JP6865058B2 - 工作システム、切削加工品の製造方法、加工プログラム修正装置、修正加工プログラムの作成方法、及び工作機械制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作システム、切削加工品の製造方法、加工プログラム修正装置、修正加工プログラムの作成方法、及び工作機械制御装置に関する。

従来、加工プログラムに従って、被加工部材（以下、「ワーク」という）を所望の形状に切削加工する手法が広く用いられている。特許文献１では、切削加工の効率向上を目的として、ワークを加工する際に、ワークの表面に設定されるマトリクス状の加工ブロックごとに凹凸を測定し、測定された凹凸に応じて加工ブロックごとに送り速度を調整する手法が提案されている。

特開昭６３−２３７８４０号公報

しかしながら、特許文献１の手法では、ワークの表面に設定された加工ブロックごとでしか送り速度を調整できないため、切削加工の効率を向上するにも限界がある。

本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、切削加工の効率を向上可能な工作システム、切削加工品の製造方法、加工プログラム修正装置、修正加工プログラムの作成方法、及び工作機械制御装置の提供を目的とする。

本発明に係る工作システムは、切削工具によって被加工部材を切削加工する工作システムであって、形状測定部と、加工プログラム修正部と、工作機械制御装置とを備える。形状測定部は、被加工部材の実形状を示す実形状データを生成する。加工プログラム修正部は、実形状データに基づいて、原加工プログラムに規定された切削工具の加工パスの本数、及び、加工パスにおける送り速度の少なくとも一方を修正することによって、修正加工プログラムを作成する。工作機械制御装置は、修正加工プログラムに従って、切削工具の動作を制御する。

本発明に係る切削加工品の製造方法は、被加工部材の実形状を示す実形状データを生成する工程と、実形状データに基づいて、原加工プログラムに規定された切削工具の加工パスの本数、及び、加工パスにおける送り速度の少なくとも一方を修正することによって、修正加工プログラムを作成する工程と、修正加工プログラムに従って切削工具の動作を制御することによって被加工部材を切削加工する工程とを備える。

本発明によれば、切削加工の効率を向上可能な工作システム及び切削加工品の製造方法を提供することができる。

実施形態に係る工作システムの構成を示すブロック図 実施形態に係る原加工プログラムによる切削条件を示す模式図 実施形態に係る修正加工プログラムによる切削条件を示す模式図 実施形態に係る工作システムによる切削加工を説明するためのフローチャート 他の実施形態に係る工作システムの構成を示すブロック図

（工作システム１の構成）
本実施形態に係る工作システム１の構成について図面を参照しながら説明する。図１は、工作システム１の構成を示すブロック図である。図２は、原加工プログラムＰ１による切削条件を示す模式図である。図３は、修正加工プログラムＰ２による切削条件を示す模式図である。図２及び図３では、回転中心ＡＸを中心として被加工部材（以下、「ワーク」という。）Ｗを回転させながら旋盤で切削加工することによって、完成品である切削加工品を製造することが想定されている。本実施形態では、回転中心ＡＸの方向にＸ軸が定義され、Ｘ軸に垂直な方向にＺ軸が定義されている。

以下の説明において、「切削送り」とは、切削工具によってワークを切削加工することを想定して送り速度が設定された区間である。「早送り」とは、切削工具がワークと接触しないことを想定して送り速度が設定された区間である。通常、「早送り」区間における送り速度は、「切削送り」区間における送り速度よりも速い。「早送り」区間における送り速度は、切削工具の最大移動速度に設定することができる。また、「高送り」とは、「切削送り」区間のうち、設定された送り速度が既定値よりも速くなるように修正された区間である。本実施形態では、後述するように、切削工具とワークは、「高送り」区間において接触しないことが想定されている。従って、「高送り」区間は、「切削送り」区間のうち送り速度が速まるように修正された区間であるので、「修正早送り」区間と称することができる。

工作システム１は、工作機械制御装置１０、形状測定部２０、加工プログラム修正部３０、及び工作機械４０を備える。

１．工作機械制御装置１０
工作機械制御装置１０は、工作機械４０を制御する。工作機械制御装置１０は、記憶部１１、加工パス抽出部１２、及び修正加工プログラム実行部１３を有する。

記憶部１１は、ワークＷを予想形状から目標形状に切削加工するために作成された原加工プログラムＰ１を記憶する。ワークＷの目標形状は、切削加工品の形状である。原加工プログラムＰ１には、図２に示すように、ワークＷの予想形状と、ワークＷの目標形状と、ワークＷを予想形状から目標形状に切削加工するための切削条件とが規定されている。原加工プログラムＰ１としては、例えばＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）プログラムを用いることができるが、これに限られるものではない。

加工パス抽出部１２は、原加工プログラムＰ１を解析することによって、原加工プログラムＰ１に規定された加工パスＣを抽出する。加工パスＣとは、ワークＷを予想形状から目標形状に切削加工するために、工作機械４０の切削工具４１を移動させるツールパス（工具軌跡）である。加工パスＣは、Ｚ軸方向において少しずつずれた位置に設定される。加工パスＣに沿って切削工具４１を繰り返し移動させることによって、Ｚ軸方向においてワークＷが徐々に切削加工される。

本実施形態に係る原加工プログラムＰ１では、図２に示すように、ワークＷを予想形状から目標形状に切削加工するために第１乃至第３加工パスＣ１〜Ｃ３が規定されている。第１加工パスＣ１は、切削工具４１の１回目のツールパスであり、Ｚ軸方向において最も外側に位置している。第２加工パスＣ２は、切削工具４１の２回目のツールパスであり、Ｚ軸方向において第１加工パスＣ１と第３加工パスＣ３の間に位置している。第３加工パスＣ３は、切削工具４１の３回目のツールパスであり、Ｚ軸方向において最も内側に位置している。第３加工パスＣ３は、ワークＷの目標形状に対応している。以下の説明では、第１乃至第３加工パスＣ１〜Ｃ３を「加工パスＣ」と総称する場合がある。

また、原加工プログラムＰ１では、第１乃至第３加工パスＣ１〜Ｃ３それぞれについて、「切削送り」及び「早送り」の座標と、「切削送り」及び「早送り」それぞれの送り速度とが規定されている。原加工プログラムＰ１では、図２に示すように、第１乃至第３加工パスＣ１〜Ｃ３それぞれにおける「切削送り」及び「早送り」のＸ座標は同じでありＺ座標だけが異なっているが、第１乃至第３加工パスＣ１〜Ｃ３ごとに「切削送り」及び「早送り」のＸ座標が異なっていてもよい。原加工プログラムＰ１において、「切削送り」の送り速度は一定であり、「早送り」の送り速度は一定である。「切削送り」の送り速度は、切削工具４１とワークＷの材質に応じて適宜設定されている。

加工パス抽出部１２は、原加工プログラムＰ１に規定されている第１乃至第３加工パスＣ１〜Ｃ３それぞれにおける「切削送り」及び「早送り」の座標と送り速度とを加工プログラム修正部３０に送信する。

修正加工プログラム実行部１３は、後述する修正加工プログラムＰ２を加工プログラム修正部３０から取得する。修正加工プログラム実行部１３は、修正加工プログラムＰ２に従って、工作機械４０に指令値（電流値）を出力することで切削工具４１の動作を制御する。

２．形状測定部２０
形状測定部２０は、未加工状態のワークＷの実際の形状（以下、「実形状」という）を測定する。形状測定部２０は、ワークＷの外表面における凹凸形状を検出する。形状測定部２０としては、２Ｄカメラ及び３Ｄカメラを用いることができるが、これに限られるものではない。

形状測定部２０は、ワークＷの実形状を示す実形状データを生成する。形状測定部２０は、実形状データを加工プログラム修正部３０に送信する。

３．加工プログラム修正部３０
加工プログラム修正部３０は、ワークＷの実形状データに基づいて原加工プログラムＰ１を修正することによって、修正加工プログラムＰ２を作成する。加工プログラム修正部３０は、比較部３１と修正加工プログラム作成部３２とを有する。

比較部３１は、原加工プログラムＰ１に規定されている第１乃至第３加工パスＣ１〜Ｃ３における「切削送り」及び「早送り」の座標と送り速度とを工作機械制御装置１０の加工パス抽出部１２から取得する。比較部３１は、ワークＷの実形状データを形状測定部２０から取得する。

比較部３１は、図３に示すように、実形状データによって示されるワークＷの実形状と、原加工プログラムＰ１に規定されている第１乃至第３加工パスＣ１〜Ｃ３とを比較して、第１乃至第３加工パスＣ１〜Ｃ３のうち切削工具４１がワークＷと接触しない加工パス（以下、「非接触加工パス」という）と、第１乃至第３加工パスＣ１〜Ｃ３のうち切削工具４１がワークＷと接触する加工パス（以下、「接触加工パス」という）とを検出する。図３に示す例では、第１加工パスＣ１が非接触加工パスであり、第２及び第３加工パスＣ２，Ｃ３が接触加工パスである。比較部３１は、第１乃至第３加工パスＣ１〜Ｃ３に含まれる非接触加工パス（第１加工パスＣ１）を修正加工プログラム作成部３２に通知する。

比較部３１は、図３に示すように、実形状データによって示されるワークＷの実形状と、原加工プログラムＰ１に規定されている接触加工パス（第２及び第３加工パスＣ２，Ｃ３）とを比較して、接触加工パスにおける「切削送り」のうち切削工具４１がワークＷと接触しない区間（以下、「非接触区間」という）を検出する。図２と図３を比較すると分かるように、第２加工パスＣ２に含まれる３つの「切削送り」すべてに非接触区間が含まれており、第３加工パスＣ３の３つの「切削送り」のうち２つの「切削送り」に非接触区間が含まれている。比較部３１は、第２及び第３加工パスＣ２，Ｃ３それぞれにおける非接触区間を修正加工プログラム作成部３２に通知する。

修正加工プログラム作成部３２は、原加工プログラムＰ１を工作機械制御装置１０の記憶部１１から取得する。

修正加工プログラム作成部３２は、加工パスＣに含まれる非接触加工パスを比較部３１から取得する。修正加工プログラム作成部３２は、原加工プログラムＰ１に規定された加工パスＣから非接触加工パスを削除するように原加工プログラムＰ１を修正する。図３に示す例では、原加工プログラムＰ１に規定された第１乃至第３加工パスＣ１〜Ｃ３から第１加工パスＣ１が削除されている。これによって、加工パスＣの本数が３本から２本に削減された修正加工プログラムＰ２が作成される。

修正加工プログラム作成部３２は、加工パスＣのうち接触加工パスの「切削送り」に含まれる非接触区間を比較部３１から取得する。修正加工プログラム作成部３２は、接触加工パスの「切削送り」に含まれる非接触区間の送り速度が速くなるように原加工プログラムＰ１を修正する。図３に示す例では、第２加工パスＣ２の３つの「切削送り」に含まれる非接触区間の送り速度が速くなるように原加工プログラムＰ１を修正するとともに、第３加工パスＣ３の２つの「切削送り」に含まれる非接触区間の送り速度が速くなるように原加工プログラムＰ１を修正する。これによって、加工パスＣにおける送り速度が高速化された修正加工プログラムＰ２が作成される。なお、図３では、送り速度を速くした非接触区間には「高送り」と表記されている。

修正加工プログラム作成部３２は、加工パスＣの本数及び加工パスＣにおける送り速度が修正された修正加工プログラムＰ２を、工作機械制御装置１０の修正加工プログラム実行部１３に送信する。

４．工作機械４０
工作機械４０は、切削工具４１、モータアンプ４２、主軸モータ４３、及び送り軸モータ４４を有する。切削工具４１は、例えば旋盤、フライス、ドリル、ボーリング、及びタップなどであり、図２及び図３では切削工具４１が旋盤である場合が想定されているが、これに限られるものではない。

モータアンプ４２は、修正加工プログラム実行部１３から入力される指令値に基づいて主軸モータ４３及び送り軸モータ４４を駆動させる。主軸モータ４３は、切削工具４１の主軸を回転駆動させる。送り軸モータ４４は、切削工具４１のテーブル送り軸を駆動させる。図３に示すように、「高速切削送り」が設定された第２及び第３加工パスＣ２，Ｃ３を切削工具４１が移動することによって、ワークＷの切削加工が行われる。

（工作システム１による切削加工）
次に、工作システム１による切削加工について説明する。図４は、工作システム１によるワークＷの切削加工を説明するためのフローチャートである。

ステップＳ１において、工作機械制御装置１０は、原加工プログラムＰ１を解析することによって、切削工具４１を繰り返し移動させる加工パスＣを抽出する。本実施形態では、図２に示したように、第１乃至第３加工パスＣ１〜Ｃ３が抽出される。

ステップＳ２において、形状測定部２０は、ワークＷの実形状を示す実形状データを生成する。

ステップＳ３において、加工プログラム修正部３０は、ワークＷの実形状と加工パスＣとを比較して、非接触加工パスが存在するかどうか判定する。非接触加工パスが存在しない場合、処理はステップＳ４に進む。非接触加工パスが存在する場合、ステップＳ５において、加工プログラム修正部３０は、加工パスＣから非接触加工パスを削除するように原加工プログラムＰ１を修正する。

ステップＳ４において、加工プログラム修正部３０は、ワークＷの実形状と接触加工パスとを比較して、接触加工パスの切削送りに非接触区間が存在するかどうか判定する。非接触区間が存在しない場合、処理はステップＳ６に進む。非接触区間が存在する場合、ステップＳ７において、加工プログラム修正部３０は、非接触区間における送り速度が速くなるように原加工プログラムＰ１を修正する。ステップＳ５及びステップＳ７のうち少なくとも一方を経ることによって、原加工プログラムＰ１が修正されて修正加工プログラムＰ２が作成される。

ステップＳ６において、工作機械制御装置１０は、修正加工プログラムＰ２に従って、工作機械４０に指令値を出力することで切削工具４１の動作を制御する。これにより、ワークＷが切削加工されて切削加工品が完成する。

（特徴）
（１）工作システム１は、形状測定部２０、加工プログラム修正部３０、及び工作機械制御装置１０を備える。形状測定部２０は、ワークＷの実形状を示す実形状データを生成する。加工プログラム修正部３０は、実形状データに基づいて、原加工プログラムＰ１に規定された加工パスＣの本数を修正するとともに、原加工プログラムＰ１に規定された加工パスＣにおける送り速度を修正することによって、修正加工プログラムＰ２を作成する。工作機械制御装置１０は、修正加工プログラムＰ２に従って、切削工具４１の動作を制御する。

従って、ワークＷごとに加工パスＣの本数と切削工具４１の送り速度とを至適化することができるため、原加工プログラムＰ１をそのまま用いる場合に比べて切削加工を短期化できる。その結果、切削加工の効率を向上させることができる。

（２）加工プログラム修正部３０は、加工パスＣのうち切削工具４１がワークＷと接触しない非接触加工パスを削除するように原加工プログラムＰ１を修正する。従って、実際に切削工具４１を移動させる加工パスＣの本数を少なくできるため、切削加工の効率を顕著に向上させることができる。

（３）加工プログラム修正部３０は、加工パスＣのうち切削工具４１がワークＷと接触する接触加工パスに含まれる「切削送り」のうち、切削工具４１がワークＷと接触しない非接触区間における送り速度が速くなるように原加工プログラムＰ１を修正する。従って、接触加工パスにおける送り速度を精細に調整できるため、切削加工の効率を顕著に向上させることができる。

（他の実施形態）
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

上記実施形態において、加工プログラム修正部３０は、加工パスＣの本数と加工パスＣにおける送り速度の両方を修正することとしたが、いずれか一方だけを修正してもよい。

上記実施形態において、加工プログラム修正部３０は、加工パスＣのうち非接触加工パスを削除することとしたが、非接触加工パスを削除せず、非接触加工パスにおける送り速度を速くしてもよい。この場合であっても、原加工プログラムＰ１をそのまま用いる場合に比べて、切削加工の効率を向上させることができる。

上記実施形態に係る工作システム１では、工作機械制御装置１０が、加工パス抽出部１２を有することとしたが、加工パス抽出部１２は、工作機械制御装置１０の外部に配置されていてもよいし、加工プログラム修正部３０に配置されていてもよい。

例えば、図５に示される工作システム１ａのように、工作機械制御装置１０から物理的に離れた場所に位置する加工プログラム修正装置３０ａが、加工パス抽出部１２、比較部３１及び修正加工プログラム作成部３２を備えていてもよい。

工作システム１ａは、工作機械制御装置１０、形状測定部２０、加工プログラム修正装置３０ａ、工作機械４０、データ取得部５０及びサーバ６０を備えている。

データ取得部５０は、ネットワーク通信を介して、工作機械制御装置１０、形状測定部２０及びサーバ６０に接続されている。データ取得部５０は、原加工プログラムＰ１を工作機械制御装置１０から取得し、実形状データを形状測定部２０から取得する。データ取得部５０は、これらの情報をサーバ６０に送信する。なお、データ取得部５０としては、例えばタブレット型コンピュータなどを用いることができる。

サーバ６０は、ネットワーク通信を介して、加工プログラム修正装置３０ａとデータ取得部５０とに接続されている。サーバ６０は、携帯高速通信技術（ＬＴＥ）回線を介して、データ取得部５０に接続されていてもよい。サーバ６０は、データ取得部５０から取得した情報を記憶し、加工プログラム修正装置３０ａからの要求に応じて、データ取得部５０から取得した情報を加工プログラム修正装置３０ａに送信する。

加工プログラム修正装置３０ａでは、上記実施形態で説明したように、加工パス抽出部１２が原加工プログラムＰ１から第１乃至第３加工パスＣ１〜Ｃ３を抽出し、比較部３１が実形状データと第１乃至第３加工パスＣ１〜Ｃ３とを取得して非接触加工パスと非接触区間を検出し、修正加工プログラム作成部３２が修正加工プログラムＰ２を生成する。加工プログラム修正装置３０ａにおいて生成された修正加工プログラムＰ２は、記憶媒体（例えば、ＵＳＢメモリなど）を介して、或いは、ネットワーク通信を介して、工作機械制御装置１０の修正加工プログラム実行部１３に入力される。

このような工作システム１ａにおいても、ワークＷごとに加工パスＣの本数と切削工具４１の送り速度とを至適化することができるため、原加工プログラムＰ１をそのまま用いる場合に比べて切削加工を短期化できる。

１ 工作システム
１０ 工作機械制御装置
１１ 記憶部
１２ 加工パス抽出部
１３ 修正加工プログラム実行部
２０ 形状測定部
３０ 加工プログラム修正部
３１ 比較部
３２ 修正加工プログラム作成部
４０ 工作機械
４１ 切削工具
Ｗ ワーク
Ｐ１ 原加工プログラム
Ｐ２ 修正加工プログラム
Ｃ１ 第１加工パス（非接触加工パス）
Ｃ２ 第２加工パス（接触加工パス）
Ｃ３ 第３加工パス（接触加工パス）

Claims (7)

1. 切削工具によって被加工部材を切削加工する工作システムであって、
   前記被加工部材の実形状を示す実形状データを生成する形状測定部と、
   前記形状測定部から取得される前記実形状データと、原加工プログラムに規定された前記切削工具の加工パスとに基づいて、前記加工パスのうち前記切削工具が前記被加工部材と接触しない非接触加工パス、及び、前記加工パスのうち前記切削工具が前記被加工部材と接触する接触加工パスにおいて前記切削工具が前記被加工部材と接触しない非接触区間の少なくとも一方を検出する比較部と、
   前記比較部の検出結果に基づいて、前記加工パスの本数、及び、前記加工パスにおける送り速度の少なくとも一方を修正することによって、修正加工プログラムを作成する加工プログラム修正部と、
   前記修正加工プログラムに従って、前記切削工具の動作を制御する工作機械制御装置と、
   を備える工作システム。
2. 前記加工プログラム修正部は、前記非接触加工パスを削除するように前記原加工プログラムを修正する、
   請求項１に記載の工作システム。
3. 前記加工プログラム修正部は、前記非接触区間における送り速度が速くなるように前記原加工プログラムを修正する、
   請求項１又は２に記載の工作システム。
4. 切削工具によって切削加工される被加工部材の実形状を示す実形状データを生成する工程と、
   生成された前記実形状データと、原加工プログラムに規定された前記切削工具の加工パスとに基づいて、前記加工パスのうち前記切削工具が前記被加工部材と接触しない非接触加工パス、及び、前記加工パスのうち前記切削工具が前記被加工部材と接触する接触加工パスにおいて前記切削工具が前記被加工部材と接触しない非接触区間の少なくとも一方を検出する工程と、
   前記非接触加工パス及び前記非接触区間の少なくとも一方を検出する工程における検出結果に基づいて、前記加工パスの本数、及び、前記加工パスにおける送り速度の少なくとも一方を修正することによって、修正加工プログラムを作成する工程と、
   前記修正加工プログラムに従って前記切削工具の動作を制御することによって前記被加工部材を切削加工する工程と、
   を備える切削加工品の製造方法。
5. 切削工具によって切削加工される被加工部材の実形状を示す実形状データと、原加工プログラムに規定された前記切削工具の加工パスとに基づいて、前記加工パスのうち前記切削工具が前記被加工部材と接触しない非接触加工パス、及び、前記加工パスのうち前記切削工具が前記被加工部材と接触する接触加工パスにおいて前記切削工具が前記被加工部材と接触しない非接触区間の少なくとも一方を検出する比較部と、
   前記比較部の検出結果に基づいて、前記加工パスの本数、及び、前記加工パスにおける送り速度の少なくとも一方を修正することによって、修正加工プログラムを作成する修正加工プログラム作成部を備える、
   加工プログラム修正装置。
6. 切削工具によって切削加工される被加工部材の実形状を示す実形状データを生成する工程と、
   生成された前記実形状データと、原加工プログラムに規定された前記切削工具の加工パスとに基づいて、前記加工パスのうち前記切削工具が前記被加工部材と接触しない非接触加工パス、及び、前記加工パスのうち前記切削工具が前記被加工部材と接触する接触加工パスにおいて前記切削工具が前記被加工部材と接触しない非接触区間の少なくとも一方を検出する工程と、
   前記非接触加工パス及び前記非接触区間の少なくとも一方を検出する工程における検出結果に基づいて、前記加工パスの本数、及び、前記加工パスにおける送り速度の少なくとも一方を修正することによって、修正加工プログラムを作成する工程と、
   を備える修正加工プログラムの作成方法。
7. 切削工具によって切削加工される被加工部材の実形状を示す実形状データと、原加工プログラムに規定された前記切削工具の加工パスとに基づき、前記加工パスのうち前記切削工具が前記被加工部材と接触しない非接触加工パス、及び、前記加工パスのうち前記切削工具が前記被加工部材と接触する接触加工パスにおいて前記切削工具が前記被加工部材と接触しない非接触区間の少なくとも一方を検出した結果に基づいて、前記加工パスの本数、及び、前記加工パスにおける送り速度の少なくとも一方を修正することによって作成された修正加工プログラムを用いて、前記切削工具を制御する、
   工作機械制御装置。

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