JP2020038451A - 加工シミュレーション装置及び工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】外周面をすくい面とする環状の切れ刃を有する環状工具を用いて切削加工した後の工作物の形状を的確にシミュレートできる加工シミュレーション装置及び工作機械を提供すること。【解決手段】外周面をすくい面とする環状の切れ刃を有する環状工具、工作物、及び、切削加工に関する条件を入力する入力部２１０と、工具モデルを形成する工具モデル形成部２２１と、工作物モデルを形成する工作物モデル形成部２２２と、工具モデル及び工作物モデルを記憶する記憶部２３０と、工具モデル及び工作物モデルの位置及び姿勢を演算するモデル演算部と、モデル演算部の演算結果に基づいて環状工具が工作物を切削する位置となる切削点を演算することにより、切削加工後の工作物の形状をシミュレートする切削点演算部２４４とを備える加工シミュレーション装置。【選択図】図４

Description

本発明は、加工シミュレーション装置及び工作機械に関する。

特許文献１には、外周面をすくい面とする環状の切れ刃を有する切削工具（環状工具）を回転させながら、工作物に対する切削加工を行う技術が記載されている。この切削工具を用いた切削加工では、切削工具を回転させながら切削加工を行うことにより、切れ刃に発生する切削熱を外周面全周に分散し、工具寿命の向上を図っている。

特開２０１６−２６８９４号公報

上記した特許文献１に記載の技術において、切削加工は、工作物に対する切削工具の送り方向に対し、切削工具の軸線を非平行に配置した状態で、切削工具を回転させながら行われる。この場合、加工精度に影響を与えると予測される要因が多く存在し、切削加工における条件の最適化を容易に行うことが困難である。そこで、上記の態様で切削加工を行う際にあたり、任意で設定した条件下で切削加工を行った後の工作物の形状のシミュレーションを行うことにより、条件の最適化を図りたいとの要請がある。

本発明は、外周面をすくい面とする環状の切れ刃を有する環状工具を用いて切削加工した後の工作物の形状を的確にシミュレートできる加工シミュレーション装置及び工作機械を提供することを目的とする。

本発明の加工シミュレーション装置は、外周面をすくい面とする環状の切れ刃を有する環状工具を、送り方向に対して非平行な軸線周りに回転させながら切削加工した工作物の形状をシミュレートする。前記加工シミュレーション装置は、前記環状工具、前記工作物、及び、切削加工に関する条件を入力する入力部と、前記環状工具に関する条件に基づき、前記環状工具の形状を近似した工具モデルを形成する工具モデル形成部と、前記工作物に関する条件に基づき、前記工作物の形状を近似した工作物モデルを形成する工作物モデル形成部と、前記工具モデル及び前記工作物モデルを記憶する記憶部と、前記切削加工に関する条件に基づき、前記工具モデル及び前記工作物モデルの位置及び姿勢を演算するモデル演算部と、前記モデル演算部の演算結果に基づいて前記環状工具が前記工作物を切削する位置となる切削点を演算することにより、切削加工後の前記工作物の形状をシミュレートする切削点演算部とを備える。前記入力部は、前記環状工具による前記工作物の切削加工時に、前記環状工具の回転に伴って前記切れ刃を前記環状工具の送り方向とは異なる方向へ変位させる要因となる変位設定値を入力可能であり、前記モデル演算部は、前記変位設定値に基づき、前記環状工具の回転に伴って変位する前記工具モデルの位置及び姿勢を逐次更新し、前記切削点演算部は、位置及び姿勢が更新された前記工具モデルに用いて、前記切削点を逐次演算する。

また、本発明の工作機械は、上記した本発明の加工シミュレーション装置と、前記環状工具を軸線周りに回転可能に支持する工具主軸と、前記工作物を支持する工作物保持装置と、前記条件を入力可能な操作盤と、前記操作盤に入力された前記条件に基づき、前記環状工具及び前記工作物の位置及び姿勢を制御する制御装置とを備える。

本発明の加工シミュレーション装置及び工作機械によれば、モデル演算部は、入力部に入力した条件に基づいて工具モデル及び工作物モデルの位置及び姿勢を演算し、切削点演算部は、モデル演算部の演算結果に基づいて切削点を演算することにより、切削加工後の工作物の形状をシミュレートする。

また、加工シミュレーション装置において、入力部には、環状工具の回転に伴って切れ刃を環状工具の送り方向とは異なる方向へ変位させる要因となる変位設定値を入力可能であり、モデル演算部は、変位設定値に基づき、環状工具の回転に伴って変位する工具モデルの位置及び姿勢を逐次更新する。そして、切削点演算部は、位置及び姿勢が更新された前記工具モデルを用いて、切削点を逐次演算する。これにより、加工シミュレーション装置は、加工シミュレーションの結果として得られる工作物モデルの形状を、実際に切削加工を行った後の工作物の形状に近づけることができる。

その結果、加工シミュレーション装置は、環状工具を用いた切削加工を行うにあたり、切削加工した後の工作物の形状を的確にシミュレートできる。そして、加工シミュレーション装置を使用する使用者は、加工シミュレーション結果に基づき、実際に切削加工を行う際に設定する条件の最適化を容易に行うことができる。

また、本発明の工作機械によれば、使用者は、加工シミュレーションの結果に基づき、最適と判断した条件を操作盤に入力することができる。よって、工作機械は、工作物に対する加工精度の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態における切削加工方法に用いる切削装置の全体構成を示す平面図である。 図１ＡのＩＢ−ＩＢ線における切削装置の断面図である。 工具保持装置に保持された環状工具及び工作物の拡大図であり、環状工具の切れ刃と工作物とが接触した状態を示す。 制御装置のブロック図である。 加工シミュレーション装置のブロック図である。 入力部２１０の入力項目が表示装置に表示された状態を示す図である。 工具モデル及び工作物モデルをＸ軸方向からみた図である。 工具モデル及び工作物モデルをＺ軸方向から見た図である。 工作物モデルの軸線方向から見た工作物モデルの断面形状を部分的に示した図である 切削点演算部が行う処理を説明する図である。 図８に示す処理を複数回行った後の工作物モデルの一部を示す図である。 図９に示す状態から、図８に示す処理を更に複数回行った後の工作物モデルの一部を示す図である。 加工シミュレーション装置により実行される加工シミュレーション処理を示すフローチャートである。 表示装置に表示された解析結果の一例であり、工作物モデルの真円度を解析結果として示す。 表示装置に表示された解析結果の一例であり、工作物モデルの真円度を解析結果として示す。 表示装置に表示された解析結果の一例であり、工作物回転速度と真円度との関係を表したグラフを解析結果として示す。

以下、本発明に係る加工シミュレーション装置及び工作機械を適用した実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず、図＊を参照して、本発明の一実施形態における工作機械１の構成を説明する。

（１．工作機械１の全体構成）
図１に示すように、工作機械１は、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）と、１つの回転軸（Ｃ軸）とを備えた４軸マシニングセンタである。工作機械１は、工作物保持装置１０と、工作物送り装置２０と、工具保持装置３０と、制御装置１００と、加工シミュレーション装置２００とを主に備える。

工作物保持装置１０は、工作物Ｗを回転可能に保持する。工作物保持装置１０は、主軸台１１と、心押台１２とを備える。主軸台１１は、工作物Ｗの軸線方向一端側（図１Ａ右側）を回転可能に支持する。主軸台１１は、ハウジングとしての主軸台本体１３と、主軸台本体１３に回転可能に支持される回転主軸１４と、回転主軸１４を回転させるための駆動力を付与する回転主軸モータ１５と、を備える。心押台１２は、ハウジングとしての心押台本体１６と、工作物Ｗの軸線方向他端側（図１Ａ左側）を回転可能に支持する心押センタ１７とを備える。

工作物保持装置１０は、工作物Ｗの軸線ＡｗをＸ軸方向と平行に向けた状態で、軸線Ａｗ方向両端を回転主軸１４と心押センタ１７により支持する。そして、工作物Ｗは、回転主軸モータ１５が駆動することにより、軸線Ａｗまわりに回転する。

工作物送り装置２０は、工作物ＷをＸ軸方向へ送る。工作物送り装置２０は、送り台２１と、Ｘ軸駆動装置２２（図３参照）とを備える。なお、図１Ａ及び図１Ｂでは、Ｘ軸駆動装置２２の図示が省略されている。送り台２１は、ベッド２の上面をＸ軸方向へ移動可能に設けられる。具体的に、ベッド２の上面には、Ｘ軸方向へ延びる一対のＸ軸ガイドレール２３が設けられ、送り台２１は、Ｘ軸ガイドレール２３に案内されながらＸ軸方向へ移動する。Ｘ軸駆動装置２２は、ベッド２に対して送り台２１をＸ軸方向（工作物Ｗの軸線Ａｗ方向）へ送るねじ送り装置である。

送り台２１の上面には、主軸台１１及び心押台１２が設置され、主軸台１１及び心押台１２に支持された工作物Ｗは、Ｘ軸駆動装置２２を駆動し、送り台２１をＸ軸方向へ移動させることにより、工作物Ｗの軸線Ａｗ方向へ送られる。

工具保持装置３０は、後述する環状工具５０を回転可能に保持する。工具保持装置３０は、コラム３１と、Ｚ軸駆動装置３２（図３参照）と、サドル３３と、Ｙ軸駆動装置３４（図３参照）と、工具主軸３５と、工具主軸モータ３６（図３参照）とを備える。なお、図１Ａ及び図１Ｂでは、Ｚ軸駆動装置３２及びＹ軸駆動装置３４の図示を省略している。

コラム３１は、ベッド２の上面をＺ軸方向へ移動可能に設けられる。具体的に、ベッド２の上面には、Ｚ軸方向へ延びる一対のＺ軸ガイドレール３７が設けられ、コラム３１は、Ｚ軸ガイドレール３７に案内されながらＺ軸方向へ移動可能に設置される。Ｚ軸駆動装置３２は、ベッド２に対してコラム３１をＺ軸方向へ送るねじ送り装置である。

サドル３３は、コラム３１の側面をＹ軸方向へ移動可能に設けられる。具体的に、コラム３１の側面には、Ｙ軸方向（鉛直方向）へ延びる一対のＹ軸ガイドレール３８が設けられ、サドル３３は、Ｙ軸ガイドレール３８に案内されながらＹ軸方向へ移動可能に配置される。Ｙ軸駆動装置３４は、サドル３３をＹ軸方向へ送るねじ送り装置である。

工具主軸３５は、サドル３３に対し、Ｚ軸方向に平行な軸線まわりに回転可能に支持される。工具主軸モータ３６は、工具主軸３５を回転させるための駆動力を付与するモータであり、サドル３３の内部に収容される。工具主軸３５の先端には、工作物Ｗの加工に用いる環状工具５０が着脱可能に装着される。環状工具５０は、工具保持装置３０に回転可能に保持され、コラム３１及びサドル３３の移動に伴い、ベッド２に対してＺ軸方向及びＹ軸方向（送り方向に直交する方向）へ平行移動する。

ここで、図２を参照しながら、環状工具５０について説明する。図２に示すように、環状工具５０は、工具本体５１と、工具軸部５２とを備える。工具本体５１は、工作物Ｗに対する切削を行う部位であり、ＣＢＮから構成される。工具本体５１は、円錐台状に形成され、工具本体５１の外周面５３は、すくい面を形成する。また、工具本体５１の大径側の端面５４は、平坦な逃げ面として形成され、外周面５３と端面５４とがなす稜線は、連続した円形状、即ち、途中で分断されていない環状の切れ刃５５として形成される。工具軸部５２は、工具本体５１の小径側の端面から延びる円柱状の部位であり、工具主軸３５に装着される。環状工具５０の軸線Ａｔは、工具主軸３５と同軸に設けられ、環状工具５０は、工具主軸３５の回転に伴って軸線Ａｔ周りに回転する。

図３に示すように、制御装置１００は、工作物回転制御部１１０と、工具回転制御部１２０と、送り制御部１３０と、変位制御部１４０とを備える。工作物回転制御部１１０は、回転主軸モータ１５の駆動制御を行い、回転主軸１４と心押センタ１７とにより支持された工作物Ｗを回転させる。工具回転制御部１２０は、工具主軸モータ３６の駆動制御を行い、工具主軸３５に装着された環状工具５０を回転させる。送り制御部１３０は、Ｘ軸駆動装置２２の駆動制御を行い、送り台２１をＸ軸方向へ移動させることにより、工作物保持装置１０に保持された工作物ＷをＸ軸方向へ送る。変位制御部１４０は、Ｙ軸駆動装置３４及びＺ軸駆動装置３２の駆動制御を行い、工具保持装置３０に装着された環状工具５０をＹ軸方向及びＺ軸方向へ平行移動させる。

なお、工作機械１には、切削加工を行うのに必要な条件を入力可能な操作盤３が設けられている。操作盤３には、環状工具５０、工作物Ｗ、及び、切削加工に関する条件を入力可能である。そして、制御装置１００は、操作盤３に入力された条件に基づき、環状工具５０及び工作物Ｗの位置及び姿勢に関する制御、及び、切削加工に関する制御を行う。

加工シミュレーション装置２００は、設定された条件下で切削加工を行った場合に得られる切削加工後の工作物Ｗの形状をシミュレートする。加工シミュレーション装置２００の使用者は、加工シミュレーションを行うのに必要な条件を任意で設定し、設定した条件下で行った加工シミュレーションにより得られたシミュレーション結果に基づき、設定した条件の評価を行うことができる。そして、使用者は、設定する条件を変えながら加工シミュレーションを行い、得られた複数の加工シミュレーション結果を比較検討することにより、実際に切削加工を行う際に設定する条件の最適化を図ることができる。なお、加工シミュレーション装置２００の詳細については、後述する。

（２．切削加工方法）
次に、工作機械１を用いた工作物Ｗの切削加工方法を説明する。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、工具保持装置３０は、工作物Ｗに対する環状工具５０の送り方向（Ｘ軸方向）に対し、環状工具５０の軸線Ａｔを非平行に配置する。そして、工作機械１は、工作物Ｗを軸線Ａｗ周りに回転させながら、環状工具５０を軸線Ａｔまわりに回転させると共に、工作物ＷをＸ軸方向へ送る。

このとき、図２に示すように、工作機械１は、工具本体５１の端面５４と工作物Ｗとの間に所定の隙間（逃げ角θ）を設けた状態で、切れ刃５５を工作物Ｗに接触させる。これにより、工作物Ｗが切れ刃５５により切削される。

（３．加工シミュレーション装置２００）
次に、図４から図１３を参照して、加工シミュレーション装置２００の詳細について、具体例を挙げながら説明する。図４に示すように、加工シミュレーション装置２００は、入力部２１０と、モデル形成部２２０と、記憶部２３０と、演算部２４０と、解析部２５０と、出力部２６０とを主に備える。

（３−１：入力部２１０）
入力部２１０には、加工シミュレーション装置２００を使用する使用者により、加工シミュレーションに必要となる条件が入力される。なお、加工シミュレーション装置２００には、キーボート等の入力装置２０１が設けられ、使用者は、入力装置２０１を用いて入力部２１０に対する条件の入力を行う。また、加工シミュレーション装置２００には、ＬＣＤ等の表示装置２０２が設けられ、表示装置２０２には、入力部２１０に入力可能な条件、及び、入力装置２０１を介して入力部２１０に入力された内容が表示される。

入力部２１０は、環状工具５０に関する条件を入力項目として有する工具条件入力部２１１と、工作物Ｗに関する条件を入力項目として有する工作物条件入力部２１２と、切削加工に関する条件を入力項目として有する加工条件入力部２１３とを主に備える。

例えば、図５に示すように、工具条件入力部２１１の入力項目には、環状工具５０の「工具径」（即ち、切れ刃５５の外径）及び「工具逃げ角」の寸法値が含まれる。また、円筒状の工作物Ｗを加工する場合には、工作物条件入力部２１２の入力項目として、工作物Ｗの「外径」、「内径」及び「テーパ角」の寸法値や、「加工部位」（例えば、外周面又は内周面）が含まれる。そして、加工条件入力部２１３の入力項目には、「工具回転速度」、「工作物回転速度」、「送り速度」、「切込量」、「加工位置」、「工具姿勢」及び「工具振れ」の設定値が含まれる。

（３−２：モデル形成部２２０）
図４に示すように、モデル形成部２２０は、工具モデルＴｍを形成する工具モデル形成部２２１と、工作物モデルＷｍを形成する工作物モデル形成部２２２とを備える。工具モデルＴｍは、環状工具５０の工具本体５１の形状を近似したモデルであり、工具条件入力部２１１に入力された寸法値に基づいて形成される。工作物モデルＷｍは、工作物Ｗの形状を近似したモデルであり、工作物条件入力部２１２に入力された寸法値に基づいて形成される。

図６Ａに示すように、Ｘ軸方向から見た工具モデルＴｍは、切れ刃５５の形状を近似した円で表される。なお、図６Ａに示す工具モデルＴｍの軸線Ａｔは、Ｙ軸方向から見た場合に、Ｘ軸に対して傾斜しており、工具モデルＴｍの上端は、工具モデルＴｍの下端よりも工具モデルＴｍの相対送り方向側（図６Ａ上側）に位置している。その結果、工具モデルＴｍは、Ｘ軸方向から見た形状が楕円形で表される。

また、図６Ｂに示すように、工作物Ｗの軸線Ａｗ方向から見た工具モデルＴｍの断面形状は、端面５４（図２参照）の形状を近似した線分で表される。そして、線分で表される工具モデルＴｍの両端は、切れ刃５５の位置を表す。

なお、図６Ｂには、工具条件入力部２１１に含まれる入力項目の１つである「工具逃げ角」の寸法値として「０」が入力された場合の工具モデルＴｍが図示されており、工具モデルＴｍが直線状で表される。これに対し、「工具逃げ角」の寸法値として「０」が入力された場合に、工具モデルＴｍは、「工具逃げ角」に入力された設定値に基づき、工具逃げ角を有する端面５４の断面形状で表される。

（３−３：記憶部２３０）
記憶部２３０は、工具モデル記憶部２３１と、工作物モデル記憶部２３２と、条件記憶部２３３と、演算結果蓄積部２３４とを備える。工具モデル記憶部２３１は、工具モデル形成部２２１が形成した工具モデルＴｍを記憶する。工作物モデル記憶部２３２は、工作物モデル形成部２２２が形成した工作物モデルＷｍを記憶する。また、工作物モデル記憶部２３２は、加工シミュレーションの実行中において、切削加工の進行に伴って変化する工作物モデルＷｍが逐次更新される。

条件記憶部２３３は、工具条件入力部２１１、工作物条件入力部２１２及び加工条件入力部２１３に条件として入力された寸法値及び設定値を記憶する。演算結果蓄積部２３４は、加工シミュレーションが終了した後、工作物モデル記憶部２３２に記憶された切削加工後の工作物モデルＷｍを、加工シミュレーション結果として記憶する。これに加え、演算結果蓄積部２３４は、条件記憶部２３３に記憶された寸法値及び設定値を、加工シミュレーション結果と紐づけて記憶する。

（３−４：演算部２４０）
演算部２４０は、工具モデル演算部２４１及び工作物モデル演算部２４２を有するモデル演算部２４３と、切削点演算部２４４とを備える。工具モデル演算部２４１は、加工条件入力部２１３に入力された設定値に基づき、切削加工時における工具モデルＴｍの位置及び姿勢を演算する。

（３−４−１：工具モデル演算部２４１）
具体的に、工具モデル演算部２４１は、加工条件入力部２１３に含まれる入力項目の１つである「加工位置」及び「工具姿勢」の設定値に基づき、切削加工時における工具モデルＴｍの基準位置を演算する。

ここで、「加工位置」は、工作物Ｗの軸線Ａｗ方向から見た環状工具５０の周方向における基準となる位置であって、工作物Ｗの軸線Ａｗに対して最も近い位置にある切れ刃５５の位置のことである。図６Ｂに示す工具モデルＴｍの両端部のうち、工作物Ｗの軸線Ａｗに近い位置にある端部５５ｍは、環状に設けられた切れ刃５５の中で最も工作物Ｗの軸線Ａｗに対して近い位置にある部位を示しており、この端部５５ｍの基準位置が、「加工位置」の設定値に基づいて設定される。

具体的に、「加工位置」は、Ｘ軸に平行な線であって、工作物Ｗの軸線Ａｗを通る線の線上に端部５５ｍがある状態を基準としたときの端部５５ｍの周方向におけるずれ量を設定値として入力する項目である。

具体的に、「加工位置」に設定値として「０」を入力すると、端部５５ｍは、工作物Ｗの軸線Ａｗを通るＸ軸に平行な線の線上に配置される。これに対し、「加工位置」の設定値として正の値を入力すると、端部５５ｍは、設定値が「０」である状態から、工作物Ｗの軸線Ａｗ周りに時計回り方向へずらした位置に配置される。また、「加工位置」の設定値として負の値を入力すると、端部５５ｍは、設定値が「０」である状態から、工作物Ｗの軸線Ａｗ周りに反時計回り方向へずらした位置に配置される。

なお、工作物Ｗの軸線Ａｗと端部５５ｍとの距離は、加工条件入力部２１３の入力項目の１つである「切込量」の設定値と、工作物条件入力部２１２に入力された寸法値及び「加工部位」とに基づいて決定される。

また、「工具姿勢」は、環状工具５０の軸線Ａｔの向きのことである。具体的に、「Ｂ軸」は、Ｙ軸方向（図６Ａに示す左側から右側）から見たときのＸ軸に対する環状工具５０の軸線Ａｔの傾き量を入力する項目である。例えば、「Ｂ軸」の入力項目に対し、設定値として正の値を入力すると、環状工具５０の軸線Ａｔは、Ｙ軸方向から見て時計回り方向に傾く。一方、「Ｂ軸」の設定値として負の値を入力すると、環状工具５０の軸線Ａｔは、Ｙ軸方向から見て反時計回り方向に傾く。なお、図６Ａ及び図６Ｂに示す例では、「Ｂ軸」の設定値として負の値が入力されている。

また、「工具姿勢」の「Ｃ軸」は、Ｚ軸方向（図６Ａに示す下側から上側）から見たときのＸ軸に対する環状工具５０の軸線Ａｔの傾きを入力する項目である。例えば、「Ｃ軸」の入力項目に対し、設定値として正の値を入力すると、環状工具５０の軸線Ａｔは、Ｚ軸方向から見て時計回り方向に傾き、「Ｃ軸」の設定値として負の値を入力すると、環状工具５０の軸線Ａｔは、Ｚ軸方向から見て反時計回り方向に傾く。なお、図６Ａ及び図６Ｂに示す例では、「Ｃ軸」の入力項目に「０」が入力されている。

また、工具モデル演算部２４１は、加工条件入力部２１３に含まれる入力項目の１つである「工具振れ」の設定値に基づき、端部５５ｍの基準位置に対する変位量を演算する。なお、「工具振れ」は、切削加工時に発生すると予測される環状工具５０の振れ量のことであり、「工具振れ」の設定値には、環状工具５０の振れ量の予測値が入力される。

ここで、工具振れは、環状工具５０を軸線Ａｔ周りに回転させながら行う切削加工において、切れ刃５５を環状工具５０の送り方向とは異なる方向へ変位させる要因となる。そして、「工具振れ」の発生要因としては、例えば、環状工具５０を工具主軸３５に装着する際に、工具主軸３５の軸線に対して環状工具５０の軸線Ａｔが傾いた状態で固定されることが考えられる。つまり、この状態で環状工具５０を工具主軸３５によって回転させると、切れ刃５５による工作物Ｗの切削位置（以下「切削点Ｃｐ」と称す）がＸ軸方向に振れるため、その振れによる影響が加工後の工作物Ｗの形状に反映される。

この点に関して、加工条件入力部２１３には、「工具振れ」の入力項目の１つとして、「アキシャル」が設けられている。この「アキシャル」は、Ｘ軸に対する環状工具５０の軸線Ａｔの振れ量を入力する項目である。そして、使用者は、「アキシャル」の入力項目に、Ｘ軸方向への振れの予測値を設定値として入力する。これにより、工具モデル演算部２４１は、加工シミュレーションの進行に伴い、「加工位置」の設定値に基づいて決定される基準位置に対して環状工具５０の軸線Ａｔに直交する方向へ端部５５ｍを変位させることができる。その結果、加工シミュレーション装置２００は、切削加工後の工作物Ｗの形状をシミュレートするにあたり、工具主軸３５に対する環状工具５０の装着姿勢に起因する振れの影響を加工シミュレーションの結果に反映させることができる。

また、「工具振れ」の他の発生要因としては、切削加工時において切れ刃５５に加わる切削抵抗が考えられる。つまり、切れ刃５５に切削抵抗が加わると、環状工具５０は、環状工具５０の軸線Ａｔに直交する方向へ振れる。これにより、切削点Ｃｐが軸線Ａｔに直交する方向へ振れるため、その振れによる影響が加工後の工作物Ｗの形状に反映される。

この点に関して、加工条件入力部２１３には、「工具振れ」の入力項目の１つとして、「ラジアル」が設けられている。この「ラジアル」は、環状工具５０の軸線Ａｔ方向への振れ量を入力する項目である。そして、使用者は、「ラジアル」の入力項目に、環状工具５０の軸線Ａｔ方向への振れ量の予測値を設定値として入力する。これにより、加工シミュレーションの進行に伴い、切削点Ｃｐは、「加工位置」の設定値に基づいて決定される基準位置に対して環状工具５０の軸線Ａｔ方向へ変位する。その結果、加工シミュレーション装置２００は、切削加工後の工作物Ｗの形状をシミュレートするにあたり、切削抵抗に起因する振れの影響を加工シミュレーションの結果に反映させることができる。

ここで、「回転振れ」の入力値について、使用者は、環状工具５０を工具主軸３５に装着した状態で、環状工具５０の回転振れを実際に測定し、その測定結果を「工具振れ」の予測値として入力してもよい。これにより、使用者は、加工シミュレーション装置２００による加工シミュレーションの結果として得られる切削加工後の工作物Ｗの形状を、実際の切削加工後の工作物Ｗの形状に近づけることができる。

このように、工具モデル演算部２４１は、加工条件入力部２１３に入力された「切込量」や「加工位置」、「工具姿勢」の設定値に基づき、工具モデルＴｍの位置及び姿勢を演算する。さらに、工具モデル演算部２４１は、加工条件入力部２１３に入力された「工具回転速度」や「送り速度」、「工具振れ」の設定値に基づき、加工シミュレーションの実行中に逐次変化する工具モデルＴｍの位置及び姿勢を演算し、更新する。

また、「工具振れ」が入力項目として含まれている。この「工具振れ」に入力される設定値は、環状工具５０の回転に伴い、環状工具５０の軸線Ａｔ方向、及び、軸線Ａｔに直交する方向へ変位させる要因となる変位設定値である。そして、工具モデル演算部２４１は、変位設定値に基づき、工具モデルＴｍの位置及び姿勢を逐次更新する。よって、加工シミュレーション装置２００は、加工シミュレーションの実行中における工具モデルＴｍの動作を、実際の切削加工時における環状工具５０の動作に近づけることができる。

（３−４−２：工作物モデル演算部２４２）
工作物モデル演算部２４２は、加工条件入力部２１３に含まれる入力項目の１つである「工作物回転速度」の設定値に基づき、加工シミュレーションの実行中に逐次変化する工作物モデルＷｍの姿勢を演算し、更新する。

ここで、図７に示すように、工作物モデルＷｍは、工作物Ｗの軸線Ａｗに直交する断面形状が複数の外形点Ｏｐで表される。なお、図面を簡略化するため、図７では、一部分を除き、複数の外形点Ｏｐで表される工作物Ｗの断面形状を線で図示している。複数の外形点Ｏｐの各々には、それら複数の外形点Ｏｐのうちの１つを基準外形点Ｏｐｒとする角度情報が紐付けされる。

工作物モデル演算部２４２は、加工シミュレーションの実行中において、加工条件入力部２１３に入力された「工作物回転速度」の設定値に基づき、各々の外形点Ｏｐを工作物モデルＷｍの軸線Ａｗ周りに回転移動させる移動量を決定する。また、複数の外形点Ｏｐの各々は、工作物モデルＷｍの軸線Ａｗと半径線Ｌで結ばれている。なお、図７では、図面を簡略化するため、半径線Ｌの一部のみを図示している。

（３−４−３：切削点演算部２４４）
図８に示すように、切削点演算部２４４は、モデル演算部２４３が演算した工具モデルＴｍ及び工作物モデルＷｍの位置及び姿勢に基づき、切削点Ｃｐの位置を演算する。具体的に、切削点演算部２４４は、工具モデルＴｍの端部５５ｍが一の半径線Ｌの線上に配置されたときの端部５５ｍの位置を切削点Ｃｐとする。そして、切削点演算部２４４は、当該一の半径線Ｌの線上にある外形点Ｏｐを切削点Ｃｐに移動させる処理を行う。この処理により移動した外形点Ｏｐにより、切削加工後の工作物Ｗの形状が表される。

図９及び図１０に示すように、加工シミュレーションの実行中において工具モデル演算部２４１は、工具モデルＴｍ及びＷｍの位置及び姿勢の更新を反復して行い、工作物Ｗ及び環状工具５０が各々の軸線Ａｗ、Ａｔ周りに回転した状態をシミュレートする。そして、切削点演算部２４４は、端部５５ｍが半径線Ｌの線上に配置される毎に、外形点Ｏｐを切削点Ｃｐの位置へ移動させる。このように、演算部２４０は、外形点Ｏｐの移動と、工具モデルＴｍ及びＷｍの位置及び姿勢の更新とを逐次行い、移動した外形点Ｏｐによって工後の工作物Ｗの形状を徐々に形成していく。

また、加工シミュレーションの実行中において、モデル演算部２４３は、加工条件入力部２１３に入力された「送り速度」の設定値に基づき、工具モデルＴｍを工作物モデルＷｍに対してＺ軸方向へ相対送りする。これに伴い、加工シミュレーション装置２００は、工作物モデルＷｍの軸線Ａｗ方向における位置が異なる複数の工作物モデルＷｍの断面形状（図６Ｂ参照）の各々について、切削加工後の工作物モデルＷｍの形状をシミュレートする。その結果、加工シミュレーション装置２００は、工作物Ｗの軸線Ａｗ方向全体に亘り、切削加工後の工作物Ｗの形状をシミュレートすることができる。

そして、加工シミュレーションが終了すると、切削点演算部２４４は、工作物モデル記憶部２３２に記憶された最終的な工作物モデルＷｍの形状に関するデータを、条件記憶部２３３に記憶された寸法値及び設定値と紐づけ、加工シミュレーション結果として演算結果蓄積部２３４に記憶する。

（４．加工シミュレーション処理）
次に、図１１に示すフローチャートを参照しながら、加工シミュレーション装置２００により実行されるシミュレーション処理について説明する。

図１１に示すように、工具モデル形成部２２１は、工具条件入力部２１１に入力された設定値に基づいて工具モデルＴｍ及び形成し、工作物モデル形成部２２２は、工作物条件入力部２１２に入力された設定値に基づいて工作物モデルＷｍを形成する（Ｓ１）。続いて、工具モデル形成部２２１は、形成した工具モデルＴｍを工具モデル記憶部２３１に記憶し、工作物モデル形成部２２２は、形成した工作物モデルＷｍを工作物モデル記憶部２３２に記憶する（Ｓ２）。

次に、工具モデル演算部２４１は、加工条件入力部２１３に入力された設定値に基づいて工具モデルＴｍの位置及び姿勢を演算し、工作物モデル演算部２４２は、加工条件入力部２１３に入力された設定値に基づいて工作物モデルＷｍの姿勢を演算する（Ｓ３）。そして、切削点演算部２４４は、演算された工具モデルＴｍ及び工作物モデルＷｍの位置及び姿勢に基づき、切削点Ｃｐの位置を演算により求める（Ｓ４）。そして、切削点演算部２４４は、求めた切削点Ｃｐが半径線Ｌの線上にあるか否かを判定する（Ｓ５）。

その結果、切削点Ｃｐが半径線Ｌの線上にあれば（Ｓ５：Ｙｅｓ）、切削点演算部２４４は、切削点Ｃｐと同一の半径線Ｌの線上にある外形点Ｏｐを切削点Ｃｐの位置へ移動させる、工作物モデルＷｍの形状を更新すると共に、更新した工作物モデルＷｍを工作物モデル記憶部２３２に記憶する（Ｓ６）。一方、切削点Ｃｐが半径線Ｌの線上になければ（Ｓ５：Ｎｏ）、切削点演算部２４４は、Ｓ６の処理をスキップする。

Ｓ５及びＳ６の処理後、工具モデル演算部２４１は、加工条件入力部２１３に入力された設定値に基づいて工具モデルＴｍの位置及び姿勢を更新し、工作物モデル演算部２４２は、加工条件入力部２１３に入力された設定値に基づいて工作物モデルＷｍの姿勢を更新する（Ｓ７）。このＳ７の処理により、工具モデルＴｍ及び工作物モデルＷｍは、各々の軸線Ａｔ、Ａｗ周りに回転移動し、工具モデルＴｍは、工作物モデルＷｍに対してＸ軸方向へ平行移動（相対送り）される。

Ｓ７の処理後、切削点演算部２４４は、加工シミュレーションが終了したか否かを判定する（Ｓ８）。例えば、切削点演算部２４４は、工作物モデルＷｍに対する相対送りが終了した場合に、加工シミュレーションが終了したと判断する。そして、加工シミュレーションが終了していなければ（Ｓ８：Ｎｏ）、切削点演算部２４４は、Ｓ４の処理に戻り、切削点Ｃｐを演算する。一方、切削点演算部２４４は、加工シミュレーションが終了した場合（Ｓ８：Ｙｅｓ）、条件記憶部２３３及び工作物モデル記憶部２３２に記憶された内容をシミュレーション結果として演算結果蓄積部２３４に記憶し（Ｓ９）、本処理を終了する。

（５：解析部２５０及び出力部２６０）
次に、解析部２５０及び出力部２６０について説明する。解析部２５０は、演算結果蓄積部２３４に記憶された加工シミュレーション結果を用いて解析を行い、出力部２６０は、解析部２５０が解析した内容を表示装置２０２に出力する。

なお、入力部２１０には、解析内容入力部２１４が設けられている。解析部２５０は、使用者が解析内容入力部２１４に入力した解析内容に応じた解析を行う。例えば、解析部２５０による解析内容としては、工作物Ｗの真円度や表面粗さ等が例示される。また、出力部２６０は、解析部２５０による解析結果を表示装置２０２に表示する際に、使用者が解析内容入力部２１４に入力した指示に基づいた態様で解析結果を表示する。例えば、１つの加工シミュレーション結果に用いた解析結果の表示態様として、工作物モデルＷｍの断面形状の表示、加工面の表面粗さの３Ｄ表示、振れに起因して加工面に形成される模様の表示等が例示される。これにより、使用者は、実際に切削加工を行う際に設定する条件の最適化を容易に行うことができる。

例えば、図１２Ａ及び図１２Ｂには、真円度の解析結果が図示されている。図１２Ａに示す真円度の解析結果と図１２Ｂに示す真円度の解析結果とは、加工条件入力部２１３に異なる設定値を入力して行ったシミュレーション結果に基づく。図１２Ｂに示す解析結果は、図１２Ａに示す解析結果と比べて、真円度が小さい（真円に近い）ことを示す。つまり、図１２Ｂに示す加工シミュレーション結果で用いた設定値で行う切削加工は、図１２Ａに示す加工シミュレーション結果で用いた設定値で行う切削加工よりも、切削加工後における工作物Ｗの真円度を小さくできることを示す。

また、演算結果蓄積部２３４は、複数の加工シミュレーション結果を蓄積することができるので、出力部２６０は、複数の加工シミュレーション結果を並べて表示することができる。つまり、使用者は、設定値を変えながら複数回の加工シミュレーションを行った場合に、演算結果蓄積部２３４に蓄積された各々のシミュレーション結果どうしを比較することができる。

例えば、図１３には、加工条件入力部２１３における「工作物回転速度」及び「送り速度」の設定値を変えつつ、「工具回転速度」等の他の設定値を一定にして行った複数のシミュレーション結果を用いた真円度の解析結果を示す。具体的に、図１３は、工作物回転速度と真円度との関係を示すグラフが表示装置２０２に表示された状態を図示している。図１３に示すグラフは、「工作物回転速度」の設定値がｂである場合に、「工作物回転速度」の設定値がａ又はｃである場合と比べて、真円度が小さくなることが示されている。また、図１３に示すグラフは、「送り速度」の設定値がＺである場合に、「送り速度」の設定値がＸ又はＹである場合と比べて、真円度が小さくなる傾向にあることが示す。

このように、使用者は、設定する条件を変えながら加工シミュレーションを行い、得られた複数の加工シミュレーション結果を比較検討することにより、実際に切削加工を行う際に設定する条件の最適化を図ることができる

以上説明したように、加工シミュレーション装置２００は、環状工具５０、工作物Ｗ、及び、切削加工に関する条件を入力する入力部２１０を備える。そして、入力部２１０の加工条件入力部２１３に入力可能な条件には、「工具振れ」が入力項目として含まれている。この「工具振れ」に入力される設定値は、環状工具５０の回転に伴い、環状工具５０の軸線Ａｔ方向、及び、軸線Ａｔに直交する方向へ変位させる要因となる変位設定値である。

加工シミュレーション装置２００は、工具条件入力部２１１に入力された環状工具５０に関する条件に基づき、環状工具５０の形状を近似した工具モデルＴｍを形成する工具モデル形成部２２１を備える。また、加工シミュレーション装置２００は、工作物条件入力部２１２に入力された工作物Ｗに関する条件に基づき、工作物Ｗの形状を近似した工作物モデルＷｍを形成する工作物モデル形成部２２２を備える。さらに、加工シミュレーション装置２００は、モデル形成部２２０が形成した工具モデルＴｍ及び工作物モデルＷｍを記憶する記憶部２３０を備える。

加工シミュレーション装置２００は、モデル演算部２４３を備え、モデル演算部２４３は、加工条件入力部２１３に入力された切削加工に関する条件に基づき、工具モデルＴｍ及び工作物モデルＷｍの位置及び姿勢を演算する。また、加工シミュレーション装置２００は、切削点演算部２４４を備え、切削点演算部２４４は、モデル演算部２４３の演算結果に基づいて環状工具５０が工作物Ｗを切削する位置となる切削点Ｃｐを演算することにより、切削加工後の工作物Ｗの形状をシミュレートする。

さらに、モデル演算部２４３は、変位設定値に基づき、環状工具５０の回転に伴って変位する工具モデルＴｍの位置及び姿勢を逐次更新する。そして、切削点演算部２４４は、モデル演算部２４３によって位置及び姿勢が更新された工具モデルＴｍを用いて、切削点Ｃｐを逐次演算する。これにより、加工シミュレーション装置２００は、加工シミュレーションの結果として得られる工作物モデルＷｍの形状を、実際に切削加工を行った後の工作物Ｗの形状に近づけることができる。

その結果、加工シミュレーション装置２００は、環状工具５０を用いた切削加工を行うにあたり、切削加工した後の工作物Ｗの形状を的確にシミュレートできる。そして、加工シミュレーション装置２００を使用する使用者は、加工シミュレーション結果に基づき、実際に切削加工を行う際に設定する条件の最適化を容易に行うことができる。

また、加工条件入力部２１３には、環状工具５０の振れ量として、環状工具５０の軸線Ａｔ方向への振れ量を含む。これにより、加工シミュレーション装置２００は、環状工具５０の振れの影響を加工シミュレーションの結果に反映させることができる。さらに、加工条件入力部２１３には、環状工具５０の振れ量として、環状工具５０の軸線Ａｔに直交する方向への振れ量を含む。これにより、加工シミュレーション装置２００は、振れの影響を加工シミュレーションの結果に反映させることができる。

このように、入力部２１０には、加工条件入力部２１３に入力可能な変位設定値として、環状工具５０の振れ量を含むので、加工シミュレーション装置２００は、加工シミュレーションの実行中における工具モデルＴｍの動作を、実際の切削加工時における環状工具５０の動作に近づけることができる。

また、加工シミュレーション装置２００は、切削点演算部２４４による工作物モデルＷｍの加工シミュレーション結果を用いて、入力部２１０に入力した条件で切削加工された工作物Ｗの形状に関する解析を行う解析部２５０を備える。これにより、使用者は、実際に切削加工を行う際に設定する条件の最適化を容易に行うことができる。

そして、解析部２５０は、工作物Ｗの真円度に関する解析を行う。よって、使用者は、工作物Ｗの真円度の向上を図る場合において、条件の最適化を容易に行うことができる。同様に、解析部２５０は、工作物Ｗの表面粗さに関する解析を行う。よって、使用者は、工作物Ｗの表面粗さの向上を図る場合において、条件の最適化を容易に行うことができる。

さらに、使用者は、加工シミュレーションの結果に基づき、最適と判断した条件を操作盤３に入力することができる。よって、工作機械１は、工作物Ｗに対する加工精度の向上を図ることができる。

（６．その他）
以上、上記実施形態に基づいて本発明を説明したが、上記形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変形改良が可能であることは容易に推察できるものである。

例えば、上記実施形態では、工作物Ｗが円筒状である場合を例に挙げて説明したが、円筒状以外の工作物Ｗを切削加工する場合であっても、加工シミュレーション装置２００を用いた加工シミュレーションを行うことが可能である。つまり、加工シミュレーション装置２００は、工作物Ｗが円柱やカム等の回転体である場合や、工作物Ｗが非回転体である場合であっても、加工シミュレーションを行うことが可能である。

上記実施形態では、入力部２１０に入力可能な変位設定値が、環状工具５０の振れ量でる場合について説明したが、入力部２１０には、環状工具５０の振れ量以外の変位設定値が入力可能な項目として含まれていてもよい。例えば、工具条件入力部２１１は、切れ刃５５の欠損に関する設定値が、入力可能な変位設定値として含んでいてもよい。この場合、加工シミュレーション装置２００は、切れ刃５５の欠損の影響を、加工シミュレーションの結果に反映させることができる。

１：工作機械、 ３：操作盤、 １０：工作物保持装置、 ３５：工具主軸、 ５０：環状工具、 ５３：外周面、 ５５：切れ刃、 １００：制御装置、 ２００：加工シミュレーション装置、 ２１０：入力部、 ２２１：工具モデル形成部、 ２２２：工作物モデル形成部、 ２３０：記憶部、 ２４３：モデル演算部、 ２４４：切削点演算部、 ２５０：解析部、 Ａｔ：環状工具の軸線、 Ａｗ：工作物の軸線、 Ｃｐ：切削点、 Ｔｍ：工具モデル、 Ｗ：工作物、 Ｗｍ：工作物モデル

Claims (9)

1. 外周面をすくい面とする環状の切れ刃を有する環状工具、送り方向に対して非平行な軸線周りに回転させながら切削加工した工作物の形状をシミュレートする加工シミュレーション装置であって、
   前記環状工具、前記工作物、及び、切削加工に関する条件を入力する入力部と、
   前記環状工具に関する条件に基づき、前記環状工具の形状を近似した工具モデルを形成する工具モデル形成部と、
   前記工作物に関する条件に基づき、前記工作物の形状を近似した工作物モデルを形成する工作物モデル形成部と、
   前記工具モデル及び前記工作物モデルを記憶する記憶部と、
   前記切削加工に関する条件に基づき、前記工具モデル及び前記工作物モデルの位置及び姿勢を演算するモデル演算部と、
   前記モデル演算部の演算結果に基づいて前記環状工具が前記工作物を切削する位置となる切削点を演算することにより、切削加工後の前記工作物の形状をシミュレートする切削点演算部と、
   を備え、
   前記入力部は、前記環状工具による前記工作物の切削加工時に、前記環状工具の回転に伴って前記切れ刃を前記環状工具の送り方向とは異なる方向へ変位させる要因となる変位設定値を入力可能であり、
   前記モデル演算部は、前記変位設定値に基づき、前記環状工具の回転に伴って変位する前記工具モデルの位置及び姿勢を逐次更新し、
   前記切削点演算部は、位置及び姿勢が更新された前記工具モデルを用いて、前記切削点を逐次演算する、加工シミュレーション装置。
2. 前記変位設定値は、前記環状工具の振れ量を含む、請求項１に記載の加工シミュレーション装置。
3. 前記変位設定値は、前記環状工具の軸線方向への振れ量を含む、請求項２に記載の加工シミュレーション装置。
4. 前記変位設定値は、前記環状工具の軸線に直交する方向への振れ量を含む、請求項２又は３に記載の加工シミュレーション装置。
5. 前記変位設定値は、前記切れ刃に形成された欠損に関する設定値を含む、請求項１−４の何れか一項に記載の加工シミュレーション装置。
6. 前記加工シミュレーション装置は、前記切削点演算部による前記工作物モデルの加工シミュレーション結果を用いて、前記入力部に入力した前記条件で切削加工された前記工作物の形状に関する解析を行う解析部を備える、請求項１−５の何れか一項に記載の加工シミュレーション装置。
7. 前記工作物は、回転体であり、
   前記解析部は、前記工作物の真円度に関する解析を行う、請求項６に記載の加工シミュレーション装置。
8. 前記解析部は、前記工作物の表面粗さに関する解析を行う、請求項６に記載の加工シミュレーション装置。
9. 請求項１−８の何れか一項に記載の加工シミュレーション装置と、
   前記環状工具を軸線周りに回転可能に支持する工具主軸と、
   前記工作物を保持する工作物保持装置と、
   前記条件を入力可能な操作盤と、
   前記操作盤に入力された前記条件に基づき、前記環状工具及び前記工作物の位置及び姿勢を制御する制御装置と、
   を備える、工作機械。

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