JPWO2014002228A1 - 工作機械の制御装置および工作機械 - Google Patents

Abstract

自転している回転工具を円運動させる公転運動を行いながらワークを加工する工作機械の制御装置であって、入力情報を含む加工プログラムを読み取る読取解釈部と、回転工具の進行の入力情報に基づいて設定された回転工具が進行する第１工具経路と、回転工具の公転運動の入力情報に基づいて設定された回転工具の公転運動の第２工具経路とを合成し、回転工具が公転運動を行いながら加工形状に沿って進行する第３工具経路を設定する演算部とを備える。

Description

本発明は、工作機械の制御装置および工作機械に関する。

従来の技術においては、回転工具を回転させて、ワークの切削等の加工を行う工作機械が知られている。また、このような工作機械において回転工具の工具経路を所定の軸の座標等により指定し、回転工具を自動的に移動させながら加工を行う数値制御工作機械が知られている。

特開昭６０−１４１４４６号公報（特許文献１）においては、自転する工具を主軸の回転中心の回りに公転させながら切削を行う回転工具ホルダが開示されている。この回転工具ホルダは、遊星歯車機構により工具が増速されて自転し、更に工具の中心が主軸の回転中心の回りに公転する運動を行うことが開示されている。この回転工具ホルダを用いることにより、カッター等の回転工具が摩耗して、回転工具の径が変化しても、偏心量の調整により正確な幅寸法が得られることが開示されている。

特開平７−２３０３１２号公報（特許文献２）には、数値制御装置（ＣＮＣ）と、プログラマブル・マシン・コントローラ（ＰＭＣ）とを備えるＣＮＣシステムが開示されている。この数値制御装置には、予め加工プログラムが格納されている。ＣＮＣ側の移動指令手段は、この加工プログラムを解読し、その内容に従ってＣＮＣ側の軸移動指令を行う。一方、プログラマブル・マシン・コントローラには、シーケンス・プログラムが格納されている。ＰＭＣ側の移動指令手段は、シーケンス・プログラムに含まれるＰＭＣ側の軸移動指令をＣＮＣ側に送る。ＣＮＣシステムは、ＣＮＣ側の軸移動指令とＰＭＣ側の軸移動指令とを重畳して、各軸を移動制御することが開示されている。この公報には、ＰＭＣ側の移動指令手段は、Ｚ軸の所定の区間を往復移動させる指令を出力し、ＣＮＣ側の移動指令手段は、Ｘ軸に平行に単調に直線移動させる指令を出力することが開示されている。

特開昭６０−１４１４４６号公報 特開平７−２３０３１２号公報

上記の特許文献１に記載されている主軸の回転中心の周りに回転工具を公転させながら切削を行なう回転工具ホルダを用いることにより、回転工具の直径よりも大きな幅の溝部を形成することができる。このような特別な工具ホルダを用いることにより、大きな幅の溝部の加工を行うことができる。または、回転工具の直径よりも大きな径の穴部等を形成することができる。上記の特許文献１に開示されている回転工具ホルダは、ワークの加工形状に沿って移動することによりワークの加工を行う。すなわち、回転工具ホルダが所望の形状に沿って１回移動することにより加工を行う。

しかしながら、この回転工具ホルダが生成可能な幅は、実質的に１つであるために、生成する溝部の幅等が変化すると、遊星歯車機構を備える回転工具ホルダを取り替えなくてはならないという問題がある。たとえば、一つのワークに幅が互いに異なる複数の溝部を形成する場合には、それぞれの溝部の幅に対応する複数の回転工具ホルダを用いる必要がある。このように、回転工具ホルダを用いる場合には、加工する部分の形状に合わせて形成された特別な工具を用いなくてはならないという問題があった。

本発明の工作機械の制御装置は、回転工具を自転させ、自転している回転工具をワークに対して相対的に円運動させる公転運動を行いながら進行させてワークを加工する工作機械の制御装置であって、ワークの加工形状に沿って進行する回転工具の進行の入力情報と、回転工具の公転運動の入力情報とを個別に入力した加工プログラムを読み取る読取解釈部と、回転工具の進行の入力情報に基づいて設定された回転工具が進行する第１工具経路と、回転工具の公転運動の入力情報に基づいて設定された回転工具の公転運動の第２工具経路とを合成し、回転工具が公転運動を行いながら加工形状に沿って進行する第３工具経路を設定する演算部とを備える。

上記発明においては、第１工具経路は、予め定められた回転角度の公転運動を行った後に、ワークの加工形状に沿って回転工具を進行するように設定する。

本発明の工作機械は、回転工具とワークとを相対移動させてワークを加工する工作機械において、ワークの加工形状に沿って進行する回転工具の進行の入力情報と、回転工具の公転運動の入力情報とを個別に入力した加工プログラムを読み取る読取解釈部と、回転工具の進行の入力情報に基づいて設定された回転工具が進行する第１工具経路と、回転工具の公転運動の入力情報に基づいて設定された回転工具の公転運動の第２工具経路とを合成し、回転工具が公転運動を行いながら加工形状に沿って進行する第３工具経路を設定する演算部と、演算部にて合成した第３工具経路に基づいて、回転工具とワークとを相対移動させる移動装置とを備える。

本発明によれば、加工する部分の形状に合わせて形成された回転工具ホルダを用いなくても、使用する回転工具の径よりも大きな溝部や穴部の加工を行うことができる。

実施の形態における数値制御工作機械の概略図である。 実施の形態における数値制御工作機械の制御装置を説明するブロック図である。 実施の形態における第１のワークを説明する概略斜視図である。 実施の形態における数値制御工作機械にて加工を行っているときの概略平面図である。 実施の形態の数値制御工作機械において、回転工具が移動する工具経路を説明する概略図である。 実施の形態における回転工具の移動を設定するための実際の軸と仮想軸と説明する概略図である。 実施の形態における加工プログラムの概略図である。 実施の形態における工作機械の制御装置の概略図である。 実施の形態における第２のワークに溝部を形成しているときの概略正面図である。

図１から図９を参照して、実際の形態における工作機械の制御装置および数値制御工作機械について説明する。本実施の形態においては、主軸が水平方向に延びている横形マシニングセンタを例示して説明する。

図１は、本実施の形態における数値制御工作機械の概略図である。数値制御工作機械１０は、工場等の床面に設置されるベッド１２を備える。ベッド１２の上面には、Ｚ軸ガイドレール２８が固定されている。本実施の形態におけるＺ軸は、水平方向である。Ｚ軸ガイドレール２８は、Ｚ軸方向（図１において左右方向）に延びるように配置されている。

本実施の形態における数値制御工作機械１０は、回転工具２２とワーク１とを相対移動させる移動装置を備えている。Ｚ軸ガイドレール２８の上面には、テーブル１４が配置されている。テーブル１４は、Ｚ軸ガイドレール２８に対して摺動可能に配置されている。テーブル１４は、Ｚ軸に沿って移動する。テーブル１４の上面には、Ｂ軸方向にワーク１を回転させるための数値制御式のロータリテーブル４２が配置されている。ロータリテーブル４２の上面には、ワーク用の保持部材４０を介してワーク１が固定されている。本実施の形態における数値制御工作機械は、ワーク１をＢ軸方向に回転させる装置を備えるが、Ｂ軸方向の回転運動が不要の場合には、ロータリテーブル４２を介在させることなく、テーブル１４の上面にワーク１を固定しても構わない。

ベッド１２の上面には、Ｘ軸ガイドレール３６が固定されている。本実施の形態におけるＸ軸は、Ｚ軸に直交し、更に水平方向（図１の紙面に垂直方向）に延びる。Ｘ軸ガイドレール３６は、Ｘ軸に沿って延びるように形成されている。Ｘ軸ガイドレール３６には、コラム１６が摺動可能に配置されている。コラム１６は、Ｘ軸に沿って移動する。

コラム１６において、ワーク１に対面する前面には、Ｙ軸ガイドレール３４が固定されている。本実施の形態におけるＹ軸は、Ｘ軸およびＺ軸に直交する方向に延びる。Ｙ軸ガイドレール３４は、Ｙ軸に沿って延びている。Ｙ軸ガイドレール３４上には、主軸ヘッド１８が配置されている。主軸ヘッド１８は、Ｙ軸ガイドレール３４に摺動可能に形成されている。主軸ヘッド１８は、Ｙ軸に沿って移動する。主軸ヘッド１８は、主軸２０を回転自在に支持するように形成されている。

本実施の形態の移動装置は、ワーク１に対して回転工具２２をＺ軸方向に相対移動させるＺ軸移動装置を含む。本実施の形態においては、ベッド１２の内部において、テーブル１４の下側にはＺ軸送りねじ２４が配置されている。Ｚ軸送りねじ２４は、Ｚ軸方向に延びている。テーブル１４の下面には、ナット２６が固定されている。ナット２６は、Ｚ軸送りねじ２４に螺合する。Ｚ軸送りねじ２４の一方の端部にはＺ軸サーボモータ２５が連結されている。Ｚ軸サーボモータ２５を駆動して、Ｚ軸送りねじ２４を回転させることにより、ナット２６がＺ軸方向に移動する。テーブル１４は、ナット２６の移動と共に、Ｚ軸ガイドレール２８に沿って移動する。この結果、ワーク１がＺ軸方向に移動する。

本実施の形態の数値制御工作機械は、ワーク１に対して回転工具２２をＸ軸方向に相対移動させるＸ軸移動装置を備える。Ｘ軸移動装置は、Ｚ軸移動装置と同様に、ベッド１２の内部において、コラム１６の下側に配置されているＸ軸送りねじを含む。Ｘ軸送りねじは、Ｘ軸方向に延びるように形成されている。コラム１６の下面にはＸ軸送りねじに螺合するナット３７が固定されている。Ｘ軸送りねじの一端にはＸ軸サーボモータ３８が連結されている。Ｘ軸サーボモータ３８を駆動し、Ｘ軸送りねじを回転させることにより、ナット３７がＸ軸方向に移動する。コラム１６は、ナット３７の移動とともに、Ｘ軸ガイドレール３６に沿って移動する。この結果、回転工具２２がＸ軸方向に移動する。

本実施の形態の数値制御工作機械は、ワーク１に対して回転工具２２をＹ軸方向に相対移動させるＹ軸移動装置を備える。コラム１６の内部にはＹ軸送りねじ３２が配置されている。Ｙ軸送りねじ３２は、Ｙ軸方向に延びるように形成されている。主軸ヘッド１８の背面には、Ｙ軸送りねじ３２に螺合するナット３０が固定されている。Ｙ軸送りねじ３２の上端にはＹ軸サーボモータ３１が連結されている。Ｙ軸サーボモータ３１を駆動し、Ｙ軸送りねじ３２を回転させることにより、ナット３０がＹ軸方向に移動する。主軸ヘッド１８は、ナット３０の移動と共に、Ｙ軸ガイドレール３４に沿って移動する。この結果、回転工具２２がＹ軸方向に移動する。

本実施の形態の数値制御工作機械は、ワーク１に対して回転工具２２をＢ軸方向に相対移動させるＢ軸移動装置を備える。ロータリテーブル４２は、ワーク１を回転させるためのＢ軸サーボモータ４３を含む。Ｂ軸サーボモータ４３が駆動することにより、ワーク１がＢ軸方向に回転する。

主軸２０の先端には回転工具２２が配置されている。本実施の形態においては、回転工具２２としてエンドミルが装着されている。主軸２０には、回転工具２２を回転させるためのモータ２３が接続されている。モータ２３が駆動することにより、回転工具２２は、主軸の中心軸を回転軸として自転する。

本実施の形態における数値制御工作機械は、回転工具２２を回転させながら、コラム１６、主軸ヘッド１８、テーブル１４を各々Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に動作させることにより、テーブル１４に固定されたワーク１を所望形状に切削加工する。数値制御工作機械１０は、３軸の数値制御工作機械として機能する。更に、ロータリテーブル４２を駆動する場合には、ワーク１をＢ軸周りに回転させる。この場合には、数値制御工作機械１０は、Ｂ軸を有する４軸の数値制御工作機械として機能する。

本実施の形態における数値制御工作機械１０は、ワーク１を所望形状に切削するために、ワーク１に対して回転工具２２が相対的に移動する工具経路を設定する。本実施の形態における数値制御工作機械１０は、回転工具２２の工具経路を生成するための制御装置６０を備える。本実施の形態における工具経路は、回転工具２２の先端の工具中心点の経路になる。なお、本発明における工具中心点は、回転工具が自転するときの回転軸線上における回転工具の先端の位置である。

図２に、本実施の形態における数値制御工作機械１０の概略図を示す。本実施の形態における制御装置６０は、演算処理装置を含む。演算処理装置は、演算処理等を行うマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、記憶装置としてのＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、およびその他の周辺回路を有する。

制御装置６０は、使用者が作成する加工プログラム５１に基づいて、ワーク１に対する回転工具２２の相対的な位置を算出する。本実施の形態における制御装置６０は、ワーク１に対する回転工具２２の相対的な位置を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびＢ軸の４軸に基づいて設定する。制御装置６０は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびＢ軸ごとに移動の制御量を設定する。制御装置６０によって設定されたそれぞれの軸の制御量に基づいて、Ｘ軸サーボモータ３８、Ｙ軸サーボモータ３１、Ｚ軸サーボモータ２５、およびＢ軸サーボモータ４３が駆動される。サーボモータが駆動することにより、ワーク１と回転工具２２とが所望の位置に相対移動する。

本実施の形態における制御装置６０では、複数の工具経路の情報を加工プログラム５１に入力する。本実施の形態においては、使用者が互いに異なる２種類の工具経路を加工プログラム５１に入力する。制御装置６０は、加工プログラム５１を読み取る読取解釈部５２を備える。読取解釈部５２は、加工プログラム５１の工具経路に基づいて、加工指令を系統制御部に出力する。本実施の形態における読取解釈部５２は、互いに異なる２つの工具経路に基づいて、互いに異なる２つの加工指令を出力する。

本実施の形態における系統制御部は、第１系統制御部５３と第２系統制御部５４とを含む。すなわち複数の系統制御部を含む。本実施の形態における制御装置６０は、互いに異なる２つの加工指令を、第１系統制御部５３と第２系統制御部５４に出力するように形成されている。読取解釈部５２によって、加工指令が第１系統制御部５３または第２系統制御部５４に振り分けられる。第１系統制御部および第２系統制御部は、受信した加工指令に基づいて、予め記憶されているプログラムを用いて、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびＢ軸のそれぞれの第１系統の制御量および第２系統の制御量を設定する。すなわち、回転工具２２の第１系統の工具経路および第２系統の工具経路が設定される。

本実施の形態における制御装置６０は、複数の系統制御部にて生成された各軸ごとの制御量を合成する演算部５５を有する。第１系統制御部５３にて設定された制御量および第２系統制御部５４にて設定された制御量は、演算部５５に入力される。演算部５５においては、第１系統の制御量と第２系統の制御量とが、それぞれの軸ごとに合成される。演算部５５は、合成された制御量、すなわち合成された工具経路に基づいてＸ軸等の各軸の位置指令値、速度指令値等をモータ制御部５６に出力する。

モータ制御部５６は、演算部５５の出力に基づいて、それぞれの軸を駆動するＸ軸サーボモータ３８、Ｙ軸サーボモータ３１、Ｚ軸サーボモータ２５、およびＢ軸サーボモータ４３に対して電流指令値等を発信する。それぞれのサーボモータが駆動し、ワーク１に対する回転工具２２の相対的な位置が調整される。なお、本実施の形態におけるモータ制御部５６は、回転工具２２を自転させるためのモータ２３も制御している。

本実施の形態における制御装置は、読取解釈部が系統制御部と分離されているが、この形態に限られず、系統制御部が読取解釈部を含んでいても構わない。たとえば、第１系統制御部が読取解釈部を含み、第１系統制御部にて加工プログラムを読取り、その後に第２系統制御部に第２系統のみの加工指令を送信しても構わない。

図３に、本実施の形態における第１のワークの概略斜視図を示す。図３は、本実施の形態における数値制御工作機械により加工が終了したときのワークの図である。第１のワーク１においては、ワーク１の一つの面に溝部６６を形成している。ワーク１を切削する加工を行なうことにより溝部６６を形成している。溝部６６は、直線状の部分と曲線状の部分とを含む。溝部６６の幅は、回転工具２２の直径よりも大きくなるように形成されている。溝部６６の深さは一定になるように形成されている。

このような溝部６６を形成する場合には、切削の時の回転工具２２の深さ（Ｚ軸の位置）を変化させずに、ワーク１の表面に沿って、Ｘ軸の位置およびＹ軸の位置を変化させる制御を行う。

図１を参照して、第１のワーク１を加工する場合には、ロータリテーブル４２におけるＢ軸方向の回転制御は停止する。ワーク１の加工面が回転工具２２に対向するように、ワーク１をロータリテーブル４２に固定する。このとき、ワーク１の加工面がＸ軸およびＹ軸と平行になるように配置する。切削を開始した時には、所望のＺ軸の位置までワーク１を移動させ、切削が終了するまでＺ軸の位置は不変に制御する。溝部６６は、Ｘ軸方向とＹ軸方向との平面的な移動により加工することができる。以下の説明においては、Ｚ軸方向の位置を一定に保つ制御は省略し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動する制御について説明する。

図４に、本実施の形態における第１のワーク１に溝部６６を形成しているときの概略平面図を示す。図４は、溝部６６のうち直線状の部分を形成しているときの図である。回転工具２２は、矢印９１に示すように、回転工具２２の工具中心点を通る軸線の周りに回転する。すなわち、回転工具２２は、工具中心点を自転中心７２として自転する。矢印９５にて示す溝部６６の幅は、回転工具２２の直径よりも大きい。本実施の形態における工作機械では、自転している回転工具２２を、更に円運動させる制御を行う。すなわち、回転工具２２を公転させる制御を行う。

本実施の形態においては、矢印９２に示すように、回転工具２２の公転運動を行う。回転工具２２の自転中心７２を公転中心７３の回りに回転させることにより、回転工具２２が公転する。公転中心７３は、たとえば、溝部６６の幅方向の中央点を設定することができる。公転運動を行う回転工具２２の表面がワーク１に接触することにより、ワーク１が切削される。回転工具２２の公転により、回転工具２２の直径よりも幅の広い溝部６６を形成することができる。次に、矢印９３に示すように、溝部６６の延びる方向に沿って公転中心７３を進行させる。溝部６６の幅方向の中央線に沿って、公転中心７３を進行させることにより、所望の形状の溝部６６を形成することができる。

図５に、本実施の形態における回転工具２２の工具経路の概略図を示す。図５は、回転工具２２の自転中心７２の軌跡である。矢印９３は、溝部６６の延びる方向を示している。図５に示すように、第１のワーク１の加工を行う場合には、回転工具２２が公転運動を行ないながら進行するために、工具経路が螺旋状になる。なお、図５は、溝部の延びる形状が直線状の場合を例示しているが、溝部の延びる形状が曲線状の場合には、矢印９３に示す進行する経路が曲線状になる。

次に、本実施の形態における工作機械の制御装置について詳しく説明する。図２および図４を参照して、本実施の形態における制御装置６０では、ワーク１の加工形状に沿って回転工具２２が進行するときの回転工具２２の進行の入力情報と、回転工具２２の公転運動の入力情報とを加工プログラム５１に入力する。本実施の形態においては、矢印９３に示すように溝部６６の延びる方向に沿って進行する回転工具２２の進行の入力情報と、矢印９２に示すように回転工具２２の公転運動の入力情報とを個別に入力する。読取解釈部５２は、溝部６６の延びる方向に沿う工具経路の加工指令を第１系統制御部５３に出力し、公転運動の工具経路の加工指令を第２系統制御部５４に出力する。

図４を参照して、本実施の形態における第１系統制御部５３においては、矢印９３に示すように、回転工具２２が溝部６６の形状に沿って進行する第１工具経路が設定される。すなわち、第１系統制御部５３では、公転する回転工具２２が溝部６６の延びる方向に移動するための各軸の第１系統の制御量が設定される。第２系統制御部５４においては、矢印９２に示すように、自転中心７２が公転する第２工具経路が設定される。すなわち、第２系統制御部５４では、回転工具２２が公転するための各軸の第２系統の制御量が設定される。第１系統制御部５３からの各軸の第１系統の制御量と、第２系統制御部５４からの各軸の第２系統の制御量は、演算部５５において合成される。この結果、図５に示すような重畳した第３工具経路が生成される。

このように、本実施の形態における制御装置６０では、第１系統制御部５３と第２系統制御部５４において、独立した制御量を算出した後に合成する制御を行なっている。本実施の形態における制御装置６０では、第１系統制御部５３における座標と第２系統制御部５４における座標とを個別に設定している。

図６に、本実施の形態の第１系統制御部５３における座標と、第２系統制御部５４における座標とを説明する概略図を示す。回転工具２２は、Ｃ軸方向に自転している。第１系統制御部５３においては、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびＢ軸（図１参照）の実際の軸を設定することができる。また、第２系統制御部５４においては、Ｘ軸に対応する仮想軸としてのＸＸ軸、Ｙ軸に対応する仮想軸としてのＹＹ軸、およびＺ軸に対応する仮想軸としてのＺＺ軸を設定することができる。また、Ｂ軸に対応する仮想軸としてＢＢ軸を設定することができる。それぞれの仮想軸は、実際の軸に平行である。例えば、ＸＸ軸は、Ｘ軸と平行である。第２系統制御部５４の仮想軸は、第１系統制御部５３における回転工具２２の移動がなかった場合の仮想的な軸である。たとえば、図４を参照して、仮想軸は、公転中心７３が停止していると仮定したときの軸に対応している。

図７に、本実施の形態における数値制御工作機械の加工プログラムの概略図を示す。図８に、本実施の形態における工作機械の制御装置の概略図を示す。図２、図７および図８を参照して、加工プログラム５１は、使用者が作成する。加工プログラム５１は、使用者が所望する加工形状に従って入力する。本実施の形態においては、Ｇコードを使用者が入力する。これらのコードの記載方法は予め定められている。

図７に示される加工プログラム５１の例では、公転運動を指令するコードＧ１００１が記載されている。また、公転運動を行いながら回転工具２２が加工形状に沿って移動するための溝経路の指令として、コードＧ０１等が記載されている。このように、ワーク１の加工形状に沿って回転工具２２が移動する第１工具経路と、回転工具２２が公転する第２工具経路とが互いに独立に設定されている。また、公転運動を終了するためのコードＧ１０００が記載されている。

公転運動の指令であるコードＧ１００１は、例えば、次の表１に示すように設定することができる。

コードＧ１００１に対する引数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、使用者が設定することができる。引数Ａは、公転運動の回転方向であり、例えば、公転の回転方向が時計周りである場合には、引数は０２に設定する。引数Ｂは、溝部６６の幅であり、回転工具の直径よりも大きな値を設定することができる。引数Ｃは、公転運動の送り速度である。図４を参照して、公転運動の送り速度は、矢印９２に示す自転中心７２が回転する時の接線方向の速度である。引数Ｄは、工具オフセット番号である。工具オフセット番号は、回転工具の半径が記憶されているパラメータの番号である。工具中心点から実際の加工位置までが工具オフセットである。工具オフセットは、工具の半径に対応する。すなわち、引数Ｄを設定することにより、回転工具の半径を指定することができる。

公転運動の指令のコードＧ１００１は、読取解釈部５２に読み取られる。本実施の形態においては、読取解釈部５２は、コードＧ１００１が公転運動の指令であることを判別する。前述のように、回転工具２２が公転運動を行なうための制御量は、第２系統制御部５４にて設定される。このために、読取解釈部５２は、公転運動の指令を第２系統制御部５４に引き渡す。

第２系統制御部５４では、読取解釈部５２の指令を実行するためのプログラムが予め記憶されている。第２系統制御部５４では、コードＧ１００１に基づいて、工作機械を制御するためのコードが設定されている。表２に、コードＧ１００１の指令を受けたときに、第２系統制御部５４のプログラムに記載されるコードの説明図を示す。第２系統制御部５４は、コードＧ１００１の引数に基づいて、工作機械を制御するコードが定められる。ここでのコードＧ＃１等は、予め第２系統制御部にサブプログラムとして記憶されている。

第２系統制御部のプログラムのコードＧ＃１の変数＃１は、公転運動の回転方向を示す。この変数＃１には、加工プログラムのコードＧ１００１の引数Ａが引用される。公転運動の回転方向が時計回りの場合には変数が０２となり、コードＧ０２と判断される。コードＧ０２は、時計回りの円弧補間であることが予め定められている。

コードＩ＃２の変数＃２は、円弧の始点から円弧の中心までの距離を設定する。すなわち、公転運動の半径を設定する。ここで、公転運動の半径は、加工プログラム５１に入力されたコードＧ１００１に基づいて、次の式（１）により算出することができる。

（公転運動の半径）＝（溝幅−回転工具の直径）／２ …（１）
ここで、溝幅は、加工プログラム５１のコードＧ１００１の引数Ｂを引用することができる。回転工具の直径は、コードＧ１００１の引数Ｄの工具オフセット番号により定まる回転工具の半径により算出することができる。

コードＦ＃３の変数＃３には、送り速度を設定する。ここで、公転運動の送り速度は、加工プログラム５１のコードＧ１００１の引数Ｃを引用することができる。

このように、本実施の形態においては、使用者が入力する加工プログラム５１のコードに基づいて、第２系統制御部において使用されるプログラムが設定される。

第２系統制御部は、設定されたコード等に基づいて、それぞれの軸方向における制御量を設定する。本実施の形態においては、Ｚ軸における回転工具の位置が所定の位置になった後に、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に回転工具を移動する制御が行われる。第２系統制御部５４では、仮想軸のＸＸ軸の制御量および仮想軸のＹＹ軸の制御量が設定される。すなわち、公転運動を行う時の第２工具経路が設定される。第２系統制御部５４の出力は、演算部５５に入力される。

次に、加工プログラム５１の溝経路の指令に従って、溝形状に沿って進行する回転工具の制御量を設定する。読取解釈部５２は、溝経路を設定するコードＧ０１を読み取る。読取解釈部５２は、溝経路の指令と判別する。読取解釈部５２は、第１系統制御部５３に加工指令を出力する。第１系統制御部５３においては、コードＧ０１に基づいて、実際の軸であるＸ軸、Ｙ軸の制御量を設定する。すなわち、溝形状に沿って進行する第１工具経路が設定される。コードＧ０１は、直線的に移動する制御であることが第１系統制御部に記憶されている。第１系統制御部は、それぞれの軸の制御量を設定する。本実施の形態においては、Ｘ軸の制御量およびＹ軸の制御量を演算部５５に出力する。

演算部５５においては、第１系統制御部の出力と第２系統制御部の出力とを合成する。本実施の形態においては、それぞれの軸ごとの制御量の合成を行う。例えば、Ｘ軸方向においては、第１系統制御部５３から出力されたＸ軸の制御量と、第２系統制御部から出力されたＸＸ軸の制御量とを加算して、最終的なＸ軸における制御量を設定する。また、Ｙ軸の制御量とＹＹ軸の制御量とを加算し、最終的なＹ軸における制御量を設定する。このように、最終的に合成された第３工具経路が設定される。

モータ制御部５６は、演算部５５において算出されたそれぞれの軸における制御量に基づいて、それぞれの軸のサーボモータの制御を行う。すなわち、移動装置は、演算部にて合成した第３工具経路に基づいて、回転工具とワークとの相対移動を行っている。

このように、本実施の形態の工作機械の制御装置は、ワークの加工形状に沿って回転工具が進行する第１工具経路を設定する第１系統制御部と、回転工具の公転の第２工具経路を設定する第２系統制御部とを備え、第１系統制御部の出力と第２系統制御部の出力とを合成している。それぞれの系統制御部は、それぞれの工具経路に相等する移動軸ごとの制御量を出力している。演算部では、移動軸ごとに制御量を合成し、回転工具が公転しながら加工形状に沿って進行する時の第３工具経路を設定することができる。

本実施の形態における制御装置は、回転工具の直径以上の幅を有する溝部の加工や穴部の加工を、遊星回転機構等を有する特別な工具を用いなくても精度良く行なう工具経路を生成することができる。また、数値制御工作機械は、このような特別な工具を用いなくても精度良く加工を行うことができる。また、遊星回転機構等を有する工具では切り込み量を大きくすることが困難であるが、本実施の形態における数値制御工作機械は、切り込み量を大きくして加工時間を短くすることができる。

また、本実施の形態においては、回転工具のヘッド部を交換しなくても、加工プログラムの変更により、溝幅や穴の径等の変更を行なうことができる。すなわち、回転工具を変更しなくても溝幅や穴の径の変更を容易に行うことができる。更に、回転工具の磨耗等により回転工具の半径が変化した場合においても、溝幅の調整を容易に行なうことができる。例えば、加工プログラムの入力を調整することにより、回転工具の摩耗に対する微妙な調整を行なうことができる。

また、本実施の形態における制御装置は、入力プログラムにおいて、公転運動の工具経路および溝経路の工具経路を独立して入力することができるために、入力プログラムの生成が容易になる。

ところで、ワーク１の加工を開始する際に、加工形状に沿う回転工具２２の進行と公転運動とを同時に開始すると、削り残しが生じる場合がある。そこで、本実施の形態における第１系統制御部５３は、ワーク１の加工を開始する際に、予め定められた回転角度の公転運動を行なった後に、ワーク１の加工形状に沿って回転工具２２を進行するように第１工具経路を設定している。例えば、第２系統制御部５４により行う回転工具の公転を１回転させるまでは、第１系統制御部５３により設定される制御量をゼロにすることができる。この制御を行なうことにより、加工を開始した部分において、削り残し等の加工が不十分な部分が生じることを抑制できる。特に、回転工具２２の公転を１回転以上させることにより、より確実に削り残しを抑制することができる。

予め公転運動を行う回転角度としては、１回転に限られず、必要に応じて設定することができる。たとえば、半回転の公転運動により削り残しを抑制できる場合には、半回転に設定することができる。また、予め公転運動を行う回転角度としては、公転中心周りの角度を入力するほかに、公転を行う時間を入力することにより、予め公転運動を行う回転角度を設定しても構わない。所定の回転角度にて公転運動を行うためコード等は、第１系統制御部５３または第２系統制御部５４に記憶されているサブプログラムに予め設定しておくことができる。または、使用者が作成する加工プログラムに、所定の回転角度にて公転運動を行う指令を入力し、加工プログラムの指令に基づいて制御しても構わない。

図９に、本実施の形態における第２のワーク１の概略平面図を示す。第２のワーク１においては、円柱状のワーク１の表面に螺旋状に延びる溝部６６を形成する。このような溝部６６の加工を行うことにより、例えば円筒カムやグロボイダルカム等を製造することができる。

図１を参照して、第２のワーク１の溝部６６を形成する場合には、ワーク１の中心軸２がＹ軸と平行になる様に、ワーク１をロータリテーブル４２に固定する。また、中心軸２がロータリテーブル４２の回転軸と一致するようにワーク１を固定する。第２のワーク１の加工においては、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の移動に加えて、Ｂ軸方向にワークを回転させる。ワーク１の中心軸２を回転軸にして回転させながら、Ｘ軸およびＹ軸の相対的な移動を行なう。

このような加工を行なう場合においても、公転中心７３が、矢印９６に示す加工形状に沿った第１工具経路を第１系統制御部５３にて設定することができる。すなわち、Ｘ軸、Ｙ軸およびＢ軸における工具経路を設定する。また、公転中心７３に対して回転工具２２が公転運動を行なう第２工具経路を第２系統制御部５４にて設定することができる。すなわち、ＸＸ軸、ＹＹ軸およびＢＢ軸における工具経路を設定する。演算部５５にて第１系統制御部５３からの出力と第２系統制御部５４からの出力とを合成して、第３工具経路を設定することができる。実際の加工においては、公転運動を行っている回転工具２２を矢印９７に示すＹ軸方向に移動させながら、矢印９８に示すようにＢ軸方向にワーク１を回転させることにより、溝部６６を形成することができる。このように、本実施の形態における制御装置および数値制御工作機械は、平面的な加工のみではなくて、立体的な加工にも適用することができる。

本実施の形態の回転工具２２とワーク１とを相対移動させる移動装置は、Ｘ軸およびＹにおいては、ワーク１に対して回転工具２２を移動させており、Ｚ軸およびＢ軸においては、回転工具２２に対してワーク１を移動するように形成されているが、この形態に限られず、移動装置は、ワークおよび回転工具のうち少なくとも一方がそれぞれの軸に関して移動可能に形成されていれば構わない。

本実施の形態においては、それぞれのワークに対して溝部を形成する加工を例示して説明を行ったが、この形態に限られず、任意の加工に本発明を適用することができる。例えば、ワークの表面に凹部を形成する切削やワークの端面の切削等にも、本発明を適用することができる。更に、ワークの加工としては切削に限られず、任意の加工に本発明を適用することができる。

また、本実施の形態においては、いわゆる横型マシニングセンサを例示して説明を行ったが、この形態に限られず、任意の数値制御工作機械に本発明を適用することができる。

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。

１ ワーク
１０ 数値制御工作機械
１４ テーブル
１６ コラム
２０ 主軸
２２ 回転工具
２５ Ｚ軸サーボモータ
３１ Ｙ軸サーボモータ
３８ Ｘ軸サーボモータ
４３ Ｂ軸サーボモータ
５１ 加工プログラム
５２ 読取解釈部
５３ 第１系統制御部
５４ 第２系統制御部
５５ 演算部
６０ 制御装置
６６ 溝部
７２ 自転中心
７３ 公転中心

本発明の工作機械の制御装置は、回転工具を自転させ、自転している回転工具をワークに対して相対的に円運動させる公転運動を行いながら進行させてワークを加工する工作機械の制御装置であって、ワークの加工形状に沿って進行する回転工具の進行に関する第１系統の指令と、回転工具の公転運動に関する第２系統の指令とが設定された加工プログラムを読み取る読取解釈部と、第１系統に入力された回転工具の進行の指令に基づいて設定された回転工具が進行する第１工具経路上を回転工具が移動するように各軸を駆動させる第１系統の制御量と、第２系統に入力された回転工具の公転運動の指令に基づいて設定された回転工具の公転運動の第２工具経路上を回転工具が移動するように各軸を駆動させる第２系統の制御量とをそれぞれの軸ごとに合成し、回転工具が公転運動を行いながら加工形状に沿って進行する制御量を演算する演算部とを備える。

上記発明においては、第２系統の制御量にて予め定められた回転角度の公転運動を行った後に、ワークの加工形状に沿って回転工具を進行するように第１系統の制御量と第２系統の制御量とを合成した制御量を設定することができる。

本発明の工作機械は、回転工具とワークとを相対移動させてワークを加工する工作機械において、ワークの加工形状に沿って進行する回転工具の進行に関する第１系統の指令と、回転工具の公転運動に関する第２系統の指令とが設定された加工プログラムを読み取る読取解釈部と、第１系統に入力された回転工具の進行の指令に基づいて設定された回転工具が進行する第１工具経路上を回転工具が移動するように各軸を駆動させる第１系統の制御量と、第２系統に入力された回転工具の公転運動の指令に基づいて設定された回転工具の公転運動の第２工具経路上を回転工具が移動するように各軸を駆動させる第２系統の制御量とをそれぞれの軸ごとに合成し、回転工具が公転運動を行いながら加工形状に沿って進行する制御量を演算する演算部と、演算部にて合成した制御量に基づいて、回転工具とワークとを相対移動させる移動装置とを備える。

Claims (3)

1. 回転工具を自転させ、自転している前記回転工具をワークに対して相対的に円運動させる公転運動を行いながら進行させてワークを加工する工作機械の制御装置であって、
   前記ワークの加工形状に沿って進行する前記回転工具の進行の入力情報と、前記回転工具の公転運動の入力情報とを個別に入力した加工プログラムを読み取る読取解釈部と、
   前記回転工具の進行の入力情報に基づいて設定された前記回転工具が進行する第１工具経路と、前記回転工具の公転運動の入力情報に基づいて設定された前記回転工具の公転運動の第２工具経路とを合成し、前記回転工具が公転運動を行いながら加工形状に沿って進行する第３工具経路を設定する演算部とを備えることを特徴とした、工作機械の制御装置。
2. 前記第１工具経路は、予め定められた回転角度の公転運動を行った後に、前記ワークの加工形状に沿って前記回転工具を進行するように設定する、請求項１に記載の工作機械の制御装置。
3. 回転工具とワークとを相対移動させてワークを加工する工作機械において、
   前記ワークの加工形状に沿って進行する前記回転工具の進行の入力情報と、前記回転工具の公転運動の入力情報とを個別に入力した加工プログラムを読み取る読取解釈部と、
   前記回転工具の進行の入力情報に基づいて設定された前記回転工具が進行する第１工具経路と、前記回転工具の公転運動の入力情報に基づいて設定された前記回転工具の公転運動の第２工具経路とを合成し、前記回転工具が公転運動を行いながら加工形状に沿って進行する第３工具経路を設定する演算部と、
   前記演算部にて合成した前記第３工具経路に基づいて、前記回転工具と前記ワークとを相対移動させる移動装置とを備えることを特徴とした、工作機械。

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