(57)【要約】【課題】被加工物が鋳物製品である場合、鋳造の影響で硬さが場所によって変化するため、加工位置ごとの被加工物の硬さを簡易に求め、加工位置の硬さに適した加工条件により被加工物を加工できる加工装置を提供する。【解決手段】鋳造方案データ３、試験片硬さデータ４および試験片形状データ５から冷却速度計算部６で冷却速度を求め、硬さ計算部７で被加工物の加工位置の硬さを求めて、該加工位置の硬さに最適な加工条件を加工条件決定部８で決定して、該決定された加工条件で加工機９による加工を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物の硬さによって切削の加工条件を決定する加工制御装置をもつ加工装置であって、製造工程に少なくとも冷却工程を有する方案データと、該方案データと同じ製造工程を経て被加工物と同じ材料で製造された試験片の硬さと形状データとを有し、該試験片の形状データから求めた冷却速度と硬さの関係と上記方案データから求めた被加工物の冷却速度から該被加工物の加工位置ごとの硬さを求め、上記加工制御装置の加工条件を決定することを特徴とする加工装置。
【請求項２】
被加工物が鋳物であり、方案データは鋳造条件や形状であることを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
【請求項３】
方案データおよび試験片の硬さと形状データから冷却速度を求め被加工物の硬さ分布を求める硬さ分布計算装置が、上記加工制御装置とは別に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加工装置。
【請求項４】
方案データおよび試験片の硬さと形状データから被加工物の冷却速度を求め硬さ分布をあらかじめ求めた硬度分布データを上記加工制御装置が保有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の加工装置。
【請求項５】
被加工物の１箇所もしくは複数箇所から測定した硬さデータを利用して試験片の硬さと形状データを作成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の加工装置。
【請求項６】
試験片の冷却速度データと被加工物の冷却速度データをあらかじめ求めて上記硬さ分布計算装置が保有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の加工装置。
【請求項７】
試験片の冷却速度および被加工物の冷却速度は方案データから熱伝導解析によって求めることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マシニングセンターなど数値制御により被加工物を加工する工作機械において、加工条件を制御する機構をもつ工作機械などの加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の加工装置、たとえばマシニングセンターなどでは、加工条件は工具メーカより被加工物ごとに工具および加工条件が提示されており、それを参考にして工員の経験により被加工物の硬さなどの機械特性を記憶させて、被加工物に最適な条件で主軸を制御して加工している。（例えば特許文献１）
これに対し、被加工物が鋳造品等である場合、硬さの値は鋳物の製品ごとに大きな幅があることから、同じ材質の被加工物であったとしても硬さは被加工物ごとに変わる。また、鋳造は同一材質であっても鋳造ロットごとに機械特性が変化する。このような硬さのバラツキに対して被加工物の硬さを実機上で測定することで解決したものがある。（例えば特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−４６９２９号公報
【特許文献２】特開２００５−１９３３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に加工装置においては、加工時間の短縮を図り、かつ、工具の破損等を発生させず工具の長寿命化を実現できるように、その被加工物の硬さなどの機械特性に対応した加工条件および工具を選定することが要求される。
しかし、被加工物が例えば鋳物製品である場合、鋳物製品は複雑な形状であることが一般的であり、またその製造方法が溶湯の凝固によって成形するプロセスであることから、被加工物の場所ごとに凝固するまでの時間が変化する。このためそれぞれの場所で凝固速度が変化し、その結果、被加工物の凝固組織が場所によって変わり、その影響で機械特性が場所によって変化する。そのため、加工する場所によって硬さなどの機械特性が変わってくることから、被加工物全体を同じ機械特性であるとした加工条件や工具選定では、安全側で加工条件や工具を選定する必要があり、加工時間の増加が問題となるという課題がある。また、材料組織は深さ方向にも変化することから、表面付近と中央部では違うことが一般的である。このことから、鋳肌付近を加工する荒加工と、荒加工後の表面を加工する仕上加工、また穴加工などでは、その加工工程ごとによって違う機械特性の被加工物を加工する必要がある。このような場所によって違う機械特性を実機上で測定するという解決方法もあるが、被加工物の硬さは平面方向および深さ方向で変化することがあり、そのため加工位置が移動するたびに硬さ測定をする必要があることから、測定時間の占める割合が多くなり、結果として加工時間が長くなるという課題もある。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、被加工物に分布する硬さなどの機械特性の値を加工位置ごとに求め、工具の破損等を発生させず加工時間を短縮できる最適な加工条件により被加工物を加工することができる加工装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係わる加工装置は、被加工物の硬さによって切削の加工条件を決定する加工
制御装置をもつ加工装置であって、製造工程に少なくとも冷却工程を有する方案データと、該方案データと同じ製造工程を経て被加工物と同じ材料で製造された試験片の硬さと形状データとを有し、該試験片の形状データから求めた冷却速度と硬さの関係と上記方案データから求めた被加工物の冷却速度から該被加工物の加工位置ごとの硬さを求め、上記加工制御装置の加工条件を決定するものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の加工装置によれば、製造工程に少なくとも冷却工程を有する方案データと、該方案データと同じ製造工程を経て被加工物と同じ材料で製造された試験片の硬さと形状データとを有し、該試験片の形状データから求めた冷却速度と硬さの関係と上記方案データから求めた被加工物の冷却速度から該被加工物の加工位置ごとの硬さを求め、該被加工物の加工位置ごとの硬さによって加工制御装置で切削の加工条件を決定するので、工具の破損等を発生させず加工時間を短縮できる最適な加工条件により被加工物を加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１における加工装置を示すブロック図である。
【図２】この発明の加工機としてのマシニングセンターを示す概略構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１における加工制御装置での処理を示すフローチャートである。
【図４】この発明の冷却速度計算部での処理を示すフローチャートである。
【図５】この発明の硬さ計算部での処理を示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態２による加工装置を示すブロック図である。
【図７】この発明の硬さ分布データを使用した場合の処理を示すフローチャートである。
【図８】この発明の冷却速度データをあらかじめ求めて保有している場合の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１である加工装置を示すブロック図で、図において、加工制御装置１のデータ入力部２には、被加工物９６が例えば鋳物の場合においては、鋳造条件や鋳造時の形状などの方案データ３と、前記被加工物９６と同じ成分である同じ溶湯で鋳造した別取り試験片もしくは被加工物９６に付属する形で鋳造した試験片の試験片硬さデータ４および試験片形状データ５が入力されている。これらの入力されているデータから冷却速度計算部６で被加工物の加工位置での冷却速度を求め、該求められた冷却速度に対応した被加工物の硬さが硬さ計算部７で求められ、この求められた硬さに適した切削速度，送り，切込み量等の加工条件が加工条件決定部８で保有の硬さに適した工具や加工条件のデータを参照して決定され、マシニングセンターなどの加工機９を該決定された加工条件で制御する。
【００１０】
図２はマシニングセンターなどの加工機９の概略構成図で、図において、工具９１が加工機９の主軸９２に取り付けられ、主軸駆動部９３によって回転駆動されるとともに、X
軸方向の送り移動が行われる。一方、テーブル９４が加工機ベット９５のY軸方向およびZ軸方向に移動することで、テーブル９４に固定された鋳物などの被加工物９６の加工位置に工具９１が来るようになっている。
【００１１】
次に実施の形態１における加工装置の動作について説明する。図３は本発明の加工装置の加工制御装置１による加工プログラム処理を示すフローチャート、図4は被加工物９６
が鋳物の場合の冷却速度計算部６での冷却速度の計算（ステップS１６０）の詳細を示す
フローチャート、図5は硬さ計算部７での被加工物９６の硬さの計算（ステップS１７０）の詳細を示すフローチャートである。図において、被加工物９６である鋳物を加工する時に、加工する工具９１がその時にいる位置を工具位置の計測（ステップＳ１００）で計測する。次いで被加工物９６である鋳物が鋳造されたときの鋳造方案データ３から被加工物９６の加工位置における冷却速度の計算（ステップＳ１６０）が冷却速度計算部６で実施され、その詳細を図４にもとづき説明する。被加工物９６が鋳造されたときの鋳造条件や鋳造時の形状などのデータを持つ方案データの入力（ステップＳ１６１）をもとに、湯流れ解析（ステップＳ１６２）で鋳造時の溶湯の流れと溶湯が凝固する状態を数値解析する。これは、方案データ３から溶湯の流入口や溶湯が流れる経路、押湯やガス抜きおよび冷し金などが設置されるのであれば、それらの位置および形状を入力し流体解析して鋳造時において溶湯が鋳型の中に充填していくときの流速と温度を解析することで鋳型に溶湯が充填した時の溶湯の温度分布を求めるものである。この温度分布を初期条件として伝熱解析（ステップＳ１６３）によって、鋳型に充填した溶湯が冷却し凝固する過程を溶湯と鋳型の熱物性値を元に熱伝導解析する。この熱伝導解析によって求めた温度分布の時間変化をもとに、冷却曲線の導出（ステップＳ１６４）で被加工物の冷却速度分布を求める。  これにより、鋳造品において冷し金の設置位置，大きさ，形状および押湯位置や大きさ，また溶湯の流入方向などから発生する溶湯の温度勾配などが原因となる凝固時および冷却過程の冷却速度を被加工物９６の各部分の冷却速度計算（ステップＳ１６５）で求め、この求められた冷却速度が硬さ計算部７に入力される。
【００１２】
硬さ計算部７では図５で詳細に示す硬さの計算（ステップＳ１７０）が実施される。硬さの計算（ステップＳ１７０）では、被加工物９６と同じ成分である同じ溶湯で同じ鋳造条件で鋳込んだ別取り試験片もしくは被加工物９６に付属する形状で鋳造した試験片に対して、あらかじめ測定した試験片硬さデータ４が入力（ステップＳ１７１）されるとともに、この試験片の形状データ５から前記冷却速度の計算（ステップＳ１６０）と同様にして試験片冷却速度の計算（ステップＳ１７２）が実施され、試験片の硬さと冷却速度が１対１の関係で求まる。一般に材料の硬さは金属組織によって決定されるが、この金属組織は成分と冷却速度によって変化する。そのため、被加工物と同一の成分で製造された試験片の硬さと、その試験片における冷却速度との関係を求めていれば、試験片の冷却速度と被加工物全体の冷却速度の分布を任意の点数で比較することによって、被加工物の硬さを導出（ステップＳ１７３）することができる。従って、前記冷却速度計算部６で計算され硬さ計算部７に入力された被加工物９６の加工位置における冷却速度により、加工位置の硬さ出力（ステップＳ１７４）ができ、また、被加工物全体の硬さ分布データの作成（ステップＳ１７５）をすることが出来る。この被加工物９６の加工位置における硬さ出力は加工条件決定部８に入力される。
【００１３】
加工条件決定部８は材料の硬さに適した工具や加工条件のデータ（図示せず）を保有しており、入力された被加工物９６の加工位置における硬さに応じた切削速度，送り，切込みなどの最適な加工条件の決定（ステップＳ１８０）が行われ、この決定された加工条件で加工機９を加工制御装置１で制御して被加工物９６を加工する事により、加工時間を最短にした加工が可能となるとともに、工具９１に想定外の過大な負荷がかかることがなくなることから工具寿命を延ばすことができる。被加工物９６の加工位置が変わると、工具位置の計測（ステップＳ１００）に戻って加工の最終工程（ステップＳ１９０）が終了するまで、図３のフローチャートに示す処理が繰り返される。
【００１４】
なお、上記説明では本発明の基本的な処理を図３に示すフローチャートに基づいて説明したが、一般に被加工物９６を加工していくと加工位置は常に変化していくことになるため、硬度が所定量変化する可能性のある範囲に加工位置の移動があった場合に、その都度図３に示す処理を最初から実施すると硬度を求めるのに時間が掛かることが想定されるため、被加工物９６の少なくとも加工範囲全体の硬さ分布データの作成（ステップＳ１７５
）をあらかじめ実施しておいて、図７のフローチャートに示すように、この作成された硬さ分布データ７５を使用して工具位置の計測（ステップＳ１００）が行われた後に加工位置の硬さデータの取り出し（ステップＳ２７０）を行って、この取り出された被加工物９６の加工位置の硬さで加工条件の決定（ステップＳ１８０）を実施するのが、より処理時間を短縮できるため望ましい。
【００１５】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２における加工装置を示すブロック図で、図において、実施の形態１と同一または同様の部分については同一の符号を付しており説明を省略する。実施の形態２においては、被加工物９６である鋳物の硬さ分布を求める硬さ分布計算装置１１が加工制御装置１２とは別に独立して設けられていることを特徴とするもので、硬さ分布計算装置１１で事前に求められた硬さ分布データ７５が加工制御装置１２に入力されて保有される。この場合の加工制御装置１２の動作については前記図７のフローチャートでの説明と同じであるため省略する。このように構成することで、硬さ分布計算装置１１での被加工物の硬さ分布データ７５を求める作業と、加工制御装置１２で該硬さ分布データ７５を使用して最適な加工条件で被加工物９６を加工する作業を並列に実行することができるため、被加工物９６を加工する時間を実施の形態１よりもさらに短縮することができる。
【００１６】
実施の形態３．
上記説明では試験片は被加工物９６と同じ溶湯で鋳込んだ別取り試験片もしくは被加工物９６に付属するような形態で鋳造した試験片の場合について説明したが、同じ製造工程のロットで製造された被加工物９６の１個を試験片として、その１箇所または複数箇所の硬度を測定して、その測定した硬度を元に試験片硬さデータ４および試験片形状データ５を求め作成する事により、鋳造品は同じ溶湯から何個も製造されることから、同じロットにおいては同じ硬さ分布になるため、試験片硬さデータ４からその加工場所ごとの硬さの値を取り出して使用することで、毎回硬さを計算する必要なく加工条件を決定することができ、より短時間で被加工物９６の加工位置での最適な加工条件を得ることができる。
【００１７】
実施の形態４．
被加工物９６である鋳物や別取り試験片もしくは被加工物９６に付属する形で鋳造した試験片の冷却速度は鋳造温度が変化しなければ同じ冷却速度になる。そこで図８のフローチャートに示すように被加工物９６である鋳物の各部の冷却速度データ６５や試験片の冷却速度データ７２をあらかじめ求めて保有しておけば、試験片硬さデータ４をデータ入力部２に入力（ステップＳ１７１）するだけで、試験片の冷却速度と比較し、被加工物の硬さを容易に計算（ステップＳ２７３）できる。
また、一般的に別取り試験片もしくは被加工物９６に付属する形で鋳造した試験片は、鋳造被加工物の検査において必ず鋳造するものであり、データ入力部２に入力する試験片硬さデータ４および試験片形状データ５は、この検査結果を使用すれば良く、別途被加工物９６の硬さ試験を実施することなく被加工物全体の硬さを得ることができる。
【００１８】
実施の形態５．
上記実施の形態１から４では被加工物９６が何れも鋳物の場合について説明したが、被加工物９６が例えば熱間型鍛造品や部分熱処理実施品などのように、製造工程に冷却工程を含み冷却速度によって硬さが異なる被加工物９６であれば、本発明を適用可能であり、上記実施の形態１から４と同様の効果を得ることが出来る。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００１９】
１  加工制御装置                        ２  データ入力部
３  方案データ                          ４  試験片硬さデータ
５  試験片形状データ                    ６  冷却速度計算部
７  硬さ計算部                          ８  加工条件決定部
９  加工機                            １１  硬さ分布計算装置
１２  加工制御装置                      ６５  被加工物の各部の冷却速度データ
７２  試験片冷却速度データ              ７５  被加工物の硬さ分布データ
９１  工具                              ９６  被加工物
【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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