JP2015170091A - 加工条件算出装置、方法、プログラム、加工装置及び測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の加工精度の加工材を得る加工条件算出装置、方法、プログラム、加工装置及び測定装置を提供する。【解決手段】加工条件算出装置１は、素材の内部応力と、素材を１つ以上の工程で加工することによる加工応力とから、素材の変形量を算出する計算部１２と、変形量が所定基準外であるか否かを算出し、変形量が所定基準外である場合に、工程の加工条件を算出する特定部１４と、算出した加工条件を出力する出力処理部１５と、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、加工条件算出装置、方法、プログラム、加工装置及び測定装置に関する。

特開２００８−４０５８８号公報（特許文献１）には、「内部応力の発生している粗材を切削して製造される製造物の３次元形状を予測する装置であって、粗材の形状を複数の微小要素によりモデル化した３次元形状データを入力する手段と、粗材の各微小要素に発生している内部応力を入力する手段と、切削加工時の切削条件を入力する手段と、入力された粗材の３次元形状データと切削条件を用いて、その切削条件で粗材を切削加工したときの切削範囲を算出する第１シミュレーション手段と、算出された切削範囲を用いて粗材の３次元形状データを修正する手段と、修正された３次元形状データと入力された内部応力を用いて、内部応力が作用するときの切削加工後の粗材の３次元形状データを算出する第２シミュレーション手段と、を有する形状予測装置」が記載されている。

特開２００８−４０５８８号公報

内部応力を有する素材を切削加工により所望形状に成形したとき、切削加工により付与される加工応力と素材の内部応力が合わさり、加工変形が生じる。このため、所望の加工精度が得られず、製品歩留まりの低下や、高精度が要求される製品の切削加工そのものが困難な場合がある。特に、精密部品の切削加工においてこのような加工変形は問題となる。

特許文献１に記載の技術は、加工後の３次元形状データを算出するのみであり、所望の加工精度の加工材を得ることはできない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、所望の加工精度の加工材を得る技術の提供を目的とする。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、加工条件算出装置であって、素材の内部応力と、当該素材を１つ以上の工程で加工することによる加工応力とから、前記素材の変形量を算出する計算部と、変形量が所定基準を満たさない場合に、工程の加工条件を算出する特定部と、算出した加工条件を出力する出力処理部と、を含む。

本願の発明によれば、所望の加工精度の加工材を得ることができる。上記以外の課題、構成および効果等は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

素材の切削加工について説明する図である。 加工条件算出装置１のブロック図である。 加工応力ＤＢの一例である。 変形量データの一例である。 加工条件算出装置を実現するハードウェア構成である。 加工条件算出装置の動作フロー図である。 初期値の入力を受け付ける画面例である。 特定処理の動作フロー図である。 変数ｉごとの変形量Δｊの推移を示す。 加工条件を出力する画面例である。 従来技術の場合と、上記実施形態の技術により図１に示す素材を加工した場合との解析結果の一例である。 第２の実施形態の加工条件算出装置の動作フローである。 第２の実施形態の特定処理の動作フロー図である。 変数ｉごとの変形量Δｊの推移を示す。

以下、本実施の形態について図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は本願を実施する一例であり、これに限定するわけではない。また、以下では、同じ構成に対しては同じ符号を付与して説明を省略する。

まず、以下で説明する実施形態で例示する素材の加工について説明する。本実施の形態は、内部応力を有する素材を加工するあらゆる場合に適用可能であるが、ここでは、その一例として、原素材を鍛造して成型した素材を切削加工する場合を説明する。なお、以下で説明する素材の形状、加工材の形状、工程の数や位置、変形量の発生部位などは一例であり、これに限定するわけではない。

図１は、素材の切削加工について説明する図である。図１（ａ）に示す素材１００は、治具２２０により工作機械２００に固定され、工作機械２００にチャック等された工具２１０により転削加工される。

切削の対象となる加工エリアＡは、１つ以上のエリアＡｇ（ｇ≧１の整数）からなり、ここでは、ｇ＝４、即ち、エリアＡ１〜Ａ４という４つの領域に分け、１つ領域が１つの工程で切削されるものとする。なお、ここでいう工程とは、単一の加工条件で加工する加工過程をいう。ただし、各エリアＡの加工条件は同じでもよく、異なってもよい。

エリアＡ１〜Ａ４の各々は、図１（ｂ）に示すように、任意数のパス２３０により切削加工される。加工エリアＡを切削することにより、図１（ｃ）に示す所望形状の加工材１５０が得られる。この加工材１５０は、加工応力により、図１（ｄ）に一例を示すように、基準値に対し変形量Δ（図１ではΔｊ）が生じている。このような加工応力による素材１００の変形は如何なる部位にも生じうる。以下では、部位Ｐｊに発生する変形量をΔｊとして説明する。また、ｉ番目の工程の加工後に部位Ｐｊに発生する変形量をΔｊ_ｉとして説明する。

ここでは説明の簡略化のために１つの変形量のみを例示する。その例として、ｊ＝１であり、変形量Δ１が発生する部位Ｐ１は、図１（ｄ）に示す位置である場合を説明する。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態を説明する。図２は、加工条件算出装置１のブロック図である。加工条件算出装置１は、制御部１０と、記憶部２０とを有する。制御部１０は、設定部１１、計算部１２、判定部１３、特定部１４、出力処理部１５等を有する。記憶部２０は、加工応力ＤＢ（データベース）２１、変形量データ２２等を有する。

設定部１１は、初期値や各値を設定する。計算部１２は、素材１００の有する内部応力と、切削加工により素材１００に付与される加工応力とから、素材１００の変形量Δを算出する。判定部１３は、計算部１２の算出した素材の変形量Δが所定の加工精度範囲内であるか否か判定する。特定部１４は、変形量Δを加工精度範囲内とさせない工程を特定し、その工程での加工条件を算出する。出力処理部１５は、情報の出力処理を行う。

加工応力ＤＢ２１は、素材を切削加工する加工条件と、その加工条件で加工した際に素材に付加される加工応力とを示す。加工条件は、例えば、切削加工に用いる加工装置２００や工具２１０の種類や仕様、切削速度、送り速度、切込み量などであるが、これに限定しない。

図３は、加工応力ＤＢ２１の一例である。図示するように、加工応力ＤＢ２１は、加工条件（種別、直径及び長さなどの工具条件、切削速度、送り速度、切込み量等）毎の、加工応力を含む。

加工応力ＤＢ２１内の加工条件毎の加工応力は、特に限定しないが、例えば、加工表面に付与される３次元的な加工応力σを予め切削シミュレーションしたもの、もしくは、テストピースを用いた切削加工試験により求めた測定値であってもよい。ただし、加工応力は３次元的でなくてもよく、２次元的であってもよい。また、データ構造も特に限定せず、図３に示すように加工条件毎の加工応力が直接示されていてもよい。或いは、加工条件と加工応力の相関関係から構築された近似的な補完式が加工応力ＤＢ２１に格納されており、これを用いて加工応力を算出可能なようにしておいてもよい。或いは、これらの組み合わせでもよい。

なお、加工応力は、加工後の表面に付与される加工応力σのデータベースであってよいが、これに限定するわけではなく、加工応力σは加工表面の平均的な値でも良いし、加工表面深さ方向に対する関数で表されていても良い。或いは、これらの組み合わせでもよい。

また、加工条件は図３に示すものに限るわけではなく、他の加工条件に加工応力を対応させてもよい。

図２に戻る。変形量データ２２は、加工条件と、その加工条件で加工したときに素材に付与される加工応力と、その加工条件で加工したときの素材の変形量とを示す。変形量データ２２内の情報は、後述する処理により得られるものである。

図４は、変形量データ２２の一例である。図示するように、変形量データ２２は、加工条件毎に、加工応力と、変形量等とを含む。

図５は、加工条件算出装置１を実現するハードウェア構成である。加工条件算出装置１は、演算装置５１、メモリ５２、外部記憶装置５３、入力装置５４、出力装置５５、通信Ｉ／Ｆ（インターフェース）５６、読取書込み装置５７等を有する。これらはバス等により互いに接続されている。

演算装置５１は例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等である。メモリ５２は、揮発性メモリである。外部記憶装置５３は、例えばＨＤＤ（Hard disk drive）やＳＳＤ（solid state drive）等である。入力装置５４は、例えばキーボード、マウス、マイク、タッチパネル等である。出力装置５５は、例えばディスプレイ装置、スピーカ、プリンタ、タッチパネル等である。加工条件算出装置１は、通信Ｉ／Ｆ５６を介して通信ネットワーク（図示略）と接続する。読取書込み装置５７は、可搬性記憶媒体５８へ情報を書込み、及び、可搬性記憶媒体５８からの情報の読み取りを行う。

制御部１０内の各部は、演算装置５１がメモリ５２にロードしたプログラムを実行することにより実現してもよい。このプログラムは、予めメモリ５２や外部記憶装置５３等に記憶されていてもよく、可搬性記憶媒体５８に記憶されているものを読取書込み装置５７が読み出してインストールしてもよく、通信ネットワークから通信Ｉ／Ｆ５６を介してダウンロードされたものをインストールしてもよい。

ただし、制御部１０内の各部の全て又は一部は、回路などのハードウェアとして実現されてもよい。また、制御部１０内の各部は、１つの装置等で実現されてもよく、複数の装置で分散して実現されてもよい。

記憶部２０内の各情報は、メモリ５２、外部記憶装置５３、可搬性記憶媒体５８等に記憶される。又は、これらの情報の一部又は全ては、メモリ５２、外部記憶装置５３、可搬性記憶媒体５８等に分散して記憶されていてもよく、通信ネットワークを介して接続される他の装置（図示略）のメモリ５２、外部記憶装置５３等に記憶されていてもよい。

なお、上記各部は便宜上の構成であり、ある部が他の部に含まれていてもよく、また、さらに分割等されてもよい。

また、加工条件算出装置１は、図５に示す構成の他に、図示しない他システム（例えば工作機械や測定装置など）と接続するためのインターフェース等を含んでいてもよい。

次に、加工条件算出装置１の動作例を説明する。図６は加工条件算出装置１の動作フロー図である。この動作が起動するタイミングは特に限定せず、例えば、入力装置５４を介して起動指示が入力されたときに起動してもよい。

設定部１１は、初期値の入力を受け付ける（Ｓ６０１）。ここで入力する初期値は、特に限定しないが、例えば、素材１００の寸法や組成、材料等、素材初期応力、加工材１５０の寸法、制限値Δｊ-lim、工具、加工パス、工作機械種別、治具種別、第１のターゲット数Ｔ１、修正最大回数Ｋlim等である。

素材初期応力とは、素材１００の有する内部応力の初期値である。制限値Δｊ-limとは、変形量Δｊの加工精度の許容基準範囲を示す。制限値Δｊ-limで定める範囲は、上限、下限、上限及び下限のいずれでもよいが、ここでは、許容しうる上限を示すものとして説明する。工具は、使用する工具２１０の種別、直径及び長さなどである。加工パスは、単一の工程での工具２１０のパスの経路やパスの数などである。工作機械種別は、使用する工作機械２００の種別や型式などである。治具種別は、使用する治具２２０の種別や型式などである。第１のターゲット数Ｔ１は、素材の変形量Δｊを所定の加工精度範囲内とさせない工程を特定するための自然数である。修正最大回数Ｋlimは、変数Ｋが取りうる最大値である。なお、変数Ｋとは、ある変数ｉでの特定処理（後述）で加工条件を算出した回数を示す。また、変数ｉは、工程を示す。

ここで、初期値の入力の詳細について説明する。図７は、初期値の入力を受け付ける画面例である。設定部１１は、画面７００を表示するための情報を生成して、ディスプレイ装置である入力装置５４に出力する。図示するように、画面７００は、初期値を入力するための入力領域を含む。オペレータは、入力装置５４を用いて各初期値を入力する。

なお、素材１００の寸法、加工材１５０の寸法、工具、工作機械種別、治具種別などは、該当する３次元ＣＡＤモデルを初期値として与えても良い。また、素材１００の組成、材料等、素材初期応力などは、３次元ＣＡＤモデルに付与されているものを用いてもよい。

また、上記各エリアＡｇ（Ａ１〜Ａ４）の位置に関する情報は、Ｓ６０１で入力されてもよいが、Ｓ６０１で入力された加工パスに基づいて、加工条件算出装置１により取得されてもよい。そのために、例えば、加工条件算出装置１の制御部１０は、素材１００の形状モデルと、加工材１５０の形状モデルと、加工パスと、工具（種別、直径及び長さ）等とから、公知のＣＡＭ（Computer Aided manufacturing）技術により、各エリアＡｇの位置等を算出してもよい。

なお、Ｓ６０１で入力される各初期値の一部又は全ては、予め記憶部２０に記憶されていてもよく、通信Ｉ／Ｆ５６を介して入力されていてもよい。

また、設定部１１は、上記の他に、変数ｉの初期値をｉ＝１として設定し、変数Ｋの初期値をＫ＝０として設定する。また、設定部１１は、変数Ｎを、ｉの最大値として設定する。この変数Ｎは、上記エリアＡｇの位置などから取得可能である。

図６に戻る。設定部１１は、加工条件を取得する（Ｓ６０２）。加工条件は、これに限定しないが、例えば、使用する工具２１０の切込み量ａｐ、送り量ｆ、切削速度Ｖのうち少なくとも一つである。

これらの加工条件は、限定はしないが、入力装置５５を介してオペレータにより入力されていてもよく、また、使用する切削工具と加工条件の範囲とを関連させたデータベース（図示略）を参照して取得してもよい。一般的には、切込み量ａｐ、送り量ｆ、切削速度Ｖの取りうる範囲は、工具２１０の工具寿命や加工能率、素材１００の材料や組成などにより定められる。

なお、詳細を後述するように、初期値として取得する加工条件はオペレータにより入力されたものを用いてもよいが、２回目以降の加工条件は加工条件算出装置１により算出される。

次に、計算部１２は、Ｓ６０１で入力された条件をもとに、ｉ番目の工程の加工後の形状モデルを算出する（Ｓ６０３）。この形状モデルは、計算部１２が、Ｓ６０１で入力された素材１００の寸法や３次元ＣＡＤモデルから、ｉ番目のエリアＡに該当する範囲を除去して生成するとよい。このような技術は公知であるので詳細は省略する。

次に、計算部１２は、算出した形状モデルを解析モデルに変換して解析データを生成する（Ｓ６０４）。この解析モデルには、Ｓ６０１で入力された素材初期応力が付与されている。このような解析モデル及びその変換は公知であるので詳細は省略する。

次に、計算部１２は、Ｓ６０４で変換した解析モデルを用いて、加工により付与される加工応力σ_ｉｋ及び素材１００の変形量Δｊ_ｉｋを算出する（Ｓ６０５）。より詳細には、計算部１２は、加工応力ＤＢ２１内から、Ｓ６０２で取得した加工条件で加工したときの加工応力σ_ｉｋを取得し、解析モデルと、素材初期応力と、加工応力σ_ｉｋとから、加工後の変形量Δｊ_ｉｋを算出する。このような変形量の算出は公知であるので詳細は省略する。或いは、計算部１２は、加工応力ＤＢ２１内から必要な補完式などを読み出し、この補完式などから、加工応力σ_ｉｋを算出してもよい。

なお、加工応力σ_ｉｋとは、Ｋ回目の特定処理で算出した加工条件で、ｉ番目の工程の実行により素材１００に与えられる加工応力である。また、変形量Δｊ_ｉｋとは、Ｋ回目の特定処理で算出した加工条件で、ｉ番目の工程の実行により、部位Ｐｊに発生する変形量を示す。

計算部１２は、Ｓ６０２で取得した加工条件、Ｓ６０７で算出した加工応力σ_ｉｋ及び変形量Δｊ_ｉｋ等を変形量データ２２に格納する。

次に、判定部１３は、変数ｉのときに加工条件の特定処理を行っているか否か、即ち、変数Ｋ＞０であるか否か判定する（Ｓ６０６）。Ｓ６０６の判定の結果、Ｋ＞０でない場合（Ｓ６０６：Ｎｏ）、後述する特定処理に移行する。Ｓ６０６の判定の結果、Ｋ＞０である場合（Ｓ６０６：Ｙｅｓ）、判定部１３は、Ｓ６０５で算出した変形量Δｊが制限値Δｊ-limの範囲内であるか否か、即ち、Δｊ_ｉｋ＜Δｊ-limであるか否か判定する（Ｓ６０７）。

Ｓ６０７の判定の結果、Δｊ_ｉｋ＜Δｊ-limでない場合（Ｓ６０７：Ｎｏ）、後述する特定処理に移行する。Ｓ６０７の判定の結果、Δｊ_ｉｋ＜Δｊ-limである場合（Ｓ６０７：Ｙｅｓ）、判定部１３は、全ての工程に対して解析処理を行ったか否か、即ち、ｉ＝Ｎであるか否か判定する（Ｓ６０８）。即ち、制限値Δｊ-limの範囲内である場合にのみ特定処理に移行し、制限値Δｊ-limの範囲外である場合は、特定処理を行わない。

Ｓ６０８の判定の結果、全ての工程に対して解析処理を行っていない場合（Ｓ６０８：Ｎｏ）、変数Ｋを初期化してＫ＝０とし（Ｓ６０９）、変数ｉをインクリメントしてｉ＝ｉ＋１として（Ｓ６１０）、Ｓ６０２の処理に戻る。

Ｓ６０８の判定の結果、全ての工程に対して解析処理を行っている場合（Ｓ６０８：Ｙｅｓ）、出力処理部１５は出力処理を行う（Ｓ６１１）。

ここで、Ｋ＞０でない場合（Ｓ６０６：Ｎｏ）、又は、Δｊ_ｉｋ＜Δｊ-limでない場合（Ｓ６０７：Ｎｏ）に移行する特定処理について説明する。図８は、特定処理の動作フロー図である。図８を図６の動作フローと組み合わせて説明する。

特定部１４は、変数ｉのときに加工条件の特定処理を行っているか否か、即ち、Ｋ＞０であるか否かを判定する（Ｓ８０１）。

Ｓ８０１の判定の結果、Ｋ＞０でない場合（Ｓ８０１：Ｎｏ）、特定部１４は、加工条件を取得する（Ｓ８０２）。ここで取得する加工条件は、例えば、切込み量ａｐ、送り量ｆ、切削速度Ｖのうち少なくとも１つである。加工条件は、限定はしないが、使用する切削工具と加工条件の範囲とを関連させたデータベース（図示略）を参照して取得してもよく、あるいは、予め与えられている関数から算出されてもよい。

Ｓ８０２の処理の後、特定部１４は、Ｋ＝Ｋ＋１とし（Ｓ８０３）、取得されうる全ての加工条件の組み合わせに対し処理を行ったか、あるいは、Ｋ＝Ｋlimであるか否か判定する（Ｓ８０４）。ここでいう取得されうる全ての加工条件の組み合わせとは、後述のＳ８０９で算出可能な加工条件である。

Ｓ８０４の判定の結果、該当しない場合（Ｓ８０４：Ｎｏ）、図６のＳ６０２の処理に移行する。このとき、計算部１２は、直前のＳ８０２で取得された加工条件を、Ｓ６０２の処理で取得する加工条件とし、以降の処理が実行される。Ｓ８０４の判定の結果、該当する場合（Ｓ８０４：Ｙｅｓ）については後述する。

Ｓ６０７の判定で、Δｊ_ｉｋ＜Δｊ-limでない場合、再び図８に示す処理に移行する。この場合、Ｓ８０１の判定では、Ｋ＞０であるので（Ｓ８０１：Ｙｅｓ）、特定部１４は、変形量Δｊ_ｉを制限値Δｊ-limの範囲外とさせる工程であるターゲット工程を特定する（Ｓ８０５）。ここでは、このターゲット工程を、変数Ｌで示すものとする。この変数Ｌの特定は、特に限定しないが、ここでは、特定部１４は、変形量Δｊ_ｉの推移に応じてターゲット数Ｔを定め、Ｌ＝ｉ−Ｔ（ただしＴ≧１の整数）として得るものとする。ターゲット工程を特定し、この工程での加工条件を算出することで、変形量Δｊ_ｉを制限値Δｊ-limの範囲内とする加工条件を効率的に算出することができる。

ここで、Ｓ８０５の処理について詳細に説明する。ここでは、変形量Δｊの推移が２つのパターンのうちどちらに該当するかにより、ターゲット数Ｔを定めるものとする。図９は、変数ｉごとの変形量Δｊの推移を示す。図９（ａ）のグラフ９１０は、変形量Δｊの値がほぼ一定の割合で増加していく場合の例である。図９（ｂ）のグラフ９５０は、変形量Δｊの値がある変数ｉ以降に急激に増加する場合の例である。

特定部１４は、変形量Δｊ_ｉがグラフ９１０のように推移する場合、ターゲット数Ｔ＝第１のターゲット数Ｔ１とする。この第１のターゲット数Ｔ１は、Ｓ６０１の処理で入力されたものである。

一方、変形量Δｊ_ｉがグラフ９５０のように推移する場合、特定部１４は、ターゲット数Ｔ＝第２のターゲット数Ｔ２とする。第２のターゲット数Ｔ２は、限定はしないが、変形量Δｊ_ｉの推移が急峻であればそれに応じて大きくなるように定まる値である。

第２のターゲット数Ｔ２は、例えば、予め記憶部２０に記憶されているデータベース（図示略）等により特定されてもよく、また、変形量Δｊ_ｉと変形量Δｊ_ｍ（ただし１≦ｍ＜ｉの整数）との差分などを変数とする所定式から特定されてもよい。

特定部１４は、変形量Δｊ_ｉと変形量Δｊ_ｎ（ただし１≦ｎ＜ｉの整数）との差分が所定閾値を超えるか否かにより、ターゲット数Ｔを、第１のターゲット数Ｔ１とするか、或いは第２のターゲット数Ｔ２とするか定めてもよい。このとき、特定部１４は、変形量Δｊ_ｉと変形量Δｊ_ｎとの差分が所定閾値を超えない場合、ターゲット数Ｔ＝第１のターゲット数Ｔ１とし、差分が所定閾値を超える場合、ターゲット数Ｔ＝第２のターゲット数Ｔ２としてもよい。

なお、上記判定に用いる所定閾値は、予め記憶部２０に記憶されていてもよく、それまでに算出された単数又は複数の変形量Δｊなどに基づいて算出されてもよい。

また、ここでは、説明の簡略化のために、１つの変形量Δｊ_ｉと変形量Δｊ_ｎの差分のみでターゲット数Ｔを定めるとしているが、これに限るわけではなく、複数の変形量Δｊの差分でターゲット数Ｔを定めてもよい。即ち、変形量Δｊの値がほぼ一定の割合で増加又は減少しているのか、或いは、変形量Δｊの値がある変数ｉ以降に急激に増加又は減少しているのかにより、ターゲット数Ｔが定められれば良い。

また、上記ｍの値やｎの値は、常に同じ値である必要はない。素材１００や加工期間２００、工具２１０、治具２２０や、変形量Δｊの推移に応じて異なる値としてもよい。

図８に戻る。特定部１４は、変形量Δｊ_ｉｋと変形量Δｊ_{ｉ（ｋ−１）}とを比較して、直前のＳ６０２で取得された加工条件で加工した場合の素材１００の変形量が、それより前のＳ６０２で取得された加工条件で加工された場合より改善されているか否か判定する（Ｓ８０６）。変形量Δｊ_ｉｋと変形量Δｊ_{ｉ（ｋ−１）}とは、変形量データ２２から読み出して取得することができる。

Ｓ８０６の判定の結果、改善されている場合（Ｓ８０６：Ｙｅｓ）、特定部１４は、変数ｉ＝Ｌ＋１とする（Ｓ８０７）。一方、Ｓ８０６の判定の結果、改善されていない場合（Ｓ８０６：Ｎｏ）、特定部１４は、ｉ＝Ｌとする（Ｓ８０８）。即ち、変形量が改善されている場合は、以降の処理をターゲット工程（変数Ｌ）の次の工程（変数ｉ＝Ｌ＋１）に対して行うようにし、変形量が改善されていない場合には、以降の処理を同じ工程（変数ｉ＝Ｌ）に対して行うようにする。

Ｓ８０７又はＳ８０８の処理の後、特定部１４は、加工条件を算出する（Ｓ８０９）。ここで定める加工条件は、切込み量ａｐ、送り量ｆ、切削速度Ｖのうち少なくとも１つである。これに限定するものではないが、これまでの変形量Δｊ（例えば変形量Δｊ_１０〜変形量Δｊ_ｉｋ）に対する加工応力σの相関から、例えば応答曲面などのような公知の統計学的な処理に基づき同定式を作成し、変形量が小さくなると予測される加工条件の組み合わせを特定してもよい。或いは、他の任意の技術により加工条件を算出してもよい。

特定部１４は、Ｓ８０２又はＳ８０９の処理の後、Ｓ８０３、Ｓ８０４の処理を行う。Ｓ８０４の判定の結果、該当しない場合（Ｓ８０４：Ｎｏ）、図６のＳ６０２の処理に移行する。このとき、計算部１２は、Ｓ８０９で特定された加工条件を、Ｓ６０２の処理で取得する加工条件とする。以降の処理は上記と同じである。

一方、Ｓ８０４の判定の結果、該当する場合（Ｓ８０４：Ｙｅｓ）、特定部１４はｉ＝Ｌ−１とし（Ｓ８１０）、ｉ＞１であるか否か判定する（Ｓ８１１）。Ｓ８１１の判定の結果、ｉ＞１である場合（Ｓ８１１：Ｙｅｓ）、図６のＳ６０２の処理に移行する。以降の処理は上記と同じである。

一方、Ｓ８１１の判定の結果、ｉ＞１でない場合（Ｓ８１１：Ｎｏ）は、如何なる加工条件であっても変形量Δｊが制限値Δｊ-limより小さくならないことを示す。そこで、特定部１４は、変形量データ２２を参照し、変形量Δｊが最小となる加工条件を特定し（Ｓ８１２）、図６のＳ６１１の処理に移行する。

ここで、Ｓ８０６〜Ｓ８０９の処理について、図９を参照して詳細に説明する。グラフ９１０において、例えば、経路９２１のように、変数ｉ（ステップ９１１）における変形量Δｊ_ｉが制限値Δｊ-limより大きくなったものとする。この場合、特定部１４は、変数ｉから第１のターゲット数Ｔ１だけ前の変数Ｌ（ステップ９１２）での加工条件を算出し、計算部１２は、この加工条件で変形量Δｊ_ｉＫの算出を行う。

この結果、経路９２２のように、変数ｉにおける変形量ｊ_ｉＫが制限値Δｊ-limより小さくなった場合、特定部１４は、Ｓ８０７の処理で変数ｉ＝Ｌ＋１とするので、変数ｉ＝Ｎ即ち最後の工程まで終了したことになり、処理を終了する。

一方、経路９２３のように、変数ｉにおける変形量Δｊ_ｉが制限値Δｊ-limより大きくなった場合、特定部１４は、Ｓ８０８の処理で変数ｉ＝Ｌとするので、ステップ９１２における他の加工条件を算出し、以降は、上記と同じ処理が行われる。

グラフ９５０において、例えば、経路９７１のように、変数ｉ（ステップ９６１）における変形量Δｊ_ｉが制限値Δｊ-limより大きくなったものとする。この場合、特定部１４は、変数ｉから第２のターゲット数Ｔ２だけ前の変数Ｌ（ステップ９６２）での加工条件を算出し、以降は、上記と同じ処理が行われる。

この結果、経路９７２のように、変数ｉにおける変形量Δｊ_ｉが制限値Δｊ-limより小さくなった場合、特定部１４は、Ｓ８０７の処理で変数ｉ＝Ｌ＋１とするので、次の工程（ステップ９６３）での変形量Δｊ_ｉを算出し、以降は、上記と同じ処理が行われる。なお、ステップ９６３での変形量Δｊ_ｉの算出に用いる加工条件は、ステップ９６２でのＳ８０２又はＳ８０９で算出されたものを用いてもよく、他の新たな加工条件を算出してもよい。

一方、経路９７３のように、変数ｉにおける変形量Δｊ_ｉが制限値Δｊ-limより大きくなった場合、特定部１４は、Ｓ８０８の処理で変数ｉ＝Ｌとするので、同じ工程（ステップ９６２）での他の加工条件を算出し、以降は、上記と同じ処理が行われる。

なお、上記では、変形量Δｊの値がほぼ一定の割合で増加している場合はターゲット数Ｔを第１のターゲット数Ｔ１とし、変形量Δｊの値がある変数ｉ以降に急激に増加又は減少している場合はターゲット数Ｔを第２のターゲット数Ｔ２としている。

変形量Δｊが制限値Δｊ-limの範囲外となるのに最も影響のある変数ｉは、例えば図９（ａ）のステップ９１２のように、変形量Δｊ_ｉが制限値Δｊ-limの範囲内である変数ｉのうち、その変形量Δｊ_ｉが制限値Δｊ-limの範囲外となった変数ｉに近いほうであると考えられる。

変形量Δｊの値がほぼ一定の割合で増加している場合は、ターゲット数Ｔを一定値とすることで、最低限の処理回数で、変形量Δｊの増大又は減少に最も影響のある変数ｉとその時の加工条件とを取得することが可能となる。

一方、変形量Δｊの値がある変数ｉ以降に急激に増加している場合は、変形量Δｊが制限値Δｊ-limの範囲外となるのに最も影響のある変数ｉは、例えば図９（ｂ）のステップ９６３のように、変形量Δｊ_ｉが制限値Δｊ-limの範囲内である変数ｉのうち、その変形量Δｊ_ｉが制限値Δｊ-limの範囲外となった変数ｉに近いほうであるとは限らない。従って、この場合は、変形量Δｊ_ｉの推移が急峻なほど大きくなるようにターゲット数Ｔを定めるほうが効率的である。

なお、上記では、制限値Δｊ-limが上限を定めるものであるため、変形量Δｊの値がほぼ一定の割合で増加している場合と、変形量Δｊの値がある変数ｉ以降に急激に増加している場合とで、ターゲット数Ｔを定めている。制限値Δｊ-limが下限を定めるものである場合は、変形量Δｊの値がほぼ一定の割合で減少している場合と、変形量Δｊの値がある変数ｉ以降に急激に減少している場合とで、ターゲット数Ｔを定めてもよい。また、制限値Δｊ-limが上限及び下限の両方を定めるものである場合は、変形量Δｊの値が増加しているか、あるいは減少しているかで、上記いずれかを選択させてもよい。

また、上記では、第１のターゲット数Ｔ１はＳ６０１で取得するものとしているが、これに限るわけではない。例えば、特定部１４が、変形量Δｊの変化率（傾き）などに基づいて第１のターゲット数Ｔ１を算出してもよい。

次に、図６のＳ６１１で説明した出力処理について説明する。加工条件の出力は任意の形態を採用し得るが、ここでは、ディスプレイ装置に出力する場合の例を説明する。図１０は、加工条件を出力する画面例である。図示するように、画面１０００は、工程毎の加工条件を含む。この加工条件は、図６及び図８を参照して説明した動作で、全ての工程を行った後の変形量Δｊが最小となる場合のものである。

また、図示するように、画面１０００は、全ての工程を行った後の変形量と、範囲外工程と、ターゲット工程とを含んでもよい。この変形量は、上記処理で算出した変形量Δｊのうちの最小値である。範囲外工程とは、変形量Δｊ_ｉが制限値Δｊ-limの範囲外となる工程である。範囲外工程は、図８に示す特定処理に移行したときの変数ｉから得ることができる。ターゲット工程は、図８に示す特定処理の変数Ｌから得ることができる。

なお、Ｓ６１１の出力は、上記に限らない。例えば、図示しない他システム（例えば工作機械や測定装置、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムなど）に、変形量データ２２に格納された情報のうち少なくとも１つを出力してもよい。或いは、如何なる加工条件であっても変形量Δｊが制限値Δｊ-limの範囲内とならない場合にのみ、図示しない他システムに、それを通知する情報を出力してもよい。あるいは、これらの組み合わせでもよい。

以上、変形量Δがｊ＝１である場合を例にして説明したが、上記のように、変形量Δの評価箇所の数は任意であり、１つに限るわけではない。変形量Δの評価箇所が複数である場合（ｊ≧２の場合）、上記と同じ処理により、加工条件毎に変形量Δの各々を算出し、各位置の変形量Δが所望の範囲内となるものを特定するとよい。このとき、変形量Δの発生位置に重みを予め設定しておき、加工条件算出装置１が、重みを用いた評価関数を生成して、いずれかの加工条件を選択するように構成してもよい。

以上の実施形態によれば、内部応力を有する素材を加工する際の加工応力を鑑みて、基準値に対する変形量が最小となる加工条件を算出することができる。

図１１は、従来技術の場合と、上記実施形態の技術により図１に示す素材１００を加工した場合の解析結果の一例である。なお、ここでいう従来技術とは、変形量Δｊ_ｉが制限値Δｊ-limの範囲外であるときに、変形量Δｊ_ｉが制限値Δｊ-limの範囲外とさせる工程を特定せず、他の加工条件を算出しない技術をいう。

従来技術では、４工程（エリアＡ１〜Ａ４）ある加工のうち、経路１１０１のように、最終工程の加工後にてΔ１-lim＝０．２ｍｍを超える解析結果となった。一方、上記実施形態の技術を用いた場合、最終工程の加工後で変形量が小さくなる加工条件を算出し、再解析を行うことで変形量Δ１が制限値Δ１-lim =０．２ｍｍ以内となる経路１１０２が新たに計算された。このように、本実施の形態では、所望の加工精度範囲内となった。

以上の結果から、上記実施形態の技術を用いることで、素材１００の変形量Δｊが小さくなり、所望の加工精度にて加工可能な加工条件の特定を自動で行うことが可能であることは明らかとなった。上記実施形態の技術は、例えば航空機部品や歯車など、精密さを要求される素材の加工に特に好適である。

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。第１の実施形態と以下で説明する第２の実施形態との違いは、第１の実施形態では工程毎に変形量Δｊと制限値Δlimとを比較したのに対し、第２の実施形態では、全ての工程を加工した後の変形量Δｊと制限値Δlimとを比較する点である。限定はしないが、第１の実施形態は、加工する工程毎に変形量Δｊが漸次増大又は減少する場合に特に好適であるのに対し、第２の実施形態は、加工する工程毎に変形量Δｊが漸次増大又は減少するとは限らない場合に特に好適である。以下では、第１の実施形態と異なる点のみを詳細に説明する。

図１２は、第２の実施形態の加工条件算出装置１の動作フローである。設定部１１は、初期値の入力を受け付け（Ｓ６０１）、加工条件を取得する（Ｓ６０２）。

計算部１２は、Ｓ６０１で入力された条件をもとに、ｉ番目の工程の加工後の形状モデルを算出する（Ｓ６０３）、算出した形状モデルを解析モデルに変換して解析データを生成し（Ｓ６０４）、Ｓ６０４で変換した解析モデルを用いて、加工により付与される加工応力σ_ｉｋ及び素材１００の変形量Δｊ_ｉｋを算出する（Ｓ６０５）。

次に、計算部１２は、単ステップ解析処理がＯＮであるか否か判定する（Ｓ１２０１）。なお、単ステップ解析処理は初期設定ではＯＦＦであり、後述する処理によりＯＮとされる。この判定は、限定はしないが、単ステップ解析処理がＯＮか否かを示す変数やフラグ等により行うとよい。

Ｓ１２０１の判定の結果、単ステップ解析処理がＯＦＦの場合（Ｓ１２０１：Ｎｏ）、Ｓ６０８の処理に移行する。Ｓ１２０１の判定の結果、単ステップ解析処理がＯＮの場合（Ｓ１２０１：Ｙｅｓ）、判定部１３は、Ｋ＞０であるか否か判定する（Ｓ６０６）。Ｓ６０６の判定の結果、Ｋ＞０でない場合（Ｓ６０６：Ｎｏ）、後述する特定処理に移行する。Ｓ６０６の判定の結果、Ｋ＞０である場合（Ｓ６０６：Ｙｅｓ）、判定部１３は、Δｊ_ｉｋ＜Δｊ-limであるか否か判定する（Ｓ６０７）。

Ｓ６０７の判定の結果、Δｊ_ｉｋ＜Δｊ-limでない場合（Ｓ６０７：Ｎｏ）、後述する特定処理に移行する。Ｓ６０７の判定の結果、Δｊ_ｉｋ＜Δｊ-limである場合（Ｓ６０７：Ｙｅｓ）、判定部１３は、全ての工程に対して解析処理を行ったか否か判定する（Ｓ６０８）。

Ｓ６０８の判定の結果、全ての工程に対して解析処理を行っていない場合（Ｓ６０８：Ｎｏ）、変数Ｋを初期化してＫ＝０とし（Ｓ６０９）、変数ｉをインクリメントしてｉ＝ｉ＋１として（Ｓ６１０）、Ｓ６０２の処理に戻る。

Ｓ６０８の判定の結果、全ての工程に対して解析処理を行っている場合（Ｓ６０８：Ｙｅｓ）、単ステップ解析処理がＯＮであるか否か判定する（Ｓ１２０２）。

Ｓ１２０２の判定の結果、単ステップ解析処理がＯＦＦの場合（Ｓ１２０２：Ｎｏ）、後述する特定処理に移行する。Ｓ１２０２の判定の結果、単ステップ解析処理がＯＮの場合（Ｓ１２０２：Ｙｅｓ）、出力処理部１５は出力処理を行う（Ｓ６１１）。

ここで、Ｋ＞０でない場合（Ｓ６０６：Ｎｏ）、又は、Δｊ_ｉｋ＜Δｊ-limでない場合（Ｓ６０７：Ｎｏ）に移行する特定処理について説明する。図１３は、第２の実施形態の特定処理の動作フロー図である。図１３を図１２の動作フローと組み合わせて説明する。

特定部１４は、Δｊ＜Δｊ-limであるか否か判定する（Ｓ１３０１）。Ｓ１３０１の判定の結果、Δｊ＜Δｊ-limである場合（Ｓ１３０１：Ｙｅｓ）、Ｓ６１１の処理に移行する。Ｓ１３０１の判定の結果、Δｊ＜Δｊ-limでない場合（Ｓ１３０１：Ｎｏ）、単ステップ解析処理をＯＮとし（Ｓ１３０２）、Ｋ＞０であるか否かを判定する（Ｓ８０１）。

Ｓ８０１の判定の結果、Ｋ＞０でない場合（Ｓ８０１：Ｎｏ）、特定部１４は、加工条件を取得する（Ｓ８０２）。Ｓ８０２の処理の後、特定部１４は、Ｋ＝Ｋ＋１とし（Ｓ８０３）、取得されうる全ての加工条件の組み合わせに対し処理を行ったか、あるいは、Ｋ＝Ｋlimであるか否か判定する（Ｓ８０４）。

Ｓ８０４の判定の結果、該当しない場合（Ｓ８０４：Ｎｏ）、図１２のＳ６０２以降の処理に移行する。以降の処理は上記と同じである。

次のＳ１２０１の判定で、単ステップ解析処理がＯＮと判定されるので、Ｓ６０６の処理に移行する。Ｓ６０６の判定の結果、Ｋ＞０であると判定されるので（Ｓ６０６：Ｙｅｓ）、Ｓ６０７の処理に移行する。Ｓ６０７の判定の結果、Δｊ＜Δｊ-limでない場合（Ｓ６０７：Ｎｏ）、再び図１３に示す処理に移行する。

特定部１４は、上記のようにＳ１３０１の判定を行う。その判定の結果、Δｊ＜Δｊ-limでないと判定されるので（Ｓ１３０１：Ｎｏ）、単ステップ解析処理をＯＮとし（Ｓ１３０２）、Ｋ＞０であるか否かを判定する（Ｓ８０１）。この場合、Ｓ８０１ではＫ＞０と判定されるので（Ｓ８０１：Ｙｅｓ）、特定部１４は、変形量Δｊ_ｉを制限値Δｊ-limの範囲外とさせるターゲット工程を特定する（Ｓ１３０３）。そのために、特定部１４は、変形量Δｊが制限値Δｊ-limの範囲内である変数ｉのうち変数Ｎに最も近いものを特定し、これをターゲット工程を示す変数Ｌとする。

ここで、Ｓ１３０３について一例をあげて詳細に説明する。図１４は、変数ｉごとの変形量Δｊの推移を示す。グラフ１４００は、Ｎ＝５であり、経路１４０１では、変数ｉ＝５（ステップ１４２１）で、変形量Δｊが制限値Δｊ-limより大きくなっている。

変数ｉの値（１〜５）のうち、変形量Δｊ_ｉが制限値Δｊ-limより小さいのは変数ｉ＝１（ステップ１４２３）及び変数ｉ＝３（ステップ１４２２）のときである。このうち、ｉ＝５に最も最も近いのは変数ｉ＝３である。従って、特定部１４は、変数ｉ＝３を変数Ｌの値とする。なお、変数ｉ＝３の次である変数ｉ＝４（ステップ１４２４）に該当する工程が、変形量Δｊ_ｉに対しボトルネックとなる工程である。

図１３に戻る。特定部１４は、変形量Δｊ_ｉｋと変形量Δｊ_{ｉ（ｋ−１）}とを比較して、直前のＳ６０２で取得された加工条件で加工した場合の素材１００の変形量が、それより前のＳ６０２で取得された加工条件で加工された場合と比較して、改善されているか否か判定する（Ｓ８０６）。

Ｓ８０６の判定の結果、改善されている場合（Ｓ８０６：Ｙｅｓ）、特定部１４は、ｉ＝Ｌ＋１とする（Ｓ８０７）。一方、Ｓ８０６の判定の結果、改善されていない場合（Ｓ８０６：Ｎｏ）、特定部１４は、ｉ＝Ｌとする（Ｓ８０８）。

Ｓ８０７又はＳ８０８の処理の後、特定部１４は、加工条件を算出する（Ｓ８０９）。次に、特定部１４は、上記Ｓ８０３、Ｓ８０４の処理を行う。Ｓ８０４の判定の結果、該当しない場合（Ｓ８０４：Ｎｏ）、図１２のＳ６０２の処理に移行する。このとき、計算部１２は、Ｓ８０９で特定された加工条件を、Ｓ６０２の処理で取得する加工条件とする。以降の処理は上記と同じである。

一方、Ｓ８０４の判定の結果、該当する場合（Ｓ８０４：Ｙｅｓ）、特定部１４はｉ＝Ｌ−１とし（Ｓ８１０）、ｉ＞１であるか否か判定する（Ｓ８１１）。Ｓ８１１の判定の結果、ｉ＞１である場合（Ｓ８１１：Ｙｅｓ）、図１２のＳ６０２の処理に移行する。このとき、計算部１２は、直前のＳ８０９で特定された加工条件を、Ｓ６０２の処理で取得する加工条件とする。以降の処理は上記と同じである。

一方、Ｓ８１１の判定の結果、ｉ＞１でない場合（Ｓ８１１：Ｎｏ）、特定部１４は、変形量データ２２を参照し、変形量Δｊが最小となる加工条件を算出し（Ｓ８１２）、図１２のＳ６０７の処理に移行する。

以上が、本実施形態の動作フローである。本実施形態は、図１４に示すように、加工する工程毎に変形量Δｊが漸次増大又は減少するとは限らない場合に特に好適である。このような現象は、例えば、素材１００を構成する対向面を両側から加工する場合や、加工材２００の加工形状によって発生する。

例えば、図１４のグラフ１４００を参照して説明すると、変形量Δｊは変数ｉ＝２のときに制限値Δｊ-limを超えているが、その後再び制限値Δｊ-limより小さくなっている。従って、第１の実施形態のように、変数ｉ＝２の段階で加工条件の特定処理を行うことは無用な工数となる。第２の実施形態のように、一旦すべての変形量Δｊの解析結果と傾向を見ることで、変位量Δｊを抑えるために最も効果的なターゲット工程（変数Ｌ）を特定して、第１の実施形態と同様に加工条件の算出を行うことができる。これにより、図１４に一例を示すように変位量Δｊが変動する場合でも、最小限の工数で変形量を修正可能な加工条件を算出することができる。

なお、上記の第２の実施形態でのＳ６１１の出力では、図１０に示す範囲外工程の替わりに、ボトルネック工程を出力してもよい。

上記の第１の実施形態及び第２の実施形態は、任意の形態で提供することが可能である。例えば、加工条件を算出するシミュレーション装置として提供してもよく、加工装置の機能として提供してもよく、測定装置の機能として提供してもよい。なお、この加工装置とは、マシニング等の駆動機構を含む工作機械の他に、そのような工作機械にセットする工具（例えば切削工具や研削工具など）をも含むものを示す。

上記のように、第１の実施形態及び第２の実施形態の加工条件算出装置１は、加工条件毎に、その加工条件で加工したときの加工応力と変形量とを取得可能な構成（計算部１２、加工応力ＤＢ２１など）を含む。上記第１の実施形態及び第２の実施形態の機能を含む加工機械、加工機械にセットする工具、測定装置の各々は、この加工応力と変形量とに関する情報を取得するための装置として機能するものであってもよい。

また、上記では、鍛造して生成した素材を切削加工する場合を例にして説明したが、これに限らない。素材は鍛造されたものに限らず、内部応力を有するあらゆるものに適用可能である。また、加工も切削のみに限らず、研削やせん断加工など、加工応力が生じるあらゆる場合に適用可能である。

また、１つの加工条件算出装置１が、上記第１の実施形態と第２の実施形態との両方の機能を含むものとして構成されてもよい。この場合、素材の形状や材料、加工材の材料や形状、工作機械の構成、変形量の推移などに応じて、第１の実施形態の動作又は第２の実施形態の動作が選択されるように構成されてもよい。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各図において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、必ずしも実装上の全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１：加工条件算出装置、１０：制御部、１１：設定部、１２：計算部、１３：判定部、１４：特定部、１５：出力処理部、２０：記憶部、２１：加工応力ＤＢ、２２：変形量データ

Claims (9)

1. 素材の内部応力と、当該素材を１つ以上の工程で加工することによる加工応力とから、前記素材の変形量を算出する計算部と、
   変形量が所定基準外である場合に、工程の加工条件を算出する特定部と、
   算出した加工条件を出力する出力処理部と、
   を含むことを特徴とする加工条件算出装置。
2. 請求項１に記載の加工条件算出装置であって、
   前記特定部は、変形量を所定基準外とさせる工程を特定し、当該特定した工程の加工条件を算出すること
   を特徴とする加工条件算出装置。
3. 請求項１に記載の加工条件算出装置であって、
   前記特定部は、工程毎に加工後の変形量が所定基準外であるか否か判定し、所定基準外である場合に、加工条件を算出すること、
   を特徴とする加工条件算出装置。
4. 請求項１に記載の加工条件算出装置であって、
   前記特定部は、全ての工程の加工後の変形量が所定基準外である場合に、加工条件を算出すること、
   を特徴とする加工条件算出装置。
5. 請求項２に記載の加工条件算出装置であって、
   前記特定部は、変形量の推移に基づいて、変形量を所定基準外とさせる工程を特定すること
   を特徴とする加工条件算出装置。
6. 素材の内部応力と、当該素材を１つ以上の工程で加工することによる加工応力とから、前記素材の変形量を算出するステップと、
   変形量が所定基準外である場合に、工程の加工条件を算出するステップと、
   算出した加工条件を出力するステップと、
   を含むことを特徴とする加工条件算出方法。
7. 演算部と、記憶部とを含むコンピュータにより実行されると、コンピュータを、
   素材の内部応力と、当該素材を１つ以上の工程で加工することによる加工応力とから、前記素材の変形量を算出する計算部と、
   変形量が所定基準外である場合に、工程の加工条件を算出する特定部と、
   算出した加工条件を出力する出力処理部と、
   を含む加工条件算出装置として機能させることを特徴とするプログラム。
8. 請求項１乃至５のうちいずれか１つに記載の加工条件算出装置を含む加工装置。
9. 請求項１乃至５のうちいずれか１つに記載の加工条件算出装置を含む測定装置。

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