(57)【要約】【課題】  高精度に回転切削工具の撓みを検知し、撓みによる加工誤差を予測して、工具の制御情報を補正する切削加工システムを提供する。【解決手段】  切削力によって回転切削工具が撓むことで生じる歪を測定する歪センサが、回転切削工具の外周上に少なくとも工具軸方向に2つ以上配置され、回転切削工具が撓む際の回転切削工具の回転角度を検出する回転角検出装置が加工機に設置され、切削加工時の前記複数の歪センサからの歪データと、回転角検出装置からの回転角データとを所定のサンプリングタイム毎に測定データとして出力する測定データ出力装置と、前記測定データを受信し、測定データの歪データから回転切削工具の工具軸方向における歪分布と、測定データの回転角データから回転切削工具の回転角を算出し、回転切削工具の歪分布と回転角に基づき回転切削工具の撓みと撓みに基づく加工誤差を算出する加工誤差測定装置とを備える。【選択図】  図１
2020089924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転切削工具を取り付け可能な主軸を有する加工機と、
測定データ出力装置と、
回転切削工具の撓みに起因する加工誤差を算出する加工誤差測定装置と、
を備える切削加工システムであって、
前記回転切削工具の外周上に、第１及び第２の歪センサが、それぞれ工具軸方向に配置され、ここで、前記第１の歪センサの配置位置と、前記第２の歪センサの配置位置と、は前記回転切削工具の回転方向にずれており、  前記回転切削工具の回転角度を検出する回転角検出装置が、前記加工機に設置され、
前記測定データ出力装置は、切削加工時の前記第１及び第２の歪センサからの歪データと、前記回転角検出装置からの回転角データと、を所定のサンプリングタイム毎に測定データとして出力し、
前記加工誤差測定装置は：
（１）前記測定データを受信し、
（２）前記測定データに基づき、前記回転切削工具の工具軸方向における歪分布と、前記回転切削工具の回転角と、を算出し、
（３）前記歪分布、前記回転角、前記回転切削工具の剛性、および前記主軸の剛性に基づき、前記回転切削工具の切れ刃接線方向の撓み、および工具半径方向の撓みを算出し、
（４）前記切れ刃接線方向の撓みと、前記工具半径方向の撓みと、前記回転角と、に基づき、被削材のｘ軸およびｙ軸方向の工具撓みに変換し、切削加工後に被削材へ残る加工誤差として算出する、
ことを特徴とする切削加工システム。
【請求項２】
前記加工誤差測定装置は、前記加工誤差を算出後、更に、
（５）前記加工誤差を補正するための前記加工機の制御情報を生成しNC装置へ送信する、
ことを特徴とする請求項１に記載の切削加工システム。
【請求項３】
前記加工誤差測定装置は、前記加工誤差を算出後、更に、
（６）算出した各加工誤差を記憶部へ記録する処理を繰り返し、
（７）加工終了後、記録した加工誤差を表示部に表示する、
ことを特徴とする請求項１に記載の切削加工システム。
【請求項４】
前記第１の歪センサは、前記工具半径方向の切削力Frに起因する歪の検知用として、前記回転切削工具の切れ刃の先端から工具の外周上、工具軸方向に引いた第１の切れ刃線上に配置され、
前記第２の歪センサは、前記切れ刃接線方向の切削力Ftに起因する歪の検知用として、前記第１の切れ刃線を回転切削工具の軸周りに90°回転させた第２の切れ刃線上に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の切削加工システム。
【請求項５】
前記回転角検出装置は、前記回転切削工具の回転角を測定する装置であり、前記回転切削工具を保持するホルダー下部または前記加工機に設置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の切削加工システム。
【請求項６】
前記第１及び第２の歪センサは歪ゲージあるいはピエゾ素子であり、前記回転角検出装置はジャイロセンサ、電磁ピックアップ、またはレゾルバである、
ことを特徴とする請求項１に記載の切削加工システム。
【請求項７】
主軸に取付けられた回転切削工具を回転させながら、切れ刃を被削材に当てることで切削加工を行う加工機の回転切削工具の撓みに起因する加工誤差を測定する加工誤差測定方法であって、
前記回転切削工具の外周上に、第１及び第２の歪センサを、それぞれ工具軸方向に配置し、ここで、前記第１の歪センサの配置位置と、前記第２の歪センサの配置位置と、は前記回転切削工具の回転方向にずれており、
前記回転切削工具の回転角度を検出する回転角検出装置を前記加工機に設置し、
測定データ出力装置が、切削加工時の前記第１及び第２の歪センサからの歪データと、前記回転角検出装置からの回転角データと、を所定のサンプリングタイム毎に測定データとして出力し、
加工誤差測定装置が、
前記測定データを受信し、
前記測定データに基づき、前記回転切削工具の工具軸方向における歪分布と、前記回転切削工具の回転角と、を算出し、
前記歪分布、前記回転角、前記回転切削工具の剛性、および前記主軸の剛性に基づき、前記回転切削工具の切れ刃接線方向の撓み、および工具半径方向の撓みを算出し、
前記切れ刃接線方向の撓みと、前記工具半径方向の撓みと、前記回転角と、に基づき、被削材のｘ軸およびｙ軸方向の工具撓みに変換し、切削加工後に被削材へ残る加工誤差として算出する、
ことを特徴とする加工誤差測定方法。
【請求項８】
前記加工誤差測定装置が、前記加工誤差を算出後、更に、前記加工誤差を補正するための前記加工機の制御情報を生成し、NC装置へ送信することを特徴とする請求項７に記載の加工誤差測定方法。
【請求項９】
前記加工誤差測定装置が、前記加工誤差を算出後、更に、算出した各加工誤差を記憶部へ記録する処理を繰り返し、加工終了後、記録した加工誤差を表示部に表示することを特徴とする請求項７に記載の加工誤差測定方法。
【請求項１０】
前記第１の歪センサは、前記工具半径方向の切削力Frに起因する歪の検知用として、前記回転切削工具の切れ刃の先端から工具の外周上、工具軸方向に引いた第１の切れ刃線上に配置され、
前記第２の歪センサは、前記切れ刃接線方向切削力Ftに起因する歪の検知用として、前記第１の切れ刃線を回転切削工具の軸周りに90°回転させた第２の切れ刃線上に配置されることを特徴とする請求項７に記載の加工誤差測定方法。
【請求項１１】
主軸に取付けられた回転切削工具を回転させながら、切れ刃を被削材に当てることで切削加工を行う加工機に接続されて、回転切削工具の撓みに起因する加工誤差を算出する加工誤差測定装置であって、
前記回転切削工具の外周上に、第１及び第２の歪センサが、それぞれ工具軸方向に配置され、ここで、前記第１の歪センサの配置位置と、前記第２の歪センサの配置位置と、は前記回転切削工具の回転方向にずれており、
前記回転切削工具の回転角度を検出する回転角検出装置が前記加工機に設置され、
切削加工時の前記第１及び第２の歪センサからの歪データと、前記回転角検出装置からの回転角データと、を所定のサンプリングタイム毎に測定データとして受信し、
前記測定データに基づき、前記回転切削工具の工具軸方向における歪分布と、前記回転切削工具の回転角と、を算出し、
前記歪分布、前記回転角、前記回転切削工具の剛性、および前記主軸の剛性に基づき、前記回転切削工具の切れ刃接線方向の撓み、および工具半径方向の撓みを算出し、及び
前記切れ刃接線方向の撓みと、前記工具半径方向の撓みと、前記回転角と、に基づき、被削材のｘ軸およびｙ軸方向の工具撓みに変換し、切削加工後に被削材へ残る加工誤差として算出する、
ことを特徴とする加工誤差測定装置。
【請求項１２】
前記加工誤差を算出後、更に、前記加工誤差を補正するための前記加工機の制御情報を生成しNC装置へ送信することを特徴とする請求項１１に記載の加工誤差測定装置。
【請求項１３】
前記加工誤差を算出後、更に、算出した各加工誤差を記憶部へ記録する処理を繰り返し、加工終了後、記録した加工誤差を表示部に表示することを特徴とする請求項１１に記載の加工誤差測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削加工システム、加工誤差測定方法、および加工誤差測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械における切削加工中は、被削材から切削工具に切削力が作用することで、切削工具が所定の位置からずれ、所望の加工精度が得られない問題がある。特にエンドミルなどの回転切削工具を用いた加工では、工具の弾性変形が最も加工誤差に影響を与えるため回転切削工具の撓みを検知し、工具の制御情報を補正する技術が必要となる。
【０００３】
従来では、作業者の経験に基づき加工条件を変更することで、工具撓みを抑制している。しかし、作業者の経験に依存することや、加工条件変更に伴い加工工数が増加するなどの問題がある。また、シミュレーションを用いて、計算された切削力をもとに工具撓みを予測し、予め加工条件を補正する例も報告されているが、加工条件毎に切削力係数を事前に求める必要があり、様々な加工条件への適用は容易ではない。
【０００４】
回転切削工具に作用する曲げ力およびその曲げ方向を測定する装置が、特開平９−１７４３８４号公報（特許文献1）に記載されている。この公報には、「機械本体に固定された固定部分と回転切削工具との間にベアリングを配置し、前者を一定位置に保持しかつ後者を軸線方向に移動自在とし、これらの間を、コイルスプリングにより引張力を受けた複数のアモルファス磁歪フィルムで接続し、これらアモルファス磁歪フィルムに対応して励磁・検出コイルを設置したものであり、回転切削工具に曲げ力が作用するとアモルファス磁歪フィルムに歪が生じ、この歪を励磁・検出コイルで検出して解析することにより回転切削工具に作用する曲げ力及びその曲げ方向を測定するようにしている。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１７４３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献1には、回転切削工具に作用する切削力およびその方向を測定する方法および装置が記載されている。しかし、特許文献1に記載された装置は、切削力を測定することはできても、その切削力による工具の撓みを高精度に検知することはできない。なぜなら、工具の撓みは切削力だけでなく、工具を保持する加工機主軸部の剛性および工具における切削力の分布形態にも大きく関係するためである。
【０００７】
そこで、本発明では、加工機主軸部の剛性および工具の切削力分布形態をも考慮することで、高精度に回転切削工具の撓みを検知し、撓みによる加工誤差を予測して、工具の制御情報を補正することを特徴とする切削加工システム、加工誤差測定方法、および加工誤差測定装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の切削加工システムの好ましい例では、回転切削工具を取り付け可能な主軸を有する加工機と、測定データ出力装置と、回転切削工具の撓みに起因する加工誤差を算出する加工誤差測定装置とを備える切削加工システムであって、前記回転切削工具の外周上に、第１及び第２の歪センサが、それぞれ工具軸方向に配置され、ここで、前記第１の歪センサの配置位置と、前記第２の歪センサの配置位置と、は前記回転切削工具の回転方向にずれており、前記回転切削工具の回転角度を検出する回転角検出装置が、前記加工機に設置され、前記測定データ出力装置は、切削加工時の前記第１及び第２の歪センサからの歪データと、前記回転角検出装置からの回転角データと、を所定のサンプリングタイム毎に測定データとして出力し、前記加工誤差測定装置は：（１）前記測定データを受信し、（２）前記測定データに基づき、前記回転切削工具の工具軸方向における歪分布と、前記回転切削工具の回転角と、を算出し、（３）前記歪分布、前記回転角、前記回転切削工具の剛性、および前記主軸の剛性に基づき、前記回転切削工具の切れ刃接線方向の撓み、および工具半径方向の撓みを算出し、（４）前記切れ刃接線方向の撓みと、前記工具半径方向の撓みと、前記回転角と、に基づき、被削材のｘ軸およびｙ軸方向の工具撓みに変換し、切削加工後に被削材へ残る加工誤差として算出する、ことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の加工誤差測定方法の好ましい例では、主軸に取付けられた回転切削工具を回転させながら、切れ刃を被削材に当てることで切削加工を行う加工機の回転切削工具の撓みに起因する加工誤差を測定する加工誤差測定方法であって、前記回転切削工具の外周上に、第１及び第２の歪センサを、それぞれ工具軸方向に配置し、ここで、前記第１の歪センサの配置位置と、前記第２の歪センサの配置位置と、は前記回転切削工具の回転方向にずれており、前記回転切削工具の回転角度を検出する回転角検出装置を前記加工機に設置し、測定データ出力装置が、切削加工時の前記第１及び第２の歪センサからの歪データと、前記回転角検出装置からの回転角データと、を所定のサンプリングタイム毎に測定データとして出力し、加工誤差測定装置が、前記測定データを受信し、前記測定データに基づき、前記回転切削工具の工具軸方向における歪分布と、前記回転切削工具の回転角と、を算出し、前記歪分布、前記回転角、前記回転切削工具の剛性、および前記主軸の剛性に基づき、前記回転切削工具の切れ刃接線方向の撓み、および工具半径方向の撓みを算出し、前記切れ刃接線方向の撓みと、前記工具半径方向の撓みと、前記回転角と、に基づき、被削材のｘ軸およびｙ軸方向の工具撓みに変換し、切削加工後に被削材へ残る加工誤差として算出する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、実際に加工中のデータを用いて回転切削工具の撓みを検知し、加工誤差を予測することができるため、経験が少ない作業者でも、加工誤差を考慮した加工条件の調整が容易となり、加工精度および加工能率向上の効果が得られる。例えば、直径10ｍｍの２枚刃エンドミルで炭素鋼（S45C）の角材を側面加工した場合、本発明を適用することで、工具の歪から工具の撓みおよび加工誤差を算出することができるため、撓みによる加工誤差を約80%低減できる。
【００１１】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明より明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】回転切削工具の撓みとそれに伴う加工誤差を測定する切削加工システムの概略的な構成図である。
【図２】加工誤差測定装置の構成図である。
【図３】回転切削工具への歪センサの設置様態を説明する図である。
【図４】加工中の回転切削工具における工具軸方向の歪の分布を示す図である。
【図５】回転切削工具における撓みの相互関係を示す図である。
【図６】加工誤差測定装置における加工誤差算出処理のフローチャートの例である。
【図７】加工誤差算出処理において、算出した加工誤差を加工終了後に表示して人の解析に提供するフローチャートの例である。
【図８】加工中の回転切削工具の歪を示す図である。
【図９】撓みによる加工誤差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施例を図１〜９を用いて説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、回転切削工具３の撓みとそれに伴う加工誤差を予測する切削加工システム１の概略的な構成を示す図である。
加工機本体２と、測定データを出力する測定データ出力装置９と、測定データから回転切削工具の撓みおよび加工誤差を計算する加工誤差測定装置１０から構成されている。
【００１５】
加工機本体２（以後、単に加工機と呼ぶことがある）は、ＮＣ装置１１によって制御されており、加工機内のテーブル上に被削材８を固定し、加工機主軸７に固定されたホルダー６を介して回転切削工具３を保持し、回転切削工具３を工具軸線回りに回転させて被削材８と接触させることで加工を行う。図１では、加工方法の例として、回転切削工具３を用いた側面加工を図示しているが、溝加工およびその他の切削加工においても適用することができる。
【００１６】
切削力が工具に作用すると工具が撓むことで歪が生じるため、歪センサ４を用いて回転切削工具３の歪を測定し、回転角検出装置５より、そのときの回転切削工具３の回転角を測定する。なお、歪センサ４は、歪を測定するセンサであり、歪ゲージあるいはピエゾ素子でも良い。また、回転角検出装置５は、回転切削工具３の回転角を測定する装置であり、ジャイロセンサや電磁ピックアップ、レゾルバなどを利用しても良い。
【００１７】
歪センサ４、および回転角検出装置５への電力供給は例えば電池を保持させることなどが考えられるが、その他の給電方法を採用しても良い。
【００１８】
歪センサ４および回転角検出装置５で測定されたデータは、測定データ出力装置９で出力され、データ通信手段１２を介して加工誤差測定装置１０へ送られる。測定データ出力装置９は、歪センサ４からの歪データを出力する歪データ出力部１３と、回転角検出装置５からの回転角データを出力する回転角データ出力部１４を有する。なお、測定データ出力装置９では、測定データを増幅することもできる。また、データ通信手段１２は、有線でも無線でも良い。測定データ出力装置９は、アンプ、Ａ／Ｄ変換器、通信部などから構成される。
【００１９】
加工誤差測定装置１０は、歪データから回転切削工具３の歪分布を算出し、回転角データから回転切削工具３の回転角を算出する歪分布算出部２２、回転角算出部２３と、これらを基に撓みおよび加工誤差を算出する工具撓み・加工誤差算出部２４を含むことを特徴としている。
【００２０】
図２に構成を示す加工誤差測定装置１０は、汎用の計算機上に構成することができて、そのハードウェア構成は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などにより構成される演算部２０、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリなどを用いたＳＳＤ（Solid State Drive）などにより構成される記憶部３０、キーボードやマウス等の入力デバイスより構成される入力部４１、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、有機ＥＬディスプレイなどの表示装置、各種出力装置などにより構成される表示部４２、ＮＩＣ（Network Interface Card）、入出力インターフェース機器などにより構成される通信部４３などを備える。
【００２１】
通信部４３は、有線ネットワーク若しくは無線ネットワーク１２、または個別の専用ケーブルを介して、加工機２のＮＣ装置１１、測定データ出力装置９、ＮＣプログラム作成装置１５などと接続されている。
【００２２】
演算部２０は、記憶部３０に記憶されている加工誤差算出プログラム３１をＲＡＭへロードしてＣＰＵで実行することにより以下の各機能部を実現する。演算部２０は、測定データ受信部２１、歪分布算出部２２、回転角算出部２３、工具撓み・加工誤差算出部２４、加工誤差出力部２５を有する。
【００２３】
記憶部３０は、加工誤差算出プログラム３１、切削工具形状、加工機主軸部の剛性値、加工誤差表示形式などの制御パラメータ３２、測定データ３３、加工誤差３４の各情報を記憶する記憶領域を有する。
【００２４】
測定データ受信部２１は、演算部２０中において、測定データ出力装置９から歪、回転角の測定データを受信して、測定データを記憶部に時系列に記録する。このとき、測定データは必要に応じてオフセット処理やフィルタ処理などを実施しても良い。
【００２５】
歪分布算出部２２は、演算部２０中において、測定データの歪データに基づき回転切削工具３の歪分布を算出する。
【００２６】
回転角算出部２３は、演算部２０中において、測定データの回転角データに基づき回転切削工具３の回転角を算出する。
【００２７】
工具撓み・加工誤差算出部２４は、演算部２０中において、歪分布より回転切削工具３の撓みを算出して、該回転切削工具の撓みに起因する切削加工後の被削材の加工面に生ずる加工誤差を算出する。
【００２８】
加工誤差出力部２５は、算出された加工誤差を表示部へ表示、または加工誤差をＮＣプログラム作成装置などへ出力する。
【００２９】
図３は、回転切削工具３への歪センサ４の設置態様の例である。図３は回転切削工具３に作用する切削力を表しており、回転切削工具３の切れ刃には、切れ刃接線方向切削力Ft、工具半径方向切削力Fr、工具軸方向切削力Faが作用する。このうち、切れ刃接線方向切削力Ftと工具半径方向切削力Frが加工誤差の主な影響因子となる。そのため、図３に示すように、歪センサ４は、回転切削工具３の切れ刃接線方向切削力Ftおよび工具半径方向切削力Frに起因する曲げ応力をそれぞれ最大に検知する方向に設置することが望ましいが、その他の方向に設置することも可能である。
【００３０】
本実施例では、工具半径方向切削力Frに起因する歪を検知するため回転切削工具３の刃先の切れ刃線５１(工具の切れ刃の先端から工具の外周上、工具軸方向に引いた線)上と、切れ刃接線方向切削力Ftに起因する歪を検知するため前記切れ刃線５１を回転切削工具３の外周上に90°回転させた切れ刃線５２上に、各切れ刃線方向に２つずつ歪センサ４を直線状に配置している。
なお、歪センサ４を配置する２本の切れ刃線の軸周りの角度は、必ずしも厳密に90度でなくてもよい。例えば60度や45度とした場合は精度は落ちるものの目的は達成することはできる。
【００３１】
また、歪センサ４は、直線状に並んでいなくても良いが、各方向に歪センサを直線状に配置することで、回転切削工具３の軸回りに捻じれが生じた際の各歪センサ４に対する影響を抑えることができる。さらに、対抗する面の双方に歪センサ４を設けた場合、対象としている測定方向以外の歪の影響も小さくすることができ、後述する歪の分布の精度を高めることができる。また、歪センサ４は他の部品を介して設置することも可能であり、歪センサ４の設置間隔も任意に設定することができる。回転切削工具３の軸方向に２つ以上の歪センサ４を設置することで、回転切削工具３が撓んだ際における工具軸方向の歪の分布を取得できる。
【００３２】
続いて、歪センサ４を図３に示す態様で回転切削工具３に設けた場合を例として、歪センサ４から取得される歪分布に基づき、回転切削工具３における切れ刃接線方向または工具半径方向の撓みＤを求める方法について説明する。
【００３３】
図４は、回転切削工具３を、集中荷重が作用する片持ち梁としてモデル化している。この場合、回転切削工具３の刃先からの距離xに対して回転切削工具３の軸方向の歪分布εは、傾きＡ、切片をＢとして以下の数式(１)に示す線形関係がある。（実際の回転切削工具３による工具軸方向の切込みを有する加工では、工具先端部分に分布加重が掛かることになるが、分布加重が作用する片持ち梁として回転切削工具３の軸方向の歪分布(破線)を算出しても、工具先端部分の歪分布の値は大変小さいので、集中荷重が作用すると近似した場合と比較して工具先端部分の歪分布の差異はごく小さい。従って、本実施例では、分布加重が作用する場合も含めて線形関数で模擬している。）
【００３４】
【数１】
2020089924.tif 000003
【００３５】
回転切削工具３に作用する切削力とそれにより生ずる歪は、比例の関係にある。そのため、回転切削工具３の歪εと撓みＤとの間には、回転切削工具３と加工機主軸部７の剛性に基づく剛性、すなわち剛性値をＫとして以下の数式(２)の関係がある。
【００３６】
【数２】
2020089924.tif 000004
【００３７】
尚、剛性値Ｋは、前述したように回転切削工具３の剛性Ｉと加工機主軸部７の剛性αとの和（Ｉ＋α）である。剛性値Ｋは、例えば、実際に回転切削工具３に切削力に相当する力を与えて撓みＤを実測（例えば、ダイヤルゲージ等で実測）することにより数式(２)から求めることができる。
【００３８】
エンドミルなどの回転切削工具３では、加工中の切削力の分布形態は一定ではない。図４に示すように、切削力の分布形態が変化すれば、歪分布も変化するため、工具撓みＤも変化する。もし、回転切削工具３の歪を1点のみ測定していた場合、切削力の分布形態が集中荷重から分布荷重へ変化したとしても、歪の値が同じであれば同一の撓みＤを算出してしまう。一方、歪分布を測定している場合は、切削力の分布形態の変化を検知し、高精度に工具撓みＤを算出することが可能である。
【００３９】
図３に戻り、続いて回転角検出装置５について説明する。回転角検出装置５は、回転切削工具３の回転角を測定する装置である。本実施例では、回転角検出装置５を、ホルダー６の下部に設置しているが、加工機本体２や回転切削工具３に直接設置しても良い。しかし、ホルダー６の下部に回転角検出装置５を設置することで、加工機の自動工具交換装置（ATC：Automatic Tool Changer）の動作を妨げずに回転角を測定することができる。回転角検出装置５として、レゾルバやジャイロセンサなどを用いることで、ホルダー６の下部に回転角検出装置５を設置することができるが、その他のセンサを使用しても良い。
【００４０】
回転切削工具３における撓みＤの相互関係を図５に示す。数式(２)で算出した工具撓みＤは、回転切削工具３における切れ刃接線方向および工具半径方向の撓みである。被削材８の加工面６１に残る加工誤差を算出するには、図５に示すように、切れ刃接線方向の撓みＤtおよび工具半径方向の撓みＤrを、被削材８におけるｘ軸およびｙ軸方向（加工機の座標軸ｘ軸−ｙ軸）の工具撓み(Ｄx，Ｄy)へ変換する必要がある。
【００４１】
撓みの変換には加工機の座標軸ｙ軸を基準とする回転切削工具３の切れ刃６２の回転角θ(６３)を使用する。回転角検出装置５により得られた回転切削工具３の回転角θ(６３)を用いると、被削材８におけるｘ軸およびｙ軸方向の工具撓み(Ｄx，Ｄy)は以下の数式(３)で表される。
【００４２】
【数３】
2020089924.tif 000005
【００４３】
以上より、回転切削工具３に設けられている複数の歪センサ４から算出される歪分布と、回転角検出装置５から回転切削工具３の回転角θを求め、予め求めておいた剛性値Ｋに基づき、被削材８におけるｘ軸およびｙ軸方向の工具撓みを求めることができる。
【００４４】
なお、図５において回転切削工具３の切れ刃６２が被削材８に対して、加工開始角θst
(６４)から加工終了角θed(６５)まで加工を行う際に、加工開始角θst(６４)から加工終了角θed(６５)直前までに被削材８に付けた加工面は、次の切れ刃６６による加工によって削り取られる。従って、回転切削工具３の切れ刃６２による加工が被削材８の加工面６１に残るのは(切れ刃６２による加工の痕跡が被削材８の加工面６１に残るのは)、加工終了角θed(６５)付近である。すなわち、回転切削工具３の撓みＤの痕跡が被削材８の加工面６１に残るのは、回転切削工具３の切れ刃６２の回転角θ(６３)が加工終了角θed(６５)付近の時の撓みＤである。
【００４５】
図１に示すように、側面加工のように工具軸方向の切込みを有する加工においては、工具刃先の加工誤差だけでなく、回転切削工具３の切れ刃と被削材８が接触する軸切込み全域にわたる加工誤差を算出する必要がある。また、エンドミルなどの回転切削工具３はねじれ角を有しているため、切削力の変動に伴う工具撓みの変化も生じるが、回転切削工具３の回転角を用いることで、軸切込みおよび工具のねじれ角をも考慮した加工誤差を算出することができる。
【００４６】
図６は、以上の装置構成、数式に基づき、回転切削工具３を用いた切削加工に際して、加工誤差測定装置１０における加工誤差算出処理のフローチャートを示す。ここでは歪センサ４を図３に示す態様で回転切削工具３に設けた場合を例として説明する。
【００４７】
ステップＳ１０において、加工機２が切削加工を開始すると共に、加工誤差測定装置１０が起動される。
同時に、回転角検出装置５の測定、および各歪センサ４の測定データが測定データ出力装置９へ出力され、測定を開始する。測定データ出力装置９は、各測定値をＡ／Ｄ変換後、所定のサンプリングタイム毎に、同期した回転角データ、および歪データを一纏めに測定データとして、加工誤差測定装置１０へ送信する処理を加工終了まで続ける。
【００４８】
ステップＳ１１において、測定データ受信部２１が起動され、測定データ受信部２１は、測定データ出力装置９から受信した測定データを、記憶部３０の測定データ３３記憶領域へ時系列に記録する。
【００４９】
ステップＳ１２において、歪分布算出部２２が、読み出された測定データの各歪データに基づき回転切削工具３の各切れ刃線上の工具軸方向における歪分布を算出する。
【００５０】
ステップ１３において、回転角算出部２３が測定データの回転角データに基づき回転切削工具３の回転角θを算出する。
【００５１】
ステップＳ１４において、工具撓み・加工誤差算出部２４が、数式(２)より歪分布および予め加工誤差測定装置１０の制御パラメータ３２記憶領域に記憶されていた工具形状および加工機主軸部の剛性値から、回転切削工具３の切れ刃接線方向の撓みＤtおよび工具半径方向の撓みＤrを算出する。
【００５２】
ステップＳ１５において、数式(３)より回転角を用いて、回転切削工具３の切れ刃接線方向および工具半径方向の撓み(Ｄt，Ｄr)を被削材のｘ軸およびｙ軸方向の工具撓み(Ｄx，Ｄy)に変換する。
【００５３】
ステップＳ１６において、工具撓み・加工誤差算出部２４が、工具の回転角θと工具撓み(Ｄx，Ｄy)より、切削加工後に被削材８へ残るｘ軸方向およびｙ軸方向の工具撓みを加工誤差として求める。
【００５４】
続いて、加工誤差測定装置１０は、求めた加工誤差に基づき、加工誤差を補正するために加工機のＮＣ装置１１の制御情報を生成し(Ｓ１７)、生成した制御情報を通信部４３を介してＮＣ装置１１へ送信する(Ｓ１８)。
【００５５】
ステップＳ１９において、ＮＣプログラムが終了していなければＳ１２へ移行して次の測定データの読み出しを行い、ＮＣプログラムが終了ならばＳ２０へ移行する。
【００５６】
続いて、加工誤差測定装置１０は、測定データ受信部２１による測定データ受信、記録処理を終了させて(Ｓ２０)、加工誤差算出処理を終了する(Ｓ２１)。
【００５７】
図６の加工誤差測定装置１０における加工誤差算出処理では、求めた加工誤差をＮＣ装置１１の制御に直接利用しているが、例えば、求めた加工誤差を人が解析し、解析した結果に基づきＮＣ装置１１の機能を実現しているソフトウェア（プログラム）を修正するようにしてもよい。
【００５８】
図７に示すフローチャートでは、加工誤差測定装置１０が、算出した加工誤差を記憶部３０に時系列に記録しておいて(Ｓ２２)、加工終了後に、加工誤差出力部２５により記録しておいた加工誤差を表示部４２に表示して(Ｓ２３)、人の解析に提供して、加工誤差算出処理を終了する(Ｓ２４)。
【００５９】
加工誤差を解析したユーザは、例えば加工誤差出力部２５を起動して、記録しておいた加工誤差をＮＣプログラム作成装置１５へ送信して、ＮＣプログラムを修正するようにしてもよい。また、表示された加工誤差を参考にユーザが加工機本体２を操作するといった利用態様も考えられる。
【００６０】
図８は、図３に示す態様で歪センサ４に歪ゲージを使用し、切削加工した際の回転切削工具３の切れ刃接線方向および工具半径方向における各歪ゲージの一つから取得される歪データの一例である。横軸は時間[s]を示し、縦軸は回転切削工具３における軸方向（ｘ方向）の歪ゲージが設けられている位置における歪ε[μstrain]である。加工条件は、回転数330rpm、送り速度47ｍｍ/ｍｉｎの条件であり、回転切削工具３と被削材８が接触すると、歪が急峻に変化しており、回転切削工具３と被削材８が離れると、歪はほぼ0となる。
【００６１】
図９は、回転数330rpm、送り速度47ｍｍ/ｍｉｎ、軸切込み10ｍｍ(回転切削工具３の刃先から軸方向の高さが10ｍｍの深さで回転切削工具の側面加工)、径切込み0.5ｍｍ、回転切削工具３のねじれ角30°としたときの、工具撓みによる加工誤差を示している。横軸は回転切削工具の刃先からの距離ｘ[ｍｍ]を示し、縦軸は加工誤差[ｍｍ]である。加工誤差の実測値は、切削加工後に生成された加工面を表面粗さ測定機で計測することで算出した。加工誤差の予測値は図６に示した加工誤差測定装置１０の加工誤差算出処理に基づき算出された値である。加工誤差の実測値と予測値は良い一致を示しており、予測誤差は約±20％であった。このことから、本実施例の加工誤差測定システム１を用いることで、撓みによる加工誤差を高精度に予測でき、切削加工の加工精度および加工能率の向上の効果が得られる。
【００６２】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成に加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換することが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１…切削加工システム、２…加工機本体、３…回転切削工具、４…歪センサ、５…回転角検出装置、６…ホルダー、７…加工機主軸、８…被削材、９…測定データ出力装置、１０…加工誤差測定装置、１１…ＮＣ装置、１２…データ通信手段(ネットワーク)、１３…歪データ出力部、１４…回転角データ出力部、１５…ＮＣプログラム作成装置、２０…演算部、２１…測定データ受信部、２２…歪分布算出部、２３…回転角算出部、２４…工具撓み・加工誤差算出部、２５…加工誤差出力部、３０…記憶部、３１…加工誤差算出プログラム(記憶領域)、３２…制御パラメータ(記憶領域)、３３…測定データ(記憶領域)、３４…加工誤差(記憶領域)、４１…入力部、４２…表示部、４３…通信部、５１…回転切削工具の刃先の切れ刃線、５２…切れ刃線５１を回転切削工具の外周上に90°回転させた切れ刃線、６１…被削材の加工面、６２…回転切削工具の切れ刃、６３…回転切削工具の切れ刃６２の回転角θ、６４…加工開始角θst、６５…加工終了角θed、６６…次の切れ刃
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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