工具が摩耗と欠損の2つのモードで寿命になる場合の経済的切削速度と工具交換時期の研究  [in Japanese] Optimal Tool Replacement and Cutting Speed Based on a Stochastic Model of Tool Life under Two Failure Modes of Fracture and Wear  [in Japanese]

切削加工における工具交換時期と切削速度は, 加工コストや生産性に大きな影響を与えるため, それらの最適条件を設定することが重要になる.近年, 工具寿命分布を考慮して最適条件を求める研究が行われるようになり, 工具寿命のばらつきを考慮しない従来の方法では記述できなかった加工コストや加工時間の変動が正確に記述できるため, 工具寿命のばらつきを考慮して最適条件が決定できることが示されている.しかし, これらの研究は「工具は摩耗で寿命になる」との前提のもとでの研究であり, 工具が「欠損」で寿命になることは考慮していない.加工中に工具が欠損すると, 切削不能になるため, 摩耗で寿命になる場合より損失が大きいのが一般的である.本論は, 工具寿命を「摩耗によるもの」と「欠損によるもの」とに分け, それぞれ寿命分布を考慮し, 「摩耗で寿命になった場合の損失」と「欠損で寿命になった場合の損失」を別々に扱い, 摩耗で寿命になった場合の損失のみを考慮する従来の加工費用モデルを一般化し, 一般化された加工費用モデルのもとで加工費用を最小とする工具交換時期と切削速度を決定する方法を与えている.

Determining cutting conditions (tool replacement time, cutting speed, and so on) is a critical component for successfully meeting production schedules and economic demands. It is well known that tool life is probabilistic in nature. This paper presents a generalized machining cost model based on a stochastic model of tool life under two failure modes (i.e., fracture or wear) for determining economic tool replacement and cutting speed. An interruption of machining due to in-process sudden tool fracture or excessive tool wear is detrimental in automated machining systems. Not only does it halt production, but it also affects the quality of the machined surface. The workpiece in-process becomes defective. The interruption of the cut results in the loss of valuable time and an increase in production cost. The optimal tool replacement time and cutting speed are prerequisites for the design of an efficient and economical machining system. The losses incurred by tool fracture are different from those incurred by excessive tool wear. This paper formulates a new machining cost model based on the losses arising from tool fracture and in-process excessive tool wear. The distribution of tool life caused by tool fracture or excessive tool wear is given by the competing risk model under the dependent competing causes of failure. Optimal tool replacement time and cutting speed are obtained with the minimum production cost criterion.