JPH0938843A - 切削加工方法および切削加工用移動経路データの作成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工部位の形状変化等に応じて適正な切削条
件を安定して設定できるようにする。 【解決手段】 回転切削工具の１刃によって被削材から
切削除去される部分の切込み形状（Figure of Cut)を、
その回転切削工具の切れ刃の回転軌跡形状、切削前後の
工具位置、および切削直前の被削材の形状から求め（Ｓ
２）、その切込み形状に基づいて幾何学的評価および切
削機構的評価により工具負荷を評価し（Ｔ３，Ｒ３）、
その工具負荷が所定の負荷条件を満足するように１刃の
切削毎に工具位置（１刃当たりの送り量）を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は切削加工方法および
切削加工用移動経路データの作成装置に係り、特に、加
工部位の形状変化等に応じて常に適正な切削条件が安定
して設定されるようにする技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回転切削工具を軸心まわりに回転駆動し
つつその軸心と交差する方向を含んで被削材に対して相
対移動させることにより、その被削材に所定の切削加工
を行うことが、金型加工など各種の分野で広く実施され
ている。このような切削加工は一般にＮＣ（数値制御）
工作機械を用いて行われ、予め作成された移動経路デー
タに従って回転切削工具と被削材とを相対移動させるよ
うになっているのが普通である。移動経路データの作成
方法は、基本的には工具の中心が通過すべき点を単に幾
何学的に求めることに主眼が置かれており、目的とする
加工形状が自由曲面を含む３次元形状であっても、比較
的単純な２ 1/2次元の形状であっても同様である。すな
わち、主軸回転速度や送り速度等の切削条件は、加工精
度や加工能率などを考慮して予め定められた標準条件表
や作業者の経験などに基づいて設定されるが、移動経路
データは目的とする加工形状が得られるように加工精度
や加工能率等とは無関係に作成されるのである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに一定の切削条件で一連の切削加工を行う場合、ポケ
ット形状のコーナー部や自由曲面の曲率の大きな部分な
どでは切削抵抗が著しく増大するため、加工精度不良や
工具折損などの不具合が発生することがあった。精度不
良や工具折損を避けるため、それ等が発生する箇所に合
致した切削条件を選択すると、それ以外の部位での切削
条件が工具や工作機械の能力に対して低すぎる状況とな
り、全体の加工能率が悪化する。加工部位毎に細かく切
削条件を切り替えることも技術的には可能であるが、複
雑且つ多様な形状に対応した最適な切削条件を経験や勘
だけで設定することは困難であった。

【０００４】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その目的とするところは、加工部位の形状変化
等に応じて常に適正な切削条件を安定して設定できるよ
うにすることにある。

【０００５】

【課題を解決するための第１の手段】第１発明は、回転
切削工具を軸心まわりに回転駆動しつつその軸心と交差
する方向を含んで被削材に対して相対移動させることに
より、その被削材に所定の切削加工を行う切削加工方法
であって、前記回転切削工具の１刃によって前記被削材
から切削除去される部分の切込み形状を、その回転切削
工具の切れ刃の回転軌跡形状、切削前後の工具位置、お
よび切削直前の前記被削材の形状から求め、その切込み
形状に基づいて切削条件が定められていることを特徴と
する。なお、本明細書で「切込み形状」といった場合
は、回転切削工具の１刃によって被削材から切削除去さ
れる部分（切屑となる前）の形状（Figure of Cut)を意
味する。

【０００６】

【第１発明の効果】このような切削加工方法によれば、
切込み形状（Figure of Cut)に基づいて切削条件が定め
られるため、作業者の経験や勘で加工部位の形状などに
応じて切削条件を設定する場合に比較して、常に適切な
切削条件が容易に且つ安定して設定されるようになる。
すなわち、切込み形状から工具負荷を評価（予測）する
ことができるため、例えば加工部位の形状変化に拘らず
略一定の負荷条件で切削加工が行われるように切削条件
を定めれば、加工精度の低下や工具折損などの不具合を
招くことなく加工能率を向上させることができるなど、
切込み形状に基づいて所定の切削加工が行われるように
切削条件を設定することができるのである。

【０００７】

【課題を解決するための第２の手段】第２発明は、前記
第１発明の切削加工方法において、前記切込み形状に基
づいて工具負荷を評価し、その工具負荷が所定の負荷条
件を満足するように切削条件が定められているととも
に、その工具負荷の評価は切削機構的評価を含むことを
特徴とする。

【０００８】

【第２発明の効果】すなわち、この第２発明では切込み
形状に基づいて工具負荷を評価し、その工具負荷が所定
の負荷条件を満足するように切削条件が定められる場合
に、その工具負荷の評価が切削機構的評価を含んで行わ
れるのであり、工具刃先の応力や温度などの工具負荷が
切込み形状に基づいて高い精度で解析されるようにな
る。これにより、切込み形状に基づく工具負荷の制御に
高い信頼性が得られるようになるとともに、より優れた
高能率加工が可能となる。

【０００９】

【課題を解決するための第３の手段】第３発明は、ＮＣ
工作機械を用いて回転切削工具を軸心まわりに回転駆動
しつつその軸心と交差する方向を含んで予め定められた
移動経路データに従って被削材に対して相対移動させる
ことにより、その被削材に所定の切削加工を行うに際し
て、前記移動経路データを作成する装置であって、
（ａ）１刃分の回転角度だけ前記回転切削工具が回転さ
せられる間にその回転切削工具と前記被削材とを相対移
動させるべき工具位置の初期値を順次設定する工具位置
設定手段と、（ｂ）前記回転切削工具が前記工具位置設
定手段により新たに設定された工具位置へ相対移動させ
られた場合に、その回転切削工具の１刃で前記被削材か
ら切削除去される部分の切込み形状を、その回転切削工
具の切れ刃の回転軌跡形状、切削前後の工具位置、およ
び切削直前の前記被削材の形状から求める切込み形状演
算手段と、（ｃ）前記切込み形状に基づいて工具負荷を
評価し、その工具負荷が所定の負荷条件を満足するか否
かを判断する判断手段と、（ｄ）その判断手段によって
前記負荷条件を満足しないと判断された場合に前記工具
位置を修正し、前記切込み形状演算手段および前記判断
手段に再処理を行わせる修正手段と、（ｅ）前記判断手
段によって前記負荷条件を満足すると判断された工具位
置に従って前記移動経路データを設定するデータ設定手
段とを有することを特徴とする。

【００１０】

【第３発明の効果】すなわち、この第３発明は前記第１
発明の切削加工方法に従って切削加工が行われるように
ＮＣ工作機械の移動経路データを作成する装置に関する
もので、先ず工具位置設定手段により、１刃分の回転角
度だけ回転切削工具が回転させられる間にその回転切削
工具と前記被削材とを相対移動させるべき工具位置の初
期値が順次設定されるとともに、その設定された工具位
置へ回転切削工具が相対移動させられた場合の切込み形
状が切込み形状演算手段によって算出される。次に、そ
の切込み形状に基づいて工具負荷を評価するとともにそ
の工具負荷が所定の負荷条件を満足するか否かが判断手
段によって判断され、負荷条件を満足しないと判断され
た場合には修正手段により上記工具位置を修正して切込
み形状演算手段および判断手段に再処理を行わせる一
方、判断手段によって負荷条件を満足すると判断された
工具位置に従ってデータ設定手段により移動経路データ
が設定される。このようにして作成された移動経路デー
タは、切込み形状に基づいて工具負荷を評価し、その工
具負荷が所定の負荷条件を満足するように切削条件、こ
の場合には１刃当たりの送り量で具体的には工具位置が
定められるため、かかる移動経路データに従ってＮＣ工
作機械が作動させられることにより、第１発明の切削加
工方法と同様に切込み形状に基づいて設定された切削条
件で切削加工が行われることになる。

【００１１】このように、本発明の切削加工用移動経路
データの作成装置によって作成された移動経路データに
従ってＮＣ工作機械が作動させられると、第１発明の切
削加工方法に従って切削加工が行われることになり、第
１発明と同様に、作業者の経験や勘で加工部位の形状な
どに応じて切削条件を設定する場合に比較して、常に適
切な切削条件が容易に且つ安定して設定されるようにな
るとともに、加工部位の形状変化等に拘らず所定の工具
負荷で切削加工が行われるようにすることが可能で、加
工精度の低下や工具折損などの不具合を招くことなく加
工能率を向上させることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】ここで、前記切込み形状は、回転
切削工具の切れ刃の回転軌跡形状、切削前後の工具位
置、および切削直前の被削材の形状から求められ、例え
ばＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）装置などで
回転切削工具および被削材を立体的に再現し、それ等を
次の工具位置まで相対移動させた時に新たに重なり合っ
た部分の形状である。切削前後の工具位置は、必ずしも
移動経路データなどによって設定される必要はなく、例
えば回転切削工具と被削材とが一定の送り速度で直線移
動させられる場合には、その送り方向、送り速度、およ
び工具回転速度から求めることもできる。

【００１３】切込み形状に基づく切削条件の設定は、切
削加工時の総ての１刃の切削について切込み形状を求め
て工具負荷等を評価するとともに、１刃の切削毎に切削
条件を設定することが望ましいが、回転切削工具の１回
転毎、或いは回転切削工具の移動形態による所定の分類
毎など、１刃の切削より大きな所定の単位で任意に１刃
の切込み形状を求めて工具負荷等を評価したり切削条件
を設定したりするようにしても良い。切込み形状に基づ
く工具負荷等の評価と切削条件の設定は、必ずしも同じ
単位で行われる必要はないが、工具負荷等の評価は少な
くとも切削条件の設定と同じかそれより小さな単位で行
う必要がある。

【００１４】切込み形状に基づいて定められる切削条件
は切込み形状を変更できるもので、１刃当たりの送り量
や切込み量、ピックフィード量などであるが、１刃の切
削毎に切削条件を設定する場合には、１刃当たりの送り
量によって切込み形状を調整することが望ましい。１刃
当たりの送り量は、回転切削工具が１刃分の回転角度
（３６０°／刃数）だけ回転する間の送り量で、具体的
には工具回転速度および送り速度によって定まり、それ
等の少なくとも一方を変更すれば切込み形状を変えるこ
とができる。所定のサイクルタイムで工具位置を制御す
る場合には、工具位置を定める移動経路データによって
送り速度が設定されるため、１刃分の回転角度（３６０
°／刃数）だけ回転切削工具が回転させられる時間間隔
で工具位置を設定するようにすれば、１刃の切削毎に切
削条件（送り量）を適宜変更できる。

【００１５】また、かかる本発明の実施に際しては、上
記移動経路データなどのＮＣデータを作成する際に、切
込み形状に基づいて切削条件を設定するようにすれば良
いが、ＮＣ工作機械側で切込み形状を求めて工具回転速
度や送り速度等の切削条件に関するＮＣデータを補正す
るようにしても良い。

【００１６】一方、切込み形状に基づいて工具負荷を評
価し、その工具負荷が所定の負荷条件を満足するように
切削条件を定める場合、工具負荷を評価する手法として
は、例えば幾何学的評価や切削機構的評価がある。幾何
学的評価は切込み形状の幾何学的属性から評価するもの
で、幾何学的属性は、立体形状の直接の属性（体積，表
面積，質量，熱容量，慣性モーメントなど）と、その立
体形状の任意断面（切削せん断面，回転軸を含む断面な
ど）に属する属性（面積，幅，高さ，周長，辺長など）
とに大別できる。これ等の属性値を、実験などにより予
め設定されたデータマップや演算式などから工具負荷、
例えば負荷トルクや工具刃先の応力などに換算し、予め
定められた基準トルク値などの負荷条件と比較するよう
にしても良いが、属性値が工具負荷に略対応する場合
（比例関係など）には、その属性値をそのまま用いて予
め定められた基準属性値などの負荷条件と比較するよう
にしても良い。

【００１７】切削機構的評価は、切削工学的手法或いは
有限要素法等の解析手法を適用し、被削材の機械的性質
（σ_B ，τ_B ，νなど），物性値（摩擦係数，熱伝達率
など）を考慮した上で工具負荷、例えば工具刃先の応力
や温度などを求め、予め定められた基準応力値などの負
荷条件と比較するものである。有限要素解析は現状では
処理時間が多くかかるため、事前に種々の切込み形状に
ついて解析を行い、その切込み形状の幾何学的属性など
と関連させてマップ化情報として蓄えておき、切削条件
を設定するＮＣデータ作成時等に、切込み形状の幾何学
的属性などから解析結果を直接読み込むようにすること
が望ましい。

【００１８】また、上記負荷条件は、回転切削工具の形
状や材質、被削材の材質などに応じて、予め実験や過去
の切削加工時のデータなどによって定められ、例えば工
具折損を回避できる工具負荷の上限値のみを設定した
り、工具折損を回避しつつ所定の加工能率が得られる負
荷範囲（上限値および下限値）を設定したりするなど、
工具負荷の上限値および下限値の少なくとも一方が設定
されれば良い。

【００１９】第３発明の切削加工用移動経路データの作
成装置においては、回転切削工具の軸心まわりの回転速
度が一定であれば、前記工具位置設定手段によって設定
する工具位置の初期値も、１刃分の回転角度だけ回転切
削工具が回転させられる一定の時間間隔で設定すれば良
く、ＮＣ工作機械の位置制御も同じ時間間隔（サイクル
タイム）で行われるようにすれば良い。工具回転速度が
変化すると、１刃分の回転角度だけ回転切削工具が回転
させられる時間が変化するため、工具位置の設定時間間
隔やＮＣ工作機械の位置制御サイクルタイムも変化させ
る必要がある。

【００２０】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。図１は、請求項１に記載の発明方法を好
適に実施できるＮＣ加工システムを説明する機能ブロッ
ク線図で、１０は移動経路データであるＣＬデータを含
むＮＣデータを作成するためのＮＣデータ作成装置、１
１はそのＮＣデータを記憶する磁気テープや磁気ディス
クなどの記憶媒体であるＮＣデータメモリ、１２はＮＣ
データに従って切削加工を行うＮＣ工作機械である。Ｎ
Ｃ工作機械１２はＮＣ制御部１４およびＮＣ動作部１６
を備えており、ＮＣ動作部１６は、例えば図２に示すよ
うにフライスやボールエンドミルなどの回転切削工具１
８、その回転切削工具１８をＺ軸と平行な軸心まわりに
回転駆動する主軸回転駆動手段２０、および回転切削工
具１８をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向へ３次元的に平行移動さ
せる送り駆動手段２２を有し、回転切削工具１８を回転
駆動しつつ軸心と交差する方向を含んで予め定められた
上記ＣＬデータに従って被削材２４に対して相対移動さ
せることにより、その被削材２４に自由曲面等の所定の
切削加工を行う。主軸回転駆動手段２０は例えばサーボ
モータなどの電動モータであり、送り駆動手段２２は例
えば３軸方向へそれぞれ移動させる３組の送りねじおよ
びその送りねじを回転駆動するサーボモータなどを含ん
で構成される。なお、図示の例では３軸のＮＣ工作機械
を示したが、５軸のＮＣ工作機械にも勿論適用できる。

【００２１】前記ＮＣデータ作成装置１０は、請求項３
に記載の発明の移動経路データの作成装置の一実施例に
相当するもので、ＣＡＭ装置を含んで構成されており、
データベース２６から必要な情報を読み込みながら信号
処理を行い、図３に示すフローチャートに従ってＣＬデ
ータを作成する。データベース２６には、図３に図示さ
れているように工具回転速度や基準送り速度などの切削
条件情報、被削材２４の形状に関する粗材形状情報、目
的とする加工形状（製品形状）に関する加工形状情報、
回転切削工具１８の切れ刃の回転軌跡形状を含む工具基
本形状情報、予め定められた切込み形状の所定の断面属
性の適正範囲、すなわち工具負荷の負荷条件を含む評価
情報などが予め記憶されている。適正範囲は、工具の種
類や材質、径寸法等の工具諸元、被削材の材質、要求加
工精度などをパラメータとして、例えば工具折損を生じ
ることなく最大加工能率が得られるように、実験や過去
の加工現場のデータを解析するなどして設定される。加
工現場からデータを取り込んで逐次更新するようにする
ことも可能である。

【００２２】図３において、ステップＳ１では、標準条
件表などにより予め定められた切削条件、具体的には工
具回転速度および基準送り速度から工具位置の初期値を
設定する。工具位置は、一定のサイクルタイム毎の回転
切削工具１８の被削材２４に対する相対位置で、本実施
例では１刃分の回転角度（３６０°／刃数）だけ回転切
削工具１８が回転させられる一定時間（サイクルタイ
ム）毎に設定され、その移動距離は基準送り速度とサイ
クルタイムとを掛算することによって求められる。すな
わち、本実施例では一定の工具回転速度で回転切削工具
１８を軸心まわりに回転駆動しつつ切削加工を行うので
あり、一連の信号処理のうちステップＳ１を実行する部
分は工具位置設定手段として機能している。

【００２３】ステップＳ２では、上記ステップＳ１で設
定された工具位置まで回転切削工具１８が移動させられ
た場合に、その回転切削工具１８の１刃で前記被削材２
４から切削除去される部分の切込み形状（Figure of Cu
t)を求める。切込み形状は、被削材２４の形状（１刃毎
の切削直前の形状）、回転切削工具１８の切れ刃の回転
軌跡形状、および切削前後の工具位置から求めることが
でき、例えば回転切削工具１８の切れ刃の回転軌跡を被
削材２４に対して新たな工具位置まで相対移動させた時
に新たに重なり合った部分が切込み形状である。一連の
信号処理のうちステップＳ２を実行する部分は切込み形
状演算手段として機能している。なお、前記ステップＳ
１ではＸ−Ｙ平面内の工具位置が設定されるだけで、ス
テップＳ２で切込み形状を求める際に、目的とする加工
形状（製品形状）に基づいてＺ軸方向位置が定められる
ようになっており、厳密にはこのＺ軸方向位置の設定処
理を含んで前記工具位置設定手段は構成される。ステッ
プＳ１でＸ，Ｙ，Ｚの初期値を設定することも勿論可能
である。

【００２４】ここで、上記切込み形状（Figure of Cut)
について具体的に説明すると、例えば図４のＦＣで示す
部分が切込み形状の断面部分で、図５は切込み形状ＦＣ
の斜視図である。これ等の図中のｐはピックフィード
量、ｔは切込み量、ｆは１刃当たりの送り量で、図４の
１８′はピックフィード前の工具位置を表しており、３
０は目的とする加工形状に相当する。図６は、回転切削
工具１８の切れ刃の回転軌跡形状の一例で、（ａ）はボ
ールエンドミル、（ｂ）はラジアスエンドミル、（ｃ）
はフラットエンドミルであり、図４および図５の切込み
形状ＦＣは（ｃ）のフラットエンドミルの場合である。
また、この切込み形状ＦＣを幾何学的に評価する場合、
その体積は例えば図５に破線で示すように、直方体（ｐ
×ｆ×ｔ）で近似することもできる。図７は、その他の
切込み形状を例示したもので、（ａ）はフラットエンド
ミルによる側面加工の場合、（ｂ）はバーチカルミルに
よる突き加工の場合、（ｃ）はボールエンドミルによる
曲面加工の場合である。

【００２５】図３に戻って、次のステップＳ３では断面
属性に基づく幾何学的評価により、前記ステップＳ２で
求めた切込み形状ＦＣの工具負荷を評価し、その工具負
荷が所定の負荷条件を満足するか否かを判断する。図８
は、かかる断面属性に基づく幾何学的評価の一例で、ス
テップＳ３−１で断面属性として切込み形状ＦＣの最大
厚さＣmax を求め、ステップＳ３−２でその最大厚さＣ
max が前記データベース２６に負荷条件として設定され
た適正範囲内か否かを判断する。すなわち、切込み形状
ＦＣの最大厚さＣmax が大きくなる程工具負荷（切削抵
抗）も大きくなり、最大厚さＣmax は工具負荷に対して
一定の相関関係を有するため、例えば工具折損を招くこ
となく最大加工能率が得られるなど所望する特性が得ら
れる最大厚さＣmax の範囲を、工具負荷の適正範囲とし
て予めデータベース２６に記憶しておけば良い。そし
て、ステップＳ３−２の判断がＹＥＳであれば図３のス
テップＳ５以下を実行するが、ステップＳ３−２の判断
がＮＯの場合には、ステップＳ４で工具位置を修正した
後ステップＳ２以下を繰り返す。ステップＳ４では、最
大厚さＣmax が適正範囲より小さい場合は、１刃当たり
の送り量を大きくするように工具位置を修正し、最大厚
さＣmax が適正範囲より大きい場合は、１刃当たりの送
り量を小さくするように工具位置を修正する。一連の信
号処理のうちステップＳ３を実行する部分は判断手段と
して機能しており、ステップＳ４を実行する部分は修正
手段として機能している。

【００２６】図９を参照しつつ具体的に説明すると、図
９の（ａ）は、ポケット形状のコーナー部において基準
送り速度によって定まる一定の１刃の送り量ｆで回転切
削工具１８を移動させる場合で、右側のコーナー部では
切込み形状ＦＣの最大厚さＣmax が大きくなるが、本実
施例では最大厚さＣmax が所定の適正範囲内となるよう
に１刃の送り量ｆ、具体的には１刃の切削毎の工具位置
が修正されるため、（ｂ）に示すようにコーナー部にお
ける１刃の送り量ｆが小さくされるのであり、これによ
り、コーナー部における工具負荷の上昇が抑制される。
すなわち、切削条件が一定の（ａ）の場合には、工具負
荷が大きいコーナー部を基準として工具折損を生じない
ように切削条件を定める必要があるため、全体の加工能
率が損なわれるのに対し、本実施例のように工具負荷に
応じて切削条件を修正すれば、工具折損を招くことなく
加工能率を向上させることができるのである。図１０の
ような自由曲面で構成される凹部の自由曲面に沿って回
転切削工具１８を移動させる場合も、本実施例を適用す
ることにより工具折損を回避しつつ加工能率を向上させ
ることができる。

【００２７】ステップＳ５では、ステップＳ３で最大厚
さＣmax が適正範囲内であると判断された工具位置をＣ
Ｌデータ（移動経路データ）に変換し、一時記憶機能を
有するＲＡＭなどのＣＬデータメモリ３２にそのＣＬデ
ータを記憶する。一連の信号処理のうちステップＳ５を
実行する部分はデータ設定手段に相当する。ステップＳ
６では、一連の切削加工に関する総てのＣＬデータの設
定が終了したか否かを判断し、総てのＣＬデータの設定
が終了するまでステップＳ１以下を繰り返す。これによ
り、１刃の切削毎に、切込み形状ＦＣの最大厚さＣmax
が適正範囲内となるように切削条件、具体的には１刃当
たりの送り量ｆを規定する工具位置が設定されることに
なる。そして、総てのＣＬデータの設定が終了するとス
テップＳ７を実行し、例えば１刃当たりの送り量ｆが等
しい範囲すなわち工具位置が一直線上に等間隔で並ぶ場
所では送り速度を設定してＣＬデータを省略するなどの
ＣＬデータ減量化処理を行い、ステップＳ８においてＣ
ＬデータをＮＣ工作機械１２に入力可能なＮＣデータフ
ォーマットに変換するとともに、このＣＬデータを工具
回転速度（主軸回転速度）などと共に前記ＮＣデータメ
モリ１１に記憶する。これ等のステップＳ７およびＳ８
が、上記ステップＳ５に引き続いて逐次行われるように
しても良いし、ステップＳ７を省略しても差し支えな
い。

【００２８】図１に戻って、前記ＮＣ工作機械１２のＮ
Ｃ制御部１４は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭなどを備えた
マイクロコンピュータを含んで構成されており、上記Ｎ
Ｃデータメモリ１１に記憶されたＮＣデータに従ってＮ
Ｃ動作部１６の作動を制御するもので、機能的に送り速
度制御手段３４および回転速度制御手段３６を備えてい
る。送り速度制御手段３４は、ＮＣデータに設定された
工具回転速度で回転切削工具１８が１刃分の回転角度だ
け回転させられる時間間隔（サイクルタイム）で回転切
削工具１８の位置制御を行うもので、工具位置検出手段
３８によって検出される実際の工具位置とＣＬデータが
表す工具位置とを一致させるように、前記送り駆動手段
２２の作動を制御する。これにより、回転切削工具１８
の送り速度すなわち切削条件が、１刃の切削毎にＣＬデ
ータに従って制御されることになる。また、回転速度制
御手段３６は、ＮＣデータに設定された工具回転速度で
回転切削工具１８が軸心まわりに回転駆動されるよう
に、前記主軸回転駆動手段２０の作動を制御する。

【００２９】このような本実施例のＮＣ加工システムに
おいては、切込み形状ＦＣの幾何学的属性である最大厚
さＣmax が、工具折損を招くことなく最大加工能率で切
削加工が行われるように予め定められた適正範囲内とな
るように、１刃当たりの送り量ｆであって具体的には１
刃の切削毎の工具位置が定められるため、作業者の経験
や勘で加工部位の形状などに応じて切削条件（この場合
には工具位置）を設定する場合に比較して、常に適切な
切削条件が容易に且つ安定して設定されるとともに、加
工部位の形状変化などに拘らず工具折損を招くことなく
最大加工能率で切削加工が行われるようになる。特に、
本実施例では切削加工時の総ての１刃の切削毎に、切込
み形状ＦＣの最大厚さＣmax が適正範囲内となるように
工具位置が設定されるため、工具折損を防止しつつ加工
能率を最大限まで高めることが可能である。

【００３０】次に、本発明の他の実施例を説明する。な
お、以下の実施例において上記第１実施例と実質的に共
通する部分には同一の符号を付して詳しい説明を省略す
る。

【００３１】図１１は、前記図３のフローチャートにお
けるステップＳ３の別の態様で、ステップＳ３−１１で
は切込み形状ＦＣの任意断面、例えば前記図９，図１０
に示されている断面の面積を求め、ステップＳ３−１２
でその面積が予め設定された適正範囲内か否かを判断す
る。面積が大きい程工具負荷は大きくなり、このように
面積が適正範囲内となるように工具位置が定められるこ
とにより、加工部位の形状変化に拘らず略一定の工具負
荷で切削加工が行われるなど、前記第１実施例と同様の
効果が得られる。

【００３２】図１２も同じくステップＳ３の別の態様
で、ステップＳ３−２１で切込み形状ＦＣのせん断面形
状を求めるとともに、ステップＳ３−２２でせん断面の
面積を算出し、ステップＳ３−２３でその面積が予め設
定された適正範囲内か否かを判断する。せん断面の面積
が大きい程塑性変形の変形抵抗（切削抵抗）が大きくな
り、工具負荷が大きくなるため、このせん断面の面積が
所定の適正範囲内となるようにすれば、加工部位の形状
変化に拘らず略一定の工具負荷で切削加工が行われるな
ど、前記第１実施例と同様の効果が得られる。ステップ
Ｓ３−２４では、予め定められた複数箇所のせん断面に
ついての評価が総て終了したか否かを判断し、総てのせ
ん断面の面積が適正範囲内に入るように工具位置が修正
される。

【００３３】図１３は、前記図３のフローチャートに比
較して、ステップＳ３の代わりにステップＳＳ３が設け
られ、立体属性に基づく幾何学的評価により切込み形状
ＦＣの工具負荷を評価する点が異なる。図１４は、かか
る立体属性に基づく幾何学的評価の一例で、ステップＳ
Ｓ３−１で切込み形状ＦＣの表面積を求め、ステップＳ
Ｓ３−２でその表面積が予め設定された適正範囲内か否
かを判断する。表面積が大きい程放熱量が大きくなり、
切削加工時の工具温度が低くなって工具負荷は小さくな
るため、この表面積が所定の適正範囲内となるようにす
れば、加工部位の形状変化に拘らず略一定の工具負荷で
切削加工が行われるなど、前記第１実施例と同様の効果
が得られる。上記ステップＳＳ３は判断手段として機能
している。

【００３４】図１５は、請求項２および請求項３に記載
の発明の一実施例で、前記図３におけるステップＳ３の
代わりにステップＲ３が設けられ、切削機構的評価によ
り切込み形状ＦＣの工具負荷を評価する点が異なる。図
１６は、かかる切削機構的評価の一例で、ステップＲ３
−１では、有限要素解析により被削材２４の機械的性質
や物性値を考慮した上で工具負荷として工具刃先の応力
および温度を求め、ステップＲ３−２で、それ等の応力
および温度がそれぞれ予め設定された適正範囲内か否か
を判断する。そして、それ等が適正範囲内となるように
工具位置を設定すれば、加工部位の形状変化に拘らず略
一定の工具負荷すなわち応力および温度で切削加工が行
われるようになり、前記第１実施例と同様の効果が得ら
れる。特に、本実施例では有限要素解析による切削機構
的評価で工具負荷を評価しているため、切込み形状ＦＣ
に基づいて工具負荷が高い精度で解析され、切込み形状
ＦＣに基づく工具負荷の制御に高い信頼性が得られるよ
うになるとともに、より優れた高能率加工が可能とな
る。この実施例では、前記データベース２６に記憶して
おく評価情報に、上記適正範囲の他に有限要素解析を実
施するのに必要な境界条件や被削材２４の機械的性質，
物性値などを含める必要がある。上記ステップＲ３は判
断手段として機能している。

【００３５】図１７は、実際にＮＣデータを作成する前
に、事前処理としてステップＱ１により種々の切込み形
状ＦＣについて前記ステップＲ３−１と同様にして有限
要素解析を行い、工具刃先の応力および温度を求めると
ともに、ステップＱ２において、その解析結果を切込み
形状ＦＣの幾何学的属性、例えば所定のせん断面の面積
などのパラメータと関連付けてマップ化し、有限要素法
解析マップ化情報として前記データベース２６などに記
憶しておく。このようにすれば、実際のＮＣデータ作成
時において前記ステップＲ３で切削機構的評価を行う際
には、ステップＲ３−１１で切込み形状ＦＣのせん断面
の面積を求め、ステップＲ３−１２においてそのせん断
面の面積に対応する解析結果をデータベース２６等に記
憶された有限要素法解析マップ化情報から読み込めば良
く、有限要素解析に要する処理時間を省略できてＮＣデ
ータ作成時の所要時間を大幅に短縮できる。ステップＲ
３−１３では、前記ステップＲ３−２と同様にして適正
範囲内か否かを判断すれば良い。

【００３６】図１８は、切込み形状ＦＣに基づく工具負
荷の評価として、ステップＴ３の幾何学的評価に続いて
前記ステップＲ３の切削機構的評価を行う場合である。
ステップＴ３の幾何学的評価は、前記ステップＳ３の断
面属性に基づく幾何学的評価やステップＳＳ３の立体属
性に基づく幾何学的評価で、その何れか一方だけを行う
ようにしても良いし、両方を行うようにしても良い。こ
の場合は、ステップＴ３およびＲ３が判断手段として機
能している。

【００３７】以上、本発明の幾つかの実施例を図面に基
づいて詳細に説明したが、本発明は更に別の態様で実施
することもできる。

【００３８】例えば、前記図８、図１１、図１２、図１
４ではそれぞれ最大厚さＣmax ，所定断面の面積、せん
断面の面積、表面積によって工具負荷を評価していた
が、他の幾何学的属性を用いたり複数の幾何学的属性を
用いたりして工具負荷を評価することも可能である。

【００３９】また、前記実施例では１刃切削毎の工具位
置により送り速度を変化させて切込み形状ＦＣを変える
ようになっていたが、回転切削工具１８の回転速度を変
化させて切込み形状ＦＣを変えることも可能である。

【００４０】また、前記実施例ではＣＬデータを含むＮ
ＣデータをＮＣデータメモリ１１に記憶してＮＣ工作機
械１２に送るようになっていたが、ＮＣデータ作成装置
１０からＯＮラインなどで直接ＮＣ工作機械１２に送る
こともできる。

【００４１】その他一々例示はしないが、本発明は当業
者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実
施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載の発明方法を好適に実施できる
とともに請求項３に記載の発明装置を備えたＮＣ加工シ
ステムの一例を示す機能ブロック線図である。

【図２】図１におけるＮＣ工作機械のＮＣ動作部の一例
を説明する図である。

【図３】図１におけるＮＣデータ作成装置の機能を説明
するフローチャートである。

【図４】図３のステップＳ２で求める切込み形状（Figu
re of Cut)ＦＣを説明する図である。

【図５】切込み形状ＦＣの一例を示す斜視図である。

【図６】回転切削工具の切れ刃の回転軌跡形状の幾つか
の例を示す図である。

【図７】切込み形状ＦＣの他の例を示す斜視図である。

【図８】図３におけるステップＳ３の具体的内容の一例
を説明するフローチャートである。

【図９】図３のフローチャートに従って工具位置が設定
された場合の切込み形状（ｂ）と、切削条件が一定の場
合の切込み形状（ａ）とを比較して示す図である。

【図１０】図３の実施例が好適に適用される加工形状の
別の例を示す図で、切削条件が一定の場合の切込み形状
を示す図である。

【図１１】図３におけるステップＳ３の具体的内容の別
の例を説明するフローチャートである。

【図１２】図３におけるステップＳ３の具体的内容の更
に別の例を説明するフローチャートである。

【図１３】図１におけるＮＣデータ作成装置の別の実施
例における機能を説明するフローチャートである。

【図１４】図１３におけるステップＳＳ３の具体的内容
の一例を説明するフローチャートである。

【図１５】図１におけるＮＣデータ作成装置の更に別の
実施例における機能を説明するフローチャートである。

【図１６】図１５におけるステップＲ３の具体的内容の
一例を説明するフローチャートである。

【図１７】図１６における有限要素解析を事前に行う場
合のフローチャートである。

【図１８】図１におけるＮＣデータ作成装置の更に別の
実施例における機能を説明するフローチャートである。

【符号の説明】

１０：ＮＣデータ作成装置（移動経路データの作成装
置） １２：ＮＣ工作機械 １８：回転切削工具 ２４：被削材 ＦＣ：切込み形状 ステップＳ１：工具位置設定手段 ステップＳ２：切込み形状演算手段 ステップＳ３，ＳＳ３，Ｒ３，Ｔ３：判断手段 ステップＳ４：修正手段 ステップＳ５：データ設定手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転切削工具を軸心まわりに回転駆動し
   つつ該軸心と交差する方向を含んで被削材に対して相対
   移動させることにより、該被削材に所定の切削加工を行
   う切削加工方法であって、 前記回転切削工具の１刃によって前記被削材から切削除
   去される部分の切込み形状を、該回転切削工具の切れ刃
   の回転軌跡形状、切削前後の工具位置、および切削直前
   の前記被削材の形状から求め、該切込み形状に基づいて
   切削条件が定められていることを特徴とする切削加工方
   法。
2. 【請求項２】 前記切込み形状に基づいて工具負荷を評
   価し、該工具負荷が所定の負荷条件を満足するように切
   削条件が定められているとともに、該工具負荷の評価は
   切削機構的評価を含むことを特徴とする請求項１に記載
   の切削加工方法。
3. 【請求項３】 ＮＣ工作機械を用いて回転切削工具を軸
   心まわりに回転駆動しつつ該軸心と交差する方向を含ん
   で予め定められた移動経路データに従って被削材に対し
   て相対移動させることにより、該被削材に所定の切削加
   工を行うに際して、前記移動経路データを作成する装置
   であって、 １刃分の回転角度だけ前記回転切削工具が回転させられ
   る間に該回転切削工具と前記被削材とを相対移動させる
   べき工具位置の初期値を順次設定する工具位置設定手段
   と、 前記回転切削工具が前記工具位置設定手段により新たに
   設定された工具位置へ相対移動させられた場合に、該回
   転切削工具の１刃で前記被削材から切削除去される部分
   の切込み形状を、該回転切削工具の切れ刃の回転軌跡形
   状、切削前後の工具位置、および切削直前の前記被削材
   の形状から求める切込み形状演算手段と、 前記切込み形状に基づいて工具負荷を評価し、該工具負
   荷が所定の負荷条件を満足するか否かを判断する判断手
   段と、 該判断手段によって前記負荷条件を満足しないと判断さ
   れた場合に前記工具位置を修正し、前記切込み形状演算
   手段および前記判断手段に再処理を行わせる修正手段
   と、 前記判断手段によって前記負荷条件を満足すると判断さ
   れた工具位置に従って前記移動経路データを設定するデ
   ータ設定手段とを有することを特徴とする切削加工用移
   動経路データの作成装置。