JP2019191857A - 表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このような欠点を避けるために、加工方向に切削工具とワークとを相対的に揺動させることにより切屑を細断する揺動切削が知られている(例えば特許文献1、特許文献2等参照)。揺動切削を行う工作機械の制御装置は、加工方向に切削工具またはワークを送る送り軸のサーボモータに対して正弦波状の送り指令を与えることにより、加工方向に切削工具とワークとを相対的に揺動させている。
また、従来、数値制御装置(CNC)により加工プログラムに従って生成されて工作機械の各軸のサーボモータに指令される指令データや、各軸に備わる位置検出装置から出力される実位置データなどを波形表示できる波形表示装置が知られている(例えば特許文献3)。
このような作業では、数値制御装置内のNCプログラムに設定された加工条件や各種パラメータの変更に応じて、揺動動作を行う送り軸の指令データや実位置データがどのように変化するかを確認できることが望ましく、上述のような波形表示装置が有用である。
しかしながら、揺動動作を行う送り軸に関する指令データまたは実位置データの時間変化を単純に波形表示するだけでは、切削工具による切屑の細断が可能であるか否かを判定するのは難しいという課題がある。
但し、以降の説明においては、図1に示されるように、回転する円柱形のワークWの外周面が切削工具14により旋削加工されるものとする。また、ワークWが回転すると共に切削工具14がワークWの外周面の母線に沿って揺動する構成を例にとって説明する。
複数の駆動軸13は、主軸M0と、主軸M0と協調動作する少なくとも2つの送り軸M1、M2とを含む。主軸M0はスピンドルモータまたはサーボモータを備えるものである。送り軸M1、M2は、ボールねじ機構またはリニアスライダ等の送り機構と該送り機構を駆動するサーボモータとを含むものである。
円柱形または円筒形のワークを旋削加工する場合、ワークを該ワークの中心軸線(Z軸)まわりに回転するとともに、切削工具14はZ軸方向に沿った第一方向(加工方向)のみに送られる。この場合、送り軸M2は基本的には不要である。
但し、送り軸M1、M2の位置検出装置15は、送り軸M1、M2の位置(図1の例では切削工具14の位置)を取得できれば如何なる装置でもよく、上記のエンコーダに限定されない。送り軸M1、M2の位置検出装置15は、例えば、駆動軸13から離間して配置されていてレーザトラッカまたは3次元位置センサなどを含む位置計測器でもよい。
制御装置11は、上述したように各駆動軸13に送信した指令と、各駆動軸13の位置検出装置15から制御装置11にフィードバックされる各駆動軸13の位置データとが一致するように、各駆動軸13を制御する。
このような断続切削を行うための送り軸M1の送り指令もまた、制御装置11により、加工プログラムに従って生成される。作業者は、制御装置11の操作盤(不図示)を用いて加工条件や各種パラメータを変更することにより、断続切削のための送り指令の周波数や振幅等を決定することができる。
なお、上記の断続切削とは、切削工具14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。
図2Bは、前述の揺動指令を示した図であり、横軸は時間を表し、縦軸は加工方向の位置(位置指令値)を表している。揺動指令においては、時間の経過とともに周期的に送り軸M1の位置指令値が増減している(波状曲線S参照)。図2Bから分かるように、揺動指令における振幅および周波数を変更することにより、様々な振動波形の揺動指令を得ることができる。なお、この例ではワークWの回転速度および切削工具14の送り速度をそれぞれ一定の値としているため、揺動指令の周波数も振幅も、時間経過に関わらず一定の値になっている。
図2Cは、図2Aに示された位置指令に図2Bに示された揺動指令を加算して得られる送り指令(合成指令)を示した図であり、横軸は時間を表し、縦軸は加工方向の位置(位置指令値)を表している。切削工具14の軌跡は、図2Cに示された送り指令に追従するようになる。より具体的には、図2Cに示されるように、送り指令(波状曲線Q参照)によって、切削工具14は、一回の往復運動において、所定の後退量だけ後退してから所定の前進量だけ前進して、その差の進行量だけ移動する。このように本実施形態では、送り軸M1により切削工具14が加工方向に往復運動(揺動)しながら該加工方向に送られることによって、断続切削が行われる。
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の一回転当たりの切削工具14の移動量、すなわち毎回転送り量[mm/rev]、SはワークWの中心軸線まわりの回転速度[min−1]又は[rpm]、Iは揺動周波数倍率、である。ここで、揺動周波数、すなわち揺動指令の周波数は式(1)における(S/60×I)の項に相当し、揺動振幅、すなわち揺動指令の振幅は式(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。
さらに、式(1)のような余弦波の揺動指令とすることで、図2Cの波状曲線Qから分かるように、切削工具14の加工開始点(横軸の0°の位置)で切削工具14の送り方向に初めから大きな揺動が出ないようにしている。
なお、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、後述するような重なり箇所B1、B2等(図3参照)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。
制御装置11は、そのような送り速度と回転速度とから、上記の式(1)における毎回転送り量F(=送り速度/回転速度S)を計算し、揺動振幅倍率Kおよび揺動周波数倍率Iの各値が事前に与えられた上記の式(1)により揺動指令を算出することができる。
上述したように、断続切削を行うための送り軸M1の送り指令が制御装置11により生成され、表示装置20は、そのような送り指令や、該送り指令により駆動された送り軸M1の実位置を作業者に視認させるための装置とされる。
しかし、断続切削のための送り指令の指令値を表示画面に単純に表示する方法では、切削工具14による切屑の細断が可能であるか否かを作業者が表示画面から判定するのは難しい。断続切削のための送り指令により駆動された送り軸M1の実位置を位置検出装置15により検出し、その検出値を表示画面に表示する方法においても、作業者が切屑の細断の可否を表示画面から判定するのは難しい。
さらに、送り軸M1,M2の位置情報として送り軸M1,M2の実位置を取得する場合、その実位置は、送り軸M1,M2のサーボモータに備わるエンコーダの出力値でもよいし、レーザトラッカまたは3次元位置センサ等の位置計測器により遠隔計測された送り軸M1,M2の移動端の位置、例えば切削工具14の先端部の位置でもよい。
実トルク(トルクフィードバック)は、例えば、送り軸M1,M2のサーボモータの駆動電流を検出することにより求められてもよい。実速度(速度フィードバック)は、例えば、送り軸M1,M2のサーボモータに備わるエンコーダの出力値から求められてもよい。実加速度(加速度フィードバック)は、例えば、切削工具14の先端部に設けられた加速度センサの出力値から求められてもよい。
情報取得部21は、取得した送り軸M1,M2の時系列の位置情報、及びその他の制御情報(トルク情報、速度情報又は加速度情報)、並びに主軸M0の回転速度および回転速度をメモリ(不図示)に記憶させる機能も備える。
第1情報表示部31は、ワークWに対して切削工具14が相対的に送られた位置を表す第1情報を表示する。具体的には、第1情報表示部31は、情報取得部21により取得された送り軸M1,M2の時系列の位置情報に基づいて、送り軸M1,M2の移動経路(移動軌跡)、すなわち切削工具14の移動経路(移動軌跡)を表す第1情報を表示する。
拡大情報表示部34は、第1情報の拡大情報を表示する。
但し、表示される第1情報は、送り軸M1,M2のサーボモータに搭載されたエンコーダの出力値、あるいは位置計測器により遠隔計測された切削工具14の先端位置であってもよい。つまり、第1情報は、送り軸M1に対する位置指令値に基づいたデータでもよいし、送り軸M1,M2の実位置(位置フィードバック)に基づいたデータでもよい。
但し、表示される第3情報は、送り軸M1,M2のサーボモータに搭載されたエンコーダの出力値と時間を対応付けたもの、あるいは位置計測器により遠隔計測された切削工具14の先端位置と時間とを対応付けたものであってもよい。つまり、第3情報は、送り軸M1,M2に対する位置指令値に基づいたデータもよいし、送り軸M1,M2の実位置に基づいた波形データでもよい。
第3情報は、送り軸M1,M2に対するトルク、速度又は加速度の指令値に基づいたデータもよいし、送り軸M1,M2の実トルク(トルクフィードバック)、実速度(速度フィードバック)、実加速度(加速度フィードバック)に基づいた波形データでもよい。
例えば、第2情報表示部32は、第3情報表示部33で表示された第3情報を、主軸M0の1回転分の回転角度(360°又は2π)(又は、複数回転分(2回転分、3回転分・・・)の回転角度)ごとに部分データに分割し、各々の部分データを第3情報の開始点(例えば、図3の横軸上の原点)に合わせるように順次シフトすることにより、第2情報を表示する。
図3に示される曲線A1および曲線A2は、例えば図2Cに示された送り指令の時系列データ(波状曲線Q)をワークWの1回転ごとに分割して得られた部分データ、すなわち第2情報に相当する。曲線A1はワークWの第1回転目における第2情報を表し、曲線A2はワークWの第2回転目における第2情報を表している。簡潔にする目的で、ワークWの第3回転目以降の第2情報は図示を省略している。これら曲線A1、A2等のような第2情報は、回転するワークW上における切削工具14の軌跡を表したものでもある。
また、図3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。各破線C1、C2、C3は、図2Cに示された位置指令(点線の直線P)に相当し、図3の縦軸方向における各破線C1、C2、C3の間隔は毎回転送り量Fに相当する。
この重なり箇所B1、B2においては、切削工具14が曲線A2の軌跡で加工しているときにワークWから離間するので、ワークWは加工されない。このような重なり箇所B1、B2が周期的に発生するので、前述した断続切削が実現する。図3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2回転目の曲線A2においては二つの切屑が発生する。
表示部30は、第1情報の拡大情報及び第3情報のうちの少なくとも1つを更に表示してもよい。すなわち、拡大情報表示部34が第1情報の拡大情報を更に表示してもよいし、第3情報表示部33が第3情報を更に表示してもよい。或いは、表示部30は、第2情報を、第1情報の拡大情報及び第3情報のうちの少なくとも1つに、一時的に切り替えて表示してもよい。すなわち、第2情報表示部32及び拡大情報表示部34が第2情報と切り替えるようにして拡大情報を表示してもよいし、第2情報表示部32及び第3情報表示部33が第2情報と切り替えるようにして第3情報を表示してもよい。或いは、第2情報表示部32、第3情報表示部33及び拡大情報表示部34は、第2情報又は第3情報と切り替えるようにして拡大情報を表示してもよい。このとき、拡大情報表示部34は、範囲選択部23によって選択された選択範囲に対応するように、拡大情報の表示範囲を変更してもよいし、第3情報表示部33は、範囲選択部23によって選択された選択範囲に対応するように、第3情報の表示範囲を変更してもよい。
図4では、第1情報表示部31は、第1情報、すなわち送り軸M1の位置(加工方向のZ位置)及び送り軸M2の位置(切り込み方向のX位置)で表される移動経路(移動軌跡)を表示し(左図)、第2情報表示部32は、第2情報、すなわち送り軸M1の位置(加工方向のZ位置)を主軸M0の1回転ごとに重ねて表す情報を表示する(右図)。また、第1情報表示部31は、範囲選択部23によって選択された選択範囲Aを、第1情報に対応させて表示してもよい(左図)。なお、第2情報(右図)は、上述した図3に対応する情報である。
また、第1情報、すなわち送り軸M1の位置(加工方向のZ位置)及び送り軸M2の位置(切り込み方向のX位置)で表される移動経路(移動軌跡)とともに、第2情報の表示範囲に対応する選択範囲Aを表示することにより(左図)、作業者は、移動経路(移動軌跡)におけるどこの第2情報が表示されているのかを確認することができる。
また、第1情報の拡大情報、又は、第3情報、すなわち送り軸M1の位置(加工方向のZ位置)の時間変化を表す情報として、位置指令値と実位置(位置フィードバック)とを重ねて表示することにより(右上図、下図)、作業者は、位置指令値と実位置(位置フィードバック)とのずれを確認することにより、工作機械10及び制御装置11の調整(例えば、サーボパラメータの調整)が適切か否かを確認することができる。
このように送り軸M1,M2のトルク、速度又は加速度の時間変化を表す情報として、指令値と実検出値(フィードバック)とを重ねて表示することにより、作業者は、指令値と実検出値(フィードバック)とのずれを確認することにより、工作機械10及び制御装置11の調整(例えば、サーボパラメータの調整)が適切か否かを確認することができる。
第1情報、第2情報および第3情報は、情報取得部21により同じ時間で取得された時系列の情報であるので、範囲選択部23が第1情報の一部を選択範囲として選択した場合、範囲変更部25は選択範囲に相当する時間範囲を求めることができ、この時間範囲の第2情報および第3情報の一部を表示することで、第1情報と第2情報の表示範囲を対応させることができる。
これにより、例えば、第3情報表示部33は、選択範囲に対応する時間範囲の第3情報を表示するように、選択された第1情報に相当する時間範囲を抜き出し、時間範囲の第3情報を表示するよう表示範囲を変更することで、選択範囲と表示範囲を同期することができる。
例えば図4において、作業者がタッチパネルを操作することにより、第1情報に対応する選択範囲Aがシフトされると、第2情報の表示範囲も連動してシフトされる。また、例えば図5において、作業者がタッチパネルを操作することにより、第1情報に対応する選択範囲Aがシフトされると、第1情報の拡大情報の表示範囲、及び、第3情報の表示範囲も連動してシフトされる。
このように、第1情報の選択範囲A、第2情報の表示範囲、第3情報の表示範囲、及び、第1情報の拡大情報の表示範囲の変更を連動させることにより、作業者の確認作業を容易にすることができる。
このように、第1情報の選択範囲A、第2情報の表示範囲、第3情報の表示範囲、及び、第1情報の拡大情報の表示範囲の変更を連動させることにより、作業者の確認作業を容易にすることができる。
本発明に係る工作機械は、ワークWと切削工具14をワークWの中心軸線まわりに相対的に回転させる主軸M0と、該中心軸線に沿った加工方向にワークWと切削工具14とを相対的に送る少なくとも一つの送り軸M1、M2等とを制御して、ワークWを旋削加工する構成であればよい。例えば、切削工具14がワークWの中心軸線まわりに回転すると共にワークWが切削工具14に対して揺動する構成、あるいは、ワークWが回転すると共に切削工具14に対してワークWがワークWの外周面の母線に沿った方向に揺動する構成が想定されうる。本発明では、切削工具14がワークWの中心軸線まわりに回転してワークWを切削する加工方法も旋削加工の一種とする。
10 工作機械
11 制御装置
13 駆動軸
14 切削工具
15 位置検出装置
20 表示装置
21 情報取得部
23 範囲選択部
25 範囲変更部
30 表示部
31 第1情報表示部
32 第2情報表示部
33 第3情報表示部
34 拡大情報表示部
M0 主軸
M1、M2 送り軸
W ワーク
Claims (8)
- ワーク及び切削工具を相対的に回転させる主軸と前記ワーク及び前記切削工具を相対的に送る少なくとも1つの送り軸とを備え、前記切削工具及び前記ワークを相対的に揺動させながら前記ワークの切削加工を行う工作機械の情報を取得して表示する表示装置であって、
前記ワークに対して前記切削工具が相対的に送られた位置を表す第1情報を表示する第1情報表示部と、
前記主軸の位相と前記送り軸の位置との関係を表す第2情報を表示する第2情報表示部と、
前記第1情報における一部を選択範囲として選択する範囲選択部と、
を備え、
前記第2情報表示部は、前記範囲選択部によって選択された前記選択範囲に対応するように、前記第2情報の表示範囲を変更する、
表示装置。 - 前記第2情報の表示範囲を変更する範囲変更部を更に備え、
前記範囲選択部は、前記範囲変更部によって変更された前記第2情報の表示範囲に対応するように、前記選択範囲を変更する、
請求項1に記載の表示装置。 - 前記送り軸の位置情報、トルク情報、速度情報又は加速度情報の時間変化を表す第3情報を表示する第3情報表示部を更に備え、
前記第3情報表示部が前記第3情報を更に表示するか、又は、前記第2情報表示部及び前記第3情報表示部が前記第2情報と切り替えるようにして前記第3情報を表示し、
前記第3情報表示部は、前記範囲選択部によって選択された前記選択範囲に対応するように、前記第3情報の表示範囲を変更する、
請求項1に記載の表示装置。 - 前記第2情報の表示範囲及び前記第3情報の表示範囲の少なくともいずれか一方を変更する範囲変更部を更に備え、
前記範囲選択部は、前記範囲変更部によって変更された前記第2情報の表示範囲又は前記第3情報の表示範囲に対応するように、前記選択範囲を変更する、
請求項3に記載の表示装置。 - 前記第1情報の拡大情報を表示する拡大情報表示部を更に備え、
前記拡大情報表示部が前記拡大情報を更に表示するか、又は、前記第2情報表示部及び前記拡大情報表示部が前記第2情報と切り替えるようにして前記拡大情報を表示し、
前記拡大情報表示部は、前記範囲選択部によって選択された前記選択範囲に対応するように、前記拡大情報の表示範囲を変更する、
請求項1に記載の表示装置。 - 前記第2情報の表示範囲及び前記拡大情報の表示範囲の少なくともいずれか一方を変更する範囲変更部を更に備え、
前記範囲選択部は、前記範囲変更部によって変更された前記第2情報の表示範囲又は前記拡大情報の表示範囲に対応するように、前記選択範囲を変更する、
請求項5に記載の表示装置。 - 前記第1情報の拡大情報を表示する拡大情報表示部を更に備え、
前記拡大情報表示部が前記拡大情報を更に表示するか、又は、前記第2情報表示部、前記第3情報表示部及び前記前記拡大情報表示部が、前記第2情報又は前記第3情報と切り替えるようにして前記拡大情報を表示し、
前記拡大情報表示部は、前記範囲選択部によって選択された前記選択範囲に対応するように、前記拡大情報の表示範囲を変更する、
請求項3に記載の表示装置。 - 前記第2情報の表示範囲、前記第3情報の表示範囲及び前記拡大情報の表示範囲の少なくともいずれか1つを変更する範囲変更部を更に備え、
前記範囲選択部は、前記範囲変更部によって変更された前記第2情報の表示範囲、前記第3情報の表示範囲又は前記拡大情報の表示範囲に対応するように、前記選択範囲を変更する、
請求項7に記載の表示装置。
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