(57)【要約】【課題】自由曲面を有する工作物を加工する際に、作業者の熟練度や習熟度にかかわらず、その仕上加工をボールエンドミルによる自動加工よりもはるかに効率良く高精度に行うことを技術的課題としている。【解決手段】砥石軸７の中立方向をＹ軸とし、これに直交する面をＸＺ面としたときに、工作物４の三次元形状データに基づき、ＸＺ面と平行な仮想面Ｓ１、Ｓ２…と工作物４との交線を研削方向線Ｃ１、Ｃ２…として研削幅に応じた所定ピッチＰで設定すると共に、少なくとも隣接する二本の研削方向線に直交する線を角度補正線Ａ１、Ａ２…として所定ピッチで設定し、その二本の研削方向線で挟まれた角度補正線Ａ１、Ａ２…をその位置から工作物４の法線方向に砥石半径ｒ分オフセットさせた位置に砥石軸７の中心を一致させて工具パスを設定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由曲面を有する工作物の三次元形状データに従ってホイール状の砥石を回転させながら移動させ、その円柱外周面で被削材を研削することにより所望形状に仕上げる自由曲面加工方法であって、
砥石軸の中立方向をＹ軸とし、これに直交する面をＸＺ面としたときに、前記工作物の三次元形状データに基づき、ＸＺ面と平行な仮想面と工作物との交線を研削方向線として研削幅に応じた所定ピッチで設定すると共に、少なくとも隣接する二本の研削方向線に直交する線を角度補正線として所定ピッチで設定し、その二本の研削方向線で挟まれた角度補正線をその位置から工作物の法線方向に砥石半径分オフセットさせた位置に砥石軸の中心を一致させて工具パスを設定することを特徴とする自由曲面加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプレッサブレードなどの自由曲面を有する工作物を加工する自由曲面加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンプレッサブレードなどの自由曲面を有する工作物を自動加工するために、従来は、ボールエンドミルをＮＣフライス盤やマシニングセンターに取り付けて、その工作物の三次元形状データに基づいて高速加工することが試みられている。
【０００３】
ボールエンドミルは，先端が半球状をしているので、ブレードのような複雑な形状を有する工作物でも、表側と裏側の片面ずつであれば、自由度３のＮＣ加工機を用いてＸＹＺの三軸座標制御を行うだけで加工することができる。
【０００４】
しかしながら、ボールエンドミルは加工面積が狭いため、生産性が低いだけでなく、工具の摩耗が早く工具の交換を頻繁に行わなければならないという問題があった。
このため、生産性を向上させる場合には、粗加工を機械に行わせ、仕上加工のみを熟練した作業者に手作業で行わせている場合もある。
【０００５】
しかし、例えばジェットエンジン等は、その空気圧縮部に少しずつ直径の異なる１０数段のコンプレッサ用の静翼と回転翼が配され、各段には数十枚ずつブレードが取り付けられているため、１０数種類のブレードを数十枚ずつ、合計数百枚も加工しなければならない。
このような場合は、いくら仕上加工だけといっても作業者の負担が大きく、しかも、その熟練度、習熟度により翼面の品質が左右されてしまい、加工精度を一定の品質に維持することが困難であるという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、自由曲面を有する工作物を加工する際に、作業者の熟練度や習熟度にかかわらず、その仕上加工をボールエンドミルによる自動加工よりもはるかに効率良く高精度に行うことを技術的課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、自由曲面を有する工作物の三次元形状データに従ってホイール状の砥石を回転させながら移動させ、その円柱外周面で被削材を研削することにより所望形状に仕上げる自由曲面加工方法であって、砥石軸の中立方向をＹ軸とし、これに直交する面をＸＺ面としたときに、前記工作物の三次元形状データに基づき、ＸＺ面と平行な仮想面と工作物との交線を研削方向線として研削幅に応じた所定ピッチで設定すると共に、少なくとも隣接する二本の研削方向線に直交する線を角度補正線として所定ピッチで設定し、その二本の研削方向線で挟まれた角度補正線をその位置から工作物の法線方向に砥石半径分オフセットさせた位置に砥石軸の中心を一致させて工具パスを設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の自由曲面加工方法によれば、ホイール状の砥石の円柱外周面で被削材を研削する際に、砥石軸の中心がオフセットされた角度補正線に一致するように工具パスが設定される。
このように工具パスを設定すると、砥石軸の中心は工作物表面に設定された角度補正線からその法線方向に対して砥石半径分オフセットされているので、その砥石軸に取り付けられた砥石の円柱外周面は、角度補正線で三次元形状データに接して、その接線が角度補正線と正確に重なるので、隣接する研削方向線の間が三次元形状データ通りに高精度で研削される。
同様にして、夫々の研削方向線の間を順次研削していくことにより、被削材が三次元形状データ通りに研削されて、所望形状の工作物を効率良く高精度に仕上ることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本例では、自由曲面を有する工作物を加工する場合に作業者の熟練度や習熟度にかかわらず、仕上加工をボールエンドミルを用いる自動加工よりもはるかに効率良く高精度に行うという目的を、ホイール状の砥石を用いた研削加工をすることにより実現した。
【００１０】
図１は本発明方法に使用する工作機械の概念図、図２は本発明方法の切削方向線と角度補正線の関係を示す説明図、図３は工具パスの設定方法を示す説明図、図４は工作物の曲面形状と工具パスの位置を示す説明図である。
本例では、ＸＹＺの直交３軸と、θＸ、θＺの直交回転２軸を有する５軸数値制御のマシニングセンターなどの工作機械を用いて、自由曲面を有するコンプレッサブレード（工作物）を加工する場合について説明する。
【００１１】
工作機械１は、粗加工した被削材２をクランプし、ＮＣ制御装置３から読み出されたコンプレッサブレード（工作物）４の三次元形状データに従ってホイール状の砥石５を回転させながらその砥石軸７を移動させて、砥石５の円柱外周面６で被削材２を研削するようになっている。
なお、本例の砥石５は、ダイヤモンド砥粒あるいはＣＢＮ砥粒をビトリファイド等のバインダーを用いてホイール状に成形されたものを用いている。
そして、砥石軸７の中立方向を水平方向Ｙ軸とし、これに直交する水平方向をＸ軸、鉛直方向をＺ面としたときに、砥石軸７及びクランプされた被削材２が、ＸＹＺの直交３軸方向と、Ｘ軸回りθＸ及びＺ軸回りθＺの５軸に対して相対的に位置制御可能に配されている。
【００１２】
ＮＣ制御装置３では、予め入力されているコンプレッサブレード４の三次元形状データに基づき、以下に示す手順で、砥石軸７の工具パスを設定する。
まず、クランプされた被削材２と同じ位置に、ブレード４を固定したと仮定したときの三次元形状データに基づき、ＸＺ面と平行な仮想面Ｓ１、Ｓ２…とブレード４の交線を研削方向線Ｃ１、Ｃ２…として研削幅Ｐに応じた所定ピッチで設定し、夫々の研削方向線Ｃ１、Ｃ２…に直交する角度補正線Ａ１、Ａ２…を仕上面粗度に応じたピッチで設定し、夫々の交点を算出する。
【００１３】
次に、その交点座標に基づき、隣接する二本の研削方向線Ｃｎ、Ｃｎ＋１に挟まれた角度補正線Ａ１、Ａ２…をその位置からブレード４の翼面の法線方向に砥石半径ｒ分だけオフセットさせ、その位置に砥石軸軌跡線ＣＰｎ１、ＣＰｎ２…を設定する。
そして、このように設定された砥石軸軌跡線ＣＰｎ１、ＣＰｎ２…を連続させることにより工具パス８を設定し、この工具パス８に従い各砥石軸軌跡線ＣＰｎ１、ＣＰｎ２…に砥石軸７の中心が重なるように工作機械１をＸ、Ｙ、Ｚ、θＸ、θＺの５軸で制御する。
【００１４】
このように工具パス８を設定すれば、砥石軸７の中心はブレード４の表面に設定された角度補正線Ａ１、Ａ２…からその法線方向に対して砥石半径ｒ分オフセットされた位置を角度補正線Ａ１、Ａ２…と平行に通過していくことになる。
したがって、その砥石軸７に取り付けられた砥石５の円柱外周面６は、角度補正線Ａ１、Ａ２…で三次元形状データに接して、その接線と角度補正線Ａ１、Ａ２…が正確に重なるので、隣接する研削方向線Ｃ１、Ｃ２の間が三次元形状データ通りに高精度で研削される。
同様にして、隣接する夫々の研削方向線Ｃｎ、Ｃｎ＋１の間を順次研削していくことにより、被削材３が三次元形状データ通りに研削されて、所望形状のブレード４を極めて効率良く高精度に仕上ることができるという効果がある。
【００１５】
なお、上述の説明では、工作物としてコンプレッサブレード４を加工する場合について説明したが、本発明は自由曲面を有する任意の形状の工作物に適用可能である。
また、粗加工した被削材の仕上加工を行う場合について説明したが、工作物によっては粗加工することなく、最初から仕上加工を行うようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
以上述べたように、本発明によれば、コンプレッサブレードのように熟練した作業者によらなければ高精度で加工することが困難な工作物でも、その作業者の熟練度や習熟度にかかわりなく、高精度且つ高生産効率で機械仕上加工を行う用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明方法に使用する工作機械の概念図。
【図２】切削方向線と角度補正線を示す説明図。
【図３】工具パスの設定方法を示す説明図。
【図４】工作物の曲面形状と工具パスの位置を示す説明図。
【符号の説明】
【００１８】
１      工作機械
２      被削材
３      ＮＣ制御装置
４      コンプレッサブレード（工作物）
５      砥石
６      円柱外周面  
７      砥石軸  
８      工具パス
Ｓ１…  ＸＺ面と平行な仮想面
Ｃ１…  研削方向線
Ａ１…  角度補正線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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