(57)【要約】      （修正有）【課題】焼結材料を加工したことによって工具が摩耗し、その摩耗に対する工具位置の補正を、既存のＮＣ工作機械などを使用して簡単に、しかも補正の頻度を大きく低下させて行うことができる、経済性や量産性などにも優れた機械加工方法を提供する。【解決手段】過去の加工寸法推移のデータから、同一仕様の焼結材料を同一条件で繰り返し加工するときの工具の摩耗時期を、１加工当たりの工具摩耗量が第１の基準値Ｑ１よりも大となる初期摩耗発生期、１加工当たりの工具摩耗量が第１の基準値Ｑ１よりも小、第２の基準値Ｑ２（Ｑ２＜Ｑ１）よりも大となる中間摩耗発生期、１加工当たりの工具摩耗量が第２の基準値Ｑ２よりも小となる安定期の３期に分け、それぞれの期の工具摩耗量に応じた工具位置の補正間隔と補正量を設定し、その設定に基づく工具位置の補正を行って加工を進めるようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一仕様の焼結材料を同一条件で繰り返し加工する機械加工方法において、過去の加工寸法推移のデータから、加工工具の摩耗時期を、１加工当たりの工具摩耗量が第１の基準値Ｑ１よりも大となる初期摩耗発生期、１加工当たりの工具摩耗量が第１の基準値Ｑ１よりも小、第２の基準値Ｑ２（Ｑ２＜Ｑ１）よりも大となる中間摩耗発生期、１加工当たりの工具摩耗量が第２の基準値Ｑ２よりも小となる安定期の３期に分け、それぞれの期の１加工当たり、一定量の工具摩耗量に応じた工具位置の補正間隔と補正量を設定し、その設定に基づく工具位置の補正を行って加工を進めることを特徴とする工具の摩耗補正を行う焼結材料の機械加工方法。
【請求項２】
数値制御装置を備える工作機械を使用して加工を行い、前記工具位置の補正間隔と補正量の設定値を予めプログラム化して前記数値制御装置にインプットし、工具位置の補正が前記プログラムに基づいて実行されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の工具の摩耗補正を行う焼結材料の機械加工方法。
【請求項３】
前記切削加工がバイトによる旋削加工である請求項１又は２に記載の工具の摩耗補正を行う焼結材料の機械加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、切削工具などを使用して同一仕様の焼結材料を、工具の摩耗に起因した加工寸法の変化を補正しながら同一条件で繰り返し加工する機械加工方法に関する。詳しくは、寸法の変化の補正作業を簡略化できる機械加工方法である。
【背景技術】
【０００２】
量産される部品の機械加工は、数値制御装置を備える工作機械（所謂ＮＣ工作機械）を使用して行われることが多い。そのような工作機械を使用して同一仕様のワークを繰り返して何個も加工する場合、工具の摩耗による加工寸法の変動が起る。その変動が蓄積されると、ワークの仕上がり寸法が許容値を超え、得られる製品が要求精度を満たせないものになる。そこで、その不具合を回避するために、下記の如き方法や装置が提案され、或いは実施されている。
【０００３】
（１）加工したワークの寸法などから工具の摩耗状況を調べ、一定の周期で工具の位置を一定量補正する。
（２）加工時間などから工具の摩耗量を推定し、その推定摩耗量に基づく補正信号を発生させて工具のオフセット量を補正する（例えば、下記特許文献１）。
（３）工具を移動させるモータや回転駆動するモータの負荷電流を監視し、負荷電流に応じて工具の基準点を補正する（例えば、下記特許文献２）。
【０００４】
しかしながら、工具の摩耗量は使用の状況に応じて変化する。例えば、工具交換の前後で摩耗状況が異なり、そのために、一定周期で一定量の補正を行う（１）の方法では満足な対応ができず、摩耗状況を頻繁に調査してその結果に基づく補正を頻繁に実施する必要がある。
【０００５】
また、上記（２）の方法は、工具の予想外の摩耗や欠損などが起こったときにそれが加工に反映されず、推定摩耗量による加工が続行されることが考えられる。さらに、この方法は、専用の制御系を必要とし、設備費を上昇させる。
【０００６】
上記（３）の装置は、（２）の方法の欠点の解消策として提案されているが、これも制御系が高価で設備費を上昇させる。また、上記（１）〜（３）の方法、装置は、頻繁な補正や常時補正のために、補正に費やす時間が多くなり、工作機械の稼動率を低下させることも懸念される。
【特許文献１】特開平６−１４３０９３号公報
【特許文献２】特開平８−３２３５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、工具の摩耗に対する補正を、既存のＮＣ工作機械などを使用して簡単に、しかも補正の頻度を大きく低下させて行うことができる、経済性や量産性などにも優れた機械加工方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、この発明においては、同一仕様の焼結材料を同一条件で繰り返し加工するときに、過去の加工寸法推移のデータから、工具の摩耗時期を、１加工当たりの工具摩耗量が第１の基準値Ｑ１よりも大となる初期摩耗発生期、１加工当たりの工具摩耗量が第１の基準値Ｑ１よりも小、第２の基準値Ｑ２（Ｑ２＜Ｑ１）よりも大となる中間摩耗発生期、１加工当たりの工具摩耗量が第２の基準値Ｑ２よりも小となる安定期の３期に分け、それぞれの期の１加工当たり、一定量の工具摩耗量に応じた工具位置の補正間隔と補正量を設定し、その設定に基づく工具位置の補正を行って加工を進める方法を採る。
【０００９】
ここで、同一仕様の焼結材料とは、粉末組成と製造条件が同じ焼結材料を言い、また、同一条件での繰り返し加工とは、複数個の焼結材料の加工条件、加工部位、加工形状が同じ繰り返し加工を言う。
【００１０】
この方法では、数値制御装置を備える工作機械を使用して加工を行い、前記工具位置の補正間隔と補正量の設定値を予めプログラム化して前記数値制御装置にインプットし、工具位置の補正が前記プログラムに基づいて実行されるようにしておくと好ましい。
【００１１】
なお、この発明の方法は、バイトを使用して旋削加工を行うときに特に顕著な効果を期待できる。
【発明の効果】
【００１２】
一般的に、工具摩耗は初期に大きく、加工数が増加するにつれて小さくなる傾向を示すが、その摩耗量と予め一定量摩耗の直線的減少摩耗としての近似は困難であった。これに対し、焼結材料では初期摩耗発生期、中間摩耗発生期、安定期の３つの直線的減少摩耗として近似できることを見出してこの発明を完成させた。
【００１３】
焼結材料は、焼成後の徐冷と粉末冶金法特有の成分の均一分散により、表皮、内部の組成、材質が均一で、個々の焼結材料の品質のばらつきも小さい。この焼結材料の機械加工では、加工数と工具摩耗量の関係が特に安定しており、工具の使用開始から寿命までの摩耗状況が複数の期に分かれて近似できることを見出した。具体的には、材料の加工数ｎと摩耗量δの比（δ／ｎ）が比較的大きい初期摩耗発生期、その比（δ／ｎ）が初期摩耗発生期よりも小さくなる中間摩耗発生期、摩耗の進行が極端に小さくなる安定期の３期に分かれて近似でき、それぞれの期における加工数ｎと摩耗量δの比（δ／ｎ）はそれぞれの期毎にほぼ一定とし、それぞれの期でその比が維持できる。発明者は、そのことを見出してこの発明を完成させるに至った。
【００１４】
１加工当たりの摩耗量は、初期摩耗発生期、中間摩耗発生期、安定期の順に小さくなっていくので、過去の加工寸法推移のデータを用いて加工数ｎからその３つの期を判断することができる。１加工当たりの工具摩耗量が第１の基準値Ｑ１よりも大に保たれるときの加工数の上限をＮ１、１加工当たりの工具摩耗量が第１の基準値Ｑ１よりも小、第２の基準値Ｑ２（Ｑ２＜Ｑ１）よりも大に保たれるときの加工数の上限をＮ２とすると、加工数がＮ１になるまでは初期摩耗発生期、Ｎ１〜Ｎ２までは中間摩耗発生期、Ｎ２を越えた後は安定期であり、それらの期を加工数から判断する。また、それぞれの期に合った工具位置の補正間隔と補正量を過去の加工寸法推移のデータを用いて予め設定しておき、その設定に基づいて工具位置の補正を行う。
【００１５】
ＮＣ工作機械を使用した加工で、工具位置の補正間隔と補正量の設定値を予めプログラム化して数値制御装置にインプットし、工具位置の補正が前記プログラムに基づいて実行されるようにしておくと、設定された間隔で設定された量の補正が行われ、工具摩耗の影響で加工寸法が許容値を超えて悪化することはほとんど無くなる。予期せぬ事態が発生する等して予め設定した内容では補正が不十分になることはまれであり、従って、人手による補正の頻度は非常に少なくなり、労力の削減につながる。
【００１６】
また、工具位置の補正が必要な時期のみに行われ、補正の頻度も低下するので、工作機械の稼働率を高めることが可能になる。
【００１７】
さらに、この方法は、過去の加工寸法推移のデータの調査、分析と、ＮＣ工作機械のマクロプログラムの部分変更のみで工具摩耗に応じた工具位置の補正が行えるので、設備の追加を必要とせず、コスト負担も小さくなる。
【００１８】
ここで、ＣＢＮ工具は、高速切削においても図３（ａ）に示すように工具摩耗が抑えられるので、近似直線の傾きも小さく、直線近似がより容易になる。この場合には後に示す加工データからわかるように、工具の使用開始から寿命までの摩耗状況が初期摩耗発生期、中間摩耗発生期、安定期の３期により容易に分かれて表すことができる。従って、そのＣＢＮ工具による切削加工、中でもＣＢＮバイトを使用した焼結材料の旋削加工ではそれぞれの期の工具摩耗量に応じた工具位置の補正間隔と補正量をより適切に設定することができ、この発明の方法の有効性が特に顕著に現れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の機械加工方法の実施形態を説明する。図１は鉄系焼結合金製スプロケット１を示している。密度６．６ｇ／ｃｍ３以上、組成についてはＣを０．５〜１ｍａｓｓ％、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏの少なくとも１種を０．５ｍａｓｓ％以下含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物の合金で形成されたこのスプロケット１を焼結材料として軸孔２の内面を、ＣＢＮバイト３を用いてＮＣ工作機械で加工した。スプロケット１の軸孔２の内径はφ３４ｍｍである。ＣＢＮバイト３は、切れ刃の切削に関与する部分をｃＢＮ基焼結体（立方晶型窒化硼素焼結体）で形成したＣＢＮチップ３ａをホルダ３ｂに装着して構成される旋削工具であり、高硬度難削材などの加工に利用されている。
【００２０】
このＣＢＮバイト３を使用して工具位置の補正を行わずに旋削加工を繰り返したときのスプロケット１の内径変化を調べた。その結果をグラフ化して図２に示す。スプロケット１の内径の測定は、エアーマイクロメータを使用して軸孔２の右端側の内径と左端側の内径を同時に測定した。左端側の内径を左フロート、右端側の内径を右フロートとして図２に示している。なお、図２の加工寸法推移のデータは、以下の加工条件で内径旋削を行ったときのものである。
−切削条件−
加工速度Ｖ：２３０ｍ／ｍｉｎ
切り込みｄ：０．１５ｍｍ
送り：０．１ｍｍ／ｒｅｖ
加工形態：湿式切削
【００２１】
この図２からわかるように、工具交換後のある時期までは、加工数ｎに対する内径変化の割合（即ち工具摩耗量）が比較的大きく、その加工数ｎに対する内径変化の割合が途中で２度変化している。加工数ｎ＝１９個までは加工数ｎに対する内径変化がほぼ直線Ｉに沿うように起こっている。この領域を初期摩耗発生期と言う。また、加工数が２０〜８８個の間は加工数ｎに対してほぼ直線IIに沿った内径変化が起こっており、この領域を中間摩耗発生期と言う。加工数ｎが８８個を超えた後は内径変化が落ち着いて直線IIIに沿うものになっており、この領域を安定期と言う。
【００２２】
このケースでの初期摩耗発生期の工具摩耗量δは、１加工数当たりに１μｍとなっている。これに対し、中間摩耗発生期の工具摩耗量δは加工数２３個当たりに５μｍとなっており、加工数１個当たりの摩耗量が極端に小さい。また、安定期には工具摩耗量δがほとんど進行しておらず、１加工数当たりの摩耗量はさらに小さくなっている。従って、１加工数当たりの工具摩耗量について第１の基準値Ｑ１と第２の基準値Q２を設定し、その第１、第２の基準値を超える否かを調べれば、加工数によって工具が前記３つの期のうちのどの期にあるかを知ることができる。
【００２３】
また、加工数と工具摩耗量の関係は、上述したように、初期摩耗発生期、中間摩耗発生期、安定期のそれぞれにおいて直線Ｉ、II、IIIで近似できるものになるので、過去の加工寸法推移のデータを用いて初期摩耗発生期、中間摩耗発生期、安定期の各期に合致した工具位置の補正時期と補正量を設定することができる。
【００２４】
その補正時期と補正量を予めプログラム化してNＣ工作機械の数値制御装置にインプットしておく。NＣ工作機械は既存のＮＣ旋盤などでよい。そのNＣ工作機械は数値制御装置からの指令に基づいて工具位置を補正する機能を有しており、設定したプログラムに基づいて工具位置の補正を実行する。その補正の一例を以下に記す。
【００２５】
例えば、今、図１に例示したスプロケット１の内径寸法に関する許容誤差が、φ３４ｍｍ＋０．０１０ｍｍ〜φ３４ｍｍ＋０．０２５mｍであったと仮定する。この要求に対し、許容誤差の下限に少し余裕をもたせて、バイト交換後１個目の加工でφ３４ｍｍ＋０．０１２mｍの加工精度が得られるようにバイトをセットし、この状況で加工を開始したと仮定する。
【００２６】
この場合、加工数１個当たりのバイト摩耗量が１μｍであるので加工総数が１３個になったときに軸孔２の内径が＋０．０２５mｍとなる。そこで加工総数が１４個となる前に１度バイトの位置補正を行う。今、初期摩耗発生期において仮に加工誤差の上限を、余裕をもたせて＋０．０２３mｍに納めるようにし、１１個目の加工を終えたところ（工具摩耗量が１１μｍになったところ）で初回と同じ加工精度を得る位置にバイトを移動させたとすると、その後に再び１１μｍの工具摩耗量が発生するのは３４個目の加工であり、その加工数になるまでは補正を必要としない。同様に３４個目の加工を終えたところで工具位置を１回目と同量補正すると次々回の補正は加工数が８６個に達するところとなる。従って、例示のケースでは、１１３個を越える加工数に対して、チップ交換後、２〜３回工具位置を補正すればよいことになる。
【００２７】
従来多用されている方法、即ち、一定の周期で工具の位置を一定量補正する方法では、工具の摩耗量と工具位置の補正量がうまく合致せず、そのために、専任者をつけて加工数約８０に対して人手で４０回を超える頻繁な補正を実施していたが、この発明の方法によればその煩わしさが解消され、補正を行う専任者も不要となる。
【００２８】
なお、上記の説明での工具摩耗状況はあくまでも一例に過ぎない。その摩耗量は、焼結材料の材質や加工条件によって変わる。工具の摩耗量は、初期摩耗発生期、中間摩耗発生期、安定期で期の変わるｎ数や図３のグラフの傾斜が異なったものになるが、同一製品、同一加工条件下での各期における加工数と工具摩耗量の関係は、焼結材料の場合には安定しており、プログラム中の３期のｎ及び摩耗量変化の傾きＱ１、Ｑ２、Ｑ３（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３はそれぞれ1加工当たりの摩耗量が第１の基準値Ｑ１よりも大きいとき、第１の基準値Ｑ１と第２の基準値Ｑ２との間にあるとき、第２の基準値Ｑ２よりも小さいときの傾き）を変えることで材質又は対象製品毎に対応することが可能である。従って、この発明の方法での補正が有効になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】鉄系焼結合金製スプロケットをこの発明の方法で加工する例を示す断面図
【図２】図１のスプロケットの軸孔を工具位置の補正をせずに加工したときの工具摩耗量の推移（加工数と摩耗量の関係）を示す図表
【図３】（ａ）ＣＢＮ工具の一般的摩耗変化の状況を加工孔の内径寸法変化で表した図、（ｂ）ＣＢＮ工具以外の切削工具一般的摩耗変化の状況を加工孔の内径寸法変化で表した図
【符号の説明】
【００３０】
１          スプロケット
２          軸孔
３          ＣＢＮバイト
３ａ        チップ
３ｂ        ホルダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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