JP7057703B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、主軸に把持されたワークを刃物台に装着された刃具によって切削加工する工作機械に関する。

例えばＣＮＣ旋盤等の工作機械として、ワークを把持する主軸と、刃具が装着された刃物台とを有し、刃物台をＸ軸方向に移動させて刃具をワークに所定の切込み位置にまで切り込ませ、ワークに対してＺ軸方向（送り方向）に相対移動させることでワークを切削加工するとともに、当該切削加工中に刃具にチッピング（欠損）等の損傷が生じたことを検知する検知機能を備えた構成のものが知られている。

例えば特許文献１には、刃物台を駆動する駆動系のモーター電流の挙動を監視し、切削加工中におけるモーター電流の変動状態から刃具に加わる負荷の変動を検知する負荷検出手段を備え、当該負荷変動に基づいて刃具にチッピング等の損傷が生じたことを検知する工作機械が記載されている。

特許文献２には、加工プログラム中の所望の加工指令の前後に専用の指令コードを挿入することで、当該指令コードにより指定された区間内の加工指令に基づいて行われる加工中にモーター電流の挙動の監視を行うようにした工作機械が記載されている。

特開昭６０－９０６５９号公報 特許第５９８７０６２号公報

上記従来の工作機械では、刃具に高い負荷が加わるワークの切削加工中における加工に係わるＺ軸モーター電流等の変動状態から刃具に加わる負荷変動を検知するようにしているので、刃具に加わる負荷変動を高精度で検知することが困難であるという問題点があった。

本発明は、上記課題を鑑みて成されたものであり、その目的は、刃具に加わる負荷変動を高精度で検知することが可能な工作機械を提供することにある。

本発明の工作機械は、ワークを把持する主軸と、刃具が装着され、前記刃具を前記ワークに切り込ませるＸ軸方向に移動するとともに前記主軸に対して該主軸の軸線に平行なＺ軸方向に相対移動して前記ワークの切削加工を行う刃物台と、前記刃物台を前記Ｚ軸方向と前記Ｘ軸方向とに垂直なＹ軸方向に移動させるＹ軸モーターと、前記Ｙ軸モーターの電流値を検出する電流検出手段と、を有する工作機械であって、所定の切り込み量で前記切削加工された前記ワークを前記所定の切り込み量と同じ切り込み量且つ同一パスで加工を行っているときに、前記電流検出手段により検出される、加工時の移動動作を行わない前記Ｙ軸モーターの電流値を監視する監視手段を有することを特徴とする。

本発明の工作機械は、上記構成において、前記切削加工がネジ切り加工であるのが好ましい。

本発明の工作機械は、上記構成において、前記切削加工の加工指令と前記所定の切り込み量と同じ切り込み量で加工する加工指令とを含む加工プログラムが格納された記憶部を備え、前記加工プログラムに基づいて前記工作機械の作動を制御する制御手段を有し、前記加工プログラムにおいて、前記監視手段による前記Ｙ軸モーターの電流値の監視が行われる監視区間が専用の指令コードによって指定され、前記制御手段が、前記監視区間に検出された前記Ｙ軸モーターの電流値に基づいて前記工作機械の作動を制御するのが好ましい。

本発明の工作機械は、上記構成において、前記作動が、前記所定の切り込み量と同じ切り込み量で加工する加工を停止可能な工程まで実行して停止することであるのが好ましい。

本発明によれば、刃具に加わる負荷変動を高精度で検知することが可能な工作機械を提供することができる。

本発明の一実施の形態である工作機械の概略構成を示す説明図である。 さらい加工を行っている工作機械の要部を示す説明図である。 さらい加工においてワークの加工不良部分に刃具が接触した状態を示す説明図である。 Ｙ軸モーターの負荷電流の変動を示す特性線図である。

本発明の一実施の形態である工作機械１はＣＮＣ旋盤として構成されたものであり、基台２上に配置された主軸３を有している。

主軸３は、基台２に固定された主軸台４に回転自在に支持されており、先端に設けられたチャックによりワークＷを把持することができる。主軸３は、例えば電動モーター等の駆動源により回転駆動され、ワークＷとともに回転する。

主軸３に把持されるワークＷとしては、例えば断面円形の棒状に形成された部材を用いることができる。

主軸台４は、主軸３の軸線に平行なＺ軸方向に沿って配置されたＺ軸ガイドレール５を介して基台２に搭載されている。主軸台４と基台２との間にはＺ軸モーターを駆動源とするＺ軸移動機構が設けられており、主軸３は主軸台４とともにＺ軸移動機構により駆動されてＺ軸ガイドレール５に沿ってＺ軸方向に移動することができる。

上記の通り、工作機械１においては、主軸３の軸線に平行な方向がＺ軸方向である。また、Ｚ軸方向に垂直であるとともに基台２の上面に垂直な方向がＸ軸方向（図１中において上下方向）であり、Ｚ軸方向とＸ軸方向とに垂直な方向がＹ軸方向（図１中において左右方向）である。

工作機械１は刃物台１０を備えている。刃物台１０には３本の刃具１１ａ、１１ｂ、１１ｃが装着されている。３本の刃具１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、それぞれ刃先を下方に向けた姿勢とされ、互いに平行となってＹ軸方向に向けて間隔を空けて並べて配置されている。

基台２には支持台１２が固定され、支持台１２にはＹ軸方向に沿って延びるＹ軸ガイドレール１３を介して移動部材１４が装着されている。支持台１２と移動部材１４との間にはＹ軸モーター１５ａを駆動源とするＹ軸移動機構１５が設けられており、移動部材１４はＹ軸移動機構１５により駆動されて支持台１２に対してＹ軸方向に移動することができる。

Ｙ軸モーター１５ａとしては、例えばサーボモータ等の電動モーターが用いられる。Ｙ軸モーター１５ａとしてサーボモータを用いることで、Ｙ軸移動機構１５により移動部材１４を所定の位置に正確に位置決めすることができるとともに、移動部材１４を所定の位置に保持することができる。

刃物台１０はＸ軸方向に沿って延びるＸ軸ガイドレール１６を介して移動部材１４に装着されている。刃物台１０と移動部材１４との間にはＸ軸モーター１７ａを駆動源とするＸ軸移動機構１７が設けられており、刃物台１０はＸ軸移動機構１７により駆動されて移動部材１４に対してＸ軸方向に移動することができる。

工作機械１には制御手段としての制御部２０が設けられている。制御部２０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等の演算部２０ａとメモリ等の記憶部２０ｂとを備えたマイクロコンピュータとして構成されている。記憶部２０ｂには切削加工の加工指令と所定の切り込み量と同じ切り込み量で加工する加工の加工指令とを含む加工プログラムが格納されている。

制御部２０は、記憶部２０ｂに格納されている加工プログラムの切削加工の加工指令に基づいて、主軸３の回転、Ｚ軸移動機構、Ｙ軸移動機構１５及びＺ軸移動機構１７の作動を統合的に制御することで、何れかの刃具１１ａ、１１ｂ、１１ｃによるワークＷの切削加工を実行する。

例えば、制御部２０は、ワークＷを把持する主軸３を所定の回転数で回転させ、Ｘ軸移動機構１７により刃物台１０をＸ軸方向に自動的に移動させて刃具１１ａを所定の切込み深さでワークＷに切り込ませるとともに、Ｚ軸移動機構により主軸３を刃具１１ａに対してＺ軸方向に相対移動（送り移動）させることで刃具１１ａによるワークＷの切削加工を実行する。

本実施の形態においては、工作機械１は、切削加工として、所定のネジ切り加工条件（ピッチ間隔、切込み深さ等）でワークＷをネジ切り加工することができる。ネジ切り加工においては、刃具１１ａによるワークＷの切削加工は、１回の加工（パス）ではなく、複数回の加工に分けて行なわれ、それぞれの加工において刃具１１ａのワークＷに対する切込み深さを段階的に深くすることで、図２に示すように、ワークＷに所望のネジ底深さのネジＳが加工される。

図２においては刃具１１ａの形状を模式的に示すが、刃具１１ａとしては、例えば、形成しようとするネジＳのネジ溝に対応した形状の刃先部分を有するものが用いられる。

制御部２０は、Ｙ軸モーター１５ａの作動を制御することにより、Ｙ軸移動機構１５によって移動部材１４とともに刃物台１０をＹ軸ガイドレール１３に沿ってＹ軸方向に自動的に移動させることができる。刃物台１０をＹ軸方向に移動させることで、ワークＷを切削加工する刃具１１ａ、１１ｂ、１１ｃを、３本のうちの何れかに選択的に切り替えることができる。

制御部２０は、ワークＷの切削加工を行った後、記憶部２０ｂに格納されている加工プログラムの所定の切り込み量と同じ切り込み量で加工する加工の加工指令に基づいて、主軸３の回転、Ｚ軸移動機構、Ｙ軸移動機構１５及びＸ軸移動機構１７の作動を統合的に制御することで、何れかの刃具１１ａ、１１ｂ、１１ｃによるワークＷの所定の切り込み量と同じ切り込み量で加工する加工を実行する。所定の切り込み量と同じ切り込み量で加工する加工はさらい加工、ゼロカット加工とも呼ばれるものであり、ワークＷの切削加工済みの部分に対し、当該切削加工と同一のパスで刃具１１ａ、１１ｂ、１１ｃの何れかを選択して移動させ、選択した刃具１１ａ、１１ｂ、１１ｃの何れかにより当該切削加工のときと同じ切り込み量で行う加工のことである。以降はこの加工をさらい加工として説明する。

例えば、切削加工によりワークＷにネジＳを形成した場合には、制御部２０は、ワークＷを把持する主軸３を所定の回転数で回転させ、Ｘ軸移動機構１７により刃物台１０を移動させて刃具１１ａのＸ軸方向をネジ切り加工の最後の加工（パス）におけるＸ軸方向位置と一致させ、さらに、最後の加工（パス）と同じ位相から同じ送りで、Ｚ軸移動機構により主軸３を刃具１１ａに対してＺ軸方向に相対移動（送り移動）させることで、図２に示すように、刃具１１ａをワークＷに対してネジ切り加工の最後の加工（パス）と同一の位相と切り込み量で移動させて、刃具１１ａによるワークＷのネジＳの加工を行った部分に倣ってさらい加工を実行する。当該さらい加工においては、刃具１１ａはワークＷを切削加工することなくネジＳに沿って相対移動する。

工作機械１には、Ｙ軸モーター１５ａの電流値を検出するための電流検出手段としての電流計３０が設けられている。電流計３０は、Ｙ軸モーター１５ａと制御部２０との間に接続されており、制御部２０からＹ軸モーター１５ａに向けて供給される駆動電流の電流値に加えて、刃物台１０にＹ軸方向に向けた負荷が加えられたときにＹ軸モーター１５ａに生じる負荷電流の値を検出することができる。

制御部２０は監視手段としての監視部２０ｃを有している。監視部２０ｃは、刃具１１ａによる切削加工の後、ワークＷのさらい加工を行っているときに、電流計３０により検出されるＹ軸モーター１５ａの電流値を監視する。監視部２０ｃは、電流計３０により検出されるＹ軸モーター１５ａの電流値が所定の閾値以上の変動を生じた場合に、刃具１１ａの負荷に変動が生じたことを検知し、当該検知情報を図示しないディスプレイ等の報知手段に表示するなどして作業者等に報知する。作業者は、刃具１１ａに負荷変動が生じたことに基づき、ワークＷの加工残りＲのような加工不良ないし刃具１１ａのチッピング等の損傷を検知することができる。

例えば、刃具１１ａによるワークＷの切削加工において、刃具１１ａにチッピング（欠損）が生じ、あるいはネジ切り加工における複数回の繰り返しのパス間で刃具１１ａの位置ずれが生じることで、図２、図３に示すように、ネジＳのネジ溝の底に加工残りＲが生じているワークＷに対し、さらい加工を行うと、加工残りＲがない部分においては刃具１１ａにはＹ軸方向に向けた負荷はほとんど加わらず、その負荷も変動しない。したがって、監視部２０ｃにより監視されるＹ軸モーター１５ａの電流値（負荷電流の値）は、図４において直線的な略一定の小さい電流値となり、監視部２０ｃにより刃具１１ａの負荷変動は検知されない。

図３に示すように、さらい加工において刃具１１ａが加工残りＲに接すると、刃具１１ａには加工残りＲを切削するための切削抵抗によりＹ軸方向の負荷が加わることになる。刃具１１ａにＹ軸方向の負荷が加わると、Ｙ軸モーター１５ａは、制御部２０によって当該負荷に抗して刃具１１ａを元の位置に保持するように作動制御される。その結果、さらい加工において刃具１１ａが加工残りＲに接すると、図４に示すように、Ｙ軸モーター１５ａの負荷電流が増加する。Ｙ軸モーター１５ａの負荷電流の増加が所定の閾値以上であると、監視部２０ｃは刃具１１ａの負荷に変動が生じたことを検知し、当該検知情報を図示しないディスプレイ等の報知手段に表示する。また制御部２０によってさらい加工を停止可能な工程まで実行した後に停止させることも可能である。

以上の通り、本実施の形態の工作機械１では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の何れの方向にも基本的に刃具１１ａに高い負荷が加わることのないさらい加工において、加工時の移動動作を行わないＹ軸モーター１５ａの電流値を監視することで、刃具１１ａに加わる負荷変動を検知するようにしたので、刃具１１ａに加わる負荷変動の検知の精度を高めることができる。

また、刃具１１ａに加わる負荷変動を高精度に検知することで、ワークＷの切削加工における加工不良ないし刃具１１ａのチッピング等の損傷を高い精度で検知することができる。

さらに、刃具１１ａによる切削加工としてワークＷにネジ切り加工を行う場合には、ネジ切り加工における複数回の繰り返しのパス間で刃具１１ａの位置ずれが生じることでネジＳのネジ溝の底に加工残りＲが生じる虞があるが、このような加工残りＲをさらい加工によって除去しつつ、当該加工残りＲの発生ないし刃具１１ａのチッピング等の損傷を高い精度で検知することができる。

記憶部２０ｂに格納された加工プログラムにおいて、監視部２０ｃによるＹ軸モーター１５ａの電流値の監視が行われる監視区間は、専用の指令コードによって指定されている。すなわち、加工プログラムは、切削加工の加工指令とさらい加工の加工指令とを含んでいるが、切削加工の加工指令の後であって、さらい加工の加工指令の前方に、監視部２０ｃによるＹ軸モーター１５ａの電流値の監視を開始する監視開始指令となる専用の指令コードが挿入され、さらい加工の加工指令の後方に、監視部２０ｃによるＹ軸モーター１５ａの電流値の監視を終了する監視終了指令となる専用の指令コードが挿入されている。

このように、加工プログラムにおけるさらい加工の加工指令の前後にこれらの指令コードが挿入されることで、監視部２０ｃによるＹ軸モーター１５ａの電流値の監視は、刃具１１ａによるワークＷの切削加工が行なわれている間は行われず、ワークＷの切削加工が完了した後、ワークＷのさらい加工が行われている間にのみ行われる。したがって、ワークＷを切削加工しているときに生じる刃具１１ａの負荷変動に基づいて、ワークＷの加工不良ないし刃具１１ａの損傷等が誤検知されることが防止される。

また、制御部２０によって、監視部２０ｃによるＹ軸モーター１５ａの電流値の監視が行われる監視区間において検出されたＹ軸モーター１５ａの電流値に基づいて工作機械１の作動が制御される。監視部２０ｃが、さらい加工中の監視区間において電流計３０によって検出されるＹ軸モーター１５ａの電流値の増加を検知すると、制御部２０はさらい加工を停止可能な工程まで実行してから工作機械１を停止させる制御を行う。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

前記実施の形態では、刃具１１ａによるワークＷの切削加工をネジ切り加工とした場合を例にして説明したが、切削加工はネジ切り加工に限られず、通常の旋削等であってもよい。

前記実施の形態では、刃物台１０に３本の刃具１１ａ～１１ｃを装着するようにしているが、少なくとも１本の刃具１１ａが装着されていれば、その本数は任意に変更可能である。

工作機械１は、Ｙ軸方向に移動可能な刃物台１０の他に、刃具が装着された他の刃物台を有していてもよい。

１ 工作機械
２ 基台
３ 主軸
４ 主軸台
５ Ｚ軸ガイドレール
１０ 刃物台
１１ａ 刃具
１１ｂ 刃具
１１ｃ 刃具
１２ 支持台
１３ Ｙ軸ガイドレール
１４ 移動部材
１５ Ｙ軸移動機構
１５ａ Ｙ軸モーター
１６ Ｘ軸ガイドレール
１７ Ｘ軸移動機構
１７ａ Ｘ軸モーター
２０ 制御部（制御手段）
２０ａ 演算部
２０ｂ 記憶部
２０ｃ 監視部（監視手段）
３０ 電流計（電流検出手段）
Ｗ ワーク
Ｓ ネジ
Ｒ 加工残り

Claims (4)

1. ワークを把持する主軸と、
   刃具が装着され、前記刃具を前記ワークに切り込ませるＸ軸方向に移動するとともに前記主軸に対して該主軸の軸線に平行なＺ軸方向に相対移動して前記ワークの切削加工を行う刃物台と、
   前記刃物台を前記Ｚ軸方向と前記Ｘ軸方向とに垂直なＹ軸方向に移動させるＹ軸モーターと、
   前記Ｙ軸モーターの電流値を検出する電流検出手段と、を有する工作機械であって、
   所定の切り込み量で前記切削加工された前記ワークを前記所定の切り込み量と同じ切り込み量且つ同一パスで加工を行っているときに、前記電流検出手段により検出される、加工時の移動動作を行わない前記Ｙ軸モーターの電流値を監視する監視手段を有することを特徴とする工作機械。
2. 前記切削加工がネジ切り加工である、請求項１に記載の工作機械。
3. 前記切削加工の加工指令と前記所定の切り込み量と同じ切り込み量で加工する加工指令とを含む加工プログラムが格納された記憶部を備え、前記加工プログラムに基づいて前記工作機械の作動を制御する制御手段を有し、
   前記加工プログラムにおいて、前記監視手段による前記Ｙ軸モーターの電流値の監視が行われる監視区間が専用の指令コードによって指定され、
   前記制御手段が、前記監視区間に検出された前記Ｙ軸モーターの電流値に基づいて前記工作機械の作動を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械。
4. 前記作動が、前記所定の切り込み量と同じ切り込み量で加工する加工を停止可能な工程まで実行して停止することであることを特徴とする請求項３に記載の工作機械。

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