JP2016038701A

JP2016038701A - 工作機械のワーク加工制御装置，該制御装置を用いたワーク加工方法，及びワーク加工プログラム

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Publication number: JP2016038701A
Application number: JP2014161179A
Authority: JP
Inventors: 守弘秀田; Morihiro Hideta
Original assignee: DMG Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2014-08-07
Filing date: 2014-08-07
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2034-08-07
Also published as: JP6249904B2

Abstract

【課題】
一般的な工作機械で実行可能で、切屑を確実に分断して工具寿命を延長でき、かつ加工時間の延長を最小限に抑えることができる工作機械のワーク加工制御装置を提供する。
【解決手段】
ワークWの軸方向におけるワークWと工具Tとの相対位置を変化させる駆動部5ｂを制御する相対送り制御部８を備えた工作機械のワーク加工制御装置２において、前記相対送り制御部８は、イグザクトストップモードで前記駆動部5ｂの前進送り制御と後退送り制御とを繰り返し実行する。さらに、前記後退送り制御における後退送り距離Ｌｂを、前記前進送り制御における加速時に移動する加速距離Ｌα1又は減速時に移動する減速距離Ｌβ１より大きく、かつ該加速距離Ｌα１と減速距離Ｌβ１と所定距離Ｌｂminとの和より小さくした。
【選択図】図２

Description

本発明は、ワークを回転させつつ、工具をX軸方向に切り込むと共にZ軸方向に送ることによりワークを旋削する工作機械のワーク加工制御装置，そのワーク加工方法及び該方法を実行するワーク加工プログラムに関する。

工作機械におけるワークの旋削加工においては、ワークが特に難削材である場合には、切屑が分断されずに長くなり、工具寿命が短くなる問題がある。この問題を回避できるようにした従来のワーク加工方法として、例えば特許文献１に開示された方法がある。この従来方法では、ワークを回転させつつ、工具をX軸方向に切り込むと共にZ軸方向に送る場合に、工具を、Z軸方向に所定距離前進移動させるとそこで一旦停止し、さらにある距離だけ後退移動させてそこから再び前進移動させ、以後はこれを繰り返すようにしている。

特開平０６−２８５７０１号公報

前記従来方法では、切屑を分断でき、連続した長い切屑の発生を防止できるとされているが、前記後退移動の距離が短すぎると切屑の分断が十分でなく連続した切屑が発生し、一方、切屑の分断を十分に確保しようとすると加工時間が長くなる問題が発生することが判明した。

また、前記従来方法では、所定距離移動したところで一旦停止するような断続停止機能をコードＧｇ．１により指令しているが、一般的な工作機械の指令コードに含まれない特別なコードとして記載されている。そのため、一般的な工作機械では前記従来方法に記載されているような方法で加工することはできなかった。

本発明は、前記従来の状況に鑑みてなされたもので、一般的な工作機械で実行可能で、切屑を確実に分断して工具寿命を延長でき、かつ加工時間の延長を最小限に抑えることができる工作機械のワーク加工制御装置，該制御装置を用いたワーク加工方法，及び加工プログラムを提供することを課題としている。

請求項１の発明は、ワークと工具との相対位置を変化させる駆動部を制御する相対送り制御部を備えた工作機械のワーク加工制御装置において、
前記相対送り制御部は、イグザクトストップモードで前記駆動部の前進送り制御と後退送り制御とを繰り返し実行することを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１に記載の工作機械のワーク加工制御装置において、前記相対送り制御部は、前記後退送り制御における後退送り距離を、前記前進送り制御における加速時に移動する加速距離又は減速時に移動する減速距離より大きく、かつ該加速距離と減速距離と所定距離との和より小さくしたことを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の工作機械のワーク加工制御装置において、
前記ワークを回転させる回転駆動部を制御するワーク回転制御部をさらに備え、
前記相対送り制御部は、前記回転駆動部により回転駆動された状態のワークと工具との相対位置を変化させる前記駆動部を制御することを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の工作機械のワーク加工制御装置を用いたワーク加工方法であって、
イグザクトストップモードで前記ワークと工具との相対位置を変化させる駆動部の前進送り制御と後退送り制御とを繰り返し実行することを特徴としている。

請求項５の発明は、コンピュータを、イグザクトストップモードでワークと工具との相対位置を変化させる駆動部の前進送り制御と後退送り制御とを繰り返し実行し、前記後退送り制御における後退送り距離を、前記前進送り制御における加速時に移動する加速距離又は減速時に移動する減速距離より大きく、かつ該加速距離と減速距離と所定距離との和より小さくする相対送り制御手段として機能させるためのワーク加工プログラムである。

ここで、本発明におけるイグザクトストップモードとは、例えばＪＩＳＢ６３１５−１において規定されるようにＧ０９コードまたはＧ６０コードで指令され、工具が、当該Ｇコードが有効なブロックの終点で減速し、指令された位置に到達したことが確認された後、次のブロックが実行されるモードを意味している。なお、イグザクトストップモードは通常、第１の軸に沿って工具を移動してワークを切削した後で第２の軸に沿って工具を移動させる際に、コーナー部を工具がショートカットするのを防止してコーナー形状を正確に出したいときに使用される。このイグザクトストップモードを単一軸上の工具の移動に適用するということを示唆する先行技術は見当たらなかった。

また、本発明の後退送り距離における所定距離は、ワークの材質や切削性等に応じて実験的に設定される距離であり、通常加速距離，減速距離と同等又はそれより小さい値に設定される。

請求項１，４の発明によれば、一般的な工作機械の制御コードで指令されるイグザクトストップモードで前進送り制御と後退送り制御を繰り返し実行することにより、一般的な工作機械で切屑を確実に分断して連続した長い切屑が発生するのを防止でき、工具寿命を延長できる。

また、請求項２，５の発明によれば、後退送り制御における後退送り距離を前進送り制御における加速距離又は減速距離より大きく設定したので、切屑を確実に分断して連続した長い切屑が発生するのを防止でき、工具寿命を延長できる。ちなみに、後退送り距離が前進送り制御における加速距離又は減速距離より小さい場合は、切屑が十分に分断されず、連続した長い切屑が発生し易い。

また、後退送り距離を、前進送り制御における加速距離と減速距離と所定距離との和より小さく設定したので、難削材であっても切屑を確実に分断しつつ加工時間の延長を最小限に抑えることができる。

本発明の実施例１に係る工作機械のワーク加工制御装置のブロック構成図である。イクザクトストップモードでの前進送り制御，後退送り制御における前進送り距離，後退送り距離を説明するための速度-位置特性図である。図２における前進送り制御及び後退送り制御の具体例を示す速度−位置特性図である。図２における前進送り制御及び後退送り制御を実行するためのワーク加工プログラムである。前記前進送り制御及び後退送り制御における効果を説明するための実験結果を示す図である。本発明の実施例２に係る前進送り制御及び後退送り制御を示す速度−位置特性図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１ないし図５は本発明の実施例１に係る工作機械のワーク加工制御装置，該装置を用いたワーク加工方法及び加工プログラムを説明するための図である。

図において、１は機械本体、２はワーク加工制御装置である。前記機械本体１は、ワークWを回転駆動する主軸装置３と、工具Tを、X軸方向（ワーク径方向）に移動させる切り込み装置４と、Z軸方向（ワーク軸方向）に移動させる送り装置５とを備えている。

前記主軸装置３は、ワークWを把持するワーク主軸３aと、該ワーク主軸３aを回転駆動する主軸モータ３bとを有する。

前記切り込み装置４は、工具Tを、X軸方向に移動させるX軸ボールねじ４aと、該X軸ボールねじ４aを回転駆動するX軸駆動サーボモータ４bを有する。

また前記送り装置５は、工具Tを、Z軸方向に移動させるZ軸ボールねじ５aと、該Z軸ボールねじ５aを回転駆動するZ軸駆動サーボモータ５bとを有する。

前記ワーク加工制御装置２は、前記主軸モータ３bを、ワークWの回転速度が指令値となるように制御するワーク回転制御部６と、X軸駆動サーボモータ４bを、工具Tの切り込み量や切り込み速度が所望状態となるように制御する工具切り込み制御部７と、Z軸駆動サーボモータ５bを、工具TのZ軸方向送り速度や送り量が所望状態となるようにワークと工具との相対位置を制御する相対送り制御部８とを備えている。

前記相対送り制御部８による工具ＴとワークＷとの相対送り制御を、図２を参照しつつより詳細に説明する。

この相対送り制御では、イグザクトストップモードで前進送り制御（第１ブロック）と後退送り制御（第２ブロック）とを交互に繰り返すように構成されている。

前記前進送り制御では、工具を前進方向に第１加速度α１で加速して最高前進速度Vfmaxとし、この速度を所定時間保持した後、第１減速度β１で減速して速度ゼロ、具体的にはZ 軸駆動サーボモータ5ｂの回転速度がゼロとなったことが確認され、所定の前進送り距離Lfが確保される（第１ブロック）。

前記Z 軸駆動サーボモータ5ｂの回転速度がゼロとなったときに指令された位置に到達したことが確認されると、続いて後退送り制御が開始され、該サーボモータ5ｂが逆方向に加速回転して前記工具Tを後退方向に第２加速度α２で加速して最高後退速度Vbmaxとし、この速度を所定時間保持した後、第２減速度β２で減速して速度ゼロのときに指令された位置に到達したことが確認され、所定の後退送り距離Lbが確保される（第２ブロック）。

そして前記後退送り制御では、前記後退送り距離Lbが、前記前進送り制御における加速時に移動する加速距離Lα1又は減速時に移動する減速距離Lβ１より大きく、かつ該減速距離Lβ１と加速距離Lα1と所定距離Lbminの和Ｌｂより小さく設定されている。

ここで、前記第１ブロックと第２ブロックは、図３に示すように、実質送り距離Le(＝前進送り距離Lf −後退送り距離Lb)が加工全長に達するまで交互に繰り返される。

また、前記第１加速度α１と第２加速度α２、及び第１減速度β１と第２減速度β２とは通常同じ値に設定される。また、最高後退速度Vbmaxは、最高前進速度Vfmaxと同じかこれよりも低く設定される。さらにまた、前記所定距離Lbminは、難削材等の切屑が分断し難い材料の旋削に設定される。

図４は、前記図３におけるワーク加工方法を実行するワーク加工プログラムを説明するための図である。

このワーク加工プログラムは、前記ワーク加工制御装置２のコンピュータを、ワークＷ
の回転を制御するワーク回転制御部６として、工具の切り込みを制御する工具切り込み制御部７として、及びイグザクトストップモードでZ軸駆動サーボモータ5ｂによる前進送り制御と後退送り制御とを繰り返し実行し、前記後退送り制御における後退送り距離Ｌｂを、前記前進送り制御における加速時に移動する加速距離Lα1又は減速距離L β1より大きく、かつ該減速距離Lβ１と加速距離Lα1と所定距離Lｂminiとの和より小さくする相対送り制御部８として機能させるためのプログラムである。

具体的には、図４において、♯は加工条件（設定値）を表すコードで、Ｇは加工内容を指令するコードを表しており、詳細は例えば以下の通りである。

♯1＝0.45 により、前進送り距離＝0.45 mmが、
♯2＝0.03により、後退送り距離＝0.03 mmが、
♯102＝0.15により、前進送り量＝0.15mm/revが、
♯103＝0.2(BACK FEED)により、後退送り量＝0.2mm/revが
それぞれ設定される。

そして、 G09G1W-♯1F♯102により、前進送り指令＝Z 軸負方向に♯1＝0.45mmと前進送り量♯102＝0.15mm/revとが指令され、
またG09G1W♯2F♯103により、後退送り指令＝Z 軸正方向に♯2＝0.03mmと後退送り量♯103＝0.2mm/revとが指令される。なお、本実施例においては、図1に示すように、工具の前進送りは左方向(Z軸負方向)となる。

本実施例によれば、イグザクトストップモードで前進送り制御と後退送り制御を繰り返して実行したので、具体的には前進送り制御における最高前進速度Vfmaxを第１減速度β１で減速して速度ゼロとなったときに指令された位置に到達したことが確認された後に後退送り制御を開始すると共に、該後退送り制御における後退送り距離Lbを前進送り制御における減速距離Lβ１より大きく設定したので、切屑を確実に分断でき、連続した長い切屑が発生するのを防止でき、その結果、工具寿命を延長できる。ちなみに、後退送り距離Lbが前進送り制御における減速距離Lβ１より小さい場合は、切屑が十分に分断されず、連続した長い切屑が発生し易い。

また、後退送り距離Lbを、前進送り制御における加速距離Lα１と減速距離Lβ１と所定距離Lbminとの和より小さく設定したので、切屑を確実に分断しつつ加工時間の延長を抑制することができる。

ここで、従来方法で難削材を加工した場合、図５(ｂ)に示すように、工具Ｔの切れ刃Ｔ′の先端ａに比較して、該先端ａより少し基端側（同図左側）に位置するワークと切れ刃とが接触する部分と接触しない部分との境界部ｂの磨耗が大きくなる。これに対して本発明方法では、後退する際にワークと切れ刃Ｔ′とが離れてその隙間に切削油が入り込むことで、冷却効果及び潤滑効果が得られ、図５(ｃ)に示すように、前記境界部ｂの磨耗を抑制できる。なお、図５(ａ)は加工前の切れ刃Ｔ′を示す。

また、工具Ｔが後退する際にワークに擦れている距離が長くなるほど切れ刃Ｔ′の寿命が短くなるが、本発明方法では、確実に停止してから反転するため後退する距離を必要以上に長くしないので、切れ刃Ｔの寿命を長くできる。

図6は、本発明の実施例２を説明するための図であり、該実施例２は、前記後退送り距離Lbが、前記前進送り制御における減速時に移動する減速距離Lβ１より僅かに大きい値に設定された場合の例である。

即ち、この実施例２における後退送り制御では、工具Tを後退方向に後退送り距離が減速距離Lβ１×１／２より僅かに大きくなるまで第２加速度α２で加速し、続いて第２減速度β２で減速して速度ゼロとする。そしてこの速度ゼロのときに指令された位置に到達したことが確認された後に前進送り制御が開始される。

本実施例２では、後退送り距離Lｂを減速距離Lβ1 より僅かに大きい値に設定したので、切屑を確実に分断しつつ加工時間の延長を最小限に抑えることができる。

なお、前記実施例１では、インターネット等の通信回路を介して送受されるワーク加工プログラムの例を説明したが、本発明のワーク加工プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体（ＣＤ−ＲＯＭ等）に記録され、取引されるものであっても良い。

１工作機械本体
２ワーク加工制御装置(コンピュータ)
６ワーク回転制御部(ワーク回転制御手段)
７工具切り込み制御部(工具切り込み制御手段)
８相対送り制御部(相対送り制御手段)
Ｌｂ後退送り距離
Ｌα１加速距離
ＬＢ１減速距離
Ｌｂmin所定距離
Ｔ工具
Ｗワーク

Claims

ワークと工具との相対位置を変化させる駆動部を制御する相対送り制御部を備えた工作機械のワーク加工制御装置において、
前記相対送り制御部は、イグザクトストップモードで前記駆動部の前進送り制御と後退送り制御とを繰り返し実行する
ことを特徴とする工作機械のワーク加工制御装置。
請求項１に記載の工作機械のワーク加工制御装置において、
前記相対送り制御部は、前記後退送り制御における後退送り距離を、前記前進送り制御における加速時に移動する加速距離又は減速時に移動する減速距離より大きく、かつ該加速距離と減速距離と所定距離との和より小さくした
ことを特徴とする工作機械のワーク加工制御装置。
請求項１又は２に記載の工作機械のワーク加工制御装置において、
前記ワークを回転させる回転駆動部を制御するワーク回転制御部をさらに備え、
前記相対送り制御部は、前記回転駆動部により回転駆動された状態のワークと工具との相対位置を変化させる前記駆動部を制御する
ことを特徴とする工作機械のワーク加工制御装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の工作機械のワーク加工制御装置を用いたワーク加工方法であって、
イグザクトストップモードで前記ワークと工具との相対位置を変化させる駆動部の前進送り制御と後退送り制御とを繰り返し実行する
ことを特徴とするワーク加工方法。
コンピュータを、イグザクトストップモードでワークと工具との相対位置を変化させる駆動部の前進送り制御と後退送り制御とを繰り返し実行し、前記後退送り制御における後退送り距離を、前記前進送り制御における加速時に移動する加速距離又は減速時に移動する減速距離より大きく、かつ該加速距離と減速距離と所定距離との和より小さくする相対送り制御手段として機能させるためのワーク加工プログラム。