JP6530780B2 - 揺動切削のための表示装置および加工システム - Google Patents

揺動切削のための表示装置および加工システム Download PDF

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Description

本発明は、主軸と送り軸との協調動作によりワークを旋削加工する工作機械の表示装置に関し、特に、揺動切削のための表示装置および加工システムに関する。
工作機械の切削工具によりワークを加工する際に切屑が連続して発生すると、切屑が切削工具に絡まる場合がある。このような場合には、切屑を切削工具から除去するために工作機械を停止させる必要があり、時間がかかって生産効率が低下する。さらに、切屑によって、ワークが損傷する可能性があり、ワークの品質が低下する場合がある。
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)。
特許第5033929号公報 特許第5599523号公報 特許第6001720号公報
上述した揺動切削において意図したとおりに切屑を細断する為には、送り軸によりワークの加工方向に工具またはワークを周期的に揺動させるための送り指令の周波数や振幅等を事前に決める必要がある。一般的に、工作機械の数値制御装置においては、主軸回転数や送り速度などの加工条件や各種パラメータを設定可能なNCプログラムが作成されて記憶されており、上述の揺動動作の送り指令は該NCプログラムに従って生成される。そのため、作業者は、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を行って、揺動動作のための送り指令の周波数や振幅等を決定している。
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、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。このため、揺動切削における切屑の細断の可否を作業者が視覚的に容易に判断できることが望まれている。
本開示の一態様は、ワークと工具を該ワークの中心軸線まわりに相対的に回転させる主軸と、該中心軸線に沿った加工方向に前記ワークと前記工具とを相対的に送る送り軸とを協調動作して、前記ワークを旋削加工する工作機械において、旋削加工により生じる切屑を細断するために、前記加工方向に前記工具と前記ワークとを相対的に揺動させて断続切削を行う際の、前記工作機械に関する情報を表示する表示装置であって、
前記断続切削を行うときの前記送り軸の位置情報を一定時間間隔で取得する位置情報取得部と、
前記断続切削を行うときの前記主軸の回転情報として前記主軸の回転速度を取得する回転情報取得部と、
前記位置情報取得部が前記一定時間間隔で取得した前記送り軸の時系列の位置情報から、該位置情報の時間による変化を表す第一波形データを生成する第一波形生成部と、
前記回転情報取得部が取得した前記回転速度から一回転あたりの時間を求め、前記第一波形データを前記一回転あたりの時間ごとに部分波形データに分割し、各々の前記部分波形データを前記第一波形データの開始点に合わせるように時間軸方向に順次シフトすることにより複数の第二波形データを生成する第二波形生成部と、
前記複数の第二波形データを表示する波形表示部と、
を具備する、表示装置でありうる。
また、本開示の他の態様は、ワークと工具を該ワークの中心軸線まわりに相対的に回転させる主軸と、該中心軸線に沿った加工方向に前記ワークと前記工具とを相対的に送る送り軸とを協調動作して、前記ワークを旋削加工する工作機械において、旋削加工により生じる切屑を細断するために、前記加工方向に前記工具と前記ワークとを相対的に揺動させて断続切削を行う際の、前記工作機械の動作情報を表示する表示装置であって、
前記断続切削を行うときの前記送り軸の位置情報を一定時間間隔で取得する位置情報取得部と、
前記断続切削を行うときの前記主軸の回転情報として前記主軸の回転角度を取得する回転情報取得部と、
前記位置情報取得部が前記一定時間間隔で取得した前記送り軸の時系列の位置情報の、前記回転角度による変化を表す第一波形データを生成する第一波形生成部と、
前記第一波形データを一回転分の前記回転角度ごとに部分波形データに分割し、各々の部分波形データを前記第一波形データの開始点に合わせるように順次シフトすることにより複数の第二波形データを生成する第二波形生成部と、
前記複数の第二波形データを表示する波形表示部と、
を具備する、表示装置でありうる。
上記の各態様によれば、揺動切削を行う工作機械の制御装置に備わる表示装置によって、揺動切削における切屑の細断の可否を作業者が視覚的に容易に判断できるようになる。
添付図面に示される本開示の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれら目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明解になるであろう。
一実施形態の表示装置を含む加工システムの図である。 図1に示された制御装置により生成される送り軸の位置指令を示す図である。 図1に示された制御装置により生成される送り軸の揺動指令を示す図である。 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を示す図である。 波形表示部が表示する第二波形データの一例を示した図である。 波形表示部が表示する第三波形データの一例を示した図である。 図3の横軸を時間に代えて回転角度で表した図である。
次に、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。参照する図面において、同様の構成部分または機能部分には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。また、図面に示される形態は本発明を実施するための一つの例であり、本発明は図示された形態に限定されるものではない。
図1は、一実施形態の表示装置12を備えた加工システム1を示す図である。
加工システム1は、工作機械10と、工作機械10を制御する制御装置11と、表示装置12とを備える。
工作機械10は工具14、例えばバイトを有する。工具14は、例えば円筒形、円柱形、円錐形、または円錐台形などを有するワークを切削加工する。ワークWの形状は円柱形以外の形状でもよく、工作機械10は切削加工を行うものに限られず、研削や研磨などを行うものでもよい。
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。
工作機械10は、複数の駆動軸13を有する。駆動軸13の各々は、CNC(Computer Numerical Controller)、PLC(Programmable Logic Controller)等といった制御装置11によって制御される。図1には3つの駆動軸13を有する工作機械10が図示されているが、駆動軸13の数は限定されず、工作機械10には必要数の駆動軸を備えることができる。
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。
図1においては、ワークWの回転軸となる該ワークの中心軸線をZ軸、Z軸に対して垂直な軸線をX軸としている。さらに、主軸M0は、ワークWを該ワークの中心軸線(Z軸)まわりに回転させる。送り軸M1は、Z軸方向に沿った第一方向(以下、加工方向と呼ぶ。)に工具14を送ることと該第一方向に工具14を往復運動、すなわち揺動させることの両方を行うことができる。送り軸M2は、X軸方向に沿った第二方向(すなわち、切込み方向)に工具14を送ることと該第二方向に工具14を往復運動、すなわち揺動させることの両方を行うことができる。
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、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。
円錐形や円錐台形等のワークのように外径がZ軸方向において異なるワークを旋削加工する場合は、ワークWが該ワークの中心軸線(Z軸)まわりに回転するとともに、工具14はX軸方向およびZ軸方向の合成方向に送られる。この場合、工具14をワークWの外周面の母線に沿って斜め方向に送るために、少なくとも2つの送り軸M1、M2が必要とされる。送り軸M1と送り軸M2の両方を制御することにより、工具14はワークWの外周面の母線に沿って斜め方向に送られる。
制御装置11においては、主軸回転数(S)や送り速度(F)などの加工条件や各種パラメータを設定可能な加工プログラム(NCプログラム)が作成されて記憶されている。制御装置11は、加工プログラムに設定された加工条件や各種パラメータを変更できる操作盤(不図示)を備えている。
制御装置11は、主軸M0、送り軸M1、送り軸M2などの各駆動軸13を個別に動作させるための各指令を加工プログラムに従って生成し、生成した各指令を、対応する主軸M0、送り軸M1、送り軸M2などの各駆動軸13に送信することができる。図1の例のように主軸M0によりワークWを回転させると共に送り軸M1、M2などにより工具14を送る構成では、制御装置11は、主軸M0に所定の回転速度の指令を送信し、送り軸M1、M2などには所定の目標位置の指令を送信する。
加工システム1は、主軸M0、送り軸M1、送り軸M2などの駆動軸13ごとに、各駆動軸13の位置を検出する位置検出装置15を備えている。特に、図1に示されるように主軸M0によりワークWを回転させる構成では、主軸M0の位置検出装置15として、ワークWの回転位置(角度)を検出することが可能なセンサ、例えばロータリエンコーダが使用されうる。ロータリエンコーダは、ワークWの回転速度を検出することも可能である。また、図1に示された送り軸M1の位置検出装置15としては、ワークWの加工方向における工具14の位置を検出することが可能なセンサ、例えばエンコーダが使用されうる。送り軸M2の位置検出装置15としては、上記の切込み方向における工具14の位置を検出することが可能なセンサ、例えばエンコーダが使用されうる。
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。
さらに、制御装置11は、旋削加工により生じる切屑を細断するために、前述の第一方向(加工方向)に工具14とワークWとを相対的に揺動させて断続切削を行うように送り軸M1を制御する機能を有する。
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、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。
前述した断続切削のための送り指令は、例えば、以下のような方法で生成される。まず、制御装置11は、加工プログラムに設定されている加工開始点、加工終了点、主軸M0の回転速度(図1の例ではワークWの回転速度)、送り軸M1による送り速度(図1の例では工具14の送り速度)などに基づいて、図1のZ軸方向に沿った第一方向(加工方向)の送りに関する送り軸M1の位置指令を生成する。続いて、制御装置11は、前述した回転速度および送り速度と各種パラメータとに基づいて、上記の加工方向における工具14の揺動(往復運動)を生じさせるための送り軸M1の揺動指令を生成する。さらに、制御装置11は、位置指令に揺動指令を加算して、前述した断続切削のための送り指令(合成指令)を生成する。
ここで、図2Aは、前述の位置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。位置指令においては、時間の経過とともに送り軸M1の位置指令値が直線的に増加している(直線P参照)。
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。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、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。
前述の揺動指令は、図2Bに波状曲線Sで示されたような余弦波状の指令であり、次式のように定義される。
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],or [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。
上記の式(1)によると、揺動指令は、ゼロの位置を基準軸線とする余弦波に対して(K×F/2)の項がオフセット値として減じられた指令になっている。このため、位置指令に揺動指令を加算して得られる送り指令(図2Cの波状曲線Q)は、その位置指令(図2Cの直線)を加工方向において超えない指令になる。このことにより、送り指令(波状曲線Q)に基づく工具14の位置軌跡を、工具14の加工方向において位置指令による位置を上限として制御することができる。
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、工具14の加工開始点(横軸の0°の位置)で工具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。
上記の式(1)は、制御装置11内の加工プログラムに記述されているものとする。工作機械10の操作盤(不図示)は、揺動振幅倍率Kおよび揺動周波数倍率Iの各値を制御装置11内の加工プログラムに記述された式(1)に与えられるようになっている。また、ワークWの回転速度S[min-1]や工具14の送り速度[mm/min]は制御装置11内の加工プログラムに加工条件として事前に設定されているものとする。
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。
本実施形態の加工システム1は、旋削加工により生じる切屑を細断するために、加工方向に工具14とワークWとを相対的に揺動させて断続切削を行う際の、工作機械10に関する情報を表示する表示装置12を備える。
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12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、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。
そこで、本実施形態の表示装置12は、図1に示されるように、位置情報取得部16、回転情報取得部17、第一波形生成部18、第二波形生成部19、第三波形生成部20、および波形表示部21を具備する。
図1に示された構成例においては、表示装置12は制御装置11の外部に離れて配置されているが、表示装置12は工作機械10の操作盤(不図示)に備えられていてもよいし、あるいは、表示装置12は制御装置11と一体的に備えられていてもよい。波形表示部21は、LCD(Liquid crystal display)パネルやOLED(Organic light emitting diode)パネルなどの表示パネル部でありうる。
位置情報取得部16は、断続切削を行うときの送り軸M1の位置情報を一定時間間隔で取得する。この一定時間間隔は、例えば、制御装置11のサンプリング制御周期(例えば指令パルスの分配周期)の整数倍とすることができる。また、位置情報取得部16が取得する位置情報は、断続切削のための送り指令の値または該送り指令により駆動された送り軸M1の実位置のいずれか一方である。
さらに、送り軸M1の位置情報として送り軸M1の実位置を取得する場合、その実位置は、送り軸M1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の移動端の位置、例えば工具14の先端部の位置でもよい。位置情報取得部16は、取得した送り軸M1の時系列の位置情報を表示装置12内のメモリ(不図示)に記憶させる機能も備える。
回転情報取得部17は、ワークWおよび工具Wの相対的な回転速度および回転角度を回転情報として取得する。図1に示された構成の場合は、制御装置11に記憶された加工プログラムに主軸M0の回転速度(ワークWの回転速度)が予め設定されており、回転情報取得部17は、制御装置11から主軸M0の回転速度を回転情報として取得する。さらに、前述したように主軸M0の位置検出装置15としてロータリエンコーダが使用されており、制御装置11は、断続切削の間、ロータリエンコーダにより主軸M0の回転角度を検出することができる。このため、回転情報取得部17は、制御装置11から主軸M0の回転速度とともに回転角度も回転情報として取得することができる。
第一波形生成部18は、位置情報取得部16により上記の一定時間間隔で取得された送り軸M1の時系列の位置情報から、その時系列の位置情報の時間による変化を表す第一波形データを生成する。例えば、断続切削のための送り指令を位置情報取得部16により取得する場合は、図2Cに示されるような波状曲線Qが第一波形データに相当する。
但し、生成される第一波形データは、送り軸M1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、第一波形データは、送り軸M1に対する位置指令値に基づいた波形データもよいし、送り軸M1の実位置に基づいた波形データでもよい。
第二波形生成部19は、回転情報取得部17が取得した回転速度に基づいて、一回転あたりの時間を求める。回転速度をS[min-1]、揺動周波数倍率をIとすると、周波数はS×60×Iと表すことができるため、一回転あたりの時間T[S]は 1/S×60×I といった式によって求められる。
さらに、第二波形生成部19は、第一波形生成部18が生成した第一波形データを上記の一回転あたりの時間Tごとに部分波形データに分割し、各々の部分波形データを上記第一波形データの時間軸上の原点(開始点)に合わせるように時間軸方向に順次シフトすることにより複数の第二波形データを生成する。
波形表示部21は、第二波形生成部19により生成される複数の第二波形データを表示する。
図3は、波形表示部21が表示する第二波形データの一例を示した図である。図3における横軸は時間を示し、縦軸は加工方向(すなわち、図1のZ軸方向に沿った第一方向)における位置を示している。
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の一回転あたりの時間Tごとに分割して得られた部分波形データ、すなわち第二波形データに相当する。図3では揺動周波数倍率Iを1.5に設定した場合で上記の時間時間Tを求めた例を示している。また、曲線A1はワークWの第一回転目における第二波形データを表し、曲線A2はワークWの第二回転目における第二波形データを表している。簡潔にする目的で、ワークWの第三回転目以降の第二波形データは図示を省略している。これら曲線A1、A2等のような第二波形データは、回転するワークW上における工具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。このため、波形表示部21において曲線A1、A2等のような各第二波形データを表示する際、位置指令を示す破線C1、C2、C3も表示するのが良い。
図3によると、曲線A1と曲線A2とが2箇所B1、B2で互いに重なっている。箇所B1、B2においては破線C1に対する曲線A1の最大値は、破線C2に対する曲線A2の最小値よりも大きい。
この重なり箇所B1、B2においては、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、第二回転目の曲線A2においては二つの切屑が発生する。
したがって、作業者は、表示装置12の波形表示部21により、前の曲線A1と後の曲線A2とが部分的に互いに重なる箇所B1、B2の存在を確認することにより、切屑の細断の可否を判断することができる。重なり箇所B1、B2等が生じていないとき、作業者は、図2Bに示された揺動指令における揺動周波数や揺動振幅を変更する。この変更は、制御装置11内の加工プログラム上の設定値、例えば主軸回転速度S、毎回転送り量F、揺動周波数倍率Iなどの調整により行える。作業者は、意図した重なり箇所B1、B2が生じるように、表示装置12の波形表示部21を視認しながら揺動周波数や揺動振幅の変更を行うとよい。
さらに、本実施形態の表示装置12は、図1に示されるように第三波形生成部20を具備することもできる。第三波形生成部20は、第一波形データを一回転あたりの時間Tごとに分割およびシフトして生成されるn番目(nは自然数)と(n+1)番目の各第二波形データに関して(n+1)番目の第二波形データからn番目の第二波形データを減算して、第三波形データを生成する。波形表示部21は、第三波形生成部20により生成される第三波形データを、複数の第二波形データに代えて表示することもできる。
図4は、波形表示部21が表示する第三波形データの一例を示した図である。図4における横軸は時間を示し、縦軸は減算値、すなわち、(n+1)番目の第二波形データからn番目の第二波形データを減算して得られた値を示している。例えば、図3に示された曲線A2の第二波形データから曲線A1の第二波形データを減算すると、図4に示される曲線D1のような第三波形データが生成される。
図4においては、減算値がマイナスの値として表示されている二つの箇所F1、F2が、前述した図3の重なり箇所B1、B2に相当する。よって、作業者は、このようなマイナスの減算値を示す箇所F1、F2の存在を波形表示部21によって確認することにより、切屑の細断の可否を判断することができる。この表示方法によれば、図3に示されるような表示方法よりも、切屑の細断の可否の判断が作業者にとってより容易となる。
以上に説明したような表示装置12によれば、断続切削(揺動切削)における切屑の細断の可否を作業者が容易に判断できるようになる。それにより、作業者は、意図したとおりに切屑を細断化する断続切削を実現することができる。
工具14の駆動機構部にバックラッシが在る場合やその駆動機構部の剛性が低い場合には、断続切削中に振動が発生し、工具14の位置精度が安定しないことがある。例えば、断続切削のための送り指令に基づいて送り軸M1を駆動したとしても、工具14の実位置は、図3に示されるような曲線A1、A2に完全には追従しない場合がある。つまり、切屑の細断が可能であると見做せる指令値であっても、実際には、意図したとおりに切屑の細断が行われない可能性がある。この点において、本実施形態の表示装置12は、送り軸M1の実位置の時間による変化をエンコーダ等の位置検出装置15によって検出し、この検出データに基づいて前述の第二波形データまたは第三波形データを生成して波形表示部21に表示することもできる。このため、作業者は、そのような送り軸M1の実位置に基づく第二波形データまたは第三波形データを見ることで、実際に切屑の細断が行われるか否かを正確に判断することができる。
なお、以上に説明した実施形態においては、第一波形生成部18は送り軸M1の位置情報の時間による変化を表す第一波形データを生成するものとしたが、本発明はこれに限られない。例えば、第一波形生成部18は、送り軸M1の位置情報の、主軸M0の回転角度による変化を表す波形データを第一波形データとして生成してもよい。つまり、図2Cとして示された第一波形データのグラフの横軸が時間の代わりに回転角度に変更されたものとしてもよい。この場合には、第二波形生成部19は、このような第一波形データを一回転分の回転角度(360°又は2π)ごとに部分波形データに分割し、各々の部分波形データを上記の横軸上の原点(開始点、すなわちゼロ)に合わせるように順次シフトすることにより複数の第二波形データを生成するように構成されてもよい。さらに、第三波形生成部20は、(n+1)番目の第二波形データからn番目の第二波形データを減算して第三波形データを生成するように構成されてもよい。
要するに、図3および図4の例においては、横軸を時間としているが、横軸を回転角度としてもよい。例えば、図3の横軸を時間に代えて回転角度で表した図は図5の様になる。
時間をt[s]とし、ワークWの回転角速度をω[rad/s]とすると、ワークWの回転角度θ[rad]を、θ=ω・t の式により表すことができる。ワークWの回転速度をS[min-1]、周波数倍率をIとすると、回転角速度ωは、ω=2π×S/60×I の式により表すことができる。このため、回転角度θは、回転速度Sと時間tと周波数倍率Iとから求まる。回転情報取得部17は制御装置11から主軸M0の回転速度Sを回転情報として取得しているので、第二波形生成部19は、その回転速度Sと時間tと周波数倍率Iとに基づいて、時間tによる第二波形データを回転角度θによる第二波形データに変換することができる。さらに、第三波形生成部20は、回転角度θによる第二波形データを基に、回転角度θによる第三波形データを生成することができる。
前述したように、制御装置11内の加工プログラムに設定された設定値である回転速度Sから、ワークWの回転角度を計算してもよいが、主軸M0に搭載されたロータリエンコーダから実際にワークWの回転角度を検出してもよい。表示装置12は、このようなワークWの回転角度の検出と送り軸M1の位置情報の取得とを同じ一定時間間隔で行うことにより、実際の回転角度と送り軸M1の位置情報とを互いに関連付けた第一波形データを生成してもよい。表示装置12は、そのような第一波形データから、実際の回転角度による第二波形データまたは第三波形データを生成してもよい。
さらに、第二波形データまたは第三波形データを波形表示部21に表示するときに、図3および図4に示される表示方法に代え、時間もしくは回転角度を縦軸方向に示し、送り軸の位置指令値または実位置を横軸方向に示してもよい。
以上においては、円柱形ワークWの旋削加工を例にして表示装置12を説明したので、図2B、図2C、図3、および図4の各々に示される波形は、ワークWの回転速度Sが一定値であるときの波形である。円錐形または円錐台形等のワークを旋削加工する場合、工具14の加工方向(図1のZ軸方向に沿った方向)における送り位置に応じて、工具14の先端が当接するワークの部位の直径が変わる。この場合、ワークWの回転速度Sが一定値であると、ワークにおける工具の当接部位の周速(すなわち、切削速度)が工具14の加工方向の位置によって変わってしまい、均質な加工表面が得られない可能性がある。このため、ワークWの回転速度Sは、上記の周速が一定になるように、工具14の先端が当接するワークの部位の直径に応じて変化する関数により定められていてもよい。
また、上述した制御装置11および表示装置12は、バスを介して互いに接続された、ROM(read only memory)やRAM(random access memory)などのメモリ、CPU(control processing unit)、および通信制御部を備えたコンピュータを用いて構成されている。さらに、表示装置12を構成する位置情報取得部16、回転情報取得部17、第一波形生成部18、第二波形生成部19、第三波形生成部20、等の各機能部は、上記コンピュータに搭載されたCPU、メモリ、および該メモリに記憶された制御プログラムが協働することにより達成されうる。
以上では典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本開示の範囲から逸脱することなしに、上述の実施形態に変更及び種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。
例えば、以上に説明したような実施形態では、ワークWが回転すると共に工具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示したが、本発明はこの構成に限定されない。
本発明に係る工作機械は、ワーク(W)と工具(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、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、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。
また、本開示の少なくとも一つの課題を解決するために、以下のような各種の態様とその効果を提供することができる。
本開示の第一態様は、ワーク(W)と工具(14)を該ワーク(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前記ワーク(W)と前記工具(14)とを相対的に送る送り軸(M1;M2)とを協調動作して、前記ワーク(W)を旋削加工する工作機械(10)において、旋削加工により生じる切屑を細断するために、前記加工方向に前記工具(14)と前記ワーク(W)とを相対的に揺動させて断続切削を行う際の、前記工作機械(10)の動作情報を表示する表示装置(12)であって、
前記断続切削を行うときの前記送り軸(M1;M2)の位置情報を一定時間間隔で取得する位置情報取得部(16)と、
前記断続切削を行うときの前記主軸(M0)の回転情報として前記主軸(M0)の回転速度を取得する回転情報取得部(17)と、
前記位置情報取得部(16)が前記一定時間間隔で取得した前記送り軸(M1;M2)の時系列の位置情報から、該位置情報の時間による変化を表す第一波形データを生成する第一波形生成部(18)と、
前記回転情報取得部(17)が取得した前記回転速度から一回転あたりの時間を求め、前記第一波形データを前記一回転あたりの時間ごとに部分波形データに分割し、各々の前記部分波形データを前記第一波形データの開始点に合わせるように時間軸方向に順次シフトすることにより複数の第二波形データを生成する第二波形生成部(19)と、
前記複数の第二波形データを表示する波形表示部(21)と、
を具備する、表示装置(12)でありうる。
上記第一態様によれば、表示装置により、断続切削(揺動切削)における切屑の細断の可否を作業者が容易に判断できるようになる。
本開示の第二態様は、上記第一態様の表示装置(12)であって、
前記第一波形データを前記一回転あたりの時間ごとに分割およびシフトして生成されるn番目(nは自然数)と(n+1)番目の各前記第二波形データに関して前記(n+1)番目の第二波形データから前記n番目の第二波形データを減算して、第三波形データを生成する第三波形生成部(20)をさらに具備し、
前記波形表示部(21)は、前記第三波形データを、前記複数の第二波形データに代えて表示する、表示装置(12)でありうる。
上記第二態様によれば、前述した第二波形データを表示する場合と比べ、切屑の細断の可否の判断が作業者にとってより容易となる。
本開示の第三態様は、ワーク(W)と工具(14)を該ワーク(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前記ワーク(W)と前記工具(14)とを相対的に送る送り軸(M1;M2)とを協調動作して、前記ワーク(W)を旋削加工する工作機械(10)において、旋削加工により生じる切屑を細断するために、前記加工方向に前記工具(14)と前記ワーク(W)とを相対的に揺動させて断続切削を行う際の、前記工作機械(10)の動作情報を表示する表示装置(12)であって、
前記断続切削を行うときの前記送り軸(M1;M2)の位置情報を一定時間間隔で取得する位置情報取得部(16)と、
前記断続切削を行うときの前記主軸(M0)の回転情報として前記主軸(M0)の回転角度を取得する回転情報取得部(17)と、
前記位置情報取得部(16)が前記一定時間間隔で取得した前記送り軸(M1;M2)の時系列の位置情報の、前記回転角度による変化を表す第一波形データを生成する第一波形生成部(18)と、
前記第一波形データを一回転分の前記回転角度ごとに部分波形データに分割し、各々の部分波形データを前記第一波形データの開始点に合わせるように順次シフトすることにより複数の第二波形データを生成する第二波形生成部(19)と、
前記複数の第二波形データを表示する波形表示部(21)と、
を具備する、表示装置(12)でありうる。
上記第三態様によれば、上記第一態様の表示装置と同様の効果が得られる。
本開示の第四態様は、上記第三態様の表示装置(12)であって、
前記第一波形データを一回転分の前記回転角度ごとに分割およびシフトして生成されるn番目(nは自然数)と(n+1)番目の各前記第二波形データに関して前記(n+1)番目の第二波形データから前記n番目の第二波形データを減算して、第三波形データを生成する第三波形生成部(20)をさらに具備し、
前記波形表示部(21)は、前記第三波形データを、前記複数の第二波形データに代えて表示する、表示装置(12)でありうる。
上記第四態様によれば、上記第二態様の表示装置と同様の効果が得られる。
本開示の第五態様は、上記第一態様から第四態様のいずれかの表示装置(12)であって、前記位置情報取得部(16)は、前記送り軸(M1;M2)に対して与えられる前記断続切削のための送り指令または該送り指令により駆動された前記送り軸(M1;M2)の位置を、前記送り軸(M1;M2)の前記位置情報として取得する、表示装置(12)でありうる。
上記第五態様によれば、送り指令により実際に駆動された送り軸の位置を送り軸の位置情報として取得し、この情報を基に前述の第二波形データまたは第三波形データを表示するようにしている。そのため、作業者は、表示内容から、実際に切屑の細断が行われるか否かを正確に判断することができる。
本開示の第六態様は、上記第一態様から第五態様のいずれかの表示装置(12)と、
前記回転速度ならびに前記送り軸(M1)による送り速度を事前に記憶していて、前記回転速度と前記送り速度とに基づいて、前記送り軸(M1;M2)に対して与えられる前記断続切削のための送り指令を生成する機能を含む制御装置(11)と、を備えた加工システム(1)でありうる。
本開示の第七態様は、上記第六態様の加工システム(1)であって、前記送り指令により駆動された前記送り軸(M1;M2)の位置を検出する位置検出装置(15)を備えており、
前記位置検出装置(15)は、前記送り軸(M1;M2)に搭載されたエンコーダまたは、前記工具(14)の位置を遠隔計測する位置計測器を有する、加工システム(1)でありうる。
上記第七態様によれば、位置計測器により工具の位置を遠隔計測し、計測された工具の位置を送り軸の位置情報として取得することができる。そのため、作業者は、工具の位置のより詳細な情報により、切屑の細断の可否を判断することができる。
1 加工システム
10 工作機械
11 制御装置
12 表示装置
13 駆動軸
14 工具
15 位置検出装置
16 位置情報取得部
17 加工条件取得部
18 第一波形生成部
19 第二波形生成部
20 第三波形生成部
21 波形表示部
M0 主軸
M1、M2 送り軸
W ワーク

Claims (8)

  1. ワークと工具を該ワークの中心軸線まわりに相対的に回転させる主軸と、該中心軸線に沿った加工方向に前記ワークと前記工具とを相対的に送る送り軸とを協調動作して、前記ワークを旋削加工する工作機械において、旋削加工により生じる切屑を細断するために、前記加工方向に前記工具と前記ワークとを相対的に揺動させて断続切削を行う際の、前記工作機械に関する情報を表示する表示装置であって、
    前記断続切削を行うときの前記送り軸の位置情報を一定時間間隔で取得する位置情報取得部と、
    前記断続切削を行うときの前記主軸の回転情報として前記主軸の回転速度を取得する回転情報取得部と、
    前記位置情報取得部が前記一定時間間隔で取得した前記送り軸の時系列の位置情報から、該位置情報の時間による変化を表す第一波形データを生成する第一波形生成部と、
    前記回転情報取得部が取得した前記回転速度から一回転あたりの時間を求め、前記第一波形データを前記一回転あたりの時間ごとに部分波形データに分割し、各々の前記部分波形データを前記第一波形データの開始点に合わせるように時間軸方向に順次シフトすることにより複数の第二波形データを生成する第二波形生成部と、
    前記複数の第二波形データを表示する波形表示部と、
    を具備し、
    前記第一波形データを前記一回転あたりの時間ごとに分割およびシフトして生成されるn番目(nは自然数)と(n+1)番目の各前記第二波形データに関して前記(n+1)番目の第二波形データから前記n番目の第二波形データを減算して、第三波形データを生成する第三波形生成部をさらに具備し、
    前記波形表示部は、前記第三波形データを、前記複数の第二波形データに代えて表示する、表示装置。
  2. ワークと工具を該ワークの中心軸線まわりに相対的に回転させる主軸と、該中心軸線に沿った加工方向に前記ワークと前記工具とを相対的に送る送り軸とを協調動作して、前記ワークを旋削加工する工作機械において、旋削加工により生じる切屑を細断するために、前記加工方向に前記工具と前記ワークとを相対的に揺動させて断続切削を行う際の、前記工作機械に関する情報を表示する表示装置であって、
    前記断続切削を行うときの前記送り軸の位置情報を一定時間間隔で取得する位置情報取得部と、
    前記断続切削を行うときの前記主軸の回転情報として前記主軸の回転角度を取得する回転情報取得部と、
    前記位置情報取得部が前記一定時間間隔で取得した前記送り軸の時系列の位置情報の、前記回転角度による変化を表す第一波形データを生成する第一波形生成部と、
    前記第一波形データを一回転分の前記回転角度ごとに部分波形データに分割し、各々の部分波形データを前記第一波形データの開始点に合わせるように順次シフトすることにより複数の第二波形データを生成する第二波形生成部と、
    前記複数の第二波形データを表示する波形表示部と、
    を具備し、
    前記第一波形データを一回転分の前記回転角度ごとに分割およびシフトして生成されるn番目(nは自然数)と(n+1)番目の各前記第二波形データに関して前記(n+1)番目の第二波形データから前記n番目の第二波形データを減算して、第三波形データを生成する第三波形生成部をさらに具備し、
    前記波形表示部は、前記第三波形データを、前記複数の第二波形データに代えて表示する、表示装置。
  3. 前記位置情報取得部は、前記送り軸に対して与えられる前記断続切削のための送り指令または該送り指令により駆動された前記送り軸の位置を、前記送り軸の前記位置情報として取得する、請求項1または2に記載の表示装置。
  4. 請求項1または2に記載の表示装置と、
    前記回転速度ならびに前記送り軸による送り速度を事前に記憶していて、前記回転速度と前記送り速度とに基づいて、前記送り軸に対して与えられる前記断続切削のための送り指令を生成する機能を含む制御装置と、
    を備えた、加工システム。
  5. 前記送り指令により駆動された前記送り軸の位置を検出する位置検出装置を備えており、
    前記位置検出装置は、前記送り軸に搭載されたエンコーダまたは、前記工具の位置を遠隔計測する位置計測器を有する、請求項4に記載の加工システム。
  6. ワークと工具を該ワークの中心軸線まわりに相対的に回転させる主軸と、該中心軸線に沿った加工方向に前記ワークと前記工具とを相対的に送る送り軸とを協調動作して、前記ワークを旋削加工する工作機械において、旋削加工により生じる切屑を細断するために、前記加工方向に前記工具と前記ワークとを相対的に揺動させて断続切削を行う際の、前記工作機械に関する情報を表示する表示装置であって、
    前記断続切削を行うときの前記送り軸の位置情報を一定時間間隔で取得する位置情報取得部と、
    前記断続切削を行うときの前記主軸の回転情報として前記主軸の回転速度を取得する回転情報取得部と、
    前記位置情報取得部が前記一定時間間隔で取得した前記送り軸の時系列の位置情報から、該位置情報の時間による変化を表す第一波形データを生成する第一波形生成部と、
    前記回転情報取得部が取得した前記回転速度から一回転あたりの時間を求め、前記第一波形データを前記一回転あたりの時間ごとに部分波形データに分割し、各々の前記部分波形データを前記第一波形データの開始点に合わせるように時間軸方向に順次シフトすることにより複数の第二波形データを生成する第二波形生成部と、
    前記複数の第二波形データを表示する波形表示部と、
    を具備する、表示装置と、
    前記回転速度ならびに前記送り軸による送り速度を事前に記憶していて、前記回転速度と前記送り速度とに基づいて、前記送り軸に対して与えられる前記断続切削のための送り指令を生成する機能を含む制御装置と、
    前記第一波形データを前記一回転あたりの時間ごとに分割およびシフトして生成されるn番目(nは自然数)と(n+1)番目の各前記第二波形データに関して前記(n+1)番目の第二波形データから前記n番目の第二波形データを減算して、第三波形データを生成する第三波形生成部とを具備し、
    前記波形表示部は、前記第三波形データを、前記複数の第二波形データに代えて表示する、加工システム。
  7. ワークと工具を該ワークの中心軸線まわりに相対的に回転させる主軸と、該中心軸線に沿った加工方向に前記ワークと前記工具とを相対的に送る送り軸とを協調動作して、前記ワークを旋削加工する工作機械において、旋削加工により生じる切屑を細断するために、前記加工方向に前記工具と前記ワークとを相対的に揺動させて断続切削を行う際の、前記工作機械に関する情報を表示する表示装置であって、
    前記断続切削を行うときの前記送り軸の位置情報を一定時間間隔で取得する位置情報取得部と、
    前記断続切削を行うときの前記主軸の回転情報として前記主軸の回転角度を取得する回転情報取得部と、
    前記位置情報取得部が前記一定時間間隔で取得した前記送り軸の時系列の位置情報の、前記回転角度による変化を表す第一波形データを生成する第一波形生成部と、
    前記第一波形データを一回転分の前記回転角度ごとに部分波形データに分割し、各々の部分波形データを前記第一波形データの開始点に合わせるように順次シフトすることにより複数の第二波形データを生成する第二波形生成部と、
    前記複数の第二波形データを表示する波形表示部と、
    を具備する、表示装置と、
    前記回転速度ならびに前記送り軸による送り速度を事前に記憶していて、前記回転速度と前記送り速度とに基づいて、前記送り軸に対して与えられる前記断続切削のための送り指令を生成する機能を含む制御装置と、
    前記第一波形データを一回転分の前記回転角度ごとに分割およびシフトして生成されるn番目(nは自然数)と(n+1)番目の各前記第二波形データに関して前記(n+1)番目の第二波形データから前記n番目の第二波形データを減算して、第三波形データを生成する第三波形生成部をさらに具備し、
    前記波形表示部は、前記第三波形データを、前記複数の第二波形データに代えて表示する、加工システム。
  8. 前記位置情報取得部は、前記送り軸に対して与えられる前記断続切削のための送り指令または該送り指令により駆動された前記送り軸の位置を、前記送り軸の前記位置情報として取得する、請求項6または7に記載の加工システム。
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