JP6916409B1

JP6916409B1 - 数値制御装置

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Publication number: JP6916409B1
Application number: JP2021521457A
Authority: JP
Inventors: 佳澄佐藤
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2020-01-16
Filing date: 2021-01-14
Publication date: 2021-08-11
Anticipated expiration: 2041-01-14
Also published as: JPWO2021145378A1; WO2021145378A1; US20230033414A1; DE112021000558T5; CN114981739A

Abstract

本発明の数値制御装置は、複数の工具の動作方式および当該動作方式の動作条件の入力を受け付け、入力された動作方式及び動作条件に基づいて、複数の工具のそれぞれの切削経路が交差するように、複数の工具の速度情報及び位置情報を含む移動指令データを計算し、移動指令データに基づいて補間データを生成し、補間データに基づいて機械を駆動するモータを制御する。

Description

本発明は、数値制御装置に関し、特に複数の工具で協調してねじ切り加工する機能を有する数値制御装置に関する。

ワークに対してねじ切りを行う場合、ワークを回転させながら刃物により所定切り込みを与えてワーク軸方向に刃物を相対移動させてねじ切りが行われる。この時、１つの工具をワークの回転に相対移動させて加工する場合もあるが、複数軸を備えた工作機械を用いて、複数の工具を協調させてワークと相対移動させてねじ切り加工を行う場合も多い。

従来のねじ切り旋削加工では、ワークに対して工具が一方向に切込みを続けるため、加工時に発生する切屑が分断されずに工具の移動に従って連続的に発生し、切屑を取り除かずに加工を続けると、切屑が工具に絡まる問題や、切屑がワークに接触してワークに傷がつくという課題があった。このような課題に対して、様々な手法で解決が図られている。

このような手法で課題の解決を図る技術が開示されている文献としては、国際公開第２０１６／０５６５２６号、および特開２０１９−１８５７８０号公報などが挙げられる。

加工の途中で工具の移動に揺動動作を加えることで切屑を分断する事が可能となる。しかしながら、揺動動作は機械的な負荷が大きくなるため、機械寿命（ボールねじ、ベアリングなど）や工具寿命に悪影響を与えるという課題がある。また、切屑を分断するための加工工程を追加すると、通常のねじ切り加工と比べて加工時間が長くなるという課題もある。さらに、加工時間を通常のねじ切り加工の場合と同等にしようとすると、モータ速度を速くする必要があり、通常のねじ切り加工に比べて高負荷な加工を必要とし、工具チップの寿命が短くなる傾向にあるという課題も挙げられる。
そこで、加工時間の増大や機械寿命や工具寿命を引き起こすこと無く切削した切屑を裁断することが可能な技術が望まれている。

本発明に係る数値制御装置は、複数の工具を同時に制御できるような構成の機械で切削を行うような加工法において、切屑を分断できるように複数の工具間の相対速度と位置を制御しながらねじ切り加工をすることで、上記課題を解決する。

そして、本発明による数値制御装置は、プログラムに基づいて、複数の工具を備えた機械によるワークのねじ切り加工制御を行う数値制御装置であって、前記複数の工具の動作方式と該動作方式の動作条件の入力を受け付ける切屑分断情報入力部と、前記切屑分断情報入力部で入力された動作方式及び動作条件に基づいて、前記複数の工具のそれぞれの切削経路が交差するように、前記複数の工具の速度情報及び位置情報を含む移動指令データを計算する複数工具動作計算部と、前記移動指令データに基づいて補間データを生成する補間部と、前記補間データに基づいて、前記機械を駆動するモータを制御するサーボ制御部と、を備える。

本発明によれば、加工時間の増大や機械寿命や工具寿命を引き起こすこと無く、切削した切屑を裁断しながらねじ切り加工をすることができるようになる。

本発明の一実施形態による数値制御装置の概略的なハードウェア構成図である。本発明の一実施形態による数値制御装置の概略的な機能ブロック図である。本発明の実施形態を用いて計算可能な工具前入れ方式による、第１刃物台に取り付けられた第１工具と、第２刃物台に取り付けられた第２工具とを用いるワークの加工について説明する第１の図である。工具前入れ方式による、第１工具と第２工具とによるワークの加工について説明する第２の図である。工具前入れ方式による、第１工具と第２工具とによるワークの加工について説明する第３の図である。工具前入れ方式による、第１工具と第２工具とによるワークの加工について説明する第４の図である。工具前入れ方式による、第１工具と第２工具とによるワークの加工について説明する第５の図である。工具前入れ方式による、第１工具と第２工具とによるワークの加工について説明する第６の図である。本発明の実施形態を用いて計算可能な工具振動方式による、第１刃物台に取り付けられた第１工具と、第２刃物台に取り付けられた第２工具とによるワークの加工について説明する第１の図である。工具振動方式による、第１工具と第２工具とによるワークの加工について説明する第２の図である。工具振動方式による、第１工具と第２工具とによるワークの加工について説明する第３の図である。本発明の実施形態を用いて計算可能な工具後入れ方式による、第１刃物台に取り付けられた第１工具と、第２刃物台に取り付けられた第２工具とによるワークの加工について説明する第１の図である。工具後入れ方式による、第１工具と第２工具とによるワークの加工について説明する第２の図である。工具後入れ方式による、第１工具と第２工具とによるワークの加工について説明する第３の図である。工具後入れ方式による、第１工具と第２工具とによるワークの加工について説明する第４の図である。本発明の実施形態を用いて計算可能な組合せ方式による、第１刃物台に取り付けられた第１工具と、第２刃物台に取り付けられた第２工具とによるワークの加工について説明する第１の図である。組合せ方式による、第１工具と第２工具とによるワークの加工について説明する第２の図である。組合せ方式による、第１工具と第２工具とによるワークの加工について説明する第３の図である。組合せ方式による、第１工具と第２工具とによるワークの加工について説明する第４の図である。組合せ方式による、第１工具と第２工具とによるワークの加工について説明する第５の図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態による数値制御装置の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。本発明の数値制御装置１は、例えばプログラムに基づいて旋盤工作機械を制御する数値制御装置として実装することができる。

本実施形態による数値制御装置１が備えるＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）１１は、数値制御装置１を全体的に制御するプロセッサである。本実施形態による数値制御装置１はさらに、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）１２およびＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）１３を備える。かかる構成の下、ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステム・プログラムをバス２０を介して読み出し、該システム・プログラムに従って数値制御装置１全体を制御する。ＲＡＭ１３には、様々なデータが一時的に格納される。ＲＡＭ１３に一時格納可能なデータの例としては、一時的な計算データや表示データ、及び外部から入力された各種データが挙げられる。

本実施形態による数値制御装置１はさらに、不揮発性メモリ１４を備える。不揮発性メモリ１４は、バッテリ（図示せず）でバックアップされたメモリやＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ）等で構成されてよく、かかる構成によって数値制御装置１の電源がオフされても記憶状態が保持される。不揮発性メモリ１４には、インタフェース１５を介して外部機器７２から読み込まれたプログラム、表示器／ＭＤＩユニット７０を介して入力されたプログラム等が記憶される。不揮発性メモリ１４に記憶されたプログラムや各種データは、実行時／利用時にはＲＡＭ１３に展開されても良い。また、ＲＯＭ１２には、公知の解析プログラムなどの各種システム・プログラムがあらかじめ書き込まれている。

本実施形態による数値制御装置１はさらに、数値制御装置１のＣＰＵ１１と外部機器７２、例えばＵＳＢ装置とを接続する用に供するインタフェース１５を備える。外部機器７２からは、旋盤工作機械の制御に用いられるプログラムや各種パラメータ等が読み込まれる。また、数値制御装置１内で編集したプログラムや各種パラメータ等は、外部機器７２を介して外部記憶手段に記憶させることができる。本実施形態による数値制御装置１はさらに、ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１６および出入力ユニット（Ｉ／Ｏユニット）１７を備える。ＰＭＣ１６は、数値制御装置１に内蔵されたシーケンス・プログラムで旋盤工作機械及び該旋盤工作機械の周辺装置にＩ／Ｏユニット１７を介して信号を出力し制御する。なお、旋盤工作機械の周辺装置の例としては、工具交換装置や、ロボット等のアクチュエータ、および、旋盤工作機械に取付けられているセンサが挙げられる。また、旋盤工作機械の本体に配備された操作盤の各種スイッチや周辺装置等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。

表示器／ＭＤＩユニット７０はディスプレイやキーボード等を備えた手動データ入力装置であり、インタフェース１８は表示器／ＭＤＩユニット７０のキーボードからの指令、データを受けてＣＰＵ１１に渡す。数値制御装置１はさらに、各軸を手動で駆動させる際に用いる手動パルス発生器等を有する操作盤７１に接続されているインタフェース１９を備える。

本実施形態による数値制御装置１はさらに、旋盤工作機械が備える軸を制御する用に供する軸制御回路３０と、軸制御回路３０に接続されているサーボアンプ４０とを備える。また、サーボアンプ４０はさらに、旋盤工作機械が備える軸を移動させるサーボモータ５０に接続されている。軸制御回路３０は、ＣＰＵ１１からの軸の移動指令量を受けて、軸の指令をサーボアンプ４０に出力する。サーボアンプ４０はこの指令を受けて、サーボモータ５０を駆動する。軸のサーボモータ５０は位置・速度検出器を内蔵している。この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路３０にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、図１のハードウェア構成図では軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０は１つずつしか示されていないが、実際には制御対象となる旋盤工作機械に備えられた軸の数だけ用意される。例えば、図３〜図２０に示す動作例の実行に利用可能な本願発明の実施形態のように、２つの刃物台を備えた旋盤工作機械を制御する場合には、第１工具が取り付けられた第１刃物台をＸ，Ｚ軸方向へとそれぞれ駆動する２組の軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０と、第２工具が取り付けられた第２刃物台をＸ，Ｚ軸方向へとそれぞれ駆動する２組の軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０とが用意される。

本実施形態による数値制御装置１はさらに、スピンドル制御回路６０、およびスピンドル制御回路に接続されているスピンドルアンプ６１を備える。スピンドルアンプ６１はさらに、旋盤工作機械のスピンドルモータ６２に接続されている。スピンドル制御回路６０は、主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ６１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ６１はこのスピンドル速度信号を受けて、旋盤工作機械のスピンドルモータ６２を指令された回転速度で回転させ、ワークを駆動する。スピンドルモータ６２にはポジションコーダ６３が結合され、ポジションコーダ６３が主軸の回転に同期して帰還パルスを出力し、その帰還パルスはスピンドル制御回路６０を介してＣＰＵ１１によって読み取られる。

図２は、本発明の一実施形態による数値制御装置１の概略的な機能ブロック図である。図２に示した各機能ブロックは、図１に示した数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１がシステム・プログラムを実行し、数値制御装置１の各部の動作を制御することにより実現される。本実施形態による数値制御装置１は、第１工具が取り付けられた第１刃物台と第２工具が取り付けられた第２刃物台とをそれぞれ駆動して主軸に取り付けられたワークを加工する旋盤工作機械を制御する。

本実施形態の数値制御装置１は、解析部１００、情報入力部１０２、より具体的には切屑の分断に関する情報を入力する切屑分断情報入力部１０２、および動作計算部１０４、より具体的には複数の工具の動作に関する計算を実行する複数工具動作計算部１０４を備える。これらに加えて、本実施形態の数値制御装置１は、第１補間部１２２、第２補間部１２４、サーボ制御部１３０ｘ１，１３０ｚ１，１３０ｘ２，１３０ｚ２、スピンドル制御部１４０を備える。また、数値制御装置１の不揮発性メモリ１４には、２つの刃物台に取り付けられた工具を駆動してワークを加工する制御を実行する用に供するプログラム２００が予め記憶されている。

解析部１００は、図１に示した数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１がＲＯＭ１２から読み出したシステム・プログラムを実行し、主としてＣＰＵ１１によるＲＡＭ１３、不揮発性メモリ１４を用いた演算処理が行われることで実現される。解析部１００は、プログラム２００のブロックを読み出して解析し、第１，第２刃物台を駆動する各サーボモータの移動指令データや主軸の回転数を指令する主軸指令データを生成する。解析部１００は、プログラム２００のブロックにより指令される送り指令に基づいて、第１刃物台を駆動するサーボモータ５０ｘ１，５０ｚ１に対する移動指令データと、第２刃物台を駆動するサーボモータ５０ｘ２，５０ｚ２に対する移動指令データを生成する。また、解析部１００は、プログラム２００のブロックにより指令される主軸回転指令に基づいて、主軸指令データを生成する。

切屑分断情報入力部１０２は、図１に示した数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１がＲＯＭ１２から読み出したシステム・プログラムを実行し、主としてＣＰＵ１１によるＲＡＭ１３、不揮発性メモリ１４を用いた演算処理と、インタフェース１８、表示器／ＭＤＩユニット７０を用いた入出力処理とが行われることで実現される。切屑分断情報入力部１０２は、表示器／ＭＤＩユニット７０を介して作業者に対して設定画面を表示し、第１，第２刃物台の動作方式と、その動作に必要な条件を入力させる。切屑分断情報入力部１０２は、後述する（１）工具前方入れ方式、（２）工具振動方式、（３）工具後方入れ方式、（４）組合せ方式等の動作方式を作業者に選択させることができる。また、切屑分断情報入力部１０２は、切屑の分断長（いわば、切屑長）を作業者に設定させる。切屑長の設定は、リード数の指定や座標値の指定で行うようにしても良い。切屑分断情報入力部１０２で入力された情報は、複数工具動作計算部１０４に出力される。

複数工具動作計算部１０４は、図１に示した数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１がＲＯＭ１２から読み出したシステム・プログラムを実行し、主としてＣＰＵ１１によるＲＡＭ１３、不揮発性メモリ１４を用いた演算処理が行われることで実現される。複数工具動作計算部１０４は、解析部１００が生成した移動指令データに基づいて、切屑分断情報入力部１０２から入力された情報に応じた各工具の動作を計算する。なお、切屑分断情報入力部１０２から入力された情報の例としては、選択された動作方式、及び切屑長が挙げられるが、これらの例に限らず様々な情報を入力可能である。複数工具動作計算部１０４は、各工具のそれぞれの切削経路が交差するような各工具の速度及び位置を計算することで、各工具の動作を計算する。複数工具動作計算部１０４が計算した各工具の動作は、それぞれの工具による加工で生じた切屑が、切屑分断情報入力部１０２で入力された切屑長で分断されたものとなる。複数工具動作計算部１０４が計算した各工具の動作は、移動指令データとして第１補間部１２２及び第２補間部１２４に対して出力される。複数工具動作計算部１０４が計算する各工具の動作については後述する。

第１補間部１２２及び第２補間部１２４は、図１に示した数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１がＲＯＭ１２から読み出したシステム・プログラムを実行し、主としてＣＰＵ１１によるＲＡＭ１３、不揮発性メモリ１４を用いた演算処理が行われることで実現される。第１補間部１２２は、解析部１００により生成された移動指令データに基づいて、移動指令データにより指令される第１刃物台に取り付けられた第１工具の指令経路上の点を補間周期（いわば、制御周期）で補間計算した補間データを生成する。また、第２補間部１２４は、解析部１００により生成された移動指令データに基づいて、移動指令データにより指令される第２刃物台に取り付けられた第２工具の指令経路上の点を補間周期で補間計算した補間データを生成する。第１補間部１２２，第２補間部１２４による補間処理は、補間周期毎に実行される。

サーボ制御部１３０ｘ１，１３０ｚ１は、図１に示した数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１がＲＯＭ１２から読み出したシステム・プログラムを実行し、主としてＣＰＵ１１によるＲＡＭ１３、不揮発性メモリ１４を用いた演算処理と、軸制御回路３０、サーボアンプ４０によるサーボモータ５０の制御処理を行うことで実現される。サーボ制御部１３０ｘ１，１３０ｚ１は、第１補間部１２２が生成した補間データに基づいて第１刃物台をＸ軸方向で駆動するサーボモータ５０ｘ１及びＺ軸方向で駆動するサーボモータ５０ｚ１をそれぞれ制御することで、制御対象となる機械の第１刃物台を駆動する。
また、サーボ制御部１３０ｘ２，１３０ｚ２は、図１に示した数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１がＲＯＭ１２から読み出したシステム・プログラムを実行し、主としてＣＰＵ１１によるＲＡＭ１３、不揮発性メモリ１４を用いた演算処理と、軸制御回路３０、サーボアンプ４０によるサーボモータ５０の制御処理を行うことで実現される。サーボ制御部１３０ｘ２，１３０ｚ２は、第２補間部１２４が生成した補間データに基づいて第１刃物台をＸ軸方向で駆動するサーボモータ５０ｘ２及びＺ軸方向で駆動するサーボモータ５０ｚ２をそれぞれ制御することで、制御対象となる機械の第２刃物台を駆動する。

スピンドル制御部１４０は、図１に示した数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１がＲＯＭ１２から読み出したシステム・プログラムを実行し、主としてＣＰＵ１１によるＲＡＭ１３、不揮発性メモリ１４を用いた演算処理と、スピンドル制御回路６０、スピンドルアンプ６１によるスピンドルモータ６２の制御処理を行うことで実現される。スピンドル制御部１４０は、解析部１００が生成した主軸指令データに基づいて制御対象となる機械の主軸を回転させるスピンドルモータ６２を制御する。

以下では、本発明の実施形態に設けられる複数工具動作計算部１０４が計算する各工具の動作のいくつかの例を示す。
図３〜８は、複数工具動作計算部１０４が計算する（１）工具前方入れ方式による、第１刃物台３に取り付けられた第１工具５と、第２刃物台４に取り付けられた第２工具６とによるワーク７の加工の様子を示す一連の図である。

工具前方入れ方式では、最初にいずれかの工具によりねじ切り加工を開始する。図３に示した状態では、第１刃物台３に取り付けられた第１工具５により主軸台２に取り付けられて回転しているワーク７の切削（すなわち、ねじ切り加工）が行われている。この時、第２刃物台に取り付けられた第２工具６は、ワーク７に接触しないＸ軸位置で第１工具５を追い越す速度で無切削状態にてＺ軸方向に移動している。この状態では、第１工具５によるねじ切り加工位置から切屑８が発生する。

次に、図４に示されるように、第１工具５がワーク７を切削中に、第２工具６が第１工具５から見て主軸の半回転分先に位置する切削開始点に至ると、第２刃物台４はＺ軸方向の移動速度を切削速度にした上でＸ軸方向へ移動し、第２工具６によるワーク７の切削が開始される。第２工具６の切削開始点は、第１工具５による切削が開始された位置からの切削長が、切屑分断情報入力部１０２で入力された切屑長と略同一となる位置である。この段階で、ワーク７は、第１工具５と第２工具６の両方により加工される。

その後、図５に示されるように、第１工具５が第２工具６の切削開始点に到達した時点で、第１工具５の切削により生じた切屑は第２工具６の切削溝により分断される。第１工具５の切削点が第２工具６の切削開始点に到達すると、第１刃物台３がＸ軸方向へと移動し、第１工具５は無切削状態になる。

第１工具５が無切削状態になると、図６に示されるように、第１刃物台３は、第２工具６を追い越す速度で無切削状態にてＺ軸方向に移動する。そして、第１工具５が第２工具６から見て主軸の半回転分先に位置する切削開始点に至ると、図７に示されるように、第１刃物台３はＺ軸方向の移動速度を切削速度にした上でＸ軸方向へ移動し、第１工具５による切削が開始される。第１工具５の切削開始点は、第２工具６による切削が開始された位置からの切削長が、切屑分断情報入力部１０２で入力された切屑長と略同一となる位置である。この段階で、ワーク７は、再び第１工具５と第２工具６の両方により加工される。

その後、図８に示されるように、第２工具６が第１工具５の切削開始点に到達した時点で、第２工具６の切削により生じた切屑は第１工具５の切削溝により分断される。第２工具６の切削点が第１工具５の切削開始点に到達すると、第２刃物台４がＸ軸方向へと移動し、第２工具６は無切削状態になる。

このように、工具前方入れ方式では、図３〜図８に示した動作を繰り返すことで、第１工具５と第２工具６とが交互にワーク７を加工する。この動作方式では、第１工具５による切削で生じた切屑は、第２工具６による切削溝で分断される。また、第２工具６による切削で生じた切屑は、第１工具５による切削溝で分断される。ワーク７の加工時における第１刃物台３及び第２刃物台４のＺ軸方向の移動速度をプログラム２００等で指令される切削送り速度にしておくことで、加工時間は通常のねじ切り加工をした場合と略同一になる（厳密に言うと、前方入れをしている分だけ加工時間は若干短くなる）。また、揺動動作あるいはこれに類する動作を行う必要がないため、旋削工作機械や各工具に大きな負荷が掛かることはない。更に、ワーク７の加工が第１工具５と第２工具６とで交互に行われるため、それぞれの工具に対して加工に掛かる負担を分配することができる。例えば、工具の無切削時間が連続加工の場合と比較して長くなるので、本方式を用いれば加工時に発生する熱を十分に取り去ることができ、工具の長寿命化も期待できる。

図９〜１１は、複数工具動作計算部１０４が計算する（２）工具振動方式による、第１刃物台３に取り付けられた第１工具５と、第２刃物台４に取り付けられた第２工具６とによるワーク７の加工の様子を示す一連の図である。

工具振動方式では、一方の工具が主体となってねじ切り加工を行う。図９に示した状態では、第１刃物台３に取り付けられた第１工具５により主軸台２に取り付けられて回転しているワーク７の切削（ねじ切り加工）が行われている。この時、第２刃物台に取り付けられた第２工具６は、ワーク７に接触しないＸ軸位置で第１工具５を追い越す速度で無切削状態にてＺ軸方向に移動している。この状態では、第１工具５によるねじ切り加工位置から切屑８が発生する。

次に、図１０に示されるように、第１工具５が切削中に、第２工具６が第１工具５から見て主軸半回転分先にある切削開始点に至ると、第２刃物台４はＺ軸方向の移動速度を切削速度にした上でＸ軸方向へ移動し、第２工具６による切削が行われる。第２工具６の切削開始点は、第１工具５による切削が開始された位置からの切削長が、切屑分断情報入力部１０２で入力された切屑長と略同一となる位置である。この段階で、ワーク７は、第１工具５と第２工具６の両方により加工される。

その後、図１１に示されるように、第２刃物台４はＸ軸方向へと移動し、再び第２工具６は無切削状態になる。第１工具５が第２工具６の切削開始点に到達すると、第１工具５の切削により生じた切屑は第２工具６の切削溝により分断される。

このように、工具振動方式では、図９〜図１１に示した動作を繰り返すことで、第１工具５によるワーク７の加工と、第２工具６による切屑の分断とが行われる。ワーク７の加工時における第１刃物台３のＺ軸方向の移動速度は、プログラム２００等で指令される切削送り速度にしておくことで、ワーク７の加工時間は通常のねじ切り加工をした場合と同じになる。第２工具６による切屑の分断動作は、通常の刃物台の動作の範囲内で行われるため、旋削工作機械や各工具に大きな負荷が掛かることはない。また、第２工具６として振動に強い工具を用いることで、機械全体としての負担を軽減させることもできる。なお、上記した例では第１工具５のみが連続で切削を行い、第２工具６は一時切削点に入るような構成となっているが、第１工具５と第２工具６の役割を逆にしても良い。また、工具に対する負荷が蓄積されたタイミングで、第１工具５と第２工具６の役割をスイッチすることで、それぞれの工具に負担を分散することも可能である。

図１２〜図１５は、複数工具動作計算部１０４が計算する（３）工具後方入れ方式による、第１刃物台３に取り付けられた第１工具５と、第２刃物台４に取り付けられた第２工具６とによるワーク７の加工の様子を示す図である。

工具後方入れ方式では、最初にいずれかの工具によりねじ切り加工を開始する。図１２に示した状態では、第１刃物台３に取り付けられた第１工具５により主軸台２に取り付けられて回転しているワーク７の切削（ねじ切り加工）が行われている。この時、第２刃物台に取り付けられた第２工具６は、ワーク７に接触しないＸ軸位置で第１工具５の後方を無切削状態にてＺ軸方向に移動している。この状態では、第１工具５によるねじ切り加工位置から切屑８が発生する。

次に、図１３に示されるように、第２工具６が切削開始点に差し掛かると、第１刃物台３がＸ軸方向へ移動し第１工具５が無切削状態になる。そして、ワーク７が半回転するまでの間に、第２刃物台４がＺ軸方向の移動速度を切削速度にした上でＸ軸方向へ移動し、第２工具６を第１工具５により切削された切削溝に挿入する。そして、ワーク７が半回転すると第１工具５による切削が中断された位置から第２工具６による切削が開始される。第１工具５による切削で生じた切屑は第１工具５の退避時により分断される。第２工具６の切削開始点は、第１工具５による切削が開始された位置からの切削長が、切屑分断情報入力部１０２で入力された切屑長と略同一となる位置である。

第１工具５が無切削状態になると、図１４に示されるように、第１刃物台３は速度を調整しながらＺ軸方向に移動する。そして、第１工具５が次の切削開始点に差し掛かると、図１５に示されるように、第２刃物台４がＸ軸方向へ移動し第２工具６が無切削状態になる。そして、ワーク７が半回転するまでの間に、第１刃物台３がＺ軸方向の移動速度を切削速度にした上でＸ軸方向へ移動し、第１工具５を第２工具６により切削された切削溝に挿入する。そして、ワーク７が半回転すると第２工具６による切削が中断された位置から第１工具５による切削が開始される。第２工具６による切削で生じた切屑は第２工具６の退避時に分断される。第１工具５の切削開始点は、第２工具６による切削が開始された位置からの切削長が、切屑分断情報入力部１０２で入力された切屑長と略同一となる位置である。

このように、工具後方入れ方式では、図１２〜図１５に示した動作を繰り返すことで、第１工具５と第２工具６とが交互にワーク７を加工する。この動作方式では、第１工具５による切削で生じた切屑は、第１工具５の退避時に分断される。また、第２工具６による切削で生じた切屑は、第２工具６の退避時に分断される。ワーク７の加工時における第１刃物台３及び第２刃物台４のＺ軸方向の移動速度をプログラム２００等で指令される切削送り速度にしておくことで、ワーク７の加工時間は通常のねじ切り加工をした場合と略同一となる。
また、揺動動作等を行う必要がないため、旋削工作機械や各工具に大きな負荷が掛かることはない。更に、ワーク７の加工が第１工具と第２工具とで交互に行われるため、それぞれの工具に対して加工に掛かる負担を分配することができる。例えば、工具の無切削時間が連続加工の場合と比較して長くなるので、加工時の熱が十分に取ることができ、工具の長寿命化も期待できる。また、工具による切り込む方向（ワーク径方向）への加工を行わないため、とりわけ工具への負担は少なくなる。

図１６〜図２０は、複数工具動作計算部１０４が計算する（４）組合せ方式による、第１刃物台３に取り付けられた第１工具５と、第２刃物台４に取り付けられた第２工具６とによるワーク７の加工の様子を示す図である。組み合わせ方式は、（１）工具前方入れ方式と、（３）工具後方入れ方式との工具の動作を組み合わせたものである。

組合せ方式では、図１６に示すように、第１工具５及び第２工具６の両方でねじ切り加工を開始する。図１６では、第１工具５の切削位置が第２工具６の切削位置に対してＺ軸方向で前方に位置するように配置されている。第１工具５と第２工具６のそれぞれの切削位置は、その切削長が切屑分断情報入力部１０２で入力された切屑長と略同一となる位置である。

第２工具６の切削位置が、第１工具５の切削開始位置に到達した時点で、図１７に示されるように、第１刃物台３及び第２刃物台４はそれぞれＸ軸方向へ移動して第１工具５及び第２工具６が無切削状態になる。この時点で、第１工具５及び第２工具６の切削で生じた切屑８はそれぞれ分断される。

その後、図１８に示されるように、第１工具５と第２工具６の相対的な前後関係を保ったままで、第２工具６を第１工具５の切削終了点まで移動する。そして、それぞれの位置で第１刃物台３及び第２刃物台４がそれぞれＸ軸方向へ移動して第１工具５及び第２工具６による切削を開始する（図１９を参照）。

そして、第２工具６の切削位置が、第１工具５の切削開始位置に到達した時点で、図２０に示されるように、第１刃物台３及び第２刃物台４はそれぞれＸ軸方向へ移動して第１工具５及び第２工具６が無切削状態になる。この時点で、第１工具５及び第２工具６の切削で生じた切屑８はそれぞれ分断される。

このように、組合せ方式では、図１６〜図２０に示した動作を繰り返すことで、第１工具５と第２工具６とがそれぞれワーク７を加工する。この動作方式では、第１工具５による切削で生じた切屑は、第１工具５の退避時に分断される。また、第２工具６による切削で生じた切屑は、第１工具５による切削溝で分断される。ワーク７の加工に係る時間は、工具の無切削状態での移動時間（すなわち、早送り時間）を考慮したとしても１つの工具で加工した場合と比較して十分に短くなる。特に、一回の切削での切削距離が長くなると、効率的に加工を行うことができる。ねじ切りのプログラム２００等で指令される切削送り速度にしておくことで、加工時間は通常のねじ切り加工をした場合と比べて略１／２となる。また、揺動動作等を行う必要がないため、旋削工作機械や各工具に大きな負荷が掛かることはない。更に、ワーク７の加工は第１工具と第２工具とに配分されるため、それぞれの工具に対して加工に掛かる負担を分配することができる。また、本方式によれば、工具の無切削時間に加工時の熱を十分に取り去ることができ、工具の長寿命化も期待できる。

以上、本発明の一実施形態について、これによって実現されるいくつかの工具動作例と併せて説明してきた。しかしながら、本発明は上述した実施形態及び動作例の説明に限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
例えば、上記した実施形態の例示的構成及びその動作例では、数値制御装置１による制御対象となる機械は第１刃物台３と第２刃物台４とが対抗する位置に有るように構成されているものとして説明している。しかしながら、第１工具５と第２工具６とが強調してねじ切り加工できる位置であれば、これら刃物台や工具はどのような配置となっていても問題ない。

また、上記した実施形態の例示的構成及びその動作例では、数値制御装置１による制御対象となる機械は２つの刃物台と２つの工具を用いてねじ切り加工を行うよう構成されているものとして説明している。しかしながら、３以上の刃物台と３以上の工具を用いてねじ切り加工を行うように構成してもよい。この場合においても、それぞれの工具の切削経路が交差するように、数値制御装置１の複数工具動作計算部１０４は各工具の移動指令データを作成すればよい。

また、上記した実施形態の例示的構成及びその動作例では、２つの可動刃物台を用いてねじ切り加工を行う構成を有する機械を、数値制御装置１による制御対象として説明している。しかしながら、かかる説明にかかわらず、１つの可動刃物台と１つの固定刃物台と１つの可動主軸台を用いてねじ切り加工を行うように構成してもよい。この場合においても、それぞれの工具の切削経路が交差するように、複数工具動作計算部１０４は各工具の移動指令データを作成すればよい。この場合においても、ねじ切り加工に利用する刃物台の数は３以上であってももちろんよい。

Claims

プログラムに基づいて、複数の工具を備えた機械によるワークのねじ切り加工制御を行う数値制御装置であって、
前記複数の工具の動作方式と該動作方式の動作条件の入力を受け付ける切屑分断情報入力部と、
前記切屑分断情報入力部で入力された動作方式及び動作条件に基づいて、前記複数の工具のそれぞれの切削経路が交差するように、前記複数の工具の速度情報及び位置情報を含む移動指令データを計算する複数工具動作計算部と、
前記移動指令データに基づいて補間データを生成する補間部と、
前記補間データに基づいて、前記機械を駆動するモータを制御するサーボ制御部と、
を備えることを特徴とする数値制御装置。
前記複数工具動作計算部によって計算される前記移動指令データは、
前記複数の工具の内の切削中の工具に対して、前記切削中の工具と異なる他の工具が前記切削中の工具の未切削の経路に先回りして切削点に入り、
前記切削中の工具による切屑を分断したあとに該他の工具による切削を継続する、
という動作を前記複数の工具の間で繰り返す移動指令に関するデータである、
請求項１に記載の数値制御装置。
前記複数工具動作計算部によって計算される前記移動指令データは、第１工具による切削中に、前記第１工具とは異なる第２工具が前記第１工具の未切削の経路に先回りして切削点に入り、前記第１工具による切屑を分断する移動指令に関するデータである、
請求項１に記載の数値制御装置。
前記複数工具動作計算部によって計算される前記移動指令データは、
前記複数の工具の内の切削中の工具による切削が行われ、
該切削を中断した後に、前記切削中の工具とは異なる他の工具を前記切削中の工具による切削済みの切削溝に位置決めし、中断された切削を続行する、
という動作を前記複数の工具の間で繰り返す移動指令に関するデータである、
請求項１に記載の数値制御装置。
前記複数工具動作計算部によって計算される前記移動指令データは、
前記複数の工具の内の、第１工具と、前記第１工具と異なる第２工具とを含む複数の切削工具で異なる位置から同時に切削を行い、
前記第２工具が前記第１工具による切削済みの切削溝に到達したら、前記複数の切削工具を前記ワークから待避させ、
前記複数の切削工具の間の相対的前後関係を保ったまま、前記第１工具とは異なる前記複数の切削工具の内の他の工具を前記第１工具の切削済みの切削溝の終了位置まで移動して、前記複数の切削工具による切削を継続する、
という動作を繰り返す移動指令に関するデータである、
請求項１に記載の数値制御装置。