JP2018001318A - 加工装置及び加工装置の設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非力なモーターを用いた場合であっても、加工工具を正常に回転させて、正常に加工を行うこと。【解決手段】本開示の加工装置は、加工対象物を加工する加工工具を回転させるモーターと、前記加工工具により前記加工対象物を加工するときの加工深さを、前記加工工具の刃径に応じて設定する制御部と、を備える。前記制御部は、前記刃径が設定値よりも小さいときには、前記刃径が大きいほど前記加工深さが深くなるように前記加工深さを設定し、前記刃径が前記設定値よりも大きいときには、前記刃径が大きいほど前記加工深さが浅くなるように前記加工深さを設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、加工装置及び加工装置の設定方法に関する。

加工装置の一例として、加工対象物であるワークを切削する切削装置（例えばフライス盤）が知られている。このような切削装置では、ワークをテーブルに保持し、切削用工具（例えばエンドミル）を回転させつつテーブルを移動させることによって、切削用工具とワークとを相対的に移動させながらワークを切削刃物で切削することが行われる。

このような加工装置では、一般的に、ワークを大まかに切削する「荒削り」と呼ばれる加工工程の後、仕上げの切削工程が行われることになる。荒削りの工程が行われることによって、全体の切削時間の短縮化や、仕上げ工程の効率化を実現することができる。また、荒削り工程での切削深さ（切り込み深さ）が深く設定されるほど、切削時間を短縮させることができる。

特開２０１１−２２７５８４号公報

一般的な加工装置では、加工深さ（例えば切削深さ）は加工工具の刃径（直径）に応じて設定され、同じ加工条件（例えばモーターの回転数や、切削速度など）であれば、刃径が大きいほど、加工深さ（切込深さ、切込量）が深く設定されることになる。
しかし、刃径が大きくなると加工時にワークから受ける抵抗が大きくなるため、加工工具を回転させるモーターが非力な場合には、加工工具の回転に異常が生じるおそれがある。

本発明は、非力なモーターを用いた場合であっても、加工工具を正常に回転させて、正常に加工を行うことを目的とする。

上記目的を達成するための主たる発明は、加工対象物を加工する加工工具を回転させるモーターと、前記加工工具により前記加工対象物を加工するときの加工深さを、前記加工工具の刃径に応じて設定する制御部と、を備え、前記制御部は、前記刃径が設定値よりも小さいときには、前記刃径が大きいほど前記加工深さが深くなるように前記加工深さを設定し、前記刃径が前記設定値よりも大きいときには、前記刃径が大きいほど前記加工深さが浅くなるように前記加工深さを設定することを特徴とする加工装置である。

本発明の他の特徴については、本明細書の記載により明らかにする。

本発明によれば、非力なモーターを用いた場合であっても、加工工具を正常に回転させることができる。

図１Ａは、一般的な切削装置における刃径と加工深さとの関係の説明図である。図１Ｂは、モーターが非力な切削装置における刃径と加工深さとの関係の説明図である。 図２は、本実施形態の加工装置１００の概略説明図である。 図３は、本実施形態の加工装置１００のブロック図である。 図４は、材料テーブル７１の説明図である。 図５は、工具テーブル７２の説明図である。 図６Ａは、パラメータテーブル７３の説明図である。図６Ｂは、第１設定値〜第３設定値（ｋ１〜ｋ３）に基づく計算式に図６Ａの第１設定値〜第３設定値（ｋ１〜ｋ３）を当てはめた場合のグラフである。 図７は、加工条件設定部６１の行う処理のフロー図である。 図８Ａは、加工対象物Ｗの材料と、加工工具２１の種類とを選択するための選択画面の説明図である。図８Ｂは、加工条件の表示画面の説明図である。 図９Ａ及び図９Ｂは、加工対象物Ｗに対する加工工具２１の加工経路の説明図である。 図１０は、第１設定値〜第３設定値（ｋ１〜ｋ３）の決定方法のフロー図である。 図１１は、サンプルブロック片に対する加工の様子の説明図である。 図１２Ａ及び図１２Ｂは、Ｓ１０５で求める二次曲線の近似式の説明図である。 図１３は、第２実施形態の刃径と加工深さとの関係の説明図である。

＝＝＝開示の概要＝＝＝
本明細書の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。

加工対象物を加工する加工工具を回転させるモーターと、前記加工工具により前記加工対象物を加工するときの加工深さを、前記加工工具の刃径に応じて設定する制御部と、を備え、前記制御部は、前記刃径が設定値よりも小さいときには、前記刃径が大きいほど前記加工深さが深くなるように前記加工深さを設定し、前記刃径が前記設定値よりも大きいときには、前記刃径が大きいほど前記加工深さが浅くなるように前記加工深さを設定することを特徴とする加工装置が明らかとなる。このような加工装置によれば、非力なモーターを用いた場合であっても、加工工具を正常に回転させることができる。

前記刃径が前記設定値に近い値であるほど、前記刃径の変化量に対する前記加工深さの変化量が小さくなることが望ましい。これにより、非力なモーターを用いた場合であっても、加工工具を正常に回転させることができる。

前記加工深さは、前記刃径と前記設定値との差の２乗に応じた値として設定されることが望ましい。これにより、非力なモーターを用いた場合であっても、加工工具を正常に回転させることができる。

前記設定値は、前記加工対象物の種類に応じた値ｋ１として設定され、前記加工対象物の種類に応じて別の設定値としてｋ２及びｋ３が設定され、前記刃径をＤとしたとき、前記加工深さは、−ｋ２×（Ｄ−ｋ１）²＋ｋ３として算出されることが望ましい。これにより、非力なモーターを用いた場合であっても、加工工具を正常に回転させることができる。

加工対象物を加工する加工工具を回転させるモーターと、前記加工工具により前記加工対象物を加工するときの加工深さを、前記加工工具の刃径に応じて設定する制御部であり、前記刃径が設定値よりも小さいときには、前記刃径が大きいほど前記加工深さが深くなるように前記加工深さを設定するとともに、前記刃径が前記設定値よりも大きいときには、前記刃径が大きいほど前記加工深さが浅くなるように前記加工深さを設定する制御部とを備えた加工装置の前記設定値を設定する加工装置設定方法であって、（１）前記加工対象物のサンプルに対して、前記加工深さが徐々に深くなるように段階的に前記加工深さを設定して、前記加工工具により前記サンプルを加工するサンプル加工工程と、（２）前記サンプル加工工程の際に、前記加工工具の回転に異常が生じるまでの最大の前記加工深さを限界深さとし、前記刃径に応じた前記限界深さを特定する限界特定工程と、（３）前記刃径に応じた前記限界深さに基づいて、前記設定値を求める算出工程とを行うことを特徴とする加工装置設定方法が明らかとなる。これにより、加工工具を正常に回転させる際に用いられる設定値を簡易な方法で求めることができる。

前記限界特定工程では、少なくとも３つの前記刃径に応じた前記限界深さがそれぞれ特定され、前記算出工程では、少なくとも３つの前記刃径に応じた前記限界深さに基づいて二次曲線の近似式が求められるとともに、前記近似式に基づいて前記設定値が算出されることが望ましい。これにより、サンプル加工工程を行う回数を軽減させることができる。

前記算出工程では、前記近似式において前記限界深さのピーク値に対応する前記刃径に基づいて、前記設定値が算出されることが望ましい。これにより、加工工具を正常に回転させる際に用いられる設定値を簡易な方法で求めることができる。

前記加工対象物の種類ごとに、前記設定値が算出されることが望ましい。これにより、加工対象物の種類ごとに、適切な設定値を簡易な方法で求めることができる。

＝＝＝第１実施形態＝＝＝
＜はじめに＞
図１Ａは、一般的な切削装置における刃径と加工深さとの関係の説明図である。図中の上側には、刃径と加工深さとの関係を示すグラフが示されている。図中の下側には、加工工具２１と、加工対象物Ｗの加工状態とが示されている。一般的な切削装置では、加工時にワークから受ける抵抗に対して十分なパワーを有するモーターが採用されている。このため、同じ加工条件（例えばモーターの回転数や、切削速度など）であれば、刃径が大きいほど、加工深さを深くすることができる（刃径が大きいほど、限界加工深さが深くなる）。したがって、一般的な切削装置では、加工工具２１の刃径が大きいほど、荒削り工程での加工深さは深く設定されることになる。

図１Ｂは、モーターが非力な切削装置における刃径と加工深さとの関係の説明図である。モーターが非力な場合、加工時にワークから受ける抵抗が大きくなると、回転工具の回転が停止するなどの異常が生じることになる。加工時にワークから受ける抵抗は、刃径が大きくなるほど大きくなるため、モーターが非力な場合には、刃径が大きくなっても、加工深さを深くすることはできず、むしろ加工深さを浅くする必要が生じてくる。

そこで、本実施形態では、加工工具２１の刃径が第１設定値ｋ１よりも小さいときには、刃径が大きいほど加工深さが深くなるように加工深さが設定されるとともに、加工工具２１の刃径が第１設定値ｋ１よりも大きいときには、刃径が大きいほど加工深さが浅くなるように加工深さが設定される。これにより、加工工具２１を正常に回転させて、正常に加工を行うことができる。

また、図１Ｂに示すグラフによれば、刃径が第１設定値ｋ１に近い値であるほど（刃径と第１設定値ｋ１との差が小さいほど）、刃径の変化量に対する加工深さの変化量が小さくなる（傾きの絶対値が小さくなる）。この点を考慮すると、図１Ｂに示すグラフの加工深さは、刃径と第１設定値ｋ１との差の２乗に応じた値となる。具体的には、図１Ｂに示す曲線は、次式の放物線を示す二次曲線で近似することができる。

加工深さ（ｍｍ）＝−ｋ２×（Ｄ−ｋ１）²＋ｋ３
Ｄ：工具の刃径（ｍｍ）
ｋ１：第１設定値（ｍｍ）
ｋ２：第２設定値
ｋ３：第３設定値（ｍｍ）

そこで、本実施形態では、図１Ｂに示すような刃径と加工深さとの関係を利用して、加工深さを、上式に基づいて、工具の刃径Ｄ及び第１設定値〜第３設定値（ｋ１〜Ｋ３）から算出している。このため、様々な工具の刃径ごとに加工深さを逐次記憶しなくても、第１設定値〜第３設定値が記憶されていれば、用いられる加工工具２１の刃径に適切な加工深さを求めることができるので、記憶すべきデータ量が少なくて済む。

ところで、様々な加工条件下で試験を行い、これらの様々な加工条件に適した加工深さをそれぞれ求めようとすると、膨大な時間がかかってしまう。これに対し、本実施形態では、図１Ｂに示すような刃径と加工深さとの関係を利用して、第１設定値〜第３設定値（ｋ１〜ｋ３）を簡易な方法で求めることができ、刃径と、その刃径に適した加工深さとの関係を簡易に求めることができる。

以下、本実施形態の加工装置の基本構成について説明し、その後に、本実施形態の加工装置に用いられる第１設定値〜第３設定値（ｋ１〜ｋ３）の決定方法を説明する。

＜加工装置１００の基本構成＞
図２は、本実施形態の加工装置１００の概略説明図である。図３は、本実施形態の加工装置１００のブロック図である。

以下の説明では、図２に示すように各方向を定義する。すなわち、加工工具２１（例えばエンドミル）の回転軸に平行な方向を「上下方向」とし、加工工具２１から見て加工対象物Ｗの側を「下」とし、逆側を「上」とする。上下方向のことを「Ｚ軸方向」と呼ぶこともある。また、キャリッジ３１の移動方向を「左右方向」とし、作業者から見て右側を「右」とし、左側を「左」とする。左右方向のことを「Ｘ軸方向」と呼ぶこともある。上下方向及び左右方向に垂直な方向を「前後方向」とし、加工装置１００から見て作業者の側を「前」とし、逆側を「後」とする。前後方向のことを「Ｙ軸方向」と呼ぶこともある。

加工装置１００は、加工対象物Ｗを加工工具２１で加工する装置である。加工装置１００は、加工機１と、加工制御装置であるコンピューター５とを有する。但し、コンピューター５の果たす機能を加工機１が実現することによって、加工装置１００が加工機１単体で構成されても良い。

加工対象物Ｗは、ここでは極軟材、軟質材、中庸材又は硬質材などを素材とするブロック片である。極軟材としては、発泡材、ケミカルウッド、バルサ等を素材とする材料が含まれる。軟質材は、極軟材よりも硬い材料であり、石膏、コルク、モデリングワックス等を素材とする材料が含まれる。中庸材は、軟質材よりも硬い材料であり、ケミカルウッド（硬めのケミカルウッド）、木材、ＡＢＳ樹脂等を素材とする材料が含まれる。硬質材は、中庸材よりも硬い材料であり、ポリアセタール、アクリル、ポリカーボネード等を素材とする材料が含まれる。本実施形態では、加工対象物Ｗの材料は、極軟材、軟質材、中庸材及び硬質材の４グループに区分けされている。

加工機１は、加工対象物Ｗに加工を行うための装置（機械）である。一般的な切削装置では主な加工対象物が金属材料であるのに対し、本実施形態の加工機１は、金属材料よりも柔らかい非金属材料を加工対象物Ｗとしている。ここでは、加工機１は、切削装置である。加工機１は、コントローラー１０と、回転部２０と、キャリッジ部３０と、テーブル部４０とを有する。

コントローラー１０は、加工機１の制御を司る制御部である。コントローラー１０は、コンピューター５からの加工指示データに基づいて、加工機１の駆動部（回転モーター２３、キャリッジ用モーター３３、テーブル用モーター４３、Ｚ軸モーター５３）を制御する。コントローラー１０は、コンピューター５とともに、加工装置１００の制御を司る制御部を構成する。

回転部２０は、加工工具２１を回転させるためのユニットである。回転部２０は、加工工具２１と、主軸２２と、回転モーター２３とを有する。

加工工具２１は、回転軸で回転することにより加工対象物Ｗを加工する工具である。加工工具２１は、ここでは切削工具（エンドミル）である。加工工具２１は、刃部と、基端部とを有する。刃部は、刃の形成された部位である。刃部は、柱形状の加工工具２１の下端及び側面に刃が形成されることによって構成されている。なお、刃径とは、刃部の直径を意味する。基端部は、刃の形成されていない部位である。基端部はシャンク部と呼ばれることもあり、基端部の直径のことをシャンク径と呼ぶことがある。加工工具２１の種類が特定されていれば、シャンク径から刃径を特定することも可能である。基端部は、刃部の上側に位置しており、チャック２２Ａによって保持される部位である。加工工具２１は、チャック２２Ａに対して着脱可能であり、用途に応じて交換可能である。

主軸２２は、加工工具２１を回転させる部位である。主軸２２は、スピンドル、シャフト等とも呼ばれることがある。主軸２２の下端にはチャック２２Ａが設けられている。チャック２２Ａは、加工工具２１を保持する工具保持部である。チャック２２Ａは、主軸２２に対して着脱可能であってもよい。例えば、加工工具２１の種類や径に応じて適切なチャック２２Ａを主軸２２に装着すると良い。

回転モーター２３は、主軸２２（及び加工工具２１）を回転させる動力源である。ここでは、回転モーター２３として、ＤＣモーターが用いられている。本実施形態では、回転モーター２３は、安価で非力なものが用いられている。金属材料を加工対象物とする一般的な切削装置ではｋＷクラスの出力の回転モーターが用いられるのに対し、本実施形態の回転モーター２３の出力は、数１０Ｗクラスである。

キャリッジ部３０は、加工工具２１と加工対象物ＷとをＸ軸方向に相対移動させるためのユニットである。ここでは、キャリッジ部３０は、加工工具２１をＸ軸方向に移動させることによって、加工工具２１と加工対象物ＷとのＸ軸方向の相対移動を実現している。キャリッジ部３０は、キャリッジ３１と、Ｘガイド３２と、キャリッジ用モーター３３とを有する。キャリッジ３１は、Ｘ軸方向に移動するＸ移動体である。Ｘガイド３２は、キャリッジ３１をＸ軸方向に案内する部材である。キャリッジ用モーター３３は、キャリッジ３１をＸ軸方向に移動させる動力源である。キャリッジ３１には、回転部２０が設けられており、キャリッジ３１がＸ軸方向に移動すると、回転部２０もＸ軸方向に移動し、これにより加工工具２１もＸ軸方向に移動することになる。

テーブル部４０は、加工工具２１と加工対象物ＷとをＹ軸方向に相対移動させるためのユニットである。ここでは、テーブル部４０は、加工対象物ＷをＹ軸方向に移動させることによって、加工工具２１と加工対象物ＷとのＹ軸方向の相対移動を実現している。テーブル部４０は、テーブル４１と、Ｙガイド４２と、テーブル用モーター４３とを有する。テーブル４１は、Ｙ方向に移動する移動体である。Ｙガイド４２は、テーブル４１をＹ軸方向に案内する部材である。テーブル用モーター４３は、テーブル４１をＹ軸方向に移動させる動力源である。テーブル４１には、ワーク保持部４４が設けられている。ワーク保持部４４は、加工対象物Ｗをテーブル４１に保持する保持部である。テーブル４１がＹ軸方向に移動すると、ワーク保持部４４に保持されている加工対象物ＷがＹ軸方向に移動することになる。

また、加工機１は、加工工具２１と加工対象物Ｗとを上下方向（Ｚ軸方向）に相対移動させるための上下移動ユニット５０を有する。ここでは、上下移動ユニット５０は、キャリッジ３１に対して回転部２０をＺ軸方向に移動させるように構成されている。具体的には、上下移動ユニット５０は、キャリッジ３１に設けられ回転部２０とともにＺ方向に移動するＺ移動体５１と、Ｚ移動体５１をＺ軸方向に移動させるための駆動源となるＺ軸モーター５３とを有する。但し、上下移動ユニット５０は、加工対象物Ｗをテーブル４１に対してＺ軸方向に移動させるように構成されても良い。加工機１が、キャリッジ部３０、テーブル部４０及び上下移動ユニット５０を備えることによって、加工工具２１を加工対象物Ｗに対して３次元（ＸＹＺ軸方向）に移動させることができる。なお、例えばワーク保持部４４にチルトステージや回転ステージを設けることによって、加工工具２１を加工対象物Ｗに対して６次元（ＸＹＺ軸方向及び各軸回転方向）に移動可能にしても良い。

コンピューター５は、加工機１を制御するための加工制御装置である。コンピューター５は、加工機１を制御するための加工指示データを生成し、その加工指示データを加工機１に出力する。コンピューター５は、例えば汎用のパーソナルコンピューターであり、ＣＰＵ、メモリ、記憶装置、通信部などを備えている。ＣＰＵは、記憶装置に記憶されているプログラムをメモリに読み出して実行することにより、後述する各種処理を実行する。記憶装置には、プログラムや各種のデータが記憶されている。通信部は、加工機１に接続するための通信モジュール（例えばＵＳＢモジュール）である。コンピューター５には、表示装置６（ディスプレイ）や、入力装置７（キーボードやマウス）などが接続されていても良い。

コンピューター５は、３Ｄデータ記憶部と、加工制御部６０とを有する。３Ｄデータ記憶部は、加工対象物Ｗの加工後の形状を示す３次元データ（３Ｄデータ）を記憶する機能を有する。

加工制御部６０は、３Ｄデータ記憶部に記憶されている３Ｄデータに基づいて、加工機１を制御するための指示データを生成し、加工機１に指示データを送信して加工機１を制御する機能を有する。加工制御部６０は、コンピューター５が加工機１の制御プログラム（制御ドライバー）を実行することによって実現される。

加工制御部６０は、材料テーブル７１と、工具テーブル７２と、パラメータテーブル７３とを記憶している。
材料テーブル７１は、加工対象物Ｗの材料に関する情報を記憶したテーブルである。図４に示すように、材料テーブル７１には、材料名と、材料の属するグループ名（極軟材、軟質材、中庸材又は硬質材）とが対応付けられている。
工具テーブル７２は、加工工具２１に関する情報を記憶したテーブルである。工具テーブル７２には、図５に示すように、工具名と、その工具の刃径（刃部の直径）とが対応付けられている。なお、工具テーブル７２に、工具名に対して他の情報（例えば工具の材質情報）が対応付けられていても良い。
パラメータテーブル７３は、加工条件を設定するための各種パラメータを記憶したテーブルである。図６Ａに示すように、パラメータテーブル７３には、材料に対して第１設定値〜第３設定値（後述：ｋ１〜ｋ３）が対応付けられている。なお、パラメータテーブル７３に、第１設定値〜第３設定値とは別のパラメータが記憶されていても良い。例えば、材料に対して周速度が対応付けられており、溶融しやすい材料（例えばＡＢＳ樹脂など）に対して遅い周速度が対応付けられており、溶融しにくい材料（例えばケミカルウッドなど）に対して速い周速度が対応付けられていても良い。

また、加工制御部６０は、加工条件設定部６１と、パス設定部６２と、指示データ生成部６３と、データ出力部６４とを有する。

加工条件設定部６１は、加工条件を設定する機能を有する。設定される加工条件としては、加工対象物Ｗの種類（材料名）、加工工具２１の種類（工具名）、加工工具２１の切削速度、加工深さ、モーターの回転数などが含まれている。
図７は、加工条件設定部６１の行う処理のフロー図である。本実施形態では、加工条件設定部６１は、次に説明するように、加工対象物Ｗの種類（材料名）と、加工工具２１の種類（工具名）とに基づいて、加工深さを設定する。

まず、加工条件設定部６１は、加工対象物Ｗの材料と、加工工具２１の種類を選択させる（Ｓ００１）。具体的には、図８Ａに示すように、加工条件設定部６１は、加工対象物Ｗの材料と、加工工具２１の種類とを選択するための選択画面を表示装置６に表示させる。図中の選択画面には、材料選択部６１１と、工具選択部６１２と、決定ボタンとが含まれている。作業者が入力装置７（例えばマウス）を用いて材料選択部６１１のプルダウン部をクリックすると、加工条件設定部６１は、材料テーブル７１（図４参照）に基づいて材料名の一覧を表示し、作業者が入力装置７を用いて一覧の中から材料名を選択すると、選択された材料が加工条件として設定される。ここでは、加工対象物Ｗの材料として「ケミカルウッド（硬）」が選択されている。また、作業者が入力装置７を用いて工具選択部６１２のプルダウン部をクリックすると、加工条件設定部６１は、工具テーブル７２（図５参照）に基づいて工具名の一覧を表示し、作業者が入力装置７を用いて一覧の中から工具名を選択すると、選択された加工工具２１が加工条件として設定される。決定ボタンが押されると、材料と加工工具２１が加工条件の一つとして設定される。

次に、加工条件設定部６１は、パラメータテーブル７３（図６Ａ参照）に基づいて、設定された材料に対応付けられている設定値（ｋ１〜ｋ３）を取得する（Ｓ００２）。なお、加工条件設定部６１は、第１設定値〜第３設定値（ｋ１〜ｋ３）に基づく次の計算式を有している。

加工深さ（ｍｍ）＝−ｋ２×（Ｄ−ｋ１）²＋ｋ３

図６Ｂは、上式に図６Ａの第１設定値〜第３設定値（ｋ１〜ｋ３）を当てはめた場合のグラフである。グラフの横軸は刃径Ｄ（ｍｍ）を示しており、グラフの縦軸は加工深さ（ｍｍ）を示している。

上式から理解できるように、第１設定値ｋ１は、加工深さの最大値に対応する刃径の値に相当する。パラメータテーブル７３には、第１設定値ｋ１が、加工対象物Ｗの材料の種類に応じて定められており、柔らかい材料ほど大きい値になっている。このため、柔らかい材料ほど、刃径Ｄの大きさに応じて加工深さを深く設定可能な刃径Ｄの範囲が広くなる（Ｄ＜ｋ１となる刃径Ｄの範囲が広くなる）。

また、上式から理解できるように、第２設定値ｋ２は、放物線を示す二次曲線の開き具合に応じた値を示す。パラメータテーブル７３には、第２設定値ｋ２が、加工対象物Ｗの材料の種類に応じて定められており、柔らかい材料ほど大きな値を示す。このため、比較的柔らかい材料ほど、刃径Ｄの変化量に対する加工深さの変化量が大きくなる。

また、上式から理解できるように、第３設定値ｋ３は、加工深さの最大値（ピーク値）に相当する。パラメータテーブル７３には、第３設定値ｋ３が、加工対象物Ｗの材料の種類に応じて定められており、柔らかい材料ほど大きい値になっている。このため、柔らかい材料ほど、加工深さが大きくなる。

次に、加工条件設定部６１は、加工条件として加工深さを算出する（Ｓ００３）。このとき、加工条件設定部６１は、Ｓ００１で選択された加工工具２１に対応する刃径Ｄを工具テーブル７２から取得するとともに、この刃径Ｄと、Ｓ００２で取得した第１設定値〜第３設定値（ｋ１〜ｋ３）とに基づいて、上式から加工深さを算出する。この計算式は、Ｄ＝ｋ１のときに加工深さがピーク値（最大値）となる放物線を示す二次曲線である。このため、この計算式によれば、加工工具２１の刃径Ｄが第１設定値ｋ１よりも小さいとき（Ｄ＜ｋ１）、刃径が大きいほど加工深さが深くなるように加工深さが設定される。一方、加工工具２１の刃径Ｄが第１設定値ｋ１よりも大きいとき（Ｄ＞ｋ１）、刃径が大きいほど加工深さが浅くなるように加工深さが設定される。これにより、加工機１の回転モーター２３が非力であっても、加工工具２１を正常に回転させて、正常に加工を行うことができる。

加工条件設定部６１は、算出した加工深さをパス設定部６２に受け渡す。また、加工条件設定部６１は、加工深さ以外の加工条件も、パス設定部６２に受け渡す。例えば、加工条件設定部６１は、刃径Ｄに基づいてパス間隔を算出し、加工条件の一つとしてパス間隔をパス設定部６２に受け渡す。

加工条件設定部６１は、設定された加工条件を表示装置６に表示させてもよい。図８Ｂは、加工条件の表示画面の説明図である。図中の表示画面には、加工深さの欄にＳ００３で算出された数値が表示されている。また、図中の表示画面には、他の加工条件の数値も表示されている。作業者は、この表示画面上から、加工条件を示す数値を再設定することもできる。決定ボタンが押されると、表示画面上の加工条件の数値が確定し、それぞれの加工条件がパス設定部６２に受け渡されることになる。

パス設定部６２は、加工対象物Ｗに対する加工工具２１の加工経路（パス、走査線）を設定する機能を有する。パス設定部６２は、加工条件設定部６１から取得した加工条件に基づいて、加工経路を設定する。

図９Ａ及び図９Ｂは、加工対象物Ｗに対する加工工具２１の加工経路の説明図である。図９Ａに示すように、パス設定部６２は、加工条件設定部６１から取得した加工深さに基づいて、加工経路を設定する。図９Ａに示すように、ある層を加工するときの加工経路と、その加工経路から１段階深い層を加工するときの加工経路（１段階深く削り込む加工経路）とのＺ軸方向の間隔は、加工条件設定部６１から取得した加工深さになるように設定される。他にも、パス設定部６２は、図９Ｂに示すように、加工条件設定部６１から取得したパス間隔に基づいて、加工経路を設定する。パス設定部６２は、加工経路の情報を指示データ生成部６３に受け渡す。

指示データ生成部６３は、加工機１の駆動部を駆動させる指示データ（指示コマンド）を生成する機能を有する。指示データ生成部６３は、パス設定部６２の求めた加工経路の情報に基づいて、各駆動部（回転モーター２３、キャリッジ用モーター３３、テーブル用モーター４３、Ｚ軸モーター５３）への指示データを生成する。

データ出力部６４は、生成した指示データを加工機１に出力する機能を有する。加工機１は、受信した指示データに従って各駆動部を駆動することになる。本実施形態では、加工工具２１の刃径Ｄが第１設定値ｋ１よりも大きいとき（Ｄ＞ｋ１）、刃径が大きいほど加工深さが浅くなるように加工工具２１によって加工対象物Ｗが加工されることになる。これにより、加工機１の回転モーター２３が非力であっても、加工工具２１を正常に回転させて、正常に加工を行うことができる。

＜設定値の決定方法＞
図１０は、第１設定値〜第３設定値（ｋ１〜ｋ３）の決定方法のフロー図である。図中の各処理は、加工装置１００の開発段階又は設計段階に行われる。また、図中の処理の一部は、開発用又は設計用のコンピューターによって行われる。但し、加工機１を購入したユーザーのコンピューター（前述のコンピューター５）が図中の処理の一部を行えるようにして、ユーザーが第１設定値〜第３設定値（ｋ１〜ｋ３）を決定できるようにしても良い。

まず、所定の刃径の加工工具２１を加工機１にセットする（Ｓ１０１）。次に、加工対象物Ｗのサンプルブロック片に対して、加工深さが徐々に深くなるように段階的に加工深さを設定して、加工対象物Ｗに対して加工工具２１を走査させてサンプルブロック片を加工する（Ｓ１０２）。

図１１は、サンプルブロック片に対する加工の様子の説明図である。図に示すように、加工装置１００は、加工深さが徐々に深くなるように段階的に加工深さを設定して、サンプルブロック片を加工する。図中のサンプルは、加工対象物Ｗに対して加工工具２１をＸ軸方向に走査させているが、走査方向はＹ軸方向でも良い。

サンプルブロック片の材質に応じて、加工深さの段階的な変化量（ステップ量）を変えてもよい。例えば、サンプルブロック片が比較的柔らかい材質（例えば発泡材）の場合には、大きな変化量で加工深さを徐々に深くするようにし、一方、サンプルブロック片が比較的硬い材質の場合には、小さな変化量で加工深さを徐々に深くすることが望ましい。これにより、サンプルの材質に応じた限界加工深さを特定することができる。

加工深さを徐々に深くしてサンプルブロック片を加工していくと、加工工具２１の回転に異常（例えば、加工工具２１の回転の停止）が生じることになる。言い換えると、加工工具２１の回転に異常が生じるまで、加工深さを徐々に深くしてサンプルブロック片を加工する。

加工工具２１の回転に異常が生じたとき（例えば加工工具２１の回転が停止したとき）、それまでの最大の加工深さを限界加工深さとして特定する。限界加工深さは、加工可能な最大の加工深さを示すことになる。本実施形態では、刃径に応じた限界加工深さを特定する（Ｓ１０３）。また、本実施形態では、Ｓ１０１〜Ｓ１０３の処理を繰り返して、少なくとも３つの刃径に応じた限界加工深さをそれぞれ特定する（Ｓ１０４）。

次に、特定された刃径と限界加工深さとの関係に基づいて、二次曲線の近似式を取得する（Ｓ１０５）。図１２Ａ及び図１２Ｂは、Ｓ１０５で求める二次曲線の近似式の説明図である。図１２Ａに示すように、前述のＳ１０４を終えた段階で、刃径と限界加工深さとの関係を示す少なくとも３つの座標が特定されている。そこで、図１２Ｂに示すように、この少なくとも３点の座標に基づいて放物線を示す二次曲線の近似式を算出する（図１２Ｂ参照）。

次に、二次曲線の近似式に基づいて、第１設定値〜第３設定値（ｋ１〜ｋ３）を決定する（Ｓ１０６）。第１設定値ｋ１は、放物線を示す二次曲線における限界加工深さの最大値（ピーク値）に対応する刃径の値に相当する（図１２Ｂ参照）。また、第２設定値ｋ２は、放物線を示す二次曲線の開き方に応じた値を示し、加工対象物Ｗの種類に応じた係数を示す。また、第３設定値ｋ３は、放物線を示す二次曲線における限界加工深さの最大値ｋ３’（ピーク値）に応じた値を示す。例えば、第３設定値ｋ３は、放物線を示す二次曲線における限界加工深さの最大値ｋ３’（ピーク値）に安全率を考慮した値となる。なお、刃径に応じて特定された限界加工深さに対して安全率を掛けた上で、刃径と、安全率を考慮した加工深さとの関係から二次曲線の近似式を求めて、第１設定値〜第３設定値（ｋ１〜ｋ３）を決定してもよい。

このように決定された第１設定値〜第３設定値（ｋ１〜ｋ３）は、材料に対応付けられて加工装置１００のパラメータテーブル７３に記憶されることになる。加工装置１００の開発段階又は設計段階では、加工対象物Ｗの材料の種類に応じて図１０に示す処理が行われ、それぞれの材料に応じた第１設定値〜第３設定値（ｋ１〜ｋ３）が決定されることになる。

本実施形態では、図１Ｂに示すような刃径と加工深さとの関係を利用して、第１設定値〜第３設定値（ｋ１〜ｋ３）を簡易な方法で求めることができる。このため、本実施形態では、想定される全ての加工条件で試験（サンプルの加工）を行う必要がなく、刃径と、その刃径に適した加工深さとの関係を簡易に求めることができる。

＝＝＝第２実施形態＝＝＝
図１３は、第２実施形態の刃径と加工深さとの関係の説明図である。第２実施形態においても、加工制御部６０の加工条件設定部６１は、加工工具２１の刃径が第１設定値ｋ１よりも小さいときには、刃径が大きいほど加工深さが深くなるように加工深さを設定するとともに、加工工具２１の刃径が第１設定値ｋ１よりも大きいときには、刃径が大きいほど加工深さが浅くなるように加工深さを設定することになる。このため、第２実施形態においても、加工工具２１を正常に回転させて、正常に加工を行うことができる。

但し、モーターが非力な場合における刃径と加工深さ（限界加工深さ）との実際上の関係は、図１３に示すような直線的な関係ではなく、図１Ｂに示すように、刃径が第１設定値ｋ１に近い値であるほど（刃径と第１設定値ｋ１との差が小さいほど）、刃径の変化量に対する加工深さの変化量が小さくなる（傾きの絶対値が小さくなる）。このため、図１３に示すグラフに従って刃径に基づいて加工深さを求めた場合、第１実施形態よりも加工深さが浅く設定されることがある。このため、第２実施形態の図１３に示すような直線的な関係ではなく、第１実施形態の図１Ｂに示すように、刃径が第１設定値ｋ１に近い値であるほど（刃径と第１設定値ｋ１との差が小さいほど）、刃径の変化量に対する加工深さの変化量が小さくなる（傾きの絶対値が小さくなる）ことが望ましい。また、第１実施形態のように、加工深さが、刃径と第１設定値ｋ１との差の２乗に応じた値として算出されることが望ましい。

＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。上記の構成は、適宜組み合わせて実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１加工機、５ コンピューター、
６ 表示装置、７ 入力装置、
１０ コントローラー、
２０ 回転部、２１ 加工工具、
２２ 主軸、２２Ａ チャック、２３ 回転モーター、
３０ キャリッジ部、３１ キャリッジ、
３２ Ｘガイド、３３ キャリッジ用モーター、
４０ テーブル部、４１ テーブル、
４２ Ｙガイド、４３ テーブル用モーター、
４４ ワーク保持部、５０ 上下移動ユニット、
５１ Ｚ移動体、５３ Ｚ軸モーター、
６０ 加工制御部、６１ 加工条件設定部、
６１１ 材料選択部、６１２ 工具選択部、
６２ パス設定部、６３ 指示データ生成部、
６４ データ出力部、７１ 材料テーブル、
７２ 工具テーブル、７３ パラメータテーブル、
１００ 加工装置、
Ｗ 加工対象物

Claims (8)

1. 加工対象物を加工する加工工具を回転させるモーターと、
   前記加工工具により前記加工対象物を加工するときの加工深さを、前記加工工具の刃径に応じて設定する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記刃径が設定値よりも小さいときには、前記刃径が大きいほど前記加工深さが深くなるように前記加工深さを設定し、
   前記刃径が前記設定値よりも大きいときには、前記刃径が大きいほど前記加工深さが浅くなるように前記加工深さを設定する
   ことを特徴とする加工装置。
2. 請求項１に記載の加工装置であって、
   前記刃径が前記設定値に近い値であるほど、前記刃径の変化量に対する前記加工深さの変化量が小さくなることを特徴とする加工装置。
3. 請求項２に記載の加工装置であって、
   前記加工深さは、前記刃径と前記設定値との差の２乗に応じた値として設定される
   ことを特徴とする加工装置。
4. 請求項３に記載の加工装置であって、
   前記設定値は、前記加工対象物の種類に応じた値ｋ１として設定され、
   前記加工対象物の種類に応じて別の設定値としてｋ２及びｋ３が設定され、
   前記刃径をＤとしたとき、
   前記加工深さは、−ｋ２×（Ｄ−ｋ１）²＋ｋ３として算出される
   ことを特徴とする加工装置。
5. 加工対象物を加工する加工工具を回転させるモーターと、
   前記加工工具により前記加工対象物を加工するときの加工深さを、前記加工工具の刃径に応じて設定する制御部であり、前記刃径が設定値よりも小さいときには、前記刃径が大きいほど前記加工深さが深くなるように前記加工深さを設定するとともに、前記刃径が前記設定値よりも大きいときには、前記刃径が大きいほど前記加工深さが浅くなるように前記加工深さを設定する制御部と
   を備えた加工装置の前記設定値を設定する加工装置設定方法であって、
   （１）前記加工対象物のサンプルに対して、前記加工深さが徐々に深くなるように段階的に前記加工深さを設定して、前記加工工具により前記サンプルを加工するサンプル加工工程と、
   （２）前記サンプル加工工程の際に、前記加工工具の回転に異常が生じるまでの最大の前記加工深さを限界深さとし、前記刃径に応じた前記限界深さを特定する限界特定工程と、
   （３）前記刃径に応じた前記限界深さに基づいて、前記設定値を求める算出工程と
   を行うことを特徴とする加工装置設定方法。
6. 請求項５に記載の加工装置設定方法であって、
   前記限界特定工程では、少なくとも３つの前記刃径に応じた前記限界深さがそれぞれ特定され、
   前記算出工程では、少なくとも３つの前記刃径に応じた前記限界深さに基づいて二次曲線の近似式が求められるとともに、前記近似式に基づいて前記設定値が算出される
   ことを特徴とする加工装置設定方法。
7. 請求項６に記載の加工装置設定方法であって、
   前記算出工程では、前記近似式において前記限界深さのピーク値に対応する前記刃径に基づいて、前記設定値が算出されることを特徴とする加工装置設定方法。
8. 請求項５〜７のいずれかに記載の加工装置設定方法であって、
   前記加工対象物の種類ごとに、前記設定値が算出されることを特徴とする加工装置設定方法。

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