WO2013150905A1 - 切削加工システム及び方法 - Google Patents

Abstract

切削加工の際に工具と被削材に発生する切削力を正確に検出できる技術を提供する。本システムで、工作機械（１０）は、曲面形状の被削材（４）を固定し力センサ（２）が組み込まれた加工テーブル（１）及び切削加工の工具（３）を有し、制御ＰＣ（３０）は、工作機械（１０）での切削加工中における工具（３）と被削材（４）との加工面に加わる切削力を検出する機能を有する。この機能は、切削加工のシミュレーション処理により、切削加工位 置ごとに加工面で切削力が発生する方向を算出してＤＢに格納する処理と、切削加工中に力センサ（２）の出力値から切削力の測定値を得る処理と、上記切削力の測定値と、現在の切削加工位置と、ＤＢの情報とを照合して、切削加工中の工具と被削材との加工面での面直角方向の切削力成分を演算して検出する処理とを行う。

Description

切削加工システム及び方法

　本発明は、切削加工及びそれに用いる工作機械（切削加工装置）等の技術に関する。また、切削加工中の工具（切削工具）に加わる切削力などを測定する技術に関する。また、切削加工中に発生する、工具やワーク（被削材）の異常を検知したり対処・防止したりする技術に関する。

　工作機械を用いた切削加工は、金属部品などを様々な形状に加工する手法として一般的な加工手法であり、回転工具（切削工具）に取り付けられた切刃を被削材（ワーク）に切り込んで材料を除去することにより様々な形状に加工する。通常、切削加工は、角材や丸棒材などの被削材から部品形状を削り出す工程が多い。複雑な形状を有する部品を加工する場合には、除去量が多くなるため、切り込み量や送り速度や工具回転速度を大きくする等して、高能率化を図っている。

　また近年の製品性能向上のため、切削加工対象となる部品（材料）には超耐熱Ｎｉ基合金や高硬度鋳鋼材などの高強度・難削材が適用される場合が多い。しかし上記の材料では工具摩耗が著しく進行して切削困難となることから、加工能率を低下させた切削条件に落とさざるを得ず、高能率化する上での問題となっている。また、加工形状も３次元曲面を有する複雑な形状が多くなっており、５軸マシニングセンタのような多軸工作機械で加工するケースが多く、多軸加工においても先の問題に対する加工能率の向上が課題となっている。

　上記のような材料・形状においては、切り込み量や回転軸の回転速度によって切り込み量や工具回転数を上げた際に切刃にかかる切削抵抗が大きくなるため、工具の振動や切刃の摩耗、折損などの加工トラブルが発生しやすい。特に、切削中に工具と被削材が異常に大きい振動を起こす現象はびびり振動と呼ばれる。びびり振動が発生すると、加工面精度が著しく悪化したり、工具の切刃のチッピングや破損、工具自体の折損の原因となり、重大な加工トラブルとなる。このようなトラブルが発生すると、加工部分の表面粗さの悪化や表面損傷となるため、素材を含めた廃棄となる。この場合、コストの高い高強度材や工具などが試損となる上、廃棄コストがかかり、製造コスト上昇の問題となっている。

　そこで、課題として、切削加工などの加工中に工具を含む工作機械の状態などをモニタリングし、びびり振動などの異常（状態）を検知または予測し、異常が発生する前に工作機械の加工状態を制御する方式（工作機械に指令を与えて加工条件を変更したり停止させる等の方式）、及びその工作機械やシステム等の構築が必要となっている。

　上記のような方式（手段）に関し、従来より様々な方式で、切削中の工具に発生する負荷を計測し、切削時の異常を検知する方法が提案されている。例えば特開昭５９-１４６７４１号公報（特許文献１）、特開平５－３３７７９０号公報（特許文献２）、特開２００９-１９０１６０号公報（特許文献３）、非特許文献１などがある。

　特許文献１や非特許文献１に示されているように、工具摩耗起因などの切削異常の検知方法として、主軸回転に用いるモータの駆動電流値を測定することでモータ負荷を推定し、予め設定した閾値と比較することによって異常を検知する方法が知られている。

　また特許文献２には、モータ負荷の閾値の設定方法として、予め実験やシミュレーションによりモータ駆動電流値の変化パターンを把握しておき、この変化パターンから加工パス毎に閾値を設定する方法が開示されている。

　また特許文献３には、工作機械に振動センサ（加速度センサ）を取り付けて、切削中の振動を検知し、振動が低減するように工作機械の主軸回転数を制御する方法が示されている。

特開昭５９－１４６７４１号公報 特開平５－３３７７９０号公報 特開２００９－１９０１６０号公報

JIPMソリューション加工点の見える化研究会，"加工点の見える化技術"，(2008)，pp85-93

　前述のように、課題として、切削加工などの加工中に工具を含む工作機械の状態などをモニタリングし、びびり振動などの異常（状態）を検知または予測し、異常が発生する前に工作機械の加工状態を制御する方式（工作機械に指令を与えて加工条件を変更したり停止させる等の方式）、及びその工作機械やシステム等の構築が必要となっている。

　しかしながら、前述の主軸回転に用いるモータの電流値を測定するような方式では、切削工具の摩耗やびびり振動に対するモータ電流値変化の感度や周波数応答性が低いため、加工現象の異常を正確に検知することが難しい。

　また、前述の工作機械に振動センサを取り付けて切削中の振動を検知するような方式では、切削に伴うびびり振動が発生してから異常が検知されるため、工具摩耗進捗による切削中に変化する異常を検知することができないという問題がある。また、刃先の微小欠損などによるワークへの損傷発生に対する検知も難しく、切削中の異常状態の発生予測に対する実現性に問題がある。

　上記のような問題を解決するためには、被削材と工具とに加わる切削力を測定して異常を検知する方式が有効である。この場合、一般的には切削動力計と称される計測器を用いる。これは、力センサを組み込んだ治具に被削材を取り付け、工具と被削材とに加わるＸ-Ｙ-Ｚ方向（３軸）の力を計測するものである。切削動力計を用いた場合、被削材と工具とが接する力を直接測定することができるため、切削振動が異常に大きくなるびびり振動の検知が可能となる。また、工具摩耗の進行についても切削負荷の増大という現象で捉えることができる。また、微小チッピングなどの工具刃先の異常についても、切削力波形の変化より検出することが可能である。上述の通り、切削動力計を用いて切削力を測定することが、切削状態の異常を検知する上で最も有効な手段となる。

　通常、工具に加わる切削負荷を計測するには、市販の切削動力計を介して被削材をテーブル（治具）側に固定し被削材側での反力を計測することで工具に加わる負荷を計測する手法が一般的である。市販の切削動力計は寸法に制約があるため、テーブル（治具）側に力センサを組み込んで（内蔵して）被削材側の反力を計測し、工具に加わる負荷を算出することも可能である。

　ここで、本発明者等による検討によれば、びびり振動などの切削異常を正確に検出するには、工具に加わる切削力について、切削している加工面に対して工具送り方向に平行な方向と垂直な方向（面直角方向）との２つの方向（ａ，ｂとする）に分けて力（切削力成分）を計測する必要がある。

　しかし、上記加工面として３次元曲面のような複雑な形状の被削材を切削加工する場合、特に５軸加工などの場合においては、被削材を固定しているテーブル（治具）が回転し、被削材の加工面が傾斜している状態で加工されるため、上記びびり振動などの解析（検出）に必要な方向（ａ，ｂ）の切削力成分に切り分けて計測することは困難である。

　以上を鑑み、本発明の主な目的として、例えば５軸加工機などの工作機械を用いてテーブル（治具）に固定される曲面形状などの被削材を傾斜（回転）・移動させながら切削加工する場合に、その切削加工中にびびり振動などの異常（状態）を検出するために、工具と被削材との間（加工面）に発生する切削力（切削力成分）を正確（高精度）に測定（検出）することができる技術を提供することである。言い換えると、上記加工中の切削力などの状態をモニタリングすることにより、びびり振動などの異状をその発生前に予測・検知して、工作機械の切削加工を適切に制御すること（加工条件を好適に変更したり停止させる等）ができるシステム等を実現することである。これにより切削加工の高能率化及び加工製品の低コスト化などを実現できることである。

　上記目的を達成するため、本発明のうち代表的な形態は、被削材を固定するテーブル（治具）及び被削材を切削加工する工具などを備える工作機械（切削加工装置）を含んで成るシステム（切削加工システム）、及び当該工作機械（システム）で切削加工を行う切削加工方法、等であって、以下に示す構成を有することを特徴とする。

　本形態は、例えば５軸加工機などの工作機械を用いて、テーブル（治具）に固定される曲面形状などの被削材を傾斜（回転）・移動させながら切削加工する場合に、その切削加工中に、びびり振動などの異常（状態）を検知して対処するために、工具と被削材との間（加工面）に発生する切削力（切削力成分）を正確（高精度）に測定（検出）することができる機能を備える工作機械（切削加工装置）を含んで成る切削加工システム、及びその切削加工方法などを提供する。また本システムは、上記機能により、加工中の切削力などの状態をモニタリング・検出することにより、びびり振動などの異状をその発生前に予測・検知して、工作機械の切削加工を適切に制御（加工条件を好適に変更したり停止させる等）する機能を備える。

　本形態のシステム及び方法として、被削材を固定するテーブル（治具）に力センサが組み込まれ、切削加工中の工具と被削材に加わる切削力を切削負荷（切削反力）として計測（検出）できる構成を有する切削加工システム、及び当該切削加工中の切削力を計測する工程（ステップ）を有する切削加工方法において、予め切削加工位置ごとの切削力の発生方向（切削力成分算出方向）を算出してＤＢ（データベース）に記憶しておく第１の手段及び工程を有する。そして、本システム及び方法では、切削加工中に、現在の切削加工位置の情報と、テーブル（治具）の力センサからの出力値（切削反力）を演算することにより工具に加わる切削力の測定値を得る第２の手段及び工程を有する。そして、本システム及び方法では、上記第２の手段及び工程により得られた工具の切削力を、上記第１の手段及び工程によるＤＢの情報（切削加工位置情報、及び切削力成分算出方向情報）に比較照合して演算することにより、工具と被削材との加工面に対する工具の送り方向（方向ａ）とその垂直方向（方向ｂ）との２つの方向に分解（切り分け）して切削力成分を算出（検出）する第３の手段及び工程を有する。上記構成により加工面で工具に加わる切削力を検出する。

　本形態の切削加工システムは、例えば、切削加工を行う工作機械とその制御装置を含んで成り、工作機械は、被削材を固定する治具と、被削材を切削加工する工具と、治具に組み込まれた力センサと、治具に固定された被削材を対象としてＮＣプログラムに従い治具及び工具を移動制御して被削材を３次元曲面の形状に切削加工する処理を行うＮＣ制御部とを有する。制御装置は、工作機械での切削加工中における工具と被削材との加工面に加わる切削力を検出する機能を有する。制御装置は、ＮＣプログラムを生成する第１の処理部と、切削加工のシミュレーション処理により、切削加工の位置情報と、当該位置ごとに加工面で切削力が発生する面直角方向を含む方向情報と、を算出してＤＢに格納する第２の処理部と、切削加工中に力センサの出力値を取得して演算することで切削力の測定値を得る第３の処理部と、切削力の測定値と、現在の切削加工位置と、ＤＢの情報とを照合して、切削加工中の工具と被削材との加工面での面直角方向を含む方向の切削力成分を演算して検出する第４の処理部とを有する。

　本発明のうち代表的な形態によれば、例えば５軸加工機などの工作機械を用いてテーブル（治具）に固定される曲面形状などの被削材を傾斜（回転）・移動させながら切削加工する場合に、その切削加工中にびびり振動などの異常（状態）を検出するために、工具と被削材との間（加工面）に発生する切削力（切削力成分）を正確（高精度）に測定（検出）することができる。言い換えると、上記加工中の切削力などの状態をモニタリングすることにより、びびり振動などの異状をその発生前に予測・検知して、工作機械の切削加工を適切に制御すること（加工条件を好適に変更したり停止させる等）ができる。これにより切削加工の高能率化及び加工製品の低コスト化などを実現できる。

本発明の実施の形態１のシステム（切削加工システム）として、被削材固定治具を取り付けた状態の工作機械（切削加工装置）、及び制御ＰＣ（切削加工制御装置）、を含んで成るシステムの構成例を示す図である。 実施の形態１の工作機械の構成及び状態例を示す斜視図である。 実施の形態１のシステムの切削力算出機能に関する構成例を示す図である。 実施の形態１のシステムの切削力算出機能に関する制御ＰＣ及びＤＢ（記憶部）の構成例を示す図である。 実施の形態１の工作機械における、切削力を測定するための被削材固定治具（被削材を固定した加工テーブル）の構成例を示す図である。 図４の被削材の加工面の切削加工中の切削力の方向について示す第１の説明図である。 図４の被削材の加工面の切削加工中の切削力の方向について示す第２の説明図である。 実施の形態１のシステムの制御ＰＣでの事前情報算出処理について示す図である。 実施の形態１のシステムの制御ＰＣでの切削加工中処理として切削力成分検出処理などを示す図である。 実施の形態１のシステムでの、切削加工の異常検知の処理及び構成例を示す図である。 (ａ)、(ｂ)は、異常検知の際のオーバーライド量変化率の設定方法の説明図である。 異常検知の際のオーバーライド量変化率のステップ幅の設定方法の説明図である。 異常検知の際のオーバーライド量の上限値の設定方法の説明図である。 異常検知の際のオーバーライド量設定アルゴリズム（１）を示す図である。 異常検知の際のオーバーライド量設定アルゴリズム（２）を示す図である。

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

　図１～図１５を用いて、本発明の実施の形態１の切削加工システム等について説明する。本実施の形態１のシステムは、図１～図３のようなシステム構成、図１，図５のような工作機械１０の構成で、図４，図６のような切削加工を行う。そのために、図８～図１０のような処理を行う。図８では切削加工の事前にＤＢ情報の算出・格納処理を行う。図９では、切削加工中に、切削力成分検出処理を行う。図１０では更に、検出した切削力成分を用いて異常（状態）の判定・検知処理を行う。図１１～図１５では更に、検知した状態（異常）に応じて加工条件の制御を行う。

　［システム構成（１）］
　図１で、実施の形態１のシステムの構成例を示している。本システム（切削加工システム）（１００）は、工作機械１０（切削加工装置）及びその制御ＰＣ３０（切削加工制御装置）等を含んで成る。工作機械１０の構成は図２，図３などにも示される。制御ＰＣ３０の構成は図４，図５などにも示される。

　制御ＰＣ３０は、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム６０やＮＣ制御装置２０との通信を行い、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム６０からのデータ情報（ＣＡＤモデル等）を用いて、工作機械１０での切削加工の制御のためのＮＣプログラムを生成し、そのＮＣ（数値制御）プログラムのデータを工作機械１０（ＮＣ制御部２０）へ与え、切削加工を制御する。また制御ＰＣ３０は、加工テーブル１の力センサ２の出力値（計測値）を力センサアンプ４０を通じて取得（入力）して格納し、切削力の検出に用いる。

　ＮＣ制御部２０（ＮＣ制御装置）は、ＮＣプログラムに従い、工作機械１０の各部（工具３、及び各テーブル等）を移動などさせる駆動制御を行う。なおＮＣ制御部２０は工作機械１０の外部にあってもよい。

　制御ＰＣ３０は、特徴的な切削力検出機能を有し、図４，図５などでその構成が示され、ソフトウェアプログラム処理などで実現される。この切削力検出機能は、工作機械１０での切削加工中に工具３と被削材４との間（加工面）に働く切削力成分を検出する機能である。

　図１で、工作機械１０（切削加工装置）は、フレーム１１と、主軸ステージ（主軸テーブル）１２と、主軸１３と、工具３（切削工具）と、回転テーブル１４と、旋回テーブル１５と、Ｘ移動テーブル１６と、力センサ２と、加工テーブル１と、被削材４と、ＮＣ制御装置２０とを備える構成である。

　本工作機械１０は、図２，図３等でも示すように、特に、５軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ１，θ２）で制御可能な、５軸加工機（マシニングセンタ等）である。工作機械１０は、Ｘ移動テーブル１６でのＸ軸の制御、主軸テーブル１２でのＹ軸及びＺ軸の制御が可能である。それと共に、工作機械１０は、Ｘ移動テーブル１６上に旋回テーブル１５を有し、旋回テーブル１５が旋回軸（旋回角度：θ１）によってＸ軸まわりに回転し、旋回テーブル１５上に回転テーブル１４を有し、回転テーブル１４が回転軸（回転角度：θ２）によって回転する、いわゆるトラニオンタイプのテーブルを有する５軸加工機の例である。

　尚このような５軸加工機の形態に限らず、図４のような力センサ２を内蔵または取り付けた加工テーブル１が設置できる構成であれば、４軸以下であっても同様に適用可能であり、同様に切削力検出が実現できる。

　工作機械１０は、工具３を回転させて被削材４に切り込んでその材料部分を除去することにより被削材４の形状を目標の製品（部品など）の形状となるように切削加工する。工具３が被削材４から受ける力により切削力が発生する。

　フレーム１１は、ＮＣ制御部２０等を内蔵する筐体である。フレーム１１には主軸ステージ１２を通じて主軸１３が取り付けられている。主軸ステージ１２は、主軸１３を移動させる。主軸ステージ１２、主軸１３は、図示しない上下移動機構及び水平移動機構によりＹ方向とＺ方向に移動可能となっている。主軸１３の下部には工具３がチャック可能となっており、工具３を保持して回転させる。

　Ｘ移動テーブル１６は、旋回テーブル１５を設置しＸ方向に移動させる。トラニオンタイプの旋回テーブル１５は、Ｘ移動テーブル１６による水平移動機構によりＸ方向の移動が可能となっている。旋回テーブル１５は、回転テーブル１４をＸ軸周りに旋回（回転）させる。回転テーブル１４は、被削材４を固定した加工テーブル１を（旋回テーブル１５上での）Ｚ軸周りに旋回（回転）させる。

　加工テーブル１は、被削材４を固定し、回転テーブル１４に取り付けられ、回転テーブル１４との支持部に力センサ２が組み込まれた構成である（図３）。力センサアンプ４０は、加工テーブル１の力センサ２に接続され、その出力値（計測値）を入力し増幅する。制御ＰＣ３０（後述、３３）は、力センサアンプ４０で得た値を演算処理することで切削力の測定値を得る。

　なおＣＡＤ／ＣＡＭシステム６０は制御ＰＣ３０内に統合されてもよい。力センサアンプ４０は制御ＰＣ３０内に備えているが、制御ＰＣ３０外に分離されてもよい（例えば工作機械１０内でもよい）。

　［工作機械（５軸）］
　図２では、５軸加工機である図１の工作機械１０の構成として、図３の被削材固定治具（被削材４を固定した加工テーブル１）を取り付けた工作機械１０で、被削材４を固定した加工テーブル１が、旋回テーブル１５の旋回軸（θ１）によってＸ軸回りに旋回（傾斜）し、回転テーブル１４の回転軸（θ２）によって回転（傾斜）した状態の例を示している。工具３は、主軸テーブル１２及び主軸１３により、回転駆動及びＹ，Ｚ方向の移動が制御される。被削材４側は各テーブル（１６，１５，１４）によりＸ方向の移動及び２軸（θ１，θ２）の旋回（回転）が制御される。主軸１３によるＺ方向及びＹ方向の移動と、Ｘ移動テーブル１６及び旋回テーブル１５によるＸ方向への移動と、旋回テーブル１５と回転テーブル１３の旋回移動（θ１，θ２）とにより、被削材４と工具３とを相対的に５自由度（５軸）で移動可能である。これにより被削材４を様々な角度から工具３によって切削可能としている。

　［被削材固定治具］
　図３に、実施の形態１の工作機械１０における、切削力を測定するための被削材固定治具（被削材４を固定した加工テーブル１）の構成を示す。なお座標系として｛Ｘ，Ｙ，Ｚ｝を工作機械１０の絶対座標系とし、Ｓ｛Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ｝を加工テーブル１上（被削材４）の相対座標系とする。

　被削材４は加工テーブル１上に図示しないボルト等で固定される。被削材４は工具３で切削される。被削材４及び加工後の製品は、複雑な３次元曲面形状であり、本例では図示のように山状・円盤状のベース部４ａ、ベース部４ａから突き出るように立つ羽根面４ｂなどから成る。

　加工テーブル１は、５軸の工作機械１０に対応した加工テーブル（固定治具）であり、力センサ２を内蔵した構成であり、被削材４を工作機械１０（図１の１６，１５，１４）に固定する。これによりθ１，θ２の角度で被削材４を自在に傾斜（回転）が可能である。加工テーブル１と工具３の移動によって、被削材４のベース部４ａから出た羽根面４ｂの形状となるように工具３によって切削する。

　加工テーブル１の下側の支持部（円盤状の回転テーブル１４との接続部分）に、図示するように４箇所に力センサ２（２ａ～２ｄ）が内蔵（組み込み）されている。なお加工テーブル１（下面）と回転テーブル１４（上面）との間に力センサ２が挟みこまれて配置されると捉えても同様である。これらの複数の力センサ２（２ａ～２ｄ）により、工具３による切削加工時に発生する、工具３と被削材４に加わる切削力を切削負荷（切削反力）として計測（検出）できるようになっている。

　なお加工テーブル１上の座標系Ｓ（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）での切削力を計測するためには、少なくとも３つの力センサ２（その出力値）を必要とする。本構成例では、図示のように４つの力センサ２（２ａ～２ｄ）を用い、それらの出力値からの演算（後述の３３）により、当該切削力（Ｓ系での表現）を測定する。

　［システム構成（２）］
　図４，図５に、本システムの切削力算出機能に関する構成例を示す。特に、制御ＰＣ３０で、切削力成分検出部３４等の処理により、工作機械１０の加工テーブル１の力センサ２の出力値に基づき、工具３と被削材４の加工面における切削力（特に切削力成分ｆｙ）を算出する。

　図４で、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム６０は、切削加工対象の被削材４及びその加工後の製品（部品など）に関するＣＡＤモデル（素材形状、図面情報）等のデータ（ｄ１）を作成し、制御ＰＣ３０等へ与える。被削材４（最初）の形状は任意、製品（部品）の形状は例えば複雑（３次元）曲面形状である。

　制御ＰＣ３０のＮＣプログラム生成部３１は、ＣＡＤモデル（ｄ１）からＮＣプログラム（ｄ２）を生成する。また切削加工シミュレーション部３２はＣＡＤモデル（ｄ１）をもとにＤＢ５０の格納情報（ｄ３～ｄ６）を作成する。力センサアンプ４０は力センサ２からの出力値を入力・モニタリングする。力センサ出力演算部３３は力センサ２の出力値を演算して切削力の測定値（ｄ２１）を得る。切削力成分検出（演算）部３４は、切削力の測定値（ｄ２１）と、工作機械座標値（ｄ３１）と、ＤＢ５０の情報（ｄ３～ｄ６）とを用いて、加工面での切削力成分（ｆｘ，ｆｙ）を算出する。状態（異常）検出部３５は、算出された切削力成分（特にｆｙ）を用いて切削加工の状態（異常）を判定し検知する。加工条件制御部３５は、検知された状態（異常）に応じて、工作機械１０の加工条件を制御する。

　なお切削加工シミュレーション部３２は制御ＰＣ３０外に分離されてもよい（例えばＣＡＤ／ＣＡＭシステム６０内でもよい）。ＤＢ５０は制御ＰＣ３０外に分離されてもよい。

　図５で、制御ＰＣ３０は、一般的なプロセッサ及びメモリ等によるソフトウェアプログラム処理により実現される処理部（機能部）として、ＮＣプログラム生成部３１、切削加工シミュレーション部３２、力センサ出力演算部３３、切削力成分検出（演算）部３４、状態（異常）検出部３５、加工条件制御部３６等を有する。ＤＢ５０（記憶装置）は、制御ＰＣ３０が管理しアクセス可能な手段であり、加工前情報記憶部５１、計測（加工中）情報記憶部５２、現在位置情報記憶部５３、演算結果記憶部５４などの各記憶領域（データ情報）を有する。

　制御ＰＣ３０は、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム６０からＣＡＤモデルデータ（ｄ１）を取得し、記憶部（５１）に格納し、ＣＡＭ機能を有するＮＣプログラム生成部３１により、ＣＡＤモデルデータ（ｄ１）等をもとに切削加工のＮＣプログラム（ｄ２）を生成し、記憶部（５１）に格納する。それと共に、切削加工シミュレーション部３２により、工作機械１０（工具３）における切削加工位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）（ｄ３）、及び姿勢情報（θ１，θ２）（ｄ４）を生成し、記憶部（５１）に保存しておく。

　更に、制御ＰＣ３０は、上記位置・姿勢情報（ｄ３，ｄ４）に基づき、切削加工シミュレーション部３２により予め切削力を計算し、その計算値（ｄ６）を記憶部（５１）に保存しておく。

　工作機械１０でＮＣプログラム（ｄ２）に従う切削加工中、力センサアンプ４０は、力センサ２（２ａ～２ｄ）からの出力値（切削力測定値）を入力し増幅し、力センサ出力演算部３３へ与える。４０は切削力のモニタリング部となっている。

　力センサ出力演算部３３は、力センサアンプ４０を通じて取得した複数の力センサ２（２ａ～２ｄ）の出力値（切削力）（図３の相対座標系Ｓでの表現）を、総合し座標変換（図６のような絶対座標系への変換）する演算により、切削力の測定値を得て、計測情報記憶部５２の領域にｄ２１として格納する。

　更に、切削加工中に工作機械１０（ＮＣ制御部２０）から取得可能な工作機械座標値（工具３により被削材４を加工している現在位置・姿勢）を、現在位置情報記憶部５３の領域にｄ３１として格納する。

　切削力成分演算部３４は、上記ＤＢ５０（５１，５２，５３）のデータ情報（予め用意された情報（ｄ３～ｄ６）及びリアルタイムで取得した情報（ｄ２１，ｄ３１））に基づき、力センサ２の出力値（その演算値であるｄ２１）から、状態の検知に必要となる、加工面の直角方向（方向ｂ）の切削力成分ｆｙなどの値（図６，図７等）を演算し、演算結果記憶部５４の領域に切削力成分（ｄ４１）として格納する。

　［切削力算出方向］
　図６，図７に、被削材４の加工面（例えば羽根面４ｂ）の切削加工中の切削力の方向について示す。図６では、加工テーブル１上に固定された曲面形状の被削材４（一部分）のベース部４ａ及び羽根面４ｂなどが工具３によって切削される状態を示している。図７は、図６に対応して、Ｓｘ-Ｓｙの平面で見たときの切削力及び方向について概略的に示している。

　図６で、被削材４は、工具３（概略円筒状）の切削加工のパス５の軌跡の繰り返しによって切削がなされる。パス５の曲線は、工具３で羽根面４ｂを切削する際の移動軌跡を示している。このとき、加工テーブル１（被削材４）及び工具３（主軸１３）は、図２のように工作機械１０によってＸ-Ｙ-Ｚ方向（３軸）の移動と共にθ１，θ２の回転（傾斜）の移動が制御される。なお被削材４側は固定として工具３側で３軸の移動が制御される形態などでも同様である。３ａは工具３の軸、３ｂはその軸３ａまわりの回転を示す。Ｆは切削力、Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚは切削力成分である（絶対座標系Ｆの（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）での切削力）。

　被削材４において、羽根面４ｂは、ベース部４ａ（曲面）に対して立った壁面（曲面）であるが、この羽根面４ｂは、工具３の先端や側面に対して垂直な加工面（同じく４ｂで示す）が存在する。そのためこの部分（加工面４ｂ）を切削するためには、切削の過程で、被削材４を旋回テーブル１４（θ１）で傾斜させ、更に回転テーブル１３（θ２）により所定の向きに羽根面４ｂを工具３の先端に沿わせて傾斜させた状態として、切削する必要がある。

　上記テーブル（１３，１４）の傾斜に伴い、力センサ２付きの加工テーブル１も傾斜する。そのため、工具３による被削材４の切削加工で加工テーブル１（力センサ２）から検出される切削力（出力値）は、工具３（工作機械１０）のＸ，Ｙ，Ｚ方向（絶対座標系）とは異なる切削力成分（相対座標系Ｓ（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）での切削力）となる。この現象について以下詳細に説明する。

　図６の状態で、パス５の曲線に従い工具３により羽根面４ｂを切削加工する際には、羽根面４ｂに沿って工具３と羽根面４ｂの切削面（加工面）とが相対的に姿勢を変化させながら、工具３が羽根面４ｂと成す角度が略一定となるように、テーブル（１３，１４）等を制御しながら切削加工がなされる。この際、被削材４を固定し力センサ２を備えた加工テーブル１も、時々刻々、位置・角度が変化することとなる。

　そのため、図示する工具３の切削力（Ｆ）の成分（工具３と被削材４との間（加工面）に発生する切削力成分）であるＦｘ，Ｆｙ，Ｆｚを得るためには、切削加工時に加工テーブル１の位置・角度（５軸）がいずれの状態であるかを示す情報（切削加工位置・姿勢情報（ｄ３，ｄ４））と、工具３がどの向きで羽根面４ａ（加工面）と接しているかを示す情報（方向情報（ｄ５））とを把握する必要がある。本実施の形態では、図４，図５等のように、このような情報（ｄ３～ｄ５）を予め算出してＤＢ５０に格納しておく処理（事前情報算出処理）を行う機能を有している。

　本システム（３５）は、上記工具３と被削材４との間に発生する切削力成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを算出する（絶対座標系での表現を求め、更に加工面の方向ａ，ｂでの成分（ｆｘ，ｆｙ，ｆｚ）を求める）。切削加工時、力センサ２の出力値をもとに、加工テーブル１上の座標系Ｓ（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）の各方向より被削材４に負荷される切削力が切削負荷（切削反力）として計測（検出）される（４０，ｄ２１）。力センサ出力演算部３３での演算により、工具３に加わる負荷（切削力Ｆ）は、上記計測値（座標系Ｓでの表現）及び加工テーブル１の姿勢（角度θ１とθ２）からの座標変換により、上記図６で示すＦｘ，Ｆｙ，Ｆｚ方向の成分として求められる。

　しかしながら、びびり振動などの異常を検知するには、更に、被削材４（羽根面４ｂ）と工具３とが接している加工面の面直角方向（方向ｂ）での切削力成分（ｆｙ）を算出する必要がある。即ち上記図６の絶対座標系での表現（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）から、上記加工面での方向（ａ，ｂ）の表現へ変換して切削力成分（ｆｘ，ｆｙ，ｆｚ）を算出する必要がある。

　上記加工面の方向（ａ，ｂ）での切削力成分（ｆｘ，ｆｙ）を算出するために、工具３と加工面とがどの位置・方向で接しているか知る必要がある。従来技術ではこの方向については、わからない／管理していない（工作機械の位置情報だけでは判定できない）が、本システムでは、図５等のように、予めＤＢ５０に上記工具３と加工面とが接する方向（角度）の情報を方向情報ｄ５として記憶させておく。それと共に、ＮＣプログラム（ｄ２）での切削加工位置・姿勢に対応した切削加工位置情報（ｄ３）及び姿勢情報（ｄ４）などを記憶させておく。

　図７では、上記の加工面での切削力成分及び方向ａ，ｂについて示している。加工面での切削力成分ｆｘは、工具送り方向（進行方向）（方向ａ）の成分であり、切削力成分ｆｙは、加工面の垂直方向（面直角方向）（方向ｂ）の成分である。なお被削材４（加工面）は実際には複雑な曲面であるが、図４では概略的に羽根面４ｂを垂直な壁面として図示している。

　制御ＰＣ３０は、実際の切削加工に伴い、加工機械１０（加工テーブル１の力センサ２）からの切削力（切削負荷）情報を得て演算（３３）して測定値（ｄ２１）を得て、工作機械１０の現在位置の座標値情報（ｄ３１）等を得ながら、上記ＤＢ５０（５１）に記憶しておいた方向情報（ｄ５）等と比較照合して演算（３４）することにより、工具３と被削材４とが接している加工面における工具３の進行方向（方向ａ）の切削力成分ｆｘ、及び当該加工面に対する面直角方向（方向ｂ）の切削力成分ｆｙなどを検出する（ｄ４１）。即ち切削加工中の工具３に加わる加工面を基準とした切削力成分（ｆｘ，ｆｙ，ｆｚ）が計測可能である。

　そして制御ＰＣ３０（異常検出部３５）は、上記切削力成分（特にｆｙ）を、びびり振動の発生や工具摩耗検知などの判定に用いる。これにより、３次元曲面の切削加工における切削異常などの正確な判定（検出）が可能となる。更に制御ＰＣ３０（加工条件制御部３６）は、上記判定（検出）した状態（異常）に応じて、加工条件の制御などが可能である（ＮＣ制御部２０やＮＣプログラム生成部３１へ連携する）。

　［事前情報算出処理］
　次に、図８に、本システム（制御ＰＣ３０）での事前情報算出処理として、切削位置情報（ｄ３）及び方向情報（切削力成分算出方向情報）（ｄ５）などを予め算出してＤＢ５０に格納しておく処理を示す。

　制御ＰＣ３０は、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム６０からの対象（例えば図３の被削材４の形状を含む）のＣＡＤモデルのデータ（ｄ１）を取得して対象の素材形状データを得てＤＢ５０（５１）に格納する。また前述のＮＣプログラム生成部３１によりＮＣプログラム（ｄ２）を生成してＤＢ５０（５１）に格納する。なおＮＣプログラム（ｄ２）の生成はＣＡＤ／ＣＡＭシステム６０で行われてもよい。

　次に、切削加工シミュレーション部３２により、ＮＣプログラム（ｄ２）とｄ１の素材形状データを用いて、切削加工シミュレーション処理の実行により、切削加工位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）（ｄ３）、姿勢情報（θ１，θ２）（ｄ４）、方向情報（切削力成分算出方向情報）（ｄ５）、切削力計算値（ｄ５）などを得て、これらを加工前のシミュレーションデータとして、ＤＢ５０（５１）に格納する。方向情報ｄ５は、方向ａ，方向ｂの情報を含む。切削力計算値（ｄ５）は、シミュレーションによる理想的な値を示す。

　（１）位置算出処理では、切削加工位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）毎の加工テーブル１上の座標系Ｓを基準とした位置（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）を算出し、ｄ３として格納する。なお絶対位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び姿勢（θ１，θ２）から相対位置（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）を得ていることに注意する。

　（２）方向算出処理では、上記相対位置（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）における工具３（工作機械１０）の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を基準とした加工面での切削力成分（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）の方向（ａ，ｂ）を算出し、ｄ５として格納する。

　（３）切削力計算処理では、上記相対位置（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）における工具３（工作機械１０）の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を基準とした加工面での切削力成分（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）を計算し、ｄ６として格納する。

　［切削加工中処理（切削力成分検出等）］
　次に、図９に、本システムで切削加工中処理として制御ＰＣ３０での切削力成分検出処理などを示す。工作機械１０での切削加工中、力センサ２の出力値（計測値）から、切削加工位置情報（ｄ３）及び方向情報（ｄ５）を入力として用いて、加工面での切削力成分（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）を演算（検出）し、状態検知などへ連携する処理の流れを示している。S201等は処理ステップを示す。

　（S200）　工作機械１０でＮＣプログラム（ｄ２）に従い切削加工が開始される。被削材４と工具３との間に切削力が発生する。この切削力に対し、回転テーブル１３上の加工テーブル１の力センサ２により、加工テーブル１の座標系Ｓを基準とした切削力が出力される。

　（S201）　加工テーブル１の力センサ２（２ａ～２ｄ）からの出力値を力センサアンプ４０で取得（入力）する。

　（S202）　力センサ出力演算部３３は、力センサアンプ４０の出力値を演算（座標変換等）することで、加工テーブル１上の相対座標系Ｓの相対位置（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）での切削力成分（図６）を取得し、計測情報記憶部５２に切削力（測定値）ｄ２１として格納する。

　（S203）　切削力成分演算部３４は、上記結果である相対位置（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）での切削力（測定値）ｄ２１と、ＤＢ５０（５１）の各情報（位置情報ｄ３，方向情報ｄ５等）の入力とを用いて、加工面で工具３に加わる切削力成分ｆｘ，ｆｙ，ｆｚを演算する。言い換えると、相対座標系Ｓでの切削力成分を、方向ａ，ｂの情報を用いて、加工面に対する切削力成分ｆｘ，ｆｙ，ｆｚへ変換する。図７のような各方向（ａ，ｂ）の成分ｆｘ，ｆｙへ切り分ける。切削力成分演算部３４は、得られた切削力Ｆ（成分ｆｘ，ｆｙ，ｆｚ）をＤＢ５０（演算結果記憶部５４）へ切削力成分ｄ４１として保存する。これにより工作機械１０のテーブル等が移動している切削加工中においても、正確な切削力の検出ができる。

　（S204）　そして、状態（異常）検出部３５により、上記ｄ４１の切削力成分や予めの計算値（ｄ６）を用いて、びびり振動などに関する所定の状態（異常）の判定処理（後述）を行い、状態（異常）を検出する。特に３５は、工具３と被削材４との加工面の垂直方向（ｂ）における切削力成分ｆｙと、予めの計算値（ｄ６）の対応する値とを比較し、びびり振動や工具摩耗などの異常を判定・検知する。これにより切削加工中でも正確な切削力を用いて異常の事前検知（予測）などができる。なお検知した状態（異常）は、例えば制御ＰＣ３０等のディスプレイ画面に表示したり、音声出力したりしてもよい。

　（S205）　更に、上記状態（異常）検出部３５で検出した状態（異常）に応じて、加工条件制御部３６により、加工中に、工作機械１０の加工条件の変更などの制御や、工具３等を停止させる制御などを実行することができる。これにより異常の防止などができる。

　（S206）　切削加工終了まで上記同様に繰り返す。

　［異常検知］
　次に、図１０に、制御ＰＣ３０での切削加工の異常検知（異常判定）の処理・構成例を示す。本異常検知の処理は、上述した切削力検出機能による切削力成分検出（演算）処理結果が前提として用いられる。

　（１）　まず、力センサ計測処理２０１（力センサアンプ４０等）によって、力センサ２の出力値を取得する。

　（２）　次に、切削力変換処理２０２（力センサ出力値演算部３３）により、上記力センサ２の出力値から、相対位置（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）で被削材４に加わる切削負荷を演算し、切削力（測定値）（ｄ２１）として取得する。

　（３）　次に、座標値取得処理２０３により、予め準備したＤＢ５０（５１）から、切削加工位置情報（ｄ３）及び切削力成分算出方向（ｄ５）の値を得る。

　（４）　次に、切削力変換方向算出処理２０８より、上記２０３で得た値を用いて、被削材４と工具３が接する加工面の垂直方向（方向ｂ）を算出する。

　（５）　次に、切削力演算処理２０４（切削力成分演算部３５）により、工具３に負荷される上記方向ｂの切削力成分ｆｙを算出する。

　（６）　またそれと同時に、切削力変換方向算出処理２０８から連携で、切削力閾値処理２０９にて、所定の切削加工位置（相対位置）の切削力閾値（ＴＡとする）を算出する。あるいは例えば事前に計算または設定してＤＢ５０（５１）内に格納しておいた閾値を読み出して取得してもよい。例えば閾値ＴＡは切削力成分ｆｙの大きさに関する異常判定用の基準的な閾値として予め登録される。

　（７）　異常検知閾値算出処理２０５で、上記処理２０９で得た閾値（ＴＡ）から、所定の切削加工位置（相対位置）での異常検知・判定用の閾値（ＴＢとする）を算出（決定）する。なお処理２０５を省略して基準の閾値ＴＡをそのまま用いた判定を２０６で行う形にしてもよい。

　（８）　異常判定処理２０６は、上記処理２０４で得られた切削力成分ｆｙと、上記処理２０５で得た閾値（ＴＢ）とを比較し、びびり振動や工具異常摩耗などの異常状態を判定・検知する。例えばｆｙ値が閾値ＴＢを超える場合、異常と判定される。あるいは、上記切削力成分ｆｙと、予めの切削力計算値（ｄ６）とを比較し、それらの差分が、上記閾値ＴＢを超える場合、異常と判定される。

　異常判定処理２０６では、対象となる現象（異常）に応じて、対応する閾値（判定指標）を用いて、判定処理を行う。例えば第１の異常判定処理として、第１の閾値（ｔ１）を用いて、びびり振動の有無を判定する。第２の異常判定処理として、第２の閾値（ｔ２）を用いて、工具摩耗を判定する。第３の異常判定処理として、切削力成分（ｆｙ）の信号の最大値と、予め設定された閾値（ｔ２）とを比較することで、工具摩耗の有無を判定する。第３の閾値（ｔ３）を用いて、欠損を判定する。

　［加工条件制御］
　次に、図１１～図１５に、上記異常検知・判定に関する詳細構成例として、異常を発生前に回避するための加工条件の算出・制御に関する構成例を示す。加工条件制御部３６を用いて切削力などの加工条件を制御する。

　工作機械１０では、初期設定した加工条件（ＮＣプログラム（ｄ２）に反映）に対し、オーバーライド量を掛けることによって、加工条件を動的に制御することが可能である。オーバーライド量を掛けるパラメータとして、一般的には、主軸１３の回転速度や工具３の送り速度があり、オーバーライド量を０～２００％の範囲で変更することが可能となっている。以下では、このようなオーバーライド量を変更することで加工条件を変更（制御）する構成例を説明するが、これに限らず、加工条件を直接的に変更する方式なども適用可能である。

　［オーバーライド量変化率の設定方法］
　図１１（ａ），（ｂ）に、オーバーライド量変化率の設定方法について示す。上記びびり指標（閾値ｔ１）から適用するオーバーライド量変化率（αとする）の変換グラフを示す。びびり指標（閾値ｔ１）とは、びびり振動の発生を評価するパラメータの１つであり、切削力成分の計測値をＦＦＴ（高速フーリエ変換）にて周波数ごとの振幅強度を求め、切削周波数成分と工具３の共振点付近のびびり振動周波数成分との振幅比をとった値である。この比が大きいほど、びびり振動が発生しやすくなる。

　図１１では、びびり指標（閾値ｔ１）に対応する判定用の閾値をｃ１とする。３５は、びびり指標の値がｃ１を超えたとき、びびり振動の発生と判断し、その値に応じて図示の変換グラフに従い、オーバーライド量変化率（α）を求めて、オーバーライド量を変更する（α値を掛ける）。即ち現在のオーバーライド量に上記α値を乗算することにより、新しいオーバーライド量を得る。さらに、上記算出した新しいオーバーライド量を、加工条件の初期設定値と乗算することにより、加工条件を更新していく。

　例えば図１１（ａ）では、オーバーライド量変化率（α）を階段状に変化させる例を示している。びびり指標の値が判定用の閾値ｃ１を大きく超えるほど（ｃ５，ｃ６，ｃ７等）、オーバーライド量変化率（α）を大きくとり（ｐ３，ｐ２，ｐ１等）、超える大きさが小さいときはα値を小さくとる。これにより、速やかにびびり振動を（発生前に平常状態へ）収束させることができる。

　また、びびり指標の値が閾値ｃ２よりも小さいときは、プラスのオーバーライド量変化率（α）を設定し、より加工効率を高める方向に制御する。このとき、びびり指標の値ｃ１～ｃ２の間を、α＝０％とすることにより、制御のチャタリングを防止することができる。プラスのオーバーライド量変化率（α）も、びびり指標の値がｃ２を大きく下回るほど大きな値を、ｃ２に近いときには小さな値をとるように設定する。

　図１１（ａ）の例に限らず、例えば図１１（ｂ）のように、直線や曲線を用いることもできる。特に、Ａのような曲線の場合、びびり指標の値がｃ１やｃ２に近いところでは変化率（α）が小さくなっており、制御のチャタリングをより防止する効果がある。

　［安定限界線図］
　また、図１２には、一般的な切削加工条件での安定限界線図を示す。図１１のオーバーライド量変化率（α）のステップ幅（ST）を設定する方法について説明する。

　図１２で、Ａで示す安定限界線より下の領域は、びびり振動が発生しない安定条件（安定領域）を示し、安定限界線より上の領域は、びびり振動が発生して不安定な加工となる不安定条件（不安定領域）を示す。横軸は工具回転数（min^-1）（工具３の軸３ａ周りの回転数）、縦軸は軸切込量（ｋとする）（被削材４に工具３（軸３ａ）を切り込む量）を示す。PWは周期の幅である。Ａの安定限界線は、図示のように周期的にピーク値をとり、そのピーク位置（ｐとする）は、式（１）：ｐ＝６０・ｆ０／（Ｎ・ｎ）、で表される。工具３の固有振動数をｆ０、チップの枚数をＮとする。ｎは１以上の整数をとる。

　加工能率を上げる方法の一つとして、軸切込量（ｋ）を大きくして単位時間あたりの除去量を大きくする方法が有効である。びびり振動を発生させないで軸切込量（ｋ）を大きくするためには、Ａの安定限界線の安定領域内でピーク位置の加工条件を使用することが有効である。例えばｆの点である。したがって、初期加工条件の導出の際には、前述のシミュレーション等を用いて、図１２のような値を算出し、初期加工条件を導出することができる。

　しかしながら、工具３や被削材４の材料特性や形状寸法の誤差などにより、Ａの安定限界線には誤差が含まれるため、必ずしも導出された条件が最適であるとは限らない。そこで、前述の図１１で示した方式を用いて、加工条件を安定限界線（Ａ）のピーク位置へ誘導する。例えばｆの点を上方のピーク位置の点へ近付ける。このとき、例えば図１１（ａ）のオーバーライド量変化率（α）のステップ幅STは、図１２の幅PWの数分の一（例えば１／５以下）程度であることが望ましい。

　［オーバーライド量の上限］
　また、図１３に、びびり振動が発生してしまった場合にそのびびり振動が発生したオーバーライド量を再度使用しないために、オーバーライド量の上限（上限値）を決定（設定）する方法について示す。図１３では、図１１（ａ）を用いてオーバーライド量変化率（α）を決定した場合におけるオーバーライド量（Ｖとする）の変化（例）を表している。初期加工条件で切削加工を開始し、時間０～Ｔ３までは、びびり振動が発生していないと判定されたため、オーバーライド量変化率（α）はプラスとなり、オーバーライド量（Ｒ）が増加していく。オーバーライド量（Ｖ）が増加することにより、びびり振動が発生しやすい条件となり、びびり指標の値が判定用閾値（図１１のｃ１）を超えたところ（時点Ｔ３）で、びびり振動発生と判定される。このときのオーバーライド量（Ｖ）であるｖ３を記憶しておく。このようにびびり振動発生と判定されると、びびり振動を抑制するためオーバーライド量（Ｖ）を減少させる。一定時間経過後、びびり振動が再発していなければ、またオーバーライド量（Ｖ）を増加させていくが、上記びびり振動が発生したとき（Ｔ１）に記憶しておいたオーバーライド量ｖ３よりも小さい値（例えばｖ３の９０％の値）を上限値としておく。これにより、一度びびり振動を発生させた条件を再度使用しないようにすることで、安定した加工を実現できる。

　また図１３では、時点Ｔ４（オーバーライド量ｖ４）で再度びびり振動を検出したとする。そのため、びびり振動を検出したオーバーライド量をそのｖ４として記憶し直し（更新）、同様に、びびり振動を抑制するようにオーバーライド量（Ｖ）を減少させる。一定時間経過後、びびり振動が再発していなければ、再度オーバーライド量（Ｖ）を増加させる。例えば時点Ｔ５でｖ４の９０％の値（ｖ５）に達したため、オーバーライド量の増加を停止させる。

　［オーバーライド量の設定のアルゴリズム（１）］
　また図１４に、図１１（ａ）の制御を実現するアルゴリズムを示す。

　（１）初期値を設定する。オーバーライド量（Ｖ）とオーバーライド変化率（ここではδとする）の初期値を１００とし、オーバーライド量の上限値（ＶＣとする）を、オーバーライド量が取り得る最大値（max）を設定する。（２）その後、びびり指標の値（ここではＨとする）を算出する。

　（３）上記びびり指標の値Ｈが所定の判定用閾値値ｃ１以上である場合（Ｈ≧ｃ１）、びびり振動が発生していると判定する。そして、以下、図１１（ａ）に示す階段状のオーバーライド量変化率（α＝δ）の設定条件をびびり指標値Ｈの大きさに応じて分岐するフローによってα＝δ値を確定する。例えばＨ＜ｃ５の場合はδ＝ｐ４、Ｈ＜ｃ６の場合はδ＝ｐ３、Ｈ＜ｃ７の場合はδ＝ｐ２、それ以外はδ＝ｐ１、となる。

　（４）上記オーバーライド量変化率（δ）の確定後、現在のオーバーライド量（Ｖ）を、オーバーライド上限値（ＶＣ）に代入して新たな上限値とする。（５）更に、現時点の時刻（ｔ）をＴｃに記憶する。（６）次に、現在のオーバーライド量（Ｖ）とオーバーライド量変化率（δ）を乗算することにより、新しいオーバーライド量（Ｖ）を算出する。（７）当該新しいオーバーライド量（Ｖ）を記憶する。記憶された新オーバーライド量（Ｖ）は、新しい加工条件を算出するために用いられる。

　（８）前記びびり指標の値Ｈがｃ１未満であった場合（Ｈ＜ｃ１）、例えばＨ＞ｃ２の場合はδ＝１００とする。Ｈ＜ｃ２の場合、びびり振動が発生していないと判断して、現在時刻（ｔ）と前記記憶されたＴｃとの差（ｔ－Ｔｃ）が所定値（ここではＴ１とする）以上であるか判定する。これは、びびり振動が最後に発生した時刻からの経過時間を判定するものであり、所定値Ｔ１以上の時間が経過した場合、びびり振動が抑制されたと判定するものである。

　（９）上記びびり振動が抑制されたと判定された場合、図１１（ａ）に示す階段状のオーバーライド量変化率（α）の設定条件をびびり指標の値Ｈの大きさに応じて分岐するフローで値を確定する。例えばＨ＞ｃ３の場合はδ＝ｐ５、Ｈ＞ｃ４の場合はδ＝ｐ６、それ以外はδ＝ｐ７となる。

　そして前記（６），（７）の処理を同様に行い、新オーバーライド量（Ｖ）を算出して記憶する。以上を繰り返し実行する。

　［オーバーライド量の設定のアルゴリズム（２）］
　また図１５には、図１１（ｂ）の制御を実現するアルゴリズムを示す。図１４でのオーバーライド量変化率（α）を求める部分（（３），（９））が、図１５では、びびり指標（Ｈ）の関数（ｆ，ｇ）となっている。（３）例えばびびり指標の値Ｈがｃ１以上の場合、びびり振動が発生していると判断して、関数ｆを用いてδ値を決める。（９）またびびり指標の値Ｈがｃ２未満の場合には、びびり振動に対して余裕があると判断して、関数ｇを用いてδ値を決める。びびり指標の値Ｈがｃ１より大きくｃ２以下の場合は、チャタリング防止のため、δ＝１００とする。

　以上のような処理（アルゴリズム）により、加工条件によらず、一定の閾値で、びびり振動の発生を判定できるため、適切に閾値を設定することができ（前記図１０の２０９，２０５等）、これにより異常検知の精度が向上する。また、びびり振動が発生する直前の加工条件で安定的で高能率な切削加工が実現できる。

　［効果等］
　以上説明したように、本実施の形態によれば、５軸加工機（工作機械１０）で曲面形状の被削材４を固定した加工テーブル１（被削材固定治具）が回転・傾斜して移動するような切削加工の状態においても、加工面での被削材４と工具３に加わる切削力（成分）を正確に測定（検出）できる。その結果、切削中におけるびびり振動や工具摩耗過大や欠損などの異常をその発生前に検知することができ、加工条件を好適に制御することができる。従って、切削加工の高能率化とこれによる加工品の低コスト化などを実現できる。

　以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。変形例として以下が可能である。

　（１）　状態検出部３５や加工条件制御部３６を備えない形態としてもよい。切削力成分検出部３４で切削力成分（ｆｙ等）を検出するまででも相応（特有）の効果がある。

　（２）　切削加工の実行の前に、事前情報算出処理（図８）として、各データ情報（ｄ１～ｄ６）を算出・取得して予めＤＢ５０（５１）に格納しておく構成としたが、これに関して、制御ＰＣ３０や工作機械１０のハードウェア・ソフトウェア等の性能（その高さ）によっては、事前に限らず、リアルタイム（並列）で同様データ情報を算出して処理する形態とすることも可能である。

　本発明は、切削加工を行う機械やシステムに利用可能である。

　１…加工テーブル、２（２ａ～２ｄ）…力センサ、３…工具（切削工具）、４…被削材、４ａ…ベース部、４ｂ…羽根面（加工面）、５…パス、１０…工作機械（切削加工装置）、１１…フレーム、１２…主軸テーブル、１３…主軸、１４…回転テーブル、１５…旋回テーブル、１６…Ｘ移動テーブル、２０…ＮＣ制御部（ＮＣ制御装置）、３０…制御ＰＣ（切削加工制御装置）、３１…ＮＣプログラム生成部、３２…切削加工シミュレーション部、３３…力センサ出力演算部、３４…切削力成分検出（演算）部、３５…状態検出部（異常検出部）、３６…加工条件制御部、４０…力センサアンプ、５０…ＤＢ（記憶装置）、５１…加工前情報記憶部、５２…計測情報記憶部、５３…現在位置情報記憶部、５４…演算結果記憶部、６０…ＣＡＤ／ＣＡＭシステム、１００…本システム（切削加工システム）。

Claims (11)

1. 　切削加工を行う工作機械とその制御装置を含んで成る切削加工システムであって、
   　前記工作機械は、被削材を固定する治具と、前記被削材を切削加工する工具と、前記治具に組み込まれた力センサと、前記治具に固定された被削材を対象としてＮＣプログラムに従い前記治具及び工具を移動制御して前記被削材を３次元曲面の形状に切削加工する処理を行うＮＣ制御部とを有し、
   　前記制御装置は、前記工作機械での切削加工中における前記工具と被削材との加工面に加わる切削力を検出する機能を有し、
   　前記制御装置は、
   　前記ＮＣプログラムを生成する第１の処理部と、
   　前記切削加工のシミュレーション処理により、前記切削加工の位置情報と、当該位置ごとに前記加工面で切削力が発生する面直角方向を含む方向情報と、を算出してＤＢに格納する第２の処理部と、
   　前記切削加工中に前記力センサの出力値を取得して演算することで前記切削力の測定値を得る第３の処理部と、
   　前記切削力の測定値と、現在の切削加工位置と、前記ＤＢの情報とを照合して、前記切削加工中の前記工具と被削材との加工面での面直角方向を含む方向の切削力成分を演算して検出する第４の処理部と、を有すること、を特徴とする切削加工システム。
2. 　請求項１記載の切削加工システムにおいて、
   　前記第２の処理部は、前記加工面で切削力が発生する方向として、前記工具の送り方向と、前記面直角方向と、の２つを算出し、
   　前記第４の処理部は、前記工具の送り方向の切削力成分と、前記面直角方向の切削力成分とを算出すること、を特徴とする切削加工システム。
3. 　請求項１記載の切削加工システムにおいて、
   　前記第２の処理部の処理を前記切削加工の事前に実行して前記ＤＢの情報を準備しておき、前記切削加工の実行中に前記ＤＢの情報を読み出して用いること、を特徴とする切削加工システム。
4. 　請求項１記載の切削加工システムにおいて、
   　前記工作機械は、５軸加工機であり、前記被削材を固定する治具である加工テーブルと、前記加工テーブルを第１の軸で回転させる第１のテーブルと、前記第１のテーブルを第２の軸で旋回させる第２のテーブルと、前記第２のテーブルを第１方向に移動させる第３のテーブルと、前記工具を第２方向及び第３方向に移動させる第４のテーブルとを有し、
   　前記加工テーブルまたは前記加工テーブルと第１のテーブルとの間に前記力センサが組み込まれた構成であること、を特徴とする切削加工システム。
5. 　請求項１記載の切削加工システムにおいて、
   　前記制御装置は、前記切削加工中に前記工具と被削材の振動に関する異常を検知する処理を含む状態検出処理を行う第５の処理部を有し、
   　前記第２の処理部は、前記シミュレーション処理で前記位置情報及び方向情報を用いて予め前記切削力を計算して前記ＤＢに格納する処理を行い、
   　前記第５の処理部は、前記第４の処理部で検出した切削力成分と、対応する位置の前記ＤＢの切削力の計算値とを比較して、前記異常を判定し検知する処理を行うこと、を特徴とする切削加工システム。
6. 　請求項５記載の切削加工システムにおいて、
   　前記制御装置は、前記第５の処理部で検知した異常または状態に応じて、前記工作機械の切削加工の加工条件を制御する処理を行う第６の処理部を有すること、を特徴とする切削加工システム。
7. 　請求項５記載の切削加工システムにおいて、
   　前記第２の処理部は、前記第５の処理部で異常を検知する際に用いる閾値の情報を前記ＤＢに設定する処理を行い、
   　前記第５の処理部は、前記第４の処理部で検出した切削力成分の大きさが前記閾値を越える場合、あるいは、前記切削力成分の大きさと前記ＤＢの切削力の計算値の大きさとの差分が前記閾値を超える場合、前記異常の状態であると判定すること、を特徴とする切削加工システム。
8. 　請求項７記載の切削加工システムにおいて、
   　前記第６の処理部は、前記第５の処理部での異常の判定での前記閾値との差分値に応じて、前記切削加工の加工条件に対して乗算するオーバーライド量を変化させる処理を行うこと、を特徴とする切削加工システム。
9. 　切削加工を行う工作機械とその制御装置を含んで成る切削加工システムにおいて前記工作機械での切削加工中における前記工具と被削材との加工面に加わる切削力を検出する処理を含む切削加工の処理を行う切削加工方法であって、
   　前記工作機械は、被削材を固定する治具と、前記被削材を切削加工する工具と、前記治具に組み込まれた力センサと、前記治具に固定された被削材を対象としてＮＣプログラムに従い前記治具及び工具を移動制御して前記被削材を３次元曲面の形状に切削加工する処理を行うＮＣ制御部とを有し、
   　前記制御装置において、
   　前記ＮＣプログラムを生成する処理を行う第１の工程と、
   　前記切削加工のシミュレーション処理により、前記切削加工の位置情報と、当該位置ごとに前記加工面で切削力が発生する面直角方向を含む方向情報と、を算出してＤＢに格納する処理を行う第２の工程と、
   　前記切削加工中に前記力センサの出力値を取得して演算することで前記切削力の測定値を得る第３の工程と、
   　前記切削力の測定値と、現在の切削加工位置と、前記ＤＢの情報とを照合して、前記切削加工中の前記工具と被削材との加工面での面直角方向を含む方向の切削力成分を演算して検出する処理を行う第４の工程と、を有すること、を特徴とする切削加工方法。
10. 　請求項９記載の切削加工方法において、
    　前記制御装置において、前記切削加工中に前記工具と被削材の振動に関する異常を検知する処理を含む状態検出処理を行う第５の工程を有し、
    　前記第２の工程では、前記シミュレーション処理で前記位置情報及び方向情報を用いて予め前記切削力を計算して前記ＤＢに格納する処理を行い、
    　前記第５の工程では、前記第４の工程で検出した切削力成分と、対応する位置の前記ＤＢの切削力の計算値とを比較して、前記異常を判定し検知する処理を行うこと、を特徴とする切削加工方法。
11. 　請求項１０記載の切削加工方法において、
    　前記制御装置において、前記第５の工程で検知した異常または状態に応じて、前記工作機械の切削加工の加工条件を制御する処理を行う第６の工程を有すること、を特徴とする切削加工方法。

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