JP7032244B2

JP7032244B2 - 切削加工システム、及び情報処理装置

Info

Publication number: JP7032244B2
Application number: JP2018106985A
Authority: JP
Inventors: 亜未野村; 顕二西川; 瑞希牧野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2018-06-04
Filing date: 2018-06-04
Publication date: 2022-03-08
Anticipated expiration: 2038-06-04
Also published as: JP2019209420A

Description

本発明は、切削加工システム、及び情報処理装置に関する。

特許文献１には、「切削加工中に何らかの外乱が発生したとしても確実に加工表面の硬さが所定値以下に維持し得る切削品質維持方法を提供する。」、「加工条件を調節して表層硬さが所定硬さよりも低くなるように行われている切削加工における加工工具の切削抵抗を目標切削抵抗として取得するデータ取得ステップと、切削加工時の加工工具の切削抵抗を検知し、検知された切削抵抗が前記目標切削抵抗よりも低くなるように制御して切削加工を行う切削加工ステップと、が備えられている。」と記載されている。

特開２０１２－９１２７７号公報

工作機械を用いて行われる被削物の切削加工に際しては、切削工具に作用する切削抵抗により切削工具に撓み（たわみ）が生じ、それにより工具刃先が所定の位置からずれて加工精度を低下させる要因となる。そのため、切削加工の加工精度を向上するには、切削加工中における切削工具の撓みを精度よく検知して加工誤差を低減する必要がある。

特許文献１では、加工工具の切削抵抗を目標切削抵抗とし、検知された切削抵抗が目標切削抵抗よりも低くなるように制御することにより、加工表面の硬さが所定値以下に維持されるようにしている。しかし特許文献１の技術を工具の撓みの検知に応用したとしても、工具ホルダの上面及び側面に一つずつ貼付した歪ゲージのみの計測信号だけでは、撓みに大きな影響を与える切削工具の固定状態については考慮していないため、撓みを精度よく検知することができない。

本発明はこのような背景に鑑みてなされたものであり、切削工具の撓みに起因する加工誤差を精度よく検知して加工精度を向上することが可能な、切削加工システム、及び情報処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一つは、工具固定部に固定され所定長さで延出する切削工具の端部に設けられた刃先を回転する被削物に接触させて切削加工を行う加工装置本体と、測定データ取得装置と、情報処理装置と、を備える切削加工システムであって、切削加工時の切削抵抗により前記切削工具に生じる歪を計測する複数の歪センサが、前記切削工具の長手方向に沿って並べて設けられ、前記測定データ取得装置は、歪センサの夫々の出力信号に基づくデータであるセンサデータを取得し、前記情報処理装置は、前記複数の歪センサの夫々の前記センサデータを受信し、前記複数の歪センサの夫々の前記センサデータに基づき、前記刃先からの距離に対する前記切削工具に生じる歪の大きさを示す情報である歪の傾きを求め、前記歪の傾きと、前記切削工具の剛性及び前記工具固定部の剛性の和とを乗算することで、前記切削工具の撓みを求め、前記撓みに基づき前記切削加工における加工誤差を求める。

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、切削工具の撓みに起因する加工誤差を精度よく検知して加工精度を向上することができる。

切削加工システムの概略的な構成を示す図である。制御装置のハードウェア構成を示す図である。制御装置が備える主な機能を示す図である。切削工具への歪センサの設置態様の一例である。切削工具への歪センサの設置態様の一例である。切削工具への歪センサの設置態様の一例である。切削工具への歪センサの設置態様の一例である。切削工具への歪センサの設置態様の一例である。切削工具への歪センサの設置態様の一例である。切削工具への歪センサの設置態様の一例である。制御処理を説明するフローチャートである。歪センサから取得されるセンサデータの例である。切削工具の刃先からの距離と切削工具の歪との関係を示す図である。切削抵抗と切削工具の刃先の撓みとの関係を示す図である。

以下、実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、以下の説明において、同一の又は類似する構成に共通の符号を付して重複した説明を省略することがある。

図１は、一実施形態として説明する切削加工システム１の概略的な構成を示す図である。同図に示すように、切削加工システム１は、加工装置本体２０、測定データ取得装置２１、及び制御装置１０を含む。加工装置本体２０と制御装置１０とは、通信手段８を介して通信可能に接続されている。

同図に示すように、加工装置本体２０は、ＮＣ装置２２（NC:Numerical Control）、及び通信装置２３を含む。

加工装置本体２０は、例えば、旋盤であり、切削工具４、工具固定部５、及び歪センサ６を含む。切削工具４は、例えば、バイトやエンドミル等である。本実施形態では、切削工具４がバイトである場合を例として説明する。歪センサ６は、切削工具４に生じる歪を検知する。歪センサ６の詳細については後述する。

図中、符号７で示す部材は、切削工具４による切削加工の対象となる被削物である。被削物７は、チャック等により加工装置本体２０の主軸に固定される。本実施形態では、一例として被削物７を外径加工する場合について説明するが、以下に説明する構成は、被削物７を内径加工等の他の態様で加工する場合にも適用することができる。加工装置本体２０は、被削物７を主軸回りに回転させ、工具固定部５に固定されている切削工具４を主軸方向に送ることにより被削物７を切削加工する。

ＮＣ装置２２は、加工装置本体２０を数値制御する。具体的には、ＮＣ装置２２は、切削工具４が取り付けられる工具固定部５の動作を制御（２軸制御、３軸制御等）するサーボ機構や被削物７を主軸周りに回転させるモータ等を、加工装置本体２０の随所に設けられた各種センサ（感圧センサ、温度センサ、加速度センサ、回転数センサ、位置センサ等）から取得される情報に基づきフィードバック制御する。

測定データ取得装置２１は、センサから出力される信号を取得する。尚、測定データ取得装置２１は、センサから出力される信号を増幅する増幅機能、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機能を備えていてもよい。測定データ取得装置２１は、通信手段８を介して制御装置１０と通信を行う。通信手段８は、例えば、所定の通信規格（ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＲＳ－２３２Ｃ等）に準拠した通信ケーブル、有線又は無線の通信ネットワーク（ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）
、インターネット等）である。例えば、歪センサ６から出力される信号に基づくデータ（後述のセンサデータ）は、通信手段８を介して測定データ取得装置２１から制御装置１０に送られる。また制御装置１０は、通信装置２３を介してＮＣ装置２２に制御情報を送信する。

歪センサ６は、例えば、歪ゲージやピエゾ素子等を用いて構成される。切削加工中は切削工具４から被削物７に切削力が作用し、その反作用として切削工具４は被削物７から切削抵抗を受ける。切削抵抗が切削工具４に作用することで切削工具４が撓み、切削工具４に歪が生じる。歪センサ６はこの歪を計測する。尚、切削抵抗は、被削物７の円周接線方向に作用する主分力、切削工具４を被削物７の軸線方向に送る際に送り方向に作用する送り分力、及び、切削工具４を被削物７に押し付ける方向に作用する背分力の各成分を有する。外径加工における切削工具４の撓みにはこれら各分力のうち主分力が大きく影響する。

図２に制御装置１０のハードウェア構成を示している。同図に示すように、制御装置１０は、プロセッサ１１、主記憶装置１２、補助記憶装置１３、入力装置１４、出力装置１５、及び通信装置１６を備える。制御装置１０は、情報処理装置（コンピュータ）として機能する。

プロセッサ１１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）を用いて構成されている。

主記憶装置１２は、プログラムやデータを記憶する装置であり、例えば、ＲＯＭ（Read
Only Memory）（ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＮＶＲＡＭ（Non Volatile RAM）、マスクＲＯＭ（Mask Read Only Memory）、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）等）、ＲＡＭ（Random Access Memory）（ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等）等である。

補助記憶装置１３は、ハードディスクドライブ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモ
リ（Flash Memory）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、光学式記憶装置（ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ(Digital Versatile Disc)等）等である。補助記憶装置１３に格納されて
いるプログラムやデータは、随時、主記憶装置１２に読み込まれる。

入力装置１４は、ユーザから情報を受け付けるユーザインタフェースであり、例えば、キーボード、マウス、カードリーダ、タッチパネル等である。出力装置１５は、情報を出力（表示出力、音声出力、印字出力等）することによりユーザに情報を提供するユーザインタフェースであり、例えば、各種情報を可視化する表示装置（ＬＣＤ（Liquid Crystal
Display）、グラフィックカード等）や音声出力装置（スピーカ）、印字装置等である。

通信装置１６は、通信ネットワーク等の通信手段を介して他の装置と通信する通信インタフェースであり、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Interface）モジュール、シリアル通信モジュール、無線通信モジュール、ＮＩＣ（Network Interface Card）等である。通信装置１６は、通信可能に接続する他の装置から情報を受信する入力装置として機能させることもできる。また通信装置１６は、通信可能に接続する他の装置に情報を送信する
出力装置として機能させることもできる。

制御装置１０は、協調して動作する複数の情報処理装置によって実現されるものであってもよい。また制御装置１０は、仮想的な情報処理資源（例えば、クラウドシステム（Cloud System）により提供されるクラウドサーバ（Cloud Server）等）を用いて実現されるものであってもよい。

図３に制御装置１０が備える主な機能を示している。同図に示すように、制御装置１０は、記憶部１０５、センサデータ受信部１１０、加工誤差算出部１２０、制御情報生成部１３０、及び情報入出力部１４０の各機能を備える。

制御装置１０が備える機能は、プロセッサ１１が、主記憶装置１２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。尚、上記のプログラムは、例えば、記録媒体に記録して配布することができる。また上記のプログラムは、例えば、上記プログラムを蓄積管理する配信サーバ装置から通信設備を介して制御装置１０にダウンロードすることができる。制御装置１０は、上記の機能に加えて、例えば、オペレーティングシステム、ファイルシステム、デバイスドライバ、ＤＢＭＳ（DataBase Management System）等の他の機能をさらに備えていてもよい。制御装置１０は、各種の情報（データ）を、例えば、データベースのテーブルやファイルとして記憶する。

上記の機能のうち、記憶部１０５は、センサデータ１５１、加工誤差１５２、制御情報１５３、及び剛性値１５４の各情報を記憶する。これらの情報の詳細については後述する。

センサデータ受信部１１０は、測定データ取得装置２１を介して加工装置本体２０中の切削工具４に設けられている歪センサ６の出力信号に基づくデータ（以下、センサデータと称する。）を受信する。記憶部１０５は、センサデータ受信部１１０が取得したセンサデータをセンサデータ１５１として記憶する。

加工誤差算出部１２０は、センサデータ１５１を前処理（平均化処理（移動平均化処理等）、オフセット処理、フィルタリング処理等）する。そして加工誤差算出部１２０は、前処理後のセンサデータと剛性値とに基づき、切削工具４に生じる撓みを求める。また加工誤差算出部１２０は、求めた上記撓みに基づき、切削加工において生じる誤差（以下、加工誤差と称する。）を求める。ここで剛性値は、切削工具４の剛性Ｉと工具固定部５の剛性αの和（Ｉ＋α）である。剛性値が大きい程、切削工具４の撓みは小さくなる。記憶部１０５は、剛性値を剛性値１５４として記憶し、また加工誤差算出部１２０が求めた加工誤差を加工誤差１５２として記憶する。

制御情報生成部１３０は、加工誤差１５２を補正するため加工装置本体２０の制御情報を生成し、生成した制御情報をＮＣ装置２２に送信する。上記制御情報は、例えば、加工装置本体２０の加工条件を調整する情報や切削工具４の位置を調整する情報である。

情報入出力部１４０は、ユーザインタフェース（入力装置１４及び出力装置１５）を介してユーザから剛性値等の情報の入力を受け付ける。また情報入出力部１４０は、記憶部１０５が記憶している情報等の各種情報を提示（出力）する。ユーザは、情報入出力部１４０が提示する情報を参照することで、例えば、加工装置本体２０における切削加工の状態を把握することができる。

図４は、切削工具４への歪センサ６の設置態様の例であり、切削工具４及び工具固定部５周辺の様子を示す図である。本例では、同図に示すように、切削工具４を、その端部に
設けられた刃先４１の近傍部分が屈曲し４つの側面を有する略直方体状で示しているが，切削工具４は円筒形状でもよい。同図に示すｘｙｚ座標（直交座標）は、ｙ軸が主分力の方向に、ｚ軸が背分力の方向に、ｘ軸が送り分力の方向に、夫々一致するように設定されている。切削工具４はその長手方向がｚ軸方向に延出する。

同図に示すように、本例では、切削工具４の＋ｙ側の面にｚ軸に沿って３つの歪センサ６を直線状に並べて配置している。これら３つの歪センサ６は、いずれも切削抵抗により切削工具４に生じるｙ軸方向の撓みに起因する歪を検出する目的で設けている。

尚、このように撓みの検出に複数の歪センサ６を用いることで、後述する、切削工具４の刃先４１からの距離に応じた歪（ｙ軸方向の撓みによって生じる歪）の分布（歪の傾き）を求めることが可能になる。例えば、図５は、図４の構成において複数の歪センサ６を直線状でない態様で配置した例であるが、図４のように複数の歪センサ６を直線状に配置した場合、図５の場合に比べ、切削工具４に軸回り（ｚ軸回り）の捻じれが生じた際の各歪センサ６に対する影響を抑えることができる。本例では、歪センサ６を切削工具４の表面に設けているため、歪センサ６の取り付けや取り回しが容易である。また歪センサ６を設けるために切削工具４を加工する必要もない。本例では歪センサ６の数を３つとしているが、歪センサ６の数は必ずしも限定されない。

図６は、切削工具４への歪センサ６の設置態様の他の例を示す図であり、切削工具４及び工具固定部５周辺の様子を示す図である。尚、切削工具４の構成並びにｘｙｚ座標軸の設定方法については図４と同様である。

同図に示すように、本例では、切削工具４の＋ｙ側の面にｚ軸に沿って３つの歪センサ６を直線状に並べて配置している。また切削工具４の＋ｘ側の面にｚ軸に沿って３つの歪センサ６を直線状に並べて配置している。前者の３つの歪センサ６は、いずれも切削抵抗により切削工具４に生じるｙ軸方向の撓みに起因する歪を検出する目的で設けている。また後者の３つの歪センサ６は、いずれも切削抵抗により切削工具４に生じるｘ軸方向の撓みに起因する歪を検出する目的で設けている。

本例の態様で切削工具４に歪センサ６を設けることで、切削工具４の刃先４１からの距離に応じた歪（ｙ軸方向の撓みによって生じる歪）の分布（歪の傾き）を求めることが可能になる。また切削工具４の刃先からの距離に応じた歪（ｘ軸方向の撓みによって生じる歪）の分布（歪の傾き）を求めることが可能になる。尚、本例では歪センサ６の数を各面について夫々３つとしているが、歪センサ６の数は必ずしも限定されない。

図７は、切削工具４への歪センサ６の設置態様の他の例を示す図であり、切削工具４及び工具固定部５周辺の様子を示す図である。尚、切削工具４の構成並びにｘｙｚ座標軸の設定方法については図４と同様である。

同図に示すように、本例では、切削工具４の＋ｙ側の面にｚ軸に沿って３つの歪センサ６を直線状に並べて配置している。また切削工具４の－ｙ側の面にｚ軸に沿って３つの歪センサ６を直線状に並べて配置している。前者及び後者の夫々の３つの歪センサ６は、いずれも切削抵抗により切削工具４に生じるｙ軸方向の撓みに起因する歪を検出する目的で設けている。このように切削工具４の対向する面の双方に歪センサ６を設けた場合、対象としている測定方向以外の歪の影響を小さくすることができ、後述する歪の分布の精度を高めることができる。尚、本例では歪センサ６の数を各面について夫々３つとしているが、歪センサ６の数は必ずしも限定されない。

図８は、切削工具４への歪センサ６の設置態様の他の例を示す図であり、切削工具４及
び工具固定部５周辺の様子を示す図である。尚、切削工具４の構成並びにｘｙｚ座標軸の設定方法については図４と同様である。

同図に示すように、本例では、切削工具４の＋ｘ側の面にｚ軸に沿って３つの歪センサ６を直線状に並べて配置している。また切削工具４の－ｘ側の面にｚ軸に沿って３つの歪センサ６を直線状に並べて配置している。前者及び後者の夫々の３つの歪センサ６は、いずれも切削抵抗により切削工具４に生じるｘ軸方向の撓みに起因する歪を検出する目的で設けている。このように切削工具４の対向する面の双方に歪センサ６を設けた場合、対象としている測定方向以外の歪の影響を小さくすることができ、後述する歪の分布の精度を高めることができる。尚、本例では歪センサ６の数を各面について夫々３つとしているが、歪センサ６の数は必ずしも限定されない。

図９は、切削工具４への歪センサ６の設置態様の他の例を示す図であり、切削工具４及び工具固定部５周辺の様子を示す図である。切削工具４の構成並びにｘｙｚ座標軸の設定方法については図４と同様である。

同図に示すように、本例では、切削工具４の＋ｙ側の面と－ｙ側の面の夫々にｚ軸に沿って３つの歪センサ６を直線状に並べて配置している。また切削工具４の＋ｘ側の面と－ｘ側の面の夫々にｚ軸に沿って３つの歪センサ６を直線状に並べて配置している。前者の６つの歪センサ６は切削抵抗により切削工具４に生じるｙ軸方向の撓みに起因する歪を検出する目的で設けられている。また後者の６つの歪センサ６は切削抵抗により切削工具４に生じるｘ軸方向の撓みに起因する歪を検出する目的で設けられている。このように切削工具４の対向する面の双方に歪センサ６を設けることにより、対象としている測定方向以外のひずみの影響を小さくすることができ、後述する分布の精度を高めることができる。尚、本例では歪センサ６の数を各面について夫々３つとしているが、歪センサ６の数は必ずしも限定されない。

図１０は、切削工具４への歪センサ６の設置態様の他の例を示す図であり、切削工具４及び工具固定部５周辺の様子を示す図である。尚、切削工具４の構成並びにｘｙｚ座標軸の設定方法については図４と同様である。

同図に示すように、本例では、３つの歪センサ６をｚ軸に沿って切削工具４の内部に埋め込んだ状態で直線状に並べて設けている。各歪センサ６から延出する信号線（リード）は切削工具４の表面に格納してもよいし、切削工具４の内部に設けてもよい。各歪センサ６を切削工具４の表面に設けた場合は歪センサ６から延出する信号線（リード）の処理が煩雑になるが、このように歪センサ６を切削工具４の内部に埋め込むことで信号線（リード）の取り回しが容易になり、かつ、信号線（リード）の外部への露出を防いで美観性や安全性を確保することができる。

続いて、歪センサ６から取得されるセンサデータに基づき撓みを求める方法について説明する。ここでは歪センサ６を図４に示す態様で切削工具４に設けた場合を例として、３つの歪センサ６から取得されるセンサデータに基づきｙ軸方向の撓みｄ_ｙを求める方法について説明する。

まず切削工具４の刃先からのｚ軸方向に沿った距離ｚと切削工具４の歪ε_ｙとの間には、傾きをＡ（以下、歪の傾きＡと称する。）として次式に示す比例関係（線形関係）がある。
ε_ｙ＝Ａ×ｚ・・・式１

一方、切削工具４の刃先に作用する切削抵抗Ｆと撓みｄ_ｙとの間には、切削工具４と工
具固定部５に基づく剛性、即ち剛性値をＫ_Ｆとして次式の関係がある。

ｄ_ｙ＝１／Ｋ_Ｆ×Ｆ・・・式２

また材料力学における曲げ応力と歪の関係から、切削工具４の断面係数をＺ、切削工具４のヤング率をＥとして、歪の傾きＡと切削抵抗Ｆとの間には次の関係がある。
Ｆ＝Ａ×Ｚ×Ｅ・・・式３

ここで式２に式３を代入すれば次式が得られる。
ｄ_ｙ＝１／Ｋ_Ｆ×（Ａ×Ｚ×Ｅ）・・・式４

上式におけるＺ×Ｅは、切削工具４の断面係数Ｚと切削工具４のヤング率Ｅの積であり定数である。従って、式４は、上記の定数を調節すれば次式のように表わすことができる。
ｄ_ｙ＝１／Ｋ_Ｆ×Ａ・・・式５

尚、剛性値Ｋ_Ｆは、前述したように切削工具４の剛性Ｉと工具固定部５の剛性αとの和（Ｉ＋α）である。剛性値Ｋ_Ｆは、例えば、実際に切削工具４に切削抵抗（主分力または送り分力）に相当する力を与えてｄ_ｙを実測（例えば、ダイヤルゲージ等で実測）することにより式２から求めることができる。

以上より、切削工具４に設けられている複数の歪センサ６から取得されるセンサデータから歪の傾きＡを求め、予め求めておいた剛性値Ｋ_Ｆに基づき、撓みｄ_ｙを求めることができることがわかる。

図１１は、以上の原理に基づき、加工装置本体２０による被削物７の切削加工に際して制御装置１０が行う処理（以下、制御処理Ｓ１１００と称する。）の流れを説明するフローチャートである。ここでは歪センサ６を図４に示す態様で切削工具４に設けた場合を例として説明する。以下、制御処理Ｓ１１００について説明する。

まず制御装置１０のセンサデータ受信部１１０が、測定データ取得装置２１からセンサデータを受信し、受信したセンサデータを記憶部１０５がセンサデータ１５１として記憶する（Ｓ１１１１）。

図１２は、図４に示す態様で歪センサ６が設けられた切削工具４により被削物７を切削加工した際、３つの歪センサ６の一つから取得されるセンサデータの一例である。同図において、横軸は時間[s]であり、縦軸は切削工具４の長手方向（ｚ軸方向）の歪センサ６
が設けられている位置における歪ε_ｙ[μstrain]である。同図において、０から３０秒付近までは、切削工具４が被削物７に接触していない空転状態であり、３０秒付近で切削工具４が被削物７に接触して外径加工が開始されている。同図に示すように、空転状態における切削工具４の歪はほぼ０であるが、外径加工が開始されると切削抵抗が切削工具４に作用して歪ε_ｙが発生している。

図１１に戻り、続いて、制御装置１０の加工誤差算出部１２０は、切削加工中の所定の時間範囲のセンサデータを対象として前処理（平均化処理（移動平均化処理等）、オフセット処理、フィルタリング処理等）を行う（Ｓ１１１２）。前処理は３つの歪センサ６の夫々について行われる。上記時間範囲は任意に設定してよいが、上記時間範囲は各歪センサ６について同じとする。

続いて、制御装置１０の加工誤差算出部１２０が、各歪センサ６について求めた歪ε_ｙ
に基づき、歪の傾きＡを求める（Ｓ１１１３）。具体的には、加工誤差算出部１２０が、各歪センサ６について求めた歪ε_ｙに基づき、切削工具４の刃先からの距離ｚと切削工具４の歪ε_ｙとの関係を求める。

図１３は、上記関係の一例である。同図において、横軸は切削工具刃先からの距離ｚ[mm]であり、縦軸はデータ処理後の切削工具の歪ε_ｙ[μstrain]である。同図に示す３つの点は、３つの歪センサ６の夫々のセンサデータから求められる歪ε_ｙに対応している。このように、複数の歪センサ６から取得されるセンサデータを用いることで、歪の傾きＡを求めることができる。尚、歪の傾きＡは切削条件によって変化するが、切削条件が同じであれば一定値をとる。

ここで従来、歪から切削抵抗を求めようとすると、歪の位置（歪センサの設置位置）を正確に特定する必要があった。しかし本実施形態のように複数の歪センサ６から取得される値に基づき求めた歪の傾きＡを用いることで、歪センサ６の設置位置の誤差の影響をキャンセルすることができ、切削抵抗を容易かつ精度よく求めることができる。

図１１に戻り、続いて、加工誤差算出部１２０は、歪の傾きＡと剛性値１５４とに基づき、切削抵抗Ｆと切削工具４の刃先４１の撓みｄ_ｙとの関係を求める（Ｓ１１１４）。

図１４に、上記関係の一例を示す。尚、同図には実測値も併記している。同図に示すように、加工誤差算出部１２０の算出値と実測値とがよく一致している。

図１１に戻り、続いて、加工誤差算出部１２０は、撓みｄ_ｙに基づき加工誤差を求める（Ｓ１１１５）。例えば、加工誤差算出部１２０は、撓みｄ_ｙから求められる切削加工後の被削物７の外径と切削加工後の被削物７の目標外径との差を加工誤差として求める。尚、主軸の回転数を８６９ｒｐｍ、切削工具４の送り速度を８７ｍｍ／ｍｉｎ、切込み量を０．１ｍｍとして外径加工を行い、加工誤差算出部１２０が求めた加工誤差と実際に測定した加工誤差とを比較したところ、加工誤差算出部１２０が求めた加工誤差は１８μｍ、実際に測定した加工誤差は２０μｍとなり、両者はよく一致することが確認された。

続いて、制御情報生成部１３０が、求めた加工誤差に基づき、加工誤差を補正するためにＮＣ装置２２の制御情報１５３を生成し（Ｓ１１１６）、生成した制御情報１５３を通信手段８を介してＮＣ装置２２に送信する（Ｓ１１１７）。

Ｓ１１１８では、制御装置１０は、被削物７が目的形状に達したか否かを判定する。この判定は、例えば、加工装置本体２０の状態を人が目視することにより行ってもよいし、ＮＣ装置２２から取得される情報に基づき制御装置１０が行ってもよい。被削物７が目的形状に達していない場合（Ｓ１１１８：ＮＯ）、処理はＳ１１１１に戻る。被削物７が目的形状に達している場合（Ｓ１１１８：ＹＥＳ）、制御装置１０は制御処理Ｓ１１００を終了する。

尚、以上の制御処理Ｓ１１００の手順に従い、切削加工システム１により、工具径１６ｍｍの切削工具４で被削物７である直径４３ｍｍの炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）の丸棒材の外径加工試験を行ったところ、切削工具４の撓みによる加工誤差が約８０％低減されることが確認された。

ところで、以上に示した制御処理Ｓ１１００では、Ｓ１１１５求めた加工誤差をＮＣ装置２２の制御に直接利用しているが、例えば、Ｓ１１１５で求めた加工誤差を人が解析し、解析した結果に基づきＮＣ装置２２の機能を実現しているソフトウェア（プログラム）を修正するようにしてもよい。またＳ１１１５求めた加工誤差を出力装置１５に出力（表
示）し、出力された加工誤差を参考にユーザが加工装置本体２０を操作するといった利用態様も考えられる。

以上に説明したように、本実施形態の切削加工システム１によれば、切削工具の撓みに起因する加工誤差を精度よく検知して加工精度を向上することができる。ここで従来、切削加工においては、熟練者や経験者等が切削工具４の送り量を調整することで切削抵抗を低減させ、切削工具４の撓みに基づく加工誤差を抑制していた。そのため、作業者によって加工精度が不均一になったり、加工条件の変更に伴い加工工数が増加して加工能率が低下する等の課題があった。しかし本実施形態の切削加工システム１によれば、実際に計測した切削工具４の歪に基づき撓みを求めて加工誤差を自動的に求めることができ、求めた加工誤差に基づき生成した制御情報によってＮＣ装置２２を制御するため、加工精度や加工効率を向上することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また上記実施形態の構成の一部について、他の構成の追加や削除、置換をすることが可能である。

また上記の各構成、機能部、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば、集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、ＩＣ
カード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また上記の各図において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、必ずしも実装上の全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。例えば、実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

また以上に説明した制御装置１０の各種機能部、各種処理部、各種データベースの配置形態は一例に過ぎない。各種機能部、各種処理部、各種データベースの配置形態は、これらの装置が備えるハードウェアやソフトウェアの性能、処理効率、通信効率等の観点から最適な配置形態に変更し得る。

また前述した各種のデータを格納するデータベースの構成（スキーマ（Schema）等）は、リソースの効率的な利用、処理効率向上、アクセス効率向上、検索効率向上等の観点から柔軟に変更し得る。

１切削加工システム
４切削工具
５工具固定部
６歪センサ
７被削物
８通信手段
１０制御装置
１０５記憶部
１１０センサデータ受信部
１２０加工誤差算出部
１３０制御情報生成部
１４０情報入出力部
２０加工装置本体
２１測定データ取得装置
２２ＮＣ装置
３３通信装置

Claims

工具固定部に固定され所定長さで延出する切削工具の端部に設けられた刃先を回転する被削物に接触させて切削加工を行う加工装置本体と、
測定データ取得装置と、
情報処理装置と、
を備える切削加工システムであって、
切削加工時の切削抵抗により前記切削工具に生じる歪を計測する複数の歪センサが、前記切削工具の長手方向に沿って並べて設けられ、
前記測定データ取得装置は、歪センサの夫々の出力信号に基づくデータであるセンサデータを取得し、
前記情報処理装置は、前記複数の歪センサの夫々の前記センサデータを受信し、前記複数の歪センサの夫々の前記センサデータに基づき、前記刃先からの距離に対する前記切削工具に生じる歪の大きさを示す情報である歪の傾きを求め、
前記歪の傾きと、前記切削工具の剛性及び前記工具固定部の剛性の和とを乗算することで、前記切削工具の撓みを求め、
前記撓みに基づき前記切削加工における加工誤差を求める、
切削加工システム。
請求項１に記載の切削加工システムであって、
前記情報処理装置は、
前記切削工具の剛性及び前記工具固定部の剛性を記憶し、
前記切削工具の撓みに基づき前記加工誤差を求める、
切削加工システム。
請求項２に記載の切削加工システムであって、
前記加工装置本体は、前記情報処理装置と通信可能に接続するＮＣ（Numerical Control）装置によって制御され、
前記情報処理装置は、前記加工誤差を補正するように前記ＮＣ装置を制御するための情報である制御情報を生成し、前記制御情報を前記ＮＣ装置に送信し、
前記ＮＣ装置は、前記制御情報を受信し、前記制御情報に基づき前記加工装置本体を制御する、
切削加工システム。
請求項１に記載の切削加工システムであって、
前記複数の歪センサの夫々は、前記切削抵抗の主分力により前記切削工具に生じる撓みに起因する歪を主として検出するように、前記複数の歪センサを直線状に並べて前記切削工具に設けられる、
切削加工システム。
請求項４に記載の切削加工システムであって、
前記切削工具の側面の一つに前記複数の歪センサが直線状に並べて設けられ、前記切削工具の前記側面に対向する側面に他の前記複数の歪センサが直線状に並べて設けられる、
切削加工システム。
請求項１に記載の切削加工システムであって、
前記複数の歪センサの夫々が前記切削抵抗の送り分力より前記切削工具に生じる撓みに起因する歪を主として検出するように、前記複数の歪センサが直線状に並べて前記切削工具に設けられる、
切削加工システム。
請求項６に記載の切削加工システムであって、
前記切削工具の側面の一つに前記複数の歪センサが直線状に並べて設けられるとともに、前記切削工具の前記側面に対向する側面に他の前記複数の歪センサが直線状に並べて設けられる、
切削加工システム。
請求項１に記載の切削加工システムであって、
前記複数の歪センサの夫々が、前記切削工具の表面に設けられる、
切削加工システム。
請求項１に記載の切削加工システムであって、
前記複数の歪センサの夫々が、前記切削工具の内部に設けられる、
切削加工システム。
工具固定部に固定され所定長さで延出する切削工具の端部に設けられた刃先を回転する被削物に接触させて切削加工を行う加工装置本体と、
前記切削工具の長手方向に沿って並ぶように設けられ、切削加工時の切削抵抗により前記切削工具に生じる歪を計測する複数の歪センサと、
前記複数の歪センサの夫々の出力信号に基づくデータであるセンサデータを取得する測定データ取得装置と、
情報処理装置と、
を含んで構成される切削加工システムにおける前記情報処理装置であって、
前記センサデータに基づき前記切削工具の撓みを求め、
前記複数の歪センサの夫々の前記センサデータに基づき、前記刃先からの距離に対する前記切削工具に生じる歪の分布を示す情報である歪の傾きを求め、
前記歪の傾きと、前記切削工具の剛性及び前記工具固定部の剛性の和とを乗算することで、前記切削工具の撓みを求め、
前記撓みに基づき前記切削加工における加工誤差を求める、
情報処理装置。
請求項１０に記載の情報処理装置であって、
前記切削加工システムは、前記加工装置本体を制御する、前記情報処理装置と通信可能に接続するＮＣ（Numerical Control）装置を含み、
前記加工誤差を補正するように前記ＮＣ装置を制御するための情報である制御情報を生成し、
前記制御情報を前記ＮＣ装置に送信する、
情報処理装置。
請求項１０に記載の情報処理装置であって、
前記センサデータ、前記撓み、及び前記加工誤差のうち少なくともいずれかを出力する、
情報処理装置。