(57)【要約】【課題】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。【解決手段】エンドミル工具５０が取付けられた主軸と、被削材としてのワーク１００を保持する保持部とを備え、ＮＣデータに基づいて主軸および保持部を同期させて移動させることによりワーク１００を切削するマシニングセンタを用いて、ワーク１００に曲面を含む創成面を形成する方法であって、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いて、ワーク１００とエンドミル工具５０とが接触する切削点Ｐの送り速度ベクトルＦｃの向きおよび大きさが一定となるようにＮＣデータを作成するステップと、作成されたＮＣデータに基づいてワーク１００に創成面を形成するステップとを備える。【選択図】図３
2011022898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２９５８４号公報
【特許文献２】特開２００２−２３３９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【発明の効果】
【００１６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【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、（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。
【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、（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。
【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、（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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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）。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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）。
【００３６】
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。
【００３７】
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）。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【符号の説明】
【００５６】
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。
【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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