JP2019185780A - 工作機械の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】切り屑の細断を行え、かつ、いわゆる仕上げの加工処理を行わなくても正確な切削加工を行うことができる工作機械の制御装置を提供すること。【解決手段】揺動を行う条件に基づき、ワークと工具とを相対的にワークの径方向に揺動させる揺動指令を生成する揺動指令生成部と、ワークのねじ切り加工を行うためにワークと工具とを相対的に移動させる移動指令を生成する移動指令生成部と、揺動指令と移動指令とを加算する加算器と、揺動指令を移動指令に加算するか否かを予め判定する判定部と、を備え、加算器は、判定部の判定結果に従って、揺動指令を加算した総移動指令と、揺動指令を加算しない総移動指令とが、それぞれ任意の回数組み合わされた加工パターンを１種又は複数種含んで構成される重畳指令を出力する、工作機械の制御装置である。【選択図】図１

Description

本発明は、ねじ切り加工を行う工作機械の制御装置に関する。特に、ねじ切り時の切り屑の細断を効率的に行うことができる工作機械の制御装置に関する。

ねじ切り加工は、様々な方法で実行されている。例えば、複数軸を備えた工作機械を用いて、複数軸を協調させてねじ切り加工を行う場合も多い。このようなねじ切り加工は、円柱状のワークの表面を螺旋状に旋削加工することによって実現される。この旋削加工を円柱状のワークの表面で繰り返すことによって、最終的には図６のような十分な深さのねじ溝１０が形成され、全体としてねじ１２の加工が完成する。

旋削加工の途中の状態が図７に示されている。図７中のＰに示すように、ワーク１４に対するねじ溝１０の切削は、ワーク１４上の所定の軌跡１０ａ（ねじ溝１０の位置）上を切削工具１６で複数回切削していくことによって行われる。図９は、切削を開始したばかりの状態であり、ねじ溝１０はまだ浅い状態である。何度も切削を繰り返すことによって深いねじ溝１０（図６参照）が形成されて最終的なねじ１２が完成する。なお、軌跡１０ａは、図９に示すように、ワーク１４の裏側にも存在し、裏側の軌跡１０ａは理解しやすくするため、破線で示されている。また、図７において、軌跡１０ａは、その性質から便宜上ねじ溝１０と同じ線で表されている。

図７において、ワーク１４は、主軸１８に取り付けられて回転している。主軸１８を囲むような円形の矢印Ｃで示されるように回転している。矢印Ｃで示される回転座標軸をここではＣ軸と呼ぶ。すなわち、Ｃ軸は主軸周りの角度を表す角度座標である。

切削工具１６は、回転しているワーク１４表面の軌跡１０ａ上を移動していき、ねじ溝１０を切削加工する。そのために、切削工具１６は、ワーク１４のＣ軸方向の回転と同期して、ワーク１４の長手方向の座標軸であるＺ軸（図７参照）に沿って移動する必要がある。矢印Ｚが、Ｚ座標軸（以下、Ｚ軸と呼ぶ）の方向を表す。

このようなＺ軸方向の切削工具１６の移動によって、いわゆる螺旋状のねじ溝１０が切削されてねじ１２が形成される。切削工具１６のＺ軸方向の移動が早ければ、ねじ溝１０はより急峻な螺旋を描き、切削工具１６のＺ軸方向の移動が遅い場合は、ねじ溝１０はより緩やかな螺旋を描く。

さらに、上述したように、切削は複数回行われ、最初は浅いねじ溝１０が形成され、何度も切削を繰り返す毎に、より深いねじ溝１０が形成されていく。すなわち、切削工具１６は、切削の回数毎に徐々に、ワーク１４の表面と垂直方向のＸ座標軸（図７参照）方向に移動していき、ワーク１４に対して徐々に深い位置で切削を行うように制御される。矢印Ｘが、Ｘ座標軸（以下、Ｘ軸と呼ぶ）の方向を表す。このような制御によって、最終的に図７に示すようなねじ１２が完成する。

このようなねじ切り加工においても、切り屑の細断処理を適切に行う必要がある。そのため様々な技術が提案されている。例えば、特許文献１によれば、複数回の切り込み加工によってねじ切り加工を行う装置において、駆動軸の移動に対して振動を重畳し、各切り込み加工において振動位相シフト量をずらす技術が開示されている。この装置によれば、切り込み毎に振動の位相を適切に調整することにより、振動による切り粉の分断が可能になると記載されている。

また、特許文献２には、ワークの径方向に往復振動させる手段と、往復振動を伴う各切り込み加工時の振動のパターンを、所定の切り込み加工時の切削加工部分に、他の切り込み加工による切削済みの部分が部分的に含まれるように設定する振動設定手段と、を備える装置が開示されている。このような構成によって、切削中の切屑が分断されると記載されている。

特許第５８５１６７０号公報 国際公開第２０１６／０５６５２６号

ここで、例えば上述した特許文献２におけるねじ切りの加工の様子が、図８に示されている。図８は、図７の切削工具１６の先端部のＡ部の拡大図である。Ａ部を示す図８において、Ｃ軸は図に対しておよそ垂直方向に向かう座標軸となる。Ｘ軸、Ｚ軸は、図７と同様の向きである。図８に示すように、切削工具１６は、Ｘ軸の速度指令によって、Ｘ軸に沿った往復運動もしている。これが揺動１９である（図８参照）。また、図８において、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、それぞれＸ軸上の位置を示している。また、このＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、ワーク１４の径方向の位置を表している。ワーク１４は、図７に示すように主軸１８を回転軸として回転しており、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３はその主軸１８を中心とする径方向の位置も表している。このＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、図９と共通であり、両図の径方向の位置の対応の理解を容易にするためのものである。

図８における揺動１９によって、切削工具１６は、位置Ｐ１から位置Ｐ２を往復している。したがって、ワーク１４は、場所によって位置Ｐ２まで切削される。ねじ１２を実現する本来のねじ溝１０の深さはＢで示されている。また、Ｘ軸方向への揺動１９は、切り込みと、切り上げとからなる。切り込みは切削工具１６がワーク１４へ近づく方向に揺動することであり、切り上げは、切削工具１６がワーク１４から離れる方向に揺動することをいう。特に、切り込みを行うことによって、ねじ溝１０が所定の深さまで切削される。

図８の矢印Ｄ方向から見た図が図９に示されている。矢印Ｄから見ているため、Ｃ軸に代わってＺ軸が図に対して垂直方向となる。Ｃ軸は回転座標軸であるため、正確には、円弧を描くような座標軸となるが、図８のような狭い範囲では、図９に示すように近似的に直線の座標として表すことができる。

図９に示すように、特許文献２においては、切削工具１６が加工方向（Ｃ軸方向）に移動する際に、上述したようにＸ軸方向（ワーク１４の径方向）の揺動動作が加えられている。この揺動１９は、図８で説明したように、位置Ｐ１と位置Ｐ２との間の揺動である。
ただし、この揺動１９は、加工が進むにつれて、ワーク１４のより深い位置に移動していく。すなわち、ワークの径方向であって、より低い位置に移動していく。この様子も図９に示されている。図９に示すように、切削加工の１回目（１パス目と呼ぶ）の揺動１９は、位置Ｐ１と位置Ｐ２との間の揺動である。次に、切削加工の２回目（２パス目と呼ぶ）の揺動１９はそれより深い位置に移動していくことが図９から理解される。この時、２パス目の揺動１９は、その切り込み加工（２パス目）の時に切削加工される部分に、他の切り込み加工（１パス目）によって切削済みの部分が部分的に含まれるように揺動１９の位相が設定されている。この部分が図９ではＪで示されている。

この結果、特許文献２においては、切削済みの空間を切削工具が通過することにより、切り屑の細断ができるとされている。このようにして、特許文献２においては、ワーク１４の径方向に往復運動させること（後述する揺動指令生成部１０４がそのような運動をさせる揺動指令を生成する）が開示されている。また、往復運動を伴う各切り込み加工時の振動のパターンを、所定の切り込み加工時の切削加工部分に、他の切り込み加工時による切削済みの部分が部分的に含まれるように設定すること（後述する揺動指令生成部１０４がそのような運動をさせる揺動指令を生成する）が開示されている。このように、特許文献２の発明においては、２パス目以降の切削加工において、切り屑の細断を実行することができる。

しかしながら、このような揺動をねじ切り加工に加える従来の手法では、その揺動によって切削加工の結果物の形状に影響を及ぼすことも考えられる。その結果、揺動を含まない仕上げとしての切削加工を、最後のパスで必ず実行する必要があり、煩雑な切削加工処理となりがちであった。したがって、切削加工に費やす時間も長くなる傾向にあった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、切り屑の細断を行え、かつ、いわゆる仕上げの加工処理を行わなくても正確な切削加工を行うことができる工作機械の制御装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の課題を鋭意研究し、通常の切削加工（ねじ切り加工）の前に、予め切り込みを入れておくことによって、その後の通常のねじ切り加工時に、切削工具がその切り込みを通過することによって、切り屑が自動的に細断されるのではないかと考えた。本発明者らは、係る発想に基づき、以下のような発明を完成するに至った。

（１）本発明は、ワーク（例えば、後述するワーク２１４）の回転に同期して工具（例えば、後述する切削工具２１６）を回転軸方向に移動させる動作を、径方向に切り込みながら複数回繰り返すことで、前記ワークをねじ切り加工する工作機械の制御装置であって、揺動を行う条件に基づき、前記ワークと前記工具とを相対的に前記ワークの径方向に揺動させる揺動指令を生成する揺動指令生成部（例えば、後述する揺動指令生成部１０４）と、前記ワークのねじ切り加工を行うために前記ワークと前記工具とを相対的に移動させる前記移動指令を生成する移動指令生成部と、前記揺動指令と前記移動指令とを加算する加算器（例えば、後述する制御部１０８）と、前記揺動指令を前記移動指令に加算するか否かを予め判定する判定部（例えば、後述する揺動指令ＯＮ／ＯＦＦ判定部１０２）と、を備え、前記加算器は、前記判定部の判定結果に従って、前記揺動指令を加算した総移動指令と、前記揺動指令を加算しない総移動指令とが、それぞれ任意の回数組み合わされた加工パターンを１種又は複数種含んで構成される重畳指令を出力する、工作機械の制御装置（例えば、後述する制御装置１００）を提供する。
これにより、揺動指令は径方向の切り込み毎に同位相とすることで効率的な切り屑細断が可能になる。また、揺動を伴わない加工だけではなく、揺動を伴う加工でも切り屑を細断できる。

（２） （１）の制御装置において、前記判定部は、前記ワークの前記ねじ切り加工を行う加工プログラムを検査し、前記揺動指令を前記移動指令に加算するか否かを判定してよい。

（３） （１）又は（２）の制御装置において、前記判定部は、前記ワークの径方向の前記ワークと前記工具との相対的な揺動による切り込みが、前記ねじ切り加工の対象であるねじ溝の底に到達するまでは、前記揺動指令を加算する前記総移動指令から構成されるよう指令を出力し、前記ワークの径方向の前記ワークと前記工具との相対的な揺動による切り込みが、前記ねじ切り加工の対象であるねじ溝の底に到達した後は、前記揺動指令を加算しない前記総移動指令から構成されるよう指令を出力してよい。

（４） （１）から（３）のいずれかの制御装置において、前記揺動指令生成部は、前記ワークと工具とを相対的に前記ワークの径方向に揺動させる揺動による各切り込み加工において、他の切り込み加工における切削済みの部分が含まれないように前記揺動指令を生成してよい。

（５） （１）から（４）のいずれかの制御装置において、前記揺動指令生成部は、前記ワークを回転させる主軸の回転速度の所定の定数倍の揺動周波数で揺動を行うように指令する前記揺動指令を生成してよい。

（６） （１）から（５）のいずれかの制御装置において、前記揺動指令生成部は、前記ワークに対する前記ねじ切り加工が進行するに伴い、１パス毎に、前記ワークと前記工具との相対的な揺動の前記ワークの径方向の振幅が大きくなっていくように前記揺動指令を生成してよい。

（７） （１）から（６）のいずれかの制御装置において、前記揺動指令生成部は、前記ワークに対する前記ねじ切り加工が進行するに伴い、１パス毎に、前記ワークと前記工具との相対的な揺動の前記ワークの径方向のスタート位置のオフセットが大きくなっていくように前記揺動指令を生成してよい。

本発明によれば、あらかじめ切り込みを入れることによって、切削加工時に切り屑を細断することができる。さらに、揺動動作を行わずに切り屑が細断できるので、加工面の品質が揺動によって悪化することもない。

第１実施形態に係る工作機械の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 第１実施形態に係る、ワークと切削工具との相対的な揺動であって、ワークの径方向の揺動を含む切り込み動作を行った後、通常のねじ切り加工を行う動作例を示す説明図である。 第１実施形態の変形例として、揺動を伴わない切り込み動作を４パス目〜６パス目まで行う動作例を示す説明図である。 第２実施形態に係るねじ切り加工の動作例を示す説明図である。 第３実施形態に係るねじ切り加工の動作例を示す説明図である。 ねじ切り加工によって作成したねじの外観図である。 ねじを作成するためにねじ切り加工を実行している最中の様子を示す説明図である。 図４のＡ部の拡大図であり、Ｘ軸方向の揺動、すなわちワークと切削工具との相対的な揺動であって、ワークの径方向の揺動を含む場合のねじ切り加工の説明図である。 図５の矢印Ｄから見た場合の、Ｘ軸方向の揺動、すなわちワークと切削工具との相対的な揺動であって、ワークの径方向の揺動を含む場合のねじ切り加工の説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、第２実施形態以降の説明では、第１実施形態と共通する構成についてはその説明を省略する。

［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係る工作機械の制御装置１００の構成を示す機能ブロック図である。図１に示すように、制御装置１００は、揺動指令ＯＮ／ＯＦＦ判定部１０２と、揺動指令生成部１０４と、加算器１０６と、制御部１０８と、移動指令生成部（不図示）と、を備えている。制御装置１００は、ワークの回転に同期して工具を回転軸方向に移動させる動作を、径方向に切り込みながら複数回繰り返すことで、ワークをねじ切り加工する工作機械の制御装置である。この制御装置１００は、いわゆるサーボ制御装置であってよい。制御装置１００のこれら各構成は、その動作を記述するプログラムと、当該プログラムを実行するＣＰＵと、から構成してよい。また、制御装置１００をコンピュータで構成し、そのコンピュータのＣＰＵが、制御装置１００の各構成の機能を記述したプログラムを実行することによって、各構成を実現してもよい。

揺動指令ＯＮ／ＯＦＦ判定部１０２は、外部から加工プログラムを入力し、移動指令に揺動指令を加えるか否かを判定する。本実施形態では、加工プログラムを検査し、その切削加工に揺動を加えることによって、最終的な加工面の品質に悪影響を与えるか否か判断する。その結果、その切削加工が仕上げ処理であり、揺動を加えたのでは、加工面に揺動による影響が表れ、加工品質に悪影響があると考えられる場合は、揺動を加えないと判定し、加算器を有する後述の制御部が、揺動指令を加えないことを意味する重畳指令を出力する。他方、その切削加工に揺動を加えてもワーク２１４の仕上げ処理(加工面の品質)に影響を与えないと考えられる場合は、移動指令に揺動を加えると判定し、加算器を有する後述の制御部が、揺動指令を加えることを意味する重畳指令を出力する。

加工プログラムは、そのワーク２１４に対して行う旋削加工の動作を記述するプログラムであるので、この加工プログラムを検査すれば、その旋削加工の動作の移動指令に揺動指令を加えて、最終的な加工面に影響が出るか否かを判定することができる。
加工プログラムは、種々のインターフェースで揺動指令ＯＮ／ＯＦＦ判定部１０２に供給してよい。図１では、制御装置１００の外部から供給を受けるように記載しているが、制御装置１００の内部に加工プログラムが格納されていてもよい。

揺動指令ＯＮ／ＯＦＦ判定部１０２は、そのような動作を記述したプログラムと、そのプログラムを実行するＣＰＵと、加工プログラムを入力する入力インターフェースとから構成することができる。なお、上述したように、加工プログラムを制御装置１００内に格納する場合は、この入力インターフェースは必ずしも必要ではない。

本実施形態において特徴的なことは、最終的な仕上げの加工動作以外の場合は、最終的な加工面に影響を及ぼさないとして、揺動を加えるための重畳指令を出力したことである。その結果、揺動しながらねじ切り切削経路に沿って切り込みを入れることができる。また、最終的な仕上げの加工動作のように、最終的な加工面に悪影響を及ぼす可能性がある場合は、揺動を加えないように重畳指令を出力したことである。その結果、揺動せずにねじ切り切削経路に沿った加工を行うことができる。

揺動指令生成部１０４は、ワーク２１４に対して例えばねじ切り加工を行う場合の各軸の移動指令に重畳される揺動指令を生成する。揺動指令生成部１０４は、外部から揺動条件を入力し、この揺動条件に従って、揺動指令を生成する。揺動条件としては、揺動の周期（周波数）や、振幅、位相等が含まれていてよい。また、揺動は例えば正弦波で行ってよいが、周期的な信号であれば、三角波等でもよい。揺動条件は、所定の入力インファーフェースを介して入力してよい。例えば操作者がキーボードやマウスで入力してもよいし、他のコンピュータから、所定の通信インターフェースを介して揺動条件が入力されてもよい。

本実施形態において特徴的なことは、揺動指令の出力が制御されることである。ここで、揺動指令を出力しないとは、揺動信号として値が「０」の信号を出力することや、揺動をしないことを意味する信号を出力すること、等を含めてよい。この揺動指令生成部１０４も、揺動指令生成部１０４の動作を記述したプログラムと、そのプログラムを実行するＣＰＵと、から構成することができる。また、揺動条件を入力する所定のインターフェースが含まれていてもよい。

加算器１０６は、揺動指令生成部（不図示）あるいは上位の制御装置から供給されてきた移動指令（分配指令）を入力する。この移動指令は、自装置（制御装置１００）に分配されてきた移動指令であるので、分配指令と呼ぶ。上位の制御装置が例えば工場全体の加工処理のプログラムから、モータ１２０向けの移動指令のみを抽出して分配する場合等が考えられる。加算器１０６は、この移動指令（分配指令）から、モータ１２０から送信されてきた位置フィードバック値を減算し、減算後の位置偏差を制御部１０８へ出力する。これによって、いわゆる位置フィードバック制御を行うことができる。

制御部１０８は、入力された位置偏差に応じて、モータ１２０を駆動する指令を生成してモータ１２０へ出力する。この指令に基づいて、切削工具のモータ１２０が駆動され、切削工具をワークに対して移動させる。
より詳しくは、本実施形態の制御部１０８は、加算器を含んで構成され、揺動指令ＯＮ／ＯＦＦ判定部１０２の判定結果に従って、揺動指令を加算した総移動指令と、揺動指令を加算しない総移動指令とが、それぞれ任意の回数組み合わされた加工パターンを１種又は複数種含んで構成される重畳指令を出力する。

本実施形態の制御装置１００は、ねじ切り加工時の切り屑を細断するために、ワーク２１４の径方向に、ワーク２１４と切削工具２１６とを相対的に揺動させて切り込みを入れた後、通常のねじ切り加工を行うことを特徴の一つとする。

本実施形態におけるねじ切り加工の様子が図２に示されている。図２は、従来の技術を示す図６と同様の向きからワーク２１４を見た図である。図９と同様に、Ｚ軸が図に対して垂直方向を向いている。また、図９と同様に、Ｘ軸方向に揺動が加えられ、Ｃ軸方向に切削工具２１６が移動する。すなわち、加工方向はＣ軸と平行であり、この点も図９と同様である。なお、このＸ軸方向の揺動は、ワーク２１４の径方向の揺動であって、ワーク２１４と切削工具２１６との相対的な揺動である。

図２においても、図９と同様に、切削工具２１６は、ワーク２１４上を複数回切削し、加工を進めていく。ただし、図９と異なり、ある切込み加工時（２パス目２２２）の切削加工部分に、他の切り込み加工（１パス目２２０）による切削加工済みの部分を含めることはしない）（図２参照）。

図２に示すように、上で説明したＸ軸方向の揺動を含む切削加工が複数回、１パス目２２０、２パス目２２２、３パス目２２４のように実行される。切削加工のたびに、切り込みの深さは深くなっていく。例えば１パス目２２０の切削加工においては、２２６までの深さで切り込み動作が行われる。また、２パス目２２２の切削加工においては、２２８までの深さで切り込み動作が行われる。３パス目２２４の切削加工においては、２３０までの深さで切り込み動作が行われる。また、揺動を伴う各切り込みは、いずれも切り込みの軌跡がワーク２１４の表面よりも径方向外側に位置するように、振幅等の揺動条件が設定される。これにより、各揺動を伴う切り込みにおいても、切り屑が細断できる。

本実施形態においては、このように、揺動を加えても、最終的な加工面に影響を及ぼさないような切削加工には揺動を加えて、切り込み動作を行わせる。この動作を最終的な加工面に悪影響を与える直前まで続ける。図２の場合、３パス目２２４より深く４パス目を実行しようとする場合に揺動を加えると、最終的な加工面に悪影響を及ぼすと、揺動指令ＯＮ／ＯＦＦ判定部１０２は判断している。なお、図２では最終的な加工面は２３２で表されている。

したがって、図２の例では、揺動指令ＯＮ／ＯＦＦ判定部１０２は、４パス目は揺動を加えないように判定している。つまり、揺動指令ＯＮ／ＯＦＦ判定部１０２は、４パス目の切削加工の際には揺動指令を重畳しないことを意味する重畳指令を出力する。その結果、揺動指令生成部１０４は、揺動指令を出力しない（又は、値が「０」の揺動指令を出力する）。したがって、移動指令（分配指令）は、揺動を加えられることなくモータ１２０に対して出力される。

その結果、４パス目（図示せず）は、最終的な加工面２３２となるようにワーク２１４に対する切削加工を行う。この際、１パス目２２０〜３パス目２２４の切削加工によって切り込みが入れられているので、４パス目自体に揺動が加えられていなくても切り屑を細断することが可能である。
さらに、本実施形態においては、仕上げとしての最終的な４パス目には、揺動が加えられていないので、精度の高い加工面を得ることができる。従来の技術では揺動が常に加えられているので、最後には仕上げのために精密な切削加工が必要となる。これに対して、本実施形態においてはそのような別途仕上げの処理は必要ないので、より迅速な切削加工を実現することができる。

本実施形態においては、まず、「揺動によって切り込みを入れるステップ」と、「切り込み後、揺動をせずにねじ溝の加工を行うステップ」と、に分けて切削加工を行った。したがって、切り込みが既に入れられているので、（揺動を含まない）最終的なねじ溝の切削加工であっても、切り屑を細断できるとともに、精度の高い加工面を実現することが可能となった。また、本実施形態によれば、最終的な加工面に悪影響を与える場合は、揺動を加えずに切削加工を行っているので、切削の加工条件や加工方法に左右されずに切削加工を進めることができる制御装置１００を実現することができる。

ここで、図３は、本実施形態の変形例として、揺動を伴わない切り込みを４パス目〜６パス目まで行う動作例を示す説明図である。図３に示すように、４パス目の揺動を伴わない切り込みでは、１パス目の揺動を伴う切り込みの切削済みの部分が含まれる（１点でも含まれればよいが、実際には図３に示すように所定の大きさ以上の該切削済みの部分が含まれる。これについては、５パス目、６パス目も同様である。）ように切り込みが行われる。同様に、５パス目の揺動を伴わない切り込みでは、２パス目の揺動を伴う切り込みの切削済みの部分が含まれるように切り込みが行われ、６パス目の揺動を伴わない切り込みでは、３パス目の揺動を伴う切り込みの切削済みの部分が含まれるように切り込みが行われる。これにより、揺動を伴わない切り込みである４パス目〜６パス目のいずれにおいても、切り屑を細断できる。

［第２実施形態］
図４は、第２実施形態に係るねじ切り加工の動作例を示す説明図である。本実施形態は、上述の第１実施形態と比べて、揺動を伴う切り込みと揺動を伴わない切り込みの組み合わせのみが相違する。本実施形態では、ワークの径方向のワークと工具との相対的な揺動を伴う１回の切り込み動作と、揺動を伴わない１回の切り込み動作と、を交互に行うものである。より具体的には、図４に示すように、１パス目３２０、３パス目３２４及び５パス目３２８の奇数パスでは、揺動を伴う切り込みを行い、２パス目３２２、４パス目３２６及び６パス目３３０の偶数パス目では、揺動を伴わない切り込みを行うものである。そのため、本実施形態の揺動指令ＯＮ／ＯＦＦ判定部は、揺動を伴う１回の切り込みと、揺動を伴わない１回の切り込みと、をこの順に交互に繰り返すねじ切り加工となるように、揺動指令を移動指令に重畳するか否かを判定し、重畳指令を出力する。

図４に示すように、２パス目３２２の揺動を伴わない切り込みでは、１パス目の３２０揺動を伴う切り込みの切削済みの部分が含まれる（１点でも含まれればよいが、実際には図４に示すように所定の大きさ以上の該切削済みの部分が含まれる。これについては、４パス目３２６、６パス目３３０も同様である。）ように切り込みが行われる。同様に、４パス目３２６の揺動を伴わない切り込みでは、３パス目３２４の揺動を伴う切り込みの切削済みの部分が含まれるように切り込みが行われ、６パス目３３０の揺動を伴わない切り込みでは、５パス目３２８の揺動を伴う切り込みの切削済みの部分が含まれるように切り込みが行われる。これにより、揺動を伴わない切り込みである２パス目３２２、４パス目３２６及び６パス目３３０のいずれにおいても、切り屑を細断できる。

なお、第１実施形態と同様に、揺動を伴う各切り込み加工では、揺動を伴う他の切り込み加工における切削済みの部分が含まれないようになっている。また、揺動を伴う各切り込みは、いずれも切り込みの軌跡がワーク２１４の表面よりも径方向外側に位置するように、振幅等の揺動条件が設定される。これにより、各揺動を伴う切り込みにおいても、切り屑が細断できる。

［第３実施形態］
図５は、第３実施形態に係るねじ切り加工の動作例を示す説明図である。本実施形態は、上述の第１、第２実施形態と比べて、揺動を伴う切り込みと揺動を伴わない切り込みの組み合わせのみが相違する。本実施形態では、ワークの径方向のワークと工具との相対的な揺動を伴う２回の切り込み動作と、揺動を伴わない２回の切り込み動作と、を行った後、揺動を伴う１回の切り込み動作と、揺動を伴わない１回の切り込み動作を行うものである。そのため、本実施形態の揺動指令ＯＮ／ＯＦＦ判定部は、このような動作のねじ切り加工となるように、揺動指令を移動指令に重畳するか否かを判定し、重畳指令を出力する。

図５に示すように、３パス目４２４の揺動を伴わない切り込みでは、１パス目４２０の揺動を伴う切り込みの切削済みの部分が含まれる（１点でも含まれればよいが、実際には図５に示すように所定の大きさ以上の該切削済みの部分が含まれる。これについては、４パス目４２６、６パス目４３０も同様である。）ように切り込みが行われる。同様に、４パス目４２６の揺動を伴わない切り込みでは、２パス目４２２の揺動を伴う切り込みの切削済みの部分が含まれるように切り込みが行われ、６パス目４３０の揺動を伴わない切り込みでは、５パス目４２８の揺動を伴う切り込みの切削済みの部分が含まれるように切り込みが行われる。これにより、揺動を伴わない切り込みである３パス目４２４、４パス目４２６及び６パス目４３０のいずれにおいても、切り屑を細断できる。

なお、第１実施形態と同様に、揺動を伴う各切り込み加工では、揺動を伴う他の切り込み加工における切削済みの部分が含まれないようになっている。また、揺動を伴う各切り込みは、いずれも切り込みの軌跡がワーク２１４の表面よりも径方向外側に位置するように、振幅等の揺動条件が設定される。これにより、各揺動を伴う切り込みにおいても、切り屑が細断できる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、前述した実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体例を示したに過ぎない。本発明の技術的範囲は、前述した実施形態に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であり、それらも全て本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記実施形態に限らず、ワークの径方向のワークと工具との相対的な揺動を伴う切り込み動作（揺動動作）と、該揺動を伴わない切り込み動作（非揺動動作）との組み合わせを概念的に表すと、以下の数式（１）により表現できる。

［数１］

（（揺動動作）×ｍ１＋（非揺動動作）×ｎ１）＋（（揺動動作）×ｍ２＋（非揺動動作）×ｎ２）＋・・・・・＋（（揺動動作）×ｍＬ＋（非揺動動作）×ｎＬ）
・・・・・数式（１）

［上記数式（１）において、ｍ１〜ｍＬ及びｎ１〜ｎＬはそれぞれ繰り返し回数を意味し、いずれも１〜Ｌまでの整数である。］

すなわち、上記数式（１）に示されるように、ワークの径方向のワークと工具との相対的な揺動を伴う切り込み（揺動指令を加算した総移動指令）と、揺動を伴わない切り込み（揺動指令を加算しない総移動指令）とが、それぞれ任意の回数組み合わされた加工パターン（例えば、上記数式（１）中の（揺動動作）×ｍ１＋（非揺動動作）×ｎ１等）を１種又は複数種含んで構成されるねじ切り加工となるように重畳指令を出力することにより、種々の加工パターンの組み合わせが可能である。
また、ワークの径方向のワークと工具との相対的な揺動を伴う少なくとも１回の切り込みと、揺動を伴わない少なくとも１回の切り込みと、をこの順に交互に繰り返すねじ切り加工となるような組み合わせも可能である。

また、例えば、上述した実施形態では、揺動は正弦波を例として説明しているが、周期的な波形であれば、矩形波でも三角波等でもよい。
また、上述した例では、揺動を加える切削加工においては、Ｘ軸方向のスタート地点をシフトさせ（つまり、オフセットを大きくさせて）、１パス目２２０、２パス目２２２、３パス目２２４と進むにつれて徐々に深く切削が進むように構成している。オフセットを１パス毎に大きくするとは、ワーク２１４の表面からの深さがより深くなるようにスタート地点が、よりワーク２１４の中心部に近くなることをいう。

これに対して、例えば、スタート地点をシフトさせずにＸ軸方向の振幅を１パス毎に徐々に増やすように制御してもよい。振幅を１パス毎に増やしても、徐々により深く切削加工を進めることができるからである。ここで、より「深く」とは、ワーク２１４の径方向であって、ワーク２１４の表面から遠く、主軸２１８に近い方を、より「深い」と表したものである。

また、上述した実施形態では、揺動は切削工具２１６の移動に加えられる例を説明したが、ワーク２１４側に加えられる場合も含まれる。また、他の軸に加えられる場合であってもよい。本実施形態における揺動は、ワーク２１４と切削工具２１６との間の想定的な揺動であって、ワーク２１４の径方向の揺動であれば、どのような軸によって実現されていてもよい。

さらに、上述した実施形態では、揺動は例えば正弦波であることを前提として説明したが、周期的な波形であり、周波数（周期）が定義できればどのような波形でもよい。

また、上述した実施形態では、揺動周波数の周波数は任意であったが、主軸の回転速度（回転周期）に対してその所定の定数倍（又は定数分の一）の揺動周波数とすることができる。例えば、ワークの主軸の回転周波数がｍｈｚ（回転周期が１／ｍ秒）である場合、揺動周波数（周期）は、周波数（ｎ×ｍ）ｈｚ（周期１／（ｎ×ｍ）秒）としてよい。ここで、ｎ、ｍは正の整数である。このように、揺動周波数を主軸の周波数（回転数）の所定の定数倍（整数倍）に設定すれば、細断する切り屑の長さ一定にすることができる。
このように主軸の周波数（回転数）の定数倍の揺動周波数とすることは、揺動条件（図１参照）で操作者が任意の値を設定し、揺動指令生成部１０４に対して指示すればよい。
なおこのように、ワーク２１４を回転させる主軸の回転速度に対して、その所定の定数倍の揺動周波数に設定する場合を、「主軸に対して揺動周波数を同期させる」と呼ぶ。

また、上述した実施形態では、揺動指令生成部１０４は、揺動による切り込みを行う切削加工をはじめに実行し、次に、揺動を加えない切削加工を実行する、という２種の切削加工を切り替えて実行している。この切り替えは、揺動指令ＯＮ／ＯＦＦ判定部１０２が、揺動を加えて最終的な加工面に影響がでるか否かで判定しているが、他の判断基準で判断してもよい。

１０、１０ａ、１０ｂ ねじ溝
１２ ねじ
１４、２１４ ワーク
１６、２１６ 切削工具
１８ 主軸
１００ 制御装置
１０２ 揺動指令ＯＮ／ＯＦＦ判定部
１０４ 揺動指令生成部
１０６、１１２ 加算器
１０８ 制御部
１２０ モータ
２２０ １パス目
２２２ ２パス目
２２４ ３パス目
２０、２２６ １パス目の切削加工による切り込みの深さ
２２、２２８ ２パス目の切削加工による切り込みの深さ
２３０ ３パス目の切削加工による切り込みの深さ
２３２ 最終的な加工面
Ａ 部分
Ｂ （完成時の）ねじ溝
Ｃ Ｃ軸
Ｄ 矢印
Ｘ Ｘ軸
Ｚ Ｚ軸

Claims (7)

1. ワークの回転に同期して工具を回転軸方向に移動させる動作を、径方向に切り込みながら複数回繰り返すことで、前記ワークをねじ切り加工する工作機械の制御装置であって、
   揺動を行う条件に基づき、前記ワークと前記工具とを相対的に前記ワークの径方向に揺動させる揺動指令を生成する揺動指令生成部と、
   前記ワークのねじ切り加工を行うために前記ワークと前記工具とを相対的に移動させる移動指令を生成する移動指令生成部と、
   前記揺動指令と前記移動指令とを加算する加算器と、
   前記揺動指令を前記移動指令に加算するか否かを予め判定する判定部と、を備え、
   前記加算器は、前記判定部の判定結果に従って、前記揺動指令を加算した総移動指令と、前記揺動指令を加算しない総移動指令とが、それぞれ任意の回数組み合わされた加工パターンを１種又は複数種含んで構成される重畳指令を出力する、工作機械の制御装置。
2. 前記判定部は、前記ワークの前記ねじ切り加工を行う加工プログラムを検査し、前記揺動指令を前記移動指令に加算するか否かを判定する、請求項１に記載の工作機械の制御装置。
3. 前記判定部は、前記ワークの径方向の前記ワークと前記工具との相対的な揺動による切り込みが、前記ねじ切り加工の対象であるねじ溝の底に到達するまでは、前記揺動指令を加算する前記総移動指令から構成されるよう指令を出力し、前記ワークの径方向の前記ワークと前記工具との相対的な揺動による切り込みが、前記ねじ切り加工の対象であるねじ溝の底に到達した後は、前記揺動指令を加算しない前記総移動指令から構成されるよう指令を出力する、請求項１又は２に記載の工作機械の制御装置。
4. 前記揺動指令生成部は、前記ワークと工具とを相対的に前記ワークの径方向に揺動させる揺動による各切り込み加工において、他の切り込み加工における切削済みの部分が含まれないように前記揺動指令を生成する請求項１から３のいずれか１項に記載の工作機械の制御装置。
5. 前記揺動指令生成部は、前記ワークを回転させる主軸の回転速度の所定の定数倍の揺動周波数で揺動を行うように指令する前記揺動指令を生成する請求項１から４のいずれか１項に記載の工作機械の制御装置。
6. 前記揺動指令生成部は、前記ワークに対する前記ねじ切り加工が進行するに伴い、１パス毎に、前記ワークと前記工具との相対的な揺動の前記ワークの径方向の振幅が大きくなっていくように前記揺動指令を生成する請求項１から５のいずれか１項に記載の工作機械の制御装置。
7. 前記揺動指令生成部は、前記ワークに対する前記ねじ切り加工が進行するに伴い、１パス毎に、前記ワークと前記工具との相対的な揺動の前記ワークの径方向のスタート位置のオフセットが大きくなっていくように前記揺動指令を生成する請求項１から６のいずれか１項に記載の工作機械の制御装置。

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