JP2014014914A - 切削加工装置および切削加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】細径の複数歯切削工具を用いる場合であっても、装置全体の測定ノイズに埋もれることなく精度よく切削抵抗を知ることのできる切削加工装置および方法が求められている。
【解決手段】切削加工装置１は、複数の切り歯を有する複数歯切削工具７と、複数歯切削工具７を取り付けて回転駆動するチャック部６とを有していて、複数歯切削工具７の送り速度または被切削物Ｈへの切込量などの切削条件を制御可能な装置であって、切削加工中の複数歯切削工具７の衝撃量を得るための監視信号を検出するセンサ１５とを有しており、更に、センサ１５により検出された複数歯切削工具７に係る監視信号の時間軸波形データから周波数軸波形データを得るデータ変換手段と、得られた周波数軸波形データから複数歯切削工具７の回転数の切り歯倍数に係る周波数での監視信号を、切削抵抗と相関のある衝撃量として抽出する衝撃量抽出手段と、抽出された衝撃量を出力する衝撃量出力手段とを有する制御装置１６を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンドミルやフライス盤などに代表される、複数の切り歯を有する複数歯切削工具を用いた切削加工装置および切削加工方法に関するものである。

この種の複数歯切削工具を使用した切削加工を行なうにあたり、複数歯切削工具の切り歯にかかる切削抵抗は、複数歯切削工具の損耗回避や加工精度の向上化に利用することができる。しかしながら、加工時の切削抵抗を数値でモニタリングすることを実施せず、職人の勘に頼っている場合が多かった。そのために、個人差による加工精度のバラツキが生じやすく、常に高精度で切削加工を行なうことは困難であった。
一方で、前記したような切削抵抗に関連して生じる工具摩耗を検出する技術として、切削工具を用いた切削加工時に発生す切削加工音を検出し、検出した切削加工音データをデータ処理して工具摩耗の低減化に役立てようとしたものが知られている（下記の特許文献１、２）。

特開２００６−１３０６０４号公報 特開２００２−５９３４２号公報

しかしながら、例えば外径０．５ｍｍといったような細径の複数歯切削工具を用いた切削加工では、切削加工音データの検出レベルが低くなるために切削加工音データが装置全体の測定ノイズに埋もれてしまい、切削抵抗を知るための適切な検出データが得られないという問題があった。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、細径の複数歯切削工具を用いる場合であっても、装置全体の測定ノイズに埋もれることなく精度よく切削抵抗を知ることのできる切削加工装置および切削加工方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る切削加工装置は、複数の切り歯を有する複数歯切削工具と、複数歯切削工具を取り付けて回転駆動するチャック部とを有していて、複数歯切削工具の送り速度または被切削物への切込量などの切削条件を制御可能な切削加工装置であって、切削加工中の複数歯切削工具の衝撃量を得るための監視信号を検出するセンサと、前記センサにより検出された複数歯切削工具に係る監視信号の時間軸波形データから周波数軸波形データを得るデータ変換手段と、得られた周波数軸波形データから複数歯切削工具の回転数の切り歯倍数に係る周波数での監視信号を、切削抵抗と相関のある衝撃量として抽出する衝撃量抽出手段と、抽出された衝撃量を出力する衝撃量出力手段と、を備えている構成にしてある。

また、前記構成において、複数の切込量について被切削物をそれぞれ切削したときに切込量ごとに出力された衝撃量から切込量軸曲線データを算出する切込量軸曲線データ算出手段と、衝撃量と切込量とが比例関係にあるリニア領域を前記切込量軸曲線データから抽出するリニア領域抽出手段と、を備えているものである。

そして、前記構成において、切込量軸曲線データのリニア領域を記憶するリニア領域記憶手段と、切削加工時に出力された衝撃力が前記リニア領域内に入るように切削条件を制御する切削条件制御手段と、を備えているものである。

更に、前記した各構成において、切込量軸曲線データにおける、リニア領域と、衝撃量と切込量とが比例関係にないノンリニア領域との境目の衝撃量を閾値関連値として記憶する閾値記憶手段と、前記閾値関連値から得られる閾値と切削加工時に出力された衝撃力とを比較する衝撃力比較手段と、前記衝撃力比較手段による比較結果に基づいて切削加工時における複数歯切削工具の折損、摩耗またはビビリを予知する異常予知手段と、を備えているものである。

また、センサにより検出される監視信号は、衝撃量を得られるものであれば特に限定されないが、複数歯切削工具を回転させる回転駆動源の消費電力または電流、あるいは装置本体の加速度が好適に用いられる。

そして、本発明に係る切削加工方法は、複数の切り歯を有する複数歯切削工具と、複数歯切削工具を取り付けて回転駆動するチャック部とを有していて、複数歯切削工具の回転数または被切削物への切込量などの切削条件を制御可能な切削加工装置を用いる切削加工方法であって、切削加工中の複数歯切削工具の衝撃量を得るための監視信号を検出する検出ステップと、検出された複数歯切削工具に係る監視信号の時間軸波形データから周波数軸波形データを得るデータ変換ステップと、得られた周波数軸波形データから複数歯切削工具の回転数の切り歯倍数に係る周波数での監視信号を、切削抵抗と相関のある衝撃量として抽出する抽出ステップと、抽出された衝撃量を出力する出力ステップと、を備えているものである。

本発明に係る切削加工装置および切削加工方法によれば、加速度センサにより検出された複数歯切削工具に係る監視信号の時間軸波形データから周波数軸波形データを得、得られた周波数軸波形データから複数歯切削工具の回転数の切り歯倍数に係る周波数での監視信号を、切削抵抗と相関のある衝撃量として抽出し、抽出された衝撃量を出力するので、利用者は、出力された衝撃量から、切削抵抗を間接的に数値化したものとして知ることができる。このように知り得た切削抵抗は、複数歯切削工具の損耗回避や加工精度の向上化に利用することができる。特に、切り歯の歯数と回転数を利用して得ているので、細径の複数歯切削工具を用いた場合であっても装置全体の測定ノイズに埋もれることなく高精度に衝撃量を得ることができる。

また、データ変換手段と切込量軸曲線データ算出手段とリニア領域抽出手段とを備えているものでは、データ変換手段が、複数の切込量について被切削物をそれぞれ切削したときに切込量ごとに検出された複数歯切削工具に係る監視信号の時間軸波形データから周波数軸波形データをそれぞれ得る。切込量軸曲線データ算出手段が、切込量ごとに出力された衝撃量から切込量軸曲線データを算出する。リニア領域抽出手段が、衝撃量と切込量とが比例関係にあるリニア領域を前記切込量軸曲線データから抽出するので、衝撃量および切込量がリニア領域内にあるか否かを知ることができ、その情報を切削条件に反映させることができる。

そして、リニア領域記憶手段と切削条件制御手段とを備えているものでは、切込量軸曲線データのリニア領域がリニア領域記憶手段によって記憶され、切削加工時に出力された衝撃力がリニア領域内に入るように切削条件が制御されるので、複数歯切削工具が異常状態に陥る切削条件を未然に回避して、加工精度よく切削加工を行なうことができる。

更に、閾値記憶手段と衝撃力比較手段と異常予知手段とを備えているものでは、切込量軸曲線データにおける、リニア領域と、衝撃量と切込量とが比例関係にないノンリニア領域との境目の衝撃量が閾値関連値として記憶され、次の切削加工時に出力された衝撃力と、以前に記憶された閾値関連値から得られる閾値とが比較され、その比較結果に基づいて、以後の切削加工時における複数歯切削工具の折損、摩耗またはビビリが予知されるので、複数歯切削工具の折損に対する余裕度、摩耗具合、要求される加工精度を出せるか否かを知ることができる。これにより、極力、複数歯切削工具の折損や異常摩耗などを回避することができ、加工精度よくバラツキなく切削加工を行なうことができる。

また、センサにより検出される監視信号は、衝撃量を得られるものであれば特に限定されないが、複数歯切削工具を回転させる回転駆動源の消費電力または電流、あるいは装置本体の加速度を用いることができる。これらは比較的利用しやすい信号であるから、安価で簡素な構成により実現され得る。

本発明の一実施形態に係る切削加工装置の概略斜視図である。 前記切削加工装置の制御系統を示す概略ブロック構成図である。 前記切削加工装置の複数歯切削工具により被切削物の表面を切削して溝部を形成する態様を示す外観図である。 前記切削加工装置の複数歯切削工具の状態を切込量の差により示した説明図である。 切込量＝０．０５ｍｍの条件で検出された複数歯切削工具の加速度の時間軸波形データからフーリエ変換により得られた周波数軸波形データを示すグラフの図である。 切込量＝０．３０ｍｍの条件で検出された複数歯切削工具の加速度の時間軸波形データからフーリエ変換により得られた周波数軸波形データを示すグラフの図である。 切込量ごとに出力された複数の衝撃量から算出された切込量軸曲線データを示すグラフの図である。 一般的な応力〜ひずみ曲線を示すグラフの図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下に述べる実施形態は本発明を具体化した一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものでない。図１は本発明の一実施形態に係る切削加工装置の概略斜視図、図２は前記切削加工装置の制御系統を示す概略ブロック構成図、図３は前記切削加工装置の複数歯切削工具により被切削物の表面を切削して溝部を形成する態様を示す外観図、図４は前記切削加工装置の複数歯切削工具の状態を切込量の差により示した説明図である。
各図において、この実施形態に係る切削加工装置１は、装置本体２と、装置本体２に下方から支持されて奥行き方向（矢印Ｙ方向）へ移動可能な第１テーブル３とを備えている。第１テーブル３は装置本体２の下部上面に形成されたレール部で支持され、装置本体２の下部に支持固定されたＹ軸モータ９と連結された雄ネジロッド１０によって回転させられるボールねじ機構により、奥行き方向（矢印Ｙ方向）に移動可能とされている。第１テーブル３の上方には、第１テーブル３の上面に形成されたレール部で支持され、左右方向（矢印Ｘ方向）へ移動可能な第２テーブル４が設けられている。第２テーブル４は、水平面と略平行なワーク設置面を備えており、第１テーブル３に支持固定されたＸ軸モータ１１と連結された雄ネジロッド１２によって回転させられるボールねじ機構により、左右方向に移動可能とされている。第２テーブル４のワーク載置面には、被切削物Ｈである円筒鋼管が載置されて固定されている。

第２テーブル４の上方には、エンドミルである複数歯切削工具７が配置されている。複数歯切削工具７は、軸部４１と、軸部４１の下部に螺旋翼状に形成された２枚の切れ歯４０，４０（図４参照）とから構成されている。複数歯切削工具７の切り歯４０，４０は第２テーブル４上の被切削物Ｈと対向して配置されている。複数歯切削工具７の切り歯４０，４０と反対側の軸部４１の端部は、チャック部６によって着脱可能に掴持されている。チャック部６は複数歯切削工具７と一体的に主軸用モータ８によって回転駆動されるものであり、主軸用モータ８は主軸支持部５によって支持されている。主軸モータ８内には主軸センサ（図示省略）が設けられている。主軸支持部５は、その背面が装置本体２の前面に形成されたレール部に支持され、装置本体２の上部に支持固定されたＺ軸モータ１３と連結された雄ネジロッド１４によって回転させられるボールねじ機構により、装置本体２に対し上下方向（矢印Ｚ方向）に移動可能とされている。

そして、切削加工中の装置本体２、主軸支持部５、および複数歯切削工具７などの加速度（監視信号の例）を検出する加速度センサ１５（センサの例）が、主軸支持部５の上面および主軸用モータ８（回転駆動源の例）の側面に接した状態で設置されている。また、複数歯切削工具７の回転数Ｎ、送り速度ｎまたは被切削物Ｈへの切込量Ｄなどの切削条件を調整して切削加工装置１の制御を行なう制御装置１６を備えている。更に、この切削加工装置１は、Ｘ軸センサ１９、Ｙ軸センサ２０、およびＺ軸センサ２１を備えている。Ｘ軸センサ１９は、被切削物Ｈが設置される第２テーブル４の左右方向の位置を検出するセンサである。Ｙ軸センサ２０は、第２テーブル４の奥行き方向の位置を検出するセンサである。Ｚ軸センサ２１は、複数歯切削工具７の上下方向の位置を検出するセンサである。主軸用モータ８内に配備されている主軸センサ（図示省略）は、主軸用モータ８の回転数Ｎを検出するセンサである。

制御装置１６は、図２に示すように、データロガーの機能を有するＣＰＵ（演算処理ユニット）２２を中心として構成され、時間軸を刻むクロック手段Ｃなどを有している。これらのＣＰＵ２２、クロック手段Ｃ、メモリＭなどはデータバスＤＢを介して相互にデータ通信可能に接続されている。データバスＤＢのデータ入力側には、人手などによる外部からのデータ入力に用いられるキーボードやタッチパネルなどに代表される外部入力部１８、加速度センサ１５、Ｘ軸センサ１９、Ｙ軸センサ２０，Ｚ軸センサ２１などが接続されている。また、データバスＤＢのデータ出力側には、主軸用モータ８、Ｙ軸モータ９、Ｘ軸モータ１１、Ｚ軸モータ１３、液晶モニタなどに代表される表示部１７がそれぞれのドライバを介して接続されている。そして、ＣＰＵ２２には、後で詳述する、データ変換手段３０、衝撃量抽出手段３１、衝撃量出力手段３２、切込量軸曲線データ算出手段３３、リニア領域抽出手段３４、切削条件制御手段３５、衝撃力比較手段３６、および異常予知手段３７の各機能が、プログラムデータとして設定されている。尚、データ変換手段３０の機能は、一つの時間軸波形データＶから フーリエ変換により一つの周波数軸波形データＷを得るデータ変換手段３０の機能も含んでいる。メモリＭは、後で詳述する、リニア領域記憶手段３８の機能および閾値記憶手段３９の機能を具現化するための記憶領域が確保されている。

「実施形態１」
上記のように構成された切削加工装置１の作用を以下に説明する。まず、第２テーブル４のワーク載置面上に置かれた被切削物Ｈがチャック装置４５で固定された状態で、制御装置１６のＣＰＵ２２は、Ｙ軸センサ２０およびＸ軸センサ１９からの検出データを参照しながらＹ軸モータ９およびＸ軸モータ１１を駆動制御し、被切削物Ｈの切削目標部位を複数歯切削工具７の直下位置に相対移動させる。次に、ＣＰＵ２２は、主軸用モータ８を駆動させて複数歯切削工具７を所定の回転数Ｎ（例えば５０００ｒｐｍ）で回転させる。続いて、ＣＰＵ２２は、Ｚ軸センサ２１からの検出データを参照しながらＺ軸モータ１３を駆動制御し、複数歯切削工具７を下降させて被切削物Ｈの切削目標部位の切削を開始する。更に、外部入力部１８から設定入力されている切込量Ｄの深さぶん、Ｚ軸モータ１３の駆動により複数歯切削工具７が被切削物Ｈを切り込む。そして、第１テーブル３および第２テーブル４を送り込むことにより、切削目標部位の形状に沿って切削を行ない、所望する溝部Ｈ１を形成するようになっている。

上記のように、被切削物Ｈの切削目標部位を切削する際に、加速度センサ１５は切削加工装置１全体の加速度Ａ（振動加速度）を検出しており（検出ステップ）、時間軸波形データＶとして制御装置１６へ出力している。そして、ＣＰＵ２２のデータ変換手段３０が、複数歯切削工具７の加速度Ａの時間軸波形データＶに対しフーリエ変換を実行して、図５または図６に示すような周波数軸波形データＷを得る（データ変換ステップ）。次に、ＣＰＵ２２の衝撃量抽出手段３１は、得られた周波数軸波形Ｗデータから複数歯切削工具７の回転数Ｎの切り歯倍数（２の倍数）に係る周波数Ｆ（例えば１６７Ｈｚ）での加速度Ａを、切削抵抗と相関のある衝撃量Ｅとして抽出する（抽出ステップ）。そして、ＣＰＵ２２の衝撃量出力手段３２は、抽出された衝撃量Ｅを例えば表示部１７へ出力する（出力ステップ）。表示部１７は、その衝撃量Ｅの値を画面に表示する。利用者は、表示出力された衝撃量Ｅの値を見て、切削抵抗を数値として間接的に知ることができ、これを利用して切削条件を調整することができる。

ところで、複数歯切削工具７が受ける切削抵抗が大きいときは衝撃量Ｅが大きく、切削抵抗が小さいときは衝撃量Ｅが小さいのであるが、小径の複数歯切削工具７（例えば外径ｄ＝０．５ｍｍ程度のエンドミル）の場合、切削抵抗の測定は困難であった。これは、測定値の出力レベルが低くなるために装置全体の測定ノイズに埋もれやすいためである。それに対し、本実施形態に係る切削加工装置１は、切り歯４０の歯数と回転数Ｎを利用しているので、細径の複数歯切削工具７を用いた場合であっても、切り歯４０が被切削物Ｈに衝突する際の衝撃量Ｅを、装置全体の測定ノイズに埋もれさせることなく高精度に得ることができる。このような衝撃量Ｅを得る切削加工装置１は、切込量Ｄとの比例関係が良好で再現性が良く、Ｓ／Ｎ比も好ましく、測定ノイズを除去して衝撃量Ｅのみを抽出することも容易であった。すなわち、切削加工中の切削抵抗と相関のある衝撃量Ｅを数値としてモニタリングし、切削加工に役立てることができる。また、個人差による加工精度のバラツキを生じにくいという効果も奏する。

「実施形態２」
ところで、複数歯切削工具７が寿命に達しても切削条件を緩和させることで、切削加工を暫定的に続けることは可能である。因みに、予備工具の入荷待ちや工具交換のタイミング待ちの状況のように、寿命を過ぎた複数歯切削工具７をそのまま使用して加工せざるを得ない状況が現存する。この切削加工装置１は、そういう状況下でも、複数歯切削工具７を折損させることなく切削加工を続けられるコーチング機能を備えている。

すなわち、複数の切込量Ｄ（例えば、Ｄ＝０．０５ｍｍ、０．１０ｍｍ、０．２０ｍｍ、０．３０ｍｍ）について被切削物Ｈをそれぞれ切削したときに切込量Ｄごとに検出された複数歯切削工具７の加速度Ａの時間軸波形データＶ，Ｖ，Ｖ，Ｖにフーリエ変換が施されて、周波数軸波形データＷ，Ｗ，Ｗ，Ｗがそれぞれ得られる。更に、衝撃量抽出手段３１および衝撃量出力手段３２により切込量Ｄごとに出力された衝撃量Ｅ，Ｅ，Ｅ，Ｅから、ＣＰＵ２２の切込量軸曲線データ算出手段３３が、図７に示すような切込量軸曲線データＵを算出する。そして、ＣＰＵ２２のリニア領域抽出手段３４は、衝撃量Ｅと切込量Ｄが比例関係にある比例直線Ｔ上に位置するリニア領域Ｒｅを切込量軸曲線データＵから抽出し、メモリＭへ出力する。このリニア領域Ｒｅは、メモリＭのリニア領域記憶手段３８により記憶される。そして、ＣＰＵ２２の切削条件制御手段３５は、以後の切削加工時に出力された衝撃力ＥがメモリＭ中のリニア領域Ｒｅ内に入るように、複数歯切削工具７の送り速度ｎや切込量Ｄといった切削条件を小さくする。

上記したように、この切削加工装置１は、切削抵抗の指標となる衝撃量Ｅを常時監視している。そして、工具寿命が過ぎた状態の複数歯切削工具７をそのまま使って切削加工を続けるのであれば、切削抵抗を減らすように切削条件を制御する。具体的には、複数歯切削工具７の送り速度ｎや切込量Ｄが小さくされる。そして、図７中に一点鎖線で示すリニア領域Ｒｅ内に衝撃量Ｅが常時入るように切削条件が緩和されることにより、複数歯切削工具７の折損や異常摩耗が未然に防止され、加工精度も低下させないのである。

「実施形態３」
ところで、切込量軸波形データＵ（図７参照）では、多くの場合、衝撃量Ｅと切込量Ｄとの比例関係が崩れる閾値関連値Ｓｖが存在する。そして、制御を行なうための閾値は、安全性の加味度合を考慮し、閾値関連値Ｓｖの例えば０．８倍あるいは１．２倍といった安全率を加味した値に設定される。この例では、理解を容易にするため、閾値＝閾値関連値Ｓｖ×１．０としている。そこで、出力された衝撃量Ｅが閾値関連値Ｓｖ（＝閾値）を超えてノンリニア領域Ｒｆ内に入れば、複数歯切削工具７が寿命に達したと判断することができる。このような手法は、図８に示した材料の耐力や引張強さの一般的な定義方法と同じで普遍性があり、合理的で利用価値が高いものであるから、汎用的に利用することができる。
すなわち、ＣＰＵ２２は、切込量軸曲線データＵにおける、リニア領域Ｒｅと、衝撃量Ｅと切込量Ｄが比例関係にないノンリニア領域Ｒｆとの境目の衝撃量Ｅを閾値関連値Ｓｖとして抽出し、メモリＭの閾値記憶手段３９が閾値関連値Ｓｖを記憶する。ＣＰＵ２２の衝撃力比較手段３６は、切削加工時に出力された衝撃力Ｅと、メモリＭの閾値関連値Ｓｖから得られる閾値とを比較する。そして、ＣＰＵ２２の異常予知手段３７は、衝撃力比較手段３６による比較結果に基づいて、切削加工時における複数歯切削工具７が折損したり、摩耗したり、またはビビリの発生があるか否かを予知するのである。

因みに、被切削物Ｈの切削にあたっては、図４に示すように、浅い切込量Ｄ２で矢印Ｘ方向に切削する複数歯切削工具７（１）の場合、回転する切り歯４０，４０が被切削物Ｈに当たる振動衝撃の大きさ（衝撃量）は小さいので、切り歯４０，４０にかかる切削抵抗が小さく、軸部４１の上側部分４１Ａに対する切り歯４０側の曲がり量は比較的少ない。これに対し、深い切込量Ｄ１で矢印Ｘ方向に切削する複数歯切削工具７（２）の場合、回転する切り歯４０，４０が被切削物Ｈに当たる振動衝撃の大きさが大きく切り歯４０，４０にかかる切削抵抗も大きいので、軸部４１の上側部分４１Ａに対する切り歯４０側の曲がり量は大きくなる。

上記したように、この切削加工装置１は、複数歯切削工具７の「折損に対する余裕度」を測ることができる。すなわち、複数歯切削工具７が受ける衝撃量Ｅが大きいと複数歯切削工具７の曲げ量が大きく、複数歯切削工具７が折れやすくなる。一方、複数歯切削工具７が受ける衝撃量Ｅが小さいと複数歯切削工具７の曲げ量が小さく、複数歯切削工具７が折れにくいという判断を下すことができる。
また、切削加工装置１は、複数歯切削工具７の「摩耗具合」を測ることができる。すなわち、複数歯切削工具７が受ける衝撃量Ｅが大きいと複数歯切削工具７の曲げ量が大きく、工具摩耗が大きくなる。一方、複数歯切削工具７が受ける衝撃量Ｅが小さいと複数歯切削工具７の曲げ量が小さく、工具摩耗が小さくなるという判断を下すことができる。
そして、切削加工装置１は、要求される「加工精度を出せる状態」であるか否かを測ることができる。すなわち、複数歯切削工具７が受ける衝撃量Ｅが、予め記憶されている閾値関連値Ｓｖから得られる閾値を超えている場合は複数歯切削工具７の振動が大きくビビリを生じるので、高い加工精度を出せない。一方、複数歯切削工具７が受ける衝撃量Ｅが閾値関連値Ｓｖから得られる閾値を下回っている場合は複数歯切削工具７の振動が小さいので、高い加工精度を出せるという判断を下すことができる。

続いて、本発明をより詳しく具体化した実施例を説明する。
［実施例１］
この例では、複数歯切削工具７としてエンドミル（ＯＳＧ社製で品番ＦＸ−ＭＧ−ＥＤＳ；切り歯は２枚歯、外径ｄ＝０．８ｍｍφ）を用いた。このエンドミルは、深さ１ｍｍ、長さ２５ｍｍの溝を４本切削加工した後の古品である。被切削物Ｈは円筒鋼管（材質：ＳＳ材）を用いた。エンドミルのＸ軸方向の送り速度ｎを１５ｍｍ/ｍｉｎとし、エンドミルの回転数Ｎを５０００ｒｐｍとし、切込量Ｄ＝０．０５ｍｍで被切削物Ｈを切削しながら、トータル切込量＝０．０５ｍｍの切削加工を行なった。その際に、主軸支持部５に固定された加速度センサ１５により切削加工中の切削加工装置１の加速度を測定した。測定した加速度は時間軸波形データＶとして得られ、周波数分解能＝３．１２５Ｈｚの制御装置１６でデータ処理された。
この実施例１において、制御装置１６でデータ処理により得られた周波数軸波形データＷを図５に示す。図５の周波数軸波形データＷにおいて、複数歯切削工具７の回転数Ｎ（５０００ｒｐｍ）の切り歯数倍（２枚）の周波数Ｆは、１６７Ｈｚ（＝２×５０００／６０）である。このように抽出された周波数Ｆ（１６７Ｈｚ）における衝撃量Ｅは切削抵抗と相関のある値であり、１．３１７ｍ／ｓ²であった。

［実施例２］
切込量Ｄ＝０．１０ｍｍで被切削物Ｈを切削しながら、トータル切込量＝０．１０ｍｍの切削加工を行なったこと以外は、実施例１と同様の条件で処理した。周波数Ｆ（１６７Ｈｚ）における衝撃量Ｅは、２．５２１ｍ／ｓ²であった。

［実施例３］
切込量Ｄ＝０．２０ｍｍで被切削物Ｈを切削しながら、トータル切込量＝０．２０ｍｍの切削加工を行なったこと以外は、実施例１と同様の条件で処理した。周波数Ｆ（１６７Ｈｚ）における衝撃量Ｅは、４．４９５ｍ／ｓ²であった。

［実施例４］
切込量Ｄ＝０．３０ｍｍで被切削物Ｈを切削しながら、トータル切込量＝０．３０ｍｍの切削加工を行なったこと以外は、実施例１と同様の条件で処理した。制御装置１６により得られた周波数軸波形データＷを図６に示す。周波数Ｆ（１６７Ｈｚ）における衝撃量Ｅは、５．３３７ｍ／ｓ²であった。

実施例１〜実施例４でそれぞれ得られた周波数Ｆ（１６７Ｈｚ）における衝撃量Ｅ，Ｅ，Ｅ，ＥはＣＰＵ２２によりグラフ化されて、図７に示す切込量軸曲線データＵが得られた。今回用いたエンドミルの切込量軸曲線データＵにおいて、リニア領域Ｒｅは、衝撃量Ｅが３ｍ／ｓ²未満の範囲であり切込量Ｄが０．１１７ｍｍ未満の範囲であって、綺麗な線形性があり計測安定性が大であった。一方、衝撃量Ｅが３ｍ／ｓ²よりも大きく、切込量Ｄが０．１１７ｍｍよりも大きな領域はノンリニア領域Ｒｆであった。すなわち、衝撃量Ｅの閾値関連値Ｓｖは３ｍ／ｓ²であった。

尚、上記の実施形態では、センサとして加速度センサを用い、監視信号として加速度センサ１５により検出した加速度Ａ（ｍ/ｓ²）を用いて衝撃量Ｅを得るようにしたが、本発明はそれに限定されるものでない。例えば、複数歯切削工具７を回転駆動する主軸用モータ８の消費電力（ｗａｔｔ）または駆動時の電流（ａｍｐｅｒｅ）を検出し、加速度Ａの代わりに、これらの監視信号を上記の手法に適用して衝撃量を得ることも可能である。
また、上記では、切り歯が２枚歯のエンドミルを例示したが、例えば３枚歯や５枚歯、あるいはそれら以外の歯数の複数歯を有するエンドミルにも適用可能である。更には、エンドミル切削装置以外の切削加工装置として、例えばフライス切削装置などにも適用できる。
そして、上記では、データ変換手段の機能としてフーリエ変換機能を例示したが、このフーリエ変換機能に替えて、バンドパスフィルター機能をデータ変換手段の機能として用いて複数歯切削工具に係る監視信号の時間軸波形データから周波数軸波形データを得るようにすることも可能である。

１ 切削加工装置
２ 装置本体
６ チャック部
７ 複数歯切削工具
８ 主軸用モータ（回転駆動源）
１５ 加速度センサ（センサ）
１６ 制御装置
１７ 表示部
１８ 外部入力部
２２ ＣＰＵ
３０ データ変換手段
３１ 衝撃量抽出手段
３２ 衝撃量出力手段
３３ 切込量軸曲線データ算出手段
３４ リニア領域抽出手段
３５ 切削条件制御手段
３６ 衝撃力比較手段
３７ 異常予知手段
３８ リニア領域記憶手段
３９ 閾値記憶手段
４０ 切り歯
Ａ 加速度（監視信号）
Ｄ，Ｄ１，Ｄ２ 切込量
Ｄ１ 切込量
Ｄ２ 切込量
Ｅ 衝撃量
Ｆ 周波数
Ｈ 被切削物
Ｍ メモリ
Ｎ 回転数
ｎ 送り速度
Ｒｅ リニア領域
Ｓｖ 閾値関連値
Ｕ 切込量軸曲線データ
Ｖ 時間軸波形データ
Ｗ 周波数軸波形データ

Claims (6)

1. 複数の切り歯を有する複数歯切削工具と、複数歯切削工具を取り付けて回転駆動するチャック部とを有していて、複数歯切削工具の送り速度または被切削物への切込量などの切削条件を制御可能な切削加工装置であって、
   切削加工中の複数歯切削工具の衝撃量を得るための監視信号を検出するセンサと、
   前記センサにより検出された複数歯切削工具に係る監視信号の時間軸波形データから周波数軸波形データを得るデータ変換手段と、
   得られた周波数軸波形データから複数歯切削工具の回転数の切り歯倍数に係る周波数での監視信号を、切削抵抗と相関のある衝撃量として抽出する衝撃量抽出手段と、
   抽出された衝撃量を出力する衝撃量出力手段と、
   を備えていることを特徴とする切削加工装置。
2. 複数の切込量について被切削物をそれぞれ切削したときに各切込量に対応して出力された衝撃量から切込量軸曲線データを算出する切込量軸曲線データ算出手段と、
   衝撃量と切込量とが比例関係にあるリニア領域を前記切込量軸曲線データから抽出するリニア領域抽出手段と、
   を備えている請求項１に記載の切削加工装置。
3. 切込量軸曲線データのリニア領域を記憶するリニア領域記憶手段と、
   切削加工時に出力された衝撃力が前記リニア領域内に入るように切削条件を制御する切削条件制御手段と、
   を備えている請求項２に記載の切削加工装置。
4. 切込量軸曲線データにおける、リニア領域と、衝撃量と切込量とが比例関係にないノンリニア領域との境目の衝撃量を閾値関連値として記憶する閾値記憶手段と、
   前記閾値関連値から得られる閾値と切削加工時に出力された衝撃力とを比較する衝撃力比較手段と、
   前記衝撃力比較手段による比較結果に基づいて切削加工時における複数歯切削工具の折損、摩耗またはビビリを予知する異常予知手段と、
   を備えている請求項２または請求項３に記載の切削加工装置。
5. センサにより検出される監視信号が、複数歯切削工具を回転させる回転駆動源の消費電力または電流、あるいは装置本体の加速度である請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の切削加工装置。
6. 複数の切り歯を有する複数歯切削工具と、複数歯切削工具を取り付けて回転駆動するチャック部とを有していて、複数歯切削工具の回転数または被切削物への切込量などの切削条件を制御可能な切削加工装置を用いる切削加工方法であって、
   切削加工中の複数歯切削工具の衝撃量を得るための監視信号を検出する検出ステップと、
   検出された複数歯切削工具に係る監視信号の時間軸波形データから周波数軸波形データを得るデータ変換ステップと、
   得られた周波数軸波形データから複数歯切削工具の回転数の切り歯倍数に係る周波数での監視信号を、切削抵抗と相関のある衝撃量として抽出する抽出ステップと、
   抽出された衝撃量を出力する出力ステップと、
   を備えていることを特徴とする切削加工方法。

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