(57)【要約】【課題】効率的なツーリング及び加工治具の設計支援装置を提供すること。【解決手段】本発明に係るツーリング及び加工治具の設計支援装置１０は、被加工物を固定治具に固定し、加工設備に取り付けられたツーリングによって被加工物を機械加工するために、加工設備の振動特性と、ツーリングの材料特性と、形状と、加工条件とに基づき、第１の振動特性を算出し、被加工物及び固定治具の材料物性と、形状と、加工条件とに基づき、第２の振動特性を算出する演算部５０を備える。そして、演算部５０は、第１の振動特性と第２の振動特性に基づき、加工精度を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を固定治具に固定し、加工設備に取り付けられたツーリングによって前記被加工物を機械加工するために、
前記加工設備の振動特性と、前記ツーリングの材料特性と、形状と、加工条件とに基づき、第１の振動特性を算出し、前記被加工物及び前記固定治具の材料物性と、形状と、加工条件とに基づき、第２の振動特性を算出する演算部を備える、
ツーリング及び加工治具の設計支援装置であって、
前記演算部は、前記第１の振動特性と前記第２の振動特性に基づき、加工精度を算出する、ツーリング及び加工治具の設計支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はツーリング及び加工治具の設計支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転する工具を用いた機械加工において、びびり振動又は歪みを未然に防止するための様々な提案が行われている。びびり振動又は歪みを未然に防止することができれば、加工の効率を上げることができる。
【０００３】
例えば、特許文献１においては、工具を装着した主軸系のコンプライアンスの周波数応答について、安定限界線図を用いてびびり振動の発生しない条件を設定することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０４３２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような方法により、びびり振動の発生しない条件を設定することは可能であるが、回転速度や切込み深さを変更した場合には、加工速度が低下し、結果的には加工効率が上がるとはいえない場合がある。また、びびり振動の原因が工具に起因せず、被加工物である製品又は固定治具に起因する場合には、びびり振動を回避することが困難となる虞がある。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、効率的なツーリング及び加工治具の設計支援装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかるツーリング及び加工治具の設計支援装置は、被加工物を固定治具に固定し、加工設備に取り付けられたツーリングによって前記被加工物を機械加工するために、前記加工設備の振動特性と、前記ツーリングの材料特性と、形状と、加工条件とに基づき、第１の振動特性を算出し、前記被加工物及び前記固定治具の材料物性と、形状と、加工条件とに基づき、第２の振動特性を算出する演算部を備える、ツーリング及び加工治具の設計支援装置であって、前記演算部は、前記第１の振動特性と前記第２の振動特性に基づき、加工精度を算出するものである。
【０００８】
このような構成により、加工設備と、ツーリングと、被加工物及び治具とにそれぞれ起因する加工精度への影響を総合的に算出することができる。そのため、加工効率の低下を抑制しつつ、加工時に発生するびびりを未然に抑制することができる。
【０００９】
尚、ここでいう「ツーリング」とは、工具及び加工条件のことをいう。また、「ツーリングの設計」とは、工具の仕様の選択、及び、加工条件の選択をすることをいう。また、「加工治具の設計」とは、被加工物を固定する治具の材料や形状を決定することをいう。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、効率的なツーリング及び加工治具の設計支援装置を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態にかかるツーリング及び加工治具の設計支援装置１０の機能ブロック図である。
【図２】実施の形態にかかるツーリング及び加工治具の設計支援装置１０の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】実施の形態にかかるツーリング及び加工治具の設計支援装置１０が算出する、ツーリングの振動特性図の例示である。
【図４】実施の形態にかかるツーリング及び加工治具の設計支援装置１０が算出する、被加工物及び固定治具の振動特性図の例示である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態
以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。ツーリング及び加工治具の設計支援装置１０は、被加工物を固定治具に固定し、ツーリングによって機械加工するにあたり、入力された条件に基づいて、加工精度を算出する。図１は、実施の形態にかかるツーリング及び加工治具の設計支援装置１０の機能ブロック図である。図１に示すように、ツーリング及び加工治具の設計支援装置１０は、表示部２０、入力部３０、記憶部４０、及び、演算部５０を備える。ツーリング及び加工治具の設計支援装置１０は、例えばパーソナルコンピュータにソフトウェアを組み込むことにより実現される。また、上述した機能を備える専用の装置によっても実現される。
【００１３】
次に、各機能ブロックについて説明する。表示部２０は、使用者が入力する情報を表示する。また、表示部２０は、演算結果を表示する。表示部２０は、ＣＲＴ（cathode ray tube）や液晶表示装置等である。
【００１４】
入力部３０は、使用者が種々のパラメータ又は種々のデータを入力するための装置である。種々のパラメータとは、例えば被加工物の材料、材料のヤング率、ポアソン比等である。また、種々のデータとは、ツーリング、被加工物、及び固定治具のＣＡＤ（computer-aided design）データ等である。かかる種々のパラメータ又は種々のデータを入力するために、入力部３０はキーボードを有する。また、入力部３０は、通信手段を介して、かかる種々のパラメータ又は種々のデータを取り込むことができる。また、入力部３０は、メモリカード等の記憶媒体を介して、かかる種々のパラメータ又は種々のデータを取り込むことができる。
【００１５】
記憶部４０は、入力部３０から入力された種々のパラメータ又は種々のデータや、演算部５０が演算した結果等を記憶する。また、記憶部４０は、演算に頻繁に使用される材料のヤング率やポアソン比等を、予め記憶することもできる。記憶部４０は、不揮発性の記憶装置により構成される。不揮発性の記憶装置は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、フラッシュメモリ、ハードディスク装置等である。
【００１６】
演算部５０は、入力部３０から入力された種々のパラメータ又は種々のデータや、記憶部４０に予め記憶しておいた情報に基づき、振動特性を算出する。より具体的には、ツーリングの材料特性と、形状と、加工条件とに基づき、第１の振動特性を算出し、被加工物及び固定治具の材料物性と、形状と、加工条件とに基づき、第２の振動特性を算出する。また、演算部５０は、第１の振動特性と第２の振動特性に基づき、加工精度を算出する。
【００１７】
さらに、演算部５０は、算出された加工精度が、使用者の所望する加工精度の範囲内か否かを判定する。すなわち、使用者が予め入力しておいた加工精度と、演算部５０が算出した加工精度とを比較して、入力された条件によって機械加工が行われる場合に、所望の加工精度の範囲内か否かを判定する。
【００１８】
次に、図２〜図４を参照しながら、実施の形態にかかるツーリング及び加工治具の設計支援装置１０の動作について説明する。図２は、実施の形態にかかるツーリング及び加工治具の設計支援装置１０の動作を説明するためのフローチャートである。
【００１９】
まず、ツーリング及び加工治具の設計支援装置１０は、データ入力を受け付ける（ステップＳ１）。すなわち入力部３０が、種々のパラメータ又は種々のデータを受け付ける。具体例を挙げると、入力部３０は、ハンマリング試験等によって得られる加工設備の周波数応答等の振動特性を受け付ける。また、入力部３０は、ツーリングの材料選択に伴うヤング率やポアソン比等の材料特性、及びＣＡＤデータを受け付ける。さらに、入力部３０は、ツーリングにかかる工具について、被加工物との接触点の位置を受け付ける。同様に、入力部３０は、被加工物及び固定治具の材料選択に伴うヤング率やポアソン比等の材料特性、及びＣＡＤデータを受け付ける。さらに、入力部３０は、被加工物及び固定治具について、工具との接触点の位置を受け付ける。入力部３０は、さらに、ツーリングにかかる加工条件として、刃物の角度、回転数、送り速度等についても受け付ける。入力部３０は、さらに、ツーリング、被加工物、又は固定治具について、材料の密度や減衰係数等を受け付けることもできる。入力部３０は、さらに、後述する加工精度の判定を行うための比較対象となる値を受け付けることもできる。
【００２０】
尚、入力部３０が受け付ける上述のパラメータ又はデータは、全てを受け付ける必要はなく、後述する加工精度の算出が可能であれば省略することができる。また、記憶部４０に、予め材料特性に関するデータや、一般的な加工条件、基準となる加工精度を記憶しておき、これらを用いて後述の算出を行うこともできる。
【００２１】
次に、演算部５０は、加工設備の振動特性と、ツーリングの材料特性と、形状と、加工条件とに基づき、第１の振動特性を算出する（ステップＳ２）。すなわち、演算部５０は、ツーリングにかかる工具の材料特性と、形状と、被加工物との接触点と、加工時の回転数等の条件に基づき、各周波数におけるコンプライアンスを算出する。
【００２２】
図３は、実施の形態にかかるツーリング及び加工治具の設計支援装置１０が算出する、ツーリングの振動特性図の例示である。図３に示すグラフ１００は、ツーリングにかかる工具の、被加工物との接触点における振動特性図である。グラフ１００の横軸は周波数であり、グラフ１００の縦軸はコンプライアンスである。演算部５０は、ｘ方向の振動特性図と、ｙ方向の振動特性図とを、それぞれ算出している。
【００２３】
次に、演算部５０は、被加工物及び前記固定治具の材料物性と、形状と、加工条件とに基づき、第２の振動特性を算出する（ステップＳ３）。すなわち、演算部５０は、被加工物及び固定治具の材料特性と、形状と、工具との接触点と、加工時の工具の回転数等の条件に基づき、各周波数におけるコンプライアンスを算出する。
【００２４】
図４は、実施の形態にかかるツーリング及び加工治具の設計支援装置１０が算出する、被加工物及び固定治具の振動特性図の例示である。図４に示すグラフ２００は、被加工物及び固定治具の、工具との接触点における振動特性図である。グラフ２００の横軸は周波数であり、グラフ２００の縦軸はコンプライアンスである。演算部５０は、ｘ方向の振動特性図と、ｙ方向の振動特性図とを、それぞれ算出している。
【００２５】
次に、演算部５０は、第１の振動特性と第２の振動特性とに基づき、入力された条件における機械加工の加工精度を算出する（ステップＳ４）。具体的には、例えば、演算部５０は、算出された第１の振動特性に、加工の際の切削力を掛けることにより、各方向における、加工点近傍の、工具の変位を算出する。同様に、演算部５０は、算出された第２の振動特性に、加工の際の切削力を掛けることにより、各方向における、加工点近傍の、被加工物の変位を算出する。そして、演算部５０は、工具と被加工物との相対的な変位を算出する。さらに、演算部５０は、機械加工の加工精度に影響のある変位を抽出する。
【００２６】
所望の加工精度が、例えば、被加工物に対して、丸穴を切削する場合における真円度の場合は、穴の径方向すなわち背分力の方向における、工具と被加工物との相対変位を算出する。
【００２７】
次に、演算部５０は、算出された加工精度が、使用者の所望する加工精度の範囲内か否かを判定する（ステップＳ５）。すなわち、使用者が予め入力しておいた加工精度と、演算部５０が算出した加工精度とを比較して、入力された条件によって機械加工が行われる場合に、所望の加工精度の範囲内か否かを判定する。
【００２８】
演算部５０により算出された加工精度が、使用者の所望する加工精度の範囲内であった場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、入力された条件によって問題なく機械加工が行われると判定される。この場合、ツーリング及び加工治具の設計支援装置１０は、動作を完了する。
【００２９】
一方、演算部５０により算出された加工精度が、使用者の所望する加工精度の範囲内ではなかった場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、入力された条件では所望する機械加工が行われないと判定される。この場合、使用者は、入力部３０に対して入力する設計データを変更する（ステップＳ６）。具体的には、例えば、第１の振動特性が大きい場合は、工具の回転数を変更したり、加工の送り速度を変更したり、あるいは、工具の取付け角度を変更する等の対応を行うことができる。一方、第２の振動特性が大きい場合は、固定治具の形状を変更したり、被加工物の材質を変更したりするなどの対応を行うことができる。このようにして変更した条件を、入力部３０は再び受け付ける（ステップＳ１）。演算部５０は、入力部３０が受け付けた条件について、再びステップＳ２以降の計算を行う。
【００３０】
尚、上述した設計データの変更は、特定のパラメータについて、所定の範囲内において加工精度が最適化されるように、一定のステップごとにパラメータを変化させながら、上述した加工精度の計算を行うこともできる。さらに、このような最適化の計算をするために、演算部５０や、その他のコンピュータなどの装置により、パラメータの変更を自動で行わせることもできる。
【００３１】
このような構成により、ツーリングと、被加工物及び治具とにそれぞれ起因する加工精度への影響を総合的に算出することができる。そのため、加工効率の低下を抑制しつつ、加工時に発生するびびりを未然に抑制することができる。したがって、効率的なツーリング及び加工治具の設計支援装置を提供することができる。
【００３２】
尚、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、ステップＳ２と、ステップＳ３とは、順番を入れ替えて計算を行うこともできるし、同時に処理をしてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１０  ツーリング及び加工治具の設計支援装置
２０  表示部
３０  入力部
４０  記憶部
５０  演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2018112934.tif 000005
【図４】
2018112934.tif 000006