曲面形状部品の加工方法
【課題】金属製曲面羽根等の曲面形状を有する部品に対し、高精度で効率良く機械加工を施す。
【解決手段】曲面羽根形状を有する部品（加工物）１の機械加工時に部品を位置決めして加工する方法であって、部品１の互いに隣接するスカラップ間に予め最深の加工目標点の加工を施し、この施工により生じた互いに隣接する工具軌跡の加工座標点同士を結んだ線を基に、部品の曲率が最も大きいポイントを予め算出し、この最深点に加工工具としてのエンドミルを位置決めする加工点を設定し、この加工点の位置にエンドミルを位置決めして加工する。
【解決手段】曲面羽根形状を有する部品（加工物）１の機械加工時に部品を位置決めして加工する方法であって、部品１の互いに隣接するスカラップ間に予め最深の加工目標点の加工を施し、この施工により生じた互いに隣接する工具軌跡の加工座標点同士を結んだ線を基に、部品の曲率が最も大きいポイントを予め算出し、この最深点に加工工具としてのエンドミルを位置決めする加工点を設定し、この加工点の位置にエンドミルを位置決めして加工する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属製曲面羽根等の曲面形状を有する部品に対し、高精度で効率良く機械加工を施すことができる曲面形状部品の加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属製曲面羽根等の曲面形状部品、特に数百ｋｇの金属部品等を加工する機械加工においては、工具の同時制御軸数が５軸以上を有するマシニングセンターを適用し、φ２０ｍｍ〜３０ｍｍ程度のボールエンドミル等を用いてＮＣ加工を行うことが一般的である。
【０００３】
また、精度の高い滑らかな曲面を得るためには、工具の加工ピッチを細かくする必要があり、機械加工のみでは多大な加工時間を要する。このため、スカラップ（小径ボールエンドミル工具の加工ピッチ間に僅かに残る段差）を残し、これらをグラインダ加工による手仕上げ等の方法を組合せて、緩やかな曲面に仕上げる方法が採られる。
【０００４】
比較的曲率が大きい曲面を加工する場合には、ＮＣ加工による残存スカラップをグラインダ加工で除去し、滑らかに仕上げる加工が容易である。ボールエンドミルの最も先端部で加工された加工軌跡（最も深い加工目）同士を滑らかに繋ぐようにスカラップ除去を行えば良いため、グラインダ加工の深さの目標位置や隣接するスカラップの一様な除去も目視で判別し易い。
【０００５】
スクリューのような多数の湾曲した曲面が合成された幾何学形状を有する部品を、上記の方法で一体削り出しする方法で加工する場合、羽根の中央部近傍は曲率が比較的大きいため、前述のようにＮＣ機械加工とグラインダ加工の組合せにより、比較的容易に精度の高い滑らかな曲面を加工できる。
【０００６】
しかし、中央ボスと羽根面などの接続部には、Ｒ５ｍｍ程度の曲率が小さい凹形状のコ−ナＲ面が形成してあり、例えばφ２０ｍｍ程度のボールエンドミルでの加工をすることは困難である。
【０００７】
また、コ−ナＲよりも小さい半径を有する加工の場合、例えばφ５ｍｍ程度のボールエンドミルを使用すれば加工容易となるが、その場合には加工ピッチを細かくする必要があり、また、工具の送り速度も遅くする必要があり、そのため機械加工時間が増大する。
【０００８】
一方、羽根の前縁部や後端部の曲面、および羽根の前縁部や後端部（エッジ）にＲ２ｍｍ程度の小径凸曲面がある場合、この部位は、φ２０ｍｍ程度のボールエンドミルでも凸曲面であるため加工は可能であるが、スカラップの残存形状が極端に尖ったナイフエッジ状になり、グラインダ加工でこれを除去する場合には、一様な曲面に仕上げることが難しい。この場合においても、小径のボールエンドミルを使用すればスカラップの高さは小さくすることができるが、前記同様に加工時間が極めて長くなる。
【０００９】
また、曲面同士を繋ぐ小径コ−ナＲ面では、関数による曲面定義が困難である場合が多く、緩やかに面同士を繋ぐための点座標の集合群を定義して、工具加工パスを設定する手法がとられるが、幾何計算ピッチを細かくすることが必要である。この場合、工具の変更や軌跡変更を行うためには、その都度毎に面の定義をやり直し、また点群に変換する必要があり、煩雑な処理を繰り返さなければならない。
【００１０】
スクリューなどの羽根を複数個製造するうえで、性能のバラツキを安定させるためには、前述の羽根端部（エッジ部）や面の繋ぎ部を安定した精度で、高い再現性をもって加工することが重要であることが一般的に知られている。よって、機械加工終了直後の各部の曲面形状が、スカラップを残した状態で、その後のグラインダ加工等による仕上げ加工を如何に容易化できるかという点が、製造における効率の向上と、性能（品質）の安定度の実現に対して重要な観点となる。
【００１１】
なお、曲面を精度良くグラインダ仕上げするためには、熟練した技能が必要であることが知られている。この理由は、スカラップのある状態でグラインダによる滑らかな仕上げを行う際に、機械加工目の状態を目視により観察して、どの部分をどれだけ削れば、最小限の加工で、曲率の異なる面同士を滑らかに繋ぐことができるかを想定する必要があるためである。一部を僅かでも削り過ぎると、曲面同士の繋ぎ部を成型するためにその近傍を広い範囲で仕上げる必要が生じ、作業時間の増大を招き、また形状の再現性が保てなくなる等の事象が発生する。特に曲率が小さくスカラップの目が粗い場合には、形状の整形精度に対して、技能が大きく影響する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平７−２９９８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたものであり、スクリューなどの曲面羽根形状を有する部品のＮＣ機械加工を効率良く行うことができるとともに、グラインダ加工等の仕上げ方法を改善することができ、これらの方法を適切に組合せることにより、高い精度と合理的な加工方法を提供する。
【００１４】
また、熟練者でなくとも高い精度で短時間で大小の曲率の面を加工することができ、加工機械の機能性向上も図れる加工方法を提供する。そのために、工作機械で使用される面測定用のセンサの機能を改良して活用し、また、グラインダ仕上げのスカラップ除去目標形状を加工物に解りやすく形成する簡易な加工方法を実現する。
【００１５】
さらに、回転数のバラツキの少ない性能の良い製品の曲面形状を予め測定しておき、これを新たに加工する製品の機械加工形状とグラインダ成型作業に効率良く転写・反映できる方法、すなわち余肉除去の簡便な方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明では、前記の目的を達成するため、曲面羽根形状を有する部品の機械加工時に前記部品を位置決めして加工する方法であって、前記部品の互いに隣接するスカラップ間に予め最深の加工目標点の切削加工を施し、この切削施工により生じた互いに隣接する工具軌跡の加工座標点同士を結んだ線を基に、前記部品の曲率が最も大きいポイントを予め算出し、このポイントの最深点にエンドミルを位置決めする加工点を設定し、この加工点の位置にエンドミルを位置決めして加工することを特徴とする曲面形状部品の加工方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、スクリューなどの曲面羽根形状を有する部品のＮＣ機械加工において、曲率の比較的小さいコ−ナＲ面等を、グラインダ加工がし易い形状とし、スカラップ残存状態にすることができる。また、機械加工時間を大幅に増大させることなく、かつグラインダ加工を非熟練者でも容易に行うことができ、高精度で繰返し再現性の高い曲面を加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態の方法で加工される加工物の全体構成を示す斜視図。
【図２】図１に示した加工物の羽根部を拡大して示す斜視図。
【図３】図２に示した羽根面を拡大して示す斜視図。
【図４】図３に示した羽根の工具軌跡を示す拡大図。
【図５】本発明の第２実施形態の方法で加工される加工物を示す拡大図。
【図６】本発明の第３実施形態の方法で加工される加工物を示す拡大図。
【図７】本発明の第４実施形態の方法で加工される加工物を示す拡大図。
【図８】本発明の第５実施形態の方法で加工される加工物を示す拡大図。
【図９】本発明の第６実施形態の方法で加工される加工物を示す拡大図。
【図１０】本発明の第７実施形態の方法で加工される加工物を示す全体図。
【図１１】本発明の第７実施形態の方法で加工される加工物および加工装置を示す拡大図。
【図１２】本発明の第８実施形態の方法で加工される加工物および加工装置を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る曲面形状部品の加工方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
［第１実施形態］（図１−図４）
本実施形態では、曲率を持った凹面部の加工方法の例を説明する。この例は、スクリュー等の曲面羽根形状を有する部品のＮＣ加工において、曲率の比較的小さい翼面端部やコーナＲ面等を、後工程のグラインダ加工で容易に仕上げる機械加工方法である。
【００２１】
図１は、本実施形態の方法で加工されるスクリュー形状の羽根を有する加工物の全体構成を示す斜視図である。
【００２２】
図１に示すように、この加工物１は円筒２内にスクリュー羽根３を一体に有する構成のものである。具体的には、円筒２の内周面から中心側に向って複数のスクリュー羽根３が一体に突出し、これらのスクリュー羽根３は円筒２の中心位置に設けられたボス４に一体に連設されている。なお、加工物１は中実構造の金属製ブロック状素材を機械加工により掘削し、その後グラインダ加工により残存部を研磨して仕上げ加工したものである。
【００２３】
スクリュー羽根３の幅広な中央部分は平坦形状であるが、スクリュー羽根３と円筒２との連設部３ａ、およびスクリュー羽根３とボス４との連設部３ｂ等には、曲率が小さい凹形状のコ−ナＲ面５が形成されている。すなわち、中央のボス５とスクリュー羽根３の羽根面などとの接続部には、Ｒ５ｍｍ程度の曲率が小さい凹形状のコ−ナＲ面５が形成してある。このようなコ−ナＲ面５がＲ５ｍｍ程度の曲率が小さい凹形Ｒ面である場合、φ２０ｍｍ程度のボールエンドミルでの加工をすることは困難である。
【００２４】
これに対し、本実施形態では、タッチセンサ６および図２に示す下記の穴開け用の加工工具７を使用して、凹形状のコ−ナＲ面５に加工目標点を施し、この加工目標点を基準として、ＮＣ機械加工とグラインダ加工の組合せにより、比較的容易に精度の高い滑らかな曲面を加工できるようにする。
【００２５】
図２は、図１に示した加工物１の羽根部であるスクリュー羽根３および加工工具７を示す拡大図であり、機械加工直後の状態を示している。
【００２６】
この図２に示すように、スクリュー羽根３の羽根面とボス４の外周面（ボス面）との交差する部位は、コーナＲ面５により小径のコ−ナＲ形状を呈しており、その曲率も小さい。そして加工物１の羽根面５ａおよびボス面４ａには、加工工具７である小径ボールエンドミル工具の加工ピッチ間に僅かに残る段差からなるスカラップ８が工具軌跡に沿って波目状に表面に残存している。このスカラップ８は、先端が尖ったナイフエッジ状である。本実施形態では、このエッジ部分を加工工具７によりグラインダ加工して除去し、一様な曲面に仕上げる。
【００２７】
図３および図４を参照してこの仕上げ加工を具体的に説明する。
【００２８】
図３はコーナＲ面５を拡大して示す斜視図である。この図３に示すように、本実施形態では隣接するスカラップ８（８ａ，８ｂ）の間に、円形穴状の最深の加工目標点９（９ａ，９ｂ）を切削加工しておく。このように、隣接するスカラップ８ａ，８ｂの間に最深の加工目標点９（９ａ，９ｂ）を切削加工しておけば、手仕上げグラインダ加工の目標点が目視で判別し易くなる。そして、機械加工後のグラインダ加工が行い易い形状・スカラップ残存状態になる。
【００２９】
図４は、上記の方法を詳細に説明するための拡大図である。図４に示すように、隣接する工具軌跡１０の加工座標点同士を結んだ線を定義する。この場合、任意の３点をとって、曲率が最も大きいポイント１１を予めＮＣ加工機の内部演算機能を使用して算出しておく。そして、上記の加工目標点９ａ，９ｂである最深点を、加工工具７としてのボールエンドミルを位置決めする加工点として設定する。
【００３０】
この加工目標点９ａ，９ｂである最深点の位置に正確に、加工工具７であるボールエンドミルを自動位置決めさせて切削加工することで、コ−ナＲ形状の最深点を目視で判別しやすくすることができる。
【００３１】
なお、この加工目標点９ａ，９ｂは、多数連続して加工する必要はなく、飛び飛びにいくつか加工されていれば良いため、加工時間の増大や、さらに小径のエンドミルで追加加工する必要がない。また、加工時間の増大を招くことなく、グラインダ加工の精度を向上させることができる。
【００３２】
このように、本実施形態では、部品の互いに隣接するスカラップ８間に予め最深の加工目標点９ａ，９ｂの加工を施し、この施工により生じた互いに隣接する工具軌跡の加工座標点同士を結んだ線ｌ２ａ，１２ｂを基に任意の３点を抽出し、部品の曲率が最も大きいポイントを予め加工機の内部演算機能を使用して算出し、この最深点（加工目標点９ａ，９ｂ）にボールエンドミル７を位置決めする加工点を設定し、この加工点の位置にボールエンドミル７を位置決めして加工する。
【００３３】
本実施形態によれば、スクリューなどの曲面羽根形状を有する部品のＮＣ機械加工において、曲率の比較的小さいコ−ナＲ面等を、グラインダ加工がし易い形状とし、スカラップ残存状態にすることができる。また、機械加工時間を大幅に増大させることなく、かつグラインダ加工を非熟練者でも容易に行うことができ、高精度で繰返し再現性の高い曲面を加工することができる。
【００３４】
［第２実施形態］（図５）
本発明の第２実施形態の加工方法は、第１実施形態と異なり、スカラップの量が、ある一定値（例えば０．５ｍｍ）を超える部分を予め計算しておき、その部分については、隣り合う加工点同士（３点）の座標値を使用して、最深点への小径ボールエンドミル加工を全て施しておく方法である。
【００３５】
この方法として、図示省略の小径エンドミルを曲面Ｒコ−ナ加工に適用し、後のグラインダ加工の目標点として、必要最小限の不等ピッチで、工作機械により自動的に切削マーキング１３を施す。
【００３６】
図５は、一定以上のスカラップ高さｈのある部位において、グラインダ加工深さの目標点を全て加工した例を示している。なお、図５に仮想線Ｅで示した領域は、本実施形態の処理を行う範囲を規定したものである。
【００３７】
図５に示すように、スカラップ８の量が一定値を超える部分を予め計算しておき、その部分について、隣り合う３点の加工点同士の座標値に基いて最深点への小径ボールエンドミル加工を施すものである。
【００３８】
これにより、曲面繋ぎのグラインダ加工が非熟練者でも容易に可能となり、機械加工時間の増大を抑止することが可能となる。
【００３９】
本実施形態によれば、必要最小限の不等ピッチで、自動的に加工目標点をマーキングする加工方法を提供することで、曲面繋ぎを行うグラインダ加工が、非熟練者でも容易に可能となり、機械加工時間の増大を抑止しつつ、繰り返し精度の高い曲面仕上げを実現することができる。
【００４０】
［第３実施形態］（図６）
本実施形態の加工方法は、加工工具の剛性や使用時間等の問題で、面の加工精度にバラツキが生じる場合の回避策であり、工作機械上で使用される面測定用のセンサでの小径コ−ナＲ部の測定精度を、高める制御方式を適用する。
【００４１】
図６は本実施形態方法を実施する際の説明図である。図６に示した仮想線領域Ｆは、過去の実績に基いた機械加工精度にバラツキが生じ易い領域を示している。この領域Ｆの内部にある曲面でＮＣプログラムで指定された点にマーキングを施し、工作機械が有するタッチセンサで測定する。
【００４２】
すなわち、加工にバラツキが生じ易い部位を過去の加工実績に基いて予め把握しておき、部品を含む領域を三次元座標の中で定義して、その領域で指定された点を自動測定し、目標加工量と実際の差を計算することにより、工具の補正量を制御する。
【００４３】
これにより、加工工具の剛性や使用時間等の問題で、ＮＣ加工において加工面精度のバラツキが生じても、予めバラツキの生じ易い部位をＮＣ工作機械が自動判定して、その部位を測定し、補正量を自身で制御することができ、高い繰り返し精度のある再現性の高い曲面を加工することができる。
【００４４】
具体的には、予めバラツキの生じ易い部位（領域Ｆ）は、過去の加工実績により把握しておき、三次元座標の中で、その領域を定義しておく。ＮＣ工作機械はその領域で指定された点を自動測定し、破線で示した目標加工量Ｇ１と、実際加工量Ｇ２との差ｈ１を計算し、工具の補正量を自身で加減する設定とする。
【００４５】
これにより、理想加工点との差異が計算できるため、ＮＣプログラム処理により、工具位置補正を自動変更し、この点を再度加工する等の繰返し処理により、高精度で再現性の高い曲面を生成することができる。
【００４６】
［第４実施形態］（図７）
本実施形態の加工方法は、予め曲面定義が行いにくい面同士の繋ぎ部コ−ナＲ形状を、事前の三次元解析処理等をともなうこと無く、ＮＣ工作機械内部で幾何計算処理して加工する方法である。
【００４７】
すなわち、事前に三次元ＣＡＤ等で処理された工具パスデータは、点群データを連続させたものとなるが、加工順番を変更する必要が生じたり、工具軌跡を改善する場合には、一旦、工作機械での加工をとめ、曲面データのＣＡＤ処理を最初からやり直さなければならない。
【００４８】
これを回避するため、本実施形態では、隣接する工具バスの連続する４点（イ、ロ、ハ、二）の加工点結ぶベストフィット曲線を設定し、このベストフィット曲線を工作機械内の演算機能により計算して最深点Ｐを創出し、この最深点Ｐに工具で加工マーキング１４を施す。
【００４９】
具体的には、図７に示すように、隣接する工具バスの連続する４点の加工点のベストフィット曲線Ｌを工作機械内の演算機能により計算して最深点を検出し、この最深点に工具で加工マーキング１４を施す加工を追加する。この処理により繰り返し精度の高い加工面を実現することができ、しかもＣＡＤ等の処理に戻ることなく、工作機械のある現場で、追加加工が自在に行え、これにより三次元幾何計算の負荷を軽減し、また、事前の曲面定義を不要とし、さらにポイントを絞った加工を最小限行えば良いため、加工時間の増大を防ぐことができる。
【００５０】
また、曲面定義が困難な面同士の繋ぎ部コ−ナＲ形状を、事前の三次元解析処理の負荷を増大させずに迅速にＮＣ工作機械内部で定義することができる。
【００５１】
さらに、曲面定義が行いにくい面同士の繋ぎ部コ−ナＲ形状を、事前の三次元解析処理等を伴うこと無く、ＮＣ工作機械内部で幾何計算処理し、繰り返し精度の高い加工面を実現することができる。これにより、三次元幾何計算の負荷を軽減し、また、事前の曲面定義を不要とすることができる。
【００５２】
［第５実施形態］（図８）
本実施形態の加工方法は、機械加工時の工具によるスカラップ残存状況から、グラインダ加工の最終仕上げ曲面形状を作業者が想定し易いように、近接するスカラップの高さを広い面で一定にする機能を有するＮＣプログラム制御方法についてのものである。
【００５３】
すなわち、工作機械上で使用される面測定用のセンサにより小径コ−ナＲ部の自動測定を行い、この場合にセンサプローブを、曲率を有する面の法線方向から自動的に位置決めし、測定対象面に垂直方向からセンサをアクセスさせる制御機能を有するＮＣ工作機械として適用する。
【００５４】
図８は、本実施形態の方法を具体的に示す説明図である。図８に示すように、タッチセンサ１５を工具軸に沿うことなく三次元方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に移動させ、加工物１の曲率を有する面（曲面）１６の法線方向からアクセスして、加工物１の面位置を測定する例を示している。
【００５５】
通常のＮＣ工作機械の加工面位置測定用タッチセンサプローブは、工具軸方向およびそれに直角な方向に動作させて、面に自動的に接触させ、その座標位置を測定する。この場合、測定面が工具軸方向や直角方向に対して傾斜している場合、工具が接触する時点で接触点の引きずり事象が生じ、測定に誤差が生じる。
【００５６】
これを回避するため、本実施形態ではタッチセンサ１５を斜め方向に動かし、接触面の位置を測定できる機能を有する。さらに、この機能を有するタッチセンサ１５で測定が可能となることにより、狭隘部へのセンサのアクセス方向を制御することができ、干渉等で十分なセンサ移動距離がとれない場合等でも、精度良く測定できるよう改善することができる。
【００５７】
［第６実施形態］（図９）
本実施形態の加工方法は、機械加工時のスカラップ残存状況から、グラインダ加工の最終仕上げ曲面形状を作業者が想定し易いように、近接するスカラップの高さを広い面で一定にする機能を実現する例である。
【００５８】
図９は、機械加工時のスカラップ残存状況およびその処理方法を示す説明図である。
【００５９】
この図９に示すように、本実施形態では、加工物１の隣り合う加工点の座標情報からスカラップ高さの差ｈ２を計算し、このスカラップ高さの差ｈ２が予め設けた制限値（例えば０．３ｍｍ等）を超える場合には、その制限値になる最深点を計算し、工具で加工マークを付ける。これにより、グラインダ加工作業者は、スカラップの差異がどの程度あるかを目視によって認識することができ、仕上げ量の目標値を算段し易くなる。
【００６０】
本実施形態の加工方法は、グラインダ１７等の工具による手作業での最終仕上げ加工を効率的に行うため、一旦、グラインダ１７による粗加工を行った段階で、ＮＣ工作機械に再装荷し、所定の厚さ以上の余肉が広い範囲で残っている部位を、マーキングして知らせる機能を有するものである。
【００６１】
この方法を適用して、機械加工により生じた余肉１８をＮＣ工作機械により自動測定し、この測定結果に基いてスカラップマークの表示必要箇所数を設定するとともに、これらのスカラップマークに基いて、手作業によるグラインダ加工の目標値の判別容易性の自動判定を行い、この判定に基いてマーキングを実施する。
【００６２】
この方法を実施することにより、加工物の所定の曲面に、ボールエンドミルで、部分的にマーキング加工がなされ、手仕上げではなく、ＮＣ機械加工により、ある程度の仕上げ加工までを行い、グラインダ加工の手間を省くことができる。
【００６３】
本実施形態によれば、グラインダ１７等による手作業での最終仕上げ加工を効率的に行うため、一旦、グラインダ１７等による粗加工を行った段階で、ＮＣ工作機械に再荷し、所定の厚さ以上の余肉が広い範囲で残っている部位を、マーキングして知らせる機能を有するものとなり、グラインダ１７等による手作業での仕上げ加工を最小限にすることができる。
【００６４】
［第７実施形態］（図１０、図１１）
本実施形態では、機械加工により生じた余肉を、高い精度でＮＣ工作機械で自動測定し、どの部分にスカラップマーク除去深さのマーキングを行えば、最小限の加工箇所数で済むかを自動判定する方法について説明する。
【００６５】
図１０は加工物１の全体構成を示す斜視図であり、図１１はマーキング部位を示す拡大図である。
【００６６】
図１０に示すように、加工物１のスクリュー羽根３には余肉を除去する加工個所を示すマーキングとして、最深点加工マーク１９を施す。
【００６７】
そして、図１１に示すように、工具直径（例えばφ２０ｍｍ）とスカラップ残存量の数値情報から、余肉が多い部分Ｇに対しては、最深点加工マーク１９を細かいピッチで加工し、余肉が少ない部分Ｈに対しては、最深点加工マーク１９を荒いピッチで加工する。
【００６８】
これらの加工については、ＮＣ工作機械の内部演算機能を使用して、加工する曲面の曲率と適用工具の直径値から、スカラップの残り量を計算し、所定の三次元座標内において、大きなスカラップが連続して残る部分は、例えば５ｍｍおきというようなピッチを計算して、加工点を決める。小さなスカラップが、離れて残る部位はマーキングのピッチは長くて良い。
【００６９】
本実施形態によれば、機械加工により生じた余肉を、高い精度でＮＣ工作機械で自動測定し、どの部分にスカラップマークを表示すればグラインダ加工がし易くなるかを自動判定して、ＮＣ加工を続行する機能を実現することができる。
【００７０】
［第８実施形態］（図１２）
本実施形態の加工方法は、既に加工済みで性能試験までに供した部品の形状データを、予めＮＣ工作機械に記憶させておき、工程能力分析と統計検定を行う機能を付加させて、性能に大きく影響する部位と、その曲面形状精度許容範囲を統計計算する機能を有する工作機械を提供する例である。
【００７１】
図１２に示すように、ＮＣ装置２０の内部でこの演算を行うが、この方式の特徴は、その演算結果をそのまま、加工データに変換して、即座にスクリュー羽根３の当該面の加工にフィードバックして加工を続行することができるようにする点にある。
【００７２】
すなわち、性能に大きく影響する部分の幾何学的形状を、ＮＣ工作機械が自動分析できるようにするため、複数台の加工対象部品のグラインダ加工後の形状をＮＣ工作機械で測定し、その測定データを内部に区分して蓄積保管し、性能試験で把握された定格回転運転点での流量性能の指数を後日入力する。
【００７３】
この入力により、工程能力分析と統計検定を行い、性能に影響する形状部分を設計者に知らせる機能を有するＮＣ工作機械としての機能を得る。
【００７４】
本実施形態によれば、性能に大きく影響する部分の幾何学的形状をＮＣ工作機械によって自動分析し、高い精度の必要な部位を判定して、設計者に知らせる機能を発揮することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１ 加工物
２ 円筒
３ スクリュー羽根
３ａ，３ｂ 連結部
４ ボス
５ コーナＲ面
６ タッチセンサ
７ 加工工具
８（８ａ，８ｂ） スカラップ
９（９ａ，９ｂ） 最深の加工目標点
１０ 工具軌跡
１１ 曲率が最も大きいポイント
１２（１２ａ，１２ｂ） 線
１３，１４ マーキング
１５ タッチセンサ
１６ 曲面
１７ グラインダ
１８ 余肉
１９ 最深点加工マーク
２０ ＮＣ装置
Ｆ 領域
Ｌ ベストフィット曲線
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属製曲面羽根等の曲面形状を有する部品に対し、高精度で効率良く機械加工を施すことができる曲面形状部品の加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属製曲面羽根等の曲面形状部品、特に数百ｋｇの金属部品等を加工する機械加工においては、工具の同時制御軸数が５軸以上を有するマシニングセンターを適用し、φ２０ｍｍ〜３０ｍｍ程度のボールエンドミル等を用いてＮＣ加工を行うことが一般的である。
【０００３】
また、精度の高い滑らかな曲面を得るためには、工具の加工ピッチを細かくする必要があり、機械加工のみでは多大な加工時間を要する。このため、スカラップ（小径ボールエンドミル工具の加工ピッチ間に僅かに残る段差）を残し、これらをグラインダ加工による手仕上げ等の方法を組合せて、緩やかな曲面に仕上げる方法が採られる。
【０００４】
比較的曲率が大きい曲面を加工する場合には、ＮＣ加工による残存スカラップをグラインダ加工で除去し、滑らかに仕上げる加工が容易である。ボールエンドミルの最も先端部で加工された加工軌跡（最も深い加工目）同士を滑らかに繋ぐようにスカラップ除去を行えば良いため、グラインダ加工の深さの目標位置や隣接するスカラップの一様な除去も目視で判別し易い。
【０００５】
スクリューのような多数の湾曲した曲面が合成された幾何学形状を有する部品を、上記の方法で一体削り出しする方法で加工する場合、羽根の中央部近傍は曲率が比較的大きいため、前述のようにＮＣ機械加工とグラインダ加工の組合せにより、比較的容易に精度の高い滑らかな曲面を加工できる。
【０００６】
しかし、中央ボスと羽根面などの接続部には、Ｒ５ｍｍ程度の曲率が小さい凹形状のコ−ナＲ面が形成してあり、例えばφ２０ｍｍ程度のボールエンドミルでの加工をすることは困難である。
【０００７】
また、コ−ナＲよりも小さい半径を有する加工の場合、例えばφ５ｍｍ程度のボールエンドミルを使用すれば加工容易となるが、その場合には加工ピッチを細かくする必要があり、また、工具の送り速度も遅くする必要があり、そのため機械加工時間が増大する。
【０００８】
一方、羽根の前縁部や後端部の曲面、および羽根の前縁部や後端部（エッジ）にＲ２ｍｍ程度の小径凸曲面がある場合、この部位は、φ２０ｍｍ程度のボールエンドミルでも凸曲面であるため加工は可能であるが、スカラップの残存形状が極端に尖ったナイフエッジ状になり、グラインダ加工でこれを除去する場合には、一様な曲面に仕上げることが難しい。この場合においても、小径のボールエンドミルを使用すればスカラップの高さは小さくすることができるが、前記同様に加工時間が極めて長くなる。
【０００９】
また、曲面同士を繋ぐ小径コ−ナＲ面では、関数による曲面定義が困難である場合が多く、緩やかに面同士を繋ぐための点座標の集合群を定義して、工具加工パスを設定する手法がとられるが、幾何計算ピッチを細かくすることが必要である。この場合、工具の変更や軌跡変更を行うためには、その都度毎に面の定義をやり直し、また点群に変換する必要があり、煩雑な処理を繰り返さなければならない。
【００１０】
スクリューなどの羽根を複数個製造するうえで、性能のバラツキを安定させるためには、前述の羽根端部（エッジ部）や面の繋ぎ部を安定した精度で、高い再現性をもって加工することが重要であることが一般的に知られている。よって、機械加工終了直後の各部の曲面形状が、スカラップを残した状態で、その後のグラインダ加工等による仕上げ加工を如何に容易化できるかという点が、製造における効率の向上と、性能（品質）の安定度の実現に対して重要な観点となる。
【００１１】
なお、曲面を精度良くグラインダ仕上げするためには、熟練した技能が必要であることが知られている。この理由は、スカラップのある状態でグラインダによる滑らかな仕上げを行う際に、機械加工目の状態を目視により観察して、どの部分をどれだけ削れば、最小限の加工で、曲率の異なる面同士を滑らかに繋ぐことができるかを想定する必要があるためである。一部を僅かでも削り過ぎると、曲面同士の繋ぎ部を成型するためにその近傍を広い範囲で仕上げる必要が生じ、作業時間の増大を招き、また形状の再現性が保てなくなる等の事象が発生する。特に曲率が小さくスカラップの目が粗い場合には、形状の整形精度に対して、技能が大きく影響する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平７−２９９８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたものであり、スクリューなどの曲面羽根形状を有する部品のＮＣ機械加工を効率良く行うことができるとともに、グラインダ加工等の仕上げ方法を改善することができ、これらの方法を適切に組合せることにより、高い精度と合理的な加工方法を提供する。
【００１４】
また、熟練者でなくとも高い精度で短時間で大小の曲率の面を加工することができ、加工機械の機能性向上も図れる加工方法を提供する。そのために、工作機械で使用される面測定用のセンサの機能を改良して活用し、また、グラインダ仕上げのスカラップ除去目標形状を加工物に解りやすく形成する簡易な加工方法を実現する。
【００１５】
さらに、回転数のバラツキの少ない性能の良い製品の曲面形状を予め測定しておき、これを新たに加工する製品の機械加工形状とグラインダ成型作業に効率良く転写・反映できる方法、すなわち余肉除去の簡便な方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明では、前記の目的を達成するため、曲面羽根形状を有する部品の機械加工時に前記部品を位置決めして加工する方法であって、前記部品の互いに隣接するスカラップ間に予め最深の加工目標点の切削加工を施し、この切削施工により生じた互いに隣接する工具軌跡の加工座標点同士を結んだ線を基に、前記部品の曲率が最も大きいポイントを予め算出し、このポイントの最深点にエンドミルを位置決めする加工点を設定し、この加工点の位置にエンドミルを位置決めして加工することを特徴とする曲面形状部品の加工方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、スクリューなどの曲面羽根形状を有する部品のＮＣ機械加工において、曲率の比較的小さいコ−ナＲ面等を、グラインダ加工がし易い形状とし、スカラップ残存状態にすることができる。また、機械加工時間を大幅に増大させることなく、かつグラインダ加工を非熟練者でも容易に行うことができ、高精度で繰返し再現性の高い曲面を加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態の方法で加工される加工物の全体構成を示す斜視図。
【図２】図１に示した加工物の羽根部を拡大して示す斜視図。
【図３】図２に示した羽根面を拡大して示す斜視図。
【図４】図３に示した羽根の工具軌跡を示す拡大図。
【図５】本発明の第２実施形態の方法で加工される加工物を示す拡大図。
【図６】本発明の第３実施形態の方法で加工される加工物を示す拡大図。
【図７】本発明の第４実施形態の方法で加工される加工物を示す拡大図。
【図８】本発明の第５実施形態の方法で加工される加工物を示す拡大図。
【図９】本発明の第６実施形態の方法で加工される加工物を示す拡大図。
【図１０】本発明の第７実施形態の方法で加工される加工物を示す全体図。
【図１１】本発明の第７実施形態の方法で加工される加工物および加工装置を示す拡大図。
【図１２】本発明の第８実施形態の方法で加工される加工物および加工装置を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る曲面形状部品の加工方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
［第１実施形態］（図１−図４）
本実施形態では、曲率を持った凹面部の加工方法の例を説明する。この例は、スクリュー等の曲面羽根形状を有する部品のＮＣ加工において、曲率の比較的小さい翼面端部やコーナＲ面等を、後工程のグラインダ加工で容易に仕上げる機械加工方法である。
【００２１】
図１は、本実施形態の方法で加工されるスクリュー形状の羽根を有する加工物の全体構成を示す斜視図である。
【００２２】
図１に示すように、この加工物１は円筒２内にスクリュー羽根３を一体に有する構成のものである。具体的には、円筒２の内周面から中心側に向って複数のスクリュー羽根３が一体に突出し、これらのスクリュー羽根３は円筒２の中心位置に設けられたボス４に一体に連設されている。なお、加工物１は中実構造の金属製ブロック状素材を機械加工により掘削し、その後グラインダ加工により残存部を研磨して仕上げ加工したものである。
【００２３】
スクリュー羽根３の幅広な中央部分は平坦形状であるが、スクリュー羽根３と円筒２との連設部３ａ、およびスクリュー羽根３とボス４との連設部３ｂ等には、曲率が小さい凹形状のコ−ナＲ面５が形成されている。すなわち、中央のボス５とスクリュー羽根３の羽根面などとの接続部には、Ｒ５ｍｍ程度の曲率が小さい凹形状のコ−ナＲ面５が形成してある。このようなコ−ナＲ面５がＲ５ｍｍ程度の曲率が小さい凹形Ｒ面である場合、φ２０ｍｍ程度のボールエンドミルでの加工をすることは困難である。
【００２４】
これに対し、本実施形態では、タッチセンサ６および図２に示す下記の穴開け用の加工工具７を使用して、凹形状のコ−ナＲ面５に加工目標点を施し、この加工目標点を基準として、ＮＣ機械加工とグラインダ加工の組合せにより、比較的容易に精度の高い滑らかな曲面を加工できるようにする。
【００２５】
図２は、図１に示した加工物１の羽根部であるスクリュー羽根３および加工工具７を示す拡大図であり、機械加工直後の状態を示している。
【００２６】
この図２に示すように、スクリュー羽根３の羽根面とボス４の外周面（ボス面）との交差する部位は、コーナＲ面５により小径のコ−ナＲ形状を呈しており、その曲率も小さい。そして加工物１の羽根面５ａおよびボス面４ａには、加工工具７である小径ボールエンドミル工具の加工ピッチ間に僅かに残る段差からなるスカラップ８が工具軌跡に沿って波目状に表面に残存している。このスカラップ８は、先端が尖ったナイフエッジ状である。本実施形態では、このエッジ部分を加工工具７によりグラインダ加工して除去し、一様な曲面に仕上げる。
【００２７】
図３および図４を参照してこの仕上げ加工を具体的に説明する。
【００２８】
図３はコーナＲ面５を拡大して示す斜視図である。この図３に示すように、本実施形態では隣接するスカラップ８（８ａ，８ｂ）の間に、円形穴状の最深の加工目標点９（９ａ，９ｂ）を切削加工しておく。このように、隣接するスカラップ８ａ，８ｂの間に最深の加工目標点９（９ａ，９ｂ）を切削加工しておけば、手仕上げグラインダ加工の目標点が目視で判別し易くなる。そして、機械加工後のグラインダ加工が行い易い形状・スカラップ残存状態になる。
【００２９】
図４は、上記の方法を詳細に説明するための拡大図である。図４に示すように、隣接する工具軌跡１０の加工座標点同士を結んだ線を定義する。この場合、任意の３点をとって、曲率が最も大きいポイント１１を予めＮＣ加工機の内部演算機能を使用して算出しておく。そして、上記の加工目標点９ａ，９ｂである最深点を、加工工具７としてのボールエンドミルを位置決めする加工点として設定する。
【００３０】
この加工目標点９ａ，９ｂである最深点の位置に正確に、加工工具７であるボールエンドミルを自動位置決めさせて切削加工することで、コ−ナＲ形状の最深点を目視で判別しやすくすることができる。
【００３１】
なお、この加工目標点９ａ，９ｂは、多数連続して加工する必要はなく、飛び飛びにいくつか加工されていれば良いため、加工時間の増大や、さらに小径のエンドミルで追加加工する必要がない。また、加工時間の増大を招くことなく、グラインダ加工の精度を向上させることができる。
【００３２】
このように、本実施形態では、部品の互いに隣接するスカラップ８間に予め最深の加工目標点９ａ，９ｂの加工を施し、この施工により生じた互いに隣接する工具軌跡の加工座標点同士を結んだ線ｌ２ａ，１２ｂを基に任意の３点を抽出し、部品の曲率が最も大きいポイントを予め加工機の内部演算機能を使用して算出し、この最深点（加工目標点９ａ，９ｂ）にボールエンドミル７を位置決めする加工点を設定し、この加工点の位置にボールエンドミル７を位置決めして加工する。
【００３３】
本実施形態によれば、スクリューなどの曲面羽根形状を有する部品のＮＣ機械加工において、曲率の比較的小さいコ−ナＲ面等を、グラインダ加工がし易い形状とし、スカラップ残存状態にすることができる。また、機械加工時間を大幅に増大させることなく、かつグラインダ加工を非熟練者でも容易に行うことができ、高精度で繰返し再現性の高い曲面を加工することができる。
【００３４】
［第２実施形態］（図５）
本発明の第２実施形態の加工方法は、第１実施形態と異なり、スカラップの量が、ある一定値（例えば０．５ｍｍ）を超える部分を予め計算しておき、その部分については、隣り合う加工点同士（３点）の座標値を使用して、最深点への小径ボールエンドミル加工を全て施しておく方法である。
【００３５】
この方法として、図示省略の小径エンドミルを曲面Ｒコ−ナ加工に適用し、後のグラインダ加工の目標点として、必要最小限の不等ピッチで、工作機械により自動的に切削マーキング１３を施す。
【００３６】
図５は、一定以上のスカラップ高さｈのある部位において、グラインダ加工深さの目標点を全て加工した例を示している。なお、図５に仮想線Ｅで示した領域は、本実施形態の処理を行う範囲を規定したものである。
【００３７】
図５に示すように、スカラップ８の量が一定値を超える部分を予め計算しておき、その部分について、隣り合う３点の加工点同士の座標値に基いて最深点への小径ボールエンドミル加工を施すものである。
【００３８】
これにより、曲面繋ぎのグラインダ加工が非熟練者でも容易に可能となり、機械加工時間の増大を抑止することが可能となる。
【００３９】
本実施形態によれば、必要最小限の不等ピッチで、自動的に加工目標点をマーキングする加工方法を提供することで、曲面繋ぎを行うグラインダ加工が、非熟練者でも容易に可能となり、機械加工時間の増大を抑止しつつ、繰り返し精度の高い曲面仕上げを実現することができる。
【００４０】
［第３実施形態］（図６）
本実施形態の加工方法は、加工工具の剛性や使用時間等の問題で、面の加工精度にバラツキが生じる場合の回避策であり、工作機械上で使用される面測定用のセンサでの小径コ−ナＲ部の測定精度を、高める制御方式を適用する。
【００４１】
図６は本実施形態方法を実施する際の説明図である。図６に示した仮想線領域Ｆは、過去の実績に基いた機械加工精度にバラツキが生じ易い領域を示している。この領域Ｆの内部にある曲面でＮＣプログラムで指定された点にマーキングを施し、工作機械が有するタッチセンサで測定する。
【００４２】
すなわち、加工にバラツキが生じ易い部位を過去の加工実績に基いて予め把握しておき、部品を含む領域を三次元座標の中で定義して、その領域で指定された点を自動測定し、目標加工量と実際の差を計算することにより、工具の補正量を制御する。
【００４３】
これにより、加工工具の剛性や使用時間等の問題で、ＮＣ加工において加工面精度のバラツキが生じても、予めバラツキの生じ易い部位をＮＣ工作機械が自動判定して、その部位を測定し、補正量を自身で制御することができ、高い繰り返し精度のある再現性の高い曲面を加工することができる。
【００４４】
具体的には、予めバラツキの生じ易い部位（領域Ｆ）は、過去の加工実績により把握しておき、三次元座標の中で、その領域を定義しておく。ＮＣ工作機械はその領域で指定された点を自動測定し、破線で示した目標加工量Ｇ１と、実際加工量Ｇ２との差ｈ１を計算し、工具の補正量を自身で加減する設定とする。
【００４５】
これにより、理想加工点との差異が計算できるため、ＮＣプログラム処理により、工具位置補正を自動変更し、この点を再度加工する等の繰返し処理により、高精度で再現性の高い曲面を生成することができる。
【００４６】
［第４実施形態］（図７）
本実施形態の加工方法は、予め曲面定義が行いにくい面同士の繋ぎ部コ−ナＲ形状を、事前の三次元解析処理等をともなうこと無く、ＮＣ工作機械内部で幾何計算処理して加工する方法である。
【００４７】
すなわち、事前に三次元ＣＡＤ等で処理された工具パスデータは、点群データを連続させたものとなるが、加工順番を変更する必要が生じたり、工具軌跡を改善する場合には、一旦、工作機械での加工をとめ、曲面データのＣＡＤ処理を最初からやり直さなければならない。
【００４８】
これを回避するため、本実施形態では、隣接する工具バスの連続する４点（イ、ロ、ハ、二）の加工点結ぶベストフィット曲線を設定し、このベストフィット曲線を工作機械内の演算機能により計算して最深点Ｐを創出し、この最深点Ｐに工具で加工マーキング１４を施す。
【００４９】
具体的には、図７に示すように、隣接する工具バスの連続する４点の加工点のベストフィット曲線Ｌを工作機械内の演算機能により計算して最深点を検出し、この最深点に工具で加工マーキング１４を施す加工を追加する。この処理により繰り返し精度の高い加工面を実現することができ、しかもＣＡＤ等の処理に戻ることなく、工作機械のある現場で、追加加工が自在に行え、これにより三次元幾何計算の負荷を軽減し、また、事前の曲面定義を不要とし、さらにポイントを絞った加工を最小限行えば良いため、加工時間の増大を防ぐことができる。
【００５０】
また、曲面定義が困難な面同士の繋ぎ部コ−ナＲ形状を、事前の三次元解析処理の負荷を増大させずに迅速にＮＣ工作機械内部で定義することができる。
【００５１】
さらに、曲面定義が行いにくい面同士の繋ぎ部コ−ナＲ形状を、事前の三次元解析処理等を伴うこと無く、ＮＣ工作機械内部で幾何計算処理し、繰り返し精度の高い加工面を実現することができる。これにより、三次元幾何計算の負荷を軽減し、また、事前の曲面定義を不要とすることができる。
【００５２】
［第５実施形態］（図８）
本実施形態の加工方法は、機械加工時の工具によるスカラップ残存状況から、グラインダ加工の最終仕上げ曲面形状を作業者が想定し易いように、近接するスカラップの高さを広い面で一定にする機能を有するＮＣプログラム制御方法についてのものである。
【００５３】
すなわち、工作機械上で使用される面測定用のセンサにより小径コ−ナＲ部の自動測定を行い、この場合にセンサプローブを、曲率を有する面の法線方向から自動的に位置決めし、測定対象面に垂直方向からセンサをアクセスさせる制御機能を有するＮＣ工作機械として適用する。
【００５４】
図８は、本実施形態の方法を具体的に示す説明図である。図８に示すように、タッチセンサ１５を工具軸に沿うことなく三次元方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に移動させ、加工物１の曲率を有する面（曲面）１６の法線方向からアクセスして、加工物１の面位置を測定する例を示している。
【００５５】
通常のＮＣ工作機械の加工面位置測定用タッチセンサプローブは、工具軸方向およびそれに直角な方向に動作させて、面に自動的に接触させ、その座標位置を測定する。この場合、測定面が工具軸方向や直角方向に対して傾斜している場合、工具が接触する時点で接触点の引きずり事象が生じ、測定に誤差が生じる。
【００５６】
これを回避するため、本実施形態ではタッチセンサ１５を斜め方向に動かし、接触面の位置を測定できる機能を有する。さらに、この機能を有するタッチセンサ１５で測定が可能となることにより、狭隘部へのセンサのアクセス方向を制御することができ、干渉等で十分なセンサ移動距離がとれない場合等でも、精度良く測定できるよう改善することができる。
【００５７】
［第６実施形態］（図９）
本実施形態の加工方法は、機械加工時のスカラップ残存状況から、グラインダ加工の最終仕上げ曲面形状を作業者が想定し易いように、近接するスカラップの高さを広い面で一定にする機能を実現する例である。
【００５８】
図９は、機械加工時のスカラップ残存状況およびその処理方法を示す説明図である。
【００５９】
この図９に示すように、本実施形態では、加工物１の隣り合う加工点の座標情報からスカラップ高さの差ｈ２を計算し、このスカラップ高さの差ｈ２が予め設けた制限値（例えば０．３ｍｍ等）を超える場合には、その制限値になる最深点を計算し、工具で加工マークを付ける。これにより、グラインダ加工作業者は、スカラップの差異がどの程度あるかを目視によって認識することができ、仕上げ量の目標値を算段し易くなる。
【００６０】
本実施形態の加工方法は、グラインダ１７等の工具による手作業での最終仕上げ加工を効率的に行うため、一旦、グラインダ１７による粗加工を行った段階で、ＮＣ工作機械に再装荷し、所定の厚さ以上の余肉が広い範囲で残っている部位を、マーキングして知らせる機能を有するものである。
【００６１】
この方法を適用して、機械加工により生じた余肉１８をＮＣ工作機械により自動測定し、この測定結果に基いてスカラップマークの表示必要箇所数を設定するとともに、これらのスカラップマークに基いて、手作業によるグラインダ加工の目標値の判別容易性の自動判定を行い、この判定に基いてマーキングを実施する。
【００６２】
この方法を実施することにより、加工物の所定の曲面に、ボールエンドミルで、部分的にマーキング加工がなされ、手仕上げではなく、ＮＣ機械加工により、ある程度の仕上げ加工までを行い、グラインダ加工の手間を省くことができる。
【００６３】
本実施形態によれば、グラインダ１７等による手作業での最終仕上げ加工を効率的に行うため、一旦、グラインダ１７等による粗加工を行った段階で、ＮＣ工作機械に再荷し、所定の厚さ以上の余肉が広い範囲で残っている部位を、マーキングして知らせる機能を有するものとなり、グラインダ１７等による手作業での仕上げ加工を最小限にすることができる。
【００６４】
［第７実施形態］（図１０、図１１）
本実施形態では、機械加工により生じた余肉を、高い精度でＮＣ工作機械で自動測定し、どの部分にスカラップマーク除去深さのマーキングを行えば、最小限の加工箇所数で済むかを自動判定する方法について説明する。
【００６５】
図１０は加工物１の全体構成を示す斜視図であり、図１１はマーキング部位を示す拡大図である。
【００６６】
図１０に示すように、加工物１のスクリュー羽根３には余肉を除去する加工個所を示すマーキングとして、最深点加工マーク１９を施す。
【００６７】
そして、図１１に示すように、工具直径（例えばφ２０ｍｍ）とスカラップ残存量の数値情報から、余肉が多い部分Ｇに対しては、最深点加工マーク１９を細かいピッチで加工し、余肉が少ない部分Ｈに対しては、最深点加工マーク１９を荒いピッチで加工する。
【００６８】
これらの加工については、ＮＣ工作機械の内部演算機能を使用して、加工する曲面の曲率と適用工具の直径値から、スカラップの残り量を計算し、所定の三次元座標内において、大きなスカラップが連続して残る部分は、例えば５ｍｍおきというようなピッチを計算して、加工点を決める。小さなスカラップが、離れて残る部位はマーキングのピッチは長くて良い。
【００６９】
本実施形態によれば、機械加工により生じた余肉を、高い精度でＮＣ工作機械で自動測定し、どの部分にスカラップマークを表示すればグラインダ加工がし易くなるかを自動判定して、ＮＣ加工を続行する機能を実現することができる。
【００７０】
［第８実施形態］（図１２）
本実施形態の加工方法は、既に加工済みで性能試験までに供した部品の形状データを、予めＮＣ工作機械に記憶させておき、工程能力分析と統計検定を行う機能を付加させて、性能に大きく影響する部位と、その曲面形状精度許容範囲を統計計算する機能を有する工作機械を提供する例である。
【００７１】
図１２に示すように、ＮＣ装置２０の内部でこの演算を行うが、この方式の特徴は、その演算結果をそのまま、加工データに変換して、即座にスクリュー羽根３の当該面の加工にフィードバックして加工を続行することができるようにする点にある。
【００７２】
すなわち、性能に大きく影響する部分の幾何学的形状を、ＮＣ工作機械が自動分析できるようにするため、複数台の加工対象部品のグラインダ加工後の形状をＮＣ工作機械で測定し、その測定データを内部に区分して蓄積保管し、性能試験で把握された定格回転運転点での流量性能の指数を後日入力する。
【００７３】
この入力により、工程能力分析と統計検定を行い、性能に影響する形状部分を設計者に知らせる機能を有するＮＣ工作機械としての機能を得る。
【００７４】
本実施形態によれば、性能に大きく影響する部分の幾何学的形状をＮＣ工作機械によって自動分析し、高い精度の必要な部位を判定して、設計者に知らせる機能を発揮することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１ 加工物
２ 円筒
３ スクリュー羽根
３ａ，３ｂ 連結部
４ ボス
５ コーナＲ面
６ タッチセンサ
７ 加工工具
８（８ａ，８ｂ） スカラップ
９（９ａ，９ｂ） 最深の加工目標点
１０ 工具軌跡
１１ 曲率が最も大きいポイント
１２（１２ａ，１２ｂ） 線
１３，１４ マーキング
１５ タッチセンサ
１６ 曲面
１７ グラインダ
１８ 余肉
１９ 最深点加工マーク
２０ ＮＣ装置
Ｆ 領域
Ｌ ベストフィット曲線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面羽根形状を有する部品の機械加工時に前記部品を位置決めして加工する方法であって、前記部品の互いに隣接するスカラップ間に予め最深の加工目標点の切削加工を施し、この切削施工により生じた互いに隣接する工具軌跡の加工座標点同士を結んだ線を基に、前記部品の曲率が最も大きいポイントを予め算出し、このポイントの最深点にエンドミルを位置決めする加工点を設定し、この加工点の位置にエンドミルを位置決めして加工することを特徴とする曲面形状部品の加工方法。
【請求項２】
請求項１記載の加工方法において、スカラップの量が一定値を超える部分を予め計算しておき、その部分について、隣り合う３点の加工点同士の座標値に基いて最深点への小径ボールエンドミル加工を施す曲面形状部品の加工方法。
【請求項３】
請求項１記載の加工方法において、加工にバラツキが生じ易い部位は、過去の加工実績に基いて予め把握しておき、前記部品を含む領域を三次元座標の中で定義してその領域で指定された点を自動測定し、目標加工量と実際の差を計算することにより、工具の補正量を制御する曲面形状部品の加工方法。
【請求項４】
請求項１記載の加工方法において、隣接する工具バスの連続する４点の加工点のベストフィット曲線を工作機械内の演算機能により計算して最深点を検出し、この最深点に工具で加工マーキングを施す曲面形状部品の加工方法。
【請求項５】
請求項１記載の加工方法において、工作機械上で使用される面測定用のセンサにより小径コ−ナＲ部の自動測定を行い、この場合にセンサプローブを、曲率を有する面の法線方向から自動的に位置決めし、測定対象面に垂直方向からセンサをアクセスさせる曲面形状部品の加工方法。
【請求項６】
請求項１記載の加工方法において、機械加工により生じた余肉をＮＣ工作機械により自動測定し、この測定結果に基いてスカラップマークの表示必要箇所数を設定するとともに、これらのスカラップマークに基いて、手作業によるグラインダ加工の目標値の判別容易性の自動判定を行い、この判定に基いてマーキングを実施する曲面形状部品の加工方法。
【請求項１】
曲面羽根形状を有する部品の機械加工時に前記部品を位置決めして加工する方法であって、前記部品の互いに隣接するスカラップ間に予め最深の加工目標点の切削加工を施し、この切削施工により生じた互いに隣接する工具軌跡の加工座標点同士を結んだ線を基に、前記部品の曲率が最も大きいポイントを予め算出し、このポイントの最深点にエンドミルを位置決めする加工点を設定し、この加工点の位置にエンドミルを位置決めして加工することを特徴とする曲面形状部品の加工方法。
【請求項２】
請求項１記載の加工方法において、スカラップの量が一定値を超える部分を予め計算しておき、その部分について、隣り合う３点の加工点同士の座標値に基いて最深点への小径ボールエンドミル加工を施す曲面形状部品の加工方法。
【請求項３】
請求項１記載の加工方法において、加工にバラツキが生じ易い部位は、過去の加工実績に基いて予め把握しておき、前記部品を含む領域を三次元座標の中で定義してその領域で指定された点を自動測定し、目標加工量と実際の差を計算することにより、工具の補正量を制御する曲面形状部品の加工方法。
【請求項４】
請求項１記載の加工方法において、隣接する工具バスの連続する４点の加工点のベストフィット曲線を工作機械内の演算機能により計算して最深点を検出し、この最深点に工具で加工マーキングを施す曲面形状部品の加工方法。
【請求項５】
請求項１記載の加工方法において、工作機械上で使用される面測定用のセンサにより小径コ−ナＲ部の自動測定を行い、この場合にセンサプローブを、曲率を有する面の法線方向から自動的に位置決めし、測定対象面に垂直方向からセンサをアクセスさせる曲面形状部品の加工方法。
【請求項６】
請求項１記載の加工方法において、機械加工により生じた余肉をＮＣ工作機械により自動測定し、この測定結果に基いてスカラップマークの表示必要箇所数を設定するとともに、これらのスカラップマークに基いて、手作業によるグラインダ加工の目標値の判別容易性の自動判定を行い、この判定に基いてマーキングを実施する曲面形状部品の加工方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１８４３０２（Ｐ２０１０−１８４３０２Ａ）
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８６８３（Ｐ２００９−２８６８３）
【出願日】平成２１年２月１０日（２００９．２．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１０日（２００９．２．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]