JP2006247810A - 加工条件設定方法及び加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速機を用いて加工を短時間で行うことができる加工条件設定方法を提供する。
【解決手段】 工具１２ａの情報から主軸１６ａの回転数を決定し（Ｓ１０６）、主軸の共振回転数を求め（Ｓ１１４）、主軸の回転数と主軸の共振回転数とが近似する場合に（Ｓ１１６：Ｙｅｓ）、主軸の回転数を変更する（Ｓ１１８）。このため、高速機を用い、主軸の共振によるベアリング焼き付き等の障害を発生させることなく、高い回転数により短時間で加工を行うことが可能になる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、主軸にホルダを介して工具を取り付け加工を行う加工装置の加工条件を設定する加工条件設定方法、及び、当該加工条件設定方法を用いた加工装置に関するものである。

金型等の切削加工では、ワーク形状に合わせて使用するツーリング（工具とホルダとの組み合わせ）が複雑に変化する。具体的に、金型加工は、３０種類程度の工具を交換しながら切削を進めるが、工具を保持するホルダは加工部位を考慮して選択される。例えば、図５（Ａ）に示すように、工具１２ａでワークＷの直立壁を備える凹部を形成する際には、円筒形状のホルダ１４ａを組み合わせ、図５（Ｂ）に示すように、ワークＷの傾斜壁を備える凹部を形成する際には、裁頭円錐形状のホルダ１４ｂを剛性に劣るが組み合わせ、円筒形状ホルダを使用した場合に比べ、工具突出し量を短く設定し、工具・ホルダ全体の剛性を高める対策を取る。また、図５（Ｃ）に示すように小径の工具１２ｃで、狭い箇所を加工する際には小径工具標準径のホルダ１４ｃを選択する。図５（Ｄ）に示すように比較的広い箇所を切削する際には、剛性の高い大径のホルダ１４ｄを組み合わせる。

ここで、加工条件（主軸回転数、切り込み量、ピックフィード量、工具送り速度）の選定は、上述したツーリング（工具とホルダとの組み合わせ）を考慮しながら、更に、使用機械、刃先形状、突き出し量（ホルダからの工具の突出長）、被加工部材の材質、荒加工、中仕上加工、仕上加工等を配慮して行う必要があり、高い熟練度が要求されている。

加工条件をコンピュータを用いて設定することが実用化されている。この自動設定について、図６を参照して説明する。
先ず、コンピュータに、工具種類、及び、当該工具に取り付けられたホルダの種類、突き出し量、被切削材、加工方法を入力する（Ｓ２０２）。ここでは、オペレータにより、３０本の工具と、それぞれの工具に取り付けられるホルダと、これぞれの工具の突き出し量とが入力されたものとする。これに応じて、コンピュータは、処理の対象となる工具を選択する（Ｓ２０４）。そして、処理対象の工具について、入力された条件から、加工条件データベースを検索して、加工条件（主軸回転数、切り込み量、ピックフィルード量、送り速度）を決定する（Ｓ２０６）。ここで、加工条件データベースは、基礎的な加工試験に基づき構築されており、この加工条件データベースを、工具種類（切れ刃数、刃先形状、材質）、ホルダ種類、被切削材等で検索することで前記加工条件を求める。そして、全工具に対してＳ２０６の処理を完了したかを判断し（Ｓ２０８）、処理を完了していない場合には（Ｓ２０８：Ｎｏ）、Ｓ２０４に戻り、次の処理対象となる工具を選択し、上記Ｓ２０６の加工条件決定の処理を行う。そして、３０本、全ての工具に対して上記処理を完了すると（Ｓ２０８：Ｙｅｓ）、処理を終了する。

引用文献１には、キー入力で加工条件を設定する加工条件決定プログラムが記載されている。引用文献２には、加工効率を向上させる切削加工方法が記載されている。引用文献３には、工具の発生する振動を抑制する切削加工方法が記載されている。
特開平７−１２８６号公報 特開平１１−３００５１７号公報 特開２０００−２６３３０８号公報

しかしながら、加工条件を設定するためには、過去の事例、工具カタログ値を調べる必要があり、長時間を要していた。また、長時間かけて行っても、操作者により加工条件の設定の仕方が異なり、安全性を重視すると加工時間が必要以上に長くなり、加工時間を重視すると加工精度が低下していた。
現在、加工機が高速化し、この高速化した加工機の性能を使い切ることは、従来の低速機での知識・経験のみでは困難になって来ている。
更に、上述した加工条件を自動設定しても、人間が設定するよりも荒い設定しかできず、やはり、加工時間が必要以上に長くなったり、加工精度が低下したりしていた。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高速機を用いて加工を短時間で行うことができる加工条件設定方法及び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、請求項１の発明は、主軸１６ａにホルダ１４ｂを介して工具１２ａを取り付けて被加工部材の加工を行う加工装置ＭＣ１の加工条件を設定する加工条件設定方法において、
被加工部材を加工するための前記工具の送り速度、ピックフィード量、切り込み量、主軸回転数の少なくとも一つからなる暫定加工条件を入力し（Ｓ１０２）、
工具、ホルダの情報を入力し、主軸の情報を保持又は入力し（Ｓ１０２）、
該入力された情報に基づき前記主軸、前記ホルダ、前記工具のうち少なくとも一つの剛性を解析し（Ｓ１０８）、
該解析された剛性に基づき前記暫定加工条件を修正する（Ｓ１１２）ことを技術的特徴とする。

請求項７の加工条件設定方法は、主軸１６ａにホルダ１４ｂを介して工具１２ａを取り付けて被加工部材の加工を行う加工装置ＭＣ１の加工条件を設定する加工条件設定方法において、
被加工部材を加工するための前記工具の送り速度、ピックフィード量、切り込み量、主軸回転数の少なくとも一つからなる暫定加工条件を入力し（Ｓ１０２）、
工具、ホルダの情報を入力し、主軸の情報を保持又は入力し（Ｓ１０２）、
該入力された情報に基づき前記主軸、前記ホルダ、前記工具のうち少なくとも一つの振動モードを解析し（Ｓ１２０）、該解析された振動モードに基づき前記暫定加工条件を修正する（Ｓ１２４）ことを技術的特徴とする。

請求項８の加工装置は、主軸１６ａにホルダ１４ｂを介して取り付けられた工具１２ａと被加工部材とを相対移動させる駆動装置ＭＣ１と、該駆動装置ＭＣ１を制御する制御装置２０を備えた加工装置において、
前記制御装置は、
前記被加工部材を加工するための前記工具の送り速度、ピックフィード量、切り込み量、主軸回転数の少なくとも一つからなる暫定加工条件を入力する加工条件入力手段（Ｓ１０２）と、
工具、ホルダの情報を入力し、主軸の情報を保持又は入力する工具系情報入力手段（Ｓ１０２）と、
該工具系情報入力手段から入力された情報に基づき前記主軸、前記ホルダ、前記工具のうち少なくとも一つの剛性を解析する解析手段（Ｓ１０８）と、
該解析手段にて解析された剛性に基づき前記暫定加工条件を修正する修正手段（Ｓ１１２）を備え、
該修正手段にて修正された加工条件に基づいて前記駆動装置を制御することを技術的特徴とする。

請求項１及び請求項８の発明は、主軸、ホルダ、工具の少なくとも１つの剛性を解析し、入力した暫定加工条件で要求される剛性よりも低い場合には、暫定加工条件を修正する。例えば、工具の剛性が暫定加工条件での工具の送り量及び送り速度において要求される剛性よりも低い場合には、工具の送り量及び送り速度の少なくとも一方を低下させる。このため、加工精度を低下させる剛性不足による工具の撓み等を回避することができる。

請求項２の発明は、主軸、ホルダ、工具の少なくとも１つの剛性を解析し、例えば、工具の剛性が暫定加工条件での工具の送り速度において要求される剛性よりも低い場合には、工具の送り量を低下させる。このため、加工精度を低下させる剛性不足による工具の撓み等を回避することができる。

請求項３及び７の発明は、主軸、ホルダ、工具の少なくとも１つの振動モードを解析し、入力した暫定加工条件での振動モードと近似する場合には、暫定加工条件を修正する。例えば、暫定加工条件での主軸の回転数と主軸の共振回転数とを比較し、主軸の回転数と共振回転数とが近似する場合に、主軸の回転数を変更する。具体的には、回転数が、共振回転数から予め求められた範囲（例えば、共振周波数の±５％）内に有る際には、主軸の回転数を下げる。このため、高速機を用い、主軸の共振によるベアリング焼き付き等の障害を発生させることなく、高い回転数によって短時間で加工を行うことが可能になる。また、ホルダ及び工具の情報から工具系の共振回転数を求め、決定した主軸の回転数と工具系の共振回転数とを比較し、主軸の回転数と工具系の共振回転数とが近似する場合に、主軸の回転数を変更する。例えば、回転数が、工具系の共振回転数から予め求められた範囲内に有る際には、主軸の回転数を下げる。このため、加工精度を低下させる工具の振動を回避することができる。

請求項４では、主軸の回転数と共振モードとが近似する場合に、主軸の回転数を変更する。具体的には、回転数が、共振モードから予め求められた範囲（例えば、工具系の固有振動数、工具系の共振回転数の±５％）内に有る際には、主軸の回転数を下げる。このため、高速機を用い、主軸の共振によるベアリング焼き付き等の障害を発生させることなく、高い回転数によって短時間で加工を行うことが可能になる。また、加工精度を低下させる工具の振動を回避することができる。

請求項５では、ホルダ及び工具の情報からツーリングの共振回転数を求め、暫定加工条件での主軸回転数とツーリングの共振回転数とを比較し、主軸の回転数とツーリングの共振回転数とが近似する場合に、主軸の回転数を変更する。例えば、回転数が、ツーリングの共振回転数から予め求められた範囲内に有る際には、主軸の回転数を下げる。このため、加工精度を低下させるツーリングの振動を回避することができる。

請求項６の発明は、主軸、ホルダ及び工具の情報から工具系の固有振動数を求め、該固有振動数から工具系の共振回転数を求め、暫定加工条件での主軸回転数と工具系の共振回転数とを比較し、主軸の回転数と工具系の共振回転数とが近似する場合に、主軸の回転数を変更する。例えば、回転数が、工具系の共振回転数から予め求められた範囲内に有る際には、主軸の回転数を下げる。このため、主軸の共振によるベアリング焼き付き等の障害を発生させることなく、高い回転数によって短時間で加工を行うことが可能になる。

[第１実施形態]
図１は、本発明の第１実施形態に係る加工条件設定方法及び加工条件設定方法を用いる加工装置の構成を示している。
コンピュータ２０は２種類の加工装置ＭＣ１、ＭＣ２の加工条件を自動的に設定しＮＣデータを作成する。コンピュータ２０には、加工条件を設定するためのデータベースを保持するハードディスク２１が接続されている。ＮＣデータは、ＣＮＣ制御装置ＣＮＣ１、ＣＮＣ２に保持され、加工装置ＭＣ１、ＭＣ２を制御する。加工装置ＭＣ１、ＭＣ２には、工具を取り付けたホルダを複数個保持する工具交換装置Ｐ１、Ｐ２が設けられている。

図２（Ａ）は、加工装置ＭＣ１の主軸１６ａを示し、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）は、加工装置ＭＣ２の主軸１６ｂを示している。ここで、加工装置ＭＣ２の主軸１６ｂは、加工装置ＭＣ１の主軸１６ａよりも太い。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す同じ工具１２ａ及びホルダ１４ｂを用いても、主軸の太い加工装置ＭＣ２の方が高い加工能率（切り込み量×ピックフィルード量×送り速度）を設定することができる。このため、第１実施形態の加工条件設定方法では、このような場合には、主軸の太い加工装置ＭＣ２の方に高い加工能率を設定することで、加工時間の短縮化を図る。

図２（Ｂ）は、加工装置ＭＣ２に中型の工具１２ａを取り付けた状態を、図２（Ｃ）は、同じ加工装置ＭＣ２に大型の工具１２ｅを取り付けた状態を示している。図２（Ｃ）に示す慣性重量の高い大型の工具１２ｅを取り付けた例では、回転数が高いと、主軸が破損する可能性がある。このため、第１実施形態の加工条件設定方法では、大型の工具１２ｅを取り付けた場合は、中型の工具１２ａを取り付けた場合よりも、主軸の回転数を下げ、切り込み量、ピックフィルード量、送り速度を上げることで、主軸の破損を防ぎながら、加工時間が長くなることを最小に留める。

引き続き、第１実施形態の加工条件設定方法の具体的処理について、図３のフローチャートを参照して説明する。
先ず、コンピュータ２０に、図６を参照して上述した従来技術の加工条件の設定方法で設定された加工条件のデータ（工具毎の送り速度、ピックフィード量、切り込み量、主軸回転数等）を「暫定加工条件のデータ」として入力すると共に、該「暫定加工条件のデータ」を作成する基となった、工具種類、及び、当該工具に取り付けられたホルダの種類、突き出し量、被切削材、使用される機械（即ち、図１中に示す加工装置ＭＣ１、加工装置ＭＣ２のいずれか）、加工方法を入力する（Ｓ１０２）。ここでは、オペレータにより、３０本の工具と、それぞれの工具に取り付けられるホルダと、これぞれの工具の突き出し量とが入力され、加工装置ＭＣ１が選択され、これに応じて、加工条件データが既に作成されているものとする。

「暫定加工条件のデータ」の入力に応じて、処理の対象となる工具を選択する（Ｓ１０６）。ここでは、図２（Ａ）中に示す工具１２ａが選択されたものとする。そして、工具、ホルダ、および主軸から構成される工具系の剛性を、ハードディスク２１中の工具・ホルダ・機械情報データベースから、工具・ホルダ・機械の形状データ、工具・ホルダ・機械の材質データを基に、前記工具系を構造解析することで求める（Ｓ１０８）。ここで、工具・ホルダ・機械情報データベースは、基礎的な加工試験に基づき構築されている。

そして、求めた工具系の剛性が、暫定加工条件（主軸回転数、切り込み量、ピックフィルード量、送り速度）で加工する際に求められる必要剛性よりも大きいかを判断する（Ｓ１１０）。ここで、工具系の剛性が、必要剛性よりも低い場合には（Ｓ１１０：Ｎｏ）、暫定加工条件を修正し、加工する際に求められる必要剛性を下げる（Ｓ１１２）。

引き続き、該工具及びホルダを取り付けた状態での主軸全体（主軸、ホルダ、工具）の振動モードを、上述した工具・ホルダ・機械情報データベースを基に構造解析することで求める（Ｓ１１４）。例えば、主軸、ホルダ、工具からなる工具系の固有振動数を求め、当該固有振動数から工具系の共振回転数を求める。そして、暫定加工条件で設定した主軸回転数が、主軸全体の振動数（又は工具系の共振回転数）の上下所定％以内、即ち、前記振動モードにおいて共振現象による振動を生じる範囲内（危険回転速度）であるかを判断する（Ｓ１１６）。主軸回転数が危険回転速度である際には（Ｓ１１６：Ｙｅｓ）、主軸回転数を共振振動の発生を避けられるまで低下させる（Ｓ１１８）。

更に、該工具及びホルダ（ツーリング）の振動モードを、上述した工具・ホルダ・機械情報データベースを基に求める（Ｓ１２０）。例えば、ホルダおよび工具からなるツーリングの固有振動数を求め、当該固有振動数からツーリングの共振回転数を求める。そして、暫定加工条件で設定した主軸回転数或いはＳ１１８で変更された主軸回転数が、工具及びホルダの振動数（又は共振回転数）の上下所定％以内、即ち、該振動モードにおいて共振現象による振動を生じる範囲内（加工びびり速度）であるかを判断する（Ｓ１２２）。主軸回転数が加工びびり速度である際には（Ｓ１２２：Ｙｅｓ）、主軸回転数を共振振動の発生を避けられるまで低下させる（Ｓ１２４）。

全工具に対してＳ１０８〜Ｓ１２４の処理を完了したかを判断し（Ｓ１２６）、処理を完了していない場合には（Ｓ１２６：Ｎｏ）、Ｓ１０６に戻り、次の処理対象となる工具を選択し、上記Ｓ１０８〜Ｓ１２４を行う。そして、３０本、全ての工具に対して上記処理を完了すると（Ｓ１２６：Ｙｅｓ）、設定した加工条件で図１に示す加工装置ＭＣ１用のＮＣデータを作成し（Ｓ１２８）、処理を終了する。作成されたＮＣデータは、加工装置ＭＣ１のＣＮＣ制御装置ＣＮＣ１に転送され、当該加工装置ＭＣ１の制御に用いられる。

第１実施形態の加工条件設定方法及び加工条件設定方法を用いる加工装置では、主軸の回転数が加工装置に共振を発生させる際には、主軸の回転数を変更するため、高速機を用いても、主軸の共振によるベアリング焼き付き等の障害を発生させることなく、高い主軸回転数によって短時間で加工を行うことが可能になる。また、加工精度を低下させる工具の振動を回避することができる。

更に、第１実施形態では、工具の剛性を解析し、決定した工具の送り量及び送り速度を工具の剛性に応じて修正するため、加工精度を低下させる剛性不足による工具の撓み等を回避することができる。このため、障害の発生を防ぐと共に加工精度の低下を避けながら、高速化した加工装置の性能を使い切り、短時間で加工を完了させることが可能となる。

また、第１実施形態では、高速で加工するための加工条件が自動決定され、加工精度を落とすことなく最短の加工時間を設定できるので、生産性を向上させることが可能となる。また、加工条件を設定するための時間を短くできるのは言うまでもない。

[第２実施形態]
図４を参照して本発明の第２実施形態に係る加工条件設定方法及び加工条件設定方法を用いる加工装置の構成を示している。
図１を参照して上述した第１実施形態では、コンピュータ２０が複数の加工装置のＮＣデータを作成した。これに対して、第２実施形態では、１台の加工装置ＭＣ１に専用のＮＣデータ作成用のコンピュータ２０が設けられている。即ち、第２実施形態では、ＣＮＣ制御装置が第１実施形態と同様に加工条件を決定する。この第２実施形態では、主軸径等の加工装置ＭＣ１固有の情報がコンピュータ２０に設定されているため、工具種類、及び、当該工具に取り付けられたホルダの種類、突き出し量、被切削材を入力することで、第１実施形態と同様に加工条件を設定してＮＣデータを作成できる。

上述した実施形態では、加工装置による金型加工を例に挙げて説明したが、本発明の加工条件設定方法及び加工条件設定方法を用いる加工装置は、様々な加工に適用可能であることは言うまでもない。

本発明の第１実施形態に係る加工条件設定方法による加工装置の構成を示す構成図である。 図２（Ａ）は、加工装置ＭＣ１の主軸１６ａを示し、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）は、加工装置ＭＣ２の主軸１６ｂを示している。 第１実施形態に係る加工条件設定方法での処理を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る加工条件設定方法による加工装置の構成を示す構成図である。 工具とホルダとの組み合わせ例を示す説明図である。 従来技術に係る加工条件設定方法での処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１２ａ、１２ｂ 工具
１４ａ、１４ｂ ホルダ
１６ａ、１６ｂ 主軸
２０ コンピュータ
２１ ハードディスク（データベース）
ＭＣ１、ＭＣ２ 加工装置

Claims (8)

1. 主軸にホルダを介して工具を取り付けて被加工部材の加工を行う加工装置の加工条件を設定する加工条件設定方法において、
   被加工部材を加工するための前記工具の送り速度、ピックフィード量、切り込み量、主軸回転数の少なくとも一つからなる暫定加工条件を入力し、
   工具、ホルダの情報を入力し、主軸の情報を保持又は入力し、
   該入力された情報に基づき前記主軸、前記ホルダ、前記工具のうち少なくとも一つの剛性を解析し、
   該解析された剛性に基づき前記暫定加工条件を修正することを特徴とする加工条件設定方法。
2. 請求項１に記載の加工条件設定方法において、
   前記解析された剛性に基づき前記暫定加工条件中の少なくとも工具送り速度を修正することを特徴とする加工条件設定方法。
3. 請求項１に記載の加工条件設定方法において、
   前記入力された情報に基づき前記主軸、前記ホルダ、前記工具のうち少なくとも一つの振動モードを解析し、該解析された振動モードに基づき前記暫定加工条件を修正することを特徴とする加工条件設定方法。
4. 請求項３に記載の加工条件設定方法において、
   前記解析された振動モードに基づき前記暫定加工条件中の少なくとも主軸回転数を修正することを特徴とする加工条件設定方法。
5. 請求項４に記載の加工条件設定方法において、
   前記振動モードの解析は前記ホルダおよび前記工具からなるツーリングの固有振動数を求めること及び前記固有振動数から前記ツーリングの共振回転数を求めることを含み、
   該共振回転数と前記主軸回転数とが近似する場合に前記主軸回転数を修正することを特徴とする加工条件設定方法。
6. 請求項４に記載の加工条件設定方法において、
   前記振動モードの解析は前記主軸、前記ホルダ、前記工具からなる工具系の固有振動数を求めること及び前記固有振動数から前記工具系の共振回転数を求めることを含み、
   該共振回転数と前記主軸回転数とが近似する場合に前記主軸回転数を修正することを特徴とする加工条件設定方法。
7. 主軸にホルダを介して工具を取り付けて被加工部材の加工を行う加工装置の加工条件を設定する加工条件設定方法において、
   被加工部材を加工するための前記工具の送り速度、ピックフィード量、切り込み量、主軸回転数の少なくとも一つからなる暫定加工条件を入力し、
   工具、ホルダの情報を入力し、主軸の情報を保持又は入力し、
   該入力された情報に基づき前記主軸、前記ホルダ、前記工具のうち少なくとも一つの振動モードを解析し、該解析された振動モードに基づき前記暫定加工条件を修正することを特徴とする加工条件設定方法。
8. 主軸にホルダを介して取り付けられた工具と被加工部材とを相対移動させる駆動装置と、該駆動装置を制御する制御装置を備えた加工装置において、
   前記制御装置は、
   前記被加工部材を加工するための前記工具の送り速度、ピックフィード量、切り込み量、主軸回転数の少なくとも一つからなる暫定加工条件を入力する加工条件入力手段と、
   工具、ホルダの情報を入力し、主軸の情報を保持又は入力する工具系情報入力手段と、 該工具系情報入力手段から入力された情報に基づき前記主軸、前記ホルダ、前記工具のうち少なくとも一つの剛性を解析する解析手段と、
   該解析手段にて解析された剛性に基づき前記暫定加工条件を修正する修正手段を備え、 該修正手段にて修正された加工条件に基づいて前記駆動装置を制御することを特徴とする加工装置。

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