JP7102640B1 - 付加製造方法、付加製造システム、及び、付加製造プログラム - Google Patents

Abstract

本発明は、加工システムの構成を複雑にすることなく、且つ、加工時間を短縮できる、付加製造方法、及び、付加製造システムである。本発明による方法は、ワークにおける付加製造領域を含む切削領域を切削することにより付加製造領域の温度を予熱下限温度以上となるように加熱する予熱工程と、予熱工程によって予熱された状態のワークの付加製造領域に溶融金属を付加する付加製造工程と、を含む。システムは、ワークに溶融金属を付加する付加製造部と、ワークの表面を切削加工する切削加工部と、更にこれらに動作を制御する制御信号を送出する制御部と、を含み、制御部は、ワークにおける付加製造領域を含む切削領域を切削加工部によって切削させ付加製造領域の温度を予熱下限温度以上となるように加熱させ、予熱された状態のワークの付加製造領域に付加製造部で溶融金属を付加させるものである。

Description

本発明は、付加製造方法、付加製造システム、及び、付加製造プログラムに関する。

金属材料を溶融させながら母材に付加させて金属造形物を造形する付加製造では、母材表面の温度が低いと、母材に付加された溶融金属が急速に冷却され、熱影響部の硬化及び脆化が生じやすくなる。そこで、溶融金属の冷却速度を遅くすることによって、熱影響部の硬化及び脆化を防止することを目的として母材表面の温度を一定以上とするように予熱が行われる。

例えば、特許文献１では、ガスタービン動翼の先端部を肉盛溶接によって補修する施工工程において、溶接施工の前に該先端部を切断又は研削して表面仕上げした後、予熱した上で棒状の溶加材などを用いて肉盛溶接することを開示している。予熱は、高周波加熱機構、或いは、アークランプ等で構成される加熱機構を動翼の先端部近傍の外側に接触させて行うとしている。

特開平１０－８０７６７号公報

このような予熱のためのヒータやガスバーナなどの加熱装置を人手で設置しようとする場合、予熱の工程と付加製造の工程との間でワークを搬送する必要があって、加工時間が長くなってしまう。また、加熱装置をシステムに組み込むことから、システム構成が複雑化してしまうといった問題もあった。

そこで、本発明の目的とするところは、付加製造において、システムの構成を複雑にすることなく、且つ、加工時間を短縮できる、付加製造方法、付加製造システム、及び、付加製造プログラムを提供することにある。

本発明による付加製造方法は、ワークにおける付加製造領域を含む切削領域を切削することにより付加製造領域の温度を予熱下限温度以上となるように加熱する予熱工程と、予熱工程によって予熱された状態のワークの付加製造領域に溶融金属を付加する付加製造工程と、を含むものである。

その上で、
（１）切削後の切削領域の温度が低い場合にはさらに切削領域を切削する、
（２）切削後のワークの形状に基づき溶融金属の付加を開始する位置を定める、
（３）切削は、ワークに冷却媒体を供給せずに行う、
（４）切削は、切削工具としてセラミックス工具又はＣＢＮ工具を用いる、
（５）ワークを爪状治具で把持し予熱工程及び付加製造工程において把持状態を維持する、
（６）付加製造は、アーク放電で金属ワイヤを溶融させながら移動させてビードを積層する、
ものとしてもよい。

また、本発明による付加製造システムは、ワークに溶融金属を付加する付加製造部と、ワークの表面を切削加工する切削加工部と、更にこれらに動作を制御する制御信号を送出する制御部と、を含み、制御部は、ワークにおける付加製造領域を含む切削領域を切削加工部によって切削させ付加製造領域の温度を予熱下限温度以上となるように加熱させ、予熱された状態のワークの付加製造領域に付加製造部で溶融金属を付加させる、ものである。

その上で、
（１）制御部は切削後の付加製造領域の温度が低い場合にはさらに切削領域を切削し付加製造領域を加熱させる、
（２）制御部は切削後のワークの形状に基づき溶融金属の付加を開始させる位置を決定する、
（３）制御部は、冷却媒体を供給せずに切削領域を切削させる、
（４）制御部は、切削工具としてセラミックス工具又はＣＢＮ工具を用いて切削領域を切削させ、
（５）ワークを把持する爪状治具をさらに備える、
（６）付加製造部は、アーク放電で金属ワイヤを溶融させながら移動させてビードを積層させる、
ものとしてもよい。

更に、本発明による付加製造プログラムは、ワークにおける付加製造領域を含む切削領域を切削加工部によって切削させ付加製造領域の温度を予熱下限温度以上となるように加熱させる予熱ルーチンと、予熱された状態のワークの付加製造領域に付加製造部で溶融金属を付加する付加製造ルーチンと、を含むものである。

その上で、
（１）切削した後の付加製造領域の温度の測定結果に基づき、付加製造領域の温度が低い場合にはさらに切削領域を切削し加熱させる、
（２）切削後のワークの形状に基づきワークへの溶融金属の付加を開始する位置を決定する、
（３）予熱ルーチンにおいて冷却媒体を供給させずに切削加工部に切削させる、
（４）予熱ルーチンにおいて、切削工具としてセラミックス工具又はＣＢＮ工具を用いて切削させる、
（５）付加製造ルーチンにおいて、アーク放電で金属ワイヤを溶融させながら移動させてビードを積層させる、
ものとしてもよい。

上記発明によれば、加熱装置を用いずに予熱を出来て該加熱装置の移動等の工程を不要とするから、加工システムの構成を複雑にすることなく、且つ、加工時間を短縮できるのである。

本発明による１つの実施例における付加製造システムの斜視図である。 本発明による１つの実施例における付加製造システムの要部の斜視図である。 本発明による１つの実施例における付加製造システムの断面斜視図（一部ブロック図）である。 付加製造システムに備えられる制御部のブロック図である。 付加製造方法の一部を示す側面図である。 付加製造方法の一部を示す側面図である。 本発明による１つの実施例における付加製造方法を示すフロー図である。 本発明による他の実施例における付加製造方法を示すフロー図である。 切削後の形状と付加製造の位置を示すワークの要部の側面図である。 予熱試験の方法を示す側面図である。 予熱試験の切削パスを示すワークの上面図である。 予熱試験の結果を示すグラフである。

以下、本発明による付加製造方法、付加製造システム、及び付加製造プログラムについて図１乃至図８を用いて詳細に説明する。

まず、付加製造システムについて説明する。

図１及び図２に示すように、付加製造システムとして用いることのできる加工システム１０は、ワークＷを切削するための切削加工部３３とワークＷに溶融金属を付加させるための付加製造部３４とを備える。なお、本実施例において、付加製造部３４は、金属ワイヤをアーク放電で溶融して移動させながらビードを形成させることができ、かかるビードの形成及び積層によって付加製造を行う。

加工システム１０は、四方を覆うカバー１を備え、カバー１のうち前方（手前側）にはドア２、窓３及び操作盤４が設けられる。ドア２は、側方にスライドして開閉可能であり、カバー１の外部から作業者又は自動着脱装置によるワークＷの取付け取り外しを可能としている。窓３は、加工中のワークＷを外部から視認するために設けられている。付加製造においてアーク放電等の強い光を放出することのある場合、窓３は外部からアーク放電の光を肉眼で観察可能な程度に遮光可能なフィルタに切り換えできることが好ましい。例えば、液晶パネルによって透過する光量を変化させることで切り換えを行うことができる。また、操作盤４は、作業者によって加工システム１０を操作可能とするために設けられ、製造加工プログラム及びその他の動作命令を入力する入力装置や、入力内容や動作の確認のための表示装置等を備える。

加工システム１０は、カバー１の内側に加工システム１０の土台であるベース３０を備える。さらに、加工システム１０は、ベース３０に対してドア２側から見て左右方向に移動自在に支持されるサドル３１と、サドル３１に対して前後方向に移動自在に支持されるコラム３２と、コラム３２に対して上下方向に移動自在に支持される切削加工部３３とを含む。また、切削加工部３３には、付加製造部３４が設置されており、切削加工部３３とともに移動可能とされる。

切削加工部３３は切削工具３５を含む。特に、切削加工部３３は切削工具３５を保持し回転させる機構を含み、切削工具３５を回転させながら行うミーリング等の切削加工によってワークＷを加工することができる。また、付加製造部３４は、トーチ３６を含み、ワークＷに対する付加製造を行うことができる。ここで、切削加工部３３と付加製造部３４とは、切削工具３５及びトーチ３６を互いに所定の距離だけ離間させており、一方をワークＷに近接させると、同時に他方をワークＷから待避させ、互いの装置同士を干渉させないように配置される。なお、切削加工部３３は、切削工具３５を自動交換できる機構を備え、例えば、アーク放電を行う際に切削工具３５を外して待避させ得ることが好ましい。また、付加製造部３４は、その内部にトーチ３６を収容できる機構を備え、例えば、切削加工を行う際にトーチ３６を内部に退避させ得ることが好ましい。また、付加製造部３４は、切削加工部３３に対して上下に移動自在に設置されてもよい。

加工システム１０は、ワークＷを保持するための保持台４１と、ワークＷを保持台４１に固定するための治具４２とをベース３０に支持されるように切削加工部３３及び付加製造部３４の下方に備える。付加的に、保持台４１は、水平面内で前後方向に延びる軸の周りで回転可能に支持され、さらにワークＷをかかる軸に直交する方向に延びる軸の周りで回転させることができるように構成されてもよい。つまり、ワークＷは保持台４１によって２軸回転可能に保持されてもよい。これによって、ワークＷを回転させながら行う旋削加工等の切削加工を可能とする。

また、加工システム１０は、ワークＷの表面の温度を測定できる温度測定装置４５を備える。温度測定装置４５としては、例えば、赤外線放射温度計などの非接触で温度を光学計測できるものを好適に使用し得る。

図３に示すように、加工システム１０は、さらに上面カバー５を備える。上面カバー５は、カバー１の手前側の上端から後方へ向かって水平に延びる前方部５ａと、その後方で下後方へ向けて延びる傾斜部５ｂとを備える。また、傾斜部５ｂには、切削加工部３３及び付加製造部３４の下方部分を上後方から挿入される穴部５ｃが備えられる。つまり、上面カバー５は、切削加工部３３及び付加製造部３４の下方に備えられる切削工具３５及びトーチ３６の周囲を上方から覆っている。

なお、ベース３０の内部や後方には、サドル３１、コラム３２、切削加工部３３、付加製造部３４や、保持台４１等を動作させるための動力を発生して伝達する駆動機構４０（図４参照）を備える。駆動機構には、例えば、サーボモータなどの動力装置、ボールねじやギアなどの動力伝達機構を含む。

また、加工システム１０は、これらの駆動機構等に動作指示を与えるための制御信号を送出してサドル３１、コラム３２、切削加工部３３、付加製造部３４、保持台４１及び温度測定装置４５を含む加工システム１０全体の動作を制御する制御部１１を備える。制御部１１は、さらに操作盤４に接続され、操作盤４からの入力を受け付けて加工システム１０の動作に反映させることができる。

詳細には、図４に示すように、制御部１１は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などの電子回路によるプロセッサ１４と記憶媒体であるメモリ１３を備える。メモリ１３にはコンピュータプログラムである加工プログラム１２を格納している。また、メモリ１３には、加工システム１０の動作を制御するためのその他のプログラム１２ａや、駆動機構４０の動作制御に用いるための駆動機構４０に関する各種パラメータや所与の値などを含む制御データ１２ｂも格納されている。

制御部１１は、さらに、電気信号を変換して操作盤４との情報の授受を仲介する第１入出力インターフェース１５と、同様に上記した駆動機構４０の動力装置のドライバ等との情報の授受を仲介する第２入出力インターフェース１６とを備え、電気信号の通信路であるバス１７を介してメモリ１３を含めてプロセッサ１４と相互に接続される。

つまり、第１入出力インターフェース１５は、操作盤４の入力装置からの入力を受け付けてプロセッサ１４に伝えることができ、プロセッサ１４からの信号を操作盤４へ向けて出力できる。そして、操作盤４では第１入出力インターフェース１５から出力された信号に基づく情報を表示装置等に表示させることができる。

一方、第２入出力インターフェース１６は、駆動機構４０に接続され、駆動機構４０を動作させるための指令を含む制御信号をプロセッサ１４から受けて駆動機構のうちの動力装置のドライバ等に伝達することができる。また、第２入出力インターフェース１６は、駆動機構をＰＩＤ制御等のフィードバック制御を行うため、駆動機構の動作をセンシングするセンサ等からの信号を受けてプロセッサ１４に伝達することができる。

駆動機構４０は、サドル３１、コラム３２、切削加工部３３、付加製造部３４、保持台４１、加工システム１０に含まれて動作を行うその他機械装置等に機械的に接続され、動力を伝達し動作させる。また、これらに付随する各種センサや温度測定装置４５にも接続され、第２入出力インターフェース１６を介して計測した結果等のデータについての電気信号をプロセッサ１４に送信できる。つまり、制御部１１は、第２入出力インターフェース１６を介して駆動機構４０に制御信号を送出することで、サドル３１、コラム３２、切削加工部３３、付加製造部３４、保持台４１、加工システム１０に含まれて動作を行うその他機械装置等の動作を制御することができる。

これらの構成により、制御部１１は、メモリ１３に格納された加工プログラム１２をプロセッサ１４で実行することで、後述する付加製造方法となるよう加工システム１０を動作させることができる。

次に、本実施例における付加製造方法について説明する。かかる付加製造方法には上記したように加工システム１０を用いることができる。

金属を溶融させて母材に付加させる付加製造においては、一般に予熱を必要とする。溶融した金属は、高温で付加された後、外気への放熱等による冷却によって熱応力を生じ、割れを生じやすくなる。そのため、まず、溶融金属の付加の前に、溶融金属を付加する付加製造領域の母材表面を割れの生じない温度範囲から設定した予熱下限温度以上の温度とする。その上で、予熱下限温度以下の温度に低下する前の予熱された状態で付加製造を開始するようにして、熱応力の発生を抑制し割れの発生を防止するのである。このような場合、一般には外部加熱装置などによってワークを予熱して予熱下限温度以上の温度を確保して付加製造を行うことになる。一方で、外部加熱装置の使用はワークの搬送の必要性から加工時間を長くしてしまう。また、内部に加熱装置を組み込むことはシステム構成の複雑化を助長してしまう。

そこで、図５Ａに示すように、本実施例においては、溶融金属を付加させる前に母材であるワークＷの表面を切削加工することで切削熱によってワークＷを予熱する。詳細には、まず、ワークＷを母材として加工システム１０の保持台４１に治具４２を介して取り付ける。そして、予熱工程としての切削加工部３３によるワークＷの切削される領域である切削領域を切削して、その切削熱によってワークＷのうち付加製造を行うべき領域である付加製造領域を加熱して予熱を行う。つまり、予熱工程として切削加工を行う。

このとき、切削加工後、付加製造の開始時において、ワークＷの付加製造領域の表面温度を予熱下限温度以上の温度となるように切削加工を行うのである。そのために、予熱工程における切削加工では、ワークＷに冷却媒体を供給せずに行うドライ切削とすることが好ましい。ドライ切削を行うにあたり、切削工具３５として例えばセラミックス工具やＣＢＮ（Ｃｕｂｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）工具などの高温での機械強度に優れる材料による工具を用いることが好ましい。なお、ドライ切削は一般に切削油を用いない場合を指すが、本実施例においてはワークＷの付加製造領域を冷却するもの、例えば、冷却媒体としてガスを用いた乾式切削をも除外する。つまり、本実施例においてドライ切削は、切削油等の液体の冷却媒体を用いない乾式切削であり、かつその他の冷却媒体をも用いないことを意味する。

そして、図５Ｂに示すように、切削加工による予熱に続けて付加製造部３４によって溶融金属を付加させる。詳細には、付加製造部３４のトーチ３６から伸びる金属ワイヤ３７をワークＷの表面に沿って移動させながらアーク放電によって金属ワイヤ３７を溶融させてビード２１を形成する。このようなビード２１の形成によって付加製造領域に付加製造を行う。ここでは、上記したように予熱下限温度以下の温度に低下する前の予熱状態で付加製造を開始させる。また、切削領域２２はワークＷの上面全面とし、付加製造領域２３はそれより狭い範囲とした例を図示した。なお、付加製造を繰り返して例えばビードを積層させることで金属積層造形物を得ることもできる。

つまり、図６に示すように、本実施例による付加製造方法は、切削領域２２を切削加工しつつ加熱して付加製造領域２３を予熱する予熱工程（Ｓ１）を含む。予熱工程（Ｓ１）は、溶融金属を付加させる付加製造工程（Ｓ２）の予熱を行うものであるため、付加製造工程（Ｓ２）の開始時にワークの切削加工面の温度を予熱下限温度以上の予熱された状態を維持できるようにされる。例えば、切削後に付加製造を開始できるまでの時間を考慮して、予熱工程では予熱下限温度に対して余裕をもって高い温度としておくとよい。

付加製造工程（Ｓ２）においては、かかる予熱状態で溶融金属を付加させることで割れの発生を防止する。つまり、付加製造工程（Ｓ２）は、予熱下限温度以下の温度に低下するまでに溶融金属の付加を開始させる。付加製造は必要に応じて複数回行って、ビード２１の複数を積層させてもよい。

そして、付加製造を行った後は、必要に応じて仕上げ切削工程（Ｓ３）にて仕上げ加工を行う。仕上げ加工では予熱の必要がなく、寸法精度や表面粗さ等の仕上げ精度の観点や製造効率の観点などから切削条件を定められる。

なお、上記したように、本実施例による加工プログラム１２は上記した加工方法となるように加工システム１０を動作させる。つまり、加工プログラム１２は、少なくとも、上記した予熱工程（Ｓ１）、及び、付加製造工程（Ｓ２）の各工程に対応する予熱ルーチン、及び、付加製造ルーチンを含む。

上記したように、本実施例においては、冷却媒体を用いないドライ切削を行うなど切削条件を調整することで切削加工に伴う切削熱によりワークＷを加熱し予熱を行う。ここで、切削条件を調整することで、予熱温度を調整することができる。例えば、切込量を小さくして送り速度を大きくすると、切削熱を大きくでき、予熱温度を高くし得る。また、切削加工の切削パスは断続的な切削を行う一方向パスとはせずに、連続的な切削を続けられるスパイラルパスとなるようにすると切削熱の発生を持続させて、時間当たりの切削熱を大きくし、予熱温度を高くし得る。また、切削量（複数回の切削における切込量の累計）を大きくすることで、切削熱の総量を大きくして予熱温度を高くし得る。予熱温度を低くする場合は、待機して放熱させるほか、上記とは逆に送り速度を低くするなど切削条件を調整してもよい。なお、切削条件としては、切り込み量、切削速度（切削工具３５の回転数）、送り速度、切削パス、切削量などがある。

付加製造の予熱に必要とされる温度は、ビードを形成するための金属ワイヤなどの付加製造に用いる材料によって定められるが、予熱下限温度については多くの材料において１００℃～３００℃の範囲内で定めることが好ましい。例えば、ＳＵＳ６３０の場合、ビード形成開始時の温度を１００℃未満とすると低温割れを発生させる可能性が高まり、３００℃超とすると溶け落ちを発生させる可能性が高まる。そこで、ＳＵＳ６３０の場合、上記した予熱下限温度は１００℃～３００℃の範囲内で定めると良い。また、例えば、ＳＫＤ６１の場合、１５０℃未満で割れや剥離の発生する可能性が高くなる。そこで、ＳＫＤ６１の場合、上記した所定温度は１５０℃以上の範囲内で定める。

以上のように、本実施例によれば、溶融金属を付加させる付加製造工程に先立って、切削加工による予熱下限温度以上での予熱がなされており、母材に付加された溶融金属の冷却速度を遅くして熱影響層の硬化及び脆化を防止できる。このように、加工システム１０によれば、搬送に時間のかかる外部加熱装置や、システムを複雑にする組み込み型の加熱装置を不要としつつ、ワークＷの予熱を可能とする。そのため、加工システム１０の構成を複雑にすることなく、加工時間を短縮することができる。

なお、本実施例においては、付加製造工程について金属ワイヤをアーク放電で溶融してビードを形成させるものとしたが、予熱を伴う積層工程であれば、他の方法によるものであってもよい。例えば、金属粉末をアーク放電で溶融して付加させる方法としてもよい。

また、図７に示すように、予熱工程の前後において、測定した温度に対応させて切削条件を自動調整するようにしてもよい。例えば、予熱工程（Ｓ１－２）の前に、温度測定装置４５によって所定の部位の温度測定を行って、この温度測定の結果に基づいて切削条件を調整する（Ｓ１－１）ことができる。切削条件としては、上記したように冷却媒体を用いない（ＯＦＦとする）ことを前提に、切削速度、送り速度、切込量、切削パス、切削量などを調整し得る。例えば、比較的高温であったときには、切削速度や送り速度を小さくして工具に負担のかからないようにしつつ予熱を行うことができる。一方、温度が低い場合には、より高温となるように切削条件を調整する。また、予熱工程（Ｓ１－２）を終了させる際に温度を測定して予熱下限温度以上の温度を得ているかを判定する（Ｓ１－３）ようにしてもよい。予熱下限温度以上の温度を得られていない場合（Ｓ１－３：Ｎｏ）に、再度、切削条件を調整し（Ｓ１－１）、切削加工による予熱をさらに追加して（Ｓ１－２）予熱温度を確保することができるようにする。この場合、少なくとも切削量を増加させるように切削条件を調整することになる。予熱下限温度以上の温度が得られていた場合（Ｓ１－３：Ｙｅｓ）、付加製造工程において付加製造を行う。また、加工プログラム１２には、このような温度測定結果に基づいて切削条件を調整する切削条件自動調整ルーチンを含んでもよい。

このとき、図８を併せて参照すると、付加製造工程において溶融金属の付加を開始する位置を含むパスの位置は、予熱工程における切削加工による切削後のワークＷの形状に基づいて決定することが好ましい。例えば、同図では、ワークＷの側面に下に向けて外に拡がる傾斜面５４を有しており、予熱工程にて上面５２を切削した場合に傾斜面５４の一部を切削することになる。切削量を調整する場合のあることを考慮すると、切削後の上面５２ａに対してそれよりも切削量を多く調整した切削後の上面５２ｂが想定される。この場合、仕上げ後の傾斜面５４ａを確保できるように溶融金属の付加を行うと、予熱後に上面５２ａとなった場合にビード５３ａを形成させるようにする。これに対し、上面５２ｂとなった場合により広範囲に、かつ、切削前の上面５２に対してより深い位置にビード５３ｂを形成することになる。このように、ワークＷの三次元形状と予熱工程での切削量によって得られる予熱工程での切削後のワークＷの形状に基づいて、付加製造工程では溶融金属の付加を開始する位置やパスの位置を調整することが好ましい。

そのため、付加製造工程においては、付加製造のパス調整（Ｓ２－１）を行った上で、溶融金属を付加する付加製造（Ｓ２－２）を行うようにするとよい。つまり、この場合、加工プログラム１２には付加製造において開始位置を含むパスの位置を調整する付加製造位置自動調整ルーチンを含むとよい。そして、最後に必要に応じて仕上げ切削（Ｓ３）を行う。

［予熱試験］
切削加工によるワークＷの予熱試験を行った結果について図９及び図１０を用いて説明する。

図９Ａに示すように、平板状のワークＷの表面をドライ切削したときのワークＷの温度を調査した。詳細には、Ｓ２５Ｃ鋼からなり、φ２５０ｍｍ×ｔ４０ｍｍの寸法を有する円盤状のワークＷを用意し、その主面を略水平にしつつ治具４２を介して保持台４１に保持させた。また、ワークＷにはその底面に温接点を当接させるように熱電対５１が取り付けられた。そして、ワークＷの上面の全体を切込量０．２５ｍｍでドライ切削し、熱電対５１で測定される温度をワークＷの温度として記録した。

図９Ｂに示すように、切削パスＰはワークＷの一端部から対向する側の端部まで平行な複数の直線を交互に折り返しながら進む経路とした。切削パスＰの直線と直線の間の折り返し部分は、ワークＷの上面の円周に沿った経路とし、径方向の取代を３０ｍｍとした。このような切削パスＰで複数回の切削を行ったときのワークＷの温度を測定した。

図１０に示すように、室温のワークＷに対し、切削パスＰに沿った切込量０．２５ｍｍの切削加工を２回行って（２パスとして）切削量を０．５ｍｍとした場合、切削加工完了時に５１．３℃まで上昇し、その後３分間で０．２℃上昇して５１．５℃となった。比較的低温であったため、切削完了後の放熱による温度低下よりも、切削面からの熱伝導による温度上昇の方が大きかったものと考えられる。４パス、６パス、８パスでは、それぞれ、切削加工完了時の８４．８℃から３分間で３．６℃低下、同じく１１７．８℃から５．３℃低下、１４５．５℃から６．４℃低下となった。

このように、少なくとも本予熱試験に用いたワークＷにおいて、１４０℃程度までの予熱であれば十分可能であることが示された。

実際の加工方法においては、上記のような予熱試験を行って得たデータをもとに予熱工程における切削加工と付加製造との組み合わせの条件を定めておいて、かかる組み合わせに従った製造工程としてもよい。なお、ワークＷの熱容量や、後述するような治具との接触状況、周囲との温度差などにより温度低下の速度が異なるため、これらを考慮した上で切削加工と付加製造との組み合わせの条件を定めることが好ましい。

なお、図９Ａに示したように、治具４２は爪状治具とすることも好ましい。すなわち、治具４２において、ワークＷを爪状のチャック部４２ａにて把持できるようにするのである。これにより、ワークＷを把持するにあたり、比較的小さい面積でワークＷに当接するようにすることで、治具４２からの抜熱を抑制し、保持台４１を介しての加工システム１０への熱伝導を可及的に小さくし、ワークＷの温度を高く維持し、予熱を効率よく行うのである。チャック部４２ａの材料を熱伝導率の比較的小さいものとすることも好ましい。また、このような爪状治具による把持状態は、予熱工程及び付加製造工程を通して維持されると、予熱工程のみならず付加製造の開始までワークＷからの抜熱を抑制できて好ましい。

以上、本発明による代表的な実施例及びこれに伴う変形例について述べたが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、適宜、当業者によって変更され得る。すなわち、当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。

１０ 加工システム
１１ 制御部
２１ ビード
３３ 切削加工部
３４ 付加製造部
３５ 切削工具
３６ トーチ
４５ 温度測定装置
Ｓ１ 予熱工程
Ｗ ワーク

Claims (15)

1. ワークにおける付加製造領域を含む切削領域を切削することにより前記付加製造領域の温度を予熱下限温度以上となるように加熱する予熱工程と、
   前記予熱工程によって予熱された状態の前記ワークの前記付加製造領域に溶融金属を付加する付加製造工程と、を含む付加製造方法。
2. 前記予熱工程において、前記ワークを切削した後に前記付加製造領域の温度を測定し、前記温度が前記予熱下限温度よりも低い場合には、さらに前記切削領域を切削し前記付加製造領域を加熱する、請求項１記載の付加製造方法。
3. 前記付加製造工程において、前記ワークへの前記溶融金属の付加を開始する位置は、前記予熱工程における切削後の前記ワークの形状に基づき決定する、請求項１又は２に記載の付加製造方法。
4. 前記予熱工程における切削は、前記ワークに冷却媒体を供給せずに行う、請求項１乃至３のうちの１つに記載の付加製造方法。
5. 前記予熱工程における切削は、切削工具としてセラミックス工具又はＣＢＮ工具を用いる、請求項１乃至４のうちの１つに記載の付加製造方法。
6. 前記ワークは爪状治具で把持され、前記予熱工程及び前記付加製造工程において把持状態を維持される、請求項１乃至５のうちの１つに記載の付加製造方法。
7. 前記付加製造工程は、アーク放電で金属ワイヤを溶融させながら移動させてビードを積層する、請求項１乃至６のうちの１つに記載の付加製造方法。
8. ワークに溶融金属を付加する付加製造部と、該ワークの表面を切削加工する切削加工部と、更にこれらの動作を制御する制御信号を送出する制御部と、を含み、
   前記制御部は、
   前記ワークにおける付加製造領域を含む切削領域を前記切削加工部によって切削させ前記付加製造領域の温度を予熱下限温度以上となるように加熱させ、
   予熱された状態の前記ワークの前記付加製造領域に前記付加製造部で前記溶融金属を付加させる、付加製造システム。
9. さらに前記ワークの表面温度を測定する温度測定装置を備え、
   前記制御部は、前記温度測定装置における前記ワークを切削した後の前記付加製造領域の温度の測定結果に基づき、前記温度が前記予熱下限温度よりも低い場合には、さらに前記切削加工部に前記切削領域を切削させ前記付加製造領域を加熱させる、請求項８記載の付加製造システム。
10. 前記制御部は、前記切削加工部による切削後の前記ワークの形状に基づき前記ワークへの前記溶融金属の付加を開始させる位置を決定し前記付加製造部で前記溶融金属を付加させる、請求項８又は９に記載の付加製造システム。
11. 前記制御部は、冷却媒体を供給させずに前記切削加工部に前記切削領域を切削させる、請求項８乃至１０のうちの１つに記載の付加製造システム。
12. 前記制御部は、切削工具としてセラミックス工具又はＣＢＮ工具を用いて前記切削加工部に前記切削領域を切削させる、請求項８乃至１１のうちの１つに記載の付加製造システム。
13. 前記ワークを把持する爪状治具をさらに備える、請求項８乃至１２のうちの１つに記載の付加製造システム。
14. 前記付加製造部は、アーク放電で金属ワイヤを溶融させながら移動させてビードを積層させる、請求項８乃至１３のうちの１つに記載の付加製造システム。
15. ワークにおける付加製造領域を含む切削領域を切削加工部によって切削させ前記付加製造領域の温度を予熱下限温度以上となるように加熱する予熱ルーチンと、
    予熱された状態の前記ワークの前記付加製造領域に付加製造部で溶融金属を付加する付加製造ルーチンと、を含む付加製造プログラム。
    
    
    

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