(57)【要約】【課題】工具の刃数や刃の配置によって切削力が釣り合う場合に、加工精度を算出可能である。【解決手段】切削条件と、製品の材料特性と、設備と工具の振動特性と、を用いてコンプライアンスを算出し、前記工具にかかる切削力が釣り合うか否かを判定し、前記切削力が釣り合わない場合には、切削条件と製品の材料特性を用いて切削力を算出し、前記切削力が釣り合う場合には、算出したコンプライアンスと切削条件の取り代から加振力を算出し、算出した前記切削力又は前記加振力と、設備と工具の振動特性と、を用いて算出した無負荷工具変位と、前記コンプライアンスと、を用いて、設備に工具を取り付けた状態でのｘ，ｙ方向の工具先端の変位量を算出し、前記ｘ，ｙ方向の前記変位量の差分の絶対値を用いて、加工精度を予測する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具の刃の枚数や配置に依存しない加工精度予測方法であって、
切削条件と、製品の材料特性と、設備と工具の振動特性と、を用いてコンプライアンスを算出し、
前記工具にかかる切削力が釣り合うか否かを判定し、
前記切削力が釣り合わない場合には、切削条件と製品の材料特性を用いて切削力を算出し、
前記切削力が釣り合う場合には、算出したコンプライアンスと切削条件の取り代から加振力を算出し、
算出した前記切削力又は前記加振力と、設備と工具の振動特性と、を用いて算出した無負荷工具変位と、前記コンプライアンスと、を用いて、設備に工具を取り付けた状態でのｘ，ｙ方向の工具先端の変位量を算出し、
前記ｘ，ｙ方向の前記変位量の差分の絶対値を用いて、加工精度を予測する、
加工精度予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削加工の加工精度予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、特開２０１０−２３１６２号公報がある。この公報に記載された装置は、びびり振動が発生した際に、取り付けられている工具刃数と、設定されている主軸回転と、加速度センサにより測定した主軸加速度と、演算装置により算出した周波数とから相互関係を導出し、主軸加速度が最小となるように主軸回転数を設備側で変更する。これにより、コンプライアンス（動的応答）のピークが複数ある場合でも、安定して加工を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した従来の装置では、びびり振動が発生するかどうかは実際に加工してみなければわからず、びびり振動が発生した場合には、その間に加工した製品が不良品となる可能性がある。より具体的には、主軸回転数の周波数帯に、工具、治具、製品の共振周波数が存在する場合にびびり振動が発生してしまうため、びびり振動が発生しない主軸回転数が特定されるまで、加工した製品が不良品となってしまう。
【０００５】
ここで、工具、治具、製品の設計段階において、設備と工具の組合わせ状態の振動特性と、製品の材料物性と切削条件から算出した切削力を用いて、工具先端の変位量を算出して加工精度を予測することによって不良品の発生を防ぐことも考えられるが、工具の刃数や刃の配置に大きく起因して切削力が釣り合う場合に、切削力が算出できず、加工精度が予想できない場合がある。
本発明は、工具の刃数や刃の配置によって切削力が釣り合う場合でも合っても、加工精度を算出する加工精度予測方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる加工精度予測方法は、工具の刃の枚数や配置に依存しない加工精度予測方法であって、切削条件と、製品の材料特性と、設備と工具の振動特性と、を用いてコンプライアンスを算出し、前記工具にかかる切削力が釣り合うか否かを判定し、前記切削力が釣り合わない場合には、切削条件と製品の材料特性を用いて切削力を算出し、前記切削力が釣り合う場合には、算出したコンプライアンスと切削条件の取り代から加振力を算出し、算出した前記切削力又は前記加振力と、設備と工具の振動特性と、を用いて算出した無負荷工具変位と、前記コンプライアンスと、を用いて、設備に工具を取り付けた状態でのｘ、ｙ方向の工具先端の変位量を算出し、前記ｘ，ｙ方向の前記変位量の差分の絶対値を用いて、加工精度を予測する。
これにより、工具にかかる切削力が釣り合う場合、及び、釣り合わない場合のいずれであっても、夫々の計算方法によって加工精度を予測することができる。
【発明の効果】
【０００７】
これにより、工具の刃数や刃の配置によって切削力が釣り合う場合に、加工精度を算出可能である加工精度予測方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】加工精度予測装置の構成を示す図である。
【図２】設備と工具と被削物の主軸を示す図である。
【図３】工具の先端側を示す図である。
【図４】加振力が発生している状態における工具の先端側を示す図である。
【図５】加工精度予測を行うフローを示した図である。
【図６】コンプライアンスと加振力の算出のフローを示す図である。
【図７】ｘ方向について所定の周波数のコンプライアンスを算出する状態を示した図である。
【図８】ｙ方向について所定の周波数のコンプライアンスを算出する状態を示した図である。
【図９】周波数に対して複数のコンプライアンスのピークが抽出された状態を示す図である。
【図１０】所定の周波数帯において複数のコンプライアンスのピークが存在している状態を示す図である。
【図１１】コンプライアンスと無負荷主軸変位の関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、加工精度予測装置１は、コンプライアンス導出手段１１と、釣り合い判定手段１２と、切削力算出手段１３と、加振力算出手段１４と、無負荷工具変位算出手段１５と、設備変位量算出手段１６と、変位差分算出手段１７と、加工精度算出手段１８と、を備える。
【００１０】
また図２に示すように、加工精度予測装置１は、動力源である設備２と、設備２から与えられた動力により動作する工具３と、を有する。なお以下では、設備２の主軸４のＺ方向下方に工具３がセットされているものとして説明する。また、上記の導出手段及び算出手段１１〜１８は図示していないが、設備２の内部、もしくは設備２と一体で設けられていてもよく、設備２の外部に設けられていても良い。
【００１１】
ここで工具３は、Ｚ軸中心を回転軸中心として回転することで切削を行うものである。図３は工具３の先端側を示した模式図であり、工具３の外周側には複数の刃６が配置された状態を示している。さらに図３では、主軸４に対して工具３の芯ズレが発生していない状態の一例であり、３つの刃にかかる切削力Ｆ１,Ｆ２,Ｆ３が釣り合った状態を示している。言い換えると、工具３の刃数や刃の配置によって切削力が釣り合う状態である。
【００１２】
コンプライアンス導出手段１１は、切削条件、製品の材料特性、及び、設備２と工具３の一体の振動特性を用いてコンプライアンス（動的応答）を導出する。ここで例えば、切削条件とは、工具３の刃物の回転数、送り、取り代、工具３の刃数等であり、材料特性とは、ヤング率、応力ひずみ線図、熱特性等であるが、これらに限定されない。また例えば、設備２と工具３の一体の振動特性は、設備２の主軸４の振動特性モデルと、工具３のＣＡＤモデル・材料特性とを組み合わせて算出することができる。
【００１３】
釣り合い判定手段１２は、切削条件のうち、特に工具３の刃数や刃の配置から、工具３にかかる切削力が、理論上釣り合うか否かを判定する。
【００１４】
切削力算出手段１３は、釣り合い判定手段１２により、切削力が理論上釣り合わないと判定された場合に、切削条件と材料特性を用いて切削力を算出する。なお、切削力算出手段１３による切削力の算出には、ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）や切削力算出式を用いることができる。
【００１５】
加振力算出手段１４は、釣り合い判定手段１２により、切削力が理論上釣り合うと判定された場合に、コンプライアンス導出手段１１により導出されたコンプライアンスと、切削条件における取り代の情報と、に基づき、加振力を算出する。ここで加振力とは、設備２及び工具３を用いて被削物に穴あけ加工を行う場合に、工具３の変位を生じさせる力である。例えば加振力は、工具３の中心と、被削物の下穴との中心のズレ、すなわち芯ズレにより発生する。図４は、芯ズレが発生し、加振力が発生している状態を示した図である。
【００１６】
無負荷工具変位算出手段１５は、切削力算出手段１３により算出された切削力と、設備２と工具３の一体の振動特性と、により工具３の無負荷状態の変位量を算出する。または、無負荷工具変位算出手段１５は、加振力算出手段１４により算出された加振力と、設備２と工具３の一体の振動特性と、により工具３の無負荷状態の変位量を算出する。ここで、無負荷工具変位算出手段１５は、釣り合い判定手段１２により切削力の釣り合いが取れているか否かの判定に応じて、いずれの方法で変位量を算出するかを決定する。
【００１７】
設備変位量算出手段１６は、無負荷工具変位算出手段１５により算出した工具３の無負荷状態の変位量と、切削力算出手段１３により算出された切削力、又は、加振力算出手段１４により算出された加振力のいずれかに基づいて、設備２に工具３を取り付けた状態のｘ、ｙ方向の工具先端変位量を算出する。言い換えると、設備変位量算出手段１６は、加工点近傍の工具変位量（ｘ，ｙ）として、コンプライアンス×（切削力＋無負荷工具変位）と、コンプライアンス×（加振力＋無負荷変位）のいずれかを算出する。
【００１８】
変位差分算出手段１７は、設備変位量算出手段１６で算出したｘ、ｙ方向の工具先端変位量を用いて、ｘ，ｙ方向の工具変位の差分の絶対値である｜Ｘ−Ｙ｜を算出する。
【００１９】
加工精度算出手段１８は、変位差分算出手段１７により算出された工具変位の差分の絶対値に基づいて、加工精度を算出する。例えば、加工精度算出手段１８には、予め工具変位の差分の絶対値から加工精度を算出するための関数を入力しておき、変位差分算出手段１７により算出された工具変位の差分の絶対値を入力することで、加工精度の値を出力することができる。
【００２０】
ここで図５を参照し、加工精度予測装置１を用いて加工精度を予測する加工精度予測方法の実行手順について説明する。
【００２１】
コンプライアンス導出手段１１は、切削条件、製品の材料特性、及び、設備２と工具３の一体の振動特性を用いてコンプライアンスを導出する（ステップＳ１）。
【００２２】
より具体的には、図６に示すように、コンプライアンス導出手段１１は、切削条件に含まれている工具３の回転数と、設備２の主軸４の回転周波数の算出式である、周波数＝回転数／６０と、に基づき周波数を算出する（ステップＳ１１）。
【００２３】
その後、コンプライアンス導出手段１１は、算出された周波数と、設備２と工具３の一体の振動特性と、に基づいてコンプライアンスを算出する（ステップＳ１２）。このとき、コンプライアンス導出手段１１は、ｘ方向のコンプライアンスについては、ｘ方向の設備２と工具３の一体の振動特性を用いて算出し、ｙ方向のコンプライアンスについては、ｙ方向の設備２と工具３の一体の振動特性を用いて算出する。これにより、コンプライアンス導出手段１１は、ｘ方向とｙ方向の２種類のコンプライアンスを算出する。図７及び図８は、設備２と工具３の一体のｘ方向及びｙ方向の夫々の振動特性から、ｘ方向とｙ方向の夫々について、周波数を決定した後にコンプライアンスの値を算出する状態を示した図である。
【００２４】
釣り合い判定手段１２は、切削条件のうち、特に工具３の刃数や刃の配置から、工具３にかかる切削力が理論上釣り合うか否かを判定する（ステップＳ２）。釣り合うと判定した場合にはステップＳ３に進み、釣り合わないと判定した場合にはステップＳ４に進む。
【００２５】
切削力算出手段１３は、切削条件と材料特性を用いて切削力を算出する（ステップＳ３）。その後、ステップＳ５に進む。
【００２６】
加振力算出手段１４は、コンプライアンス導出手段１１により導出されたコンプライアンスと、切削条件の取り代の情報と、に基づき、加振力を算出する（ステップＳ４）。
【００２７】
より具体的には、図６に示すように、ステップＳ１２において算出されているコンプライアンスに対して、切削条件である取り代の値を掛け合わせることにより、芯ズレによる加振力を導出する（ステップＳ４１）。その後、ステップＳ５に進む。
【００２８】
無負荷工具変位算出手段１５は、釣り合い判定手段１２により切削力が釣り合わないと判定された場合には、切削力算出手段１３により算出された切削力と、設備２と工具３の一体の振動特性と、により、工具の無負荷状態の変位量を算出する。一方、無負荷工具変位算出手段１５は、釣り合い判定手段１２により切削力が釣り合うと判定された場合には、加振力算出手段１４により算出された加振力と、設備２と工具３の一体の振動特性と、により、工具３の無負荷状態の変位量を算出する（ステップＳ５）。
【００２９】
より具体的には、図９に示すように、無負荷工具変位算出手段１５は、設備２と工具３の一体の振動特性から、コンプライアンスの最大・最小を含む複数の回転数（周波数）を選定する（ステップＳ５１）。図１０は、所定の周波数帯において、複数のコンプライアンスのピークが存在している状態を示す図である。
【００３０】
次に、無負荷工具変位算出手段１５は、ステップＳ５１で選定した回転数で回転させた場合における、無負荷時の主軸４の変位を測定する（ステップＳ５２）。例えば、図２に示すように、ステップＳ５１で選定した回転数で工具３を回転させたときに、主軸４に取り付けた加速度センサ５により測定することで、無負荷主軸変位を測定する。
【００３１】
次に、無負荷工具変位算出手段１５は、コンプライアンスと、無負荷主軸変位の関係式（Ｌ＝ａＣ）を導出する（ステップＳ５３）。ここで、Ｌは無負荷主軸変位量であり、Ｃはコンプライアンスであり、ａは工具に依存して変更される係数である。図１１は、コンプライアンスと、無負荷主軸変位の関係の一例を示している。
【００３２】
次に、無負荷工具変位算出手段１５は、工具３による切削力と、ステップＳ５３で導出した関係式を含む連立方程式を解くことで、無負荷工具変位を算出する（ステップＳ５４）。ここで連立方程式は、
【数１】
2019130598.tif 000003
とする。なお、iは係数である。その後、ステップＳ２の釣り合い判定手段１２による判定において、切削力が釣り合わないと判定されている場合はステップＳ６へ、切削力が釣り合っていると判定されている場合はステップＳ７へ進む。
【００３３】
設備変位量算出手段１６は、加工点近傍の工具変位量（ｘ，ｙ）を算出する（ステップＳ６）。より具体的には、設備変位量算出手段１６は、ステップＳ１で算出したコンプライアンスと、ステップＳ３で算出した切削力と、ステップＳ５で算出した無負荷工具変位量と、を用い、コンプライアンス×（切削力＋無負荷工具変位）によって、設備２に工具３を取り付けた状態での工具変位量（ｘ，ｙ）を算出する。その後、ステップＳ８に進む。
【００３４】
設備変位量算出手段１６は、加工点近傍の工具変位量（ｘ，ｙ）を算出する（ステップＳ７）。より具体的には、設備変位量算出手段１６は、ステップＳ１で算出したコンプライアンスと、ステップＳ４で算出した加振力と、ステップＳ５で算出した無負荷工具変位量と、を用い、コンプライアンス×（加振力＋無負荷工具変位）によって、設備２に工具３を取り付けた状態での工具変位量（ｘ，ｙ）を算出する。その後、ステップＳ８に進む。
【００３５】
変位差分算出手段１７は、ステップＳ６又はステップＳ７で算出したｘ、ｙ方向の工具先端変位量を用いて、ｘ，ｙ方向の工具変位の差分の絶対値である｜Ｘ−Ｙ｜を算出する（ステップＳ８）。
【００３６】
加工精度算出手段１８は、変位差分算出手段１７が算出したｘ，ｙ方向の工具変位の差分の絶対値である｜Ｘ−Ｙ｜に基づき、関数を用いて、加工部位の加工精度を算出する（ステップＳ９）。
【００３７】
これにより、製品、加工設備、工具、切削条件の前提が決定した段階で、実際の加工を開始する前に、加工精度を高精度で予測することができる。特に、工具の刃の枚数や配置によって切削力が釣り合う条件であっても、工具中心と被削物の下穴中心のズレによって生じる切削力相当の力である加振力を算出し、加工精度を予測することができる。
【００３８】
なお、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、加工精度予測装置１は、複数の装置から構成されており、各手段のうち１つ又は複数について、複数の装置の夫々で実行することや、複数の装置の組み合わせにより実行するものであってもよい。また、加工精度予測装置１は、複数の手段を一つの演算装置によって実行するものであってもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１            加工精度予測装置
２            設備
３            工具
４            主軸
５            加速度センサ
６            刃
１１            コンプライアンス導出手段
１２            釣り合い判定手段
１３            切削力算出手段
１４            加振力算出手段
１５            無負荷工具変位算出手段
１６            設備変位量算出手段
１７            変位差分算出手段
１８            加工精度算出手段
【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】
2019130598.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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