JP2016036869A - 工作機械 - Google Patents

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Abstract

【課題】工具の工具寿命を伸ばすことが可能な工作機械を提供する。
【解決手段】バレル工具８を装着する主軸２６を移動させる直線移動軸（Ｚ軸）と、テーブル２２を移動させる２軸の直線移動軸（Ｘ軸，Ｙ軸）と、テーブル２２上に設置された２つの回転移動軸（Ｂ軸，Ｃ軸）を有するワーク２７を固定するための回転テーブル２３と、主軸２６、直線移動軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）、および、回転移動軸（Ｂ軸，Ｃ軸）を制御し、ワーク２７の加工を行う数値制御装置を備えた工作機械２０において、ある一定の工具姿勢による先端点制御用加工プログラムを実行し、設定された工具使用範囲及び工具姿勢変化波形パターンに基づいてバレル工具８の工具姿勢を変化させることで、バレル工具８の工具寿命を伸ばす。
【選択図】図１０

Description

本発明は工作機械に関する。
従来、ある直線移動軸又は回転軸に固定された主軸と、１軸以上の直線移動軸又は回転軸を有するワークを固定するためのテーブルと、これらの主軸とテーブルの直線移動軸および回転軸を制御する数値制御装置を備えたマシニングセンタがある。
航空機や発電機に使用するタービン部品の一つであるタービンブレードは、主に３つの直線移動軸と少なくとも１つの回転軸を有するマシニングセンタで加工することが一般的である。このタービンブレードなど（加工形状１）の形状加工における中仕上げ加工や仕上げ加工のように、微小直線指令による直線移動軸と回転軸の同時制御による加工を行なう場合、図１に示すように、ワーク加工面に対してある工具姿勢にて、ボールエンドミル（工具２）の側面を使用し、加工軌跡３で示される加工経路に沿ってヘルカル切削加工を行なう。このような加工方法では一般的には工具先端点制御（ＴＣＰ）機能を使用する。
上記の加工方法はタービンブレードに限らず、直線移動軸と回転軸を使用した形状加工における一般的な加工方法である。図１のような加工方法では、多くのＣＡＭソフトではある軸またはある面またはある加工面に対して、図２に示すように、工具の進行方向（工具進行方向５）及び工具進行方向５に垂直な平面に対して、工具軸４と工具進行方向５の成す角度をリード角６、工具軸４と加工形状１の面と工具進行方向５に垂直な平面とが交差する線分との成す角度をチルト角７などという名称で工具姿勢を決定して、加工プログラムを作成する手法がとられる。
しかし、この加工方法では図３に示すようにワークに対して工具の刃は常に同じ箇所で加工することになり、一部分だけ工具磨耗が進行する。符号２ａは工具２の一部だけ使用のため磨耗進行する箇所を示している。特にタービンブレードの加工などは被切削性が著しく悪いニッケル基合金などの耐熱合金と呼ばれる金属を使用するため、工具磨耗の進行が早い。そのため、加工条件を下げたり、工具交換をしたりする対応が必要になる。その結果、多額の工具費用がかかり、かつ工具交換によって加工面に段差が発生し、不良品が出てしまう恐れもあり、効率的な加工が困難である。
このことから、より効率的で経済的な加工を行なう手法として、特許文献１で開示されている手法がとられることがある。特許文献１で開示されているものは、少なくとも３軸制御が可能な工作機械において、先端に円弧上に刃先が形成された工具を、加工中に加工対象のワークに対して工具姿勢を変化させることで、切れ刃全体を一様に使用することで、工具寿命を向上させている。
特許第３１７３８０８号公報 特開２００２−９６２４３号公報
特許文献１による加工方法では、図４のように工具姿勢を変化させて加工する加工プログラムによって、ボールエンドミルの接触位置を変えながら加工する手法によって切れ刃を広く使用して工具寿命向上を図ることが出来る。
しかし、主軸回転数［ｒｐｍ］と送り速度［ｍｍ／ｍｉｎ］が一定の場合、図５に示すように、工具姿勢の変化によって切れ刃を広く使用する手法では、工具２の刃先の接触径によって切削速度［ｍ／ｍｉｎ］が異なり、加工品質が異なる加工面を生成することとなる。このことは耐熱合金、特にニッケル基合金の加工に不安定な加工を及ぼすことになる。
ニッケル基合金などを主な材料とするタービンブレードは、その使用環境から高温、高圧の厳しい条件下において、部品性能を損なわないことが重要である。そのため、切削加工などを行なった場合の加工面の組成状態に厳しい指定がある。その組成状態は切削速度［ｍ／ｍｉｎ］と送り量ｆ［ｍｍ］によって大きく変わる。
図５に示すように工具姿勢を変化させることによって切れ刃を広く使用する手法では、刃先の接触径に応じて切削速度［ｍ／ｍｉｎ］が大きく異なる。図５では例えばＲ５．０ボールエンドミルにおいて、工具先端の１０°〜８０°位置の範囲で工具姿勢を変化する場合、主軸回転数［ｒｐｍ］を２０００［ｒｐｍ］とすると８０°位置における接触外径の切削速度は６２［ｍ／ｍｉｎ］であるが、１０°位置における切削速度は１１［ｍ／ｍｉｎ］である。およそ６倍の切削速度差があるため、加工面の組成状態に大きな影響を及ぼす可能性がたかく、加工面質を均一に得ることは難しい手法である。
加工面質を均一に得るための手法として、特許文献２で開示されている手法がとられることがある。特許文献２で開示されているものは、工具と加工物の接触点から工具中心への距離と工具半径との倍率を加工プログラムデータに添付し、その倍率から数値制御装置で回転数と送り速度を再計算、再指令することで、切削速度と送り量を一定とした最適な切削加工条件で連続加工を提供するものである。
特許文献２に開示された加工方法を用いて、ある工具姿勢の時の工具径に対して設定したある切削速度［ｍ／ｍｉｎ］となる制御を行う加工装置によって、均一な加工面質を得ることが出来る。しかし、図６に示すように工具２をボールエンドミルとした場合、ボールエンドミルはその形状の特性上、工具中心に近い位置では半径が微小になり主軸回転数［ｒｐｍ］が過大となる。図６では例えば半径５．０ボールエンドミルにおいて、工具先端の１０°〜８０°位置の範囲で工具姿勢を変化する場合、８０°位置（接触外径φ９．８４８）で主軸回転数２０００［ｒｐｍ］とすると（図６（ａ））、１０°位置（接触外径φ１．７３６）では主軸回転数１１３４５［ｒｐｍ］となる（図６（ｂ））。
主軸回転数［ｒｐｍ］に大きな差が生じると、低回転時と高回転時の主軸の温度上昇による変位差が加工精度への影響が懸念される。また、送り速度［ｍｍ／ｍｉｎ］も主軸回転数［ｒｐｍ］と同様の割合で増減する必要があるため、送り速度［ｍｍ／ｍｉｎ］が過大となり、主軸回転数オーバーや送り速度の過大による軸動作が追従出来なくなる可能性がある。主軸回転数オーバーや送り速度の過大を防止するため、特許文献２では最大回転数と最小回転数を設定することも可能であるが、切削速度を一定とすると使用工具範囲が限られてしまうため現実的な手法ではない。
上記のことから従来のボールエンドミルを使用して設定したある切削速度［ｍ／ｍｉｎ］を制御する加工装置は、タービンブレード加工において実用的でない。
このことから、近年では図７に示すような、工具側面形状に曲率半径が大きいバレル半径Ｒを有するバレル工具８を採用することがある。バレル工具８はその形状の特性上、工具先端の最小径と最大径との差が小さい。図８に示すように、例えば曲率半径が１００ｍｍを有するφ８．０のバレル工具８においてφ６．０〜φ８．０までの範囲を使用する場合、図８（ａ）に示すようにφ８．０位置における主軸回転数２０００［ｒｐｍ］とすると、φ８．０接触外径の切削速度５０［ｍ／ｍｉｎ］である。図８（ｂ）に示すように設定されたある切削速度［ｍ／ｍｉｎ］を制御する場合において、φ７．０位置では主軸回転数２２９０［ｒｐｍ］となる。図８（ｃ）に示すように設定されたある切削速度［ｍ／ｍｉｎ］を制御する場合において、φ６．０位置では主軸回転数２６６７［ｒｐｍ］となる。主軸回転数［ｒｐｍ］の変化が小さくなることで、低回転時と高回転時の主軸の温度上昇による変位差が小さくなり加工精度への影響が小さくなる。また、主軸回転数［ｒｐｍ］と同様で割合で増減する送り速度［ｍｍ／ｍｉｎ］の変化も小さくなるので軸動作の追従性への影響は小さくなる。
しかしながら、タービンブレード形状の加工を行なう場合、バレル工具８はその形状の特性上、工具側面に大きな曲率半径を有するため、従来のボールエンドミルによる加工ピッチ（ピックフィード）では小さ過ぎて、この小さ過ぎる切込み量によって工具刃先の食い付き不良による切削不良が発生する場合がある。そのため、ボールエンドミルを用いる場合の加工ピッチよりもバレル工具８を用いる場合の加工ピッチを大きくする必要がある。その結果、加工ピッチを大きくすることで加工長が短くなり加工時間短縮になるが、バレル工具８の大径Ｒと大きなピッチによって、加工範囲が広くなることで切込み量が増加し、発生する切削熱がボールエンドミルよりも増大する。耐熱合金を加工する場合、切削熱が工具に蓄積され工具寿命低下を引き起こしやすい課題がある。
この課題を解決するための手法として、加工プログラムを作成するＣＡＤ／ＣＡＭ装置上で加工姿勢を加工位置によって細かく指定し、加工プログラムを再計算することで加工姿勢を変化させる加工プログラムを作成する方法がある。しかし、加工姿勢を変化させる加工プログラムを作成するためには、一つの加工指令で加工姿勢を定義することが出来る高価で高性能なＣＡＤ／ＣＡＭ装置が必要かつ、ＣＡＤ／ＣＡＭ操作に熟知した技術者が必要である。また、ＣＡＤ／ＣＡＭ操作に熟知した技術者にとっても、加工姿勢を変化させる加工プログラムを作成することは容易な操作ではない。
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、主軸を移動させる直線移動軸と、テーブルを移動させる２軸以上の直線移動軸と、前記テーブル上に設置された１軸以上の回転軸を有するワークを固定するための回転テーブルと、前記主軸、前記直線移動軸、および、前記回転軸を制御し、前記ワークの加工を行う数値制御装置を備えた工作機械において、ある一定の工具姿勢による先端点制御用加工プログラムを動作させ、設定された工具使用範囲及び工具姿勢変化波形パターンに基づいて工具姿勢を変化させながら加工を行うことで工具寿命を伸ばすことが可能な前記工作機械を提供することである。
本願の請求項１に係る発明は、主軸を移動させる直線移動軸と、テーブルを移動させる２軸以上の直線移動軸と、前記テーブル上に設置された１軸以上の回転移動軸を有するワークを固定するための回転テーブルと、工具姿勢が固定された加工プログラムに従って、前記主軸、前記直線移動軸、および、前記回転移動軸を制御し、前記ワークの加工を行う数値制御装置を備えた工作機械において、前記数値制御装置は、使用する工具形状情報を記憶する工具形状情報記憶手段と、前記工具姿勢が固定された加工プログラムに対して使用する工具の基準加工姿勢工具径を記憶する基準加工姿勢工具径記憶手段と、前記加工プログラムに対して使用する工具の工具姿勢を周期的に変化させるための工具姿勢変化波形パターンと繰り返し回数とを記憶する工具姿勢変化波形記憶手段と、前記加工プログラムで指令された加工方向ベクトルを記憶する加工方向ベクトル記憶手段と、前記加工プログラムを読み込んで前記直線移動軸と前記回転移動軸の移動軸指令を記憶する移動軸指令記憶手段と、前記加工方向ベクトルと前記移動軸指令から工具姿勢変化を行なう総加工高さを算出する総加工高さ算出手段と、前記移動軸指令に基づいて移動軸である前記直線移動軸および前記回転移動軸の各移動軸指令値を工具先端点制御機能によって算出する移動軸指令値算出手段と、前記工具形状情報と前記基準加工姿勢工具径と前記工具姿勢変化波形と前記総加工高さに基づいて工具姿勢を変化させる各移動軸指令値への加算量を算出する移動軸指令値加算量算出手段と、前記移動軸指令値加算量算出手段によって算出された加算量を、前記移動軸指令値算出手段により算出された各移動軸指令値に加算する移動軸指令値加算手段と、前記移動軸指令値加算手段によって加算された各軸移動指令値を動作する制御手段と、を備えたことを特徴とする工作機械である。
請求項２に係る発明は、前記加工方向ベクトルは、前記工具姿勢変化における前記工具姿勢変化波形の軸方向を決定する要素であることを特徴とする請求項１に記載の工作機械である。
請求項３に係る発明は、前記総加工高さは、前記工具姿勢変化における前記工具姿勢変化波形の範囲を決定する要素であることを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械である。
本発明により、主軸を移動させる直線移動軸と、テーブルを移動させる２軸以上の直線移動軸と、前記テーブル上に設置された１軸以上の回転軸を有するワークを固定するための回転テーブルと、前記主軸、前記直線移動軸、および、前記回転軸を制御し前記ワークの加工を行う数値制御装置を備えた工作機械において、ある一定の工具姿勢による先端点制御用加工プログラムを動作させ、設定された工具使用範囲及び工具姿勢変化波形パターンに基づいて工具姿勢を変化させながら加工を行うことで工具寿命を伸ばすことが可能な前記工作機械を提供できる。
タービンブレード加工を示す図であり、（ａ）はタービンブレード形状、（ｂ）はその加工経路を説明する図である。 加工面に対する工具姿勢を具体的に示す図であり、（ａ）は工具姿勢の側面図であり、（ｂ）は工具姿勢（リード角）を拡大して示す図で、（ｂ）は工具姿勢（チルト角）を拡大して示す図である。 図１に示されるタービンブレード加工において、加工面に対して固定された工具姿勢による加工を示す図であり、（ａ）加工経路を正面から見た図で、（ｂ）は加工経路の一部を拡大した図である。 工具姿勢を変化させて加工する方法を説明する図である。 図１に示されるタービンブレード加工において、加工面に対して工具姿勢が変化する加工による、切削速度の変化を説明する図である。 切削速度一定による加工条件の変化を説明する図である。 バレル工具を示す図である。 バレル工具を用いて工具姿勢を変化させて加工する方法を説明する図である。 機械の外観斜視図である。 図９の部分拡大図である。 図１３−１，図１３−２，図１３−３、図１４の工具姿勢変化の計算結果の例を示す図である（その１）。 図１３−１，図１３−２，図１３−３、図１４の工具姿勢変化の計算結果の例を示す図である（その２）。 図１１−１，図１１−２における計算結果を詳細に説明する図である。 プログラムのフォーマットの例を示す図である。 プログラム指令の例を示す図である。 バレル工具の姿勢とバレル工具寸法を示す図である。 工具使用範囲と工具姿勢変化波形を示す図である。 本発明に係る工具姿勢を変化させて加工する処理を示すフローチャートである。 各移動軸指令の加算量を算出する計算式を説明する図である。 本発明に係る数値制御装置を説明するブロック図である。
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図９は機械の外観斜視図である。図１０は図９の部分拡大図である。工作機械２０は、ベッド２１の後方にはコラム２４が立設されている。また、ベッド２１の中央にはテーブル２２が載置されている。テーブル２２には２軸周りに回転可能な回転テーブル２３が載置されている。コラム２４の上部には主軸ヘッド２５が取り付けられている。主軸ヘッド２５には主軸２６が固定されており、該主軸２６にはバレル工具８が取り付けられている。バレル工具８はモータにより回転駆動される。主軸ヘッド２５は直線移動軸（Ｚ軸）により鉛直方向に移動可能である。
テーブル２２は２つ以上の直線移動軸（Ｘ軸，Ｙ軸）により移動可能である。また、テーブル２２上に載置された回転テーブル２３は１つ以上の回転軸（図９では、Ｂ軸とＣ軸）により回転可能である。工作機械の各軸は数値制御装置（図示せず）により駆動制御され、ワークの加工（例えば、タービンブレードの加工）が実行される。
本発明に係るタービンブレードの加工方法は、実用的な加工方法を提供するために、ボールエンドミルに替えてバレル工具８を使用する。ある一定の工具姿勢による先端点制御用加工プログラムを用いて加工する場合、バレル工具８の形状特性から切込み範囲が広くなるため、工具寿命低下の原因となる切削熱の蓄積が課題となる。その切削熱を発散させる手法として図１１−１，図１１−２に示すように、発生する切削熱を発散させるため、予め設定された使用する工具使用範囲内で工具姿勢を変化させることで、工具接触位置を変化させる。これによって、切削熱がバレル工具８へ蓄積されることを防止する。なお、図１１―１，図１１−２は、図１３−１，図１３−２，図１３−３、図１４の工具姿勢変化の計算結果の例を示す図である。また、図１２は図１１−１，図１１−２における計算結果を詳細に説明する図である。
上記の加工を実現するため、工作機械２０は、ある一定の工具姿勢による先端点制御用加工プログラムを実行する数値制御装置２９（図１７参照）により、設定された工具使用範囲及び工具姿勢変化波形パターンに基づいてバレル工具８の工具姿勢を変化させることで、特に、ニッケル基合金などの耐熱合金を主な材料とするタービンブレード加工において、容易な操作、設定で使用する工具の寿命を伸ばすことができる。
図１３−１はプログラムのフォーマットの例を示す図である。本発明に係る制御を開始するための、プログラムフォーマット機能ＯＮ（１０１）は「Ｍ３０３」のＭコードで表され、引数として、Ｒ，Ｄ，Ｂ，Ｓ，Ｅ，Ｖ，Ｗ，Ｋが指令される。各引数を説明すると、Ｒはバレル半径，Ｄは工具径，Ｂは基準加工姿勢工具径，Ｓは工具使用範囲［スタート］，Ｅは工具使用範囲［エンド］，Ｖは加工方向ベクトル，Ｗは工具姿勢変化波形パターン，Ｋは姿勢変化回数である。
図１３−２はプログラム指令の例を示す図である。本発明に係る制御を行う加工プログラム（Ｏ１０００）９は、プログラムフォーマット機能ＯＮ（１０１）、加工軌跡プログラム１０、プログラムフォーマット機能ＯＦＦ（１０２）を含んでいる。
図１３−３はバレル工具の姿勢とバレル工具寸法を示す図である。バレル工具８の工具形状情報は、バレル半径Ｒと、工具径Ｄと、工具使用範囲［スタート］Ｓと、工具使用範囲［エンド］Ｅである。基準加工姿勢工具径Ｂは、工具姿勢一定時の基準となる工具径である。これらの情報は、加工プログラム９を実行する際に、数値制御装置２９備わった記憶装置に格納される。
図１４は工具使用範囲と工具姿勢変化波形を示す図である。本発明に係る加工方法は、バレル工具８が、工具使用範囲［スタート］Ｓから工具使用範囲［エンド］Ｅの範囲を、工具姿勢を変化させてワークを加工する。バレル工具８の姿勢を変化させるパターンとして、Ｗ＝１で指令される直線姿勢変化パターンと、Ｗ＝２で指令されるサイン波姿勢変化パターンの２種類がある。また、工具使用範囲［スタート］Ｓから工具使用範囲［エンド］Ｅをバレル工具８が姿勢を変化させる回数を姿勢変化回数Ｋで指令する。図１４（ａ）では姿勢変化回数が１回（Ｋ＝１）、図１４（ｂ）では姿勢変化回数Ｋが２回（Ｋ＝２）の場合を示している。
図１３−２に示すように、加工プログラム９の加工軌跡プログラム１０の前に指令するプログラムフォーマット機能ＯＮ（１０１）：Ｍ３０３指令に、引数としてバレル半径Ｒと、工具径Ｄと、基準加工姿勢工具径Ｂと、工具使用範囲［スタート］Ｓと、工具使用範囲［エンド］Ｅと、加工方向ベクトルＶと、工具姿勢変化波形パターンＷと、姿勢変化回数Ｋを指令し、加工軌跡プログラム（１０）後に、プログラムフォーマット機能ＯＦＦ（１０２）：Ｍ３０５指令をする。
図１５に示すようにプログラムフォーマット機能ＯＮ（１０１）Ｍ３０３（ｓａ０１）によって、引数を数値制御装置に記憶する（ｓａ０２）。記憶する引数は、バレル半径Ｒ、工具径Ｄ、基準加工姿勢工具径Ｂ、工具使用範囲［スタート］Ｓ、工具使用範囲［エンド］Ｅ、加工方向ベクトルＶ、工具姿勢変化波形パターンＷ、姿勢変化回数Ｋである。
次ステップでプログラムフォーマット機能ＯＦＦ（１０２）：Ｍ３０５までの加工軌跡プログラム（１０）を全て読み込む（ｓａ０３）。
次ステップで、加工方向ベクトルＶに基づいて読み込んだ加工軌跡プログラム（１０）の加工高さ最大値ＨＭＡＸと加工高さ最小値ＨＭＩＮから総加工高さＨを数１式により算出する（ｓａ０４）。数２式から数４式は、加工方向ベクトルＶ＝１，２，３の各場合の総加工高さを求める式である。この場合、Ｖ＝１はＸ軸，Ｖ＝２はＹ軸，Ｖ＝３はＺ軸に対応する。
Figure 2016036869
（加工方向ベクトルＶ＝１）の場合、
Figure 2016036869
（加工方向ベクトルＶ＝２）の場合、
Figure 2016036869
（加工方向ベクトルＶ＝３）の場合、
Figure 2016036869
姿勢変化累積回数Ｋｃとすると、Ｋｃ＝ｋ（ｋ＝１，２，３，・・・，ｎ）初期値＝１である。
次ステップで姿勢変化回数Ｋによる引数エラーチェック（ｓａ０５）と、工具姿勢変化波形パターンＷによる引数エラーチェック（ｓａ０７，ｓａ１０）とを行う。また、姿勢変化累積回数Ｋｃは初期値を１とする。引数エラーの場合、エラーを出力する（ｓａ０６）
工具姿勢変化波形パターンＷ＝１である場合（ｓａ０７）、加工軌跡プログラム（１０）によって加工動作が開始されると（ｓａ０８）、加工高さ指令値Ｈｉから接触工具径ＤＣを算出する（ｓａ０９）。このときの加工高さ指令値Ｈｉは、加工方向ベクトルＶに基づいて読み取る直線移動軸指令により決定される。加工位置Ｈｐは読み取った直線移動軸のＨＭＡＸからＨＭＩＮの加工高さ指令値Ｈｉから算出する。なお、接触工具径ＤＣは図１４に示すように工具姿勢変化波形パターンＷとして、直線姿勢変化パターンとＳＩＮ波姿勢変化パターンの２種類ある。
工具姿勢変化波形パターンＷ＝１（直線姿勢変化パターン）の場合には、ステプｓａ０９において、加工高さ指令値Ｈｉから接触工具外径Ｄｃを算出する。
（加工方向ベクトルＶ＝１）の場合、数５式により加工高さ指令値Ｈｉを算出する。
Figure 2016036869
（加工方向ベクトルＶ＝２）の場合、数６式により加工高さ指令値Ｈｉを算出する。
Figure 2016036869
（加工方向ベクトルＶ＝３）の場合、数７式により加工高さ指令値Ｈｉを算出する。
Figure 2016036869
加工位置Ｈｐは数８式により算出される。
Figure 2016036869
接触工具外径Ｄｃは数９式により算出される。
Figure 2016036869
工具姿勢変化波形パターンＷ＝２（ＳＩＮ波姿勢変化パターン）の場合には（ｓａ１０）、ステプｓａ１１において、加工高さ指令値Ｈｉから接触工具外径Ｄｃを算出する。
（加工方向ベクトルＶ＝１）の場合、数５式により加工高さ指令値Ｈｉを算出する。
（加工方向ベクトルＶ＝２）の場合、数６式により加工高さ指令値Ｈｉを算出する。
（加工方向ベクトルＶ＝３）の場合、数７式により加工高さ指令値Ｈｉを算出する。
加工位置Ｈｐは数８式により算出される。
接触工具外径Ｄｃは数１０式により算出される。
Figure 2016036869
工具先端点制御機能（ＴＣＰ）によって、各移動軸指令値を算出し（ｓａ１３）、ステップｓａ０９またはステップｓａ１２で算出された接触工具径ＤＣから、図１６に示す計算式によって、接触工具径ＤＣの値によって変化する工具位置と傾斜角度から、傾斜軸加算値θＴと第一移動軸加算値Ｖ１と第二移動軸加算値Ｖ２を算出する（ｓａ１４）。算出されたそれぞれの加算値を各移動軸指令値に加算し（ｓａ１５）、加算された各移動軸指令値を機械の各軸を動作させる（ｓａ１６）。
姿勢変化回数Ｋと姿勢変化累積回数ＫＣの割合と、加工位置Ｈｐと加工高さ指令値Ｈの割合から繰り返しを判断し、設定した姿勢変化回数Ｋだけ工具姿勢変化波形パターンを繰り返す（ｓａ１７〜ｓａ２０）。
例えば、図１１−１，図１１−２に示すようにφ８．０バレル工具を使用し、φ７．０位置で工具姿勢を一定とした加工軌跡プログラムをもつ加工プログラム場合、φ６．０からφ８．０を工具姿勢範囲とすると、図１５と図１６に示すフローチャートと計算式によって加工位置を算出する。
図１６には接触工具径ＤＣで変化する加算値（加算量）を第一移動軸工具位置加算値Ｖ１Ａ、第二移動軸工具位置加算値Ｖ２Ａとし、接触工具径ＤＣと基準加工姿勢工具径Ｂから算出する角度変化による加算値（加算量）を第一移動軸角度位置加算値Ｖ１Ｂ、第二移動軸角度位置加算値Ｖ２Ｂとする。
この二種類の加算値（Ｖ１Ａ，Ｖ２Ａ、Ｖ１Ｂ，Ｖ２Ｂ）はプログラムフォーマット機能ＯＮ（１０１）：Ｍ３０３によって記憶された工具情報に基づいて、数１１式〜数２４式までの計算式により求められ、二種類の加算値（加算量）を用いて数２５式と数２６式から第一移動軸加算値Ｖ１と第二移動軸加算値Ｖ２を算出する。
接触工具外径角度θＤＣは、数１１式により算出する。
Figure 2016036869
基準加工姿勢工具外径角度θＢは、数１２式により算出する。
Figure 2016036869
θＴは、数１３式により算出する。
Figure 2016036869
総距離Ｌは、数１４式により算出する。
Figure 2016036869
基準距離ＬＢは、数１５式により算出する。
Figure 2016036869
基準半径ＲＢは、数１６式により算出する。
Figure 2016036869
基準角度αＢは、数１７式により算出する。
Figure 2016036869
変化距離ＬＤＣは、数１８式により算出する。
Figure 2016036869
変化半径ＲＤＣは、数１９式により算出する。
Figure 2016036869
変化角度αＤＣは、数２０式により算出する。
Figure 2016036869
第一移動軸工具位置加算値Ｖ１Ａは、数２１式により算出する。
Figure 2016036869
第二移動軸工具位置加算値Ｖ２Ａは、数２２式により算出する。
Figure 2016036869
第一移動軸角度位置加算値Ｖ１Ｂは、数２３式により算出する。
Figure 2016036869
第二移動軸角度位置加算値Ｖ２Ｂは、数２４式により算出する。
Figure 2016036869
Ｖ１は、数２５式により算出する。
Figure 2016036869
Ｖ２は、数２６式により算出する。
Figure 2016036869
図１１−１，図１１−２で示している例は直線移動軸Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の３軸と回転軸Ｂ，Ｃ軸の２軸を有する工作機械（図９，図１０参照）において、傾斜軸であるＢ軸はＹ軸方向に平行な回転軸であり、回転軸であるＣ軸はＺ軸方向に平行な回転軸とし、共に右ねじの回転方向とした場合である。
図１７は本発明に係る数値制御装置を説明するブロック図である。加工プログラム９を解析手段３０で解析し補間手段３１で補間し、工作機械の各軸のサーボ５０ｘ，５０ｙ，５０ｚ，５０ｂ，５０ｃを駆動する。補間手段３１は、加工プログラム９に指令される移動軸指令に基づいて移動軸である直線移動軸および回転移動軸の各移動軸指令値を工具先端点制御機能によって算出する手段である。
記憶手段３２は、解析手段３０において加工プログラム９を解析することで取得される、使用する工具形状情報を記憶する工具形状情報を記憶する工具形状情報記憶手段３３と、前記工具姿勢が固定された加工プログラムに対して使用する工具の接触工具径を記憶する固定工具姿勢接触工具径記憶手段３４と、前記加工プログラムに対して使用する工具の工具姿勢を周期的に変化させるための工具姿勢変化波形パターンと繰り返し回数とを記憶する工具姿勢変化波形記憶手段３５と、前記加工プログラムで指令された加工方向ベクトルを記憶する加工方向ベクトル記憶手段３６と、前記加工プログラムを読み込んで前記直線移動軸と前記回転移動軸の移動軸指令を記憶する移動軸指令記憶手段３７と、を備えている。
総加工高さ算出手段３８は、前記加工方向ベクトルと前記移動軸指令から工具姿勢変化を行なう総加工高さを算出する手段である。移動軸指令値加算量算出手段３９は、前記工具形状情報と前記工具姿勢変化波形と前記接触工具径と前記総加工高さに基づいて工具姿勢を変化させる各移動軸指令値への加算量を算出する手段である。移動軸指令値加算量加算手段４０は、移動軸指令値加算量算出手段３９によって算出された加算量を、移動軸指令値算出手段（補間手段３１）により算出された各移動軸指令値に加算する手段である。
移動軸指令値加算量加算手段４０により求められた各移動軸指令値は、動作を制御する制御手段である各軸サーボ（Ｘ軸サーボ５０ｘ，Ｙ軸サーボ５０ｙ，Ｚ軸サーボ５０ｚ，Ｂ軸サーボ５０ｂ，Ｃ軸サーボ５０ｃ）により工作機械の駆動部（サーボモータ）を駆動する。
上述したように、本発明は、ある一定の工具姿勢による加工プログラムにおいて工具寿命向上のため、工具接触位置をある波形に基づいて変化させる数値制御装置において、ある軸またはある面に固定された工具姿勢による加工軌跡プログラムをもつ加工プログラムで、加工プログラム軌跡と使用するバレル工具のバレル半径Ｒと、基準工具径Ｄと、基準加工姿勢工具径Ｂと、工具使用範囲［スタート］Ｓと、工具使用範囲［エンド］Ｅと、加工方向ベクトルＶと、工具姿勢変化波形パターンＷと、姿勢変化回数Ｋを記憶し、記憶された情報に基づいて工具姿勢を変化させた加工位置を算出し、各移動軸指令に加算し動作することで、工具姿勢が変化することによって、切削熱の蓄積を防ぎ工具寿命向上が達成される。
１ 加工形状
２ 工具
２ａ 一部だけ使用のため磨耗進行する箇所
３ 加工軌跡
４ 工具軸
５ 工具進行方向
６ リード角
７ チルト角
８ バレル工具
９ 加工プログラム
１０ 加工軌跡プログラム

２０ 工作機械
２１ ベッド
２２ テーブル
２３ 回転テーブル
２４ コラム
２５ 主軸ヘッド
２６ 主軸
２７ ワーク

２９ 数値制御装置
３０ 解析手段
３１ 補間手段
３２ 記憶手段
３３ 工具形状情報記憶手段
３４ 固定工具姿勢接触工具径記憶手段
３５ 工具姿勢変化波形記憶手段
３６ 加工方向ベクトル記憶手段
３７ 移動軸指令記憶手段
３８ 総加工高さ算出手段
３９ 移動軸指令値加算量算出手段
４０ 移動軸指令値加算量加算手段

５０ｘ Ｘ軸サーボ
５０ｙ Ｙ軸サーボ
５０ｚ Ｚ軸サーボ

５０ｂ Ｂ軸サーボ
５０ｃ Ｃ軸サーボ

Ｒ バレル半径
Ｄ 基準工具径
Ｂ 基準加工姿勢工具径
Ｓ 工具使用範囲（スタート）
Ｅ 工具使用範囲（エンド）
Ｖ 加工方向ベクトル
Ｗ 工具姿勢変化波形パターン
Ｋ 姿勢変化回数
ＫＣ 姿勢変化累積回数
ＨＭＡＸ 加工高さ最大値
ＨＭＩＮ 加工高さ最小値
Ｈ 総加工高さ
Ｈｐ 加工位置
Ｈｉ 加工高さ指令値
ＤＣ 接触工具径
工具先端点制御機能（ＴＣＰ）によって、各移動軸指令値を算出し（ｓａ１３）、ステップｓａ０９またはステップｓａ１２で算出された接触工具径ＤＣから、数１１式〜数２６式に示す計算式によって、接触工具径ＤＣの値によって変化する工具位置と傾斜角度から、傾斜軸加算値θＴと第一移動軸加算値Ｖ１と第二移動軸加算値Ｖ２を算出する（ｓａ１４）。算出されたそれぞれの加算値を各移動軸指令値に加算し（ｓａ１５）、加算された各移動軸指令値を機械の各軸を動作させる（ｓａ１６）。
例えば、図１１−１，図１１−２に示すようにφ８．０バレル工具を使用し、φ７．０位置で工具姿勢を一定とした加工軌跡プログラムをもつ加工プログラム場合、φ６．０からφ８．０を工具姿勢範囲とすると、図１５と数１１式〜数２６式に示すフローチャートと計算式によって加工位置を算出する。
数１４式〜数２４式には接触工具径ＤＣで変化する加算値（加算量）を第一移動軸工具位置加算値Ｖ１Ａ、第二移動軸工具位置加算値Ｖ２Ａとし、接触工具径ＤＣと基準加工姿勢工具径Ｂから算出する角度変化による加算値（加算量）を第一移動軸角度位置加算値Ｖ１Ｂ、第二移動軸角度位置加算値Ｖ２Ｂとする。

Claims (3)

  1. 主軸を移動させる直線移動軸と、
    テーブルを移動させる２軸以上の直線移動軸と、
    前記テーブル上に設置された１軸以上の回転移動軸を有するワークを固定するための回転テーブルと、
    工具姿勢が固定された加工プログラムに従って、前記主軸、前記直線移動軸、および、前記回転移動軸を制御し、前記ワークの加工を行う数値制御装置を備えた工作機械において、
    前記数値制御装置は、
    使用する工具形状情報を記憶する工具形状情報記憶手段と、
    前記工具姿勢が固定された加工プログラムに対して使用する工具の基準加工姿勢工具径を記憶する基準加工姿勢工具径記憶手段と、
    前記加工プログラムに対して使用する工具の工具姿勢を周期的に変化させるための工具姿勢変化波形パターンと繰り返し回数とを記憶する工具姿勢変化波形記憶手段と、
    前記加工プログラムで指令された加工方向ベクトルを記憶する加工方向ベクトル記憶手段と、
    前記加工プログラムを読み込んで前記直線移動軸と前記回転移動軸の移動軸指令を記憶する移動軸指令記憶手段と、
    前記加工方向ベクトルと前記移動軸指令から工具姿勢変化を行なう総加工高さを算出する総加工高さ算出手段と、
    前記移動軸指令に基づいて移動軸である前記直線移動軸および前記回転移動軸の各移動軸指令値を工具先端点制御機能によって算出する移動軸指令値算出手段と、
    前記工具形状情報と前記基準加工姿勢工具径と前記工具姿勢変化波形と前記総加工高さに基づいて工具姿勢を変化させる各移動軸指令値への加算量を算出する移動軸指令値加算量算出手段と、
    前記移動軸指令値加算量算出手段によって算出された加算量を、前記移動軸指令値算出手段により算出された各移動軸指令値に加算する移動軸指令値加算手段と、
    前記移動軸指令値加算手段によって加算された各軸移動指令値を動作する制御手段と、
    を備えたことを特徴とする工作機械。
  2. 前記加工方向ベクトルは、前記工具姿勢変化における前記工具姿勢変化波形の軸方向を決定する要素であることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
  3. 前記総加工高さは、前記工具姿勢変化における前記工具姿勢変化波形の範囲を決定する要素であることを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械。
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