JP2014226761A - 加工機および該制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切削工具の寿命を長くし得る切削速度Ｖを確実かつ容易に得られる方法および加工機を提供する。
【解決手段】加工機１は、材料―ＭＲ記憶演算装置５ｂとＭＲ−Ｖ記憶装置５ａを含む制御装置２を有する。ＭＲ−Ｖ記憶装置５ａには、被削性指数ＭＲと切削工具の切削速度Ｖの関係となるＭＲ−Ｖ関係が予め記憶される。材料―ＭＲ記憶演算装置５ｂは、ＭＲ−Ｖ関係と入力された被削材の材料データに基づく被削性指数ＭＲから最大工具寿命となる切削速度Ｖを取得しかつ前記切削速度Ｖになるように切削工具を駆動する駆動装置を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、切削工具によって被削材を切削する加工機（切削機）および該制御方法に関する。

一般に、加工機は、被削材によって切削速度と一歯当たりの送り量を決定し、切削速度と送り量に基づいて切削工具の回転数と送り速度を設定する。切削加工する加工機は、例えば丸鋸盤、フライス盤等である。丸鋸盤は、丸鋸を回転させて被削材を切削する。フライス盤は、エンドミル、フェイスミルを回転させて被削材を切削する。被削材は、例えば金属、その他様々な材料が対象になる。特許文献１に記載の鋸盤は、ワークの材質などの切削データを入力する入力装置と、切削データ等に基づいて初期運転（ならし運転）時の鋸速を演算する演算装置を有する。初期運転時の鋸刃は、シャープな刃先を備えるため破損し易い。そのため初期運転時の鋸速を遅くして鋸刃が早期に破損することを防止する。これにより初期運転時の鋸速が作業者に依存することなく設定され、作業者の熟練によらずに鋸刃の寿命を長くし得る。

特許第２８６９１２３号公報

従来、切削工具の寿命を初期運転時のみならず通常運転時においても長くしたいという要望がある。従前は、作業者の経験に基づいて切削工具の寿命を長くし得る切削速度が決定されていた。あるいは試験を繰り返した結果に基づいて切削速度が決定されていた。そのため切削工具の寿命を長くし得る切削速度を確実かつ容易に得られる加工機が従前必要とされている。

一つの特徴によると本発明の加工機の制御方法は、被削材の被削性指数ＭＲに基づいて最大工具寿命となるように被削材を切削する切削速度を設定する。被削性指数ＭＲが、ＭＲ＝８６．０−３７．６×Ｃ―８．２×Ｍｎ−６．１×Ｓｉ−５．６×Ｎｉ−３．２×Ｃｒ−３．１×Ｍｏから算出される。Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏがそれぞれ被削材に含まれる炭素、マンガン、ケイ素、ニッケル、クロム、モリブデンのｗｔ％である。

他の特徴によると本発明の加工機は、被削材の材料データに基づき被削性指数ＭＲを算出する材料―ＭＲ記憶演算装置を有する。さらに加工機は、被削性指数ＭＲと切削工具の寿命を最大工具寿命となるように考慮した所望の切削速度ＶとのＭＲ−Ｖ関係が予め記憶されているＭＲ−Ｖ記憶装置を有する。被削性指数とＭＲ−Ｖ関係から切削速度を求めて切削速度に基づいて被削材を切削する。

本発明の発明者は、誠意研究した結果、切削工具の寿命と切削速度Ｖを関連付け、さらに被削性指数ＭＲを関連付けた。被削材を切断する場合、被削性指数ＭＲに関する材料データを入力する。材料データから切削速度Ｖが確実かつ容易に得られる。そのため作業者の経験に関係無く好適な切削速度Ｖが得られる、例えば被削材を異なる被削材に変更した場合等において好適な切削速度Ｖを迅速かつ確実に得られる。これにより切削工具の寿命を確実に長く等し得る。

加工機の正面概略図である。 加工機の制御ブロック図である。 加工機の制御処理のフローチャートである。 被削材の各材料における工具寿命と切削速度Ｖの関係を示すグラフである。 被削性指数ＭＲと好適な切削速度Ｖの関係を示すグラフである。

本発明の一つの実施の形態を図１〜５にしたがって説明する。加工機１は、図１に示すように丸鋸盤１０と丸鋸盤１０を制御する制御装置２を有する。丸鋸盤１０は、基台１１と基台１１のレール１１ａにスライド可能に設けられるヘッド１２を有する。

図１に示すようにヘッド１２に回転軸１５が設けられ、回転軸１５に丸鋸である切削工具２１が取付けられる。ヘッド１２の上部に切削工具２１を駆動させるサーボモータ等の駆動装置１３が設けられる。駆動装置１３と回転軸１５の間にベルト１４等が設けられる。駆動装置１３の動力がベルト１４と減速装置等を経由して回転軸１５に伝達される。これにより切削工具２１が回転軸１５とともに回転する。

切削工具２１である丸鋸は、工具鋼等の金属から形成される円板と、円板の外周に形成される刃を有する。刃は、円板の外周に所定の間隔で複数設けられる。刃は、円板に一体に形成された刃先でも良いし、円板に取付けられるチップでも良い。チップは、超硬合金、サーメット、ｃＢＮ（立方晶窒化ホウ素）、高速度鋼、ダイヤモンド等から形成される。チップおよび刃先にコーティングが施されても良い。

基台１１には、図１に示すように投入口１８と保持装置１７が設けられる。投入口１８は、基台１１の表面を開口して被削材２０が基台１１に挿入されることを許容する。保持装置１７は、シリンダ等を有する。シリンダは、伸縮することで被削材２０を基台１１に固定し得る。被削材２０は、長尺棒形状であって鉄鋼材料等の金属から形成される。

基台１１には、図１に示すようにシリンダ等を備える移動装置１６が設けられる。移動装置１６の一端が基台１１に取付けられ、他端がヘッド１２に取付けられる。移動装置１６は、伸縮することでヘッド１２を基台１１に対して往復移動する。ヘッド１２が移動して、切削工具２１が被削材２０に到達することで切削工具２１が被削材２０を切断する。

制御装置２は、図１，２に示すように表示装置３と入力装置４とともに設けられる。表示装置３は、制御装置２の信号に基づいて作業者に入力して欲しい情報を表示する。例えば表示装置３は、工具タイプ、被削材の材料名等を表示する。作業者は、表示装置３の表示を確認しつつ、入力装置４から情報を入力できる。入力装置４は、制御装置２に入力情報を発する。制御装置２は、入力情報に基づいて丸鋸盤１０を制御するための出力信号を発する。出力信号は、制御装置２と丸鋸盤１０に設けられたＩ／Ｏポート６，７を介して丸鋸盤１０に発せられる。

図４，５は、発明者が実験等によって得られた結果である。図４に示すように被削材２０に対する工具寿命は、切削速度Ｖに関係することがわかる。工具寿命は、被削材２０を切断し、切削工具２１が欠損または摩耗によって限界の切断品質になった際の被削材２０のカット数によって決定される。図４から所定の切削速度Ｖにおいて最も工具寿命が長くなることがわかる。各曲線は、被削材２０の各材料によって決定される。いずれの曲線においても最も工具寿命が長くなる切削速度Ｖが有ることが図４からわかる。最大工具寿命となる好適な切削速度Ｖを図４の線上に点で示す。

各材料は、固有あるいは目安の被削性指数ＭＲを有する。被削性指数ＭＲは、被削材の切削のしにくさを示す値である。被削性指数ＭＲは、硫黄快削鋼を切削工具により切削して所定の工具寿命になる切削速度Ｖを１００とする。比較する材料の工具寿命に対する切削速度Ｖを百分率で表した値が被削性指数ＭＲである。

図４から被削材の各種材料における好適な切削速度Ｖが得られる。切削チップは、低い切削速度で欠け易く、高い切削速度で摩耗しやすい。そのため最も工具寿命の高くなる切削速度が存在する。各種材料は、被削性指数ＭＲを有する。図５に各種材料における最大工具寿命となる好適な切削速度Ｖと被削性指数ＭＲをプロットした。図５に示すように被削性指数ＭＲと好適な切削速度Ｖは、ＭＲ−Ｖ関係を有する。ＭＲ−Ｖ関係は、近似曲線によって表すこともできる。ＭＲ−Ｖ関係は、被削性指数ＭＲが大きいほど好適な切削速度Ｖが大きくなる関係を有する。

図４の曲線および図５のＭＲ−Ｖ関係は、工具タイプによって異なる。工具タイプは、切削工具の刃金材種、チップ材種、コーティング材質、刃の諸角度（すくい角等）の少なくとも１つによって決定される。工具タイプは、例えば複数のタイプに分類され、工具データから複数のタイプの１つが選別され得る。

図２に示すように制御装置２は、記憶装置５を有する。記憶装置５は、ＭＲ−Ｖ記憶装置５ａと材料−ＭＲ記憶演算装置５ｂを有する。ＭＲ−Ｖ記憶装置５ａには、各工具タイプにおけるＭＲ−Ｖ関係が予め記憶される。ＭＲ−Ｖ関係の情報は、マップ、近似式等によって記憶される。材料−ＭＲ記憶演算装置５ｂには、被削材の材料名とそれに対応する被削性指数ＭＲが記憶されている。さらに被削材の化学成分と各化学成分の質量比率（ｗｔ％）に対する被削性指数ＭＲの関係が記憶される。例えば前記関係は、下記の関係式である。

ＭＲ＝８６．０−３７．６×Ｃ―８．２×Ｍｎ−６．１×Ｓｉ−５．６×Ｎｉ−３．２×Ｃｒ−３．１×Ｍｏ。ＭＲは被削性指数である。Ｃは炭素のｗｔ％、Ｍｎはマンガンのｗｔ％、Ｓｉはケイ素のｗｔ％、Ｎｉはニッケルのｗｔ％、Ｃｒはクロムのｗｔ％、Ｍｏはモリブデンのｗｔ％である。

被削材２０を切削する場合、被削材２０を保持装置１７によって基台１１に固定する。記憶装置５に記憶されたプログラムに基づいて制御装置２が表示装置３に信号を発信する。表示装置３が前記信号に基づいて工具タイプを導くための情報を表示する（図３のステップＳ１）。作業者は、表示装置３に表示された情報を参考にしつつ入力装置４に工具タイプを求めるための工具データを入力する（ステップＳ２）。工具データは、例えば切削工具の刃金材種、チップ材種、コーティング材質、刃の諸角度（すくい角等）、直径、歯数の少なくとも１つである。制御装置２が工具データから工具タイプを決定しても良い。あるいは作業者が表示装置３に表示された情報を参考にしつつ直接、工具タイプを入力装置４に入力しても良い。

次に、表示装置３が制御装置２からの信号に基づき被削材２０の材料情報を表示する（ステップＳ３）。材料情報は、例えば被削材２０の代表的な材料名、Ｓ１０Ｃ、Ｓ４５Ｃ、ＳＣＭ４２０（クロムモリブデン鋼）、ＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼材）等である。作業者は、表示装置３が表示する材料情報を参考にしつつ入力装置４から材料データとして材料名を入力できる（ステップＳ４）。あるいは材料情報は、被削材２０の化学成分と質量比率を入力するように促す情報である。作業者は、表示装置３が表示する材料情報を参考にしつつ被削材２０の化学成分と質量比率を入力できる（ステップＳ４）。

入力装置４は、材料データとして材料名あるいは化学成分と質量比率を制御装置２に送信する。制御装置２が材料データに基づいて被削性指数ＭＲを取得する（ステップＳ５）。材料データが材料名に関する場合、材料ーＭＲ記憶演算装置５ｂが記憶された情報から材料名に対応する被削性指数ＭＲを取得する。材料データが化学成分と質量比率に関する場合、材料ーＭＲ記憶演算装置５ｂが記憶された関係式から被削性指数ＭＲを演算する。

次に制御装置２が被削性指数ＭＲ（あるいは被削性指数ＭＲと工具タイプ）に基づいてＭＲ−Ｖ記憶装置５ａに記憶されたＭＲ−Ｖ関係から最大工具寿命となる好適な切削速度Ｖを取得する（ステップＳ６）。次に制御装置２は、好適な切削速度Ｖ、さらに別に入力された歯数、丸鋸の直径、一歯当りの送り量などから丸鋸盤１０に対応した信号に変換して駆動装置１３および移動装置１４に信号を発信する（ステップＳ７）。これにより駆動装置１３が最大工具寿命となる好適な切削速度Ｖにて駆動するように切削工具２１を駆動する。かくして丸鋸の外周の速度が好適な切削速度Ｖに調整される。

上述するように、被削材２０の複数の化学成分と該質量比率を含む材料データが入力装置４に入力される。化学成分と質量比率と被削性指数ＭＲの関係を記憶する材料−ＭＲ記憶演算装置５ｂが設けられる。材料ーＭＲ記憶演算装置５ｂが化学成分と質量比率に基づいて前記関係から被削性指数ＭＲを取得する。したがって分析等によって得られた被削材の化学成分と質量比率から被削性指数ＭＲが得られる。被削性指数ＭＲと使用する工具からＭＲ−Ｖ記憶装置５ａによって最大工具寿命となる好適な切削速度Ｖが得られる。

そのため被削材が作業者にとって新しい材料の場合、あるいは一般的な材料でない場合においても最大工具寿命となる好適な切削速度Ｖが容易かつ確実に得られる。従前、新規材料の場合、好適な切断速度を得るための試行錯誤が必要であった。しかし本方法および本加工機１は、該試行錯誤が不要である。

切削工具２１の刃金材種、コーティング、チップ、刃の諸角度の少なくとも１つに関する工具データが入力装置４に入力される。各工具データに対応する各ＭＲ−Ｖ関係が予めＭＲ−Ｖ記憶装置５ａに記憶される。Ｖ取得制御装置２ｂが工具データと被削性指数ＭＲから切削速度Ｖを取得する。したがって切削工具２１のタイプに対応した好適な切削速度Ｖが得られる。

作業者または本方法および本加工機１にとって切削工具２１が未知な場合には、作業者は、工具データとして係数等を入力することもできる。制御装置２は、ＭＲ−Ｖ記憶装置５ａに記憶された各ＭＲ−Ｖ関係から切削速度Ｖを取得し、該切削速度Ｖに係数等を掛ける等の計算をする。これにより制御装置２が所定の切削速度Ｖを取得しても良い。

本発明の形態を上記構造を参照して説明したが、本発明の目的を逸脱せずに多くの交代、改良、変更が可能であることは当業者であれば明らかである。したがって本発明の形態は、添付された請求項の精神と目的を逸脱しない全ての交代、改良、変更を含み得る。例えば本発明の形態は、前記特別な構造に限定されず、下記のように変更が可能である。

加工機１は、上述するように丸鋸盤でも良いし、フライス盤等でも良い。切削工具２１は、上述するように丸鋸でも良いし、回転されるビット、バイト等の他の回転工具でも良い。

加工機１は、上述するように切削工具２１を回転させる駆動装置１３を有していても良い。これに代えて加工機は、被削材を回転させる駆動装置を有し、被削材の回転によって切削速度Ｖを所定の速度にしても良い。この場合の切削工具は、回転させないバイト等である。

加工機１は、表示装置３を有していても良いし、表示装置３を有していなくても良い。表示装置３に代えて加工機が音声案内装置を有していても良い。

材料データは、上述するように被削性指数ＭＲに関連する情報でも良いし、被削性指数ＭＲそのものの情報でも良い。材料データが被削性指数ＭＲそのものの場合、ＭＲ−Ｖ記憶装置５ａにより最大工具寿命となる好適な切削速度Ｖを取得する。

材料―ＭＲ記憶演算装置５ｂは、材料名のみに対応しても良いし、化学成分等のみに対応して被削性指数ＭＲを算出または取得しても良い。

ＭＲ−Ｖ関係は、被削性指数ＭＲが大きいほど切削速度Ｖが大きい関係である。換言するとＭＲ−Ｖ関係は、他の条件が同じ場合、被削性指数ＭＲが大きくなると切削速度Ｖが小さくならない。例えば被削性指数ＭＲがわずかに大きくなる場合、切削速度Ｖが同じ場合でも良い。

材料−ＭＲ記憶演算装置は、上述するように化学成分と質量比率から被削性指数ＭＲを導くための関係式を記憶する。これに代えて材料−ＭＲ記憶演算装置は、化学成分と質量比率から被削性指数ＭＲを導くためのマップを有していても良い。

表示装置３と入力装置４は、別体でも良いし、一体でも良い。ＭＲ−Ｖ記憶装置５ａと材料−ＭＲ記憶演算装置５ｂは、それぞれ各種メモリであって、別体でも良いし、一体でも良い。

加工機１は、上述するように切削工具２１の寿命を長くするための切削速度Ｖになるように駆動装置１３を制御し得る。これに代えて加工機は、切削工具２１が被削材２０をきれいに切断できる切削速度Ｖになるように駆動装置１３を制御しても良い。

入力装置４と表示装置３および制御装置２は、加工機１のための特別な装置でも良いし、携帯端末などの汎用な装置でも良い。入力装置４と表示装置３と制御装置２に代えて携帯端末が演算処理等して信号を発し、送受信装置を備えた汎用加工機が前記信号を送信して該信号に基づいて被削材を加工しても良い。

１ 加工機
２ 制御装置
３ 表示装置
４ 入力装置
５ 記憶装置
５ａ ＭＲ−Ｖ記憶装置
５ｂ 材料−ＭＲ記憶演算装置
１０ 丸鋸盤
１１ 基台
１２ ヘッド
１３ 駆動装置
１６ 移動装置
１７ 保持装置
２０ 被削材
２１ 切削工具

Claims (3)

1. 被削材を切削する加工機の制御方法であって、
   前記被削材の被削性指数ＭＲに基づいて切削工具寿命を最大とする切削速度を設定し、
   前記被削性指数ＭＲが
   ＭＲ＝８６．０−３７．６×Ｃ―８．２×Ｍｎ−６．１×Ｓｉ−５．６×Ｎｉ−３．２×Ｃｒ−３．１×Ｍｏから算出され、
   Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏがそれぞれ前記被削材に含まれる炭素、マンガン、ケイ素、ニッケル、クロム、モリブデンのｗｔ％である、加工機の制御方法。
2. 切削工具にて被削材を切削する加工機であって、
   前記被削材の材料データに基づき被削性指数ＭＲを算出する材料―ＭＲ記憶演算装置と、
   前記被削性指数ＭＲと前記切削工具の寿命が最大となるように考慮した所望の切削速度ＶとのＭＲ−Ｖ関係が予め記憶されているＭＲ−Ｖ記憶装置を有し、前記被削性指数と前記ＭＲ−Ｖ関係から前記切削速度を求めて前記切削速度に基づいて前記被削材を切削する加工機。
3. 請求項２に記載の加工機であって、
   前記材料―ＭＲ記憶演算装置は、
   ＭＲ＝８６．０−３７．６×Ｃ―８．２×Ｍｎ−６．１×Ｓｉ−５．６×Ｎｉ−３．２×Ｃｒ−３．１×Ｍｏ、から前記被削性指数ＭＲを算出し、
   Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏがそれぞれ前記被削材に含まれる炭素、マンガン、ケイ素、ニッケル、クロム、モリブデンのｗｔ％である、加工機。

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