JPS6317561B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は切削工具例えばドリルの送り速度を制
御するための装置に関する。

一般にボール盤は、加工能率を向上させるため
に、最初に早い送り速度でドリルを前進させ、つ
いでドリルをワークの直前で遅い切削送り速度に
変換するようにしている。ワークの寸法不揃によ
る工具破損をさけるため速度変換点は通常ドリル
がワークに接触する前の位置で数ミリ程度の間隔
を置いて設定されている。このため切削送り速度
でのエアーカツトは避けられず、穴加工の能率は
充分といえない。

ここに本発明は、ドリルなどの切削工具が早送
り終了点からワークに喰込むまでのエアーカツト
区間の時間を合理的に可能の限り短縮することを
目的とし、上記区間の送り速度をプログラムで設
定する切削送りの２〜５倍の中間送り速度で送る
ようにし、更に切削工具がワークを突抜ける際に
切削工具が破損し易いことを防止し、かつワーク
に大きなかえりの出ることを防止する目的のもと
に上記区間の送り速度を一定の比率で減速し、加
工精度の維持及び工具寿命を延ばすようにしてい
る。

さて、中間送り速度のままでドリルやワークに
当ると、切削抵抗が急激かつ異常に増加して、ド
リルは破損してしまう。そこで発明者は、ドリル
の形状に着目し、その形状に起因する切削工具の
駆動トルク特性を測定した。すなわちドリルなど
の切削工具１の刃先部１ａは第１図に示すように
円錐状になつている。このため切削工具１の切削
抵抗は刃先部１ａの部分において小さくなつてい
る。この関係は第２図に示す通りである。同図の
グラフは切削工具１の送り量F₁，F₂，F₃につい
て切削工具１を駆動するための動力Ｗを時間軸ｔ
で表わしている。切削工具１がワーク２に接した
時点t₀から切削工具１の刃先部１ａが完全にワー
ク２に進入するまでの間、動力Ｗはゆるやかな指
数関数的なカーブを描いて立上がり、その後刃先
部１ａがワーク２の内部に完全に入つた後の実質
的な切削状態でほぼ一定の値を保持する。ここで
工具破損の上限がW_Lとして与えられているとす
れば、実際可能な送り量はF₁またはF₂となる。
しかし送り量F₁は本格的な切削を開始するまでt₁
の時間を必要とするため、加工能率好ましくな
い。工具が破損しない最大の送り量はF₂であり、
そのときの過度的な切削時間はt₂となつている。

ところで前記の中間送りは、適切な送り量F₁
の２〜５倍であるから、第２図の送り量F₃に相
当し、切削動力は急激な立上りを示す。この時の
過度的な切削時間はt₃となり、非常に短い時間で
あるが、しかしこの場合は必ず工具が破損する。
そこで発明者は切削動力を検出する検出器をスピ
ンドル駆動モータの回路に取付け、これの検出信
号が第２図上の動力の基準値W_Cを越えたときコ
ンパレータから信号を出して送り量をF₂又はF₁
に変換する実験を試みた。その結果は、第２図破
線で示すとおりであつた。即ち本格的な切削開始
時点は、送り量がF₃からF₂に切換るときは送り
量F₂のままのときと比較してΔtつまり約１秒の
短縮であり、また送り量がF₃からF₁に切換ると
きは送り量F₁のままに比較して約３秒の短縮で
あり、更に送り量F₂を中間送りとしてF₁に切換
るときは送り量F₁のままに比較して約２秒の短
縮であつた。検出点が基準値W_Cであるのに、実
際に現われる動力の瞬間値が高くなるのは測定系
の検出器、コンパレータの作動に対し、速度の切
換、送り駆動装置の作動おくれ、送りモータの慣
性おくれ等を総合して時間おくれ0.5秒位がある
ためである。このおくれに対しても切削動力の最
大はその上限W_Lを越えてはならない。この理由
から細い工具では送り量の倍率を小さく、太い工
具では比較的大きく倍率を設定するのが合理的と
判明した。切削工具がワークに当る以前の短縮効
果も加味すると全体として更に大きな時間短縮が
期待されるので、本発明はこの点に着目して送り
量を途中で変化させるのに一定の比率を設けるこ
とにした。

つぎに第３図は工具の送り量を途中で変化させ
る場合の位置的なシーケンスを図示している。同
図イに於て切削工具１はドリルであり、最初P₀
の地点から早送り速度V₁で前進し、その後P₁の
地点すなわちワーク２に接する数ミリ程度手前で
中間送り速度V₂に変え、その後切削工具１がワ
ーク２に接して切削をはじめ、スピンドル駆動モ
ータの動力変化を検出した地点P₂で正規の切削
送り速度V₃に変化する。その後切削加工が完了
する直前に動力が減少した地点P₃で更に送り速
度が減速させられてV₄となり、前進限で切削が
完了した地点P₄で切削工具１は早戻り速度V₁で
後退後P₀の位置まで戻る。なおスピンドル駆動
モータは早送り速度V₁の進行中に正常回転にな
つていて、空転動力は充分安定な状態になつてお
り、動力検出器は動力の変化を検出するに充分な
体制になつている。第３図ロは上記の状態を切削
工具１とワーク２の関係で図示しており、同図ハ
はこれをボーリング用の切削工具１に置き代えて
示している。更に同図ニは切削工具１としてのミ
ーリングカツターが切削するときのシーケンスを
示し、同図ホはミーリングカツターの切削工具１
とワーク２の位置関係を図示している。この第３
図中の符号は全部共通としてある。

そして第４図は送り速度と時間の関係を線図で
示したものであるが、本発明によるものを実線で
表わし、従来方法での加工を点線で示し、切削完
了の時点T₄，T₄′、戻り完了の時点T₅，T₅′で時
間短縮の状態を明瞭にしている。本発明での所要
時間はＴであり、従来例のそれはT′であつて、
短縮時間はΔTとして表わせる。ここでT₁，T₂，
T₃，T₄，T₅の時点はP₁，P₂，P₃，P₄，P₀の地点
に対応している。

さて第５図は、上記の速度制御を具体化するた
めの本発明に係るドリルなどの切削工具の送り制
御装置３及び切削検知装置７を示している。ま
ず、送り制御装置３は送りモータ４、エンコーダ
４ａ、送り駆動装置１０、送り速度制御装置１
１、倍率計算指令装置１２及び速度設定切換装置
１３を具備している。また切削検知装置７はスピ
ンドル８ａを駆動するスピンドル駆動モータ８、
検出器５、コンパレータ６、基準値設定用抵抗器
９を備えている。送りモータ４は可変速型のもの
で、電源（em）から電力を取入れ前記送り速度
制御装置１１からの信号と後述の数値制御
（NC）装置１７からの運転指令とを受けて作動
する送り駆動装置１０によつて指令通りの速度で
運転、停止、正転、逆転を為し、スピンドル８ａ
を介して切削工具１としてのドリルなどに適切な
送り運動を与える。エンコーダ４ａは送りモータ
４の回転早さや切削工具１が送られた位置を検出
する。また、検出器５は、スピンドル駆動装置１
４から電力を取入れて指定通りの回転数で運転、
停止をするスピンドル駆動モータ８の給電回路中
に介在し、切削工具１がワーク２の切削を実施す
るときの発生動力の状態を検出するために、スピ
ンドル駆動モータ８の電力変化を検出して検出信
号を発生するもので、その検出信号はコンパレー
タ６に送られる。このコンパレータ６は上記検出
器５からの検出信号を入力し、この信号レベルが
予め設定した基準値設定用抵抗器９からの基準値
を越えたときに比較信号を出力するもので、演算
増幅器を主要部として構成する。この比較信号は
後述の速度設定切換装置１３に送られて送りモー
タ４の速度指定を所定の方式に従がい切換をす
る。スピンドル駆動装置１４はNC装置１７から
の指令をうけてスピンドル駆動モータ８が指令通
りの運転をするようにそれに対する制御を実行す
る。また送り駆動装置１０は送りモータ４に所定
の制御プログラムにもとづいて早送り速度V₁、
中間送り速度V₂および切削送り速度V₃、最終速
度V₄、早戻り速度V₅の回転を与える他、中間送
り速度V₂の運転状態で上記比較信号による速度
指令が変るときに送りモータ４を切削送り速度
V₃に転換し、また切削送り速度V₃から最終速度
V₄に転換するもので、論理回路およびシーケン
ス回路により構成してある。

つぎに速度設定切換装置１３は、NC装置１７
の速度指令をうけて送り速度を設定しこれに対応
する速度信号としての速度アナログ信号を出す
が、前記コンパレータ６の比較信号を速度切換指
令として受取り、それによつて前記速度アナログ
信号を倍率計算指令装置１２の倍率例あるいは縮
少比率側へ、または直接に送り速度制御装置１１
へ選択的に送り先を切換えて出力するもので、Ｄ
−Ａコンバータと論理回路とで構成される。倍率
計算指令装置１２は２倍、３倍、４倍、５倍の増
幅装置、1/2，1/3，1/4，1/5の減衰装置の集団で
ありNC装置１７からの倍率指令をうけて前記速
度設定切換装置１３からの速度アナログ信号を指
令に従がい指定の倍率、縮少の装置につなぎ、そ
れにより変換された速度アナログ信号を送り速度
制御装置１１に送り込む。送り速度制御装置１１
は前記変換された速度アナログ信号と前記速度設
定切換装置１３からの速度アナログ信号、NC装
置１７からの早送り速度アナログ信号をうけ、そ
れ等と送りモータ４のエンコーダ４ａの信号とを
受けてこれを微分した速度信号とを比較して送り
駆動装置１０をサーボ制御するもので微分回路、
切換回路、比較回路などの電子回路で構成してあ
る。なお、プログラムメモリ１５及び操作函１６
はNC装置１７に附設されている。

第６図は本発明の送り制御装置３を有するNC
工作機械を運転する際のプログラムの内容を例示
したものである。左側の一連番号はプログラムシ
ーケンスの中でテープフオーセツトの進行順序を
示している。Ｘ、Ｙ、Ｚ、＋、−は運動方向を示
し、Ｚは工具の突込方向、Ｘ、Ｙはテーブル移動
方向である。Ｓは主軸回転数を指令し、Ｍは機械
運転の区別でＭ１はスピンドル（主軸）回転指令
である。Ｆは送り指令でありＦの後の数字は送り
速度mm毎分を示している。Ｍは機械運転と説明し
たが、Ｍの80番代をここでは送り速度の倍率指令
としたので、M83は倍率指定３倍の1/3を指令し
ていることになる。M83の指定があれば、中間送
りの早さはF120即ち毎分120mmの正規指定速度の
３倍で360mm毎分となり、最終減速の時の速度は
１／３の40mm毎分となることを意味する。プログラ
ムの内容解説は右側の符号と対応して下記の通り
である。

Ａ：スピンドル200rpmスタート Ｂ：早送りZ150mm長さ Ｃ：切削送り120mm／分Z55mm長さ、倍率３
倍、1/3 Ｄ：早送りZ205mm長さ戻り Ｅ：テーブルX63mm移動 Ｆ：テーブルY47mm移動 ここで重要なことはこのプログラムでは従来機
の運転プログラムに比較してM83が追加されただ
けである。この事はオペレータがプログラムを作
る際に工具径に関連して何倍までの早さで中間送
りを指定するかを考えてM82〜M85までの何れか
を指定すればよく、その判断基準が予めマニアル
（手順書）で指示されておれば、容易に出来るこ
とである。したがつてこのプログラムでは、従来
の考えと全く同じ考えでプログラムすればよいこ
と、単にM80代の４つの指定で良いこと、従来蓄
積されたテープを簡単に編集して応用できるこ
と、若しテープのプログラムにM8が入つていな
くても機械は時間短縮できないだけで安全である
こと、このテープを若し他の機械に掛けてもM8
の受入れが無いので、倍率関係が作動せず、普通
のプログラム部分だけで機械が運転されることな
どの利点がある。

次に動作を説明する。最初に切削工具（ドリ
ル）１は早送り速度V₁で前進し、ワーク２の数
ミリ手前で中間送り速度V₂に変え、その速度で
ワーク２に接触しかつ切削しながら進入してい
く。もちろんスピンドル駆動モータ８は早送り区
間で定常回転の状態にある。この中間送り速度
V₂は第２図での送り量F₃に対応しており、送り
時間を大幅に短縮するのに有効である。この中間
送り速度V₂の運転状態において、NC装置１７は
検出器５を作動し得る状態に設定する。ここで切
削工具（ドリル）１の切削抵抗が増大し、スピン
ドル駆動モータ８の動力が変化すると、その変化
の状態は検出器５で検出されている。検出器５は
それに比例した検出信号を発生し、これをコンパ
レータ６に送り込んでいる。コンパレータ６は予
め設定された基準値と検出器５からの検出信号と
を比較し、検出信号のレベルが基準値のレベルを
越えたとき比較信号を発生し、これを速度設定切
換装置１３に送り込む。そこで速度設定切換装置
１３はその比較信号即ち速度切換指令を入力した
時点すなわち第４図のT₂の時点で切削送り速度
V₃に変換する。このT₂の時点は切削工具（ドリ
ル）１の先端部１ａがワーク２の内部に進入した
時点と対応している。このようにして切削工具
（ドリル）１は正規の切削送り速度V₃でワーク２
に穴加工を続ける。

なお切削工具（ドリル）１がワーク２を抜け出
るとき、送りモータ４の電力が減少する。そのと
きコンパレータ６の比較信号が無くなるので、そ
の時点T₃に於て速度設定切換装置１３はその状
態を検知してスピンドルの送りモータ４を低速即
ち速度V₄に設定する。このようにすると加工穴
の仕上がりが良くなり、また工具の寿命が飛躍的
に延びる。全加工が完了するT₄の時点で速度設
定切換装置１３は送り速度を戻り側の早送り速度
V₅に切換えるので、切削工具（ドリル）１は出
発点P₀の位置へ早戻りする。第３図ニ，ホのよ
うにテーブルに送りを掛けて加工するときは切削
工具１の斜面の刃先部１ａはミーリング工具の外
周に相当しスピンドル送りではなく、テーブル送
りX2はＹとなる。またT₄の時点でテーブルがそ
のまま早戻りするのではなく、所要の量だけ直角
方向に移動しカツターをリリーフさせてから戻る
ようにしてある。

ここで説明した速度V₂，V₃，V₄は一定の比率
で関係付けられている。すなわちプログラムでは
速度V₃の値を指定し、比率をＭ記号の例えば80
番代として82〜85で指定する。数字中の末尾の２
〜５は倍率を指定したことになる。そして同様に
この末尾数字は減少比率をも指定したことにな
る。送り速度が早送り速度V₁から中間送り速度
V₂に変るとき即ちT₁時点で切削送り速度V₃の速
度が規定され、同時に指定倍率計算が倍率計算指
令装置１２で実行され、中間送り速度V₂は規定
された送り速度の指定倍率の速度となる。それが
T₂の時点で規定の切削送り速度V₃に変り、T₃の
時点で再度倍率計算指令装置１２が作動して指定
減少比率を掛けたおそい送りの最終送り速度V₄
に切換つてゆく。

上記実施例は切削工具１としてドリルを例示し
ているが、本発明はドリル、ボーリング工具、ミ
ーリングカツターの他テーパー状の先端部を持つ
他の切削工具にも応用できる。

本発明によれば、切削工具が実質的な切削状態
に入るまで切削送り速度より速い中間送り速度に
より送られるため、切削時間の短縮が図られる。
更にこの種加工を実施するために通常行なわれる
事前準備のプログラム作成に於て毎回の中間送り
速度数値の指定や、工具抜けに際し、最終送り速
度の指定などわずらわしい作業を大幅に縮減し、
準備作業も短縮する。

【図面の簡単な説明】

第１図はドリルとワークの位置関係を示す説明
図、第２図は動力変化を示すグラフ、第３図は本
発明の速度変化を示す説明図、第４図は本発明に
よる速度の時間的変化を示すグラフ、第５図は本
発明に係る送り制御装置のブロツク線図、第６図
は操作プログラムの説明図である。 １…切削工具、２…ワーク、３…送り制御装
置、４…送りモータ、５…検出器、６…コンパレ
ータ、７…切削検知装置、８…スピンドル駆動モ
ータ、１１…送り速度制御装置、１２…倍率計算
指令装置、１３…速度設定切換装置、１５，１
６，１７…NC制御装置セツト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 切削工具に回転を与える可変速型のスピンド
   ル駆動モータ、これを制御するスピンドル駆動装
   置、上記切削工具に送り運動を与える可変速型の
   送りモータ、これを制御する送り駆動装置、上記
   送りモータの速度を検出するとともに切削工具の
   位置を検出するエンコーダを有し、数値制御
   （NC）装置によつて総合的に運転制御される工
   作機械において、上記切削工具がワークの実質的
   な切削を開始したことをスピンドル駆動モータの
   電力変化により検出してその量を示す信号を発生
   する検出器と、この検出器からの信号を入力しこ
   の信号レベルが基準値を越えたときに比較信号を
   出力するコンパレータと、上記NC装置の指令を
   うけて送り速度を設定しその速度信号を出力する
   際に前記コンパレータからの比較信号に基づいて
   倍率計算指令装置の倍率側、縮小比率側および送
   り速度制御装置のうちいずれかの送り先に速度信
   号を選択的に切換えて出力する速度設定切換装置
   と、前記NC装置の倍率指令をうけて倍率及び比
   率を設定し、前記速度設定切換装置から倍率側に
   入力された速度信号をうけてそれを所定の倍率に
   増加した変換速度信号を出力し、また前記速度設
   定切換装置から縮小比率側に入力された速度信号
   をうけてそれを所定の比率に縮めた変換速度信号
   を出力する上記倍率計算指令装置と、前記NC装
   置の早送り速度信号、速度設定切換装置からの速
   度信号、前記倍率計算指令装置からの変換速度信
   号をうけて送りモータに適切な電流を与えるよう
   送り駆動装置を制御し、送りモータの速度を検出
   する上記エンコーダよりの信号をうけてそれの微
   少な変動に対して送り駆動装置にサーボ制御の信
   号を与える上記送り速度制御装置とを具備し、切
   削送りに入る以前の適切な地点で早送りが終了
   し、設定された送り速度を所定の倍率に増加した
   速度で切削工具を前進させ、実質的な切削が始ま
   ると設定された切削送りとなり、切削工具がワー
   クを突抜ける直前で送り速度を所定の比率に減速
   して切削工具がワークを完全に突抜けるようにし
   たことを特徴とする切削工具の送り制御装置。