(57)【要約】【課題】曲面形状によって形成された加工面の粗さを向上させ、高能率加工を可能とする切削加工装置、切削工具、加工支援装置および加工方法を提供する。【解決手段】エンドミル７の底部には、円周上に複数の切削部７１が突出している。各々の切削部７１は、ノーズ部切れ刃７２と、それと連続したワイパー部切れ刃７３とを有している。目標加工面ＴＳに向かって凸をなす曲線の曲率を正とし、凹をなす曲線の曲率を負としたとき、ノーズ部切れ刃７２は、目標加工面ＴＳの送り方向の曲率１／Ｒｗよりも十分に大きい曲率を有し、ワイパー部切れ刃７３は、ノーズ部切れ刃７２の曲率よりも十分に小さく、目標加工面ＴＳの送り方向の曲率１／Ｒｗより僅かに大きい曲率を有している。被切削物６に仕上面６１を形成するために、エンドミル７は回転するとともに、ワイパー部切れ刃７３の仕上げ面生成部分が目標加工面ＴＳに略合致するように、その姿勢を変化させながら送り方向に移動する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被切削物（６）において、送り方向に所定の曲率（１／Ｒｗ）を有する曲面状の目標加工面（ＴＳ）を切削加工するための切削加工装置（１）であって、
前記目標加工面に向かって凸をなす曲線の曲率を正とし凹をなす曲線の曲率を負としたとき、正の第１の曲率（１／Ｒｎ）を有する曲線状のノーズ部切れ刃（７２、８２、９１ａ、９１ｆ）、及び該ノーズ部切れ刃に連続すると共に前記ノーズ部切れ刃よりも切れ刃長の長い切れ刃であって前記送り方向において前記目標加工面の曲率（１／Ｒｗ）以上で且つ前記目標加工面の曲率との差が所定範囲内という条件を満たす第２の曲率（１／Ｒｔ）を有する曲線状のワイパー部切れ刃（７３、８３、９１ｂ、９１ｇ）を具備した切削工具（７、８、９、９Ａ）と、
前記切削工具により加工する際、前記ワイパー部切れ刃が掃引されて形成される仕上げ面生成部分が前記目標加工面に合致するように、前記被切削物に対する前記切削工具の姿勢を前記送り方向に変化させる姿勢変更部（５４Ｄ，５４Ｆ）と、
を備えた切削加工装置。
【請求項２】
待機中の切削工具（７、７Ａ、７Ｂ、８、９、９Ａ）を一つ以上収容する工具収容部（５９）と、
前記工具収容部に収容された待機中の前記切削工具のうちの一つを、使用中の前記切削工具と取り換える工具取換部（５８）と、
を備えるものであって、
使用可能な複数の前記切削工具の中から、前記目標加工面の形状に基づき、使用すべき工具の選択を行う工具選択部、
をさらに備えた請求項１記載の切削加工装置。
【請求項３】
前記工具選択部は、使用可能な複数の前記切削工具の中から、前記ワイパー部切れ刃の曲率が前記加工面の曲率（１／Ｒｗ）以上で且つ前記目標加工面の曲率との差が所定範囲内という第２の曲率（１／Ｒｔ）の条件を満たす工具を選択する請求項２記載の切削加工装置。
【請求項４】
前記切削工具により、既加工面である未切削部（６２）を再度切削する際の切削速度が、前記既加工面を形成した際の切削速度に対して異なるように制御される請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の切削加工装置。
【請求項５】
前記切削工具により加工する際に、前記送り方向に対して直交するピックフィード方向に移動するように、前記切削工具を前記被切削物に対して相対移動させるピックフィード部（５４Ａ）をさらに備え、
前記目標加工面は、前記ピックフィード方向に所定の曲率（１／Ｒｐ）を有する曲面状をなしており、
前記ワイパー部切れ刃が掃引されてできる面は、前記目標加工面に向かって凸をなす曲線の曲率を正とし凹をなす曲線の曲率を負としたとき、前記目標加工面の前記ピックフィード方向の曲率以上で且つピックフィード方向に所定範囲内の曲率（１／Ｒｅ）を有しており、
前記姿勢変更部（５４Ｆ）は、
前記切削工具により加工する際に、前記ワイパー部切れ刃が掃引された面の仕上げ面生成部分が前記目標加工面に合致するように、前記被切削物に対する前記切削工具の姿勢を前記ピックフィード方向に変化させる請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の切削加工装置。
【請求項６】
送り方向に所定の曲率（１／Ｒｗ）を有する曲面状の目標加工面（ＴＳ）を切削するための切削工具（７、８、９、９Ａ）であって、
前記目標加工面に向かって凸をなす曲線の曲率を正とし凹をなす曲線の曲率を負としたとき、正の第１の曲率（１／Ｒｎ）を有する曲線状のノーズ部切れ刃（７２、８２、９１ａ、９１ｆ）と、
該ノーズ部切れ刃に連続すると共に、前記ノーズ部切れ刃よりも切れ刃長の長い切れ刃であって前記送り方向において前記目標加工面の曲率（１／Ｒｗ）以上で且つ前記目標加工面の曲率との差が所定範囲内という条件を満たす第２の曲率（１／Ｒｔ）を有する曲線状のワイパー部切れ刃（７３、８３、９１ｂ、９１ｇ）と、
を備えている切削工具。
【請求項７】
前記切削工具（９）の逃げ角（γ）は、前記切削工具の進行角度（θ）に基づいて設定されている請求項６記載の切削工具。
【請求項８】
前記切削工具（７）は、
前記ノーズ部切れ刃（７２）とは反対位置において、前記ワイパー部切れ刃（７３）に連続しており、前記ワイパー部切れ刃によって形成された仕上面（６１）を押圧するバニシング部（７４）を有している請求項６または７に記載の切削工具。
【請求項９】
請求項３に記載の切削加工装置において、加工データを生成する加工支援装置であって、
前記各切削工具が有する曲率に基づき、各々の前記切削工具が切削可能な曲率範囲（１／Ｒｓ１、１／Ｒｓ２、１／Ｒｓ３）を設定し、該曲率範囲と製品図面データとに基づき、前記目標加工面を、各々が前記曲率範囲のいずれかに対応した複数の領域に分割する加工面分割部と、
分割された前記領域に基づいて、前記目標加工面の各部位に対して、使用すべき前記切削工具を当てはめる工具設定部と、
当てはめた前記切削工具と前記製品図面データとに基づき、前記切削工具の送り量（ｆ）を設定する送り量設定部と、
当てはめた前記切削工具と前記製品図面データとに基づき、前記被切削物に対する前記切削工具の姿勢を設定する姿勢設定部と、
を備えている加工支援装置。
【請求項１０】
被切削物（６）において、送り方向に所定の曲率（１／Ｒｗ）を有する曲面状の目標加工面（ＴＳ）を切削加工するための加工方法であって、
前記目標加工面に向かって凸をなす曲線の曲率を正とし凹をなす曲線の曲率を負としたとき、正の第１の曲率（１／Ｒｎ）を有するノーズ部切れ刃（７２、８２、９１ａ、９１ｆ）、及び該ノーズ部切れ刃に連続すると共に前記ノーズ部切れ刃よりも切れ刃長の長い切れ刃であって前記送り方向において前記目標加工面の曲率（１／Ｒｗ）以上で且つ前記目標加工面の曲率との差が所定範囲内という条件を満たす第２の曲率（１／Ｒｔ）を有する曲線状のワイパー部切れ刃（７３、８３、９１ｂ、９１ｇ）を具備した切削工具（７、８、９、９Ａ）を用い、
該切削工具および前記被切削物のうちの少なくともいずれかを動作させて、前記被切削物を切削するとともに、前記ワイパー部切れ刃が掃引する面の仕上げ面生成部分が前記目標加工面に合致するように、前記被切削物に対する前記切削工具の姿勢を変化させながら、前記切削工具および前記被切削物のうちの少なくともいずれかを移動させることにより、前記切削工具を前記目標加工面の前記曲面に沿って前記送り方向に相対移動させる加工方法。
【請求項１１】
前記切削工具により、既加工面である未切削部（６２）を再度切削する際の切削速度が、前記既加工面を形成した際の切削速度に対して異なっている請求項１０記載の加工方法。
【請求項１２】
前記切削工具により加工する際に、前記切削工具は、前記送り方向に対して直交するピックフィード方向にも相対移動され、
前記目標加工面は、
前記ピックフィード方向に所定の曲率（１／Ｒｐ）を有する曲面状をなしており、
前記切削工具の前記ワイパー切れ刃が掃引されてできる面は、前記目標加工面の前記ピックフィード方向の曲率以上であって、ピックフィード方向に所定範囲内の曲率（１／Ｒｅ）を有しており、
前記切削工具により加工する際に、前記ワイパー部切れ刃が掃引された面の仕上げ面生成部分が前記目標加工面に合致するように、前記被切削物に対する前記切削工具の姿勢を前記ピックフィード方向にも変化させる請求項１０または１１に記載の加工方法。
【請求項１３】
使用可能な複数の切削工具（７、７Ａ、７Ｂ、８、９、９Ａ）が有する曲率に基づき、各々の前記切削工具が切削可能な曲率範囲（１／Ｒｓ１、１／Ｒｓ２、１／Ｒｓ３）を設定し、該曲率範囲と製品図面データとに基づき、前記目標加工面を、各々が前記曲率範囲のいずれかに対応した複数の領域に分割する加工面分割工程と、
分割された前記領域に基づいて、前記目標加工面の各部位に対して、使用するべき前記切削工具を当てはめる工具設定工程と、
当てはめた前記切削工具と前記製品図面データとに基づき、前記切削工具の送り量（ｆ）を設定する送り量設定工程と、
当てはめた前記切削工具と前記製品図面データとに基づき、前記被切削物に対する前記切削工具の姿勢を設定する姿勢設定工程と、
をさらに備えている請求項１０乃至１２のうちのいずれか一項に記載の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送り方向に所定の曲率半径を有する加工面を切削加工によって生成するための切削加工装置、切削工具、加工支援装置および加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノーズ部に対し、ワイパー部が連続するように設けられた切削インサートが取り付けられたフライスカッターに関する従来技術があった（例えば、特許文献１参照）。このフライスカッターにおいては、ノーズ部およびワイパー部により被切削物を切削するとともに、ワイパー部によって仕上面を形成している。当該従来技術によるフライスカッターにおいては、曲率半径の小さいノーズ部によって、切削時の再生びびり振動を低減することができる。また、それとともに、ノーズ部に接続された曲率半径の大きいワイパー部により、カッターの送りを増大させても、切削後における加工面の表面粗さを向上させることを可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１０３７１０号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】竹内芳美、長坂学、森重功一：ボールエンドミルの先端切れ刃・側面切れ刃を併用した５軸制御加工、精密工学会誌、Ｖｏｌ．６１，Ｎｏ．４，１９９５，ｐｐ．５６１−５６５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１によるフライスカッターは、直線状の工具軌跡に沿って送りが与えられる切削加工に限定して使用されるものであり、フライスカッターが曲線状の工具軌跡に沿って送られる切削加工に適用することはできなかった。これに対して、多軸加工機を用いて、工具の切れ刃直線部によって、大きなピックフィードで仕上面の粗さを向上させる切削加工方法があった（例えば、上記非特許文献１参照）。しかしながら、当該非特許文献１による切削加工方法においては、カッターの有する長い切れ刃が再生効果を有しているため、加工時のびびり振動安定性が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、曲面形状によって形成された加工面の粗さを向上させ、高能率加工を可能とする切削加工装置、切削工具、加工支援装置および加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、請求項１に係る切削加工装置の発明は、被切削物（６）において、送り方向に所定の曲率（１／Ｒｗ）を有する曲面状の目標加工面（ＴＳ）を切削加工によって生成するための切削加工装置（１）であって、前記目標加工面に向かって凸をなす曲線の曲率を正とし凹をなす曲線の曲率を負としたとき、正の第１の曲率（１／Ｒｎ）を有する曲線状のノーズ部切れ刃（７２、８２、９１ａ、９１ｆ）、及び該ノーズ部切れ刃に連続すると共に前記ノーズ部切れ刃よりも切れ刃長の長い切れ刃であって前記送り方向において前記目標加工面の曲率（１／Ｒｗ）以上で且つ前記目標加工面の曲率との差が所定範囲内という条件を満たす第２の曲率（１／Ｒｔ）を有する曲線状のワイパー部切れ刃（７３、８３、９１ｂ、９１ｇ）を具備した切削工具（７、８、９、９Ａ）と、前記切削工具により加工する際、前記ワイパー部切れ刃が切削運動によって掃引されて形成される仕上げ面生成部分が前記目標加工面に合致するように、前記被切削物に対する前記切削工具の姿勢を前記送り方向に変化させる姿勢変更部と、を備えている。
【０００８】
この構成によれば、ノーズ部切れ刃を用いた切削によって、再生効果を抑制し、びびり振動を低減することができる。また、ワイパー部切れ刃を、目標加工面の送り方向の曲率に対し所定範囲内の曲率を有する曲線によって形成し、当該ワイパー部切れ刃が掃引された面を目標加工面に合致するように姿勢を送り方向に変化させて、目標加工面の曲面に沿って送りを与えている。これにより、送り量を増大させて、高能率加工を実現できるとともに、仕上面粗さを向上させることが可能になる。
【０００９】
尚、上述した請求項１に係る切削加工装置の発明中における「所定の曲率を有する曲線状のノーズ部切れ刃」には、先端が曲線を有していない鋭利なノーズ部切れ刃や多角形状のノーズ部切れ刃を含んでいる。これは、後述する請求項６に係る切削工具の発明中のノーズ部切れ刃および請求項１０に係る加工方法の発明中のノーズ部切れ刃についても同様である。
【００１０】
また、請求項１における「前記送り方向において前記目標加工面の曲率（１／Ｒｗ）以上で且つ前記目標加工面の曲率との差が所定範囲内という条件を満たす第２の曲率（１／Ｒｔ）を有する曲線状のワイパー部切れ刃」には、仕上面粗さを向上させることができるという本願発明の効果を有する範囲で、目標加工面の送り方向の曲率に対して僅かに異なる曲率を有する曲線によって形成されたワイパー部切れ刃を含んでいる。したがって、曲率と同様に前記目標加工面に向かって凸をなす曲線の曲率半径を正とし、凹をなす曲線の曲率半径を負とすれば、ワイパー部切れ刃の曲率半径には、加工面の送り方向の曲率半径よりも僅かに小さい曲率半径を含んでいる。これは、後述する請求項６に係る切削工具の発明中のワイパー部切れ刃および請求項１０に係る加工方法の発明中のワイパー部切れ刃についても同様である。尚、ワイパー部切れ刃を含む面は概ね切削方向に垂直であるが、しばしば少し傾きが生ずる。この傾きには、送り方向の回りの傾き（すくい角）と、切込み方向回りの傾き（傾斜角）がある。切削方向に垂直でない場合、その切れ刃の切削運動による掃引形状（曲面）を送り方向に測定した曲率が、上述したワイパー部切れ刃の曲率に対応するものであって、切れ刃の曲率そのものではなくなる。尚、曲率半径で大小比較を行うと正負が変わる時に矛盾が生じるが、本発明では曲率の大小比較を行うので矛盾が生じることは無い。
【００１１】
また、請求項１における「目標加工面に合致する」には、仕上面粗さを向上させることができるという本願発明の効果を有する範囲で、ワイパー部切れ刃が掃引された面が、加工面に対して完全には合致していない場合を含んでいる。これは、後述する請求項１０に係る加工方法の発明中のワイパー部切れ刃についても同様である。
【００１２】
また、請求項６に係る切削工具の発明は、送り方向に所定の曲率（１／Ｒｗ）を有する曲面状の目標加工面（ＴＳ）を切削によって生成するための切削工具（７、８、９、９Ａ）であって、前記加工面に向かって凸をなす曲線の曲率を正とし凹をなす曲線の曲率を負としたとき、正の第１の曲率（１／Ｒｎ）を有する曲線状のノーズ部切れ刃（７２、８２、９１ａ、９１ｆ）と、該ノーズ部切れ刃に連続すると共に、前記ノーズ部切れ刃よりも切れ刃長の長い切れ刃であって前記送り方向において前記目標加工面の曲率（１／Ｒｗ）以上で且つ前記目標加工面の曲率との差が所定範囲内という条件を満たす第２の曲率（１／Ｒｔ）を有する曲線状のワイパー部切れ刃（７３、８３、９１ｂ、９１ｇ）と、を備えている。
【００１３】
これにより、ノーズ部切れ刃を用いた切削によって、再生効果を抑制し、びびり振動を低減することができる。また、ワイパー部切れ刃が切削運動によって掃引された面が加工面に合致するように姿勢を変化させて、目標加工面の曲面に沿って送りを与えるようにすれば、送り量を増大させて、高能率加工を実現できるとともに、仕上面粗さを向上させることが可能な切削工具にすることができる。
【００１４】
また、請求項９に係る加工データを生成する加工支援装置（２）の発明は、請求項３に記載の切削加工装置（１）において、前記各切削工具が有する曲率に基づき、各々の前記切削工具が切削可能な曲率範囲（１／Ｒｓ１、１／Ｒｓ２、１／Ｒｓ３）を設定し、該曲率範囲と製品図面データとに基づき、前記目標加工面を、各々が前記曲率範囲のいずれかに対応した複数の領域に分割する加工面分割部（Ｓ１０１）と、分割された前記領域に基づいて、前記目標加工面の各部位に対して、使用すべき前記切削工具を当てはめる工具設定部と（Ｓ１０２）、当てはめた前記切削工具と前記製品図面データとに基づき、前記切削工具の送り量（ｆ）を設定する送り量設定部（Ｓ１０４）と、当てはめた前記切削工具と前記製品図面データとに基づき、前記被切削物に対する前記切削工具の姿勢を設定する姿勢設定部（Ｓ１０５）と、を備えている。
【００１５】
これにより、使用可能な複数の切削工具の中から、目標加工面ＴＳの形状に基づき、使用すべき工具の選択を行うことができる。すなわち、ワイパー部切れ刃が掃引された面を目標加工面に略合致させることのできる加工データを形成することにより、高能率加工を実現できるとともに、仕上面粗さを向上させることが可能な切削加工を自動化することができる。
【００１６】
また、請求項１０に係る加工方法の発明は、被切削物（６）において、送り方向に所定の曲率（１／Ｒｗ）を有する曲面状の目標加工面（ＴＳ）を切削加工によって生成するための加工方法であって、前記目標加工面に向かって凸をなす曲線の曲率を正とし凹をなす曲線の曲率を負としたとき、正の第１の曲率（１／Ｒｎ）を有するノーズ部切れ刃（７２、８２、９１ａ、９１ｆ）、及び該ノーズ部切れ刃に連続すると共に前記ノーズ部切れ刃よりも切れ刃長の長い切れ刃であって前記送り方向において前記目標加工面の曲率（１／Ｒｗ）以上で且つ前記目標加工面の曲率との差が所定範囲内という条件を満たす第２の曲率（１／Ｒｔ）を有する曲線状のワイパー部切れ刃（７３、８３、９１ｂ、９１ｇ）を具備した切削工具（７、８、９、９Ａ）を用い、該切削工具および前記被切削物のうちの少なくともいずれかを動作させて、前記被切削物を切削するとともに、前記ワイパー部切れ刃が掃引する面の仕上げ面生成部分が前記目標加工面に合致するように、前記被切削物に対する前記切削工具の姿勢を変化させながら、前記切削工具および前記被切削物のうちの少なくともいずれかを移動させることにより、前記切削工具を前記加工面の前記曲面に沿って前記送り方向に相対移動させる。
【００１７】
これにより、ノーズ部切れ刃を用いた切削によって、再生効果を抑制し、びびり振動を低減することができる。また、ワイパー部切れ刃を、目標加工面の送り方向の曲率に対し所定範囲内の曲率を有する曲線によって形成し、ワイパー部切れ刃が掃引する面が加工面に合致するように姿勢を変化させて、目標加工面の曲面に沿って送りを与えている。これにより、送り量を増大させて、高能率加工を実現できるとともに、仕上面粗さを向上させることが可能な加工方法にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態１による切削加工システムの全体を表したブロック図
【図２】図１に示したＮＣ工作機械装置の外観斜視図
【図３】図２に示したエンドミルによる切削方法を表した模式図
【図４】図３のIV部拡大図
【図５】ＣＡＤ／ＣＡＭ装置によってＣＬデータを形成するための処理フローの一例を示したフローチャートを表した図
【図６】エンドミルによる切削後の仕上面を示した拡大図
【図７】ワイパー部切れ刃の曲率半径を算出する方法を示すための模式図
【図８】ワイパー部切れ刃のピックフィード方向の曲率半径を算出する方法を示すための模式図
【図９】図８に示されたエンドミルを送り方向に見た場合の模式図
【図１０】リードのみの場合においてエンドミルの仕上げ面カスプを模式的に示す図
【図１１】リード及びチルトの両方を含む場合においてエンドミルの仕上げ面カスプを模式的に示す図
【図１２】実施形態１の変形例によるエンドミルの切削部を示した拡大図
【図１３】実施形態２によるエンドミルの切削方法を表した模式図
【図１４】切削工具における逃げ角を設定する方法を説明するための模式図
【図１５】図１４に示した切削工具を下方から見た図
【図１６】図１５に示したインサートの刃先を示した拡大図
【図１７】その他の実施形態を示した図
【図１８】図１７の部分拡大図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜実施形態１の構成＞
（切削加工システムの構成）
図１に基づき、本発明の実施形態１による切削加工システム１について説明する。切削加工システム１は、本発明の切削加工装置に該当する。図１に示したように、切削加工システム１は、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置２、ＮＣデータ作成装置３、ＮＣ制御装置４、ＮＣ工作機械装置５を含んでいる。ＣＡＤ／ＣＡＭ装置２は、加工支援装置に該当する。ＣＡＤ／ＣＡＭ装置２は、ＣＡＤ装置とＣＡＭ装置とに分離されていてもよい。ＣＡＤ／ＣＡＭ装置２は、製品図面データに基づいて決定された加工手順に従って、エンドミル等の切削工具の移動方法を特定するデータであるＣＬデータを形成する。ＣＬデータは、加工面上を移動する切削工具の加工点による移動軌跡と、移動軌跡上の点における切削工具の姿勢ベクトルとにより形成されている。ＣＬデータは、加工データに該当する。ＣＡＤ／ＣＡＭ装置２は、後述する本発明による切削工具の自動選定とその動作の自動生成を行うものが望ましい。この場合、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置２が本発明の工具選択部に該当する。ＮＣデータ作成装置３は、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置２からのＣＬデータに基づいて、ＮＣ工作機械装置５を多軸制御可能なＮＣデータを作成し、ＮＣ制御装置４へと供給する。以上のようにＣＡＤ／ＣＡＭ装置２およびＮＣデータ作成装置３の支援によってＮＣデータを作成することが望ましいが、それらのいずれかまたは両方の支援なしでＮＣデータを作成してもよい。また制御軸数や加工形状を限定するなどによって、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置２とＮＣデータ作成装置３が一つに集約されていたり、さらにそれがＮＣ制御装置内に集約されていてもよい。この場合、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置２及びＮＣデータ作成装置３、又はＮＣデータ作成装置３が本発明の工具選択部に該当することとなる。ＮＣ制御装置４は、ＮＣデータ作成装置３によって形成されたＮＣデータに従い、図２に示したＮＣ工作機械装置５を制御する。
【００２０】
（ＮＣ工作機械装置の構成）
以下、図２に基づいて、ＮＣ工作機械装置５について説明する。図２に示したように、図２における左右方向をＮＣ工作機械装置５のＸ軸方向、上下方向をＮＣ工作機械装置５のＺ軸方向、Ｘ軸方向およびＺ軸方向の双方に対して垂直な方向をＮＣ工作機械装置５のＹ軸方向とする。ＮＣ工作機械装置５は、同時多軸制御が可能なマシニングセンタによって形成されている。ＮＣ工作機械装置５は、ベース５０上に設けられたコラム５１及びＹ軸送りテーブル５２と、Ｙ軸送りテーブル５２上に設けられたＸ軸送りテーブル５５とを備えている。Ｙ軸送りテーブル５２は、ベース５０上に形成されたＹ軸レール５０ａと係合し、ベース５０に対しＹ軸方向に移動可能に支持されている。ベース５０にはボールねじ機構５３Ａが設けられており、ボールねじ機構５３Ａには、Ｙ軸モータ５４Ａが取り付けられている。Ｙ軸モータ５４Ａは、ピックフィード部に該当する。Ｙ軸モータ５４Ａには、その回転位置を検出する図示しないＹ軸センサが内蔵されている。前述したＮＣ制御装置４は、Ｙ軸センサによる検出値に基づいてＹ軸モータ５４Ａの作動を制御し、Ｙ軸送りテーブル５２をＹ軸方向（本実施形態においてはピックフィード方向（送り方向と後述する目標加工面ＴＳの法線方向の双方に対して直交する方向）に該当する）に移動させる。
【００２１】
Ｙ軸送りテーブル５２上には、Ｘ軸送りテーブル５５が設けられている。Ｘ軸送りテーブル５５は、Ｙ軸送りテーブル５２上に形成されたＸ軸レール５２ａと係合し、Ｙ軸送りテーブル５２に対しＸ軸方向に移動可能に支持されている。Ｙ軸送りテーブル５２にはボールねじ機構５３Ｂが設けられており、ボールねじ機構５３Ｂには、Ｘ軸モータ５４Ｂが取り付けられている。Ｘ軸モータ５４Ｂは、工具送り部に該当する。Ｘ軸モータ５４Ｂには、その回転位置を検出する図示しないＸ軸センサが内蔵されている。ＮＣ制御装置４は、Ｘ軸センサによる検出値に基づいて、Ｘ軸モータ５４Ｂの作動を制御して、Ｘ軸送りテーブル５５をＸ軸方向（後述するように、本実施形態においては送り方向に該当する）に移動させる。尚、Ｘ軸方向を送り方向とする場合であっても、曲線状であるため、Ｚ軸方向にも若干の動きが発生する。テーブル５５上には、後述する被切削物６が固定されている。
【００２２】
コラム５１に形成されたＺ軸レール５１ｂには、Ｙ軸回り角度モータ５４Ｄ及びＸ軸回り角度モータ５４Ｆを介して主軸支持部５６が、コラム５１に対しＺ軸方向に移動可能に取り付けられている。Ｙ軸回り角度モータ５４Ｄは、主軸支持部５６をＹ軸を中心として回転させる。Ｘ軸回り角度モータ５４Ｆは、主軸支持部５６をＸ軸を中心として回転させる。Ｙ軸回り角度モータ５４Ｄ及びＸ軸回り角度モータ５４Ｆが、本発明の姿勢変更部に該当する。尚、工具先端（一般には切れ刃円弧の中心点）の位置を変えずに送り方向の工具姿勢を変えるためには、Ｘ軸とＺ軸も大きく移動することになり、ピックフィード方向の工具姿勢を変えるためには、Ｙ軸とＺ軸も大きく移動することになる。コラム５１の内部にはボールねじ機構５３Ｃが設けられており、ボールねじ機構５３Ｃには、Ｚ軸モータ５４Ｃが取り付けられている。Ｚ軸モータ５４Ｃには、その回転位置を検出する図示しないＺ軸センサが内蔵されている。ＮＣ制御装置４は、Ｚ軸センサによる検出値に基づいてＺ軸モータ５４Ｃの作動を制御し、Ｙ軸回り角度モータ５４Ｄ及びＸ軸回り角度モータ５４Ｆとともに主軸支持部５６をＺ軸方向に移動させる。
【００２３】
前述したＹ軸回り角度モータ５４Ｄには、その回転位置を検出する図示しない角度センサが内蔵されている。ＮＣ制御装置４は、角度センサによる検出値に基づいてＹ軸回り角度モータ５４Ｄの作動を制御し、主軸支持部５６を、コラム５１に対しＹ軸を中心として回転させる。Ｙ軸回り角度モータ５４Ｄは、送り方向の姿勢を変更制御し、Ｘ軸回り角度モータ５４Ｆはピックフィード方向の姿勢を変更制御する。また、主軸支持部５６を回転させる代わりに、被切削物６を回転させるようにしてもよい。
【００２４】
主軸支持部５６の下端にはチャック装置５７が設けられており、チャック装置５７には、エンドミル７が取り付けられている。主軸支持部５６の上端には主軸モータ５４Ｅが取り付けられており、主軸モータ５４Ｅは、チャック装置５７とともにエンドミル７を回転させる。主軸モータ５４Ｅには、主軸センサが内蔵されており、ＮＣ制御装置４は、主軸センサによる検出値に基づいて主軸モータ５４Ｅの作動を制御する。エンドミル７は切削工具に該当する。
【００２５】
コラム５１の側面には、工具交換ユニット５８およびツールマガジン５９が取り付けられている。ツールマガジン５９は、待機中の切削工具を一つ以上収容する装置であって、被切削物６を切削加工するためのエンドミル７を含む、工具径、工具材種、刃先形状などの異なる複数の切削工具７Ａ、７Ｂがストック可能に形成されている。工具交換ユニット５８は、ツールマガジン５９に収容された待機中の切削工具のうちの一つを、使用中の前記切削工具と取り換える装置であって、本発明の工具取換部に該当する。また、ツールマガジン５９は、本発明の工具収容部に該当する。ツールマガジン５９に収納されている切削工具７Ａ、７Ｂには、エンドミル、正面フライスカッター、リーマといった多種類のものを含んでいる。これに加えて、ツールマガジン５９には、同種の切削工具でありながら、被切削物６の各々の加工部位の曲面形状に対応して、後述するワイパー部切れ刃７３の曲率が互いに異なるものを複数段階形成して収容している。被切削物６を加工する際に、エンドミル７による切削工程が終了すると、工具交換ユニット５８によって、ツールマガジン５９に収納された別の切削工具７Ａ、７Ｂが、エンドミル７に代わってチャック装置５７に付け換えられた後、次の切削工程が開始される。工具交換ユニット５８の作動は、被切削物６の加工面の形状に基づいて作成されたＮＣデータにより、ＮＣ制御装置４が制御する。
【００２６】
（エンドミルの構成およびエンドミルを用いた加工方法）
以下、図３および図４に基づき、エンドミル７の構成およびエンドミル７を用いた加工方法について説明する。尚、図３における左右方向は、前述したＮＣ工作機械装置５のＸ軸方向に該当し、紙面に垂直な方向はＹ軸方向、上下方向はＺ軸方向に該当する。また、図３における下方を、エンドミル７の下方とし、エンドミル７の送り方向（図３において右方であって、白抜きの矢印にて示す）を前方として説明する。
【００２７】
エンドミル７は、高速度工具鋼、超硬合金、セラミックス等により略円柱形状に形成されており、図３に示したように、底部において、切削部７１が設けられている。本実施形態において切削部７１は、エンドミル７の円周上において複数個形成されている。しかしながら、エンドミル７は本実施形態に限定されるものではなく、単刃の切削工具であってもよい。本実施形態によるエンドミル７は、底刃加工によって、被切削物６上において送り方向に所定の曲率半径Ｒｗを有した凹状の曲面によって形成された目標加工面ＴＳを形成するための切削工具である。目標加工面ＴＳは、切削加工システム１が切削加工の目的とする製品図面上の形状である。目標加工面ＴＳは、曲面状の加工面に該当する。尚、本明細書において、目標加工面ＴＳに向かって凸をなす曲線の曲率又は曲率半径を正で表し、凹をなす曲線の曲率又は曲率半径を負で表すこととする。
【００２８】
図４において拡大して示したように、各々の切削部７１は、ノーズ部切れ刃７２と、ノーズ部切れ刃７２の後方に滑らかに連続したワイパー部切れ刃７３とを有している。エンドミル７においては、ノーズ部切れ刃７２およびワイパー部切れ刃７３により被切削物６を切削するとともに、ワイパー部切れ刃７３によって仕上面を形成している。ノーズ部切れ刃７２は、目標加工面ＴＳの送り方向の曲率１／Ｒｗよりも十分に大きい正の曲率１／Ｒｎを有した曲線状に形成されている。ノーズ部切れ刃７２の曲率１／Ｒｎは、再生効果を抑制し、びびり振動を低減することができるように、十分大きく設定されている。また、大きい曲率１／Ｒｎは切削に関与する切れ刃長さを短くすることで切削力を低減し、静的な変形や強制振動を抑制する効果もある。ノーズ部切れ刃７２の先端は、曲線を有さず鋭利に形成されていてもよい。
【００２９】
一方、ワイパー部切れ刃７３は、ノーズ部切れ刃７２の曲率１／Ｒｎよりも十分に小さく、目標加工面ＴＳの送り方向の曲率１／Ｒｗより僅かに大きい曲率１／Ｒｔを有する曲線状に形成されている。ワイパー部切れ刃７３の曲率１／Ｒｔは、目標加工面ＴＳの送り方向の曲率１／Ｒｗと略一致していてもよい。ワイパー部切れ刃７３は、目標加工面ＴＳに向かって凸をなす曲線の曲率を正とし凹をなす曲線の曲率を負としたとき、正の第１の曲率（１／Ｒｎ）を有する曲線状のノーズ部切れ刃７２に連続すると共にノーズ部切れ刃７２よりも切れ刃長の長い切れ刃であって送り方向において目標加工面ＴＳの曲率（１／Ｒｗ）以上で且つ目標加工面ＴＳの曲率との差が所定範囲内という条件を満たす第２の曲率（１／Ｒｔ）を有する曲線状のものが適用可能である。すなわち、１／Ｒｔ≧１／Ｒｗ且つその差が所定範囲内であって、その差が小さいほど好ましい。当該所定範囲とは、仕上面粗さを向上させることができるという本願発明の効果を有する範囲を言う。
【００３０】
尚、これまで説明した目標加工面ＴＳ、ノーズ部切れ刃７２およびワイパー部切れ刃７３は、図３において左右方向に曲面状を呈している。
【００３１】
図３に示したように、被切削物６上には、既に切削によって形成された凹状の仕上面６１に連続するように、未切削部６２が存在している。図３に示した状態において、切削部７１は、これから未切削部６２を切削加工していく過程にある。この時点において、エンドミル７のノーズ部切れ刃７２は、ワイパー部切れ刃７３に対して送り方向前方に位置している。
【００３２】
被切削物６に仕上面６１を形成するために、エンドミル７は、前述したＮＣ工作機械装置５の主軸モータ５４Ｅによって、その中心軸φの回りに回転されている。主軸モータ５４Ｅによってエンドミル７が回転されることにより、ノーズ部切れ刃７２およびワイパー部切れ刃７３は、被切削物６を切削することができる。また、Ｘ軸モータ５４Ｂによって、被切削物６がＸ軸方向（図３における左方）に移動されるため、エンドミル７は回転しながら、被切削物６に対して相対移動する。エンドミル７は、目標加工面ＴＳの曲面に沿って、前述した送り方向に移動する（フィード）。エンドミル７は、送り方向に進行する際、その回転（切削運動）によりワイパー部切れ刃７３が掃引する面を目標加工面ＴＳに略合致させるように、被切削物６に対するその姿勢を変化させる。すなわち、エンドミル７は、図３において右方に移動するにつれて、切削によって生成している目標加工面ＴＳ上の位置に対応して、下端部の切削部７１が上端部に対して右方に揺動されていくことになる。図３において、ある時点のエンドミル７の位置および姿勢を破線にて示し、それから所定時間後のエンドミル７の位置および姿勢を実線にて示している。エンドミル７の揺動は、前述したＹ軸回り角度モータ５４Ｄによって実行される。それとともに、エンドミル７は、切削している目標加工面ＴＳ上の位置に対応して、Ｚ軸モータ５４ＣによってＺ軸方向にも移動する。
【００３３】
エンドミル７が被切削物６の端部まで送られると、被切削物６は、Ｙ軸モータ５４Ａによって、Ｙ軸方向に所定のピッチだけ移動される。これにより、エンドミル７は被切削物６に対して相対移動（ピックフィード）する。ピックフィードされたエンドミル７は、中心軸φの回りに回転しながら、目標加工面ＴＳに沿って、上述した場合と反対方向（図３において左方）に移動する。この場合にも、エンドミル７は、ワイパー部切れ刃７３の仕上げ面生成部分が目標加工面ＴＳに略合致するように、その姿勢を変化させる。あるいは、工作機械の運動誤差特性の変化による仕上面６１の粗さ劣化を避けるため、図３において左方に移動する場合には、被切削物６を加工しないようにしてもよい。以下、エンドミル７は、被切削物６上を往復動することにより仕上面６１を形成していく。さらに、送り方向の曲率１／Ｒｗ（但し、実用上１／Ｒｗは一定値に限らず、１／Ｒｔを上回らない１／Ｒｔに近い範囲内にあればよい。）を有する仕上面６１の生成が終了すると、工具交換ユニット５８によって、エンドミル７をツールマガジン５９上の他の切削工具７Ａ、７Ｂと取り換えた後、被切削物６の他の箇所の切削加工が行われる。
【００３４】
ツールマガジン５９に、目標加工面ＴＳの送り方向の曲率１／Ｒｗと一致した曲率を有する切削工具が収容（保持）されていない場合がある。この場合、ＮＣ制御装置４は、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置２によって形成されたＣＬデータに基づき、ツールマガジン５９に収容された切削工具のなかで、目標加工面ＴＳの曲率（１／Ｒｗ）に最も近い曲率（１／Ｒｔ）を有した切削工具を使用して、目標加工面ＴＳを切削する。詳細には、使用可能な（すなわち待機中又は使用中の）複数の切削工具の中から、ワイパー部切れ刃の曲率が加工面の曲率（１／Ｒｗ）以上で且つ加工面の曲率との差が所定範囲内という第２の曲率（１／Ｒｔ）の条件を満たし、最も差が小さい切削工具を選択する。
【００３５】
図３において、被切削物６に対してエンドミル７に送りを与える場合、および被切削物６に対してエンドミル７の姿勢を変化させる場合、エンドミル７に代えて、被切削物６を移動させてもよいし、エンドミル７と被切削物６の双方を移動させてもよい。
【００３６】
さらに、図３に示した実施形態においては、エンドミル７をフィードさせる際、ワイパー部切れ刃７３の稜線の仕上げ面生成部分（加工領域内の部分）が目標加工面ＴＳの微小部位に対し略平行となるように移動させている。しかしながら、ワイパー部切れ刃７３が、前回に切削した仕上面６１に再び接触することを避けるために、ノーズ部切れ刃７２を目標加工面ＴＳに対して若干切込み、ワイパー部切れ刃７３の後方を目標加工面ＴＳからやや離れさせるようにしてもよい。また、逆にやや食込むようにして、ワイパー部切れ刃７３が前回に切削した仕上げ面６１に再び接触して押圧することでバニシング仕上げするようにしてもよい。
【００３７】
これまで説明したエンドミル７の作動制御は、前述したＣＡＤ／ＣＡＭ装置２によって形成されたＣＬデータから変換されたＮＣデータに基づき、ＮＣ制御装置４が実行する。以下、上述した作動制御を実現するためのＣＬデータを、図５に示したＣＡＤ／ＣＡＭ装置２によって形成するための処理フローの一例について説明する。最初に、ステップＳ１０１において、製品図面データと、ツールマガジン５９が収容する切削工具７、７Ａ、７Ｂがそれぞれ有する曲率に基づき、目標加工面ＴＳを、各々が所定の曲率範囲を有する複数の領域に分割する（加工面分割工程）。詳細には、目標加工面ＴＳの送り方向の曲率１／Ｒｗを分析し、目標加工面ＴＳ上における曲率１／Ｒｗの分布（１／Ｒ１≧１／Ｒｗ＞１／Ｒ４とする）を求める。換言すれば、最大１／Ｒ１の工具を準備し、最小１／Ｒ４までの範囲を設定する。そして、ＮＣ工作機械装置５が保持する切削工具７、７Ａ、７Ｂのワイパー部切れ刃７３の曲率が、それぞれ１／Ｒ１、１／Ｒ２、１／Ｒ３（１／Ｒ１＞１／Ｒ２＞１／Ｒ３）であるとすると、切削工具７、７Ａ、７Ｂが切削可能な曲率範囲１／Ｒｓ１、１／Ｒｓ２、１／Ｒｓ３を、各々１／Ｒ１≧１／Ｒｓ１＞１／Ｒ２、１／Ｒ２≧１／Ｒｓ２＞１／Ｒ３、１／Ｒ３≧１／Ｒｓ３＞１／Ｒ４と設定する。上述したことから分かるように、各々の曲率範囲１／Ｒｓ１、１／Ｒｓ２、１／Ｒｓ３は、各切削工具７、７Ａ、７Ｂのワイパー部切れ刃７３の曲率１／Ｒ１、１／Ｒ２、１／Ｒ３以下であって、所定範囲内になるように設定される。次に、目標加工面ＴＳを、それぞれいずれかの曲率範囲１／Ｒｓ１、１／Ｒｓ２、１／Ｒｓ３に対応した複数の領域に分割する。上述した演算の際に、目標加工面ＴＳの送り方向の曲率１／Ｒｗおよび切削工具７、７Ａ、７Ｂのワイパー部切れ刃７３の曲率１／Ｒ１、１／Ｒ２、１／Ｒ３に代えて、各々の曲率半径を使用してもよい。尚、実際の加工においては、工具−被削材干渉、後述のピックフィード方向曲率の制約等の他の制約で工具が使用できない場合、あるいは連続する曲面の中に曲率が小さく面積が小さい領域が存在し、曲率が小さな工具に交換して送り量を増大するより工具交換を行わずに送り量を減少してその領域を加工する方が要求粗さに対して加工時間を短縮できる場合には、曲率の大きい工具を選択する場合があり得る。
【００３８】
次に、ステップＳ１０２において、分割された領域に基づいて、目標加工面ＴＳの各部位に対して、使用するべき切削工具７、７Ａ、７Ｂのうちのいずれかを自動的に当てはめる（工具設定工程）。この時、ツールマガジン５９に目標加工面ＴＳの曲率１／Ｒｗと一致した曲率を有する切削工具が保持されていない場合、保持されている切削工具７、７Ａ、７Ｂのなかで、目標加工面ＴＳの曲率１／Ｒｗを下回らない範囲で最も近い曲率を有した切削工具を当てはめることができる。次に、ステップＳ１０３において、当てはめた切削工具７、７Ａ、７Ｂに応じて、被切削物６上における送り方向およびピックフィード方向が適切か否かを確認する（送り方向確認工程）。ここで、ピックフィード方向も送り方向と同様に、曲率の制約を満足しなければならない。その曲率の制約条件として常に１／Ｒｅ≧１／Ｒｐである。ここで１／Ｒｅは、後述するように、ワイパー部切れ刃７３が切削運動（工具回転運動）によって掃引された面のピックフィード方向の曲率であり、１／Ｒｐは目標加工面ＴＳのピックフィード方向の曲率である。ここでは、この制約条件１／Ｒｅ≧１／Ｒｐを確認し、もし満足していない場合には、より大きな曲率を有し、この制約条件を満足する工具の中で最も曲率の小さなものを新たに当てはめる。もし条件を満足する工具がなかった場合には、ワイパー部を持たない通常の工具を選択しても良いし、アラーム等を表示して処理フローを中断しても良い。
【００３９】
次に、加工面分割工程から送り方向確認工程までの別の処理フローについて説明する。目標加工面ＴＳの送り方向の曲率１／Ｒｗとピックフィード方向の曲率１／Ｒｐを分析し、それらの曲率分布を求める。ここで、ワイパー部切れ刃７３の送り方向の曲率１／Ｒｔと切れ刃７３が掃引された面のピックフィード方向の曲率１／Ｒｅは、制約条件として常に１／Ｒｔ≧１／Ｒｗ（送り方向）、１／Ｒｅ≧１／Ｒｐ（ピックフィード方向）を満たし、かつそれらの差１／Ｒｔ−１／Ｒｗ、１／Ｒｅ−１／Ｒｐは小さいことが望ましい。具体例を示すと、式（８）から、差の積（１／Ｒｔ−１／Ｒｗ）（１／Ｒｅ−１／Ｒｐ）が最小になるとき、与えられたＲｔｈに対して加工時間を最短（加工能率を最大）にすることができる。そこで、上記曲率分布に基づき、ＮＣ工作機械装置５が保持する切削工具７、７Ａ、７Ｂについて、各工具が上記２つの制約条件を満たす加工面領域を求め、複数の工具が制約条件を満たす領域については、（１／Ｒｔ−１／Ｒｗ）（１／Ｒｅ−１／Ｒｐ）（曲率が変化する場合には、その領域全体にわたる√（（１／Ｒｔ−１／Ｒｗ）（１／Ｒｅ−１／Ｒｐ））の面積分値）が最小になる工具を当てはめる。これにより、目標加工面ＴＳが分割される（加工面分割工程）とともに、各加工面領域に対して適切な工具が当てはめられる（工具設定工程）。この際、隣接する領域を曲率が大きい方の工具を使用して工具交換せずに加工する方が与えられたＲｔｈに対して加工時間を短縮できる場合には、それらの領域を合体しても良い。また、もし条件を満足する工具がなかった場合には、ワイパー部を持たない通常の工具を選択しても良いし、アラーム等を表示して処理フローを中断しても良い。また、設定された送り方向とピックフィード方向を変更し、より適切な方向がないか確認（探索）する処理を実行しても良い（送り方向確認工程）。その結果、より曲率の小さな工具を当てはめることができる場合や、同じ工具でも（１／Ｒｔ−１／Ｒｗ）（１／Ｒｅ−１／Ｒｐ）の値（曲率が変化する場合には上記面積分値）を小さくできる場合には、その情報を表示して処理継続の是非を入力するように求めたり、自動的にその送り方向とピックフィード方向に変更して、再度加工面分割工程から処理し直しても良い。
【００４０】
次に、ステップＳ１０４において、当てはめた切削工具７、７Ａ、７Ｂと製品図面データに基づき、仕上面６１の要求粗さを満足するように、切削工具７、７Ａ、７Ｂの一刃当りの送り量ｆおよびピックフィード量Ｐｆを設定する（送り量設定工程）。最後に、ステップＳ１０５において、当てはめた切削工具７、７Ａ、７Ｂと製品図面データに基づき、ワイパー部切れ刃７３が掃引する面の仕上げ面生成部分を目標加工面ＴＳに合致させるように、被切削物６の各加工部位に対する切削工具７、７Ａ、７Ｂの姿勢を設定する（姿勢設定工程）ことにより、ＣＬデータが完成する。
【００４１】
（ワイパー部切れ刃の曲率半径の設定方法）
以下、図６および図７に基づき、ワイパー部切れ刃７３の曲率半径Ｒｔの設定方法について説明する。図６に示したように、エンドミル７による仕上面６１上には、目標加工面ＴＳに対してワイパー部切れ刃７３の１刃ごとにカスプハイトＲｔｈ（以下、理論粗さＲｔｈと言う）が残留し、仕上面６１の表面粗さが粗くなる。一般的に理論粗さＲｔｈは、直線送りを行う場合にワイパー部切れ刃７３の曲率半径をＲｔとすると、下記の近似式にて与えられる。ただし、下式においてｆは、エンドミル７の１刃当たりの送り量とする。
【００４２】
【数１】
2018008323.tif 000003
【００４３】
したがって、上記（１）式から、図７において、下記（２）式及び（３）式が成立する。
【００４４】
【数２】
2018008323.tif 000004
【００４５】
【数３】
2018008323.tif 000005
【００４６】
これらから、下式によって、理論粗さＲｔｈを求めることができる。
【００４７】
【数４】
2018008323.tif 000006
【００４８】
（４）式は、仕上面６１上の粗さを向上させるためには、仕上面６１を形成するワイパー部切れ刃７３の曲率半径Ｒｔを、目標加工面ＴＳの送り方向の曲率半径Ｒｗと一致した値または非常に近似した値にすればよいことを示している。また、仕上面６１上の粗さを同程度に維持する場合には、送り量ｆを大きくして高能率加工を実現できることを定量的に意味している。
【００４９】
例えば、ワイパー部切れ刃７３を持たない従来の工具であってノーズ部切れ刃７２の曲率半径が１ｍｍのエンドミル７を用い、ノーズ切れ刃７２によって仕上面６１を形成するような工具姿勢によって、送り方向の曲率半径Ｒｗ＝５０ｍｍの目標加工面ＴＳを、送り量ｆ＝０．２ｍｍで加工したとすると、（４）式より理論粗さＲｔｈ＝４．９μｍとなる。これに対し、ワイパー部切れ刃７３を持ち、その曲率半径Ｒｔ＝４０ｍｍのエンドミル７を用い、ワイパー部切れ刃７３によって仕上面６１を形成するような工具姿勢によって、同じ条件で加工したとすると、理論粗さＲｔｈ＝０．０２５μｍとなって、理論粗さＲｔｈが１／２００近くまで低下する。一方、仕上面６１上の粗さを同程度に維持する場合には、送り量ｆ＝２．８ｍｍとなり、１４倍の高能率加工が可能となる。
【００５０】
ここで、加工時間を最短にする条件について説明する。加工能率を表すＭＲＲ（Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｒｅｍｏｖａｌ  Ｒａｔｅ）は、（５）式に示すように、送り量ｆ、ピックフィード量Ｐｆと比例関係にある。
【００５１】
【数５】
2018008323.tif 000007
【００５２】
一方、（４）式より以下の（６）式を求めることができ、さらにピックフィード量と理論粗さの関係も（４）式に類似した式から求めることができるため、以下の（７）式を導くことができる。
【００５３】
【数６】
2018008323.tif 000008
【００５４】
【数７】
2018008323.tif 000009
【００５５】
上記３つの式から、ＭＲＲは以下の（８）式で表すことができる。
【００５６】
【数８】
2018008323.tif 000010
【００５７】
（８）式は、各曲率の差の積（１／Ｒｔ−１／Ｒｗ）（１／Ｒｅ−１／Ｒｐ）をどのくらい小さくすると加工能率がどのくらい高くなるかを示している。従って、目標とするＲｔｈに対して加工能率を最大、すなわち加工時間を最短にするためには、各曲率の差の積を最小にする必要があることがわかる。また（８）式は、加工時間が√（（１／Ｒｔ−１／Ｒｗ）（１／Ｒｅ−１／Ｒｐ））に比例することを示しており、曲率が変化する曲面を一定の理論粗さに仕上げるために要する時間は、その面上で√（（１／Ｒｔ−１／Ｒｗ）（１／Ｒｅ−１／Ｒｐ））を面積分した値に比例することがわかる。
【００５８】
以下、図８および図９に基づき、目標加工面ＴＳがピックフィード方向に所定の曲率半径Ｒｐを有する曲面状に形成されている場合について説明する。図８において、エンドミル７の送り方向は右方であって、白抜きの矢印にて示されている。また、図８において、ピックフィード方向は紙面に垂直な方向である。図９において、左右方向はピックフィード方向であり、送り方向は紙面に垂直な方向である。
【００５９】
以下、目標加工面ＴＳのピックフィード方向の曲面に対するワイパー部切れ刃７３が掃引された面の曲率１／Ｒｅの設定方法について説明する。上述した目標加工面ＴＳの送り方向の曲率１／Ｒｗに対するワイパー部切れ刃７３の曲率１／Ｒｔと同様に、目標加工面ＴＳのピックフィード方向の曲率１／Ｒｐに対するワイパー部切れ刃７３が掃引された面の曲率１／Ｒｅも下記のように設定される。すなわち、目標加工面ＴＳに向かって凸をなす曲線の曲率を正とし凹をなす曲線の曲率を負としたとき、目標加工面ＴＳのピックフィード方向の曲率１／Ｒｐ以上であって、所定範囲内の曲率１／Ｒｅを有するように設定される。当該所定範囲とは、いずれも仕上面粗さを向上させることができるという本願発明の効果を有する範囲を言う。
【００６０】
また、仕上面６１を形成する際、ワイパー部切れ刃７３が掃引された面を目標加工面ＴＳに略合致させるように、被切削物６に対するエンドミル７の姿勢をピックフィード方向に変化させる。
【００６１】
以下、上述したワイパー部切れ刃７３が掃引された面のピックフィード方向の曲率半径Ｒｅの算出方法について説明する。図８に示したように、仕上面６１を形成するワイパー部切れ刃７３の中心点をＣとする。近似的に、ノーズ部切れ刃７２とワイパー切れ刃７３との接続点をＣとしてもよい。点Ｃを回転掃引して形成される円をＱとした場合、目標加工面ＴＳの送り方向接線Ｌ方向に円Ｑを見た時の楕円Ｑｅの短軸半径は、Ｒａ（ｃｏｓη）で表される。但し、Ｒａは点Ｃの回転半径、ηはエンドミル７の回転軸φと接線Ｌとが成す角度を表す。したがって、点Ｃにおける楕円Ｑｅの曲率半径Ｒｅは、Ｒｅ＝Ｒａ／（ｃｏｓη）で表される。よって、ワイパー部切れ刃７３が掃引された面の曲率半径Ｒｅを、目標加工面ＴＳのピックフィード方向の曲率半径Ｒｐに略合致するように、Ｒａおよびηが設定された工具を選択する。ミリングの場合、このようにピックフィード方向についても、制約条件を満たして曲率が近いものを選ぶことが望ましい。
【００６２】
なお上記では、接線Ｌと送り方向とが一致し、接線Ｌとピックフィード方向とが直交する単純な例を説明した。換言すれば、エンドミルの回転軸φが送り方向だけに倒れる例（リードのみの例）を説明した。しかし、実用的にはピックフィード方向にも倒れる場合（チルト）がある。この場合、図８および図９において、点Ｃで加工面ＴＳに垂線Ｈを引き、その垂線Ｈの回りに工具７が角度ζだけ回転すると定義することができる。これは、逆にＨの周りに送り方向とピックフィード方向を、角度−ζだけ回転することと同義である。後者の見方をすれば、図８および図９から明らかなように、ワイパー部の曲率半径ＲｔおよびＲｅについては変わらないため、目標加工面に対する工具の選択方法に変化はなく、前提となる送り方向とピックフィード方向が角度−ζだけ回転することになる。尚、Ｓ１０３で修正して最初に戻るケースを考慮した場合、その「修正される」方向も含んでも良い。ここで、図１０に、リードのみの場合にエンドミルによって生成される仕上げ面カスプを模式的にし、図１１に、リード及びチルトの両方を含む場合にエンドミルによって生成される仕上げ面カスプを模式的に示す。図内の線はカスプの尾根を示している。また、ζ＝０の時（チルトしない時）と同じ理論粗さの仕上げ面を生成するためには、図１１に示すように、送り量は１／ｃｏｓ（−ζ）倍に増大するが、ピックフィード量はｃｏｓ（−ζ）倍に減少するため、加工能率にも変化はない。
【００６３】
尚、実施形態１においては、送り量ｆを極めて大きくとることができるため、エンドミル７の逃げ面と、加工したばかりの面である仕上面６１と未切削部６２との間に存在するショルダー部との干渉を避けるために、逃げ角を既存の切削工具よりも大きくする必要がある。逃げ角の設定方法は、後述する実施形態２において詳細に説明しているため、本実施形態においては説明を省略する。
【００６４】
（実施形態１の変形例によるエンドミルの構成）
エンドミル７の切削部７１の変形例として、図１２に示したように、バニシング部７４を有する構成としてもよい。バニシング部７４は、ワイパー部切れ刃７３に対して、ノーズ部切れ刃７２とは反対位置であるワイパー部切れ刃７３の後方部に対して連続するように設けられている。バニシング部７４は、ワイパー部切れ刃７３と同一の曲率半径を有した曲線または直線により形成されている。バニシング部７４は、ワイパー部切れ刃７３の後端部を延長して形成してもよい。バニシング部７４は、主にワイパー部切れ刃７３によって形成された仕上面６１を押圧することにより、仕上面６１をバニシングして押しならすことができる。
【００６５】
＜実施形態１の作用効果＞
本実施形態の加工システム１は、被切削物６において、送り方向に所定の曲率（１／Ｒｗ）を有する曲面状の目標加工面（ＴＳ）を切削加工するための切削加工装置であって、目標加工面に向かって凸をなす曲線の曲率を正とし凹をなす曲線の曲率を負としたとき、正の第１の曲率（１／Ｒｎ）を有する曲線状のノーズ部切れ刃７２、及びノーズ部切れ刃７２に連続すると共にノーズ部切れ刃７２よりも切れ刃長の長い切れ刃であって送り方向において目標加工面の曲率（１／Ｒｗ）以上で且つ目標加工面の曲率との差が所定範囲内という条件を満たす第２の曲率（１／Ｒｔ）を有する曲線状のワイパー部切れ刃７３を具備した切削工具７と、切削工具７により加工する際、ワイパー部切れ刃７３が掃引されて形成される仕上げ面生成部分が目標加工面に合致するように、被切削物に対する切削工具７３の姿勢を前記送り方向に変化させる姿勢変更部（５４Ｄ）とを備えている。
【００６６】
本実施形態によれば、きわめて小さい正の曲率半径Ｒｎを有したノーズ部切れ刃７２を用いた切削によって、再生効果を抑制し、びびり振動を低減することができる。また、ワイパー部切れ刃７３を、送り方向に凹状の目標加工面ＴＳの送り方向の曲率半径Ｒｗより僅かに小さい曲率半径Ｒｔを有する曲線によって形成し、ワイパー部切れ刃７３を切削方向に掃引した面が目標加工面ＴＳに略合致するように姿勢を変化させて、目標加工面ＴＳの曲面に沿って送りを与えている。これにより、送り量ｆを増大させて高能率加工を実現できるとともに、仕上面粗さを向上させることが可能になる。
【００６７】
また、待機中の切削工具７等を一つ以上収容するツールマガジン５９と、ツールマガジン５９に収容された待機中の切削工具のうちの一つを、使用中の切削工具と取り換える工具交換ユニット５８と、を備えるものであって、使用可能な（すなわち待機中又は使用中の）複数の切削工具の中から、目標加工面ＴＳの形状に基づき、使用すべき工具の選択を行うＣＡＤ／ＣＡＭ装置２を備えている。すなわち、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置２により、ワイパー部切れ刃７３が掃引された面を目標加工面ＴＳに略合致させることのできるＣＬデータを形成していることにより、高能率加工を実現できるとともに、仕上面粗さを向上させることが可能な切削加工を自動化することができる。
【００６８】
特に、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置２は、使用可能な（すなわち待機中又は使用中の）複数の切削工具の中から、ワイパー部切れ刃７３の曲率が目標加工面ＴＳの曲率（１／Ｒｗ）以上で且つ目標加工面の曲率との差が所定範囲内という第２の曲率（１／Ｒｔ）の条件を満たす工具を選択する。
【００６９】
また、切削部７１が、仕上面６１に対し、送り方向に押圧するバニシング部７４を有するようにすれば、ワイパー部切れ刃７３により粗さが向上された仕上面６１を、さらに滑らかにすることができる。
【００７０】
また、ワイパー部切れ刃７３が掃引された面を、送り方向のみでなく、被切削物６のピックフィード方向の曲面に対しても略合致させていることにより、ピックフィード量を増大させてよりいっそう高能率加工を実現できるとともに、被切削物６上の仕上面粗さをよりいっそう向上させることができる。
【００７１】
＜実施形態２の構成＞
以下、図１３に基づいて、実施形態２によるエンドミル８について説明する。エンドミル８は、切削工具に該当する。エンドミル８は略円柱形状に形成されており、円周上に複数の切削部８１が形成されている。各々の切削部８１はエンドミル８の主に側面に形成され、エンドミル８は、側刃加工によって被切削物６に凸状の目標加工面ＴＳを形成するためのものである。
【００７２】
各々の切削部８１は、実施形態１によるエンドミル７と同様に、ノーズ部切れ刃８２と、ノーズ部切れ刃８２の後方に滑らかに連続したワイパー部切れ刃８３とを有している。ノーズ部切れ刃８２は、小さい正の曲率半径Ｒｎを有している。ノーズ部切れ刃８２の先端は、曲線を有さず鋭利に形成されていてもよい。
【００７３】
一方、ワイパー部切れ刃８３は、目標加工面ＴＳの曲率半径Ｒｗより僅かに小さい曲率半径Ｒｔを有する曲線によって形成されている。尚、曲率半径Ｒｔは、絶対値はＲｗよりも大きいが、ワイパー部切れ刃８３の曲線がＴＳに向かって凹であるため負の値となり、同様に負の値であるＲｗよりも小さいことになる。ワイパー部切れ刃８３の曲率半径Ｒｔは、目標加工面ＴＳの送り方向の曲率半径Ｒｗと略一致していてもよい。目標加工面ＴＳ、ノーズ部切れ刃８２およびワイパー部切れ刃８３は、図１３において左右方向に曲線状を呈している。
【００７４】
実施形態１と同様に、被切削物６を切削加工する際、エンドミル８は回転軸φを中心に回転しながら、目標加工面ＴＳの曲面に沿って白抜きの矢印にて示した送り方向にフィードされる。エンドミル８は、送り方向に進行する際、ワイパー部切れ刃８３を回転掃引した曲面が目標加工面ＴＳに合致する（接する）ようにその姿勢を変化させる。本実施形態によるエンドミル８のその他の構成については、実施形態１によるエンドミル７と同様であるため、これ以上の説明は省略する。
【００７５】
ＮＣ制御装置４は、回転運動する切削工具を送り方向に移動させて仕上面６３を生成し、これとピックフィード方向の移動を繰り返してピックフィード方向にも仕上面６３を形成する。この場合には、生成したばかりの仕上げ面６３とピックフィード方向に残存する未切削部６２との間に存在する既加工面が再度切削される。また、未切削部６２の厚さ（切込み量）が大きくなりすぎる場合には複数回に分け、荒加工、中仕上加工、仕上げ加工のように少しずつ被切削物の表層を削り取る加工が行われる。この場合には、既加工面である未切削部６２が再度切削される。これらのように既加工面を再び加工する場合、既加工面を、切削工具により再度切削する際の切削速度が、前回に未切削部６２を形成した際の切削速度に対して異なるように主軸モータ５４Ｅを制御してもよい。こうすることにより、前回の切削時に既加工面６２に残された振動痕が切り取り厚さ変動として再生する周波数を狂わせ、びびり振動の成長を抑制することができる。
【００７６】
（エンドミル８の逃げ角の設定方法）
前述したように、本実施形態によれば、送り量ｆを極めて大きくすることができるため、エンドミル８の逃げ面と、生成したばかりの仕上面６３と未切削部６２との間に存在するショルダー部（ノーズ部切れ刃８２によって加工された部分）との干渉を避けるために、逃げ角を既存の切削工具よりも大きくする必要がある。特に、エンドミル８が多刃、小径である場合に、その傾向がいっそう顕著となる。
【００７７】
以下、図１４乃至図１６に基づき、切削工具９におけるノーズ部切れ刃９１ａに続く切れ刃であってワイパー部切れ刃９１ｂとは反対側に位置する切れ刃９１ｃの逃げ角の設定方法について説明する。図１４に示したように、先端にインサート９１が取り付けられた切削工具９は、被切削物６上に目標加工面ＴＳを形成するために、軸中心に回転されながら目標加工面ＴＳに沿って送り方向（図１４における白抜きの矢印方向）に移動している。インサート９１には、曲率半径Ｒｔを有するワイパー部切れ刃９１ｂが形成されている。凸状の目標加工面ＴＳは、送り方向に曲率半径Ｒｗを有している。インサート９１の刃先９１ｄの進行角度θ（図１５示）は、単位時間当たりの切削工具９の送り速度をＦ、刃先の周速をＶとすると、下式で表すことができる。
【００７８】
【数９】
2018008323.tif 000011
【００７９】
但し、Ｆ＝Ｎ×ｆ×ｎ、Ｖ＝π×Ｄ×ｎである。ここで、Ｎはエンドミル工具の刃数、ｎは工具回転速度、Ｄはインサート９１において、逃げ角γが問題となりやすい刃先位置（切削に関与する切れ刃の中で、径方向に最も内側の位置）での直径を示している。また、ｆは前述した場合と同様に、１刃当たりの送り量を示している。
【００８０】
図１６に示したように、インサート９１の逃げ面９１ｅと被切削物６との干渉を避けるためには、インサート９１の逃げ角γ（周速Ｖに対する角度）は、刃先９１ｄの進行角度θよりも大きくなければならず、下式を満たす必要がある。
【００８１】
【数１０】
2018008323.tif 000012
【００８２】
上記（１０）式を用いて、一例として、実際に逃げ角γを算出してみる。インサート９１の逃げ角が問題となる刃先位置での直径Ｄ＝１２ｍｍ、刃数Ｎ＝４、ワイパー部切れ刃９１ｂの曲率半径Ｒｔ＝５０ｍｍ、目標加工面ＴＳの送り方向の曲率半径Ｒｗ＝４０ｍｍ、形成された仕上面６３の理論粗さの目標値Ｒｔｈｔ＝５μｍとする。仕上面６３上の理論粗さの目標値Ｒｔｈｔは、上述した（４）式より求めることができる。したがって、理論粗さの目標値Ｒｔｈｔを満足するためには、１刃当たりの送り量ｆは、２．８３ｍｍ未満でなければならない。このことから、上記（１０）式において、ｆ＝２．８３ｍｍとすると、インサート９１の逃げ角γは、（１０）式から、γ＞１６．５°と算出され、既存の逃げ角よりもかなり大きな値となる。
【００８３】
＜実施形態２の作用効果＞
本実施形態によれば、ワイパー部切れ刃８３を、凸状の目標加工面ＴＳの送り方向の曲率半径Ｒｗより僅かに小さい（絶対値は大きい）曲率半径Ｒｔを有する曲線によって形成し、ワイパー部切れ刃８３を回転掃引して形成される仕上げ面生成部分が目標加工面ＴＳに略合致する（あるいは接する）ように姿勢を変化させて、目標加工面ＴＳの曲面に沿って送りが与えられている。これにより、送り量ｆを増大させて高能率加工を実現できるとともに、仕上面粗さを向上させることが可能になる。
【００８４】
また、通常、切削工具の逃げ面と仕上面との間の逃げ角は、被切削物の硬さや弾性率、切削工具の刃先の強度に応じて設定されている。しかしながら、本実施形態においては、切削工具８において形成された逃げ角γは、切削工具８の送り速度Ｆ等に基づいて設定されている。これにより、送り量ｆが増大することに対応して逃げ角γを大きくすることができるため、本実施形態による切削加工システム１を用いて、送り量ｆを増大させて切削加工を行っても、インサート９１の逃げ面９１ｅが仕上面６３と未切削部６２との間に存在するショルダー部に干渉することを防止することができる。
【００８５】
＜他の実施形態＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
【００８６】
本発明による切削工具は、エンドミルに限られるものではなく、フライスカッター、旋削、平削り、形削り用のバイト等にも適用可能である。また、本発明による切削加工装置は、マシニングセンタ以外に、ターニングセンタ、ＮＣフライス盤、ＮＣ旋盤等にも適用することは可能である。
【００８７】
図１７および図１８において、本発明を旋削に適用した場合を示す。図において、被切削物６は回転軸φを中心に回転されている。切削工具９Ａは、先端にノーズ部切れ刃９１ｆおよびそれに連続したワイパー部切れ刃９１ｇを有している。切削工具９Ａは、被切削物６を切削しながら、白抜きの矢印にて示したように送り方向に相対移動する。これにより、被切削物６上に送り方向に曲面である仕上面６４が形成される。本実施形態において、ピックフィードが存在しない点が実施形態１または実施形態２の場合と異なるが、その他の構成については同様であるため説明は省略する。
【００８８】
ＮＣ制御装置４は、既加工面である未切削部６２を、切削工具により再度切削する際の切削速度が、前回に未切削部６２を形成した際の切削速度に対して異なるように主軸モータ５４Ｅを制御してもよい。こうすることにより、前回の切削時に未切削部６２に残された振動痕が切り取り厚さ変動として再生する周波数を狂わせ、びびり振動の成長を抑制することができる。
【００８９】
切削工具において、ノーズ部切れ刃を挟むように、一対のワイパー部切れ刃を設けてもよい。また、一つの切れ刃の延長上に、略多角形状に、複数組のノーズ部切れ刃とワイパー部切れ刃を形成しても良く、それらの曲率半径は異なっていてもよい。
【符号の説明】
【００９０】
図面中、１は切削加工システム（切削加工装置）、２はＣＡＤ／ＣＡＭ装置（加工支援装置）、４はＮＣ制御装置、６は被切削物、７，８はエンドミル（切削工具）、７Ａ，７Ｂ，９，９Ａは切削工具、５４ＡはＹ軸モータ（ピックフィード部）、５４ＢはＸ軸モータ（工具送り部）、５４ＤはＹ軸回り角度モータ（姿勢変更部）、５４Ｅは主軸モータ、５４ＦはＸ軸回り角度モータ（姿勢変更部）、５８は工具交換ユニット（工具取換部）、５９はツールマガジン（工具収容部）、６１，６３，６４は仕上面、６２は未切削部（既加工面）、７２，８２，９１ａ，９１ｆはノーズ部切れ刃、７３，８３，９１ｂ，９１ｇはワイパー部切れ刃、７４はバニシング部、Ｆは送り速度、Ｒｅ，Ｒｔはワイパー部切れ刃を切削運動によって掃引した面の曲率半径、Ｒｎはノーズ部切れ刃の曲率半径、Ｒｐは目標加工面のピックフィード方向の曲率半径、Ｒｗは目標加工面の送り方向の曲率半径、ＴＳは目標加工面、γは逃げ角を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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