(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する立体形状からなる完成体と、この完成体の前記立体形状の外壁面から外方向に延在した複数のサポートと、この各サポートの先端部に形成されて加工装置の治具により保持固定されるフレームとからなる一体物を、被加工体から前記加工装置の回転工具により削り出して形成する回転工具による加工方法であって、
前記被加工体のフレームとなる部位を両端で保持固定して、前記被加工体に対して前記立体形状の内面に、前記フレームと連なる複数のサポートの一面側を形成し、さらに前記サポートとサポートの間に、前記完成体の前記立体形状の内側を形成する際に、前記回転工具からの負荷を支えるためのものであって、前記被加工体の完成体の開口部を有する立体形状の内部に先端が前記フレームの保持固定面と面一になるまで延在した櫛歯状のサブサポートを形成する第１面加工工程と、
この第１面加工工程の後に、この第１面加工工程が施された前記被加工体を前記加工装置から外し、該被加工体の表裏を反転させた状態で前記フレームの他方の面を前記加工装置に保持固定させ、前記被加工体の前記フレームの他方の面と連なった複数のサポートの他方の面を形成し、さらに前記サポートとサポートの間に、該完成体の他方の面である前記立体形状の外側面を、前記回転工具からの負荷を複数の前記サブサポートで支えながら形成する第２面加工工程とを有することを特徴とする回転工具による加工方法。
【請求項２】
前記サポートは複数本を形成することを特徴とする請求項１記載の回転工具による加工方法。
【請求項３】
前記フレームにおける前記立体形状に対向する面は前記サポートとの接触部を中心に、前記フレームの端部へ向かってフレームが薄くなるような勾配を設けたことを特徴とする請求項１記載の回転工具による加工方法。
【請求項４】
前記勾配は、１度から１０度であることを特徴とする請求項３記載の回転工具による加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工体から回転工具によりフレームにサポートを介して完成体が一体となった一体物を削り出す加工方法と、加工の際に用いるカッタパスを生成するためのカッタパス生成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、製品のデザインの開発に際して用いられる複雑な形状をしたモックアップや部品（完成体）を、例えば、矩形体のような６面体の被加工体からエンドミル等の回転工具を用いて削り出す加工方法では、加工する際に、工作機械に直接的に完成体自体の部位を固定することが出来ない場合がある。
【０００３】
それらの場合、通常、図７（ａ）に示すように、まず、被加工体５１のフレームとなるべき部位５２を工作機械の加工台５３に固定する。次に、図７（ｂ）に示すように、回転工具５４により被加工体５１は所定個所の切削をおこなって、完成体５８の一方の面５６を削り出すと共に一体物となったときのサポート５５の一面も削り出す。次に、図７（ｃ）に示すように、被加工体５１を反転させて回転工具５４により所定個所の切削をおこなって、完成体５８の他方の面５７を削り出すと共にサポート５５も削り出し、一体物を完成させる。
【０００４】
その後、完成体５８をサポート５５（フレーム５２含む）から切り離して、手作業等で仕上げ加工を施して、完成体５８を完成させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述に示したようなエンドミル等の回転工具による加工方法では、以下のような不具合が生じることを回避することが困難である。
【０００６】
（１）回転工具による加工の際に、切り屑の絡みや切削負荷による回転工具のたわみが原因となり、回転工具の首下とフレームの壁面が干渉し、工具折損を招くことや、完成体の意匠面（表面）の品位の低下を招くことが生じる。
【０００７】
（２）また、上述に示した部品の場合は、一方の面（他方の面）の加工後に、反転させて他方の面（一方の面）を加工する際、既に加工されて空隙が形成された被加工体を削る場合、サポート及び完成体本体の強度が十分でないと、加工の際に切削負荷によって被加工体が振動したり変形したりして加工面の品位が低下したり、完成体の寸法に誤差を生じることがある。
【０００８】
（３）曲面形状を切削加工する場合は、回転工具としてボールエンドミルを用いるが、一方の面（他方の面）を加工する際、一方の面と他方の面を分離させるパーティング面まで加工すると、ボールエンドミルのため刃先のＲ形状に沿った削り残しが発生する。それを回避するためにフラット工具を使用することや、より小径なボールエンドミルを用いて削り残し部を削る方法が考えられる。前者の場合、曲面形状によってはフラットエンドミルでは加工後の部品に段差がついて芳しくない。一方、後者の場合は、小径工具を用いることにより切削負荷によって工具折損を招く恐れがある。
【０００９】
（４）一方の面（他方の面）加工後、反転させて他方の面（一方の面）を加工する場合、一般には上部から底部に向かって全域を徐々に粗加工から仕上げ加工へと段階を経て削り出していく。この方法では部品を保持する個所がサポート部のみとなるために保持力が弱い。そのため、保持力を保つために片側から仕上げていく加工方法が考えられるが、それを具現化するカッタパスの算出システムはない。
【００１０】
（５）一般の回転工具を用いた、３軸制御（ＸＹＺ軸）加工では、図８に示すような、アンダーカット部５９に未加工領域が発生する。これまで小径工具（直径φ６ｍｍ以下）で、このようなアンダーカットを加工することは、工具そのものが見あたらず、また、加工方法が未確立のために加工できなかった。そのため、加工ができる向きへ被加工体を段取りすることで対処していたが、段取り変更に伴い加工基準のずれによる誤差が生じ、加工精度が低下することが避けられなかった。
【００１１】
本発明はこれらの事情にもとづいてなされたもので、加工面の品位が良好で、かつ、寸法精度が良好な完成体を削り出す加工方法と、その加工の際に用いるカッタパスを生成するためのカッタパス生成方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明による手段によれば、開口部を有する立体形状からなる完成体と、この完成体の前記立体形状の外壁面から外方向に延在した複数のサポートと、この各サポートの先端部に形成されて加工装置の治具により保持固定されるフレームとからなる一体物を、被加工体から前記加工装置の回転工具により削り出して形成する回転工具による加工方法であって、
前記被加工体のフレームとなる部位を両端で保持固定して、前記被加工体に対して前記立体形状の内面に、前記フレームと連なる複数のサポートの一面側を形成し、さらに前記サポートとサポートの間に、前記完成体の前記立体形状の内側を形成する際に、前記回転工具からの負荷を支えるためのものであって、前記被加工体の完成体の開口部を有する立体形状の内部に先端が前記フレームの保持固定面と面一になるまで延在した櫛歯状のサブサポートを形成する第１面加工工程と、
この第１面加工工程の後に、この第１面加工工程が施された前記被加工体を前記加工装置から外し、該被加工体の表裏を反転させた状態で前記フレームの他方の面を前記加工装置に保持固定させ、前記被加工体の前記フレームの他方の面と連なった複数のサポートの他方の面を形成し、さらに前記サポートとサポートの間に、該完成体の他方の面である前記立体形状の外側面を、前記回転工具からの負荷を複数の前記サブサポートで支えながら形成する第２面加工工程とを有することを特徴とする回転工具による加工方法である。
【００１３】
また請求項２の発明による手段によれば、前記サブサポートは複数本を形成することを特徴とする回転工具による加工方法である。
【００１４】
また請求項３の発明による手段によれば、前記フレームにおける前記立体形状に対向する面は前記サポートとの接触部を中心に、前記フレームの端部へ向かってフレームが薄くなるような勾配を設けたことを特徴とする請求項１記載の回転工具による加工方法である。
【００１５】
また請求項４の発明による手段によれば、前記勾配は、１度から１０度であることを特徴とする請求項３記載の回転工具による加工方法である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態である回転工具による加工方法を、図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本実施の形態により製作する完成体の一例であるモックアップの斜視図である。モックアップ１はアーチ状の断面を有する本体１ａが長手方向に延在して形成され、本体１ａの開口端部がアーチの内側に水平に伸延して、後述するアンダーカット部の加工により形成された複数の脚部２が設けられている。
【００２０】
なお、図２に斜視図を示すように、モックアップ１は６面体の被加工体から機械加工により削り出された時点では、フレーム８、サポート９およびモックアップ１の本体１ａが接続されて一体となった一体物の形態になっている。
【００２１】
図３（ａ）〜（ｄ）は、上述のモックアップ１の加工工程の要部を示す模式図である。なお、以下の加工でアンダーカット部の加工の際の回転工具のカッタパスは、後述するカッタパス生成方法で生成されたソフトウエアにより制御されている。
【００２２】
まず、図３（ａ）に示すように、樹脂材料（ＰＣ、ＡＢＳなど）や金属材料（炭素鋼、Ａｌ、Ｃｕなど）等の、例えば、６面体の被加工体３を工作機械（不図示）の加工台４の上に固定し、削り出す一体物のうちフレームとなる部位８を治具６でクランプする。
【００２３】
次に、図３（ｂ）に示したように、回転工具であるボールエンドミル７により一方の面を切削加工により削り出す。この切削加工では、フレーム８から延在したサポート９の片側に加工を施し、さらに、被加工体３の中央部に他の面を切削する際に工具からの負荷を支える複数のサブサポート１１を形成する。なお、サブサポート１１の先端はフレーム８の面と面一に形成されている。（第１面加工工程）
次に、図３（ｃ）に示したように、脚部２の加工をおこなう。脚部２はアンダーカット部２ａを削り出すことにより形成する。そのため、被加工体３を固定した位置でのボールエンドミル７による加工は困難であるので、回転工具をボールエンドミル７から、図４（ａ）および（ｂ）に示すスロットカッタ１２に交換して加工し、アンダーカット部２ａを削り出す。
【００２４】
図４（ａ）はアンダーカット部２ａを加工するスロットカッタ１２の外観図で、図４（ｂ）はその加工の際の説明図である。スロットカッタ１２は側断面が逆Ｔ字形状で、シャンク１２ａの先端にシャンク１２ａより径大の切れ刃１３が形成されている。この切れ刃１３の形状により、被加工体３のアンダーカット部２ａを加工する際は、工具の逃げ量１４はアンダーカット部の深さ１５以上の寸法となり、切れ刃１３の刃長１３ａは、アンダーカット部の高さ１６未満となるような寸法のものを用いている。
【００２５】
次に、図３（ｄ）に示したように、片側が加工された被加工体３を反転させて、工作機械の加工台４の上に位置決めし、フレーム８を治具６で固定する。その状態では、サブサポート１１は下側となり加工台４の面に接するので、他方の面である本体１ａを加工する際の切削負荷をサブサポート１１も分担して受けることができ、加工の際の振動を抑制して高精度の加工が可能になる。その状態で、ボールエンドミル等の回転工具７により切削加工をおこなってサポート９を削り出し、このサポート９によりモックアップ１の本体１ａになる部分を保持する形状にする。
【００２６】
この場合、図３（ｃ）および（ｄ）に示したように、加工の際に回転工具とフレーム８の壁面８ａとの機械的な干渉をさけるために、フレーム８の壁面８ａに回転工具を逃げる方向へ勾配を設けている。なお、勾配の角度は、１度〜１０度が実用的な値であるが、加工条件に応じてその近傍の角度を適宜用いることもできる。
【００２７】
次に、図示はしていないが、モックアップ１を回転工具によりサポート９を介してフレーム８と一体の状態で削り出す。（第２面加工工程）
その後、モックアップ１をサポート９（フレーム８含む）から切り離し、サポート９が接続されていた部分及びその近傍を手作業等で仕上げ加工して、モックアップ１を完成させる。
【００２８】
なお、上述の場合は、モックアップ１の形状がアーチ状であったために、サブサポート１１を設けたが、サブサポート１１と同様な機能を果たす部位が存在するモックアップ１を加工する際には、サブサポート１１を設ける必要はない。
【００２９】
次に、上述のアンダーカット加工の際のカッタパスの算出について説明する。
【００３０】
図５はカッタパスの算出の手順を示すフローチャートである。また、図６（ａ）〜（ｃ）はアンダーカット部の加工の際のカッタパス算出用の設計モデルを示す説明図である。図６（ａ）は平面図であり、図６（ｂ）は加工の際の側面図であり、図６（ｃ）はカッタパス算出の経過説明するためのフラットエンドミルによる加工の側面図である。
【００３１】
図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、被加工体３にはアンダーカット部２ａを削り出して必要な脚部２を形成する。
【００３２】
なお、アンダーカット部２ａの加工には、図６（ａ）に示すように側面が逆Ｔ字状のスロットカッタ１２を用いて加工する必要があるが、通常、一般のＣＡＭでは、図６（ｃ）に示すように、回転工具としてフラットエンドミル７やボールエンドミルが対象になったソフトウエアを用いている。そのため、ＣＡＭで用いているソフトウエアをそのまま適用して、スロットカッタ１２についてのカッタパスの演算を行うことが困難であった。
【００３３】
図６（ｃ）に示すような通常のフラットエンドミル７のカッタパスを生成しているソフトウエアを用いて、側断面が逆Ｔ字形状となるようなスロットカッタ１２についてのカッタパスを演算できるようにするには、図６（ｂ）に示すように、まず、スロットカッタ１２で本体１ａからアンダーカット部２ａを削り出して脚部２を加工する。その加工後にスロットカッタ１２を脚部２より上方に引き上げ動作をおこなう際に、図６（ａ）に示すように、脚部２とスロットカッタ１２とが干渉しない領域として、脚部２の外形輪郭２０からスロットカッタ１２の回転部の半径分をオフセットした境界線２１を設定し、この境界線２１をＣＡＭで読み込んで干渉境界領域２２を設定する。（Ｓ１）
次に、ＣＡＤにより脚部２を取り除いた仮想体２３を算出する。（Ｓ２）
続いて、仮想体２３に対する通常工具７（例えば、フラットエンドミル等）のカッタパスをＣＡＭにより生成する。（Ｓ３）（カッタパス生成工程）
生成したカッタパス２５に対し、境界線２１内でスロットカッタ１２が引き上がらないように、カッタパス２５を編集する。（Ｓ３ａ）（カッタパス編集工程）
なお、ＣＡＭによっては、境界線２１を定義しておけば、自動的にカッタパス２５の作成領域を演算し、作成領域内では工具（スロットカッタ１２）が引きあがらないようにカッタパス２５を生成するものも存在する。
【００３４】
以上により、通常のソフトウエアを用いたスロットカッタ１２によるアンダーカット加工の可能な加工用カッタパス２５を作成することができる。
【００３５】
編集（又は生成）した加工用のカッタパス２５を加工装置（不図示）に出力し（Ｓ４）、それによりアンダーカット部に対して所定の加工をおこなう。
【００３６】
これらの手順により、アンダーカットが必要な被加工体に対して、スロットカッタ１２等の特殊工具を使用して容易に加工することができる。
【００３７】
以上に説明したように、上述の実施の形態によれば、回転工具により被加工体の両面に複雑な形状の加工を施す場合でも、加工の際の被加工体の振動を防止することができるので、高精度の加工をおこなうことができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、加工面の品位が良好で、かつ寸法精度が良好な複雑な形状の加工をおこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】モックアップの斜視図。
【図２】一体物の斜視図。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の加工工程の要部を示す模式図。
【図４】（ａ）は、特殊工具の外観図、（ｂ）はその加工の際の説明図。
【図５】本発明のカッタパスの算出の手順を示すフローチャート。
【図６】（ａ）〜（ｃ）はアンダーカット部の加工の際の、カッタパス算出用の設計モデルを示す説明図。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、従来の加工工程の要部を示す模式図。
【図８】アンダーカット部の説明図。
【符号の説明】
１…モックアップ、１ａ…本体、２…脚部、３…被加工体、７…回転工具、８…フレーム、８ａ…壁面、９…サポート、１１…サブサポート、１２…スロットカッタ（特殊工具）、１３…切れ刃、１４…逃げ量、１５…アンダーカット部の深さ、１６…アンダーカット部の高さ、２２…干渉境界領域、２３…仮想体。
【図１】
0004064210.tif 000002
【図２】
0004064210.tif 000003
【図３】
0004064210.tif 000004
【図４】
0004064210.tif 000005
【図５】
0004064210.tif 000006
【図６】
0004064210.tif 000007
【図７】
0004064210.tif 000008
【図８】
0004064210.tif 000009