JP2020131370A - Machine tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワークを旋削加工するNC旋盤等の工作機械に関する。 The present invention relates to a machine tool such as an NC lathe that turns a workpiece.
NC旋盤等の工作機械においては、大径ワークに対応して主軸中心から離れた位置でも高負荷の加工ができるように高トルクの主軸を備えたものがある。このため、主軸中心の近くで加工を行うと、主軸トルクに余裕があっても刃物台への負荷が許容値を超える場合がある。よって、過大な切削負荷が生じた場合は、これを検知してアラーム停止させるようになっている。この過大な切削負荷への対応として、例えば特許文献1には、過大な切削負荷が加わった際、タレットの結合部材を破断させてタレットを回転可能とすると共に、タレットの回転を油圧で検知して非常停止させる機構が開示されている。また、特許文献2には、切削負荷によって変化する主軸回転数及び入力電力から入力トルクを計算し、主軸回転数の変化率と主軸を含む回転体のイナーシャとから補正トルクを計算し、入力トルクと補正トルクとから実切削トルクを算出する方法が開示されている。
Some machine tools such as NC lathes are equipped with a high torque spindle so that high-load machining can be performed even at a position away from the spindle center in response to a large-diameter workpiece. Therefore, if machining is performed near the center of the spindle, the load on the tool post may exceed the permissible value even if the spindle torque has a margin. Therefore, when an excessive cutting load occurs, it is detected and the alarm is stopped. As a countermeasure against this excessive cutting load, for example, in Patent Document 1, when an excessive cutting load is applied, the connecting member of the turret is broken to make the turret rotatable, and the rotation of the turret is detected by hydraulic pressure. The mechanism for making an emergency stop is disclosed. Further, in
特許文献1の機構では、結合部材の破断が前提となるため、停止後に再稼働するためには新たな結合部材でタレットを結合する作業や調整作業が必要となり、手間やコストがかさむ。よって、特許文献2のように主軸モータの回転出力で検知・判定するのが望ましいが、主軸側の情報のみを確認しながら判定すると、気づかないうちに刃物台やその摺動面等にダメージを与えていたり、刃物台側に重大な損傷が生じたりするおそれがある。
Since the mechanism of Patent Document 1 is premised on the breakage of the connecting member, the work of joining the turret with a new connecting member and the adjustment work are required in order to restart the operation after the stop, which increases labor and cost. Therefore, it is desirable to detect and judge by the rotational output of the spindle motor as in
そこで、本発明は、切削負荷による刃物台側へのダメージや重大な損傷を効果的に防止することができる工作機械を提供することを目的としたものである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a machine tool capable of effectively preventing damage to the tool post side and serious damage due to a cutting load.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、回転制御される主軸と、工具を備えて移動制御される刃物台と、前記主軸の回転出力を検知する出力検知手段と、前記刃物台の位置情報と工具長補正値とから前記工具の刃先位置を算出する刃先位置算出手段とを備えた工作機械であって、
前記出力検知手段によって加工中に得られる前記回転出力と、前記刃先位置算出手段によって加工中に得られる前記刃先位置とに基づいて、前記刃物台に加わる切削負荷を算出する切削負荷算出手段と、
算出された前記切削負荷を予め設定された許容値とを比較して前記刃物台への過負荷の有無を判別する判定手段とを備えたことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1の構成において、ワーク及び前記工具に係る情報と加工プログラムとに基づいて切削加工のシミュレーションを実行可能な加工シミュレーション手段をさらに備え、
前記切削負荷算出手段は、前記シミュレーション上の切削条件及び前記刃先位置に基づいて前記切削負荷を算出可能であり、前記判定手段は、前記シミュレーション上で算出した前記切削負荷を前記許容値と比較して前記過負荷の有無を判別可能であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 comprises a spindle whose rotation is controlled, a tool post whose movement is controlled by providing a tool, an output detecting means for detecting the rotation output of the spindle, and the above. A machine tool provided with a cutting edge position calculating means for calculating the cutting edge position of the tool from the position information of the tool post and the tool length correction value.
A cutting load calculating means for calculating the cutting load applied to the tool post based on the rotational output obtained during machining by the output detecting means and the cutting edge position obtained during machining by the cutting edge position calculating means.
It is characterized by including a determination means for comparing the calculated cutting load with a preset allowable value to determine whether or not there is an overload on the tool post.
The invention according to
The cutting load calculating means can calculate the cutting load based on the cutting conditions in the simulation and the cutting edge position, and the determining means compares the cutting load calculated in the simulation with the allowable value. It is characterized in that it is possible to determine the presence or absence of the overload.
請求項1に記載の発明によれば、加工中の刃物台側への過大な切削負荷を迅速に把握できる。よって、切削負荷による刃物台側へのダメージや重大な損傷を効果的に防止することができる。
請求項2に記載の発明によれば、請求項1の効果に加えて、シミュレーション上でも過負荷の有無が判別可能であるので、実加工を行う前に切削加工の適否を判断でき、切削条件の修正等の対応が可能となる。
According to the first aspect of the present invention, an excessive cutting load on the tool post side during machining can be quickly grasped. Therefore, it is possible to effectively prevent damage to the tool post side and serious damage due to the cutting load.
According to the invention of
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、工作機械の一例であるNC旋盤の概略図である。NC旋盤1において、主軸2は、主軸モータ3を備え、チャック4によって把持したワークWを回転させる。刃物台10は、回転位置決め可能なタレット11に、複数の工具12を備えている。
また、主軸モータ3の回転及び刃物台10の移動及びタレット11の回転を制御するNC装置20内には、回転出力となる主軸モータ3の主軸トルクを検知する出力検知手段としての主軸トルク検知部21と、刃物台10の位置情報と工具長補正値とから工具12の刃先位置を算出する刃先位置算出手段としての刃先位置算出部22とが設けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view of an NC lathe which is an example of a machine tool. In the NC lathe 1, the
Further, in the
さらに、NC装置20内には、主軸トルク検知部21から得られる主軸トルクと、刃先位置算出部22から得られる刃先位置とに基づいて、刃物台10に加わる切削負荷トルクを算出する切削負荷算出手段としての切削負荷算出部23と、算出した切削負荷トルク及びその許容値を含む各パラメータを記憶する記憶部24と、切削負荷算出部23で算出した切削負荷トルクと記憶部24に記憶された許容値とを比較して過大な切削負荷が生じたか否かを判定する判定手段としての判定部25とが設けられている。
加えて、NC装置20内には、ワークW及び工具12に係る情報(形状データ等)と記憶部24に記憶される加工プログラムとに基づいて切削加工のシミュレーションを実行し、その結果を図示しないモニタ等へ出力可能な加工シミュレーション手段としての加工シミュレーション部26も設けられている。
Further, in the
In addition, in the
このNC装置20は、ワークWの加工中は、主軸トルク検知部21で主軸トルクを、刃先位置算出部22で刃先位置をそれぞれ取得して、主軸トルクと刃先位置とに基づいて刃物台10に加わる切削負荷トルクを算出する。そして、判定部25で切削負荷トルクを許容値と比較して過大な切削負荷が生じたと判断した場合には、機械の運転をアラーム停止させるようになっている。
一方、図示しない入力手段からのワークWの形状や工具12の形状、加工プログラムの入力により、加工シミュレーション部26において切削加工のシミュレーションを行うと共に、当該シミュレーション上での刃先位置と切削条件とにより、切削負荷算出部23が切削負荷トルクを算出可能となっている。そして、加工中と同様に、判定部25が算出した切削負荷トルクと許容値とを比較して過大な切削負荷が生じたか否かを判定できるようになっている。
During machining of the work W, the
On the other hand, the
以下、切削負荷算出部23による切削負荷トルクの算出方法について説明する。
まず、設計上刃物台10が許容できる負荷トルクを許容値として求めて記憶部24に記憶しておく。この許容値は、刃物台10が破損に至る最大の負荷トルクではなく、摺動面等にも不具合が起きないように最も弱い部分が許容できる負荷トルクである。これは、刃物台10の質量や想定される外力、摺動面の摩擦係数等を用いて予め設定された計算式により算出する。
ここで、加工シミュレーション部26で事前に加工をシミュレーションする場合は、ワークWの比切削抵抗をパラメータで設定して記憶部24に記憶しておくことで、シミュレーション上の刃先位置、切込み量、送り量から刃物台10に加わる切削負荷トルクを以下の式(1)によって算出することができる。算出された切削負荷トルクが許容値を超える場合はアラーム停止となるため、その旨報知される。
Hereinafter, a method of calculating the cutting load torque by the cutting
First, the load torque that can be tolerated by the
Here, when the
Tt=t×f×k×Lt ・・(1)
Tt:刃物台に加わる切削負荷トルク
t:切込み量
f:1回転当たりの送り量
k:比切削抵抗
Lt:刃物台中心から刃先までのX方向距離
Tt = t × f × k × Lt ・ ・ (1)
Tt: Cutting load torque applied to the turret t: Cutting amount f: Feed amount per rotation k: Specific cutting resistance Lt: Distance in the X direction from the center of the turret to the cutting edge
一方、実加工の場合は、工具長補正値と刃物台10の位置座標とから刃先位置が分かるため、以下の式(2)によって、切削送り動作中の主軸トルクと刃先位置とから刃物台10に加わる切削負荷トルクを算出することができる。算出された切削負荷トルクが許容値を超える場合はアラーム停止となる。
On the other hand, in the case of actual machining, the cutting edge position can be known from the tool length correction value and the position coordinates of the
Tt/Lt=Ts/Lsから
Tt=Ts×Lt/Ls ・・(2)
Tt:刃物台に加わる切削負荷トルク
Ts:主軸トルク
Ls:主軸中心から刃先までのX方向距離
Lt:刃物台中心から刃先までのX方向距離
From Tt / Lt = Ts / Ls Tt = Ts × Lt / Ls ... (2)
Tt: Cutting load torque applied to the tool post Ts: Spindle torque Ls: Distance in the X direction from the center of the spindle to the cutting edge Lt: Distance in the X direction from the center of the tool post to the cutting edge
このように、上記形態のNC旋盤1によれば、主軸トルク検知部21によって加工中に得られる主軸トルクと、刃先位置算出部22によって加工中に得られる刃先位置とに基づいて、刃物台10に加わる切削負荷トルク(切削負荷)を算出する切削負荷算出部23と、算出された切削負荷トルクを予め設定された許容値とを比較して刃物台10への過負荷の有無を判別する判定部25とを備えたことで、加工中の刃物台10側への過大な切削負荷トルクを迅速に把握できる。よって、切削負荷トルクによる刃物台10側へのダメージや重大な損傷を効果的に防止することができる。
As described above, according to the NC lathe 1 of the above-described embodiment, the
特にここでは、ワークW及び工具12に係る情報と加工プログラムとに基づいて切削加工のシミュレーションを実行可能な加工シミュレーション部26をさらに備え、切削負荷算出部23は、シミュレーション上の切削条件及び刃先位置に基づいて切削負荷を算出可能であり、判定部25は、シミュレーション上で算出した切削負荷を許容値と比較して過負荷の有無を判別可能であるので、実加工を行う前に切削加工の適否を判断でき、切削条件の修正等の対応が可能となる。
In particular, here, a
なお、上記形態では、算出された切削負荷トルクが許容値を超える場合は直ちにアラーム停止としているが、運転を停止させずにアラームによる報知にとどめて、許容値を超える場合が所定回数に達した場合に運転を停止するようにしてもよい。また、許容値を高低複数設定して、低い許容値を超える場合は報知にとどめ、高い許容値を超える場合は運転を停止するようにしてもよい。
さらに、工作機械としては上記形態のNC旋盤に限らず、複合加工機等であっても差し支えない。よって、上記式(1)(2)で用いる刃物台中心から刃先までの距離は工作機械に応じて異なり、X方向に限定されない。
In the above embodiment, when the calculated cutting load torque exceeds the permissible value, the alarm is stopped immediately. However, the alarm stops without stopping the operation, and the case where the permissible value is exceeded reaches the predetermined number of times. The operation may be stopped in some cases. Further, a plurality of high and low allowable values may be set, and if the low allowable value is exceeded, the notification may be limited, and if the high allowable value is exceeded, the operation may be stopped.
Further, the machine tool is not limited to the NC lathe of the above-mentioned form, and may be a multi-tasking machine or the like. Therefore, the distance from the center of the tool post used in the above equations (1) and (2) to the cutting edge differs depending on the machine tool and is not limited to the X direction.
1・・NC旋盤、2・・主軸、3・・主軸モータ、4・・チャック、10・・刃物台、11・・タレット、12・・工具、20・・NC装置、21・・主軸トルク検知部、22・・刃先位置算出部、23・・切削負荷算出部、24・・記憶部、25・・判定部、26・・加工シミュレーション部、W・・ワーク。 1 ... NC lathe, 2 ... spindle, 3 ... spindle motor, 4 ... chuck, 10 ... tool post, 11 ... turret, 12 ... tool, 20 ... NC device, 21 ... spindle torque detection Unit, 22 ... Cutting edge position calculation unit, 23 ... Cutting load calculation unit, 24 ... Storage unit, 25 ... Judgment unit, 26 ... Machining simulation unit, W ... Work.
Claims (2)
工具を備えて移動制御される刃物台と、
前記主軸の回転出力を検知する出力検知手段と、
前記刃物台の位置情報と工具長補正値とから前記工具の刃先位置を算出する刃先位置算出手段とを備えた工作機械であって、
前記出力検知手段によって加工中に得られる前記回転出力と、前記刃先位置算出手段によって加工中に得られる前記刃先位置とに基づいて、前記刃物台に加わる切削負荷を算出する切削負荷算出手段と、
算出された前記切削負荷を予め設定された許容値とを比較して前記刃物台への過負荷の有無を判別する判定手段とを備えたことを特徴とする工作機械。 The spindle whose rotation is controlled and
A tool post that is equipped with tools and is controlled to move,
An output detecting means for detecting the rotational output of the spindle and
A machine tool provided with a cutting edge position calculating means for calculating the cutting edge position of the tool from the position information of the tool post and the tool length correction value.
A cutting load calculating means for calculating the cutting load applied to the tool post based on the rotational output obtained during machining by the output detecting means and the cutting edge position obtained during machining by the cutting edge position calculating means.
A machine tool provided with a determination means for comparing the calculated cutting load with a preset allowable value to determine whether or not there is an overload on the tool post.
前記切削負荷算出手段は、前記シミュレーション上の切削条件及び前記刃先位置に基づいて前記切削負荷を算出可能であり、
前記判定手段は、前記シミュレーション上で算出した前記切削負荷を前記許容値と比較して前記過負荷の有無を判別可能であることを特徴とする請求項1に記載の工作機械。 Further equipped with a machining simulation means capable of executing a simulation of cutting based on the information on the workpiece and the tool and the machining program.
The cutting load calculating means can calculate the cutting load based on the cutting conditions in the simulation and the cutting edge position.
The machine tool according to claim 1, wherein the determination means can determine the presence or absence of the overload by comparing the cutting load calculated on the simulation with the allowable value.
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