WO2012057207A1 - 切削品質維持方法および切削品質維持装置 - Google Patents

切削品質維持方法および切削品質維持装置 Download PDF

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道下　幸雄
成康 松原
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a cutting quality maintenance method and a cutting quality maintenance device.
  • Austenitic stainless steel is mainly used as a material for equipment and piping in nuclear power plants. It is known that a hardened layer is formed on the surface of this austenitic stainless steel when subjected to cold machining such as normal cutting and grinding (for example, see Patent Document 1 and Patent Document 2).
  • a hardened layer is formed on the surface of this austenitic stainless steel when subjected to cold machining such as normal cutting and grinding (for example, see Patent Document 1 and Patent Document 2).
  • SCC stress corrosion cracking
  • the processed surface is buffed to remove the hardened surface layer generated by the cutting process or compressed to the processed surface layer. Measures such as applying stress to suppress the occurrence of SCC are taken.
  • post-processing such as removal of the hardened layer and / or application of compressive stress is necessary after the cutting process, which requires work time and increases costs.
  • the tool conditions such as the tool shape or the cutting conditions such as the cutting depth, feed amount and cutting speed of the tool are devised so that the hardened layer does not occur on the surface only by cutting. Attempts have been made to process.
  • the tool conditions such as the tool shape or the machining conditions such as the cutting depth of the tool, the feed amount, and the cutting speed are used as set values, so that the cutting state fluctuates due to disturbance during the cutting process.
  • Conditions may vary. If the processing conditions vary, in some cases, the processing may not be performed below a predetermined hardness.
  • the present invention provides a cutting quality maintenance method and a cutting quality maintenance device capable of reliably maintaining the hardness of a machining surface below a predetermined value even if some disturbance occurs during cutting. With the goal.
  • the present invention employs the following means. That is, according to the first aspect of the present invention, data acquisition is performed in which the cutting resistance of a tool in cutting performed in such a manner that the surface hardness is lower than a predetermined hardness by adjusting the processing conditions is acquired in advance as the target cutting resistance.
  • a cutting quality comprising: a step; and a cutting step for detecting a cutting resistance of the tool at the time of cutting and controlling the detected cutting resistance to be lower than the target cutting resistance. It is a maintenance method.
  • the surface layer of the workpiece is hardened by the plastic deformation of the surface of the workpiece due to the cutting resistance that the tool acts on the workpiece. If the cutting resistance is small, It is known that the amount of plastic strain can be reduced and the surface hardness can be lowered.
  • Tool conditions such as the shape of the tool or cutting conditions such as the cutting depth, feed amount and cutting speed of the tool are set so that the cutting resistance can be reduced, and cutting is performed according to the set processing conditions.
  • the surface layer of the workpiece can be cut to have a predetermined hardness or less, for example, a hardness or less that can suppress the occurrence of stress corrosion cracking.
  • the cutting resistance of the tool in the cutting performed so that the surface layer hardness is lower than the predetermined hardness by adjusting the processing conditions is acquired and acquired.
  • the cutting is performed by detecting the cutting resistance of the tool during the cutting and controlling the detected cutting resistance to be lower than the target cutting resistance. If the machining conditions of the cutting work fluctuate due to the influence of some disturbance, the cutting resistance changes accordingly, so the state of the disturbance can be grasped by detecting the cutting resistance.
  • the cutting resistance is controlled to be lower than the target cutting resistance, it is possible to prevent the cutting resistance from becoming larger than the target cutting resistance regardless of any disturbance. Thereby, the hardness of the surface layer of the cut workpiece can be reliably maintained at a hardness lower than the predetermined hardness.
  • control here refers to changing the machining conditions, for example, the cutting conditions such as the cutting amount, the feed amount, and the cutting speed, or notifying the worker when the cutting condition is judged to be defective.
  • Manually changing machining conditions for example, changing tools.
  • the back component force is a force in a direction in which the tool is pressed against the workpiece, it directly affects the amount of plastic strain on the processed surface of the workpiece. For this reason, the hardness of the surface layer of a to-be-processed object can be more reliably maintained to the hardness lower than predetermined hardness by making back component force into control object.
  • a main component force may be used as the cutting force.
  • the main component force is a force applied in the cutting direction of the tool, and is known to have a certain relationship with the back component force, and thus can be used as a control target.
  • the main component force is larger than the back component force, for example, the detection accuracy can be improved more than the small component force of 50 N or less. It is preferable that the main component force and the back component force are controlled and the advantages of both are utilized.
  • Cutting quality maintaining method comprising: means; detecting means for detecting a cutting resistance of a tool at the time of cutting; and control means for controlling the cutting resistance detected by the detecting means to be lower than the target cutting resistance. It is.
  • the surface layer of the workpiece is hardened by the plastic deformation of the surface of the workpiece due to the cutting resistance that the tool acts on the workpiece. If the cutting resistance is small, It is known that the amount of plastic strain can be reduced and the surface hardness can be lowered.
  • Tool conditions such as the shape of the tool or cutting conditions such as the cutting depth, feed amount and cutting speed of the tool are set so that the cutting resistance can be reduced, and cutting is performed according to the set processing conditions.
  • the surface layer of the workpiece can be cut to have a predetermined hardness or less, for example, a hardness or less that can suppress the occurrence of stress corrosion cracking.
  • the data acquisition unit acquires and acquires the cutting resistance of the tool in the cutting performed so that the surface layer hardness is lower than the predetermined hardness by adjusting the processing conditions.
  • Set the cutting force as the target cutting force. If the cutting force is small as described above, the hardness of the surface layer can be lowered. Therefore, if the cutting resistance of the tool is set to be equal to or lower than the target cutting resistance, the surface layer of the workpiece to be machined is less than the predetermined hardness. Low hardness.
  • the detection means detects the cutting resistance of the tool at the time of cutting, and the control means performs control so that the detected cutting resistance is lower than the target cutting resistance. If the machining conditions of the cutting work fluctuate due to the influence of some disturbance, the cutting resistance changes accordingly, so the state of the disturbance can be grasped by detecting the cutting resistance.
  • the cutting resistance since the cutting resistance is controlled to be lower than the target cutting resistance, it is possible to prevent the cutting resistance from becoming larger than the target cutting resistance regardless of any disturbance. Thereby, the hardness of the surface layer of the cut workpiece can be reliably maintained at a hardness lower than the predetermined hardness.
  • control here refers to changing the machining conditions, for example, the cutting conditions such as the cutting amount, the feed amount, and the cutting speed, or notifying the worker when the cutting condition is judged to be defective.
  • Manually changing machining conditions for example, changing tools.
  • the back component force is a force in a direction in which the tool is pressed against the workpiece, it directly affects the amount of plastic strain on the processed surface of the workpiece. For this reason, the hardness of the surface layer of a to-be-processed object can be more reliably maintained to the hardness lower than predetermined hardness by making back component force into control object.
  • a main component force may be used as the cutting force.
  • the main component force is a force applied in the cutting direction of the tool, and is known to have a certain relationship with the back component force, and thus can be used as a control target.
  • the main component force is larger than the back component force, for example, the detection accuracy can be improved more than the small component force of 50 N or less. It is preferable that the main component force and the back component force are controlled and the advantages of both are utilized.
  • the cutting resistance of a tool in cutting that is performed such that the surface hardness is lower than a predetermined hardness by adjusting the processing conditions is acquired in advance, and the acquired cutting resistance is set as the target cutting resistance.
  • Setting and cutting are performed by detecting the cutting resistance of the tool at the time of cutting and controlling the detected cutting resistance to be lower than the target cutting resistance.
  • the hardness of the surface layer of the cut workpiece can be reliably maintained at a hardness lower than a predetermined hardness.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a cutting quality maintenance device 1 that implements a cutting quality maintenance method according to an embodiment of the present invention.
  • Cutting by the cutting apparatus is performed by rotating the workpiece 3 around the axis and sending a processing tool (tool) 7 held at the tip of the tool holder 5 in the axial direction of the workpiece 3.
  • the tool holder 5 has a substantially quadrangular prism shape, is arranged so as to extend in a substantially horizontal direction, and a base portion is fixedly attached to a mounting base (not shown).
  • the processing tool 7 is fixedly attached to the top end portion of the upper surface of the tool holder 5.
  • the cutting force of the processing tool 7 acts on the workpiece 3, and as a reaction, the cutting force is applied to the processing tool from the workpiece 3.
  • This cutting resistance includes a back component force Fcn that is a force in a direction in which the processing tool 7 is pressed against the workpiece 3, a main component force Fc that is a force that is applied in the cutting direction of the processing tool 7, and an axis that sends the processing tool 7 It consists of a feed component force Fp that is a direction force.
  • the tool holder 5 is bent by the back component force Fcn and the main component force Fc acting on the processing tool 7.
  • the main component force Fc is considerably larger than the back component force Fcn and the feed component force Fp.
  • the cutting quality maintenance device 1 includes two strain gauges 9 and 11 attached to the upper and side surfaces of the tool holder 5, respectively, and a signal converter 13 that amplifies and outputs measurement signals from the strain gauges 9 and 11. And a control unit 15 that receives an output signal from the signal converter 13, makes a pass / fail determination, and notifies the failure in case of failure.
  • the affixed strain gauges 9 and 11 are calibrated in advance by taking data on the relationship between the main component force Fc and the back component force Fcn and the strain amount.
  • the notification by the control unit 15 is to issue an alarm and display a defective state.
  • the worker recognizes that the cutting state is defective, and takes measures such as changing the machining conditions and replacing the tool.
  • the control unit 15 is not limited to the notification, and transmits a control signal to a control device (not shown) of the cutting device to change the cutting conditions such as the cutting amount, the feed amount, and the cutting speed. Also good.
  • the workpiece 3 is a general piping of a pressurized water nuclear plant made of, for example, austenitic stainless steel such as SUS316 or SUS304. Thinning (cutting) is performed on the inner surface of the end of the general piping.
  • SCC stress corrosion cracking
  • Tool conditions such as the shape of the machining tool 7 or cutting conditions such as the cutting depth, feed amount, and cutting speed of the tool are set to conditions that can reduce the cutting resistance, and cutting is performed according to the set machining conditions.
  • the surface layer of the workpiece 3 can be cut to a predetermined hardness or less, for example, a hardness TH or less that can suppress the occurrence of stress corrosion cracking (SCC).
  • SCC stress corrosion cracking
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the rake angle, which is one of the machining conditions, and the hardness of the machined surface layer. Cutting is performed by changing the rake angle of the machining tool 7 with the cutting apparatus shown in FIG. This is a plot obtained by processing and measuring the hardness of the surface layer at that time.
  • the rake angle is increased, the chip thickness is reduced, so that the shear angle of the chip is increased and the cutting force (cutting resistance) required for cutting is reduced. Thereby, since the cutting resistance which acts on the workpiece 3 is reduced, the hardening of the cutting surface is suppressed.
  • the rake angle is ⁇ or more, the surface layer can be processed with a hardness smaller than the hardness TH.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the rake angle of the machining tool 7 and the back component force Fcn, and the cutting device shown in FIG. 1 is used to perform cutting by changing the rake angle of the machining tool 7.
  • the back component force Fcn is measured and plotted. As described above, when the rake angle is increased, the cutting resistance is decreased. At this time, the magnitude Ft of the back component force Fcn when the rake angle is ⁇ is obtained. That is, if the back component force Fcn is made smaller than the magnitude Ft, the hardness of the cutting surface can be made smaller than the hardness TH. This is the same for the main component.
  • the workpiece 3 that is actually a product is cut by the cutting device shown in FIG. 1 (cutting step).
  • the workpiece 3 is rotated about its axis, and the machining tool 7 held at the tip of the tool holder 5 is sent in the axial direction of the workpiece 3 to perform cutting.
  • the cutting force of the processing tool 7 acts on the workpiece 3, and as a reaction, the cutting force is applied to the processing tool from the workpiece 3, so that the tool holder 5 bends.
  • the strain gauges 9 and 11 detect the bending of the tool holder 5 and transmit a measurement signal.
  • This measurement signal is amplified by the signal converter 13 and introduced into the control unit 15. If the machining conditions fluctuate due to the influence of some disturbance, the cutting resistance changes accordingly. For example, as the wear of the processing tool 7 proceeds, the cutting resistance increases.
  • the control unit 15 calculates a cutting resistance corresponding to the measurement signal and compares it with the target cutting resistance. The control unit 15 determines that the cutting state is good when the cutting force corresponding to the measurement signal is smaller than the target cutting force. On the other hand, when the cutting force corresponding to the measurement signal becomes larger than the target cutting force, the control unit 15 determines that the cutting state is defective and sounds an alarm to notify the worker. At the same time, the display unit displays that the cutting state is defective.
  • the control unit 15 can grasp the state of the disturbance by detecting the cutting resistance, and can always make the cutting resistance lower than the target cutting resistance. Even if it exists, it can prevent that cutting resistance becomes larger than target cutting resistance. Thereby, the hardness of the surface layer of the cut workpiece can be reliably maintained at a hardness lower than the predetermined hardness.
  • the back component force Fcn is a force in a direction in which the processing tool 7 is pressed against the workpiece 3, and thus directly affects the amount of plastic strain on the processing surface of the workpiece 3. For this reason, the hardness of the surface layer of the workpiece 3 can be more reliably maintained at a hardness lower than the predetermined hardness by using the back component force Fcn as a control target.
  • the main component force Fc may be used as a cutting force to be controlled by the control unit 15.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the back component force Fcn and the main component force Fc, and the hardness of the surface layer, obtained in the same manner as FIG.
  • the main component force Fc is a force applied in the cutting direction of the processing tool 7 and can be used as a control target when it has a certain relationship with the back component force Fcn as shown in FIG. Since the main component force Fc is larger than the back component force Fcn, the magnitude of the main component force Fc to be controlled is larger than that of the back component force Fcn. For example, as shown in FIG. 5, the magnitude of the main component force Fc to be controlled is 100N. This is twice as large as the size 50N to be controlled by the back component force Fcn, so that the detection accuracy of the cutting resistance can be improved.
  • main component force Fc and the back component force Fcn may be controlled, and the advantages of both may be utilized.

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Abstract

切削加工中に何らかの外乱が発生したとしても確実に加工表面の硬さが所定値以下に維持し得る切削品質維持方法を提供する。加工条件を調節して表層硬さが所定硬さよりも低くなるように行われている切削加工における加工工具（７）の切削抵抗を目標切削抵抗として取得するデータ取得ステップと、切削加工時の加工工具（７）の切削抵抗を検知し、検知された切削抵抗が前記目標切削抵抗よりも低くなるように制御して切削加工を行う切削加工ステップと、が備えられている。

Description

切削品質維持方法および切削品質維持装置
　本発明は、切削品質維持方法および切削品質維持装置に関するものである。
　原子力プラントにおける機器および配管などの素材として主としてオーステナイト系ステンレス鋼が用いられている。このオーステナイト系ステンレス鋼は、通常の切削、研削等の冷間機械加工を行うと、表面に硬化層が形成されることが知られている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
　たとえば、沸騰水型原子力プラントの再循環系配管等では、一般にこの硬化層の硬さがビッカース硬さで３００ＨＶ以上となると、応力腐食割れ（ＳＣＣ：Ｓｔｒｅｓｓ　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　Ｃｒａｃｋｉｎｇ）が発生する可能性があると言われており、加圧水型原子力プラントの水が循環する機器および配管においても同様と考えられている。
　従来、これらの配管では、ＳＣＣの発生を抑制するために、切削加工した後、加工表面に対してバフ研磨等を行い切削加工によって発生した表面の硬化層を除去する、あるいは、加工表層に圧縮応力を付与しＳＣＣの発生を抑制する等の対策が採られている。
　このように切削加工後に硬化層の除去および／または圧縮応力の付与等の後処理が必要であるので、作業時間がかかり、コストも増加する。
　これを解消するため、工具の形状等の工具条件あるいは工具の切込量、送り量、切削速度の切削条件等の加工条件を工夫して、切削加工のみで表面に硬化層が発生しないように加工することが試みられている。
特開２００５－２５７５８９号公報 特開２００８－９６１７４号公報
　ところで、工具の形状等の工具条件あるいは工具の切込量、送り量、切削速度の切削条件等の加工条件は、設定値として用いられるので、切削加工中における外乱により切削状態が変動し、加工条件が変動することがある。加工条件が変動すると、場合によっては、所定の硬さ以下に加工されていない恐れがある。
　本発明は、このような事情に鑑み、切削加工中に何らかの外乱が発生したとしても確実に加工表面の硬さが所定値以下に維持し得る切削品質維持方法および切削品質維持装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
　すなわち、本発明の第１の態様は、加工条件を調節して表層硬さが所定硬さよりも低くなるように行われている切削加工における工具の切削抵抗を予め目標切削抵抗として取得するデータ取得ステップと、切削加工時の工具の切削抵抗を検知し、検知された切削抵抗が前記目標切削抵抗よりも低くなるように制御して切削加工を行う切削加工ステップと、が備えられている切削品質維持方法である。
　切削加工の場合、工具が被加工物に作用する切削抵抗によって被加工物の表面が塑性歪みすることによって切削された表面層が硬化するものであり、切削抵抗が小さいと、被加工物への塑性歪み量が低減し、表面の硬さを低くできることは知られている。工具の形状等の工具条件あるいは工具の切込量、送り量、切削速度の切削条件等の加工条件が切削抵抗を小さくできるような条件に設定され、その設定された加工条件によって切削加工することによって、被加工物の表面層を所定硬さ以下、たとえば、応力腐食割れの発生を抑制できる硬さ以下となるように切削加工することができる。
　本態様にかかる切削品質維持方法では、データ取得ステップで、加工条件を調節して表層硬さが所定硬さよりも低くなるように行われている切削加工における工具の切削抵抗を取得し、取得された切削抵抗を目標切削抵抗として設定する。上述のように切削抵抗が小さいと表面層の硬さを低くできるので、工具の切削抵抗をこの目標切削抵抗以下となるようにすれば、加工される被加工物の表面層は所定硬さよりも低い硬さとなる。
　次いで、実際の切削加工を行う切削加工ステップでは、切削加工は、切削加工時の工具の切削抵抗を検知し、検知された切削抵抗が目標切削抵抗よりも低くなるように制御して行なわれる。
　何らかの外乱の影響によって切削加工の加工条件が変動すると、それに伴い切削抵抗が変化するので、切削抵抗を検知することで外乱の状態を把握することができる。切削加工ステップでは、切削抵抗が目標切削抵抗よりも低くなるように制御されるので、どのような外乱があったとしても切削抵抗が目標切削抵抗よりも大きくなることを防止することができる。これにより、切削加工された被加工物の表面層の硬さを確実に、所定硬さよりも低い硬さに維持することができる。
　なお、ここでいう「制御」には、加工条件、たとえば、切込量、送り量、切削速度の切削条件を変更すること、あるいは、切削状態を判定して不良の場合に作業員に報知して手動で加工条件等を変化させる（たとえば、工具を交換する）こと、が含まれている。
　上記態様では、前記切削抵抗として背分力が用いられることが好ましい。
　背分力は、工具を被加工物に押し付ける方向の力であるので、被加工物の加工面における塑性歪み量に直接的に影響するものである。このため、背分力を制御対象とすることによって被加工物の表面層の硬さをより確実に、所定硬さよりも低い硬さに維持することができる。
　上記態様では、前記切削抵抗として主分力が用いられていてもよい。
　主分力は、工具が切削する方向にかかる力であり、背分力と一定の関係を持っていることが知られているので、制御対象として用いることができる。
　この場合、主分力は、背分力よりも大きくなるので、たとえば、５０Ｎ以下となる小さい値の背分力よりも検出精度を向上させることができる。
　主分力および背分力を制御対象とし、両者の利点を活用することが好ましい。
　また、本発明の第２の態様は、加工条件を調節して表層硬さが所定硬さよりも低くなるように行われている切削加工における工具の切削抵抗を予め目標切削抵抗として取得するデータ取得手段と、切削加工時の工具の切削抵抗を検知する検知手段と、前記検知手段により検知された切削抵抗が前記目標切削抵抗よりも低くなるように制御する制御手段と、を備える切削品質維持方法である。
　切削加工の場合、工具が被加工物に作用する切削抵抗によって被加工物の表面が塑性歪みすることによって切削された表面層が硬化するものであり、切削抵抗が小さいと、被加工物への塑性歪み量が低減し、表面の硬さを低くできることは知られている。工具の形状等の工具条件あるいは工具の切込量、送り量、切削速度の切削条件等の加工条件が切削抵抗を小さくできるような条件に設定され、その設定された加工条件によって切削加工することによって、被加工物の表面層を所定硬さ以下、たとえば、応力腐食割れの発生を抑制できる硬さ以下となるように切削加工することができる。
　本態様にかかる切削品質維持装置では、データ取得手段が、加工条件を調節して表層硬さが所定硬さよりも低くなるように行われている切削加工における工具の切削抵抗を取得し、取得された切削抵抗を目標切削抵抗として設定する。上述のように切削抵抗が小さいと表面層の硬さを低くできるので、工具の切削抵抗をこの目標切削抵抗以下となるようにすれば、加工される被加工物の表面層は所定硬さよりも低い硬さとなる。
　次いで、検知手段が、切削加工時の工具の切削抵抗を検知し、制御手段が、検知された切削抵抗が目標切削抵抗よりも低くなるように制御する。
　何らかの外乱の影響によって切削加工の加工条件が変動すると、それに伴い切削抵抗が変化するので、切削抵抗を検知することで外乱の状態を把握することができる。切削加工ステップでは、切削抵抗が目標切削抵抗よりも低くなるように制御されるので、どのような外乱があったとしても切削抵抗が目標切削抵抗よりも大きくなることを防止することができる。これにより、切削加工された被加工物の表面層の硬さを確実に、所定硬さよりも低い硬さに維持することができる。
　なお、ここでいう「制御」には、加工条件、たとえば、切込量、送り量、切削速度の切削条件を変更すること、あるいは、切削状態を判定して不良の場合に作業員に報知して手動で加工条件等を変化させる（たとえば、工具を交換する）こと、が含まれている。
　上記態様では、前記切削抵抗として背分力が用いられることが好ましい。
　背分力は、工具を被加工物に押し付ける方向の力であるので、被加工物の加工面における塑性歪み量に直接的に影響するものである。このため、背分力を制御対象とすることによって被加工物の表面層の硬さをより確実に、所定硬さよりも低い硬さに維持することができる。
　上記態様では、前記切削抵抗として主分力が用いられていてもよい。
　主分力は、工具が切削する方向にかかる力であり、背分力と一定の関係を持っていることが知られているので、制御対象として用いることができる。
　この場合、主分力は、背分力よりも大きくなるので、たとえば、５０Ｎ以下となる小さい値の背分力よりも検出精度を向上させることができる。
　主分力および背分力を制御対象とし、両者の利点を活用することが好ましい。
　本発明によれば、加工条件を調節して表層硬さが所定硬さよりも低くなるように行われている切削加工における工具の切削抵抗を予め取得し、取得された切削抵抗を目標切削抵抗として設定し、切削加工は、切削加工時の工具の切削抵抗を検知し、検知された切削抵抗が目標切削抵抗よりも低くなるように制御して行なわれるので、どのような外乱があったとしても切削加工された被加工物の表面層の硬さを確実に、所定硬さよりも低い硬さに維持することができる。
本発明の一実施形態にかかる切削品質維持方法を実施する切削品質維持装置の概略構成を示すブロック図である。 加工条件の１つであるすくい角と加工された表面層の硬さとの関係を示すグラフである。 加工工具のすくい角と背分力との関係を示すグラフである。 背分力と加工された表面層の硬さとの関係を示すグラフである。 背分力および主分力と表面層の硬さとの関係を示すグラフである。
　以下に、本発明の一実施形態にかかる切削品質維持方法について、図１～図５を参照して説明する。
　図１は、本発明の一実施形態にかかる切削品質維持方法を実施する切削品質維持装置１の概略構成を示すブロック図である。
　切削加工装置による切削加工は、被加工物３を軸線回りに自転させ、工具ホルダ５の先端に保持された加工工具（工具）７を被加工物３の軸線方向に送ることによって行われる。工具ホルダ５は略４角柱形状をし、略水平方向に延在するように配置され、基部が図示しない取付台に固定して取り付けられている。加工工具７は、工具ホルダ５の上面先端部に固定して取り付けられている。
　切削加工時、加工工具７の切削力が被加工物３へ作用し、その反作用として加工工具には、被加工物３から切削抵抗がかかる。この切削抵抗は、加工工具７を被加工物３に押し付ける方向の力である背分力Ｆｃｎと、加工工具７が切削する方向にかかる力である主分力Ｆｃと、加工工具７を送る軸線方向の力である送り分力Ｆｐとで構成されている。
　工具ホルダ５は、加工工具７に作用する背分力Ｆｃｎおよび主分力Ｆｃによって撓むことになる。主分力Ｆｃは、背分力Ｆｃｎおよび送り分力Ｆｐに比べて相当大きい。
　切削品質維持装置１には、工具ホルダ５の上面および側面にそれぞれ貼付された２個の歪みゲージ９，１１と、歪みゲージ９，１１での計測信号を増幅して出力する信号変換器１３と、信号変換器１３からの出力信号を受けて、良否判定を行い、不良の場合にそれを報知する制御部１５と、が備えられている。
　貼付された歪みゲージ９，１１については、予め主分力Ｆｃおよび背分力Ｆｃｎと歪み量との関係をデータ取りして校正されている。
　制御部１５での報知は、アラームを発すとともに不良状態を表示するものである。この報知により作業員は、切削状態が不良であることを認識し、加工条件を変更する、工具を交換する等の処置を採ることになる。
　なお、制御部１５では、報知に留まらず、切削加工装置の図示しない制御装置に制御信号を送信し、加工条件、たとえば、切込量、送り量、切削速度の切削条件を変更するようにしてもよい。
　次に、制御部１５における良否判定について説明する。
　被加工物３は、たとえば、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼で形成されている加圧水型原子力プラントの一般配管である。一般配管の端部内面にシンニング加工（切削加工）が施される。
　オーステナイト系ステンレス鋼で形成された一般配管は、一般にこの硬化層の硬さがビッカース硬さで３００ＨＶ以上となると、応力腐食割れ（ＳＣＣ）が発生する可能性があると言われており、この硬さ以下になるように加工されることが求められている。
　加工工具７の形状等の工具条件あるいは工具の切込量、送り量、切削速度の切削条件等の加工条件が切削抵抗を小さくできるような条件に設定され、その設定された加工条件によって切削加工することによって、被加工物３の表面層を所定硬さ以下、たとえば、応力腐食割れ（ＳＣＣ）の発生を抑制できる硬さＴＨ以下となるように切削加工することができる。
　図２は、加工条件の１つであるすくい角と加工された表面層の硬さとの関係を示すグラフであり、図１に示される切削加工装置で加工工具７のすくい角を変化させて切削加工を行い、その時の表面層の硬さを測定してプロットしたものである。
　すくい角を大きくすると、切屑厚みが薄くなるので、切屑のせん断角が大きくなり切削に必要な切削力（切削抵抗）が小さくなる。これにより被加工物３に作用する切削抵抗が低減されるので、切削面の硬化が抑制される。図２から分かるようにすくい角をα以上とすると、表面層の硬さが硬さＴＨよりも小さく加工できる。
　図３は、加工工具７のすくい角と背分力Ｆｃｎとの関係を示すグラフであり、図１に示される切削加工装置で加工工具７のすくい角を変化させて切削加工を行い、その時の背分力Ｆｃｎを測定してプロットしたものである。
　上述したように、すくい角を大きくすると、切削抵抗が小さくなる。このとき、すくい角がαのときの背分力Ｆｃｎの大きさＦｔが求められる。すなわち、背分力Ｆｃｎを大きさＦｔよりも小さくなるようにすれば、切削面の硬さを硬さＴＨよりも小さくすることができる。
　これは、主分力についても同様な関係にある。
　図４は、図２のすくい角と加工された表面層の硬さとの関係と、図３のすくい角と背分力との関係と、を統合し、背分力と加工された表面層の硬さとの関係を示すグラフとしたものである。
　これをみると、切削抵抗の背分力Ｆｃｎを大きさＦｔよりも小さくなるように切削加工すると、切削面の硬さを腐食割れの発生を抑制できる硬さＴＨよりも小さくすることができる。
　制御部１５では、この大きさＦｔが目標切削抵抗として設定され、保管される。以上が、本発明のデータ取得ステップである。
　次いで、実際に製品となる被加工物３の切削加工を図１に示される切削加工装置によって行う（切削加工ステップ）。
　被加工物３を軸線回りに自転させ、工具ホルダ５の先端に保持された加工工具７を被加工物３の軸線方向に送って切削を行う。
　このとき、加工工具７の切削力が被加工物３へ作用し、その反作用として加工工具には、被加工物３から切削抵抗がかかるので、工具ホルダ５が撓む。
　この工具ホルダ５の撓みを歪みゲージ９、１１が検出して計測信号を送信する。この計測信号は信号変換器１３で増幅されて制御部１５に導入される。
　何らかの外乱の影響によって切削加工の加工条件が変動すると、それに伴い切削抵抗が変化する。たとえば、加工工具７の摩耗が進行すると、切削抵抗が大きくなる。
　制御部１５では、計測信号に対応した切削抵抗を算出し、それと目標切削抵抗とを比較する。制御部１５では、計測信号に対応した切削抵抗が目標切削抵抗よりも小さい場合には、良好な切削状態であると判定する。一方、制御部１５は、計測信号に対応した切削抵抗が目標切削抵抗よりも大きくなると切削状態が不良であると判定し、アラームを鳴らして作業員に報知する。また、同時に表示部に切削状態が不良である旨を表示する。
　作業員は、この報知に対応して、状態を見て、加工条件を変更する、工具を交換する等の処置を採ることになる。
　このように、制御部１５は、切削抵抗を検知することで外乱の状態を把握することができ、常に切削抵抗が目標切削抵抗よりも低くなるようにすることができるので、どのような外乱があったとしても切削抵抗が目標切削抵抗よりも大きくなることを防止することができる。
　これにより、切削加工された被加工物の表面層の硬さを確実に、所定硬さよりも低い硬さに維持することができる。
　制御部１５で制御対象とされる切削抵抗として背分力Ｆｃｎを用いることが好ましい。
　背分力Ｆｃｎは、加工工具７を被加工物３に押し付ける方向の力であるので、被加工物３の加工面における塑性歪み量に直接的に影響するものである。このため、背分力Ｆｃｎを制御対象とすることによって被加工物３の表面層の硬さをより確実に、所定硬さよりも低い硬さに維持することができる。
　制御部１５で制御対象とされる切削抵抗として主分力Ｆｃが用いられていてもよい。
　図５は、図４と同様にして求められたもので、背分力Ｆｃｎおよび主分力Ｆｃと表面層の硬さとの関係を示すグラフである。
　主分力Ｆｃは、加工工具７が切削する方向にかかる力であり、図５に示されるように背分力Ｆｃｎと一定の関係を持っている場合には、制御対象として用いることができる。
　主分力Ｆｃは、背分力Ｆｃｎよりも大きいので、制御対象となる主分力Ｆｃの大きさは、背分力Ｆｃｎのそれに比べて大きくなる。たとえば、図５に示されるように制御対象となる主分力Ｆｃの大きさは１００Ｎである。これは、背分力Ｆｃｎの制御対象となる大きさ５０Ｎと比べて２倍となるので、切削抵抗の検出精度を向上させることができる。
　なお、主分力Ｆｃおよび背分力Ｆｃｎを制御対象とし、両者の利点を活用するようにしてもよい。
　なお、本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を行ってもよい。
１　切削品質維持装置
７　加工工具
Ｆｃ　主分力
Ｆｃｎ　背分力

Claims (6)

  1. 　加工条件を調節して表層硬さが所定硬さよりも低くなるように行われている切削加工における工具の切削抵抗を予め目標切削抵抗として取得するデータ取得ステップと、
    　切削加工時の工具の切削抵抗を検知し、検知された切削抵抗が前記目標切削抵抗よりも低くなるように制御して切削加工を行う切削加工ステップと、
    が備えられている切削品質維持方法。
  2. 　前記切削抵抗として背分力が用いられる請求項１に記載の切削品質維持方法。
  3. 　前記切削抵抗として主分力が用いられる請求項１または請求項２に記載の切削品質維持方法。
  4. 　加工条件を調節して表層硬さが所定硬さよりも低くなるように行われている切削加工における工具の切削抵抗を予め目標切削抵抗として取得するデータ取得手段と、
    　切削加工時の工具の切削抵抗を検知する検知手段と、
    　前記検知手段により検知された切削抵抗が前記データ取得手段により取得される前記目標切削抵抗よりも低くなるように制御する制御手段と、
    　を備える切削品質維持装置。
  5. 　前記切削抵抗として背分力が用いられる請求項４に記載の切削品質維持装置。
  6. 　前記切削抵抗として主分力が用いられる請求項４または請求項５に記載の切削品質維持装置。
     
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016009502A1 (ja) * 2014-07-16 2016-01-21 ヤマザキマザック 株式会社 旋削加工制御装置、および旋削加工支援プログラム
CN108177024A (zh) * 2018-03-21 2018-06-19 吉林大学 刀架定位精度与重复定位精度检测装置及使用方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6111638B2 (ja) * 2012-12-12 2017-04-12 マツダ株式会社 コンロッドの破断監視装置及びその監視方法
JP2016209977A (ja) * 2015-05-13 2016-12-15 株式会社デンソー 切削装置、および、円筒部材の製造方法
WO2018047834A1 (ja) * 2016-09-09 2018-03-15 株式会社ＮｅｊｉＬａｗ 切削ヘッド、切削バイト、切削加工システム
EP3292930B1 (en) * 2016-09-09 2023-03-01 Sandvik Intellectual Property AB Cutting tool and method for estimation of deflection of the cutting edge
JP7032244B2 (ja) * 2018-06-04 2022-03-08 株式会社日立製作所 切削加工システム、及び情報処理装置
CN108788928B (zh) * 2018-06-29 2020-06-16 吉林工程技术师范学院 一种多硬度材料高速铣削切削力测试装置
JP7424711B1 (ja) 2023-11-24 2024-01-30 国立大学法人島根大学 測定機器および工具ホルダ

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07136826A (ja) * 1993-11-15 1995-05-30 Kyocera Corp フライス加工用切削装置
JP2006102843A (ja) * 2004-10-01 2006-04-20 Toshiba Corp 最適加工装置及び最適加工方法
JP2008200845A (ja) * 2001-04-27 2008-09-04 Thk Co Ltd 長尺焼入れ鋼材の切削加工方法および長尺焼入れ鋼材用切削加工装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3571834A (en) * 1968-04-15 1971-03-23 Cincinnati Milacron Inc Machine tool adaptive control
JP2005018315A (ja) * 2003-06-25 2005-01-20 Toshiba Corp 構造物の健全性評価方法および装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07136826A (ja) * 1993-11-15 1995-05-30 Kyocera Corp フライス加工用切削装置
JP2008200845A (ja) * 2001-04-27 2008-09-04 Thk Co Ltd 長尺焼入れ鋼材の切削加工方法および長尺焼入れ鋼材用切削加工装置
JP2006102843A (ja) * 2004-10-01 2006-04-20 Toshiba Corp 最適加工装置及び最適加工方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2633949A4 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016009502A1 (ja) * 2014-07-16 2016-01-21 ヤマザキマザック 株式会社 旋削加工制御装置、および旋削加工支援プログラム
US9873174B2 (en) 2014-07-16 2018-01-23 Yamazaki Mazak Corporation Turning controller
CN108177024A (zh) * 2018-03-21 2018-06-19 吉林大学 刀架定位精度与重复定位精度检测装置及使用方法
CN108177024B (zh) * 2018-03-21 2023-10-24 吉林大学 刀架定位精度与重复定位精度检测装置及使用方法

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