spike® センサー内蔵ツールホルダ― pro-micron プロマイクロン

ニーズの高まり

工作機械産業におけるIoT化やAIによる自動化の流れを受け、加工中の様々な情報を収集・活用する動きが強まっています。得られた情報を元に工場全体を適切に管理したり、加工現場にフィードバックしたりすることで生産工程の安定化や高品質化につながります。また、多くの企業が技術の継承について悩みを抱えています。そのため従来は経験則で行ってきたことに対して情報を定量化しようとする取り組みが必要になっています。これらの課題や取り組みに対して、近年では加工中に得られる情報のうちの一つである切削力を測定したいというニーズが高まっています。

ドイツのpro-micron（プロマイクロン）社では、このようなニーズに応えるべく回転式の切削力測定器spike®（スパイク）を開発しました。従来の測定器にはない特徴的な機能を備え、切削力測定において新しいソリューションを提案しています。

活用事例

切削加工

spike®ポーラーの特徴が最もよくわかる加工方法の一つが切削加工です。図1は、切削工具に摩耗および欠損（チッピング）が発生した際のポーラープロットの変化を示しています。 ①は新しい工具、②は刃が摩耗した工具、③は刃が欠損した工具を使用した場合の比較です。spike®ポーラー（最右列）を比較すると、①と②ではspike®ポーラーのサイズに差があるのがわかります。これは、工具の摩耗により加工時に工具にかかる曲げモーメントが大きくなる、つまり刃先が鈍ることで加工に要する力がより大きくなることを示しています。

刃の摩耗による加工面粗さ（最左列）の比較結果も考慮すると、加工面の品質が低下する前に工具を交換する時期をspike®ポーラーの大きさから推測することが可能になります。

③ではspike®ポーラーの左側に見られるはずの刃の形状が失われています（赤矢印で示した箇所）。これは刃が欠損したことを示しています。刃が欠損したことによりワークへの接触がなくなり曲げモーメントが発生しなくなることから、あたかも刃が欠けたように描画されるのです。加工中に刃が欠損した時点で加工を即座に中止したり、刃が欠損したタイミングでどのような力が発生していたか詳しく分析したりすることも可能になるでしょう。

穴あけ加工（芯ズレ）

連続で20穴の穴あけ加工を行った例を紹介します。

図2. 穴あけ加工（入口）

図2. 穴あけ加工（出口）

図2は加工した穴の入口と出口の位置、図3は加工負荷を比較しています。図2左図は穴の入口で、それぞれの穴の位置はほぼ均等になっています。しかし右図の穴の出口では、11番目と16番目の段において穴の間隔が均等になっていません。

次に図3を見てみると、推力とトルクは穴ごとに変化が見られませんが曲げモーメントでは11番目の穴から20番目の穴にかけて大きな変動がみられます。つまり、穴の出口のズレが曲げモーメントの変動として表れていると言えます。

穴あけ加工において工具の側面方向からかかる力は、工具の損傷のしやすさや工具寿命にも影響を与えます。また、穴の出口のズレとも相関性が見えてくることから、穴の加工品質を推測することも可能になります。推力とトルクの測定ではわからなかったことが、曲げモーメントの測定から見えてくるのです。

穴あけ加工（びびり）

図4は穴あけ加工を計4回行った結果ですが、そのうちの1回だけ測定値（曲げモーメント）が大きくなっているのがわかります。実際の加工物を観察したところ、曲げモーメントが大きくなっていた加工物にはびびりマークが見られました。図4のグラフ中に記載している座標は、先述した曲げモーメントのspike®ポーラー（極座標表示）です。それぞれの曲げモーメントをspike®ポーラーで比較すると、びびりが見られた方（図中左）では測定点が散らばっていることがわかります。これは、びびりにより工具へかかる力の変動が大きくばらついていることを表しています。

この結果を元にびびりが発生しない最適な加工条件を見つけ出すことができれば、さらなる加工品質の向上にもつながります。

spike® 商品紹介