JP2018147030A - 工作機械の制御装置および工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】振動切削加工時に反力が発生しても当初想定した位置で加工する工作機械の制御装置および工作機械を提供する。【解決手段】ワークと切削工具１３０との相対的な回転と、ワークに対する切削工具の加工送り方向への往復移動とを制御する制御部１８１により、ワークの切削加工を実行する工作機械の制御装置１８０である。制御部は、切削加工による反力を受けた切削工具またはワークの変位量を打ち消すための、切削工具またはワークの位置補正量を設定する補間処理手段（補間処理部１９１で例示）と、往復移動における往動時の位置補正量と、往動時の位置補正量とは正負が逆方向の関係にある往復移動における復動時の位置補正量とを出力する振動制御手段（振動制御部１９２で例示）とを有する。【選択図】図５

Description

本発明は、工作機械の制御装置および工作機械に関する。

工具でワークを加工する場合、工具とワークとの接点には、工具からワークに力が加わると同時に、この力とは逆向きの力（反力）が工具に生じる。この反力によって工具の目標位置と実際位置との間にズレが生ずると、ワークの加工精度の低下を招く。そのため、例えば特許文献１には反力を検出し、この検出した反力に基づいて工具の変位量を求め、この変位量を打ち消して工具の位置を補正する技術が開示されている。

特開２０１３−１２３７５７号公報

ところで、振動切削加工、例えばワークを工具に対して往復移動させた切削加工においても、上記特許文献１と同様に、工具に生じた反力はワークの加工精度に影響を及ぼす。
しかしながら、この振動切削加工では、往動時と復動時とでは反力の発生方向が変わるので、それぞれ見合った補正をしなければ、工具の変位量を無くせない。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、振動切削加工時に反力が発生しても当初想定した位置で加工する工作機械の制御装置および工作機械を提供することを目的とする。

本発明は、第１に、ワークと切削工具との相対的な回転と、前記ワークに対する前記切削工具の加工送り方向への往復移動とを制御する制御部により、前記ワークの切削加工を実行する工作機械の制御装置であって、前記制御部は、前記切削加工による反力を受けた前記切削工具または前記ワークの変位量を打ち消すための、前記切削工具または前記ワークの位置補正量を設定する補間処理手段と、前記往復移動における往動時の前記位置補正量と、該往動時の前記位置補正量とは正負が逆方向の関係にある前記往復移動における復動時の前記位置補正量とを出力する振動制御手段とを有することを特徴とする。

第２に、前記補間処理手段が、前記ワークの径方向に沿った、前記切削工具または前記ワークの位置補正量を設定することを特徴とする。

第３に、前記補間処理手段が、前記切削加工による反力の大きさに応じて前記切削工具または前記ワークの位置補正量の大きさを変更することを特徴とする。

第４に、前記補間処理手段が、前記切削加工の開始から所定期間が経過するまで、あるいは、前記切削加工が終了する前の所定期間の間には、前記切削加工時の加工量によって変化する切粉の形状に基づく反力値の波形に応じて前記切削工具または前記ワークの位置補正量の大きさを変更することを特徴とする。

第５に、上記いずれかの工作機械の制御装置を備えた工作機械であることを特徴とする。

本発明は以下の効果を得ることができる。
（１）往動時には所定方向の位置補正量を命令し、復動時には、往動時の位置補正量とは正負が逆方向の関係にある位置補正量を命令するので、反力の発生方向に見合った補正が可能になる。よって、切削加工時に反力が発生しても当初想定した位置で加工可能になる。

（２）ワークの径方向に沿った切削工具またはワークの変位量を打ち消すことができるため、ワークの加工精度の向上を図ることができる。

（３）反力の大きさに応じて切削工具またはワークの位置補正量の大きさを変更するので、ワークの加工精度をより一層向上させることができる。

（４）切り込み始めでは切り込み量が大きくなるに連れて、反力値の波形は三角形状から台形状に変化し、一方、切り終わりでは切り込み量が小さくなるに連れて、反力値の波形は台形状の高さが低くなる。よって、反力値の波形に応じて切削工具の位置補正量を変更すれば、ワークの加工精度をより一層向上させることができる。

（５）切削加工時に反力が発生しても当初想定した位置で加工することが可能な工作機械を提供することができる。

本発明の一実施例による工作機械の概略を示す図である。 切削工具とワークとの関係を示す概略図である。 切削工具の往復移動および位置を説明する図である。 主軸のｎ回転目、ｎ＋１回転目、ｎ＋２回転目の各回転時の刃先経路の関係を示す図である。 制御装置の構成図である。 制御部による加工工程のフローチャートである。 指令位置を説明する図である。 指令位置を求めるためのテーブルを説明する図である。 制御部による他の加工工程のフローチャートである。 制御部による切り込み始めを説明する図である。 指令位置を説明する図である。 制御部による切り終わりを説明する図である。 指令位置を説明する図である。

以下、図面を参照しながら本発明の工作機械の制御装置および工作機械について説明する。図１に示すように、工作機械１００は、主軸１１０と、ワークＷを加工するバイト等の切削工具１３０と、制御装置１８０とを備えている。
主軸１１０の先端にはチャック１２０が設けられており、ワークＷはチャック１２０を介して主軸１１０に保持されている。主軸１１０は、主軸台１１０Ａに回転自在に支持され、例えば主軸台１１０Ａと主軸１１０との間に設けられた主軸モータ（例えばビルトインモータ）の動力によって回転する。

工作機械１００のベッドには、Ｚ軸方向送り機構１６０が設けられている。Ｚ軸方向送り機構１６０は、ベッドと一体のベース１６１と、ベース１６１に設置されたＺ軸方向ガイドレール１６２とを備えている。Ｚ軸方向ガイドレール１６２には、Ｚ軸方向送りテーブル１６３がＺ軸方向ガイド１６４を介してスライド自在に支持されている。
主軸台１１０ＡはＺ軸方向送りテーブル１６３に搭載され、主軸１１０の軸線方向はＺ軸方向ガイドレール１６２の延出方向と一致している。

リニアサーボモータ１６５は可動子１６５ａおよび固定子１６５ｂを有し、可動子１６５ａはＺ軸方向送りテーブル１６３に設けられ、固定子１６５ｂはベース１６１に設けられている。Ｚ軸方向送りテーブル１６３が、リニアサーボモータ１６５の駆動によってＺ軸方向ガイドレール１６２に沿って移動すると、主軸台１１０Ａが主軸１１０の軸線方向（図示のＺ軸方向）に移動し、主軸１１０がＺ軸方向に沿って移動する。

切削工具１３０は切削工具台１３０Ａに装着されている。
工作機械１００のベッドには、Ｘ軸方向送り機構１５０も設けられている。Ｘ軸方向送り機構１５０は、ベッドと一体のベース１５１と、ベース１５１に設置されたＸ軸方向ガイドレール１５２とを備えている。Ｘ軸方向ガイドレール１５２には、Ｘ軸方向送りテーブル１５３がＸ軸方向ガイド１５４を介してスライド自在に支持されている。
切削工具台１３０ＡはＸ軸方向送りテーブル１５３に搭載され、切削工具台１３０Ａの軸線方向はＸ軸方向ガイドレール１５２の延出方向と一致している。

リニアサーボモータ１５５は可動子１５５ａおよび固定子１５５ｂを有し、可動子１５５ａはＸ軸方向送りテーブル１５３に設けられ、固定子１５５ｂはベース１５１に設けられている。Ｘ軸方向送りテーブル１５３が、リニアサーボモータ１５５の駆動によってＸ軸方向ガイドレール１５２に沿って移動すると、切削工具台１３０Ａが、図示のＺ軸方向に対して直交するＸ軸方向に移動し、切削工具１３０がＸ軸方向に移動する。

なお、Ｙ軸方向送り機構を工作機械１００に設けてもよい。Ｙ軸方向は図示のＺ軸方向およびＸ軸方向に直交する方向である。Ｙ軸方向送り機構もリニアサーボモータによって駆動可能なＹ軸方向送りテーブルを有する。Ｘ軸方向送り機構１５０をＹ軸方向送り機構を介して工作機械１００のベッドに搭載すると、切削工具１３０をＸ軸方向に加えてＹ軸方向にも移動させることができる。Ｙ軸方向送り機構をＸ軸方向送り機構１５０を介して工作機械１００のベッドに搭載し、Ｙ軸方向送りテーブルに切削工具台１３０Ａを搭載してもよい。

主軸１１０の回転、および、Ｚ軸方向送り機構１６０、Ｘ軸方向送り機構１５０やＹ軸方向送り機構（以下、Ｚ軸方向送り機構１６０等と称する）の移動は、制御装置１８０で制御され、制御装置１８０は、主軸モータを駆動してワークＷと切削工具１３０とを相対的に回転させ、Ｚ軸方向送り機構１６０等を駆動してワークＷと切削工具１３０とを相対的に移動させる。

主軸台１１０Ａと切削工具台１３０Ａの両方が移動できるように説明したが、本発明はこの例に限定されない。主軸台１１０Ａをベッドに固定し、切削工具台１３０ＡをＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動可能にしてもよい。あるいは、切削工具台１３０Ａをベッドに固定し、主軸台１１０ＡをＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動可能にしてもよい。
Ｚ軸方向送り機構１６０等にリニアサーボモータを用いた例を挙げて説明したが、公知のボールネジとサーボモータを用いてもよい。

図２では、例えば、ワークＷが切削工具１３０に対して回転し、かつ、ワークＷが切削工具１３０に対してＺ軸方向に往復移動する例を示している。この場合には、主軸モータが本発明の回転手段に相当し、Ｚ軸方向送り機構１６０が本発明の振動手段に相当する。
制御装置１８０は、ワークＷをＺ軸の正方向に向けて所定の前進量で移動（往動）させた後、ワークＷをＺ軸の負方向に向けて所定の後退量で移動（復動）させる。これにより、図３に示すように、切削工具１３０をワークＷに対して前進量と後退量との差（進行量）だけ送ることができる。

上記では、ワークＷが切削工具１３０に対してＺ軸方向に往復移動する例を説明したが、Ｘ軸方向送り機構１５０やＹ軸方向送り機構、あるいは切削工具１３０用のＺ軸方向送り機構を含めた送り手段によって振動手段が構成され、主軸台１１０Ａと切削工具１３０とを往動移動および復動移動させることにより、ワークＷに対して切削工具１３０を振動させることができる。その場合、切削工具１３０は、振動手段を兼用した送り手段によって、ワークＷに対して送り方向に沿った振動を伴って送られ、ワークＷを加工することもできる。

切削工具１３０は、所定の切り込み量で図２に示したＸ軸方向に送られる。一方、ワークＷは、主軸モータにより、所定の方向に回転されるとともに、Ｚ軸方向送り機構１６０により往動と復動とを繰り返しながら、Ｚ軸の正方向に向けて送られており、ワークＷの１回転分、すなわち、主軸位相０°から３６０°まで変化する間の上記進行量の合計が送り量になる。
これにより、ワークＷの周面は、切削工具１３０によって正弦曲線状に加工される。図４は、ワークＷが１回転する間にワークＷが往復移動する回数（回転毎の振動回数Ｄともいう）が３．５（回／ｒ）の例を示す。

切削工具１３０で加工された、主軸１１０のｎ（ｎは１以上の整数）回転目におけるワークＷの周面形状（図４に実線で示す）と、主軸１１０のｎ＋１回転目におけるワークＷの周面形状（図４に破線で示す）とは、振動の位相が反転しており、主軸位相方向（図４のグラフの横軸方向）でずれている。詳しくは、各正弦曲線状の波形が逆になっているので、同じ主軸位相において、図４に破線で示したワークＷの周面形状の谷の最低点（切削工具１３０における山の最高点）の位置が、図４に実線で示したワークＷの周面形状の山の最高点（切削工具１３０における谷の最低点）の位置に対向している。

この結果、切削工具１３０の刃先軌跡は、今回の往復動時の切削加工部分と次回の復往動時の切削加工部分とが重複し、例えば主軸１１０のｎ＋１回転目におけるワークＷの周面形状に、主軸１１０のｎ回転目におけるワークＷの周面形状が含まれるので、切削工具１３０にはワークＷを加工しない空振り動作が生じる。この空振り動作時に、ワークＷから生じた切屑は分断されて切粉（chips）になる。このように、工作機械１００は切粉を生成しながらワークＷの外形を加工する。

回転毎の振動回数Ｄは、例えば１．１や１．２５（回／ｒ）等とすることができ、また１（回／ｒ）よりも小さな値に設定することもできる。振動回数Ｄを１（回／ｒ）よりも小さな値、例えば０．５に設定した場合、主軸１１０がＺ軸方向で１往復する間に、主軸１１０は２回転する。
本実施形態では、切削工具１３０に対してワークＷを回転させているが、切削工具１３０にドリル等を用いた場合、ワークＷを回転させてもよいし、ワークＷに対して切削工具１３０を回転させてもよい。

ここで、切削工具１３０でワークＷを加工する場合の加工反力および切削工具１３０の動きについて、ワークＷと切削工具１３０とが接している面の一点である接点Ｐを例として図２を用いて説明する。切削工具１３０とワークＷとの接点Ｐには、切削工具１３０からワークＷに力が加わると同時に、ワークＷの往動時には、図２に示すように、この力とは逆向きの切削抵抗（加工反力）Ｎ（矢印の図示は省略する）が生じ、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に分解したものが、それぞれ切削工具１３０に生じた背分力Ｎｘ（Ｘ軸の負方向の矢印で示す）、主分力Ｎｙ（紙面に対して奥行き方向、矢印の図示は省略する）、送り分力Ｎｚ（Ｚ軸の正方向の矢印で示す）となる。背分力Ｎｘ、主分力Ｎｙ、送り分力Ｎｚによって切削工具１３０が押し戻され、接点Ｐに目標位置と実際の位置とのズレが生じる。このうち、背分力Ｎｘで押し戻された切削工具１３０の変位量（目標位置と実際位置とのズレ）が、送り分力Ｎｚで押し戻されたそれよりも、ワークＷの加工精度を大きく低下させることがある。
一方、図示は省略するが、ワークＷの復動時には、往動時に受けた背分力Ｎｘが加工量の減少に応じて徐々に緩和されていき、切削工具１３０は、ワークＷと接しない空振りの状態へ移行していく。このとき、切削工具１３０の接点Ｐは、往動時とは正負が逆の方向に目標位置と実際の位置とのズレが生じる。

図５に示されるように、制御装置１８０は、制御部１８１、反力検出部１８２、記憶部１８３を有し、これらはバスを介して接続される。
制御部１８１は、ＣＰＵ等からなり、各モータの作動を制御するモータ制御部１９０と、切削工具１３０の位置補正量を設定する補間処理部１９１と、この位置補正量をＸ軸方向送り機構１５０に出力する振動制御部１９２とを備える。なお、補間処理部が本発明の補間処理手段に相当し、振動制御部が本発明の振動制御手段に相当する。

制御部１８１は、記憶部１８３の例えばＲＯＭに格納されている各種プログラムやデータをＲＡＭにロードし、各種プログラムを実行することにより、モータ制御部１９０、補間処理部１９１や振動制御部１９２を介して、工作機械１００の動作を制御することができる。
ワークＷの往復移動は、所定の指令周期Ｔに基づく振動周波数ｆで実行される。
制御部１８１が、例えば１秒間に２５０回の動作指令を送ることが可能であった場合、動作指令は１÷２５０＝４（ｍｓ）周期（基準周期ＩＴともいう）で出力可能である。一般的には、指令周期Ｔはこの基準周期ＩＴの整数倍である。

指令周期Ｔが例えば基準周期４（ｍｓ）の４倍の１６（ｍｓ）である場合、モータ制御部１９０は、ワークＷが１６（ｍｓ）毎に往復移動を実行するように、Ｚ軸方向送り機構１６０に駆動信号を出力する。この場合、ワークＷは振動周波数ｆ＝１／Ｔ＝１÷（０．００４×４）＝６２．５（Ｈｚ）で往復移動を行える。ワークＷを往復移動させるための振動周波数は、使用可能な限られた値（指令周波数ｆｃともいう）の中から選択される。

例えば加工プログラムから、制御部１８１が切削工具１３０の切削経路や振動条件を取得すると（図６のステップＳ１）、開始点、終了点、振動周波数ｆ、振動回数Ｄ等から振動波形を算出する（ステップＳ２）。例えば、図７（Ａ）に示すような、ワークＷの位置（Ｘ、Ｚ）を開始点（０，０）から終了点（０，１０）に移動させる直線加工の場合、図７（Ｂ）に示すような、ワークＷの前進（図２のＺ軸の正方向に移動）とワークＷの後退（図２のＺ軸の負方向に移動）とを繰り返して終了点に到達する振動波形を得ることができる。このワークＷの前進時と後退時に切削工具１３０と接触している期間が、主軸１１０（ワークＷ）のｎ回転目の加工領域とｎ＋１回転目の加工領域とが重複しない期間（ワークＷの削り時）に該当し、ワークＷの前進時と後退時に切削工具１３０と接触していない期間が、主軸１１０のｎ回転目の加工領域とｎ＋１回転目の加工領域とが重複する期間（切削工具１３０の空振り時）に該当する。

次に、切削工具１３０の変位量の係数を選択する（図６のステップＳ３）。
詳しくは、例えばひずみゲージを、切削工具１３０のチップブレーカを固定するシャンクに設置すれば、切削工具１３０に生ずる変位量の大きさや方向はシャンクの変形量から求めることが可能である。しかし、変位量の大きさは、シャンクの剛性やこのシャンクを保持するホルダーの剛性が高くなるに連れて小さくなる。このため、図８（Ａ）に示すようなシャンクの材質・サイズに応じた変位量を求めるためのテーブルや、図８（Ｂ）に示すようなホルダーの形状・材質に応じた変位量を求めるためのテーブルを用意する。

より具体的には、シャンクの材質が例えばＳＣＭ４４０、サイズが１０ｍｍ角の場合、例えば背分力に対する切削工具１３０の変位量を求めるときには、図８（Ａ）から係数０．１を選択する。また、ホルダーの形状がＡタイプ、材質が例えばＳ４５Ｃの場合に、背分力に対する切削工具１３０の変位量を求めるときには、図８（Ｂ）から係数０．１を選択する。

そして、ワークＷの加工を実行し（図６のステップＳ４）、モータ制御部１９０は、主軸回転数ＲでワークＷを回転させるとともに、基準周期ＩＴ毎に、リニアサーボモータ１６５に対して動作指令を出力し、ワークＷを動作指令による座標位置に追従させて振動周波数ｆで振動させる。
反力検出部１８２が反力を検出した場合（ステップＳ５のＹＥＳ）、補間処理部１９１が、ひずみゲージの測定値と図８で選択したシャンクやホルダーに関する係数とから、背分力を受けた切削工具１３０の変位量を求め、切削工具１３０の位置補正量を算出する（ステップＳ６）。

詳しくは、ワークＷの往動時には、図２で説明した接点Ｐで背分力Ｎｘを受けた切削工具１３０は、ワークＷの径方向（詳しくは、図２のＸ軸の負方向）に押されている。そこで、補間処理部１９１は、この切削工具１３０によるＸ軸の負方向への変位量を打ち消すために、Ｘ軸の正方向への切削工具１３０の位置補正量を設定している。一方、ワークＷの復動時には、接点Ｐで背分力Ｎｘを受けた切削工具１３０は、ワークＷの径方向（詳しくは、図２のＸ軸の正方向）に押されているので、補間処理部１９１は、この切削工具１３０によるＸ軸の正方向への変位量を打ち消すために、Ｘ軸の負方向への切削工具１３０の位置補正量を設定している。直線加工の場合、この切削工具１３０の位置補正量は一定値でよい。

次に、振動制御部１９２が、この補間処理部１９１で設定した切削工具１３０の位置補正量を、主軸１１０のｎ回転目の加工領域とｎ＋１回転目の加工領域とが重複する期間（切削工具１３０の空振り時）にはＸ軸方向送り機構１５０に出力せず、主軸１１０のｎ回転目の加工領域とｎ＋１回転目の加工領域とが重複しない期間（ワークＷの削り時）にのみ出力する（ステップＳ７）。
具体的には、モータ制御部１９０は、基準周期ＩＴ毎に、リニアサーボモータ１５５に対して動作指令を出力し、図７（Ｃ）に示すように、ワークＷの削り時には切削工具１３０の位置補正量（図２のＸ軸の正方向へ）を出力するのに対し、切削工具１３０の空振り時には切削工具１３０の位置補正量を出力しない。

切削工具１３０の位置補正量の算出や、Ｘ軸方向送り機構１５０への出力は、ワークＷの加工が終了した場合（ステップＳ８のＹＥＳ）、終了する。
このように、切削工具１３０がワークＷを削るタイミングでは、切削工具１３０の変位量を打ち消すように命令し、切削工具１３０がワークＷを削らない、空振りするタイミングでは変位量を打ち消すように命令しないので、切削加工に伴う切削工具１３０の変位量を確実に無くすことができる。
そして、ワークＷの往動時と復動時とでは、お互いに逆方向の関係にある位置補正量を命令するので、反力の発生方向に見合った補正が可能になる。よって、切削加工時に反力が発生しても当初想定した位置で加工可能になる。

また、ワークＷの径方向（図２のＸ軸の方向）に沿って生じた背分力Ｎｘが切削工具１３０を大きく変位させるが、切削工具１３０の位置補正量によって、ワークＷの径方向に沿った切削工具１３０の変位量を打ち消すことができるため、ワークＷの加工精度の向上を図ることができる。

ここで、図２では、Ｘ軸の負方向に押し戻されている切削工具１３０の例を挙げて説明した。しかし、本発明はこの例に限定されない。例えば中ぐり加工のように、ワークＷの往動時には、反力によって切削工具が例えばＸ軸の正方向に押し戻され、ワークＷの復動時には、Ｘ軸の負方向に押し戻されている場合、ワークＷの往動時にはＸ軸の負方向への切削工具の位置補正量を、ワークＷの復動時にはＸ軸の正方向への切削工具の位置補正量をそれぞれ出力してもよい。

さらに、図６では切削工具の変位量を実際の加工時（リアルタイム）に補正する例を挙げて説明したが、実際に加工する前（例えば試削り時）に補正してもよい。

詳しくは、まず、図６で示した例と同様に、切削工具１３０の切削経路や振動条件を取得し（図９のステップＳ１１）、振動波形を算出し（ステップＳ１２）、切削工具１３０の変位量の係数を選択する（ステップＳ１３）。
そして、ワークＷの試加工を実行し（ステップＳ１４）、ワークＷを回転させつつ、ワークＷを振動させ、反力を取得する（ステップＳ１５）。次いで、ひずみゲージの測定値と選択したシャンクやホルダーに関する係数とから、背分力を受けた切削工具１３０の変位量を求め、切削工具１３０の位置補正量を算出する（ステップＳ１６）。続いて、この位置補正量を予め入力した修正プログラムを作成し（ステップＳ１７）、この修正プログラムを用いてワークＷの加工を実行すればよい（ステップＳ１８）。

また、切削工具に生ずる変位量の大きさや方向は、ひずみゲージを用いて求めるものに限定されるものではなく、反力を受けた切削工具台１３０Ａの位置座標を読み出して求めることも可能である。
さらに、上記実施形態では、切削工具１３０に生じた反力に基づいて切削工具１３０の位置補正量を求める例で説明した。しかし、補間処理部１９１は、位置補正量を算出せずに、作業者が入力した加工パラメータや試加工によって取得した位置補正量を用いて作成した位置補正量テーブルに基づいて切削工具１３０の位置補正量を設定してもよい。

例えば、ワークＷの材質（硬さを含めてもよい）、加工前のワーク径、チップブレーカの形状、ホルダーの形状・材質を制御装置１８０に入力し、また、切削工具１３０の切削経路（開始点、終了点、直線補間や円補間）や切り込み量等を設定し、切削工具１３０でワークＷを加工した場合の負荷（切削抵抗（反力値）Ｆともいう）を算出する。
この反力値Ｆ（Ｎ）は、比切削抵抗ｋｃ（Ｎ／ｍｍ²）、切り込み量ａｐ（ｍｍ）、送り量ｆ’（ｍｍ／ｒｅｖ）とすると、Ｆ＝ｋｃ×ａｐ×ｆ’で求めることができる。なお、この式とは異なる公知の式で求めることも可能である。

次に、図示は省略するが、チップブレーカの形状、切り込み量や送り量に応じた変位量を求めるためのテーブルを用意し、反力値の算出値とチップブレーカの形状、切り込み量や送り量に関する係数とから、例えば背分力の大きさを求める。
続いて、図８（Ｂ）で説明したようなホルダーの形状・材質に応じた変位量を求めるためのテーブルを用意し、求めた背分力の大きさとホルダーの形状・材質に関する係数とから、背分力を受けた切削工具１３０の変位量を求め、切削工具１３０の位置補正量を算出してもよい。

なお、上記のように、切削工具の位置補正量は計算値であり、例えば、チップブレーカやホルダーの取り付け誤差や、チップブレーカの摩耗などによって、実際に必要な位置補正値との間に誤差が生ずることも考えられる。そのため、補正量のオフセット値を別途入力できるようにしてもよい。

ところで、上記の実施形態では、図７（Ｃ）で説明したように、切削工具１３０の位置補正量を一定値に設定した。しかし、テーパ加工の場合や円弧加工の場合には、加工の進行に応じて反力値の大きさが変わるので、反力値の変更に応じて切削工具の位置補正量も変更した方が好ましい。
また、テーパ加工や円弧加工の場合には、切削工具の位置補正量は、ワークＷの径方向に加え、ワークＷの送り方向に対しても求めてもよい。詳しくは、この場合のワークＷは、その送り方向（図２のＺ軸方向）と径方向（図２のＸ軸方向）を合わせた方向に往復移動するので、切削工具１３０は、例えばワークＷの往動時には、図２の接点Ｐで背分力Ｎｘを受けてＸ軸の負方向に押し戻されるとともに、送り分力Ｎｚを受けてＺ軸の正方向に押し戻されるからである。よって、この場合、Ｘ軸の正方向への切削工具１３０の位置補正量を求めて出力し、さらに、この切削工具１３０によるＺ軸の正方向への変位量を打ち消すために、Ｚ軸の負方向への切削工具１３０の位置補正量を求めて出力する。なお、ワークＷの復動時の位置補正量は、ワークＷの往動時とは正負が逆方向の関係になる。

また、ワークＷの例えば１回転目と２回転目とでは切削工具１３０とワークＷとの加工量が異なって、切削工具１３０に生ずる反力の大きさが変わる場合がある。このため、例えば反力が大きくなるに連れて切削工具の位置補正量を次第に大きくし、反力が小さくなるに連れて切削工具の位置補正量を次第に小さくしてもよい。

さらに、切削加工の開始から所定期間が経過するまで（切り込み始めともいう）、あるいは、切削加工が終了する前の所定期間の間（切り終わりともいう）には、切削加工による反力値の波形に応じて切削工具の位置補正量の大きさを変更することもできる。
詳しくは、図１０（Ａ）〜（Ｄ）は切り込み始めを説明する図であり、切削工具１３０とワークＷとが未だ接触していない状態から図１０（Ａ）〜（Ｄ）の順に、切削工具１３０とワークＷとの加工量が大きくなるとともに切粉の形状も変化している。

まず、切削工具１３０がｎ回転目のワークＷに僅かに接触した場合（加工量（切粉の形状２００ａ）を図１０（Ａ）にハッチングで示す）、その反力値は略三角形状の小さな山形で現れる。
次に、切削工具１３０が前進したｎ回転目のワークＷに接触すると（加工量（切粉の形状２００ｂ）を図１０（Ｂ）にハッチングで示す）、その反力値の波形はやや大きな山形で現れる。
続いて、切削工具１３０がｎ＋１回転目のワークＷに接触すると（加工量（切粉の形状２００ｃ）を図１０（Ｃ）にハッチングで示す）、その反力値はより大きな山形で現れ、次いで、切削工具１３０がｎ＋２回転目のワークＷに接触すると（加工量（切粉の形状２００ｄ）を図１０（Ｄ）にハッチングで示す）、切り込み量がより大きくなるので、その反力値は略台形状で現れる。その後、この切り込み量を維持すると、反力値は略台形状で現れ続ける。

このように、切り込み始めでは、切り込み量が大きくなるに連れて、反力値の波形は略三角形状から台形状に変化する。よって、一定の振動周波数で直線加工した場合、図１１（Ａ）に示すような、ワークＷの前進と後退を同じように繰り返す振動波形が得られていても、図１１（Ｂ）に示すように、切り込み量が大きくなるに連れて切削工具の位置補正量を大きな値に変更すれば、反力値に対応した位置補正量が得られるので、ワークの加工精度をより一層向上させることができる。

一方、図１２（Ａ）〜（Ｄ）は切り終わりを説明する図であり、切削工具１３０とワークＷとが大きく接触している状態から図１２（Ａ）〜（Ｄ）の順に、切削工具１３０とワークＷとの加工量が小さくなるとともに切粉の形状も変化している。
まず、切削工具１３０がｎ回転目のワークＷに接触した場合（加工量（切粉の形状２０１ａ）を図１２（Ａ）にハッチングで示す）、その反力値は略台形状で現れる。

次に、切削工具１３０が前進したｎ回転目のワークＷに接触すると（加工量（切粉の形状２０１ｂ）を図１２（Ｂ）にハッチングで示す）、終了点付近に到達していて切削量が減っているので、その反力値の波形はやや小さな略台形状で現れる。
続いて、終了点に合わせるために前進量をさらに減らしたｎ＋１回転目のワークＷに接触すると（加工量（切粉の形状２０１ｃ）を図１２（Ｃ）にハッチングで示す）、その反力値はより小さな略台形状で現れ、次いで、終了点に合わせたｎ＋２回転目のワークＷに接触すると（加工量（切粉の形状２０１ｄ）を図１２（Ｄ）にハッチングで示す）、切り込み量が非常に小さくなるので、その反力値は潰れた略台形状で現れる。

このように、切り終わりでは切り込み量が小さくなるに連れて、反力値の波形は台形状の高さが低くなる。よって、図１３（Ｂ）に示すように、切り込み量が小さくなるに連れて切削工具の位置補正量を小さな値に変更すれば、反力値に対応した位置補正量が得られるので、ワークの加工精度をより一層向上させることができる。
また、図１３（Ａ）に示すように、切り終わりにおけるワークＷの前進量は次第に減少さし、終了点を大きく越えることなく終了点に到達させるので、この点もワークの加工精度の向上に貢献する。

また、上記実施形態では、切削工具の変位量を打ち消す例で説明した。しかし、例えばシャンクやホルダーがワークＷよりも高剛性の場合、ワークＷの往動時には、図２の接点Ｐに切削抵抗（加工反力）が生じ、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に分解したものが、それぞれワークＷに生じた背分力（Ｘ軸の正方向）、主分力（紙面に対して手前方向）、送り分力（Ｚ軸の負方向）となる。一方、ワークＷの復動時には、往動時に受けた背分力Ｎｘが加工量の減少に応じて徐々に緩和されていき、切削工具は、ワークＷと接しない空振りの状態へ移行していく。このとき、接点Ｐは、往動時とは正負が逆の方向に目標位置と実際の位置とのズレが生じる。よって、本発明は、ワークの変位量を打ち消すための、ワークの位置補正量を設定して出力する場合にも適用される。

１００ ・・・ 工作機械
１１０ ・・・ 主軸
１１０Ａ・・・ 主軸台
１２０ ・・・ チャック
１３０ ・・・ 切削工具
１３０Ａ・・・ 切削工具台
１５０ ・・・ Ｘ軸方向送り機構
１５１ ・・・ ベース
１５２ ・・・ Ｘ軸方向ガイドレール
１５３ ・・・ Ｘ軸方向送りテーブル
１５４ ・・・ Ｘ軸方向ガイド
１５５ ・・・ リニアサーボモータ
１５５ａ・・・ 可動子
１５５ｂ・・・ 固定子
１６０ ・・・ Ｚ軸方向送り機構
１６１ ・・・ ベース
１６２ ・・・ Ｚ軸方向ガイドレール
１６３ ・・・ Ｚ軸方向送りテーブル
１６４ ・・・ Ｚ軸方向ガイド
１６５ ・・・ リニアサーボモータ
１６５ａ・・・ 可動子
１６５ｂ・・・ 固定子
１８０ ・・・ 制御装置
１８１ ・・・ 制御部
１８２ ・・・ 反力検出部
１８３ ・・・ 記憶部
１９０ ・・・ モータ制御部
１９１ ・・・ 補間処理部
１９２ ・・・ 振動制御部

Claims (5)

1. ワークと切削工具との相対的な回転と、前記ワークに対する前記切削工具の加工送り方向への往復移動とを制御する制御部により、前記ワークの切削加工を実行する工作機械の制御装置であって、
   前記制御部は、
   前記切削加工による反力を受けた前記切削工具または前記ワークの変位量を打ち消すための、前記切削工具または前記ワークの位置補正量を設定する補間処理手段と、
   前記往復移動における往動時の前記位置補正量と、該往動時の前記位置補正量とは正負が逆方向の関係にある前記往復移動における復動時の前記位置補正量とを出力する振動制御手段とを有する、工作機械の制御装置。
2. 前記補間処理手段が、前記ワークの径方向に沿った、前記切削工具または前記ワークの位置補正量を設定する、請求項１に記載の工作機械の制御装置。
3. 前記補間処理手段が、前記切削加工による反力の大きさに応じて前記切削工具または前記ワークの位置補正量の大きさを変更する、請求項１または２に記載の工作機械の制御装置。
4. 前記補間処理手段が、前記切削加工の開始から所定期間が経過するまで、あるいは、前記切削加工が終了する前の所定期間の間には、前記切削加工時の加工量によって変化する切粉の形状に基づく反力値の波形に応じて前記切削工具または前記ワークの位置補正量の大きさを変更する、請求項１または２に記載の工作機械の制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の工作機械の制御装置を備えた工作機械。

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