JP7450780B2 - 工作機械及びこの工作機械の制御装置 - Google Patents
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Description
工作機械100は、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。
チャック120を介して主軸110にワークWが保持され、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110は、主軸台110Aを介してZ軸方向送り機構160によって、前記Z軸方向に移動する。
Z軸方向送り機構160は、主軸110をZ軸方向に移動させる主軸移動機構を構成している。
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、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。
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。
切削工具台130Aは、切削工具130を保持する刃物台を構成している。
切削工具台130Aは、工作機械100のベッド側に、X軸方向送り機構150及び図示しないY軸方向送り機構によって、前記Z軸方向に直交するX軸方向と、前記Z軸方向及びX軸方向に直交するY軸方向とに移動自在に設けられている。
X軸方向送り機構150とY軸方向送り機構とによって、切削工具台130Aを主軸110に対して前記X軸方向及びY軸方向に移動させる刃物台移動機構が構成されている。
X軸方向ガイドレール152に、X軸方向ガイド154を介してX軸方向送りテーブル153がスライド自在に支持されている。
リニアサーボモータ155の駆動によってX軸方向送りテーブル153が、X軸方向に移動駆動される。
なお、Y軸方向送り機構は、X軸方向送り機構150をY軸方向に配置したものであり、X軸方向送り機構150と同様の構造であるため、図示及び構造についての詳細な説明は割愛する。
切削工具台130Aは、X軸方向送りテーブル153の移動駆動によってX軸方向に移動し、Y軸方向送り機構が、Y軸方向に対して、X軸方向送り機構150と同様の動作をすることによって、Y軸方向に移動する。
この場合、前記送り手段および振動手段が、切削工具台130AをX軸方向、Y軸方向、Z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に対して加工送り動作させるとともに往復振動させることができる。
この場合、前記送り手段および振動手段が、主軸台110AをX軸方向、Y軸方向、Z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に対して加工送り動作させるとともに往復振動させることができる。
本実施例では、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。
制御部C1は、各送り機構を振動手段として、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するように予め設定されている。
ここで、切り込み回数は、何回の切り込み加工を行うことでねじ切り加工とするかについての切り込み加工の回数である。
なお、図3では、説明をわかり易くするため、切削工具130の振動を直線状にして表現している。
また、制御部C1は、連続するn回目およびn+1回目の切り込み加工における切り込み時の互いの振動の位相などの振動パターンを変えて、n+1回目の切り込み加工時の切削加工部分に、n回目の切り込み加工による切削済みの部分が部分的に含まれるように、往復振動を伴う各切り込み加工時の振動のパターンを設定する振動設定手段としても機能する。
1回目~6回目の切り込み加工においては、振動手段による振動数は固定であり、ワーク1回転に対して、切削工具130が一例としてX軸方向に2回の割合で振動する。
本実施例では、1回目の切り込み加工においては、往復振動の復動の開始から切り込み加工が開始されるように往復振動させ、切削工具130の往復振動の復動時に切削工具130の先端をワークWの外周面まで到達させる。
切削工具130の先端がワークWの外周面まで到達する部分で、切屑が分断される。
この到達させたタイミングで、切屑が分断される。
言い換えると、制御部C1の制御によって、2回目の切り込み加工における復動時の切削加工部分と、1回目の切り込み加工における往動時の切削加工部分とが接する。
1回目の切り込み加工時の往動時の切削加工部分と、2回目の切り込み加工時の復動時の切削加工部分とが接することによって、1回目の切り込み加工における切削工具130の往動時の切削加工部分に、2回目の切り込み加工における復動時の切削加工部分が理論上「点」として部分的に含まれ、この部分では、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「点」で生じることにより、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(1回目の切り込み加工時の往動時の切削加工部分と、2回目の切り込み加工時の復動時の切削加工部分とが接する点)によって順次分断される。
1回目の切り込み加工と2回目の切り込み加工との関係と同様の関係で、3回目~6回目の切り込み加工が実行される。
1回のねじ切り加工において、切り込み加工の切り込み量は減少するため、往復振動の振幅は、切り込み加工の回数を重ねる毎に小さくなるように制御される。
これにより、切り込み加工の回数を重ねる毎にワークWのねじ底面の凹凸が徐々に小さくなる。
最後の7回目の切り込み加工では、切削工具130を振動させずにワークWのねじ底面を切削することによって、ワークWのねじ底面の平坦性を向上させることができる。
図4に示すように、図3の切り込みの条件は主軸1回転当たりの切削工具130の振動数が2回であるため、ワークWをZ軸方向から観察すると楕円の形状となり、ワークWの周長(ワーク1回転)に対して2回の空振り動作が入る。
そして、2回、3回と切り込み加工を継続して行うに従って、前回の切り込み加工で楕円形状になっている長径方向に残った領域を次回の切り込み加工で振幅を小さくしながら切り込み加工を進めていくことで、ねじ溝の形成が進むとともに、加工面の平坦性が増していく。
回転数、振動数などの制御部C1への設定は、制御部C1にパラメータとして入力することができる他、例えば回転数、振動数や振幅や切り込み回数などを加工プログラムに記載して設定したり、プログラムブロック(プログラムの1行)において振動数を引数として設定したりすることができる。
言い換えると、制御部C1は、n+1回目の切り込み加工における復動時の切削加工部分と、n回目の切り込み加工における往動時の切削加工部分とが、前記接する状態を含み重複するように、制御を行ってもよい。
要するに、n+1回目の切り込み加工時の切削加工部分に、n回目の切り込み加工による切削済みの部分が部分的に含まれていればよい。
例えば、振幅切込み比率を1より大きくすることによって、振幅を切り込み量より大きく設定し、n+1回目の切り込み加工における復動時の切削工具130の軌跡を、n回目の切り込み加工における往動時から復動時に切り替わったときの切削工具130の軌跡の位置を越えさせることができる。
このため、n+1回目の切り込み加工における復動時の切削工具130の軌跡が、n回目の切り込み加工における往動時から復動時に切り替わったときの切削工具130の軌跡の位置を越える量を、予め、振幅保証値として設定することもできる。
振幅切込み比率や、振幅保証値は、前記主軸110の回転数、振動数などと同様に制御部C1にパラメータとして入力することができる他、例えば加工プログラムに記載して設定したり、プログラムブロック(プログラムの1行)において引数として設定したりすることができる。
なお振動数Nは、1振動当たりの主軸110の回転数として設定することもできる。
例えばEに続く値(引数E)で制御部C1に対して、1振動当たりの主軸110の回転数を設定することができる。
また、1回のねじ切り加工において何回目の切り込み加工まで振動させるかの設定や、何回目の切り込み加工から振動を開始させるか等の設定を、上述した主軸110の回転数、振動数、振幅切込み比率や、振幅保証値などと同様、入力、設定等を行うことができる。
例えば、何回目の切り込み加工まで振動させるかの設定を、Kに続く値(引数K)で制御部C1に対して行うことができる。
なお引数Kを設定する場合は、ワークWの径を制御部C1に対して設定することが望ましい。
ワークWの径は、例えばXに続く値(引数X)で制御部C1に対して設定することができる。
図5に示すように、第2実施例では、1回目~6回目の切り込み加工において、振動手段による往復振動の周波数を変更している。
これにより、回数を追う毎に徐々に周波数が高まってねじ切り加工によるワークWのねじ底面の凹凸が細かくなる。
ただし、切り込み量に対する振幅の比率や、切り込み量に対する振幅の増加量を設定し、前記比率や増加量に応じた値をとるようにすることもできる。
110 ・・・ 主軸
110A・・・ 主軸台
120 ・・・ チャック
130 ・・・ 切削工具
130A・・・ 切削工具台
150 ・・・ X軸方向送り機構
151 ・・・ ベース
152 ・・・ X軸方向ガイドレール
153 ・・・ X軸方向送りテーブル
154 ・・・ X軸方向ガイド
155 ・・・ リニアサーボモータ
155a・・・ 可動子
155b・・・ 固定子
160 ・・・ Z軸方向送り機構
161 ・・・ ベース
162 ・・・ Z軸方向ガイドレール
163 ・・・ Z軸方向送りテーブル
164 ・・・ Z軸方向ガイド
165 ・・・ リニアサーボモータ
165a・・・ 可動子
165b・・・ 固定子
C ・・・ 制御装置
C1 ・・・ 制御部
C2 ・・・ 数値設定部
W ・・・ ワーク
Claims (4)
- ワークを切削加工する切削工具と、該切削工具とワークとを相対的に回転させる回転手段と、該回転手段によって回転する前記ワークの軸線方向と平行にするように構成された加工送り方向に沿って前記ワークに対して前記切削工具を送り動作させる送り手段と、前記ワークに対して前記切削工具を前記加工送り方向と交差する径方向に相対的に往復振動させる振動手段とを備え、
前記切削工具とワークとを相対的に回転させながら前記加工送り方向に沿って相対的に送り動作させるとともに前記ワークに対して前記切削工具を前記径方向に移動させて複数回に亘って螺旋状に切り込み加工を行い、該複数回の切り込み加工で連続する2回の切り込み加工のうち、1回目の切り込み加工を行った所定の螺旋状をなす切削経路に沿って2回目の切り込み加工を行うことで、前記ワークに段階的にねじ部分を形成するねじ切り加工を、切屑を分断するように行う工作機械であって、
前記振動手段が、所定の複数回の切り込み加工に際して、前記切屑を分断するように前記切削工具とワークとを相対的に往復振動させ、
前記往復振動の振幅を、前記ワークに対する前記切削工具の切り込み量に応じて設定し、前記複数回の切り込み加工の回数を重ねる毎に小さくなるように制御するとともに、前記複数回の切り込み加工の最後の回において、前記切削工具を振動させずに前記ワークのねじ底面を切削するように制御する振動設定手段を設けている工作機械。 - 前記振動設定手段が、前記ワークの回転に対する前記振動の位相を変更するように構成された請求項1に記載の工作機械。
- 前記振動設定手段が、前記振動の周波数を変更するように構成された請求項1に記載の工作機械。
- ワークを切削加工する切削工具と、該切削工具とワークとを相対的に回転させる回転手段と、該回転手段によって回転する前記ワークの軸線方向と平行にするように構成された加工送り方向に沿って前記ワークに対して前記切削工具を送り動作させる送り手段と、前記ワークに対して前記切削工具を前記加工送り方向と交差する径方向に相対的に往復振動させる振動手段とを備えた工作機械に設けられ、
前記切削工具とワークとを相対的に回転させながら前記加工送り方向に沿って相対的に送り動作させるとともに前記ワークに対して前記切削工具を前記径方向に移動させて複数回に亘って螺旋状に切り込み加工を行い、該複数回の切り込み加工で連続する2回の切り込み加工のうち、1回目の切り込み加工を行った所定の螺旋状をなす切削経路に沿って2回目の切り込み加工を行うことで、前記ワークに段階的にねじ部分を形成するねじ切り加工を、切屑を分断するように行う工作機械の制御装置であって、
前記振動手段が、所定の複数回の切り込み加工に際して、前記切屑を分断するように前記切削工具とワークとを相対的に往復振動させ、
前記往復振動の振幅を、前記ワークに対する前記切削工具の切り込み量に応じて設定し、前記複数回の切り込み加工の回数を重ねる毎に小さくなるように制御するとともに、前記複数回の切り込み加工の最後の回において、前記切削工具を振動させずに前記ワークのねじ底面を切削するように制御する振動設定手段を設けている工作機械の制御装置。
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