WO2013069363A1

WO2013069363A1 - 切削抵抗解析装置およびこれを備えた切削加工装置、切削抵抗解析プログラム

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Publication number: WO2013069363A1
Application number: PCT/JP2012/072491
Authority: WO
Inventors: 片岡　隆之; 山口　亮; 律昭小島
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2014-05-09
Also published as: US9459166B2; CN103201069B; CN103201069A; DE112012000203T5; US20130336736A1; JP5204934B1; DE112012000203B4; JPWO2013069363A1

Abstract

　切削加工装置（１０）の制御部（１１）は、フライス（Ｔ）にかかる切削抵抗の大きさを算出する切削抵抗算出部（３２）と、ワーク（Ｗ）の加工面に対して同時に接触するフライス（Ｔ）の刃（Ｔ１）の数を算出する接触刃数算出部（３３）と、切削抵抗の大きさと接触刃数算出部（３３）における算出結果とに基づいてフライス（Ｔ）の１刃当たりの切削抵抗値を算出する１刃単位切削抵抗算出部（３４）と、を備えている。

Description

切削抵抗解析装置およびこれを備えた切削加工装置、切削抵抗解析プログラム

　本発明は、多刃工具を用いて機械加工を行う切削抵抗解析装置およびこれを備えた切削加工装置、切削抵抗解析プログラムに関する。

　従来より、被加工部材を所望の形状に切削加工するために、回転切削工具を用いた切削加工が行われている。
　例えば、特許文献１には、被加工部材から回転切削工具に加えられる切削抵抗を切削抵抗検出工程において検出し、切削抵抗の大きさがほぼ一定になるように回転切削工具の移動速度を調整することで、切削加工工程の効率化および回転切削工具の寿命の延長という効果を奏する回転切削工具の切削方法について開示されている。

　さらに、特許文献２には、３次元曲面において、所定の切削回転数ごとの切削体積がほぼ一定あるいは漸減するように仕上げ切削に先立って予備切削を行うことで、工具回転速度および送り速度をそれぞれ一定に保持しながら切削抵抗をほぼ一定にすることが可能な切削加工方法について開示されている。

特開平８－２５１７８号公報（平成８年１月３０日公開）特開平１０－１１３８４６号公報（平成１０年５月６日公開）

　しかしながら、上記従来の切削抵抗解析装置では、以下に示すような問題点を有している。
　すなわち、上記公報に開示された切削抵抗解析装置では、旋盤等の１刃工具、多刃工具に関わらず、回転切削工具全体に対してかかる切削抵抗の大きさを考慮して回転切削工具の送り速度等を調整している。

　このため、多刃工具を用いた切削工程においては、１刃当たりにかかる切削抵抗を正確に把握できないため、例えば、刃の破損防止を考慮すると送り速度を充分に上げることができずに切削工程にロスが生じる、切削効率を考慮すると送り速度を上げ過ぎて１刃当たりの切削抵抗が増大して刃が破損する、等の問題が生じるおそれがある。

　本発明の課題は、多刃工具の破損を確実に防止しつつ、切削加工工程における加工効率の向上を図ることが可能な切削抵抗解析装置およびこれを備えた切削加工装置、切削抵抗解析プログラムを提供することにある。

　第１の発明に係る切削抵抗解析装置は、多刃回転切削工具を用いて被加工物の切削加工を行う際に、多刃回転切削工具の移動の軌跡上の複数の加工ポイントにおける切削抵抗を算出する切削抵抗解析装置であって、データ格納部と、切削抵抗算出部と、接触刃数算出部と、１刃単位切削抵抗算出部と、を備えている。データ格納部は、多刃回転切削工具の形状、刃数および被加工物の形状に関するデータを格納する。切削抵抗算出部は、多刃回転切削工具にかかる切削抵抗の大きさを算出する。接触刃数算出部は、被加工物の加工面に対して同時に接触する多刃回転切削工具の刃の数を算出する。１刃単位切削抵抗算出部は、切削抵抗の大きさと接触刃数算出部における算出結果とに基づいて、多刃回転切削工具の１刃当たりの切削抵抗を算出する。

　ここでは、複数の刃を有する多刃回転切削工具を用いて被加工物の切削加工を行う際に、接触部分における切削抵抗の大きさ、および切削抵抗を受ける多刃回転切削工具の刃数等に基づいて、１刃当たりの切削抵抗の大きさを算出する。

　ここで、１刃当たりの切削抵抗の大きさは、被加工物の形状等に応じて、所定の加工ポイントにおいて算出してもよいし、多刃回転切削工具の移動の軌跡上における複数のポイントにおいて算出してもよい。つまり、被加工物の形状が単純な場合には、切削抵抗の大きさの変化はほとんどないため１つの加工ポイントにおいて１刃当たりの切削抵抗を算出すればよいし、被加工物の形状が複雑な場合には、切削抵抗の大きさが変化する複数の加工ポイントにおいて１刃当たりの切削抵抗を算出してもよい。

　これにより、多刃回転切削工具を用いた切削加工工程において、１刃当たりの切削抵抗の大きさに基づいて、多刃回転切削工具の送り速度を上昇・下降させることで、多刃回転切削工具の刃の破損を確実に防止しつつ、切削加工工程における加工効率を向上させることができる。

　第２の発明に係る切削抵抗解析装置は、第１の発明に係る切削抵抗解析装置であって、データ格納部に格納された各種データを用いて、多刃回転切削工具の軌跡上の所定の加工ポイントにおける多刃回転切削工具による切削除去体積を算出する切削除去体積算出部を、さらに備えている。そして、切削抵抗算出部は、被加工物に固有の比切削抵抗と、切削除去体積算出部において算出された切削除去体積とに基づいて、多刃回転切削工具にかかる切削抵抗の大きさを算出する。

　第３の発明に係る切削抵抗解析装置は、第１または第２の発明に係る切削抵抗解析装置であって、接触刃数算出部は、多刃回転切削工具と被加工物との接触部分における最外円弧長さに基づいて、被加工物の加工面に対して同時に接触する多刃回転切削工具の刃の数を算出する。

　第４の発明に係る切削抵抗解析装置は、第１から第３の発明のいずれかに係る切削抵抗解析装置であって、１刃単位切削抵抗算出部は、多刃回転切削工具の軌跡上におけるほぼ等間隔に配置された複数の加工ポイントにおいて１刃当たりの切削抵抗を算出する。

　ここでは、多刃回転切削工具の移動の軌跡上においてほぼ等間隔で配置された複数の加工ポイントにおいて１刃当たりの切削抵抗の大きさを算出する。
　これにより、形状が複雑な被加工物を切削加工していく場合でも、各加工ポイントにおいて切削抵抗を算出することで、切削抵抗が大きく変化する場合でもそれぞれの加工ポイントにおける切削抵抗の大きさを認識することができる。よって、例えば、この切削抵抗の解析結果を用いて切削加工を行う場合には、各加工ポイントにおける切削抵抗の大きさに基づいて、多刃回転切削工具の送り速度を上昇、低下させるように制御することができる。

　第５の発明に係る切削抵抗解析装置は、第１から第４の発明のいずれかに係る切削抵抗解析装置であって、１刃単位切削抵抗算出部において算出された所定の加工ポイントにおける１刃当たりの切削抵抗の大きさとそれに隣接する加工ポイントにおける１刃当たりの切削抵抗の大きさとに基づいて、その加工ポイント間における１刃当たりの切削抵抗を線形補間によって算出する切削抵抗補間部を、さらに備えている。

　ここでは、多刃回転切削工具の移動の軌跡上において所定の加工ポイントにおける１刃当たりの切削抵抗とそれに隣接する加工ポイントにおける１刃当たりの切削抵抗とに基づいて、その間の１刃当たりの切削抵抗の大きさを線形補間によって算出する。

　これにより、多刃回転切削工具の移動の軌跡上における複数の加工ポイントにおいてそれぞれ１刃当たりの切削抵抗を算出するだけで、多刃回転切削工具の全ての軌跡上における１刃当たりの切削抵抗の大きさを容易に算出することができる。

　第６の発明に係る切削抵抗解析装置は、第５の発明に係る切削抵抗解析装置であって、切削抵抗補間部は、多刃回転切削工具の軌跡上における上流側の加工ポイントにおける１刃当たりの切削抵抗が下流側の加工ポイントにおける１刃当たりの切削抵抗よりも小さい場合には、下流側の加工ポイントにおける１刃当たりの切削抵抗の大きさを、その隣接する加工ポイント間における１刃当たりの切削抵抗の大きさとして設定する。

　ここでは、多刃回転切削工具の加工の軌跡上において、加工中に１刃当たりの切削抵抗が大きくなることが分かっている隣接する加工ポイント間における１刃当たりの切削抵抗として、下流側の１刃当たりの切削抵抗の大きさを設定する。

　これにより、例えば、加工中に１刃当たりの切削抵抗が急激に大きくなる可能性がある加工ポイント間における切削抵抗の設定値として、下流側の大きい１刃当たりの切削抵抗を基準とすることで、多刃回転切削工具の１刃にかかる負荷が急激に大きくなって破損してしまう等の問題の発生を確実に防止することができる。

　第７の発明に係る切削加工解析装置は、第１から第６の発明のいずれかに係る切削加工解析装置であって、１刃単位切削抵抗算出部における算出結果に基づいて、多刃回転切削工具の送り速度を調整する送り速度調整部を、さらに備えている。

　ここでは、上述した切削抵抗解析装置において算出された１刃当たりの切削抵抗の大きさに基づいて、多刃回転切削工具の送り速度を設定する。
　具体的には、例えば、ある加工ポイントにおける切削抵抗が目標値よりも小さい場合には、１刃当たりの切削抵抗が目標値に近づくように多刃回転切削工具の送り速度を上昇させる。一方、ある加工ポイントにおける１刃当たりの切削抵抗が目標値よりも大きい場合には、切削抵抗が目標値に近づくように多刃回転切削工具の送り速度を低下させる。

　これにより、多刃回転切削工具の１刃当たりにかかる切削抵抗の大きさを考慮しつつ、多刃回転切削工具の切削加工中における送り速度を上昇、低下させることで、多刃回転切削工具の刃の破損を防止しつつ、切削加工工程の加工効率を最大限まで向上させることができる。

　第８の発明に係る切削加工装置は、第１から第７の発明のいずれか１つに係る切削抵抗解析装置と、位置決め制御部と、速度制御部と、工作機械部と、を備えている。位置決め制御部は、多刃回転切削工具の被加工物に対する位置決めを行う。速度制御部は、多刃回転切削工具の送り速度を制御する。工作機械部は、被加工物に対して切削加工を行う。

　第９の発明に係る切削抵抗解析プログラムは、多刃回転切削工具を用いて切削加工を行う際の被加工物からの切削抵抗を解析する切削抵抗解析プログラムであって、多刃回転切削工具の形状、刃数および被加工物の形状に関するデータを用いて多刃回転切削工具にかかる切削抵抗の大きさを算出する工程と、被加工物の加工面に対して同時に接触する多刃回転切削工具の刃の数を算出する工程と、切削抵抗の大きさと多刃回転切削工具の刃の数とに基づいて多刃回転切削工具の１刃当たりの切削抵抗を算出する工程と、を備えている切削抵抗解析方法をコンピュータに実行させる。

　ここでは、複数の刃を有する多刃回転切削工具を用いて被加工物の切削加工を行う際に、接触部分における切削抵抗の大きさ、および接触部分（円弧部分）にかかる多刃回転切削工具の刃数等に基づいて、１刃当たりの切削抵抗の大きさを算出する切削抵抗解析プログラムを提供している。

本発明の一実施形態に係る切削抵抗解析装置を搭載した切削加工装置の構成を示す斜視図。図１の切削加工装置内に形成される制御ブロックの構成を示すブロック図。（ａ），（ｂ）は、図１の切削加工装置に装着されたフライスの構成を示す斜視図および側面図。図１の制御部によって生成される機能ブロックを示すブロック図。図１の切削加工装置に搭載された制御部による切削抵抗解析シミュレーションにおいて１刃当たりの切削抵抗の大きさを算出する流れを示すフローチャート。図５のフローチャートに従って切削加工する際の概念図。（ａ），（ｂ）は、図１の切削加工装置に装着されたフライスの概念図と底面図。（ｃ）は、ワークに対する接触部分を示す斜視図。図１の切削加工装置に装着されたフライスとワークとの位置関係を示す概念図。図１の切削加工装置によって切削加工されるワークの形状とフライスとの位置関係を示す平面図。図１の切削加工装置において、図５のフローによって算出された切削抵抗の値を用いて切削加工プログラムの書き換えを行う流れを示すフローチャート。

　本発明の一実施形態に係る切削抵抗解析装置を搭載した切削加工装置１０について、図１～図１０を用いて説明すれば以下の通りである。
　［切削加工装置１０の構成］
　本実施形態に係る切削加工装置１０は、多刃回転切削工具（フライスＴ）を用いて金属材料からなるワーク（被加工物）Ｗの切削加工を行う装置であって、図１に示すように、制御部（切削抵抗解析装置）１１、工作機械部１６等を備えている。

　制御部１１は、記憶部（データ格納部）２２ａ（図２参照）に格納された素材図３Ｄ－ＣＡＤデータや、対象ＮＣプログラムおよび工具形状情報等を参照して、所望の切削加工を行うとともに、切削加工を実施する前にシミュレーションによって１刃当たりの切削抵抗を算出する。なお、このシミュレーションによる１刃当たりの切削抵抗の算出方法については、後段にて詳述する。

　ＮＣプログラムは、切削加工装置１０の内部において、軸の移動や座標系の設定等を処理するＧコードによって表されている。例えば、Ｇ００Ｘ２００．０Ｙ１５０．０は、工具を座標値（２００，１５０）に移動させる。Ｇ０１Ｘ３００．０Ｙ２００．０Ｆ６０は、座標値（３００，２００）に向かって送り速度６０で工具を直線移動させる。

　工作機械部１６は、図１に示すように、主軸１２、サドル１３等を備えており、ワークＷを所望の形状に切削加工する。
　主軸１２は、図１に示すように、主軸ヘッド１２ａに取り付けられており、その先端に装着されたフライス（多刃回転切削工具）Ｔが主軸回転用のサーボモータ１２ｂの回転駆動力を受けて回転することで、ワークＷの切削加工を行う。

　サドル１３は、ワークＷが載置される台であって、サーボモータ２５ａ，２５ｂ等の回転駆動力によってボールねじ２８（図２参照）等を回転させることでＸ方向、Ｙ方向にワークＷを移動させる。また、本実施形態では、サーボモータ２５ｃによってコラムを上下動させることで、図１に示すＺ方向（工具が上下動する方向）においてワークＷに対して主軸１２を移動させる。ワークＷは、図示しない治具によってテーブル上に固定されている。これにより、フライスＴに対してワークＷを相対移動させることができるため、ワークＷを所望の形状に切削加工することができる。

　また、切削加工装置１０は、図２に示すように、制御部１１側の入力部２１、演算制御部２２、およびサーボ制御部２３、および工作機械部１６側のタコジェネレータ２４、サーボモータ２５ａ～２５ｃ、および位置検出器２７を備えている。

　入力部２１は、フロッピー（登録商標）ディスクやフラッシュメモリ等の公知の記録媒体に記録された内容を読み取って、読み取った情報を演算制御部２２に出力するとともに、オペレータから各種設定条件等の情報が入力される。

　演算制御部２２は、入力部２１から送信された情報に基づいて、ワークＷに対するフライスＴの相対的な送り速度の演算、相対位置の演算、補間の演算（直線補間、円弧補間）等を行うことで、サーボモータ２５ａ～２５ｃ等の駆動制御を行う。また、演算制御部２２は、記憶部２２ａ、演算部２２ｂを有している。

　記憶部２２ａは、図２に示すように、切削加工後のワークＷの図面（３Ｄ－ＣＡＤ図）データや対象ＮＣプログラム、フライスＴの工具形状情報等を格納しており、制御部１１によってこれらが読み込まれることで工作機械部１６において所望の切削加工を行うことができる。

　演算部２２ｂは、入力部２１において読み取られた情報に基づいて、記憶部２２ａに格納された各種プログラムに従って切削加工に必要な演算（送り速度の演算、相対位置の演算、補間の演算等）を行い、演算結果をパルス信号に変換してサーボ制御部２３に出力する。

　サーボ制御部２３は、位置決め制御部２３ａと速度制御部２３ｂとを有しており、演算制御部２２から出力されたパルス信号に基づいて、サーボモータ２５ａ～２５ｃの回転速度等を制御する。また、サーボ制御部２３は、後述するタコジェネレータ２４からサーボモータ２５ａ～２５ｃの回転速度に対応する電圧値を受信しながらサーボモータ２５ａ～２５ｃの回転を制御する。

　位置決め制御部２３ａは、演算制御部２２から受信したパルス信号に基づいてワークＷに対してフライスＴを相対移動させながら切削加工を行うとともに、位置検出器２７から出力された現在位置情報と目的位置情報とを比較しながら、サーボモータ２５ａ～２５ｃのフィードバック制御を行う。

　速度制御部２３ｂは、タコジェネレータ２４から出力されたサーボモータサーボモータ２５ａ～２５ｃの実際の回転速度と目標回転速度とを比較しながら、演算制御部２２から受信したパルス信号に基づいてワークＷに対してフライスＴの相対移動速度をフィードバック制御する。

　タコジェネレータ２４は、サーボモータ２５ａ～２５ｃのそれぞれに設けられており、電磁誘導によって生じた誘導起電力を検知して各サーボモータ２５ａ～２５ｃの回転速度を検出する。

　サーボモータ２５ａ～２５ｃは、ワークＷが載置されるサドル１３を３次元において移動させる駆動源であって、サーボ制御部２３によって制御される。
　位置検出器２７は、サーボモータ２５ａ～２５ｃの回転駆動によって３次元において移動するサドル１３の位置を検出し、サーボ制御部２３に対して出力する。

　上述したフロッピー（登録商標）ディスクやフラッシュメモリには、例えば、被削材種、工具、切削条件、加工手間等を含む切削加工指令情報が記録されている。
　これにより、制御部１１において、フロッピー（登録商標）ディスク等に記録された情報が読み込まれて工作機械部１６によって切削加工が行われることで、ワークＷが所望の加工品Ｗ１として製造される。

　（フライスＴ）
　本実施形態の切削加工装置１０では、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、主軸１２の先端に取り付けられたフライス（多刃回転切削工具）Ｔを用いてワークＷの切削加工を行う。
　フライスＴは、８つの刃Ｔ１（図７（ｂ）参照）を有する多刃回転切削工具であって、ワークＷに対して相対移動することで所望の形状に切削加工する。

　（制御部１１の制御ブロック）
　本実施形態の切削加工装置１０では、図２に示す演算部２２ｂが記憶部２２ａ内に格納された各種データおよびプログラムを読み込むことで、図４に示す機能ブロック（切削除去体積算出部３１、切削抵抗算出部３２、接触刃数算出部３３、１刃単位切削抵抗算出部３４、切削抵抗補間部３５、送り速度調整部３６）で表される各種機能が実行される。本実施形態では、これらの機能ブロックによって、実際に切削加工を実施する前に、フライスＴの１刃当たりの切削抵抗の大きさを求めるためのシミュレーションを実施する。

　切削除去体積算出部３１は、ワークＷに対する相対的なフライスＴの移動の軌跡（ツールパス）上の各加工ポイントにおけるフライスＴの位置、姿勢等の情報に基づいて、各加工ポイントにおけるワークＷとフライスＴとの接触部分Ｃの切削除去体積を算出する。

　切削抵抗算出部３２は、切削除去体積算出部３１において算出された各加工ポイントにおける切削除去体積と、ワークＷの比切削抵抗とに基づいて、フライスＴ全体にかかる切削抵抗の大きさを算出する。

　なお、比切削抵抗とは、材料ごとに固有の単位除去体積当たりの切削抵抗をいう。ここで、単位除去体積は、工具の送り量と切込み量とによって決まるものであるから、除去体積に工具の送り量、切込み量というパラメータを含むものとなる。
　　　切削抵抗Ｆ＝Ｋｒ×Ｖ（ただし、Ｋｒ：比切削抵抗、Ｖ：除去体積）

　接触刃数算出部３３は、フライスＴに含まれる８つの刃Ｔ１のうち、各加工ポイントにおいてワークＷに対してほぼ同時に接触している刃数を算出する。具体的には、フライスＴの回転によって切削加工される円弧部分に入る刃Ｔ１の数を、円弧部分の長さ、フライスＴの先端部分の径、刃数に基づいて算出する。

　１刃単位切削抵抗算出部３４は、切削抵抗算出部３２において算出された切削抵抗を、接触刃数算出部３３において算出された接触刃数の数で割ることで、各加工ポイントにおけるフライスＴの１刃当たりにかかる切削抵抗の大きさを算出する（以下、ステップＳ１～ステップＳ１４参照。）。

　切削抵抗補間部３５は、１刃単位切削抵抗算出部３４において算出された各加工ポイントにおける切削抵抗の大きさに基づいて、各加工ポイント間における切削抵抗の大きさを線形補間によって算出する。

　送り速度調整部３６は、１刃単位切削抵抗算出部３４において算出された各加工ポイントにおける１刃当たりの切削抵抗の大きさに基づいて、各加工ポイントにおいて１刃当たりの切削抵抗の大きさが１刃当たりの目標切削抵抗の大きさとほぼ同じになるように、工具の送り速度を調整する（以下、ステップＳ２１～ステップＳ３０参照。）。

　＜１刃当たりの切削抵抗の算出シミュレーションの流れ＞
　本実施形態の切削加工装置１０では、図５に示すフローチャートに従ってシミュレーションを行い、フライスＴの１刃当たりの切削抵抗の値を算出する。なお、切削加工の前提として、工具の送り速度および切込み量は、刃が破損しない程度で正常に加工できるレベルの値が入力される。

　ここで、本実施形態の切削加工装置１０では、図７（ａ）に示すように、フライスＴはツールパスに沿って移動し、工具方向ベクトル（ｘ，ｙ，ｚ）に平行な面で加工するものとする。また、本実施形態では、フライスＴの刃Ｔ１の数は、図７（ｂ）に示すように、８つであるものとする。さらに、ワークＷとフライスＴとの接触部分Ｃは、図７（ｃ）に示すように、フライスＴ（工具）の傾きと進行方向によって決めるものとする。

　なお、図７（ａ）および図７（ｃ）は、模式的に示したものであり、説明の便宜上、フライスＴのカッタを省略して示したものとする。
　ステップＳ１では、ワークＷに対するフライスＴの移動の軌跡（ツールパス）を読み込んで、ツールパス上における各加工ポイント（（ｘ₁，ｙ₁，ｚ₁）・・・（ｘ_n，ｙ_n，ｚ_n））を設定する。なお、各加工ポイントは、ワークＷのツールパス上にほぼ等間隔で設定される。

　ステップＳ２では、ｎ＝１を入力して、図８に示すように、ツールパスにおける初期位置を設定する。
　ステップＳ３では、ワークＷに設定されたツールパス上における現在値を（ｘ_n，ｙ_n，ｚ_n）とする（図８参照）。

　ステップＳ４では、ツールパスの現在値における工具および工具の姿勢に関する情報を読み込む。具体的には、工具中心座標＝ツールパス現在地、工具姿勢＝工具方向ベクトル（ｘ_a，ｙ_a，ｚ_a）、工具径ｒ（図７（ａ）参照）、工具刃数Ｎ＝８がそれぞれ入力される。

　ステップＳ５では、工具進行方向単位ベクトルを算出し、切削除去体積（図６の斜線部）Ｖを算出する。なお、工具進行方向単位ベクトルは、以下の計算によって算出される。
　　　（x_n+1-x_n,y_n+1-y_n,z_n+1-z_n）/√[(x_n+1-x_n)²+(y_n+1-y_n)²+(z_n+1-z_n)²]
　また、切削除去体積については、図６の斜線部分として示すように、現在値から少し進行方向に工具をワークＷに対して相対移動させた際に切削される体積を意味している。なお、図６では、説明の便宜上、ワークＷの切削面に対して工具の軸を垂直にした状態で説明している。

　ステップＳ６では、ある加工ポイントにおけるフライスＴにかかる切削抵抗の大きさを算出する。具体的には、ワークＷの材料の比切削抵抗をＫｒとすると、切削抵抗force＝Ｋｒ×Ｖによって算出される。

　ステップＳ７では、上記ある加工ポイントの接触部分ＣにおけるフライスＴの最外円弧長さＬ２を算出する。なお、最外円弧長さとは、カッタの刃先同士を結んだ円弧を最外円弧とし、接触部分Ｃにおける実際に工具とワークＷとが接触している円弧部分だけでなく、その外側に形成される仮想円弧の部分の長さも含んでいるものとする。

　ステップＳ８では、上記ある加工ポイントにおける接触部分Ｃにおいて、接触する円弧部分が複数あるか否かを判定する。ここで、接触部分Ｃにおいて円弧部分が複数ある場合とは、図９に示すように、ワークＷのツールパス上に溝Ｗａが形成されている部分を切削加工する状態等を意味している。ここで、円弧部分が複数あると判定された場合には、ステップＳ９へ進み、円弧部分が複数ない（単数である）と判定された場合には、ステップＳ１１へ進む。

　ステップＳ９では、ステップＳ８において複数の円弧部分があると判定されているため、ツールパス上における進行方向における下流側の方の円弧部分だけに接触していると判定して、下流側の円弧部分だけを選択して接触部分Ｃを算出する。これは、ツールパス上における上流側の円弧部分は、すでに切削加工されており、実際の加工時にはフライスＴの刃Ｔ１は接触していないと考えられるためである。

　ステップＳ１０では、フライスＴの刃数Ｔ１に基づいて、円周方向におけるフライスＴの刃Ｔ１の間隔Ｌ１を算出する。本実施形態では、フライスＴの刃数は８つであるから、間隔Ｌ１は、フライスＴの外周（２πｒ）を８で除した値となる。

　ステップＳ１１では、ステップＳ７において算出された最外円弧長さＬ２と、ステップＳ１０において算出された円周方向における刃Ｔ１の間隔Ｌ１とに基づいて、ある加工ポイントのワークＷの接触部分ＣにおけるフライスＴの接触刃数Ｔｎを算出する。具体的には、接触刃数Ｔｎは、最外周円弧長さＬ２を刃Ｔ１の間隔Ｌ１で割った値の整数の部分の数値となる。

　ステップＳ１２では、ある加工ポイントにおける１刃当たりの切削抵抗を算出してこれを記憶する。具体的には、加工ポイントｎ番目における１刃当たりの切削抵抗は、ステップＳ６において算出された切削抵抗forceを、接触刃数Ｔｎで割った値として算出される。

　ステップＳ１３では、ｎ＝ｎ＋１とし、次の加工ポイントにおける１刃当たりの切削抵抗を算出する工程へ移行する。
　ステップＳ１４では、ツールパスの終点に到達したか否かを判定する。具体的には、ｎ＝ｅとなるまで、つまり、ツールパスの終点まで到達するまで、ステップＳ３～ステップＳ１３の処理を繰り返し行う。

　なお、各加工ポイント間の１刃当たりの切削抵抗については、上述した切削抵抗補間部３５によって、隣接する加工ポイントにおける１刃当たりの切削抵抗の値を線形補間することで算出される。

　ここで、上記隣接する加工ポイントにおける１刃当たりの切削抵抗の値の差が所定の閾値よりも大きい場合には、単純に線形補間によって加工ポイント間の切削抵抗の大きさを求めるのではなく、以下のように制御を行ってもよい。

　すなわち、フライスＴの移動の軌跡（ツールパス）上における上流側の加工ポイントにおける１刃当たりの切削抵抗が下流側の加工ポイントにおける１刃当たりの切削抵抗よりも小さい場合には、下流側の加工ポイントにおける１刃当たりの切削抵抗の大きさを、その隣接する加工ポイント間における１刃当たりの切削抵抗の大きさとして設定する。
　本実施形態では、以上のようなシミュレーションを実施することで、多刃回転切削工具であるフライスＴの１刃当たりにかかる切削抵抗の大きさを検出することができる。

　＜切削加工プログラム作成の流れ＞
　本実施形態では、上記シミュレーションの結果、算出された１刃当たりの切削抵抗の大きさに基づいて、図１０に示すフローチャートに従って以下に示すシミュレーションを実施して、実際の切削加工で使用するＮＣプログラムを作成する。

　ステップＳ２１では、オペレータが手動入力によって、ツールパスの範囲（開始点ｎｓ、終了点ｎｅ）を指定するとともに、指定範囲内における１刃当たりの目標切削抵抗Ｆｍａｘを設定する。例えば、１刃当たりの目標切削抵抗Ｆｍａｘは、先に求めた各加工ポイント（ｘ₁，ｙ₁，ｚ₁）・・・（ｘ_n，ｙ_n，ｚ_n）における１刃当たりの切削抵抗の最大値を設定する。

　ステップＳ２２では、ワークＷに対するフライスＴの相対的な移動速度を上昇させていく。
　ステップＳ２３では、ツールパスの開始点を意味するｎｓをｎと入力する。

　ステップＳ２４では、上記シミュレーションの結果、算出された加工ポイントｎにおける１刃当たりの切削抵抗Ｆｎｏｗの値を読み出す。
　ステップＳ２５では、加工ポイントｎにおける１刃当たりの切削抵抗Ｆｎｏｗの値が、ステップＳ２１においてオペレータによって設定された１刃当たりの目標切削抵抗Ｆｍａｘよりも小さいか否かを判定する。ここで、１刃当たりの切削抵抗Ｆｎｏｗの値が１刃当たりの目標切削抵抗Ｆｍａｘよりも小さいと判定された場合には、ステップＳ２６へ進み、大きいと判定された場合にはステップＳ２８へ進む。

　すなわち、ステップＳ２５では、加工ポイントｎにおける１刃当たりの切削抵抗Ｆｎｏｗが、上限値として設定された１刃当たりの目標切削抵抗Ｆｍａｘの値を超えていないかを確認し、超えている場合には、１刃当たりの切削抵抗Ｆｎｏｗの大きさが１刃当たりの目標切削抵抗Ｆｍａｘとほぼ同じ大きさになるように、ワークＷに対するフライスＴの送り速度を低下させるように設定する。一方、１刃当たりの切削抵抗Ｆｎｏｗが１刃当たりの目標切削抵抗Ｆｍａｘよりも小さい場合には、１刃当たりの切削抵抗Ｆｎｏｗの大きさが１刃当たりの目標切削抵抗Ｆｍａｘとほぼ同じ大きさになるように、ワークＷに対するフライスＴの送り速度を上昇させるように設定する。以下、具体的な設定内容を示す。

　ステップＳ２６では、ステップＳ２５において、１刃当たりの切削抵抗Ｆｎｏｗが１刃当たりの目標切削抵抗Ｆｍａｘよりも小さいと判定されているため、ＦｍａｘとＦｎｏｗの比（Ｆｍａｘ／Ｆｎｏｗ）の大きさに応じて、切削抵抗の上昇割合（ｕｐｆ）を算出する。

　ステップＳ２７では、加工ポイントｎにおけるワークＷに対するフライスＴの送り速度ｆｎｏｗに対して、上記上昇割合（ｕｐｆ）を乗算して、送り速度ｕｐ値（ｆｕｐ）を算出する。

　ステップＳ２８では、元のＮＣプログラムで設定されている送り速度をｆｎｏｗからｆｕｐに書き換える。
　ステップＳ２９では、ｎ＝ｎ＋１とし、次の加工ポイントにおける送り速度を算出する工程へ移行する。

　ステップＳ３０では、ツールパスの終点に到達したか否かを判定する。具体的には、ｎ＝ｅとなるまで、つまり、ツールパスの終点まで到達するまで、ステップＳ２４～ステップＳ２９の処理を繰り返し行う。

　本実施形態では、以上のような１刃当たりの切削抵抗解析シミュレーション結果を用いて実際に加工を行う切削加工プログラムを作成することで、各加工ポイントにおける１刃当たりの切削抵抗の大きさがほぼ一定になるように、ワークＷに対するフライスＴの相対的な移動速度を調整することができる。

　この結果、フライスＴの刃Ｔ１にかかる１刃当たりの負荷が目標値を超えないように送り速度を制御することで、フライスＴの刃Ｔ１の破損を防止するとともに、１刃当たりの負荷がほぼ目標値になるように送り速度を制御することで、最大限まで送り速度を上昇させることができるため切削加工の効率を従来よりも向上させることができる。

　［他の実施形態］
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

　（Ａ）
　上記実施形態では、切削抵抗解析装置（制御部１１）および切削加工装置１０として本発明を実現した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、上述した１刃当たりの切削抵抗の算出を行う切削抵抗解析プログラムおよびこれを記憶した記録媒体として本発明を実現してもよい。

　（Ｂ）
　上記実施形態では、多刃回転切削工具としてフライスＴを用いて切削加工を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、エンドミル等の他の多刃回転切削工具を用いて切削加工を行う場合でも、本発明の適用は可能である。

　（Ｃ）
　上記実施形態では、刃数が８つの多刃回転切削工具（フライスＴ）を用いて切削加工を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、多刃回転切削工具の刃数としては、２つ以上であれば何枚の刃数であってもよい。

　（Ｄ）
　上記実施形態では、切削除去体積算出部３１において算出された切削除去体積Ｖと比切削抵抗Ｋｒとに基づいて、切削抵抗の大きさを求めた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

　例えば、工具の切込み量、送り量と切削抵抗との関係を記憶部にテーブルとしてマッピングしておき、現在値における切込み量および送り量から切削抵抗を求めてもよい。つまり、切削抵抗の大きさを算出する際には、切削除去体積を算出することなく、工具の切込み量および送り量に基づいて、直接的に切削抵抗を求めてもよい。

　（Ｅ）
　上記実施形態では、切削加工装置１０の制御部１１が１刃当たりの切削抵抗解析を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

　例えば、切削加工装置１０の外部コンピュータ上に上述した１刃当たりの切削抵抗の算出を行う切削抵抗解析プログラムを備えておき、３Ｄ－ＣＡＤ図データ、工具形状データを用いてシミュレーションを実行し、その結果作成されたＮＣプログラムを切削加工装置１０の入力部に転送することでも実現可能である。

　本発明の切削抵抗解析装置は、多刃工具の破損を確実に防止しつつ、加工効率の向上を図ることができるという効果を奏することから、各種切削加工を行う切削加工装置に対して広く適用可能である。

１０　　　切削加工装置
１１　　　制御部（切削抵抗解析装置）
１２　　　主軸
１２ａ　　主軸ヘッド
１２ｂ　　主軸回転用サーボモータ
１３　　　サドル
１６　　　工作機械部
２１　　　入力部
２２　　　演算制御部
２２ａ　　記憶部（データ格納部）
２２ｂ　　演算部
２３　　　サーボ制御部
２３ａ　　位置決め制御部
２３ｂ　　速度制御部
２４　　　タコジェネレータ
２５ａ～２５ｃ　サーボモータ
２７　　　位置検出器
２８　　　ボールねじ
３１　　　切削除去体積算出部
３２　　　切削抵抗算出部
３３　　　接触刃数算出部
３４　　　１刃単位切削抵抗算出部
３５　　　切削抵抗補間部
３６　　　送り速度調整部
　Ｃ　　　接触部分
　Ｔ　　　フライス（多刃回転切削工具）
　Ｔ１　　刃
　Ｗ　　　ワーク（被加工物）
　Ｗａ　　溝
　Ｗ１　　加工品

Claims

　多刃回転切削工具を用いて被加工物の切削加工を行う際に、前記多刃回転切削工具の移動の軌跡上の複数の加工ポイントにおける切削抵抗を算出する切削抵抗解析装置であって、
　前記多刃回転切削工具の形状、刃数および前記被加工物の形状に関するデータを格納するデータ格納部と、
　前記多刃回転切削工具にかかる切削抵抗の大きさを算出する切削抵抗算出部と、
　前記被加工物の加工面に対して同時に接触する前記多刃回転切削工具の刃の数を算出する接触刃数算出部と、
　前記切削抵抗の大きさと前記接触刃数算出部における算出結果とに基づいて、前記多刃回転切削工具の１刃当たりの切削抵抗値を算出する１刃単位切削抵抗算出部と、
を備えている切削抵抗解析装置。
　前記データ格納部に格納された各種データを用いて、前記多刃回転切削工具の軌跡上の所定の加工ポイントにおける前記多刃回転切削工具による切削除去体積を算出する切削除去体積算出部を、さらに備えており、
　前記切削抵抗算出部は、前記被加工物に固有の比切削抵抗と、前記切削除去体積算出部において算出された前記切削除去体積とに基づいて、前記多刃回転切削工具にかかる切削抵抗の大きさを算出する、
請求項１に記載の切削抵抗解析装置。
　前記接触刃数算出部は、前記多刃回転切削工具と前記被加工物との接触部分における最外円弧長さに基づいて、前記被加工物の加工面に対して同時に接触する前記多刃回転切削工具の刃の数を算出する、
請求項１または２に記載の切削抵抗解析装置。
　前記１刃単位切削抵抗算出部は、前記多刃回転切削工具の軌跡上におけるほぼ等間隔に配置された複数の加工ポイントにおいて１刃当たりの切削抵抗を算出する、
請求項１または２に記載の切削抵抗解析装置。
　前記１刃単位切削抵抗算出部において算出された所定の加工ポイントにおける１刃当たりの切削抵抗の大きさとそれに隣接する加工ポイントにおける１刃当たりの切削抵抗の大きさとに基づいて、その加工ポイント間における１刃当たりの切削抵抗を線形補間によって算出する切削抵抗補間部を、さらに備えている、
請求項１または２に記載の切削抵抗解析装置。
　前記切削抵抗補間部は、前記多刃回転切削工具の軌跡上における上流側の加工ポイントにおける１刃当たりの切削抵抗が下流側の加工ポイントにおける１刃当たりの切削抵抗よりも小さい場合には、下流側の加工ポイントにおける１刃当たりの切削抵抗の大きさを、その隣接する加工ポイント間における１刃当たりの切削抵抗の大きさとして設定する、
請求項５に記載の切削抵抗解析装置。
　前記１刃単位切削抵抗算出部における算出結果に基づいて、前記多刃回転切削工具の送り速度を調整する送り速度調整部を、さらに備えている、
請求項１または２に記載の切削加工解析装置。
　請求項１または２に記載の切削抵抗解析装置と、
　前記多刃回転切削工具の前記被加工物に対する位置決めを行う位置決め制御部と、
　前記多刃回転切削工具の送り速度を制御する速度制御部と、
　前記被加工物に対して切削加工を行う工作機械部と、
を備えている切削加工装置。
　多刃回転切削工具を用いて切削加工を行う際の被加工物からの切削抵抗を解析する切削抵抗解析プログラムであって、
　前記多刃回転切削工具の形状、刃数および前記被加工物の形状に関するデータを用いて前記多刃回転切削工具にかかる切削抵抗の大きさを算出する工程と、
　前記被加工物の加工面に対して同時に接触する前記多刃回転切削工具の刃の数を算出する工程と、
　前記切削抵抗の大きさと前記多刃回転切削工具の刃の数とに基づいて、前記多刃回転切削工具の１刃当たりの切削抵抗を算出する工程と、
を備えている切削抵抗解析方法をコンピュータに実行させる切削抵抗解析プログラム。