加工条件预测装置和加工条件预测方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201410022892.5	申请日：	2014.01.17
公开号：	CN103941641A	公开日：	2014.07.23
当前法律状态：	终止	有效性：	无权
法律详情：	未缴年费专利权终止IPC(主分类):G05B 19/404申请日:20140117授权公告日:20160824终止日期:20180117\|\|\|授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):G05B 19/404申请日:20140117\|\|\|公开
IPC分类号：	G05B19/404	主分类号：	G05B19/404
申请人：	日立金属株式会社
发明人：	内海幸治; 藤原茂吉; 北村匡; 井上谦一; 茅山真士
地址：	日本东京都
优先权：	2013.01.17 JP 2013-006275
专利代理机构：	北京尚诚知识产权代理有限公司 11322	代理人：	龙淳
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内容摘要

不构建数据库地利用多个加工条件的选择项抑制工具的边界磨损预测长寿命的加工条件。本发明的加工条件预测装置包括：定义表示作为分析对象的工具和被切削材料的形状的分析模型、以及加工条件参数的单元；设定加工条件参数的分析用初始值、变化率的单元；按照分析参数的每一种组合对分析模型的工具与被切削材料接触的接触长度进行几何计算的单元；生成对计算出的各刀尖脊线上的各点位置γi的接触长度Lci在γi-Lci坐标轴上作图而得到的分布波形，计算出边界部移动长度对最大接触长度的比例和工具刀尖与被切削材料接触的宽度的比例的单元；搜索边界移动率或接触率分别成为最大的分析参数的单元；和根据搜索到的分析参数输出长寿命的加工条件的单元。

权利要求书

权利要求书
1.  一种加工条件预测装置，其预测在利用机床进行切削加工时抑制工具的磨损量的加工条件，所述加工条件预测装置的特征在于，包括：
分析模型数据定义部，其定义表示作为分析对象的工具和被切削件的形状的分析模型、以及与工具和被切削件的相对位置相关的各种加工条件参数；
分析参数设定部，其将所述加工条件参数的分析用初始值、变化量设定为分析参数；
工具/被切削件接触几何计算部，其按照所述设定的分析参数的每一种组合，计算出分析模型的工具与被切削件接触的坐标G和被切削件的中心坐标P，按被分割为N个的刀尖脊线上的每一个点i计算出点i的位置γi和接触长度Lci；
接触状态计算部，其将所述计算出的各个点γi的接触长度Lci在横轴为γi、纵轴为Lci的图上作图而生成分布波形，计算出表示接触长度Lci随着γi变化而缓慢变化的区域的接触长度Lb与接触长度最长的点i的最大接触长度Lt的比的边界移动率Lr、以及作为表示工具刀尖与被切削件接触的最大宽度的角度与规定的刀尖角度的比例的接触率γr，并将其存储到存储部；
加工条件搜索部，其从对所有分析参数的组合进行计算而得到的所述边界移动率Lr和接触率γr中，搜索所述边界移动率Lr成为最大的分析参数表示的加工条件、或所述接触率γr成为最大的分析参数表示的加工条件；和
预测结果输出部，其输出搜索到的加工条件。

2.  如权利要求1所述的加工条件预测装置，其特征在于：
所述分析模型数据定义部定义的加工条件参数是工具相对于被切削件的旋转中心轴倾斜的工具倾斜角B、被切削件的中心轴与工具的中心轴的偏置量E、轴向切深量Ap和径向切深量Ae。

3.  如权利要求1所述的加工条件预测装置，其特征在于：
所述预测结果输出部，将按各分析参数计算出的所述边界移动率Lr和所述接触率γr在以接触率γr和边界移动率Lr为两个坐标轴的分布图上作图显示。

4.  如权利要求1所述的加工条件预测装置，其特征在于：
所述预测结果输出部，在以点i的位置γi、接触长度Lci为两个坐标轴的分布图上，与用户指定显示的分析参数对应地显示对各个点i的Lci、γi进行作图而得到的分布波形。

5.  如权利要求1所述的加工条件预测装置，其特征在于：
由所述接触状态计算部计算的接触率γr是作为无量纲量计算出的所述刀尖与所述被切削件接触的角度相对于所述刀尖的半周的角度的比。

6.  一种加工条件预测方法，其预测在利用机床进行切削加工时抑制工具的磨损量的加工条件，所述加工条件预测方法的特征在于，包括：
定义表示作为分析对象的工具和被切削件的形状的分析模型、以及与工具和被切削件的相对位置相关的各种加工条件参数的工序；
将所述加工条件参数的分析用初始值、变化量设定为分析参数的工序；
按照所述设定的分析参数的每一种组合，计算出分析模型的工具与被切削件接触的坐标G和被切削件的中心坐标P，按被分割为N个的刀尖脊线上的每一个点i计算出点i的位置γi和接触长度Lci的工序；
将所述计算出的各个点γi的接触长度Lci在横轴为γi、纵轴为Lci的图上作图而生成分布波形，计算出表示接触长度Lci随着γi变化而缓慢变化的区域的接触长度Lb与接触长度最长的点i的最大接触长度Lt的比的边界移动率Lr、以及作为表示工具刀尖与被切削件接触的最大宽度的角度与规定的刀尖角度的比例的接触率γr，并将其存储到存储部的工序；
从对所有分析参数的组合进行计算而得到的所述边界移动率Lr和接触率γr中，搜索所述边界移动率Lr成为最大的分析参数表示的加工条件、或所述接触率γr成为最大的分析参数表示的加工条件的工序；和
输出搜索到的加工条件的工序。

7.  如权利要求6所述的加工条件预测方法，其特征在于：
所述加工条件参数是工具相对于被切削件的旋转中心轴倾斜的工具倾斜角B、被切削件的中心轴与工具的中心轴的偏置量E、轴向切深量Ap和径向切深量Ae。

8.  如权利要求6所述的加工条件预测方法，其特征在于：
在所述输出搜索到的加工条件的工序中，将按各分析参数计算出的所述边界移动率Lr和所述接触率γr在以接触率γr和边界移动率Lr为两个坐标轴的分布图上作图显示。

9.  如权利要求6所述的加工条件预测方法，其特征在于：
在所述输出搜索到的加工条件的工序中，在以点i的位置γi、接触长度Lci为两个坐标轴的分布图上，与用户指定显示的分析参数对应地显示对各个点i的Lci、γi进行作图而得到的分布波形。

10.  如权利要求6所述的加工条件预测方法，其特征在于：
在计算所述接触率γr的工序中，所述接触率γr是作为无量纲量计算出的所述刀尖与所述被切削件接触的角度相对于所述刀尖的半周的角度的比。

说明书

说明书加工条件预测装置和加工条件预测方法
技术领域
本发明涉及预测能够抑制使用多轴加工机的曲面加工中的工具磨损的加工条件的加工条件预测装置和加工条件预测方法。
背景技术
本技术领域的背景技术，例如有日本特开2008-221454号公报（专利文献1）。该公报中，记载了“提供能够在低速切削区域至高速切削区域在加工前精度良好地预测工具磨损量的工具磨损的预测方法。根据具有表示被切削件中的硬质点对磨料磨损的影响的项、和表示被切削件中的硬质点对热扩散磨损的影响的项的预测公式预测工具磨损量，由此精度良好地预测考虑了主要在低速切削区域或中速切削区域发生的磨料磨损、和主要在高速切削区域发生的热扩散磨损的工具的磨损量。”（参考摘要）。根据上述专利文献1，在多种加工条件下进行工具磨损试验，收集上述专利文献1的数3需要的数据从而预测工具磨损量，能够预测能够抑制工具磨损的加工条件。
此外，近年来随着机床和数据收集装置的发展，发明了在切削加工中根据从机床获得的机床主轴的使用电流等实时地监视加工负荷，进行切削加工中的工具寿命判定的检测装置。本事例有日本特开2011-230206号公报（专利文献2）。该公报中，记载了“提供能够精度良好地检测到达工具寿命的工具寿命检测方法和工具寿命检测装置。使用与对于本次预定加工的被加工件事先测定的单位切削阻力相关的数值信息、和对于在此之前加工的被加工件已测定的加工负荷值和与其对应的与单位切削阻力相关的数值信息，运算预测对本次预定加工的被加工件加工时发生的加工负荷值作为预测负荷值，对该预测负荷值与作为工具寿命的判定基准的基准负荷值进行比较，当上述预测负荷值超过上述基准负荷值的情况下检测为上述工具达到寿命。”上述专利文献2中，是预先计算出预测到达工具寿命时的机床的主轴负荷的阈值，将实际的加工中检测出的主轴负荷值与上述阈值对比，在超过上述阈值的情况下检测为达到工具寿命的方法。
专利文献1：日本特开2008-221454号公报
专利文献2：日本特开2011-230206号公报
发明内容
发明想要解决的技术问题
在通过切削加工进行的产品制造中，根据工具磨损预测工具寿命，通过设定适当的加工条件从而提高生产效率，并且通过使用的工具数量的减少而降低生产成本是重要的技术问题之一。工具磨损一般有几种磨损方式，特别是对于Ni基合金等耐热合金，例如如图2所示，在使用安装在工具1上的刀尖2对被切削件4进行铣削加工的情况下，在工具的刀尖边缘部即刀尖脊线6与被切削件4接触的接触角7的范围内，刀尖2的侧面侧的边界部3的边界磨损5的进展成为技术问题的情况较多，因为上述Ni基合金是难切削材料，所以工具磨损与钢材等的切削时相比极大地进展，工具寿命较短，工具磨损预测和基于上述预测的长寿命的加工条件的选定成为课题。
为了克服上述技术问题，产生了上述专利文献1这样的发明，但是为了基于上述专利文献1中记载的工具寿命预测公式在产品加工前计算出工具寿命，事先需要多个数据库。具体而言，构建数据库时需要进行多次切削试验，测定工具磨损量，通过测定或分析而求出切削温度，计算出寿命预测公式的系数，为了进行这一系列的作业产生了较多的工作量。此外，在被切削件和工具刀尖的种类改变的情况下，需要按上述被切削件与工具刀尖种类的每种组合重新取得上述数据库，在制造现场的有限的时间和设备中，按上述工具与被切削件的每种组合重新构建上述数据库，需要大量的劳动力和成本。进而，要将上述专利文献1应用于使用五轴加工机械的曲面加工的情况下，在曲面加工中工具与被切削件的接触状态多样地变化，对工具磨损量造成影响，所以对于上述接触状态的所有或一部分的模式构建上述数据库需要大量的时间，并不实用。
此外，如上述专利文献2所述，也发明了根据加工中的切削负荷监视工具寿命，降低伴随加工途中的工具破损而产生的产品不良导致的损失成本的方法，但是在上述专利文献2的方法中不能事先预测长寿命的加工条件。
另一方面，制造现场的切削加工中使用的切削加工条件，一般由工具制造商与被切削件和工具材质相应地在一定程度的范围内决定推荐加工条件，所以在制造现场较多地在上述范围内研究加工条件。出于上述理由，事先评价工具磨损的绝对值要耗费大量的劳动力，特别是在使用五轴加工机械的工具与被切削件复杂地接触的加工方式下难以预测绝对值。因此，特别在用五轴加工机械进行的曲面加工中，工具与被切削件的接触状态对工具磨损造成影响，所以存在想要能够无需构建上述数据库地事先预测上述多个加工条件的选项中作为工具磨损的主要原因之一的边界磨损相对较少的长寿命的加工条件，并选定加工条件的技术问题。
用于解决技术问题的技术方案
为了解决上述技术问题，本发明中，使预测抑制用机床进行切削加工的情况下的工具的磨损量的加工条件的加工条件预测装置具备以下部分构成：分析模型数据定义部，其定义表示作为分析对象的工具和被切削件的形状的分析模型、以及与工具和被切削件的相对位置相关的各种加工条件参数；分析参数设定部，其设定上述加工条件参数的分析用初始值、变化量作为分析参数；工具/被切削件接触几何计算部，其按照上述设定的分析参数的每一种组合，计算出分析模型的工具与被切削件接触的坐标G、和被切削件的中心坐标P，按分割为N个的刀尖脊线上的点i的每一个计算出点i的位置γi和接触长度Lci；接触状态计算部，其对于上述计算的各个点γi的接触长度Lci在横轴为γi、纵轴为Lci的图上作图生成分布波形，计算出表示接触长度Lci随着γi变化而缓慢变化的区域的接触长度Lb与接触长度最长的点i的最大接触长度Lt的比的边界移动率Lr，以及表示表示工具刀尖与被切削件接触的最大宽度的角度与规定的刀尖角度的比例的接触率γr，并存储到存储部；加工条件搜索部，其从对于所有分析参数的组合计算的上述边界移动率Lr、和接触率γr中，搜索上述边界移动率Lr最大的分析参数表示的加工条件，或上述接触率γr最大的分析参数表示的加工条件；预测结果输出部，其输出搜索到的加工条件。
此外，为了解决上述课题，本发明中，在预测抑制用机床进行切削加工的情况下的工具的磨损量的加工条件的加工条件预测方法中，其特征在于，具有：定义表示作为分析对象的工具和被切削件的形状的分析模型、以及与工具和被切削件的相对位置相关的各种加工条件参数的工序；设定上述加工条件参数的分析用初始值、变化量作为分析参数的工序；按照上述设定的分析参数的每一种组合，计算出分析模型的工具与被切削件接触的坐标G、和被切削件的中心坐标P，按分割为N个的刀尖脊线上的点i的每一个计算出点i的位置γi和接触长度Lci的工序；对于上述计算的各个点γi的接触长度Lci在横轴为γi、纵轴为Lci的图上作图生成分布波形，计算出表示接触长度Lci随着γi变化而缓慢变化的区域的接触长度Lb与接触长度最长的点i的最大接触长度Lt的比的边界移动率Lr，以及表示表示工具刀尖与被切削件接触的最大宽度的角度与规定的刀尖角度的比例的接触率γr，并存储到存储部的工序；从对于所有分析参数的组合计算的上述边界移动率Lr、和接触率γr中，搜索上述边界移动率Lr最大的分析参数表示的加工条件，或上述接触率γr最大的分析参数表示的加工条件的工序；输出搜索到的加工条件的工序。
发明的效果
根据本发明，能够提供例如在利用五轴加工机械进行的圆柱曲面加工中，通过不使用数据库地事先预测在一定的加工条件的范围内能够相对地抑制边界磨损的加工条件，从而容易地预测长寿命的加工方法的方法。
附图说明
图1是实施方式1的本发明的加工条件预测装置的结构图。
图2是表示工具刀尖的边界磨损的示例的立体图。
图3是说明利用五轴加工机械进行的圆柱曲面加工的示例的概要图。
图4是本发明的加工条件预测处理的流程图。
图5是说明图3的利用五轴加工机械进行的圆柱曲面加工的分析模型的概要图。
图6是图5的分析模型中的工具刀尖部放大图。
图7是被切削件的半径Rw的圆和从z轴方向观察工具的最外周截面位置时的椭圆接触时的几何模型图。
图8是说明将刀尖的刀尖脊线上的点i的位置γi和接触长度Lci进行作图而生成刀尖脊线与被切削件接触的分布波形、对用于评价边界部移动长度Lb相对于最大接触长度Lt是什么程度的比例的边界移动率Lr、和表示工具刀尖与被切削件接触的宽度的比例的接触率γr进行计算的过程的图。
图9是说明存储部的分析结果数据存储区域的数据项目构成例的图。
图10是按照分析参数的每一种组合，说明刀尖的刀尖脊线上的点i的接触状态的图。
图11是表示将对按各分析参数计算出的边界移动率Lr、接触率γr在以接触轴γr和边界移动率Lr为两个坐标轴的分布图上作图表示的示例的图。
附图标记说明
1……工具，2……刀尖，3……边界部，4……被切削件，5……边界磨损，6……刀尖脊线，7……接触角，8……工具的最外周截面位置，9……从z轴方向观察工具的最外周截面位置时的椭圆，10……加工条件预测装置，11……与椭圆9相切的切线，20……输入部，30……输出部，40……运算部，41……分析模型数据定义部，42……分析参数设定部，43……工具/被切削件接触几何计算部，44……接触状态计算部，45……加工条件搜索部，46……预测结果输出部，50……存储部，51……分析程序/初始数据存储区域，52……分析模型数据存储区域，53……分析结果数据表存储区域，54……加工条件预测结果存储区域，60……通信部，70……机床，71……NC控制装置，80……三维CAD，81……三维CAM，90……网络。
具体实施方式
以下，使用附图说明实施例。
【实施例1】
本实施例中，说明预测抑制机床中使用的工具的边界磨损，延长工具寿命的加工条件的图1所示的加工条件预测装置10。
加工条件预测装置10具备输入部20、输出部30、运算部40、存储部50和通信部60。通信部60通过网络90与例如机床70、NC控制装置71、三维CAD80、三维CAM81等连接。
运算部40具备：分析模型数据定义部41，其提供用户用于定义作为分析对象的机床上安装的工具和被切削件的模型数据、以及加工条件的初始值/设定范围的用户接口；分析参数设定部42，其接收用户定义执行加工条件预测处理的情况下的各加工条件的设定值即分析参数；工具/被切削件接触几何计算部43，其基于几何计算计算出工具与被切削件的接点、接触长度等；接触状态计算部44，其计算被认为工具刀尖与被切削件的边界正在移动的区域的长度相对于最大接触长度的比例即边界移动率（后述）、表示工具刀尖与被切削件接触的宽度的比例的接触率（后述）；加工条件搜索部45，其搜索在各分析参数下执行加工条件预测处理时边界移动率成为最大的分析参数、或接触率成为最大的分析参数；和预测结果输出部46，其按照上述搜索到的分析参数和用户的指定输出加工条件预测处理结果。
存储部50具备：存储区域51，其存储载入运算部并执行各处理的分析程序、和各程序中设定的初始数据；存储区域52，其存储作为分析对象的分析模型数据；存储区域53，其将在各分析参数下进行了工具/被切削件接触几何计算、接触状态计算的结果存储到分析结果数据表；和加工条件预测结果存储区域54，其存储通过上述加工条件搜索处理搜索能够抑制边界磨损的加工条件的结果。
说明用分析模型数据定义部41定义的分析模型的示例。
在图3中，表示了在利用旋转的工具1对载置于转盘（未图示）的被切削件4进行车削加工的五轴加工机械中，定义被切削件4与工具1的关系的分析模型的示例。
其为使安装有圆台形的刀尖2的工具1相对于圆柱状的被切削件4仅倾斜工具倾斜角B、且将工具1设定在仅偏移被切削件4的铅垂方向中心轴与工具1的中心轴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1旋转的同时沿着进给方向F，按轴向切深量Ap、径向切深量Ae对被切削件4的外周进行铣削加工的加工方式的分析模型。
一般而言，上述发明要解决的技术问题的部分中所列举的图2（b）所示的边界磨损5，在工具1与被切削件4的边界部3总是处于固定的位置的情况下较大地进展。因此，如图3表示的利用五轴加工机械进行车削加工的分析模型所示，在使用具有多个移动自由度的加工机的圆柱曲面的切削加工中，作为抑制上述边界磨损5的方法之一，基于根据工具1与被切削件4的上述边界部3总是移动的加工条件即工具倾斜角B、偏置量E、轴向切深量Ap、径向切深量Ae通过几何计算而计算出的工具1与被切削件4的接触状态，来评价边界部3的移动状态即可。
本实施例的加工条件预测装置10中，用户通过分析模型数据定义部41提供的用户接口，指示分析模型。根据该指示，例如从三维CAD80输入原材料CAD数据，从三维CAM81输入工具数据。基于输入的数据，用户定义工具和被切削件形状以及加工参数，定义分析模型。此外，用户通过分析参数设定部42设定将各加工参数设定为什么样的值、或是否使其离散地变化作为分析参数。之后，工具/被切削件接触几何计算部43对工具的刀尖2与被切削件4的接触区域进行几何计算，接触状态计算部44和加工条件搜索部45根据上述几何计算结果计算出工具1与被切削件4的边界部3移动最大、或工具1与被切削件4接触的宽度最大的加工条件，从而能够预测能够抑制边界磨损的加工条件。
以下，对于本实施方式的具体的分析方法，使用图4所示的本发明的分析流程图说明。
在步骤S101中，通过分析模型数据定义部41提供的用户接口（未图示），用户输入在哪一台机床中、使用怎样的工具、分析怎样的原材料的加工的指示。例如从三维CAD80、三维CAM81，根据需要读取相应的原材料CAD数据、表示工具的规格的工具数据，并进行输入。或者，也可以事先登录数据表，从该处选择。
本实施方式中，按照图3所示的分析模型例，更详细而言，按照图5所示的分析模型，定义工具半径Rt、工具刀尖的半径Ri、被切削件（加工后）半径Rw等。
在步骤S102中，接着，用户接着对分析模型数据定义部41提供的用户接口（未图示），输入表示工具相对于被切削件4的旋转中心轴的倾斜的工具倾斜角B的范围（B0～Bm）、表示从被切削件4的中心轴向工具1的中心轴的水平面上的偏移量的偏置量E的范围（E0～El）、表示在工具轴方向上工具向被切削件切入的量的切深量Ap的范围（Ap0～Apk）、表示在与工具轴正交的方向上工具1向被切削件4切入的量的径向切深量Ae所表示的加工条件参数。其中，上述B、E、Ap和Ae分别是独立的参数。以上，定义/输入的分析模型数据，被保存到分析模型数据存储区域52。
在步骤S103中，通过分析参数设定部42提供的用户接口（未图示），用户指定/输入将各加工条件参数具体设定为怎样的值、另外在步骤S102中设定的加工条件参数的值的范围内设定怎样的范围的离散值（变化量）来进行分析。例如，在某个加工条件参数的值的范围内，将使值的范围n等分的离散值（变化量）设定为分析参数，另外在其它加工条件参数的值的范围内，如果根据过去的经验不需要在所有值的范围内查询，则也可以将范围内的一部分区域设定为细致的离散值（变化量）。此外，也可以规定一个特定的指定值。
将用户所指定/输入的各加工条件参数的具体的设定值称为分析参数，存储到分析模型数据存储区域52。之后的步骤S104～S107的各处理，对于分析参数的所有值的组合执行。
在步骤S104中，工具/被切削件接触几何计算部43，在根据分析参数的一个组合确定的加工条件中，即对工具倾斜角B、偏置量E、切深量Ap、径向切深量Ae（本实施例中设定为一个固定值）输入一组分析参数，对于图5的工具中心的原点O，计算出工具1与被切削件4接触的坐标G（p，q）和被切削件4的中心坐标P（c，d），且在将图5的刀尖2放大的图6中，按被分割为N个的刀尖脊线6上的每一个点i，计算工具1旋转一周期间上述刀尖脊线6上的点i与被切削件4接触的接触长度Lci、和用角度表示点i的位置的γi。
此处，说明被切削件4与工具1相接的接点G（p，q）和被切削件4的中心坐标P（c，d）的计算方法。
图7是被切削件4的半径Rw的圆与从z轴方向观察工具的最外周截面位置8时的椭圆9接触时的几何模型图。此处，被切削件4的圆和椭圆9，对于工具中心的原点O规定的坐标系x’-y’-z’分别用下式表示。
（式1）（x’-c’）2+（y’-d’）2=Rw2：（圆）
（式2）x’2/ax2+y’2/by2=1：（椭圆）
其中，ax、by分别是指椭圆9的较长方向和较短方向的半径，由下式决定。
（式3）ax=Ri+（Rt-Ri）·cos（B）
（式4）by=Rt
在计算中，首先，沿着椭圆9将虚拟的坐标q’输入式2，计算出坐标p’，求出虚拟的接点G’。此处，用下式定义通过上述虚拟的接点G’并且与椭圆9相切的切线11。
（式5）（p’/ax2）x’+（q’/by2）y’=1
另一方面，用与切线11正交的单位矢量C（g，h），用其它方式表现切线11：
（式6）m=g·x’+h·y’
此时，单位矢量C（g，h）用下式表示：
（式7）g=（p’/ax2）·m
（式8）h=（q’/by2）·m
（式9）m=√（g·ax）2+（h·by）2
根据上述数学式（7）～（8），使用（g，h）用下式表示被切削件4的圆的中心坐标P’（c’，d’）。
（式10）c’=Rw·g+（g·ax2/m）
（式11）d’=Rw·h+（h·by2/m）
在q’=0～Rt之间反复上述计算，通过数值计算求出d’与上述设定的偏置量E相等的被切削件4的中心坐标P’和接点G’，计算后将P’、G’变换为原有的坐标系P、G，计算出被切削件4的中心坐标P和接点G。
然后，详细说明接触长度Lci的计算方法。在将图5的工具刀尖2 放大的图6中，求出在按高度dz被分割为N个的工具1的刀尖脊线6上的点i旋转一周期间，点i与被切削件4接触的角度φi和点i到工具中心轴的半径Rti，使用上述φi和上述Rti，按各个点i使用式12算出作为工具旋转一周期间与被切削件4接触的长度的刀尖接触长度Lci。
（式12）Lci=Rti×φi
在步骤S105中，接触状态计算部44对上述接触长度Lci的相对于上述点i的位置γi的分布进行作图，计算并评价图6的边界部3随着工具的旋转在刀尖脊线6上怎样移动、边界移动率Lr和接触率γr，将上述边界移动率Lr和接触率γr按上述B、E、Ap记录到图9所示的存储部50的分析结果数据存储区域53中。
对于接触状态计算部44的处理详细说明。如图8所示，使用上述步骤S104中计算出的刀尖2的刀尖脊线6上的点i的接触长度Lci和点i的位置γi，在计算机上使横轴为γi、纵轴为Lci，按各个点i对Lci和γi作图，生成刀尖脊线6与被切削件4接触的分布波形200。该图中，接触长度Lci随着γi变化而缓慢变化的区域201，是在工具1旋转的同时与被切削件4的边界部3缓慢移动的区域，是边界磨损减小的区域。相反，点i的位置γi在同一位置、接触长度Lci不同的作图点存在多个的区域202是同一刀尖脊线的位置总是边界部3的区域，所以表示边界磨损增大的区域。此外，Lt表示工具旋转一周期间接触长度最长的点i的最大接触长度，Lb是表示上述区域201中的最大长度的边界部移动长度，γb表示工具1与被切削件4接触的最大接触角。此处，工具刀尖与被切削件的边界部3在该图的波形200的线上移动，通过上述区域201和202，所以使用由接触状态计算部44生成的该图的波形，能够评价工具与被切削件的边界部3的移动状态。
具体而言，在接触状态计算部44中，使用式13和式14分别计算：使用上述Lt、Lb用于评价作为边界移动的区域201的长度的上述边界部移动长度Lb相对于上述最大接触长度Lt是怎样的程度的比例的边界移动率Lr；和使用上述γb表示工具刀尖与被切削件接触的宽度的比例的接触率γr。
（式13）Lr=Lb/Lt
（式14）γr=γb/180°
Lr、γr均为无量纲量，在被切削件半径Rw和工具半径Rt不同的加工条件下也能够以同样的评价尺度进行评价。此外，Lr和γr是越大的值，则表示边界正在移动或接触宽度较大，关系到抑制工具磨损。
其中，用式13定义上述Lr，但也可以作为表示边界移动的其它表现方法，例如使用图8的分布波形200，使用接触的总面积St（由分布波形200和接触长度Lc=0的坐标轴包围的区域的面积）和仅边界移动部的面积Sb用式15进行评价。
（式15）Lr=Sb/St
另外，γr以180°作为分母，但作为基准的角度只要是角度的单位则可以是任意的值，因为在圆台工具的情况下，几乎没有工具的一半以上与被切削件接触的情况，所以本实施例中以180°作为一例。另外，γr不仅是角度，也可以使用相对于图8所示的刀尖2与被切削件4接触的接触弧长度Larc的、工具半周的长度Lm，如式16所示对长度进行无量纲化的评价指标。
（式16）γr=Larc/Lm
步骤S105中的计算结果存储到存储部50的分析结果数据存储区域53中。图9表示分析结果数据存储区域53的示例。本实施例中，使工具倾斜角B、偏置量E、切深量Ap的加工条件变化地构成分析参数，所以与一组分析参数（B，E，Ap）对应地保存边界移动率Lr、接触率γr的计算结果，进而将步骤S104中计算出的按被分割为N个的刀尖脊线6上的每一个点i、用角度表示点i的位置的γi和工具1旋转一周期间的接触长度Lci的作图坐标值全部存储。
在步骤S106中，对于分析参数，如果存在从未选择过的新的组合则选择它，对分析参数进行更新。
在步骤S107中，如果存在分析参数的新的组合，则使处理转移至步骤S104并反复。如果没有新的组合，在所有分析参数的分析处理结束的情况下，则使处理转移至步骤S108。
在步骤S108中，读取存储部50的分析结果数据存储区域53中所记录的各分析参数的上述边界移动率Lr、接触率γr，在计算机上对相对于γr（横轴）的Lr（纵轴）进行作图。然后，搜索上述Lr或γr成为最大的加工条件（分析参数）。
图10是在图5的本实施方式的分析模型中，例如设定为工具半径Rt=31.5mm、圆台刀尖半径Ri=6mm、被切削件半径Rw=300mm、径向切深量Ae=15mm、轴向切深量Ap=1mm且恒定、工具倾斜角B=5，30，45，60，75°的分析参数，用工具/被切削件接触几何计算部43、接触状态计算部44计算/评价最大接触长度Lt、边界部移动长度Lb、接触角γb的结果。图11表示根据该结果，对边界移动率Lr和接触率γr按各分析参数（加工条件）作图的本实施例。本实施例中，在B=75°时边界移动率Lr最大，在B=5°时接触率γr成为最大，所以预测工具磨损减小的加工条件是B=5°或B=75°。
实际上，对Ni基合金用图3的本实施例的加工方式实施加工试验，对测定的边界磨损量VB分别表示时，为（B=5°，VB=0.74mm）、（B=30°，VB=2.4mm）、（B=45°，VB=4.7mm）、（B=60°，VB=2.8mm）、（B=75°，VB=1.2mm）。从该结果可知，如本发明所预测的那样，在B=5°或B=75°时边界磨损量减小，相对于边界磨损最大的B=45°的加工条件，能够使工具磨损量抑制为一半以下，能够计算出长寿命的加工条件。
在步骤S109中，将上述步骤S108中计算出的上述边界移动率Lr或上述接触率γr成为最大的加工条件（分析参数）作为能够抑制工具磨损量的加工条件预测结果，存储到加工条件预测结果存储区域54中，对输出部30输出并显示。
输出部30显示图11所示的接触率γr和边界移动率Lr的分布图、以及上述Lr或γr成为最大的工具倾斜角Bopt、偏置量Eopt、切深量Apopt。此外，也能够根据用户的显示指定，对于图10所示的与各分析参数对应的横轴为点i的位置γi、纵轴为接触长度Lci、对各个点i的Lci和γi作图后的图，从分析结果数据存储区域53的（刀尖位置、接触长度）栏53g中读取数据并作图。
存储于加工条件预测结果存储区域54的加工条件数据，在之后实施机械加工的情况下、或生成NC程序的情况下，被下载到机床70、NC控制装置71、三维CAM81中使用。
以上是在加工条件预测装置10中执行的分析处理整体的流程。
根据上述分析和实验结果，通过使用本发明的加工条件预测装置 10，在用五轴加工机械进行的曲面加工中，无需取得用于计算工具寿命的绝对值的基础数据库，根据工具、被切削件形状和加工条件评价边界移动率和接触率，就能够容易地预测降低工具磨损的长寿命的加工条件。
本实施例的加工条件预测装置10的各功能，不仅能够考虑如图1所示在单独的装置上构成的情况，也能够考虑例如在三维CAM81、机床70或NC控制装置71内实现的结构。

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1、(10)申请公布号 CN 103941641 A (43)申请公布日 2014.07.23 CN 103941641 A (21)申请号 201410022892.5 (22)申请日 2014.01.17 2013-006275 2013.01.17 JP G05B 19/404(2006.01) (71)申请人日立金属株式会社地址日本东京都 (72)发明人内海幸治藤原茂吉北村匡井上谦一茅山真士 (74)专利代理机构北京尚诚知识产权代理有限公司 11322 代理人龙淳 (54) 发明名称加工条件预测装置和加工条件预测方法 (57) 摘要不构建数据库地利用多个加工条件的。

2、选择项抑制工具的边界磨损预测长寿命的加工条件。本发明的加工条件预测装置包括：定义表示作为分析对象的工具和被切削材料的形状的分析模型、以及加工条件参数的单元；设定加工条件参数的分析用初始值、变化率的单元；按照分析参数的每一种组合对分析模型的工具与被切削材料接触的接触长度进行几何计算的单元；生成对计算出的各刀尖脊线上的各点位置 i 的接触长度 Lci 在 i-Lci 坐标轴上作图而得到的分布波形，计算出边界部移动长度对最大接触长度的比例和工具刀尖与被切削材料接触的宽度的比例的单元；搜索边界移动率或接触率分别成为最大的分析参数的单元；和根据搜索到的分。

3、析参数输出长寿命的加工条件的单元。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页说明书 8 页附图 11 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书2页说明书8页附图11页 (10)申请公布号 CN 103941641 A CN 103941641 A 1/2 页 2 1. 一种加工条件预测装置，其预测在利用机床进行切削加工时抑制工具的磨损量的加工条件，所述加工条件预测装置的特征在于，包括：分析模型数据定义部，其定义表示作为分析对象的工具和被切削件的形状的分析模型、以及与工具和被切削件的相对位置相关的各种加工条件参数。

4、；分析参数设定部，其将所述加工条件参数的分析用初始值、变化量设定为分析参数；工具 / 被切削件接触几何计算部，其按照所述设定的分析参数的每一种组合，计算出分析模型的工具与被切削件接触的坐标G和被切削件的中心坐标P，按被分割为N个的刀尖脊线上的每一个点 i 计算出点 i 的位置 i 和接触长度 Lci ；接触状态计算部，其将所述计算出的各个点 i 的接触长度 Lci 在横轴为 i、纵轴为 Lci的图上作图而生成分布波形，计算出表示接触长度Lci随着i变化而缓慢变化的区域的接触长度 Lb 与接触长度最长的点 i 的最大接触长度 Lt 的比的边界移动率 Lr、以及作。

5、为表示工具刀尖与被切削件接触的最大宽度的角度与规定的刀尖角度的比例的接触率 r，并将其存储到存储部；加工条件搜索部，其从对所有分析参数的组合进行计算而得到的所述边界移动率 Lr 和接触率 r 中，搜索所述边界移动率 Lr 成为最大的分析参数表示的加工条件、或所述接触率 r 成为最大的分析参数表示的加工条件；和预测结果输出部，其输出搜索到的加工条件。 2. 如权利要求 1 所述的加工条件预测装置，其特征在于：所述分析模型数据定义部定义的加工条件参数是工具相对于被切削件的旋转中心轴倾斜的工具倾斜角B、被切削件的中心轴与工具的中心轴的偏置量E、轴向切深量Ap和径向。

6、切深量 Ae。 3. 如权利要求 1 所述的加工条件预测装置，其特征在于：所述预测结果输出部，将按各分析参数计算出的所述边界移动率 Lr 和所述接触率 r 在以接触率 r 和边界移动率 Lr 为两个坐标轴的分布图上作图显示。 4. 如权利要求 1 所述的加工条件预测装置，其特征在于：所述预测结果输出部，在以点i的位置i、接触长度Lci为两个坐标轴的分布图上，与用户指定显示的分析参数对应地显示对各个点 i 的 Lci、 i 进行作图而得到的分布波形。 5. 如权利要求 1 所述的加工条件预测装置，其特征在于：由所述接触状态计算部计算的接触率 r 是作为无量纲量计算出。

7、的所述刀尖与所述被切削件接触的角度相对于所述刀尖的半周的角度的比。 6. 一种加工条件预测方法，其预测在利用机床进行切削加工时抑制工具的磨损量的加工条件，所述加工条件预测方法的特征在于，包括：定义表示作为分析对象的工具和被切削件的形状的分析模型、以及与工具和被切削件的相对位置相关的各种加工条件参数的工序；将所述加工条件参数的分析用初始值、变化量设定为分析参数的工序；按照所述设定的分析参数的每一种组合，计算出分析模型的工具与被切削件接触的坐标G和被切削件的中心坐标P，按被分割为N个的刀尖脊线上的每一个点i计算出点i的位置 i 和接触长度 Lci 的工序；将。

8、所述计算出的各个点i的接触长度Lci在横轴为i、纵轴为Lci的图上作图而生权利要求书 CN 103941641 A 2 2/2 页 3 成分布波形，计算出表示接触长度 Lci 随着 i 变化而缓慢变化的区域的接触长度 Lb 与接触长度最长的点i的最大接触长度Lt的比的边界移动率Lr、以及作为表示工具刀尖与被切削件接触的最大宽度的角度与规定的刀尖角度的比例的接触率 r，并将其存储到存储部的工序；从对所有分析参数的组合进行计算而得到的所述边界移动率Lr和接触率r中，搜索所述边界移动率Lr成为最大的分析参数表示的加工条件、或所述接触率r成为最大的分析参数表示的加工。

9、条件的工序；和输出搜索到的加工条件的工序。 7. 如权利要求 6 所述的加工条件预测方法，其特征在于：所述加工条件参数是工具相对于被切削件的旋转中心轴倾斜的工具倾斜角 B、被切削件的中心轴与工具的中心轴的偏置量 E、轴向切深量 Ap 和径向切深量 Ae。 8. 如权利要求 6 所述的加工条件预测方法，其特征在于：在所述输出搜索到的加工条件的工序中，将按各分析参数计算出的所述边界移动率 Lr 和所述接触率 r 在以接触率 r 和边界移动率 Lr 为两个坐标轴的分布图上作图显示。 9. 如权利要求 6 所述的加工条件预测方法，其特征在于：在所述输出搜索到的加工条件的。

10、工序中，在以点 i 的位置 i、接触长度 Lci 为两个坐标轴的分布图上，与用户指定显示的分析参数对应地显示对各个点 i 的 Lci、 i 进行作图而得到的分布波形。 10. 如权利要求 6 所述的加工条件预测方法，其特征在于：在计算所述接触率 r 的工序中，所述接触率 r 是作为无量纲量计算出的所述刀尖与所述被切削件接触的角度相对于所述刀尖的半周的角度的比。权利要求书 CN 103941641 A 3 1/8 页 4 加工条件预测装置和加工条件预测方法技术领域 0001 本发明涉及预测能够抑制使用多轴加工机的曲面加工中的工具磨损的加工条件的加工条件预测装置和。

11、加工条件预测方法。背景技术 0002 本技术领域的背景技术，例如有日本特开2008-221454号公报（专利文献1）。该公报中，记载了 “提供能够在低速切削区域至高速切削区域在加工前精度良好地预测工具磨损量的工具磨损的预测方法。根据具有表示被切削件中的硬质点对磨料磨损的影响的项、和表示被切削件中的硬质点对热扩散磨损的影响的项的预测公式预测工具磨损量，由此精度良好地预测考虑了主要在低速切削区域或中速切削区域发生的磨料磨损、和主要在高速切削区域发生的热扩散磨损的工具的磨损量。 ” （参考摘要）。根据上述专利文献 1，在多种加工条件下进行工具磨损试验，收集上述专利文。

12、献 1 的数 3 需要的数据从而预测工具磨损量，能够预测能够抑制工具磨损的加工条件。 0003 此外，近年来随着机床和数据收集装置的发展，发明了在切削加工中根据从机床获得的机床主轴的使用电流等实时地监视加工负荷，进行切削加工中的工具寿命判定的检测装置。本事例有日本特开 2011-230206 号公报（专利文献 2）。该公报中，记载了 “提供能够精度良好地检测到达工具寿命的工具寿命检测方法和工具寿命检测装置。使用与对于本次预定加工的被加工件事先测定的单位切削阻力相关的数值信息、和对于在此之前加工的被加工件已测定的加工负荷值和与其对应的与单位切削阻力相关的数值信息，。

13、运算预测对本次预定加工的被加工件加工时发生的加工负荷值作为预测负荷值，对该预测负荷值与作为工具寿命的判定基准的基准负荷值进行比较，当上述预测负荷值超过上述基准负荷值的情况下检测为上述工具达到寿命。 ” 上述专利文献 2 中，是预先计算出预测到达工具寿命时的机床的主轴负荷的阈值，将实际的加工中检测出的主轴负荷值与上述阈值对比，在超过上述阈值的情况下检测为达到工具寿命的方法。 0004 专利文献 1 ：日本特开 2008-221454 号公报 0005 专利文献 2 ：日本特开 2011-230206 号公报发明内容 0006 发明想要解决的技术问题 0007 在通过切削。

14、加工进行的产品制造中，根据工具磨损预测工具寿命，通过设定适当的加工条件从而提高生产效率，并且通过使用的工具数量的减少而降低生产成本是重要的技术问题之一。工具磨损一般有几种磨损方式，特别是对于 Ni 基合金等耐热合金，例如如图 2 所示，在使用安装在工具 1 上的刀尖 2 对被切削件 4 进行铣削加工的情况下，在工具的刀尖边缘部即刀尖脊线 6 与被切削件 4 接触的接触角 7 的范围内，刀尖 2 的侧面侧的边界部 3 的边界磨损 5 的进展成为技术问题的情况较多，因为上述 Ni 基合金是难切削材料，所以工具磨损与钢材等的切削时相比极大地进展，工具寿命较短，工具。

15、磨损预测和基于上述说明书 CN 103941641 A 4 2/8 页 5 预测的长寿命的加工条件的选定成为课题。 0008 为了克服上述技术问题，产生了上述专利文献 1 这样的发明，但是为了基于上述专利文献 1 中记载的工具寿命预测公式在产品加工前计算出工具寿命，事先需要多个数据库。具体而言，构建数据库时需要进行多次切削试验，测定工具磨损量，通过测定或分析而求出切削温度，计算出寿命预测公式的系数，为了进行这一系列的作业产生了较多的工作量。此外，在被切削件和工具刀尖的种类改变的情况下，需要按上述被切削件与工具刀尖种类的每种组合重新取得上述数据库，在制造现。

16、场的有限的时间和设备中，按上述工具与被切削件的每种组合重新构建上述数据库，需要大量的劳动力和成本。进而，要将上述专利文献 1 应用于使用五轴加工机械的曲面加工的情况下，在曲面加工中工具与被切削件的接触状态多样地变化，对工具磨损量造成影响，所以对于上述接触状态的所有或一部分的模式构建上述数据库需要大量的时间，并不实用。 0009 此外，如上述专利文献 2 所述，也发明了根据加工中的切削负荷监视工具寿命，降低伴随加工途中的工具破损而产生的产品不良导致的损失成本的方法，但是在上述专利文献 2 的方法中不能事先预测长寿命的加工条件。 0010 另一方面，制造现场的。

17、切削加工中使用的切削加工条件，一般由工具制造商与被切削件和工具材质相应地在一定程度的范围内决定推荐加工条件，所以在制造现场较多地在上述范围内研究加工条件。出于上述理由，事先评价工具磨损的绝对值要耗费大量的劳动力，特别是在使用五轴加工机械的工具与被切削件复杂地接触的加工方式下难以预测绝对值。因此，特别在用五轴加工机械进行的曲面加工中，工具与被切削件的接触状态对工具磨损造成影响，所以存在想要能够无需构建上述数据库地事先预测上述多个加工条件的选项中作为工具磨损的主要原因之一的边界磨损相对较少的长寿命的加工条件，并选定加工条件的技术问题。 0011 用于解决技术问题的技。

18、术方案 0012 为了解决上述技术问题，本发明中，使预测抑制用机床进行切削加工的情况下的工具的磨损量的加工条件的加工条件预测装置具备以下部分构成：分析模型数据定义部，其定义表示作为分析对象的工具和被切削件的形状的分析模型、以及与工具和被切削件的相对位置相关的各种加工条件参数；分析参数设定部，其设定上述加工条件参数的分析用初始值、变化量作为分析参数；工具 / 被切削件接触几何计算部，其按照上述设定的分析参数的每一种组合，计算出分析模型的工具与被切削件接触的坐标 G、和被切削件的中心坐标 P，按分割为 N 个的刀尖脊线上的点 i 的每一个计算出点 i 的位置。

19、 i 和接触长度 Lci ；接触状态计算部，其对于上述计算的各个点 i 的接触长度 Lci 在横轴为 i、纵轴为 Lci 的图上作图生成分布波形，计算出表示接触长度 Lci 随着 i 变化而缓慢变化的区域的接触长度 Lb 与接触长度最长的点 i 的最大接触长度 Lt 的比的边界移动率 Lr，以及表示表示工具刀尖与被切削件接触的最大宽度的角度与规定的刀尖角度的比例的接触率 r，并存储到存储部；加工条件搜索部，其从对于所有分析参数的组合计算的上述边界移动率 Lr、和接触率r中，搜索上述边界移动率Lr最大的分析参数表示的加工条件，或上述接触率r 最大的分析参数表示。

20、的加工条件；预测结果输出部，其输出搜索到的加工条件。 0013 此外，为了解决上述课题，本发明中，在预测抑制用机床进行切削加工的情况下的工具的磨损量的加工条件的加工条件预测方法中，其特征在于，具有：定义表示作为分析对说明书 CN 103941641 A 5 3/8 页 6 象的工具和被切削件的形状的分析模型、以及与工具和被切削件的相对位置相关的各种加工条件参数的工序；设定上述加工条件参数的分析用初始值、变化量作为分析参数的工序；按照上述设定的分析参数的每一种组合，计算出分析模型的工具与被切削件接触的坐标 G、和被切削件的中心坐标 P，按分割为 N。

21、个的刀尖脊线上的点 i 的每一个计算出点 i 的位置 i 和接触长度 Lci 的工序；对于上述计算的各个点 i 的接触长度 Lci 在横轴为 i、纵轴为 Lci 的图上作图生成分布波形，计算出表示接触长度 Lci 随着 i 变化而缓慢变化的区域的接触长度 Lb 与接触长度最长的点 i 的最大接触长度 Lt 的比的边界移动率 Lr，以及表示表示工具刀尖与被切削件接触的最大宽度的角度与规定的刀尖角度的比例的接触率 r，并存储到存储部的工序；从对于所有分析参数的组合计算的上述边界移动率 Lr、和接触率 r 中，搜索上述边界移动率 Lr 最大的分析参数表示的加工条件，或。

22、上述接触率 r 最大的分析参数表示的加工条件的工序；输出搜索到的加工条件的工序。 0014 发明的效果 0015 根据本发明，能够提供例如在利用五轴加工机械进行的圆柱曲面加工中，通过不使用数据库地事先预测在一定的加工条件的范围内能够相对地抑制边界磨损的加工条件，从而容易地预测长寿命的加工方法的方法。附图说明 0016 图 1 是实施方式 1 的本发明的加工条件预测装置的结构图。 0017 图 2 是表示工具刀尖的边界磨损的示例的立体图。 0018 图 3 是说明利用五轴加工机械进行的圆柱曲面加工的示例的概要图。 0019 图 4 是本发明的加工条件预测处理的流程图。 0020 图。

23、 5 是说明图 3 的利用五轴加工机械进行的圆柱曲面加工的分析模型的概要图。 0021 图 6 是图 5 的分析模型中的工具刀尖部放大图。 0022 图 7 是被切削件的半径 Rw 的圆和从 z 轴方向观察工具的最外周截面位置时的椭圆接触时的几何模型图。 0023 图 8 是说明将刀尖的刀尖脊线上的点 i 的位置 i 和接触长度 Lci 进行作图而生成刀尖脊线与被切削件接触的分布波形、对用于评价边界部移动长度 Lb 相对于最大接触长度 Lt 是什么程度的比例的边界移动率 Lr、和表示工具刀尖与被切削件接触的宽度的比例的接触率 r 进行计算的过程的图。 0024 图 9 是说明存储部。

24、的分析结果数据存储区域的数据项目构成例的图。 0025 图10是按照分析参数的每一种组合，说明刀尖的刀尖脊线上的点i的接触状态的图。 0026 图 11 是表示将对按各分析参数计算出的边界移动率 Lr、接触率 r 在以接触轴 r 和边界移动率 Lr 为两个坐标轴的分布图上作图表示的示例的图。 0027 附图标记说明 0028 1工具， 2刀尖， 3边界部， 4被切削件， 5边界磨损， 6刀尖脊线， 7接触角， 8工具的最外周截面位置， 9从 z 轴方向观察工具的最外周截面位置时的椭圆， 10加工条件预测装置， 11与椭圆 9 相切的切线， 20输入部， 30输出部， 40运算部，。

25、41分析模型数据定义部， 42分析参数设定部，说明书 CN 103941641 A 6 4/8 页 7 43工具 / 被切削件接触几何计算部， 44接触状态计算部， 45加工条件搜索部， 46预测结果输出部， 50存储部， 51分析程序 / 初始数据存储区域， 52分析模型数据存储区域， 53分析结果数据表存储区域， 54加工条件预测结果存储区域， 60通信部， 70机床， 71NC 控制装置， 80三维 CAD， 81三维 CAM， 90 网络。具体实施方式 0029 以下，使用附图说明实施例。 0030 【实施例 1】 0031 本实施例中，说明预测抑制机床中使用的工具的边界。

26、磨损，延长工具寿命的加工条件的图 1 所示的加工条件预测装置 10。 0032 加工条件预测装置 10 具备输入部 20、输出部 30、运算部 40、存储部 50 和通信部 60。通信部 60 通过网络 90 与例如机床 70、 NC 控制装置 71、三维 CAD80、三维 CAM81 等连接。 0033 运算部 40 具备：分析模型数据定义部 41，其提供用户用于定义作为分析对象的机床上安装的工具和被切削件的模型数据、以及加工条件的初始值 / 设定范围的用户接口；分析参数设定部 42，其接收用户定义执行加工条件预测处理的情况下的各加工条件的设定值即分析参数。

27、；工具 / 被切削件接触几何计算部 43，其基于几何计算计算出工具与被切削件的接点、接触长度等；接触状态计算部 44，其计算被认为工具刀尖与被切削件的边界正在移动的区域的长度相对于最大接触长度的比例即边界移动率（后述）、表示工具刀尖与被切削件接触的宽度的比例的接触率（后述）；加工条件搜索部 45，其搜索在各分析参数下执行加工条件预测处理时边界移动率成为最大的分析参数、或接触率成为最大的分析参数；和预测结果输出部 46，其按照上述搜索到的分析参数和用户的指定输出加工条件预测处理结果。 0034 存储部 50 具备：存储区域 51，其存储载入运算部。

28、并执行各处理的分析程序、和各程序中设定的初始数据；存储区域 52，其存储作为分析对象的分析模型数据；存储区域 53，其将在各分析参数下进行了工具 / 被切削件接触几何计算、接触状态计算的结果存储到分析结果数据表；和加工条件预测结果存储区域 54，其存储通过上述加工条件搜索处理搜索能够抑制边界磨损的加工条件的结果。 0035 说明用分析模型数据定义部 41 定义的分析模型的示例。 0036 在图 3 中，表示了在利用旋转的工具 1 对载置于转盘（未图示）的被切削件 4 进行车削加工的五轴加工机械中，定义被切削件 4 与工具 1 的关系的分析模型的示例。 00。

29、37 其为使安装有圆台形的刀尖 2 的工具 1 相对于圆柱状的被切削件 4 仅倾斜工具倾斜角B、且将工具1设定在仅偏移被切削件4的铅垂方向中心轴与工具1的中心轴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 1 旋转的同时沿着进给方向 F，按轴向切深量 Ap、径向切深量 Ae 对被切削件 4 的外周进行铣削加工的加工方式的分析模型。 0038 一般而言，上述发明要解决的技术问题的部分中所列举的图 2 （b）所示的边界磨损 5，在工具 1 与被切削件 4 的边界部 3 总是处于固定的位置的情况下较大地进展。因此，如图 3 表示的利用五轴加工机械进行车削加工。

30、的分析模型所示，在使用具有多个移动自由度说明书 CN 103941641 A 7 5/8 页 8 的加工机的圆柱曲面的切削加工中，作为抑制上述边界磨损 5 的方法之一，基于根据工具 1 与被切削件 4 的上述边界部 3 总是移动的加工条件即工具倾斜角 B、偏置量 E、轴向切深量 Ap、径向切深量 Ae 通过几何计算而计算出的工具 1 与被切削件 4 的接触状态，来评价边界部 3 的移动状态即可。 0039 本实施例的加工条件预测装置 10 中，用户通过分析模型数据定义部 41 提供的用户接口，指示分析模型。根据该指示，例如从三维CAD80输入原材料CAD数据，。

31、从三维CAM81 输入工具数据。基于输入的数据，用户定义工具和被切削件形状以及加工参数，定义分析模型。此外，用户通过分析参数设定部 42 设定将各加工参数设定为什么样的值、或是否使其离散地变化作为分析参数。之后，工具 / 被切削件接触几何计算部 43 对工具的刀尖 2 与被切削件 4 的接触区域进行几何计算，接触状态计算部 44 和加工条件搜索部 45 根据上述几何计算结果计算出工具 1 与被切削件 4 的边界部 3 移动最大、或工具 1 与被切削件 4 接触的宽度最大的加工条件，从而能够预测能够抑制边界磨损的加工条件。 0040 以下，对于本实施方式的具体的分析。

32、方法，使用图 4 所示的本发明的分析流程图说明。 0041 在步骤 S101 中，通过分析模型数据定义部 41 提供的用户接口（未图示），用户输入在哪一台机床中、使用怎样的工具、分析怎样的原材料的加工的指示。例如从三维CAD80、三维 CAM81，根据需要读取相应的原材料 CAD 数据、表示工具的规格的工具数据，并进行输入。或者，也可以事先登录数据表，从该处选择。 0042 本实施方式中，按照图 3 所示的分析模型例，更详细而言，按照图 5 所示的分析模型，定义工具半径 Rt、工具刀尖的半径 Ri、被切削件（加工后）半径 Rw 等。 004。

33、3 在步骤 S102 中，接着，用户接着对分析模型数据定义部 41 提供的用户接口（未图示），输入表示工具相对于被切削件 4 的旋转中心轴的倾斜的工具倾斜角 B 的范围（B0 Bm）、表示从被切削件 4 的中心轴向工具 1 的中心轴的水平面上的偏移量的偏置量 E 的范围（E0 El）、表示在工具轴方向上工具向被切削件切入的量的切深量 Ap 的范围（Ap0 Apk）、表示在与工具轴正交的方向上工具 1 向被切削件 4 切入的量的径向切深量 Ae 所表示的加工条件参数。其中，上述 B、 E、 Ap 和 Ae 分别是独立的参数。以上，定义 / 输入的分析模型数。

34、据，被保存到分析模型数据存储区域 52。 0044 在步骤 S103 中，通过分析参数设定部 42 提供的用户接口（未图示），用户指定 / 输入将各加工条件参数具体设定为怎样的值、另外在步骤 S102 中设定的加工条件参数的值的范围内设定怎样的范围的离散值（变化量）来进行分析。例如，在某个加工条件参数的值的范围内，将使值的范围n等分的离散值（变化量）设定为分析参数，另外在其它加工条件参数的值的范围内，如果根据过去的经验不需要在所有值的范围内查询，则也可以将范围内的一部分区域设定为细致的离散值（变化量）。此外，也可以规定一个特定的指定值。 0045 。

35、将用户所指定 / 输入的各加工条件参数的具体的设定值称为分析参数，存储到分析模型数据存储区域 52。之后的步骤 S104 S107 的各处理，对于分析参数的所有值的组合执行。 0046 在步骤 S104 中，工具 / 被切削件接触几何计算部 43，在根据分析参数的一个组合确定的加工条件中，即对工具倾斜角 B、偏置量 E、切深量 Ap、径向切深量 Ae（本实施例中设定为一个固定值）输入一组分析参数，对于图 5 的工具中心的原点 O，计算出工具 1 与被切说明书 CN 103941641 A 8 6/8 页 9 削件 4 接触的坐标 G（p， q）和被切削件。

36、4 的中心坐标 P（c， d），且在将图 5 的刀尖 2 放大的图 6 中，按被分割为 N 个的刀尖脊线 6 上的每一个点 i，计算工具 1 旋转一周期间上述刀尖脊线 6 上的点 i 与被切削件 4 接触的接触长度 Lci、和用角度表示点 i 的位置的 i。 0047 此处，说明被切削件 4 与工具 1 相接的接点 G（p， q）和被切削件 4 的中心坐标 P （c， d）的计算方法。 0048 图 7 是被切削件 4 的半径 Rw 的圆与从 z 轴方向观察工具的最外周截面位置 8 时的椭圆 9 接触时的几何模型图。此处，被切削件 4 的圆和椭圆 9，对于工具中心的原。

37、点 O 规定的坐标系 x -y -z 分别用下式表示。 0049 （式 1）（x -c ） 2+（y -d ）2=Rw2 ：（圆） 0050 （式 2） x 2/ax2+y2/by2=1 ：（椭圆） 0051 其中， ax、 by 分别是指椭圆 9 的较长方向和较短方向的半径，由下式决定。 0052 （式 3） ax=Ri+（Rt-Ri） cos（B） 0053 （式 4） by=Rt 0054 在计算中，首先，沿着椭圆 9 将虚拟的坐标 q 输入式 2，计算出坐标 p ，求出虚拟的接点 G 。此处，用下式定义通过上述虚拟的接点 G 并且与椭圆 9 相切的切线 11。 00。

38、55 （式 5）（p /ax2） x +（q /by2） y =1 0056 另一方面，用与切线 11 正交的单位矢量 C（g， h），用其它方式表现切线 11 ： 0057 （式 6） m=gx +hy 0058 此时，单位矢量 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= （gax） 2+（hby）2 0062 根据上述数学式（7）（8），使用（g， h）用下式表示被切削件 4 的圆的中心坐标 P （c ， d ）。 0063 （式 10） c =Rwg+（。

39、gax2/m） 0064 （式 11） d =Rwh+（hby2/m） 0065 在 q =0 Rt 之间反复上述计算，通过数值计算求出 d 与上述设定的偏置量 E 相等的被切削件 4 的中心坐标 P 和接点 G ，计算后将 P 、 G 变换为原有的坐标系 P、 G，计算出被切削件 4 的中心坐标 P 和接点 G。 0066 然后，详细说明接触长度 Lci 的计算方法。在将图 5 的工具刀尖 2 放大的图 6 中，求出在按高度 dz 被分割为 N 个的工具 1 的刀尖脊线 6 上的点 i 旋转一周期间，点 i 与被切削件 4 接触的角度 i 和点 i 到工具中心轴的半径 Rt。

40、i，使用上述 i 和上述 Rti，按各个点 i 使用式 12 算出作为工具旋转一周期间与被切削件 4 接触的长度的刀尖接触长度 Lci。 0067 （式 12） Lci=Rtii 0068 在步骤 S105 中，接触状态计算部 44 对上述接触长度 Lci 的相对于上述点 i 的位置 i 的分布进行作图，计算并评价图 6 的边界部 3 随着工具的旋转在刀尖脊线 6 上怎样移动、边界移动率 Lr 和接触率 r，将上述边界移动率 Lr 和接触率 r 按上述 B、 E、 Ap 记录到图 9 所示的存储部 50 的分析结果数据存储区域 53 中。 0069 对于接触状态计算部 44。

41、的处理详细说明。如图 8 所示，使用上述步骤 S104 中计说明书 CN 103941641 A 9 7/8 页 10 算出的刀尖 2 的刀尖脊线 6 上的点 i 的接触长度 Lci 和点 i 的位置 i，在计算机上使横轴为 i、纵轴为 Lci，按各个点 i 对 Lci 和 i 作图，生成刀尖脊线 6 与被切削件 4 接触的分布波形 200。该图中，接触长度 Lci 随着 i 变化而缓慢变化的区域 201，是在工具 1 旋转的同时与被切削件 4 的边界部 3 缓慢移动的区域，是边界磨损减小的区域。相反，点 i 的位置 i 在同一位置、接触长度 Lci 不同的。

42、作图点存在多个的区域 202 是同一刀尖脊线的位置总是边界部 3 的区域，所以表示边界磨损增大的区域。此外， Lt 表示工具旋转一周期间接触长度最长的点 i 的最大接触长度， Lb 是表示上述区域 201 中的最大长度的边界部移动长度， b 表示工具 1 与被切削件 4 接触的最大接触角。此处，工具刀尖与被切削件的边界部 3 在该图的波形 200 的线上移动，通过上述区域 201 和 202，所以使用由接触状态计算部 44 生成的该图的波形，能够评价工具与被切削件的边界部 3 的移动状态。 0070 具体而言，在接触状态计算部 44 中，使用式 13 和式 14 分别计算。

43、：使用上述 Lt、 Lb 用于评价作为边界移动的区域 201 的长度的上述边界部移动长度 Lb 相对于上述最大接触长度 Lt 是怎样的程度的比例的边界移动率 Lr ；和使用上述 b 表示工具刀尖与被切削件接触的宽度的比例的接触率 r。 0071 （式 13） Lr=Lb/Lt 0072 （式 14） r=b/180 0073 Lr、 r 均为无量纲量，在被切削件半径 Rw 和工具半径 Rt 不同的加工条件下也能够以同样的评价尺度进行评价。此外， Lr 和 r 是越大的值，则表示边界正在移动或接触宽度较大，关系到抑制工具磨损。 0074 其中，用式 13 定义上述 Lr，。

44、但也可以作为表示边界移动的其它表现方法，例如使用图 8 的分布波形 200，使用接触的总面积 St（由分布波形 200 和接触长度 Lc=0 的坐标轴包围的区域的面积）和仅边界移动部的面积 Sb 用式 15 进行评价。 0075 （式 15） Lr=Sb/St 0076 另外， r 以 180作为分母，但作为基准的角度只要是角度的单位则可以是任意的值，因为在圆台工具的情况下，几乎没有工具的一半以上与被切削件接触的情况，所以本实施例中以 180作为一例。另外， r 不仅是角度，也可以使用相对于图 8 所示的刀尖 2 与被切削件4接触的接触弧长度Larc的、工具半周的长度。

45、Lm，如式16所示对长度进行无量纲化的评价指标。 0077 （式 16） r=Larc/Lm 0078 步骤S105中的计算结果存储到存储部50的分析结果数据存储区域53中。图9表示分析结果数据存储区域 53 的示例。本实施例中，使工具倾斜角 B、偏置量 E、切深量 Ap 的加工条件变化地构成分析参数，所以与一组分析参数（B， E， Ap）对应地保存边界移动率 Lr、接触率 r 的计算结果，进而将步骤 S104 中计算出的按被分割为 N 个的刀尖脊线 6 上的每一个点i、用角度表示点i的位置的i和工具1旋转一周期间的接触长度Lci的作图坐标值全部存储。 0079。

46、在步骤 S106 中，对于分析参数，如果存在从未选择过的新的组合则选择它，对分析参数进行更新。 0080 在步骤 S107 中，如果存在分析参数的新的组合，则使处理转移至步骤 S104 并反复。如果没有新的组合，在所有分析参数的分析处理结束的情况下，则使处理转移至步骤说明书 CN 103941641 A 10 8/8 页 11 S108。 0081 在步骤 S108 中，读取存储部 50 的分析结果数据存储区域 53 中所记录的各分析参数的上述边界移动率 Lr、接触率 r，在计算机上对相对于 r（横轴）的 Lr（纵轴）进行作图。然后，搜索上述 Lr 或。

47、 r 成为最大的加工条件（分析参数）。 0082 图 10 是在图 5 的本实施方式的分析模型中，例如设定为工具半径 Rt=31.5mm、圆台刀尖半径 Ri=6mm、被切削件半径 Rw=300mm、径向切深量 Ae=15mm、轴向切深量 Ap=1mm 且恒定、工具倾斜角 B=5， 30， 45， 60， 75的分析参数，用工具 / 被切削件接触几何计算部 43、接触状态计算部 44 计算 / 评价最大接触长度 Lt、边界部移动长度 Lb、接触角 b 的结果。图 11 表示根据该结果，对边界移动率 Lr 和接触率 r 按各分析参数（加工条件）作图的本实施例。。

48、本实施例中，在 B=75时边界移动率 Lr 最大，在 B=5时接触率 r 成为最大，所以预测工具磨损减小的加工条件是 B=5或 B=75。 0083 实际上，对 Ni 基合金用图 3 的本实施例的加工方式实施加工试验，对测定的边界磨损量 VB 分别表示时，为（B=5， VB=0.74mm）、（B=30， VB=2.4mm）、（B=45， VB=4.7mm）、（B=60， VB=2.8mm）、（B=75， VB=1.2mm）。从该结果可知，如本发明所预测的那样，在B=5 或 B=75时边界磨损量减小，相对于边界磨损最大的 B=45的加工条件，能够使工具磨损量抑制为一半以下，能够计算出长寿命的加工条件。 0084 在步骤 S109 中，将上述步骤 S108 中计算出的上述边界移动率 Lr 或上述接触率 r 成为最大的加工条件（分析参数）作为能够抑制工具磨损量的加工条件预测结果，存储到加工条件预测结果存储区域 54 中，对输出部 30 输出并显示。 0085 输出部 30 显示图 11 所示的接触率 r 和边界移动率 Lr 的分布图、以及上述 Lr 或 r 成为最大。

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