JP2017151633A - スカイビング加工におけるテーパ加工でのテーパ角補正機能を有する数値制御装置 - Google Patents

スカイビング加工におけるテーパ加工でのテーパ角補正機能を有する数値制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】旋削機械を用いたスカイビング加工におけるテーパ加工で指令したテーパ角度と実際に加工されるテーパ角度とが一致するように制御する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１は、工具が備える直線刃の傾きの情報及び直線刃の長さの情報を含む工具データを記憶する工具データ記憶部１４と、プログラムから指令ブロックを読み出して解析し、指令ブロックにより指令される工具の各軸の移動量を示す指令データを生成して出力する指令ブロック解析部１０と、テーパ加工を行う際に、工具データ記憶部１４に記憶された工具データに基づいて、実際に加工されるテーパ角が指令ブロックにより指令されるテーパ角と一致するように指令経路を補正する補正量を算出し、指令ブロック解析部１０が出力する指令データを補正量に基づいて補正した補正後指令データを出力する工具移動量補正部１１と、を備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、数値制御装置に関し、特にスカイビング加工におけるテーパ加工でのテーパ角補正機能を有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、ＹＺ平面において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、Ｚ軸及びＹ軸を移動させながら加工を行う（例えば、特許文献１）。
旋削機械におけるスカイビング加工において、テーパ加工を行った場合、図７に示すように、Ｚ軸及びＹ軸の移動に合わせてＸ軸を同時に送って斜めの指令にすればテーパ形状の加工を行うことができる。
特許第３９８４０５２号公報
しかしながら、旋削機械におけるスカイビング加工では、切削開始時と終了時でワークと接触する直線刃の位置（切削点）が変化すため、図８に示すように、切削経路におけるＺ軸の移動量は、プログラム指令により指令される工具のＺ軸の移動量よりも大きくなる（なお、図８は見やすくするためにＸ軸方向の縮尺を大きくして描画している）。したがって、プログラム指令によるＺ軸の移動量に基づいてプログラム指令によるＸ軸の移動量を単純に定めた場合、実際の切削経路におけるテーパ角θrは、プログラム指令によるＸ軸の移動量とＺ軸の移動量とで定まるテーパ角θcmdと一致しないという問題がある。
また、図９に示すように、工具が取付け誤差等により傾いている場合、切削開始時と切削終了時とで切削点のＸ軸座標上の位置が変化する。そのため、上記したプログラム指令によるＺ軸の移動量と切削経路におけるＺ軸の移動量との違いに基づくテーパ角の変化に加えて、切削開始時と切削終点時とでの切削点のＸ軸座標上の位置の変化によっても加工後のテーパ角度が変化するという問題がある。
そこで本発明の目的は、旋削機械を用いたスカイビング加工におけるテーパ加工で指令したテーパ角度と実際に加工されるテーパ角度とが一致するように制御する数値制御装置を提供することである。
本発明の数値制御装置は、旋削機械を用いたスカイビング加工においてテーパ加工を行う際に、切削開始時と切削終了時とで直線刃とワークが接触する切削点の位置が変化しても、指令されたテーパ角度になるにように工具経路を補正し、かつ、工具の傾きによるＸ軸方向のずれを補正する機能を備える。
そして、本願の請求項１に係る発明は、第１軸を中心に回転するワークと、前記第１軸と前記第１軸に直交する第２軸とを含む平面に略平行かつ前記第１軸に対して傾きを持つ直線刃を備えた工具とを、前記第１軸の軸方向と、前記第２軸の軸方向と、前記第１軸および前記第２軸の両方に直交する第３軸の軸方向とに相対移動させることにより切削加工するスカイビング加工を行う機械をプログラムに従って制御する数値制御装置において、少なくとも前記直線刃の前記第１軸に対する前記傾きの情報及び前記直線刃の長さの情報を含む工具データを記憶する工具データ記憶部と、前記プログラムから指令ブロックを読み出して解析し、前記指令ブロックにより指令される前記工具の各軸の移動量を示す指令データを生成して出力する指令ブロック解析部と、前記指令ブロックが、前記ワークの加工面が前記第１軸に対して前記第１軸と前記第３軸とを含む平面上において両者が為す角度であるテーパ角を取るように加工するテーパ加工を指令する指令ブロックである場合、少なくとも前記工具データ記憶部に記憶された工具データに基づいて、実際に加工されるテーパ角が前記指令ブロックにより指令されるテーパ角と一致するように前記移動量を補正する補正量を算出し、前記指令ブロック解析部が出力する前記指令データを前記補正量に基づいて補正した補正後指令データを出力する工具移動量補正部と、前記指令データまたは前記補正後指令データに基づいて補間処理を実行し、補間周期毎の補間データを生成して出力する補間部と、を備えた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、前記補正量は、前記テーパ加工を指令するブロックにおける、前記工具の前記第１軸の軸方向の移動量と、前記工具の前記第３軸の軸方向の移動量と、前記工具データとに基づいて算出される、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、前記工具データは、前記第１軸と前記第２軸とを含む平面に対する前記直線刃の傾きに係る情報を含む、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、旋削機械を用いたスカイビング加工において、テーパ加工を行う場合、切削開始時と終了時で直線刃とワークが接触する位置が変化しても、指令されたテーパ角度どおりの加工できる。また、工具の傾きによるＸ軸方向のずれも解消される。以上より、旋削機械におけるスカイビング加工において、テーパを正確に加工することができる。
本発明におけるプログラム指令の工具経路の補正方法を説明する図である。 工具の傾きを検出する方法について説明する図である。 補正量Ｘofs1の算出方法について説明する図である。 補正量Ｘofs2の算出方法について説明する図である。 本発明の数値制御装置上で実行される旋削機械を用いたスカイビング加工においてテーパ加工を行う際の１指令ブロックの実行処理のフローチャートである。 本発明の一実施形態による数値制御装置の概略的な機能ブロック図である。 旋削機械を用いたスカイビング加工におけるテーパ加工について説明する図である。 スカイビング加工におけるテーパ加工でのテーパ角の変化について説明する図である。 工具の傾き誤差に基づくテーパ角の変化について説明する図である。
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
本発明の数値制御装置は、旋削機械を用いたスカイビング加工においてテーパ加工を行う際に、プログラム指令により指令される指令距離と実際に工具により加工される切削距離とのずれが原因で生じるテーパ角のずれを補正するための補正量を算出する。
図１は、本発明の数値制御装置によるプログラム指令の工具経路の補正について説明する図である（なお、図１は見やすくするためにＸ軸方向の縮尺を大きくして描画している）。図８に示したように、旋削機械を用いたスカイビング加工においてテーパ加工では、プログラム指令によるＺ軸の移動量に比べて実際の切削経路におけるＺ軸の移動量が長くなり、プログラム指令によるＸ軸の移動量とＺ軸の移動量とで定まるテーパ角θcmdと実際の切削経路におけるテーパ角θrとが一致しなくなるため、図１に示すように、実際の切削経路におけるテーパ角がテーパ角θcmdと一致するテーパ角θrofs1となるようにプログラム指令によるＸ軸の移動量を補正するための補正量Ｘofs1を求める。
また、図２に示すように、旋削機械を用いたスカイビング加工におけるテーパ加工を開始する前にタッチプルーブ等のセンサを用いて工具の傾きを測定し、測定した工具の傾きに基づいてＸ方向のずれの補正量Ｘofs2を求める。
そして、補正量Ｘofs1を加算し補正量Ｘofs2を減算することにより工具の移動経路を補正する。
＜補正量Ｘofs1の算出方法＞
図３は、補正量Ｘofs1の算出方法について説明する図である（なお、図３は見やすくするためにＸ軸方向の縮尺を大きくして描画している）。本発明の数値制御装置では、旋削機械を用いたカイビング加工においてテーパ加工を行う前に、予めＹ軸方向の工具の傾きαと工具の刃先長Ｌとを測定しておく。そして、プログラム指令のＸ軸移動量ＸcmdとＺ軸移動量Ｚcmdより、指令どおりのテーパ量にするため、Ｘ軸の補正移動量Ｘofs1を以下の数１式を用いて算出する。
そして、スカイビング工具が選択されている切削送りの加工ブロックにおいて、プログラム指令より求めるＸ軸の補正移動量Ｘofs1に基づいてＸ軸の補正パルスを作成し、切削送りの加工ブロックのＸ軸の指令パルスにＸ軸の補正パルスを加算して出力する。指令パルスに加算するこのＸ軸の補正パルスにより、テーパを正確に加工することができる。
＜補正量Ｘofs2の算出方法＞
図４は、補正量Ｘofs2の算出方法について説明する図である（なお、図４は見やすくするためにＸ軸方向の縮尺を大きくして描画している）。本発明の数値制御装置では、旋削機械を用いたスカイビング加工においてテーパ加工を行う前に、タッチプルーブ等のセンサを用いて予め工具の切削開始点に対する切削終了点のＸ軸方向への傾き誤差Ｅｒｒ（＝Ｘofs2）を測定しておく。そして、計測で得られたＸ軸方向への傾き誤差Ｅｒｒ（＝Ｘofs2）を数値制御装置のメモリに記憶する。
そして、スカイビング工具が選択されている切削送りの加工ブロックにおいて、プログラム指令より求めるＸ軸の補正移動量Ｘofs1から数値制御装置のメモリに記憶した傾き誤差Ｅｒｒから算出した補正量Ｘofs2を減算した合成補正量を算出した上で、算出した合成補正量に基づいてＸ軸の補正パルスを作成し、切削送りの加工ブロックのＸ軸の指令パルスからこの補正パルスを加算して出力する。指令パルスに加算するこのＸ軸の補正パルスにより、スカイビング加工において、工具の直線刃のＸ軸方向への傾きがある場合でも、テーパを正確に加工することができる。
図５は、本発明の数値制御装置上で実行される旋削機械を用いたスカイビング加工においてテーパ加工を行う際の１指令ブロックの実行処理のフローチャートである。
●［ステップＳＡ０１］数値制御装置は、指令ブロックを読み出す。
●［ステップＳＡ０２］数値制御装置は、ステップＳＡ０１で読み出した指令ブロックの実行を開始する。
●［ステップＳＡ０３］数値制御装置は、実行を開始する指令ブロックが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ＳＡ０５へ処理を移行し、そうでない場合にはステップＳＡ０４へ処理を移行する。
●［ステップＳＡ０４］数値制御装置は、ステップＳＡ０２で実行を開始した指令ブロックに基づいて算出した指令パルスを工具の移動に合わせてモータへと出力する。
●［ステップＳＡ０５］数値制御装置は、工具の現在位置が切削開始点から切削終了点の間にあるか否かを判定する。工具の現在位置が切削開始点から切削終了点の間にある場合にはステップＳＡ０６へ処理を移行し、そうでない場合にはステップＳＡ０４へ処理を移行する。
●［ステップＳＡ０６］数値制御装置は、上記した算出方法により補正量Ｘofs1と補正量Ｘofs2とを算出し、算出した補正量に基づいて合成補正パルスを算出する。
●［ステップＳＡ０７］数値制御装置は、ステップＳＡ０２で実行を開始した指令ブロックに基づいて算出した指令パルスと、ステップＳＡ０６で算出した補正パルスとを工具の移動に合わせてモータへと出力する。
●［ステップＳＡ０８］数値制御装置は、指令ブロックの実行が終了したかを判定する。指令ブロックの実行が終了した場合には本処理を終了し、終了していない場合にはステップＳＡ０５へ処理を移行する。
図６は本発明の一実施形態による数値制御装置の概略的な機能ブロック図である。本実施形態の数値制御装置１は、指令ブロック解析部１０、工具移動量補正部１１、補間部１２、サーボ制御部１３、工具データ記憶部１４を備える。
指令ブロック解析部１０は、プログラムから指令ブロックを順次読み出して解析する。解析した結果、当該指令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工具移動量補正部１１に対して当該指令ブロックにより指令される工具の移動量の補正をするように指令し、当該指令ブロックがスカイビング加工指令のブロック以外の指令である場合には当該指令ブロックにより指令される工具の移動量に基づいた補間処理を行うように補間部１２へと指令する。
工具移動量補正部１１は、指令ブロック解析部１０からの指令を受けて、上記した算出手法により補正量Ｘofs1を算出する。工具移動量補正部１１は、補正量Ｘofs1を算出する際に、工具データ記憶部１４に予め記憶されているＹ軸方向の工具の傾きαと工具の刃先長Ｌとのデータを使用する。工具データ記憶部１４に記憶されているデータは、オペレータが測定した値を図示しない入力手段などを用いて入力して記憶させるようにしても良いし、センサなどを用いて測定された値を入力して記憶するように構成しても良い。
工具移動量補正部１１は、工具データ記憶部１４に工具の切削開始点に対する切削終了点のＸ軸方向への傾き誤差Ｅｒｒが記憶されている場合には、更に傾き誤差Ｅｒｒに基づいて算出した補正量Ｘofs2を算出し、上記した補正量Ｘofs1から補正量Ｘofs2を減算することにより合成補正量を算出する。
そして、工具移動量補正部１１は、指令ブロック解析部１０が解析した指令ブロックで指令される工具の移動量に対して上記した補正量に基づく補正を行い、補正後の工具の移動量に基づいた補間処理を行うように補間部１２へと指令する。
補間部１２は、指令ブロック解析部１０または工具移動量補正部１１からの指令に基づいて、指令ブロックにより指令される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て、サーボ制御部１３へ出力する。
サーボ制御部１３は、補間部１２から入力された補間データに基づいて機械に備え付けられた各サーボモータ２を駆動し、ワークと工具を相対的に移動させる。
従来、スカイビング加工を行う場合は、スカイビング加工を実現するようにＮＣプログラム指令する。これに対して、本発明のスカイビング加工指令の場合、図６の太線矢印の流れで示されるように、指令ブロック解析部１０においてスカイビング指令の実行を判定し、工具移動量補正部１１で、事前に計測した工具の直線刃のＸ軸方向とＹ軸方向の傾き、刃先長Ｌと指令された移動量から補正パルスを演算し、補間部１２に出力する。なお、本発明の工具移動量補正部１１は、指令ブロック解析部の副機能手段として実装しても良い。
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のみ限定されるものでなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
１ 数値制御装置
２ サーボモータ
１０ 指令ブロック解析部
１１ 工具移動量補正部
１２ 補間部
１３ サーボ制御部
１４ 工具データ記憶部

Claims (3)

  1. 第１軸を中心に回転するワークと、前記第１軸と前記第１軸に直交する第２軸とを含む平面に略平行かつ前記第１軸に対して傾きを持つ直線刃を備えた工具とを、前記第１軸の軸方向と、前記第２軸の軸方向と、前記第１軸および前記第２軸の両方に直交する第３軸の軸方向とに相対移動させることにより切削加工するスカイビング加工を行う機械をプログラムに従って制御する数値制御装置において、
    少なくとも前記直線刃の前記第１軸に対する前記傾きの情報及び前記直線刃の長さの情報を含む工具データを記憶する工具データ記憶部と、
    前記プログラムから指令ブロックを読み出して解析し、前記指令ブロックにより指令される前記工具の各軸の移動量を示す指令データを生成して出力する指令ブロック解析部と、
    前記指令ブロックが、前記ワークの加工面が前記第１軸に対して前記第１軸と前記第３軸とを含む平面上において両者が為す角度であるテーパ角を取るように加工するテーパ加工を指令する指令ブロックである場合、少なくとも前記工具データ記憶部に記憶された工具データに基づいて、実際に加工されるテーパ角が前記指令ブロックにより指令されるテーパ角と一致するように前記移動量を補正する補正量を算出し、前記指令ブロック解析部が出力する前記指令データを前記補正量に基づいて補正した補正後指令データを出力する工具移動量補正部と、
    前記指令データまたは前記補正後指令データに基づいて補間処理を実行し、補間周期毎の補間データを生成して出力する補間部と、
    を備えたことを特徴とする数値制御装置。
  2. 前記補正量は、前記テーパ加工を指令するブロックにおける、前記工具の前記第１軸の軸方向の移動量と、前記工具の前記第３軸の軸方向の移動量と、前記工具データとに基づいて算出される、
    ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
  3. 前記工具データは、前記第１軸と前記第２軸とを含む平面に対する前記直線刃の傾きに係る情報を含む、
    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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