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発明の名称 切削加工方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−105280(P2001−105280A)
公開日 平成13年4月17日(2001.4.17)
出願番号 特願平11−285673
出願日 平成11年10月6日(1999.10.6)
代理人
発明者 保坂 光一郎
要約 目的
工作機械の主軸負荷に着目し、主軸負荷又は主軸負荷電流を所定の値に制御するとともに、切削諸元、すなわち回転数、送り量を制御し、工作機械毎に能率良く、安定した切削加工を行うための切削加工法を提供することを目的とする。

構成
スローアウェイ式またはソリッドのエンドミル等フライス切削工具を用いた切削加工方法において、多機能な1つの工具を用いて、切削諸元を変数として加工部位毎に必要に応じて変化させ、切削定常域における主軸負荷の値を基準主軸負荷値としたときに、その変動幅を率で±15%以内に制御することを特徴とするフライス切削工具を用いた切削加工方法。
特許請求の範囲
【請求項1】 スローアウェイ式またはソリッドのエンドミル等フライス切削工具を用いた切削加工方法において、多機能な1つの工具を用いて、切削諸元を変数として加工部位毎に必要に応じて変化させ、切削定常域における主軸負荷の値を基準主軸負荷値としたときに、その変動幅を率で±15%以内に制御することを特徴とするフライス切削工具を用いた切削加工方法。
【請求項2】 請求項1記載の切削加工方法において、該変動幅を主軸の回転数、送り速度とも変数として制御することにより行うことを特徴とする切削加工方法。
【請求項3】 請求項1乃至2記載の切削加工方法において、該基準主軸負荷値を、工作機械の有する主軸負荷限度の80%以下としたことを特徴とする切削加工方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はマシニングセンター等の工作機械を用いた切削加工方法の改善に関するものであり、とくに荒加工、中仕上げ加工等で生じるビビリ、振動の制御に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、高性能超硬合金製工具及び高速回転仕様の工作機械の開発が進み、低切り込み、高速回転で切削を行う高速切削法が普及している。更に特開平11−129114号には、工具の異常摩耗や工作機械等の振動を抑制し、回転数、送り量を制御して切削することでビビリ等を制御する加工方法が提案されている。また、CAD/CAM等の進歩により、安定切削を目的に切削部位毎に送り速度のみを変化させるソフトも開発されている。更に、CAMソフトの改良により、特定の加工プログラムを様々な工作機械のソフトとして用いることができ、更には、工具も多様なものが用いられており、切削工具の変更もしばしば行われている。しかし、実際に加工されている状況は把握できず、特にトラブルがあれば加工プログラムを調整するが、正常に加工できる場合は検討されていないのが現状である。
【0003】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、加工物形状は様々であり、とくに金型のキャビティのように内コーナー部や深い凹凸のある場合等を多機能な1つの工具を用いて加工する場合には、ビビリ等の発生により、高速回転で加工することが困難であり、初期設定において、切り込み、回転、送りを下げて切削せざる得なかった。また、単に切り込み、回転、送りを下げるだけでは、加工能率が悪くなるだけでなく、切削加工時の加工部位毎の切削抵抗の変動により、工具や機械に悪影響を及ぼす場合があった。これにより、送り速度のみを変化させるソフトが開発されたが、それでも加工部位毎の切削抵抗の変動幅が不十分であり、とくに回転数の初期設定値を低くせざる得なく、工具や機械の性能をフルに生かすことができず、加工能率が非常に低下するという問題があった。
【0004】
【本発明の目的】本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、主軸負荷に着目し、主軸負荷電流を所定の値の範囲内に制御するとともに、切削諸元、すなわち回転数、送り量を制御し、工作機械毎に能率良く、安定した切削加工を行うための切削加工法を提供するものである。
【0005】
【問題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を解決するために、スローアウェイ式またはソリッドのエンドミル等フライス切削工具を用いた切削加工方法において、多機能な1つの工具を用いて、切削諸元を変数として加工部位毎に必要に応じて変化させ、切削定常域における主軸負荷の値を基準主軸負荷値としたときに、その変動幅を率で±15%以内に制御することを特徴とするフライス切削工具を用いた切削加工方法である。
【0006】
【作用】本発明は、NC、MC等の加工用のプログラムにおいて、十分適用することができ、リアルタイムに行える、きわめて汎用性の高い方法である。先ず、本発明は、ビビリ、振動等の目安を主軸負荷電流にて制御する。実際には機械毎にアンペアが異なるため、主軸負荷値で制御化する。主軸負荷電流は例えば、プリント基板穴あけ用ドリル等におけるドリル負荷の検出や工具寿命の管理等の目安として用いられている。更に、工作機械においては、ビビリ、振動等を生じないように予めプログラム中に主軸負荷値に関連する項目をファクターとして入力しておき、実際に切削加工を進めながら、モニターしつつ切削を進めることができる。そのため、回転数、送り量を変数として、軸方向、径方向の切り込み量を定数として扱う。従来技術で説明した方法は、送り量を変数とし、回転数、切り込み量を定数とするものである。
【0007】具体的には、例えば、従来技術で説明した送り量のみの調整より、回転数と送り量を調整できることにより、高速切削ができない加工部位においても、ビビリ等の発生が抑制され、加工能率の下げ幅を最小限に抑えることが可能となる。また、切削定常域における主軸負荷の値を基準とし、その変動幅を率で±15%以内とすることにより、加工部位毎の主軸負荷の変動を少なくし、高いレベルでの安定した高能率な切削加工が可能となった。ここで、変動幅は切削定常域における基準主軸負荷値を100とした値であるが、基準主軸負荷値は概ね工作機械の主軸負荷限度の80%を越えると機械的に不安定になり、安定した切削加工ができない。また、主軸負荷の値と切削諸元すなわち切削能率と密接な関係があり、主軸負荷の値が小さくなるほど切削能率が下がるため、その変動幅を率で±15%以内にしたことにより、機械および工具の性能を十分に生かし、かつ安定性と能率を両方兼ね備えた切削加工法を提供できるようになったのである。
【0008】
【実施例】本発明による主軸負荷値を制御した切削加工方法を実施するNC装置の一例を示す。NC装置は、CNC方式のものであり、CPUと、システムプログラムなどを格納したROMと、各種データを一時格納するワーキングメモリとしてのRAMと、加工プログラムや工具データなどを記憶するデータ記憶域を有するRAMと、サーボコントローラと、主軸コントローラと、テープリーダ、テンキーなどの入力部と、表示器とを有し、これらがバスにより接続されている。サーボコントローラにはサーボアンプが接続され、サーボアンプにはサーボモータが接続されている。主軸コントローラには工具を回転駆動する主軸モータが接続されている。このNC装置は、基準電流値と主軸負荷電流値とを対比し主軸負荷値を推定演算する計算部とを含んでいる。
【0009】主軸負荷の値は適正な工具使用範囲においてその係数として扱う。(以下、kを工具の係数として略称する。)係数kには多様な種類、刃数、サイズ等があるため、まえもって適当な切削諸元で切削加工を実行し、その時の主軸負荷電流値を基準主軸負荷電流値として一定の単位時間当たりの主軸負荷電流値を実測して得る。この主軸電流値はNC装置のRAMにストアする。主軸負荷値は、基準主軸負荷電流値に対する実際の切削加工中の主軸負荷電流値の比率で表し、主軸負荷の推定演算値である。上述の主軸負荷電流量の演算は切削加工下においてリアルタイムに行われる。係数kは、使用する工具毎に係数を予め実測データに基づき作成し、記憶しておき、記憶しておく係数記憶エリアと、その工具係数を測定した時の主軸負荷電流値を記憶しておく基準切削電流記憶エリアとを設けておく。
【0010】先ず、スローアウェイエンドミル、直径25mm、2枚刃を用いて、切削諸元、切削方式を様々に変化させて被削材を決めて主軸負荷電流を実測する。これらのデータを演算処理して、基準主軸負荷値を定める。例えば、切削諸元は、切削速度毎に送り量、切り込み量を変化させて計測し、切削方式としては溝削り、肩削り、傾斜切削等のデータ処理を行う。
【0011】次に、実際の加工プログラムに則り、その加工部位の形状、切削方式、切削諸元により自動的に判断し主軸負荷電流を計測し、基準となる主軸負荷値と現在切削している部位との負荷、能率を考慮し、工作機械の能率を向上させるよう、切削諸元を変更する。変更に際しては、切削速度、送り量を上げる場合には、振動等が生じやすくなるため、振動等を主軸負荷値で制御しつつ、切削速度等をリアルタイムで変更する。また、例えば、被削材の角部のように、従来技術で説明した送り速度のみを変化させるソフトと異なり、本発明では主軸負荷に応じて、切削速度を落とし、かつ送り量を上げることによりテーブル送り速度を変えずに、角部のような切り屑排出の問題となる加工部位でも加工方法を制御することができる。
【0012】以上に於ては、本発明を特定の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の範囲内にて種々の実施の形態が可能であることは当業者にとって明らかであろう。特に、主軸負荷値の補助として音(AEセンサー等)を用いることはソリッド工具等の小径の工具においては有効である。また、スローアウエィ式等の工具では、振動計等により主軸負荷値の参考として用いても良い。
【0013】
【発明の効果】以上の説明から理解される如く、本発明によるNC工作機械における主軸負荷値においては、切削加工中に工具に作用する切削負荷と予めメモリに登録されている工具の主軸負荷とを推定演算し、この主軸負荷値により適切な切削諸元を自動的に変更するから、切削加工を中断することなく様々な切削に対して優れたリアルタイム性をもって連続的に、能率良く、安定した切削加工を行うことができるようになったのである。




 

 


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