JP2005324293A - 切削加工装置及び切削加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切削加工装置を用いた切削加工において、切粉を低コストで効率的に除去できるようにする。
【解決手段】ワークを切削加工により加工する切削加工装置において、切削加工により発生する切粉を吸引するための吸引部５と、ワークを加工するための加工データを入力する入力部１１と、入力部により入力された加工データに基づいて、吸引部の吸引動作を制御する制御部１５とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、切削加工装置における切削加工において生じる切粉を効率的に除去する技術に関するものである。

従来、切削加工装置における切削加工において生じる切粉を除去するために、切削工具、被加工物に気体を吹き付けて付着した切粉を除去し、その除去された切粉を集塵装置等を用いて吸引することにより外部に排出することは広く行われており、また集塵力を最適にする提案もなされている。

例えば特開２００２−１４４１８８号公報（特許文献１）に記載されている方法では、切粉を集塵するための配管の途中に、集塵力を検出するセンサ、すなわち、配管の内部を通過する空気の流量または速度あるいは圧力のいずれかを検出するための圧力センサを配置し、またＮＣ装置に工具の径毎に最適な集塵力を記載したデータテーブルを記憶させておき、加工時、圧力センサの出力を監視しながら、集塵力が最適な値になるように、集塵機を制御するようになされている。
特開２００２−１４４１８８号公報

しかしながら、上記の従来の方法では集塵力を検出するための圧力センサが必要であり、また事前に工具の径毎に最適な集塵力を検討し、値を定め、ＮＣ装置のデータテーブルに記憶させなければならず、それを実現するためには、センサ追加によるコストアップや、事前検討のために多大な労力を費やさなければならなかった。

したがって、本発明は上述した課題に鏡みてなされたものであり、その目的は、切削加工装置を用いた切削加工において、切粉を低コストで効率的に除去できるようにすることである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる切削加工装置は、ワークを切削加工により加工する切削加工装置において、前記切削加工により発生する切粉を吸引するための吸引手段と、前記ワークを加工するための加工データを入力する入力手段と、該入力手段により入力された加工データに基づいて、前記吸引手段の吸引動作を制御する制御手段と、を具備することを特徴とする。

また、この発明に係わる切削加工装置において、前記制御手段は、少なくとも前記加工データに基づく前記ワークへの切り込み量と切り込み速度とに基づいて、前記吸引手段の吸引動作を制御することを特徴とする。

また、この発明に係わる切削加工装置において、前記ワークへの切り込み量は前記加工データに基づいて算出されることを特徴とする。

また、この発明に係わる切削加工装置において、前記制御手段は、前記吸引手段を所定の周期毎に制御すると共に、該周期内で吸引動作を行なわせる時間と吸引動作を停止させる時間のデューティを制御することにより、前記加工データに適した吸引動作を行なわせることを特徴とする。

また、この発明に係わる切削加工装置において、前記制御手段は、前記切り込み量が大きくなった場合に、前記周期内の吸引動作を行なわせる時間が長くなるように前記デューティを設定し、前記切り込み速度が大きくなった場合に、前記周期を短く設定することを特徴とする。

また、本発明に係わる切削加工方法は、ワークを切削加工により加工する切削加工方法において、前記ワークを加工するための加工データを入力する入力工程と、該入力工程において入力された加工データに基づいて、前記ワークを切削加工する加工工程と、前記切削加工により発生する切粉を吸引するための吸引工程と、前記入力工程において入力された加工データに基づいて、前記吸引工程における吸引動作を制御する制御工程と、を具備することを特徴とする。

また、この発明に係わる切削加工方法において、前記制御工程では、少なくとも前記加工データに基づく前記ワークへの切り込み量と切り込み速度とに基づいて、前記吸引工程における吸引動作を制御することを特徴とする。

また、この発明に係わる切削加工方法において、前記ワークへの切り込み量を前記加工データに基づいて算出することを特徴とする。

また、この発明に係わる切削加工方法において、前記制御工程では、前記吸引工程を所定の周期毎に制御すると共に、該周期内で吸引動作を行なわせる時間と吸引動作を停止させる時間のデューティを制御することにより、前記加工データに適した吸引動作を行なわせることを特徴とする。

また、この発明に係わる切削加工方法において、前記制御工程では、前記切り込み量が大きくなった場合に、前記周期内の吸引動作を行なわせる時間が長くなるように前記デューティを設定し、前記切り込み速度が大きくなった場合に、前記周期を短く設定することを特徴とする。

本発明によれば、切削加工装置を用いた切削加工において、切粉を低コストで効率的に除去することが可能となる。

以下、本発明の好適な一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係わる切削加工装置の構成を示すブロック図である。

図１において、１は切削加工装置制御部、２は切削加工装置本体、１１は被加工物の形状データ入力部１２と、加工データ読み込み部１３と、データ記憶部１４とを備えるデータ入力部を示す。

切削加工装置制御部１は、各種演算処理と切削加工装置本体２の制御を司るメイン制御部１５と、Ｉ／Ｏインターフェース１６と、サーボアンプ（Ｘ）１７と、サーボアンプ（Ｙ）１８と、サーボアンプ（Ｚ）１９と、主軸コントローラ２０と、データ記憶部１４とを備えている。

切削加工装置本体２は、切粉吸引部を備えたワークテーブル３と、エアーブロー部４と、吸引部（集塵機）５と、工具長測定部６と、被加工物を固定するためのワークテーブル３が備えられたＸ軸ステージ７と、それに直交する移動軸を有し、Ｘ軸ステージ７を可搬するよう配置されたＹ軸ステージ８と、切削工具が取り付けられる主軸（スピンドル）１０と、この主軸１０を支持し、被加工物を固定するためのテーブル平面に対して垂直に移動させるＺ軸ステージ９とを備えて構成されている。尚、工具長測定部６は、Ｘ軸ステージ７とＹ軸ステージ８によって可動できる。

次に、本発明の一実施形態の切削加工装置の動作について、図２、図３、図４に示すフローチャートを参照して説明する。

まず被加工物の形状データ入力部１２により被加工物の形状データ（サイズ）が入力され、データ記憶部１４に記憶される（ステップＳ１００）。続いて加工データ読み込み部１３により、被加工物の加工形状に関する加工データを読み込み、データ記憶部１４に記憶する（ステップＳ１０１）。

この場合、被加工物は既にＸ軸ステージ７に備えられた被加工物を固定するためのワークテーブル３に固定され、Ｚ軸ステージ９に備えられた主軸１０には切削工具が取り付けられている。

この状態で、加工開始処理がなされるのを待っている（ステップＳ１０２）。

加工開始処理が行われると、第一に工具長測定（ステップＳ１０３）が行われる。

工具長測定については、図５を用いて説明する。

メイン制御部１５は、まずサーボアンプ（Ｘ）１７、サーボアンプ（Ｙ）１８を介して、Ｘ軸ステージ７、Ｙ軸ステージ８を駆動し、ワークテーブル３に備えられた工具長センサ６を、Ｚ軸ステージ９に備えられた主軸１０の軸中心の真下に移動させる。移動完了後、サーボアンプ（Ｚ）１９を介して、Ｚ軸ステージ９を、主軸１０に備えられた切削工具先端が工具長センサ６に触れ、その信号がメイン制御部１５に検出されるまで下降させる。この時のＺ軸ステージの移動量をＺ1とし、予め入力され既にわかっているワーク高さＷと、機械設定値である工具長測定センサ高さＴとから、以下に示す式（１）を用いて工具長補正値Ｈを算出する。尚、この値ＨはＺ軸加工領域設定値でもあるので、次工程でＺ軸方向の加工領域として設定する（ステップＳ１０４）。

Ｈ（Ｈ0）＝Ｚ0−（（Ｔ−Ｗ）＋Ｚ1） …（１）
Ｈ：工具長補正値
Ｈ0：Ｚ軸加工領域設定値（Ｚ軸の座標位置がこの値以下になったら加工領域である）
Ｚ1：主軸移動量
Ｔ：工具長測定センサ高さ
Ｗ：ワーク高さ
続いて、エアーブロー部４によりワークテーブル３に対してエアーブローが開始され（ステップＳ１０５）、次に、ワークテーブル３に備えられた切粉吸引部を介して吸引部５の切粉吸引が開始される（ステップＳ１０６）。

この時の切粉吸引制御は、図７に示す基準設定のサイクルとデューティーを用いて行われる。

次に、メイン制御部１５は、データ記憶部１４に記憶された加工データの解析を１行毎に実行していく（ステップＳ１０７）。

解析終了後、メイン制御部１５は、データ記憶部１４に所定のデータが記憶されているかを確認し、記憶されている場合は、吸引制御データ演算を実行する（ステップＳ１０９）。

メイン制御部１５は、解釈した行の加工データの内容に従って、サーボアンプ（Ｘ）１７を介してＸ軸ステージ７を、サーボアンプ（Ｙ）１８を介してＹ軸ステージ８を、サーボアンプ（Ｚ）１９を介してＺ軸ステージ９を、主軸コントローラ２０を介して主軸１０を制御し、切削加工を行なう（ステップＳ１１０）。

メイン制御部１５は、解釈した行の加工データに終了を示すＭ３０コードが確認できた場合（ステップＳ１１１Ｙｅｓ）は、加工を終了し、確認できない場合は、データ記憶部１４に記憶されている加工データを１行読み進める（ステップＳ１１２）。

メイン制御部１５は、データ記憶部１４に記憶された加工データの解釈（ステップＳ１０７）以降の処理をＭ３０のコードが確認出来る（ステップＳ１１１Ｙｅｓ）まで繰り返す。

以下に、加工データの解析処理（ステップＳ１０７）について、説明する。

第一に、加工データに主軸の回転数設定に関するデータが有るか無いかを確認する（ステップＳ２０１）。

データがある場合は、メイン制御部１５は、その回転数データをデータ記憶部１４にデータＳとして記憶する（ステップＳ２０２）。

第二に、加工データにＸ軸ステージ７、Ｙ軸ステージ８、Ｚ軸ステージ９の送り速度設定に関するデータが有るか無いかを確認する（ステップＳ２０３）。

データがある場合は、メイン制御部１５は、その送り速度データをデータ記憶部１４にデータＦとして記憶する（ステップＳ２０４）。

第三に、解析した行の加工データにＺ軸位置決め指令が有るか無いかを確認し（ステップＳ２０５）、指令がある場合は、メイン制御部１５は、その指令に付属するＺ軸座標データをデータ記憶部１４に記憶する。この場合、前回の記憶値Ｏ1をデータＯ2として記憶し、今回の値をデータＯ1として記憶する（ステップＳ２０６）。

次に、図６に示した加工データを用いて、解析処理を説明する。

１行目から４行目までは、上記解析内容（ステップＳ２０１、ステップＳ２０３、ステップＳ２０５）に該当せず、且つ、切込量、吸引制御データ演算に必要なデータも全て記憶されていない（ステップＳ１０８Ｎｏ）ので、メイン制御部１５は、吸引制御データ演算（ステップＳ１０９）を行わず、加工動作（ステップＳ１１０）を行う。

５行目は、前記解析内容（ステップＳ２０１）に該当するので、メイン制御部１５は、その回転数データ：２００００ｒｐｍをデータＳとして、データ記憶部１４に記憶する（ステップＳ２０２）。しかしまだ切込量、吸引制御データ演算に必要なデータは記憶されていない（ステップＳ１０８Ｎｏ）ので、メイン制御部１５は、加工動作（ステップＳ１１０）を行う。

６行目から１０行目までは、上記解析内容（ステップＳ２０１、ステップＳ２０３、ステップＳ２０５）に該当せず、且つ、切込量、吸引制御データ演算に必要なデータも記憶されていない（ステップＳ１０８Ｎｏ）ので、メイン制御部１５は、吸引制御データ演算（ステップＳ１０９）を行わず、加工動作（ステップＳ１１０）を行う。

１１行目は、前記解析内容（ステップＳ２０３、ステップＳ２０５）に該当するので、メイン制御部１５は、Ｚ軸ステージ９の送り速度データ：１００をデータＦとしてデータ記憶部１４に記憶し（ステップＳ２０４）、Ｚ軸位置決め指令位置：０をデータＯ1として、データ記憶部１４に記憶する（ステップＳ２０６）。しかしまだ切込量、吸引制御データ演算に必要なデータは記憶されていない（ステップＳ１０８Ｎｏ）ので、メイン制御部１５は、吸引制御データ演算（ステップＳ１０９）を行わず、データ加工動作（ステップＳ１１０）を行う。

１２行目から１５行目までも、上記解析内容（ステップＳ２０１、ステップＳ２０３、ステップＳ２０５）に該当せず、且つ、切込量、吸引制御データ演算に必要なデータは記憶されていない（ステップＳ１０８Ｎｏ）ので、メイン制御部１５は、吸引制御データ演算（ステップＳ１０９）を行わず、データ加工動作（ステップＳ１１０）を行う。

１６行目は、前記解析内容（ステップＳ２０３、ステップＳ２０５）に該当するので、メイン制御部１５は、Ｚ軸ステージ９の送り速度データ：１００をデータＦとしてデータ記憶部１４に記憶し（ステップＳ２０４）、次に先に記憶していたデータＯ1をデータＯ2へ書き換え、新たにＺ軸位置決め指令位置：−０．４をデータＯ1として、データ記憶部１４に記憶する（ステップＳ２０６）。

これで切込量、吸引制御データ演算に必要なデータが全て記憶された（ステップＳ１０８Ｙｅｓ）ので、メイン制御部１５は、現在のＺ軸ステージの位置座標データをサーボアンプ（Ｚ）を介して読み取り、先に設定した（ステップＳ１０４）Ｚ軸方向の加工領域設定値と比較し（ステップＳ３０１）、以下に示す式（２）を用いて、式（２）が成り立つ場合は、加工領域内にあると判断し、引き続き切込量演算（ステップＳ３０３）、吸引制御データ演算（ステップＳ３０４）を行う。また成り立たない場合は、加工領域内にないと判断し、吸引制御データ演算は行わずに、吸引制御データである吸引サイクルデータ、吸引デューティーデータについて、吸引サイクルデータは前回の設定値を変更せず、吸引デューティーデータは０％とする（ステップＳ３０２）。

尚、この場合の吸引制御のタイムチャートは、図７の切込量が０の場合で示されるものである。

現在のＺ軸ステージの位置座標データ≦Ｚ軸方向の加工領域設定値 …（２）
次に、切込量演算（ステップＳ３０２）について、説明する。

切込量は、以下に示す式（３）で表される単位時間（１秒）当りの切削工具の送り量（μｍ）と、以下に示す式（４）で表される切削深さ（Ｚ軸の変位量）を掛けて、以下に示す式（５）で表される演算式で算出される。

切削工具の送り量＝（データＦ（ｍｍ／ｍｉｎ）÷データＳ（ｒｐｍ））
÷１０００（秒） …（３）
切削深さ（Ｚ軸の変位量）＝データＯ1−データＯ2 …（４）
切込量＝切削工具の送り量×切削深さ …（５）
次に、吸引制御データ演算（ステップＳ３０３）について、説明する。

吸引制御データは、吸引サイクルデータ、吸引デューティーデータからなり、これらは各々の基準データを基に、先に算出した切込量と先に保存したデータＦにより算出される。尚、吸引サイクルデータ、及び吸引デューティーデータは、以下に示す式（６）、（７）で表される。

吸引サイクルデータ＝基準サイクル×（基準サイクル送り速度÷データＦ） …（６）
吸引デューティーデータ＝基準デューティー×（切込量÷基準切込量） …（７）
図７は、吸引制御データにおける切込量の変化の影響を示したタイムチャートであり、切込量が基準切込量より多い場合は、１サイクルにおけるオン時間のデューティーが基準デューティーより増加し、切込量が基準切込量より少ない場合は、１サイクルにおけるオン時間のデューティーが基準デューティーより減少することを示している。

図８は、吸引制御データにおける送り速度の変化の影響を示したタイムチャートであり、送り速度が基準送り速度より低速な場合は、１サイクルの時間が増加し、送り速度が基準送り速度より高速な場合は、１サイクルの時間が減少することを示している。

図９は、本実施形態において、切込量と送り速度により、吸引サイクルと吸引デューティーが相互に関連して変化することを示したものである。

メイン制御部１５は、算出した吸引サイクルデータ、吸引デューティーデータを吸引制御データとして設定し（ステップＳ３０５）、この更新された吸引制御データに従って、メイン制御部１５は、吸引制御を実行する。

以降は、１６行目から２０行目まで、２２行目から２６行目まで、ｎ−７行目からｎ−４行目まで、ｎ−２行目からｎ−１行目までは、１行目から４行目までと同様に、上記解析内容（ステップＳ２０１、ステップＳ２０３、ステップＳ２０５）に該当せず、且つ、切込量、吸引制御データ演算に必要なデータは記憶されていない（ステップＳ１０８Ｎｏ）ので、メイン制御部１５は、吸引制御データ演算（ステップＳ１０９）を行わず、加工動作（ステップＳ１１０）を行う。

２１行目、ｎ−８行目、ｎ−３行目は、１６行目と同様に、前記解析内容（ステップＳ２０３、ステップＳ２０５）に該当するので、メイン制御部１５は、Ｚ軸ステージ９の送り速度データ：１００をデータＦとしてデータ記憶部１４に記憶し（ステップＳ２０４）、次に先に記憶していたデータＯ1をデータＯ2へ書き換え、新たにＺ軸位置決め指令位置：−０．４をデータＯ1として、データ記憶部１４に記憶する（ステップＳ２０６）。

メイン制御部１５は、現在のＺ軸ステージの位置座標データをサーボアンプ（Ｚ）１９を介して読み取り、先に設定した（ステップＳ１０４）Ｚ軸方向の加工領域設定値と比較し（ステップＳ３０１）、加工領域内にあると判断した場合は、引き続き切込量演算（ステップＳ３０３）、吸引制御データ演算（ステップＳ３０４）を行う、また加工領域内にないと判断した場合は、吸引制御データ演算は行わずに、吸引制御データである吸引サイクルデータ、吸引デューティーデータについて、吸引サイクルデータは前回の設定値を変更せず、吸引デューティーデータは０％とし（ステップＳ３０２）、算出した吸引サイクルデータ、吸引デューティーデータを吸引制御データとして設定する（ステップＳ３０５）。

そして、メイン制御部１５は、ｎ行目のＭ３０のコードを見つけると処理を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、切削工具により被加工物の切削を行うことによって生じた切粉を効率的に除去することができ、省エネルギーで残留切粉による加工精度への影響の無い加工を実現することができる。

また、本実施形態によれば、特別なセンサ等を追加する必要がないので、コストアップがなく、また加工データにより吸引を制御するので工具毎にデータテーブルを作成しなくても、切削工具により被加工物の切削を行うことによって生じた切粉を効率的に除去することができ、省エネルギーで残留切粉による加工精度への影響の無い加工を実現することができる。

本発明の一実施形態に係わる切削加工装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態の切削加工装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態の切削加工装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態の切削加工装置の動作を示すフローチャートである。 一実施形態における工具長補正値（Ｚ軸加工領域）演算の説明図である。 加工データの一例を示す図である。 切込量の変化による切粉吸引制御のタイミング変化を説明するためのタイミングチャートである。 送り速度の変化による切粉吸引制御のタイミング変化を説明するためのタイミングチャートである。 切込量と送り速度の変化による切粉吸引制御のタイミング変化を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１ 切削加工装置制御部
２ 切削加工装置本体
３ 切粉吸引部
４ エアーブロー部
５ 吸引部
６ 工具長センサ
７ Ｘ軸ステージ
８ Ｙ軸ステージ
９ Ｚ軸ステージ
１０ 主軸
１１ データ入力部
１２ 被加工物の形状データ入力部
１３ 加工データ読み込み部
１４ データ記憶部
１５ メイン制御部（演算部）
１６ Ｉ／Ｏ
１７ サーボアンプ（Ｘ）
１８ サーボアンプ（Ｙ）
１９ サーボアンプ（Ｚ）
２０ 主軸コントローラ

Claims (10)

1. ワークを切削加工により加工する切削加工装置において、
   前記切削加工により発生する切粉を吸引するための吸引手段と、
   前記ワークを加工するための加工データを入力する入力手段と、
   該入力手段により入力された加工データに基づいて、前記吸引手段の吸引動作を制御する制御手段と、
   を具備することを特徴とする切削加工装置。
2. 前記制御手段は、少なくとも前記加工データに基づく前記ワークへの切り込み量と切り込み速度とに基づいて、前記吸引手段の吸引動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の切削加工装置。
3. 前記ワークへの切り込み量は前記加工データに基づいて算出されることを特徴とする請求項２に記載の切削加工装置。
4. 前記制御手段は、前記吸引手段を所定の周期毎に制御すると共に、該周期内で吸引動作を行なわせる時間と吸引動作を停止させる時間のデューティを制御することにより、前記加工データに適した吸引動作を行なわせることを特徴とする請求項２に記載の切削加工装置。
5. 前記制御手段は、前記切り込み量が大きくなった場合に、前記周期内の吸引動作を行なわせる時間が長くなるように前記デューティを設定し、前記切り込み速度が大きくなった場合に、前記周期を短く設定することを特徴とする請求項４に記載の切削加工装置。
6. ワークを切削加工により加工する切削加工方法において、
   前記ワークを加工するための加工データを入力する入力工程と、
   該入力工程において入力された加工データに基づいて、前記ワークを切削加工する加工工程と、
   前記切削加工により発生する切粉を吸引するための吸引工程と、
   前記入力工程において入力された加工データに基づいて、前記吸引工程における吸引動作を制御する制御工程と、
   を具備することを特徴とする切削加工方法。
7. 前記制御工程では、少なくとも前記加工データに基づく前記ワークへの切り込み量と切り込み速度とに基づいて、前記吸引工程における吸引動作を制御することを特徴とする請求項６に記載の切削加工方法。
8. 前記ワークへの切り込み量を前記加工データに基づいて算出することを特徴とする請求項７に記載の切削加工方法。
9. 前記制御工程では、前記吸引工程を所定の周期毎に制御すると共に、該周期内で吸引動作を行なわせる時間と吸引動作を停止させる時間のデューティを制御することにより、前記加工データに適した吸引動作を行なわせることを特徴とする請求項７に記載の切削加工方法。
10. 前記制御工程では、前記切り込み量が大きくなった場合に、前記周期内の吸引動作を行なわせる時間が長くなるように前記デューティを設定し、前記切り込み速度が大きくなった場合に、前記周期を短く設定することを特徴とする請求項９に記載の切削加工方法。

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