JP2020170355A - 評価用ワーク、加工プログラム及びデータ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】加工プログラム、数値制御装置、及び機械等の種々の要因が工作機械による加工に与える影響を評価する。【解決手段】直線３軸と１軸以上の回転軸とを備えた多軸加工機によって加工された評価用ワークであって、工具の傾きが変化する曲面部と、工具の異なる角度で加工する、隣接する２つの領域を有する平面の２つの領域の境界部と、工具先端点の移動量に対して、回転軸の移動量が大きい角部とのうちの少なくとも１つを備えた評価用ワーク。曲面部は、自由曲面に形成されていることが望ましい。評価用ワークは、台状加工部と台状加工部上に形成されるねじれ加工部とを有し、境界部は台状加工部の表面に形成され、曲面部及び角部はねじれ加工部に形成されることが望ましい。【選択図】図１１

Description

本発明は、工作機械によって加工された評価用ワーク、加工プログラム及びデータ構造に関する。

評価用ワークを用いてＸ，Ｙ，Ｚ軸の工作機械（３軸加工機）の変位評価を行う方法が、例えば、特許文献１に記載されている。 具体的には、特許文献１には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸を有する工作機械に対し、例えば、溝加工面を有する変位評価用ワークを、溝加工面がＸ軸方向に対して傾斜し、且つ、溝加工面の一端側の辺がＹ軸方向に対して平行な状態となるように設置し、この状態で、工具をＺ軸方向には移動させずにＸ軸方向に移動させることによって溝加工面に直線状の溝を形成する溝加工を実施し、且つ、この溝加工を、工具をＹ軸方向へ順次移動させるごとに実施して各列の直線状の溝が互いに平行となるようにすることにより、Ｚ軸方向の変位を評価する工作機械の変位評価方法が記載されている。

また、５軸加工機の数値制御装置が、例えば、特許文献２に記載されている。 具体的には、特許文献２には、直線軸位置および直線軸の移動方向の組み合わせに関連付けられた直線軸起因補正量と、回転軸位置および回転軸の移動方向の組み合わせに関連付けられた回転軸起因補正量と、を記憶する方向別補正量記憶部と、各軸の移動方向を判定する軸移動方向判定部と、直線軸位置および指令直線軸移動方向に関連付けられた直線軸起因補正量と、指令による回転軸位置および指令回転軸移動方向に関連付けられた回転軸起因補正量とをそれぞれ方向別補正量記憶部から取得する移動方向別補正量取得部と、直線軸起因補正量および回転軸起因補正量に基づいて並進回転補正量を算出し、該並進回転補正量を指令直線軸位置に加算する補正部と、を備える数値制御装置が記載されている。

特開２０１２−８６３２５号公報 特開２０１７−２１５５４号公報

Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の直線３軸と、１軸以上の回転軸を備えた加工機（以下、多軸加工機という）は、工具をテーブルに対して相対的に直線移動する動作を行わせるとともに、工具をテーブルに対して相対的に傾ける動作を行わせる。多軸加工機は例えば、４軸加工機、５軸加工機である。
多軸加工機は、加工プログラム、数値制御装置、及び機械等の種々の要因の影響を受け、これらの要因が加工に与える影響を評価するための評価用ワーク、加工プログラム及びデータ構造が望まれる。

（１） 本開示の一態様は、直線３軸と１軸以上の回転軸とを備えた多軸加工機によって加工された評価用ワークであって、
工具の傾きが変化する曲面部と、工具の異なる角度で加工する、隣接する２つの領域を有する平面の前記２つの領域の境界部と、工具先端点の移動量に対して回転軸の移動量が大きい角部とのうちの少なくとも１つを備えた評価用ワークである。

（２） 本開示の他の態様は、直線３軸と１軸以上の回転軸とを備えた多軸加工機を駆動させて評価用ワークを作製する数値制御装置としてのコンピュータに、
工具の傾きを変化させて自由曲面を形成する処理と、平面の隣接する２つの領域の境界部において、２つの領域間で互いに工具の異なる角度で加工する処理と、工具先端点の移動量に対して工具の回転軸の移動量を大きくして角部を形成する処理とのうちの少なくとも１つの処理を実行させる加工プログラムである。

（３） 本開示の更に他の態様は、ＣＡＤデータに基づいてＣＡＭ装置により加工プログラムを作成するＣＡＭ装置と、直線３軸と１軸以上の回転軸とを備えた多軸加工機を前記加工プログラムに基づいて駆動させて評価用ワークを作製する数値制御装置とを備えた制御システムにおける、前記ＣＡＤデータのデータ構造であって、
前記評価用ワークの、工具の傾きが変化する自由曲面からなる曲面部と、工具の異なる角度で加工する、隣接する２つの領域を有する平面の前記２つの領域の境界部と、工具先端点の移動量に対して工具の回転軸の移動量が大きい角部とのうちの少なくとも１つを加工するためのデータ構造である。

本開示の各態様によれば、加工プログラム、数値制御装置、及び機械等の種々の要因が工作機械による加工に与える影響を評価することができる。

評価用ワークを作製する工作機械の制御システムの構成を示すブロック図である。 テーブル回転形の５軸加工機を示す斜視図である。 混合形の５軸加工機を示す斜視図である。 ヘッド回転形の５軸加工機を示す斜視図である。 ヘッド回転形の５軸加工機の動作を示す斜視図である。 本開示の一実施形態の評価用ワークの平面図である。 本開示の一実施形態の評価用ワークの正面図である。 本開示の一実施形態の評価用ワークの背面図である。 本開示の一実施形態の評価用ワークの左側面図である。 本開示の一実施形態の評価用ワークの右側面図である。 図６に示した評価用ワークの斜め左上方向の斜視図である。 図６に示した評価用ワークの斜め右下方向の斜視図である。 ３軸加工における、工具のワークの加工動作を説明するための説明図である。 ５軸加工における、工具のワークの加工動作を説明するための説明図である。 工具の傾きが滑らかでない加工プログラムを用いたときの、５軸加工における、工具のワークの加工動作を説明するための説明図である。 工具の傾きが滑らかでない加工プログラムを用いたときに、生ずる筋目を示す説明図である。 ５軸加工機が工具を用いて二つの角度で平面を加工するときに、工具により目標となる均一な平面が形成される様子を示す説明図である。 機械の物理的な回転軸中心と、数値制御装置のパラメータに設定されている回転軸中心が一致していない場合に、工具により段差を有する面が形成される様子を示す説明図である。 ２つの回転軸中心が一致している場合の、工具が平面に対して垂直に配置された状態、２つの回転軸中心が一致している場合の、工具を、回転軸中心を中心点として６０度回転させた状態、及び２つの回転軸中心が一致している場合の、工具を、所定の移動量だけ、工具先端がワーク上面に配置されるように移動させた状態を示す図である。 ２つの回転軸中心が互いにズレている場合の、工具が平面に対して垂直に配置された状態、２つの回転軸中心が互いにズレている場合の、工具を、回転軸中心を中心点として６０度回転させた状態、及び２つの回転軸中心が互いにズレている場合の、工具を、所定の移動量だけ、工具先端がワーク上面に配置されるように移動させた状態を示す図である。 平面の隣接する領域で、工具の傾きを異なる角度として加工した場合の様子を示す説明図である。 直方体のワークを加工した際に、角の所で工具の傾きが９０度と大きく変化する様子を示す説明図である。 ねじれ加工部の２つの側面の境界の角で工具姿勢が急激に変化する様子を示す説明図である。

以下、本開示の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

（第１実施形態）
まず、本開示に係る評価用ワークを作製する工作機械の制御システムについて説明する。
図１は、評価用ワークを作製する工作機械の制御システムの構成を示すブロック図である。
図１に示すように、評価用ワークを作製する工作機械の制御システム１０は、ＣＡＤ （Computer Aided Design）装置１００、ＣＡＭ （Computer Aided Manufacturing）装置２００、及びＣＮＣ （Computerized Numerical Control）装置等の数値制御装置３００を備えている。

数値制御装置３００により制御される工作機械は、多軸加工機である。多軸加工機は、既に説明したように、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の直線３軸と、１軸以上の回転軸を備えた加工機であり、４軸加工機、５軸加工機等を含む。以下の説明では５軸加工機を用いた例について説明する。
図２〜図４は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の直線３軸と、Ｂ軸、Ｃ軸の回転２軸を備えた５軸加工機の構成例を示す斜視図である。図２はテーブル回転形の５軸加工機を示す斜視図である。図３は混合形の５軸加工機を示す斜視図である。図４はヘッド回転形の５軸加工機を示す斜視図である。図５の（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）は、それぞれヘッド回転形の５軸加工機の動作を示す斜視図である。５軸加工機で作製される評価用ワークの構成は後述する。

図２に示すテーブル回転形の５軸加工機２０Ａは、テーブル２２ＡをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向に直線移動するとともに、Ｂ軸、及びＣ軸の方向に回転移動する。ヘッド２１Ａは位置が固定される。
図３に示す混合形の５軸加工機２０Ｂは、テーブル２２ＢをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向に直線移動するとともにＣ軸の方向に回転移動し、ヘッド２１ＢをＢ軸の方向に回転移動する。
図４に示すヘッド回転形の５軸加工機２０Ｃは、テーブル（不図示）の位置を固定し、ヘッド２１ＣをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向に直線移動するとともに、Ｂ軸、及びＣ軸の方向に回転移動する。ヘッド回転形の５軸加工機は図５の（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）に示すようにヘッド２１Ｃが様々な方向に向いてワーク２３を加工する。
ヘッド２１Ａ、２１Ｂ、及び２１Ｃに取り付けられる工具としては例えばボールエンドミルを用いることができる。

本実施形態では、ヘッド回転形の５軸加工機２０Ｃを用いた例について説明するが、特にヘッド回転形の５軸加工機に限定されず、テーブル回転形の５軸加工機又は混合形の５軸加工機を用いてもよく、以下の説明はテーブル回転形の５軸加工機又は混合形の５軸加工機においても適用可能である。

ＣＡＤ装置１００は、コンピュータの画面上に製図を行うＣＡＤソフトウェアを、ＣＰＵを用いて動作させる。評価用ワークの製図は２次元ＣＡＤ又は３次元ＣＡＤを用いて行われる。２次元ＣＡＤを用いる場合には、Ｘ、Ｙの平面上に、評価用ワークの正面図、上面図、側面図などを作製する。３次元ＣＡＤを用いる場合には、Ｘ、Ｙ及びＺの立体空間上に、評価用ワークの立体像を作成する。ＣＡＤデータの構造については後述する。

ＣＡＭ装置２００は、ＣＡＤ装置１００で作成した評価用ワークの形状に基づいて加工プログラムを作成するＣＡＭソフトウェアを、コンピュータ上でＣＰＵを用いて動作させる。
加工プログラムは５軸加工等の多軸加工により評価用ワークを作製するためのプログラムであり、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の情報、工具の傾き等の回転軸指令点に関する情報、工具のタイプ、工具の寸法等に関する情報、送り速度、主軸回転数等に関する情報を含んでいる。

数値制御装置３００は、指令解析部３０１、補間部３０２、及び加減速制御部３０３を備えている。
指令解析部３０１はＣＡＭ装置２００によって作成された加工プログラムからＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸及びＣ軸の移動の指令を含むブロックを逐次読みだして解析し、解析結果に基づいて各軸の移動を指令する移動指令データを作成し、作成した移動指令データを補間部３０２に出力する。上述したように、５軸加工の加工プログラムには、回転軸指令点に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の情報以外に工具の傾きの情報も入っており、これらの情報を用いて各軸の移動を指令する移動指令データが作成される。

補間部３０２は、指令解析部３０１から出力された移動指令データにより指令される移動指令に基づいて、指令経路上の点を補間周期で補間計算した補間データを生成する。
加減速制御部３０３は、補間部３０２から出力された補間データに基づいて、加減速処理を行い補間周期ごとの各軸の速度を計算し、算出結果に基づくデータを、Ｘ軸サーボ制御部３０４、Ｙ軸サーボ制御部３０５、Ｚ軸サーボ制御部３０６、Ｂ軸サーボ制御部３０７、及びＣ軸サーボ制御部３０８へ出力する。

Ｘ軸サーボ制御部３０４、Ｙ軸サーボ制御部３０５、Ｚ軸サーボ制御部３０６は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の直線３軸を駆動する３つのサーボモータ（不図示）をそれぞれ制御し、Ｂ軸サーボ制御部３０７、及びＣ軸サーボ制御部３０８はＢ軸、Ｃ軸の回転２軸を駆動する２つのサーボモータ（不図示）をそれぞれ制御する。

Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸、及びＣ軸の各軸のサーボモータは、位置及び速度を検出する検出器を備え、この検出器からの位置フィードバック信号及び速度フィードバック信号をＸ軸サーボ制御部３０４、Ｙ軸サーボ制御部３０５、Ｚ軸サーボ制御部３０６、Ｂ軸サーボ制御部３０７、及びＣ軸サーボ制御部３０８にフィードバックし、位置及び速度のフィードバック制御を行う。各軸のサーボ制御部３０４〜３０８は、位置フィードバックループ及び速度フィードバックループを構成するための位置制御部、速度制御部、トルク指令値に基づいて送り軸モータを駆動するモータ駆動アンプ等を有する。位置フィードバック及び速度フィードバックについては当業者によく知られているので詳細な説明及び図示を省略する。

なお、数値制御装置３００は、主軸回転指令を受けてスピンドルモータを回転制御して工具を駆動するスピンドル制御部を有するが、工具の移動制御とは関係がないため、ここでは説明を省略する。

以上説明した工作機械の制御システム１０において、ＣＡＤ装置１００、ＣＡＭ装置２００は一体化して１つのコンピュータで構成されてもよい。また、ＣＡＤ装置１００、ＣＡＭ装置２００は数値制御装置３００に含まれてもよい。

次に、工作機械の制御システム１０を用いて加工される、本開示の一実施形態の評価用ワークについて説明する。本開示の評価用ワークは３つの評価項目を測定できるように３つの評価部を備えている。
図６は本開示の一実施形態の評価用ワークの平面図（上面図）である。図７〜図１０は本開示の一実施形態の評価用ワークの正面図、背面図、左側面図及び右側面図であり、図６に示した評価用ワークのＡ方向、Ｂ方向、Ｃ方向及びＤ方向から見た図である。図１１及び図１２は図６に示した評価用ワークの斜め左上方向の斜視図及び斜め右下方向の斜視図であり、図６に示した評価用ワークのＥ方向、Ｆ方向から見た図である。

本実施形態の評価用ワーク３０は、台状加工部と、ねじれ加工部とを備え、ねじれ加工部が台状加工部と接する部分は、図１１及び図１２に示すように、対向する弧状の２辺Ｓ１１，Ｓ１４と、対向する直線状の２辺Ｓ１２，Ｓ１３とからなる四角形となっている。４つの辺Ｓ１１〜Ｓ１４から延びた４つの側面Ｆ１〜Ｆ４は、台状加工部から上側に向かってねじれており、各側面Ｆ１〜Ｆ４の表面の形状が変化する自由曲面を構成する。自由曲面とは、球体及び円柱などのように単純な数式では表わすことができない曲面であり、空間に交点と曲率をいくつか設定し、高次方程式でそれぞれの交点を補間した曲面をいう。

図１１及び図１２から明らかなように、ねじれ加工部の上部は、円柱状の中心部３０Ａと２つの側部３０Ｂ１、３０Ｂ２とを備えている。２つの側部３０Ｂ１、３０Ｂ２は円柱状の中心部３０Ａの周囲に形成される。
そして、評価用ワーク３０は、図１１に示すように、工具の傾きが変化する曲面部３１と、工具の異なる角度で加工する、隣接する２つの領域を有する平面の２つの領域の境界部３２と、工具先端点の移動量に対して、回転軸の移動量が大きい角部３３とを備えている。
曲面部３１、境界部３２、及び角部３３は、本開示の評価用ワークが備える３つの評価部となる。
以下、各評価部について説明する。

＜曲面部３１＞
図１３に示すように、３軸加工では、加工プログラムの回転軸指令点に工具２４のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の情報だけが記載され、数値制御装置３００はこの回転軸指令点に基づいて工具先端軌跡を設定し、工具２４はワーク（被加工物）に対して垂直に工具先端軌跡に沿って加工していく。一方、図１４に示すように、５軸加工では、加工プログラムの回転軸指令点にはＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の情報以外に工具２４の傾きの情報も入っており、工具先端軌跡が同じでも、工具２４の傾きを変えながら加工をしていくことが可能である。図１４において、工具２４の傾きは矢印で示されている。
５軸加工で、傾きを変えながら加工を行う場合、工具の傾きが滑らかに変化する加工プログラムが望ましいが、ＣＡＭ装置２００の設定が適切でないと、図１５に示すように工具の傾きが滑らかでない加工プログラムができる。

この回転軸の移動が滑らかでない箇所を「回転軸指令点の乱れ」といい、特に自由曲面で発生しやすい。
回転軸指令点の乱れが起こると、実際の加工中、回転軸指令点の乱れがある箇所の工具の動きが滑らかでなく、その結果、工具とワークの当たり方（接触部分の様子）が違って、図１６に示すような筋目となる。この問題は工具側面で加工する場合に特に発生しやすい問題である。

本実施形態における評価用ワーク３０の曲面部３１は、図１１に示すように、台状加工部から延びた側面Ｆ１の一部に形成され、この側面は台状加工部から上側に向かってねじれており、側面Ｆ１の表面の形状が変化する自由曲面を構成する。曲面部３１では、工具の傾きを変えながら加工を行っていくと、回転軸指令点の乱れが発生しやくなり筋目が発生する。
評価用ワーク３０が備える曲面部３１における筋目の発生の有無を観察することで、加工プログラムの回転軸指令点に含まれる工具の傾きが適正かどうかを評価することができる。
なお、評価用ワーク３０において、図１１に示した側面Ｆ１の曲面部３１を評価部としているが、図１１及び図１２に示した側面Ｆ２〜Ｆ４のいずれかの側面の曲面部を評価部としてもよく、例えば図８に示す側面Ｆ３の点線領域で示す曲面部を評価部としてもよい。
また、側面Ｆ２〜Ｆ４のうちの複数の側面の曲面部を評価部としてもよい。

＜境界部３２＞
５軸加工機が工具を用いて二つの角度で平面を加工するときに、目標としては図１７に示すようにワーク２６に均一な平面が形成されることが望ましいが、実際の加工では図１８に示すように、工具の回転軸中心位置のズレがある場合は、ワーク２６の表面に段差が形成されてしまう。図１７及び図１８において、点線で示した工具部２５は、実線で示した工具部２５から目標とする位置に移動した工具部を示す。工具部２５は、例えば、図４のヘッド２１Ｃにおいて、工具と、Ｂ軸方向に工具を回転可能に支持する支持部を示す。
回転軸中心位置のズレは、機械の物理的な回転軸中心と、数値制御装置３００のパラメータに設定されている回転軸中心が一致していないことにより生ずる。このズレが起こると、５軸加工全体に悪影響を与え、例えば、図１８に示したように、平面に段差が形成される。

回転軸中心位置のズレがある場合に、段差が形成されてしまう理由について、以下に説明する。簡略化のために、工具が６０度回転した状態で工具先端がワーク上面に移動する指令がされた場合を例にとって説明する。
図１９の（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）は、それぞれ、機械の物理的な回転軸中心と数値制御装置３００のパラメータに設定されている回転軸中心が一致している場合の、工具が平面に対して垂直に配置された状態を示す図、工具を、回転軸中心を中心点として６０度回転させた状態を示す図、及び工具を、（Ｂ）に記載の状態から所定の移動量だけ、工具先端がワーク上面に配置されるように移動させた状態を示す図である。
図２０の（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）は、それぞれ機械の物理的な回転軸中心が数値制御装置のパラメータに設定されている回転軸中心（図１９の（Ａ）〜（Ｃ）に示した回転中心に対応する）とズレている場合の、工具が平面に対して垂直に配置された状態を示す図、工具を、回転軸中心を中心点として６０度回転させた状態を示す図、及び工具を、（Ｂ）の状態から所定の移動量だけ、工具先端がワーク上面に配置されるように移動させた状態を示す図である。

機械の物理的な回転軸中心は、工具を回転させる中心であり、例えば、図４のヘッド２１Ｃにおける、Ｂ軸方向に工具を回転させる中心である。
機械の物理的な回転軸中心と数値制御装置３００のパラメータに設定されている回転軸中心が一致している場合は、図１９の（Ｃ）に示すように、数値制御装置３００が計算した所定の移動量、具体的には工具が６０度回転した状態から工具先端がワーク上面に移動するための移動量（図１９の（Ｃ）の太い矢印で示される）は適切に設定され、工具先端は図１９の（Ｂ）の工具の配置から目標とする平面上の位置に移動する。
しかし、機械の物理的な回転軸中心が数値制御装置３００のパラメータに設定されている回転軸中心とズレている場合は、図２０の（Ｃ）に示すように、機械の実際の動きは工具が図１９の（Ｃ）と同じ所定の移動量（図２０の（Ｃ）の太い矢印で示される）だけ移動すると、目標とする平面上の位置から下方向にズレた位置に移動し、工具によってワークが加工されると、平面上に段差が形成されてしまう。

本実施形態における評価用ワーク３０では、図２１に示すように、台状加工部の平面を４つの領域Ｒ１〜Ｒ４に分割し、隣接する領域で、工具の傾きを異なる角度として加工する。例えば、図２１に示すように、領域Ｒ１と領域Ｒ２との間で、工具がそれぞれ異なる角度で加工する。評価用ワーク３０の隣接する領域Ｒ１と領域Ｒ２との境界部３２での段差の出来具合を観察することで、機械の回転軸中心位置のズレを評価できる。

なお、評価用ワーク３０において、図２１に示した領域Ｒ１と領域Ｒ２との間の境界部３２を評価部としているが、図２１に示した領域Ｒ１〜Ｒ４のうちの２つの隣接する領域間で工具の傾きを異なる角度として加工して、その領域間の境界部（境界部３２を除く）を評価部としてもよい。
また、領域Ｒ１〜Ｒ４において、工具の傾きを異なる角度として加工する、隣接する領域を複数設け、それぞれの領域間の境界部を評価部としてもよい。

＜角部３３＞
形状によって工具姿勢が急激に変化せざるをえない場合がある。例えば、図２２に示すように、直方体のワーク２７を加工した際に、角の所で工具２４の傾きが９０度と大きく変化し、加減速の影響により加工面に筋目が発生することがある。
工具２４は角に近づくと、工具２４の送り軸速度が低速から減速に移り、角で工具２４を停止して工具２４の姿勢を９０度回転させて、回転後に工具２４の送り軸速度を停止から加速に移る。工具２４の回転においても、工具２４は角にまで到達すると工具２４の回転により工具の姿勢が固定から９０度変わり、その後、工具２４の姿勢は固定される。このような工具に動作で、機械に振動が発生すると、加工面に筋目が発生する。

機械に振動が生ずるのは、力学的に次のように考えられる。モータの急激な速度変化が外乱になり、その外乱がボールねじを通して、そのボールねじの先に連結している工具に伝導され、工具は平衡位置からずれる。外乱で平衡位置からずれた工具は元に戻ろうとする。このようにして、外乱によって工具が振動する。また工具を角での回転するモータの急激な回転開始及び回転停止により、モータ及び工具に振動が発生する。なお、図４に示す、ヘッド回転形の５軸加工機を用いているため、振動が工具又はモータに起こるが、図２に示すように、テーブル２２Ａが直線移動と回転移動する場合はテーブルに振動が発生し、図３に示すように、テーブル２２Ｂが回転移動する場合はテーブルに振動が発生するとともに、工具に振動が発生する。
このような角の箇所では、数値制御装置３００による工具姿勢の制御と加減速の制御を滑らかにすることが重要となる。

本実施形態における評価用ワーク３０では、図２３に示すように、ねじれ加工部の側面Ｆ１と側面Ｆ２との境界に工具姿勢が急激に変化する鋭い角部３３を設けており、角部において、工具先端点の移動量に対して、工具の回転軸の移動量が大きくなる。角部３３のエッジ前後の加工面に筋目が発生するかどうかを観察することで数値制御装置の加減速制御を評価する。
なお、評価用ワーク３０において、図２３に示したように、側面Ｆ１と側面Ｆ２との間の角部３３を評価部としているが、図１１及び図１２に示した側面Ｆ１〜Ｆ４のうちの２つの隣接する側面間の角部（角部３３を除く）を評価部としてもよい。
また、側面Ｆ１〜Ｆ４において、隣接する側面の角部の複数を評価部としてもよい。

以上説明した実施形態では、３つの評価部を１つの評価用ワークに形成したが、３つの評価部のうちのいずれかを１つの評価用ワークに形成してもよく、３つの評価部のうちの２つの評価部を組み合わせて１つの評価用ワークに形成してもよい。

また、評価用ワークは、台状加工部とねじれ加工部とを有する例に限定されず、曲面部３１、境界部３２、及び角部３３が形成可能な形状であれば、他の形状であってもよい。例えば、回転軸指令点の乱れは、自由曲面で発生しやすいので、ねじれた側面に曲面部３１を設けているが、回転軸指令点の乱れが生じるならば、凹曲面又は凸曲面を有する柱状体等であってもよい。また、評価用ワーク３０は、角部３３を曲面部３１とともに設ける場合に適する形状であり、角部のみ、又は角部と境界部３２を設ける場合には、図２２に示すような直方体を台状加工部上にねじれ加工部の替わりに設けてもよい。

次に、既に説明した評価用ワークを作製する工作機械の制御システムに用いる加工プログラム及びＣＡＤデータ構造について説明する。
本開示の加工プログラムの一実施形態は、ＣＡＤ装置１００によって作成された、図６〜図１２に示す評価用ワークの形状に基づいて、ＣＡＭ装置２００がＣＡＭソフトウェアを用いて作成する。

＜加工プログラム＞
加工プログラムは、工具の傾きを変化させて自由曲面を形成する処理と、平面の隣接する２つの領域の境界部において、２つの領域間で互いに工具の異なる角度で加工する処理と、工具先端点の移動量に対して、工具の回転軸の移動量を大きくして角部を形成する処理とのうちの少なくとも１つの処理を実行させる加工プログラムである。
工具の傾きを変化させて自由曲面を形成する処理は、例えば、数値制御装置３００を用いて、図１１に示す側面Ｆ１の曲面部３１を生成する処理である。
平面の隣接する２つの領域の境界部において、２つの領域間で互いに工具の異なる角度で加工する処理は、例えば、数値制御装置３００を用いて、図２１に示す台状加工部の表面の領域Ｒ１と領域Ｒ２との領域間で互いに工具の異なる角度で加工する処理である。
工具先端点の移動量に対して、工具の回転軸の移動量を大きくして角部を形成する処理は、例えば、数値制御装置３００を用いて、図２３に示すように、側面Ｆ２から側面Ｆ１に角部３３を介して工具が移動するときに、図２２に例示されるように、工具先端点の移動量に対して、工具の回転軸の移動量を大きくして角部を形成する処理である。

加工プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。

＜ＣＡＤデータ構造＞
ＣＡＤデータ構造は、ＣＡＤデータに基づいてＣＡＭ装置により加工プログラムを作成して多軸加工機を駆動させて評価用ワークを作成する、該多軸加工機の制御システムにおける、前記ＣＡＤデータのデータ構造であって、
前記評価用ワークの、工具の傾きが変化する自由曲面からなる曲面部、工具の異なる角度で加工する、隣接する２つの領域を有する平面の前記２つの領域の境界部、及び工具先端点の移動量に対して、回転軸の移動量が大きい角部のうちの少なくとも１つを加工するためのデータ構造である。

工具の傾きが変化する自由曲面からなる曲面部を加工するためのデータ構造は、例えば、図１１に示す曲面部３１を作成するためのデータ構造であり、台状加工部から上側に向かってねじれており、表面の形状が変化する自由曲面を構成する側面Ｆ１の一部に形成される曲面部３１を示すデータ構造である。

工具の異なる角度で加工する、隣接する２つの領域を有する平面の２つの領域の境界部を加工するためのデータ構造は、例えば、図２１に示すように領域Ｒ１と領域Ｒ２との間で、工具によってそれぞれ異なる角度で加工される境界部３２を示すデータ構造である。

工具先端点の移動量に対して、回転軸の移動量が大きい角部のうちの少なくとも１つを加工するためのデータ構造は、例えば、図１１に示す角部３３を作成するためのデータ構造であり、角部３３において、側面Ｆ１と側面Ｆ２との境界に工具姿勢が急激に変化する鋭い角部３３を示すデータ構造である。

上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。

本開示による機械学習装置、制御システム及び機械学習方法、上述した実施形態を含め、次のような構成を有する各種各様の実施形態を取ることができる。

（１）本開示の一態様は、直線３軸と１軸以上の回転軸とを備えた多軸加工機（例えば、５軸加工機２０Ａ、２０Ｂ、又は２０Ｃ）によって加工された評価用ワークであって、
工具の傾きが変化する曲面部（例えば、曲面部３１）と、工具の異なる角度で加工する、隣接する２つの領域を有する平面の前記２つの領域の境界部（例えば、境界部３２）と、工具先端点の移動量に対して回転軸の移動量が大きい角部（例えば、角部３３）とのうちの少なくとも１つを備えた評価用ワーク（例えば、評価用ワーク３０）である。

（２）上記（１）に記載の評価用ワークにおいて、前記曲面部は、自由曲面に形成されてもよい。

（３）上記（１）又は（２）に記載の評価用ワークにおいて、前記評価用ワークは、台状加工部と該台状加工部上に形成されるねじれ加工部とを有し、前記境界部は前記台状加工部の表面に形成され、前記曲面部及び前記角部は前記ねじれ加工部に形成されてもよい。

（４）上記（１）から（３）のいずれかに記載の評価用ワークにおいて、前記多軸加工機は、テーブルが直線移動するとともに回転移動するテーブル回転形の加工機（例えば、５軸加工機２０Ａ、２０Ｂ、又は２０Ｃ）、テーブルが直線移動し、ヘッドが回転移動する混合形の加工機（例えば、５軸加工機２０Ｂ）、又はヘッドが直線移動するとともに回転移動するヘッド回転型の加工機（例えば、５軸加工機２０Ｃ）であってもよい。

（５）本開示の他の態様は、直線３軸と１軸以上の回転軸とを備えた多軸加工機（例えば、５軸加工機２０Ａ、２０Ｂ、又は２０Ｃ）を駆動させて評価用ワーク（例えば、評価用ワーク３０）を作製する数値制御装置（例えば、数値制御装置３００）としてのコンピュータに、
工具の傾きを変化させて自由曲面を形成する処理と、平面の隣接する２つの領域の境界部において、２つの領域間で互いに工具の異なる角度で加工する処理と、工具先端点の移動量に対して工具の回転軸の移動量を大きくして角部を形成する処理とのうちの少なくとも１つの処理を実行させる加工プログラム。

（６）本開示の更に他の態様は、ＣＡＤデータに基づいてＣＡＭ装置（例えば、ＣＡＭ装置２００）により加工プログラムを作成するＣＡＭ装置と、直線３軸と１軸以上の回転軸とを備えた多軸加工機（例えば、５軸加工機２０Ａ、２０Ｂ、又は２０Ｃ）を加工プログラムに基づいて駆動させて評価用ワーク（例えば、評価用ワーク３０）を作製する数値制御装置とを備えた制御システム（例えば、制御システム１０）における、前記ＣＡＤデータのデータ構造であって、
前記評価用ワークの、工具の傾きが変化する自由曲面からなる曲面部と、工具の異なる角度で加工する、隣接する２つの領域を有する平面の前記２つの領域の境界部と、工具先端点の移動量に対して工具の回転軸の移動量が大きい角部とのうちの少なくとも１つを加工するためのデータ構造。

１０ 制御システム
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ ５軸加工機
３０ 評価用ワーク
３１ 曲面部
３２ 境界部３２
３３ 角部

Claims (6)

1. 直線３軸と１軸以上の回転軸とを備えた多軸加工機によって加工された評価用ワークであって、
   工具の傾きが変化する曲面部と、工具の異なる角度で加工する、隣接する２つの領域を有する平面の前記２つの領域の境界部と、工具先端点の移動量に対して回転軸の移動量が大きい角部とのうちの少なくとも１つを備えた評価用ワーク。
2. 前記曲面部は、自由曲面に形成されている、請求項１に記載の評価用ワーク。
3. 前記評価用ワークは、台状加工部と該台状加工部上に形成されるねじれ加工部とを有し、前記境界部は前記台状加工部の表面に形成され、前記曲面部及び前記角部は前記ねじれ加工部に形成される、請求項１又は２に記載の評価用ワーク。
4. 前記多軸加工機は、テーブルが直線移動するとともに回転移動するテーブル回転形の加工機、テーブルが直線移動し、ヘッドが回転移動する混合形の加工機、又はヘッドが直線移動するとともに回転移動するヘッド回転型の加工機である、請求項１から３のいずれか１項に記載の評価用ワーク。
5. 直線３軸と１軸以上の回転軸とを備えた多軸加工機を駆動させて評価用ワークを作製する数値制御装置としてのコンピュータに、
   工具の傾きを変化させて自由曲面を形成する処理と、平面の隣接する２つの領域の境界部において、２つの領域間で互いに工具の異なる角度で加工する処理と、工具先端点の移動量に対して工具の回転軸の移動量を大きくして角部を形成する処理とのうちの少なくとも１つの処理を実行させる加工プログラム。
6. ＣＡＤデータに基づいて加工プログラムを作成するＣＡＭ装置と、直線３軸と１軸以上の回転軸とを備えた多軸加工機を前記加工プログラムに基づいて駆動させて評価用ワークを作製する数値制御装置とを備えた制御システムにおける、前記ＣＡＤデータのデータ構造であって、
   評価用ワークの、工具の傾きが変化する自由曲面からなる曲面部と、工具の異なる角度で加工する、隣接する２つの領域を有する平面の前記２つの領域の境界部と、工具先端点の移動量に対して工具の回転軸の移動量が大きい角部とのうちの少なくとも１つを加工するためのデータ構造。