JP2005161502A - 工具ホルダ選択方法、工具ホルダ選択装置及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 種々の焼きばめ工具ホルダと工具とを組み合わせたものの剛性値（工具先端のたわみ量）を容易に入手できるコンピュータを用いた工具ホルダ選択方法、工具ホルダ選択装置及び記録媒体を得る。
【解決手段】 所定の直径Ｄを有する工具５が所定の突出し量Ｌｔで取り付けられている焼きばめ工具ホルダにおいて、工具５の先端に所定の荷重が作用した際のたわみ量Ｓ’を取得するための方法。複数の工具ホルダの形状及びヤング率を含むデータのなかから所望の工具ホルダを選択し、複数の工具の形状及びヤング率を含むデータのなかから所望の工具を選択し、工具ホルダに工具を取り付ける際の工具の突出し量を入力し、選択された工具ホルダと工具の各データ、工具の突出し量及び工具の先端に加わる荷重から工具先端のたわみ量Ｓ’を演算する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、工具ホルダ選択方法、選択装置及び記録媒体、特に、多数種類の焼きばめ工具ホルダと工具との組合せから最適な組合せを選択する方法、選択するための装置及び選択する処理を記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体に関する。

従来、金型のエンドミルによる直彫り加工では、例えば、図１０に示すように、ワーク１の加工深さＴが工具５の直径Ｄに対して４倍を超えるような深彫り加工では、工具５をホルダ６のチャック７から長く突き出すことにより、加工深さを満たすと共に、ワーク１に対するホルダ６（チャック７）の干渉も回避する必要があった。

しかしながら、工具５の突出し量Ｌが長くなると、工具５の相対的な剛性が低下することにより、加工精度の低下や加工時間の延長、工具寿命の短縮、さらには激しいビビリが発生して加工不能といった不具合が生じていた。加工における剛性は、図１１に示すように、工具５の先端のたわみ量Ｓに相当し、従来のホルダ６は剛体とみなすことができるので、その剛性値は工具５自体のたわみ量を検討すればよい。

即ち、前記たわみ量とは、工具５の先端に一定の荷重（ｋｇ・ｆ）を作用させた場合のたわみ量Ｓであり、一般的には、「工具の直径Ｄ」と「突出し量Ｌ÷直径Ｄ＝Ｌ／Ｄ」に基づいて最適な加工条件（切込み量、回転数、送り速度等）を決定していた。このような加工条件の決定は、ワークの材質等を勘案して経験に基づいて行われており、作業者にとっては扱い慣れたものであった。

ところで、近年では、非常にスリムな工具取付け部を備えた焼きばめ工具ホルダが開発提供されており、そのいくつかの種類を図１に示す。図２は、焼きばめ工具ホルダ１０Ａと工具５とマシニングセンタの主軸２０の先端部とを分解して示す。

これらの焼きばめ工具ホルダ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ等を用いれば、工具５の突出し量Ｌｔを短くすることにより、ワーク１とホルダとの干渉を回避しながら剛性の低下を最小限に抑えることができる。工具取付け部（ホルダ部）１２の剛性が工具５の剛性に加算されることになる。

このような焼きばめ工具ホルダが普及すると、前記３条件（加工深さ、ホルダの干渉回避、剛性）が最適な条件になるように、工具ホルダの種類及び工具突出し量の選定を行うことが求められている。

しかしながら、加工深さと干渉回避の観点からはホルダの形状に基づいて的確な選定が可能であるが、最も剛性の高い選定という観点からは的確な選定を行うことが極めて煩雑なのが現状である。

焼きばめ工具ホルダは、図３に示すように、工具５の直径Ｄ、ホルダ部１２の外径Ｃ及びホルダ有効深さＭに応じて多数種類のものが存在する。また、工具５の突出し量Ｌｔも必要に応じて調整可能である。以下、特定の焼きばめ工具ホルダと特定の工具とその突出し量との組合せをホルダ／工具アセンブリーと記す。

例えば、加工深さと干渉回避の観点から、多数種類のホルダ／工具アセンブリーのなかから図１に示す焼きばめ工具ホルダ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを選定したとしても、最も剛性の高い（たわみ量Ｓ’の小さい）ホルダ／工具アセンブリーはどれかということは、多量のデータに基づいてたわみ量を計算しなければならず、極めて煩雑であった。

そこで、本発明の目的は、種々の焼きばめ工具ホルダと工具とを組み合わせたものの剛性値（たわみ量）を容易に入手できるコンピュータを用いた工具ホルダ選択方法及び工具ホルダ選択装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、種々の焼きばめ工具ホルダと工具とを組み合わせたものの剛性値（たわみ量）を容易に入手できるプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明に係るコンピュータを用いた工具ホルダ選択方法は、複数の工具ホルダの形状及びヤング率を含むデータのなかから所望の工具ホルダを選択する工程と、複数の工具の形状及びヤング率を含むデータのなかから所望の工具を選択する工程と、工具ホルダに工具を取り付ける際の工具の突出し量を入力する工程と、選択された工具ホルダと工具の各データ、工具の突出し量及び工具の先端に加わる荷重から工具先端のたわみ量を演算する工程とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る工具ホルダ選択方法によれば、工具ホルダと工具の種類及び工具の突出し量を選択（入力）することにより、即ち、ホルダ／工具アセンブリーを指定することにより、自動的に工具先端のたわみ量が演算される。従って、確実かつ容易に剛性の高い好ましいホルダ／工具アセンブリーを選定することができ、適切な加工条件を設定することができる。

本発明に係る工具ホルダの選択装置は、使用者によって選択されるべき複数の工具ホルダの形状及びヤング率を含む工具ホルダデータ格納手段と、使用者によって選択されるべき複数の工具の形状及びヤング率を含む工具データ格納手段と、選択された工具ホルダと工具の各データ、工具の突出し量及び工具の先端に加わる荷重から工具先端のたわみ量を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする。

前記工具ホルダ選択装置によれば、工具ホルダと工具の種類及び工具の突出し量を選択（入力）することにより、即ち、ホルダ／工具アセンブリーを指定することにより、自動的に工具先端のたわみ量が演算される。従って、確実かつ容易に剛性の高い好ましいホルダ／工具アセンブリーを選定することができ、適切な加工条件を設定することができる。

本発明に係る工具ホルダ選択装置において、工具ホルダデータ格納手段及び工具データ格納手段は、それらのデータの書き換え及び追加が可能であることが好ましい。必要なデータを適時更新していくことができる。

また、工具ホルダデータ格納手段及び工具データ格納手段は、それらを格納した記録媒体からデータの入力が可能であること、あるいは、インターネットを介してそれらのデータの入力が可能であれば、便利である。

本発明に係るコンピュータ読取り可能な記録媒体は、複数の工具ホルダの形状及びヤング率を含むデータのなかから所望の工具ホルダを選択する処理と、複数の工具の形状及びヤング率を含むデータのなかから所望の工具を選択する処理と、前記工具ホルダに前記工具を取り付ける際の工具の突出し量を入力する処理と、選択された工具ホルダと工具の各データ、工具の突出し量及び工具の先端に加わる荷重から工具先端のたわみ量を演算する処理と、演算された工具先端のたわみ量を画面上に表示する処理とをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したことを特徴とする。

本発明に係るコンピュータ読取り可能な記録媒体によれば、工具ホルダと工具の種類及び工具の突出し量を選択（入力）することにより、即ち、ホルダ／工具アセンブリーを指定することにより、自動的に工具先端のたわみ量が演算され、画面上に表示される。従って、確実かつ容易に剛性の高い好ましいホルダ／工具アセンブリーを選定することができ、適切な加工条件を設定することができる。

本発明に係るコンピュータ読取り可能な記録媒体において、演算された工具先端のたわみ量を表示すると共に、該たわみ量に相当するＬ／Ｄ値をも画面上に表示することが好ましい。従来、工具の突出し量Ｌと直径Ｄとの比から算出されたＬ／Ｄ値はこの種の切削加工の分野で広く用いられており、Ｌ／Ｄ値に基づいて加工条件が設定されていた。従って、演算されたたわみ量と共に、該たわみ量に相当するＬ／Ｄ値をも画面上に表示することにより、たわみ量をＬ／Ｄ値に置き換えてワークの加工条件を設定することができる。これにて、従来扱い慣れているＬ／Ｄ値に基づいて最適な加工条件を設定でき、作業能率が格段に向上する。

以下、本発明に係る工具ホルダ選択方法、工具ホルダ選択装置及び記録媒体の実施例について、添付図面を参照して説明する。

（焼きばめ工具ホルダの構成と工具との組合せ、図１〜図４参照）
焼きばめ式のいくつかの種類の工具ホルダ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを図１に示す。これらのホルダは、従来から知られているように、マシニングセンタの主軸２０に固定するためのシャンク部１１と工具５を保持するホルダ部１２とからなり、ホルダ部１２と工具５との熱膨張率の差を利用して工具５をホルダ部１２に着脱する。従来のメカニック式のチャック７を備えた工具ホルダ６（図１０参照）とは異なって、ホルダ部１２が極めてスリムであり、深彫り加工に最適である。

焼きばめ工具ホルダは、図３に示すように、工具５の直径Ｄ、ホルダ部１２の外径Ｃ及びホルダ有効深さＭに応じて多数種類のものが存在する。また、工具５の突出し量Ｌｔも必要に応じて調整可能である。例えば、本出願人が提供する工具ホルダのシステムでは、各工具ホルダごとに、工具５の直径Ｄで約１５種類、ホルダ部１２の外径Ｃで約４種類、ホルダ有効深さＭで約６種類及び工具突出し量Ｌｔで約１０種類のホルダ／工具アセンブリーが存在する。トータルでは「工具の直径×ホルダ部の外径×ホルダ有効深さ」の数の焼きばめ工具ホルダと工具との組合せが存在することになる。

もっとも、全種類の工具ホルダを備えている加工現場はそれ程多くはなく、加工現場の規模に応じて、加工に必要な工具の直径が決まると、それに対応した工具ホルダを選んでくる、または、購入することになる。その都度ホルダ／工具アセンブリーが増加していくことになる。

以下に示す表１は、このような多数種類の焼きばめ工具ホルダと工具の組合せに関する剛性値（工具先端のたわみ量Ｓ’）を示すリストであり、工具５の直径Ｄが６ｍｍで、突出し量Ｌｔが１２〜４８ｍｍの場合が示されている。

表１において、図１に示す工具ホルダ１０ＡはホルダコードＡ６３−ＳＬＳＢ６−１２０−Ｍ６７に相当し、工具ホルダ１０ＢはホルダコードＡ６３−ＳＬＳＡ６−１２０−Ｍ６７に相当し、工具ホルダ１０ＣはホルダコードＡ６３−ＳＬＲＢ６−９５−Ｍ４２に相当する。

ところで、焼きばめ工具ホルダの剛性値とは、図３に示すように、工具ホルダのシャンク部１１、ホルダ部１２と工具５（突出し量Ｌｔ）の一体的な剛性であり、工具５の先端たわみ量Ｓ’に相当する。表１に記載の剛性値は、工具５の先端に一定の荷重（１ｋｇ・ｆ）を作用させた場合のたわみ量Ｓ’に相当し、ＦＥＭ解析などで演算（図９参照）した数値である。

なお、焼きばめ工具ホルダには図１に示すワンピース型以外に、図４（Ａ）に示す異種材接合ワンピース型、図４（Ｂ）に示すツーピース型が存在し、それぞれ剛性値（たわみ量Ｓ’）が相違する。図４（Ａ）に示す工具ホルダ１０Ｄは異なる材質からなるホルダ部１２ａ，１２ｂを冶金的に接合したものである。また、図４（Ｂ）に示す工具ホルダ１０Ｅはホルダ部１２ａ，１２ｂが着脱可能に分割されている。

（ホルダ／工具アセンブリーの選択、図５〜図８参照）
次に、工具ホルダと工具との組合せに基づいてたわみ量Ｓ’を演算する処理について説明する。

このような処理はコンピュータを用いて行う。コンピュータには、複数の工具ホルダの形状及びヤング率を含むデータのなかから所望の工具ホルダを選択する処理と、複数の工具の形状及びヤング率を含むデータのなかから所望の工具を選択する処理と、工具ホルダに工具を取り付ける際の工具の突出し量を入力する処理と、選択された工具ホルダと工具の各データ、工具の突出し量及び工具の先端に加わる荷重から工具先端のたわみ量を演算する処理と、演算された工具先端のたわみ量を画面上に表示する処理とをコンピュータに実行させるためのプログラムが格納されている。

まず、図５〜図８に示すウインドウを呼び出し、シャンクタブ５１をクリックすると図５に示す画面が現れる。この画面は作図エリア６０やコード入力ボックス６１、シャンク部の外形状入力ボックス６２、シャンク部の内形状入力ボックス６３等からなる。

通常は、ボックス６１でシャンクコードを選択すると、メモリに既に登録されている該当するシャンクコードのデータが呼び出され、そのシャンク部の外形状や内形状の数値がボックス６２，６３に表示されると共に、シャンク部の図形が作図エリア６０に表示される。プルダウンボタン８１による既登録シャンクコードの選択、あるいは、検索ボタン８２による既登録シャンクコードの検索も可能である。

なお、未入力の新規な焼きばめ工具ホルダにあっては、ボックス６２，６３に必要な数値をｘ−ｙ座標で入力すると入力された数値に従った図形がエリア６０に描かれ、対応するシャンクコードをボックス６１に入力することで新規焼きばめ工具ホルダのデータを入力することができる。データの変更も可能である。

次に、ホルダタブ５２をクリックすると、図６に示す画面が現れる。この画面は前記作図エリア６０やコード入力ボックス６１の他に、ホルダ部の外形状入力ボックス６４、ホルダ部の内形状入力ボックス６５等からなる。

ボックス６１で選択されたホルダコードに基づいてメモリに既に登録されている該当するホルダコードのデータが呼び出され、そのホルダ部の外形状や内形状の数値がボックス６４，６５に表示されると共に、ホルダ部の図形が前記シャンク部の図形に追加して作図エリア６０に表示される。プルダウンボタン８１による既登録ホルダコードの選択、あるいは、検索ボタン８２による既登録ホルダコードの検索も可能である。

なお、未入力の新規な焼きばめ工具ホルダにあっては、ボックス６４，６５に必要な数値をｘ−ｙ座標で入力すると入力された数値に従った図形がエリア６０に描かれ、対応するホルダコードをボックス６１に入力することで新規焼きばめ工具ホルダのデータを入力することができる。データの変更も可能である。

次に、工具タブ５３をクリックすると、図７に示す画面が現れる。この画面は前記作図エリア６０の他に、工具コード入力ボックス６６、工具の刃先形状入力ボックス６７、突出し量入力ボックス６８、工具シャンク部の入力ボックス６９，７０、刃部入力ボックス７１，７２等からなる。

ボックス６６で選択された工具コードに基づいてメモリに既に登録されている該当する工具コードのデータが呼び出され、その刃先形状（スクエアエンド又はボールエンド）やシャンク部の径及びその長さ、刃部の径やその長さがボックス６７，６９，７０，７１，７２に表示されると共に、工具の図形が前記シャンク部やホルダ部の図形に重ねて作図エリア６０に表示される。また、突出し量はボックス６８に入力する。プルダウンボタン８１による既登録工具コードの選択、あるいは、検索ボタン８２による既登録工具コードの検索も可能である。

なお、未入力の新規な工具にあっては、ボックス６８，６９，７０，７１，７２に必要な数値を入力し、入力された数値に従った図形がエリア６０に描かれ、対応する工具コードをボックス６６に入力することで新規工具のデータを入力することができる。データの変更も可能である。また、シャンク２の入力ボックスに数値を入力することで、段付き（テーパー）工具などにも対応することができる。

次に、計算タブ５４をクリックすると、図８に示す画面が現れる。この画面は前記作図エリア６０の他に、ヤング率入力ボックス７３，７４，７５、荷重入力ボックス７６、ピッチ入力ボックス７７、演算結果によるたわみ量表示ボックス７８、Ｌ／Ｄ値表示ボックス７９、交点・たわみ量一覧表示ボックス８０等からなる。

ヤング率は既にメモリに登録されている工具ホルダや工具であれば既登録データから自動的に表示され、新規な工具ホルダや工具であればボックス７３，７４，７５に入力する。荷重は工具の先端に作用する荷重であり、通常は１ｋｇ・ｆの数値がボックス７６に自動的に設定される。ピッチはたわみ量を演算する基準となるピッチであり、原点０（図８の作図エリア６０参照）からの１ｍｍ単位での数値であり、通常は１ｍｍのピッチがボックス７７に自動的に設定される。

以上の入力データに基づいて選択された工具ホルダと工具の組合せ及び突出し量、荷重から工具先端のたわみ量が演算される。この演算は、図９に模式的に示すように、周知の片持ち梁のたわみ計算によって行われ、ピッチごとのたわみ量及び累積たわみ量がボックス８０に表示される。工具先端の累積たわみ量が図３に示したたわみ量Ｓ’に相当し、その数値はボックス７８に表示される。これにて、使用者は所定のホルダ／工具アセンブリーの剛性値を知ることができる。

また、たわみ量に相当するＬ／Ｄ値がボックス７９に表示される。工具の突出し量と直径Ｄとの比から算出されたＬ／Ｄ値は、図１０及び図１１に示した従来のメカニック式のチャック７を備えた工具ホルダ６に関して広く用いられており、従来ではこのＬ／Ｄ値に基づいて加工条件を設定していた。即ち、加工現場にあっては、Ｌ／Ｄ値が決まれば加工条件（切込み量、回転数、送り速度等）は、経験的な感覚として既知であったともいえる。

従って、演算されたたわみ量Ｓ’に加えて、該たわみ量Ｓ’に相当するＬ／Ｄ値を表示することにより、Ｌ／Ｄ値に基づいて最適な加工条件を設定でき、その作業能率が格段に向上する。以下に示す表２は焼きばめ工具ホルダの剛性値（たわみ量Ｓ’）とＬ／Ｄ値とを比較した一例である。

（他の形態の工具ホルダ）
なお、焼きばめ工具ホルダには図４（Ａ），（Ｂ）に示した異種材接合ワンピース型やツーピース型が存在する。この種の形態の工具ホルダに関しても、基本的には図９に模式的に示した解析手法でたわみ量Ｓ’を演算することができる。この場合、ホルダ部２のヤング率は図８のボックス７４に入力することになる。

（他の実施例）
なお、本発明に係る工具ホルダ選択方法、工具ホルダ選択装置及び記録媒体は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。

特に、本発明を実行するコンピュータのメモリへ格納される各種データは、工具ホルダメーカーから提供される磁気ディスクや光ディスクなどの記録媒体に予め格納されたデータを一括して入力可能であってもよい。オペレータがいちいちデータを入力する手間を省略することができる。

同様の目的で、各種データが工具ホルダメーカーのホームページに掲載されており、そのデータをダウンロードしてオペレータのコンピュータに取り込んでもよい。また、本発明を実行するプログラムが工具ホルダメーカーのホームページに掲載されており、オペレータは該ホームページ上でプログラムを実行してホルダ／工具アセンブリーの剛性値（たわみ量Ｓ’）を取得するようにしてもよい。

また、コンピュータ上での操作において、ホルダタブをクリックしてシャンク付きホルダを選択すると、シャンクも同時に選択されるようにすることで、二つの作業を１回で行うことができる。

３種類の焼きばめ工具ホルダを示す説明図である。 焼きばめ工具ホルダ、工具、主軸を示す分解図である。 焼きばめ工具ホルダのたわみ量を示す説明図である。 ツーピース型の焼きばめ工具ホルダを示す説明図である。 コンピュータ上でたわみ量を計算するためのウインドウ（シャンク部形状入力）を示す図である。 コンピュータ上でたわみ量を計算するためのウインドウ（ホルダ部形状入力）を示す図である。 コンピュータ上でたわみ量を計算するためのウインドウ（工具形状入力）を示す図である。 コンピュータ上でたわみ量を計算するためのウインドウ（たわみ量演算）を示す図である。 たわみ量の計算を模式的に示す図である。 従来の工具ホルダを示す説明図である。 従来の工具ホルダのたわみ量を示す説明図である。

符号の説明

５…工具
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ…焼きばめ工具ホルダ
１１…シャンク部
１２…ホルダ部

Claims (7)

1. 複数の工具ホルダの形状及びヤング率を含むデータのなかから所望の工具ホルダを選択する工程と、
   複数の工具の形状及びヤング率を含むデータのなかから所望の工具を選択する工程と、
   前記工具ホルダに前記工具を取り付ける際の工具の突出し量を入力する工程と、
   選択された工具ホルダと工具の各データ、工具の突出し量及び工具の先端に加わる荷重から工具先端のたわみ量を演算する工程と、
   を備えたことを特徴とするコンピュータを用いた工具ホルダ選択方法。
2. 使用者によって選択されるべき複数の工具ホルダの形状及びヤング率を含む工具ホルダデータ格納手段と、
   使用者によって選択されるべき複数の工具の形状及びヤング率を含む工具データ格納手段と、
   選択された工具ホルダと工具の各データ、工具の突出し量及び工具の先端に加わる荷重から工具先端のたわみ量を演算する演算手段と、
   を備えたことを特徴とする工具ホルダ選択装置。
3. 前記工具ホルダデータ格納手段及び前記工具データ格納手段は、それらのデータの書き換え及び追加が可能であることを特徴とする請求項２に記載の工具ホルダの選択装置。
4. 前記工具ホルダデータ格納手段及び前記工具データ格納手段は、それらを格納した記録媒体からデータの入力が可能であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の工具ホルダ選択装置。
5. 前記工具ホルダデータ格納手段及び前記工具データ格納手段は、インターネットを介してそれらのデータの入力が可能であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の工具ホルダ選択装置。
6. 複数の工具ホルダの形状及びヤング率を含むデータのなかから所望の工具ホルダを選択する処理と、
   複数の工具の形状及びヤング率を含むデータのなかから所望の工具を選択する処理と、
   前記工具ホルダに前記工具を取り付ける際の工具の突出し量を入力する処理と、
   選択された工具ホルダと工具の各データ、工具の突出し量及び工具の先端に加わる荷重から工具先端のたわみ量を演算する処理と、
   演算された工具先端のたわみ量を画面上に表示する処理と、
   をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読取り可能な記録媒体。
7. 演算された工具先端のたわみ量を表示すると共に、該たわみ量に相当するＬ／Ｄ値をも画面上に表示することをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したことを特徴とする請求項６に記載のコンピュータ読取り可能な記録媒体。

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