JP7168124B2 - 切削工具および切削システム - Google Patents
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Description
D<0.74W+2.09maxdxy ・・・ (A)
上述した特許文献1~3に記載の技術を超えて、ひずみセンサを用いてシャンクのひずみをより高感度で測定することが可能な技術が望まれる。
本開示によれば、ひずみセンサを用いてシャンクのひずみをより高感度で測定することができる。
最初に、本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
前記せん断ひずみセンサの前記センサ距離Dは、式(1)を満たす。
D<0.74W+2.09maxdxy ・・・ (1)
D<0.74W+2.09mindxy ・・・ (2)
0.74W+2.09mindxy<D<0.74W+2.09maxdxy ・・・ (3)
前記垂直ひずみセンサは、前記距離dxが前記距離dyより大きい場合、前記第1方向の負荷である第1負荷、前記第2方向の負荷である第2負荷、および前記第3方向の負荷である第3負荷のうち、前記第1負荷に対して最大の感度を有し、前記垂直ひずみセンサは、前記距離dyが前記距離dxより大きい場合、前記第1負荷、前記第2負荷、および前記第3負荷のうち、前記第2負荷に対して最大の感度を有する。
10dx≦dy+W/6 ・・・ (4)
前記第1の垂直ひずみセンサは、前記第1表面または前記第3表面に搭載される。
10dy≦dx+W/6 ・・・ (5)
前記第1の垂直ひずみセンサは、前記第1表面または前記第3表面に搭載される。
D<0.74W+2.09maxdxy ・・・ (6)
10dx≦dy+W/6 ・・・ (7)
10dy≦dx+W/6 ・・・ (8)
[切削システム]
図1は、本開示の第1の実施の形態に係る切削システムの構成を示す図である。図1を参照して、切削システム301は、旋削加工用の切削工具101と、処理装置201とを備える。切削工具101は、たとえば、金属等からなる切削対象物の旋削加工に用いられる。切削工具101は、シャンク10と、1または複数のひずみセンサ20とを備える。ひずみセンサ20は、シャンク10の表面に搭載される。たとえば、ひずみセンサ20は、接着剤または粘着剤を介してシャンク10の表面に取り付けられる。たとえば、ひずみセンサ20は、シャンク10に取り付けられた状態で樹脂材料等に埋め込まれることにより固定されてもよい。処理装置201は、切削加工時のひずみセンサ20の計測結果に基づいて、切削工具101に関する異常を検知する。
シャンク10の形状は、たとえば正四角柱形状である。より詳細には、シャンク10は、シャンク10の断面における幅方向WDの長さを幅bとし、シャンク10の断面における高さ方向HDの長さを高さhとしたとき、幅bと高さhとが等しく、かつ断面形状が正四角形の角シャンクである。ここで、高さ方向HDとは、工具系基準方式において、シャンク10の長手方向に垂直な平面内において主運動の方向と平行な方向であり、幅方向WDとは、当該平面内において主運動の方向に垂直な方向である。なお、シャンク10は、高さhが幅bよりも大きく、かつ断面形状が四角形である角シャンクであってもよい。また、シャンク10は、幅bと高さhとが等しく、かつ断面形状が正四角形ではない丸シャンクであってもよい。また、シャンク10は、幅bが高さhよりも大きく、かつ断面形状が正四角形ではない丸シャンクであってもよい。角シャンクの形状および寸法は、JIS(Japanese Industrial Standards) B 4126(2016年11月21日制定)、およびISO(International Organization for Standardization) 5610(2014年8月21日制定)により規定されている。丸シャンクの形状および寸法は、JIS B 4129(2020年1月20日制定)、およびISO 5609(2012年12月13日制定)により規定されている。以下、ひずみセンサ20の搭載位置におけるシャンク10の高さ方向HDの最大長さを高さhsenとし、ひずみセンサ20の搭載位置におけるシャンク10の幅方向WDの最大長さを幅bsenとする。また、高さhsenをシャンク高さWとも称する。
図4は、本開示の第1の実施の形態に係る切削システムにおける処理装置の構成を示す図である。図4を参照して、処理装置201は、無線通信部110と、処理部120と、記憶部130とを備える。無線通信部110は、たとえば通信用IC等の通信回路により実現される。処理部120は、たとえば、CPU(Central Processing Unit)およびDSP(Digital Signal Processor)等のプロセッサによって実現される。記憶部130は、たとえば不揮発性メモリである。無線通信部110は、切削工具101における無線通信装置と無線による通信を行う。当該無線通信装置および無線通信部110は、たとえば、IEEE 802.15.4に準拠したZigBee(登録商標)、IEEE 802.15.1に準拠したBluetooth(登録商標)およびIEEE802.15.3aに準拠したUWB(Ultra Wide Band)等の通信プロトコルを用いた無線による通信を行う。なお、当該無線通信装置と無線通信部110との間において、上記以外の通信プロトコルが用いられてもよい。無線通信部110は、切削工具101における無線通信装置から受信した無線信号からセンサ計測値sを取得し、取得したセンサ計測値sを記憶部130に保存する。処理部120は、無線通信部110により記憶部130に保存されたセンサ計測値sを解析することにより、切削工具101に関する異常を検知する。
図5は、本開示の第1の実施の形態に係る切削工具の構成の一例を示す図である。第1の実施の形態に係るチップ1は、基準点1Kである基準点1K1を有する。基準点1K1の位置は、図3に示す位置PK1の一例である。図5を参照して、切削工具101は、ひずみセンサ20として、ひずみセンサ20A,20B,20Cを備える。たとえば、ひずみセンサ20A,20Cは、シャンク10の側面S4に搭載される。また、たとえば、ひずみセンサ20Bは、シャンク10の上面S2に搭載される。
図6は、本開示の第1の実施の形態に係る切削工具の構成を示す断面図である。図6は、図5におけるVI-VI線矢視断面図である。図6では、基準点1K1をZ方向に沿ってVI-VI線矢視断面へ平行移動させたときのチップ1の位置および基準点1K1の位置を破線および黒丸でそれぞれ示している。図6を参照して、VI-VI線矢視断面におけるシャンク10のシャンク高さをWaとする。たとえば、Waは、上述のシャンク高さWと等しい。以下、後述の変形例においても同様に、Waはシャンク高さWと等しいものとする。また、X方向における、ひずみセンサ20Aの搭載位置におけるシャンク10の中心と、チップ1における切刃の基準点1Kとの間の距離を距離dxaとする。また、Y方向における、ひずみセンサ20Aの搭載位置におけるシャンク10の中心と、基準点1Kとの間の距離を距離dyaとする。なお、ひずみセンサ20の搭載位置とは、たとえば、ひずみセンサ20におけるシャンク10との接触面の中心を意味するものとする。
Da<0.74W+2.09maxdxya ・・・ (9)
Da<0.74W+2.09mindxya ・・・ (10)
図7は、本開示の第1の実施の形態に係る切削工具の構成を示す断面図である。図7は、図5におけるVII-VII線矢視断面図である。図7では、基準点1K1をZ方向に沿ってVII-VII線矢視断面へ平行移動させたときのチップ1の位置および基準点1K1の位置を破線および黒丸でそれぞれ示している。図7を参照して、VII-VII線矢視断面におけるシャンク10のシャンク高さをWbとする。たとえば、Wbは、上述のシャンク高さWと等しい。以下、後述の変形例においても同様に、Wbはシャンク高さWと等しいものとする。また、X方向における、ひずみセンサ20Bの搭載位置におけるシャンク10の中心と、基準点1Kとの間の距離を距離dxbとする。また、Y方向における、ひずみセンサ20Aの搭載位置におけるシャンク10の中心と、基準点1Kとの間の距離を距離dybとする。
Db<0.74W+2.09mindxyb ・・・ (11)
ひずみセンサ20Aは、シャンク10の4つの表面のうちのひずみセンサ20Aの搭載面をシャンク10の周方向に並ぶ3つの領域に3等分したときに当該3つの領域のうちの真ん中の領域に搭載される。
たとえば、ひずみセンサ20Bは、シャンク10の4つの表面のうちのひずみセンサ20Aの搭載面に隣接する隣接面をシャンク10の周方向に並ぶ3つの領域に3等分したときに当該3つの領域のうちの真ん中の領域に搭載される。
図14は、本開示の第1の実施の形態の変形例1に係る切削工具の構成の一例を示す図である。変形例1に係るチップ1は、基準点1Kである基準点1K2を有する。基準点1K2のXY平面における位置は、図3に示す第2象限Q2の領域内であるものとする。基準点1K2の位置は、図3に示す位置PK2の一例である。図14を参照して、切削工具101Aは、ひずみセンサ20A,20B,20Cを備える。たとえば、ひずみセンサ20A,20Cは、シャンク10の側面S4に搭載される。また、たとえば、ひずみセンサ20Bは、シャンク10の上面S2に搭載される。
図15は、本開示の第1の実施の形態の変形例1に係る切削工具の構成を示す断面図である。図15は、図14におけるXV-XV線矢視断面図である。図15では、基準点1K2をZ方向に沿ってXV-XV線矢視断面へ平行移動させたときのチップ1の位置および基準点1K2の位置を破線および黒丸でそれぞれ示している。図15を参照して、距離dxbおよび距離dybが互いに異なる値であり、かつ距離dybは距離dxbよりも大きいので、距離dybをmaxdxybとし、距離dxbをmindxybとする。再び図14を参照して、このとき、センサ距離Dbは、下記式(12)を満たす。
Db<0.74W+2.09maxdxyb ・・・ (12)
図16は、本開示の第1の実施の形態の変形例1に係る切削工具の構成を示す断面図である。図16は、図14におけるXVI-XVI線矢視断面図である。図16では、基準点1K2をZ方向に沿ってXVI-XVI線矢視断面へ平行移動させたときのチップ1の位置および基準点1K2の位置を破線および黒丸でそれぞれ示している。図16を参照して、距離dxaおよび距離dyaが互いに異なる値であり、かつ距離dyaは距離dxaよりも大きいので、距離dyaをmaxdxyaとし、距離dxaをmindxyaとする。再び図14を参照して、このとき、たとえば、センサ距離Daは、上述の式(10)を満たす。
変形例1に係る切削工具101Aにおいて、周方向におけるひずみセンサ20Bの搭載位置は、第1の実施の形態に係る切削工具101における、周方向におけるひずみセンサ20Bの搭載位置と同じである。たとえば、ひずみセンサ20Bは、シャンク10の4つの表面のうちの基準点1K2に最も近い表面である上面S2における真ん中の領域である領域S2Bbに搭載される。
変形例1に係る切削工具101Aにおいて、周方向におけるひずみセンサ20Aの搭載位置は、第1の実施の形態に係る切削工具101における、周方向におけるひずみセンサ20Aの搭載位置と同じである。たとえば、ひずみセンサ20Aは、上面S2に隣接し、かつシャンク10の4つの表面のうちの基準点1K2に2番目に近い表面である側面S4における真ん中の領域である領域S4Abに搭載される。
変形例1に係る切削工具101Aにおいて、周方向におけるひずみセンサ20Cの搭載位置は、第1の実施の形態に係る切削工具101における、周方向におけるひずみセンサ20Cの搭載位置と同じである。たとえば、ひずみセンサ20Cは、シャンク10の4つの表面のうちの基準点1K2に2番目に近い表面である側面S4における領域S4Caに搭載される。
図17は、本開示の第1の実施の形態の変形例2に係る切削工具の構成の一例を示す図である。図17では、シャンク10の側面S3に搭載されるひずみセンサ20A,20Cを破線で示している。変形例2に係るチップ1は、基準点1Kである基準点1K3を有する。基準点1K3のXY平面における位置は、図3に示す第4象限Q4の領域内であるものとする。基準点1K3の位置は、図3に示す位置PK4の一例である。図17を参照して、切削工具101Bは、ひずみセンサ20A,20B,20Cを備える。たとえば、ひずみセンサ20A,20Cは、シャンク10の側面S3に搭載される。また、たとえば、ひずみセンサ20Bは、シャンク10の上面S2に搭載される。
図18は、本開示の第1の実施の形態の変形例2に係る切削工具の構成を示す断面図である。図18は、図17におけるXVIII-XVIII線矢視断面図である。図18では、基準点1K3をZ方向に沿ってXVIII-XVIII線矢視断面へ平行移動させたときの基準点1K3の位置を黒丸で示している。ここで、距離dxa、距離dya、maxdxya、mindxya、およびセンサ距離Daの関係は、上述の第1の実施の形態と同様である。すなわち、図18を参照して、距離dxaおよび距離dyaが互いに異なる値であり、かつ距離dxaは距離dyaよりも大きいので、距離dxaをmaxdxyaとし、距離dybをmindxyaとする。このとき、再び図17を参照して、たとえば、センサ距離Daは、上述の式(9)を満たす。また、たとえば、センサ距離Daは、上述の式(10)を満たす。
図19は、本開示の第1の実施の形態の変形例2に係る切削工具の構成を示す断面図である。図19は、図17におけるXIX-XIX線矢視断面図である。図19では、基準点1K3をZ方向に沿ってXIX-XIX線矢視断面へ平行移動させたときの基準点1K3の位置を黒丸で示している。ここで、距離dxb、距離dyb、maxdxyb、mindxyb、およびセンサ距離Dbの関係は、上述の第1の実施の形態と同様である。すなわち、図19を参照して、距離dxbおよび距離dybが互いに異なる値であり、かつ距離dxbは距離dybよりも大きいので、距離dxbをmaxdxybとし、距離dybをmindxybとする。このとき、再び図17を参照して、たとえば、センサ距離Dbは、上述の式(11)を満たす。
好ましくは、ひずみセンサ20Aは、シャンク10の4つの表面のうちの基準点1K3に最も近い表面である側面S3に搭載される。この場合、ひずみセンサ20Aは、図8を変形例2に係る切削工具101Bのひずみセンサ20Aの搭載位置における断面図(図17におけるXVIII-XVIII線矢視断面図)であるとみなした場合において、図8に示す領域S3Abに搭載される。なお、ひずみセンサ20Aは、図8に示す領域S1Ab,領域S2Ab,領域S4Abに搭載されてもよい。
変形例2に係る切削工具101Bにおいて、周方向におけるひずみセンサ20Bの搭載位置は、第1の実施の形態に係る切削工具101における、周方向におけるひずみセンサ20Bの搭載位置と同じである。たとえば、ひずみセンサ20Bは、側面S3に隣接し、かつシャンク10の4つの表面のうちの基準点1K3に2番目に近い表面である上面S2における領域S2Bbに搭載される。
ひずみセンサ20Cは、上述と同様に、シャンク10の4つの表面のうちの基準点1K3に最も近い表面における基準点1K3に最も近い領域、基準点1K3に2番目に近い表面における基準点1K3に最も近い領域、当該最も近い表面の対向面における基準点1K3から最も遠い領域、および当該2番目に近い表面の対向面における基準点1K3から最も遠い領域、の4つの領域のうちの少なくとも1つに搭載される。より詳細には、ひずみセンサ20Cは、図12を変形例2に係る切削工具101Bのひずみセンサ20Cの搭載位置における断面図(図17におけるAA-AA線矢視断面図)であるとみなした場合において、図12に示す領域S3Ca,S1Ca,S2Cc,S4Ccのうちの少なくとも1つ、たとえば、領域S3Caに搭載される。また、ひずみセンサ20Cは、図13を変形例2に係る切削工具101Bのひずみセンサ20Cの搭載位置における断面図(図17におけるAA-AA線矢視断面図)であるとみなした場合において、図13に示す領域S3Cd,S1Cd,S2Ch,S4Chのうちの少なくとも1つ、たとえば、領域S3Cdに搭載される。
図20は、本開示の第1の実施の形態の変形例3に係る切削工具の構成の一例を示す図である。図20では、シャンク10の側面S3に搭載されるひずみセンサ20A,20Cを破線で示している。変形例3に係るチップ1は、基準点1Kである基準点1K4を有する。基準点1K4のXY平面における位置は、図3に示す第3象限Q3の領域内であるものとする。基準点1K4の位置は、図3に示す位置PK3の一例である。図20を参照して、切削工具101Cは、ひずみセンサ20A,20B,20Cを備える。たとえば、ひずみセンサ20A,20Cは、シャンク10の側面S3に搭載される。また、たとえば、ひずみセンサ20Bは、シャンク10の上面S2に搭載される。
図21は、本開示の第1の実施の形態の変形例3に係る切削工具の構成を示す断面図である。図21は、図20におけるXXI-XXI線矢視断面図である。図21では、基準点1K4をZ方向に沿ってXXI-XXI線矢視断面へ平行移動させたときの基準点1K4の位置を黒丸で示している。ここで、距離dxb、距離dyb、maxdxyb、mindxyb、およびセンサ距離Dbの関係は、上述の変形例1と同様である。すなわち、図21を参照して、距離dxbおよび距離dybが互いに異なる値であり、かつ距離dybは距離dxbよりも大きいので、距離dybをmaxdxybとし、距離dxbをmindxybとする。このとき、再び図20を参照して、たとえば、センサ距離Dbは、上述の式(12)を満たす。また、たとえば、センサ距離Dbは、上述の式(11)を満たす。
図22は、本開示の第1の実施の形態の変形例3に係る切削工具の構成を示す断面図である。図22は、図20におけるXXII-XXII線矢視断面図である。図22では、基準点1K4をZ方向に沿ってXXII-XXII線矢視断面へ平行移動させたときの基準点1K4の位置を黒丸で示している。ここで、距離dxa、距離dya、maxdxya、mindxya、およびセンサ距離Daの関係は、上述の変形例1と同様である。すなわち、図22を参照して、距離dxaおよび距離dyaが互いに異なる値であり、かつ距離dyaは距離dxaよりも大きいので、距離dyaをmaxdxyaとし、距離dxaをmindxyaとする。このとき、再び図20を参照して、たとえば、センサ距離Daは、上述の式(10)を満たす。
変形例3に係る切削工具101Cにおいて、周方向におけるひずみセンサ20Bの搭載位置は、第1の実施の形態に係る切削工具101における、周方向におけるひずみセンサ20Bの搭載位置と同じである。たとえば、ひずみセンサ20Bは、シャンク10の4つの表面のうちの基準点1K4に最も近い表面である上面S2における真ん中の領域である領域S2Bbに搭載される。
変形例3に係る切削工具101Cにおいて、周方向におけるひずみセンサ20Aの搭載位置は、変形例2に係る切削工具101Bにおける、周方向におけるひずみセンサ20Aの搭載位置と同じである。たとえば、ひずみセンサ20Aは、上面S2に隣接し、かつシャンク10の4つの表面のうちの基準点1K4に2番目に近い表面である側面S3における真ん中の領域である領域S3Abに搭載される。
変形例3に係る切削工具101Cにおいて、周方向におけるひずみセンサ20Cの搭載位置は、変形例2に係る切削工具101Bにおける、周方向におけるひずみセンサ20Cの搭載位置と同じである。たとえば、ひずみセンサ20Cは、シャンク10の4つの表面のうちの基準点1K4に2番目に近い表面である側面S3における領域S3Caに搭載される。
図23は、本開示の第1の実施の形態の変形例4に係る切削工具の構成の一例を示す図である。変形例4に係るチップ1は、基準点1Kである基準点1K5を有する。基準点1K5のXY平面における位置は、図3に示す第8象限Q8の領域内であるものとする。基準点1K5の位置は、図3に示す位置PK8の一例である。図23を参照して、切削工具101Dは、ひずみセンサ20A,20B,20Cを備える。たとえば、ひずみセンサ20A,20Cは、シャンク10の側面S4に搭載される。また、たとえば、ひずみセンサ20Bは、シャンク10の底面S1に搭載される。
距離dxa、距離dya、maxdxya、mindxya、およびセンサ距離Daの関係は、上述の第1の実施の形態と同様である。よって、たとえば、センサ距離Daは、上述の式(9)を満たす。また、たとえば、センサ距離Daは、上述の式(10)を満たす。
距離dxb、距離dyb、maxdxyb、mindxyb、およびセンサDbの関係は、上述の第1の実施の形態と同様である。よって、たとえば、センサ距離Dbは、上述の式(11)を満たす。
変形例4に係る切削工具101Dにおいて、周方向におけるひずみセンサ20Aの搭載位置は、第1の実施の形態に係る切削工具101における、周方向におけるひずみセンサ20Aの搭載位置と同じである。たとえば、ひずみセンサ20Aは、シャンク10の4つの表面のうちの基準点1K5に最も近い表面である側面S4における真ん中の領域である領域S4Abに搭載される。
好ましくは、ひずみセンサ20Bは、側面S4に隣接し、かつシャンク10の4つの表面のうちの基準点1K5に2番目に近い表面である底面S1に搭載される。この場合、ひずみセンサ20Bは、図10を変形例4に係る切削工具101Dのひずみセンサ20Bの搭載位置における断面図(図23におけるBB-BB線矢視断面図)であるとみなした場合において、図10に示す領域S1Bbに搭載される。なお、ひずみセンサ20Bは、図10に示す領域S2Bb,領域S3Bb,領域S4Bbに搭載されてもよい。
ひずみセンサ20Cは、上述と同様に、シャンク10の4つの表面のうちの基準点1K5に最も近い表面における基準点1K5に最も近い領域、基準点1K5に2番目に近い表面における基準点1K5に最も近い領域、当該最も近い表面の対向面における基準点1K5から最も遠い領域、および当該2番目に近い表面の対向面における基準点1K5から最も遠い領域、の4つの領域のうちの少なくとも1つに搭載される。より詳細には、ひずみセンサ20Cは、図12を変形例4に係る切削工具101Dのひずみセンサ20Cの搭載位置における断面図(図23におけるCC-CC線矢視断面図)であるとみなした場合において、図12に示す領域S3Ca,S1Ca,S2Cc,S4Ccのうちの少なくとも1つ、たとえば、領域S4Ccに搭載される。また、ひずみセンサ20Cは、図13を変形例4に係る切削工具101Dのひずみセンサ20Cの搭載位置における断面図(図23におけるCC-CC線矢視断面図)であるとみなした場合において、図13に示す領域S3Cd,S1Cd,S2Ch,S4Chのうちの少なくとも1つ、たとえば、領域S4Chに搭載される。
図24は、本開示の第1の実施の形態の変形例5に係る切削工具の構成の一例を示す図である。変形例5に係るチップ1は、基準点1Kである基準点1K6を有する。基準点1K6のXY平面における位置は、図3に示す第7象限Q7の領域内であるものとする。基準点1K6の位置は、図3に示す位置PK7の一例である。図24を参照して、切削工具101Eは、ひずみセンサ20A,20B,20Cを備える。たとえば、ひずみセンサ20A,20Cは、シャンク10の側面S4に搭載される。また、たとえば、ひずみセンサ20Bは、シャンク10の底面S1に搭載される。
距離dxb、距離dyb、maxdxyb、mindxyb、およびセンサ距離Dbの関係は、上述の変形例1と同様である。よって、たとえば、センサ距離Dbは、上述の式(12)を満たす。また、たとえば、センサ距離Dbは、上述の式(11)を満たす。
距離dxa、距離dya、maxdxya、mindxya、およびセンサ距離Daの関係は、上述の変形例1と同様である。よって、たとえば、センサ距離Daは、上述の式(10)を満たす。
変形例5に係る切削工具101Eにおいて、周方向におけるひずみセンサ20Bの搭載位置は、変形例4に係る切削工具101Dにおける、周方向におけるひずみセンサ20Bの搭載位置と同じである。たとえば、ひずみセンサ20Bは、シャンク10の4つの表面のうちの基準点1K6に最も近い表面である底面S1における真ん中の領域である領域S1Bbに搭載される。
変形例5に係る切削工具101Eにおいて、周方向におけるひずみセンサ20Aの搭載位置は、第1の実施の形態に係る切削工具101における、周方向におけるひずみセンサ20Aの搭載位置と同じである。たとえば、ひずみセンサ20Aは、底面S1に隣接し、かつシャンク10の4つの表面のうちの基準点1K6に2番目に近い表面である側面S4における真ん中の領域である領域S4Abに搭載される。
変形例5に係る切削工具101Eにおいて、周方向におけるひずみセンサ20Cの搭載位置は、変形例4に係る切削工具101Dにおける、周方向におけるひずみセンサ20Cの搭載位置と同じである。たとえば、ひずみセンサ20Cは、シャンク10の4つの表面のうちの基準点1K6に2番目に近い表面である側面S4における領域S4Ccに搭載される。
図25は、本開示の第1の実施の形態の変形例6に係る切削工具の構成の一例を示す図である。図25では、シャンク10の側面S3に搭載されるひずみセンサ20A,20Cを破線で示している。変形例6に係るチップ1は、基準点1Kである基準点1K7を有する。基準点1K7のXY平面における位置は、図3に示す第5象限Q5の領域内であるものとする。基準点1K7の位置は、図3に示す位置PK5の一例である。図25を参照して、切削工具101Fは、ひずみセンサ20A,20B,20Cを備える。たとえば、ひずみセンサ20A,20Cは、シャンク10の側面S3に搭載される。また、たとえば、ひずみセンサ20Bは、シャンク10の底面S1に搭載される。
距離dxa、距離dya、maxdxya、mindxya、およびセンサ距離Daの関係は、上述の第1の実施の形態と同様である。よって、たとえば、センサ距離Daは、上述の式(9)を満たす。また、たとえば、センサ距離Daは、上述の式(10)を満たす。
距離dxb、距離dyb、maxdxyb、mindxyb、およびセンサ距離Dbの関係は、上述の第1の実施の形態と同様である。よって、たとえば、センサ距離Dbは、上述の式(11)を満たす。
変形例6に係る切削工具101Fにおいて、周方向におけるひずみセンサ20Aの搭載位置は、変形例2に係る切削工具101Bにおける、周方向におけるひずみセンサ20Aの搭載位置と同じである。たとえば、ひずみセンサ20Aは、シャンク10の4つの表面のうちの基準点1K7に最も近い表面である側面S3における真ん中の領域である領域S3Abに搭載される。
変形例6に係る切削工具101Fにおいて、周方向におけるひずみセンサ20Bの搭載位置は、変形例4に係る切削工具101Dにおける、周方向におけるひずみセンサ20Bの搭載位置と同じである。たとえば、ひずみセンサ20Bは、側面S3に隣接し、かつシャンク10の4つの表面のうちの基準点1K7に2番目に近い表面である底面S1における真ん中の領域である領域S1Bbに搭載される。
ひずみセンサ20Cは、上述と同様に、シャンク10の4つの表面のうちの基準点1K7に最も近い表面における基準点1K7に最も近い領域、基準点1K7に2番目に近い表面における基準点1K7に最も近い領域、当該最も近い表面の対向面における基準点1K7から最も遠い領域、および当該2番目に近い表面の対向面における基準点1K7から最も遠い領域、の4つの領域のうちの少なくとも1つに搭載される。より詳細には、ひずみセンサ20Cは、図12を変形例6に係る切削工具101Fのひずみセンサ20Cの搭載位置における断面図(図25におけるDD-DD線矢視断面図)であるとみなした場合において、図12に示す領域S3Cc,S1Cc,S2Ca,S4Caのうちの少なくとも1つ、たとえば、領域S3Ccに搭載される。また、ひずみセンサ20Cは、図13を変形例6に係る切削工具101Fのひずみセンサ20Cの搭載位置における断面図(図25におけるDD-DD線矢視断面図)であるとみなした場合において、図13に示す領域S3Ch,S1Ch,S2Cd,S4Cdのうちの少なくとも1つ、たとえば、領域S3Chに搭載される。
図26は、本開示の第1の実施の形態の変形例7に係る切削工具の構成の一例を示す図である。図26では、シャンク10の側面S3に搭載されるひずみセンサ20A,20Cを破線で示している。変形例7に係るチップ1は、基準点1Kである基準点1K8を有する。基準点1K8のXY平面における位置は、図3に示す第6象限Q6の領域内であるものとする。基準点1K8の位置は、図3に示す位置PK6の一例である。図26を参照して、切削工具101Gは、ひずみセンサ20A,20B,20Cを備える。たとえば、ひずみセンサ20A,20Cは、シャンク10の側面S3に搭載される。また、たとえば、ひずみセンサ20Bは、シャンク10の底面S1に搭載される。
距離dxb、距離dyb、maxdxyb、mindxyb、およびセンサ距離Dbの関係は、上述の変形例1と同様である。よって、たとえば、センサ距離Dbは、上述の式(12)を満たす。また、たとえば、センサ距離Dbは、上述の式(11)を満たす。
距離dxa、距離dya、maxdxya、mindxya、およびセンサ距離Daの関係は、上述の変形例1と同様である。よって、たとえば、センサ距離Daは、上述の式(10)を満たす。
変形例7に係る切削工具101Gにおいて、周方向におけるひずみセンサ20Bの搭載位置は、変形例4に係る切削工具101Dにおける、周方向におけるひずみセンサ20Bの搭載位置と同じである。たとえば、ひずみセンサ20Bは、シャンク10の4つの表面のうちの基準点1K8に最も近い表面である底面S1における真ん中の領域である領域S1Bbに搭載される。
変形例7に係る切削工具101Gにおいて、周方向におけるひずみセンサ20Aの搭載位置は、変形例2に係る切削工具101Bにおける、周方向におけるひずみセンサ20Aの搭載位置と同じである。たとえば、ひずみセンサ20Aは、底面S1に隣接し、かつシャンク10の4つの表面のうちの基準点1K8に2番目に近い表面である側面S3における真ん中の領域である領域S3Abに搭載される。
変形例7に係る切削工具101Gにおいて、周方向におけるひずみセンサ20Cの搭載位置は、変形例6に係る切削工具101Fにおける、周方向におけるひずみセンサ20Cの搭載位置と同じである。たとえば、ひずみセンサ20Cは、シャンク10の4つの表面のうちの基準点1K8に2番目に近い表面である側面S3における領域S3Ccに搭載される。
図27は、本開示の第1の実施の形態の変形例8に係る切削工具の構成の一例を示す図である。変形例8に係るチップ1は、基準点1Kである基準点1K9を有する。基準点1K9のXY平面における位置は、図3に示す第2象限Q2と第3象限Q3との境界線上にあるものとする。基準点1K9の位置は、図3に示す位置PK9の一例である。図27を参照して、切削工具101Hは、ひずみセンサ20A,20B,20Cを備える。たとえば、ひずみセンサ20Aは、シャンク10の側面S4に搭載される。また、たとえば、ひずみセンサ20B,20Cは、シャンク10の上面S2に搭載される。
図28~30を参照して、ひずみセンサ20B,20A,20Cの搭載位置は、変形例1または変形例3で説明した搭載位置と同じである。これは、基準点1K9を、Z方向に沿ってXXVIII-XXVIII線矢視断面へ平行移動させたときの基準点1K9の位置、Z方向に沿ってXXIX-XXIX線矢視断面へ平行移動させたときの基準点1K9の位置、およびZ方向に沿ってXXX-XXX線矢視断面へ平行移動させたときの基準点1K9の位置が、第2象限Q2と第3象限Q3との境界線上にあるからである。
ひずみセンサ20B,20A,20Cの搭載位置は、変形例1で説明した搭載位置と同じである。これは、基準点1Kaを、Z方向に沿ってXXVIII-XXVIII線矢視断面へ平行移動させたときの基準点1Kaの位置、Z方向に沿ってXXIX-XXIX線矢視断面へ平行移動させたときの基準点1Kaの位置、およびZ方向に沿ってXXX-XXX線矢視断面へ平行移動させたときの基準点1Kaの位置が、第2象限Q2内にあるからである。
10dxb≦dyb+W/6 ・・・ (13)
より詳細には、図28に示す直線L1ba,L1bbは、シャンク10の中心からY方向に沿って底面S1側へ、W/6すなわちWb/6離れた点17Kから伸びる直線であって、下記式(14)を満たす直線である。
10dxb=dyb+W/6 ・・・ (14)
そして、XY平面における基準点1Kaの位置が直線L1baと直線L1bbとの間に位置する場合、ひずみセンサ20Bの搭載位置は、変形例1または変形例3で説明した搭載位置と同じであってもよい。
10dxa≦dya+W/6 ・・・ (15)
より詳細には、図29に示す直線L1aa,L1abは、シャンク10の中心からY方向に沿って底面S1側へ、W/6すなわちWa/6離れた点17Kから伸びる直線であって、下記式(16)を満たす直線である。
10dxa=dya+W/6 ・・・ (16)
そして、XY平面における基準点1Kaの位置が直線L1aaと直線L1abとの間に位置する場合、ひずみセンサ20Aの搭載位置は、変形例1または変形例3で説明した搭載位置と同じであってもよい。
10dxc≦dyc+W/6 ・・・ (17)
より詳細には、図30に示す直線L1ca,L1cbは、シャンク10の中心からY方向に沿って底面S1側へ、W/6すなわちWc/6離れた点17Kから伸びる直線であって、下記式(18)を満たす直線である。
10dxc=dyc+W/6 ・・・ (18)
そして、XY平面における基準点1Kaの位置が直線L1caと直線L1bcとの間に位置する場合、ひずみセンサ20Cは、上面S2または底面S1における任意の位置に搭載される。
図31は、本開示の第1の実施の形態の変形例9に係る切削工具の構成の一例を示す図である。変形例9に係るチップ1は、基準点1Kである基準点1K10を有する。基準点1K10のXY平面における位置は、図3に示す第7象限Q7と第6象限Q6との境界線上にあるものとする。変形例9における基準点1K10の位置は、図3に示す位置PK10の一例である。図31を参照して、切削工具101Iは、ひずみセンサ20A,20B,20Cを備える。たとえば、ひずみセンサ20Aは、シャンク10の側面S4に搭載される。また、たとえば、ひずみセンサ20B,20Cは、シャンク10の底面S1に搭載される。
ひずみセンサ20Bの搭載位置は、変形例5または変形例7で説明した搭載位置と同じである。これは、基準点1K10をZ方向に沿ってXXXII-XXXII線矢視断面へ平行移動させたときの基準点1K10の位置が、第6象限Q6と第7象限Q7との境界線上にあるからである。ひずみセンサ20A,20Cの搭載位置についても同様である。
ひずみセンサ20Bの搭載位置は、変形例5で説明した搭載位置と同じである。これは、基準点1KaをZ方向に沿ってXXXII-XXXII線矢視断面へ平行移動させたときの基準点1Kaの位置が、第7象限Q7内にあるからである。ひずみセンサ20A,20Cの搭載位置についても同様である。
図33は、本開示の第1の実施の形態の変形例10に係る切削工具の構成の一例を示す図である。変形例10に係るチップ1は、基準点1Kである基準点1K11を有する。基準点1K11のXY平面における位置は、図3に示す第1象限Q1と第8象限Q8との境界線上にあるものとする。変形例8における基準点1K11の位置は、図3に示す位置PK11の一例である。図33を参照して、切削工具101Jは、ひずみセンサ20A,20B,20Cを備える。たとえば、ひずみセンサ20A,20Cは、シャンク10の側面S4に搭載される。また、たとえば、ひずみセンサ20Bは、シャンク10の上面S2に搭載される。
ひずみセンサ20Aの搭載位置は、第1の実施の形態または変形例4で説明した搭載位置と同じである。これは、基準点1K11をZ方向に沿ってXXXIV-XXXIV線矢視断面へ平行移動させたときの基準点1K11の位置が、第1象限Q1と第8象限Q8との境界線上にあるからである。ひずみセンサ20B,20Cの搭載位置についても同様である。
ひずみセンサ20Aの搭載位置は、第1の実施の形態で説明した搭載位置と同じである。これは、基準点1KaをZ方向に沿ってXXXIV-XXXIV線矢視断面へ平行移動させたときの基準点1Kaの位置が、第1象限Q1内にあるからである。ひずみセンサ20B,20Cの搭載位置についても同様である。
10dya≦dxa+W/6 ・・・ (19)
より詳細には、図34に示す直線L3aa,L3abは、シャンク10の中心からX方向に沿って側面S3側へ、W/6すなわちWa/6離れた点17Kから伸びる直線であって、下記式(20)を満たす直線である。
10dya=dxa+W/6 ・・・ (20)
そして、XY平面における基準点1Kaの位置が直線L3aaと直線L3abとの間に位置する場合、ひずみセンサ20Aの搭載位置は、第1の実施の形態または変形例4で説明した搭載位置と同じであってもよい。
10dyb≦dxb+W/6 ・・・ (21)
より詳細には、XY平面における基準点1Kaの位置が、シャンク10の中心からX方向に沿って側面S3側へ、W/6すなわちWb/6離れた点17Kから伸びる直線であって、下記式(22)を満たす2つの直線の間に位置する場合、ひずみセンサ20Bの搭載位置は、第1の実施の形態または変形例4で説明した搭載位置と同じであってもよい。
10dyb=dxb+W/6 ・・・ (22)
10dyc≦dxc+W/6 ・・・ (23)
より詳細には、XY平面における基準点1Kaの位置が、シャンク10の中心からX方向に沿って側面S3側へ、W/6すなわちWc/6離れた点17Kから伸びる直線であって、下記式(24)を満たす2つの直線の間に位置する場合、ひずみセンサ20Cは、側面S4または側面S3における任意の位置に搭載される。
10dyc=dxc+W/6 ・・・ (24)
図35は、本開示の第1の実施の形態の変形例11に係る切削工具の構成の一例を示す図である。変形例11に係るチップ1は、基準点1Kである基準点1K12を有する。基準点1K12のXY平面における位置は、図3に示す第4象限Q4と第5象限Q5との境界線上にあるものとする。変形例11における基準点1K12の位置は、図3に示す位置PK12の一例である。図35を参照して、切削工具101Kは、ひずみセンサ20A,20B,20Cを備える。たとえば、ひずみセンサ20A,20Cは、シャンク10の側面S3に搭載される。また、たとえば、ひずみセンサ20Bは、シャンク10の上面S2に搭載される。
ひずみセンサ20Aの搭載位置は、変形例2または変形例6で説明した搭載位置と同じである。これは、基準点1K12をZ方向に沿ってXXXVI-XXXVI線矢視断面へ平行移動させたときの基準点1K12の位置が、第4象限Q4と第5象限Q5との境界線上にあるからである。ひずみセンサ20B,20Cの搭載位置についても同様である。
ひずみセンサ20Aの搭載位置は、変形例2で説明した搭載位置と同じである。これは、基準点1KaをZ方向に沿ってXXXVI-XXXVI線矢視断面へ平行移動させたときの基準点1Kaの位置が、第4象限Q4内にあるからである。ひずみセンサ20B,20Cの搭載位置についても同様である。
本願発明者は、切刃に切削抵抗が加わったときのシャンク10における応力分布をシミュレーションし、シミュレーション結果に基づいて、切削加工時にシャンク10において生じるひずみをより高感度で計測するための、ひずみセンサ20の好ましい搭載位置を検証した。まず、本願発明者は、シャンク10における応力分布のシミュレーション結果に基づいて、シャンク10の表面上の複数の対象位置における垂直ひずみおよびせん断ひずみを計算した。具体的には、本願発明者は、シャンク10における応力分布のシミュレーション結果から複数の対象位置における応力テンソルを取得し、取得した応力テンソルと、応力-ひずみ変換式とを用いてひずみテンソルを計算し、当該ひずみテンソルから各対象位置における垂直ひずみおよびせん断ひずみの計算結果を取り出した。
図37は、本開示の第1の実施の形態に係る切削工具の一例である外径バイトの構成を示す図である。図38は、本開示の第1の実施の形態に係る切削工具の一例である外径バイトの構成を示す断面図である。図38は、図37におけるXXXVIII-XXXVIII線矢視断面図である。図38では、基準点1KをZ方向に沿ってXXXVIII-XXXVIII線矢視断面へ平行移動させたときの基準点1Kの位置を黒丸で示している。
図45は、本開示の第1の実施の形態に係る切削工具の一例である剣バイトの構成を示す図である。図46は、本開示の第1の実施の形態に係る切削工具の一例である剣バイトの構成を示す断面図である。図46は、図45におけるXLVI-XLVI線矢視断面図である。図46では、基準点1KをZ方向に沿ってXLVI-XLVI線矢視断面へ平行移動させたときの基準点1Kの位置を黒丸で示している。
図49は、本開示の第1の実施の形態に係る切削工具の一例である外径バイトにおける基準点からの距離と垂直ひずみおよびせん断ひずみとの関係を示す図である。図49において、丸プロットは、外径バイト101DBに荷重Fxが加わることに伴って20箇所の対象位置Psにおいて生じる垂直ひずみsnxの絶対値の最大値である最大垂直ひずみMsnxを示しており、三角プロットは、外径バイト101DBに荷重Fxが加わることに伴って20箇所の対象位置Psにおいて生じるせん断ひずみssxの絶対値の最大値である最大せん断ひずみMssxを示している。また、図49において、横軸は距離Ds[mm]を示しており、縦軸はひずみの絶対値[με]を示している。
本願発明者らは、同様に、シャンク高さWが25mmである剣バイト101SBに関するシミュレーション結果を用いて、等ひずみ距離Leqx,Leqyを算出した。また、本願発明者らは、シャンク高さWが8mmである外径バイト101DBおよび剣バイト101SB、シャンク高さWが16mmである外径バイト101DBおよび剣バイト101SB、シャンク高さWが40mmである外径バイト101DBおよび剣バイト101SB、ならびにシャンク高さWが50mmである外径バイト101DBおよび剣バイト101SBについての応力分布のシミュレーション結果を用いて、同様に、等ひずみ距離Leqx,Leqyを算出した。
Leqy=0.74W+2.09dx ・・・(25)
Leqx=0.74W+2.09dy ・・・(26)
以上より、荷重Fx,Fy,Fzのうちの荷重Fyに対して最大の感度を有するせん断ひずみセンサであるひずみセンサ20Aをシャンク10に搭載する場合、ひずみセンサ20Aのセンサ距離Daは、下記式(27)を満たすことが好ましい。
Da<0.74W+2.09dxa ・・・ (27)
Db<0.74W+2.09dyb ・・・ (28)
D<0.74W+2.09maxdxy ・・・ (29)
D<0.74W+2.09mindxy ・・・ (30)
(せん断ひずみssx,ssy測定用)
図42~図44を参照して説明したように、外径バイト101DBにおけるせん断ひずみssyの絶対値は、4つの表面の周方向における中央部分において極大値となり、側面S4の周方向における中央部分において最大値となる。外径バイト101DBにおけるせん断ひずみssyの絶対値が側面S4において最大値となる理由は、図38に示す外径バイト101DBでは、側面S4において、荷重Fyによる単純せん断と、荷重Fyによるねじりのせん断とが同方向に作用するからである。
(垂直ひずみsny測定用)
図39~図41を参照して説明したように、外径バイト101DBにおける垂直ひずみsnxの絶対値は、側面S3および側面S4において最大値となる。また、図47を参照して説明したように、剣バイト101SBにおける垂直ひずみsnxの絶対値は、側面S3および側面S4において最大値となる。以上より、外径バイト101DBおよび剣バイト101SB等の一般的な切削工具101におけるシャンク10に、荷重Fyに対して最大の感度を有する垂直ひずみセンサを搭載する場合、シャンク10の4つの表面のうちの側面S3または側面S4に搭載することが好ましい。
図39~図41を参照して説明したように、外径バイト101DBにおける垂直ひずみsnyの絶対値は、底面S1および上面S2において最大値となる。また、図47を参照して説明したように、剣バイト101SBにおける垂直ひずみsnyの絶対値は、底面S1および上面S2において最大値となる。以上より、外径バイト101DBおよび剣バイト101SB等の一般的な切削工具101におけるシャンク10に、荷重Fxに対して最大の感度を有する垂直ひずみセンサを搭載する場合、シャンク10の4つの表面のうちの底面S1および上面S2に搭載することが好ましい。
図39~図41を参照して説明したように、外径バイト101DBにおける垂直ひずみsnzの絶対値は、上面S2と側面S4との境界部分の近傍および底面S1と側面S3との境界部分の近傍において極大値となり、上面S2と側面S4との境界部分の近傍において最大値となる。再び図38を参照して、外径バイト101DBにおける垂直ひずみsnzの絶対値が上面S2と側面S4との境界部分の近傍および底面S1と側面S3との境界部分の近傍において極大値となる理由は、荷重Fzによって、基準点1Kと軸17とを結ぶ仮想線に直交する仮想線を境目すなわち折り目として、シャンク10が曲がるからである。また、上面S2と側面S4との境界部分の近傍における垂直ひずみsnzの絶対値が、底面S1と側面S3との境界部分の近傍における垂直ひずみsnzの絶対値よりも大きくなる理由は、図38に示す外径バイト101DBでは、2つの当該境界部分のうちの基準点1Kに近い方の境界部分の近傍において、荷重Fzによる曲げモーメントと荷重Fzによる単純圧縮とが同方向に作用するからである。本願発明者による検証によれば、当該2つの境界部分のうちの基準点1Kに近い方の境界部分の近傍における垂直ひずみsnzの絶対値は、当該2つの境界部分のうちの基準点1Kに遠い方の境界部分の近傍における垂直ひずみsnzの絶対値の1.3倍程度である。
図47を参照して説明したように、剣バイト101SBにおける垂直ひずみsnzの絶対値は、底面S1および上面S2において極大値となり、上面S2において最大値となる。再び図46を参照して、剣バイト101SBにおける垂直ひずみsnzの絶対値が上面S2および底面S1において極大値となる理由は、荷重Fzによって、基準点1Kと軸17とを結ぶ仮想線に直交する仮想線を境目すなわち折り目として、シャンク10が曲がるからである。また、上面S2における垂直ひずみsnzの絶対値が、底面S1における垂直ひずみsnzの絶対値よりも大きくなる理由は、図46に示す剣バイト101SBでは、底面S1および上面S2のうちの基準点1Kにより近い方の面である上面S2において、荷重Fzによる曲げモーメントと荷重Fzによる単純圧縮とが同方向に作用するからである。
10dx=dy+W/6 ・・・ (31)
10dy=dx+W/6 ・・・ (32)
図53は、本開示の第1の実施の形態に係る切削工具にひずみセンサを搭載する際の搭載方法の一例を定めたフローチャートである。図53を参照して、まず、切削工具101のユーザは、シャンク10と、ひずみセンサ20A,20B,20Cとを準備する(ステップS102)。次に、ユーザは、シャンク10の表面にひずみセンサ20A,20B,20Cを搭載する。より詳細には、ひずみセンサ20A,20B,20Cを、上述した第1の実施の形態および変形例1~11に示す搭載位置に搭載する(ステップS104)。
本実施の形態は、第1の実施の形態に係る切削工具101と比べて、ひずみセンサ20Bの代わりにひずみセンサ20Dを備える切削工具102に関する。以下で説明する内容以外は第1の実施の形態に係る切削工具101と同様である。第2の実施の形態では、XY平面における基準点1Kの位置は、図3に示す第1象限Q1の領域内であるものとする。第2の実施の形態における基準点1Kの位置は、図3に示す位置PK1の一例である。
図55は、本開示の第2の実施の形態に係る切削工具の構成を示す断面図である。図55は、図54におけるLV-LV線矢視断面図である。図55では、基準点1KをZ方向に沿ってLV-LV線矢視断面へ平行移動させたときの基準点1Kの位置を黒丸で示している。図55を参照して、ひずみセンサ20Dの搭載位置におけるシャンク10のシャンク高さをWdとする。また、X方向における、ひずみセンサ20Dの搭載位置におけるシャンク10の中心と、チップ1における切刃の基準点1Kとの間の距離を距離dxdとする。また、Y方向における、ひずみセンサ20Dの搭載位置におけるシャンク10の中心と、基準点1Kとの間の距離を距離dydとする。
0.74Wd+2.09mindxyd<Dd<0.74Wd+2.09maxdxyd ・・・ (33)
ひずみセンサ20Dは、シャンク10の4つの表面のうちの底面S1に隣接する側面S4における任意の位置に搭載される。なお、ひずみセンサ20Dは、側面S3における任意の位置に搭載されてもよい。側面S3は、第1側面の一例であり、側面S4は、第2側面の一例である。本実施の形態の切削工具102によれば、切削加工時における3つのひずみセンサ20A,20C,20Dの測定結果に基づいて、切削抵抗の3分力を算出することができる。
なお、切削工具102において、XY平面における基準点1Kの位置は、図3に示す第1象限Q1以外の領域内であってもよい。ひずみセンサ20A,20Cは、XY平面における基準点1Kの位置が第1象限Q1以外の領域内である場合、第1の実施の形態の変形例1~11で説明した搭載位置に搭載される。ひずみセンサ20Dは、基準点1Kの位置に関わらず、上述したように、側面S4における任意の位置または側面S3における任意の位置に搭載される。
本実施の形態は、第1の実施の形態に係る切削工具101と比べて、ひずみセンサ20Aの代わりにひずみセンサ20Eを備える切削工具102Aに関する。以下で説明する内容以外は第1の実施の形態に係る切削工具101と同様である。第3の実施の形態では、XY平面における基準点1Kの位置は、図3に示す第2象限Q2の領域内であるものとする。第3の実施の形態における基準点1Kの位置は、図3に示す位置PK2の一例である。
図57は、本開示の第3の実施の形態に係る切削工具の構成を示す断面図である。図57は、図56におけるLVII-LVII線矢視断面図である。図57では、基準点1KをZ方向に沿ってLVII-LVII線矢視断面へ平行移動させたときの基準点1Kの位置を黒丸で示している。図57を参照して、ひずみセンサ20Eの搭載位置におけるシャンク10のシャンク高さをWeとする。また、X方向における、ひずみセンサ20Eの搭載位置におけるシャンク10の中心と、チップ1における切刃の基準点1Kとの間の距離を距離dxeとする。また、Y方向における、ひずみセンサ20Eの搭載位置におけるシャンク10の中心と、基準点1Kとの間の距離を距離dyeとする。
0.74We+2.09mindxye<De<0.74We+2.09maxdxye ・・・ (34)
ひずみセンサ20Eは、シャンク10の4つの表面のうちの上面S2における任意の位置に搭載される。なお、ひずみセンサ20Eは、底面S1における任意の位置に搭載されてもよい。本実施の形態の切削工具102Aによれば、切削加工時における3つのひずみセンサ20B,20C,20Eの測定結果に基づいて、切削抵抗の3分力を算出することができる。
なお、切削工具102Aにおいて、XY平面における基準点1Kの位置は、図3に示す第2象限Q2以外の領域内であってもよい。ひずみセンサ20B,20Cは、XY平面における基準点1Kの位置が第2象限Q2以外の領域内である場合、第1の実施の形態、および第1の実施の形態の変形例2~11で説明した搭載位置に搭載される。ひずみセンサ20Eは、基準点1Kの位置に関わらず、上述したように、上面S2における任意の位置または底面S1における任意の位置に搭載される。
本実施の形態は、第1の実施の形態に係る切削工具101と比べて、ひずみセンサ20Aの代わりにひずみセンサ20Eを備え、かつひずみセンサ20Bの代わりにひずみセンサ20Dを備える切削工具102Bに関する。以下で説明する内容以外は第1の実施の形態に係る切削工具101と同様である。第4の実施の形態では、XY平面における基準点1Kの位置は、図3に示す第1象限Q1の領域内であるものとする。第4の実施の形態における基準点1Kの位置は、図3に示す位置PK1の一例である。
Z方向におけるセンサ距離Ddは、下記式(35)を満たす。また、Z方向におけるセンサ距離Deは、下記式(36)を満たす。
0.74Wd+2.09maxdxyd<Dd ・・・ (35)
0.74We+2.09maxdxye<De ・・・ (36)
なお、切削工具102Bにおいて、XY平面における基準点1Kの位置は、図3に示す第1象限Q1以外の領域内であってもよい。ひずみセンサ20Cは、XY平面における基準点1Kの位置が第1象限Q1以外の領域内である場合、第1の実施の形態の変形例1~11で説明した搭載位置に搭載される。
図59および図60は、本開示の第1~第4の実施の形態に係る切削工具におけるひずみセンサの搭載位置の他の例を示す図である。図59は、角シャンクであるシャンク10の長手方向に垂直な方向における断面を示している。図60は、丸シャンクであるシャンク10の長手方向に垂直な方向における断面を示している。図59および図60を参照して、たとえば、シャンク10は、高さ方向HDにおける彫り込み深さがhdである凹部22Aを有する。ひずみセンサ20は、当該凹部22Aの内部におけるシャンク10の表面に取り付けられる。この場合、図59および図60に示すシャンク10の高さhsenは以下の通り定義するものとする。すなわち、シャンク10に凹部22Aが設けられていないと仮定した場合の高さhsenをhxとしたとき、hd/hxが0.2未満である場合、hxを高さhsenとし、hd/hxが0.2以上である場合、(hx-hd)を高さhsenとする。また、たとえば、ひずみセンサ20は、シャンク10の幅方向WDにおける彫り込み深さがbdである凹部の内部における、シャンク10の表面に取り付けられてもよい。この場合、シャンク10の幅bsenは、高さhsenと同様に、以下の通り定義するものとする。すなわち、シャンク10に凹部が設けられていないと仮定した場合の幅bsenをbxとしたとき、bd/bxが0.2未満である場合、bxを幅bsenとし、bd/bxが0.2以上である場合、(bx-bd)を幅bsenとする。
1K 基準点
10 シャンク
17 軸
20 ひずみセンサ
22A 凹部
3A,3B 固定用部材
50A,50B 刃物台
101,101A~101K 切削工具
102,102A,102B 切削工具
101DB 外径バイト
101SB 剣バイト
110 無線通信部
120 処理部
130 記憶部
201 処理装置
301 切削システム
S1 底面
S2 上面
S3 側面
S4 側面
Claims (15)
- 旋削加工用の切削工具であって、
切刃を有するか、または切刃を取り付け可能なシャンクと、
前記シャンクの表面に搭載された複数のセンサとを備え、
前記複数のセンサは、前記シャンクのせん断ひずみを測定可能な、第1のせん断ひずみセンサおよび第2のせん断ひずみセンサであり、
前記シャンクは、軸を囲む4つの表面を含み、
前記シャンクは、前記4つの表面として、第1表面と、第2表面と、前記第1表面に対向する第3表面と、前記第2表面に対向する第4表面とを含み、
前記第1のせん断ひずみセンサは、前記第1表面に搭載され、
前記第2のせん断ひずみセンサは、前記第2表面に搭載され、
ここにおいて、
前記第1表面は、前記4つの表面のうち、前記シャンクを前記軸に直交する面で切断した断面において、前記軸に沿って前記切刃の基準点を前記断面に平行移動させた位置に最も近い表面であり、
前記第2表面は、前記4つの表面のうち、前記断面において、前記軸に沿って前記切刃の基準点を前記断面に平行移動させた位置に2番目に近い表面である、切削工具。 - 前記第1のせん断ひずみセンサおよび前記第2のせん断ひずみセンサの一方は、前記シャンクの底面と平行であり、かつ前記軸に直交する方向の負荷である第1負荷、前記底面に直交する方向の負荷である第2負荷、および前記軸と平行な方向の負荷である第3負荷のうち、前記第1負荷に対して最大の感度を有し、
前記第1のせん断ひずみセンサおよび前記第2のせん断ひずみセンサの他方は、前記第1負荷、前記第2負荷および前記第3負荷のうち、前記第2負荷に対して最大の感度を有する、請求項1に記載の切削工具。 - 前記第1のせん断ひずみセンサは、前記第1表面を前記シャンクの周方向に並ぶ3つの領域に3等分したときに前記3つの領域のうちの真ん中の前記領域に搭載され、
前記第2のせん断ひずみセンサは、前記第2表面を前記シャンクの周方向に並ぶ3つの領域に3等分したときに前記3つの領域のうちの真ん中の前記領域に搭載される、請求項1または請求項2に記載の切削工具。 - 前記第1のせん断ひずみセンサは、前記第1表面を前記シャンクの周方向に並ぶ5つの領域に5等分したときに前記5つの領域のうちの真ん中の前記領域に搭載され、
前記第2のせん断ひずみセンサは、前記第2表面を前記シャンクの周方向に並ぶ5つの領域に5等分したときに前記5つの領域のうちの真ん中の前記領域に搭載される、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の切削工具。 - 旋削加工用の切削工具であって、
切刃を有するか、または切刃を取り付け可能なシャンクと、
前記シャンクの表面に搭載されたセンサとを備え、
前記センサは、前記シャンクの垂直ひずみを測定可能な第1の垂直ひずみセンサであり、
前記シャンクは、軸を囲む4つの表面と、前記4つの表面をつなぐ4つの境界とを含み、
前記シャンクは、前記4つの表面として、第1表面と、第2表面と、前記第1表面に対向する第3表面と、前記第2表面に対向する第4表面とを含み、
前記シャンクは、前記4つの境界として、前記第1表面と前記第2表面とをつなぐ第1境界、前記第2表面と前記第3表面とをつなぐ第2境界、前記第3表面と前記第4表面とをつなぐ第3境界、および前記第4表面と前記第1表面とをつなぐ第4境界を含み、
前記第1の垂直ひずみセンサは、前記第1表面における第1領域、前記第2表面における第2領域、前記第3表面における第3領域、および、前記第4表面における第4領域のうちのいずれか1つに搭載され、
ここにおいて、
前記第1表面は、前記4つの表面のうち、前記シャンクを前記軸に直交する面で切断した断面において、前記軸に沿って前記切刃の基準点を前記断面に平行移動させた位置である第1位置に最も近い表面であり、
前記第2表面は、前記4つの表面のうち、前記断面において前記第1位置に2番目に近い表面であり、
前記第1境界は、前記4つの境界のうち、前記断面において前記第1位置に最も近い境界であり、
前記第3境界は、前記4つの境界のうち、前記断面において前記第1位置に最も遠い境界であり、
前記第1領域は、前記第1表面を前記シャンクの周方向に並ぶ3つの領域に3等分したときに、前記第1表面における前記3つの領域のうち、前記断面において前記第1境界に最も近い領域であり、
前記第2領域は、前記第2表面を前記シャンクの周方向に並ぶ3つの領域に3等分したときに、前記第2表面における前記3つの領域のうち、前記断面において前記第1境界に最も近い領域であり、
前記第3領域は、前記第3表面を前記シャンクの周方向に並ぶ3つの領域に3等分したときに、前記第3表面における前記3つの領域のうち、前記断面において前記第3境界に最も近い領域であり、
前記第4領域は、前記第4表面を前記シャンクの周方向に並ぶ3つの領域に3等分したときに、前記第4表面における前記3つの領域のうち、前記断面において前記第3境界に最も近い領域である、切削工具。 - 旋削加工用の切削工具であって、
切刃を有するか、または切刃を取り付け可能なシャンクと、
前記シャンクの表面に搭載されたセンサとを備え、
前記センサは、前記シャンクの垂直ひずみを測定可能な第1の垂直ひずみセンサであり、
前記シャンクは、軸を囲む4つの表面と、前記4つの表面をつなぐ4つの境界とを含み、
前記シャンクは、前記4つの表面として、第1表面と、第2表面と、前記第1表面に対向する第3表面と、前記第2表面に対向する第4表面とを含み、
前記シャンクは、前記4つの境界として、前記第1表面と前記第2表面とをつなぐ第1境界、前記第2表面と前記第3表面とをつなぐ第2境界、前記第3表面と前記第4表面とをつなぐ第3境界、および前記第4表面と前記第1表面とをつなぐ第4境界を含み、
前記第1の垂直ひずみセンサは、前記第1表面における第5領域、前記第2表面における第6領域、前記第3表面における第7領域、および、前記第4表面における第8領域のうちのいずれか1つに搭載され、
ここにおいて、
前記第1表面は、前記4つの表面のうち、前記シャンクを前記軸に直交する面で切断した断面において、前記軸に沿って前記切刃の基準点を前記断面に平行移動させた位置である第1位置に最も近い表面であり、
前記第2表面は、前記4つの表面のうち、前記断面において前記第1位置に2番目に近い表面であり、
前記第1境界は、前記4つの境界のうち、前記断面において前記第1位置に最も近い境界であり、
前記第3境界は、前記4つの境界のうち、前記断面において前記第1位置に最も遠い境界であり、
前記第5領域は、前記第1表面を前記シャンクの周方向に並ぶ5つの領域に5等分したときに、前記第1表面における前記5つの領域のうち、前記断面において前記第1境界に最も近い領域であり、
前記第6領域は、前記第2表面を前記シャンクの周方向に並ぶ5つの領域に5等分したときに、前記第2表面における前記5つの領域のうち、前記断面において前記第1境界に最も近い領域であり、
前記第7領域は、前記第3表面を前記シャンクの周方向に並ぶ5つの領域に5等分したときに、前記第3表面における前記5つの領域のうち、前記断面において前記第3境界に最も近い領域であり、
前記第8領域は、前記第4表面を前記シャンクの周方向に並ぶ5つの領域に5等分したときに、前記第4表面における前記5つの領域のうち、前記断面において前記第3境界に最も近い領域である、切削工具。 - 前記切削工具は、さらに、
前記センサとして、前記シャンクのせん断ひずみを測定可能な第1のせん断ひずみセンサを備え、
前記第1のせん断ひずみセンサは、前記第1表面を前記シャンクの周方向に並ぶ3つの領域に3等分したときに前記3つの領域のうちの真ん中の前記領域に搭載される、請求項5または請求項6に記載の切削工具。 - 前記切削工具は、さらに、
前記センサとして、前記シャンクのせん断ひずみを測定可能な第2のせん断ひずみセンサを備え、
前記第2のせん断ひずみセンサは、前記第2表面を前記シャンクの周方向に並ぶ3つの領域に3等分したときに前記3つの領域のうちの真ん中の前記領域に搭載される、請求項7に記載の切削工具。 - 前記切削工具は、さらに、
前記センサとして、前記シャンクの垂直ひずみを測定可能な第2の垂直ひずみセンサを備え、
前記第2の垂直ひずみセンサは、前記4つの表面のうちの前記シャンクの底面、または前記4つの表面のうちの前記底面と対向する前記表面である上面に搭載される、請求項7に記載の切削工具。 - 前記切削工具は、さらに、
前記センサとして、前記シャンクの垂直ひずみを測定可能な第2の垂直ひずみセンサを備え、
前記第2の垂直ひずみセンサは、前記4つの表面のうちの前記シャンクの底面に隣接する第1側面、または前記4つの表面のうちの前記第1側面と対向する第2側面に搭載される、請求項7に記載の切削工具。 - 前記第1の垂直ひずみセンサは、前記シャンクの底面と平行であり、かつ前記軸に直交する方向の負荷である第1負荷、前記底面に直交する方向の負荷である第2負荷、および前記軸と平行な方向の負荷である第3負荷のうち、前記第3負荷に対して最大の感度を有し、
前記第1のせん断ひずみセンサおよび前記第2のせん断ひずみセンサの一方は、前記第1負荷、前記第2負荷および前記第3負荷のうち、前記第1負荷に対して最大の感度を有し、
前記第1のせん断ひずみセンサおよび前記第2のせん断ひずみセンサの他方は、前記第1負荷、前記第2負荷および前記第3負荷のうち、前記第2負荷に対して最大の感度を有する、請求項8に記載の切削工具。 - 前記第1のせん断ひずみセンサは、前記底面または前記上面である前記第1表面を前記シャンクの周方向に並ぶ3つの領域に3等分したときに前記3つの領域のうちの真ん中の前記領域に搭載され、
前記第1の垂直ひずみセンサは、前記底面と平行であり、かつ前記軸に直交する方向の負荷である第1負荷、前記底面に直交する方向の負荷である第2負荷、および前記軸と平行な方向の負荷である第3負荷のうち、前記第3負荷に対して最大の感度を有し、
前記第2の垂直ひずみセンサは、前記第1負荷、前記第2負荷および前記第3負荷のうち、前記第2負荷に対して最大の感度を有し、
前記第1のせん断ひずみセンサは、前記第1負荷、前記第2負荷および前記第3負荷のうち、前記第1負荷に対して最大の感度を有する、請求項9に記載の切削工具。 - 前記第1のせん断ひずみセンサは、前記第1側面または前記第2側面である前記第1表面を前記シャンクの周方向に並ぶ3つの領域に3等分したときに前記3つの領域のうちの真ん中の前記領域に搭載され、
前記第1の垂直ひずみセンサは、前記底面と平行であり、かつ前記軸に直交する方向の負荷である第1負荷、前記底面に直交する方向の負荷である第2負荷、および前記軸と平行な方向の負荷である第3負荷のうち、前記第3負荷に対して最大の感度を有し、
前記第2の垂直ひずみセンサは、前記第1負荷、前記第2負荷および前記第3負荷のうち、前記第1負荷に対して最大の感度を有し、
前記第1のせん断ひずみセンサは、前記第1負荷、前記第2負荷および前記第3負荷のうち、前記第2負荷に対して最大の感度を有する、請求項10に記載の切削工具。 - 前記切削工具は、さらに、
前記センサとして、前記シャンクの垂直ひずみを測定可能な、第2の垂直ひずみセンサおよび第3の垂直ひずみセンサを備え、
前記第2の垂直ひずみセンサは、前記4つの表面のうちの前記シャンクの底面に隣接する第1側面、または前記4つの表面のうちの前記第1側面と対向する第2側面に搭載され、
前記第3の垂直ひずみセンサは、前記4つの表面のうちの前記シャンクの底面、または前記4つの表面のうちの前記底面と対向する前記表面である上面に搭載され、
前記第1の垂直ひずみセンサは、前記底面と平行であり、かつ前記軸に直交する方向の負荷である第1負荷、前記底面に直交する方向の負荷である第2負荷、および前記軸と平行な方向の負荷である第3負荷のうち、前記第3負荷に対して最大の感度を有し、
前記第2の垂直ひずみセンサは、前記第1負荷、前記第2負荷および前記第3負荷のうち、前記第1負荷に対して最大の感度を有し、
前記第3の垂直ひずみセンサは、前記第1負荷、前記第2負荷および前記第3負荷のうち、前記第2負荷に対して最大の感度を有する、請求項5または請求項6に記載の切削工具。 - 請求項1から請求項14のいずれか1項に記載の切削工具と、
処理装置とを備え、
前記処理装置は、切削加工時の前記センサの計測結果に基づいて、前記切削工具に関する異常を検知する、切削システム。
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