JP6457169B2 - 旋盤制御システム - Google Patents

Description

本発明は、旋盤制御システムに関し、特に三次元曲面加工を行う旋盤制御システムに関するものである。

従来の工作機械の加工技術において、一般的にはフライス工具を用いて三次元曲面加工を行う。しかし、フライス工具における隣り合う切削刃は、順に切削するため、加工表面に不連続な切削痕が形成される。従って、更に研磨してより良好な平滑度を得る必要があるので、ワークの加工時間が長くなり、且つ加工コストが高くなる。

以上の問題点に鑑みて、本発明は、より良好な平滑度が得られるとともに三次元曲面に加工できる旋盤制御システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る旋盤制御システムは、三次元曲面を有するワークを加工し、且つ入力モジュール、前記入力モジュールに電気接続される制御モジュール、旋盤用バイト、作業台、前記制御モジュールにそれぞれ電気接続される送りモジュール、第一移動モジュール、第二移動モジュール及び回転駆動モジュールを備える。前記旋盤用バイトは、前記送りモジュールに設けられ、前記第一移動モジュールは、前記送りモジュールを第一方向に沿って移動させ、前記第二移動モジュールは、前記送りモジュールを前記第一方向に垂直である第二方向に沿って移動させ、前記回転駆動モジュールは、前記作業台を駆動して回転させることによって、前記ワークを連動して回転させ、前記送りモジュールは、前記旋盤用バイトを駆動して前記第一方向及び前記第二方向に垂直である第三方向で高速往復運動させる。

本発明に係る旋盤制御システムにおいて、送りモジュールが旋盤用バイトを連動して第一方向又は／及び第二方向に沿って移動させると共に、第三方向で高速往復運動させることによって、旋盤用バイトをワークに対して螺旋状の軌跡に沿って移動させて、ワークに対して連続的に旋削する。これにより、平滑度が良好である三次元曲面を加工することができる。

本発明に係る旋盤の斜視図である。 本発明に係る旋盤制御システムの機能ブロック図である。 図２に示した旋盤制御システムによって加工されたワークの断面図である。 図２に示した旋盤制御システムの旋盤用バイトの平面軌跡図である。

以下、図面に基づいて、本発明に係る旋盤制御システムについて詳細に説明する。

図１及び図２を参照すると、本発明に係る旋盤１００は、ワークに対して曲面加工を行う。旋盤１００は、入力モジュール１０と、入力モジュール１０に電気接続されている制御モジュール２０と、台座１１と、作業台１２と、第一移動モジュール１３と、第二移動モジュール１４と、送りモジュール１５と、回転駆動モジュール１６と、を備える。作業台１２は前記台座１１に装着されている。第一移動モジュール１３は、台座１１に移動可能に装着され、且つ作業台１２の上方に位置する。第二移動モジュール１４は、第一移動モジュール１３に移動可能に装着されている。旋盤用バイト（図示せず）は、送りモジュール１５に設けられている。ワーク３００は作業台１２に固定される。制御モジュール２０は、第一移動モジュール１３、第二移動モジュール１４、送りモジュール１５及び回転駆動モジュール１６に電気接続されている。回転駆動モジュール１６は、作業台１２を駆動してワーク３００を連動して回転させる。第一移動モジュール１３は、旋盤用バイトをＹ軸方向（第一方向）に沿ってスライドさせ、第二移動モジュール１４は、旋盤用バイトをＸ軸方向（第二方向）に沿ってスライドさせ、送りモジュール１５は、旋盤用バイトをＺ軸方向（第三方向）に沿って高速往復運動させる。

図３を併せて参照すると、本発明に係る旋盤制御システム２００は、ワーク３００を加工することに用いられる。ワーク３００は三次元の曲面を有する。旋盤制御システム２００は、入力モジュール１０、制御モジュール２０、送りモジュール３０、第一移動モジュール４０、第二移動モジュール５０、回転駆動モジュール６０、旋盤用バイト７０及び作業台８０を備える。

入力モジュール１０は、制御モジュール２０に電気接続されて、送りモジュール３０のＸ軸、Ｙ軸方向における移動範囲及び移動速度、旋盤用バイト７０のＺ軸方向における高速往復運動の頻度及び距離、作業台８０の回転速度などのパラメーターの入力に用いられる。

制御モジュール２０は、送りモジュール３０、第一移動モジュール４０、第二移動モジュール５０及び回転駆動モジュール６０に電気接続されて、これらのモジュールを制御する。第一移動モジュール４０は、送りモジュール３０をＹ軸方向に沿って移動させ、第二移動モジュール５０は、送りモジュール３０をＸ軸方向に沿って移動させる。回転駆動モジュール６０は、作業台８０を駆動して回転させることによって、ワークを連動して回転させる。作業台８０の回転速度は、１００回〜８００回／分間である。旋盤用バイト７０は、送りモジュール３０のバイトホルダ（図示せず）に固定される。送りモジュール３０は、旋盤用バイト７０を駆動してＺ軸方向で高速往復運動させる。旋盤用バイト７０のＺ軸方向における高速往復運動の頻度は、４００回〜３２００回／分間である。本実施形態において、まず、ワーク３００の三次元の曲面の表面パラメーターをシミュレーションし、該表面パラメーターに基づいて三次元の曲面の制御パラメーターを得る。次に、この制御パラメーターを入力して、旋盤用バイト７０のＸ軸、Ｙ軸方向における移動範囲及び移動速度、旋盤用バイト７０のＺ軸方向における高速往復運動の頻度及び振幅、作業台８０の回転速度を設定する。本発明に係る旋盤制御システム２００によって加工されたワーク３００の三次元の曲面の表面粗さは、０．２μｍ〜１．０μｍである。

以下、図３に示したワーク３００の三次元の曲面３０１を例として、本発明に係る旋盤制御システム２００の加工過程について説明する。

ワーク３００の制御パラメーターを入力する。入力モジュール１０を介して、送りモジュール３０のＹ軸における固定値ａ、送りモジュール３０のＸ軸における移動範囲０〜ｂ、移動速度ｖ＝ｂ／ｔ（ｔは加工時間である）、旋盤用バイト７０のＺ軸方向における高速往復運動の頻度ｆ、振幅Ｈ、作業台８０の回転速度ｒを設定する。ワーク３００の加工過程において、送りモジュール３０のＸ軸に沿って移動する始点Ａは、ワーク３００の辺縁に位置し、送りモジュール３０のＸ軸に沿って移動する終点Ｏは、ワーク３００の中心に位置する。この中で、ａ、ｂ、ｖ、ｔ及びｆは全て固定値であり、Ｈは送りモジュール３０のＸ軸に沿って移動することに従って徐々に小さくなる。本実施形態において、作業台８０の回転速度ｒは、６００回／分間であり、旋盤用バイト７０のＺ軸方向における高速往復運動の頻度ｆは、２４００回／分間である。

制御モジュール２０は、送りモジュール３０が第一移動モジュール４０の駆動によってＹ軸方向に沿って移動するように制御する。この時、該送りモジュール３０は、Ｙ軸方向に沿ってワーク３００の上方に移動して、旋盤用バイト７０をワーク３００の辺縁の上方に位置させる。制御モジュール２０は、送りモジュール３０が第二移動モジュール５０の駆動によってＸ軸方向に沿って速度ｖで移動するように制御すると同時に、ワーク３００が回転駆動モジュール６０の駆動によって回転速度ｒで回転するように制御し、且つ旋盤用バイト７０が送りモジュール３０の駆動によってＺ軸方向における頻度ｆで高速往復運動するように制御し、高速往復運動の振幅Ｈは、送りモジュール３０のＸ軸に沿って移動するに従って徐々に小さくなる。

図４を併せて参照すると、ワーク３００の加工過程において、平面視での旋盤用バイト７０のワーク３００上での切削軌跡は略螺旋状を呈し、旋盤用バイト７０がワーク３００の辺縁の始点Ａからワーク３００に対して螺旋状にワーク３００の終点Ｏ（中心点）まで移動して、ワーク３００の表面に三次元曲面３０１を加工する。本実施形態において、ワーク３００の三次元曲面３０１の粗さの平均値は、０．５μｍである。

また、本発明に係る旋盤制御システム２００は、旋盤用バイト７０のＺ軸方向における高速往復運動の頻度ｆ及び振幅Ｈと加工時間との変化関係によって、異なる三次元曲面を加工することができる。

また、本発明に係る旋盤制御システム２００において、Ｘ軸のパラメーターを固定値に設定し、ワーク３００に対して加工を行なう場合、旋盤用バイト７０をＹ軸方向に沿って移動させると共に、Ｚ軸方向で高速往復運動させる。

本発明に係る旋盤制御システム２００において、送りモジュール３０が旋盤用バイト７０を連動してＸ軸方向又は／及びＹ軸方向に沿って移動させると共に、Ｚ軸方向で高速往復運動させることによって、旋盤用バイト７０をワーク３００に対して螺旋状の軌跡に沿って移動させて、ワーク３００に対して連続的に旋削する。これにより、平滑度が良好である三次元曲面を加工することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形又は修正が可能であり、該変形又は修正も本発明の特許請求の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。

１００ 旋盤
２００ 旋盤制御システム
３００ ワーク
３０１ 曲面
４００ 移動軌跡
１０ 入力モジュール
１１ 台座
１２、８０ 作業台
１３、４０ 第一移動モジュール
１４、５０ 第二移動モジュール
１５、３０ 送りモジュール
１６、６０ 回転駆動モジュール
２０ 制御モジュール
７０ 旋盤用バイト
Ａ 起点
Ｏ 終点

Claims (7)

1. 三次元曲面を有するワークを加工し、且つ入力モジュール、前記入力モジュールに電気接続される制御モジュール、旋盤用バイト及び作業台を備える旋盤制御システムにおいて、
   前記旋盤制御システムは、前記制御モジュールにそれぞれ電気接続される送りモジュール、第一移動モジュール、第二移動モジュール及び回転駆動モジュールをさらに備え、前記旋盤用バイトは、前記送りモジュールに設けられ、前記第一移動モジュールは、前記送りモジュールを第一方向に沿って移動させ、前記第二移動モジュールは、前記送りモジュールを前記第一方向に垂直である第二方向に沿って移動させ、前記回転駆動モジュールは、前記作業台を駆動して回転させることによって、前記ワークを連動して回転させ、前記第一移動モジュールが前記送りモジュールを駆動して前記第一方向に沿って移動する或いは前記第二移動モジュールが前記送りモジュールを駆動して前記第二方向に沿って移動する際、前記送りモジュールは、一定な頻度で前記旋盤用バイトを駆動して前記第一方向及び前記第二方向に垂直である第三方向で前記作業台に向けて上下方向に沿って前記作業台の回転速度よりも高速に往復運動させて、三次元曲面を有するワークの加工し、前記該作業台の回転速度は、１００回〜８００回／分間であり、前記旋盤用バイトの前記第三方向における高速往復運動の頻度は、４００回〜３２００回／分間であることを特徴とする旋盤制御システム。
2. 前記旋盤制御システムは、入力モジュールを介して制御パラメーターを入力し、前記制御モジュールは、前記制御パラメーターに基づいて前記旋盤用バイトの前記第一方向、前記第二方向における移動範囲及び移動速度、前記旋盤用バイトの前記第三方向における高速往復運動の頻度及び振幅、前記作業台の回転速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の旋盤制御システム。
3. 前記制御モジュールは、前記送りモジュールを制御して、前記送りモジュールが前記旋盤用バイトを連動して前記第一方向又は／及び前記第二方向に沿って移動させると共に、前記第三方向で高速往復運動させることを特徴とする請求項２に記載の旋盤制御システム。
4. 前記旋盤用バイトの前記第三方向における高速往復運動の振幅は、前記旋盤用バイトの前記第二方向に沿う移動に従って変化することを特徴とする請求項３に記載の旋盤制御システム。
5. 前記旋盤用バイトの切削軌跡は、螺旋状を呈することを特徴とする請求項４に記載の旋盤制御システム。
6. 前記第一移動モジュールは、前記送りモジュールに電気接続されて、前記送りモジュールの前記第一方向に沿うスライドを制御することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の旋盤制御システム。
7. 前記第二移動モジュールは、前記送りモジュールに電気接続されて、前記送りモジュールの前記第二方向に沿うスライドを制御することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の旋盤制御システム。