JP2019181606A - Machine tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主軸に把持されたワークを刃物台に装着された刃具によって切削加工する工作機械に関する。 The present invention relates to a machine tool for cutting a workpiece gripped by a spindle with a cutting tool mounted on a tool post.
例えばCNC旋盤等の工作機械として、ワークを把持する主軸と、刃具が装着された刃物台とを有し、刃物台をX軸方向に移動させて刃具をワークに所定の切込み位置にまで切り込ませ、ワークに対してZ軸方向(送り方向)に相対移動させることでワークを切削加工するとともに、当該切削加工中に刃具にチッピング(欠損)等の損傷が生じたことを検知する検知機能を備えた構成のものが知られている。 For example, a machine tool such as a CNC lathe has a spindle for gripping a workpiece and a tool rest on which a tool is mounted. The tool rest is moved in the X-axis direction to cut the tool to a predetermined cutting position. In addition, the workpiece is cut by moving it relative to the workpiece in the Z-axis direction (feeding direction), and a detection function that detects the occurrence of damage such as chipping (defects) in the cutting tool. The thing of the structure provided is known.
例えば特許文献1には、刃物台を駆動する駆動系のモーター電流の挙動を監視し、切削加工中におけるモーター電流の変動状態から刃具に加わる負荷の変動を検知する負荷検出手段を備え、当該負荷変動に基づいて刃具にチッピング等の損傷が生じたことを検知する工作機械が記載されている。 For example, Patent Document 1 includes a load detection unit that monitors the behavior of a motor current of a drive system that drives a tool post, and detects a change in load applied to the cutting tool from a fluctuation state of the motor current during cutting. A machine tool is described that detects the occurrence of damage, such as chipping, on a cutting tool based on fluctuations.
特許文献2には、加工プログラム中の所望の加工指令の前後に専用の指令コードを挿入することで、当該指令コードにより指定された区間内の加工指令に基づいて行われる加工中にモーター電流の挙動の監視を行うようにした工作機械が記載されている。
In
上記従来の工作機械では、刃具に高い負荷が加わるワークの切削加工中における加工に係わるZ軸モーター電流等の変動状態から刃具に加わる負荷変動を検知するようにしているので、刃具に加わる負荷変動を高精度で検知することが困難であるという問題点があった。 In the above conventional machine tool, the load fluctuation applied to the cutting tool is detected from the fluctuation state of the Z-axis motor current, etc. related to the machining during the machining of the workpiece in which a high load is applied to the cutting tool. There is a problem that it is difficult to detect the image with high accuracy.
本発明は、上記課題を鑑みて成されたものであり、その目的は、刃具に加わる負荷変動を高精度で検知することが可能な工作機械を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a machine tool capable of detecting a load fluctuation applied to a cutting tool with high accuracy.
本発明の工作機械は、ワークを把持する主軸と、刃具が装着され、前記刃具を前記ワークに切り込ませるX軸方向に移動するとともに前記主軸に対して該主軸の軸線に平行なZ軸方向に相対移動して前記ワークの切削加工を行う刃物台と、前記刃物台を前記Z軸方向と前記X軸方向とに垂直なY軸方向に移動させるY軸モーターと、前記Y軸モーターの電流値を検出する電流検出手段と、を有する工作機械であって、所定の切り込み量で前記切削加工された前記ワークを前記所定の切り込み量と同じ切り込み量で加工を行っているときに、前記電流検出手段により検出される前記Y軸モーターの電流値を監視する監視手段を有することを特徴とする。 The machine tool of the present invention is equipped with a spindle for gripping a workpiece and a cutting tool, and moves in the X-axis direction for cutting the cutting tool into the workpiece. A turret for cutting the workpiece by relative movement, a Y-axis motor for moving the turret in a Y-axis direction perpendicular to the Z-axis direction and the X-axis direction, and current of the Y-axis motor A current detecting means for detecting a value, wherein the current is processed when the workpiece cut by the predetermined cutting amount is processed by the same cutting amount as the predetermined cutting amount. It has a monitoring means for monitoring the current value of the Y-axis motor detected by the detecting means.
本発明の工作機械は、上記構成において、前記切削加工がネジ切り加工であるのが好ましい。 In the machine tool of the present invention, the cutting process is preferably a threading process in the above configuration.
本発明の工作機械は、上記構成において、前記切削加工の加工指令と前記所定の切り込み量と同じ切り込み量で加工する加工指令とを含む加工プログラムが格納された記憶部を備え、前記加工プログラムに基づいて前記工作機械の作動を制御する制御手段を有し、前記加工プログラムにおいて、前記監視手段による前記Y軸モーターの電流値の監視が行われる監視区間が専用の指令コードによって指定され、前記制御手段が、前記監視区間に検出された前記Y軸モーターの電流値に基づいて前記工作機械の作動を制御するのが好ましい。 The machine tool of the present invention comprises a storage unit storing a machining program including a machining command for the machining and a machining command for machining with the same cutting amount as the predetermined cutting amount in the above configuration, Control means for controlling the operation of the machine tool based on the monitoring program, and in the machining program, a monitoring section where the monitoring means monitors the current value of the Y-axis motor is designated by a dedicated command code, and the control Preferably, the means controls the operation of the machine tool based on the current value of the Y-axis motor detected in the monitoring section.
本発明の工作機械は、上記構成において、前記作動が、前記所定の切り込み量と同じ切り込み量で加工する加工を停止可能な工程まで実行して停止することであるのが好ましい。 In the above-described configuration, the machine tool according to the present invention is preferably configured such that the operation is performed by stopping the process of machining with the same cutting amount as the predetermined cutting amount until the process can be stopped.
本発明によれば、刃具に加わる負荷変動を高精度で検知することが可能な工作機械を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the machine tool which can detect the load fluctuation | variation added to a blade tool with high precision can be provided.
本発明の一実施の形態である工作機械1はCNC旋盤として構成されたものであり、基台2上に配置された主軸3を有している。
A machine tool 1 according to an embodiment of the present invention is configured as a CNC lathe and has a
主軸3は、基台2に固定された主軸台4に回転自在に支持されており、先端に設けられたチャックによりワークWを把持することができる。主軸3は、例えば電動モーター等の駆動源により回転駆動され、ワークWとともに回転する。
The
主軸3に把持されるワークWとしては、例えば断面円形の棒状に形成された部材を用いることができる。
As the workpiece W gripped by the
主軸台4は、主軸3の軸線に平行なZ軸方向に沿って配置されたZ軸ガイドレール5を介して基台2に搭載されている。主軸台4と基台2との間にはZ軸モーターを駆動源とするZ軸移動機構が設けられており、主軸3は主軸台4とともにZ軸移動機構により駆動されてZ軸ガイドレール5に沿ってZ軸方向に移動することができる。
The
上記の通り、工作機械1においては、主軸3の軸線に平行な方向がZ軸方向である。また、Z軸方向に垂直であるとともに基台2の上面に垂直な方向がX軸方向(図1中において上下方向)であり、Z軸方向とX軸方向とに垂直な方向がY軸方向(図1中において左右方向)である。
As described above, in the machine tool 1, the direction parallel to the axis of the
工作機械1は刃物台10を備えている。刃物台10には3本の刃具11a、11b、11cが装着されている。3本の刃具11a、11b、11cは、それぞれ刃先を下方に向けた姿勢とされ、互いに平行となってY軸方向に向けて間隔を空けて並べて配置されている。
The machine tool 1 includes a
基台2には支持台12が固定され、支持台12にはY軸方向に沿って延びるY軸ガイドレール13を介して移動部材14が装着されている。支持台12と移動部材14との間にはY軸モーター15aを駆動源とするY軸移動機構15が設けられており、移動部材14はY軸移動機構15により駆動されて支持台12に対してY軸方向に移動することができる。
A
Y軸モーター15aとしては、例えばサーボモータ等の電動モーターが用いられる。Y軸モーター15aとしてサーボモータを用いることで、Y軸移動機構15により移動部材14を所定の位置に正確に位置決めすることができるとともに、移動部材14を所定の位置に保持することができる。
For example, an electric motor such as a servo motor is used as the Y-
刃物台10はX軸方向に沿って延びるX軸ガイドレール16を介して移動部材14に装着されている。刃物台10と移動部材14との間にはX軸モーター17aを駆動源とするX軸移動機構17が設けられており、刃物台10はX軸移動機構17により駆動されて移動部材14に対してX軸方向に移動することができる。
The
工作機械1には制御手段としての制御部20が設けられている。制御部20は、CPU(中央演算処理装置)等の演算部20aとメモリ等の記憶部20bとを備えたマイクロコンピュータとして構成されている。記憶部20bには切削加工の加工指令と所定の切り込み量と同じ切り込み量で加工する加工の加工指令とを含む加工プログラムが格納されている。
The machine tool 1 is provided with a
制御部20は、記憶部20bに格納されている加工プログラムの切削加工の加工指令に基づいて、主軸3の回転、Z軸移動機構、Y軸移動機構15及びZ軸移動機構17の作動を統合的に制御することで、何れかの刃具11a、11b、11cによるワークWの切削加工を実行する。
The
例えば、制御部20は、ワークWを把持する主軸3を所定の回転数で回転させ、X軸移動機構17により刃物台10をX軸方向に自動的に移動させて刃具11aを所定の切込み深さでワークWに切り込ませるとともに、Z軸移動機構により主軸3を刃具11aに対してZ軸方向に相対移動(送り移動)させることで刃具11aによるワークWの切削加工を実行する。
For example, the
本実施の形態においては、工作機械1は、切削加工として、所定のネジ切り加工条件(ピッチ間隔、切込み深さ等)でワークWをネジ切り加工することができる。ネジ切り加工においては、刃具11aによるワークWの切削加工は、1回の加工(パス)ではなく、複数回の加工に分けて行なわれ、それぞれの加工において刃具11aのワークWに対する切込み深さを段階的に深くすることで、図2に示すように、ワークWに所望のネジ底深さのネジSが加工される。
In the present embodiment, the machine tool 1 can thread the workpiece W under predetermined threading conditions (pitch interval, depth of cut, etc.) as cutting. In the thread cutting process, the cutting of the workpiece W by the
図2においては刃具11aの形状を模式的に示すが、刃具11aとしては、例えば、形成しようとするネジSのネジ溝に対応した形状の刃先部分を有するものが用いられる。
In FIG. 2, the shape of the
制御部20は、Y軸モーター15aの作動を制御することにより、Y軸移動機構15によって移動部材14とともに刃物台10をY軸ガイドレール13に沿ってY軸方向に自動的に移動させることができる。刃物台10をY軸方向に移動させることで、ワークWを切削加工する刃具11a、11b、11cを、3本のうちの何れかに選択的に切り替えることができる。
By controlling the operation of the Y-
制御部20は、ワークWの切削加工を行った後、記憶部20bに格納されている加工プログラムの所定の切り込み量と同じ切り込み量で加工する加工の加工指令に基づいて、主軸3の回転、Z軸移動機構、Y軸移動機構15及びX軸移動機構17の作動を統合的に制御することで、何れかの刃具11a、11b、11cによるワークWの所定の切り込み量と同じ切り込み量で加工する加工を実行する。所定の切り込み量と同じ切り込み量で加工する加工はさらい加工、ゼロカット加工とも呼ばれるものであり、ワークWの切削加工済みの部分に対し、当該切削加工と同一のパスで刃具11a、11b、11cの何れかを選択して移動させ、選択した刃具11a、11b、11cの何れかにより当該切削加工のときと同じ切り込み量で行う加工のことである。以降はこの加工をさらい加工として説明する。
After the cutting of the workpiece W, the
例えば、切削加工によりワークWにネジSを形成した場合には、制御部20は、ワークWを把持する主軸3を所定の回転数で回転させ、X軸移動機構17により刃物台10を移動させて刃具11aのX軸方向をネジ切り加工の最後の加工(パス)におけるX軸方向位置と一致させ、さらに、最後の加工(パス)と同じ位相から同じ送りで、Z軸移動機構により主軸3を刃具11aに対してZ軸方向に相対移動(送り移動)させることで、図2に示すように、刃具11aをワークWに対してネジ切り加工の最後の加工(パス)と同一の位相と切り込み量で移動させて、刃具11aによるワークWのネジSの加工を行った部分に倣ってさらい加工を実行する。当該さらい加工においては、刃具11aはワークWを切削加工することなくネジSに沿って相対移動する。
For example, when the screw S is formed on the workpiece W by cutting, the
工作機械1には、Y軸モーター15aの電流値を検出するための電流検出手段としての電流計30が設けられている。電流計30は、Y軸モーター15aと制御部20との間に接続されており、制御部20からY軸モーター15aに向けて供給される駆動電流の電流値に加えて、刃物台10にY軸方向に向けた負荷が加えられたときにY軸モーター15aに生じる負荷電流の値を検出することができる。
The machine tool 1 is provided with an
制御部20は監視手段としての監視部20cを有している。監視部20cは、刃具11aによる切削加工の後、ワークWのさらい加工を行っているときに、電流計30により検出されるY軸モーター15aの電流値を監視する。監視部20cは、電流計30により検出されるY軸モーター15aの電流値が所定の閾値以上の変動を生じた場合に、刃具11aの負荷に変動が生じたことを検知し、当該検知情報を図示しないディスプレイ等の報知手段に表示するなどして作業者等に報知する。作業者は、刃具11aに負荷変動が生じたことに基づき、ワークWの加工残りRのような加工不良ないし刃具11aのチッピング等の損傷を検知することができる。
The
例えば、刃具11aによるワークWの切削加工において、刃具11aにチッピング(欠損)が生じ、あるいはネジ切り加工における複数回の繰り返しのパス間で刃具11aの位置ずれが生じることで、図2、図3に示すように、ネジSのネジ溝の底に加工残りRが生じているワークWに対し、さらい加工を行うと、加工残りRがない部分においては刃具11aにはY軸方向に向けた負荷はほとんど加わらず、その負荷も変動しない。したがって、監視部20cにより監視されるY軸モーター15aの電流値(負荷電流の値)は、図4において直線的な略一定の小さい電流値となり、監視部20cにより刃具11aの負荷変動は検知されない。
For example, in the cutting process of the workpiece W by the
図3に示すように、さらい加工において刃具11aが加工残りRに接すると、刃具11aには加工残りRを切削するための切削抵抗によりY軸方向の負荷が加わることになる。刃具11aにY軸方向の負荷が加わると、Y軸モーター15aは、制御部20によって当該負荷に抗して刃具11aを元の位置に保持するように作動制御される。その結果、さらい加工において刃具11aが加工残りRに接すると、図4に示すように、Y軸モーター15aの負荷電流が増加する。Y軸モーター15aの負荷電流の増加が所定の閾値以上であると、監視部20cは刃具11aの負荷に変動が生じたことを検知し、当該検知情報を図示しないディスプレイ等の報知手段に表示する。また制御部20によってさらい加工を停止可能な工程まで実行した後に停止させることも可能である。
As shown in FIG. 3, when the
以上の通り、本実施の形態の工作機械1では、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の何れの方向にも基本的に刃具11aに高い負荷が加わることのないさらい加工において、加工時の移動動作を行わないY軸モーター15aの電流値を監視することで、刃具11aに加わる負荷変動を検知するようにしたので、刃具11aに加わる負荷変動の検知の精度を高めることができる。
As described above, in the machine tool 1 of the present embodiment, in the sieving process in which a high load is not applied to the
また、刃具11aに加わる負荷変動を高精度に検知することで、ワークWの切削加工における加工不良ないし刃具11aのチッピング等の損傷を高い精度で検知することができる。
In addition, by detecting the load fluctuation applied to the
さらに、刃具11aによる切削加工としてワークWにネジ切り加工を行う場合には、ネジ切り加工における複数回の繰り返しのパス間で刃具11aの位置ずれが生じることでネジSのネジ溝の底に加工残りRが生じる虞があるが、このような加工残りRをさらい加工によって除去しつつ、当該加工残りRの発生ないし刃具11aのチッピング等の損傷を高い精度で検知することができる。
Furthermore, when performing threading on the workpiece W as cutting by the
記憶部20bに格納された加工プログラムにおいて、監視部20cによるY軸モーター15aの電流値の監視が行われる監視区間は、専用の指令コードによって指定されている。すなわち、加工プログラムは、切削加工の加工指令とさらい加工の加工指令とを含んでいるが、切削加工の加工指令の後であって、さらい加工の加工指令の前方に、監視部20cによるY軸モーター15aの電流値の監視を開始する監視開始指令となる専用の指令コードが挿入され、さらい加工の加工指令の後方に、監視部20cによるY軸モーター15aの電流値の監視を終了する監視終了指令となる専用の指令コードが挿入されている。
In the machining program stored in the
このように、加工プログラムにおけるさらい加工の加工指令の前後にこれらの指令コードが挿入されることで、監視部20cによるY軸モーター15aの電流値の監視は、刃具11aによるワークWの切削加工が行なわれている間は行われず、ワークWの切削加工が完了した後、ワークWのさらい加工が行われている間にのみ行われる。したがって、ワークWを切削加工しているときに生じる刃具11aの負荷変動に基づいて、ワークWの加工不良ないし刃具11aの損傷等が誤検知されることが防止される。
In this way, by inserting these command codes before and after the machining command for the wiping machining in the machining program, the monitoring of the current value of the Y-
また、制御部20によって、監視部20cによるY軸モーター15aの電流値の監視が行われる監視区間において検出されたY軸モーター15aの電流値に基づいて工作機械1の作動が制御される。監視部20cが、さらい加工中の監視区間において電流計30によって検出されるY軸モーター15aの電流値の増加を検知すると、制御部20はさらい加工を停止可能な工程まで実行してから工作機械1を停止させる制御を行う。
Further, the
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
前記実施の形態では、刃具11aによるワークWの切削加工をネジ切り加工とした場合を例にして説明したが、切削加工はネジ切り加工に限られず、通常の旋削等であってもよい。
In the above-described embodiment, the case where the cutting process of the workpiece W by the
前記実施の形態では、刃物台10に3本の刃具11a〜11cを装着するようにしているが、少なくとも1本の刃具11aが装着されていれば、その本数は任意に変更可能である。
In the embodiment described above, the three
工作機械1は、Y軸方向に移動可能な刃物台10の他に、刃具が装着された他の刃物台を有していてもよい。
The machine tool 1 may have another tool rest on which a tool is mounted in addition to the
1 工作機械
2 基台
3 主軸
4 主軸台
5 Z軸ガイドレール
10 刃物台
11a 刃具
11b 刃具
11c 刃具
12 支持台
13 Y軸ガイドレール
14 移動部材
15 Y軸移動機構
15a Y軸モーター
16 X軸ガイドレール
17 X軸移動機構
17a X軸モーター
20 制御部(制御手段)
20a 演算部
20b 記憶部
20c 監視部(監視手段)
30 電流計(電流検出手段)
W ワーク
S ネジ
R 加工残り
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
20a
30 Ammeter (Current detection means)
W Work S Screw R Processing remaining
Claims (4)
刃具が装着され、前記刃具を前記ワークに切り込ませるX軸方向に移動するとともに前記主軸に対して該主軸の軸線に平行なZ軸方向に相対移動して前記ワークの切削加工を行う刃物台と、
前記刃物台を前記Z軸方向と前記X軸方向とに垂直なY軸方向に移動させるY軸モーターと、
前記Y軸モーターの電流値を検出する電流検出手段と、を有する工作機械であって、
所定の切り込み量で前記切削加工された前記ワークを前記所定の切り込み量と同じ切り込み量で加工を行っているときに、前記電流検出手段により検出される前記Y軸モーターの電流値を監視する監視手段を有することを特徴とする工作機械。 A spindle for gripping the workpiece,
A tool post that is mounted with a cutting tool and moves in the X-axis direction for cutting the cutting tool into the workpiece and moves relative to the main shaft in the Z-axis direction parallel to the axis of the main shaft to cut the workpiece. When,
A Y-axis motor that moves the tool post in a Y-axis direction perpendicular to the Z-axis direction and the X-axis direction;
A current detection means for detecting a current value of the Y-axis motor, and a machine tool comprising:
Monitoring that monitors the current value of the Y-axis motor detected by the current detecting means when the workpiece cut by the predetermined cutting amount is being processed by the same cutting amount as the predetermined cutting amount. A machine tool comprising means.
前記加工プログラムにおいて、前記監視手段による前記Y軸モーターの電流値の監視が行われる監視区間が専用の指令コードによって指定され、
前記制御手段が、前記監視区間に検出された前記Y軸モーターの電流値に基づいて前記工作機械の作動を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の工作機械。 A control unit that includes a storage unit that stores a machining program including a machining command for the cutting process and a machining command for machining with the same cutting amount as the predetermined cutting amount, and controls operation of the machine tool based on the machining program Having means,
In the machining program, a monitoring section in which the current value of the Y-axis motor is monitored by the monitoring means is designated by a dedicated command code,
The machine tool according to claim 1 or 2, wherein the control means controls the operation of the machine tool based on a current value of the Y-axis motor detected in the monitoring section.
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