(57)【要約】【課題】加工面の境界で段差が発生することなく、効率よく加工を行う加工方法及び工作機械を提供する。【解決手段】直線の移動によって描かれる曲面とその曲面に連続する平面とを有するワークを回転工具により加工する加工方法であって、回転工具は、回転工具の回転軸線に直交する平面内で延びる底刃を有し、底刃の軌跡が環状の面をなすものであり、前記回転工具の底刃の軌跡により形成される前記環状の面と前記ワークとの接触により形成される接触線が、前記ワークの前記曲面の母線に一致し、且つ前記曲面に沿って移動するように前記ワークと前記回転工具との間に相対的な送りを与えて前記曲面を加工する曲面切削工程と、曲面切削工程よりも後に又は前に行われる平面切削工程であって、環状の面と平面とが同一平面上に位置するように底刃と平面とを接触させてワークの平面を加工する平面切削工程と、を備える加工方法である。【選択図】図１
2017170580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線の移動によって描かれる曲面と該曲面に連続する平面とを有するワークを回転工具により加工する加工方法であって、
前記回転工具は、前記回転工具の回転軸線に直交する平面内で延びる底刃を有し、前記回転軸線を中心に回転させて前記回転軸線の方向で見たときの前記底刃の軌跡が環状の面をなすものであり、
ワークを工作機械に取り付ける工程と、
前記回転工具の底刃の軌跡により形成される前記環状の面と前記ワークとの接触により形成される接触線が、前記ワークの前記曲面の母線に一致し、且つ前記曲面に沿って移動するように前記ワークと前記回転工具との間に相対的な送りを与えて前記曲面を加工する曲面切削工程と、
前記曲面切削工程よりも後に又は前に行われる平面切削工程であって、前記環状の面と前記平面とが同一平面上に位置するように前記底刃と前記平面とを接触させて前記ワークの平面を加工する平面切削工程と、
ワークを工作機械から取り外す工程と、
を備えることを特徴とした加工方法。
【請求項２】
前記曲面切削工程において一本の連続した前記接触線が形成される請求項１に記載の加工方法。
【請求項３】
前記平面切削工程が前記曲面切削工程に引き続いて実施されるか、又は前記曲面切削工程が前記平面切削工程に引き続いて実施される請求項１又は２に記載の加工方法。
【請求項４】
直線の移動によって描かれる曲面と該曲面に連続する平面とを有するワークを加工する回転工具を備える工作機械であって、
前記回転工具は、前記回転工具の回転軸線に直交する平面内で延びる底刃を有し、前記回転軸線を中心に回転させて前記回転軸線の方向で見たときの前記底刃の軌跡が環状の面をなすものであり、
前記回転工具の底刃の軌跡により形成される前記環状の面と前記ワークとの接触により形成される接触線が、前記ワークの前記曲面の母線に一致し、且つ前記曲面に沿って移動するように前記ワークと前記回転工具との間に相対的な送りを与えて前記曲面を加工する曲面切削工程と、
前記環状の面と前記平面とが同一平面上に位置するように前記底刃と前記平面とを接触させて前記ワークの平面を加工する平面切削工程と、
を実施するように構成されていることを特徴とした工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曲面及び平面を含むワークに対する切削加工方法及びその加工方法を実行する工作機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ワークの円筒面を正面フライス或いはエンドミルの底刃を使って切削加工するための切削加工方法が特許文献１に記載されている。この場合、ワークは旋削加工のときと同様に回転される。
【０００３】
曲面とそれに連続する平面を有するワークを加工する場合には特許文献１に記載されたような方法は削り残しが生じる。その場合には、平面部分を通常の正面フライス等で加工し、曲面部分をその曲率に合った総型工具、例えば特許文献２に示されるような総型工具で加工することが従来行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３２３２１１号公報
【特許文献２】特開２００５−２１７２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
曲面とそれに連続する平面を有するワークを加工するために、２種類の工具、例えば正面フライスと総型工具を用いる場合、工具の付け替え等に起因する加工誤差として、曲面部分と平面部分との接続部に段差が発生する。このような段差は、ワークが最終的には例えばスマートフォンの筐体のような高品位な外観を要求されるものとして利用される場合、それがたとえ僅かなものであっても除去する必用がある。段差の除去は、切削加工により通常発生する切削痕等とともに研磨工程によって除去されるが、段差があることによって研磨工程の時間が長くなること及び研磨メディアの消耗が激しくなることが問題としてある。また、切削痕の数が少なく、切削痕による凹凸が小さい方が研磨工程の時間が短くなり、望ましい。
【０００６】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、加工面の境界で段差が発生することなく、効率よく加工を行う加工方法及び工作機械を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、直線の移動によって描かれる曲面と該曲面に連続する平面とを有するワークを回転工具により加工する加工方法であって、回転工具は、回転工具の回転軸線に直交する平面内で延びる底刃を有し、回転軸線を中心に回転させて回転軸線の方向で見たときの底刃の軌跡が環状の面をなすものであり、ワークを工作機械に取り付ける工程と、回転工具の底刃の軌跡により形成される環状の面とワークとの接触により形成される接触線が、ワークの曲面の母線に一致し、且つ曲面に沿って移動するようにワークと回転工具との間に相対的な送りを与えて曲面を加工する曲面切削工程と、曲面切削工程よりも後に又は前に行われる平面切削工程であって、環状の面と平面とが同一平面上に位置するように底刃と平面とを接触させてワークの平面を加工する平面切削工程と、ワークを工作機械から取り外す工程と、を備える加工方法が提供される。
【０００８】
さらに、本発明によれば、直線の移動によって描かれる曲面と該曲面に連続する平面とを有するワークを加工する回転工具を備える工作機械であって、回転工具は、回転工具の回転軸線に直交する平面内で延びる底刃を有し、回転軸線を中心に回転させて回転軸線の方向で見たときの底刃の軌跡が環状の面をなすものであり、回転工具の底刃の軌跡により形成される環状の面とワークとの接触により形成される接触線が、ワークの曲面の母線に一致し、且つ曲面に沿って移動するようにワークと回転工具との間に相対的な送りを与えて曲面を加工する曲面切削工程と、環状の面と平面とが同一平面上に位置するように底刃と平面とを接触させてワークの平面を加工する平面切削工程と、を実施するように構成されている工作機械が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、ワークを工作機械に取り付けたなら途中でそれを取り外すことなく、つまり同一の段取りで、また工具を交換することなく、曲面切削工程と平面切削工程を連続して実施することが可能になる。その結果、曲面と平面との境界に段差のないワークを得ることができ、研磨工程を短縮することができる。また、曲面を底刃で切削することにより非常になめらかな表面を得ることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態による工作機械の側面図である。
【図２】加工対象であるワークの一例を示す斜視図である。
【図３Ａ】実施形態による工作機械が曲面切削工程を行っているときの回転工具とワークを模式的に示す平面図である。
【図３Ｂ】実施形態による工作機械が曲面切削工程を行っているときの回転工具とワークを模式的に示すＸ軸方向から見た正面図である。
【図３Ｃ】実施形態による工作機械が曲面切削工程を行っているときの回転工具とワークを模式的に示すＹ軸方向から見た側面図である。
【図４Ａ】実施形態による工作機械が平面切削工程を行っているときの回転工具とワークを模式的に示す平面図である。
【図４Ｂ】実施形態による工作機械が平面切削工程を行っているときの回転工具とワークを模式的に示すＸ軸方向から見た正面図である。
【図４Ｃ】実施形態による工作機械が平面切削工程を行っているときの回転工具とワークを模式的に示すＹ軸方向から見た側面図である。
【図５】平面切削工程から曲面切削工程へ移行するときの回転工具の切削インサートとワークを模式的に示す図である。
【図６】回転工具の他の例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１を参照すると、本発明の実施形態による工作機械１００が図示されている。工作機械１００は、縦型マシニングセンタを構成しており、工場の床面に固定された基台としてのベッド１０２，ベッド１０２の上面でＹ軸方向に移動可能に設けられたＹ軸スライダ１０４，Ｙ軸スライダ１０４の上面に固定されたＢ軸方向回転送り手段１０６、ベッド１０２の図１の右側の上面から立設されたコラム１０８，前記コラム１０８の前面でＸ軸方向（図１では紙面に垂直な方向）に移動可能に設けられたＸ軸スライダ１１０、前記Ｘ軸スライダ１１０に対してＺ軸方向に移動可能に設けられたＺ軸スライダ１１２、及び前記Ｚ軸スライダ１１２に固定され、主軸１１４を鉛直な回転軸線Ｒ１を中心として回転可能に支持する主軸頭１１６を具備する。さらに、工作機械１００は、Ｘ軸スライダ１１０をＸ軸方向に駆動するＸ軸駆動装置（図示せず）、Ｙ軸スライダ１０４をＹ軸方向に駆動するＹ軸駆動装置（図示せず）、Ｚ軸スライダ１１２をＺ軸方向に駆動するＺ軸駆動装置（図示せず）を具備している。
【００１２】
Ｂ軸方向回転送り手段１０６は、ワーク３０の対向する両端を回転可能にそれぞれ支持する、図１の右側のロータリワークヘッド１２２と左側のテールストック１２４とを具備する。ロータリワークヘッド１２２とテールストック１２４はＢ軸方向の回転送りの回転軸線Ｒ２と一致する軸線を有するシャフト１２２ａ、１２４ａをそれぞれ備える。ロータリワークヘッド１２２が備えるシャフト１２２ａは、ロータリワークヘッド１２２内に配設された図示されないＢ軸モータによって回転駆動されてワークをＢ軸方向に回転させることができる。
【００１３】
なお、図１のマシニングセンタを横形のマシニングセンタ（図示せず）で構成することももちろん可能である。その場合、鉛直なＹ軸に平行な軸線周りの回転送り、即ちＢ軸回転送りの可能なテーブルをマシニングセンタが有していれば、ロータリワークヘッド１２２は使用されないかもしれない。
【００１４】
主軸１１４の先端には、工具ホルダ１１８を介して回転工具１０が装着されている。図１に示される回転工具１０は、直方体状の工具ボディ１２と、工具ボディ１２の長手方向の両端部の底面側に機械的に締め付け固定された２つの切削インサート１４を有する。切削インサート１４に底刃１４ａが形成されている。回転工具１０は、工具ボディ１２に対して結合されたシャンク１６と、２つの切削インサート１４の高さを揃えるための、図示されない高さ調節機構も有している。
【００１５】
本実施形態における切削インサート１４の底刃１４ａは、回転軸線Ｒ１に直交する平面内で直線状に延びている。したがって、回転軸線Ｒ１に直交する方向で底刃１４ａを見ると、底刃１４ａは、回転軸線Ｒ１に直交する平面に接するように直線状に延びている。本実施形態では、回転軸線Ｒ１の方向で見たときにも底刃１４ａは直線状に延びている。切削インサート１４は工具ボディ１２の長手方向の端部近くに固定されて、底刃１４ａの長さＷが、本実施形態では回転工具１０の半径の約２０％であるが、加工する形状の長さに応じて比率を決めればよい。回転工具１０が回転軸線Ｒ１を中心に回転したときに回転軸線Ｒ１の方向から見た底刃１４ａの軌跡は幅がＷのドーナツ状即ち環状の面ＣＳとして形成される（図３Ａ参照）。
【００１６】
次に、本実施形態による工作機械１００により切削加工されるワーク３０の一例を、その完成形状を示す図２を参照して説明する。図２のワーク３０は、比較的厚さの薄い概ね直方体状に形成されているが、より詳しくは、その大部分を占める直方体部３２とその両側端に付加された湾曲体部３４とから一体に形成されている。その結果、湾曲体部３４の表面を形成する曲面３４ａに直方体部３２の表面を形成する平面３２ａが連続する。本実施形態による工作機械１００は、ワーク３０の直方体部３２の表面を切削する平面切削工程と、湾曲体部３４の表面を切削する曲面切削工程を実施することができる。なお、実際には、ワーク３０の短辺側の端面にはロータリワークヘッド１２２及びテールストック１２４に係合するための穴が形成されるが、図２に示されるワーク３０は、そのような穴を含んだ端面が上述の工程とは別の工程で切削された後の完成状態を示している。
【００１７】
工作機械１００が加工するワーク３０の各湾曲体部３４の表面は円柱面の部分から形成されている。ただし、湾曲体部３４の表面が、円柱面以外の任意の柱面、例えば楕円柱面の部分、双曲線柱面、もしくは放物線柱面等、又はそれらを複合させた曲面から形成されても本実施形態の工作機械１００は加工を施すことが可能である。
【００１８】
工作機械１００は、ワーク３０の湾曲体部３４の曲面３４ａを加工する曲面切削工程と、ワーク３０の直方体部３２の平面３２ａを加工する平面切削工程を実施することができる。最初に、図３Ａ〜Ｃを参照して曲面切削工程について説明する。図３Ａ〜Ｃはそれぞれ、曲面切削工程を実施しているときのワーク３０と回転工具１０を模式的に示す平面図、Ｘ軸方向で見た正面図、及びＹ軸方向で見た側面図である。
【００１９】
図３Ａには底刃１４ａを有する切削インサート１４が隠れ線で示され、また底刃１４ａが回転したときの軌跡としての環状の面ＣＳがハッチングを付されて示されている。環状の面ＣＳの幅Ｗは、底刃１４ａの長さＷに等しい。図３Ａには、ワーク３０の湾曲体部３４の曲面３４ａと環状の面ＣＳとが接触する部分に生じる直線の接触線ＴＬも示されている。図３Ａの接触線ＴＬは湾曲体部３４の曲面３４ａを形成する円柱面の母線に一致している。図３Ｃを参照すると、Ｂ軸方向で回転送りされて水平から傾けられたワーク３０の湾曲体部３４の曲面３４ａに底刃１４ａが接触する状態が示され、紙面に垂直に接触線ＴＬが形成されることがわかる。
【００２０】
ところで、曲面切削工程において、接触線ＴＬは曲面３４ａに対して発生するので、曲面３４ａが完成していない段階では接触面が生じ、その接触面のＹ軸方向に延びる端縁が接触線ＴＬに相当する。本明細書では、そのような接触面のＹ軸方向に延びる端縁も接触線ＴＬと呼ぶ。
【００２１】
ここで、母線の定義を確認すると、「直線の移動によって曲面が描かれる時に、その各位置における直線をその曲面の母線という（広辞苑）」となる。したがって、本実施形態の工作機械１００は、湾曲体部３４の曲面３４ａを形成するために、曲面切削工程において、環状の面ＣＳとワーク３０との接触により形成される接触線ＴＬを曲面３４ａの母線に一致させて、その接触線ＴＬが所望の曲面３４ａに沿って移動するように、ワーク３０にＢ軸方向の回転送りとＸ軸方向の直線送りを与えるとともに、回転工具１０にＺ軸方向の直線送りを与えるように構成されている。
【００２２】
また本実施形態では、図３Ａに示されるように、曲面切削工程において生じる接触線ＴＬは、ワーク３０の湾曲体部３４のＹ軸方向の全長に等しい１本の連続した線分である。その結果、工作機械１００は、曲面切削工程において、ワーク３０と回転工具１０との間に相対的なＹ軸方向の直線送りを与えることなく、曲面３４ａのＹ軸方向の全長を切削することができる。本実施形態では、環状の面ＣＳ内にワーク３０の湾曲体部３４のＹ軸方向の全長が含まれ、且つ接触線ＴＬが環状の面ＣＳの内側の円によって分割されることがないように、回転工具１０の外径と底刃１４ａの長さＷが定められている。
【００２３】
ただし、曲面切削工程において、接触線ＴＬが環状の面ＣＳの内側の円によって２つに分割される実施形態も可能である。これは、接触線ＴＬが、図３Ａで示される位置よりも回転軸線Ｒ１側へずれた位置にある場合にあてはまる。この場合、環状の面ＣＳの内側の円内には接触線ＴＬは形成されないので、接触線ＴＬの形成されないワーク３０の部分は曲面切削されずに削り残し部となる。一方、接触線ＴＬが、図３Ａで示される位置で延びているものの、環状の面ＣＳがワーク３０の湾曲体部３４のＹ軸方向の全長をカバーしきれないなら、接触線ＴＬの形成されないワーク３０の部分は曲面切削されずに削り残し部となる。これらのいずれの場合も、ワーク３０と回転工具１０との間に相対的なＹ軸方向の直線送りを加えれば削り残し部は解消される。ただし、このようにＹ軸方向の直線送りを与えた場合には、段差と呼べるほどではないがＸ軸方向に延びる視認可能な線状の加工マークが加工面に生じて、Ｙ軸方向の直線送りを与えなかった場合に比べて加工面の外観的な均一性あるいは平滑度が低下する。
【００２４】
次に、本実施形態の工作機械１００が行う平面切削工程について図４Ａ〜Ｃを参照して説明する。図４Ａ〜Ｃはそれぞれ、平面切削工程を実施しているときのワーク３０と回転工具１０を模式的に示す平面図、Ｘ軸方向で見た正面図、及びＹ軸方向で見た側面図である。平面切削工程では、底刃１４ａの軌跡による環状の面ＣＳとワーク３０との接触部である図４Ａのクロスハッチング部で切削が行われる。したがって、工作機械１００は、図４Ｂ及び図４Ｃに示されるように前記環状の面ＣＳとワーク３０の直方体部３２の平面３２ａとが同一平面上に位置するように底刃１４ａと前記平面３２ａとを接触させて、ワーク３０にＸ軸方向の送りを与える。また、図４Ａに示される例では、環状の面ＣＳはワーク３０のＹ軸方向の全長をカバーしているので、工作機械１００はワーク３０にＹ軸方向の直線送りを与える必要はない。
【００２５】
図５は、平面切削工程から曲面切削工程へ移行する回転工具１０の切削インサート１４とワーク３０とを模式的に示す図である。切削インサート１４の底刃１４ａは、図中Ｐ１及びＰ２で示される位置では平面切削工程を実施し、Ｐ３及びＰ４で示される位置では曲面切削工程を実施している。曲面の母線に一致する接触線ＴＬが紙面に垂直な方向（Ｙ軸方向）に延びている。また、図５から、平面切削工程の最後に、湾曲体部３４を形成すべき位置まで回転工具１０がＸ軸方向に相対的に移動してきたなら、そのまま連続して曲面切削工程を開始できることがわかる。曲面切削工程は、ワーク３０に対するＢ軸方向の回転送りと回転工具１０に対するＺ軸方向の直線送りを更に加えればよい。このため平面切削工程から曲面切削工程への移行がスムーズに行われることが理解されよう。曲面切削工程から平面切削工程への移行の場合も同様である。
【００２６】
工作機械１００が一つのワーク３０を加工するときの曲面切削工程と平面切削工程の順序は任意である。但し、曲面切削工程に連続して平面切削工程を、あるいは平面切削工程に連続して曲面切削工程を実施することが好ましい。つまり、曲面切削工程と平面切削工程との間に他の工程が含まれないことが好ましい。また、工作機械１００に装着された一本の回転工具１０で、つまり回転工具１０を交換することなく少なくとも一つのワーク３０に対して曲面切削工程と平面切削工程が実施されることが好ましい。
【００２７】
本発明は、加工方法として実施することも可能である。本発明の実施形態による加工方法は、前述した回転工具１０の底刃１４ａを使って図２に示されるような曲面３４ａとそれに連続する平面３２ａを有するワーク３０を加工するものであって、ワーク３０を例えば図１に示されるようなＢ軸回転送り手段１０６を介して工作機械１００に取り付ける工程と、前述した曲面切削工程と、前述した平面切削工程と、ワーク３０を工作機械１００から取り外す工程とを含んでいる。この加工方法においては、曲面切削工程と平面切削工程の実施順序はどちらが先でもよく、それら工程がワーク３０を工作機械１００に取り付ける工程とワーク３０を工作機械１００から取り外す工程の間に実施されればよい。
【００２８】
この方法によると、ワーク３０を工作機械１００に取り付けたなら途中でそれを取り外すことなく、つまり同一の段取りで、また工具を交換することなく、曲面切削工程と平面切削工程を連続して実施し、その結果、曲面３４ａと平面３２ａとの境界に段差のないワーク３０を得ることが可能になる。
【００２９】
次に、回転工具の別の例について図６を参照して説明する。前述の実施形態では工作機械１００が備える回転工具１０は２つの切削インサート１４を有する直方体状の工具ボディ１２を有するものであったが、工作機械１００は、例えば４つの切削インサート４６を有する略円筒状の工具ボディ４２を有する回転工具４０を備えてもよい。略円筒状の工具ボディ４２は、工具ホルダから延びるシャンク（図示せず）を挿入するために中心穴４２ａを有する。工具ボディ４２は、回転軸線Ｒ１に関して周方向に等角度間隔に形成された４つの凹所たるチップポケット４４を有している。チップポケット４４の各々には切削インサート４６が取り付けられる。回転工具４０は、切削インサート４６をチップポケット４４の側壁に押し付けて固定するためのくさび駒５０と固定ボルト５２の組と、切削インサート４６の高さを調節するための高さ調節ネジ４９も有している。
【００３０】
切削インサート４６は五角柱状の部材より成るシャンク部材４７と、底刃部材４８とから構成される。底刃部材４８の図６の上端の開放したエッジに底刃４８ａが形成されている。底刃４８ａは回転軸線Ｒ１に垂直な平面内で延びている。また、切削インサート４６は工具ボディ４２の外周端近くに配置される。底刃４８ａの長さは、図６に示される例では、回転工具４０の半径の約２０％であるので、回転工具４０が回転軸線Ｒ１を中心に回転したときに回転軸線Ｒ１の方向から見た底刃４５ｃの軌跡はドーナツ状即ち環状の面ＣＳとして形成される。
【００３１】
図６は一例であって、底刃４８ａの長さと回転工具４０の半径の長さの比率は２０％以外でもよい。特にスマートフォンのように加工面の見た目が重視される場合には、底刃４８ａの長さを回転工具４０の半径の長さの２〜６％にするとよい。底刃４８ａの長さを増やすより、回転工具４０の半径の長さを増やした方が、底刃４８ａの真直誤差の影響を受けにくく、更に、より長い一本の連続した接触線を得ることができるためである。
【００３２】
底刃４８ａは、前述したとおり、回転軸線Ｒ１に直交する平面内で延びているので、回転軸線Ｒ１に直交する方向で見たときには直線状に延びている。一方、底刃は、回転軸線Ｒ１の方向で見たときには必ずしも直線状である必要はなく曲線状であってもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１０    回転工具
１２    工具ボディ
１４    切削インサート
１４ａ    底刃
３０    ワーク
３２    直方体部
３２ａ    平面
３４    湾曲体部
３４ａ    曲面
１００    工作機械
ＣＳ    環状の面
ＴＬ    接触線
【図１】
2017170580.tif 000003
【図２】
2017170580.tif 000004
【図３Ａ】
2017170580.tif 000005
【図３Ｂ】
2017170580.tif 000006
【図３Ｃ】
2017170580.tif 000007
【図４Ａ】
2017170580.tif 000008
【図４Ｂ】
2017170580.tif 000009
【図４Ｃ】
2017170580.tif 000010
【図５】
2017170580.tif 000011
【図６】
2017170580.tif 000012