3D プリンタ同様の手軽さで機械加工が行える NC 工作機械
1. はじめに
NC（数値制御）工作機械は機械加 工の自動化，高精度化，高能率化に大 きく貢献してきた．しかし，機械加工 をプログラムで指令する既存の方式で は，加工状況に応じて工具経路や加工 条件を加工中に修正するとか，加工ト ラブルを回避するといったことが実現 できない．そこで，機械加工をプログ ラムで指令するのではなく，製品と素 材の三次元 CAD モデルを入力すれば 3D プリンタ同様の手軽さで機械加工 が行える革新的な NC 工作機械を試作 している．この新しい NC 工作機械で は，プログラムの作成に要する多大な 労力が不要となるだけでなく，加工状 況に応じて工具経路や加工条件を加工 中に修正することや，加工トラブルを 回避することができるようになり，製 造リードタイムの削減や，自律分散型 工場の実現に貢献できる．
2. NC 工作機械のインテリジェ ント化
既存の NC 工作機械はプログラムの 指令に従って工具の動作を非常に高精 度に制御している．しかし，プログラ ムで工具の動作を指令しているため に，加工中に工具経路や加工条件を変 更することはできず，加工プロセスや 加工品質は制御できない．
一方，高度にインテリジェント化さ れた NC 工作機械には，自ら意志決定 を行いながら加工を行うとともに，加 工プロセスや加工品質の制御を行い，
加工トラブルに対処する機能が求めら れている（1）．この提案から 20 年以上 が経過しているが，このようなインテ リジェント化はこれまで実現されてこ なかった．
3. 試作中の革新的な NC 工作機械
試作中の NC 工作機械の構成を図 1 に示す．NC 工作機械の CNC に CAM の機能として，使用工具や切削条件を 決定する工程設計（CAPP：Comput- er-aided process planning）と，加工 中に工具経路を計算して指令する仮想 倣 い 加 工（DCM：Digital copy mill- ing）の機能を統合している．仮想倣 い加工は，倣い加工の原理をデジタル化した工具経路生成手法で，筆者らが その有効性を検証した（2）（3）．この NC 工 作 機 械 は， 製 品 と 素 材 の 三 次 元 CAD モデルから加工中に工具位置や 工具姿勢を計算して指令するので，セ ンサ情報をフィードバックして加工プ ロセスを制御することが可能となる．
このほかに，切削状況を把握するため に切削力シミュレータで切削力を予測 しながら工具の動作を制御して加工中 のトラブルに対処するというような自 律的で知能的な機能が実現できるよう になる．
試作中の NC 工作機械の CNC 装置 の画面を図 2に示す．画面には加工 中に計算される工具経路が表示されて いるが，機械加工までの手順は①ワー クモデルの選択，②製品モデルの選択，
③工程設計，④加工開始の 4 ステップ で，プログラムを事前に作成すること なく 3D プリンタ同様の手軽さで機械 加工が行える．図 3は加工中の製品 例である．
https://www.youtube.com/watch?v=
rz5TNkONRSA（動画をご覧ください）
4. おわりに
ここで紹介した NC 工作機械は，内 閣府が主導する SIP（戦略的イノベー ション創造プログラム）／革新的設計 生産技術に採択された“CAM-CNC 統合による NC 工作機械の知能化と機 械加工技術の高度化”という研究開発 プロジェクトで試作している．このプ ロジェクトは，神戸大学，ソフトキュー ブ（株），キタムラ機械（株）の研究 開発体制で実施している．
（原稿受付 2016 年 7 月 12 日）
〔白瀬敬一 神戸大学〕
●文 献
（ 1 ）森脇俊道，工作機械のインテリジェント化，
日 本 機 械 学 会 誌，96-901（1993），1010- 1014．
（ 2 ）白瀬敬一・近藤貴茂・岡本 満・若松栄 史・荒井栄司，NC プログラムを必要とし ない機械加工のための仮想倣い加工システ ムの開発（自律型 NC 工作機械のための実 時間工具経路生成），日本機械学会論文集，
66-644，C（2000），1368-1373．
（ 3 ）白瀬敬一・中本圭一，仮想倣い加工制御の 自律型 NC 工作機械によるダイレクトマシ ニング，日本機械学会論文集，74-743，C
（2008），1901-1906．
図 2 CNC で計算される工具経路 図 3 CAD モデルから加工される製品 図 1 CAM と CNC を統合した革新的な NC 工作機械
形状情報，加工情報の活用 CAM ＆ CNC
CAD
形状情報
CAPP：Computer-aided process planning（計算機援用工程設計）
DCM：Digital copy milling（仮想倣い加工）
フィードバック可
加工情報 工作機械
製品の CAD モデル
素材の CAD モデル
CAPP DCM サーボ
アンプ
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日本機械学会誌 2016. 11 Vol. 119 No.1176 635
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