JP2013208657A

JP2013208657A - 機械加工方法及び機械加工システム

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Publication number: JP2013208657A
Application number: JP2012078564A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Hasegawa; 雅信長谷川
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-10-10
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: JP5906898B2

Abstract

【課題】不必要なゼロカットを省略し、機械加工効率を向上させる。
【解決手段】加工時の振動を検出するＡＥセンサ６と、機械加工機２の加工を制御する制御装置４とを具備し除去加工工程とゼロカットを実行する機械加工方法に於いて、前記ＡＥセンサ６が除去加工時に検出する振動より低い値の閾値が設定され、前記ゼロカット実行時に前記ＡＥセンサ６からの検出信号が前記閾値より低い場合は、ゼロカットを終了する。
【選択図】図１

Description

本発明は、機械加工方法及び機械加工システムに関するものである。

フライス加工、旋盤加工、研削加工等、各種機械加工を実施した場合、工具、砥石の摩耗、或は工具、被加工物の剛性不足による撓み、逃げ等の要因で、目標仕上げ精度に仕上らない場合がある。

この為、精密仕上げする場合は、通常、予定した切込み量で機械加工した後、更に切込みを設定せず、同一の条件で再加工（ゼロカット）を所定回数行っている。

従来、ゼロカットの回数は、加工の実績等から経験的に設定されており、所定の機械加工が終了すると自動的にゼロカットに移行し、設定した回数だけゼロカットが実施されていた。

ところが、設定した回数のゼロカットを実施した場合、工具の摩耗、被切削物の形状、材質等から常に最適な仕上げ状態が得られるとは限らない。例えば、工具が新しい場合は、ゼロカットは１回でよい場合もあり、又摩耗した工具では所定回数ゼロカットを実施した場合でも、所望の精度が得られない場合もある。

特許文献１は、研削盤に関するものであり、特許文献１には、研削抵抗に対応した出力を得るものとしたＡＥセンサを有し、該ＡＥセンサの出力に基づいて研削中の研削抵抗が特定値を超えない様に研削砥石とワークｗの相対変位を制御し、更に又ＡＥセンサの出力に基づき研削砥石のドレスを行わせる時期を判断することが開示されている。

特許文献２は、研削盤に於けるスパークアウト（ゼロカット）に関するものであり、特許文献２には、スパークアウトが開始された後の時間経過に伴うワークｗの熱変形量を推測し、そのスパークアウトの開始後に前記熱変形量を考慮しつつ前記相対変位を制御する研削盤が開示されている。

特開２００８−９３７８８号公報特開２００８−９３７８９号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、不必要なゼロカットを省略し、機械加工効率を向上させるものである。

本発明は、加工時の振動を検出するＡＥセンサと、機械加工機の加工を制御する制御装置とを具備し除去加工工程とゼロカットを実行する機械加工方法に於いて、前記ＡＥセンサが除去加工時に検出する振動より低い値の閾値が設定され、前記ゼロカット実行時に前記ＡＥセンサからの検出信号が前記閾値より低い場合は、ゼロカットを終了する機械加工方法に係るものである。

又本発明は、前記ゼロカット実行時に前記ＡＥセンサからの検出信号が前記閾値より低い場合は、ゼロカット完了後、次のゼロカットを実行しない機械加工方法に係るものである。

又本発明は、機械加工機の所定位置に設けられ、加工時の振動を検出するＡＥセンサと、前記機械加工機の加工を制御する制御装置とを具備し、該制御装置は前記機械加工機に除去加工とゼロカットを実行させ、又前記制御装置は前記ＡＥセンサが除去加工時に検出する振動より低い値の閾値を有し、ゼロカット実行時に前記ＡＥセンサからの検出信号が前記閾値より低い場合は、ゼロカットを終了する機械加工システムに係るものである。

又本発明は、前記制御装置は、信号処理部を有し、該信号処理部は前記検出信号が除去加工時に検出する振動より低い値で飽和する様に信号処理し、前記制御装置はゼロカット実行時に前記信号処理部からの検出信号に振動波形が現れた場合に、ゼロカットを終了する機械加工システムに係るものである。

本発明によれば、加工時の振動を検出するＡＥセンサと、機械加工機の加工を制御する制御装置とを具備し除去加工工程とゼロカットを実行する機械加工方法に於いて、前記ＡＥセンサが除去加工時に検出する振動より低い値の閾値が設定され、前記ゼロカット実行時に前記ＡＥセンサからの検出信号が前記閾値より低い場合は、ゼロカットを終了するので、不必要なゼロカットを省略し、機械加工効率を向上させる。

又本発明によれば、機械加工機の所定位置に設けられ、加工時の振動を検出するＡＥセンサと、前記機械加工機の加工を制御する制御装置とを具備し、該制御装置は前記機械加工機に除去加工とゼロカットを実行させ、又前記制御装置は前記ＡＥセンサが除去加工時に検出する振動より低い値の閾値を有し、ゼロカット実行時に前記ＡＥセンサからの検出信号が前記閾値より低い場合は、ゼロカットを終了するので、不必要なゼロカットを省略し、機械加工効率を向上させるという優れた効果を発揮する。

本発明に係る一実施例の概略構成図である。（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）はゼロカットの作動説明図であり、（Ａ）は加工前のワークを示す図、（Ｂ）は除去加工を実行した図、（Ｃ）はゼロカットを実行した図を示す。（Ａ）は切削工具が新しい場合の除去加工、ゼロカットを実行した場合のＡＥセンサの検出信号、（Ｂ）は切削工具が寿命に近い場合の除去加工、ゼロカットを実行した場合のＡＥセンサの検出信号を示す模式図である。本実施例の作用を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例に係る機械加工システム１の概略を示しており、該機械加工システム１は、主に機械加工機２、加工制御装置（ＮＣ）３、制御演算部（ＰＣ）４、信号処理部５、ＡＥセンサ６を具備している。尚、前記加工制御装置３、前記制御演算部４及び信号処理部５は、前記機械加工機２の加工を制御する制御装置として纏めてもよい。

図１では、前記機械加工機２の一例としてエンドミルを示しており、図中、７は切削工具、８は被加工物であるワーク、９は該ワーク８が固定される加工テーブルを示している。前記ＡＥセンサ６は、前記切削工具７が前記ワーク８を切削している時の振動を検知できる位置に設けられる。尚、図示では前記ＡＥセンサ６は前記加工テーブル９に設けられているが、その他前記ワーク８、或は切削工具７の回転軸等に設けられてもよい。

前記制御演算部４は、ＣＰＵで代表される演算装置、各種プログラム、及び加工データ等が格納された記憶部を具備し、前記加工制御装置３に加工に必要な情報を出力する。該加工制御装置３は、前記制御演算部４から送信される加工情報に基づき前記機械加工機２を制御して前記ワーク８の機械加工を実行する。

前記機械加工機２が前記ワーク８を加工する場合の振動、例えば前記加工テーブル９の移動による振動、前記切削工具７が前記ワーク８を切削する際の振動は、前記ＡＥセンサ６に検出され、前記信号処理部５に送信される。該信号処理部５は、前記ＡＥセンサ６が検出した信号を、増幅、Ａ／Ｄ変換等の所要の信号処理をして前記制御演算部４に入力する。

該制御演算部４は、前記ＡＥセンサ６の検出信号に基づき、前記機械加工機２の加工状態を判断し、前記切削工具７による前記ワーク８の加工切削（除去加工）を管理し、又除去加工終了後のゼロカットへの移行、ゼロカット回数の制御、ゼロカットの停止等の管理制御を実行する。

前記切削工具７で前記ワーク８を切削する場合、切削抵抗に起因した大きな振動が発生する。前記制御演算部４は閾値を有し、該閾値に基づき前記ＡＥセンサ６が検出する信号の内、切削抵抗に起因する振動を検出し、該切削抵抗の振動検出に基づきゼロカットの実行、停止の制御を行う。

先ず、図２に於いて、ゼロカットが実行される状況について説明する。

図２（Ａ）は加工前のワーク８を示している。図２（Ｂ）（１）は、除去加工を行った場合を示し、切込み量（除去量）１１が多いと、切削工具７が撓み、図２（Ｂ）（２）に示される様に削り残し１２が発生する。

図２（Ｃ）はゼロカットを行った場合を示し、前記除去加工の状態から新たな切込みを付与せず、同一条件で切削を行う（図２（Ｃ）（１）参照）。前記削り残し１２は僅かであるので、前記切削工具７の撓みは、生じないか或は殆ど生じないので、前記削り残し１２が除去でき、所望の精度に仕上げられる（図２（Ｃ）（２）参照）。

次に、図３（Ａ）、図３（Ｂ）により、除去加工時、ゼロカット時に前記ＡＥセンサ６が検出する信号について説明する。尚、図３（Ａ）、図３（Ｂ）で得られる信号波形を模式的に示している。尚、前記切削工具７が前記ワーク８を切削している状態での振動は大きく、前記信号処理部５は、前記ワーク８を切削している状態では、出力信号が飽和する様に増幅率が設定されている。

図３（Ａ）は前記切削工具７が新品の場合の前記信号処理部５からの信号波形であり、除去加工では、信号出力が飽和しており、飽和値を示す直線となっている。尚、除去加工前の、微小な信号波形は、前記切削工具７が移動する際、或は該切削工具７が前記ワーク８に切込む過程での振動を示している。

除去加工が完了すると、ゼロカットが実行される。前記切削工具７が新品の場合は、切削時での該切削工具７と前記ワーク８間の滑りはないので、除去加工で前記削り残し１２は生じないか、殆ど生じない。従って、１回目のゼロカットでは、前記切削工具７による前記ワーク８の切削はなく、前記切削工具７が前記ワーク８の表面を滑っている（舐めている）状態となる。この状態での振動は、加工時の振動に比べれば著しく小さく、信号出力は飽和に至らず、飽和値以下で振動波形が現れる。

２回目のゼロカットでは、１回目のゼロカットで加工表面が滑らかとなり、更に抵抗が少なくなって、振動波形の振幅中心が低くなっている。従って、前記切削工具７が新品の場合は、１回目のゼロカットが不要だったと判断され、２回目のゼロカットは省略できる。

図３（Ｂ）は前記切削工具７が寿命間近の場合の前記信号処理部５からの信号波形であり、１回目のゼロカットの信号出力は飽和したままである。前記切削工具７が寿命間近となると、刃の摩耗が大きくなり、除去加工で前記削り残し１２が生じてしまう。１回目のゼロカットの信号出力の飽和は、１回目のゼロカットで前記削り残し１２を切削していることを意味している。

２回目のゼロカットでは振動波形が現れており、前記切削工具７が前記ワーク８を切削していない状態となったことを意味している。従って、２回目のゼロカットは有効であったと判断できると共に３回目のゼロカットを省略できると判断できる。

尚、図示していないが、２回目のゼロカットで出力信号が飽和状態であると、３回目のゼロカットが必要であると判断され、前記制御演算部４により、前記加工制御装置３に３回目のゼロカットを実行する指令が発せられる。

而して、本実施例では、必要ないゼロカットを省略できると共に必要とされるゼロカットを実行することで、機械加工効率を向上させ、又所望の精度を維持でき、加工コスト、加工の信頼性を向上させる。

尚、上記説明では、信号出力が飽和か、そうでないかで切削状態を判断したが、信号出力が飽和に至る前で（飽和信号以下で）、閾値を設定し、ゼロカットの必要の有無を判断してもよい。又、ゼロカットの必要の有無を信号出力が飽和したかどうかで判断すると共に、別途閾値を設定し、該閾値により、前記切削工具７の摩耗状態の判断に利用する様にしてもよい。

又、除去加工、ゼロカットを実行する場合、加工の開始時、終了時には前記切削工具７が、前記ワーク８に切込み、該ワーク８から離反する等の過渡期の状態があり、この時の信号は、除去加工状態、ゼロカット状態を正確に表さないので、前記過渡期を除いた状態での前記ＡＥセンサ６からの信号に基づきゼロカットの必要性を判断する。

又、図４を参照して、ゼロカット実行についての制御を説明する。

ＳＴＥＰ：０１除去加工を実行する。

ＳＴＥＰ：０２，ＳＴＥＰ：０３除去加工が完了すると、一旦前記切削工具７が後退し、次にゼロカット切込み動作が実行される。切込み動作は、前記切削工具７を除去加工での位置に設定するものであり、新たな切込みは追加しない。ゼロカット切込みが完了すると、ゼロカットが実行される。

ＳＴＥＰ：０４，ＳＴＥＰ：０５前記制御演算部４から前記信号処理部５に検出開始指令が発せられ、前記ＡＥセンサ６が出力する信号を検出する。尚、検出開始時期は、前記切削工具７が前記ワーク８に接触する時点等過渡期を経過した時点からとされる。

ＳＴＥＰ：０６ゼロカットが実行されている間、前記制御演算部４によって前記信号処理部５からの検出信号が監視され、検出信号が閾値より下がったかどうかが判断される。この場合の閾値は、前記信号処理部５で増幅した際の飽和値であってもよく、飽和値より小さい値であってもよい。

ＳＴＥＰ：０７ＳＴＥＰ：０６に於いて、検出信号が閾値より下がったことが確認されると、ゼロカット不要の判定信号が前記制御演算部４より前記加工制御装置３に出力される。

又、ＳＴＥＰ：０８ＳＴＥＰ：０６で検出信号が閾値より下がっていないと判断されると、ゼロカット必要の判定信号が前記制御演算部４より前記加工制御装置３に出力される。

ＳＴＥＰ：０９，ＳＴＥＰ：１０前記制御演算部４は、ゼロカット不要の判定信号、ゼロカット必要の判定信号が出力されると、前記信号処理部５での検出信号の増幅処理等の信号処理を停止し、更にゼロカット動作を終了させる。

ＳＴＥＰ：１１，ＳＴＥＰ：１２ゼロカット終了が確認されると、前記ゼロカット回数が設定値以下かどうかが判断され、設定値以下の場合は、更に前記判定信号によりゼロカット不要か或はゼロカット必要かが判断され、ゼロカット必要の判定信号の場合は、再度ゼロカット実行が設定され、ＳＴＥＰ：０２以降のゼロカットが実行される。又、前記判定信号がゼロカット不要の場合は、ゼロカットを含む加工工程が完了する。

又、ＳＴＥＰ：１１ゼロカット終了が確認されると、前記ゼロカット回数が設定値以下かどうかが判断され、設定値に達している場合は、ゼロカットを含む加工工程が完了する。これは、前記切削工具７が寿命間近となっていた場合等、ゼロカットを実行しても削り残し１２が取りきれず、ゼロカット動作が必要以上に繰返されることを防止する為である。

尚、上記説明では、ゼロカット途中で、検出信号が閾値より下がった場合でも、ゼロカットを最後迄実行しているが、検出信号が閾値より下がった場合、ゼロカット途中で動作を終了させてもよい。

上記した様に、本実施例では前記削り残し１２が除去でき、ゼロカットを行う、或は繰返す必要のない場合は、ゼロカットを停止し、又前記削り残し１２が除去できないままゼロカットが繰返される場合は、ゼロカットを停止して機械加工効率を向上させるものである。

又、上記説明では、本発明をエンドミルに実施した場合を説明したが、実施の対象としては、研削機、旋盤等、加工時の振動をＡＥセンサ６で検出できるものであればよい。

１機械加工システム
２機械加工機
３加工制御装置
４制御演算部
５信号処理部
６ＡＥセンサ
７切削工具
８ワーク
９加工テーブル
１２削り残し

Claims

加工時の振動を検出するＡＥセンサと、機械加工機の加工を制御する制御装置とを具備し除去加工工程とゼロカットを実行する機械加工方法に於いて、前記ＡＥセンサが除去加工時に検出する振動より低い値の閾値が設定され、前記ゼロカット実行時に前記ＡＥセンサからの検出信号が前記閾値より低い場合は、ゼロカットを終了することを特徴とする機械加工方法。
前記ゼロカット実行時に前記ＡＥセンサからの検出信号が前記閾値より低い場合は、ゼロカット完了後、次のゼロカットを実行しない請求項１の機械加工方法。
機械加工機の所定位置に設けられ、加工時の振動を検出するＡＥセンサと、前記機械加工機の加工を制御する制御装置とを具備し、該制御装置は前記機械加工機に除去加工とゼロカットを実行させ、又前記制御装置は前記ＡＥセンサが除去加工時に検出する振動より低い値の閾値を有し、ゼロカット実行時に前記ＡＥセンサからの検出信号が前記閾値より低い場合は、ゼロカットを終了することを特徴とする機械加工システム。
前記制御装置は、信号処理部を有し、該信号処理部は前記検出信号が除去加工時に検出する振動より低い値で飽和する様に信号処理し、前記制御装置はゼロカット実行時に前記信号処理部からの検出信号に振動波形が現れた場合に、ゼロカットを終了する請求項３の機械加工システム。