JP6912351B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械に関する。

従来、ワークを切削加工する切削工具と、前記切削工具と前記ワークとを相対的に回転させる回転手段と、前記切削工具と前記ワークとを、所定の加工送り方向に送り動作させる送り手段と、前記切削工具と前記ワークとを相対的に往復振動させる振動手段とを備え、前記ワークと前記切削工具との相対回転と、前記ワークに対する前記切削工具の前記加工送り方向への前記往復振動を伴う送り動作とによって切削加工を行う工作機械が知られている（例えば特許文献１参照）。
一般的に旋盤等の工作機械は、前記切削工具を前記ワークに対して、各々加工送り方向が異なる複数の所定の移動経路に連続的に沿って移動させて切削加工を行うことが可能なことが知られている。

国際公開第２０１５／１４６９４５号

各々加工送り方向が異なる複数の所定の移動経路に連続的に沿って切削工具を移動させて切削加工を行い、互いに連続する２つの前記移動経路の一方の前記移動経路から他方の前記移動経路に切り替わる際に、前記移動経路の移動開始位置において、ワークに対する前記切削工具の前記加工送り方向に沿った往復振動の影響を抑制できる工作機械を提供することを課題としている。

上記課題を解決するための本発明の工作機械は、ワークを切削加工する切削工具と、前記切削工具と前記ワークとを相対的に回転させる回転手段と、前記切削工具と前記ワークとを、所定の加工送り方向に送り動作させる送り手段と、前記切削工具と前記ワークとを相対的に往復振動させる振動手段とを備え、前記ワークと前記切削工具との相対回転と、前記ワークに対する前記切削工具の前記加工送り方向への前記往復振動を伴う送り動作とによって、前記切削工具を前記ワークに対して、各々加工送り方向が異なる複数の所定の移動経路に連続的に沿って移動させて切削加工を行う工作機械において、前記切削工具の前記移動が、互いに連続する２つの前記移動経路の一方の前記移動経路から他方の前記移動経路に切り替わる際に、前記移動経路の移動開始位置から所定の期間前記往復振動を停止し、前記所定期間の経過後に前記往復振動を開始させる振動規制手段を設けたことを特徴とする。

本発明の工作機械は、上記構成おいて、互いに連続する２つの前記移動経路の一方の前記移動経路の前記切削工具の前記移動が、前記往復振動を停止状態とした送り動作によって行われるのが好ましい。

本発明の工作機械は、上記構成おいて、前記振動規制手段が、前記移動経路の移動開始位置から所定時間前記往復振動を規制するのが好ましい。

本発明の工作機械は、上記構成おいて、前記振動規制手段が、前記移動経路の移動開始位置から、前記切削工具が前記移動経路における前記往復振動の振れ幅分移動する期間、前記往復振動を規制するのが好ましい。

以上のように構成される本発明の工作機械の構造によると、各々加工送り方向が異なる複数の所定の移動経路に連続的に沿って切削工具を移動させて切削加工を行い、互いに連続する２つの前記移動経路の一方の前記移動経路から他方の前記移動経路に切り替わる際に、振動規制手段によって、前記移動経路の移動開始位置から所定の期間、ワークに対する前記切削工具の前記加工送り方向に沿った往復振動が規制され、前記所定期間の経過後に前記往復振動が開始するため、前記移動経路の移動開始位置において、前記往復振動による影響を抑制することができるという効果がある。

本発明の一実施の形態の工作機械の概略を示す図。 本発明の一実施の形態の切削工具とワークとの関係を示す図。 本発明の一実施の形態の切削工具の往復振動および位置を示す図。 本発明の一実施の形態の主軸ｎ回転目、ｎ＋１回転目、ｎ＋２回転目の関係を示す図。 本発明の一実施の形態の送り量と振幅との関係について説明する図。 本発明の一実施の形態の送り量と振幅との関係について説明する図。 本発明の一実施の形態の送り量と振幅との関係について説明する図。 切削工具を複数の補間経路に沿って連続的に移動させる状態を示す図。

工作機械１００は、図１に示されるように、主軸１１０と、切削工具台１３０Ａとを備えている。
主軸１１０の先端にはチャック１２０が設けられている。
主軸１１０は、ワークを保持するワーク保持手段として構成され、ワークＷがチャック１２０を介して主軸１１０に保持されている。
切削工具台１３０Ａは、ワークＷを旋削加工するバイト等の切削工具１３０を保持する刃物台として構成され、切削工具１３０が切削工具台１３０Ａに装着されている。

主軸１１０は、図示しない主軸モータの動力によって回転駆動されるように主軸台１１０Ａに支持されている。
前記主軸モータとして主軸台１１０Ａ内において、主軸台１１０Ａと主軸１１０との間に形成される従来公知のビルトインモータ等が考えられる。
主軸台１１０Ａは、Ｚ軸方向送り機構１６０を介して工作機械１００のベッド側に搭載されている。
Ｚ軸方向送り機構１６０は、前記ベッド等のＺ軸方向送り機構１６０の固定側と一体的なベース１６１と、主軸１１０の軸線方向となるＺ軸方向に延びて、ベース１６１に設けられるＺ軸方向ガイドレール１６２とを備えている。
Ｚ軸方向ガイドレール１６２に、Ｚ軸方向ガイド１６４を介してＺ軸方向送りテーブル１６３がスライド自在に支持されている。
Ｚ軸方向送りテーブル１６３側にリニアサーボモータ１６５の可動子１６５ａが設けられている。
ベース１６１側にリニアサーボモータ１６５の固定子１６５ｂが設けられている。
リニアサーボモータ１６５の駆動によってＺ軸方向送りテーブル１６３が、Ｚ軸方向に移動駆動される。
主軸台１１０Ａは、Ｚ軸方向送りテーブル１６３に搭載されている。
Ｚ軸方向送りテーブル１６３の移動によって主軸台１１０ＡがＺ軸方向に移動し、主軸１１０のＺ軸方向への移動が行われる。
主軸１１０は、主軸台１１０Ａと一体的に、Ｚ軸方向送り機構１６０によってＺ軸方向に移動自在に設けられ、Ｚ軸方向送り機構１６０は、主軸移動機構として、主軸１１０をＺ軸方向に移動させる。

Ｘ軸方向送り機構１５０が、工作機械１００のベッド側に設けられている。
Ｘ軸方向送り機構１５０は、前記ベッド側と一体的なベース１５１と、Ｚ軸方向に対して上下方向で直交するＸ軸方向に延びるＸ軸方向ガイドレール１５２とを備えている。
Ｘ軸方向ガイドレール１５２はベース１５１に固定され、Ｘ軸方向ガイドレール１５２には、Ｘ軸方向送りテーブル１５３がＸ軸方向ガイド１５４を介してスライド自在に支持されている。
切削工具台１３０Ａは、Ｘ軸方向送りテーブル１５３に搭載されている。
Ｘ軸方向送りテーブル１５３側にリニアサーボモータ１５５の可動子１５５ａが設けられている。
ベース１５１側にリニアサーボモータ１５５の固定子１５５ｂが設けられている。
Ｘ軸方向送りテーブル１５３がリニアサーボモータ１５５の駆動によってＸ軸方向ガイドレール１５２に沿ってＸ軸方向に移動することにより、切削工具台１３０ＡがＸ軸方向に移動し、切削工具１３０がＸ軸方向に移動する。
Ｘ軸方向送り機構１５０は、刃物台移動機構として、切削工具台１３０Ａを切削工具１３０と一体的に、Ｘ軸方向に移動させる。
前記刃物台移動機構（Ｘ軸方向送り機構１５０）と前記主軸移動機構（Ｚ軸方向送り機構１６０）とが協動して動作し、Ｘ軸方向送り機構１５０よるＸ軸方向への切削工具台１３０Ａ（切削工具１３０）の移動と、Ｚ軸方向送り機構１６０による主軸台１１０Ａ（主軸１１０）のＺ軸方向への移動によって、切削工具１３０は、ワークＷに対して相対的に任意の加工送り方向に移動して送られる。
なお、Ｚ軸方向およびＸ軸方向に直交するＹ軸方向に対するＹ軸方向送り機構を設けてもよい。
前記Ｙ軸方向送り機構は、Ｘ軸方向送り機構１５０と同様の構造とすることができる。
Ｘ軸方向送り機構１５０をＹ軸方向送り機構を介してベッドに搭載することにより、Ｙ軸方向送りテーブルをリニアサーボモータの駆動によってＹ軸方向に移動させ、切削工具台１３０ＡをＸ軸方向に加えてＹ軸方向に移動させ、切削工具１３０をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させることができる。
この場合、前記刃物台移動機構は、Ｘ軸方向送り機構１５０とＹ軸送り機構とから構成され、前記刃物台移動機構と前記主軸移動機構とが協動し、切削工具台１３０Ａに装着されている切削工具１３０は、ワークＷに対してＸ軸方向及びＺ軸方向に加えて、Ｙ軸方向に移動が可能となり、相対的に任意の加工送り方向に移動して送られる。
Ｙ軸方向送り機構を、Ｘ軸方向送り機構１５０を介してベッドに搭載し、前記Ｙ軸方向送りテーブルに切削工具台１３０Ａを搭載してもよい。

前記主軸移動機構と前記刃物台移動機構とから構成される送り手段により、主軸１１０と切削工具台１３０Ａとを相対的に移動させ、切削工具１３０を、ワークＷに対して相対的に任意の加工送り方向に移動させて送り、主軸１１０を、ワークＷと切削工具１３０とを相対的に回転させる回転手段として駆動して、ワークＷを切削工具１３０に対して回転させることによって、図２に示すように、ワークＷを、前記切削工具１３０により任意の形状に切削加工することができる。

本実施形態においては、主軸台１１０Ａと切削工具台１３０Ａとの両方を移動するように構成しているが、主軸台１１０Ａを工作機械１００のベッド側に移動不能に固定し、刃物台移動機構を、切削工具台１３０ＡをＸ軸方向、Ｚ軸方向、またはＹ軸方向に移動させるように構成してもよい。
この場合、前記送り手段が、切削工具台１３０ＡをＸ軸方向、Ｚ軸方向、またはＹ軸方向に移動させる刃物台移動機構から構成され、固定的に位置決めされて回転駆動される主軸１１０に対して、切削工具台１３０Ａを移動させることによって、切削工具１３０をワークＷに対して任意に加工送り動作させることができる。
切削工具台１３０Ａを工作機械１００のベッド側に移動不能に固定し、主軸台１１０ＡをＸ軸方向、Ｚ軸方向、またはＹ軸方向に移動させるように、主軸移動機構を構成してもよい。
この場合、前記送り手段が、主軸台１１０ＡをＸ軸方向、Ｚ軸方向、またはＹ軸方向に移動させる主軸台移動機構から構成され、固定的に位置決めされる切削工具台１３０Ａに対して、主軸台１１０Ａを移動させることによって、切削工具１３０をワークＷに対して任意に加工送り動作させることができる。
本実施形態においては、Ｘ軸方向送り機構１５０、Ｙ軸方向送り機構、Ｚ軸方向送り機構１６０は、リニアサーボモータによって駆動されるように構成されているが、従来公知のボールネジとサーボモータとによる駆動等とすることもできる。
本実施形態においては、ワークＷと切削工具１３０とを相対的に回転させる回転手段が、前記ビルトインモータ等の前記主軸モータによって構成され、ワークＷと切削工具１３０との相対回転は、主軸１１０の回転駆動によって行われる。
本実施形態では、切削工具１３０に対してワークＷを回転させる構成としたが、ワークＷに対して切削工具１３０を回転させる構成としてもよい。
この場合切削工具１３０としてドリル等の回転工具が考えられる。

主軸１１０の回転、Ｘ軸方向送り機構１５０やＺ軸方向送り機構１６０、あるいはＹ軸送り機構等の移動は、制御装置Ｃで制御される。
制御装置Ｃは、制御部Ｃ１によって主軸１１０の回転、Ｚ軸方向送り機構１６０、Ｘ軸方向送り機構１５０、あるいはＹ軸方向送り機構を駆動制御する。
制御部Ｃ１は、各送り機構を振動手段として、各送り機構を各々対応する移動方向に沿って往復振動させながら、主軸台１１０Ａ又は切削工具台１３０Ａを各々の方向に移動させるように制御を行う。
各送り機構は、制御部Ｃ１の制御により、図３に示すように、主軸１１０又は切削工具台１３０Ａを、１回の往復振動において、所定の前進量だけ前進（往動）移動してから所定の後退量だけ後退（復動）移動させ、前進量と後退量の差である進行量だけ各移動方向に移動させる。
前記送り手段は、制御部Ｃ１の制御による各送り機構の協動によって、ワークＷに対して切削工具１３０を加工送り方向に沿って往復振動させ、所定の進行量ずつ進めながら加工送り方向に移動させて送る。
前記送り手段により、切削工具１３０が加工送り方向に沿った往復振動しながら加工送り方向に送られることによって、主軸１回転分となる主軸位相０度から３６０度まで変化した時の前記進行量の合計を送り量として、ワークＷの加工が行われる。
前記送り手段による切削工具１３０の送りにより、例えば、ワークＷを所定の形状に外形切削加工することによって、ワークＷの周面は、図４に示すように波状に切削される。
図４に示されるように、ワークＷの１回転当たりの切削工具１３０の振動の回数を振動数Ｎとすると、振動数Ｎが、３．５回（振動数Ｎ＝３．５）の場合、ｎ＋１回転目（ｎは１以上の整数）の切削工具１３０により旋削されるワークＷの周面形状の位相が、ｎ回転目の切削工具１３０により旋削された形状の位相に対して逆位相の関係となる。
これにより、ｎ回転目の切削工具１３０の往動時の切削加工部分と、ｎ＋１回転目の復動時の切削加工部分とが一部重複する。
ワーク周面のｎ＋１回転目の切削部分に、ｎ回転目に切削済みの部分が含まれるため、この部分では、切削中に切削工具１３０が、ワークＷに対して何ら切削を行わずに空削りする、空振り動作が生じる。
切削加工時にワークＷから生じる切屑は、前記空振り動作によって順次分断される。
工作機械１００は、切削工具１３０の切削送り方向に沿った往復振動によって切屑を分断しながら、ワークＷの外形切削加工等を円滑に行うことができる。
切削工具１３０の往復振動によって切屑を順次分断する場合、ワーク周面のｎ＋１回転目の切削部分に、ｎ回転目に切削済みの部分が含まれていればよい。
換言すると、ワーク周面のｎ＋１回転目における復動時の切削工具１３０の軌跡が、ワーク周面のｎ回転目における切削工具１３０の軌跡の位置まで到達すればよい。
図４に示されるように、ｎ＋１回転目とｎ回転目のワークＷにおける切削工具１３０により旋削される形状の位相が一致（同位相）とならなければよく、必ずしも１８０度反転させる必要はない。

図５Ａに示すように、図４と同様に、主軸１回転で切削工具１３０が３．５回振動し、切削工具１３０の往動時の切削加工部分と、復動時の切削加工部分とが一部重複し、ワークＷ周面のｎ＋１回転目の切削部分に、ｎ回転目に切削済みの部分が含まれ、切削中に切削工具１３０の前記空振り動作が生じている状態から、図５Ｂに示すように、単に送り量だけ増大させると、２回転目における復動時の切削工具１３０の軌跡が１回転目における切削工具１３０の軌跡まで到達しなくなるため、前述した空振り動作ができず、切屑が分断されない場合がある。
なお図５Ａ乃至図５Ｃでは、説明をわかり易くするために、切削工具１３０の振動を直線状にして表現している。
単に送り量を徐々に増加させていくと、前述した切削工具１３０の往動時の切削加工部分と復動時の切削加工部分との重複部分が徐々に小さくなり、往動時の切削加工部分と復動時の切削加工部分とが重複しなくなるため、前述した空振り動作ができず、切屑が分断されない場合が発生する。
制御部Ｃ１は、ワークＷに対する切削工具１３０の送り量に比例して前記往復振動の振幅を設定する振幅設定手段を備える。
振幅設定手段は、送り量に対する振幅の比率を振幅送り比率として、送り量に振幅送り比率を乗じて振幅を設定するように構成されている。
振幅送り比率は、ユーザによって、数値設定部Ｃ２等を介して、制御部Ｃ１に設定することができる。
前記振幅設定手段と前記振動手段とは互いに連係し、図８Ｃに示すように、切削工具１３０の前記加工送り方向に沿った往復振動と、切削加工において設定される送り量に応じた振幅を設定することによって、制御部Ｃ１がワークＷのｎ＋１回転目における復動時の切削工具１３０の軌跡を、ワークＷのｎ回転目における切削工具１３０の軌跡まで到達させるように前記振動手段を制御する。
これにより、補正手段によって補正された振動の条件に対して、送り量に応じて振幅が設定され、制御部Ｃ１の制御によって振動手段が切削工具１３０を、前述した空振り動作が生じるように振動させて、切屑を分断することができる。

切削工具１３０の前記送りによる前記切削加工は、切削工具１３０を所定の座標位置に移動させるように制御部Ｃ１側に移動指令することによって行われる。
例えば、移動開始位置としてワークＷに対して所定の座標位置に位置する切削工具１３０を、前記移動指令によって指定される座標位置を到達位置として、所定の補間方法に基づいた補間経路を移動経路として移動させることによって、２つの座標位置間を前記補間経路で繋いだ形状に沿って切削工具１３０が送られ、２つの座標位置間を前記補間経路で繋いだ形状にワークＷが切削加工される。
切削工具１３０を、前記２つの座標位置間を直線状の補間経路で移動させることによって、ワークＷが前記両座標位置間で直線状の形状に加工される。
切削工具１３０を、前記２つの座標位置間を所定の半径を有する円弧状の補間経路で移動させることによって、ワークＷが前記両座標位置間で前記円弧状の形状に加工される。

本実施形態の制御部Ｃ１は、図６に示されるように、切削工具１３０を複数の前記補間経路に沿って連続的に移動させることによって、複数の前記補間経路が連続的に接続された形状に沿って切削工具１３０を送り、ワークＷの切削加工を実行することができる。図６においては、切削工具１３０を、（Ｘｓ，Ｚｓ）から（Ｘ１，Ｚ１）への第１の補間経路、（Ｘ１，Ｚ１）から（Ｘ２，Ｚ２）への第２の補間経路、（Ｘ２，Ｚ２）から（Ｘ３，Ｚ３）への第３の補間経路、（Ｘ３，Ｚ３）から（Ｘｅ，Ｚｅ）への第４の補間経路に沿って連続的に移動させる場合を示す。
制御部Ｃ１は、切削工具１３０の送りによる移動が、互いに連続する２つの補間経路の一方の補間経路に沿った移動から他方の補間経路に沿った移動に切り替わる際、振動規制手段として、補間経路の移動開始位置から所定の時間、往復振動を伴うことなく切削工具１３０を移動させるように、前記往復振動を規制する。
ただし、制御部Ｃ１は、前記所定の時間経過後は、前記往復振動を伴う送りを行い、切削工具１３０は前記補間経路に沿って、往復振動を伴う前記送りによってワークＷの切削加工を実行する。
前記往復振動の停止によって、切削工具１３０は、前記補間経路の移動開始位置から到達位置に向かって、一方向に順次連続的に送られ、移動開始位置から時間経過に伴って、到達位置から移動開始位置に向かう復動を行うことなく、往動のみで順に切削部分が増加する。
切削工具１３０は、移動開始位置から所定の時間経過することによって、前記往復振動されない送りにより、前記補間経路での往復振動の振れ幅分の切削を行うことができる。
制御部Ｃ１は、切削工具１３０が前記往復振動されない送りにより、前記補間経路での往復振動の振れ幅分の切削を行う時間が経過するまで前記往復振動を規制する。
振動規制手段による往復振動の規制により、切削工具１３０が、互いに連続する２つの補間経路の一方の補間経路に沿った移動から他方の補間経路に沿った移動に切り替わる際、補間経路の移動開始位置から、前記往復振動の復動による移動開始位置を越える方向への不要な切削が防止され、切削形状の異常を防止することができ、加工精度を向上させることができる。
互いに連続する２つの補間経路の一方の補間経路全体において、前記往復振動を伴わず前記補間経路に沿って移動開始位置から到達位置に向かって、一方向に順次連続的に切削工具１３０を送る場合、連続する補間経路での加工に際して振動規制手段による往復振動の規制を実行することができる。
最大で復動分の振れ幅が移動開始位置を越える方向への不要な切削となるため、前記復動の振れ幅分の切削を行う時間が経過するまで前記往復振動を規制するように振動規制手段を構成することができる。

前記補間経路の移動開始位置から切削を開始する際、切削工具１３０の前記往復振動の振幅が、前記振幅送り比率によって定められる所定振動振幅より小さな振幅から、順次拡大し、定められた振動振幅に至るように、切削工具１３０の往復振動を制御する振幅制御手段を制御部Ｃ１に設けることができる。
この場合切削工具１３０の到達位置に向かう移動の量と順次振幅が拡大される往復振動の復動側の振れ幅との合成によって定まる移動開始位置を越える方向への不要な切削の量の切削を行う時間が経過するまで前記往復振動を規制するように振動規制手段を構成することができる。
なお互いに連続する２つの補間経路の一方の補間経路に沿った移動から他方の補間経路に沿った移動に切り替わる際、補間経路の移動開始位置から所定の時間ではなく、移動開始位置を越え得る復動の振れ幅を算出し、算出された前記振れ幅分、前記往復振動が規制された送りによって切削を行うように振動規制手段を構成してもよい。
制御部Ｃは、振動規制手段として、上記のように切削工具１３０の送り（移動）が、互いに連続する２つの前記補間経路の一方の前記補間経路から他方の前記補間経路に切り替わる際に、前記補間経路の移動開始位置から所定の期間前記往復振動の規制を行い、前記所定期間の経過後に前記往復振動を開始させる。
なお往復振動の規制は、例えば振幅送り比率を０とすることによって実行することができる。
また振幅送り比率を０等とすることによって往復振動を停止させて切削加工を行う分割補間経路を設定することもできる。
ただし前記補間経路の移動開始位置を前記送り方向に沿った往復振動の復動から往動に変化する変曲点として、到達位置に向かって振動させることによって、移動開始位置を越える方向への不要な切削を防止することもできる。

Claims (4)

1. ワークを切削加工する切削工具と、前記切削工具と前記ワークとを相対的に回転させる回転手段と、前記切削工具と前記ワークとを、所定の加工送り方向に送り動作させる送り手段と、前記切削工具と前記ワークとを相対的に往復振動させる振動手段とを備え、
   前記ワークと前記切削工具との相対回転と、前記ワークに対する前記切削工具の前記加工送り方向への前記往復振動を伴う送り動作とによって、前記切削工具を前記ワークに対して、各々加工送り方向が異なる複数の所定の移動経路に連続的に沿って移動させて切削加工を行う工作機械において、
   前記切削工具の前記移動が、互いに連続する２つの前記移動経路の一方の前記移動経路から他方の前記移動経路に切り替わる際に、前記移動経路の移動開始位置から所定の期間前記往復振動を停止し、前記所定期間の経過後に前記往復振動を開始させる振動規制手段を設けた工作機械。
2. 互いに連続する２つの前記移動経路の一方の前記移動経路の前記切削工具の前記移動が、前記往復振動を停止状態とした送り動作によって行われる請求項１の工作機械。
3. 前記振動規制手段が、前記移動経路の移動開始位置から所定時間前記往復振動を規制する請求項１又は２の工作機械。
4. 前記振動規制手段が、前記移動経路の移動開始位置から、前記切削工具が前記移動経路における前記往復振動の振れ幅分移動する期間、前記往復振動を規制する請求項１又は２の工作機械。

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