(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の各刃具に対し、複数の特定した加工条件内で夫々細分化した複数の項目毎に夫々の適合度を予め設定して記憶手段に記憶しておき、要求された加工条件の項目に基づいて、前記各刃具毎に前記記憶手段から該当する適合度を抽出して合計し、合計値が最大の刃具を選択する刃具選択方法。
【請求項２】
合計値が最大の刃具が複数ある場合に、加工条件の項目に基づいた優先順に最大適合度の刃具を選択する請求項１記載の刃具選択方法。
【請求項３】
加工条件を入力する加工条件入力部と、複数の各刃具に対し、複数の特定した加工条件内で夫々細分化した複数の項目毎に予め設定した夫々の適合度を記憶する刃具情報記憶部と、加工条件入力部に入力された加工条件の項目に基づいて、前記各刃具毎に刃具情報記憶部から該当する適合度を抽出して合計し、合計値が最大の刃具を選択する刃具選択部と、ホルダに関連する情報を記憶するホルダ情報記憶部と、工作機械の種類及び刃具に適合するホルダを選択するホルダ選択部とからなる工具自動決定装置。
【請求項４】
ホルダに対する刃具の突出し長さを含む組合せ情報を作成する工具セット作成部と、突出し長さに適合する切削条件を設定する切削条件設定部と、組合せ情報及び切削条件を出力する工具情報出力部とを備えた請求項３記載の工具自動決定装置。
【請求項５】
工具セット作成部は、刃具の最大及び最小つかみ代とホルダの最大及び最小つかみ代とに基づいて要求突出し長さと略等しい突出し長さを算出する手段を備えた請求項４記載の工具自動決定装置。
【請求項６】
切削条件設定部は、基準つかみ代を把握し基準切り込み量で切削したときの刃具に固有の基準条件を、突出し長さによる刃具の剛性変化に応じて変更することで切削条件を設定する手段を備えた請求項４または請求項５記載の工具自動決定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械において、加工条件に適した刃具を選択する方法、及び、選択した刃具をホルダに組み合わせて工具を自動的に決定する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＮＣ工作機械用の加工プログラムを作成するにあたり、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム又はオペレータにより指定された加工条件をもとに、その加工に適した刃具を工具データベースから選択する方法が知られている。例えば、特開平６−２４６５９７号公報には、刃具に対し特定の加工条件をキーワードで関連付けて工具情報テーブルを作成し、多数のテーブルを工具情報知識ベースに登録し、この知識ベースを問い合せ式を用いて検索し、要求された加工条件に適合する刃具を選び出す技術が開示されている。
【０００３】
また、特開平１０−１５６６６２号公報には、加工条件に対し特定の刃具及びホルダを関連付けて刃具・ホルダ情報管理ファイルに登録し、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムに入力された加工内容をもとに刃具・ホルダ情報管理ファイルを参照して、加工に最適で本数が最小限になる刃具を選択するととともに、刃具の全長とホルダの最大つかみ代とから刃具の突出し長さを算出して、工具セットを作成する技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術によると、加工条件と刃具とを固定的に関連付けているため、金型のエンドミル加工など刃具の送り方向や仕上げ程度が多岐にわたる場合に、要求条件を満たす刃具を検索できなかったり、逆に、要求条件が少ない場合に、多数の刃具が選択されたりする可能性が高かった。従って、刃具の最終決定に際して人間系の設定操作（特開平６−２４６５９７号公報の段落番号００２１参照）が必要になり、習熟しないオペレータには取扱が困難であった。
【０００５】
また、従来技術によると、一種類の工作機械を想定して工具セットを作成しているため、複数種の機械が稼動する工場の場合に、刃具・ホルダ情報管理ファイルを機械毎に登録する必要があり、工具管理システムが複雑化する問題点があった。特に、突出し長さの算出にあたっては、ホルダ側の最大つかみ代を固定値として用いているので（特開平１０−１５６６６２号公報の段落番号００４３参照）、ホルダに対する刃具の突出し長さが一定に制限され、刃具及びホルダを工具干渉を避けるための要求値と等しい突出し長さで組み合わせることができなかった。しかも、刃具側のつかみ代が考慮されていないため、長い刃具の場合につかみ代が不足し、加工精度に悪影響を及ぼすおそれもあった。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、刃具の適性を多角的に評価して、要求された加工条件に最適な刃具を選択できる刃具選択方法、並びに、複数種の工作機械に汎用して、最適な工具セットを作成できる工具自動決定装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明による刃具選択方法は、複数の各刃具に対し、複数の特定した加工条件内で夫々細分化した複数の項目毎に夫々の適合度を予め設定して記憶手段に記憶しておき、要求された加工条件の項目に基づいて、前記各刃具毎に前記記憶手段から該当する適合度を抽出して合計し、合計値が最大の刃具を選択することを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明による刃具選択方法は、合計値が最大の刃具が複数ある場合に、加工条件の項目に基づいた優先順に最大適合度の刃具を選択することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明による工具自動決定装置は、加工条件を入力する加工条件入力部と、複数の各刃具に対し、複数の特定した加工条件内で夫々細分化した複数の項目毎に予め設定した夫々の適合度を記憶する刃具情報記憶部と、加工条件入力部に入力された加工条件の項目に基づいて、前記各刃具毎に刃具情報記憶部から該当する適合度を抽出して合計し、合計値が最大の刃具を選択する刃具選択部と、ホルダに関連する情報を記憶するホルダ情報記憶部と、工作機械の種類及び刃具に適合するホルダを選択するホルダ選択部とからなることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明による工具自動決定装置は、ホルダに対する刃具の突出し長さを含む組合せ情報を作成する工具セット作成部と、突出し長さに適合する切削条件を設定する切削条件設定部と、組合せ情報及び切削条件を出力する工具情報出力部とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明による工具自動決定装置は、工具セット作成部は、刃具の最大及び最小つかみ代とホルダの最大及び最小つかみ代とに基づいて要求突出し長さと略等しい突出し長さを算出する手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明による工具自動決定装置は、切削条件設定部が基準つかみ代を把握し基準切り込み量で切削したときの刃具に固有の基準条件を突出し長さによる刃具の剛性変化に応じて変更することで切削条件を設定する手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。この実施形態の工具自動決定装置は図1に示す機能部から構成され、図２に示す手順で工具を自動的に決定する。加工条件入力部１はＣＡＤ／ＣＡＭシステム又はオペレータから要求された加工条件を入力する（ステップＳ１）。加工条件には、刃具の刃先形状、仮想刃先径、刃先の突出し長さ、刃具の送り方向、仕上げ程度、ワークの素材名、工作機械の種類（機械名）等が含まれる。
【００１４】
刃具情報記憶部２には刃具１１（図５参照）に関連する情報が記憶されている。この刃具情報には、刃具のシャンクタイプ（ストレート、サイドロック等）、シャンク長、最大シャンクつかみ代及び最小シャンクつかみ代等のシャンク形状情報と、加工条件に対する刃具の適合度情報とが含まれる。そして、刃具選択部３はこの適合度情報に基づいて最適な刃具を選択する（ステップＳ２）。
【００１５】
刃具選択方法について詳述すると、適合度情報は工場に保管されている全ての刃具について予め図３に示すフォーマットで記憶されている。ここで加工条件は、ワークの素材を定義する素材区分、刃具の送り方向を定義する方向区分、仕上げ程度を定義する仕上げ区分の３項目に分類され、各項目毎に刃具の周速、送り速度及び切込速度等を考慮して５段階の適合度（１が不適合、５が最適合）が付されている。
【００１６】
刃具選択部３は、入力された３項目の加工条件に該当する適合度を合計し、その合計値が最大の刃具を選択する。また、合計値が最大の刃具が複数ある場合に、刃具選択部３は加工条件の優先順に最大適合度の刃具を選択する。例えば図４において、最優先の加工条件が素材区分であれば刃具１を、方向区分であれば刃具２を、仕上げ区分であれば刃具３を選択し、各項目にそれぞれ同じ適合度の刃具が複数あればオペレータが最終的に決定する。
【００１７】
上記刃具選択方法によれば、加工条件毎に刃具の適合度が付されているため、金型加工など素材や送り方向や仕上げ程度が多岐にわたる場合でも、３項目にわたる適合度を合計して刃具の適性を多角的に評価し、多数の刃具のうちから要求条件を満たす最適な刃具を簡単に選択でき、もって、高精度、高能率加工に貢献することができる。また、加工条件の優先順位を考慮した手法を用いているので、習熟しないオペレータであっても、合計値が同じ複数の刃具の中から一つを容易に厳選することもできる。
【００１８】
次に、ホルダ・コレット情報記憶部４にはホルダ１２及びコレット１３（図５参照）に関連する情報が記憶されている。ホルダ・コレット情報には、ホルダのタイプ、その内外径、最大ホルダつかみ代、最小ホルダつかみ代、クーラント通路の有無、ホルダを主軸に取り付けるためのプルスタッドボルトの規格、コレットの内外径等のデータが含まれる。そして、ホルダ・コレット選択部５は、入力された工作機械の種類と選択された刃具のシャンク形状とに適合するホルダ及びコレットを選択する（ステップＳ３）。
【００１９】
こうすれば、指定された機種の主軸に把握できるタイプであって、かつ選択された刃具のシャンク形状にも適合する寸法のホルダ及びコレットを選択することができる。従って、複数種の工作機械が設置された加工工場において、保有する多数の工具パーツを一元的に管理し、そのうちから実際に使用する機械に適したパーツを選択して、実加工に最適な工具セットを作成することができる。また、予定と違う機械に変更された場合でも、新たな機械情報を入力してパーツを再選択すれば、工具セットをすばやく更新できて、生産ラインのフレキシビリティーが向上する。
【００２０】
続いて、工具セット作成部６では、選択された刃具、ホルダ及びコレットの組み合わせに必要な工具組合せ情報が作成される（ステップＳ４）。工具組合せ情報には、ホルダに対する刃具の突出し長さが含まれる。工具セット作成部６は、刃具の最大及び最小つかみ代とホルダの最大及び最小つかみ代とに基づいて、入力値と略等しい突出し長さを算出する手段を備える。該手段による突出し長さの算出方法を以下に詳述する。
【００２１】
図５に示すように、刃具１１及びホルダ１２の組付長さは所定の範囲で調整可能である。刃具１１は、それ以下の長さでは十分な把握力が得られない最小シャンクつかみ代（同図Ａ参照）と、それ以上の長さではホルダ１２で把握できない最大シャンクつかみ代（同図Ｂ参照）とを持つ。刃具1１の全長をシャンク長とすると、以下の関係が成立する。
シャンク長＝最大突出し長さ＋最小シャンクつかみ代
シャンク長＝最小突出し長さ＋最大シャンクつかみ代
【００２２】
これと同様に、ホルダ１２も、それ以下の長さでは十分な把握力が得られない最小ホルダつかみ代と、それ以上の長さでは刃具１１を把握できない最大ホルダつかみ代とを持つ。なお、
最小ホルダつかみ代＜最小シャンクつかみ代
の場合は、最小シャンクつかみ代が優先されるため、最小ホルダつかみ代は最小シャンクつかみ代と等しいとみなされる。
【００２３】
工具セット作成部６は、突出し長さの算出にあたり、まず、選択されたホルダの中から要求された突出し長さを確保できる深さのホルダを抽出する。図６に示すように、要求突出し長さをＬ、そのプラス側許容値をα、マイナス側許容値をβとすると、シャンク長が
Ｌ＋α＋最大ホルダつかみ代≧シャンク長≧最小シャンクつかみ代＋Ｌ−βの関係を満たすホルダを抽出する。次に、そのうちから最大ホルダつかみ代が
シャンク長−Ｌ
より大きくかつ最も近いホルダを決定する。
【００２４】
続いて、図７に示すように、シャンク長を考慮して突出し長さλを決定する。
シャンク長が
（Ａ）Ｌ＋α＋最大ホルダつかみ代≧シャンク長＞Ｌ＋最大ホルダつかみ代
である場合は、刃具を最大ホルダつかみ代に相当する長さでつかむため、突出し長さλａは
λａ＝シャンク長−最大ホルダつかみ代
である。シャンク長が
（Ｂ）Ｌ＋最大ホルダつかみ代≧シャンク長＞Ｌ＋最小シャンクつかみ代
である場合は、刃先端を要求突出し長さＬに合わせて、刃具を最小シャンクつかみ代以上、最大ホルダつかみ代未満の長さでつかむため、突出し長さλｂは
λｂ＝Ｌ
である。また、シャンク長が
（Ｃ）Ｌ＋最小シャンクつかみ代＞シャンク長≧Ｌ−β＋最小シャンクつかみ代
である場合は、刃具を最小シャンクつかみ代に相当する長さでつかむため、突出し長さλｃは
λｃ＝シャンク長−最小シャンクつかみ代
である。
【００２５】
こうれば、刃具のつかみ代を最小シャンクつかみ代から最大ホルダつかみ代までの範囲で調整可能であるから、刃具を要求値とほぼ等しい突出し長さでホルダに組み付けることができる。従って、短い刃具の場合にホルダがワークに干渉するおそれがなく、長い刃具の場合につかみ代が不足して加工精度に悪影響を及ぼすおそれもなく、実加工に適った切削効率のよい工具セットを作成することができる。なお、図７の（Ｂ）及び（Ｃ）に示す工具セットの場合は、突出し長さを確定するためのアジャスタ１４がホルダ１２に螺着される。
【００２６】
工具セットが作成されると、次に、切削条件設定部７は刃具の突出し長さに応じた切削条件を設定する（ステップＳ５）。切削条件は刃具の周速、送り速度及び切込速度を含む。先に選択された刃具は所要の加工条件（素材区分、方向区分、仕上げ区分）に応じた切削条件を持つが、これは図８に示すように、充分な剛性を保有する保持具１５で基準つかみ代を把握し基準切込量で切削したときの基準となる条件である。切削条件設定部７は、その刃具に固有の基準条件を突出し長さによる刃具の剛性変化に応じて変更する手段を備える。該手段による基準条件の変更方法を以下に詳述する。
【００２７】
基準条件で切削したときに刃先にかかる平均荷重ωは次の一般式で求められる。
ω=μf(v,s,f)
v：周速  s：切削面積  f：送り速度  μ：刃具に応じた比例定数
また、刃具の剛性については、一般に基準条件下の平均荷重ωによる刃先のたわみ量σが適正であるとみなされる。従って、突出し長さの変化により刃具の剛性が変化した場合に、このときのたわみ量が適正量と等しくなるような平均荷重とこれを生じさせる切削条件とを求めれば、その突出し長さに最適な条件を設定することができる。
【００２８】
具体的には、エンドミルを円柱とみなすと、基準条件下における刃具の突出し長さがλであるとき、刃先のたわみ量σは
σ=ωλ3/3EΙ
より求められる。エンドミルの断面２次モーメントΙは
Ι=πd4/64
であるから、刃先のたわみ量σは
σ=64・ωλ3/3Eπd4
となり、定数部をαとすると、
σ=α・ω・λ3/d4
より求められる。
【００２９】
突出し長さλが変化したときのたわみ量が基準条件下のたわみ量σと等しくなる平均荷重ωは、
ω=σ・d4/α・λ3
より求められる。ここで、突出し長さλの変化率をβとしたときの平均荷重ω'は、
ω'=σ・d4/α・(βλ)3
=σ・d4/α・β3・λ3
=ω/β3
となる。つまり、適正な平均荷重は突出し長さ変化率の３乗に反比例する。
【００３０】
従って、その平均荷重を生じさせる切削条件(v,s,f)を求めれば、これをその突出し長さにおける最適条件として設定することができる。それ故、金型加工等に際して、工具干渉や刃具振れを防止するために、突出し長さを必要最小限に決定した場合でも、この突出し長さに応じて刃具の剛性を変化させ、その工具セットの性能を最大限に活かして、切削効率及び加工精度を向上させることができる。
【００３１】
こうして切削条件が設定されると、最後に、工具情報出力部８は、工具組合せ情報に切削条件を合わせてパラメータファイル形式の工具情報を作成し、これをＣＡＤ／ＣＡＭシステムの参照フィールドに出力する(ステップＳ６）。従って、この実施形態の工具自動決定装置によれば、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム又は自動プログラミング装置を工具部門から支援して、工作機械用のＮＣプログラムを効率よく作成することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１の発明によれば、加工条件毎に付された適合度の合計値に基づいて刃具を選択するので、刃具の適性を多角的に評価して、要求された加工条件に最適な刃具を選択できるという優れた効果を奏する。
【００３３】
請求項２の発明によれば、加工条件の優先順を考慮して刃具を選択するので、合計値が同じ複数の刃具が選択された場合でも、その中から一つを容易に厳選できる効果がある。
【００３４】
請求項３の発明によれば、機種を考慮してホルダを選択するので、複数種の工作機械が設置された加工工場において、多数の工具パーツを一元的に管理し、実機に適った工具を決定できる効果がある。
【００３５】
請求項４の発明によれば、刃具の突出し長さに適した切削条件を付加して工具の組合せ情報を出力するので、実加工に適った工具セットを簡単に入手できる効果がある。
【００３６】
請求項５の発明によれば、刃具及びホルダ双方のつかみ代を考慮して入力値と略等しい突出し長さを算出するので、切削効率のよい工具セットを簡単に入手できる効果がある。
【００３７】
請求項６の発明によれば、突出し長さによる刃具の剛性変化を考慮して切削条件を設定するので、工具セットの性能を最大限に活かして、切削効率及び加工精度を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す工具自動決定装置のブロック図である。
【図２】同装置の作用を示すフローチャートである。
【図３】刃具選択方法を説明する適合度情報のフォーマット図である。
【図４】加工条件の優先順による刃具選択方法の説明図である。
【図５】シャンクつかみ代の説明図である。
【図６】要求突出し長さの説明図である。
【図７】突出し長さ算出方法の説明図である。
【図８】切削条件設定方法の説明図である。
【符号の説明】
１・・加工条件入力部、２・・刃具情報記憶部、３・・刃具選択部、４・・ホルダ・コレット情報記憶部、５・・ホルダ・コレット選択部、６・・工具セット作成部、７・・切削条件設定部、８・・工具情報出力部、１１・・刃具、１２・・ホルダ、１３・・コレット。
【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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