JP6124637B2 - 工作機械における加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械における加工方法に関し、特に、ＮＣ装置による自動加工と手動加工の双方を行うことができるように構成された工作機械における加工方法に関する。

工作機械の発展の歴史は、一面においては、手動加工から数値制御（ＮＣ：Numerical Control）による自動加工への移行がその大きな流れを占めている。つまり、それまで加工作業者がハンドル等を操作して工具を移動させて加工対象物（以下、「ワーク」と称する）を加工していたのに対して、自動加工においては、必要な工具移動動作等をモータ等を介して行うべく、その動作を行うための指令をＮＣプログラムとして記述してＮＣ装置内に予め組み込んでおき、加工時には、そのプログラムを走らせて加工することにより、高精度で迅速な加工が可能になった。これにより、特に少品種大量加工品においては飛躍的に効率的に加工が行えることとなる。

しかしながら、一方、手動加工に頼らなければならない、又は手動加工がどうしても必要となる場合が、相変わらず存在する。かかる場合にために、自動加工と手動加工の双方が選択的に行える工作機械も存在している。特許文献１及び２は、かかる工作機械を開示している。

特許文献１は、全ワークに共通な大部分の加工はＮＣ自動加工で行う一方で、工具又はワークの斜線動作や円弧動作を、手動ハンドル操作により効率的に手動加工で行うことができる複合工作機械を開示している。また、特許文献２には、高度な寸法精度が要求されている場合等に、最終段階で手動加工を採用し、そのときの切り込み作業に係る不具合を解決するために、入力される追い込み量に基づいて工具移動方向を補正する技術が開示されている。

特開平６−２０６１４３号公報 特開平８−３９３９５号公報

ところで、上述の各特許文献の場合とは別の観点で自動加工と手動加工の双方を行いたい場合がある。具体的には、全行程最終的にはＮＣ装置による自動加工となるのであるが、その自動加工のためのＮＣプログラムに最適な加工条件を記述するために、加工作業熟練者による試し手動加工が適宜要請される場合がある。つまり、机上で得られた加工条件よりも、熟練者が試し加工を行って得られた、手に伝わる振動や抵抗等の感覚に基づき、加工条件を修正した方が最適な加工条件となる場合がある。かかる熟練者による手動加工からの反映は、特に、仕上げ加工に近いところでの作業に必要となってくる。すなわち、特に切削加工や研削加工においてである。

本発明は上述のような事情から為されたものであり、本発明の目的は、手動加工の熟練者の経験をＮＣプログラムに反映して自動加工を最適に行うことができる工作機械における加工方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の工作機械における加工方法は、ＮＣプログラムにより自動加工と手動加工との双方による加工が可能であって、切替え手段により切り替えていずれか一方の加工を行う工作機械において、手動加工の熟練者による手動加工を行い、得られる情報に基づいて、前記ＮＣプログラムに記載された加工条件を変更して前記ＮＣプログラムを修正し、修正されたＮＣプログラムにより自動加工を行う加工方法であって、前記得られる情報は、前記熟練者の手に伝わる振動、手を抗する負荷、発生する音のうちの少なくとも１つであり、前記加工条件は、加工工具の回転速度、Ｚ軸方向送り速度、１回での切込み量、及び切込み速度のうちの少なくとも１つであることを要旨とする。

また、前記工作機械は、ジグ中ぐり盤であれば好適である。

本発明の工作機械における加工方法によれば、手動加工の熟練者による実際の手動加工により得られた情報に基づき、自動加工のためのＮＣプログラムを最適に修正することにより、熟練者の経験をＮＣプログラムに反映して自動加工を最適に行うことができる。特に、工作機械がジグ切削盤であれば、自動加工に熟練者の経験を反映させる効果は大きい。

本発明の工作機械における加工方法の一実施形態が適用されるジグ中ぐり盤の主要構成を表す正面図である。 本発明の工作機械における加工方法の一実施形態が適用されるジグ中ぐり盤の主要構成を表す側方断面図である。 本発明の工作機械における加工方法の一実施形態の手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明の工作機械における加工方法の一実施形態が適用されるジグ中ぐり盤の主要構成を表す図であり、図１が正面図であり、図２が図１における中心線Ａ−Ａにおける断面を矢印Ｂ方向にみた図である。なお、後述のように、図２に示す手動／自動切替えスイッチ２１と手動／自動切替え電磁クラッチ９との接続は、同図における他の部分とは異なり電気的な接続を示しており、その点、その部分は模式的な図となっている。

図１及び図２を参照して、ワークＷを加工するための加工工具１４は、クイルスピンドル本体６の下端に取り付けられており、そのクリルスピンドル本体６は、主軸頭（スピンドルヘッド）本体１３に対してＺ軸方向（図において上下方向）に摺動可能に構成されている。

一方、軸７とそれに螺合されているナット５とで構成されたＺ軸ボールネジにおける軸７の上端及び下端は、それが主軸頭本体１３に対して回転可能なように、それぞれＺ軸ボールネジ上端軸受け３及びＺ軸ボールネジ下端軸受け８が挿通されている。更に、軸７の上端は、カップリング２を介して、クイルスピンドルＺ軸方向駆動制御用サーボモータ１の軸に接続されている。ナット５とクイルスピンドル本体６の上部とがスピンドル−ナット繋ぎ板４を介して固定されている。ここで、ナット５は、Ｚ軸について回転しないようにスピンドル−ナット繋ぎ板４により固定されているので、Ｚ軸ボールネジの作用により、軸７が回転すると、ナット５が上下動する構成となっている。更に、軸７が回転するとナット５の上下動に伴って、クイルスピンドル本体６が上下動する構成となっている。要するに、クイルスピンドルＺ軸方向駆動制御用サーボモータ１の回転により、カップリング２を介した軸７が回転すると、ナット５を介してクイルスピンドル本体６が上下動し、それにより加工工具１４のワークＷに対する上下送りを制御できる構成になっている。

一方、手動加工のための粗送りハンドル１１及び微細送りハンドル１２が設けられている。この粗送りハンドル１１及び微細送りハンドル１２は、従来の手動加工専用の工作機械に設けられていると同様なものが好適であり、加工の態様により使い分けられるものである。そこで、粗送りハンドル１１に対する回転操作は、粗送り速度変換器１０を介して、かさ歯車等の機構により、軸７と同軸の回転動作に変換される。また、微細送りハンドル１２に対する回転操作も、軸７と同軸の回転動作に変換される。この軸７と同軸の回転動作に係る機構の一端は、手動／自動切替え電磁クラッチ９を介して、Ｚ軸ボールネジにおける軸７の下端と電磁的に接続／解放可能となっている。手動／自動切替え電磁クラッチ９には、そのための手動／自動切替えスイッチ２１が電気的に接続されている。そこで、手動／自動切替えスイッチ２１の自動加工ボタンが押下されると、ハンドル側の機構は、軸７に対して電磁的に解放され、粗送りハンドル１１及び微細送りハンドル１２のいずれが操作されても、その回転動作が軸７側に伝達されることはなく、クイルスピンドルＺ軸方向駆動制御用サーボモータ１による回転動作のみによりクリルスピンドル本体６の上下動が制御されることとなる。すなわち、ＮＣ装置による自動加工となる。一方、手動／自動切替えスイッチ２１の手動加工ボタンが押下されると、ハンドル側の機構は、軸７に対して電磁的に接続され、粗送りハンドル１１又は微細送りハンドル１２が操作されると、クイルスピンドルＺ軸方向駆動制御用サーボモータ１の制動トルクバランスの下で、その回転動作が軸７側に伝達され、従って、粗送りハンドル１１又は微細送りハンドル１２に対する操作によりクリルスピンドル本体６の上下動が可能となる。すなわち、手動加工が可能となる。

次に、図３を参照して、本発明の工作機械における加工方法の一実施形態の手順を説明する。まず、初期的に、前加工後の形状、最終加工形状、加工工具１４の種類、ワークＷの材質等の種々の条件に基づき、理論上の最適なＮＣプログラムがＮＣ装置に設定されている（ステップＳ１）。図２に示した手動／自動切替えスイッチ２１の自動加工ボタンが押下されている状態で、このＮＣプログラムにより自動加工が可能である（ステップＳ２）。次に、その自動加工の状況をみて、加工条件を変更して、加工作業熟練者により手動で試し加工を行ってみるか否かを判定する（ステップＳ３）。試し加工の必要はないと判定した場合には（ステップＳ３において否定判定）、ステップＳ２に戻り、自動加工を継続すればよい。一方、ステップＳ３において、加工作業熟練者による試し加工を行うと決定した場合には、手動／自動切替えスイッチ２１の手動加工ボタンを押下して機械を手動加工可能状態に切り替えたのち、設定した加工条件で熟練者が手動加工を行う（ステップＳ４）。初期的には、最初に初期設定したＮＣプログラムに記述した加工条件である。そして、この手動加工ののち、熟練者が判断を行う（ステップＳ５）。すなわち、熟練者は、自身の手に伝わる微振動や抵抗、及び音等を自身の経験に基づき精査し、最適な加工条件を探るべく、もう少し加工条件を変更して、更なる手動による試し加工を行うか否かの判定を行う。加工条件としては、加工工具１４の回転速度、Ｚ軸方向送り速度、１回での切込み量、切込み速度等がある。通常は、それらのうちの１つを少しずつ変更して行うが、２つ以上を同時に変更することもあり得る。ステップＳ５において、もう少し加工条件を変更して、更なる手動による試し加工を行ってみると判定した場合には、ステップＳ６に移行して加工条件を変更する。そしてステップＳ４に戻り、変更した加工条件で熟練者による試しの手動加工を繰り返し、再度ステップＳ５の判断を行う。

ステップＳ５において、所望の加工条件が得られたと判定した場合は、その加工条件を携えてステップＳ７に移行する。すなわち、加工作業熟練者の経験が反映された加工に望ましい最終的な加工条件が得られたとして、その加工条件でＮＣプログラムを修正する（ステップＳ７）。

なお、上述の実施形態にあっては、本発明の加工方法をジグ中ぐり盤に適用した例を示したが、これに限られることはなく、他の切削盤でもよい。更に、切削盤への適用が最も好適ではあるが、研削盤にも適用可能であり、すなわち最終仕上げのための工作機械であれば適用して効果は表れる。

以上で説明したように、本発明の一実施形態の工作機械における加工方法によれば、手動加工の熟練者による実際の手動加工により得られた情報に基づき、自動加工のためのＮＣプログラムを最適に修正することにより、熟練者の経験をＮＣプログラムに反映して自動加工を最適に行うことができる。言い換えれば、従来の手動操作機械の加工ノウハウをＮＣ駆動機に生かすことができる。工作機械としては、ジグ切削盤やジグ研削盤等の最終仕上げのための工作機械が効果的である。

本発明の工作機械における加工方法は、切削盤、研削盤等の最終仕上げのための工作機械に適用できる。

１ クイルスピンドルＺ軸方向駆動制御用サーボモータ
２ カップリング
３ Ｚ軸ボールネジ上端軸受け
４ スピンドル−ナット繋ぎ板
５ Ｚ軸ボールネジナット
６ クイルスピンドル本体
７ Ｚ軸ボールネジ軸
８ Ｚ軸ボールネジ下端軸受け
９ 手動／自動切替え電磁クラッチ
１０ 粗送り速度変換器
１１ 粗送りハンドル
１２ 微細送りハンドル
１３ 主軸頭（スピンドルヘッド）本体
１４ 加工工具
２１ 手動／自動切替えスイッチ
Ｗ ワーク

Claims (2)

1. ＮＣプログラムにより自動加工と手動加工との双方による加工が可能であって、切替え手段により切り替えていずれか一方の加工を行う工作機械において、手動加工の熟練者による手動加工を行い、得られる情報に基づいて、前記ＮＣプログラムに記載された加工条件を変更して前記ＮＣプログラムを修正し、修正されたＮＣプログラムにより自動加工を行う加工方法であって、前記得られる情報は、前記熟練者の手に伝わる振動、手を抗する負荷、発生する音のうちの少なくとも１つであり、前記加工条件は、加工工具の回転速度、Ｚ軸方向送り速度、１回での切込み量、及び切込み速度のうちの少なくとも１つであることを特徴とする工作機械における加工方法。
2. 前記工作機械は、ジグ中ぐり盤であることを特徴とする請求項１に記載の加工方法。

Images