JP2001087987A - 工作機械における加工方法 - Google Patents
工作機械における加工方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高速加工に適する軸移動に異なった２つの加工
プログラムを必要とすることなく、さらに省エネルギー
及び高精度加工の機能を持った工作機械の加工方法及び
加工装置を提供する。 【解決手段】ワークを取付固定するテーブルと先端に工
具を取付ける主軸の各移動軸を平行として取扱い可能で
ある工作機械における加工方法において、前記ワークの
加工に際し、その加工プログラムを前記工作機械の数値
制御装置が処理可能な状態とし、同数値制御装置が前記
加工プログラムの処理中、前記テーブルまたは主軸の移
動指令の存在を認識したとき、認識されたテーブルまた
は主軸の一方に対する移動指令をその内部で両方の移動
軸に割振ることにより両方の移動軸成分を生成し、同生
成された移動軸成分にもとづいて、前記テーブルおよび
主軸を移動せしめている。
プログラムを必要とすることなく、さらに省エネルギー
及び高精度加工の機能を持った工作機械の加工方法及び
加工装置を提供する。 【解決手段】ワークを取付固定するテーブルと先端に工
具を取付ける主軸の各移動軸を平行として取扱い可能で
ある工作機械における加工方法において、前記ワークの
加工に際し、その加工プログラムを前記工作機械の数値
制御装置が処理可能な状態とし、同数値制御装置が前記
加工プログラムの処理中、前記テーブルまたは主軸の移
動指令の存在を認識したとき、認識されたテーブルまた
は主軸の一方に対する移動指令をその内部で両方の移動
軸に割振ることにより両方の移動軸成分を生成し、同生
成された移動軸成分にもとづいて、前記テーブルおよび
主軸を移動せしめている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は工作機械における加
工方法に係り、特に高速、高精度及び省エネルギーを可
能とする加工方法に関する。
工方法に係り、特に高速、高精度及び省エネルギーを可
能とする加工方法に関する。
【０００２】
【従来技術】工作機械は被加工物（以下ワークと称す
る）を搭載固定するテーブルと、先端に工具を取りつけ
た加工ヘッドを保持する主軸を備えている。加工のタイ
プとしてはテーブルをテーブル軸（Ｗ軸）方向に駆動さ
せる第一の方式と、テーブルを移動させないで加工ヘッ
ド即ち工具を主軸（Ｚ軸）方向に移動させる第二の方式
と更に本発明と関連のある高速加工を実現するために、
Ｚ軸の動きと、Ｚ軸と平行であるＷ軸の動きを、ワーク
と工具が互いに接近するよう移動させることにより、そ
の相対速度が早められ、一軸のみによる加工に比べて加
工物の加工速度及び加工時間を短縮する第三の方式があ
る。
る）を搭載固定するテーブルと、先端に工具を取りつけ
た加工ヘッドを保持する主軸を備えている。加工のタイ
プとしてはテーブルをテーブル軸（Ｗ軸）方向に駆動さ
せる第一の方式と、テーブルを移動させないで加工ヘッ
ド即ち工具を主軸（Ｚ軸）方向に移動させる第二の方式
と更に本発明と関連のある高速加工を実現するために、
Ｚ軸の動きと、Ｚ軸と平行であるＷ軸の動きを、ワーク
と工具が互いに接近するよう移動させることにより、そ
の相対速度が早められ、一軸のみによる加工に比べて加
工物の加工速度及び加工時間を短縮する第三の方式があ
る。
【０００３】第三の方式ではＺ軸及びＷ軸の移動は各々
の軸を動かす異なった２つのプログラムにより行われ、
あらかじめ設定された手順にしたがって加工物の高速加
工がおこなわれる。
の軸を動かす異なった２つのプログラムにより行われ、
あらかじめ設定された手順にしたがって加工物の高速加
工がおこなわれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高速加
工に適する軸移動に異なった２つの加工プログラムを必
要とする第三の加工方式においては、加工プログラム作
成及びメンテナンスに多大の時間を必要とする。また各
々の加工プログラムに一旦設定されたＺ軸及びＷ軸の加
工移動量はワークの重量如何に拘わらず常に一定である
ため、高負荷切削、低負荷切削の変化に対応できず、加
工に使われる各々の軸駆動モータの消費エネルギーが余
分に消費される上に慣性力が大きい為に振動及び速度の
バラツキ等で高精度加工が十分に達成できぬこととな
る。
工に適する軸移動に異なった２つの加工プログラムを必
要とする第三の加工方式においては、加工プログラム作
成及びメンテナンスに多大の時間を必要とする。また各
々の加工プログラムに一旦設定されたＺ軸及びＷ軸の加
工移動量はワークの重量如何に拘わらず常に一定である
ため、高負荷切削、低負荷切削の変化に対応できず、加
工に使われる各々の軸駆動モータの消費エネルギーが余
分に消費される上に慣性力が大きい為に振動及び速度の
バラツキ等で高精度加工が十分に達成できぬこととな
る。
【０００５】本発明は上述の如き工作機械で現れる問題
点に着目してなされたものであり、高速加工に適する軸
移動に異なった２つの加工プログラムを必要とすること
なく、さらに省エネルギー及び高精度加工の機能を持っ
た工作機械の加工方法及び加工装置を提供することを目
的としている。
点に着目してなされたものであり、高速加工に適する軸
移動に異なった２つの加工プログラムを必要とすること
なく、さらに省エネルギー及び高精度加工の機能を持っ
た工作機械の加工方法及び加工装置を提供することを目
的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、ワークを取付固定するテーブルと先端に工
具を取付ける主軸の各移動軸を平行として取扱い可能で
ある工作機械における加工方法において、前記ワークの
加工に際し、その加工プログラムを前記工作機械の数値
制御装置が処理可能な状態とし、同数値制御装置が前記
加工プログラムの処理中、前記テーブルまたは主軸の移
動指令の存在を認識したとき、認識されたテーブルまた
は主軸の一方に対する移動指令をその数値制御装置内で
両方の移動軸に割振ることにより両方の移動軸成分を生
成し、同生成された移動軸成分にもとづいて、前記テー
ブルおよび主軸を移動せしめ、更に移動指令を振り分け
る比率をパラメータで設定でき、又移動指令を平均化し
て求めたラフな動きと移動指令からラフな動きを差引い
た細かな動きで移動指令を設定できる。
の本発明は、ワークを取付固定するテーブルと先端に工
具を取付ける主軸の各移動軸を平行として取扱い可能で
ある工作機械における加工方法において、前記ワークの
加工に際し、その加工プログラムを前記工作機械の数値
制御装置が処理可能な状態とし、同数値制御装置が前記
加工プログラムの処理中、前記テーブルまたは主軸の移
動指令の存在を認識したとき、認識されたテーブルまた
は主軸の一方に対する移動指令をその数値制御装置内で
両方の移動軸に割振ることにより両方の移動軸成分を生
成し、同生成された移動軸成分にもとづいて、前記テー
ブルおよび主軸を移動せしめ、更に移動指令を振り分け
る比率をパラメータで設定でき、又移動指令を平均化し
て求めたラフな動きと移動指令からラフな動きを差引い
た細かな動きで移動指令を設定できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
図１ないし６図及び表１を参照して説明する。図１は本
発明を適用する横中ぐり盤の全体図、図２はＺ軸及びＷ
軸の方向を示す模式図、図３は高負荷及び低負荷の定義
を示す図、図４は加工に際してのＺ軸及びＷ軸の動きを
示す図、図５は加工プログラム内において軸移動量を振
り分ける制御フローを示す図、図６は振り分け処理のフ
ロー詳細図であり、図７は加工プログラムのＺ軸及びＷ
軸における移動量指令値の配分比率、ワーク質量、消費
エネルギー、加工速度の相互関係を示す図である。
図１ないし６図及び表１を参照して説明する。図１は本
発明を適用する横中ぐり盤の全体図、図２はＺ軸及びＷ
軸の方向を示す模式図、図３は高負荷及び低負荷の定義
を示す図、図４は加工に際してのＺ軸及びＷ軸の動きを
示す図、図５は加工プログラム内において軸移動量を振
り分ける制御フローを示す図、図６は振り分け処理のフ
ロー詳細図であり、図７は加工プログラムのＺ軸及びＷ
軸における移動量指令値の配分比率、ワーク質量、消費
エネルギー、加工速度の相互関係を示す図である。
【０００８】図１において、横中ぐり盤の構成はベッド
１と、ベッド１上に設けられたテーブル２と、ベッド１
上に立設したコラム３と、このコラム３上を上下に移動
する主軸頭４と、主軸頭４内を移動する主軸を含むクイ
ル装置５とを有している。なおコラム３の側面にはＡＴ
Ｃマガジン６及び数値制御装置７があり、さらに機械操
作用のペンダント８がコラム３上方から下方に懸垂され
ている。なおテーブル２上にはワーク９が搭載固定され
ている。
１と、ベッド１上に設けられたテーブル２と、ベッド１
上に立設したコラム３と、このコラム３上を上下に移動
する主軸頭４と、主軸頭４内を移動する主軸を含むクイ
ル装置５とを有している。なおコラム３の側面にはＡＴ
Ｃマガジン６及び数値制御装置７があり、さらに機械操
作用のペンダント８がコラム３上方から下方に懸垂され
ている。なおテーブル２上にはワーク９が搭載固定され
ている。
【０００９】図２に示すＺ軸（テーブル軸）及びＷ軸
（主軸）は図１にも示すように互いに平行な２つの軸で
あり、これらを互いに近接する方向へ移動せしめること
により、相対速度が早められ、Ｗ、Ｚの一方の軸方向移
動による加工に比べて加工物の加工速度及び加工時間を
短縮することができる。
（主軸）は図１にも示すように互いに平行な２つの軸で
あり、これらを互いに近接する方向へ移動せしめること
により、相対速度が早められ、Ｗ、Ｚの一方の軸方向移
動による加工に比べて加工物の加工速度及び加工時間を
短縮することができる。
【００１０】図３は先端に工具を取りつけた主軸を含む
クイル装置５がワーク９に対し切削加工として同じ相対
移動をした場合の切削量の大小で決定する高負荷及び低
負荷の状態を示す図であり、一般的には言うと荒加工を
高負荷、中仕上、最終仕上げを低負荷と定義されてい
る。なお現状では高負荷、低負荷の判断は機械を操作す
る作業者が行うが、切削加工に使用されるモーターの負
荷電流値により判断してもよい。
クイル装置５がワーク９に対し切削加工として同じ相対
移動をした場合の切削量の大小で決定する高負荷及び低
負荷の状態を示す図であり、一般的には言うと荒加工を
高負荷、中仕上、最終仕上げを低負荷と定義されてい
る。なお現状では高負荷、低負荷の判断は機械を操作す
る作業者が行うが、切削加工に使用されるモーターの負
荷電流値により判断してもよい。
【００１１】図４はワーク９を加工するに際してのＺ軸
及びＷ軸の動きを示す図であり、図４（Ａ）はＷ軸のみ
で加工した加工軌跡、図４（Ｂ）はＺ軸とＷ軸を同時に
使用して加工した加工軌跡である。点線で示すラフな動
きはＺ軸で行い、実線の細かな動きはＷ軸にて行うよう
にする。ラフな動きは移動指令パターン（加工プログラ
ムで指令している移動指令パターン）に平均化を行って
求め、細かな動きは移動指令パターンからラフな動きを
差引いて求める。
及びＷ軸の動きを示す図であり、図４（Ａ）はＷ軸のみ
で加工した加工軌跡、図４（Ｂ）はＺ軸とＷ軸を同時に
使用して加工した加工軌跡である。点線で示すラフな動
きはＺ軸で行い、実線の細かな動きはＷ軸にて行うよう
にする。ラフな動きは移動指令パターン（加工プログラ
ムで指令している移動指令パターン）に平均化を行って
求め、細かな動きは移動指令パターンからラフな動きを
差引いて求める。
【００１２】以上の構成のもとで、図５、図６及び図７
を用いて１つの加工プログラム内において軸移動量を振
り分ける手順及びその条件について説明する。図５のス
テップＳ１において加工プログラムの解析が行われ、ス
テップＳ２において加工物の形状の確認を行う。次にス
テップ３において振り分け処理に入るがその詳細は後述
する図６にて説明する。この際、図１に示される横中ぐ
り盤からの機械的諸条件（イナーシャ、ストローク、各
軸最適加速度）の入力と加工物に対する優先条件（切削
負荷、加工速度、消費エネルギー、振動抑制、ロストモ
ーション）の選択が行われる。ここで機械的諸条件の中
の各軸最適加速度は実験的に得られた加工寸法速度、表
面粗さが最適な各軸の加速度を言う。機械的諸条件は全
ての条件が入力されるが優先条件においては括弧内の各
々のなかで最も優先度の高い項目が選択される。
を用いて１つの加工プログラム内において軸移動量を振
り分ける手順及びその条件について説明する。図５のス
テップＳ１において加工プログラムの解析が行われ、ス
テップＳ２において加工物の形状の確認を行う。次にス
テップ３において振り分け処理に入るがその詳細は後述
する図６にて説明する。この際、図１に示される横中ぐ
り盤からの機械的諸条件（イナーシャ、ストローク、各
軸最適加速度）の入力と加工物に対する優先条件（切削
負荷、加工速度、消費エネルギー、振動抑制、ロストモ
ーション）の選択が行われる。ここで機械的諸条件の中
の各軸最適加速度は実験的に得られた加工寸法速度、表
面粗さが最適な各軸の加速度を言う。機械的諸条件は全
ての条件が入力されるが優先条件においては括弧内の各
々のなかで最も優先度の高い項目が選択される。
【００１３】機械的諸条件と優先条件を加味した状態で
ステップ３の振り分け処理が終わり、その後ステップ４
の加減速処理、ステップ５の分配処理に入る。最後にそ
の結果（各軸の移動量）をステップ６のサーボに伝達
し、一連の処理が終わる。
ステップ３の振り分け処理が終わり、その後ステップ４
の加減速処理、ステップ５の分配処理に入る。最後にそ
の結果（各軸の移動量）をステップ６のサーボに伝達
し、一連の処理が終わる。
【００１４】次に振り分けステップ３の処理の詳細を図
６で説明する。最初は優先条件の中の切削負荷の大きさ
に対するステップ１１の判断である。先に図３でも述べ
たように負荷には高負荷と低負荷があり、荒加工、中仕
上、最終仕上に対応している。作業者の判断による高負
荷、低負荷の設定後、ステップ１２の高負荷の場合は主
軸を含むクイル装置５を主軸頭４にクランプ、即ちステ
ップ１３でＷ軸クランプしてＺ軸のみで加工を行う。そ
れにより、剛性不足（Ｗ軸）により生じる加工品質の低
下を防ぐことができる。ステップ１４の低負荷の場合は
ステップ１５の設定モードすなわち優先条件のなかの加
工速度、消費エネルギー、振動抑制、ロストモーション
の中から一番優先とする項目の選択を行う。なお図６で
は加工速度、省エネルギーを合わせてステップ１６の最
適としている。
６で説明する。最初は優先条件の中の切削負荷の大きさ
に対するステップ１１の判断である。先に図３でも述べ
たように負荷には高負荷と低負荷があり、荒加工、中仕
上、最終仕上に対応している。作業者の判断による高負
荷、低負荷の設定後、ステップ１２の高負荷の場合は主
軸を含むクイル装置５を主軸頭４にクランプ、即ちステ
ップ１３でＷ軸クランプしてＺ軸のみで加工を行う。そ
れにより、剛性不足（Ｗ軸）により生じる加工品質の低
下を防ぐことができる。ステップ１４の低負荷の場合は
ステップ１５の設定モードすなわち優先条件のなかの加
工速度、消費エネルギー、振動抑制、ロストモーション
の中から一番優先とする項目の選択を行う。なお図６で
は加工速度、省エネルギーを合わせてステップ１６の最
適としている。
【００１５】ステップ１６の最適に続くステップ１７の
省エネルギー、ステップ１８の加工速度を各々選択する
と図７を参照して各々Ｚ軸とＷ軸の移動量の比率が求め
られる。図７にはＺ軸とＷ軸の移動量の比率とワーク質
量、加工時間、省エネルギーとの関係が記載されてい
る。ワーク質量は０トン、５トン、１０トンに場合分け
されている。各々の値は実験によって求めておく。
省エネルギー、ステップ１８の加工速度を各々選択する
と図７を参照して各々Ｚ軸とＷ軸の移動量の比率が求め
られる。図７にはＺ軸とＷ軸の移動量の比率とワーク質
量、加工時間、省エネルギーとの関係が記載されてい
る。ワーク質量は０トン、５トン、１０トンに場合分け
されている。各々の値は実験によって求めておく。
【００１６】一つ例を示すとワーク質量が５トンの時、
省エネルギー重視だとＺ軸のみのときを１とするとＷ軸
のみでは０．２ともっとも低い。しかしこの時、Ｚ５
０:Ｗ５０が１のとき、加工速度が３と大幅にかかり実
用に供しない。このためＺ２５:Ｗ７５とするとエネル
ギーが０．３、加工速度が２となり、エネルギー、加工
速度共に満足する結果を得ることとなる。加工速度重視
だとワーク質量には関係せずＺ５０:Ｗ５０が最も速度
が速い分配比率ということとなる。
省エネルギー重視だとＺ軸のみのときを１とするとＷ軸
のみでは０．２ともっとも低い。しかしこの時、Ｚ５
０:Ｗ５０が１のとき、加工速度が３と大幅にかかり実
用に供しない。このためＺ２５:Ｗ７５とするとエネル
ギーが０．３、加工速度が２となり、エネルギー、加工
速度共に満足する結果を得ることとなる。加工速度重視
だとワーク質量には関係せずＺ５０:Ｗ５０が最も速度
が速い分配比率ということとなる。
【００１７】次にステップ１９の振動抑制を選択する。
Ｚ軸にはワークが載るために、細かな動きをする場合に
は振動がでて加工面に悪影響を及ぼす。そのため図４に
示したように、ワーク９を加工するに際してＺ軸及びＷ
軸の動きが必要となる。図４（Ｂ）に示すように点線の
ラフな動きはＺ軸で行い、実線の細かな動きはＷ軸にて
行うようにする。ラフな動きは移動指令パターン（加工
プログラムで指令しているパターン）を平均化して求
め、細かな動きは指令パターンからラフな動きを引いて
求める。
Ｚ軸にはワークが載るために、細かな動きをする場合に
は振動がでて加工面に悪影響を及ぼす。そのため図４に
示したように、ワーク９を加工するに際してＺ軸及びＷ
軸の動きが必要となる。図４（Ｂ）に示すように点線の
ラフな動きはＺ軸で行い、実線の細かな動きはＷ軸にて
行うようにする。ラフな動きは移動指令パターン（加工
プログラムで指令しているパターン）を平均化して求
め、細かな動きは指令パターンからラフな動きを引いて
求める。
【００１８】ステップ２０のロストモーションを選択し
た場合は、Ｚ軸よりもＷ軸の方がロストモーションが小
さいとすると、その場合にできるだけＺ軸が反転しない
ようにＺ軸とＷ軸に配分することで、Ｚ軸のロストモー
ションの影響による加工の乱れを軽減することができ
る。
た場合は、Ｚ軸よりもＷ軸の方がロストモーションが小
さいとすると、その場合にできるだけＺ軸が反転しない
ようにＺ軸とＷ軸に配分することで、Ｚ軸のロストモー
ションの影響による加工の乱れを軽減することができ
る。
【００１９】以上は横中ぐり盤における実施形態を例示
したが、ワークを取着固定するテーブルと主軸とがそれ
ぞれ独立して平行に移動可能なタイプの工作機械に全て
に応用できるものである。
したが、ワークを取着固定するテーブルと主軸とがそれ
ぞれ独立して平行に移動可能なタイプの工作機械に全て
に応用できるものである。
【００２０】
【発明の効果】以上のべたように本発明によれば、高速
加工に適する軸移動に、異なった２つの加工プログラム
を予め用意する必要がなく、さらに省エネルギー及び高
精度加工の機能を持った工作機械の加工方法を得ること
ができる。
加工に適する軸移動に、異なった２つの加工プログラム
を予め用意する必要がなく、さらに省エネルギー及び高
精度加工の機能を持った工作機械の加工方法を得ること
ができる。
【図１】本発明を適用する横中ぐり盤の全体図。
【図２】Ｚ軸及びＷ軸の方向を示す模式図。
【図３】高負荷及び低負荷の定義を示す図。
【図４】加工に際してのＺ軸及びＷ軸の動きを示す図。
【図５】加工プログラム内において軸移動量を振り分け
る制御ブロック図。
る制御ブロック図。
【図６】振り分け処理のブロック詳細図。
【図７】加工プログラムのＺ軸及びＷ軸における移動量
指令値の配分比率、ワーク質量、消費 エネルギー、加
工速度の相互関係を示す図。
指令値の配分比率、ワーク質量、消費 エネルギー、加
工速度の相互関係を示す図。
【符号の説明】 １ ベッド ２ テーブル ３ コラム ４ 主軸頭 ５ 主軸 ６ ＡＴＣマガジン ７ 数値制御装置 ８ ペンダント
Claims (3)
- 【請求項１】ワークを取付固定するテーブルと先端に工
具を取付ける主軸の各移動軸を平行として取扱い可能で
ある工作機械における加工方法において、前記ワークの
加工に際し、その加工プログラムを前記工作機械の数値
制御装置が処理可能な状態とし、同数値制御装置が前記
加工プログラムの処理中、前記テーブルまたは主軸の移
動指令の存在を認識したとき、認識されたテーブルまた
は主軸の一方に対する移動指令をその数値制御装置内で
両方の移動軸に割振ることにより両方の移動軸成分を生
成し、同生成された移動軸成分にもとづいて、前記テー
ブルおよび主軸を移動せしめることを特徴とする工作機
械における加工方法。 - 【請求項２】請求項１に記載の加工方法において、移動
指令を振り分ける比率をパラメータで設定できることを
特徴とする工作機械における加工方法。 - 【請求項３】請求項１に記載の加工方法において、移動
指令を平均化して求めたラフな動きと移動指令からラフ
な動きを差引いた細かな動きで移動指令を設定できるこ
とを特徴とする工作機械における加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26005699A JP2001087987A (ja) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | 工作機械における加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26005699A JP2001087987A (ja) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | 工作機械における加工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001087987A true JP2001087987A (ja) | 2001-04-03 |
Family
ID=17342702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26005699A Pending JP2001087987A (ja) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | 工作機械における加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001087987A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008090463A (ja) * | 2006-09-29 | 2008-04-17 | Okuma Corp | 工作機械における加工制御方法及び加工情報作成方法 |
| JP2017037474A (ja) * | 2015-08-10 | 2017-02-16 | ファナック株式会社 | 平行する２軸の軸制御を行う数値制御装置 |
-
1999
- 1999-09-14 JP JP26005699A patent/JP2001087987A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008090463A (ja) * | 2006-09-29 | 2008-04-17 | Okuma Corp | 工作機械における加工制御方法及び加工情報作成方法 |
| US8249742B2 (en) | 2006-09-29 | 2012-08-21 | Okuma Corporation | Machining control method and machining information generating method for machine tool |
| JP2017037474A (ja) * | 2015-08-10 | 2017-02-16 | ファナック株式会社 | 平行する２軸の軸制御を行う数値制御装置 |
| US9964940B2 (en) | 2015-08-10 | 2018-05-08 | Fanuc Corporation | Numerical controller for performing axis control of two parallel axes |
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