JP6847035B2 - 機械加工プログラムを生成するための方法及びマシンツール - Google Patents

Description

本明細書で開示される主題の実施形態は、機械加工プログラムを生成するための方法、前記方法を実装するコンピュータプログラム製品、及び前記方法に従って加工物を機械加工するためのマシンツールに関する。

オイル及びガス産業において、大型ターボ圧縮機のようなマシンの効率の絶え間ない改善が肝要である。インペラーのような製品の設計仕様は、よりより性能に達し、耐久性を改善するため、絶えず更新される。

しばしば、設計仕様は、最終製品の所定の部分の形状、例えば、インペラーのベーンの形状に本質がある。同様に、非常に多くの場合に、所望の形状は加工物の機械加工によって達成される。

プロジェクト要件は、厳しい公差を有する特定の形状を示唆する。その結果、機械加工要件は、非常に要求が厳しい。

オイル及びガス成分は、しばしば、プランジミリングを通して機械加工される。プランジミリングにおいて、知られているように、機械加工は、複数の後続のシリンドリカルミリング動作によって実施される。こうした動作は、熟練機械工の制御下で自動的に実施される。制御ユニットはマシンツールを装備し、機械加工プログラムは、相応して、スピンドルを駆動するための制御ユニット内にロードされる。

生産する加工物の数は、かなりのものであるが、他の（ずっと費用のかかる）製造技法を正当化するほどには多くはない。この文脈において、機械工は、通常、非常に熟練したオペレータであり、オペレータの制御は、満足のいく機械加工を得るために重要である。

しかし、機械加工における高い要件は、幾つかの研究センターが、或る加工物の機械加工を実施するための最良の条件を決定するためのソフトウェアプログラムを開発することを促した。

第１のソフトウェアプログラム（この種の幾つかのソフトウェアプログラムは商業的に入手可能である）は、安定した切削条件を提供する。

こうした第１のソフトウェアプログラムは、入力として、加工物の材料のタイプ、マシンツールの幾何形状、係合条件、及び加工物に対して作業するツールの周波数応答を受信する。この情報は、加工物を安定した条件で機械加工するためのマシンツールの作業速度を計算して、加工物及びツール自体を保護することを可能にする。通常、こうした情報は、機械加工プログラム内に統合される。この第１のソフトウェアプログラムは、加工物の機械加工中に係合条件（入力の）が定常的である場合にだけ、機械加工情報を提供する場合がある。

しかし、しばしば、加工物の機械加工、特にオイル及びガス産業用の加工物の機械加工は、加工物の特定の幾何形状及び／又は機械加工の形状によって、異なる係合条件を必要とする。

第２のソフトウェアプログラム（この種の幾つかのソフトウェアプログラムは商業的に入手可能である）は、係合条件を提供して、マシンツールの送りを確立する。実際には、このソフトウェアプログラムは、スケジュールされる機械加工の複数の対応するポイントの複数の係合データを含むアレイを提供する。こうして、マシンツールの送りは、スケジュールされる機械加工の各ポイントに割当てられる。係合データが機械加工中の定常的係合条件に言及する場合、安定した切削条件が、第１のソフトウェアプログラムを使用して検索されてもよい。係合データが機械加工中の定常的係合条件に言及しない（しばしば起こるが）場合、第１のソフトウェアプログラムから検索可能な安定した切削条件は信頼できない。これらの場合、機械工の作業及び経験は、機械加工中の切削条件を理解することにとって必須である。加工物の機械加工中に機械工が何を聞き、何を見るかの主観的根拠に基づいて、機械工は、安定した切削条件に留まるようにマシンツールの速度を補正する。

したがって、従来技術の問題を克服する機械加工プログラムを生成するための方法についての必要性が存在する。

米国特許出願公開第２００５／０２４６０５２号明細書

第１の例示的な実施形態によれば、マシンツールの機械加工プログラムを生成するための方法が存在し、方法は、
Ａ−加工物に対して実施される機械加工を確立するステップと、
Ｂ−前記加工物について前記マシンツールの安定した切削条件を示す第１の機械加工情報を取得するステップと、
Ｃ−前記加工物に対する前記機械加工中に前記マシンツールの係合切削条件を示す第２の機械加工情報を取得するステップと、
Ｄ−前記第２の機械加工情報及び前記第１の機械加工情報に基づいて前記機械加工中に前記マシンツールの回転速度の決定を実施するステップとを含み、
前記機械加工プログラムは、ステップＤで実施された決定に基づいて生成される。

第２の例示的な実施形態によれば、上述した方法を実装する、コンピュータ内にロードされ、コンピュータによって実行されるコンピュータプログラム製品が存在する。

第３の例示的な実施形態によれば、マシンツールが存在し、マシンツールは、加工物に対して機械加工を実施するように適合されるツール部、及び、記憶デバイス及び処理デバイスを備える、前記ツール部に接続された制御部であって、それにより、上述したコンピュータプログラム製品を記憶し実行して、生成される機械加工プログラムに従って前記ツール部を駆動する、制御部を備える。

本発明は、添付図面に関連して考えられる例示的な実施形態の以下の説明からより明らかになる。

機械加工プログラムを生成するための方法の実施形態を実施することを目的とする動作のブロック線図である。 機械加工プログラムを生成するための方法の実施形態で使用される第１の情報の図である。 機械加工プログラムを生成するための方法の実施形態で使用される第２の情報の略図である。 機械加工がそれについてプログラムされる加工物の図である。 図４の加工物についての第１の情報の図である。 図４の加工物についての第２の情報の略図である。 方法の実施形態のステップの略図である。 方法の実施形態の別のステップの略図である。

例示的な実施形態の以下の説明は、添付図面を参照する。異なる図面の同じ参照数字は、同じ又は同様な要素を特定する。以下の詳細な説明は本発明を制限しない。代わりに、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。

明細書を通じての「１つの実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」又は「一実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」に対する参照は、一実施形態に関連して述べる特定の特徴、構造、又は特性が、開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。そのため、本明細書を通しての種々の場所におけるフレーズ「１つの実施形態における（ｉｎ ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」又は「一実施形態における（ｉｎ ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」の出現は、必ずしも同じ実施形態を参照していない。更に、特定の特徴、構造、又は特性は、１つ又は複数の実施形態において、任意の適した方法で組み合わされてもよい。

図１を参照すると、プランジミリングマシンツールの機械加工プログラムを生成するための方法の実施形態が示される。マシンツールが、プランジミリングを含む多くのタイプのミリングを実施するように適合されてもよいことは注目する価値がある。それでも、方法の実施形態は、プランジミリングについて特に教示される。

１つの実施形態によれば、方法は、ボックス１０１に示すように、加工物に対して実施される機械加工１５を確立することを実現する。こうした動作において、機械工又はプロジェクト設計者は、加工物に対して実施され、コンピュータプログラムによって通常行われる機械加工を確立する。

機械加工が確立されると、第１の機械加工情報２０は、ボックス１０２で示すように取得される。こうした第１の機械加工情報２０は、加工物１０に対して機械加工を実施するマシンツールの安定した切削条件を示す。通常、こうした情報は、特別に設計されたソフトウェアから取得され、ソフトウェアは、入力として、加工物材料、マシンツールの幾何形状、係合条件、及び加工物に対して作業するツールの周波数応答を受信し、出力として、複数の係合切削条件についてマシンツールの許容できる回転速度（すなわち、切削が安定である回転速度）を与える。提供される情報は、安定した切削条件という用語によって知られており、安定した切削条件は、実際には、切削が安定であるマシンツールの回転速度を提供する。こうした第１の機械加工情報は、機械加工がそれについて実施される加工物を参照する。別の実施形態において、こうした情報は、特別に設計されたソフトウェアからそのように取得されるのではなく、計算されてもよい（計算を実施するために必要な全ての入力データを提供する）。

ボックス１０３に示すように、第２の機械加工情報３０が、その後、取得される。こうした情報は、機械加工１５中のマシンツールの係合切削条件を示す。１つの実施形態において、こうした第２の機械加工情報は、機械加工を実施するマシンツールの複数の係合データである。この情報は、加工物１０について確立された機械加工１５を反映し、通常、特別に設計されたソフトウェア（第１の機械加工情報を提供するソフトウェアと異なる）によって生成される。

第１の機械加工情報が第２の機械加工情報の前に取得される際に従う順序が反転されてもよく、１つの実施形態において、こうしたステップが同時に実施されてもよいことは注目に値する。

そのため、ボックス１０４のステップにおいて、第１及び第２の機械加工情報２０、３０が取得され、こうした情報に基づいて、機械加工１５中のマシンツールの回転速度が決定される。こうした決定の実施形態は以下で詳細に説明される。

ボックス１０５は、機械加工プログラムを生成するための方法の最後のステップを示す。特に、機械加工プログラムは、先に実施されたマシンツールの回転速度の決定に基づいて生成される。機械加工プログラムは、マシンツールの制御部内にロードされるように適合され、また、マシンツール自体のツール部を駆動するように適合される。マシンツールの回転速度は、加工物に対する機械加工を実施するためにマシンツールを駆動すると考えられる機械加工プログラムのデータを収めた情報の一部に過ぎない。この意味で、ボックス１０５にて述べるステップは、機械加工プログラムを適切に作成するために他の情報を集めてもよい。

図２を参照すると、第１の機械加工情報２０を示す図が示される。Ｘ軸はマシンツールの回転速度を示し、Ｙ軸はマシンツールの係合切削条件を示す。上述したように、第１の機械加工情報２０は加工物１０を参照する。示すように、図は、基本的に２つの領域、不安定な切削領域２１及び安定した切削領域２２に分割される。

不安定な切削領域２１において、マシンツールの複数の回転速度についての複数の係合切削条件における加工物１０の機械加工は不安定である。逆に、安定した切削領域２２において、マシンツールの複数の回転速度についての複数の係合切削条件における加工物１０の機械加工は安定である。目的は、不安定な切削条件を回避しながら、安定した切削条件で機械加工を実施することである。或る係合切削条件が、切削がそれについて安定であるマシンツールの複数の回転速度に対応する場合があると共に、或る係合切削条件が、切削がそれについて不安定であるマシンツールの複数の回転速度に対応する場合があることは注目に値する。こうしたデータは、以下で十分に詳細に説明されるように、機械加工１５中にマシンツールの回転速度を決定するためのものであり、とりわけ、決定するために使用される。

１つの実施形態によれば、Ｘ軸上に示されるマシンツールの回転速度は、マシンツール（特に、マシンツールのスピンドル）の１分当たりの回転数である。係合切削条件は種々の形式であってよい。一般に、係合切削条件は、マシンツールの状態及びマシンツールが機械加工を実施するために実施しなければならない動作を記述する。例えば、加工物の機械加工に関連する係合切削条件は、以下のデータ：「機械加工の０ミリメートルに対応する位置において、４５°の角度の５ｍｍの深さのプランジ」及び「機械加工の１ミリメートルに対応する位置において、６５°の角度の２ｍｍの深さのプランジ」等から示されてもよい。こうしたデータは、例えば、ユニーク識別子によって示されるためにコード化されてもよい。そのため、第１の機械加工情報２０の図のＹ軸上に、特定の係合条件に関連するユニーク識別子が示されてもよい。

図３を参照すると、第２の機械加工情報３０を記憶するためのデータ構造の実施形態の略図が示される。この実施形態によれば、第２の機械加工情報３０は、ステップＡにて確立された機械加工の複数の係合データを含む。こうした係合データが加工物１０に対して実施される確立された機械加工１５を特に参照することは注目に値する。第２の機械加工情報３０の係合データは、例えば、先に述べたコード化に従って、種々の形態で記憶されてもよい。

マシンツールの回転速度は、材料除去率に直接関連する。１つの実施形態によれば、回転速度は、次に、機械加工の材料除去率を最大にするように決定される。

図４〜８を参照すると、加工物１０に対して機械加工１５を実施する機械加工プログラムを生成するための方法の実施形態が示される。

図４において、加工物１０について、機械加工１５が確立される。簡潔にするため、機械加工１５は、３つの主要な機械加工部分：第１の機械加工部分１５１、第２の機械加工部分１５２、及び第３の機械加工部分１５３を含む。更なる仮定として、各機械加工部分は、１つの係合条件を有する。もちろん、実際の場合、機械加工部分はずっと多い。３つの異なる機械加工部分の３つの異なる係合条件は定常的でない。

図５は、加工物１０（図４の）の第１の機械加工情報２０を示す。こうした第１の機械加工情報２０は、加工物１０に固有であり、加工物１０について安定した切削条件を示す。Ｙ₁₀_₁₅軸上で、加工物１０に関するマシンツールの係合条件が示される。Ｘ₁₀_₁₅軸上で、マシンツールの回転速度が示される。

安定した切削領域２２において、マシンツールの対応する回転速度についての係合切削条件は、加工物の安定した切削に対応する。逆に、不安定な切削領域２１において、マシンツールの対応する回転速度についての係合切削条件は、加工物の不安定な切削に対応する。Ｙ₁₀_₁₅軸上で、加工物１０に関するマシンツールの複数の係合条件が示されるが、機械加工１５の３つの部分１５１、１５２、及び１５３にそれぞれ関連する３つの係合条件Ｙ１、Ｙ２、及びＹ３だけが、加工物１０用の機械加工プログラムを生成するために関心がある。

図６は、加工物１０の第３の機械加工情報３０を示す。一実施形態によれば、第３の機械加工情報は、係合データのアレイとして記憶される。係合データのアレイのレコード３１₁₅₁、３２₁₅₂、３３₁₅₃は、機械加工１５についてのマシンツールの係合条件を示す。示す実施形態において、３つのレコードが存在し、第１のレコード３１₁₅₁は第１の係合条件１５１を示し、第２のレコード３２₁₅₂は第２の係合条件１５２を示し、第３のレコード３３₁₅₃は第３の係合条件１５３を示す。

図７及び８は、マシンツールの回転速度の決定が実施されるステップの実施形態の略図を示す。

上述したように、この決定は、第２の機械加工情報３０（特に、３１₁₅₁、３２₁₅₂、３３₁₅₃）及び第１の機械加工情報２０に基づいて行われる。

この実施形態によれば、決定は、機械加工全体を構成する部分について繰返される。そのため、第１のステップは、加工物の機械加工の現在の部分を確立することである。これは、機械加工のその部分について回転速度を決定することを可能にする。実施形態において、加工物１０の機械加工の第１の部分が第１の部分１５１であることが確立される。係合データ３０から、加工物の機械加工の現在の部分についての係合切削条件の値が検索される。上述したように、１つの実施形態によれば、機械加工の部分１５１、１５２、１５３は、係合データ３０に関連する。

そのため、第１の機械加工部分１５１の係合切削条件は、係合データ３０の第１のレコード３１₁₅₁に記憶される。

こうして、第１の機械加工部分１５１についての係合切削条件が取出される。図７に示すように、次のステップは、第１の機械加工情報２０において、機械加工の第１の部分１５１について許容できる回転速度（複数可）を制御することである。第１の機械加工部分１５１の係合切削条件３１₁₅₁は、安定した領域２２にあり、したがって、１つの実施形態によれば、第１の部分１５１の機械加工についてのマシンツールの回転速度は、Ｘ₁₅₁として示す速度に対応する、許容できる最大速度としてセットされる。

回転速度の決定は、機械加工の残りの部分について先のステップを繰返すことを実現する。この実施形態において、機械加工の次の部分は、係合切削条件が、それについて係合データ３０の第２のレコード３２₁₅₂から検索可能である第２の部分１５２である。同様に、この場合、第２の機械加工部分１５２の係合切削条件３２₁₅₂は安定した領域２２内にあり、したがって、第２の部分１５２の機械加工についてのマシンツールの回転速度は、Ｘ₁₅₂として示す速度に対応する、許容できる最大速度としてセットされる。

回転速度の決定は、機械加工の最後の部分−機械加工１５の第３の機械加工部分１５３−について繰返される。第３の機械加工部分１５３の係合切削条件３３₁₅₃は、不安定な領域２２内の幾つかの回転速度を含む。これらの速度は、参照数字２１０で示され、加工物１０の機械加工１５について回避される。第３の部分１５３の機械加工について許容できる速度は、他の２つより低い。選択される速度は、（回転数／分の点で）より高い速度である；Ｘ₁₅₃。

機械加工１５についての回転速度が確立されると、機械加工プログラムが生成されてもよい。図８を参照すると、こうしたプログラムを生成するために収集されるデータの一部、特に、加工物１０の機械加工１５についての回転速度が示される。係合切削条件３１₁₅₁に対応する第１の機械加工部分１５１に対して、回転速度Ｘ₁₅₁が割当てられる。係合切削条件３２₁₅₂に対応する第２の機械加工部分１５２に対して、回転速度Ｘ₁₅₂が割当てられる。係合切削条件３３₁₅₃に対応する第３の機械加工部分１５３に対して、回転速度Ｘ₁₅₃が割当てられる。決定される回転速度が、加工物１０に対する機械加工を安定した切削条件で実施しながら、材料除去率を最大にすることは注目に値する。

一実施形態によれば、機械加工プログラムは、部分プログラムとして生成され、したがって、加工物１０の機械加工を実施するためのプランジミリングマシンツールを駆動するように適合される。

別の実施形態によれば、先に述べた方法を実装する、コンピュータ内にロードされ、コンピュータによって実行されるように適合されるコンピュータプログラム製品が存在する。

したがって、マシンツールが存在し、マシンツールは、加工物に対して機械加工を実施するように適合されるツール部、及び、記憶デバイス及び処理デバイスを備える、ツール部に接続された制御部であって、それにより、上述したコンピュータプログラム製品を記憶し実行して、生成される機械加工プログラムに従ってツール部を駆動する、制御部を備える。

１０ 加工物
１５ 機械加工
２０ 第１の機械加工情報
２１ 不安定な切削領域
２２ 安定した切削領域
３０ 第２の機械加工情報
３１₁₅₁、３２₁₅₂、３３₁₅₃ レコード
Ｘ₁₅₁、Ｘ₁₅₂、Ｘ₁₅₃ 速度
１５１、１５２、１５３ 機械加工部分

Claims (6)

1. プランジミリングマシンツールの機械加工プログラムを生成するための方法であって、
   Ａ−加工物（１０）に対して前記プランジミリングマシンツールによるシリンドリカルミリング動作によって実施される機械加工（１５）のスケジュールを確定するステップと、
   Ｂ−前記加工物（１０）に対して行われる前記マシンツールによる前記機械加工（１５）の安定した切削条件つまり切削が安定であるマシンツールの回転速度を示す第１の機械加工情報（２０）であって、複数の係合切削条件にそれぞれ対応する前記マシンツールの回転速度を提供するように処理される第１の機械加工情報（２０）を取得するステップと、
   Ｃ−前記プランジミリングマシンツールの状態及び前記プランジミリングマシンツールが前記機械加工（１５）のために実施しなければならない動作を記述する係合切削条件を示す第２の機械加工情報（３０）を、前記機械加工（１５）中に取得するステップと、
   Ｄ−前記第２の機械加工情報（３０）及び前記第１の機械加工情報（２０）に基づいて、前記機械加工（１５）中に、前記マシンツールの回転速度の決定を実施するステップであって、
   Ｅ−前記スケジュールに基づいて実施される前記加工物（１０）の前記機械加工における現在の部分（１５１、１５２、１５３）を確定するステップと、
   Ｆ−前記第２の機械加工情報（３０）から、前記現在の部分（１５１、１５２、１５３）の係合切削条件の値を検索するステップと、
   Ｇ−前記第１の機械加工情報（２０）に含まれている前記マシンツールの回転速度のうちから、前記検索された前記現在の部分（１５１、１５２、１５３）の係合切削条件の値に対応した前記切削が安定であるマシンツールの回転速度を決定してその回転速度に当該マシンツールを制御するステップと、
   Ｈ−前記ステップＧで決定された前記回転速度の値に基づいて、前記加工物（１０）に対して実施する現在の機械加工（１５）の機械加工速度を決定するステップと、
   Ｉ−前記加工物（１０）の機械加工の残りの部分（１５１、１５２、１５３）について上記のステップＥ−Ｈを繰り返すステップと、
   を含んで、
   前記機械加工プログラムが、前記現在の部分（１５１、１５２、１５３）毎に対応してその都度実施された前記決定に基づいて、前記機械加工（１５）中に生成される、
   方法。
2. 前記第２の機械加工情報（３０）は、前記ステップＡにて確定された前記機械加工（１５）の複数の係合データを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記回転速度の前記決定は、前記機械加工（１５）の材料除去率を最大にするように実施される、
   請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記機械加工プログラムは、前記加工物（１０）の前記機械加工（１５）を実施するために前記プランジミリングマシンツールを駆動するように適合される部分プログラムとして生成される、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の方法を実装する、コンピュータ内にロードされ、前記コンピュータによって実行されるように適合される、
   コンピュータプログラム製品。
6. マシンツールであって、加工物（１０）に対して機械加工（１５）を実施するように適合されるツール部、及び、記憶デバイス及び処理デバイスを備え、前記ツール部に接続された制御部であって、それにより、請求項５に記載の前記コンピュータプログラム製品を記憶し実行して、生成される機械加工プログラムに従って前記ツール部を駆動する、制御部を備えた、
   マシンツール。

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