アングルフライスは、さまざまな業界で小さな傾斜面や精密部品の加工に頻繁に使用されています。特にワークの面取りやバリ取りなどの作業に威力を発揮します。
成形角度フライスカッターの用途は、三角法の原理によって説明できます。以下に、一般的な CNC システムのプログラミングの例をいくつか示します。
1. はじめに
実際の製造現場では、製品のエッジや角の面取りが必要になることがよくあります。これは通常、エンドミル層プログラミング、ボールカッター表面プログラミング、アングルフライスカッター輪郭プログラミングの 3 つの加工技術を使用して実現できます。エンドミル層プログラミングでは、工具先端が急速に摩耗する傾向があり、工具寿命の短縮につながります [1]。一方、ボールカッターの表面プログラミングは効率が悪く、エンドミルとボールカッターのどちらの方法でも手動のマクロプログラミングが必要であり、オペレーターに一定レベルのスキルが求められます。
対照的に、アングルフライス輪郭プログラミングでは、輪郭仕上げプログラム内で工具長補正値と半径補正値を調整するだけで済みます。このため、角度フライスの輪郭プログラミングが 3 つの方法の中で最も効率的になります。ただし、オペレータは工具の校正に試し切りを利用することがよくあります。工具径を想定し、Z方向ワーク試し切り法により工具長を決定します。このアプローチは 1 つの製品にのみ適用できるため、別の製品に切り替える場合は再調整が必要になります。したがって、ツールの校正プロセスとプログラミング方法の両方に改善の必要があることは明らかです。
2. 一般的に使用されるフォーミングアングルフライスの紹介
図 1 は、部品の輪郭エッジのバリ取りと面取りに一般的に使用される一体型超硬面取りツールを示しています。共通仕様は60°、90°、120°です。
図 1: 一体型超硬面取りカッター
図 2 は、一体型アングル エンド ミルを示しています。これは、部品の嵌合部分に固定角度を持つ小さな円錐面を加工するためによく使用されます。一般的に使用される工具先端角度は 30° 未満です。
図 3 は、部品のより大きな傾斜面を加工するためによく使用される、刃先交換式インサートを備えた大径アングル フライスを示しています。ツール先端角度は15°～75°でカスタマイズ可能です。
3. ツールの設定方法を決定する
上記 3 種類のツールは、ツール底面を基準点として設定します。 Z 軸は工作機械上のゼロ点として確立されます。図 4 は、Z 方向のプリセットツール設定点を示しています。
この工具設定アプローチは、機械内で一貫した工具長を維持するのに役立ち、ワークピースの試し切りに関連する変動と潜在的な人的エラーを最小限に抑えます。
4. 原理分析
切断では、ワークピースから余分な材料を除去してチップを作成し、その結果、定義された幾何学的形状、サイズ、および表面仕上げを備えたワークピースが得られます。加工プロセスの最初のステップは、図 5 に示すように、工具が意図した方法でワークピースと相互作用することを確認することです。
図5 ワークに接触する面取りカッター
図 5 は、工具がワークピースと接触できるようにするには、工具先端に特定の位置を割り当てる必要があることを示しています。この位置は、平面上の水平座標と垂直座標の両方、および接触点での工具直径と Z 軸座標によって表されます。
部品と接触する面取りツールの寸法の内訳を図 6 に示します。点 A は必要な位置を示します。線分 BC の長さは LBC と呼ばれ、線分 AB の長さは LAB と呼ばれます。ここで、LABはツールのZ軸座標を表し、LBCは接触点におけるツールの半径を表します。
実際の加工では、工具の接触半径または Z 座標を最初に事前設定できます。工具先端の角度が固定されているとすると、プリセット値の 1 つがわかれば、三角関数の原理を使用して他の値を計算できます [3]。式は次のとおりです。LBC = LAB * Tan(工具先端角度/2) および LAB = LBC / Tan(工具先端角度/2)。
たとえば、一体型超硬面取りカッターを使用する場合、工具の Z 座標が -2 であると仮定すると、3 つの異なる工具の接触半径を決定できます。60° の面取りカッターの接触半径は 2 * Tan(30°) です。 ) = 1.155 mm、90°面取りカッターの場合は 2 * Tan(45°) = 2 mm、120°面取りカッターの場合はは 2 * Tan(60°) = 3.464 mm です。
逆に、工具接触半径が 4.5 mm であると仮定すると、3 つの工具の Z 座標を計算できます。60° 面取りフライスの Z 座標は 4.5 / Tan(30°) = 7.794、90° 面取りフライスでは 4.5 / Tan(30°) = 7.794 です。フライスの場合は 4.5 / Tan(45°) = 4.5、120°面取りフライスの場合は 4.5 / Tan(60°) = 2.598。
図 7 は、部品と接触する一体型アングルエンドミルの寸法の内訳を示しています。一体型アングルエンドミルは、一体型超硬面取りカッタと異なり先端径が小さいため、工具接触半径は（LBC＋工具内径／2）で計算してください。具体的な算出方法については、以下に詳述する。
工具接触半径を計算する式には、長さ (L)、角度 (A)、幅 (B)、および工具先端角度の半分の接線と短径の半分の合計を使用することが含まれます。逆に、Z 軸座標を取得するには、工具接触半径から短径の半分を減算し、その結果を工具先端角度の半分の正接で除算する必要があります。たとえば、Z 軸座標が -2 で短径が 2 mm など、特定の寸法を備えた一体型アングルエンドミルを使用すると、さまざまな角度で面取りフライスカッターに異なる接触半径が得られます。20° カッターでは半径が得られます。 1.352mm、15° カッターは 1.263mm、10° カッターは 1.175mm です。
工具接触半径が 2.5 mm に設定されているシナリオを考慮すると、さまざまな角度の面取りフライス カッターに対応する Z 軸座標は次のように外挿できます。20° カッターの場合は 8.506、15° カッターの場合は 8.506 と計算されます。カッターの場合は 11.394、10° カッターの場合は 17.145 です。
この方法論はさまざまな図や例に一貫して適用でき、工具の実際の直径を確認する最初のステップを強調します。を決定するときは、CNC加工戦略に応じて、プリセット工具半径を優先するか Z 軸調整を優先するかの決定は、アルミニウム部品さんのデザイン。コンポーネントに段差があるシナリオでは、Z 座標を調整してワークピースとの干渉を回避することが不可欠になります。逆に、段差のない部品の場合は、より大きな工具接触半径を選択することが有利であり、優れた表面仕上げや加工効率の向上が促進されます。
工具半径の調整と Z 送り速度の増加に関する決定は、部品の設計図に示されている面取りとベベルの距離に関する特定の要件に基づいて行われます。
5. プログラミング例
工具接触点の計算原理の分析から、傾斜面の加工に成形角フライスを使用する場合、工具先端角度、工具の短半径、および Z 軸のいずれかを確立するだけで十分であることがわかります。ツール設定値またはプリセットツール半径。
次のセクションでは、FANUC #1、#2、Siemens CNC システム R1、R2、Okuma CNC システム VC1、VC2、および Heidenhain システム Q1、Q2、Q3 の変数割り当ての概要を説明します。各 CNC システムのプログラム可能なパラメータ入力方法を使用して、特定のコンポーネントをプログラムする方法を示します。 FANUC、Siemens、Okuma、および Heidenhain CNC システムのプログラム可能なパラメータの入力形式の詳細を表 1 ～ 4 に示します。
注記：Pは工具補正番号、Rは絶対指令モード(G90)の工具補正値を示します。
この記事では、シーケンス番号 2 とシーケンス番号 3 の 2 つのプログラミング方法を使用します。Z 軸座標には工具長摩耗補正アプローチが使用され、工具接触半径には工具半径ジオメトリ補正方法が適用されます。
注記：命令フォーマット中の「2」は工具番号、「1」は工具刃番号を表します。
この記事では、2 つのプログラミング方法、具体的にはシリアル番号 2 とシリアル番号 3 を採用しており、Z 軸座標と工具接触半径の補正方法は前述のものと一致しています。
ハイデンハイン CNC システムでは、工具を選択した後、工具の長さと半径を直接調整できます。 DL1 は工具長が 1mm 増加した場合、DL-1 は工具長が 1mm 減少した場合を示します。 DR を使用する原理は、前述の方法と一致しています。
デモンストレーションの目的で、すべての CNC システムは輪郭プログラミングの例として φ40mm 円を使用します。プログラミング例を以下に示します。
5.1 ファナック CNC システムのプログラミング例
#1 を Z 方向のプリセット値に設定すると、#2 = #1*tan (工具先端角度/2) + (短半径) となり、プログラムは次のようになります。
G10L11P（長さ工具補正番号）R-#1
G10L12P (ラジアス工具補正番号) R#2
G0X25Y10G43H (長さ工具補正番号) Z0G01
G41D（ラジアス工具補正番号）X20F1000
Y0
G02X20Y0 I-20
G01Y-10
G0Z50
#1 を接触半径とした場合、#2 = [接触半径 - 副半径]/tan (工具先端角度/2) となり、プログラムは次のようになります。
G10L11P（長さ工具補正番号）R-#2
G10L12P (ラジアス工具補正番号) R#1
G0X25Y10G43H (長さ工具補正番号) Z0
G01G41D (ラジアス工具補正番号) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
プログラム内で部品の傾斜面の Z 方向の長さを表記する場合、G10L11 プログラムセグメントの R は「-#1-傾斜面 Z 方向の長さ」となります。部品の傾斜面の水平方向の長さを表記する場合、G10L12プログラムセグメントのRは「+#1-傾斜面水平長さ」となります。
5.2 シーメンス CNC システムのプログラミング例
R1=Zプリセット値、R2=R1tan(工具先端角/2)+(短半径)とすると、プログラムは次のようになります。
TC_DP12[工具番号、刃先番号]=-R1
TC_DP6[工具番号、刃先番号]=R2
G0X25Y10
Z0
G01G41D(ラジアス工具補正番号)X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
R1=接触半径、R2=[R1-短半径]/tan(工具先端角/2)とすると、プログラムは次のようになります。
TC_DP12[工具番号、刃先番号]=-R2
TC_DP6[工具番号、刃先番号]=R1
G0X25Y10
Z0
G01G41D (ラジアス工具補正番号) X20F1000Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
プログラム内で、部品のベベルの長さが Z 方向にマークされている場合、TC_DP12 プログラムセグメントは「-R1-ベベル Z 方向の長さ」になります。部品ベベルの長さが水平方向にマークされている場合、TC_DP6 プログラムセグメントは「+R1-ベベル水平長さ」になります。
5.3 Okuma CNC システムプログラミング例 VC1 = Z プリセット値、VC2 = VC1tan (工具先端角度 / 2) + (短半径) の場合、プログラムは次のようになります。
VTOFH [工具補正番号] = -VC1
VTOFD[工具補正番号]=VC2
G0X25Y10
G56Z0
G01G41D (ラジアス工具補正番号) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
VC1 = 接触半径、VC2 = (VC1-副半径) / Tan (工具先端角度 / 2) とすると、プログラムは次のようになります。
VTOFH（工具補正数）＝-VC2
VTOFD（工具補正数）＝VC1
G0X25Y10
G56Z0
G01G41D (ラジアス工具補正番号) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
プログラム内で、部品のベベルの長さが Z 方向にマークされている場合、VTOFH プログラムセグメントは「-VC1-ベベル Z 方向の長さ」になります。部品ベベルの長さが水平方向にマークされている場合、VTOFD プログラムセグメントは「+VC1-ベベル水平長さ」になります。
5.4 ハイデンハイン CNC システムのプログラミング例
Q1=Z プリセット値、Q2=Q1tan(工具先端角/2)+(短半径)、Q3=Q2-工具半径とすると、プログラムは次のようになります。
TOOL「ツール番号/ツール名」 DL-Q1 DR Q3
L X25Y10 FMAX
L Z0 FMAXL X20 R
L F1000
L Y0
CC X0Y0
C X20Y0 R
L Y-10
L Z50 FMAX
Q1=接触半径、Q2=(VC1-副半径)/tan(工具先端角度/2)、Q3=Q1-工具半径とすると、プログラムは次のようになります。
TOOL「ツール番号/ツール名」 DL-Q2 DR Q3
L X25Y10 FMAX
L Z0 FMAX
L X20 RL F1000
L Y0
CC X0Y0
C X20Y0 R
L Y-10
L Z50 FMAX
プログラム上、部品のヤゲンの長さをZ方向に表記した場合、DLは「-Q1-ヤゲンのZ方向長さ」となります。部品のヤゲンの長さを水平方向に表記した場合、DRは「+Q3-ベベル水平長さ」となります。
6. 処理時間の比較
3 つの加工方法の軌跡図とパラメータの比較を表 5 に示します。輪郭プログラミングに成形角フライスを使用すると、加工時間が短縮され、表面品質が向上することがわかります。
フォーミングアングルフライスカッターを使用すると、高度な熟練オペレーターの必要性、工具寿命の短縮、加工効率の低さなど、エンドミル層プログラミングとボールカッター表面プログラミングで直面する課題に対処できます。効果的なツール設定とプログラミング技術を導入することで、生産準備時間を最小限に抑え、生産効率の向上につながります。
もっと詳しく知りたい場合は、お気軽にお問い合わせください info@anebon.com
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投稿日時: 2024 年 10 月 23 日