved surface on the work material A method of cutting a material, wherein the direction and magnitude of a feed speed vector of a cutting point at which the work material and the cutting tool are in contact with each other are determined based on the shape data of the generating surface and the shape data of the cutting tool. The step of creating the NC data to be constant and the generating surface is formed on the work material by moving the cutting tool and the holding unit synchronously based on the created NC data. Ste And a flop.

このように、NCデータの作成に際し、被削材と切削工具とが接触する切削点の送り速度ベクトルの向きまたはこれに加えて大きさが常に一定に保たれるように当該NCデータを作成し、作成したNCデータに基づいてマシニングセンタを駆動することにより、マシニングセンタに含まれる各種機構や構造が有する運動精度誤差のうち、切削点の送り速度ベクトルの向きと同じ方向に沿って生じる運動精度誤差が被削材に転写されることが確実に防止できる。したがって、従来に比して高精度に加工面を仕上げることが可能になる。   In this way, when creating NC data, the NC data is created so that the direction of the feed rate vector at the cutting point where the work material and the cutting tool are in contact with each other or the size thereof is always kept constant. By driving the machining center based on the created NC data, among the movement accuracy errors of various mechanisms and structures included in the machining center, the movement accuracy error that occurs along the same direction as the direction of the feed velocity vector at the cutting point Transfer to the work material can be surely prevented. Therefore, it is possible to finish the processed surface with higher accuracy than in the past.

好ましくは、上記本発明の第1および第2の局面に基づく被削材の切削方法において、上記マシニングセンタとして、上記主軸をX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の並進3方向に沿って移動させるとともに上記保持部をB軸周りおよびC軸周りの回転2方向に沿って回転移動させる5軸制御マシニングセンタを用いる。このように、マシニングセンタとしていわゆる5軸制御マシニングセンタを用い、上述したX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の並進3方向のうちの少なくとも2方向での運動制御と、上述したB軸周りおよびC軸周りの回転2方向のうちの少なくとも1方向での運動制御とを同期して行なうことにより、上述した切削点の送り速度ベクトルの向きまたはこれに加えて大きさを常に一定に保った上での3次元の任意の形状の創成が可能になる。   Preferably, in the work material cutting method according to the first and second aspects of the present invention, as the machining center, the main shaft is moved along the three translational directions of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. In addition, a 5-axis control machining center is used in which the holding portion is rotated and moved along two rotation directions around the B axis and the C axis. Thus, using a so-called 5-axis control machining center as the machining center, motion control in at least two of the three translational directions in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction described above, By synchronously performing motion control in at least one of the two directions of rotation around the axis, the direction of the feed velocity vector at the cutting point or the size thereof in addition to this is always kept constant. It is possible to create any three-dimensional shape.

好ましくは、上記本発明の第1および第2の局面に基づく被削材の切削方法において、上記切削工具として、上記主軸の軸線周りに回転するエンドミル工具を用いる。このように、切削工具としてエンドミル工具を用いることにより、金型等の製作がより高精度に行なえるようになる。   Preferably, in the work material cutting method according to the first and second aspects of the present invention, an end mill tool rotating around the axis of the main shaft is used as the cutting tool. Thus, by using an end mill tool as a cutting tool, it is possible to manufacture a mold or the like with higher accuracy.

本発明によれば、マシニングセンタに含まれる各種機構や構造が有する運動精度誤差が加工面の仕上がり寸法精度に与える影響を抑制することができ、高精度に加工面を仕上げることが可能になる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the influence which the motion accuracy error which the various mechanisms and structures contained in a machining center have on the finished dimensional accuracy of a processed surface can be suppressed, and it becomes possible to finish a processed surface with high precision.

本発明の実施の形態における被削材の切削方法を実現するCAMシステムのブロック図である。It is a block diagram of the CAM system which implement | achieves the cutting method of the workpiece in embodiment of this invention. 図1に示すCAMシステムに含まれるマシニングセンタの加工部の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the process part of the machining center contained in the CAM system shown in FIG. 本発明の実施の形態における被削材の切削方法の概念を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the concept of the cutting method of the workpiece in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における被削材の切削方法に従った場合の処理手順を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the process sequence at the time of following the cutting method of the workpiece in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における被削材の切削方法において、NCデータを作成する際のアルゴリズムを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the algorithm at the time of creating NC data in the cutting method of the workpiece in embodiment of this invention. (A)は、比較例におけるマシニングセンタの加工部における動作を説明するための模式図であり、(B)は、実施例におけるマシニングセンタの加工部における動作を説明するための模式図である。(A) is a schematic diagram for demonstrating the operation | movement in the process part of the machining center in a comparative example, (B) is a schematic diagram for demonstrating the operation | movement in the process part of the machining center in an Example. (A)は、比較例におけるエンドミル工具の移動の軌跡を模式的に示す図であり、(B)は、実施例におけるエンドミル工具およびワークの移動の軌跡を模式的に示す図である。(A) is a figure which shows typically the locus | trajectory of the movement of the end mill tool in a comparative example, (B) is a figure which shows typically the locus | trajectory of the movement of an end mill tool and a workpiece | work in an Example. (A)は、比較例におけるエンドミル工具の移動の軌跡を運動精度誤差も含め外部から実測した結果を示す図であり、(B)は、比較例においてワークに形成された加工面の真円度を実測した結果を示す図である。(A) is a figure which shows the result of having actually measured the locus | trajectory of the movement of the end mill tool in a comparative example from the outside including a motion accuracy error, and (B) is the roundness of the machining surface formed on the workpiece in the comparative example. It is a figure which shows the result of having measured this. (A)は、実施例におけるエンドミル工具の移動の軌跡を運動精度誤差も含め外部から実測した結果を示す図であり、(B)は、実施例においてワークに形成された加工面の真円度を実測した結果を示す図である。(A) is a figure which shows the result of having actually measured the movement locus | trajectory of the end mill tool in an Example also including a motion precision error, (B) is the roundness of the process surface formed in the workpiece | work in an Example. It is a figure which shows the result of having measured this.

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、図においては、同一または共通する部分について同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or common portions are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

図1は、本発明の実施の形態における被削材の切削方法を実現するCAMシステムのブロック図であり、図2は、図1に示すCAMシステムに含まれるマシニングセンタの加工部の構成を示す模式図である。まず、これら図1および図2を参照して、本実施の形態における被削材の切削方法を実現するCAMシステムの構成およびマシニングセンタの加工部の構成について詳説する。   FIG. 1 is a block diagram of a CAM system that realizes a cutting method of a work material according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a machining part of a machining center included in the CAM system shown in FIG. FIG. First, with reference to these FIG. 1 and FIG. 2, it demonstrates in detail about the structure of the CAM system which implement | achieves the cutting method of the workpiece in this Embodiment, and the structure of the process part of a machining center.

図1に示すように、CAMシステム1は、コンピュータ10と、マシニングセンタ30とを主として備えている。このうち、コンピュータ10には、入力装置22や出力装置24、外部記憶装置26等が接続されている。入力装置22は、たとえばキーボードやマウス等であり、出力装置24は、たとえばディスプレイやプリンタ等である。また、外部記憶装置26は、各種のメディア(たとえば磁気ディスクや光ディスク、フラッシュメモリ等)であり、当該外部記憶装置26には、別途CADにて作成された創成面の形状データ(たとえば点列データ等)が格納されされている。   As shown in FIG. 1, the CAM system 1 mainly includes a computer 10 and a machining center 30. Among these, the input device 22, the output device 24, the external storage device 26 and the like are connected to the computer 10. The input device 22 is, for example, a keyboard or a mouse, and the output device 24 is, for example, a display or a printer. The external storage device 26 is various media (for example, a magnetic disk, an optical disk, a flash memory, etc.), and the external storage device 26 includes shape data (for example, point sequence data) of a creation surface separately created by CAD. Etc.) are stored.

コンピュータ10は、CPU(Central Processing Unit)12と、RAM(Random Access Memory)14と、ROM(Read Only Memory)16とを有している。ここで、ROM16には、NCデータ作成プログラムが格納されており、CPU12が、当該ROM16からNCデータ作成プログラムをRAM14に読み出して実行することにより、後述するNCデータの作成が行なわれる。作成されたNCデータは、一旦ROM16に格納され、ユーザの指令に基づいてマシニングセンタ30に対して出力される。なお、NCデータの作成に際しては、外部記憶装置26に格納された創成面の形状データが読み出して利用されるとともに、ROM16に予め格納された切削工具の形状データが読み出して利用される。   The computer 10 includes a CPU (Central Processing Unit) 12, a RAM (Random Access Memory) 14, and a ROM (Read Only Memory) 16. Here, an NC data creation program is stored in the ROM 16, and the CPU 12 reads out the NC data creation program from the ROM 16 to the RAM 14 and executes it to create NC data to be described later. The created NC data is temporarily stored in the ROM 16 and output to the machining center 30 based on a user command. When creating NC data, the shape data of the generating surface stored in the external storage device 26 is read and used, and the shape data of the cutting tool stored in advance in the ROM 16 is read and used.

図1および図2に示すように、マシニングセンタ30は、切削工具としてのエンドミル工具50が取付けられる主軸(不図示)と、ワークを保持する保持部としてのテーブル60と、各種の駆動機構40〜45と、これら各種の駆動機構40〜45の動作を制御する各種の制御部32,34とを主として備えている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the machining center 30 includes a spindle (not shown) to which an end mill tool 50 as a cutting tool is attached, a table 60 as a holding unit that holds a workpiece, and various drive mechanisms 40 to 45. And various control units 32 and 34 for controlling operations of these various drive mechanisms 40 to 45 are mainly provided.

主軸には、たとえばスピンドルからなる主軸回転駆動機構40が取付けられており、上述したエンドミル工具50は、当該主軸回転駆動機構40を介して主軸に取付けられている。これにより、エンドミル工具50は、主軸の軸線周りに回転可能に駆動されることになる。また、主軸には、たとえばモータ等を駆動源とするX軸方向送り駆動機構41、Y軸方向送り駆動機構42およびZ軸方向送り駆動機構43が取付けられている。これにより、エンドミル工具50は、図2中に示すように、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の3方向に移動可能に駆動されることになる。   A main shaft rotation drive mechanism 40 made of, for example, a spindle is attached to the main shaft, and the end mill tool 50 described above is attached to the main shaft via the main shaft rotation drive mechanism 40. Thereby, the end mill tool 50 is driven to be rotatable around the axis of the main shaft. Further, an X-axis direction feed drive mechanism 41, a Y-axis direction feed drive mechanism 42, and a Z-axis direction feed drive mechanism 43 using, for example, a motor as a drive source are attached to the main shaft. Thereby, as shown in FIG. 2, the end mill tool 50 is driven to be movable in three directions of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction.

ここで、上述した主軸回転駆動機構40は、工具回転制御部32によってその動作が制御される。より詳細には、工具回転制御部32は、コンピュータ10から入力されたNCデータに基づき、主軸回転駆動機構40を駆動することでエンドミル工具50の回転運動を制御する。一方、上述したX軸方向送り駆動機構41、Y軸方向送り駆動機構42およびZ軸方向送り駆動機構43は、送り制御部34によってその動作が制御される。より詳細には、送り制御部34は、コンピュータ10から入力されたNCデータに基づき、X軸方向送り駆動機構41、Y軸方向送り駆動機構42およびZ軸方向送り駆動機構43を駆動することで主軸の並進運動を制御し、これによりエンドミル工具50の移動を制御する。   Here, the operation of the spindle rotation driving mechanism 40 described above is controlled by the tool rotation control unit 32. More specifically, the tool rotation control unit 32 controls the rotational motion of the end mill tool 50 by driving the spindle rotation driving mechanism 40 based on the NC data input from the computer 10. On the other hand, the operations of the X-axis direction feed drive mechanism 41, the Y-axis direction feed drive mechanism 42, and the Z-axis direction feed drive mechanism 43 described above are controlled by the feed control unit 34. More specifically, the feed control unit 34 drives the X-axis direction feed drive mechanism 41, the Y-axis direction feed drive mechanism 42, and the Z-axis direction feed drive mechanism 43 based on the NC data input from the computer 10. The translation of the spindle is controlled, thereby controlling the movement of the end mill tool 50.

一方、テーブル60は、テーブル支持部材70によって支持されており、その上面に図示しない固定用治具を介してワークが取付けられることにより、当該固定用治具ごとワークを保持する。テーブル60には、たとえばモータ等を駆動源とするC軸周り送り駆動機構45が取付けられており、テーブル支持部材70には、たとえばモータ等を駆動源とするB軸周り送り駆動機構44が取付けられている。これにより、テーブル60は、図2中に示すように、B軸周りおよびC軸周りの2方向に回転可能に駆動されることになる。なお、ここで、B軸は、テーブル60が初期位置にある状態において上述したY軸に合致する軸であり、C軸は、テーブル60が初期位置にある状態において上述したZ軸に合致する軸である。   On the other hand, the table 60 is supported by a table support member 70, and the work is held together with the fixing jig by attaching the work to the upper surface of the table 60 via a fixing jig (not shown). For example, a C-axis feed driving mechanism 45 using a motor or the like as a drive source is attached to the table 60, and a B-axis feed driving mechanism 44 using a motor or the like as a drive source is attached to the table support member 70, for example. It has been. As a result, the table 60 is driven to rotate in two directions around the B axis and the C axis, as shown in FIG. Here, the B axis is an axis that matches the Y axis described above when the table 60 is in the initial position, and the C axis is an axis that matches the Z axis described above when the table 60 is in the initial position. It is.

ここで、上述したB軸周り送り駆動機構44およびC軸周り送り駆動機構45は、送り制御部34によってその動作が制御される。より詳細には、送り制御部34は、コンピュータ10から入力されたNCデータに基づき、B軸周り送り駆動機構44およびC軸周り送り駆動機構45を駆動することでテーブル60の回転運動を制御し、これによりワークの移動を制御する。なお、送り制御部34は、主軸の並進運動とテーブル60の回転運動とを同期して制御する。   Here, the operations of the B-axis feed driving mechanism 44 and the C-axis feed driving mechanism 45 described above are controlled by the feed control unit 34. More specifically, the feed control unit 34 controls the rotational movement of the table 60 by driving the B-axis feed mechanism 44 and the C-axis feed drive mechanism 45 based on the NC data input from the computer 10. This controls the movement of the workpiece. The feed control unit 34 controls the translational motion of the spindle and the rotational motion of the table 60 in synchronization.

また、図1に示すように、マシニングセンタ30は、上述した機能ブロックに加え、工具位置検出部46とテーブル位置検出部47とを備えている。工具位置検出部46は、エンドミル工具50の並進3方向に沿った位置を検出し、これを送り制御部34に対して出力する。また、テーブル位置検出部47は、テーブル60の回転2方向に沿った位置を検出し、これを送り制御部34に対して出力する。送り制御部34は、これら工具位置検出部46およびテーブル位置検出部47から入力された位置情報をもとに、必要に応じて各種送り駆動機構41〜45をサーボ制御することにより、主軸およびテーブル60の位置を制御する。   As shown in FIG. 1, the machining center 30 includes a tool position detection unit 46 and a table position detection unit 47 in addition to the functional blocks described above. The tool position detection unit 46 detects the position of the end mill tool 50 along the three translational directions, and outputs this to the feed control unit 34. The table position detection unit 47 detects the position of the table 60 along the two rotation directions, and outputs this to the feed control unit 34. The feed control unit 34 servo-controls the various feed drive mechanisms 41 to 45 as necessary based on the position information input from the tool position detection unit 46 and the table position detection unit 47, and thereby the spindle and the table. 60 positions are controlled.

図3は、本実施の形態における被削材の切削方法の概念を示す模式図であり、図3(A)は、X軸およびY軸を含む面に沿ってエンドミル工具およびワークを見た側面図、図3(B)は、X軸およびZ軸を含む面に沿ってエンドミル工具およびワークを見た平面図である。次に、この図3を参照して、ワークを等高線加工する場合を例に挙げて、本実施の形態における被削材の切削方法において用いられる概念について説明する。なお、図3においては、エンドミル工具50の中心位置である工具中心を符号50aにて示し、ワーク100の中心位置であるワーク中心を符号100aにて示している。   FIG. 3 is a schematic diagram showing the concept of the cutting method of the work material in the present embodiment. FIG. 3A is a side view of the end mill tool and the workpiece along the plane including the X axis and the Y axis. FIG. 3 (B) is a plan view of the end mill tool and workpiece taken along a plane including the X axis and the Z axis. Next, the concept used in the cutting method of the work material in the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the tool center that is the center position of the end mill tool 50 is indicated by reference numeral 50a, and the workpiece center that is the center position of the workpiece 100 is indicated by reference numeral 100a.

図3に示すように、本実施の形態における被削材の切削方法においては、エンドミル工具50の中心軸と直交する面S上に位置することになる、ワーク100とエンドミル工具50との接触点である切削点Pの送り速度ベクトルFcの向きおよび大きさが、エンドミル工具50をワーク100周りに1回走査する間に不変とされる。これを実現するためには、ワーク100をZ軸周り(すなわちC軸周り)に回転させることが必要であり、本実施の形態における被削材の切削方法においては、上記エンドミル工具50の1回の走査の間に、エンドミル工具50のX軸方向およびY軸方向の並進2方向での運動制御と、テーブル60のC軸周りの回転1方向での運動制御とを同期させて行なうこととしている。これにより、図3(B)に示すように、切削点Pの送り速度ベクトルFcの向きおよび大きさは、ワーク100の回転角度が0、θ、θ′のいずれの場合であっても、同じに維持されることになる。   As shown in FIG. 3, in the cutting method of the work material in the present embodiment, the contact point between the workpiece 100 and the end mill tool 50 that is located on the surface S orthogonal to the central axis of the end mill tool 50. The direction and the magnitude of the feed speed vector Fc at the cutting point P are unchanged during the scanning of the end mill tool 50 around the workpiece 100 once. In order to realize this, it is necessary to rotate the workpiece 100 around the Z axis (that is, around the C axis). In the cutting method of the work material in the present embodiment, the end mill tool 50 is rotated once. During the scanning, the movement control of the end mill tool 50 in the two translational directions in the X-axis direction and the Y-axis direction and the movement control in the rotation one direction around the C-axis of the table 60 are performed in synchronization. . As a result, as shown in FIG. 3B, the direction and magnitude of the feed speed vector Fc at the cutting point P are the same regardless of whether the rotation angle of the workpiece 100 is 0, θ, or θ ′. Will be maintained.

なお、理解を容易とするために、上記においてはワークを等高線加工する場合を例示して説明を行なったが、ワークを走査線加工する場合やヘリカル加工する場合、放射状加工する場合等においても、同様にエンドミル工具の運動制御とテーブルの運動制御とを同期して行なうことにより、上述した切削点の送り速度ベクトルの向きおよび大きさを一定とした状態での切削加工が可能になる。ただし、たとえばヘリカル加工を行なう場合の如く、切削点を立体的に走査する場合には、エンドミル工具50のX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の並進3方向での運動制御と、テーブル60のB軸周りおよびC軸周りの回転2方向での運動制御とを同期させて行なうことが必要になる。   In addition, in order to facilitate understanding, in the above description, the case where the workpiece is contoured has been described as an example, but in the case where the workpiece is subjected to scanning line processing, helical processing, radial processing, etc., Similarly, by performing the motion control of the end mill tool and the motion control of the table in synchronism, cutting can be performed in a state where the direction and the magnitude of the feed rate vector of the cutting point described above are constant. However, when the cutting point is scanned three-dimensionally, for example, when helical machining is performed, the motion control of the end mill tool 50 in the three translational directions in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, and the table 60 are performed. It is necessary to synchronize the motion control in the two rotation directions around the B axis and the C axis.

図4は、本実施の形態における被削材の切削方法に従った場合の処理手順を示すフロー図であり、図5は、本実施の形態における被削材の切削方法において、NCデータを作成する際のアルゴリズムを説明するための模式図である。次に、これら図4および図5を参照して、本実施の形態における被削材の切削方法に従った場合の処理手順およびNCデータを作成する際の具体的なアルゴリズムについて詳説する。   FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure when the cutting method of the work material according to the present embodiment is followed. FIG. 5 is a diagram illustrating creation of NC data in the cutting method of the work material according to the present embodiment. It is a schematic diagram for demonstrating the algorithm at the time of doing. Next, with reference to these FIG. 4 and FIG. 5, the processing procedure in the case of following the cutting method of the work material in this Embodiment, and the specific algorithm at the time of creating NC data are explained in full detail.

図4に示すように、本実施の形態における被削材の切削方法においては、まず、CAMにて創成面の形状データおよびエンドミル工具50の形状データの読み込みを行なう(ステップS1)。   As shown in FIG. 4, in the work material cutting method according to the present embodiment, first, the shape data of the generating surface and the shape data of the end mill tool 50 are read by the CAM (step S1).

次に、CAMは、読み込んだ創成面の形状データとエンドミル工具50の形状データとに基づき、切削点Pの送り速度ベクトルFcの大きさが一定となる仮工具送りデータを算出する(ステップS2)。より具体的には、図5(A)に示すように、CAMは、CADから与えられた仕上げ面(すなわち創成面)の点列データの各点(・・・,Pn-1,Pn,Pn+1,Pn+2,・・・)からエンドミル工具50の半径rだけ持ち上げられたところに仮想的なオフセット面を設定し、このオフセット面をエンドミル工具50の工具中心50aが通過するとともに、上記仕上げ面上の点列データの各点におけるエンドミル工具50の送り速度ベクトルの大きさが一定となるようにエンドミル工具50の工具中心の送り速度を決定し、これらに基づいて仮工具送りデータを算出する。 Next, the CAM calculates temporary tool feed data in which the magnitude of the feed speed vector Fc at the cutting point P is constant based on the read shape data of the generating surface and the shape data of the end mill tool 50 (step S2). . More specifically, as shown in FIG. 5A, the CAM has each point (..., P n-1 , P n ) of the point sequence data of the finished surface (that is, the generated surface) given from the CAD. , P n + 1 , P n + 2 ,...)), A virtual offset surface is set where the radius r of the end mill tool 50 is lifted, and the tool center 50a of the end mill tool 50 passes through this offset surface. In addition, the feed speed at the center of the end mill tool 50 is determined so that the magnitude of the feed speed vector of the end mill tool 50 at each point of the point sequence data on the finished surface is constant, and the temporary tool is based on these. Calculate the feed data.

次に、CAMは、創成面の形状データに基づき、切削点Pの送り速度ベクトルFcの向きが一定となるように、テーブル送りデータを算出するとともに、算出したテーブル送りデータに基づいて仮工具送りデータを補正して工具送りデータを算出する(ステップS3)。より具体的には、図5(A)および図5(B)に示すように、CAMは、上記仕上げ面の点列データの隣接する各点間におけるエンドミル工具50の送り速度ベクトルの方向変化角度(・・・,αn,αn+1,αn+2,・・・)を算出し(図5(B)においては、点Pn,Pn+1間の方向変化角度αn+1のみ表示)、これに基づいて当該方向変化角度分だけテーブル60を送るテーブル送りデータを算出し、回転するワークに対して常時エンドミル工具50が接触するように、算出したテーブル送りデータに基づいて上記仮工具送りデータを補正してエンドミル工具50を送る工具送りデータを算出する。 Next, the CAM calculates table feed data so that the direction of the feed speed vector Fc at the cutting point P is constant based on the shape data of the generating surface, and the temporary tool feed based on the calculated table feed data. The tool feed data is calculated by correcting the data (step S3). More specifically, as shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B), the CAM is the direction change angle of the feed speed vector of the end mill tool 50 between adjacent points in the point sequence data of the finished surface. (..., Α n , α n + 1 , α n + 2 ,...) Are calculated (in FIG. 5B, the direction change angle α n + between the points P n and P n + 1. display only 1), this was calculated table feed data to send the direction change angle amount corresponding table 60 based, as always end mill tool 50 is in contact against the workpiece to be rotated, based on the calculated table feed data Tool feed data for feeding the end mill tool 50 is calculated by correcting the temporary tool feed data.

次に、CAMは、算出した工具送りデータおよびテーブル送りデータをNCデータとしてマシニングセンタ30に出力する(ステップS4)。その後、マシニングセンタ30は、当該入力されたNCデータに基づいて動作することでワーク100の切削加工が行なわれる(ステップS5)。   Next, the CAM outputs the calculated tool feed data and table feed data to the machining center 30 as NC data (step S4). Thereafter, the machining center 30 operates based on the input NC data to cut the workpiece 100 (step S5).

以上において説明した本実施の形態における被削材の切削方法を用いることにより、マシニングセンタ30に含まれる各種機構や構造が有する運動精度誤差が加工面の仕上がり寸法精度に与える影響を抑制することができ、高精度に加工面を仕上げることが可能になる。以下において、その理由を図3を参照して詳細に説明する。   By using the cutting method of the work material in the present embodiment described above, it is possible to suppress the influence of the motion accuracy error of various mechanisms and structures included in the machining center 30 on the finished dimensional accuracy of the machining surface. It is possible to finish the machined surface with high accuracy. The reason will be described in detail below with reference to FIG.

図3に示すように、本実施の形態における被削材の切削方法を用いることにより、エンドミル工具50とワーク100との接触点である切削点Pの送り速度ベクトルFcの向きは、切削加工中において常に同一の方向に維持される(ここで、切削点Pの送り速度ベクトルFcの向きと合致する方向は、図3においては、Y軸に沿ったマイナス方向である)。このことは、すなわちエンドミル工具50とワーク100との接触点である切削点Pにおいて、エンドミル工具50がワーク100に対して、常に同一の方向から接触していることに他ならない(ここで、エンドミル工具50がワーク100に対して接触する方向は、図3においては、X軸に沿ったマイナス方向である)。   As shown in FIG. 3, by using the cutting method of the work material in the present embodiment, the direction of the feed speed vector Fc at the cutting point P, which is the contact point between the end mill tool 50 and the workpiece 100, is being cut. Are always maintained in the same direction (here, the direction matching the direction of the feed velocity vector Fc at the cutting point P is the minus direction along the Y axis in FIG. 3). This means that the end mill tool 50 is always in contact with the workpiece 100 from the same direction at the cutting point P, which is the contact point between the end mill tool 50 and the workpiece 100 (here, the end mill tool). The direction in which the tool 50 contacts the workpiece 100 is the minus direction along the X axis in FIG. 3).

そのため、当該切削点Pの送り速度ベクトルFcの向きと合致する方向に向けてエンドミル工具50を駆動する駆動機構の運動精度誤差(たとえば主軸を駆動する機構に含まれるバックラッシュ、スティックモーション、ロストモーション等に起因する運動精度誤差)や、当該切削点Pの送り速度ベクトルFcの向きと合致する方向におけるサーボの遅れに起因する運動精度誤差、当該切削点Pの送り速度ベクトルFcの向きと合致する方向における各種構造の熱変位や支持剛性の異方性等に起因する運動精度誤差は、ワーク100の表面において接線方向に現われることになり、ワーク100の表面の法線方向に現われることがなくなる。その結果、当該駆動機構や各種構造が有する運動精度誤差成分がワーク100に転写されることが抑制できることになり、高精度に加工面を仕上げることが可能になる。また、本実施の形態における被削材の切削方法においては、切削点の送り速度ベクトルの向きのみならず大きさも一定とされるため、加工面の品位が良好に保たれることにもなる。   Therefore, a motion accuracy error of the drive mechanism that drives the end mill tool 50 in a direction that matches the direction of the feed speed vector Fc at the cutting point P (for example, backlash, stick motion, lost motion included in the mechanism that drives the spindle) Motion accuracy error due to the above, etc.), motion accuracy error due to servo delay in a direction that matches the direction of the feed speed vector Fc at the cutting point P, and the direction of the feed speed vector Fc at the cutting point P Movement accuracy errors due to thermal displacement of various structures in the direction, anisotropy of support rigidity, and the like appear in the tangential direction on the surface of the workpiece 100 and do not appear in the normal direction of the surface of the workpiece 100. As a result, the movement accuracy error component of the drive mechanism and various structures can be suppressed from being transferred to the workpiece 100, and the machined surface can be finished with high accuracy. Moreover, in the cutting method of the work material in this Embodiment, since not only the direction of the feed rate vector of a cutting point but the magnitude | size is made constant, the quality of a processed surface will also be maintained favorable.

図6ないし図9は、上述した効果が実際に得られるか否かを検証するために行なった検証試験の方法および結果を示す図である。以下において、この検証試験の方法およびその結果について詳細に説明する。なお、本検証試験では、上述した実施の形態の如くのCAMシステムを用いて被削材としてのワークを円柱状に切削加工することで行なった。   FIGS. 6 to 9 are diagrams showing a verification test method and results conducted for verifying whether or not the above-described effect is actually obtained. Hereinafter, the method of the verification test and the result thereof will be described in detail. In this verification test, a workpiece as a work material was cut into a cylindrical shape using the CAM system as in the above-described embodiment.

ここで、比較例においては、切削点の送り速度ベクトルの大きさのみが一定となるように、マシニングセンタの主軸に取付けられたエンドミル工具をX軸方向およびY軸方向の2方向に沿って並進させて運動制御し、ワークが取付けられたテーブルは、運動制御せずに固定した状態でワークの切削加工を行なった。一方、実施例においては、切削点の送り速度ベクトルの向きおよび大きさのいずれもが一定となるように、マシニングセンタの主軸に取付けられたエンドミル工具をX軸方向およびY軸方向の2方向に沿って並進させて運動制御するとともに、ワークが取付けられたテーブルについてもC軸周りに沿って運動制御してワークの切削加工を行なった。   Here, in the comparative example, the end mill tool attached to the spindle of the machining center is translated along two directions of the X-axis direction and the Y-axis direction so that only the magnitude of the feed rate vector at the cutting point is constant. The workpiece was cut in a state where the table on which the workpiece was controlled and the workpiece was mounted was fixed without the motion control. On the other hand, in the embodiment, the end mill tool attached to the spindle of the machining center is moved along the two directions of the X axis direction and the Y axis direction so that both the direction and the magnitude of the feed speed vector at the cutting point are constant. The workpiece was cut by controlling the movement of the table to which the workpiece was attached along the C axis.

図6(A)は、比較例におけるマシニングセンタの加工部における動作を説明するための模式図であり、図6(B)は、実施例におけるマシニングセンタの加工部における動作を説明するための模式図である。図6(A)および図6(B)に示すように、比較例および実施例のいずれにおいても、テーブル60上にワーク100を固定するための固定用治具80A,80Bを取付け、当該固定用治具80A,80Bを用いてワーク100を保持する構成とした。ここで、比較例においては、固定用治具80Aを用いてワーク100をテーブル60の中心軸(すなわちC軸)上に配置し、実施例においては、固定用治具80Bを用いてワーク100をテーブル60の中心軸(すなわちC軸)から所定量だけ偏心させて配置した。   FIG. 6A is a schematic diagram for explaining the operation in the machining part of the machining center in the comparative example, and FIG. 6B is a schematic diagram for explaining the operation in the machining part of the machining center in the example. is there. As shown in FIGS. 6A and 6B, in both the comparative example and the embodiment, fixing jigs 80A and 80B for fixing the workpiece 100 are mounted on the table 60, and the fixing is performed. The workpiece 100 is held by using the jigs 80A and 80B. Here, in the comparative example, the workpiece 100 is arranged on the central axis (that is, the C axis) of the table 60 using the fixing jig 80A, and in the embodiment, the workpiece 100 is mounted using the fixing jig 80B. The table 60 is decentered by a predetermined amount from the center axis (that is, the C axis).

図7(A)は、比較例におけるエンドミル工具の移動の軌跡を模式的に示す図である。図7(A)に示すように、比較例においては、まず経路M1に沿ってエンドミル工具50を初期位置から移動させてワーク100の周面の所定位置に接触させ、つづいて経路M2に沿ってワーク100を周方向に反時計回りで周回するようにエンドミル工具50をZ軸周りに移動させて旋回させてエンドミル工具50をワーク100周りに1周させ、エンドミル工具50がワーク100を1周した時点で経路M3に沿ってエンドミル工具50をワーク100から退避させて初期位置に復帰させた。この比較例においては、上述したようにワーク100が取付けられたテーブル60を回転させていないため、以上の動作によってワーク100周りのエンドミル工具50による切削が完了することになる。当該切削過程においては、図7(A)に示すように、切削点Pの送り速度ベクトルFcの向きは、随時変化することになる。   FIG. 7A is a diagram schematically showing a trajectory of movement of the end mill tool in the comparative example. As shown in FIG. 7A, in the comparative example, first, the end mill tool 50 is moved from the initial position along the path M1 to contact a predetermined position on the peripheral surface of the workpiece 100, and then along the path M2. The end mill tool 50 is moved around the Z axis so as to rotate counterclockwise in the circumferential direction, and the end mill tool 50 makes one turn around the work 100, and the end mill tool 50 makes one turn around the work 100. At that time, the end mill tool 50 was retracted from the workpiece 100 along the path M3 and returned to the initial position. In this comparative example, since the table 60 to which the workpiece 100 is attached is not rotated as described above, the cutting by the end mill tool 50 around the workpiece 100 is completed by the above operation. In the cutting process, as shown in FIG. 7A, the direction of the feed speed vector Fc at the cutting point P changes at any time.

図7(B)は、実施例におけるエンドミル工具およびワークの移動の軌跡を模式的に示す図である。図7(B)に示すように、実施例においては、まず経路M1に沿ってエンドミル工具50を初期位置から移動させてワーク100の周面の所定位置に接触させ、つづいて経路M2に沿ってエンドミル工具50を反時計回りでZ軸周りに旋回させるとともに、経路M2′に沿ってワーク100を反時計回りでC軸周りに旋回させ、これによりエンドミル工具50をワーク100周りに1周させ、エンドミル工具50がワーク100を1周した時点で経路M3に沿ってエンドミル工具50をワーク100から退避させて初期位置に復帰させた。この実施例においては、上述したようにワーク100が取付けられたテーブル60がC軸周りに図中矢印c方向に回転するため、以上の動作によってワーク100周りのエンドミル工具50による切削が完了することになる。当該切削過程においては、図7(B)に示すように、切削点Pの送り速度ベクトルFcの向きは、随時同じ方向を向くことになる。   FIG. 7B is a diagram schematically illustrating a trajectory of movement of the end mill tool and the workpiece in the embodiment. As shown in FIG. 7B, in the embodiment, first, the end mill tool 50 is moved from the initial position along the path M1 to contact a predetermined position on the peripheral surface of the workpiece 100, and then along the path M2. The end mill tool 50 is swung counterclockwise around the Z axis, and the workpiece 100 is swung counterclockwise around the C axis along the path M2 ′, whereby the end mill tool 50 is rotated once around the workpiece 100. When the end mill tool 50 made one round of the workpiece 100, the end mill tool 50 was retracted from the workpiece 100 along the path M3 and returned to the initial position. In this embodiment, as described above, the table 60 to which the workpiece 100 is attached rotates in the direction of the arrow c in the figure around the C axis, so that the cutting by the end mill tool 50 around the workpiece 100 is completed by the above operation. become. In the cutting process, as shown in FIG. 7B, the direction of the feed speed vector Fc at the cutting point P is always in the same direction.

図8(A)は、比較例におけるエンドミル工具の移動の軌跡を運動精度誤差も含め外部から実測した結果を示す図であり、図8(B)は、比較例においてワークに形成された加工面の真円度を実測した結果を示す図である。一方、図9(A)は、実施例におけるエンドミル工具の移動の軌跡を運動精度誤差も含め外部から実測した結果を示す図であり、図9(B)は、実施例においてワークに形成された加工面の真円度を実測した結果を示す図である。   FIG. 8A is a diagram showing the result of actual measurement of the movement path of the end mill tool in the comparative example including the motion accuracy error, and FIG. 8B is the machining surface formed on the workpiece in the comparative example. It is a figure which shows the result of having actually measured roundness of this. On the other hand, FIG. 9 (A) is a diagram showing the result of actually measuring the trajectory of the end mill tool in the example including the motion accuracy error, and FIG. 9 (B) is formed on the workpiece in the example. It is a figure which shows the result of having actually measured the roundness of the process surface.

図8(A)に示すように、比較例においては、X軸方向およびY軸方向に沿って主軸を駆動するX軸方向送り駆動機構およびY軸方向送り駆動機構に含まれるバックラッシュ、スティックモーション、ロストモーション等が、それぞれ送り方向が反転するタイミングにおいて比較的大きな運動精度誤差となって現われていことが分かる。ここで、上記比較例においては、エンドミル工具が取付けられた主軸がワークの周りを1回転する軌跡を通るため、当該運動精度誤差は、Y軸プラス側運動精度誤差、X軸マイナス側運動精度誤差、Y軸マイナス側運動精度誤差、X軸プラス側運動精度誤差の順にそれぞれ90°毎に発生し、これら各運動精度誤差は、概ね2.5μm〜4μm程度の大きさとなっている。   As shown in FIG. 8A, in the comparative example, the backlash and stick motion included in the X-axis direction feed drive mechanism and the Y-axis direction feed drive mechanism that drive the main shaft along the X-axis direction and the Y-axis direction. It can be seen that lost motion or the like appears as a relatively large motion accuracy error at the timing when the feeding direction is reversed. Here, in the comparative example, since the main shaft to which the end mill tool is attached passes through a trajectory of one rotation around the workpiece, the motion accuracy error is Y-axis plus side motion accuracy error, X-axis minus side motion accuracy error. , Y-axis minus side motion accuracy error and X-axis plus side motion accuracy error are generated every 90 ° in order, and each of these motion accuracy errors has a size of about 2.5 μm to 4 μm.

これに対し、図8(B)に示すように、比較例において加工されたワークには、上述したY軸プラス側運動精度誤差、X軸マイナス側運動精度誤差、Y軸マイナス側運動精度誤差およびX軸プラス側運動精度誤差が生じた位置に対応する位置に、それぞれY軸プラス側象限突起、X軸マイナス側象限突起、Y軸マイナス側象限突起およびX軸プラス側象限突起が形成されていることが分かる。このことから、並進2方向のみでの運動制御にて被削材を切削加工した比較例においては、マシニングセンタに含まれる各種駆動機構が有する運動精度誤差を排除することができず、当該運動精度誤差が加工面にそのまま転写されてしまうことが理解される。なお、当該4つの象限突起の大きさも、上述した4つの運動精度誤差に対応した大きさである2.5μm〜4μm程度となっている。   On the other hand, as shown in FIG. 8B, the workpiece processed in the comparative example includes the above-described Y-axis plus side motion accuracy error, X-axis minus side motion accuracy error, Y-axis minus side motion accuracy error, and A Y-axis plus-side quadrant protrusion, an X-axis minus-side quadrant protrusion, a Y-axis minus-side quadrant protrusion, and an X-axis plus-side quadrant protrusion are formed at positions corresponding to the positions where the X-axis plus side motion accuracy error has occurred. I understand that. For this reason, in the comparative example in which the work material is cut by motion control in only two translational directions, the motion accuracy error of various drive mechanisms included in the machining center cannot be excluded, and the motion accuracy error It is understood that is transferred to the processed surface as it is. The size of the four quadrant protrusions is also about 2.5 μm to 4 μm, which corresponds to the four motion accuracy errors described above.

一方、図9(A)に示すように、実施例においても、X軸方向およびY軸方向に沿って主軸を駆動するX軸方向送り駆動機構およびY軸方向送り駆動機構に含まれるバックラッシュ、スティックモーション、ロストモーション等が、それぞれ送り方向が反転するタイミングにおいて比較的大きな運動精度誤差となって現われていることが分かる。ここで、上記実施例においても、エンドミル工具が取付けられた主軸がワークの周りを1回転する軌跡を通るため、当該運動精度誤差は、Y軸プラス側運動精度誤差、X軸マイナス側運動精度誤差、Y軸マイナス側運動精度誤差、X軸プラス側運動精度誤差の順にそれぞれ90°毎に発生し、これら各運動精度誤差は、概ね3μm〜5μm程度の大きさとなっている。   On the other hand, as shown in FIG. 9A, also in the embodiment, the backlash included in the X-axis direction feed drive mechanism and the Y-axis direction feed drive mechanism that drives the main shaft along the X-axis direction and the Y-axis direction, It can be seen that stick motion, lost motion, etc. appear as relatively large motion accuracy errors at the timing when the feed direction is reversed. Here, also in the above embodiment, since the main shaft to which the end mill tool is attached passes through a trajectory of one rotation around the workpiece, the motion accuracy error is the Y axis plus side motion accuracy error, the X axis minus side motion accuracy error. , Y axis minus side motion accuracy error and X axis plus side motion accuracy error are generated every 90 ° in order, and each of these motion accuracy errors has a size of about 3 μm to 5 μm.

これに対し、図9(B)に示すように、実施例において加工されたワークには、上述したX軸マイナス側運動精度誤差およびX軸プラス側運動精度誤差が生じた位置に対応する位置に、それぞれX軸マイナス側象限突起およびX軸プラス側象限突起が形成されているものの、Y軸プラス側運動精度誤差およびY軸マイナス側運動精度誤差が生じた位置に対応する位置に、象限突起が形成されていないことが分かる。このことから、並進2方向と回転1方向での運動制御にて被削材を切削加工した実施例においては、マシニングセンタに含まれる各種駆動機構が有する運動精度誤差を一部排除することができ、並進2方向のみでの運動制御にて被削材を切削加工した比較例に比べ、高精度に加工面を仕上げることができることが確認された。なお、当該2つの象限突起の大きさも、上述した4つの運動精度誤差に対応した大きさである3μm程度となっている。   On the other hand, as shown in FIG. 9B, the workpiece machined in the embodiment has a position corresponding to the position where the above-described X-axis minus side movement accuracy error and X-axis plus side movement accuracy error occur. Although the X-axis minus-side quadrant protrusion and the X-axis plus-side quadrant protrusion are respectively formed, the quadrant protrusion is at a position corresponding to the position where the Y-axis plus-side movement accuracy error and the Y-axis minus side movement accuracy error occur. It turns out that it is not formed. From this, in the embodiment in which the work material is machined by the motion control in the two translational directions and the one rotational direction, a part of the motion accuracy error of various drive mechanisms included in the machining center can be eliminated. It was confirmed that the machined surface can be finished with higher accuracy than the comparative example in which the work material was cut by motion control in only two translational directions. The size of the two quadrant protrusions is also about 3 μm, which corresponds to the four motion accuracy errors described above.

また、図9(B)に示すように、実施例において加工されたワークにおいては、上述したY軸プラス側運動精度誤差およびY軸マイナス側運動精度誤差が生じた位置に対応する位置近傍の加工面の真円度が大幅に向上していることが分かる。これは、上述した各種駆動機構が有する運動精度誤差に加え、マシニングセンタに含まれる各種機構や構造が有する他の運動精度誤差(たとえば、サーボの遅れに起因する運動精度誤差や、熱変位や支持剛性の異方性に起因する運動精度誤差等)についても、実施例においてはこれを排除することができたためであると判断される。   Further, as shown in FIG. 9B, in the workpiece machined in the embodiment, machining in the vicinity of the position corresponding to the position where the above-described Y-axis plus side movement accuracy error and Y-axis minus side movement accuracy error occur. It can be seen that the roundness of the surface is greatly improved. This is because in addition to the motion accuracy errors of the various drive mechanisms described above, other motion accuracy errors of various mechanisms and structures included in the machining center (for example, motion accuracy errors due to servo delays, thermal displacement and support rigidity). It is judged that this is because the movement accuracy error due to the anisotropy of the first embodiment can be eliminated in the embodiment.

したがって、以上の検証試験の結果から、本発明を適用することで、マシニングセンタに含まれる各種機構や構造が有する運動精度誤差が加工面の仕上がり寸法精度に与える影響を抑制することができ、高精度に加工面を仕上げることが可能になることが裏付けられた。   Therefore, from the results of the above verification test, by applying the present invention, it is possible to suppress the influence of the motion accuracy error of various mechanisms and structures included in the machining center on the finished dimensional accuracy of the machined surface. It was confirmed that it was possible to finish the machined surface.

以上において説明した本実施の形態においては、切削工具として回転工具の一種であるエンドミル工具を使用した場合を例示したが、本発明の適用範囲は、特にこれに限定されるものではない。切削工具としては、回転工具および非回転工具を含め種々のものが使用可能である。   In this Embodiment demonstrated above, although the case where the end mill tool which is a kind of rotary tool was used as a cutting tool was illustrated, the application range of this invention is not specifically limited to this. Various cutting tools including rotating tools and non-rotating tools can be used.

また、以上において説明した本実施の形態においては、等高線加工を行なう場合を例示して説明を行なったが、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。たとえば、この他にも走査線加工を行なう場合に本発明を適用することとしてもよいし、上述した並進2方向および回転1方向での運動制御に加え、さらに並進方向または/および回転方向での運動制御を追加してヘリカル加工や放射状加工を行なう場合に本発明を適用することとしてもよい。   Further, in the present embodiment described above, the case where contour line machining is performed has been described as an example, but the scope of application of the present invention is not limited to this. For example, in addition to this, the present invention may be applied when scanning line processing is performed. In addition to the above-described motion control in the two translational directions and the one rotational direction, the translational direction and / or the rotational direction may be used. The present invention may be applied to a case where helical processing or radial processing is performed by adding motion control.

また、以上において説明した本実施の形態におけるNCデータの算出のためのアルゴリズムは、その一例を示すものであって他のアルゴリズムを利用してNCデータを作成することも当然に可能である。   Further, the algorithm for calculating NC data in the present embodiment described above shows an example, and it is naturally possible to create NC data using another algorithm.

また、以上において説明した本実施の形態においては、いわゆる5軸制御マシニングセンタを利用して被削材の切削加工を行なう場合を特に例示して説明を行なったが、並進2方向および回転1方向以上の多軸制御が可能な工作機械(たとえば、ターニングセンタや複合加工機等)を用いて被削材の切削加工を行なう場合であれば、どのような場合であっても当然に本発明を適用することが可能である。   Further, in the present embodiment described above, the case of cutting a workpiece using a so-called five-axis control machining center has been described as a specific example, but two or more translation directions and one rotation direction or more are described. As a matter of course, the present invention can be applied to any case where a workpiece is cut using a machine tool capable of multi-axis control (for example, a turning center or a multi-task machine). Is possible.

このように、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。   Thus, the above-described embodiment disclosed herein is illustrative in all respects and is not restrictive. The technical scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 CAMシステム、10 コンピュータ、12 CPU、14 RAM、16 ROM、22 入力装置、24 出力装置、26 外部記憶装置、30 マシニングセンタ、32 工具回転制御部、34 送り制御部、40 主軸回転駆動機構、41 X軸方向送り駆動機構、42 Y軸方向送り駆動機構、43 Z軸方向送り駆動機構、44 B軸周り送り駆動機構、45 C軸周り送り駆動機構、46 工具位置検出部、47 テーブル位置検出部、50 エンドミル工具、50a 工具中心、60 テーブル、70 テーブル支持部材、80A,80B 固定用治具、100 ワーク、100a ワーク中心。   1 CAM system, 10 computer, 12 CPU, 14 RAM, 16 ROM, 22 input device, 24 output device, 26 external storage device, 30 machining center, 32 tool rotation control unit, 34 feed control unit, 40 spindle rotation drive mechanism, 41 X-axis direction feed drive mechanism, 42 Y-axis direction feed drive mechanism, 43 Z-axis direction feed drive mechanism, 44 B-axis around feed drive mechanism, 45 C-axis around feed drive mechanism, 46 Tool position detector, 47 Table position detector , 50 End mill tool, 50a Tool center, 60 table, 70 Table support member, 80A, 80B Fixing jig, 100 workpiece, 100a Work center.

Claims (4)

切削工具が取付けられた主軸と、被削材を保持する保持部とを備え、NCデータに基づいて前記主軸および前記保持部を同期させて移動させることにより、前記切削工具と前記被削材とを接触させて前記被削材を切削するマシニングセンタを用いて、前記被削材に曲面を含む創成面を形成する被削材の切削方法であって、
前記創成面の形状データと前記切削工具の形状データとに基づいて、前記被削材と前記切削工具とが接触する切削点の送り速度ベクトルの向きが一定となるように前記NCデータを作成するステップと、
作成された前記NCデータに基づいて前記切削工具および前記保持部を同期させて移動させることにより、前記被削材に前記創成面を形成するステップとを備えた、被削材の切削方法。
A main shaft to which a cutting tool is attached; and a holding portion for holding a work material. The cutting tool and the work material are moved by synchronizing the main shaft and the holding portion based on NC data. Using a machining center that cuts the work material by bringing the work material into contact with each other, a cutting method for the work material that forms a creation surface including a curved surface on the work material,
Based on the shape data of the generating surface and the shape data of the cutting tool, the NC data is created so that the direction of the feed speed vector of the cutting point where the work material and the cutting tool are in contact is constant. Steps,
A method of cutting a work material, comprising: forming the generating surface on the work material by moving the cutting tool and the holding portion in synchronization with each other based on the created NC data.
切削工具が取付けられた主軸と、被削材を保持する保持部とを備え、NCデータに基づいて前記主軸および前記保持部を同期させて移動させることにより、前記切削工具と前記被削材とを接触させて前記被削材を切削するマシニングセンタを用いて、前記被削材に曲面を含む創成面を形成する被削材の切削方法であって、
前記創成面の形状データと前記切削工具の形状データとに基づいて、前記被削材と前記切削工具とが接触する切削点の送り速度ベクトルの向きおよび大きさが一定となるように前記NCデータを作成するステップと、
作成された前記NCデータに基づいて前記切削工具および前記保持部を同期させて移動させることにより、前記被削材に前記創成面を形成するステップとを備えた、被削材の切削方法。
A main shaft to which a cutting tool is attached; and a holding portion for holding a work material. The cutting tool and the work material are moved by synchronizing the main shaft and the holding portion based on NC data. Using a machining center that cuts the work material by bringing the work material into contact with each other, a cutting method for the work material that forms a creation surface including a curved surface on the work material,
Based on the shape data of the generating surface and the shape data of the cutting tool, the NC data is set so that the direction and the magnitude of the feed rate vector of the cutting point at which the work material and the cutting tool are in contact with each other are constant. The steps of creating
A method of cutting a work material, comprising: forming the generating surface on the work material by moving the cutting tool and the holding portion in synchronization with each other based on the created NC data.
前記マシニングセンタとして、前記主軸をX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の並進3方向に沿って移動させるとともに前記保持部をB軸周りおよびC軸周りの回転2方向に沿って回転移動させる5軸制御マシニングセンタを用いる、請求項1および2に記載の被削材の切削方法。   As the machining center, the main shaft is moved along the three translational directions of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, and the holding portion is rotated and moved along the two rotation directions around the B-axis and the C-axis. The method for cutting a work material according to claim 1 or 2, wherein an axis control machining center is used. 前記切削工具として、前記主軸の軸線周りに回転するエンドミル工具を用いる、請求項1から3のいずれかに記載の被削材の切削方法。   The cutting method of the work material in any one of Claim 1 to 3 which uses the end mill tool rotated around the axis line of the said main axis | shaft as said cutting tool.
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