加工表面に形成される表面模様配列を制御する方法、ＣＡＤ／ＣＡＭ、および、数値制御工作機械
【課題】
エンドミル加工で、加工面に目的とする規則的な表面模様を容易に形成する方法。
【解決方法】
加工面を多角形のパッチで分割し、前記多角形のパッチの頂点、または、中心より工具経路の開始位置を設定し、エンドミルで前記工具経路を一定のクロスフィード量ずつ内側、または、外側にずらしながら、らせん状の一筆書きの加工経路で加工する場合に、切削条件を選択し、位相差を制御することで達成できる。
エンドミル加工で、加工面に目的とする規則的な表面模様を容易に形成する方法。
【解決方法】
加工面を多角形のパッチで分割し、前記多角形のパッチの頂点、または、中心より工具経路の開始位置を設定し、エンドミルで前記工具経路を一定のクロスフィード量ずつ内側、または、外側にずらしながら、らせん状の一筆書きの加工経路で加工する場合に、切削条件を選択し、位相差を制御することで達成できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
数値制御工作機械を使用した、エンドミルによる切削加工で、加工表面に形成される表面模様の配列を制御する方法、かつ、加工面全体に目的とする表面模様を均一に形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学薬品によるエッチング加工、放電加工、レーザ加工、ＮＣ彫刻機で機械加工等の方法により、表面に凹凸を施すことにより、耐傷性の向上、滑り防止等の機能を付加している製品が増えている。また、ＣＧや３Ｄ−ＣＡＤを用いたデザイン開発手法の発達により建築物の内外壁タイルやアクセサリー等、凹凸模様を用いた意匠性の高い製品も多くみられるようになってきている。
【０００３】
ボールエンドミルの各加工ラインの加工始点でのボールエンドミルの刃の加工初期位置を調整することにより、金属平面の各加工ラインの送り方向に凹凸の位置を精密に規制し、加工ラインの間の送り方向を規則的に位相させ、加工ラインの間で規則的にある模様を可変形成することが出来る方法（特許文献１参照）が知られている。
【０００４】
工作機械の高速化、高精度化および高速加工技術の進歩によって高速高送りが可能となってきているが、高送りによるボールエンドミル加工では送り方向の工具切れ刃による削り残し発生要因を分析し、削り残しが、主軸の回転中心と工具軸線との偏心および工具切れ刃の位相差にあることを見出し、平面上で工具切れ刃の位相差を工具の移動時間で制御すると共に、工具の偏心量を任意の値に設定することで任意の形状の凹凸模様をもつ切削面図１を創成できることが知られている（非特許文献１参照）。位相差とは隣り合うパスにおける同一工具切れ刃の回転角度の差である。
【０００５】
また、前記技術を曲面に応用し、円筒形や球面に凹凸模様を形成する場合は、円筒形表面や球面の加工面半径Ｒｗが分かっていれば、曲線部分は微小線分で近似した直線補間工具経路を設定し、切削区間のブロック数ｂと、ワーク座標系でのブロック間の距離を設定すれば、凹凸模様はブロック数ｂに応じて変化した表面模様に加工できる方法も知られている（非特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−７１２０７号公報
【非特許文献１】齋藤明徳、趙暁明、堤正臣著「ボールエンドミル加工における仕上げ面凹凸模様の制御方法」、精密工学会誌、第66巻、第3号、2000年、ｐ419-423。
【非特許文献２】齋藤明徳、趙暁明、堤正臣著「ボールエンドミル加工における曲面上への凹凸模様の形成方法」、精密工学会誌、第66巻、第12号、2000年、ｐ1963-1967。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、微小な凹凸模様形成の目的を加工対象物の機械的特性や意匠性の向上と想定すると、前記した先行技術では、自由に設計した加工面に所望の凹凸模様を形成するためには、位相差を制御するための工具移動時間の設定が煩雑となる。そのため、目的とする凹凸模様に合致するためには、多大な時間が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、上記の問題を回避する方法として、加工面を多角形パッチで分割し、エンドミルを用い、任意のパッチ内に一筆書きの工具経路を作成し、切削条件を選択し、凹凸模様の整列状態を表示するシミュレーションを行い、切れ刃移動軌跡によって形成された凹凸模様をイメージファイルとして、画像出力し、パッチ内に形成される模様を確認し、切削条件により形成される凹凸模様を選択する方法を採用した。
【０００９】
切削工具として、ボールエンドミルやブルノーズエンドミル等のエンドミルを使用し、下記ステップで切削条件を選択することによって、工具の切れ刃の位相差を制御し、加工面に目的とする均一で規則的な凹凸模様を形成する方法を見出した。この方法をＣＡＤ／ＣＡＭ、および、数値制御工作機械に応用することで、加工面に形成される表面模様の配列を制御することが可能となる。
【００１０】
（１）数値制御工作機械でエンドミルを工具として使用し、加工面に工具切れ刃により形成される表面模様の配列を制御する方法であって、
加工面全体を同一の正多角形パッチ、あるいは、いくつかの異なる形状の正多角形パッチと組み合わせて分割し、座標データとして記憶するステップ、
前記正多角形パッチ内の、任意の一正多角形パッチの一頂点より、辺に平行で、一定のクロスフィード量で、らせん形状で一筆書きの工具経路を設定するステップ、
工具または前記加工面を傾斜し、前記工具経路上の加工開始点、および加工条件を設定し、正多角形ごとに定められた演算式に前記設定値を入力し、前記工具経路の周回ごとの前記工具切れ刃の位相差を計算するステップ、
前記工具経路上の前記工具切れ刃の移動軌跡をシミュレーションし、形成される模様配列のイメージをモニタ画面に表示し、必要に応じ、加工条件を調整し、前記正多角形パッチ内の模様配列のイメージを選択し、前記加工条件を記憶するステップ、
前記加工面に形成された全ての正多角形パッチの加工条件を設定し、加工面全体の工具経路を設定し、数値制御工作機械で切削加工を行うステップ、
より、加工表面に形成される表面模様配列を制御する方法。
【００１１】
（２）前記加工条件として、少なくともエンドミルの刃数、回転速度、送り速度、一刃あたりの送り量、工具の加工面に対する傾斜角、およびクロスフィード量と、前記正多角形パッチの最外周一辺の長さである、（１）に記載の、加工表面に形成される表面模様配列を制御する方法。
【００１２】
（３）正多角形パッチ内の一頂点より、辺に平行で、一定のクロスフィード量で、らせん形状で一筆書きの工具経路を設定し、周回する工具経路の内で、前記正多角形の一辺に平行な工具経路上で、前記正多角形の重心より引いた垂線が交わる点を、周回数ｎの工具経路上の点をPnとし、さらに前記パッチ内を一巡した周回数（ｎ+１）の前記工具経路上の点をPn+1とし、前記加工条件を入力することにより、正多角形ごとに定められた演算式より、前記工具のパッチ内を一巡した回転角度λn→n+1（rad）を算出し、位相差ωn→n+1(rad)を求める、（１）に記載の、加工表面に形成される表面模様配列を制御する方法。
【００１３】
（４）エンドミルの刃先が、一定の曲率半径を保有するエンドミルである、（１）に記載の、加工表面に形成される表面模様配列を制御する方法。
【００１４】
（５）加工面を正多角形のパッチに分割する機能と、前記正多角形内を、一定のクロスフィード量でらせん状一筆書き形状の工具経路のＮＣプログラムを作成する機能を装備した、ＣＡＤ／ＣＡＭ。
【００１５】
（６）少なくとも請求項１〜４に記載した加工ステップの記憶、設定した加工条件の制御、イメージファイルの出力、記憶させた演算子により演算を行い、数値制御工作機械に制御信号を出力する機能を装備した、ＣＡＤ／ＣＡＭ。
【００１６】
（７）（１）〜（６）までのいずれかの機能をプログラム、ソフトウェア、又はＣＡＤ／ＣＡＭとして使用し切削加工を行う、数値制御工作機械
【発明の効果】
【００１７】
加工面を分割した多角形パッチ内に、らせん状一筆書きの工具経路を設定し、一定のクロスフィード量で切削加工すれば、多角形内の工具切れ刃の位相差を一定に保ち、多角形内に、工具切れ刃による規則的で均一な凹凸模様を形成でき、使用目的や、装飾目的等により、設計した規則的な配列をもった凹凸模様を加工面全体に形成させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明者等は、パッチ分割切削法によって、加工面を多角形のパッチに分割し、パッチ内をらせん状の一筆書きの工具経路で加工し、ボールエンドミルの周回ごとの工具切れ刃の位相差を計算し，凹凸模様の配列を制御することについてシミュレーションと実験を行って詳細に検討した。本発明では、工具切れ刃による切削痕を、加工表面の凹凸模様形成に利用するため、エンドミルが加工表面に垂直に配置された場合は、目的とする切削痕が得られない。このため、本発明では、エンドミルと加工表面を傾斜配置し、エンドミルが一回転する間に、エンドミルの刃数分の切削痕を加工表面に形成するために、エンドミルの刃先は一定の曲率半径をもつ、ボールエンドミルまたは、ブルノーズエンドミル等のエンドミルが最適である。
【００１９】
パッチ分割切削法は加工面を図２（ａ）に示すような多角形パッチで分割し、分割した各多角形の内部を、図２（ｂ）のような、らせん状の一筆書きの工具経路で加工する方法である。加工は多角形の任意の頂点、または、らせん状の工具経路の中心部を、工具経路の起点または終点とし、エンドミルで前記工具経路を一定のクロスフィード量ずつ内側、または、外側にずらしながら、らせん状の一筆書きの加工経路で加工する。
【００２０】
正方形パッチを例に、図３（ａ）に一つの正方形パッチ内を加工する工具経路を示す。 この正方形パッチにおいて、図３（ｂ）に示すように、パッチの重心Ｇと各頂点を結んだ直線によって分割される四つの三角形を考え、その一つの三角形△ＧＣＤに着目する。正方形パッチの一辺の長さをＬ、重心から各辺に引いた垂線とらせん状の工具経路との交点を外側からＰ１、Ｐ２、Ｐ３・・・Ｐｎとおく。クロスフィード量ｆｃ(mm)を一定とすると、隣り合う点Ｐnら点Ｐn+1に至る間の工具移動距離Ｌn→n+1(mm)は、数１により計算できる。
【００２１】
【数１】
【００２２】
また、工具がＬn→n+1の距離を移動するのに要する時間Ｔn→n+1(min)は送り速度をF(mm/min)とすると、数２によりと計算できる。
【００２３】
【数２】
【００２４】
したがって、点Ｐｎからパッチ内を一巡して点Ｐn+1に至るまでの工具の回転角度λn→n+1(ｒａｄ)は、主軸回転速度をＳ(min-1)とすると、 数３よりで求められる。
【００２５】
【数３】
【００２６】
ここで、主軸回転速度Ｓ、送り速度Ｆ 、エンドミルの刃数Ｎ、一刃あたりの送り量ｆｔの間には、数４の関係が成り立つ。
【００２７】
【数４】
【００２８】
数（３)に数(２)を代入し、更に数（１）および数(４)を代入すると、数５が得られる。
【００２９】
【数５】
【００３０】
この数５より、点Ｐnからパッチ内を一巡して点Ｐn+1に至るまでの工具の回転角度λn
→n+1は、パッチ内加工経路の周回数ｎに対して、 初項ｄ＝２π(4Ｌ−3ｆｃ)／Ｎｆｔ、公差Δλ＝−１６πｆｃ／Ｎｆｔの等差数列になることがわかる。
【００３１】
ここで、加工面の凹凸模様と位相差との関係について考えてみると、パッチ内を一巡する間の工具回転角度λn→n+1は算出しているので、 位相差はλn→n+1を２πで除した余りとして求めることができる。
【００３２】
すなわち、らせん状の工具経路で加工したときの位相差ωn→n+1(rad)は、数６で表わすことができる。
【００３３】
【数６】
但し、０＜ωn→n+1＜２π。
【００３４】
数６より、mod(λn→n+1、２π)は(λn→n+1)/２πの剰余、Ｊは商の整数部分を表している。位相差ωn→n+1は周回数ｎが増加するとΔλずつ増加し、２πより大きくなると商Ｊが加算され、２πＪだけ引かれた値となる。すなわち、０から２πの範囲でΔλずつ増加を繰り返すことがわかる。
【００３５】
直線上に整列した凹凸模様を形成するためには、数６に示す位相差ωn→n+1が周回数ｎの値によらず一定となればよい。すなわち、Δλが２πの整数倍になればよい。図３の三角形△ＧＣＤ において、 表1に示したΔλが、数７を満たすように設定すればよい。
【００３６】
【数７】
【００３７】
つまり、クロスフィード量 ｆｃ、一刃当たりの送り量ｆｔ、及び刃数Ｎを決定すれば、 最終的に、位相差ωn→n+1には数６の定数部分ｄのみが関与することになる。数６へ表１のｄ、及び数７を代入すると、三角形△ＧＣＤの位相差ωn→n+1は数８で計算でき、三角形内では一定となる。
【００３８】
【数８】
【００３９】
以上をまとめると、本手法を用いてパッチ内を一筆書きの経路でらせん状に加工し、一刃あたりの送り量ｆｔ、クロスフィード量ｆｃ、 及び刃数Ｎの３つのパラメータを変更してΔλを調整すれば、各パッチの三角形内には直線上に整列した凹凸模様を形成できる。 また、数８より、パッチ一辺の長さＬを変更すれば位相差が変わるため、直線上に整列した模様のクロスフィード方向の傾斜を変えることが可能であることがわかる。
【００４０】
図３の正方形パッチ内の四つの三角形△ＧＤＡ、△ＧＣＤ、△ＧＢＣ、△ＧＡＢにおいて、数６と同様にパッチ内を一巡する間の工具回転角度λn→n+1を計算できる。その際、数６のｄ、及びΔλは表1のようになる。Δλは四つの三角形内において同値であり、ｄは加工開始点が含まれる三角形△ＧＤＡから、らせん状の工具経路と同一方向、つまり、時計回りに−４πｆｃ／Ｎｆｔずつ減少することがわかる。
【００４１】
このように、らせん状の工具経路でパッチ内を加工すれば各三角形領域の位相差を容易に一定にすることができるため、複雑な工具移動時間の制御が不要となる。したがって、パッチ内には規則的な凹凸模様が形成されると共に、パッチ自体の模様も形成され、加工面全体に均一な表面模様を生成することができる。
【００４２】
【表１】
【００４３】
同様に、正方形以外の正三角形、正六角形のパッチについても、 らせん状の工具経路でパッチ内を加工することを想定すると、周回ごとの工具経路における、重心から各辺に引いた垂線とらせん状の工具経路とのＰnから隣り合うＰn+1に至る間の工具移動距離Ｌn→n+1(mm)は、正多角形ごとに異なる計算式より算出し、 隣接２点間の工具回転角度λn→n+1は、数２〜４までの計算式を、数５に代入し計算することより、正方形の場合と同様な、等差数列として算出することができる。表２に図２（ｂ）に示す工具経路で加工した、 正三角形と正六角形のΔλ、初項ｄｓ、 及び時計回りの減少量Δｄについてまとめたものを示す。Δλは正方形パッチと同様、どの三角形においても同じ式になる。
【００４４】
【表２】
【００４５】
実際の加工による模様との差違を比較するために、パッチ内に加工する凹凸模様をシミュレーションにより、画面上に表示する方法として、本発明者等はボールエンドミルによる傾斜平面の加工を対象とした。図４は、加工表面からの切り込み量が最も大きくなる工具切れ刃上の点Ｑが、らせん状の工具経路を主軸回転速度Ｓで回転しながら送り速度Ｆで移動する状態を示した図である。パッチ形状は正三角形、正方形、正六角形の３種類とし、パッチ一辺の長さＬ、 主軸回転速度Ｓ、送り速度Ｆ、 クロスフィード量ｆｃを入力値とする。そして、工具切れ刃が工具1回転に要する時間だけ移動するごとに、 工具経路に沿ってプロットし、パッチ内に形成される切れ刃の移動軌跡を凹凸模様として表示することができる。
【実施例１】
【００４６】
切削条件を表３に記載した条件に設定し、位相差を計算し、形成される切れ刃の移動軌跡を凹凸模様としてモニタ画面に表示するシミュレーションを行った。パッチ一辺の長さＬは正三角形、正方形、正六角形の順に１５mm、１０mm、５mmに設定した。 また、 それぞれのパッチについて、前章で示した凹凸模様を直線上に整列させるための３つのパラメータの内、 クロスフィード量ｆｃを調整して表１、２のΔλを変更し、位相差ωn→n+1が周回ごとに変化する場合と一定の場合についてシミュレーションで、凹凸模様を比較した。
【００４７】
【表３】
【００４８】
一刃あたりの送り量ｆｔとクロスフィード量ｆｃは表４に示すように、 同程度に設定し、高送り加工を想定することにより、位相差の変化による凹凸模様の違いを明確に観察できるようにした。
【００４９】
【表４】
【００５０】
図５に位相差が周回ごとに変化する場合の正三角形、正方形、正六角形の一つのパッチについてシミュレーションを行った結果を示す。 それぞれのパッチは、重心を頂点とし、 各辺を底辺とする三角形を考えると、パッチの各三角形の内部では楕円弧状の凹凸模様が形成されていることがわかる。
【００５１】
図６に図５と同じ３種類のパッチについて、Δλが２ｎの整数倍となるようにクロスフィード量を調整してシミュレーションを行った結果を示す。図５と比較すると、それぞれのパッチの各三角形内の凹凸模様は楕円弧状から直線上に整列した模様に変化している。 これより、 位相差を一定にすれば、 各三角形の内部は直線上に整列した凹凸模様になることがわかる。
【００５２】
図５、６の結果における三角形内の整列状態の違いについてみると、クロスフィード方向に隣接する切れ刃の移動軌跡は、 位相差が０からπの場合は、 位相が進んだ状態、 すなわち、 工具切れ刃の向きが１つ前の周回と送り方向に同一位置まで到達したとき、すでに切削された後になるため、 送り方向とは逆に切れ刃の移動軌跡が形成される。逆に、πから２πの場合は、位相が遅れた状態となり、送り方向に切れ刃の移動軌跡が形成される。０または２πの場合は同位相であるため、切れ刃の移動軌跡は送り方向に垂直に形成される。また、送り方向の移動距離はπに近いほど長くなる。これらに従って、図５では、位相差が周回ごとに変動することにより、形成される凹凸模様は直線上に整列しない。
【００５３】
図７、８に図５、６示した３種類のパッチについて加工開始点を含む三角形内の位相差を周回ごとに計算した結果を示す。図７をみると、△印で示す正三角形パッチの位相差は１周目から２周目で増加し、２周目から６周目にかけて位相差が減少している。 これより、切れ刃の移動軌跡は１周目では最外周の切れ刃の移動軌跡に対して送り方向と逆に形成され、２周目から４周目で送り方向に形成される。そして、５周目から６周目で送り方向と逆に形成されることがわかる。すなわち、反時計回りに楕円弧状の凹凸模様が形成されていくことになる。同様に考えると、正方形パッチは時計回りに楕円弧上の凹凸模様が形成され、正六角形パッチは位相差がπを境に変動しているため、ジグザグ状の凹凸模様が形成される。
【００５４】
一方、図８をみると、正方形と六角形パッチは位相差がπ以上で一定となっているため送り方向に傾斜した直線上の凹凸模様を形成し、正三角形パッチは位相差が０のため、送り方向に垂直に凹凸模様が形成されることがわかる。これらより、図７と図５、図８と図６でそれぞれ比較すると、凹凸模様の整列状態は周回数における位相差の関係とよく一致しており位相差によって凹凸模様の整列状態が決定されることがわかる。
【００５５】
以上、本発明の手順のフローを図９で示してみると、まず、加工面を目的とする整列模様に加工するため、多角形のパッチに分割する。次に、多角形パッチの１頂点と工具経路の中心点を、起点あるいは終点とし、多角形内を辺に平行で、一定のクロスフィード量で外周と中心点までを結ぶ、らせん状の一筆書きの工具経路を作成する。そして、エンドミルの刃数、クロスフィード量、一刃当たりの送り量等の加工条件を選択し、演算式に設定数値を入力し、演算部で位相差を計算する。切削動作をシミュレーションし、多角形内の工具切れ刃による移動軌跡の凹凸模様のイメージファイルを作成、モニタ画面に表示し、この模様の可否を選択する。加工面の全ての多角形の工具経路を作成し、数値制御工作機械で切削加工を行う。ここまでの操作は、プログラムとして作成し、ＣＡＤ／ＣＡＭソフトに、書き込んでおくことが望ましい。
【００５６】
また、本発明で加工面に形成可能な整列模様をデータベース化し、ユーザーがデータの内容を容易に変更できるよう、操作しやすいＣＡＭソフトとして提供することも可能である。例えば、ユーザーは、データベースのメニューの中の、「加工データ設定」というアイコンをクリックして、整列模様イメージデータベースより、選択した整列模様イメージの加工条件についてその詳細を表示させて見ることができ、また、ユーザーは新たな加工条件を追加設定したり、表示されている加工条件の詳細を変更したりできるような設定とすることも可能である。
【００５７】
次に、テーブル旋回形の５軸の立て形マシニングセンタと超硬ソリッドボールエンドミル(φ１０mm、刃数２)を用いて切削実験を行った。切削条件は表３、４に示すシミュレーション条件と同一とし、シミュレーション結果と実際の加工によって形成される凹凸模様との比較を行った。図１０、１１に各々正三角形、正方形、正六角形パッチを傾斜平面に縦横連続形成して加工した結果を示す。図１０は位相差が周回ごとに変化する場合、図１１は位相差が一定の場合の結果である。
【００５８】
パッチ外形の模様はパッチが縦横連続形成された加工面全体に形成され、パッチ内に形成された凹凸模様はどのパッチでも同じであることがわかる。また、各パッチは重心を頂点とし、各辺を底辺とする三角形に分かれていることが確認できる。このように、ｍ角形のパッチを本手法を用いて連続して加工すると、加工面にはパッチ外形の模様とｍ個の三角形が各パッチ内に形成され、それぞれの三角形内には一様な凹凸模様が形成されることがわかった。図１０と図１１を比較すると、各パッチの三角形内の凹凸模様は楕円弧状から直線上に整列した凹凸模様に変わっており、これは、図５、６に示すシミュレーション結果とよく一致している。これより、前記３つのパラメータを調整して位相差を一定にすれば、その各三角形には直線上に整列した凹凸模様が形成される。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
表面に凹凸を施すことにより、耐傷性の向上、滑り防止等の機能を付加した製品が提供できる。また、今後のＣＧや３Ｄ-ＣＡＤを用いたデザイン開発手法による建築物の内外壁タイルやアクセサリー等、凹凸模様を用いた意匠性の高い製品の開発も本発明の方法で可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】従来の凹凸表面加工法で、ボールエンドミル加工による加工表面の凹凸模様と、シミュレーションで計算した加工表面模様を示す図である。
【図２】本発明の、加工面全体を分割する概念図（a）と正三角形、正方形、正六角形のパッチ内領域を一筆書きで加工する、らせん状の工具経路を示す図である。
【図３】本発明の、正方形パッチ内のらせん状の工具経路と、重心からの各辺に引いた垂線との交点Ｐと、重心と各頂点を結んだ直線によって分割された4つの三角形を表わした図である。
【図４】本発明のシミュレーションを行った時の、傾斜させた工具との切れ刃上の点Ｑと、正方形パッチ内をらせん状に加工した場合の、工具１回転で工具経路に沿って点Ｑが移動する位置を示した概念図である。
【図５】本発明で、位相差が周回ごとに変化する例の場合で、正三角形、正方形、正六角形の各パッチ内の凹凸模様をシミュレーションし、イメージを表示した図である。
【図６】本発明で、位相差が周回ごとに同一例の場合で、正三角形、正方形、正六角形の各パッチ内の凹凸模様をシミュレーションし、イメージを表示した図である。
【図７】図５の切削条件下でのシミュレーションで、周回ごとに計算した、切れ刃の位相差をプロットした図である。
【図８】図６の切削条件下でのシミュレーションで、周回ごとに計算した、位相差をプロットした図である。
【図９】本発明のフローを示す図である。
【図１０】テーブル旋回形の５軸の立て形マシニングセンタと超硬ソリッドボールエンドミルを使用し、本発明の方法で加工面を各々正三角形、正方形、正六角形の多角形パッチに、縦横連続形成して分割し、位相差が周回ごとに変化する場合の加工例で、加工面に形成した凹凸模様を示す図である。
【図１１】テーブル旋回形の５軸の立て形マシニングセンタと超硬ソリッドボールエンドミルを使用し、本発明の方法で加工面を各々正三角形、正方形、正六角形の多角形パッチに、縦横連続形成して分割し、位相差が周回ごとに同一例の場合の加工例で、加工面に形成した凹凸模様を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
数値制御工作機械を使用した、エンドミルによる切削加工で、加工表面に形成される表面模様の配列を制御する方法、かつ、加工面全体に目的とする表面模様を均一に形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学薬品によるエッチング加工、放電加工、レーザ加工、ＮＣ彫刻機で機械加工等の方法により、表面に凹凸を施すことにより、耐傷性の向上、滑り防止等の機能を付加している製品が増えている。また、ＣＧや３Ｄ−ＣＡＤを用いたデザイン開発手法の発達により建築物の内外壁タイルやアクセサリー等、凹凸模様を用いた意匠性の高い製品も多くみられるようになってきている。
【０００３】
ボールエンドミルの各加工ラインの加工始点でのボールエンドミルの刃の加工初期位置を調整することにより、金属平面の各加工ラインの送り方向に凹凸の位置を精密に規制し、加工ラインの間の送り方向を規則的に位相させ、加工ラインの間で規則的にある模様を可変形成することが出来る方法（特許文献１参照）が知られている。
【０００４】
工作機械の高速化、高精度化および高速加工技術の進歩によって高速高送りが可能となってきているが、高送りによるボールエンドミル加工では送り方向の工具切れ刃による削り残し発生要因を分析し、削り残しが、主軸の回転中心と工具軸線との偏心および工具切れ刃の位相差にあることを見出し、平面上で工具切れ刃の位相差を工具の移動時間で制御すると共に、工具の偏心量を任意の値に設定することで任意の形状の凹凸模様をもつ切削面図１を創成できることが知られている（非特許文献１参照）。位相差とは隣り合うパスにおける同一工具切れ刃の回転角度の差である。
【０００５】
また、前記技術を曲面に応用し、円筒形や球面に凹凸模様を形成する場合は、円筒形表面や球面の加工面半径Ｒｗが分かっていれば、曲線部分は微小線分で近似した直線補間工具経路を設定し、切削区間のブロック数ｂと、ワーク座標系でのブロック間の距離を設定すれば、凹凸模様はブロック数ｂに応じて変化した表面模様に加工できる方法も知られている（非特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−７１２０７号公報
【非特許文献１】齋藤明徳、趙暁明、堤正臣著「ボールエンドミル加工における仕上げ面凹凸模様の制御方法」、精密工学会誌、第66巻、第3号、2000年、ｐ419-423。
【非特許文献２】齋藤明徳、趙暁明、堤正臣著「ボールエンドミル加工における曲面上への凹凸模様の形成方法」、精密工学会誌、第66巻、第12号、2000年、ｐ1963-1967。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、微小な凹凸模様形成の目的を加工対象物の機械的特性や意匠性の向上と想定すると、前記した先行技術では、自由に設計した加工面に所望の凹凸模様を形成するためには、位相差を制御するための工具移動時間の設定が煩雑となる。そのため、目的とする凹凸模様に合致するためには、多大な時間が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、上記の問題を回避する方法として、加工面を多角形パッチで分割し、エンドミルを用い、任意のパッチ内に一筆書きの工具経路を作成し、切削条件を選択し、凹凸模様の整列状態を表示するシミュレーションを行い、切れ刃移動軌跡によって形成された凹凸模様をイメージファイルとして、画像出力し、パッチ内に形成される模様を確認し、切削条件により形成される凹凸模様を選択する方法を採用した。
【０００９】
切削工具として、ボールエンドミルやブルノーズエンドミル等のエンドミルを使用し、下記ステップで切削条件を選択することによって、工具の切れ刃の位相差を制御し、加工面に目的とする均一で規則的な凹凸模様を形成する方法を見出した。この方法をＣＡＤ／ＣＡＭ、および、数値制御工作機械に応用することで、加工面に形成される表面模様の配列を制御することが可能となる。
【００１０】
（１）数値制御工作機械でエンドミルを工具として使用し、加工面に工具切れ刃により形成される表面模様の配列を制御する方法であって、
加工面全体を同一の正多角形パッチ、あるいは、いくつかの異なる形状の正多角形パッチと組み合わせて分割し、座標データとして記憶するステップ、
前記正多角形パッチ内の、任意の一正多角形パッチの一頂点より、辺に平行で、一定のクロスフィード量で、らせん形状で一筆書きの工具経路を設定するステップ、
工具または前記加工面を傾斜し、前記工具経路上の加工開始点、および加工条件を設定し、正多角形ごとに定められた演算式に前記設定値を入力し、前記工具経路の周回ごとの前記工具切れ刃の位相差を計算するステップ、
前記工具経路上の前記工具切れ刃の移動軌跡をシミュレーションし、形成される模様配列のイメージをモニタ画面に表示し、必要に応じ、加工条件を調整し、前記正多角形パッチ内の模様配列のイメージを選択し、前記加工条件を記憶するステップ、
前記加工面に形成された全ての正多角形パッチの加工条件を設定し、加工面全体の工具経路を設定し、数値制御工作機械で切削加工を行うステップ、
より、加工表面に形成される表面模様配列を制御する方法。
【００１１】
（２）前記加工条件として、少なくともエンドミルの刃数、回転速度、送り速度、一刃あたりの送り量、工具の加工面に対する傾斜角、およびクロスフィード量と、前記正多角形パッチの最外周一辺の長さである、（１）に記載の、加工表面に形成される表面模様配列を制御する方法。
【００１２】
（３）正多角形パッチ内の一頂点より、辺に平行で、一定のクロスフィード量で、らせん形状で一筆書きの工具経路を設定し、周回する工具経路の内で、前記正多角形の一辺に平行な工具経路上で、前記正多角形の重心より引いた垂線が交わる点を、周回数ｎの工具経路上の点をPnとし、さらに前記パッチ内を一巡した周回数（ｎ+１）の前記工具経路上の点をPn+1とし、前記加工条件を入力することにより、正多角形ごとに定められた演算式より、前記工具のパッチ内を一巡した回転角度λn→n+1（rad）を算出し、位相差ωn→n+1(rad)を求める、（１）に記載の、加工表面に形成される表面模様配列を制御する方法。
【００１３】
（４）エンドミルの刃先が、一定の曲率半径を保有するエンドミルである、（１）に記載の、加工表面に形成される表面模様配列を制御する方法。
【００１４】
（５）加工面を正多角形のパッチに分割する機能と、前記正多角形内を、一定のクロスフィード量でらせん状一筆書き形状の工具経路のＮＣプログラムを作成する機能を装備した、ＣＡＤ／ＣＡＭ。
【００１５】
（６）少なくとも請求項１〜４に記載した加工ステップの記憶、設定した加工条件の制御、イメージファイルの出力、記憶させた演算子により演算を行い、数値制御工作機械に制御信号を出力する機能を装備した、ＣＡＤ／ＣＡＭ。
【００１６】
（７）（１）〜（６）までのいずれかの機能をプログラム、ソフトウェア、又はＣＡＤ／ＣＡＭとして使用し切削加工を行う、数値制御工作機械
【発明の効果】
【００１７】
加工面を分割した多角形パッチ内に、らせん状一筆書きの工具経路を設定し、一定のクロスフィード量で切削加工すれば、多角形内の工具切れ刃の位相差を一定に保ち、多角形内に、工具切れ刃による規則的で均一な凹凸模様を形成でき、使用目的や、装飾目的等により、設計した規則的な配列をもった凹凸模様を加工面全体に形成させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明者等は、パッチ分割切削法によって、加工面を多角形のパッチに分割し、パッチ内をらせん状の一筆書きの工具経路で加工し、ボールエンドミルの周回ごとの工具切れ刃の位相差を計算し，凹凸模様の配列を制御することについてシミュレーションと実験を行って詳細に検討した。本発明では、工具切れ刃による切削痕を、加工表面の凹凸模様形成に利用するため、エンドミルが加工表面に垂直に配置された場合は、目的とする切削痕が得られない。このため、本発明では、エンドミルと加工表面を傾斜配置し、エンドミルが一回転する間に、エンドミルの刃数分の切削痕を加工表面に形成するために、エンドミルの刃先は一定の曲率半径をもつ、ボールエンドミルまたは、ブルノーズエンドミル等のエンドミルが最適である。
【００１９】
パッチ分割切削法は加工面を図２（ａ）に示すような多角形パッチで分割し、分割した各多角形の内部を、図２（ｂ）のような、らせん状の一筆書きの工具経路で加工する方法である。加工は多角形の任意の頂点、または、らせん状の工具経路の中心部を、工具経路の起点または終点とし、エンドミルで前記工具経路を一定のクロスフィード量ずつ内側、または、外側にずらしながら、らせん状の一筆書きの加工経路で加工する。
【００２０】
正方形パッチを例に、図３（ａ）に一つの正方形パッチ内を加工する工具経路を示す。 この正方形パッチにおいて、図３（ｂ）に示すように、パッチの重心Ｇと各頂点を結んだ直線によって分割される四つの三角形を考え、その一つの三角形△ＧＣＤに着目する。正方形パッチの一辺の長さをＬ、重心から各辺に引いた垂線とらせん状の工具経路との交点を外側からＰ１、Ｐ２、Ｐ３・・・Ｐｎとおく。クロスフィード量ｆｃ(mm)を一定とすると、隣り合う点Ｐnら点Ｐn+1に至る間の工具移動距離Ｌn→n+1(mm)は、数１により計算できる。
【００２１】
【数１】
【００２２】
また、工具がＬn→n+1の距離を移動するのに要する時間Ｔn→n+1(min)は送り速度をF(mm/min)とすると、数２によりと計算できる。
【００２３】
【数２】
【００２４】
したがって、点Ｐｎからパッチ内を一巡して点Ｐn+1に至るまでの工具の回転角度λn→n+1(ｒａｄ)は、主軸回転速度をＳ(min-1)とすると、 数３よりで求められる。
【００２５】
【数３】
【００２６】
ここで、主軸回転速度Ｓ、送り速度Ｆ 、エンドミルの刃数Ｎ、一刃あたりの送り量ｆｔの間には、数４の関係が成り立つ。
【００２７】
【数４】
【００２８】
数（３)に数(２)を代入し、更に数（１）および数(４)を代入すると、数５が得られる。
【００２９】
【数５】
【００３０】
この数５より、点Ｐnからパッチ内を一巡して点Ｐn+1に至るまでの工具の回転角度λn
→n+1は、パッチ内加工経路の周回数ｎに対して、 初項ｄ＝２π(4Ｌ−3ｆｃ)／Ｎｆｔ、公差Δλ＝−１６πｆｃ／Ｎｆｔの等差数列になることがわかる。
【００３１】
ここで、加工面の凹凸模様と位相差との関係について考えてみると、パッチ内を一巡する間の工具回転角度λn→n+1は算出しているので、 位相差はλn→n+1を２πで除した余りとして求めることができる。
【００３２】
すなわち、らせん状の工具経路で加工したときの位相差ωn→n+1(rad)は、数６で表わすことができる。
【００３３】
【数６】
但し、０＜ωn→n+1＜２π。
【００３４】
数６より、mod(λn→n+1、２π)は(λn→n+1)/２πの剰余、Ｊは商の整数部分を表している。位相差ωn→n+1は周回数ｎが増加するとΔλずつ増加し、２πより大きくなると商Ｊが加算され、２πＪだけ引かれた値となる。すなわち、０から２πの範囲でΔλずつ増加を繰り返すことがわかる。
【００３５】
直線上に整列した凹凸模様を形成するためには、数６に示す位相差ωn→n+1が周回数ｎの値によらず一定となればよい。すなわち、Δλが２πの整数倍になればよい。図３の三角形△ＧＣＤ において、 表1に示したΔλが、数７を満たすように設定すればよい。
【００３６】
【数７】
【００３７】
つまり、クロスフィード量 ｆｃ、一刃当たりの送り量ｆｔ、及び刃数Ｎを決定すれば、 最終的に、位相差ωn→n+1には数６の定数部分ｄのみが関与することになる。数６へ表１のｄ、及び数７を代入すると、三角形△ＧＣＤの位相差ωn→n+1は数８で計算でき、三角形内では一定となる。
【００３８】
【数８】
【００３９】
以上をまとめると、本手法を用いてパッチ内を一筆書きの経路でらせん状に加工し、一刃あたりの送り量ｆｔ、クロスフィード量ｆｃ、 及び刃数Ｎの３つのパラメータを変更してΔλを調整すれば、各パッチの三角形内には直線上に整列した凹凸模様を形成できる。 また、数８より、パッチ一辺の長さＬを変更すれば位相差が変わるため、直線上に整列した模様のクロスフィード方向の傾斜を変えることが可能であることがわかる。
【００４０】
図３の正方形パッチ内の四つの三角形△ＧＤＡ、△ＧＣＤ、△ＧＢＣ、△ＧＡＢにおいて、数６と同様にパッチ内を一巡する間の工具回転角度λn→n+1を計算できる。その際、数６のｄ、及びΔλは表1のようになる。Δλは四つの三角形内において同値であり、ｄは加工開始点が含まれる三角形△ＧＤＡから、らせん状の工具経路と同一方向、つまり、時計回りに−４πｆｃ／Ｎｆｔずつ減少することがわかる。
【００４１】
このように、らせん状の工具経路でパッチ内を加工すれば各三角形領域の位相差を容易に一定にすることができるため、複雑な工具移動時間の制御が不要となる。したがって、パッチ内には規則的な凹凸模様が形成されると共に、パッチ自体の模様も形成され、加工面全体に均一な表面模様を生成することができる。
【００４２】
【表１】
【００４３】
同様に、正方形以外の正三角形、正六角形のパッチについても、 らせん状の工具経路でパッチ内を加工することを想定すると、周回ごとの工具経路における、重心から各辺に引いた垂線とらせん状の工具経路とのＰnから隣り合うＰn+1に至る間の工具移動距離Ｌn→n+1(mm)は、正多角形ごとに異なる計算式より算出し、 隣接２点間の工具回転角度λn→n+1は、数２〜４までの計算式を、数５に代入し計算することより、正方形の場合と同様な、等差数列として算出することができる。表２に図２（ｂ）に示す工具経路で加工した、 正三角形と正六角形のΔλ、初項ｄｓ、 及び時計回りの減少量Δｄについてまとめたものを示す。Δλは正方形パッチと同様、どの三角形においても同じ式になる。
【００４４】
【表２】
【００４５】
実際の加工による模様との差違を比較するために、パッチ内に加工する凹凸模様をシミュレーションにより、画面上に表示する方法として、本発明者等はボールエンドミルによる傾斜平面の加工を対象とした。図４は、加工表面からの切り込み量が最も大きくなる工具切れ刃上の点Ｑが、らせん状の工具経路を主軸回転速度Ｓで回転しながら送り速度Ｆで移動する状態を示した図である。パッチ形状は正三角形、正方形、正六角形の３種類とし、パッチ一辺の長さＬ、 主軸回転速度Ｓ、送り速度Ｆ、 クロスフィード量ｆｃを入力値とする。そして、工具切れ刃が工具1回転に要する時間だけ移動するごとに、 工具経路に沿ってプロットし、パッチ内に形成される切れ刃の移動軌跡を凹凸模様として表示することができる。
【実施例１】
【００４６】
切削条件を表３に記載した条件に設定し、位相差を計算し、形成される切れ刃の移動軌跡を凹凸模様としてモニタ画面に表示するシミュレーションを行った。パッチ一辺の長さＬは正三角形、正方形、正六角形の順に１５mm、１０mm、５mmに設定した。 また、 それぞれのパッチについて、前章で示した凹凸模様を直線上に整列させるための３つのパラメータの内、 クロスフィード量ｆｃを調整して表１、２のΔλを変更し、位相差ωn→n+1が周回ごとに変化する場合と一定の場合についてシミュレーションで、凹凸模様を比較した。
【００４７】
【表３】
【００４８】
一刃あたりの送り量ｆｔとクロスフィード量ｆｃは表４に示すように、 同程度に設定し、高送り加工を想定することにより、位相差の変化による凹凸模様の違いを明確に観察できるようにした。
【００４９】
【表４】
【００５０】
図５に位相差が周回ごとに変化する場合の正三角形、正方形、正六角形の一つのパッチについてシミュレーションを行った結果を示す。 それぞれのパッチは、重心を頂点とし、 各辺を底辺とする三角形を考えると、パッチの各三角形の内部では楕円弧状の凹凸模様が形成されていることがわかる。
【００５１】
図６に図５と同じ３種類のパッチについて、Δλが２ｎの整数倍となるようにクロスフィード量を調整してシミュレーションを行った結果を示す。図５と比較すると、それぞれのパッチの各三角形内の凹凸模様は楕円弧状から直線上に整列した模様に変化している。 これより、 位相差を一定にすれば、 各三角形の内部は直線上に整列した凹凸模様になることがわかる。
【００５２】
図５、６の結果における三角形内の整列状態の違いについてみると、クロスフィード方向に隣接する切れ刃の移動軌跡は、 位相差が０からπの場合は、 位相が進んだ状態、 すなわち、 工具切れ刃の向きが１つ前の周回と送り方向に同一位置まで到達したとき、すでに切削された後になるため、 送り方向とは逆に切れ刃の移動軌跡が形成される。逆に、πから２πの場合は、位相が遅れた状態となり、送り方向に切れ刃の移動軌跡が形成される。０または２πの場合は同位相であるため、切れ刃の移動軌跡は送り方向に垂直に形成される。また、送り方向の移動距離はπに近いほど長くなる。これらに従って、図５では、位相差が周回ごとに変動することにより、形成される凹凸模様は直線上に整列しない。
【００５３】
図７、８に図５、６示した３種類のパッチについて加工開始点を含む三角形内の位相差を周回ごとに計算した結果を示す。図７をみると、△印で示す正三角形パッチの位相差は１周目から２周目で増加し、２周目から６周目にかけて位相差が減少している。 これより、切れ刃の移動軌跡は１周目では最外周の切れ刃の移動軌跡に対して送り方向と逆に形成され、２周目から４周目で送り方向に形成される。そして、５周目から６周目で送り方向と逆に形成されることがわかる。すなわち、反時計回りに楕円弧状の凹凸模様が形成されていくことになる。同様に考えると、正方形パッチは時計回りに楕円弧上の凹凸模様が形成され、正六角形パッチは位相差がπを境に変動しているため、ジグザグ状の凹凸模様が形成される。
【００５４】
一方、図８をみると、正方形と六角形パッチは位相差がπ以上で一定となっているため送り方向に傾斜した直線上の凹凸模様を形成し、正三角形パッチは位相差が０のため、送り方向に垂直に凹凸模様が形成されることがわかる。これらより、図７と図５、図８と図６でそれぞれ比較すると、凹凸模様の整列状態は周回数における位相差の関係とよく一致しており位相差によって凹凸模様の整列状態が決定されることがわかる。
【００５５】
以上、本発明の手順のフローを図９で示してみると、まず、加工面を目的とする整列模様に加工するため、多角形のパッチに分割する。次に、多角形パッチの１頂点と工具経路の中心点を、起点あるいは終点とし、多角形内を辺に平行で、一定のクロスフィード量で外周と中心点までを結ぶ、らせん状の一筆書きの工具経路を作成する。そして、エンドミルの刃数、クロスフィード量、一刃当たりの送り量等の加工条件を選択し、演算式に設定数値を入力し、演算部で位相差を計算する。切削動作をシミュレーションし、多角形内の工具切れ刃による移動軌跡の凹凸模様のイメージファイルを作成、モニタ画面に表示し、この模様の可否を選択する。加工面の全ての多角形の工具経路を作成し、数値制御工作機械で切削加工を行う。ここまでの操作は、プログラムとして作成し、ＣＡＤ／ＣＡＭソフトに、書き込んでおくことが望ましい。
【００５６】
また、本発明で加工面に形成可能な整列模様をデータベース化し、ユーザーがデータの内容を容易に変更できるよう、操作しやすいＣＡＭソフトとして提供することも可能である。例えば、ユーザーは、データベースのメニューの中の、「加工データ設定」というアイコンをクリックして、整列模様イメージデータベースより、選択した整列模様イメージの加工条件についてその詳細を表示させて見ることができ、また、ユーザーは新たな加工条件を追加設定したり、表示されている加工条件の詳細を変更したりできるような設定とすることも可能である。
【００５７】
次に、テーブル旋回形の５軸の立て形マシニングセンタと超硬ソリッドボールエンドミル(φ１０mm、刃数２)を用いて切削実験を行った。切削条件は表３、４に示すシミュレーション条件と同一とし、シミュレーション結果と実際の加工によって形成される凹凸模様との比較を行った。図１０、１１に各々正三角形、正方形、正六角形パッチを傾斜平面に縦横連続形成して加工した結果を示す。図１０は位相差が周回ごとに変化する場合、図１１は位相差が一定の場合の結果である。
【００５８】
パッチ外形の模様はパッチが縦横連続形成された加工面全体に形成され、パッチ内に形成された凹凸模様はどのパッチでも同じであることがわかる。また、各パッチは重心を頂点とし、各辺を底辺とする三角形に分かれていることが確認できる。このように、ｍ角形のパッチを本手法を用いて連続して加工すると、加工面にはパッチ外形の模様とｍ個の三角形が各パッチ内に形成され、それぞれの三角形内には一様な凹凸模様が形成されることがわかった。図１０と図１１を比較すると、各パッチの三角形内の凹凸模様は楕円弧状から直線上に整列した凹凸模様に変わっており、これは、図５、６に示すシミュレーション結果とよく一致している。これより、前記３つのパラメータを調整して位相差を一定にすれば、その各三角形には直線上に整列した凹凸模様が形成される。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
表面に凹凸を施すことにより、耐傷性の向上、滑り防止等の機能を付加した製品が提供できる。また、今後のＣＧや３Ｄ-ＣＡＤを用いたデザイン開発手法による建築物の内外壁タイルやアクセサリー等、凹凸模様を用いた意匠性の高い製品の開発も本発明の方法で可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】従来の凹凸表面加工法で、ボールエンドミル加工による加工表面の凹凸模様と、シミュレーションで計算した加工表面模様を示す図である。
【図２】本発明の、加工面全体を分割する概念図（a）と正三角形、正方形、正六角形のパッチ内領域を一筆書きで加工する、らせん状の工具経路を示す図である。
【図３】本発明の、正方形パッチ内のらせん状の工具経路と、重心からの各辺に引いた垂線との交点Ｐと、重心と各頂点を結んだ直線によって分割された4つの三角形を表わした図である。
【図４】本発明のシミュレーションを行った時の、傾斜させた工具との切れ刃上の点Ｑと、正方形パッチ内をらせん状に加工した場合の、工具１回転で工具経路に沿って点Ｑが移動する位置を示した概念図である。
【図５】本発明で、位相差が周回ごとに変化する例の場合で、正三角形、正方形、正六角形の各パッチ内の凹凸模様をシミュレーションし、イメージを表示した図である。
【図６】本発明で、位相差が周回ごとに同一例の場合で、正三角形、正方形、正六角形の各パッチ内の凹凸模様をシミュレーションし、イメージを表示した図である。
【図７】図５の切削条件下でのシミュレーションで、周回ごとに計算した、切れ刃の位相差をプロットした図である。
【図８】図６の切削条件下でのシミュレーションで、周回ごとに計算した、位相差をプロットした図である。
【図９】本発明のフローを示す図である。
【図１０】テーブル旋回形の５軸の立て形マシニングセンタと超硬ソリッドボールエンドミルを使用し、本発明の方法で加工面を各々正三角形、正方形、正六角形の多角形パッチに、縦横連続形成して分割し、位相差が周回ごとに変化する場合の加工例で、加工面に形成した凹凸模様を示す図である。
【図１１】テーブル旋回形の５軸の立て形マシニングセンタと超硬ソリッドボールエンドミルを使用し、本発明の方法で加工面を各々正三角形、正方形、正六角形の多角形パッチに、縦横連続形成して分割し、位相差が周回ごとに同一例の場合の加工例で、加工面に形成した凹凸模様を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
数値制御工作機械でエンドミルを工具として使用し、加工面に工具切れ刃により形成される表面模様の配列を制御する方法であって、
加工面全体を同一の正多角形パッチ、あるいは、いくつかの異なる形状の正多角形パッチと組み合わせて分割し、座標データとして記憶するステップ、
前記正多角形パッチ内の、任意の一正多角形パッチの一頂点より、辺に平行で、一定のクロスフィード量で、らせん形状で一筆書きの工具経路を設定するステップ、
工具または前記加工面を傾斜し、前記工具経路上の加工開始点、および加工条件を設定し、正多角形ごとに定められた演算式に前記設定値を入力し、前記工具経路の周回ごとの前記工具切れ刃の位相差を計算するステップ、
前記工具経路上の前記工具切れ刃の移動軌跡をシミュレーションし、形成される模様配列のイメージをモニタ画面に表示し、必要に応じ、加工条件を調整し、前記正多角形パッチ内の模様配列のイメージを選択し、前記加工条件を記憶するステップ、
前記加工面に形成された全ての正多角形パッチの加工条件を設定し、加工面全体の工具経路を設定し、数値制御工作機械で切削加工を行うステップ、
より、加工表面に形成される表面模様配列を制御する方法。
【請求項２】
前記加工条件として、少なくともエンドミルの刃数、回転速度、送り速度、一刃あたりの送り量、工具の加工面に対する傾斜角、およびクロスフィード量と、前記正多角形パッチの最外周一辺の長さである、請求項１に記載の、加工表面に形成される表面模様配列を制御する方法。
【請求項３】
正多角形パッチ内の一頂点より、辺に平行で、一定のクロスフィード量で、らせん形状で一筆書きの工具経路を設定し、周回する工具経路の内で、前記正多角形の一辺に平行な工具経路上で、前記正多角形の重心より引いた垂線が交わる点を、周回数ｎの工具経路上の点をPnとし、さらに前記パッチ内を一巡した周回数（ｎ+１）の前記工具経路上の点をPn+1とし、前記加工条件を入力することにより、正多角形ごとに定められた演算式より、前記工具のパッチ内を一巡した回転角度λn→n+1（rad）を算出し、位相差ωn→n+1(rad)を求める、請求項１に記載の、加工表面に形成される表面模様配列を制御する方法。
【請求項４】
エンドミルの刃先が、一定の曲率半径を保有するエンドミルである、請求項１に記載の、加工表面に形成される表面模様配列を制御する方法。
【請求項５】
加工面を正多角形のパッチに分割する機能と、前記正多角形内を、一定のクロスフード量でらせん状一筆書き形状の工具経路のＮＣプログラムを作成する機能を装備した、ＣＡＤ／ＣＡＭ。
【請求項６】
少なくとも請求項１〜４に記載した加工ステップを記憶し、入力した加工条件より、あらかじめ記憶させた正多角形ごとに定められた演算式より位相差を計算し、工具切れ刃の移動軌跡をイメージファイルとして出力する機能を装備した、ＣＡＤ／ＣＡＭ。
【請求項７】
請求項１〜６までに記載した、いずれかの機能をプログラム、ソフトウェア、又はＣＡＤ／ＣＡＭとして使用し切削加工を行う、数値制御工作機械
【請求項１】
数値制御工作機械でエンドミルを工具として使用し、加工面に工具切れ刃により形成される表面模様の配列を制御する方法であって、
加工面全体を同一の正多角形パッチ、あるいは、いくつかの異なる形状の正多角形パッチと組み合わせて分割し、座標データとして記憶するステップ、
前記正多角形パッチ内の、任意の一正多角形パッチの一頂点より、辺に平行で、一定のクロスフィード量で、らせん形状で一筆書きの工具経路を設定するステップ、
工具または前記加工面を傾斜し、前記工具経路上の加工開始点、および加工条件を設定し、正多角形ごとに定められた演算式に前記設定値を入力し、前記工具経路の周回ごとの前記工具切れ刃の位相差を計算するステップ、
前記工具経路上の前記工具切れ刃の移動軌跡をシミュレーションし、形成される模様配列のイメージをモニタ画面に表示し、必要に応じ、加工条件を調整し、前記正多角形パッチ内の模様配列のイメージを選択し、前記加工条件を記憶するステップ、
前記加工面に形成された全ての正多角形パッチの加工条件を設定し、加工面全体の工具経路を設定し、数値制御工作機械で切削加工を行うステップ、
より、加工表面に形成される表面模様配列を制御する方法。
【請求項２】
前記加工条件として、少なくともエンドミルの刃数、回転速度、送り速度、一刃あたりの送り量、工具の加工面に対する傾斜角、およびクロスフィード量と、前記正多角形パッチの最外周一辺の長さである、請求項１に記載の、加工表面に形成される表面模様配列を制御する方法。
【請求項３】
正多角形パッチ内の一頂点より、辺に平行で、一定のクロスフィード量で、らせん形状で一筆書きの工具経路を設定し、周回する工具経路の内で、前記正多角形の一辺に平行な工具経路上で、前記正多角形の重心より引いた垂線が交わる点を、周回数ｎの工具経路上の点をPnとし、さらに前記パッチ内を一巡した周回数（ｎ+１）の前記工具経路上の点をPn+1とし、前記加工条件を入力することにより、正多角形ごとに定められた演算式より、前記工具のパッチ内を一巡した回転角度λn→n+1（rad）を算出し、位相差ωn→n+1(rad)を求める、請求項１に記載の、加工表面に形成される表面模様配列を制御する方法。
【請求項４】
エンドミルの刃先が、一定の曲率半径を保有するエンドミルである、請求項１に記載の、加工表面に形成される表面模様配列を制御する方法。
【請求項５】
加工面を正多角形のパッチに分割する機能と、前記正多角形内を、一定のクロスフード量でらせん状一筆書き形状の工具経路のＮＣプログラムを作成する機能を装備した、ＣＡＤ／ＣＡＭ。
【請求項６】
少なくとも請求項１〜４に記載した加工ステップを記憶し、入力した加工条件より、あらかじめ記憶させた正多角形ごとに定められた演算式より位相差を計算し、工具切れ刃の移動軌跡をイメージファイルとして出力する機能を装備した、ＣＡＤ／ＣＡＭ。
【請求項７】
請求項１〜６までに記載した、いずれかの機能をプログラム、ソフトウェア、又はＣＡＤ／ＣＡＭとして使用し切削加工を行う、数値制御工作機械
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１】
【図１０】
【図１１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−８４４（Ｐ２００８−８４４Ａ）
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７２６２８（Ｐ２００６−１７２６２８）
【出願日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【出願人】（５０４１３２８８１）国立大学法人東京農工大学 (595)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【出願人】（５０４１３２８８１）国立大学法人東京農工大学 (595)
【Ｆターム（参考）】
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