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MC・NC工作機械
5軸制御工作機械を利用した加工の自動化および効率化の取り組みが注目されている。5軸制御工作機械は、直進駆動3軸に回転駆動2軸を加えた工作機械であり、工具の位置・姿勢を自由に制御することができる。5軸制御工作機械と制御する数値制御(NC)装置、NCプログラムを生成するCAMソフトウエア、特殊工具等の要素技術を高度に連携させることにより、オーバハング部や自由曲面を有する複雑な形状の加工や、多工程連続加工の自動・無人化など、さまざまな高付加価値加工を実現することができる。
5軸MCで加工精度を比較
提案した補間手法を評価するために、図8に示す半径20ミリメートルの半円筒形状に対して、許容誤差を50マイクロメートル(マイクロは100万分の1)に設定して切削点を生成し、5軸制御マシニングセンター(MC)による加工実験を行った。バレル工具として、MOLDINO製の異形工具「GS4TN10-50R-TH3」を用いた。ここで各パスにおいて、切削開始点と切削点がある半円の中心を結んだ線分と、半円上の切削点と半円の中心を結んだ線分がなす角度をωとする。切削点に対応する法線ベクトルと工具軸ベクトルのなす角度が、82度から78度まで変化するように工具経路を生成した。
工具先端点制御機能を用いた場合と、切削点を参照して工具経路を補間した場合について加工精度を比較した。経路誤差の許容値は1マイクロメートルとした。角度ωについて、半円の中心と測定した座標値の距離より、目標形状との距離Dを算出した。一部におけるDの変化の様子を図9に示す。どちらも、Dは切削点付近でゼロに近づき、切削点間で谷となるように周期的に変化していることが分かる。また、工具先端点制御機能を用いた場合については、Dが許容値を超えていることから、指令点を参照して工具経路を補間しても、加工精度は保障されないことがわかる。一方、切削点を参照して工具経路を補間した場合については、Dが許容値を満たしていることから、目的の加工精度を維持していることがわかる。
工具メーカーとソフトベンダーの連携に期待
本稿では、特殊工具を用いた5軸制御加工のための工具経路生成に関する研究内容について紹介した。複雑な形状を高精度かつ効率的に切削する5軸制御加工技術の確立は、高付加価値製品の創出を求められている現在の日本の製造業に寄与するところ多大である。斬新な切削加工を現実化するために開発された特殊工具の効果を存分に発揮するには、開発者が意図する工具の動きを正確に実現するNCプログラムが必要となる。そのためには工具経路を生成するCAMソフトの基盤となる情報処理技術の開発が不可欠である。今後、工具メーカーとソフトベンダーの連携がさらに重要になると思われる。