JP2018181100A - 揺動切削を行う工作機械の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】工具が加工開始位置から逆方向に移動してワークに切込みが生じるのを防ぐ。【解決手段】工作機械（１０）の制御装置（２０）は、主軸の回転速度および少なくとも一つの送り軸の位置指令に基づいて、回転速度に対して正の非整数倍になるように且つ工具がワークを断続切削するように、少なくとも一つの送り軸の揺動指令を作成する揺動指令作成部（２３）と、揺動指令を送り軸の位置を用いて補正する揺動指令補正部（２４）と、位置指令と送り軸の検出位置との間の位置偏差に揺動指令補正部により補正された揺動指令を加算する加算部（２６）とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、ワークを揺動切削する工作機械の制御装置に関する。

工作機械の工具によりワークを加工する際に切屑が連続して発生すると、切屑が工具に絡まる場合がある。このため、ワークを断続切削するように工具を揺動させる技術が知られている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。

特許第５０３３９２９号公報 特許第５１３９５９２号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２では所定の加工開始位置およびその近傍において断続切削することまでは考慮されていない。従って、加工開始位置およびその近傍において切削工具が揺動すると、切削工具が加工開始位置から切削工具の送り方向とは逆方向に移動してしまうという問題が生じる。このため、ワークの形状によっては、加工開始位置近傍において、ワークに切込みが生じる可能性がある。

それゆえ、工具が加工開始位置よりも工具の送り方向とは逆方向に移動するのを防止することのできる工作機械の制御装置が望まれている。

本開示の１番目の態様によれば、ワークの外周面または内周面を工具により切削加工する工作機械の制御装置であって、前記ワークおよび前記工具を前記ワークの回転軸線周りに相対的に回転させる主軸と、前記ワークの前記外周面または内周面の母線に沿って前記工具および前記ワークを相対的に送る少なくとも一つの送り軸と、該送り軸の位置を検出する位置検出部と、前記主軸の回転速度および前記少なくとも一つの送り軸の位置指令に基づいて、前記回転速度に対して正の非整数倍になるように且つ前記工具が前記ワークを断続切削するように、前記少なくとも一つの送り軸の揺動指令を作成する揺動指令作成部と、該揺動指令作成部により作成された前記揺動指令を前記位置検出部により検出された前記少なくとも一つの送り軸の位置を用いて補正する揺動指令補正部と、前記位置指令と前記位置検出部により検出された前記少なくとも一つの送り軸の検出位置との間の位置偏差に前記揺動指令補正部により補正された揺動指令を加算する加算部と、を具備する、制御装置が提供される。

１番目の態様においては、揺動指令を送り軸の実際の位置を用いて補正しているので、工具が加工開始位置よりも工具の送り方向とは逆方向に移動するのを抑えられる。従って、ワークに切込みが生じるのを防止できる。

添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれら目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明解になるであろう。

第一の実施形態に基づく制御装置を含むシステムの図である。 第一のワークの断面図である。 第二のワークの断面図である。 第三のワークの断面図である。 第四のワークの断面図である。 典型的な実施形態に基づく制御装置の動作を示すフローチャートである。 第二の実施形態に基づく制御装置を含むシステムの図である。 送り量と回転角度との関係を示す図である。 従来技術における時間と工具の位置との関係を示す図である。 第一の実施形態における時間と工具の位置との関係を示す図である。 他の実施形態に基づく制御装置の動作を示すフローチャートである。 さらに他の実施形態に基づく制御装置の動作を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。また、図面に示される形態は本発明を実施するための一つの例であり、本発明は図示された形態に限定されるものではない。
図１は第一の実施形態に基づく制御装置を含むシステムの図である。図１に示されるように、システム１は、工作機械１０と、工作機械１０を制御する制御装置２０と、制御装置２０に接続された上位制御装置３０とを含んでいる。工作機械１０は工具１１を有しており、工具１１は、少なくとも部分的に回転軸線Ｏ周りに回転対称なワークＷの外周面または内周面を切削加工する。また、図１などにおいては、ワークＷの回転軸線をＺ軸、Ｚ軸に対して垂直な軸線をＸ軸としている。

工作機械１０の主軸Ｍ０はワークＷをその回転軸線Ｏ周りに回転させる。さらに、工作機械１０の送り軸Ｍ１は工具１１をワークＷの母線に沿って送る。なお、後述するように、二つ以上の送り軸Ｍ１、Ｍ２が工具１１をワークＷの母線に沿って送る構成であってもよい。送り軸Ｍ１、Ｍ２は、工具１１の送り機構と該送り機構を駆動するサーボモータ等を含むものとする。

送り軸Ｍ１、Ｍ２はサーボモータを含むのが好ましい。そして、送り軸Ｍ１、Ｍ２は主軸Ｍ０と協調動作しつつ工具１１を送ってワークＷを切削加工するものとする。なお、主軸Ｍ０および送り軸Ｍ１、Ｍ２の必要トルクは、切削負荷を除けばイナーシャと指令の角加速度より推定できるが、主軸Ｍ０、送り軸Ｍ１、Ｍ２の位置およびトルクを検出するための位置検出部Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２がそれぞれ備えられていても良い。位置検出部Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２はエンコーダであってもよい。

上位制御装置３０は例えばＰＬＣ（Programmable Logic Controller）である。上位制御装置３０は、ワークＷの加工条件、例えばワークＷを回転させる主軸Ｍ０の回転速度指令Ｖｃおよび工具１１を送る送り軸Ｍ１、Ｍ２のそれぞれの位置指令Ｐｃを含んでいる。位置指令Ｐｃは単位時間当たりの位置指令であるので、位置指令Ｐｃは一種の速度指令でありうる。

制御装置２０はＣＰＵを備えたデジタルコンピュータである。制御装置２０は、主軸Ｍ０の回転速度Ｖｃおよび少なくとも一つの送り軸Ｍ１、Ｍ２の位置指令Ｐｃに基づいて、回転速度Ｖｃに対して正の非整数倍になるように且つ工具１１がワークＷを断続切削するように、少なくとも一つの送り軸Ｍ１、Ｍ２の揺動指令を作成する揺動指令作成部２３を含んでいる。揺動指令は揺動周波数と揺動振幅とを含んでいる。

なお、断続切削とは、工具１１が周期的にワークＷに接触およびワークＷから離間しながらワークＷを切削加工することを意味し、揺動切削または振動切削ともいう。また、図１においてはワークＷが回転すると共に工具１１がワークＷに対して揺動するようになっているが、工具１１が回転すると共にワークＷが工具１１に対して揺動する構成であってもよい。

さらに、制御装置２０は、揺動指令作成部２３により作成された揺動指令を位置検出部Ｔ１、Ｔ２により検出された送り軸Ｍ１、Ｍ２の位置を用いて補正する揺動指令補正部２４と、位置指令Ｐｃと位置検出部Ｔ１、Ｔ２により検出された送り軸Ｍ１、Ｍ２の検出位置Ｐｄとの間の位置偏差ΔＰに揺動指令補正部２３により補正された揺動指令を加算して合成指令Ｓｃを作成する加算部２６を含んでいる。さらに、制御装置２０は、合成指令Ｓｃに基づいて、送り軸Ｍ１、Ｍ２のための速度指令およびトルク指令を作成して、送り軸Ｍ１、Ｍ２に供給する位置速度制御部２９と、少なくとも一つの送り軸Ｍ１、Ｍ２の位置に基づいて、ワークＷの加工開始位置Ｐａまたは加工の変化位置からの工具１１の現在の位置までの距離を計算する計算部２５とを含んでいる。制御装置２０のＣＰＵは、揺動指令作成部２３、揺動指令補正部２４、計算部２５、加算部２６、位置速度制御部２９および後述する補正比率算出部２８としての役目を果たす。ワークＷの加工の変化位置とは、例えば直線加工後にテーパ加工を行う場合などのように加工内容が変化する位置を意味する。

図２Ａ〜図２Ｄは第一〜第四のワークの断面図である。図２Ａに示されるワークＷは円筒形状部分Ｗ１と、円筒形状部分Ｗ１に結合されたフランジＷ２とを含んでいる。円筒形状部分Ｗ１とフランジＷ２との間には、断面が略直角なコーナ部Ｑが形成されている。これに対し、図２Ｂに示されるワークＷにおいては、円筒形状部分Ｗ１とフランジＷ２との間のコーナ部Ｑの断面は円弧状である。

さらに、図２Ｃに示されるワークＷは、円筒形状部分Ｗ１と、フランジＷ２と、円筒形状部分Ｗ１およびフランジＷ２の間に配置されたテーパ部分Ｗ３とを含んでいる。円筒形状部分Ｗ１とテーパ部分Ｗ３との間、およびテーパ部分Ｗ３とフランジＷ２との間には断面が鈍角のコーナ部Ｑがそれぞれ形成されている。また、図２Ｄに示されるワークＷは円筒形状であり、その端面には円錐台状凹部Ｗ４が形成されている。凹部Ｗ４の底部と内周面との間には断面が鈍角のコーナ部Ｑが形成されている。

図２Ａ〜図２Ｄに示されるワークＷの円筒形状部分Ｗ１、テーパ部分Ｗ３および円錐台状凹部Ｗ４は回転軸線Ｏ周りに回転対称である。つまり、図２Ａ〜図２Ｄに示されるワークＷは回転軸線Ｏ周りに回転対称な一部分を含んでいる。そして、ワークＷのコーナ部Ｑは回転軸線Ｏに沿った断面においてワークＷの半径方向最外方部分よりも半径方向内側に存在しており、これらコーナ部Ｑは、半径方向最外方部分に連続していない。言い換えれば、ワークＷは、回転軸線Ｏに沿った断面において、段部を有している。

図１に示される工具１１は、図２Ａ〜図２Ｃに示される円筒形状部分Ｗ１およびテーパ部分Ｗ３の外周面、ならびに図２Ｄに示される円錐台状凹部Ｗ４の内周面を切削加工するものとする。なお、フランジＷ２は必ずしも回転対称である必要はなく、半径方向に単に延びる突出部がフランジＷ２の代わりに備えられていてもよい。また、円筒形状部分Ｗ１の代わりに、テーパ部分が設けられていても良い。

図３は典型的な実施形態に基づく制御装置の動作を示すフローチャートである。理解を容易にする目的で、工具１１はワークＷの円筒形状部分Ｗ１のみの外周面を切削加工する場合について説明する。図３に示される処理は所定の制御周期毎に繰返し実施されるものとする。

また、図１から分かるように、ワークＷのフランジＷ２はＺ軸におけるマイナス側に位置している。そして加工開始位置ＰａはフランジＷ２と円筒形状部分Ｗ１との間の部分である。厳密に言えば、加工開始位置ＰａはＺ軸上におけるフランジＷ２の円筒形状部分Ｗ１側端面の座標に相当する。

はじめに、ステップＳ１１において、揺動指令作成部２３が上位制御装置３０から供給された位置指令Ｐｃを取得する。次いで、ステップＳ１２において、位置検出部Ｔ０が所定時間毎に検出した主軸Ｍ０の複数の位置から主軸の実回転速度Ｖｄを取得する。

その後、ステップＳ１３において、揺動指令作成部２３は、位置指令Ｐｃと主軸の実回転速度指令Ｖｄとに基づいて、送り軸Ｍ１の揺動指令を作成する。なお、実回転速度指令Ｖｄの代わりに、回転速度指令Ｖｃを用いて揺動指令を作成するようにしてもよい。図１に示される例においては、工具１１は回転軸線Ｏに平行な直線のみに沿って揺動するので、送り軸Ｍ１のためだけの揺動指令が作成される。

ここで、図４は第二の実施形態に基づく制御装置を含む他のシステムの図である。図４に示される例においては、テーパ部分Ｗ３がフランジＷ２に結合されている。この場合には、工具１１はテーパ部分Ｗ３の母線に沿って斜方向に揺動してテーパ部分Ｗ３の外周面を切削加工するようになっている。工具１１はＸ方向およびＺ方向の合成方向に移動するので、工具１１を移動させるために二つの送り軸Ｍ１、Ｍ２が必要とされる。この場合には、ステップＳ１１においては、二つの送り軸Ｍ１、Ｍ２のための揺動指令がそれぞれ作成されるものとする。なお、さらに多数の送り軸により工具１１を送る構成であっても本発明の範囲に含まれる。また、このような場合には、各送り軸毎に、図４に示される構成が存在するものとする。

以下においては、図１に示されるように工具１１がワークＷの円筒形状部分Ｗ１のみの外周面を切削加工する場合について説明する。ただし、以下の説明は、図２Ａ〜図２Ｄ、図４に示される場合にも概ね同様に適用されることが理解されるだろう。

図５は送り量と回転角度との関係を示す図である。図５における横軸はワークＷの回転角度を示し、縦軸はワークＷの中心軸線の方向（すなわち、Ｚ軸方向）における工具１１の送り量を示している。図５には斜方向に延びる複数の直線状破線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３…が示されている。図５から分かるように、破線Ｃ１と縦軸との間の交点の縦軸座標は、次の破線Ｃ２の開始点における縦軸座標に相当する。同様に、破線Ｃ２と縦軸との間の交点の縦軸座標は、次の破線Ｃ３の開始点における縦軸座標に相当する。これら複数の直線状破線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３…は揺動指令が無い場合においてワークＷ上における工具１１の軌跡を示している。一方、図５に示される曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３…は、揺動指令がある場合においてワークＷ上における工具１１の軌跡を示している。つまり、破線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３等は、揺動指令が加算される前の位置指令（元の指令値）のみを示し、曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３等は、揺動指令が加算された後の位置指令（合成指令）を示しているものとする。よって、曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３は、破線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３により表される各位置指令に余弦波状の揺動指令を加算して得られる指令を示している。

また、曲線Ａ１はワークＷの第一回転目における工具１１の軌跡であり、曲線Ａ２はワークＷの第二回転目における工具１１の軌跡であり、曲線Ａ３はワークＷの第三回転目における工具１１の軌跡である。簡潔にする目的で、ワークＷの第四回転目以降の工具１１の軌跡は図示を省略している。

図３のステップＳ１３において、制御部２６内の揺動指令作成部２３（図６参照）は以下のようにして揺動指令を作成する。上位制御装置３０において、送り軸Ｍ１の位置指令（破線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）が決定される。揺動指令作成部２３は、破線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の各々を基準軸線とする曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３のような指令を生成するため、余弦波状の揺動指令における揺動周波数を決定する。後述する式（１）におけるＳ／６０×Ｉ の項による値が揺動周波数となる。

上記の揺動周波数を決定する場合、図５に示されるように、或る破線、例えば破線Ｃ２を基準軸線とする余弦波状の曲線Ａ２の初期位相は、一つ前の破線、例えば破線Ｃ１を基準軸線とする余弦波状の曲線Ａ１に対して半周期ズレるのが好ましい。その理由は、半周期ズレた場合には、揺動指令の揺動振幅を最小限にでき、その結果、最も効率的に切屑を細断できるためである。

次いで、揺動指令作成部２３は、破線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の各々を基準軸線とする曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３のような指令を生成するため、前述した揺動指令の揺動振幅を決定する。後述する式（１）におけるＫ×Ｆ／２ の項による値が揺動振幅となる。図５に示される曲線Ａ１と曲線Ａ２とは、回転角度が約０度の箇所Ｂ１と回転角度が約２４０度の箇所Ｂ２とにおいて互いに重なっている。図５から分かるように箇所Ｂ１、Ｂ２においては破線Ｃ１に対する曲線Ａ１の最大値は、破線Ｃ２に対する曲線Ａ２の最小値よりも大きい。言い換えれば、揺動指令作成部２３は、前の曲線Ａ１と後の曲線Ａ２とが部分的に互いに重なるように揺動振幅を決定するのが望ましい。なお、曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３においては、送り速度が一定のため、各揺動指令の揺動振幅もすべて同じとなる。

この重なり箇所Ｂ１、Ｂ２においては、工具１１が曲線Ａ２の軌跡で加工しているときに工具１１がワークＷから離間するので、ワークＷは加工されない。本実施形態においては、このような重なり箇所が周期的に発生するので、いわゆる断続切削を行うことができる。図５に示される例においては、曲線Ａ２に従った動作により切屑が箇所Ｂ１、Ｂ２においてそれぞれ発生することとなる。つまり、第二回転目の曲線Ａ２においては二つの切屑が発生する。このような断続切削が周期的に行われるので振動切削が可能となる。

さらに、破線Ｃ３に対して形成される曲線Ａ３は曲線Ａ１と同じ形状である。曲線Ａ２と曲線Ａ３とは、回転角度が約１２０°の箇所Ｂ３と約３６０°の箇所Ｂ４において重なっている。曲線Ａ３に従った動作により切屑が箇所Ｂ３、Ｂ４においてそれぞれ発生することとなる。つまり、第三回転目の曲線Ａ３においては二つの切屑が発生する。以降、ワーク一回転毎に二つの切屑が発生する。ただし、一回転目では切屑は発生しない。

このようにして揺動周波数と揺動振幅とを定めることにより、揺動指令作成部２３は揺動指令を作成する（ステップＳ１３）。例えば、揺動指令は、次式のように表される。

揺動指令＝（Ｋ×Ｆ／２）×ｃｏｓ（２π×Ｓ／６０×Ｉ×ｔ）−（Ｋ×Ｆ／２） ・・・式（１）

式（１）において、Ｋは揺動振幅倍率、ＦはワークＷの一回転当たりの工具１１の移動量、すなわち毎回転送り量［mm/rev］であり、位置指令Ｐｃに相当する。ＳはワークＷの中心軸線まわりの実回転速度Ｖｄ[min-1],or [rpm]、Ｉは揺動周波数倍率、である。ここで、前述の揺動周波数は式（１）におけるＳ／６０×Ｉ の項に相当し、前述の揺動振幅は式（１）におけるＫ×Ｆ／２ の項に相当する。但し、揺動振幅倍率Ｋは１以上の数とし、揺動周波数倍率Ｉはゼロより大きい非整数とする（例えば０．５、０．８、１．２、１．５、１．９、２．３、又は２．５、…等の正の非整数）。揺動振幅倍率Ｋおよび揺動周波数倍率Ｉは定数である（図５の例では、Ｉは１．５である）。

揺動周波数倍率Ｉを整数としない理由は、ワークＷの中心軸線まわりの回転数と全く同じになる揺動周波数の場合には、前述した重なり箇所Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４等を発生させることができず、揺動切削による切屑の細断効果が得られなくなるからである。

また、式（１）によると、揺動指令は、位置指令を示す各破線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を基準軸線とする余弦波に対して（Ｋ×Ｆ／２）の項がオフセット値として減じられた指令となっている。このことにより、位置指令に揺動指令を加算して得られる指令値に基づく工具１１の位置軌跡を、工具１１の加工送り方向において位置指令による位置を上限として制御することができる。そのため、図５の曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３等は、破線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３等を＋Ｚ方向（すなわち、工具１１の加工送り方向）において超えないようになっている。

さらに、式（１）で表されるような揺動指令とすることで、図５の曲線Ａ１から分かるように、工具１１の加工開始点（横軸の０°の位置）で工具１１の送り方向に初めから大きな揺動指令が出ないようにしている。なお、揺動揺動周波数と揺動振幅とを定める際に調整される各パラメータ（式（１）におけるＫ、Ｉ）の初期値は、上位制御装置３０に記憶されているものとする。ワークＷの回転速度Ｖは、上位制御装置３０に加工条件として事前に記憶されている。毎回転送り量Ｆは、その回転速度Ｖと位置指令とから求められる。

再び図３を参照すると、ステップＳ１４において、計算部２５が、位置検出部Ｔ１により検出された送り軸Ｍ１の位置を取得する。そして、計算部２５は送り軸Ｍ１の位置を用いて、加工開始位置Ｐａからの工具１１の実座標位置を計算する。言い換えれば、工具１１の実座標位置は、加工開始位置Ｐａからの工具１１の現在の位置までの距離である。

そして、ステップＳ１５においては、揺動振幅が計算部２５により計算された距離よりも大きい否かが判定される。揺動振幅が距離よりも大きくない場合には、その揺動振幅を含む揺動指令を使用し続ける。これに対し、揺動振幅が距離よりも大きい場合には、工具１１が揺動されると、工具１１がその送り方向とは逆方向に移動して、加工開始位置Ｐａよりもマイナス側に来る事態になる。従って、揺動振幅が距離よりも大きい場合には、ステップＳ１６に進んで、揺動指令補正部２４が揺動指令を送り軸Ｍ１の検出位置に基づいて補正する。

揺動指令補正部２４は、工具１１が逆方向に移動して加工開始位置Ｐａよりもマイナス側に来ないように、揺動指令を補正する。例えば、揺動指令補正部２４は揺動指令の揺動振幅が距離未満になるように補正する。前述した式（１）に示されるように揺動振幅はＫ×Ｆ／２で表される。このため、ステップＳ１６においては、揺動指令補正部２４は、Ｋ’≦Ｚ／（Ｋ×Ｆ／２）を満たす揺動振幅倍率Ｋ’を選択して揺動指令を補正する。

そして、補正された揺動指令を図１の加算部２６にて位置偏差ΔＰに加算して合成指令Ｓｃを作成する。その後、位置速度制御部２９は、合成指令Ｓｃに基づいて、速度指令およびトルク指令を作成して、送り軸Ｍ１に供給する。このような指令に基づいて、送り軸Ｍ１が制御される。

図６Ａおよび図６Ｂは、それぞれ従来技術および第一の実施形態における時間と工具の位置との関係を示す図である。これら図面において、横軸は時間（秒）を示しており、縦軸は工具または送り軸Ｍ１の位置（ｍｍ）を示している。縦軸は図１および図４に示されるＺ方向に対応する。

また、破線は位置指令Ｐｃを示しており、正弦波状の実線曲線は合成指令Ｓｃを示している。ただし、図６Ａに示される合成指令Ｓｃの実線曲線は揺動指令補正部２４による補正処理を受けていない。さらに、正弦波状の破線曲線は検出位置Ｐｄを示している。なお、従来技術においては、揺動指令補正部２４を使用していない点で前述した実施形態とは主に異なる。これら図面において、加工開始位置Ｐａを示す直線が位置が０ｍｍの箇所に示されている。

図６Ａに示される従来技術においては検出位置Ｐｄの曲線は加工開始位置Ｐａよりも局所的に小さくなっている。このような場合には、工具１１が工具の送り方向とは逆方向に移動して加工開始位置Ｐａを局所的に超えるので、円筒形状部分Ｗ１に結合されたフランジＷ２に切込みが形成されることになる。

図６Ｂに示される第一の実施形態においては、揺動指令補正部２４による補正処理を受けている。これにより、揺動振幅が計算部２５により計算された距離を越えないように揺動指令が補正されるので、検出位置Ｐｄの曲線は加工開始位置Ｐａよりも小さくなることはない。従って、工具１１が加工開始位置Ｐａよりも工具１１の送り方向とは逆方向に移動するのを抑えられる。その結果、ワークＷのフランジＷ２に切込みが生じるのを防止できる。

前述したように図４に示される例においては、工具１１をテーパ部分Ｗ３の母線に沿って斜方向に揺動させるために、二つの送り軸Ｍ１、Ｍ２が必要とされる。そして、図４に示される揺動指令補正部２４は、揺動指令補正部２４により補正される前の揺動振幅と補正後の揺動振幅との間の補正比率を算出する補正比率算出部２８を含んでいる。

図７は図４に示される実施形態に基づく制御装置の動作を示すフローチャートである。図７のステップＳ１１〜ステップＳ１６は前述したのと概ね同様であるので再度の説明を省略する。

なお、この場合にはステップＳ１１〜Ｓ１３の処理は一つの送り軸Ｍ１に対して実施されるものとする。そして、ステップＳ１３ａにおいて、全ての送り軸について揺動指令が作成されたか否かが判定される。言い換えれば、全ての送り軸について揺動指令が作成されるまで、ステップＳ１１〜Ｓ１３の処理を繰返す。

そして、ステップＳ１７においては、補正比率算出部２８は、一つの送り軸Ｍ１について、補正前の揺動振幅に対する補正後の揺動振幅の比率、つまり補正比率Ｒ１を算出する。そして、送り軸Ｍ１についての補正比率Ｒ１を他の送り軸Ｍ２に通知する。厳密には、図４に示される構成は各送り軸Ｍ１、Ｍ２毎に設けられているので、送り軸Ｍ１についての補正比率Ｒ１は他の送り軸Ｍ２の揺動指令補正部２４に通知される。

なお、送り軸Ｍ１以外に複数の送り軸が存在する場合には、送り軸Ｍ１についての補正比率Ｒ１がそれら複数の送り軸のそれぞれの揺動指令補正部２４に通知され、後述する処理が行われる。

ステップＳ１８においては、送り軸Ｍ２の揺動指令補正部２４は、補正比率Ｒ１を送り軸Ｍ２の揺動振幅に乗算して補正する。そして、送り軸Ｍ２の加算部２６は、補正された揺動指令を位置偏差ΔＰに加算して合成指令Ｓｃを作成する。その後、送り軸Ｍ２の位置速度制御部２９は、合成指令Ｓｃに基づいて、速度指令およびトルク指令を作成して、送り軸Ｍ２に供給する。このような指令に基づいて、送り軸Ｍ２が制御される。なお、送り軸Ｍ１の揺動指令補正部２４も補正比率Ｒ１を送り軸Ｍ１の揺動振幅に乗算して補正し、それにより、前述したように送り軸Ｍ１が制御される。

このような場合には、送り軸Ｍ１における補正比率Ｒ１を残りの送り軸Ｍ２に適用しているので、残りの送り軸Ｍ２についての軸に沿って工具１１が逆方向に移動するのを防止できる。その結果、ワークＷのフランジＷ２に切込みが生じるのを防止できる。また、送り軸Ｍ２等の揺動指令補正部２４が独自に補正比率を算出する必要がないので、送り軸Ｍ２等の揺動指令補正部２４の負荷を下げることもできる。

さらに、図８は図４に示される実施形態に基づく制御装置の動作を示す他のフローチャートである。図８のステップＳ１１〜ステップＳ１６は前述したのと概ね同様であるので再度の説明を省略する。ステップＳ１６の後のステップＳ１６ａにおいては全ての送り軸についての処理が終了したか否かが判定される。

言い換えれば、全ての送り軸Ｍ１、Ｍ２について前述した距離が揺動振幅と比較されるまで、ステップＳ１１〜Ｓ１６の処理を繰返す。これにより、全ての送り軸Ｍ１、Ｍ２についての補正比率Ｒ１、Ｒ２が定まる。なお、補正比率Ｒ１、Ｒ２が算出されない場合には、補正比率Ｒ１、Ｒ２は「１」であるものとして処理を継続する。

そして、ステップＳ２０においては、全ての送り軸Ｍ１、Ｍ２の補正比率Ｒ１、Ｒ２から、最小補正比率Ｒｍｉｎを選択する。なお、送り軸Ｍ１以外に複数の送り軸が存在する場合には、それら複数の送り軸のそれぞれの補正比率が算出され、それら複数の補正比率から最小補正比率Ｒｍｉｎが選択される。次いで、ステップＳ２０においては最小補正比率Ｒｍｉｎを他の送り軸Ｍ１、Ｍ２の揺動指令補正部２４に通知する。なお、最小補正比率Ｒｍｉｎを有する送り軸の揺動指令補正部２４に対して、最小補正比率Ｒｍｉｎを通知しなくてもよい。

その後、ステップＳ２１においては、送り軸Ｍ１、Ｍ２の揺動指令補正部２４は、最小補正比率Ｒｍｉｎを送り軸Ｍ１、Ｍ２の揺動振幅に乗算して補正する。そして、それぞれの加算部２６は、補正された揺動指令を位置偏差ΔＰに加算して合成指令Ｓｃを作成する。その後、送り軸Ｍ１、Ｍ２の位置速度制御部２９は、合成指令Ｓｃに基づいて、速度指令およびトルク指令を作成して、送り軸Ｍ１、Ｍ２に供給する。このような指令に基づいて、送り軸Ｍ１、Ｍ２が制御される。

最小補正比率Ｒｍｉｎが適用された揺動振幅は、工具１１が加工開始位置Ｐａから逆方向に移動するのを防止できる揺動振幅よりもさらに小さくなりうる。従って、工具１１が加工開始位置Ｐａから逆方向に移動するのを確実に防止でき、その結果、ワークＷのフランジＷ２に切込みが生じるのを確実に防止できるのが分かるであろう。

本開示の態様
１番目の態様によれば、ワーク（Ｗ）の外周面または内周面を工具（１１）により切削加工する工作機械（１０）の制御装置（２０）であって、前記ワークおよび前記工具を前記ワークの回転軸線周りに相対的に回転させる主軸（Ｍ０）と、前記ワークの前記外周面または内周面の母線に沿って前記工具および前記ワークを相対的に送る少なくとも一つの送り軸（Ｍ１、Ｍ２）と、該送り軸の位置を検出する位置検出部（Ｔ１、Ｔ２）と、前記主軸の回転速度および前記少なくとも一つの送り軸の位置指令に基づいて、前記回転速度に対して正の非整数倍になるように且つ前記工具が前記ワークを断続切削するように、前記少なくとも一つの送り軸の揺動指令を作成する揺動指令作成部（２３）と、該揺動指令作成部により作成された前記揺動指令を前記位置検出部により検出された前記少なくとも一つの送り軸の位置を用いて補正する揺動指令補正部（２４）と、前記位置指令と前記位置検出部により検出された前記少なくとも一つの送り軸の検出位置との間の位置偏差に前記揺動指令補正部により補正された揺動指令を加算する加算部（２６）と、を具備する、制御装置が提供される。
２番目の態様によれば、１番目の態様において、さらに、前記少なくとも一つの送り軸の位置に基づいて、前記ワークの加工開始位置または加工の変化位置からの前記工具の現在の位置までの距離を計算する計算部（２５）を具備し、前記揺動指令補正部は、前記揺動指令の揺動振幅が、前記計算部により計算された前記距離よりも小さくなるように前記揺動指令を補正する。
３番目の態様によれば、１番目または２番目の態様において、前記揺動指令補正部は、該揺動指令補正部により補正される前の揺動振幅と補正後の揺動振幅との間の補正比率を算出する補正比率算出部（２８）を含んでおり、前記制御装置が複数の送り軸を有する場合には、前記補正比率算出部により算出された一つの送り軸の補正比率を残りの送り軸に適用するようにした。
４番目の態様によれば、１番目または２番目の態様において、前記揺動指令補正部は、該揺動指令補正部により補正される前の揺動振幅と補正後の揺動振幅との間の補正比率を算出する補正比率算出部（２８）を含んでおり、前記制御装置が複数の送り軸を有する場合には、前記補正比率算出部により算出された前記複数の送り軸のそれぞれの補正比率のうちの最小の補正比率を前記複数の送り軸に適用するようにした。
５番目の態様によれば、１番目から４番目の態様のいずれかにおいて、前記揺動指令作成部は、余弦波の基準軸線に対して前記揺動振幅がオフセット値として減じられた前記揺動指令を作成する。
６番目の態様によれば、１番目から５番目の態様のいずれかにおいて、前記揺動指令作成部は、前記回転速度に基づいて、前記ワークまたは前記工具が一回転する毎に半周期ずつズレるように前記揺動指令の揺動周波数を作成すると共に、前記送り速度に基づいて前記揺動指令の前記揺動振幅を作成する。
７番目の態様によれば、１番目から６番目の態様のいずれかにおいて、前記揺動指令作成部は、前記少なくとも一つの送り軸のトルクが所定値を越えないように、前記揺動周波数と前記揺動振幅とを作成する。
８番目の態様によれば、１番目から７番目の態様のいずれかにおいて、前記揺動指令作成部は、前記工具が前記ワークを加工することにより生じる切屑の所望長さに基づいて前記揺動周波数と前記揺動振幅とを作成する。
９番目の態様によれば、１番目から８番目のいずれかの態様において、前記ワークは少なくとも部分的に回転対称であり、前記回転軸線に沿った断面において前記ワークの半径方向最外方部分よりも半径方向内側に前記半径方向最外方部分に連続しないコーナ部を有している。

態様の効果
１番目の態様においては、揺動指令を送り軸の実際の位置に基づいて補正しているので、工具が加工開始位置よりも工具の送り方向とは逆方向に移動するのを抑えられる。従って、ワークに切込みが生じるのを防止できる。
２番目の態様においては、揺動指令の揺動振幅が距離よりも小さくなるように補正しているので、揺動切削の開始時に、工具が加工開始位置から逆方向に移動するのを防止できる。
３番目の態様においては、一つの送り軸における補正比率を残りの送り軸に適用しているので、残りの送り軸についての軸に沿って工具が逆方向に移動するのを防止できる。また、残りの送り軸側での負荷を下げられる。
４番目の態様においては、最小の補正比率を適用しているので、工具が加工開始位置から逆方向に移動するのを確実に防止できる。
１０番目の態様においては、ワークに切込みが形成されるのを防止することができる。
典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、前述した変更および種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。

１ システム
１０ 工作機械
２０ 制御装置
２３ 揺動指令作成部
２４ 揺動指令補正部
２５ 計算部
２６ 加算部
２８ 補正比率算出部
３０ 上位制御装置
Ｍ０ 主軸
Ｍ１、Ｍ２ 送り軸
Ｐａ 加工開始位置
Ｑ コーナ部
Ｗ ワーク
Ｗ１ 円筒形状部分
Ｗ２ フランジ
Ｗ３ テーパ部分
Ｗ４ 円錐台状凹部

Claims (9)

1. ワークの外周面または内周面を工具により切削加工する工作機械の制御装置であって、
   前記ワークおよび前記工具を前記ワークの回転軸線周りに相対的に回転させる主軸と、
   前記ワークの前記外周面または内周面の母線に沿って前記工具および前記ワークを相対的に送る少なくとも一つの送り軸と、
   該送り軸の位置を検出する位置検出部と、
   前記主軸の回転速度および前記少なくとも一つの送り軸の位置指令に基づいて、前記回転速度に対して正の非整数倍になるように且つ前記工具が前記ワークを断続切削するように、前記少なくとも一つの送り軸の揺動指令を作成する揺動指令作成部と、
   該揺動指令作成部により作成された前記揺動指令を前記位置検出部により検出された前記少なくとも一つの送り軸の位置を用いて補正する揺動指令補正部と、
   前記位置指令と前記位置検出部により検出された前記少なくとも一つの送り軸の検出位置との差である位置偏差に前記揺動指令補正部により補正された揺動指令を加算する加算部と、を具備する、制御装置。
2. さらに、前記少なくとも一つの送り軸の位置に基づいて、前記ワークの加工開始位置または加工の変化位置からの前記工具の現在の位置までの距離を計算する計算部を具備し、
   前記揺動指令補正部は、前記揺動指令の揺動振幅が、前記計算部により計算された前記距離よりも小さくなるように前記揺動指令を補正する、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記揺動指令補正部は、該揺動指令補正部により補正される前の揺動振幅と補正後の揺動振幅との間の補正比率を算出する補正比率算出部を含んでおり、
   前記制御装置が複数の送り軸を有する場合には、前記補正比率算出部により算出された一つの送り軸の補正比率を残りの送り軸に適用するようにした、請求項１または２に記載の制御装置。
4. 前記揺動指令補正部は、該揺動指令補正部により補正される前の揺動振幅と補正後の揺動振幅との間の補正比率を算出する補正比率算出部を含んでおり、
   前記制御装置が複数の送り軸を有する場合には、前記補正比率算出部により算出された前記複数の送り軸のそれぞれの補正比率のうちの最小の補正比率を前記複数の送り軸に適用するようにした、請求項１または２に記載の制御装置。
5. 前記揺動指令作成部は、余弦波の基準軸線に対して前記揺動振幅がオフセット値として減じられた前記揺動指令を作成する、請求項１から４のいずれか一項に記載の制御装置。
6. 前記揺動指令作成部は、前記回転速度に基づいて、前記ワークまたは前記工具が一回転する毎に半周期ずつズレるように前記揺動指令の揺動周波数を作成すると共に、前記送り速度に基づいて前記揺動指令の前記揺動振幅を作成する、請求項１から５のいずれか一項に記載の制御装置。
7. 前記揺動指令作成部は、前記少なくとも一つの送り軸のトルクが所定値を越えないように、前記揺動周波数と前記揺動振幅とを作成する、請求項１から６のいずれか一項に記載の制御装置。
8. 前記揺動指令作成部は、前記工具が前記ワークを加工することにより生じる切屑の所望長さに基づいて前記揺動周波数と前記揺動振幅とを作成する、請求項１から７のいずれか一項に記載の制御装置。
9. 前記ワークは少なくとも部分的に回転対称であり、前記回転軸線に沿った断面において前記ワークの半径方向最外方部分よりも半径方向内側に前記半径方向最外方部分に連続しないコーナ部を有している、請求項１から８のいずれか一項に記載の制御装置。

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