JP2016134078A - スカイビング加工指令に基づいて工作機械を制御する数値制御装置 - Google Patents

スカイビング加工指令に基づいて工作機械を制御する数値制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】オペレータによるスカイビング加工のための加工プログラムの作成負荷を軽減させることが可能な数値制御装置を提供すること。【解決手段】本発明の数値制御装置１００は、加工プログラムから読み出したブロックがスカイビング加工指令であるか否かを判別する指令プログラム解析手段と、指令プログラム解析手段がスカイビング加工指令を判別した場合、スカイビング加工指令で指令される切削点の経路及び切削点の送り速度に基づいて、工具の経路及び送り速度を演算するスカイビング加工指令データ演算手段とを備え、スカイビング加工指令データ演算手段が演算した工具の経路及び送り速度に基づいて工作機械を制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、数値制御装置に関し、特にスカイビング加工指令を解析して工作機械を制御する数値制御装置に関する。
スカイビング加工とは、バイトを用いて工作物を削り加工する場合において工作物の接線方向にバイトを送ることにより工作物を切削する加工方法をいう（ＪＩＳ規格Ｂ０１０６ ０．２０９）。旋削機械におけるスカイビング加工では、回転しているワークの回転軸線に対して斜めに配置された直線刃を備えた工具を使用して、Ｙ軸が移動しながらワークの加工を行う（例えば、特許文献１）。
このようなスカイビング加工を、従来の数値制御装置により行う場合は、Ｚ軸の移動に合わせてＹ軸の移動を指令する必要がある。図６は、スカイビング加工を行う際のワークに対する切削加工の切削経路と、該切削経路に沿った切削加工を行う場合の工具の移動経路を示した図である。図６に示すように、スカイビング加工においては、ワークに対する切削加工の切削経路は回転軸方向（Ｚ軸方向）であるのに対して、工具は直線刃が向いている方向（直線刃のおおよそ垂直方向）に移動させて切削するため、工具経路は回転軸方向に対して傾いたＺ軸方向とＹ軸方向との合成ベクトルの向きとなる。
特許第３９８４０５２号公報
オペレータがスカイビング加工の加工プログラムを作成する場合、工具に図６に示す工具経路を取らせるために、切削送り指令などによりＺ軸とＹ軸の２軸を同時に指令するが、ワークと工具の接触点（切削点）はＹ軸の位置によって変化するため、指令した工具の経路と実際に加工が行われる箇所は一致しない。そのため、オペレータは希望の切削経路となるようにＺ軸とＹ軸の移動量を計算し、加工プログラムを作成しなければならず、オペレータにとって大きな負荷となっていた。
また、指令する送り速度はＺ軸とＹ軸の合成速度であり、さらにＹ軸の位置により切削点がＺ方向移動する性質もあるため、切削点の速度が希望の速度になるように指令することが困難であるという課題があった。
そこで本発明の目的は、オペレータによるスカイビング加工のための加工プログラムの作成負荷を軽減させることが可能な数値制御装置を提供することである。
本願の請求項１に係る発明は、加工プログラムに基づいて、回転するワークの回転対称面を工具により切削加工するスカイビング加工を行う工作機械を制御する数値制御装置において、前記加工プログラムにはスカイビング加工における切削点の移動経路を指定可能なスカイビング加工指令を含めることが可能であり、前記加工プログラムを解析し、前記加工プログラムから読み出したブロックが前記スカイビング加工指令であるか否かを判別する指令プログラム解析手段と、前記指令プログラム解析手段が前記スカイビング加工指令を判別した場合、前記スカイビング加工指令で指令される切削点の経路及び切削点の送り速度に基づいて、前記工具の経路及び送り速度を演算するスカイビング加工指令データ演算手段とを備え、前記スカイビング加工指令データ演算手段が演算した前記工具の実際の経路及び送り速度に基づいて前記工作機械を制御することを特徴とする数値制御装置である。
本願の請求項２に係る発明は、前記ワークの回転軸線に対する前記工具の角度を示す工具角度データ、および前記工具の有効刃先を示す工具有効刃先データを記憶する工具データ記憶手段を更に備え、前記スカイビング加工指令データ演算手段は、前記スカイビング加工指令で指令される切削点の経路及び切削点の送り速度と、前記工具データ記憶手段に記憶された前記工具角度データおよび工具有効刃先データとに基づいて前記工具の実際の経路及び送り速度を演算する、ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置である。
本願の請求項３に係る発明は、前記スカイビング加工指令は、スカイビング加工の繰返し動作を指令するスカイビング加工サイクル指令を含む、ことを特徴とする請求項１または２に記載の数値制御装置である。
本発明により、スカイビング加工における切削点の移動量と送り速度を加工プログラムで直接指令できるようになり、また、スカイビング加工でＹ軸を指令する必要がなくなるため、オペレータによるスカイビング加工のための加工プログラムの作成負荷が軽減される。
スカイビング加工に用いられる工具の概略図である。 本発明におけるスカイビング加工の工具経路及び送り速度の演算方法を説明する図である。 本発明の実施の形態における数値制御装置の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態における数値制御装置上で実行される処理のフローチャートである。 スカイビング加工における工具のサイクル動作を説明する図である。 スカイビング加工の切削経路と工具経路の関係を説明する図である。
以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。はじめに、本発明の技術的概要について説明する。
本発明においては、旋削機械における指令として、切削点の移動経路に関する指令データを直接指定可能なスカイビング加工指令を導入する。スカイビング加工指令は、例として以下のように指令する。
Ｇ０１ Ｚ＿ Ｆ＿；
Ｚ＿：スカイビング加工を行う切削点の移動量
Ｆ＿：スカイビング加工を行う切削点の送り速度
スカイビング加工指令は、スカイビング用の専用のＧコードを用意してもよいし、スカイビング用工具が選択された状態で上記のような切削送りＧ０１が指令された時に、自動でスカイビング加工指令を実行するようにしてもよい。
また、スカイビング加工指令を使用する際には、あらかじめ工具を加工開始位置に移動させた状態でスカイビング加工指令を指令するようにしてもよい。この時、Ｙ軸についてはスカイビング加工の開始位置（有効刃先の一端がＹ＝０となる位置）まで自動で移動するようにしてもよい。
本発明の数値制御装置は、このようなスカイビング加工指令が指令され、切削点の移動量と送り速度が指令された際に、これら指令データに基づいて工具経路と工具の送り速度を演算し、演算結果に基づいて工具を駆動制御する。
図１は、スカイビング加工に用いられる工具の概略図である。旋削機械におけるスカイビング加工指令において、工具はワークの回転軸方向（Ｚ軸方向）に対して直線刃を所定の角度θだけ傾けて設置される。また、直線刃の端から刃先長マージンＭに関しては切削に利用されず、刃先長Ｌから両端の刃先長マージンＭを除いた部分が有効刃先長Ｌｖとなる。
図１に示す工具を用いてスカイビング加工を行う際に、スカイビング加工指令により切削点の移動量Ｚｃと送り速度Ｆｃが指令された場合の切削経路と工具経路の関係を図２に示す。図に示すように、切削点の移動量がＺｃ、切削点の送り速度がＦｃとなるように工具を移動させる時の、工具のＺ軸方向の移動量をＺａ、工具のＹ軸方向の移動量をＹａ、工具のＺ軸方向とＹ軸方向の合成の送り速度をＦａとすると、それぞれの値は以下の数１式により求めることができる。
このようにして求めた工具のＺ軸方向の移動量Ｚａ、Ｙ軸方向の移動量Ｙａ、合成の送り速度Ｆａを用いて工具の移動を制御することによって、スカイビング加工を行うことができる。なお、工具の角度θ、有効刃先長Ｌｖなどの工具の工具データについては、制御対象となる工具が決まっている場合は固定値として実装してもよいが、あらかじめ数値制御装置に設定できるようにしておくことで、工具に合わせて適宜設定できるようにしてもよい。その際、有効刃先長Ｌｖは、刃先長マージンＭを変更することにより、自由に設定できる。
図３は、本発明の一実施の形態における数値制御装置の機能ブロック図である。なお、図３における太線矢印は、本発明で追加されたスカイビング加工指令を処理する際のデータの流れを示している。
本発明の数値制御装置１００は、指令プログラム解析手段１１０、補間手段１２０、サーボモータ制御部１３０、スカイビング加工指令データ演算手段１４０、工具データ記憶手段１５０を備えている。
指令プログラム解析手段１１０は、メモリ（図示せず）に記憶された加工プログラムの指令ブロックを順次読出し、読み出した指令ブロックを解析する。解析した結果、読み出したブロックが通常の指令である場合には通常通り解析結果に基づいて指令データを生成して補間手段１２０へと出力し、読み出したブロックがスカイビング加工指令のブロックである場合には、当該ブロックで指令される指令データをスカイビング加工指令データ演算手段１４０に出力する。
補間手段１２０は、指令プログラム解析手段１１０、またはスカイビング加工指令データ演算手段１４０が出力した指令データに基づいて、指令経路上の点を補間周期で補間計算した補間データを生成し、サーボモータ制御部１３０へ出力する。
サーボモータ制御部１３０は、補間手段１２０から入力された補間データに基づいてサーボモータ２００を駆動し、ワークと工具を相対的に移動させる。
スカイビング加工指令データ演算手段１４０は、指令プログラム解析手段１１０から入力されたスカイビング加工指令の指令データに基づいて数１式により工具経路、及び送り速度を演算し、演算結果に基づいて工具の指令データを生成して補間手段１２０へと出力する。本実施形態の数値制御装置１００では、工具に関する工具の角度や有効刃先長などの工具データを記憶する工具データ記憶手段１５０を設けており、スカイビング加工指令データ演算手段１４０は、工具データ記憶手段１５０から取得した工具データを用いて演算を行う。
なお、工具データ記憶手段１５０に記憶される工具データは、加工を開始する際に操作盤などの入力手段（図示せず）を介してオペレータが設定できるようにしてもよいし、加工プログラムの指令により設定できるようにしてもよい。また、工作機械に取り付けられた工具の工具データを自動的に取得して設定するようにしてもよい。
図４は、本発明の一実施の形態における数値制御装置１００において実行される処理のフローチャートである。図４において、白抜きの箱で表現されている処理は従来技術と同様の処理であり、網掛けの箱で表現されている処理は本発明において追加された処理を示している。
●［ステップＳＡ０１］指令プログラム解析手段１１０が、メモリ（図示せず）から加工プログラムの指令ブロックを読出す。
●［ステップＳＡ０２］指令プログラム解析手段１１０は、読み出した指令ブロックを解析し、スカイビング加工指令のブロックであるか否かを判定する。スカイビング加工指令のブロックである場合にはステップＳＡ０３へ進み、そうでない場合にはステップＳＡ０４へ進む。
●［ステップＳＡ０３］スカイビング加工指令データ演算手段１４０は、指令プログラム解析手段１１０から入力されたデータと、工具データ記憶手段１５０から取得したデータとに基づいて、数１式に従って工具経路及び工具の送り速度を演算する。
●［ステップＳＡ０４］補間手段１２０は、指令ブロックから生成された指令データに基づいて補間処理を行い、補間データに基づいてサーボモータ制御部がサーボモータの駆動制御を行う。
ここまで、スカイビング加工指令に基づいた数値制御装置１００の動作について説明してきたが、スカイビング加工は工具を繰返し動作させて連続して行われることも多い。そこで、本発明においては単一動作を指令するスカイビング加工指令に加えて、スカイビング加工のサイクル指令を導入する。スカイビング加工のサイクル指令は、例として以下のように指令する。
Ｇ９０ Ｘ＿ Ｚ＿ Ｆ＿；
Ｘ＿，Ｚ＿：スカイビング加工の切削終了点Ａ’
Ｆ＿：スカイビング加工を行う切削点の送り速度
本発明において、サイクルでスカイビング加工を行うように指令する場合には、あらかじめ工具を切削開始点Ａに移動した上で、上記したスカイビング加工のサイクル指令を用いて切削点における切削終了点Ａ’（Ｘ＿Ｚ＿）と切削送り速度Ｆを指令する。
図５は、スカイビング加工サイクル指令を実行した際における工具の動きを示す図である。図５（ａ）はＸ軸方向からワークを見た場合における工具の動きを示しており、図５（ｂ）は同じワークをＹ軸方向から見た場合における工具の動きを示している。図においてＡは切削開始点、Ａ’は切削終了点を表しており、＜１＞〜＜４＞は工具の動作を表している。以下に、工具の各動作について説明する。
●動作＜１＞：切削開始点ＡからＸ軸の指令座標値まで早送りで移動する。同時にＹ軸をスカイビング加工開始位置まで早送りで移動する。
●動作＜２＞：単一動作を指令するスカイビング加工指令の場合と同様に切削点の移動量と送り速度からＺ軸とＹ軸の移動を制御する。
●動作＜３＞：Ｘ軸の開始位置まで早送りで移動する。
●動作＜４＞：Ｚ軸とＹ軸の開始位置まで早送りで移動する。
このような、スカイビング加工サイクル指令を導入することにより、オペレータは容易にサイクルでのスカイビング加工を指令するプログラムを作成することが可能となる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例に限定されることなく、適宜の変更を加えることにより、その他の態様で実施することができる。例えば、図３の機能ブロック図の説明においてスカイビング加工指令データ演算手段１４０は独立した機能手段として説明しているが、指令プログラム解析手段に属する機能手段として実装してもよい。
１００ 数値制御装置
１１０ 指令プログラム解析手段
１２０ 補間手段
１３０ サーボモータ制御部
１４０ スカイビング加工指令データ演算手段
１５０ 工具データ記憶手段
２００ サーボモータ

Claims (3)

  1. 加工プログラムに基づいて、回転するワークの回転対称面を工具により切削加工するスカイビング加工を行う工作機械を制御する数値制御装置において、
    前記加工プログラムにはスカイビング加工における切削点の移動経路を指定可能なスカイビング加工指令を含めることが可能であり、
    前記加工プログラムを解析し、前記加工プログラムから読み出したブロックが前記スカイビング加工指令であるか否かを判別する指令プログラム解析手段と、
    前記指令プログラム解析手段が前記スカイビング加工指令を判別した場合、前記スカイビング加工指令で指令される切削点の経路及び切削点の送り速度に基づいて、前記工具の経路及び送り速度を演算するスカイビング加工指令データ演算手段とを備え、
    前記スカイビング加工指令データ演算手段が演算した前記工具の実際の経路及び送り速度に基づいて前記工作機械を制御する、
    ことを特徴とする数値制御装置。
  2. 前記ワークの回転軸線に対する前記工具の角度を示す工具角度データ、および前記工具の有効刃先を示す工具有効刃先データを記憶する工具データ記憶手段を更に備え、
    前記スカイビング加工指令データ演算手段は、前記スカイビング加工指令で指令される切削点の経路及び切削点の送り速度と、前記工具データ記憶手段に記憶された前記工具角度データおよび工具有効刃先データとに基づいて前記工具の実際の経路及び送り速度を演算する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
  3. 前記スカイビング加工指令は、スカイビング加工の繰返し動作を指令するスカイビング加工サイクル指令を含む、
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の数値制御装置。
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松永英男: "高精度化要求に応える歯車加工機と歯車加工の最新技術[機械編]内歯車の高速・高精度加工機グリーソンパワー", 機械技術, vol. 62, no. 6, JPN6016045048, 26 May 2014 (2014-05-26), JP, pages 47 - 49, ISSN: 0003444659 *

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