加工條件預(yù)測(cè)裝置和加工條件預(yù)測(cè)方法
【專利摘要】不構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)地利用多個(gè)加工條件的選擇項(xiàng)抑制工具的邊界磨損預(yù)測(cè)長(zhǎng)壽命的加工條件。本發(fā)明的加工條件預(yù)測(cè)裝置包括：定義表示作為分析對(duì)象的工具和被切削材料的形狀的分析模型、以及加工條件參數(shù)的單元；設(shè)定加工條件參數(shù)的分析用初始值、變化率的單元；按照分析參數(shù)的每一種組合對(duì)分析模型的工具與被切削材料接觸的接觸長(zhǎng)度進(jìn)行幾何計(jì)算的單元；生成對(duì)計(jì)算出的各刀尖脊線上的各點(diǎn)位置γi的接觸長(zhǎng)度Lci在γi-Lci坐標(biāo)軸上作圖而得到的分布波形，計(jì)算出邊界部移動(dòng)長(zhǎng)度對(duì)最大接觸長(zhǎng)度的比例和工具刀尖與被切削材料接觸的寬度的比例的單元；搜索邊界移動(dòng)率或接觸率分別成為最大的分析參數(shù)的單元；和根據(jù)搜索到的分析參數(shù)輸出長(zhǎng)壽命的加工條件的單元。
【專利說明】加工條件預(yù)測(cè)裝置和加工條件預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及預(yù)測(cè)能夠抑制使用多軸加工機(jī)的曲面加工中的工具磨損的加工條件的加工條件預(yù)測(cè)裝置和加工條件預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]本【技術(shù)領(lǐng)域】的【背景技術(shù)】，例如有日本特開2008-221454號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)。該公報(bào)中，記載了 “提供能夠在低速切削區(qū)域至高速切削區(qū)域在加工前精度良好地預(yù)測(cè)工具磨損量的工具磨損的預(yù)測(cè)方法。根據(jù)具有表示被切削件中的硬質(zhì)點(diǎn)對(duì)磨料磨損的影響的項(xiàng)、和表示被切削件中的硬質(zhì)點(diǎn)對(duì)熱擴(kuò)散磨損的影響的項(xiàng)的預(yù)測(cè)公式預(yù)測(cè)工具磨損量，由此精度良好地預(yù)測(cè)考慮了主要在低速切削區(qū)域或中速切削區(qū)域發(fā)生的磨料磨損、和主要在高速切削區(qū)域發(fā)生的熱擴(kuò)散磨損的工具的磨損量。”(參考摘要)。根據(jù)上述專利文獻(xiàn)1，在多種加工條件下進(jìn)行工具磨損試驗(yàn)，收集上述專利文獻(xiàn)I的數(shù)3需要的數(shù)據(jù)從而預(yù)測(cè)工具磨損量，能夠預(yù)測(cè)能夠抑制工具磨損的加工條件。
[0003]此外，近年來隨著機(jī)床和數(shù)據(jù)收集裝置的發(fā)展，發(fā)明了在切削加工中根據(jù)從機(jī)床獲得的機(jī)床主軸的使用電流等實(shí)時(shí)地監(jiān)視加工負(fù)荷，進(jìn)行切削加工中的工具壽命判定的檢測(cè)裝置。本事例有日本特開2011-230206號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)。該公報(bào)中，記載了“提供能夠精度良好地檢測(cè)到達(dá)工具壽命的工具壽命檢測(cè)方法和工具壽命檢測(cè)裝置。使用與對(duì)于本次預(yù)定加工的被加工件事先測(cè)定的單位切削阻力相關(guān)的數(shù)值信息、和對(duì)于在此之前加工的被加工件已測(cè)定的加工負(fù)荷值和與其對(duì)應(yīng)的與單位切削阻力相關(guān)的數(shù)值信息，運(yùn)算預(yù)測(cè)對(duì)本次預(yù)定加工的被加工件加工時(shí)發(fā)生的加工負(fù)荷值作為預(yù)測(cè)負(fù)荷值，對(duì)該預(yù)測(cè)負(fù)荷值與作為工具壽命的判定基準(zhǔn)的基準(zhǔn)負(fù)荷值進(jìn)行比較，當(dāng)上述預(yù)測(cè)負(fù)荷值超過上述基準(zhǔn)負(fù)荷值的情況下檢測(cè)為上述工具達(dá)到壽命。”上述專利文獻(xiàn)2中，是預(yù)先計(jì)算出預(yù)測(cè)到達(dá)工具壽命時(shí)的機(jī)床的主軸負(fù)荷的閾值，將實(shí)際的加工中檢測(cè)出的主軸負(fù)荷值與上述閾值對(duì)比，在超過上述閾值的情況下檢測(cè)為達(dá)到工具壽命的方法。
[0004]專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-221454號(hào)公報(bào)
[0005]專利文獻(xiàn)2:日本特開2011-230206號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明想要解決的技術(shù)問題
[0007]在通過切削加工進(jìn)行的產(chǎn)品制造中，根據(jù)工具磨損預(yù)測(cè)工具壽命，通過設(shè)定適當(dāng)?shù)募庸l件從而提高生產(chǎn)效率，并且通過使用的工具數(shù)量的減少而降低生產(chǎn)成本是重要的技術(shù)問題之一。工具磨損一般有幾種磨損方式，特別是對(duì)于Ni基合金等耐熱合金，例如如圖2所示，在使用安裝在工具I上的刀尖2對(duì)被切削件4進(jìn)行銑削加工的情況下，在工具的刀尖邊緣部即刀尖脊線6與被切削件4接觸的接觸角7的范圍內(nèi)，刀尖2的側(cè)面?zhèn)鹊倪吔绮?的邊界磨損5的進(jìn)展成為技術(shù)問題的情況較多，因?yàn)樯鲜鯪i基合金是難切削材料，所以工具磨損與鋼材等的切削時(shí)相比極大地進(jìn)展，工具壽命較短，工具磨損預(yù)測(cè)和基于上述預(yù)測(cè)的長(zhǎng)壽命的加工條件的選定成為課題。
[0008]為了克服上述技術(shù)問題，產(chǎn)生了上述專利文獻(xiàn)I這樣的發(fā)明，但是為了基于上述專利文獻(xiàn)I中記載的工具壽命預(yù)測(cè)公式在產(chǎn)品加工前計(jì)算出工具壽命，事先需要多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。具體而言，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)需要進(jìn)行多次切削試驗(yàn)，測(cè)定工具磨損量，通過測(cè)定或分析而求出切削溫度，計(jì)算出壽命預(yù)測(cè)公式的系數(shù)，為了進(jìn)行這一系列的作業(yè)產(chǎn)生了較多的工作量。此外，在被切削件和工具刀尖的種類改變的情況下，需要按上述被切削件與工具刀尖種類的每種組合重新取得上述數(shù)據(jù)庫(kù)，在制造現(xiàn)場(chǎng)的有限的時(shí)間和設(shè)備中，按上述工具與被切削件的每種組合重新構(gòu)建上述數(shù)據(jù)庫(kù)，需要大量的勞動(dòng)力和成本。進(jìn)而，要將上述專利文獻(xiàn)I應(yīng)用于使用五軸加工機(jī)械的曲面加工的情況下，在曲面加工中工具與被切削件的接觸狀態(tài)多樣地變化，對(duì)工具磨損量造成影響，所以對(duì)于上述接觸狀態(tài)的所有或一部分的模式構(gòu)建上述數(shù)據(jù)庫(kù)需要大量的時(shí)間，并不實(shí)用。
[0009]此外，如上述專利文獻(xiàn)2所述，也發(fā)明了根據(jù)加工中的切削負(fù)荷監(jiān)視工具壽命，降低伴隨加工途中的工具破損而產(chǎn)生的產(chǎn)品不良導(dǎo)致的損失成本的方法，但是在上述專利文獻(xiàn)2的方法中不能事先預(yù)測(cè)長(zhǎng)壽命的加工條件。
[0010]另一方面，制造現(xiàn)場(chǎng)的切削加工中使用的切削加工條件，一般由工具制造商與被切削件和工具材質(zhì)相應(yīng)地在一定程度的范圍內(nèi)決定推薦加工條件，所以在制造現(xiàn)場(chǎng)較多地在上述范圍內(nèi)研究加工條件。出于上述理由，事先評(píng)價(jià)工具磨損的絕對(duì)值要耗費(fèi)大量的勞動(dòng)力，特別是在使用五軸加工機(jī)械的工具與被切削件復(fù)雜地接觸的加工方式下難以預(yù)測(cè)絕對(duì)值。因此，特別在用五軸加工機(jī)械進(jìn)行的曲面加工中，工具與被切削件的接觸狀態(tài)對(duì)工具磨損造成影響，所以存在想要能夠無(wú)需構(gòu)建上述數(shù)據(jù)庫(kù)地事先預(yù)測(cè)上述多個(gè)加工條件的選項(xiàng)中作為工具磨損的主要原因之一的邊界磨損相對(duì)較少的長(zhǎng)壽命的加工條件，并選定加工條件的技術(shù)問題。
[0011]用于解決技術(shù)問題的技術(shù)方案
[0012]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明中，使預(yù)測(cè)抑制用機(jī)床進(jìn)行切削加工的情況下的工具的磨損量的加工條件的加工條件預(yù)測(cè)裝置具備以下部分構(gòu)成:分析模型數(shù)據(jù)定義部，其定義表示作為分析對(duì)象的工具和被切削件的形狀的分析模型、以及與工具和被切削件的相對(duì)位置相關(guān)的各種加工條件參數(shù)；分析參數(shù)設(shè)定部，其設(shè)定上述加工條件參數(shù)的分析用初始值、變化量作為分析參數(shù)；工具/被切削件接觸幾何計(jì)算部，其按照上述設(shè)定的分析參數(shù)的每一種組合，計(jì)算出分析模型的工具與被切削件接觸的坐標(biāo)G、和被切削件的中心坐標(biāo)P，按分割為N個(gè)的刀尖脊線上的點(diǎn)i的每一個(gè)計(jì)算出點(diǎn)i的位置Y i和接觸長(zhǎng)度Lci ;接觸狀態(tài)計(jì)算部，其對(duì)于上述計(jì)算的各個(gè)點(diǎn)Y i的接觸長(zhǎng)度Lci在橫軸為Y 1、縱軸為L(zhǎng)ci的圖上作圖生成分布波形，計(jì)算出表示接觸長(zhǎng)度Lci隨著Y i變化而緩慢變化的區(qū)域的接觸長(zhǎng)度Lb與接觸長(zhǎng)度最長(zhǎng)的點(diǎn)i的最大接觸長(zhǎng)度Lt的比的邊界移動(dòng)率Lr，以及表示表示工具刀尖與被切削件接觸的最大寬度的角度與規(guī)定的刀尖角度的比例的接觸率Yr，并存儲(chǔ)到存儲(chǔ)部；加工條件搜索部，其從對(duì)于所有分析參數(shù)的組合計(jì)算的上述邊界移動(dòng)率Lr、和接觸率Yr中，搜索上述邊界移動(dòng)率Lr最大的分析參數(shù)表示的加工條件，或上述接觸率Yr最大的分析參數(shù)表示的加工條件；預(yù)測(cè)結(jié)果輸出部，其輸出搜索到的加工條件。
[0013]此外，為了解決上述課題，本發(fā)明中，在預(yù)測(cè)抑制用機(jī)床進(jìn)行切削加工的情況下的工具的磨損量的加工條件的加工條件預(yù)測(cè)方法中，其特征在于，具有:定義表示作為分析對(duì)象的工具和被切削件的形狀的分析模型、以及與工具和被切削件的相對(duì)位置相關(guān)的各種加工條件參數(shù)的工序；設(shè)定上述加工條件參數(shù)的分析用初始值、變化量作為分析參數(shù)的工序；按照上述設(shè)定的分析參數(shù)的每一種組合，計(jì)算出分析模型的工具與被切削件接觸的坐標(biāo)G、和被切削件的中心坐標(biāo)P，按分割為N個(gè)的刀尖脊線上的點(diǎn)i的每一個(gè)計(jì)算出點(diǎn)i的位置
Yi和接觸長(zhǎng)度Lci的工序；對(duì)于上述計(jì)算的各個(gè)點(diǎn)Y i的接觸長(zhǎng)度Lci在橫軸為Y 1、縱軸為L(zhǎng)ci的圖上作圖生成分布波形，計(jì)算出表示接觸長(zhǎng)度Lci隨著Yi變化而緩慢變化的區(qū)域的接觸長(zhǎng)度Lb與接觸長(zhǎng)度最長(zhǎng)的點(diǎn)i的最大接觸長(zhǎng)度Lt的比的邊界移動(dòng)率Lr，以及表示表示工具刀尖與被切削件接觸的最大寬度的角度與規(guī)定的刀尖角度的比例的接觸率
Yr，并存儲(chǔ)到存儲(chǔ)部的工序；從對(duì)于所有分析參數(shù)的組合計(jì)算的上述邊界移動(dòng)率Lr、和接觸率Yr中，搜索上述邊界移動(dòng)率Lr最大的分析參數(shù)表示的加工條件，或上述接觸率Yr最大的分析參數(shù)表示的加工條件的工序；輸出搜索到的加工條件的工序。
[0014]發(fā)明的效果[0015]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供例如在利用五軸加工機(jī)械進(jìn)行的圓柱曲面加工中，通過不使用數(shù)據(jù)庫(kù)地事先預(yù)測(cè)在一定的加工條件的范圍內(nèi)能夠相對(duì)地抑制邊界磨損的加工條件，從而容易地預(yù)測(cè)長(zhǎng)壽命的加工方法的方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是實(shí)施方式I的本發(fā)明的加工條件預(yù)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖2是表示工具刀尖的邊界磨損的示例的立體圖。
[0018]圖3是說明利用五軸加工機(jī)械進(jìn)行的圓柱曲面加工的示例的概要圖。
[0019]圖4是本發(fā)明的加工條件預(yù)測(cè)處理的流程圖。
[0020]圖5是說明圖3的利用五軸加工機(jī)械進(jìn)行的圓柱曲面加工的分析模型的概要圖。
[0021]圖6是圖5的分析模型中的工具刀尖部放大圖。
[0022]圖7是被切削件的半徑Rw的圓和從z軸方向觀察工具的最外周截面位置時(shí)的橢圓接觸時(shí)的幾何模型圖。
[0023]圖8是說明將刀尖的刀尖脊線上的點(diǎn)i的位置Y i和接觸長(zhǎng)度Lci進(jìn)行作圖而生成刀尖脊線與被切削件接觸的分布波形、對(duì)用于評(píng)價(jià)邊界部移動(dòng)長(zhǎng)度Lb相對(duì)于最大接觸長(zhǎng)度Lt是什么程度的比例的邊界移動(dòng)率Lr、和表示工具刀尖與被切削件接觸的寬度的比例的接觸率Yr進(jìn)行計(jì)算的過程的圖。
[0024]圖9是說明存儲(chǔ)部的分析結(jié)果數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域的數(shù)據(jù)項(xiàng)目構(gòu)成例的圖。
[0025]圖10是按照分析參數(shù)的每一種組合，說明刀尖的刀尖脊線上的點(diǎn)i的接觸狀態(tài)的圖。
[0026]圖11是表示將對(duì)按各分析參數(shù)計(jì)算出的邊界移動(dòng)率Lr、接觸率Yr在以接觸軸
Yr和邊界移動(dòng)率Lr為兩個(gè)坐標(biāo)軸的分布圖上作圖表示的示例的圖。
[0027]附圖標(biāo)記說明
[0028]I……工具，2……刀尖，3……邊界部，4……被切削件，5……邊界磨損，6……刀
尖脊線，7……接觸角，8……工具的最外周截面位置，9……從z軸方向觀察工具的最外周截面位置時(shí)的橢圓，10……加工條件預(yù)測(cè)裝置，11……與橢圓9相切的切線，20……輸入部，30……輸出部，40……運(yùn)算部，41……分析模型數(shù)據(jù)定義部，42……分析參數(shù)設(shè)定部，43……工具/被切削件接觸幾何計(jì)算部，44……接觸狀態(tài)計(jì)算部，45……加工條件搜索部，46……預(yù)測(cè)結(jié)果輸出部，50……存儲(chǔ)部，51……分析程序/初始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域，52……分析模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域，53……分析結(jié)果數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)區(qū)域，54……加工條件預(yù)測(cè)結(jié)果存儲(chǔ)區(qū)域，
60......通信部，70......機(jī)床，71......NC控制裝置，80......三維CAD，81......三維CAM，90......網(wǎng)絡(luò)。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下，使用【專利附圖】

【附圖說明】實(shí)施例。
[0030]【實(shí)施例1】
[0031 ] 本實(shí)施例中，說明預(yù)測(cè)抑制機(jī)床中使用的工具的邊界磨損，延長(zhǎng)工具壽命的加工條件的圖1所示的加工條件預(yù)測(cè)裝置10。
[0032]加工條件預(yù)測(cè)裝置10具備輸入部20、輸出部30、運(yùn)算部40、存儲(chǔ)部50和通信部60。通信部60通過網(wǎng)絡(luò)90與例如機(jī)床70、NC控制裝置71、三維CAD80、三維CAM81等連接。
[0033]運(yùn)算部40具備:分析模型數(shù)據(jù)定義部41，其提供用戶用于定義作為分析對(duì)象的機(jī)床上安裝的工具和被切削件的模型數(shù)據(jù)、以及加工條件的初始值/設(shè)定范圍的用戶接口 ；分析參數(shù)設(shè)定部42，其接收用戶定義執(zhí)行加工條件預(yù)測(cè)處理的情況下的各加工條件的設(shè)定值即分析參數(shù)；工具/ 被切削件接觸幾何計(jì)算部43，其基于幾何計(jì)算計(jì)算出工具與被切削件的接點(diǎn)、接觸長(zhǎng)度等；接觸狀態(tài)計(jì)算部44，其計(jì)算被認(rèn)為工具刀尖與被切削件的邊界正在移動(dòng)的區(qū)域的長(zhǎng)度相對(duì)于最大接觸長(zhǎng)度的比例即邊界移動(dòng)率(后述)、表示工具刀尖與被切削件接觸的寬度的比例的接觸率(后述)；加工條件搜索部45，其搜索在各分析參數(shù)下執(zhí)行加工條件預(yù)測(cè)處理時(shí)邊界移動(dòng)率成為最大的分析參數(shù)、或接觸率成為最大的分析參數(shù)；和預(yù)測(cè)結(jié)果輸出部46，其按照上述搜索到的分析參數(shù)和用戶的指定輸出加工條件預(yù)測(cè)處理結(jié)果。
[0034]存儲(chǔ)部50具備:存儲(chǔ)區(qū)域51，其存儲(chǔ)載入運(yùn)算部并執(zhí)行各處理的分析程序、和各程序中設(shè)定的初始數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)區(qū)域52，其存儲(chǔ)作為分析對(duì)象的分析模型數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)區(qū)域53，其將在各分析參數(shù)下進(jìn)行了工具/被切削件接觸幾何計(jì)算、接觸狀態(tài)計(jì)算的結(jié)果存儲(chǔ)到分析結(jié)果數(shù)據(jù)表；和加工條件預(yù)測(cè)結(jié)果存儲(chǔ)區(qū)域54，其存儲(chǔ)通過上述加工條件搜索處理搜索能夠抑制邊界磨損的加工條件的結(jié)果。
[0035]說明用分析模型數(shù)據(jù)定義部41定義的分析模型的示例。
[0036]在圖3中，表示了在利用旋轉(zhuǎn)的工具I對(duì)載置于轉(zhuǎn)盤(未圖示)的被切削件4進(jìn)行車削加工的五軸加工機(jī)械中，定義被切削件4與工具I的關(guān)系的分析模型的示例。
[0037]其為使安裝有圓臺(tái)形的刀尖2的工具I相對(duì)于圓柱狀的被切削件4僅傾斜工具傾斜角B、且將工具I設(shè)定在僅偏移被切削件4的鉛垂方向中心軸與工具I的中心軸的水平方向的偏移量即偏置量E的位置，使被切削件4和工具I旋轉(zhuǎn)的同時(shí)沿著進(jìn)給方向F，按軸向切深量Ap、徑向切深量Ae對(duì)被切削件4的外周進(jìn)行銑削加工的加工方式的分析模型。
[0038]一般而言，上述發(fā)明要解決的技術(shù)問題的部分中所列舉的圖2(b)所示的邊界磨損5，在工具I與被切削件4的邊界部3總是處于固定的位置的情況下較大地進(jìn)展。因此，如圖3表示的利用五軸加工機(jī)械進(jìn)行車削加工的分析模型所示，在使用具有多個(gè)移動(dòng)自由度的加工機(jī)的圓柱曲面的切削加工中，作為抑制上述邊界磨損5的方法之一，基于根據(jù)工具I與被切削件4的上述邊界部3總是移動(dòng)的加工條件即工具傾斜角B、偏置量E、軸向切深量Ap、徑向切深量Ae通過幾何計(jì)算而計(jì)算出的工具I與被切削件4的接觸狀態(tài)，來評(píng)價(jià)邊界部3的移動(dòng)狀態(tài)即可。
[0039]本實(shí)施例的加工條件預(yù)測(cè)裝置10中，用戶通過分析模型數(shù)據(jù)定義部41提供的用戶接口，指示分析模型。根據(jù)該指示，例如從三維CAD80輸入原材料CAD數(shù)據(jù)，從三維CAM81輸入工具數(shù)據(jù)?；谳斎氲臄?shù)據(jù)，用戶定義工具和被切削件形狀以及加工參數(shù)，定義分析模型。此外，用戶通過分析參數(shù)設(shè)定部42設(shè)定將各加工參數(shù)設(shè)定為什么樣的值、或是否使其離散地變化作為分析參數(shù)。之后，工具/被切削件接觸幾何計(jì)算部43對(duì)工具的刀尖2與被切削件4的接觸區(qū)域進(jìn)行幾何計(jì)算，接觸狀態(tài)計(jì)算部44和加工條件搜索部45根據(jù)上述幾何計(jì)算結(jié)果計(jì)算出工具I與被切削件4的邊界部3移動(dòng)最大、或工具I與被切削件4接觸的寬度最大的加工條件，從而能夠預(yù)測(cè)能夠抑制邊界磨損的加工條件。
[0040]以下，對(duì)于本實(shí)施方式的具體的分析方法，使用圖4所示的本發(fā)明的分析流程圖說明。
[0041]在步驟SlOl中，通過分析模型數(shù)據(jù)定義部41提供的用戶接口(未圖示)，用戶輸入在哪一臺(tái)機(jī)床中、使用怎樣的工具、分析怎樣的原材料的加工的指示。例如從三維CAD80、三維CAM81，根據(jù)需要讀取相應(yīng)的原材料CAD數(shù)據(jù)、表示工具的規(guī)格的工具數(shù)據(jù)，并進(jìn)行輸入。或者，也可以事先登錄數(shù)據(jù)表，從該處選擇。
[0042]本實(shí)施方式中，按照?qǐng)D3所示的分析模型例，更詳細(xì)而言，按照?qǐng)D5所示的分析模型，定義工具半徑Rt、工具刀尖的半徑R1、被切削件(加工后)半徑Rw等。
[0043]在步驟S102中，接著，用戶接著對(duì)分析模型數(shù)據(jù)定義部41提供的用戶接口(未圖示)，輸入表示工具相對(duì)于被切削件4的旋轉(zhuǎn)中心軸的傾斜的工具傾斜角B的范圍(B0?Bm)、表示從被切削件4的中心軸向工具I的中心軸的水平面上的偏移量的偏置量E的范圍(E0?E1)、表示在工具軸方向上工具向被切削件切入的量的切深量Ap的范圍(ApO?Apk)、表示在與工具軸正交的方向上工具I向被切削件4切入的量的徑向切深量Ae所表示的加工條件參數(shù)。其中，上述B、E、Ap和Ae分別是獨(dú)立的參數(shù)。以上，定義/輸入的分析模型數(shù)據(jù)，被保存到分析模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域52。
[0044]在步驟S103中，通過分析參數(shù)設(shè)定部42提供的用戶接口(未圖示)，用戶指定/輸入將各加工條件參數(shù)具體設(shè)定為怎樣的值、另外在步驟S102中設(shè)定的加工條件參數(shù)的值的范圍內(nèi)設(shè)定怎樣的范圍的離散值(變化量)來進(jìn)行分析。例如，在某個(gè)加工條件參數(shù)的值的范圍內(nèi)，將使值的范圍η等分的離散值(變化量)設(shè)定為分析參數(shù)，另外在其它加工條件參數(shù)的值的范圍內(nèi)，如果根據(jù)過去的經(jīng)驗(yàn)不需要在所有值的范圍內(nèi)查詢，則也可以將范圍內(nèi)的一部分區(qū)域設(shè)定為細(xì)致的離散值(變化量)。此外，也可以規(guī)定一個(gè)特定的指定值。
[0045]將用戶所指定/輸入的各加工條件參數(shù)的具體的設(shè)定值稱為分析參數(shù)，存儲(chǔ)到分析模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域52。之后的步驟S104?S107的各處理，對(duì)于分析參數(shù)的所有值的組合執(zhí)行。
[0046]在步驟S104中，工具/被切削件接觸幾何計(jì)算部43，在根據(jù)分析參數(shù)的一個(gè)組合確定的加工條件中，即對(duì)工具傾斜角B、偏置量Ε、切深量Ap、徑向切深量Ae (本實(shí)施例中設(shè)定為一個(gè)固定值)輸入一組分析參數(shù)，對(duì)于圖5的工具中心的原點(diǎn)0，計(jì)算出工具I與被切削件4接觸的坐標(biāo)G (p，q)和被切削件4的中心坐標(biāo)P (c，d)，且在將圖5的刀尖2放大的圖6中，按被分割為N個(gè)的刀尖脊線6上的每一個(gè)點(diǎn)i，計(jì)算工具I旋轉(zhuǎn)一周期間上述刀尖脊線6上的點(diǎn)i與被切削件4接觸的接觸長(zhǎng)度Le1、和用角度表示點(diǎn)i的位置的Y i。
[0047]此處，說明被切削件4與工具I相接的接點(diǎn)G (p，q)和被切削件4的中心坐標(biāo)P(c，d)的計(jì)算方法。
[0048]圖7是被切削件4的半徑Rw的圓與從z軸方向觀察工具的最外周截面位置8時(shí)的橢圓9接觸時(shí)的幾何模型圖。此處，被切削件4的圓和橢圓9，對(duì)于工具中心的原點(diǎn)O規(guī)定的坐標(biāo)系X’ -1，-z’分別用下式表示。
[0049](式1) (X，-c，)2+ (y，-d，)2=Rw2:(圓)
[0050](式2) X，2/ax2+y，2/by2=l:(橢圓)
[0051]其中，ax、by分別是指橢圓9的較長(zhǎng)方向和較短方向的半徑，由下式?jīng)Q定。
[0052](式3) ax=Ri+ (Rt-Ri).cos (B)
[0053](式4)by=Rt
[0054]在計(jì)算中，首先，沿著橢圓9將虛擬的坐標(biāo)q’輸入式2，計(jì)算出坐標(biāo)P’，求出虛擬的接點(diǎn)G’。此處，用下式定義通過上述虛擬的接點(diǎn)G’并且與橢圓9相切的切線11。
[0055](式5) (p，/ax2) x，+ (q，/by2) y，=1
[0056]另一方面，用與切線11正交的單位矢量C (g，h)，用其它方式表現(xiàn)切線11:
[0057](式6) m=g.X，+h.y’
[0058]此時(shí)，單位矢量C (g，h)用下式表示:
[0059](式7) g= (p，/ax2).m
[0060](式8) h= (q，/by2).m
[0061](式9) m= V (g.ax) 2+ (h.by) 2
[0062]根據(jù)上述數(shù)學(xué)式(7)~(8)，使用(g，h)用下式表示被切削件4的圓的中心坐標(biāo)P’(c，，d，)。
[0063](式10) C，=Rw.g+ (g.ax2/m)
[0064](式11) d，=Rw.h+ (h.by2/m)
[0065]在q’=0~Rt之間反復(fù)上述計(jì)算，通過數(shù)值計(jì)算求出d’與上述設(shè)定的偏置量E相等的被切削件4的中心坐標(biāo)P’和接點(diǎn)G’，計(jì)算后將P’、G’變換為原有的坐標(biāo)系P、G，計(jì)算出被切削件4的中心坐標(biāo)P和接點(diǎn)G。
[0066]然后，詳細(xì)說明接觸長(zhǎng)度Lci的計(jì)算方法。在將圖5的工具刀尖2放大的圖6中，求出在按高度dz被分割為N個(gè)的工具I的刀尖脊線6上的點(diǎn)i旋轉(zhuǎn)一周期間，點(diǎn)i與被切削件4接觸的角度Φ?和點(diǎn)i到工具中心軸的半徑Rti，使用上述Φ?和上述Rti，按各個(gè)點(diǎn)i使用式12算出作為工具旋轉(zhuǎn)一周期間與被切削件4接觸的長(zhǎng)度的刀尖接觸長(zhǎng)度Lei。
[0067](式12) Lci=Rti X Φ i
[0068]在步驟S105中，接觸狀態(tài)計(jì)算部44對(duì)上述接觸長(zhǎng)度Lci的相對(duì)于上述點(diǎn)i的位置Y i的分布進(jìn)行作圖，計(jì)算并評(píng)價(jià)圖6的邊界部3隨著工具的旋轉(zhuǎn)在刀尖脊線6上怎樣移動(dòng)、邊界移動(dòng)率Lr和接觸率Y r，將上述邊界移動(dòng)率Lr和接觸率Y r按上述B、E、Ap記錄到圖9所示的存儲(chǔ)部50的分析結(jié)果數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域53中。
[0069]對(duì)于接觸狀態(tài)計(jì)算部44的處理詳細(xì)說明。如圖8所示，使用上述步驟S104中計(jì)算出的刀尖2的刀尖脊線6上的點(diǎn)i的接觸長(zhǎng)度Lci和點(diǎn)i的位置Y i，在計(jì)算機(jī)上使橫軸為Y 1、縱軸為L(zhǎng)ci，按各個(gè)點(diǎn)i對(duì)Lci和Y i作圖，生成刀尖脊線6與被切削件4接觸的分布波形200。該圖中，接觸長(zhǎng)度Lci隨著Y i變化而緩慢變化的區(qū)域201，是在工具I旋轉(zhuǎn)的同時(shí)與被切削件4的邊界部3緩慢移動(dòng)的區(qū)域，是邊界磨損減小的區(qū)域。相反，點(diǎn)i的位置Y i在同一位置、接觸長(zhǎng)度Lci不同的作圖點(diǎn)存在多個(gè)的區(qū)域202是同一刀尖脊線的位置總是邊界部3的區(qū)域，所以表示邊界磨損增大的區(qū)域。此外，Lt表示工具旋轉(zhuǎn)一周期間接觸長(zhǎng)度最長(zhǎng)的點(diǎn)i的最大接觸長(zhǎng)度，Lb是表示上述區(qū)域201中的最大長(zhǎng)度的邊界部移動(dòng)長(zhǎng)度，Y b表示工具I與被切削件4接觸的最大接觸角。此處，工具刀尖與被切削件的邊界部3在該圖的波形200的線上移動(dòng)，通過上述區(qū)域201和202，所以使用由接觸狀態(tài)計(jì)算部44生成的該圖的波形，能夠評(píng)價(jià)工具與被切削件的邊界部3的移動(dòng)狀態(tài)。
[0070]具體而言，在接觸狀態(tài)計(jì)算部44中，使用式13和式14分別計(jì)算:使用上述Lt、Lb用于評(píng)價(jià)作為邊界移動(dòng)的區(qū)域201的長(zhǎng)度的上述邊界部移動(dòng)長(zhǎng)度Lb相對(duì)于上述最大接觸長(zhǎng)度Lt是怎樣的程度的比例的邊界移動(dòng)率Lr ;和使用上述Yb表示工具刀尖與被切削件接觸的寬度的比例的接觸率Yr0
[0071](式13) Lr=Lb/Lt
[0072](式14) Yr= Yb/180。
[0073]Lr、Yr均為無(wú)量綱量，在被切削件半徑Rw和工具半徑Rt不同的加工條件下也能夠以同樣的評(píng)價(jià)尺度進(jìn)行評(píng)價(jià)。此外，Lr和Yr是越大的值，則表示邊界正在移動(dòng)或接觸寬度較大，關(guān)系到抑制工具磨損。
[0074]其中，用式13定義上述Lr，但也可以作為表示邊界移動(dòng)的其它表現(xiàn)方法，例如使用圖8的分布波形200，使用接觸的總面積St (由分布波形200和接觸長(zhǎng)度Lc=O的坐標(biāo)軸包圍的區(qū)域的面積)和僅邊界移動(dòng)部的面積Sb用式15進(jìn)行評(píng)價(jià)。
[0075](式15) Lr=Sb/St
[0076]另外，Yr以180°作為分母，但作為基準(zhǔn)的角度只要是角度的單位則可以是任意的值，因?yàn)樵趫A臺(tái)工具的情況下，幾乎沒有工具的一半以上與被切削件接觸的情況，所以本實(shí)施例中以180°作為一例。另外，Yr不僅是角度，也可以使用相對(duì)于圖8所示的刀尖2與被切削件4接觸的接觸弧長(zhǎng)度Larc的、工具半周的長(zhǎng)度Lm，如式16所示對(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行無(wú)量綱化的評(píng)價(jià)指標(biāo)。
[0077](式 16) Y r=Larc/Lm
[0078]步驟S105中的計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)到存儲(chǔ)部50的分析結(jié)果數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域53中。圖9表示分析結(jié)果數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域53的示例。本實(shí)施例中，使工具傾斜角B、偏置量E、切深量Ap的加工條件變化地構(gòu)成分析參數(shù)，所以與一組分析參數(shù)(B, E, Ap)對(duì)應(yīng)地保存邊界移動(dòng)率Lr、接觸率Yr的計(jì)算結(jié)果，進(jìn)而將步驟S104中計(jì)算出的按被分割為N個(gè)的刀尖脊線6上的每一個(gè)點(diǎn)1、用角度表示點(diǎn)i的位置的Y i和工具I旋轉(zhuǎn)一周期間的接觸長(zhǎng)度Lci的作圖坐標(biāo)值全部存儲(chǔ)。
[0079]在步驟S106中，對(duì)于分析參數(shù)，如果存在從未選擇過的新的組合則選擇它，對(duì)分析參數(shù)進(jìn)行更新。
[0080]在步驟S107中，如果存在分析參數(shù)的新的組合，則使處理轉(zhuǎn)移至步驟S104并反復(fù)。如果沒有新的組合，在所有分析參數(shù)的分析處理結(jié)束的情況下，則使處理轉(zhuǎn)移至步驟S108。
[0081]在步驟S108中，讀取存儲(chǔ)部50的分析結(jié)果數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域53中所記錄的各分析參數(shù)的上述邊界移動(dòng)率Lr、接觸率Yr，在計(jì)算機(jī)上對(duì)相對(duì)于Yr (橫軸)的Lr (縱軸)進(jìn)行作圖。然后，搜索上述Lr或Yr成為最大的加工條件(分析參數(shù))。
[0082]圖10是在圖5的本實(shí)施方式的分析模型中，例如設(shè)定為工具半徑Rt=31.5mm、圓臺(tái)刀尖半徑Ri=6mm、被切削件半徑Rw=300mm、徑向切深量Ae=15mm、軸向切深量Ap=Imm且恒定、工具傾斜角B=5，30，45，60，75°的分析參數(shù)，用工具/被切削件接觸幾何計(jì)算部43、接觸狀態(tài)計(jì)算部44計(jì)算/評(píng)價(jià)最大接觸長(zhǎng)度Lt、邊界部移動(dòng)長(zhǎng)度Lb、接觸角Yb的結(jié)果。圖11表示根據(jù)該結(jié)果，對(duì)邊界移動(dòng)率Lr和接觸率Yr按各分析參數(shù)(加工條件)作圖的本實(shí)施例。本實(shí)施例中，在B=75°時(shí)邊界移動(dòng)率Lr最大，在B=5°時(shí)接觸率Yr成為最大，所以預(yù)測(cè)工具磨損減小的加工條件是B=5°或B=75°。
[0083]實(shí)際上，對(duì)Ni基合金用圖3的本實(shí)施例的加工方式實(shí)施加工試驗(yàn)，對(duì)測(cè)定的邊界磨損量 VB 分別表示時(shí)，為(B=5° , VB=0.74mm), (B=30°，VB=2.4mm)、(B=45°，VB=4.7mm)、(B=60° , VB=2.8mm)、(B=75。,VB=L 2mm)。從該結(jié)果可知，如本發(fā)明所預(yù)測(cè)的那樣,在B=5°或B=75°時(shí)邊界磨損量減小,相對(duì)于邊界磨損最大的B=45°的加工條件,能夠使工具磨損量抑制為一半以下，能夠計(jì)算出長(zhǎng)壽命的加工條件。
[0084]在步驟S109中，將上述步驟S108中計(jì)算出的上述邊界移動(dòng)率Lr或上述接觸率Yr成為最大的加工條件(分析參數(shù))作為能夠抑制工具磨損量的加工條件預(yù)測(cè)結(jié)果，存儲(chǔ)到加工條件預(yù)測(cè)結(jié)果存儲(chǔ)區(qū)域54中，對(duì)輸出部30輸出并顯示。
[0085]輸出部30顯示圖11所示的接觸率Yr和邊界移動(dòng)率Lr的分布圖、以及上述Lr或Yr成為最大的工具傾斜角Bopt、偏置量Eopt、切深量Apopt。此外，也能夠根據(jù)用戶的顯示指定，對(duì)于圖10所示的與各分析參數(shù)對(duì)應(yīng)的橫軸為點(diǎn)i的位置Y 1、縱軸為接觸長(zhǎng)度Lc1、對(duì)各個(gè)點(diǎn)i的Lci和Y i作圖后的圖，從分析結(jié)果數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域53的(刀尖位置、接觸長(zhǎng)度)欄53g中讀取數(shù)據(jù)并作圖。
[0086]存儲(chǔ)于加工條件預(yù)測(cè)結(jié)果存儲(chǔ)區(qū)域54的加工條件數(shù)據(jù)，在之后實(shí)施機(jī)械加工的情況下、或生成NC程序的情況下，被下載到機(jī)床70、NC控制裝置71、三維CAM81中使用。
[0087]以上是在加工條件預(yù)測(cè)裝置10中執(zhí)行的分析處理整體的流程。
[0088]根據(jù)上述分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過使用本發(fā)明的加工條件預(yù)測(cè)裝置10，在用五軸加工機(jī)械進(jìn)行的曲面加工中，無(wú)需取得用于計(jì)算工具壽命的絕對(duì)值的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)工具、被切削件形狀和加工條件評(píng)價(jià)邊界移動(dòng)率和接觸率，就能夠容易地預(yù)測(cè)降低工具磨損的長(zhǎng)壽命的加工條件。
[0089]本實(shí)施例的加工條件預(yù)測(cè)裝置10的各功能，不僅能夠考慮如圖1所示在單獨(dú)的裝置上構(gòu)成的情況，也能夠考慮例如在三維CAM81、機(jī)床70或NC控制裝置71內(nèi)實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種加工條件預(yù)測(cè)裝置，其預(yù)測(cè)在利用機(jī)床進(jìn)行切削加工時(shí)抑制工具的磨損量的加工條件，所述加工條件預(yù)測(cè)裝置的特征在于，包括: 分析模型數(shù)據(jù)定義部，其定義表示作為分析對(duì)象的工具和被切削件的形狀的分析模型、以及與工具和被切削件的相對(duì)位置相關(guān)的各種加工條件參數(shù)； 分析參數(shù)設(shè)定部，其將所述加工條件參數(shù)的分析用初始值、變化量設(shè)定為分析參數(shù)；工具/被切削件接觸幾何計(jì)算部，其按照所述設(shè)定的分析參數(shù)的每一種組合，計(jì)算出分析模型的工具與被切削件接觸的坐標(biāo)G和被切削件的中心坐標(biāo)P，按被分割為N個(gè)的刀尖脊線上的每一個(gè)點(diǎn)i計(jì)算出點(diǎn)i的位置Y i和接觸長(zhǎng)度Lci ； 接觸狀態(tài)計(jì)算部，其將所述計(jì)算出的各個(gè)點(diǎn)Y i的接觸長(zhǎng)度Lci在橫軸為Y1、縱軸為L(zhǎng)ci的圖上作圖而生成分布波形，計(jì)算出表示接觸長(zhǎng)度Lci隨著Y i變化而緩慢變化的區(qū)域的接觸長(zhǎng)度Lb與接觸長(zhǎng)度最長(zhǎng)的點(diǎn)i的最大接觸長(zhǎng)度Lt的比的邊界移動(dòng)率Lr、以及作為表示工具刀尖與被切削件接觸的最大寬度的角度與規(guī)定的刀尖角度的比例的接觸率Yr，并將其存儲(chǔ)到存儲(chǔ)部； 加工條件搜索部，其從對(duì)所有分析參數(shù)的組合進(jìn)行計(jì)算而得到的所述邊界移動(dòng)率Lr和接觸率Yr中，搜索所述邊界移動(dòng)率Lr成為最大的分析參數(shù)表示的加工條件、或所述接觸率Yr成為最大的分析參數(shù)表示的加工條件；和預(yù)測(cè)結(jié)果輸出部，其輸出搜索到的加工條件。
2.如權(quán)利要求1所述的加工條件預(yù)測(cè)裝置，其特征在于: 所述分析模型數(shù)據(jù)定義部定義的加工條件參數(shù)是工具相對(duì)于被切削件的旋轉(zhuǎn)中心軸傾斜的工具傾斜角B、被切削件的中心軸與工具的中心軸的偏置量E、軸向切深量Ap和徑向切深量Ae。
3.如權(quán)利要求1所述的加工條件預(yù)測(cè)裝置，其特征在于: 所述預(yù)測(cè)結(jié)果輸出部，將按各分析參數(shù)計(jì)算出的所述邊界移動(dòng)率Lr和所述接觸率Yr在以接觸率Y r和邊界移動(dòng)率Lr為兩個(gè)坐標(biāo)軸的分布圖上作圖顯示。
4.如權(quán)利要求1所述的加工條件預(yù)測(cè)裝置，其特征在于: 所述預(yù)測(cè)結(jié)果輸出部，在以點(diǎn)i的位置Y 1、接觸長(zhǎng)度Lci為兩個(gè)坐標(biāo)軸的分布圖上，與用戶指定顯示的分析參數(shù)對(duì)應(yīng)地顯示對(duì)各個(gè)點(diǎn)i的Le1、Y i進(jìn)行作圖而得到的分布波形。
5.如權(quán)利要求1所述的加工條件預(yù)測(cè)裝置，其特征在于: 由所述接觸狀態(tài)計(jì)算部計(jì)算的接觸率Yr是作為無(wú)量綱量計(jì)算出的所述刀尖與所述被切削件接觸的角度相對(duì)于所述刀尖的半周的角度的比。
6.一種加工條件預(yù)測(cè)方法，其預(yù)測(cè)在利用機(jī)床進(jìn)行切削加工時(shí)抑制工具的磨損量的加工條件，所述加工條件預(yù)測(cè)方法的特征在于，包括: 定義表示作為分析對(duì)象的工具和被切削件的形狀的分析模型、以及與工具和被切削件的相對(duì)位置相關(guān)的各種加工條件參數(shù)的工序； 將所述加工條件參數(shù)的分析用初始值、變化量設(shè)定為分析參數(shù)的工序； 按照所述設(shè)定的分析參數(shù)的每一種組合，計(jì)算出分析模型的工具與被切削件接觸的坐標(biāo)G和被切削件的中心坐標(biāo)P，按被分割為N個(gè)的刀尖脊線上的每一個(gè)點(diǎn)i計(jì)算出點(diǎn)i的位置Y i和接觸長(zhǎng)度Lci的工序； 將所述計(jì)算出的各個(gè)點(diǎn)Yi的接觸長(zhǎng)度Lci在橫軸為Y 1、縱軸為L(zhǎng)ci的圖上作圖而生成分布波形，計(jì)算出表示接觸長(zhǎng)度Lci隨著Y i變化而緩慢變化的區(qū)域的接觸長(zhǎng)度Lb與接觸長(zhǎng)度最長(zhǎng)的點(diǎn)i的最大接觸長(zhǎng)度Lt的比的邊界移動(dòng)率Lr、以及作為表示工具刀尖與被切削件接觸的最大寬度的角度與規(guī)定的刀尖角度的比例的接觸率Y r，并將其存儲(chǔ)到存儲(chǔ)部的工序； 從對(duì)所有分析參數(shù)的組合進(jìn)行計(jì)算而得到的所述邊界移動(dòng)率Lr和接觸率Yr中，搜索所述邊界移動(dòng)率Lr成為最大的分析參數(shù)表示的加工條件、或所述接觸率Yr成為最大的分析參數(shù)表示的加工條件的工序；和 輸出搜索到的加工條件的工序。
7.如權(quán)利要求6所述的加工條件預(yù)測(cè)方法，其特征在于: 所述加工條件參數(shù)是工具相對(duì)于被切削件的旋轉(zhuǎn)中心軸傾斜的工具傾斜角B、被切削件的中心軸與工具的中心軸的偏置量E、軸向切深量Ap和徑向切深量Ae。
8.如權(quán)利要求6所述的加工條件預(yù)測(cè)方法，其特征在于: 在所述輸出搜索到的加工條件的工序中，將按各分析參數(shù)計(jì)算出的所述邊界移動(dòng)率Lr和所述接觸率Yr在以接觸率Yr和邊界移動(dòng)率Lr為兩個(gè)坐標(biāo)軸的分布圖上作圖顯示。
9.如權(quán)利要求6所述的加工條件預(yù)測(cè)方法，其特征在于: 在所述輸出搜索到的加工條件的工序中，在以點(diǎn)i的位置Y 1、接觸長(zhǎng)度Lci為兩個(gè)坐標(biāo)軸的分布圖上，與用戶指定顯示的分析參數(shù)對(duì)應(yīng)地顯示對(duì)各個(gè)點(diǎn)i的Le1、Y i進(jìn)行作圖而得到的分布波形。
10.如權(quán)利要求6所述的加工條件預(yù)測(cè)方法，其特征在于: 在計(jì)算所述接觸率Yr的工序中，所述接觸率Yr是作為無(wú)量綱量計(jì)算出的所述刀尖與所述被切削件接觸的角度相對(duì)于所述刀尖的半周的角度的比。
【文檔編號(hào)】G05B19/404GK103941641SQ201410022892
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月17日
【發(fā)明者】?jī)?nèi)海幸治, 藤原茂吉, 北村匡, 井上謙一, 茅山真士 申請(qǐng)人:日立金屬株式會(huì)社