加工装置

本発明は、エンドミルを用いて被削材を加工する加工装置に関する。

加工装置で用いられるエンドミルは、使用に伴って刃部が摩耗し、切れ味や面粗度が悪くなるため、刃部を適宜研磨し、使用される。

特許文献１には、研磨が必要な場合に研削装置より工具を外し、作業者が工具を研磨する技術が開示されている。

エンドミルを加工装置の主軸より外して刃部を研磨する場合には、研磨後のエンドミルを主軸に取り付けた後、エンドミルと主軸との軸芯を一致させる軸芯出しの工程が必要になる。 特に、エンドミルを用いて被削材を加工する加工装置の場合、極めて高い加工精度が要求されるようになってきているため、研磨後にエンドミルを主軸に取り付けて軸芯出しをする工程に多大な時間を要し、生産性に影響を与えている。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、加工精度を高め、かつ、生産性を向上させることができる加工装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る加工装置は、ベットと、前記ベット上に配置され、被削材を保持して移動させる保持移動部と、前記保持移動部により保持された被削材を切削加工するエンドミルを保持し、前記エンドミルを回転させる機構を有する主軸と、前記ベット上に配置され、前記主軸により保持されたエンドミルの刃部の摩耗量を測定する測定部と、前記ベット上に配置され、前記主軸により保持されたエンドミルの刃部を研磨する研磨部と、前記エンドミルを保持した主軸を前記測定部及び前記研磨部へ移動させる主軸移動部と、前記測定部により測定されたエンドミルの刃部の摩耗量に応じて、前記研磨部により研磨される前記エンドミルの刃部の研磨代を制御する制御部とを具備する。

本発明の一形態に係る加工装置では、エンドミルの刃部の研磨を主軸に保持したまま行うことができるので、研磨後にエンドミルを主軸に取り付けて軸芯出しをする工程が不要となる。 加えて、エンドミルの刃部の摩耗量の測定及び研磨を、人手を介することなく行うことができるので、加工工程の途中でエンドミルの刃部の研磨工程を挟んでも加工装置の連続運転が可能である。 従って、本発明の一形態に係る加工装置によれば、加工精度を高め、かつ、生産性を向上させることができる。

本発明の一形態に係る加工装置では、上記制御部が、上記研磨部より研磨された上記エンドミルの刃部の研磨代に応じて、上記被削材を切削加工するように制御してもよい。

研磨後のエンドミルの刃部の径は研磨前とは異なることになるが、本発明の一形態に係る加工装置では、研磨されたエンドミルの刃部の研磨代に応じて、被削材を切削加工するように制御しているので、研磨後においても加工精度を維持できる。

本発明の一形態に係る加工装置では、前記研磨部は、当該研磨部の研磨面が、前記主軸によって保持されたエンドミルの外周の接線に対して任意の角度をもって、前記エンドミルの刃部に当接するように構成してもよい。
本発明の一形態に係る加工装置では、少ない研磨代で研磨後のエンドミルの刃部にいわゆる新刃を形成できるので、エンドミルの寿命を延ばすことができる。

本発明の一形態に係る加工装置では、前記研磨部は、当該研磨部の研磨面が、前記主軸によって保持されたエンドミルの外周の接線に対して平行になるように、前記エンドミルの刃部に当接するように構成してもよい。
本発明の一形態に係る加工装置では、刃物の加工部はすべて工具を回転させながら研削を行うことができ、工具の研削量はエンドミルの切り込み量の合計数値を利用し、工具の径は計算で算出でき、工具の測定は初めに1回のみでよく、さらに逃げの1番角は０°で加工できる。

本発明によれば、加工精度を高め、かつ、生産性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る加工装置の構成概略図である。

同実施形態に係る刃部の拡大図である。

同実施形態に係る刃部の拡大図である。

同実施形態に係る刃部の拡大図である。

同実施形態に係る加工装置を上面側から見た模式図である。

同実施形態に係る刃部の研磨方法を示す図である。

同実施形態の加工装置の動作を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

［加工装置の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る加工装置の構成概略図である。 図中、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、互いに直行する３軸である。

図１に示すように、加工装置１０は、ベット１、保持移動部２、主軸移動部３、主軸２０、測定部３０、研磨部４０及び制御部５０を有する。

ベット１上には、保持移動部２、主軸移動部３、主軸２０、測定部３０及び研磨部４０などが配置されている。

保持移動部２は、例えばＸ−Ｙテーブルにより構成され、被削材を上面に保持し、被削材をＸ及びＹ方向に移動させる。 保持移動部２は、Ｘ及びＹ方向に加えて、Ｚ方向に保持した被削材を移動させるものであってもよい。

主軸移動部３は、主軸２０を保持し、主軸２０をＸ方向及びＺ方向に移動させるもので、コラム４、Ｘ方向誘導部材５及び可動スライダ６から構成される。 コラム４は、ベット１上に２つ配置され、これら２つのコラム４間でＸ方向誘導部材５を保持する。 Ｘ方向誘導部材５は、可動スライダ６をＸ方向に移動可能に保持する。

可動スライダ６は、主軸２０を保持しつつ、Ｘ方向誘導部材５上をＸ方向に移動し、主軸２０をＺ方向に移動させる。 可動スライダ６が主軸２０を保持しつつ、Ｘ方向誘導部材５上をＸ方向に移動させることにより、主軸２０を保持移動部２と測定部３０及び研磨部４０との間で移動させることができる。

主軸２０は、スピンドル２１及び工具ホルダー２２を有する。

スピンドル２１は、可動スライダ６に保持され、その下端で工具ホルダー２２を保持する。 工具ホルダー２２は、エンドミル２３を保持する。 スピンドル２１は、エンドミル２３を保持する工具ホルダー２２を回転させる。

測定部３０は、例えばレーザー光を使った非接触式の外径測定器により構成され、例えば凹部３１間に照射されたレーザー光Ｌによりエンドミル２３の刃部２４の摩耗状態が測定する。 測定部としては、接触式の測定器を用いても構わない。

研磨部４０は、エンドミル２３の刃部２４を研磨するもので、円筒状の砥石４１を回転するように構成される。 円筒状の砥石４１は、例えばＸ方向に平行な軸を回転軸としてＹ方向に回転可能に構成される。 砥石４１の材質は、例えば一般鋼材、鋳鋼、ステンレス鋼及び炭素鋼等の金属からなるものであってもよく、耐火物及び石材等の非金属からなるものであってもよい。

制御部５０は、例えばＰＣ（Personal Computer）により構成され、加工装置１０全体の動作を統括的に制御する。

次に、エンドミル２３の刃部２４の研磨について説明する。

図２乃至図４は、本実施形態に係る刃部２４の拡大図である。 図２は刃部２４を一方向から見た図、図３は刃部２４を別方向から見た図であり、図４は刃部２４の刃先を拡大した図である。 図５は、加工装置１０を上面側から見た模式図であり、図６は、本実施形態に係る刃部２４の研磨方法を示す図である。

刃部２４は、図２乃至図４に示すように、すくい面２５（図２の左上がり斜線部）、外周刃２６（図２の右上がり斜線部）、逃げ面２７及び逃げ角θ _１ （外周第１逃げ角）を備える。 刃部２４は、逃げ面２７を有することにより、図示しない被削材との摩擦が最小となるので、刃先を被削材内に自由に送り込むことができる。 したがって、被削材を効率的に切削することが可能となる。 また、ユーザは、すくい面２５又は外周刃２６を研磨することにより、被削材を切削することによって摩耗した刃部２４の切削力を取り戻すことができる。

本実施形態に係る研磨部４０は、図５に示すように、その長手方向がＸ方向又はＹ方向と平行に取り付けられる。 そして、研磨部４０の研磨面が主軸２０によって保持されたエンドミル２３の外周の接線に対して任意の角度θ _２をもって、エンドミル２３の刃部２４に当接するように制御される。 例えば、研磨部４０における砥石４１の砥面が、刃部２４の逃げ面２７と平行となるように、保持移動部２上に配置される。 これにより、研磨部４０は、エンドミル２３が有する逃げ角θ _１の角度に合せて主軸２１の角度を制御し研磨を行う。 つまり、本実施形態に係る刃部２４の研磨は、図６に示すように、砥石４１が逃げ面２７に沿って刃部２４を研磨することとなる。 逃げ面２７は、図２乃至図４に示すように、すくい面２５及び外周刃２６より面積が小さい。 よって、すくい面２５又は外周刃２６を研磨するよりも、摩耗した刃部２４の研磨代をきわめて少量に抑えつつ、エンドミル２３の刃部２４に新刃を形成することができる。 したがって、工具寿命を延長させることが可能となる。

本実施形態に係るエンドミル２３の刃部２４の形状は、図２及び図３の構成に限定されるものではない。 例えば、スケアエンドミルやラジアスエンドミル、ボールエンドミル等であってもよい。
エンドミル２３の刃部２４の刃数は、図３に示すように、４枚刃に限定されるものではない。 例えば、２枚刃、３枚刃及び６枚刃等であってもよい。 エンドミル２３の刃部２４の刃数は被削材の硬度や切削量等に応じて選択すればよい。

次に、本実施形態に係る加工装置１０の動作を図７に示すフローチャートに基づき説明する。

ＮＣ動作（図７、Ｓｔ２０稼動中の所定のタイミングで、被削材を切削したことにより摩耗した刃部２４の摩耗量が、測定部３０により測定される（図７、Ｓｔ１１）。測定部３０では、摩耗した刃部２４の特徴を分析し、摩耗量を測定するのに最適な測定点が抽出される。そして、測定点毎に測定値が設定される。次いで、刃部２４を備えるエンドミル２３が、初期位置（原点位置）に復帰する。

測定部３０により、摩耗量を測定することで得られた測定値は、制御部５０に供給される（図７、Ｓｔ１２）。 制御部５０は、格納された研磨プログラムに基づき、供給された測定値から研磨代を算出する（図７、Ｓｔ１３）。 ここで、算出される研磨代は、エンドミル２３の摩耗量に応じて、研磨部４０により研磨される研磨代となる。

次に、制御部５０は、算出した研磨代を研磨するための研磨指令を主軸２０及び研磨部４０に供給する（図７、Ｓｔ１４）。 主軸２０は、供給された研磨指令に基づいて自動的に稼働し、研磨部４０へ移動する。 この際、制御部５０は、エンドミル２３の研磨面が逃げ面２７となるように主軸２０を制御する。 研磨部４０は、制御部５０により砥石４１の回転数が制御される。

ここで、主軸２０に保持されたエンドミル２３の刃部２４が、研磨部４０により自動的に研磨される（図７、Ｓｔ１５）。 この際、研磨代は、エンドミル２３の刃部２４の摩耗量に応じて、制御部５０により制御された研磨代となる。

刃部２４の研磨後は、主軸２０が再び自動的に稼働し、測定部３０へ移動する。 ここで、研磨後の刃部２４の径が測定部３０により自動的に測定される（図７、Ｓｔ１６）。

測定部３０により、刃部２４の径を測定することで得られた測定値は、制御部５０に供給される（図７、Ｓｔ１７）。 制御部５０は、格納された自動補正プログラム基づき、供給された測定値から主軸２０のＮＣ（Numerical Control）動作を補正するための補正値を算出する（図７、Ｓｔ１８）。 ここで、算出される補正値とは、エンドミル２３の刃部２４の研磨代に応じて、算出されるものとなる。

次に、制御部５０は、算出された補正値に基づいて補正されたＮＣ動作指令を主軸２０に供給する（図７、Ｓｔ１９）。 主軸２０は、供給されたＮＣ動作指令に基づいて稼働するものとなる（図７、Ｓｔ２０）。 そして、ＮＣ動作により、摩耗した刃部２４は、測定部３０により再び摩耗量が測定される。

このように本実施形態に係る加工装置１０では、エンドミル２３の刃部２４の研磨を主軸２０に保持したまま行うことができるので、研磨後にエンドミル２３を主軸２０に取り付けて軸芯出しをする工程が不要となる。 加えて、エンドミル２３の刃部２４の摩耗量の測定及び研磨を、人手を介することなく行うことができるので、加工工程の途中でエンドミル２３の刃部２４の研磨工程を挟んでも加工装置の連続運転が可能である。 従って、本実施形態に係る加工装置１０によれば、加工精度を高め、かつ、生産性を向上させることができる。

また、上述に係る加工装置１０によれば、エンドミル２３の刃部２４の研磨後のＮＣ動作は、研磨後のエンドミル２３の刃部２４の径に応じて補正された動作となる。 つまり、研磨後のＮＣ動作は、研磨前のＮＣ動作と加工精度が異なるものとならないように補正されている。 したがって、エンドミル２３の刃部２４における研磨前の加工精度を研磨後においても維持することができる。

本実施形態に係る加工装置１０では、エンドミル２３は被削材の加工中に摩耗していくが、摩耗が進行しないうちに再研磨することで、いつでも切れ味を保持することができ、研磨量が少なく高精度に仕上げることができる。 通常は、摩耗が大きくなるところまで使用してしまうため、再研磨が数回程度である。 しかしながら、本発明の加工装置１０によれば、数百回程度の再研磨が可能となり、エンドミル２３がきわめて長寿命となる。

ここで、本実施形態に係る加工装置１０では、研磨部４０は、当該研磨部４０の研磨面が、主軸２０によって保持されたエンドミル２３の外周の接線に対して任意の角度をもって、エンドミル２３の刃部２４に当接するように構成していたが、その場合には以下に示すプロセスとなる。 なお、ここでは、工具の対象をフラットエンドミル、ラジアスエンドミル、ボールエンドミル、加工部位をエンドミルの側面、R面、底面とする。

すなわち、測定部３０において、まず工具（エンドミル）の選別を行い、次にその工具を測定する。 工具選別では、フラットエンドミル、ラジアスエンドミル、ボールエンドミル、刃の枚数、刃のねじれ角、Rの測定を行うことで、工具を選別する。 工具測定では、フラットエンドミルの場合には工具径及び工具長を、ラジアスエンドミルの場合にも工具径及び工具長を、ボールエンドミルの場合にも工具径及び工具長を、それぞれ計測する。

次に、制御部５０がこの計測値より工具研磨プログラムに変数を代入し、NCデータを固定サイクルで出力する。 例えば、工具径（位置変数）、工具研磨刃先位置（位置変数）、工具研磨（位置変数）、ねじれ角（回転角変数）を固定サイクルプログラムに自動代入する。
次に、工具の研磨プログラムを動作させる。 例えば、研磨プログラムでは、工具径研磨（刃の枚数分研磨）、工具コーナーR研磨や底面研磨（ラジアスエンドミルの場合）、工具R研磨（ボールエンドミルの場合）を行う。
次に、工具を測定する。 すなわち、研磨後の寸法をチェックする。 例えば、工具径研磨（刃の枚数分研磨）、工具コーナーR研磨や底面研磨（ラジアスエンドミルの場合）、工具R研磨（ボールエンドミルの場合）を行った後の寸法をチェックする。
次に、フラットエンドミルとラジアスエンドミルについては、工具径補正と加工データを出力する。 工具のオフセット、加工NCデータをもう一度出力する。

上記実施形態では、以上の工具（エンドミル）の研磨に以上のステップを踏むが、本発明はこれに限定されず、研磨部４０の研磨面が、主軸２０によって保持されたエンドミル２３の外周の接線に対して平行となるように、エンドミル２３の刃部２４に当接させて研磨をするように構成してもよく、その場合には、以下のプロセスの如く簡便化することが可能である。 ここでは、工具の対象をフラットエンドミル、ラジアスエンドミル、ボールエンドミル、逃げ角を０°、加工部位をエンドミルの側面、R面、底面とする。

すなわち、測定部３０において、まず工具（エンドミル）の選別を行い、次にその工具を測定する。 工具選別では、フラットエンドミル、ラジアスエンドミル、ボールエンドミルの測定を行うことで工具の選別を行う。 すなわち、刃の枚数、刃のねじれ角、Rの測定は不要である。 工具測定では、フラットエンドミルの場合には工具径及び工具長を、ラジアスエンドミルの場合にも工具径及び工具長を、ボールエンドミルの場合にも工具径及び工具長を、それぞれ計測する。

次に、制御部５０がこの計測値より工具研磨プログラムに変数を代入し、NCデータを固定サイクルで出力する。 ここで、工具径（位置変数）、工具研磨刃先位置（位置変数）、工具研磨（位置変数）を固定サイクルプログラムに自動代入すればよく、ねじれ角（回転角変数）は不要である。
次に、工具の研磨プログラムを動作させる。 例えば、研磨プログラムでは、工具径研磨（刃の枚数分研磨）、工具コーナーR研磨や底面研磨（ラジアスエンドミルの場合）、工具R研磨（ボールエンドミルの場合）を行うが、この場合にはすべて連続回転状態で外形を研磨することができる。
次に、工具径などを測定するのではなく、研磨後の追い込み量で工具径を自動算出する。 すなわち、工具径は外形研磨量を自動オフセット計算する。 工具コーナーRのZ方向研磨量を自動オフセット計算する（ラジアスエンドミルの場合）。 工具Rの Z方向研磨量を自動オフセット計算する（ボールエンドミルの場合）。
次に、フラットエンドミルとラジアスエンドミルについては、工具径補正と加工データを出力する。 工具のオフセット、加工NCデータをもう一度出力するが、計算値で行うか、粗加工の場合にはそれ自体は不要である。

以上ように、研磨部４０の研磨面が、主軸２０によって保持されたエンドミル２３の外周の接線に対して平行となるように、エンドミル２３の刃部２４に当接させて研磨をするように構成することで、刃物の加工部はすべて工具を回転させながら研削を行うことができ、工具の研削量はエンドミルの切り込み量の合計数値を利用し、工具の径は計算で算出き、工具の測定は初めに1回のみでよく、さらに逃げの1番角は０°で加工できるという効果を奏する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１・・・ベット ２・・・保持移動部 ３・・・主軸移動部１０・・・加工装置２７・・・逃げ面３０・・・測定部４０・・・研磨部５０・・・制御部