工作機械、加工方法、プログラム及びＮＣデータ生成装置
【課題】断面非円形状のワークと工具との相対移動により、少なくともワークの断面を含む一平面内においてワークと工具との相対的位置及び相対的角度を変化させつつ、加工を行い、ワークに対する工具の傾きの角速度を一定にし、切削送り速度を一定に保つ。
【解決手段】ワーク５０上の所定の経路に沿って加工する際、所定の経路上にて工具８による加工が開始される点Ｐｓから加工が終了する点Ｐｅまでの、ワーク５０と工具８との相対的角度変化の総和θｓｅを算出すると共に、所定の経路に沿った加工に要する時間を、工具経路へ等分に配分し、工具８が工具径路上の各時間的等分点を通過する際に、工具８とワーク５０との相対角度が、相対的角度変化の総和θｓｅを加工に要する時間と同等に等分した角度分ずつ連続的に変化するように加工を行う。
【解決手段】ワーク５０上の所定の経路に沿って加工する際、所定の経路上にて工具８による加工が開始される点Ｐｓから加工が終了する点Ｐｅまでの、ワーク５０と工具８との相対的角度変化の総和θｓｅを算出すると共に、所定の経路に沿った加工に要する時間を、工具経路へ等分に配分し、工具８が工具径路上の各時間的等分点を通過する際に、工具８とワーク５０との相対角度が、相対的角度変化の総和θｓｅを加工に要する時間と同等に等分した角度分ずつ連続的に変化するように加工を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断面非円形状のワークと工具との相対移動により、少なくともワークの断面を含む一平面内においてワークと工具との相対的位置及び相対的角度を変化させつつ、加工を行う工作機械、加工方法、プログラム及びＮＣデータ生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、部品加工及び金属加工などの分野においては、特許文献１に示すように、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の互いに直交する３つの直動軸と、３つの直動軸から選定された２つの直動軸の軸周り方向に回転する２つの回転軸とを有し、直動軸と回転軸とを同時に制御可能な５軸制御工作機械が用いられている。このような５軸制御工作機械は、マシニングセンタに２つの回転軸が付加された５軸制御マシニングセンタと、ＮＣ旋盤にミーリング加工が可能な主軸が旋回可能に取り付けられた５軸制御複合加工機とに大別され、いずれの装置においても、１台で旋削加工とミーリング加工とを行うことができる。更に、５軸制御工作機械は、例えば、航空機のジェットエンジンのファンブレードやタービンブレード（以下、ブレードという。）などの断面非円形状で複雑な形状を有するものであっても、ワークに対して工具を傾けて工具の工具姿勢を変えることで加工を行うことができる。
【０００３】
上述したような５軸制御工作機械の加工プログラムは、５軸制御工作機械の動きが複雑であることから、一般的に、コンピュータ支援製造装置（以下、ＣＡＭ装置ともいう。）によって生成される。このようなＣＡＭ装置は、５軸制御工作機械の直動軸と回転軸とを同時に駆動させて加工を行う同時５軸加工時に、工具の工具姿勢の変化とともに工具長補正をかけて、工具先端が指令された経路に沿って指令された速度で動くように制御する工具先端点制御機能を有する。そして、このような工具先端点制御で同時５軸加工時に駆動指令する場合には、工具の工具姿勢が重要となる。
【０００４】
例えば、ブレードなどの複雑な形状を加工する場合には、工具が加工点以外のワークや５軸制御工作機械の構成部材と干渉することを回避するために、工具の工具姿勢を連続的に変えなければならない。更に、例えば、ボールエンドミル等の工具で加工する場合には、工具の軸線（以下、工具軸という。）がワークの表面の法線と一致していると、工具の最先端部では切削速度が上がらずに良好な加工が行えない。このために、ボールエンドミル等の工具で加工する場合には、表面性状の向上を図るために、工具をワークの表面の法線に対して傾ける必要がある。このように、同時５軸加工時に工具先端点制御で指令する場合には、工具の工具姿勢の制御が重要となり、工具の工具姿勢の設定方法が重要となる。
【０００５】
例えば、ＤＰテクノロジー社のＣＡＭソフトウェア「ＥＳＰＲＩＴ」には、５軸制御工作機械における工具の工具姿勢の設定方法として、４つの方法が設けられている。１つ目の設定方法は、工具の工具軸をワークの表面の法線と一致させて、工具をワークの表面に面直に設ける、若しくは、工具の工具軸をワークの表面の法線に対して固定角度傾けて設ける「面直」方法である。２つ目の設定方法は、工具の工具軸を、指定した点と工具先端とを結ぶ線と一致させて、工具を指定した点に向けて設ける「点通過」方法である。３つ目の設定方法は、工具の工具軸を加工面の形状に関わらず固定角度に設ける「固定ベクトル」方法である。４つ目の設定方法は、工具の工具軸を、指定した曲線と工具先端とを最短で結ぶ線と一致させて設ける「プロフィール」方法である。
【０００６】
しかしながら、上記４つの設定方法を用いて工具の工具姿勢を設定しても、断面非円形状のブレードを加工する場合には、下記問題が発生するおそれがある。例えば、「面直」方法を用いて工具の工具姿勢を設定する場合には、工具をワークの表面に対して面直に設けるために、断面非円形状のブレードにおいて工具の工具姿勢が急速に変動する領域が発生し、このような領域において、工具を他の領域よりも数倍の速度（又は、加速度）で駆動させなくてはならない。このため、工具を駆動させる５軸制御工作機械の駆動部の駆動能力によっては、工具をそのような駆動速度で駆動させることができず、他の領域よりも切削送り速度が落ちてしまい、切削送り速度を一定に保つことができないおそれがある。
【０００７】
具体的に、図１６に示すように、断面楕円状のブレード１００の場合には、工具１１０の工具先端が移動する工具経路のうち、長軸１２０方向の第１の領域１００ａ（図１６中のＱ１からＱ２の領域）と第２の領域１００ｂ（図１６中のＱ３からＱ４の領域）とにおいて、他の領域１００ｃよりも工具１１０の工具姿勢が急速に変動する。すなわち、図１７（Ａ）〜図１７（Ｃ）、図１７（Ｅ）〜図１７（Ｇ）に示すように、５軸制御工作機械の駆動部は、他の領域１００ｃにおいて、ブレード１００をＣ方向に回転駆動させるとともに、工具１１０を送り方向Ｆに駆動させて、工具１１０を指令された切削送り速度でブレード１００の表面に対して面直に設けることができる。
【０００８】
しかしながら、図１７（Ｃ）〜図１７（Ｅ）に示すように、５軸制御工作機械の駆動部は、第１の領域１００ａにおいて、工具１１０を指令された切削送り速度でブレード１００の表面に対して面直に設けようとしても、工具１１０の工具姿勢が急速に変動するために、指令された切削送り速度で駆動させることができず、他の領域１００ｃよりも切削送り速度が落ちてしまい、切削送り速度を一定に保つことができない。
【０００９】
同様に、５軸制御工作機械の駆動部は、第２の領域１００ｂにおいても、工具１１０の工具姿勢が急速に変動するために、指令された切削送り速度で駆動させることができず、他の領域１００ｃよりも切削送り速度が落ちてしまい、切削送り速度を一定に保つことができない。
【００１０】
更に、５軸制御工作機械の駆動部は、「面直」方法以外の上述した他の方法を用いて工具の工具姿勢を設定しても、同様に、工具を他の領域よりも数倍の速度（又は、加速度）で駆動させる領域が発生し、このような領域において、指令された切削送り速度よりも速度が落ちてしまい、切削送り速度を一定に保つことができないおそれがある。
【００１１】
更に、ブレード１００を加工する場合には、図１６に示すように、工具経路上の加工を開始する始点Ｑｓにおける工具１１０の工具姿勢と、ブレード１００を３６０度回転させて加工を終了するときの終点Ｑｅにおける工具１１０の工具姿勢とが一致していなければ、連続加工することができない。しかしながら、「面直」方法以外の他の方法では、始点Ｑｓにおける工具１１０の工具姿勢と、ブレード１００を３６０度回転させた終点Ｑｅにおける工具１１０の工具姿勢とが異なるおそれがあり、ブレード１００を連続加工することはできない。
【００１２】
そこで、上述した４つの方法の他に、５軸制御工作機械の駆動部に駆動能力以上の負担が掛からないように、工具の工具姿勢の変化を均等にして、工具の工具姿勢の変化に伴う工具の傾きの角速度を一定にし、工具経路上の加工を開始する始点Ｑｓから終了する終点Ｑｅまでの切削送り速度を一定に保ち、更に、ワークを３６０度回転させても、始点Ｑｓと終点Ｑｅとで工具１１０の工具姿勢が同じになるような工具の工具姿勢の設定方法が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−２８９５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、このような状況を解決するためになされたものであり、断面非円形状のワークと工具との相対移動により、少なくともワークの断面を含む一平面内においてワークと工具との相対的位置及び相対的角度を変化させつつ、加工を行い、工具の工具姿勢の変化を均等にして、ワークに対する工具の傾きの角速度を一定にし、切削送り速度を一定に保ち、加工時間を短縮し、表面性状の向上を図る工作機械、加工方法、プログラム及びＮＣデータ生成装置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】
【００１５】
上述した課題を解決するために本発明に係る工作機械は、断面非円形状のワークと工具との相対移動により、少なくともワークの断面を含む一平面内においてワークと工具との相対的位置及び相対的角度を変化させつつ、加工を行う。更に、本発明に係る工作機械は、ワーク上の所定の経路に沿って加工する際、所定の経路上にて工具による加工が開始される点から加工が終了する点までの、ワークと工具との相対的角度変化の総和を算出すると共に、所定の経路に沿った加工に要する時間を、工具経路へ等分に配分し、工具が工具径路上の各時間的等分点を通過する際に、工具とワークとの相対角度が、相対的角度変化の総和を加工に要する時間と同等に等分した角度分ずつ連続的に変化するように加工を行う。このような工作機械は、例えば、装着されたワークを回転駆動する装着部と、ワークの所定の領域を加工する工具と、装着部及び工具の動作を制御する制御部とを備え、制御部が、上記処理を行う。
【００１６】
更に、本発明に係る加工方法は、断面非円形状のワークと工具との相対移動により、少なくともワークの断面を含む一平面内においてワークと工具との相対的位置及び相対的角度を変化させつつ、加工を行う。更に、本発明に係る加工方法は、ワーク上の所定の経路に沿って加工する際、所定の経路上にて工具による加工が開始される点から加工が終了する点までの、ワークと工具との相対的角度変化の総和を算出すると共に、所定の経路に沿った加工に要する時間を、工具経路へ等分に配分し、工具が工具径路上の各時間的等分点を通過する際に、工具とワークとの相対角度が、相対的角度変化の総和を加工に要する時間と同等に等分した角度分ずつ連続的に変化するように加工を行う。
【００１７】
更に、本発明に係るプログラムは、断面非円形状のワークと工具との相対移動により、少なくともワークの断面を含む一平面内においてワークと工具との相対的位置及び相対的角度を変化させつつ、加工を行う工作機械の加工方法を、コンピュータに実行させる。更に、本発明に係るプログラムは、コンピュータに、ワーク上の所定の経路に沿って加工する際、所定の経路上にて工具による加工が開始される点から加工が終了する点までの、ワークと工具との相対的角度変化の総和を算出すると共に、所定の経路に沿った加工に要する時間を、工具経路へ等分に配分し、工具が工具径路上の各時間的等分点を通過する際に、工具とワークとの相対角度が、相対的角度変化の総和を加工に要する時間と同等に等分した角度分ずつ連続的に変化するように加工を行わせる。このようなプログラムは、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリなどの記録媒体や、ネットワークを介して拡布され、制御部にインストールされる。
【００１８】
更に、本発明に係るＮＣデータ生成装置は、断面非円形状のワークと工具との相対移動により、少なくともワークの断面を含む一平面内においてワークと工具との相対的位置及び相対的角度を変化させつつ、加工を行う工作機械を制御するためのＮＣデータを生成する。更に、本発明に係るＮＣデータ生成装置は、ワーク上の所定の経路に沿って加工する際、所定の経路上にて工具による加工が開始される点から加工が終了する点までの、ワークと工具との相対的角度変化の総和を算出すると共に、所定の経路に沿った加工に要する時間を、工具経路へ等分に配分し、工具が工具径路上の各時間的等分点を通過する際に、工具とワークとの相対角度が、相対的角度変化の総和を加工に要する時間と同等に等分した角度分ずつ連続的に変化するように加工を行わせるＮＣデータを生成する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の工作機械によれば、断面非円形状のワーク上の所定の経路に沿って加工する際、所定の経路上にて工具による加工が開始される点から加工が終了する点までの、ワークと工具との相対的角度変化の総和を算出すると共に、所定の経路に沿った加工に要する時間を、工具経路へ等分に配分し、工具が工具径路上の各時間的等分点を通過する際に、工具とワークとの相対角度が、相対的角度変化の総和を加工に要する時間と同等に等分した角度分ずつ連続的に変化するように加工を行うことで、工具の工具姿勢の変化を均等にして、ワークに対して工具の傾きの角速度を一定にすることができる。したがって、本発明の工作機械によれば、従来のように断面非円形状のワーク上の所定の経路に沿って加工する際に、工具の工具姿勢が急速に変動する領域が発生し、このような領域において、切削送り速度が落ちてしまうことがなく、切削送り速度を一定に保つことができる。よって、本発明の工作機械によれば、従来よりも、加工時間を短縮し、表面性状の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を適用した工作機械の斜視図である。
【図２】本発明を適用した工作機械のブロック図である。
【図３】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定する手順を示すフローチャートである。
【図４】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの始点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図５】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの第１の等分点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図６】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの第２の等分点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図７】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの第３の等分点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図８】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの第４の等分点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図９】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの第５の等分点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図１０】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの第６の等分点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図１１】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの第７の等分点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図１２】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの第８の等分点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図１３】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの第９の等分点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図１４】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの第１０の等分点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図１５】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定するときの工具の工具軸の工具姿勢の変形例を示す断面図である。
【図１６】「面直」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの始点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図１７】「面直」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの始点から終点までの工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を適用した工作機械について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、ここでは、本発明を適用した工作機械を、ＮＣ旋盤にミーリング加工が可能な主軸が旋回可能に取り付けられ、同時５軸加工が可能な複合加工機を例に説明する。また、本実施の形態でいう前後，左右とは、機械正面から見たときの前後、左右を意味する。
【００２２】
図１に示すように、本発明を適用した複合加工機１は、図１に示す機械正面から見て、ベッド２と、ベッド２上に配設された第１主軸台３と、第１主軸台３と同軸をなし、ベッド２上にＺ軸（左右）方向に移動可能に配設された第２主軸台４と、ベッド２上の第１及び第２主軸台３，４の間にＸ軸（上下）及びＺ軸方向に移動可能に配設された刃物台５と、ベッド２上にＸ軸，Ｙ軸（前後）及びＺ軸方向に移動可能に配設された第３主軸６と、当該複合加工機１の全体を制御する制御部２０とを備えている。
【００２３】
図１に示すように、第１及び第２主軸台３，４には、それぞれ互いに対向する第１及び第２主軸１０，１１が回転自在に挿着されている。第１及び第２主軸１０，１１は、それぞれ前面にワークを把握するチャック１０ａ，１１ａが設けられており、駆動モータ１０ｂ，１１ｂでＺ軸の軸周り方向のＣ方向に回転駆動されることにより、装着されたワークを回転駆動する。更に、第２主軸台４は、例えば、ベッド２上にＺ軸と平行に配置されたガイドレールによりＺ軸方向に移動可能に支持され、螺合されたボールねじが駆動モータ１１ｃで回転駆動されることによりＺ軸方向に駆動される。
【００２４】
刃物台５は、外周部に所定間隔をあけて多数本の旋削加工用の工具７が装着され、所要の工具７を所定の加工位置に回転割り出しして位置決めし、加工位置にクランプするタレット５ａを有する。タレット５ａは、駆動モータ５ｂでＺ軸の軸周り方向のＣ方向に回転駆動される。更に、刃物台５は、支持部材１２によって、Ｘ軸及びＺ軸方向に駆動される。
【００２５】
支持部材１２は、ベッド２上にＺ軸方向に移動可能に支持されたＺ軸搬送部材１２ａと、Ｚ軸搬送部材１２ａにＸ軸方向に移動可能に支持されたＸ軸搬送部材１２ｂとを有する。例えば、Ｚ軸搬送部材１２ａは、ベッド２上にＺ軸と平行に配置されたガイドレールによりＺ軸方向に移動可能に支持され、螺合されたボールねじが駆動モータ１２ｃで回転駆動されることによりＺ軸方向に駆動される。Ｘ軸搬送部材１２ｂは、Ｚ軸搬送部材１２ａにＸ軸と平行に配置されたガイドレールによりＸ軸方向に移動可能に支持され、螺合されたボールねじが駆動モータ１２ｄで回転駆動されることによりＸ軸方向に駆動される。
【００２６】
第３主軸６は、ミーリング加工用の工具８が軸線をＹ軸と直交するように取り付けられ、駆動モータ６ａで回転駆動される。更に、第３の主軸６は、主軸支持機構１３によって、Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向に駆動されるとともに、Ｙ軸の軸周り方向のＢ方向に旋回駆動され、これにより所謂Ｂ軸加工を行う。
【００２７】
主軸支持機構１３は、ベッド２上に固定されたコラム１４と、コラム１４にＺ軸方向に移動可能に支持されたサドル１５と、サドル１５にＸ軸方向に移動可能に支持されたクロススライド１６と、クロススライド１６にＹ軸方向に移動可能に支持され、第３主軸６をＹ軸の軸周り方向のＢ方向に旋回可能に支持するラム１７とを有する。
【００２８】
例えば、サドル１５は、コラム１４にＺ軸と平行に配置されたガイドレールによりＺ軸方向に移動可能に支持され、螺合されたボールねじが駆動モータ１５ａで回転駆動されることによりＺ軸方向に駆動される。クロススライド１６は、サドル１５にＸ軸と平行に配置されたガイドレールによりＸ軸方向に移動可能に支持され、螺合されたボールねじが駆動モータ１６ａで回転駆動されることによりＸ軸方向に駆動される。ラム１７は、クロススライド１６にＹ軸と平行に配置されたガイドレールによりＹ軸方向に移動可能に支持され、螺合されたボールねじが駆動モータ１７ａで回転駆動されることによりＹ軸方向に駆動されるとともに、第３主軸６に設けられたウォームギア等の動力伝達部材が駆動モータ１７ｂで回転駆動されることにより、第３の主軸６をＹ軸の軸周り方向のＢ方向に旋回駆動する。
【００２９】
図２に示すように、制御部２０は、第１主軸１０の駆動モータ１０ｂ、第２主軸１１の駆動モータ１１ｂ、第２主軸台４の駆動モータ１１ｃ、タレット５ａの駆動モータ５ｂ、Ｚ軸搬送部材１２ａの駆動モータ１２ｃ、Ｘ軸搬送部材１２ｂの駆動モータ１２ｄ、第３主軸６の駆動モータ６ａ、サドル１５の駆動モータ１５ａ、クロススライド１６の駆動モータ１６ａ、ラム１７の駆動モータ１７ａ，１７ｂ（以下、まとめて駆動部３０ともいう。）の駆動を制御し、複合加工機１の全体の動作を制御する。
【００３０】
具体的に、制御部２０は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３等で構成されたコンピュータからなり、全体の動作を制御する制御プログラムが格納されたＲＯＭ２２から一時的に制御プログラムをＲＡＭ２３に読み込み、ＣＰＵ２１で制御プログラムに従って所定の演算処理を行い、複合加工機１の全体の動作を制御する。
【００３１】
更に、制御部２０は、ＮＣデータを生成し、ＣＡＭ装置として機能するＮＣデータ生成部２４と、ＮＣデータ生成部２４によって生成されたＮＣデータに基づいて駆動部３０を駆動するための制御信号を生成する制御信号生成部２５とを有している。
【００３２】
制御部２０のＮＣデータ生成部２４は、コンピュータ支援設計装置（以下、ＣＡＤ装置ともいう。）として機能し、複合加工機１とは別体の外部装置４０から形状データと加工条件データとが入力されると、形状データと加工条件データとに基づいて、ワーク上の加工領域における、工具の移動経路、該工具経路に沿って工具先端が移動する切削送り速度、工具が該工具経路に沿って該切削送り速度で移動する際の工具姿勢などの内容を含むＮＣデータを生成する。
【００３３】
ＮＣデータ生成部２４に入力される形状データは、外部装置４０で生成されたものであり、例えば、加工後のワークの最終的な形状、寸法及び仕上面精度、ワークの素材材質、加工前のワークの素材形状などのデータである。更に、ＮＣデータ生成部２４に入力される加工条件データは、例えば、工具の種類（型式，材質など）、工具径、素材材質に応じて工具種類ごとに設定された切削速度、回転当りの切削量、取り代などのデータである。なお、制御部２０は、加工条件データを予め記憶しておくハードディスク等で構成される加工条件データ記憶部を更に有するようにしてもよい。
【００３４】
更に、ＮＣデータ生成部２４は、工具の工具姿勢を設定する場合、工具が加工点以外のワークや複合加工機１の構成部材と干渉することを回避させるように設定する。更に、ＮＣデータ生成部２４は、工具の工具軸をワークの表面の法線と一致させて、工具をワークの表面に面直に設ける、若しくは、工具の工具軸をワークの表面の法線に対して固定角度傾けて設ける「面直」方法、工具の工具軸を、指定した点と工具先端とを結ぶ線と一致させて、工具を指定した点に向けて設ける「点通過」方法、工具の工具軸を加工面の形状に関わらず固定角度に設ける「固定ベクトル」方法、工具の工具軸を、指定した曲線と工具先端とを最短で結ぶ線と一致させるように設ける「プロフィール」方法を用いて、工具の工具姿勢を設定する。
【００３５】
更に、ＮＣデータ生成部２４は、上記４つの設定方法を用いて工具の工具姿勢を設定することに加え、後述する「ツールアングル」方法を用いて、工具の工具姿勢を設定する。
【００３６】
制御部２０の制御信号生成部２５は、ＮＣデータ生成部２４によって上記５つの設定方法のいずれかを用いて設定された工具の工具姿勢を含むＮＣデータに基づいて、複合加工機１の駆動部３０を駆動させる制御信号を生成し、生成した制御信号を複合加工機１の駆動部３０に出力する。
【００３７】
なお、制御部２０のＮＣデータ生成部２４における各処理は、制御部２０を構成するコンピュータのＲＯＭ２２やハードディスク等にインストールされたプログラムによって実行される。かかるプログラムは、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリなどの記録媒体や、外部の情報処理装置からネットワークを介して拡布され、制御部２０のＲＯＭ２２やハードディスク等にインストールすることができる。
【００３８】
以上のような構成を有する複合加工機１は、上述したように、ＮＣデータ生成部２４において、外部装置４０から制御部２０に入力された形状データと加工条件データとに基づいて、ＮＣデータを生成し、生成したＮＣデータを制御信号生成部２５に出力する。次いで、複合加工機１は、制御信号生成部２５において、ＮＣデータ生成部２４から入力されたＮＣデータに基づいて、駆動部３０を駆動させる制御信号を生成し、生成した制御信号を駆動部３０に出力して、駆動部３０を駆動させる。そして、複合加工機１は、例えば、第１主軸１０のチャック１０ａ又は第２主軸１１のチャック１１ａの何れか一方又は両方に装着され、Ｚ軸の軸周り方向のＣ方向に回転駆動されたワークを、タレット５ａに装着された旋削加工用の工具７をＸ軸及び／又はＺ軸に駆動させて旋削加工することができるとともに、第３主軸６に取り付けられたミーリング加工用の工具８をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に駆動させるとともにＹ軸の軸周り方向のＢ方向に回転駆動させてミーリング加工することができる。
【００３９】
次いで、制御部２０のＮＣデータ生成部２４が、「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定する方法について、図３のフローチャートを参照して説明する。この「ツールアングル」方法は、例えば、図４に示すように、断面楕円状のワーク５０を３６０度回転させて、ブレードを加工するような場合に用いられる。よって、ここでは、第１主軸１０のチャック１０ａに装着された断面楕円状のワーク５０が、Ｚ軸の軸周り方向のＣ方向に３６０度回転駆動されて、第３主軸６に取り付けられたミーリング加工用の工具８によってミーリング加工される場合を例に説明する。
【００４０】
図３に示すように、ステップＳ１において、ＮＣデータ生成部２４は、ワーク５０の外周上に設けられた工具経路上にて、工具８により加工を開始する始点Ｐｓから加工を終了する終点Ｐｅまでの、ワーク５０と工具８との相対的角度変化の総和θｓｅを算出する。具体的に、この相対的角度変化の総和θｓｅは、始点Ｐｓにおけるワーク５０の表面の法線Ｎｓに対する工具８の工具軸８ｂの角度（以下、始点角度ともいう。）に対して、終点Ｐｅにおけるワーク５０の表面の法線Ｎｅに対する工具８の工具軸８ｂの角度（以下、終点角度ともいう。）が、送り方向Ｆに対して相対的に変化した角度である。すなわち、ここでは、図４に示すように、始点角度は０度であり、終点角度は０度であるが、工具８がワーク５０の外周を３６０度回転しているので、相対的角度変化の総和θｓｅは３６０度となる。
【００４１】
次いで、ステップＳ２において、ＮＣデータ生成部２４は、始点Ｐｓから終点Ｐｅまでの工具経路に沿った加工に要する時間を、工具経路へ等分に配分する。すなわち、ＮＣデータ生成部２４は、始点Ｐｓから終点Ｐｅまでの距離を、任意の数で時間的に等分し、一の時間的等分点から次の時間的等分点までの加工に要する時間が等しくなるように、時間的等分点を設定する。ここでは、図４に示すように、２０等分し、時間的等分点（Ｐｓ、Ｐ１〜Ｐ１９，Ｐｅ）を設定した。
【００４２】
次いで、ステップＳ３において、ＮＣデータ生成部２４は、相対的角度変化の総和θｓｅを、加工に要する時間と同等に等分する。すなわち、ここでは、相対的角度変化の総和θｓｅは３６０度であるので、これを２０等分して、各時間的等分点に１８度ずつ均等に配分する。
【００４３】
次いで、ステップＳ４において、ＮＣデータ生成部２４は、ワーク５０を図４中の矢印Ｃ方向に回転駆動させるとともに、工具８を図４中に示すような送り方向Ｆに駆動させ、工具８を指令された切削送り速度で駆動させて、工具８の工具先端８ａを工具経路に沿って時間的等分点Ｐｓ、Ｐ１、Ｐ２、・・・Ｐ１８、Ｐ１９、Ｐｅの順に通過させる。このとき、ＮＣデータ生成部２４は、工具８の工具軸８ｂを、一の時間的等分点から次の時間的等分点までの間に、配分された角度分ずつ連続的に変化させる。
【００４４】
具体的に、図５に示すように、ＮＣデータ生成部２４は、始点Ｐｓから第１の時間的等分点Ｐ１までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第１の時間的等分点Ｐ１において、始点角度から送り方向Ｆに１８度（θ１）傾ける。次いで、図６に示すように、ＮＣデータ生成部２４は、第１の時間的等分点Ｐ１から第２の時間的等分点Ｐ２までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第２の時間的等分点Ｐ２において、第１の時間的等分点Ｐ１における傾き（θ１）よりも送り方向Ｆに１８度傾け、始点角度から送り方向Ｆに３６度（θ２）傾ける。
【００４５】
次いで、図７に示すように、ＮＣデータ生成部２４は、第２の時間的等分点Ｐ２から第３の時間的等分点Ｐ３までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第３の時間的等分点Ｐ３において、第２の時間的等分点Ｐ２における傾き（θ２）よりも送り方向Ｆに１８度傾け、始点角度から送り方向Ｆに５４度（θ３）傾ける。次いで、図８に示すように、ＮＣデータ生成部２４は、第３の時間的等分点Ｐ３から第４の時間的等分点Ｐ４までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第４の時間的等分点Ｐ４において、第３の時間的等分点Ｐ３における傾き（θ３）よりも送り方向Ｆに１８度傾け、始点角度から送り方向Ｆに７２度（θ４）傾ける。
【００４６】
次いで、図９に示すように、ＮＣデータ生成部２４は、第４の時間的等分点Ｐ４から第５の時間的等分点Ｐ５までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第５の時間的等分点Ｐ５において、第４の時間的等分点Ｐ４における傾き（θ４）よりも送り方向Ｆに１８度傾け、始点角度から送り方向Ｆに９０度（θ５）傾ける。次いで、図１０に示すように、ＮＣデータ生成部２４は、第５の時間的等分点Ｐ５から第６の時間的等分点Ｐ６までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第６の等分点Ｐ６において、第５の等分点Ｐ５における傾き（θ５）よりも送り方向Ｆに１８度傾け、始点角度から送り方向Ｆに１０８度（θ６）傾ける。
【００４７】
次いで、図１１に示すように、ＮＣデータ生成部２４は、第６の時間的等分点Ｐ６から第７の時間的等分点Ｐ７までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第７の時間的等分点Ｐ７において、第６の時間的等分点Ｐ６における傾き（θ６）よりも送り方向Ｆに１８度傾け、始点角度から送り方向Ｆに１２６度（θ７）傾ける。次いで、図１２に示すように、ＮＣデータ生成部２４は、第７の時間的等分点Ｐ７から第８の時間的等分点Ｐ８までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第８の時間的等分点Ｐ８において、第７の時間的等分点Ｐ７における傾き（θ７）よりも送り方向Ｆに１８度傾け、始点角度から送り方向Ｆに１４４度（θ８）傾ける。
【００４８】
次いで、図１３に示すように、ＮＣデータ生成部２４は、第８の時間的等分点Ｐ８から第９の時間的等分点Ｐ９までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第９の時間的等分点Ｐ９において、第８の時間的等分点Ｐ８における傾き（θ８）よりも送り方向Ｆに１８度傾け、始点角度から送り方向Ｆに１６２度（θ９）傾ける。次いで、図１４に示すように、ＮＣデータ生成部２４は、第９の時間的等分点Ｐ９から第１０の時間的等分点Ｐ１０までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第１０の時間的等分点Ｐ１０において、第９の時間的等分点Ｐ９における傾き（θ９）よりも送り方向Ｆに１８度傾け、始点角度から送り方向Ｆに１８０度（θ１０）傾ける。
【００４９】
次いで、ＮＣデータ生成部２４は、ステップＳ５において、第１の時間的等分点Ｐ１から第１０の時間的等分点Ｐ１０と同様に、第１１の時間的等分点Ｐ１１から終点Ｐｅにおいて、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、最前の等分点における傾きよりも送り方向Ｆに１８度ずつ傾けていき、図４に示すように、２０番目の時間的等分点となる終点Ｐｅにおいて、始点Ｐｓにおける工具の傾きよりも３６０度傾けるようにする。
【００５０】
以上のように、ＮＣデータ生成部２４は、「ツールアングル」方法を用いて工具８の工具姿勢を設定することで、断面楕円状のワーク５０を３６０度回転させてブレードを加工する場合であっても、工具８の工具姿勢の変化を均等にして、工具８の工具姿勢の変化に伴う工具８の傾きの角速度を一定にすることができる。したがって、ＮＣデータ生成部２４は、従来のように断面楕円状のワーク上の所定の経路に沿って加工する際に、工具の工具姿勢が急速に変動する領域が発生し、このような領域において、切削送り速度が落ちてしまうことがなく、工具経路上の加工を開始する始点Ｐｓから終了する終点Ｐｅまで切削送り速度を一定に保つことができる。よって、本発明を適用した複合加工機１は、従来よりも、加工時間を短縮し、表面性状の向上を図ることができる。
【００５１】
更に、ＮＣデータ生成部２４は、ワーク５０を３６０度回転させても、始点Ｐｓと終点Ｐｅとで工具８が同じ工具姿勢となるように設けることができる。したがって、本発明を適用した複合加工機１は、ブレードを連続加工することができる。
【００５２】
なお、ＮＣデータ生成部２４は、始点Ｐｓ，第５，第１０，第１５の時間的等分点Ｐ５，Ｐ１０，Ｐ１５及び終点Ｐｅのように、工具８の工具軸８ｂとワーク５０の表面の法線とが一致する場合、表面性状の向上を図るために、工具８を送り方向Ｆと直交するＺ軸方向に所定の角度傾けるように設けてもよい。
【００５３】
更に、ＮＣデータ生成部２４は、時間的等分点間において、平均して、工具の工具姿勢の変化が均等で、工具８の傾きの角速度が一定となるものであれば、時間的等分点間内において、工具の工具姿勢の変化が不均等で、工具８の傾きの角速度が変動するようなものでもよい。このような場合であっても、時間的等分点間において、平均して、工具の工具姿勢の変化が均等で、工具８の傾きの角速度が一定であるので、切削送り速度を一定に保つことができ、加工時間を短縮し、表面性状の向上を図ることができる。
【００５４】
更に、「ツールアングル」方法については、始点角度及び終点角度が０度の場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、始点Ｐｓ及び終点Ｐｅにおいて、表面性状の向上を図るために、図１５に示すように、始点角度及び終点角度を、すなわち、始点Ｐｓ及び終点Ｐｅにおけるワーク５０の表面の法線Ｎｓ、Ｎｅに対する工具８の工具軸８ｂの角度を、送り方向Ｆに所定の角度（θｓ）傾けるようにしてもよい。
【００５５】
この場合、ステップＳ３において、ＮＣデータ生成部２４は、始点Ｐｓから第１の時間的等分点Ｐ１までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第１の時間的等分点Ｐ１において、始点角度θｓから送り方向Ｆに１８度傾ける。次いで、ＮＣデータ生成部２４は、第１の時間的等分点Ｐ１から第２の時間的等分点Ｐ２までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第２の時間的等分点Ｐ２において、第１の時間的等分点Ｐ１よりも送り方向Ｆに１８度傾け、始点角度θｓから送り方向Ｆに３６度傾ける。同様に、ＮＣデータ生成部２４は、第３の時間的等分点Ｐ３から終点Ｐｅにおいて、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、最前の時間的等分点における傾きよりも送り方向Ｆに１８度ずつ傾けていき、２０番目の時間的等分点となる終点Ｐｅにおいて、始点Ｐｓにおける工具の傾きよりも３６０度傾け、終点角度θｓとなるように設けるようにする。
【００５６】
なお、ＮＣデータ生成部２４は、始点角度及び終点角度を角度（θｓ）傾けた場合においても、何れかの時間的等分点において、工具８の工具軸８ｂとワーク５０の表面の法線方向とが一致する場合、表面性状の向上を図るために、工具８の工具軸８ｂを送り方向Ｆと直交するＺ軸方向に対して所定の角度傾けるようにしてもよい。
【００５７】
更に、ＮＣデータ生成部２４は、始点Ｐｓから終点Ｐｅまでの距離を２０等分し、１８度ずつ配分することに限定されるものではなく、加工する際に使用する工具８の加工許容角度内となるものであれば、いかなる数に等分し、配分するように設けてもよい。
【００５８】
更に、「ツールアングル」方法は、断面楕円状のワーク５０を加工する場合に用いられることに限定されるものではなく、例えば、外周の一部に楕円曲面を有する断面非円形状のワーク５０の楕円曲面を加工する場合においても用いることができる。このような場合、ＮＣデータ生成部２４は、楕円曲面の一端を始点Ｐｓとし、他端を終点Ｐｅとして、上述したような「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定することで、工具８の傾きの角速度を一定にすることができ、切削送り速度を一定に保つことができる。
【００５９】
更に、「ツールアングル」方法は、例えば、外周の一部又は全周に亘って楕円曲面を有するワーク５０の楕円曲面上に突起等の障害部があり、この障害部において工具８が加工許容角度外となるワーク５０の楕円曲面を加工する場合においても、下記に示すようにすることで、用いることができる。このような場合、ＮＣデータ生成部２４は、楕円曲面の一端を始点Ｐｓとし、障害部の始点Ｐｓ側の一端を終点Ｐｅとして、上述したような「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定し、更に、障害部の他端を新たな始点Ｐｓとし、楕円曲面の他端を新たな終点Ｐｅとし、上述したような「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定することで、障害部以外の領域において、工具８の傾きの角速度を一定にすることができ、切削送り速度を一定に保つことができる。更に、始点Ｐｓと終点Ｐｅとの間と、新たな始点Ｐｓと新たな終点Ｐｅとの間とで、等分する数や配分する角度が異なるようにしてもよい。
【００６０】
更に、複合加工機１は、ＮＣデータ生成部２４を制御部２０に組み込んだ構成としているが、ＮＣデータ生成部２４を、複合加工機１とは別途独立したコンピュータに組み込むようにしてもよい。この場合、別途独立したコンピュータは、ＣＡＭ装置として機能し、ＮＣデータを生成するＮＣデータ生成装置となる。更に、この場合、別途独立したコンピュータのＮＣデータ生成部２４における各処理は、別途独立したコンピュータのＲＯＭやハードディスク等にインストールされたプログラムによって実行される。かかるプログラムは、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリなどの記録媒体や、外部の情報処理装置からネットワークを介して拡布され、別途独立したコンピュータのＲＯＭやハードディスク等にインストールすることができる。
【００６１】
そして、別途独立したコンピュータのＮＣデータ生成部２４は、別途独立したコンピュータにＣＡＤ装置として機能する外部装置４０から形状データと加工条件データとが入力されると、制御部２０に組み込まれているときと同様にして、ＮＣデータを生成し、生成したＮＣデータを、複合加工機１の制御部２０に出力する。そして、複合加工機１の制御部２０の制御信号生成部２５は、入力されたＮＣデータに基づいて、複合加工機１の駆動部３０を駆動させる制御信号を生成し、生成した制御信号を複合加工機１の駆動部３０に出力する。このようにして、複合加工機１は、「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定し、断面楕円状のワーク５０をブレード状にミーリング加工するようにしてもよい。
【００６２】
更に、本発明を適用した工作機械は、複合加工機に限定されるものではなく、マシニングセンタに２つの回転軸が付加された５軸制御マシニングセンタであってもよい。例えば、５軸制御マシニングセンタは、立型のマシニングセンタをベースとし、互いに直交する、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に駆動可能でＺ軸方向に向けてミーリング加工用の工具を取り付けた主軸と、ワークが装着されるテーブルとを備え、このテーブルが、Ｙ軸の軸周り方向のＢ軸方向に旋回駆動可能で、Ｚ軸の軸周り方向のＣ軸方向に回転駆動可能なものでもあってもよい。このような５軸制御マシニングセンタでは、ワークが装着されるテーブルを、Ｙ軸の軸周り方向のＢ軸方向に９０度旋回させ、ワークをＣ軸方向に回転駆動させることで、複合加工機１と同様に、「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定し、断面楕円状のワーク５０を回転させながら主軸に取り付けられたエンドミル等の工具でブレード状にミーリング加工することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１ 複合加工機、２ ベッド、３ 第１主軸台、４ 第２主軸台、５ 刃物台、５ａ タレット、５ｂ 駆動モータ、６ 第３主軸、６ａ 駆動モータ、７ 旋削加工用の工具、８ ミーリング加工用の工具、８ａ 工具先端、８ｂ 工具軸、１０ 第１主軸、１１ 第２主軸、１０ａ チャック、１０ｂ 駆動モータ、１１ａ チャック、１１ｂ 駆動モータ、１１ｃ 駆動モータ、１２ 支持部材、１２ａ Ｚ軸搬送部材、１２ｂ Ｘ軸搬送部材、１２ｃ 駆動モータ、１２ｄ 駆動モータ、１３ 主軸支持機構、１４ コラム、１５ サドル、１５ａ 駆動モータ、１６ クロススライド、１６ａ 駆動モータ、１７ ラム、１７ａ 駆動モータ、１７ｂ 駆動モータ、２０ 制御部、２１ ＣＰＵ、２２ ＲＯＭ、２３ ＲＡＭ、２４ ＮＣデータ生成部、２５ 制御信号生成部、３０ 駆動部、４０ 外部装置、５０ ワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断面非円形状のワークと工具との相対移動により、少なくともワークの断面を含む一平面内においてワークと工具との相対的位置及び相対的角度を変化させつつ、加工を行う工作機械、加工方法、プログラム及びＮＣデータ生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、部品加工及び金属加工などの分野においては、特許文献１に示すように、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の互いに直交する３つの直動軸と、３つの直動軸から選定された２つの直動軸の軸周り方向に回転する２つの回転軸とを有し、直動軸と回転軸とを同時に制御可能な５軸制御工作機械が用いられている。このような５軸制御工作機械は、マシニングセンタに２つの回転軸が付加された５軸制御マシニングセンタと、ＮＣ旋盤にミーリング加工が可能な主軸が旋回可能に取り付けられた５軸制御複合加工機とに大別され、いずれの装置においても、１台で旋削加工とミーリング加工とを行うことができる。更に、５軸制御工作機械は、例えば、航空機のジェットエンジンのファンブレードやタービンブレード（以下、ブレードという。）などの断面非円形状で複雑な形状を有するものであっても、ワークに対して工具を傾けて工具の工具姿勢を変えることで加工を行うことができる。
【０００３】
上述したような５軸制御工作機械の加工プログラムは、５軸制御工作機械の動きが複雑であることから、一般的に、コンピュータ支援製造装置（以下、ＣＡＭ装置ともいう。）によって生成される。このようなＣＡＭ装置は、５軸制御工作機械の直動軸と回転軸とを同時に駆動させて加工を行う同時５軸加工時に、工具の工具姿勢の変化とともに工具長補正をかけて、工具先端が指令された経路に沿って指令された速度で動くように制御する工具先端点制御機能を有する。そして、このような工具先端点制御で同時５軸加工時に駆動指令する場合には、工具の工具姿勢が重要となる。
【０００４】
例えば、ブレードなどの複雑な形状を加工する場合には、工具が加工点以外のワークや５軸制御工作機械の構成部材と干渉することを回避するために、工具の工具姿勢を連続的に変えなければならない。更に、例えば、ボールエンドミル等の工具で加工する場合には、工具の軸線（以下、工具軸という。）がワークの表面の法線と一致していると、工具の最先端部では切削速度が上がらずに良好な加工が行えない。このために、ボールエンドミル等の工具で加工する場合には、表面性状の向上を図るために、工具をワークの表面の法線に対して傾ける必要がある。このように、同時５軸加工時に工具先端点制御で指令する場合には、工具の工具姿勢の制御が重要となり、工具の工具姿勢の設定方法が重要となる。
【０００５】
例えば、ＤＰテクノロジー社のＣＡＭソフトウェア「ＥＳＰＲＩＴ」には、５軸制御工作機械における工具の工具姿勢の設定方法として、４つの方法が設けられている。１つ目の設定方法は、工具の工具軸をワークの表面の法線と一致させて、工具をワークの表面に面直に設ける、若しくは、工具の工具軸をワークの表面の法線に対して固定角度傾けて設ける「面直」方法である。２つ目の設定方法は、工具の工具軸を、指定した点と工具先端とを結ぶ線と一致させて、工具を指定した点に向けて設ける「点通過」方法である。３つ目の設定方法は、工具の工具軸を加工面の形状に関わらず固定角度に設ける「固定ベクトル」方法である。４つ目の設定方法は、工具の工具軸を、指定した曲線と工具先端とを最短で結ぶ線と一致させて設ける「プロフィール」方法である。
【０００６】
しかしながら、上記４つの設定方法を用いて工具の工具姿勢を設定しても、断面非円形状のブレードを加工する場合には、下記問題が発生するおそれがある。例えば、「面直」方法を用いて工具の工具姿勢を設定する場合には、工具をワークの表面に対して面直に設けるために、断面非円形状のブレードにおいて工具の工具姿勢が急速に変動する領域が発生し、このような領域において、工具を他の領域よりも数倍の速度（又は、加速度）で駆動させなくてはならない。このため、工具を駆動させる５軸制御工作機械の駆動部の駆動能力によっては、工具をそのような駆動速度で駆動させることができず、他の領域よりも切削送り速度が落ちてしまい、切削送り速度を一定に保つことができないおそれがある。
【０００７】
具体的に、図１６に示すように、断面楕円状のブレード１００の場合には、工具１１０の工具先端が移動する工具経路のうち、長軸１２０方向の第１の領域１００ａ（図１６中のＱ１からＱ２の領域）と第２の領域１００ｂ（図１６中のＱ３からＱ４の領域）とにおいて、他の領域１００ｃよりも工具１１０の工具姿勢が急速に変動する。すなわち、図１７（Ａ）〜図１７（Ｃ）、図１７（Ｅ）〜図１７（Ｇ）に示すように、５軸制御工作機械の駆動部は、他の領域１００ｃにおいて、ブレード１００をＣ方向に回転駆動させるとともに、工具１１０を送り方向Ｆに駆動させて、工具１１０を指令された切削送り速度でブレード１００の表面に対して面直に設けることができる。
【０００８】
しかしながら、図１７（Ｃ）〜図１７（Ｅ）に示すように、５軸制御工作機械の駆動部は、第１の領域１００ａにおいて、工具１１０を指令された切削送り速度でブレード１００の表面に対して面直に設けようとしても、工具１１０の工具姿勢が急速に変動するために、指令された切削送り速度で駆動させることができず、他の領域１００ｃよりも切削送り速度が落ちてしまい、切削送り速度を一定に保つことができない。
【０００９】
同様に、５軸制御工作機械の駆動部は、第２の領域１００ｂにおいても、工具１１０の工具姿勢が急速に変動するために、指令された切削送り速度で駆動させることができず、他の領域１００ｃよりも切削送り速度が落ちてしまい、切削送り速度を一定に保つことができない。
【００１０】
更に、５軸制御工作機械の駆動部は、「面直」方法以外の上述した他の方法を用いて工具の工具姿勢を設定しても、同様に、工具を他の領域よりも数倍の速度（又は、加速度）で駆動させる領域が発生し、このような領域において、指令された切削送り速度よりも速度が落ちてしまい、切削送り速度を一定に保つことができないおそれがある。
【００１１】
更に、ブレード１００を加工する場合には、図１６に示すように、工具経路上の加工を開始する始点Ｑｓにおける工具１１０の工具姿勢と、ブレード１００を３６０度回転させて加工を終了するときの終点Ｑｅにおける工具１１０の工具姿勢とが一致していなければ、連続加工することができない。しかしながら、「面直」方法以外の他の方法では、始点Ｑｓにおける工具１１０の工具姿勢と、ブレード１００を３６０度回転させた終点Ｑｅにおける工具１１０の工具姿勢とが異なるおそれがあり、ブレード１００を連続加工することはできない。
【００１２】
そこで、上述した４つの方法の他に、５軸制御工作機械の駆動部に駆動能力以上の負担が掛からないように、工具の工具姿勢の変化を均等にして、工具の工具姿勢の変化に伴う工具の傾きの角速度を一定にし、工具経路上の加工を開始する始点Ｑｓから終了する終点Ｑｅまでの切削送り速度を一定に保ち、更に、ワークを３６０度回転させても、始点Ｑｓと終点Ｑｅとで工具１１０の工具姿勢が同じになるような工具の工具姿勢の設定方法が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−２８９５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、このような状況を解決するためになされたものであり、断面非円形状のワークと工具との相対移動により、少なくともワークの断面を含む一平面内においてワークと工具との相対的位置及び相対的角度を変化させつつ、加工を行い、工具の工具姿勢の変化を均等にして、ワークに対する工具の傾きの角速度を一定にし、切削送り速度を一定に保ち、加工時間を短縮し、表面性状の向上を図る工作機械、加工方法、プログラム及びＮＣデータ生成装置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】
【００１５】
上述した課題を解決するために本発明に係る工作機械は、断面非円形状のワークと工具との相対移動により、少なくともワークの断面を含む一平面内においてワークと工具との相対的位置及び相対的角度を変化させつつ、加工を行う。更に、本発明に係る工作機械は、ワーク上の所定の経路に沿って加工する際、所定の経路上にて工具による加工が開始される点から加工が終了する点までの、ワークと工具との相対的角度変化の総和を算出すると共に、所定の経路に沿った加工に要する時間を、工具経路へ等分に配分し、工具が工具径路上の各時間的等分点を通過する際に、工具とワークとの相対角度が、相対的角度変化の総和を加工に要する時間と同等に等分した角度分ずつ連続的に変化するように加工を行う。このような工作機械は、例えば、装着されたワークを回転駆動する装着部と、ワークの所定の領域を加工する工具と、装着部及び工具の動作を制御する制御部とを備え、制御部が、上記処理を行う。
【００１６】
更に、本発明に係る加工方法は、断面非円形状のワークと工具との相対移動により、少なくともワークの断面を含む一平面内においてワークと工具との相対的位置及び相対的角度を変化させつつ、加工を行う。更に、本発明に係る加工方法は、ワーク上の所定の経路に沿って加工する際、所定の経路上にて工具による加工が開始される点から加工が終了する点までの、ワークと工具との相対的角度変化の総和を算出すると共に、所定の経路に沿った加工に要する時間を、工具経路へ等分に配分し、工具が工具径路上の各時間的等分点を通過する際に、工具とワークとの相対角度が、相対的角度変化の総和を加工に要する時間と同等に等分した角度分ずつ連続的に変化するように加工を行う。
【００１７】
更に、本発明に係るプログラムは、断面非円形状のワークと工具との相対移動により、少なくともワークの断面を含む一平面内においてワークと工具との相対的位置及び相対的角度を変化させつつ、加工を行う工作機械の加工方法を、コンピュータに実行させる。更に、本発明に係るプログラムは、コンピュータに、ワーク上の所定の経路に沿って加工する際、所定の経路上にて工具による加工が開始される点から加工が終了する点までの、ワークと工具との相対的角度変化の総和を算出すると共に、所定の経路に沿った加工に要する時間を、工具経路へ等分に配分し、工具が工具径路上の各時間的等分点を通過する際に、工具とワークとの相対角度が、相対的角度変化の総和を加工に要する時間と同等に等分した角度分ずつ連続的に変化するように加工を行わせる。このようなプログラムは、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリなどの記録媒体や、ネットワークを介して拡布され、制御部にインストールされる。
【００１８】
更に、本発明に係るＮＣデータ生成装置は、断面非円形状のワークと工具との相対移動により、少なくともワークの断面を含む一平面内においてワークと工具との相対的位置及び相対的角度を変化させつつ、加工を行う工作機械を制御するためのＮＣデータを生成する。更に、本発明に係るＮＣデータ生成装置は、ワーク上の所定の経路に沿って加工する際、所定の経路上にて工具による加工が開始される点から加工が終了する点までの、ワークと工具との相対的角度変化の総和を算出すると共に、所定の経路に沿った加工に要する時間を、工具経路へ等分に配分し、工具が工具径路上の各時間的等分点を通過する際に、工具とワークとの相対角度が、相対的角度変化の総和を加工に要する時間と同等に等分した角度分ずつ連続的に変化するように加工を行わせるＮＣデータを生成する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の工作機械によれば、断面非円形状のワーク上の所定の経路に沿って加工する際、所定の経路上にて工具による加工が開始される点から加工が終了する点までの、ワークと工具との相対的角度変化の総和を算出すると共に、所定の経路に沿った加工に要する時間を、工具経路へ等分に配分し、工具が工具径路上の各時間的等分点を通過する際に、工具とワークとの相対角度が、相対的角度変化の総和を加工に要する時間と同等に等分した角度分ずつ連続的に変化するように加工を行うことで、工具の工具姿勢の変化を均等にして、ワークに対して工具の傾きの角速度を一定にすることができる。したがって、本発明の工作機械によれば、従来のように断面非円形状のワーク上の所定の経路に沿って加工する際に、工具の工具姿勢が急速に変動する領域が発生し、このような領域において、切削送り速度が落ちてしまうことがなく、切削送り速度を一定に保つことができる。よって、本発明の工作機械によれば、従来よりも、加工時間を短縮し、表面性状の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を適用した工作機械の斜視図である。
【図２】本発明を適用した工作機械のブロック図である。
【図３】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定する手順を示すフローチャートである。
【図４】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの始点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図５】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの第１の等分点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図６】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの第２の等分点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図７】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの第３の等分点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図８】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの第４の等分点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図９】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの第５の等分点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図１０】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの第６の等分点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図１１】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの第７の等分点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図１２】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの第８の等分点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図１３】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの第９の等分点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図１４】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの第１０の等分点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図１５】「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定するときの工具の工具軸の工具姿勢の変形例を示す断面図である。
【図１６】「面直」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの始点における工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【図１７】「面直」方法を用いて工具の工具姿勢を設定したときの始点から終点までの工具の工具軸の工具姿勢を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を適用した工作機械について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、ここでは、本発明を適用した工作機械を、ＮＣ旋盤にミーリング加工が可能な主軸が旋回可能に取り付けられ、同時５軸加工が可能な複合加工機を例に説明する。また、本実施の形態でいう前後，左右とは、機械正面から見たときの前後、左右を意味する。
【００２２】
図１に示すように、本発明を適用した複合加工機１は、図１に示す機械正面から見て、ベッド２と、ベッド２上に配設された第１主軸台３と、第１主軸台３と同軸をなし、ベッド２上にＺ軸（左右）方向に移動可能に配設された第２主軸台４と、ベッド２上の第１及び第２主軸台３，４の間にＸ軸（上下）及びＺ軸方向に移動可能に配設された刃物台５と、ベッド２上にＸ軸，Ｙ軸（前後）及びＺ軸方向に移動可能に配設された第３主軸６と、当該複合加工機１の全体を制御する制御部２０とを備えている。
【００２３】
図１に示すように、第１及び第２主軸台３，４には、それぞれ互いに対向する第１及び第２主軸１０，１１が回転自在に挿着されている。第１及び第２主軸１０，１１は、それぞれ前面にワークを把握するチャック１０ａ，１１ａが設けられており、駆動モータ１０ｂ，１１ｂでＺ軸の軸周り方向のＣ方向に回転駆動されることにより、装着されたワークを回転駆動する。更に、第２主軸台４は、例えば、ベッド２上にＺ軸と平行に配置されたガイドレールによりＺ軸方向に移動可能に支持され、螺合されたボールねじが駆動モータ１１ｃで回転駆動されることによりＺ軸方向に駆動される。
【００２４】
刃物台５は、外周部に所定間隔をあけて多数本の旋削加工用の工具７が装着され、所要の工具７を所定の加工位置に回転割り出しして位置決めし、加工位置にクランプするタレット５ａを有する。タレット５ａは、駆動モータ５ｂでＺ軸の軸周り方向のＣ方向に回転駆動される。更に、刃物台５は、支持部材１２によって、Ｘ軸及びＺ軸方向に駆動される。
【００２５】
支持部材１２は、ベッド２上にＺ軸方向に移動可能に支持されたＺ軸搬送部材１２ａと、Ｚ軸搬送部材１２ａにＸ軸方向に移動可能に支持されたＸ軸搬送部材１２ｂとを有する。例えば、Ｚ軸搬送部材１２ａは、ベッド２上にＺ軸と平行に配置されたガイドレールによりＺ軸方向に移動可能に支持され、螺合されたボールねじが駆動モータ１２ｃで回転駆動されることによりＺ軸方向に駆動される。Ｘ軸搬送部材１２ｂは、Ｚ軸搬送部材１２ａにＸ軸と平行に配置されたガイドレールによりＸ軸方向に移動可能に支持され、螺合されたボールねじが駆動モータ１２ｄで回転駆動されることによりＸ軸方向に駆動される。
【００２６】
第３主軸６は、ミーリング加工用の工具８が軸線をＹ軸と直交するように取り付けられ、駆動モータ６ａで回転駆動される。更に、第３の主軸６は、主軸支持機構１３によって、Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向に駆動されるとともに、Ｙ軸の軸周り方向のＢ方向に旋回駆動され、これにより所謂Ｂ軸加工を行う。
【００２７】
主軸支持機構１３は、ベッド２上に固定されたコラム１４と、コラム１４にＺ軸方向に移動可能に支持されたサドル１５と、サドル１５にＸ軸方向に移動可能に支持されたクロススライド１６と、クロススライド１６にＹ軸方向に移動可能に支持され、第３主軸６をＹ軸の軸周り方向のＢ方向に旋回可能に支持するラム１７とを有する。
【００２８】
例えば、サドル１５は、コラム１４にＺ軸と平行に配置されたガイドレールによりＺ軸方向に移動可能に支持され、螺合されたボールねじが駆動モータ１５ａで回転駆動されることによりＺ軸方向に駆動される。クロススライド１６は、サドル１５にＸ軸と平行に配置されたガイドレールによりＸ軸方向に移動可能に支持され、螺合されたボールねじが駆動モータ１６ａで回転駆動されることによりＸ軸方向に駆動される。ラム１７は、クロススライド１６にＹ軸と平行に配置されたガイドレールによりＹ軸方向に移動可能に支持され、螺合されたボールねじが駆動モータ１７ａで回転駆動されることによりＹ軸方向に駆動されるとともに、第３主軸６に設けられたウォームギア等の動力伝達部材が駆動モータ１７ｂで回転駆動されることにより、第３の主軸６をＹ軸の軸周り方向のＢ方向に旋回駆動する。
【００２９】
図２に示すように、制御部２０は、第１主軸１０の駆動モータ１０ｂ、第２主軸１１の駆動モータ１１ｂ、第２主軸台４の駆動モータ１１ｃ、タレット５ａの駆動モータ５ｂ、Ｚ軸搬送部材１２ａの駆動モータ１２ｃ、Ｘ軸搬送部材１２ｂの駆動モータ１２ｄ、第３主軸６の駆動モータ６ａ、サドル１５の駆動モータ１５ａ、クロススライド１６の駆動モータ１６ａ、ラム１７の駆動モータ１７ａ，１７ｂ（以下、まとめて駆動部３０ともいう。）の駆動を制御し、複合加工機１の全体の動作を制御する。
【００３０】
具体的に、制御部２０は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３等で構成されたコンピュータからなり、全体の動作を制御する制御プログラムが格納されたＲＯＭ２２から一時的に制御プログラムをＲＡＭ２３に読み込み、ＣＰＵ２１で制御プログラムに従って所定の演算処理を行い、複合加工機１の全体の動作を制御する。
【００３１】
更に、制御部２０は、ＮＣデータを生成し、ＣＡＭ装置として機能するＮＣデータ生成部２４と、ＮＣデータ生成部２４によって生成されたＮＣデータに基づいて駆動部３０を駆動するための制御信号を生成する制御信号生成部２５とを有している。
【００３２】
制御部２０のＮＣデータ生成部２４は、コンピュータ支援設計装置（以下、ＣＡＤ装置ともいう。）として機能し、複合加工機１とは別体の外部装置４０から形状データと加工条件データとが入力されると、形状データと加工条件データとに基づいて、ワーク上の加工領域における、工具の移動経路、該工具経路に沿って工具先端が移動する切削送り速度、工具が該工具経路に沿って該切削送り速度で移動する際の工具姿勢などの内容を含むＮＣデータを生成する。
【００３３】
ＮＣデータ生成部２４に入力される形状データは、外部装置４０で生成されたものであり、例えば、加工後のワークの最終的な形状、寸法及び仕上面精度、ワークの素材材質、加工前のワークの素材形状などのデータである。更に、ＮＣデータ生成部２４に入力される加工条件データは、例えば、工具の種類（型式，材質など）、工具径、素材材質に応じて工具種類ごとに設定された切削速度、回転当りの切削量、取り代などのデータである。なお、制御部２０は、加工条件データを予め記憶しておくハードディスク等で構成される加工条件データ記憶部を更に有するようにしてもよい。
【００３４】
更に、ＮＣデータ生成部２４は、工具の工具姿勢を設定する場合、工具が加工点以外のワークや複合加工機１の構成部材と干渉することを回避させるように設定する。更に、ＮＣデータ生成部２４は、工具の工具軸をワークの表面の法線と一致させて、工具をワークの表面に面直に設ける、若しくは、工具の工具軸をワークの表面の法線に対して固定角度傾けて設ける「面直」方法、工具の工具軸を、指定した点と工具先端とを結ぶ線と一致させて、工具を指定した点に向けて設ける「点通過」方法、工具の工具軸を加工面の形状に関わらず固定角度に設ける「固定ベクトル」方法、工具の工具軸を、指定した曲線と工具先端とを最短で結ぶ線と一致させるように設ける「プロフィール」方法を用いて、工具の工具姿勢を設定する。
【００３５】
更に、ＮＣデータ生成部２４は、上記４つの設定方法を用いて工具の工具姿勢を設定することに加え、後述する「ツールアングル」方法を用いて、工具の工具姿勢を設定する。
【００３６】
制御部２０の制御信号生成部２５は、ＮＣデータ生成部２４によって上記５つの設定方法のいずれかを用いて設定された工具の工具姿勢を含むＮＣデータに基づいて、複合加工機１の駆動部３０を駆動させる制御信号を生成し、生成した制御信号を複合加工機１の駆動部３０に出力する。
【００３７】
なお、制御部２０のＮＣデータ生成部２４における各処理は、制御部２０を構成するコンピュータのＲＯＭ２２やハードディスク等にインストールされたプログラムによって実行される。かかるプログラムは、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリなどの記録媒体や、外部の情報処理装置からネットワークを介して拡布され、制御部２０のＲＯＭ２２やハードディスク等にインストールすることができる。
【００３８】
以上のような構成を有する複合加工機１は、上述したように、ＮＣデータ生成部２４において、外部装置４０から制御部２０に入力された形状データと加工条件データとに基づいて、ＮＣデータを生成し、生成したＮＣデータを制御信号生成部２５に出力する。次いで、複合加工機１は、制御信号生成部２５において、ＮＣデータ生成部２４から入力されたＮＣデータに基づいて、駆動部３０を駆動させる制御信号を生成し、生成した制御信号を駆動部３０に出力して、駆動部３０を駆動させる。そして、複合加工機１は、例えば、第１主軸１０のチャック１０ａ又は第２主軸１１のチャック１１ａの何れか一方又は両方に装着され、Ｚ軸の軸周り方向のＣ方向に回転駆動されたワークを、タレット５ａに装着された旋削加工用の工具７をＸ軸及び／又はＺ軸に駆動させて旋削加工することができるとともに、第３主軸６に取り付けられたミーリング加工用の工具８をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に駆動させるとともにＹ軸の軸周り方向のＢ方向に回転駆動させてミーリング加工することができる。
【００３９】
次いで、制御部２０のＮＣデータ生成部２４が、「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定する方法について、図３のフローチャートを参照して説明する。この「ツールアングル」方法は、例えば、図４に示すように、断面楕円状のワーク５０を３６０度回転させて、ブレードを加工するような場合に用いられる。よって、ここでは、第１主軸１０のチャック１０ａに装着された断面楕円状のワーク５０が、Ｚ軸の軸周り方向のＣ方向に３６０度回転駆動されて、第３主軸６に取り付けられたミーリング加工用の工具８によってミーリング加工される場合を例に説明する。
【００４０】
図３に示すように、ステップＳ１において、ＮＣデータ生成部２４は、ワーク５０の外周上に設けられた工具経路上にて、工具８により加工を開始する始点Ｐｓから加工を終了する終点Ｐｅまでの、ワーク５０と工具８との相対的角度変化の総和θｓｅを算出する。具体的に、この相対的角度変化の総和θｓｅは、始点Ｐｓにおけるワーク５０の表面の法線Ｎｓに対する工具８の工具軸８ｂの角度（以下、始点角度ともいう。）に対して、終点Ｐｅにおけるワーク５０の表面の法線Ｎｅに対する工具８の工具軸８ｂの角度（以下、終点角度ともいう。）が、送り方向Ｆに対して相対的に変化した角度である。すなわち、ここでは、図４に示すように、始点角度は０度であり、終点角度は０度であるが、工具８がワーク５０の外周を３６０度回転しているので、相対的角度変化の総和θｓｅは３６０度となる。
【００４１】
次いで、ステップＳ２において、ＮＣデータ生成部２４は、始点Ｐｓから終点Ｐｅまでの工具経路に沿った加工に要する時間を、工具経路へ等分に配分する。すなわち、ＮＣデータ生成部２４は、始点Ｐｓから終点Ｐｅまでの距離を、任意の数で時間的に等分し、一の時間的等分点から次の時間的等分点までの加工に要する時間が等しくなるように、時間的等分点を設定する。ここでは、図４に示すように、２０等分し、時間的等分点（Ｐｓ、Ｐ１〜Ｐ１９，Ｐｅ）を設定した。
【００４２】
次いで、ステップＳ３において、ＮＣデータ生成部２４は、相対的角度変化の総和θｓｅを、加工に要する時間と同等に等分する。すなわち、ここでは、相対的角度変化の総和θｓｅは３６０度であるので、これを２０等分して、各時間的等分点に１８度ずつ均等に配分する。
【００４３】
次いで、ステップＳ４において、ＮＣデータ生成部２４は、ワーク５０を図４中の矢印Ｃ方向に回転駆動させるとともに、工具８を図４中に示すような送り方向Ｆに駆動させ、工具８を指令された切削送り速度で駆動させて、工具８の工具先端８ａを工具経路に沿って時間的等分点Ｐｓ、Ｐ１、Ｐ２、・・・Ｐ１８、Ｐ１９、Ｐｅの順に通過させる。このとき、ＮＣデータ生成部２４は、工具８の工具軸８ｂを、一の時間的等分点から次の時間的等分点までの間に、配分された角度分ずつ連続的に変化させる。
【００４４】
具体的に、図５に示すように、ＮＣデータ生成部２４は、始点Ｐｓから第１の時間的等分点Ｐ１までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第１の時間的等分点Ｐ１において、始点角度から送り方向Ｆに１８度（θ１）傾ける。次いで、図６に示すように、ＮＣデータ生成部２４は、第１の時間的等分点Ｐ１から第２の時間的等分点Ｐ２までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第２の時間的等分点Ｐ２において、第１の時間的等分点Ｐ１における傾き（θ１）よりも送り方向Ｆに１８度傾け、始点角度から送り方向Ｆに３６度（θ２）傾ける。
【００４５】
次いで、図７に示すように、ＮＣデータ生成部２４は、第２の時間的等分点Ｐ２から第３の時間的等分点Ｐ３までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第３の時間的等分点Ｐ３において、第２の時間的等分点Ｐ２における傾き（θ２）よりも送り方向Ｆに１８度傾け、始点角度から送り方向Ｆに５４度（θ３）傾ける。次いで、図８に示すように、ＮＣデータ生成部２４は、第３の時間的等分点Ｐ３から第４の時間的等分点Ｐ４までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第４の時間的等分点Ｐ４において、第３の時間的等分点Ｐ３における傾き（θ３）よりも送り方向Ｆに１８度傾け、始点角度から送り方向Ｆに７２度（θ４）傾ける。
【００４６】
次いで、図９に示すように、ＮＣデータ生成部２４は、第４の時間的等分点Ｐ４から第５の時間的等分点Ｐ５までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第５の時間的等分点Ｐ５において、第４の時間的等分点Ｐ４における傾き（θ４）よりも送り方向Ｆに１８度傾け、始点角度から送り方向Ｆに９０度（θ５）傾ける。次いで、図１０に示すように、ＮＣデータ生成部２４は、第５の時間的等分点Ｐ５から第６の時間的等分点Ｐ６までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第６の等分点Ｐ６において、第５の等分点Ｐ５における傾き（θ５）よりも送り方向Ｆに１８度傾け、始点角度から送り方向Ｆに１０８度（θ６）傾ける。
【００４７】
次いで、図１１に示すように、ＮＣデータ生成部２４は、第６の時間的等分点Ｐ６から第７の時間的等分点Ｐ７までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第７の時間的等分点Ｐ７において、第６の時間的等分点Ｐ６における傾き（θ６）よりも送り方向Ｆに１８度傾け、始点角度から送り方向Ｆに１２６度（θ７）傾ける。次いで、図１２に示すように、ＮＣデータ生成部２４は、第７の時間的等分点Ｐ７から第８の時間的等分点Ｐ８までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第８の時間的等分点Ｐ８において、第７の時間的等分点Ｐ７における傾き（θ７）よりも送り方向Ｆに１８度傾け、始点角度から送り方向Ｆに１４４度（θ８）傾ける。
【００４８】
次いで、図１３に示すように、ＮＣデータ生成部２４は、第８の時間的等分点Ｐ８から第９の時間的等分点Ｐ９までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第９の時間的等分点Ｐ９において、第８の時間的等分点Ｐ８における傾き（θ８）よりも送り方向Ｆに１８度傾け、始点角度から送り方向Ｆに１６２度（θ９）傾ける。次いで、図１４に示すように、ＮＣデータ生成部２４は、第９の時間的等分点Ｐ９から第１０の時間的等分点Ｐ１０までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第１０の時間的等分点Ｐ１０において、第９の時間的等分点Ｐ９における傾き（θ９）よりも送り方向Ｆに１８度傾け、始点角度から送り方向Ｆに１８０度（θ１０）傾ける。
【００４９】
次いで、ＮＣデータ生成部２４は、ステップＳ５において、第１の時間的等分点Ｐ１から第１０の時間的等分点Ｐ１０と同様に、第１１の時間的等分点Ｐ１１から終点Ｐｅにおいて、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、最前の等分点における傾きよりも送り方向Ｆに１８度ずつ傾けていき、図４に示すように、２０番目の時間的等分点となる終点Ｐｅにおいて、始点Ｐｓにおける工具の傾きよりも３６０度傾けるようにする。
【００５０】
以上のように、ＮＣデータ生成部２４は、「ツールアングル」方法を用いて工具８の工具姿勢を設定することで、断面楕円状のワーク５０を３６０度回転させてブレードを加工する場合であっても、工具８の工具姿勢の変化を均等にして、工具８の工具姿勢の変化に伴う工具８の傾きの角速度を一定にすることができる。したがって、ＮＣデータ生成部２４は、従来のように断面楕円状のワーク上の所定の経路に沿って加工する際に、工具の工具姿勢が急速に変動する領域が発生し、このような領域において、切削送り速度が落ちてしまうことがなく、工具経路上の加工を開始する始点Ｐｓから終了する終点Ｐｅまで切削送り速度を一定に保つことができる。よって、本発明を適用した複合加工機１は、従来よりも、加工時間を短縮し、表面性状の向上を図ることができる。
【００５１】
更に、ＮＣデータ生成部２４は、ワーク５０を３６０度回転させても、始点Ｐｓと終点Ｐｅとで工具８が同じ工具姿勢となるように設けることができる。したがって、本発明を適用した複合加工機１は、ブレードを連続加工することができる。
【００５２】
なお、ＮＣデータ生成部２４は、始点Ｐｓ，第５，第１０，第１５の時間的等分点Ｐ５，Ｐ１０，Ｐ１５及び終点Ｐｅのように、工具８の工具軸８ｂとワーク５０の表面の法線とが一致する場合、表面性状の向上を図るために、工具８を送り方向Ｆと直交するＺ軸方向に所定の角度傾けるように設けてもよい。
【００５３】
更に、ＮＣデータ生成部２４は、時間的等分点間において、平均して、工具の工具姿勢の変化が均等で、工具８の傾きの角速度が一定となるものであれば、時間的等分点間内において、工具の工具姿勢の変化が不均等で、工具８の傾きの角速度が変動するようなものでもよい。このような場合であっても、時間的等分点間において、平均して、工具の工具姿勢の変化が均等で、工具８の傾きの角速度が一定であるので、切削送り速度を一定に保つことができ、加工時間を短縮し、表面性状の向上を図ることができる。
【００５４】
更に、「ツールアングル」方法については、始点角度及び終点角度が０度の場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、始点Ｐｓ及び終点Ｐｅにおいて、表面性状の向上を図るために、図１５に示すように、始点角度及び終点角度を、すなわち、始点Ｐｓ及び終点Ｐｅにおけるワーク５０の表面の法線Ｎｓ、Ｎｅに対する工具８の工具軸８ｂの角度を、送り方向Ｆに所定の角度（θｓ）傾けるようにしてもよい。
【００５５】
この場合、ステップＳ３において、ＮＣデータ生成部２４は、始点Ｐｓから第１の時間的等分点Ｐ１までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第１の時間的等分点Ｐ１において、始点角度θｓから送り方向Ｆに１８度傾ける。次いで、ＮＣデータ生成部２４は、第１の時間的等分点Ｐ１から第２の時間的等分点Ｐ２までの間に、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、第２の時間的等分点Ｐ２において、第１の時間的等分点Ｐ１よりも送り方向Ｆに１８度傾け、始点角度θｓから送り方向Ｆに３６度傾ける。同様に、ＮＣデータ生成部２４は、第３の時間的等分点Ｐ３から終点Ｐｅにおいて、工具８の工具軸８ｂを、送り方向Ｆに連続的に傾け、最前の時間的等分点における傾きよりも送り方向Ｆに１８度ずつ傾けていき、２０番目の時間的等分点となる終点Ｐｅにおいて、始点Ｐｓにおける工具の傾きよりも３６０度傾け、終点角度θｓとなるように設けるようにする。
【００５６】
なお、ＮＣデータ生成部２４は、始点角度及び終点角度を角度（θｓ）傾けた場合においても、何れかの時間的等分点において、工具８の工具軸８ｂとワーク５０の表面の法線方向とが一致する場合、表面性状の向上を図るために、工具８の工具軸８ｂを送り方向Ｆと直交するＺ軸方向に対して所定の角度傾けるようにしてもよい。
【００５７】
更に、ＮＣデータ生成部２４は、始点Ｐｓから終点Ｐｅまでの距離を２０等分し、１８度ずつ配分することに限定されるものではなく、加工する際に使用する工具８の加工許容角度内となるものであれば、いかなる数に等分し、配分するように設けてもよい。
【００５８】
更に、「ツールアングル」方法は、断面楕円状のワーク５０を加工する場合に用いられることに限定されるものではなく、例えば、外周の一部に楕円曲面を有する断面非円形状のワーク５０の楕円曲面を加工する場合においても用いることができる。このような場合、ＮＣデータ生成部２４は、楕円曲面の一端を始点Ｐｓとし、他端を終点Ｐｅとして、上述したような「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定することで、工具８の傾きの角速度を一定にすることができ、切削送り速度を一定に保つことができる。
【００５９】
更に、「ツールアングル」方法は、例えば、外周の一部又は全周に亘って楕円曲面を有するワーク５０の楕円曲面上に突起等の障害部があり、この障害部において工具８が加工許容角度外となるワーク５０の楕円曲面を加工する場合においても、下記に示すようにすることで、用いることができる。このような場合、ＮＣデータ生成部２４は、楕円曲面の一端を始点Ｐｓとし、障害部の始点Ｐｓ側の一端を終点Ｐｅとして、上述したような「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定し、更に、障害部の他端を新たな始点Ｐｓとし、楕円曲面の他端を新たな終点Ｐｅとし、上述したような「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定することで、障害部以外の領域において、工具８の傾きの角速度を一定にすることができ、切削送り速度を一定に保つことができる。更に、始点Ｐｓと終点Ｐｅとの間と、新たな始点Ｐｓと新たな終点Ｐｅとの間とで、等分する数や配分する角度が異なるようにしてもよい。
【００６０】
更に、複合加工機１は、ＮＣデータ生成部２４を制御部２０に組み込んだ構成としているが、ＮＣデータ生成部２４を、複合加工機１とは別途独立したコンピュータに組み込むようにしてもよい。この場合、別途独立したコンピュータは、ＣＡＭ装置として機能し、ＮＣデータを生成するＮＣデータ生成装置となる。更に、この場合、別途独立したコンピュータのＮＣデータ生成部２４における各処理は、別途独立したコンピュータのＲＯＭやハードディスク等にインストールされたプログラムによって実行される。かかるプログラムは、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリなどの記録媒体や、外部の情報処理装置からネットワークを介して拡布され、別途独立したコンピュータのＲＯＭやハードディスク等にインストールすることができる。
【００６１】
そして、別途独立したコンピュータのＮＣデータ生成部２４は、別途独立したコンピュータにＣＡＤ装置として機能する外部装置４０から形状データと加工条件データとが入力されると、制御部２０に組み込まれているときと同様にして、ＮＣデータを生成し、生成したＮＣデータを、複合加工機１の制御部２０に出力する。そして、複合加工機１の制御部２０の制御信号生成部２５は、入力されたＮＣデータに基づいて、複合加工機１の駆動部３０を駆動させる制御信号を生成し、生成した制御信号を複合加工機１の駆動部３０に出力する。このようにして、複合加工機１は、「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定し、断面楕円状のワーク５０をブレード状にミーリング加工するようにしてもよい。
【００６２】
更に、本発明を適用した工作機械は、複合加工機に限定されるものではなく、マシニングセンタに２つの回転軸が付加された５軸制御マシニングセンタであってもよい。例えば、５軸制御マシニングセンタは、立型のマシニングセンタをベースとし、互いに直交する、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に駆動可能でＺ軸方向に向けてミーリング加工用の工具を取り付けた主軸と、ワークが装着されるテーブルとを備え、このテーブルが、Ｙ軸の軸周り方向のＢ軸方向に旋回駆動可能で、Ｚ軸の軸周り方向のＣ軸方向に回転駆動可能なものでもあってもよい。このような５軸制御マシニングセンタでは、ワークが装着されるテーブルを、Ｙ軸の軸周り方向のＢ軸方向に９０度旋回させ、ワークをＣ軸方向に回転駆動させることで、複合加工機１と同様に、「ツールアングル」方法を用いて工具の工具姿勢を設定し、断面楕円状のワーク５０を回転させながら主軸に取り付けられたエンドミル等の工具でブレード状にミーリング加工することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１ 複合加工機、２ ベッド、３ 第１主軸台、４ 第２主軸台、５ 刃物台、５ａ タレット、５ｂ 駆動モータ、６ 第３主軸、６ａ 駆動モータ、７ 旋削加工用の工具、８ ミーリング加工用の工具、８ａ 工具先端、８ｂ 工具軸、１０ 第１主軸、１１ 第２主軸、１０ａ チャック、１０ｂ 駆動モータ、１１ａ チャック、１１ｂ 駆動モータ、１１ｃ 駆動モータ、１２ 支持部材、１２ａ Ｚ軸搬送部材、１２ｂ Ｘ軸搬送部材、１２ｃ 駆動モータ、１２ｄ 駆動モータ、１３ 主軸支持機構、１４ コラム、１５ サドル、１５ａ 駆動モータ、１６ クロススライド、１６ａ 駆動モータ、１７ ラム、１７ａ 駆動モータ、１７ｂ 駆動モータ、２０ 制御部、２１ ＣＰＵ、２２ ＲＯＭ、２３ ＲＡＭ、２４ ＮＣデータ生成部、２５ 制御信号生成部、３０ 駆動部、４０ 外部装置、５０ ワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面非円形状のワークと工具との相対移動により、少なくとも上記ワークの断面を含む一平面内において上記ワークと工具との相対的位置及び相対的角度を変化させつつ、加工を行う工作機械において、
上記ワーク上の所定の経路に沿って加工する際、上記所定の経路上にて上記工具による加工が開始される点から加工が終了する点までの、上記ワークと工具との相対的角度変化の総和を算出すると共に、上記所定の経路に沿った加工に要する時間を、工具経路へ等分に配分し、上記工具が上記工具径路上の各時間的等分点を通過する際に、上記工具と上記ワークとの相対角度が、上記相対的角度変化の総和を上記加工に要する時間と同等に等分した角度分ずつ連続的に変化するように加工を行うことを特徴とする工作機械。
【請求項２】
断面非円形状のワークと工具との相対移動により、少なくとも上記ワークの断面を含む一平面内において上記ワークと工具との相対的位置及び相対的角度を変化させつつ、加工を行う工作機械の加工方法において、
上記ワーク上の所定の経路に沿って加工する際、上記所定の経路上にて上記工具による加工が開始される点から加工が終了する点までの、上記ワークと工具との相対的角度変化の総和を算出すると共に、上記所定の経路に沿った加工に要する時間を、工具経路へ等分に配分し、上記工具が上記工具径路上の各時間的等分点を通過する際に、上記工具と上記ワークとの相対角度が、上記相対的角度変化の総和を上記加工に要する時間と同等に等分した角度分ずつ連続的に変化するように加工を行うことを特徴とする加工方法。
【請求項３】
断面非円形状のワークと工具との相対移動により、少なくとも上記ワークの断面を含む一平面内において上記ワークと工具との相対的位置及び相対的角度を変化させつつ、加工を行う工作機械の加工方法を、コンピュータに実行させるためのプログラムにおいて、
上記コンピュータに、
上記ワーク上の所定の経路に沿って加工する際、上記所定の経路上にて上記工具による加工が開始される点から加工が終了する点までの、上記ワークと工具との相対的角度変化の総和を算出すると共に、上記所定の経路に沿った加工に要する時間を、工具経路へ等分に配分し、上記工具が上記工具径路上の各時間的等分点を通過する際に、上記工具と上記ワークとの相対角度が、上記相対的角度変化の総和を上記加工に要する時間と同等に等分した角度分ずつ連続的に変化するように加工を行わせるためのプログラム。
【請求項４】
断面非円形状のワークと工具との相対移動により、少なくとも上記ワークの断面を含む一平面内において上記ワークと工具との相対的位置及び相対的角度を変化させつつ、加工を行う工作機械を制御するためのＮＣデータを生成するＮＣデータ生成装置において、
上記ワーク上の所定の経路に沿って加工する際、上記所定の経路上にて上記工具による加工が開始される点から加工が終了する点までの、上記ワークと工具との相対的角度変化の総和を算出すると共に、上記所定の経路に沿った加工に要する時間を、工具経路へ等分に配分し、上記工具が上記工具径路上の各時間的等分点を通過する際に、上記工具と上記ワークとの相対角度が、上記相対的角度変化の総和を上記加工に要する時間と同等に等分した角度分ずつ連続的に変化するように加工を行わせるＮＣデータを生成するＮＣデータ生成装置。
【請求項１】
断面非円形状のワークと工具との相対移動により、少なくとも上記ワークの断面を含む一平面内において上記ワークと工具との相対的位置及び相対的角度を変化させつつ、加工を行う工作機械において、
上記ワーク上の所定の経路に沿って加工する際、上記所定の経路上にて上記工具による加工が開始される点から加工が終了する点までの、上記ワークと工具との相対的角度変化の総和を算出すると共に、上記所定の経路に沿った加工に要する時間を、工具経路へ等分に配分し、上記工具が上記工具径路上の各時間的等分点を通過する際に、上記工具と上記ワークとの相対角度が、上記相対的角度変化の総和を上記加工に要する時間と同等に等分した角度分ずつ連続的に変化するように加工を行うことを特徴とする工作機械。
【請求項２】
断面非円形状のワークと工具との相対移動により、少なくとも上記ワークの断面を含む一平面内において上記ワークと工具との相対的位置及び相対的角度を変化させつつ、加工を行う工作機械の加工方法において、
上記ワーク上の所定の経路に沿って加工する際、上記所定の経路上にて上記工具による加工が開始される点から加工が終了する点までの、上記ワークと工具との相対的角度変化の総和を算出すると共に、上記所定の経路に沿った加工に要する時間を、工具経路へ等分に配分し、上記工具が上記工具径路上の各時間的等分点を通過する際に、上記工具と上記ワークとの相対角度が、上記相対的角度変化の総和を上記加工に要する時間と同等に等分した角度分ずつ連続的に変化するように加工を行うことを特徴とする加工方法。
【請求項３】
断面非円形状のワークと工具との相対移動により、少なくとも上記ワークの断面を含む一平面内において上記ワークと工具との相対的位置及び相対的角度を変化させつつ、加工を行う工作機械の加工方法を、コンピュータに実行させるためのプログラムにおいて、
上記コンピュータに、
上記ワーク上の所定の経路に沿って加工する際、上記所定の経路上にて上記工具による加工が開始される点から加工が終了する点までの、上記ワークと工具との相対的角度変化の総和を算出すると共に、上記所定の経路に沿った加工に要する時間を、工具経路へ等分に配分し、上記工具が上記工具径路上の各時間的等分点を通過する際に、上記工具と上記ワークとの相対角度が、上記相対的角度変化の総和を上記加工に要する時間と同等に等分した角度分ずつ連続的に変化するように加工を行わせるためのプログラム。
【請求項４】
断面非円形状のワークと工具との相対移動により、少なくとも上記ワークの断面を含む一平面内において上記ワークと工具との相対的位置及び相対的角度を変化させつつ、加工を行う工作機械を制御するためのＮＣデータを生成するＮＣデータ生成装置において、
上記ワーク上の所定の経路に沿って加工する際、上記所定の経路上にて上記工具による加工が開始される点から加工が終了する点までの、上記ワークと工具との相対的角度変化の総和を算出すると共に、上記所定の経路に沿った加工に要する時間を、工具経路へ等分に配分し、上記工具が上記工具径路上の各時間的等分点を通過する際に、上記工具と上記ワークとの相対角度が、上記相対的角度変化の総和を上記加工に要する時間と同等に等分した角度分ずつ連続的に変化するように加工を行わせるＮＣデータを生成するＮＣデータ生成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−１５２８８３（Ｐ２０１２−１５２８８３Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６８１８（Ｐ２０１１−１６８１８）
【出願日】平成２３年１月２８日（２０１１．１．２８）
【出願人】（０００１４６８４７）株式会社森精機製作所 (204)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２８日（２０１１．１．２８）
【出願人】（０００１４６８４７）株式会社森精機製作所 (204)
【Ｆターム（参考）】
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