JPWO2015098126A1 - 低剛性ワーク機械加工支援システム - Google Patents

低剛性ワーク機械加工支援システム Download PDF

Info

Publication number
JPWO2015098126A1
JPWO2015098126A1 JP2015554580A JP2015554580A JPWO2015098126A1 JP WO2015098126 A1 JPWO2015098126 A1 JP WO2015098126A1 JP 2015554580 A JP2015554580 A JP 2015554580A JP 2015554580 A JP2015554580 A JP 2015554580A JP WO2015098126 A1 JPWO2015098126 A1 JP WO2015098126A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
workpiece
machining
force
reaction force
work
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2015554580A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6572132B2 (ja
Inventor
昂志 北畑
昂志 北畑
河原　秀夫
秀夫 河原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kawasaki Motors Ltd
Original Assignee
Kawasaki Jukogyo KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Jukogyo KK filed Critical Kawasaki Jukogyo KK
Publication of JPWO2015098126A1 publication Critical patent/JPWO2015098126A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6572132B2 publication Critical patent/JP6572132B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B41/00—Component parts such as frames, beds, carriages, headstocks
    • B24B41/06—Work supports, e.g. adjustable steadies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B47/00—Constructional features of components specially designed for boring or drilling machines; Accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C3/00—Milling particular work; Special milling operations; Machines therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C9/00—Details or accessories so far as specially adapted to milling machines or cutter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/72—Auxiliary arrangements; Interconnections between auxiliary tables and movable machine elements
    • B23Q1/76—Steadies; Rests
    • B23Q1/766—Steadies or rests moving together with the tool support
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B47/00—Drives or gearings; Equipment therefor
    • B24B47/26—Accessories, e.g. stops
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/402—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for positioning, e.g. centring a tool relative to a hole in the workpiece, additional detection means to correct position
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40154—Moving of objects
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49048—Control of damping of vibration of machine base
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49127—Variable clamping force as function of movement, force on workpiece
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50391—Robot

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

機械加工装置(2)を支援する機械加工支援システム(1)は、加工具(4a)により加工部位においてワークWに作用する加工反力に抗するワーク支持力を発生するワーク支持力発生ユニット(6)と、支持力発生ユニット(6)を支持しながら移動させる支持装置(7)と、加工反力に関連する加工反力関連データ及び加工具(4a)の加工位置に関連する加工位置関連データに基づいて、ワーク支持力発生ユニット(6)が加工反力に抗するワーク支持力をワークＷに作用させるようにワーク支持力発生ユニット(6)及び支持装置(7)の動作を制御するワーク支持力制御装置(8)と、を備える。

Description

本発明は、機械加工支援システムに関し、特に薄板、薄肉円筒等の低剛性ワークの機械加工支援システムに関する。
一般に機械加工では、工作機械により、加工対象物であるワークと加工具とを相対的に移動（回転又は直線運動）させて、ワークを目的の形状に加工する。近年では数値制御により機械加工を自動化したＮＣ工作機械が主流である。
最近では機械加工を支援するための様々な技術が開発されている。例えばマシニングセンタによる機械加工において加工後に残留した切粉を除去するためのシステムが開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開平１０−１１８８８４号公報
ところで、薄板、薄肉円筒等の剛性が低いワークの機械加工では、加工反力によるワークの振動、変形等による切込み不良等が発生しやすい。このため、切込み量や送り速度等の切削条件を下げる、同じ個所を二度削るゼロカットをする等の対策を講じることが考えられる。しかし、これらの方法では、機械加工の効率が下がるという課題がある。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、低剛性ワークの機械加工において生産効率の低下を抑制しつつワークの変形による加工精度の低下を防止することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明のある態様に係る機械加工支援システムは、ワークを保持するワーク保持具と、加工具を駆動して前記ワーク保持具に保持されたワークを加工する加工ユニットと、前記加工ユニットを前記ワーク保持具に対して相対的に移動させて、前記加工具を加工位置に位置するよう制御する加工制御装置と、を備える機械加工装置を支援するシステムであって、前記加工具により加工部位において前記ワークに作用する加工反力に抗するワーク支持力を発生するワーク支持力発生ユニットと、前記支持力発生ユニットを支持しながら移動させる支持装置と、前記加工反力に関連する加工反力関連データ及び前記加工具の加工位置に関連する加工位置関連データに基づいて、前記ワーク支持力発生ユニットが前記加工反力に抗する前記ワーク支持力を前記ワークに作用させるように前記ワーク支持力発生ユニット及び前記支持装置の動作を制御するワーク支持力制御装置と、を備える。
上記構成によれば、ワーク支持力発生ユニットが加工具により加工部位においてワークに作用する加工反力に抗するワーク支持力を発生し、支持装置が支持力発生ユニットを支持しながら移動させる。そして、ワーク支持力制御装置が、加工反力関連データ及び加工位置関連データに基づいて、ワーク支持力発生ユニットが加工反力に抗するワーク支持力をワークに作用させるようにワーク支持力発生ユニット及び支持装置の動作を制御する。従って、ワーク支持力を、加工反力に拮抗するように制御することによって、ワークが低剛性のものであっても、加工反力によるワークの変形を防止することができ、ひいてはワークの変形による加工精度の低下を防止することができる。また、加工条件を低下等させる必要がないので、生産効率の低下を抑制することができる。
ここで加工反力とは、加工時に加工具からワークに作用する力をいう。例えば切削加工の場合にはワークから加工具に切削抵抗力が作用する。この場合には、加工具からワークに作用する切削抵抗に対する反力が加工反力（切削反力）である。
前記加工ユニットは、周面又は先端面に切削刃又は研削砥石が形成された円柱状又は円盤状の回転削具を中心軸の周りに回転させて前記ワーク保持具に保持されたワークを削り加工するよう構成され、前記ワーク支持力発生ユニットは、円柱状の回転体と当該回転体を中心軸の周りに回転させる回転駆動装置とを備え、前記ワーク支持力制御装置は、前記加工反力関連データ及び前記加工位置関連データに基づいて、前記支持装置を用いて、前記回転体の中心軸が前記回転削具の中心軸に平行であり、且つ当該回転体が前記回転削具により前記ワークに作用する切削反力に抗する押し付け力を前記ワークに作用させるよう前記ワーク支持力発生ユニットの姿勢及び位置を制御し、且つ、前記回転体が回転して前記切削反力により発生するトルクに抗する回転トルクを前記ワークに作用させるよう前記回転駆動装置の動作を制御するように構成されていてもよい。ここで削り加工は、切削加工及び研削加工を含む。
上記構成によれば、機械加工装置が回転削具によるワークの削り加工を行う装置である場合には、ワーク支持力制御装置は、加工反力関連データ及び加工位置関連データに基づいて、支持装置を用いて、回転体の中心軸が回転削具の中心軸に平行であり、且つ当該回転体が回転削具によりワークに作用する切削反力に抗する押し付け力をワークに作用させるようワーク支持力発生ユニットの姿勢及び位置を制御し、且つ、回転体が回転して切削反力により発生するトルクに抗する回転トルクをワークに作用させるよう前記回転駆動装置の動作を制御する。従って、機械加工装置が回転削具によるワークの削り加工を行う装置である場合において、ワークが低剛性のものであっても、生産効率の低下を抑制しつつ、ワークの変形による加工精度の低下を防止することができる。
（側面切削：エンドミル）
前記加工ユニットは、周面に切削刃が形成された円柱状の回転切削具を中心軸の周りに回転させて前記ワーク保持具に保持されたワークの側面を切削加工するよう構成され、
前記ワーク支持力制御装置は、前記加工反力関連データ及び前記加工位置関連データに基づいて、前記支持装置を用いて、前記回転体の中心軸が前記回転切削具の中心軸に平行で当該回転体の周面が前記ワークを介して前記回転切削具の周面と対向し、且つ当該回転体の周面が前記回転切削具により前記ワークに作用する切削反力に抗する押し付け力を前記ワークに作用させるよう前記ワーク支持力発生ユニットの姿勢及び位置を制御し、且つ、前記回転体が前記回転切削具の回転方向と同じ方向に回転して前記切削反力により発生するトルクに抗する回転トルクを前記ワークに作用させるよう前記回転駆動装置の動作を制御するように構成されていてもよい。
上記構成によれば、機械加工装置が回転切削具によるワーク側面の切削加工を行う装置である場合には、前記ワーク支持力制御装置は、前記加工反力関連データ及び前記加工位置関連データに基づいて、前記支持装置を用いて、前記回転体の中心軸が前記回転切削具の中心軸に平行で当該回転体の周面が前記ワークを介して前記回転切削具の周面と対向し、且つ当該回転体の周面が前記回転切削具により前記ワークに作用する切削反力に抗する押し付け力を前記ワークに作用させるよう前記ワーク支持力発生ユニットの姿勢及び位置を制御し、且つ、前記回転体が前記回転切削具の回転方向と同じ方向に回転して前記切削反力により発生するトルクに抗する回転トルクを前記ワークに作用させるよう前記回転駆動装置の動作を制御する。従って、機械加工装置が回転切削具によるワーク側面の切削加工を行う装置である場合において、ワークが低剛性のものであっても、生産効率の低下を抑制しつつ、ワークの変形による加工精度の低下を防止することができる。
（正面切削：フライス、穴加工：ドリル）
前記加工ユニットは、先端面に切削刃が形成された円柱状の回転切削具を中心軸の周りに回転させて前記ワーク保持具に保持されたワークの表面を切削加工するよう構成され、
前記ワーク支持力制御装置は、前記加工反力関連データ及び前記加工位置関連データに基づいて、前記支持装置を用いて、前記回転体の中心軸が前記回転切削具の中心軸に平行で当該回転体の先端面が前記ワークを介して前記回転切削具の先端面と対向し、且つ当該回転体の先端面が前記回転切削具により前記ワークに作用する切削反力に抗する押し付け力を前記ワークに作用させるよう前記ワーク支持力発生ユニットの姿勢及び位置を制御し、且つ、前記回転体が前記回転切削具の回転方向と逆方向に回転して前記切削反力により発生するトルクに抗する回転トルクを前記ワークに作用させるよう前記回転駆動装置の動作を制御するように構成されていてもよい。
上記構成によれば、機械加工装置が回転切削具によるワーク表面のフライス加工又は穴加工を行う装置である場合には、前記ワーク支持力制御装置は、前記加工反力関連データ及び前記加工位置関連データに基づいて、前記支持装置を用いて、前記回転体の中心軸が前記回転切削具の中心軸に平行で当該回転体の先端面が前記ワークを介して前記回転切削具の先端面と対向し、且つ当該回転体の先端面が前記回転切削具により前記ワークに作用する切削反力に抗する押し付け力を前記ワークに作用させるよう前記ワーク支持力発生ユニットの姿勢及び位置を制御し、且つ、前記回転体が前記回転切削具の回転方向と逆方向に回転して前記切削反力により発生するトルクに抗する回転トルクを前記ワークに作用させるよう前記回転駆動装置の動作を制御する。従って、機械加工装置が回転切削具によるワーク表面のフライス加工又は穴加工を行う装置である場合において、ワークが低剛性のものであっても、生産効率の低下を抑制しつつ、ワークの変形による加工精度の低下を防止することができる。
（研削加工）
前記加工ユニットは、周面に研削砥石が形成された円盤状の回転研削具を中心軸の周りに回転させて前記ワーク保持具に保持されたワークの側面を研削加工するよう構成され、前記ワーク支持力制御装置は、前記加工反力関連データ及び前記加工位置関連データに基づいて、前記支持装置を用いて、前記回転体の中心軸が前記回転研削具の中心軸に平行であり、且つ当該回転体が前記回転研削具により前記ワークに作用する研削反力に抗する押し付け力を前記ワークに作用させるよう前記ワーク支持力発生ユニットの姿勢及び位置を制御し、且つ、前記回転体が回転して前記研削反力により発生するトルクに抗する回転トルクを前記ワークに作用させるよう前記回転駆動装置の動作を制御するように構成されていてもよい。
上記構成によれば、機械加工装置が回転砥石によるワーク側面の研削加工を行う装置である場合には、前記ワーク支持力制御装置は、前記加工反力関連データ及び前記加工位置関連データに基づいて、前記支持装置を用いて、前記回転体の中心軸が前記回転研削具の中心軸に平行であり、且つ当該回転体が前記回転研削具により前記ワークに作用する研削反力に抗する押し付け力を前記ワークに作用させるよう前記ワーク支持力発生ユニットの姿勢及び位置を制御し、且つ、前記回転体が回転して前記研削反力により発生するトルクに抗する回転トルクを前記ワークに作用させるよう前記回転駆動装置の動作を制御する。従って、機械加工装置が回転砥石によるワーク側面の研削加工を行う装置である場合において、ワークが低剛性のものであっても、生産効率の低下を抑制しつつ、ワークの変形による加工精度の低下を防止することができる。
前記ワークに作用する動力を検出する動力計を更に備え、前記加工反力関連データが、前記動力計により検出された動力であってもよい。
上記構成によれば、加工中にワークに作用する動力が動力計によってリアルタイムで直接検出されるので、動力計により検出される動力を用いてワーク支持力を正確にフィードバック制御することができる。例えば切削加工の場合には、動力計によりワークに作用する動力を検出し、検出値がゼロに維持されるようにワーク支持力をフィードバック制御する。
前記加工ユニットは、前記加工具と当該加工具を駆動するモータと、を備え、前記機械加工支援システムは、前記モータを流れる電流を検出する電流検出器を更に備え、前記加工反力関連データが、前記電流検出器により検出される前記モータを流れる電流値であってもよい。
上記構成によれば、加工具を駆動するモータの電流値は加工反力に応じた値になる。従って、加工中にワークに作用する加工反力が電流検出器によりリアルタイムで間接的に検出されるので、電流検出器によって検出されるモータの電流値を用いてワーク支持力をフィードフォワード制御することができる。
前記ワーク保持具に設けられ、当該ワーク保持具に保持されたワークの振動を計測する振動計を更に備え、前記加工反力関連データが前記振動計により計測された振動であってもよい。
上記構成によれば、ワークの振動は、ワークに作用する加工反力に応じたものになる。従って、加工中にワークに作用する加工反力が振動計によって間接的にリアルタイムで計測されるので、振動計によって計測される振動を用いてワーク支持力をフィードバック制御することができる。また、それにより、ワークの振動を抑制することができる。（なお、びびり振動の振動数は加工位置ごとに異なるので加工位置に応じて支持力発生ユニットによる押し付け力の強さを変えてもよい。）
前記加工反力関連データを記憶するための記憶部を更に備え、前記ワーク支持力制御装置は、前記加工位置関連データ及び前記記憶部に記憶された加工反力関連データに基づいて、前記ワーク支持力発生ユニット及び前記支持装置の動作を制御してもよい。
上記構成によれば、実験的に又は理論的に加工位置ごとの加工反力を事前に推定してワーク支持力を制御することができるので、加工反力を検出する機器を省略して機械加工支援システムを簡素化することができる。例えば切削加工において実験的に加工反力を推定する場合は事前に動力計により切削抵抗力を測定しておき、実験データに基づいて推定した切削抵抗反力を記憶しておいてもよい。
前記支持装置が、前記ワーク支持力発生ユニットをハンドによって保持する多関節ロボットであり、前記ワーク支持力制御装置は、前記多関節ロボットの動作を制御し且つ前記ワーク支持力発生ユニットの動作を制御するよう構成されていてもよい。
前記ワーク表面の加工部位が、当該ワークの剛性を高め且つ当該ワークと一緒に加工することが可能な膜で覆われていてもよい。この場合、加工前の事前の処理として、上記ワーク表面の加工部位を、例えば発泡樹脂や低融点合金等の膜で覆うような処理を施してもよい。上記構成によれば、ワーク表面の加工部位の剛性が高くなるので、加工時の振動を防止することができる。
本発明は、低剛性ワークの機械加工において生産効率の低下を抑制しつつワークの変形による加工精度の低下を防止することができるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る機械加工支援システムの構成を示したブロック図である。 図２は、図１の機械加工支援システムにおけるワーク支持力制御装置の構成を示すブロック図である。 図３は、図１の機械加工支援システムによる側面切削加工のワーク支持力を説明するための模式図である。 図４は、本発明の実施の形態２に係る機械加工支援システムの構成を示したブロック図である。 図５は、図４の機械加工支援システムにおけるワーク支持力制御装置の構成を示すブロック図である。 図６は、本発明の実施の形態３に係る機械加工支援システムの構成を示したブロック図である。 図７は、図６の機械加工支援システムにおけるワーク支持力制御装置の構成を示すブロック図である。 図８は、本発明の実施の形態３の変形例１に係る機械加工支援システムの構成を示したブロック図である。 図９は、図８の機械加工支援システムにおけるワーク支持力制御装置の構成を示すブロック図である。 図１０は、本発明の実施の形態４に係る機械加工支援システムの構成を示したブロック図である。 図１１は、図１０の機械加工支援システムにおけるワーク支持力制御装置の構成を示すブロック図である。 図１２は、本発明の実施の形態４の変形例２に係る機械加工支援システムの構成を示したブロック図である。 図１３は、図１２の機械加工支援システムにおけるワーク支持力制御装置の構成を示すブロック図である。 図１４は、本発明の実施の形態５に係る機械加工支援システムによるフライス加工のワーク支持力を説明するための模式図である。 図１５は、本発明の実施の形態６に係る機械加工支援システムによる穴加工のワーク支持力を説明するための模式図である。 図１６は、本実施の形態７に係る機械加工支援システムによる研削加工のワーク支持力を説明するための模式図である。 図１７は、本実施の形態８に係る機械加工支援システムによる加工前の処理の一例を説明するための模式図である。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下では全ての図を通じて、同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態における変形例には通し番号が付されている。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る機械加工支援システムの構成を示したブロック図である。図１に示すように、機械加工支援システム１は、自動的にワークＷの加工を行う機械加工装置２を支援するシステムである。
まず、機械加工装置２の構成について説明する。機械加工装置２は、ワークＷを保持するワーク保持具３と、加工ユニット４と、加工制御装置５とを備える。本実施の形態では、機械加工装置２は、例えば、目的に合わせて側面切削加工、正面切削加工、穴加工、研削加工等の異なる種類の加工を１台で行うことができるマシニングセンタ (machining center)である。
ワーク保持具３は、ワークＷを保持するものであればよい。ワーク保持具３は、例えば、基台及び当該基台上にワークＷを固定する機構を有する。ワークＷは特に限定されないが、剛性の低いものである程、本発明の作用効果が顕著なものになる。本実施の形態における機械加工の対象物であるワークＷは、例えば、剛性の低い薄板形状を有する。ワークＷは低剛性であれば薄肉円筒等のその他の形状を有してもよい。
加工ユニット４は、加工具４ａを駆動してワーク保持具３に保持されたワークＷを加工する。本実施の形態では、加工ユニット４は、周面に切削刃が形成された円柱状の回転切削具４ａを中心軸４ｃの周りに回転させてワーク保持具３に保持されたワークＷの側面を切削加工するよう構成される。駆動装置４ｄは、例えば、内部にサーボモータを備え、主軸４ｂの軸心（回転切削部具４ａの中心軸）４ｃを中心に回転切削具４ａを回転駆動する。
加工制御装置５は、加工ユニット４をワーク保持具３に対して相対的に移動させて、加工具４ａを加工位置に位置するよう制御する。具体的には、加工制御装置５は、加工ユニット４をワーク保持具３に対して相対的に移動させる移動機構（図示せず）と、加工ユニット４のワーク保持具３に対する相対的な移動を制御する制御装置（図示せず）とを含む。本実施の形態では、ワーク保持具３は固定されていて、加工ユニット４が移動機構によって移動される。制御装置は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）により、移動機構によって加工ユニット４の位置を制御するとともに加工ユニット４の動作を制御して、回転切削具４ａによるワークＷに対する切削加工動作を制御する。加工位置関連データとは、加工位置そのもののデータと、加工位置との相関関係を有するデータとの双方を含む。
次に、機械加工支援システム１の構成について図１を用いて説明する。機械加工支援システム１は、ワーク支持力発生ユニット６と、支持装置７と、動力計９と、ワーク支持力制御装置８と、を備える。
ワーク支持力発生ユニット６は、加工具４ａにより加工部位においてワークＷに作用する加工反力に抗するワーク支持力を発生する。本実施の形態では、ワーク支持力発生ユニット６は、円柱状の回転体６ａと、基体６ｂと、回転駆動装置６ｄとを備える。円柱状の回転体６ａは、例えば、弾性体で構成され、弾性体の弾性は、後述する押し付け力、ワークＷのびびりの周波数等を考慮して適宜選択される。本実施の形態では、回転体６ａは、ゴム製のローラである。回転体６ａは軸線６ｃを中心軸とする回転軸（図示せず）を有し、この回転軸が軸受け（図示せず）を介して基体６ｂに回転自在に保持される。回転駆動装置６ｄは、基体６ｂに取り付けられ、ワーク支持力制御装置８からの回転トルク指令に応じて、軸線６ｃを中心に回転体６ａを回転させる。回転駆動装置６ｄは、例えば、モータで構成され、このモータの主軸が回転体６ａの回転軸に同軸状に接続される。本実施の形態では、モータは、例えば、サーボモータである。
ここで加工反力とは、加工時に加工具からワークに作用する力をいう。本実施の形態における側面切削加工の場合にはワークＷから加工具４ａに切削抵抗力が作用する。この場合には、加工具４ａからワークＷに作用する切削抵抗に対する反力が加工反力（切削反力）である。
支持装置７は、支持力発生ユニット６を支持しながら移動させるものであれば、特に限定されない。本実施の形態では、支持装置７は、例えば、動作に必要な複数の関節軸を備えた多関節ロボットである。多関節ロボット７は、アーム先端に設けられたハンド７ａによってワーク支持力発生ユニット６の基体６ｂを保持する。
動力計９は、ワークＷに作用する動力を検出する。本実施の形態では、動力計９は、機械加工装置２のワーク保持具３の基台を支持するように設けられ、ワークＷにかかる動力（負荷）を検出する。動力計９は、検出した動力を、加工反力関連データとしてワーク支持力制御装置８に出力する。加工反力関連データは、加工反力そのもののデータと加工反力と相関関係を有するデータとの双方をふくむ。動力計９が検出する動力は、ワークＷに作用する加工反力と支持力発生ユニット６によってワークＷに作用するワーク支持力との合力であるので、加工反力と相関関係を有するデータである。
ワーク支持力制御装置８は、動力計９から受信した加工反力関連データ及び加工制御装置５から受信した加工位置関連データに基づいて、ワーク支持力発生ユニット６が加工反力に抗するワーク支持力をワークＷに作用させるようにワーク支持力発生ユニット６及び支持装置７の動作を制御する。本実施の形態では、ワーク支持力制御装置８は、多関節ロボット７の動作を制御し且つワーク支持力発生ユニット６の動作を制御するよう構成されている。更に、ワーク支持力制御装置８は、後述するように、回転体６ａが回転切削具４ａによりワークＷに作用する切削反力に抗する押し付け力をワークＷに作用させるようワーク支持力発生ユニット６の姿勢及び位置を制御し、且つ、回転体６ａが回転して切削反力により発生するトルクに抗する回転トルクをワークＷに作用させるよう回転駆動装置６ｄの動作を制御するように構成されている。
図２は、ワーク支持力制御装置（以下、単に支持力制御装置ともいう）８の構成を示すブロック図である。図２に示すように、ワーク支持力制御装置８は、メモリ８ａと、動力目標値設定部８ｂと、加減算器８ｃと、補償器８ｄと、分力演算部８ｅと、ロボット制御部８ｆを備える。ワーク支持力制御装置８は、例えば、マイクロコントローラ等の演算装置で構成され、メモリ８ａはマイクロコントローラ等の内部メモリ等で構成される。また、上記ブロック８ｂ〜８ｅは、マイクロコントローラがインストールされた所定のプログラムを実行することによって実現される機能ブロックである。
メモリ８ａは、動力の目標値（以下、動力目標値という）等の各種データを格納する。
動力目標値設定部８ｂは、メモリ８ａに記憶される動力目標値を読み出し、加減算器８ｃに出力する。本実施の形態では、動力目標値は、ゼロに設定され、動力計９で検出される動力（以下、動力検出値という）がゼロのときに適切な支持力がワークＷに作用したことを意味する。
加減算器８ｃは、動力目標値から動力検出値を減算した値である、動力検出値に対する目標動力値の偏差（以下、動力偏差という）を補償器８ｄへ出力する。
補償器８ｄは、動力偏差に例えばＰＩＤ補償を施して、補償された動力偏差を分力演算部８ｅに出力する。
分力演算部８ｅは、補償された動力偏差に基づいて、回転体６ａが回転切削具４ａによりワークＷに作用する切削反力に抗する押し付け力及び回転体６ａが回転して切削反力により発生するトルクに抗する回転トルクを演算する。なお、切削反力は回転切削具４ａの接線方向に発生する力である接線方向分力と、これに垂直に発生する垂直方向分力と、回転軸4 cの方向に発生する軸方向分力とに分けられるが、接線方向分力と垂直方向分力と軸方向分力の比率は、切削加工の形態により推定するか、動力計９により検知できるため、既知である。分力演算部８ｅは、この既知の比率に基づいて押し付け力及び回転トルクを演算する。更に、分力演算部８ｅは、演算した押し付け力の指令値をロボット制御部８ｆに出力するとともに、演算した回転トルクの指令値を回転駆動装置６ｄに出力する。
ロボット制御部８ｆは、支持装置７としての多関節ロボットの動作を制御する。本実施の形態では、ロボット制御部８ｆは、加工制御装置５から取得した加工位置関連データに基づいて、支持力発生ユニット６が回転切削具４ａによる加工位置に対応する位置となるように多関節ロボット７に動作制御信号を出力する。具体的には、例えば、ロボット制御部８ｆは、機械加工装置２の座標系で表された加工位置関連データを多関節ロボット７の座標系で表されたデータに変換し、この変換したデータを用いて、回転体６ａの軸線６ｃが回転切削具４ａの回転軸に平行となり、且つ、高さ方向における回転体６ａの位置と回転切削具４ａの送り方向における回転体６ａの位置とが回転切削具４ａによる加工位置に対応するように多関節ロボット７の動作を制御する。これにより、回転体６ａが回転切削具４ａによる加工位置の移動に追従して移動する。また、ロボット制御部８ｆは、分力演算部８ｅから取得した押し付け力の指令値に基づいて、支持力発生ユニット６の回転体６ａを通じて、押し付け力をワークＷに作用させるよう多関節ロボット７に動作制御信号を出力する。具体的には、ロボット制御部８ｆは、押し付け力の指令値に応じてワークＷの厚み方向における回転体６ａの位置及び押し付け力が変化するよう多関節ロボット７の動作を制御する。これにより、押し付け力の指令値に基づいた押し付け力が回転体６ａによってワークＷに作用する。
一方、回転駆動装置６ｄは、分力演算部８ｅから取得した回転トルクの指令値に基づいた回転トルクを、ワークＷに作用させるよう支持力発生ユニット６の回転体６ａを制御する。具体的には、回転駆動装置６ｄは、回転トルクの指令値に応じた回転トルクで回転体６ａを回転切削具４ａの回転方向と同じ方向に回転させる。これにより、回転トルクの指令値に応じた回転トルクが回転体６ａによってワークＷに作用する。
そして、回転体６ａによる押し付け力及び回転トルクは、動力計９により検出される動力がゼロになるようにフィードバック制御される。その結果、ワークＷに作用する加工反力に拮抗するワーク支持力がワークＷの加工部位に作用して、加工反力によるワークの変形が防止される。なお、軽微なびびり振動は、回転体６ａの弾性を適宜選択することにより、回転体６ａにより吸収されて抑制される。
図３は、機械加工支援システム１による側面切削加工時のワーク支持力（以下、単に支持力ともいう）を説明するための模式図である。図３（ａ）の平面図及び図３（ｂ）の斜視図では、説明の都合上、加工ユニット４の回転切削具４ａと、ワークＷと、支持力発生ユニット６の回転体６ａのみを示している。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、回転切削具４ａの送り方向を紙面手前の方向としたとき、ワーク支持力制御装置８は、支持装置（多関節ロボット）７を用いて、回転体６ａの軸線６ｃが回転切削具４ａの中心軸４ｃに平行で当該回転体６ａの周面がワークＷを介して回転切削具４ａの周面と対向し、且つ当該回転体６ａの周面が回転切削具４ａによりワークＷに作用する切削反力の垂直方向分力Ｆ２に抗する押し付け力Ｆ’ ２をワークＷに作用させるようワーク支持力発生ユニット６の姿勢及び位置を制御する。更にワーク支持力制御装置８は、回転体６ａが回転切削具４ａの回転方向と同じ方向（図中のカーブ矢印の方向）に回転して切削反力の接線方向分力Ｆ１により発生するトルクに抗する回転トルクＦ’ １をワークＷに作用させるよう回転駆動装置６ｄの動作を制御する。
従って、本実施の形態１のように、機械加工装置２が回転切削具４ａによるワーク側面の切削加工を行う装置である場合において、ワーク支持力が、加工反力に拮抗するように制御され、それによって、ワークＷが低剛性のものであっても、加工反力によるワークＷの変形を防止することができ、ひいてはワークＷの変形による加工精度の低下を防止することができる。また、加工条件を低下等させる必要がないので、生産効率の低下を抑制することができる。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。以下では、実施の形態１と共通する構成については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
図４は、本実施の形態２に係る機械加工支援システムの構成を示したブロック図である。図４に示すように、機械加工支援システム１ａは、加工ユニット４の駆動装置４ｄのモータを流れる電流を検出する電流センサ１０を更に備え、加工反力関連データが、電流センサ１０により検出されるモータを流れる電流値である点が実施形態１と異なる。ここで回転切削具４ａを駆動するモータの電流値は加工反力に応じた値になる。
図５は、図４の機械加工支援システム１ａにおけるワーク支持力制御装置８の構成を示すブロック図である。図５に示すように、本実施の形態では、ワーク支持力制御装置８が加工反力演算部８ｇを備える。メモリ８ａには、事前に教示された回転体６ａの位置等のデータが加工位置関連データとして格納される。ロボット制御部８ｆは、この事前に教示された加工位置関連データをメモリ８ａから読み出してこれに基づいて、回転体６ａが回転切削具４ａによる加工位置の移動に追従して移動するよう多関節ロボット７の動作を制御する。
また、メモリ８ａには、例えば、予めモータの電流値とそれに対応する加工反力とがテーブルとして記憶される。そして、この加工反力演算部８ｇが、電流センサ１０から加工反力関連データとしての電流値を受信し、上記テーブルを参照して、受信した電流値に対応する加工反力をメモリ８ａから読み出して、加工反力を分力演算部８ｅに出力する。
これにより、回転体６ａによる押し付け力及び回転トルクが、加工ユニット４のモータの電流値に応じたものとなるようフィードフォワード制御される。その結果、ワークＷに作用する加工反力に拮抗するワーク支持力がワークＷの加工部位に作用して、加工反力によるワークの変形が防止される。
従って、本実施の形態２によれば、加工中にワークＷに作用する加工反力が電流センサ１０によりリアルタイムで間接的に検出されるので、電流センサ１０によって検出されるモータの電流値を用いてワーク支持力をフィードフォワード制御することができる。
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。以下では、実施の形態１と共通する構成については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
図６は、本発明の実施の形態３に係る機械加工支援システムの構成を示したブロック図である。図６に示すように、機械加工支援システム１ｂは、実施の形態１の動力計９に代えて、ワーク保持具３の基台に設けられ、加工中に発生したワークＷの振動を計測する振動計１１を備え、加工反力関連データが振動計１１により計測された振動である点が実施形態１と異なる。ここでワークＷの振動は、ワークＷに作用する加工反力に応じたものになる。
図７は、機械加工支援システム１ｂにおけるワーク支持力制御装置の構成を示すブロック図である。図７に示すように、本実施の形態では、ワーク支持力制御装置８が振動目標値設定部８ｈを備える。そして、この振動目標値設定部８ｈは、メモリ８ａに記憶される振動目標値を読み出し、加減算器８ｃに出力する。本実施の形態では、振動目標値は、ゼロに設定され、振動計１１で計測される振動（以下、振動計測値という）がゼロのときに適切な支持力がワークＷに作用したことを意味する。加減算器８ｃは、振動目標値から振動計測値を減算した値である、振動計測値に対する振動目標値の偏差（以下、振動偏差という）を補償器８ｄへ出力する。
補償器８ｄは、振動偏差に例えばＰＩＤ補償を施して、補償された振動偏差を分力演算部８ｅに出力する。
分力演算部８ｅは、補償された振動偏差に基づいて、押し付け力の指令値及び回転トルクの指令値を出力する。これ以降の動作は実施の形態１と同じであるので、その説明を省略する。
従って、本実施の形態３によれば、加工中にワークＷに作用する加工反力が振動計１１によって間接的にリアルタイムで計測されるので、振動計１１によって計測される振動を用いてワーク支持力をフィードバック制御することができる。また、それにより、ワークＷの振動を抑制することができる。
［変形例１］
図８は、本発明の実施の形態３の変形例１に係る機械加工支援システムの構成を示したブロック図である。図８に示すように、回転駆動装置６ｄの基体６ｂは、振動を能動的に抑制するための加振器１２に支持されている。加振器１２は、公知のものを用いることができ、その構造は良く知られているので、簡単に説明する。加振器１２は、例えば、基台（図示せず）に弾性的に支持された可動体（図示せず）と、この可動体を振動させる加振部（図示せず）とを備えている。そして、当該可動体によって回転駆動装置６ｄの基体６ｂが保持され、当該基台が多関節ロボット７のハンド７ａにより保持されている。そして、ワーク支持力制御部８からの振動指令に基づいて、所定の振動を回転体６ａに与えるように構成されている。加振器１２は、例えば永久磁石式の電磁加振器である。
図９は、図８の機械加工支援システムにおけるワーク支持力制御装置の構成を示すブロック図である。図９に示すように、本変形例では、ワーク支持力制御装置８が振動指令値演算部８ｊをさらに備える。そして、この振動指令値演算部８ｊは、振動計１１から受信した振動計測値に基づいて振動指令値を演算し、加振器１２に出力する。本実施の形態では、振動指令値演算部８ｊは、例えば、フーリエ解析機能を有していて、受信した振動計測値から主要な周波数成分の周波数及び振幅を算出し、これらの主要な周波数成分を打ち消すような振動指令値を生成して加振器１２を出力する。加振器１２は、この振動指令値に従って振動計測値の振動を打ち消すような振動を能動的に発生する。この振動は回転体６ａを介して押し付け力に重畳されてワークＷに伝達される。これにより、ワークＷの振動の抑制効果をより高めることができる。
一般に、加工中に発生するびびり振動の振動数は加工位置ごとに異なるので、加振器１２を用いることなく、加工位置に応じて支持力発生ユニット６による押し付け力の強さを変えてもよい。また、ワークＷの固有振動数に基づいて支持力発生ユニット６による押し付け力を周期的に変動させてもよい。また、回転体６ａに動吸振器を設け、振動に応じて動吸振器の特性を変えてもよい。
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。以下では、実施の形態１と共通する構成については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
図１０は、本実施の形態４に係る機械加工支援システム１ｃの構成を示したブロック図である。図１０に示すように、機械加工支援システム１ｃでは、加工反力を検出する動力計９、電流センサ１０、振動計１１等の機器を備えていない点が上記各実施の形態１〜３の構成と異なる。また、ワーク支持力制御装置８は、加工反力関連データを予め記憶しておくためのメモリを内部に備え、ワーク支持力制御装置８は、加工制御装置２から受信した加工位置関連データ及び内部に記憶された加工反力関連データに基づいて、ワーク支持力発生ユニット６及び支持装置７の動作を制御する点が実施形態１と異なる。
図１１は、図１０のワーク支持力制御装置８の構成を示すブロック図である。図１１に示すように、本実施の形態では、ワーク支持力制御装置８は、加工反力関連データを予め記憶しておくメモリ８ａと、加工反力指令生成部８ｉを備える。そして、この加工反力指令生成部８ｉは、加工制御装置５から受信した加工位置関連データに基づいて、加工位置に対応する加工反力関連データをメモリ８ａから読み出し、読み出した加工位置毎の加工反力を分力演算部８ｅに出力する。ここでメモリ８ａには、実験的に又は理論的に加工位置ごとの加工反力を事前に推定したものが記憶されている。
従って、本実施の形態４によれば、実験的に又は理論的に加工位置ごとの加工反力を事前に推定してワーク支持力を制御することができるので、加工反力を検出する機器を省略して機械加工支援システムを簡素化することができる。例えば切削加工において実験的に加工反力を推定する場合は事前に動力計により切削抵抗力を測定しておき、実験データに基づいて推定した切削抵抗反力をメモリ８ａに記憶しておいてもよい。
［変形例２］
図１２は、本発明の実施の形態４の変形例２に係る機械加工支援システムの構成を示したブロック図である。図１２に示すように、機械加工支援システムは、ロボット７のアーム近傍に設けられたビジョンセンサ１３により、加工位置関連データを取得する。
図１３は、図１２の機械加工支援システムにおけるワーク支持力制御装置の構成を示すブロック図である。図１３に示すように、本変形例では、ワーク支持力制御装置８は、加工反力関連データを予め記憶しておくメモリ８ａと、加工反力指令生成部８ｉを備える。そして、この加工反力指令生成部８ｉは、ビジョンセンサ１３から受信した加工位置関連データに基づいて、加工位置に対応する加工反力関連データをメモリ８ａから読み出し、読み出した加工位置毎の加工反力を分力演算部８ｅに出力する。
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５について説明する。以下では、実施の形態１と共通する構成については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
図１４は、本発明の実施の形態５に係る機械加工支援システムによるフライス加工のワーク支持力を説明するための模式図である。図１４（ａ）の斜視図及び図１４（ｂ）の側面図では、説明の都合上、加工ユニット４、ワークＷ、及び支持力発生ユニット６のみを示している。
図１４に示すように、本実施の形態５の機械加工支援システムの加工ユニット４は、先端面に切削刃４０が形成された円柱状の回転切削具４ａを中心軸４ｃの周りに回転させてワーク保持具３（図示せず）に保持されたワークＷの表面を切削加工（フライス加工）するよう構成されている。
また、ワーク支持力発生ユニット６は、円柱状の回転体６ａと、当該回転体６ａを軸線６ｃの周りに回転させる回転駆動装置６ｄ（図示せず）とを備えている。
本実施の形態５において、回転切削具４ａの切削送り方向を紙面手前の方向としたとき、ワーク支持力制御装置８は、加工反力関連データ及び加工位置関連データに基づいて、支持装置７を用いて、回転体６ａの中心軸６ｃが回転切削具４ａの中心軸４ｃに平行で当該回転体６ａの先端面がワークＷを介して回転切削具４ａの先端面と対向し、且つ当該回転体６ａの先端面が回転切削具４ａによりワークＷに作用する切削反力Ｒの垂直方向Ｆ２に抗する押し付け力Ｆ’ ２をワークＷに作用させるようワーク支持力発生ユニット６の姿勢及び位置を制御するように構成されている。更に、ワーク支持力制御装置８は、回転体６ａが回転切削具４ａの回転方向と逆方向に回転して研削反力Ｒの接線方向分力Ｆ１により発生するトルクに抗する回転トルクＦ’ １をワークＷに作用させるよう回転駆動装置６ｄの動作を制御するように構成されている。本実施の形態では、回転体６ａの軸線６ｃは、回転切削具４ａの中心軸４ｃとは同軸上に位置するように制御される。
従って、本実施の形態５のように、機械加工装置が回転切削具４ａによるワーク表面のフライス加工を行う装置である場合において、ワークＷが低剛性のものであっても、生産効率の低下を抑制しつつ、ワークＷの変形による加工精度の低下を防止することができる。
（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６について説明する。以下では、実施の形態５と共通する構成については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態５と異なる点を中心に説明する。
図１５は、本実施の形態６に係る機械加工支援システムによる穴加工のワーク支持力を説明するための模式図である。図１５の上段（ａ）の斜視図及び下段（ｂ）の側面図では、説明の都合上、加工ユニット４、ワークＷ、及び支持力発生ユニット６のみを示している。図１５に示すように、本実施の形態６に係る機械加工支援システムの加工ユニット４は、先端にドリルの刃４１が形成された円柱状の回転切削具４ａを中心軸４ｃの周りに回転させてワーク保持具３（図示せず）に保持されたワークＷの表面を切削加工（ドリル加工）するよう構成されている。
また、ワーク支持力発生ユニット６は、実施の形態５と同様に、円柱状の回転体６ａと、当該回転体６ａを中心軸６ｃの周りに回転させる回転駆動装置６ｄ（図示せず）とを備えている。
本実施の形態６において、ワーク支持力制御装置８は、加工反力関連データ及び加工位置関連データに基づいて、支持装置７を用いて、回転体６ａの中心軸６ｃが回転切削具４ａの中心軸４ｃに平行で当該回転体６ａの先端面がワークＷを介して回転切削具４ａの先端のドリルの刃４１面と対向し、且つ当該回転体６ａの先端面が回転切削具４ａによりワークＷに作用する切削反力Ｒの垂直方向分力Ｆ２に抗する押し付け力Ｆ’ ２をワークＷに作用させるようワーク支持力発生ユニット６の姿勢及び位置を制御するように構成されている。更に、ワーク支持力制御装置８は、回転体６ａが回転切削具４ａの回転方向と逆方向に回転して切削反力Ｒの接線方向分力Ｆ１により発生するトルクに抗する回転トルクＦ’ １をワークＷに作用させるよう回転駆動装置６ｄの動作を制御するように構成されている。本実施の形態でも、回転体６ａの中心軸６ｃは、回転切削具４ａの中心軸４ｃとは同軸上に位置するように制御される。
従って、本実施の形態６のように、機械加工装置が回転切削具４ａによるワーク表面のドリル加工を行う装置である場合において、ワークＷが低剛性のものであっても、生産効率の低下を抑制しつつ、ワークの変形による加工精度の低下を防止することができる。
（実施の形態７）
次に、本発明の実施の形態７について説明する。以下では、実施の形態１と共通する構成については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
図１６は、本実施の形態７に係る機械加工支援システムによる研削加工のワーク支持力を説明するための模式図である。図１６の平面図では、説明の都合上、加工ユニット４、ワークＷ、及び支持力発生ユニット６のみを示している。図１６に示すように、加工ユニット４は、周面に研削砥石が形成された円盤状の回転研削具４ａを中心軸４ｃの周りに回転させてワーク保持具３（図示せず）に保持されたワークＷの側面を研削加工するよう構成されている。
ワーク支持力発生ユニット６は、円柱状の回転体６ａと、当該回転体６ａを中心軸６ｃの周りに回転させる回転駆動装置６ｄ（図示せず）とを備えている。
回転切削具４ａの研削送り方向を紙面手前の方向としたとき、ワーク支持力制御装置８は、支持装置７を用いて、回転体６ａの軸線６ｃが回転研削具４ａの中心軸４ｃに平行であり、且つ当該回転体６ａが回転研削具４ａによりワークＷに作用する研削反力の垂直方向分力Ｆ２に抗する押し付け力Ｆ’ ２をワークＷに作用させるようワーク支持力発生ユニット６の姿勢及び位置を制御するように構成されている。更に、ワーク支持力制御装置８は、回転体６ａが回転砥石４ａの回転方向と同じ方向に回転して研削反力の接線方向分力Ｆ１により発生するトルクに抗する回転トルクＦ’ １をワークＷに作用させるよう回転駆動装置６ｄの動作を制御するように構成されている。
従って、本実施の形態７のように、機械加工装置２が回転砥石４ａによるワークＷ側面の研削加工を行う装置である場合において、ワークＷが低剛性のものであっても、生産効率の低下を抑制しつつ、ワークＷの変形による加工精度の低下を防止することができる。
（実施の形態８）
次に、本発明の実施の形態８について説明する。以下では、実施の形態１〜７と共通する構成については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１〜７と異なる点を中心に説明する。実施の形態１〜７では、薄板形状、薄肉円筒等の剛性の低いワークＷを機械加工の対象としたが、本実施形態のワークＷ表面の加工部位は、ワークＷの剛性を高め且つ当該ワークＷと一緒に加工することが可能な膜で覆われている。そのため、加工前にワークＷ表面の剛性を高めるための処理を行う。図１７は、本実施形態に係る機械加工支援システムによる加工前の処理の一例を説明するための模式図である。図１７（ａ）に示すように、機械加工支援システム１ｄは、ロボットのアーム１５の先端部に吹付装置１６を備える。吹付装置１６は、先端のノズルから霧状のウレタン発泡樹脂１７を噴出する。図１７（ｂ）に示すように、ワークＷにウレタン発泡樹脂１７を吹き付けることにより、ワークＷ表面にウレタン発泡樹脂１７からなる膜が形成される。これによりワークＷ表面の剛性が高くなるので、ワークＷ表面の加工部位をウレタン発泡樹脂１７と一緒に加工することにより、加工時の振動を防止することができる。
また、加工前にワークＷ周辺に低融点合金を固着させることにより、低融点合金からなる膜でワークＷ表面の加工部位を覆い、一時的にワークＷの剛性を高めてもよい。この場合は固着した合金を加工後に溶解させる処理を行う。その他、ワークＷ表面の加工部位を薄い粘土からなる膜で覆うことによりワークＷの剛性を高めてもよい。
（その他の実施の形態）
その他の実施の形態として、加工反力関連データは、動力計９により検出される構成、モータの電流センサ１０により検出される構成、振動計１１により計測される構成、予めメモリ８ａに記憶される構成のうち少なくとも２以上の構成を組み合わせてもよい。
尚、上記各実施の形態の機械加工装置２においては、加工具４ａを動かしてワーク保持具３によりワークＷを固定するような構成について説明したが、これに限られるものではない。加工具を固定してワークＷを動かすような構成であってもよい。
尚、上記各実施の形態の支持装置７は、多関節ロボット７のアーム先端に設けられたハンド７ａによってワーク支持力発生ユニット６を支持しながら移動させるような構成としたが、支持機構及び移動機構を備えた専用装置であってもよい。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
本発明は、低剛性ワークの機械加工に用いることができる。
１，１ｂ，１ｃ，１ｄ 機械加工支援システム
２ 機械加工装置
３ ワーク保持具
４ 加工ユニット
５ 加工制御装置
６ ワーク支持力発生ユニット
７ 支持装置
８ ワーク支持力制御装置
９ 動力計
１０ 電流センサ
１１ 振動計
１２ 加振器
１３ ビジョンセンサ
１５ ロボットアーム
１６ 吹き付け装置
１７ 発泡樹脂
Ｗ ワーク

Claims (11)

  1. ワークを保持するワーク保持具と、加工具を駆動して前記ワーク保持具に保持されたワークを加工する加工ユニットと、前記加工ユニットを前記ワーク保持具に対して相対的に移動させて、前記加工具を加工位置に位置するよう制御する加工制御装置と、を備える機械加工装置を支援するシステムであって、
    前記加工具により加工部位において前記ワークに作用する加工反力に抗するワーク支持力を発生するワーク支持力発生ユニットと、
    前記支持力発生ユニットを支持しながら移動させる支持装置と、
    前記加工反力に関連する加工反力関連データ及び前記加工具の加工位置に関連する加工位置関連データに基づいて、前記ワーク支持力発生ユニットが前記加工反力に抗する前記ワーク支持力を前記ワークに作用させるように前記ワーク支持力発生ユニット及び前記支持装置の動作を制御するワーク支持力制御装置と、を備える、機械加工支援システム。
  2. 前記加工ユニットは、周面又は先端面に切削刃又は研削砥石が形成された円柱状又は円盤状の回転削具を中心軸の周りに回転させて前記ワーク保持具に保持されたワークを削り加工するよう構成され、
    前記ワーク支持力発生ユニットは、円柱状の回転体と当該回転体を中心軸の周りに回転させる回転駆動装置とを備え、
    前記ワーク支持力制御装置は、前記加工反力関連データ及び前記加工位置関連データに基づいて、前記支持装置を用いて、前記回転体の中心軸が前記回転削具の中心軸に平行であり、且つ当該回転体が前記回転削具により前記ワークに作用する切削反力に抗する押し付け力を前記ワークに作用させるよう前記ワーク支持力発生ユニットの姿勢及び位置を制御し、且つ、前記回転体が回転して前記切削反力により発生するトルクに抗する回転トルクを前記ワークに作用させるよう前記回転駆動装置の動作を制御するように構成されている、請求項１に記載の機械加工支援システム。
  3. 前記加工ユニットは、周面に切削刃が形成された円柱状の回転切削具を中心軸の周りに回転させて前記ワーク保持具に保持されたワークの側面を切削加工するよう構成され、
    前記ワーク支持力制御装置は、前記加工反力関連データ及び前記加工位置関連データに基づいて、前記支持装置を用いて、前記回転体の中心軸が前記回転切削具の中心軸に平行で当該回転体の周面が前記ワークを介して前記回転切削具の周面と対向し、且つ当該回転体の周面が前記回転切削具により前記ワークに作用する切削反力に抗する押し付け力を前記ワークに作用させるよう前記ワーク支持力発生ユニットの姿勢及び位置を制御し、且つ、前記回転体が前記回転切削具の回転方向と同じ方向に回転して前記切削反力により発生するトルクに抗する回転トルクを前記ワークに作用させるよう前記回転駆動装置の動作を制御するように構成されている、請求項２に記載の機械加工支援システム。
  4. 前記加工ユニットは、先端面に切削刃が形成された円柱状の回転切削具を中心軸の周りに回転させて前記ワーク保持具に保持されたワークの表面を切削加工するよう構成され、
    前記ワーク支持力制御装置は、前記加工反力関連データ及び前記加工位置関連データに基づいて、前記支持装置を用いて、前記回転体の中心軸が前記回転切削具の中心軸に平行で当該回転体の先端面が前記ワークを介して前記回転切削具の先端面と対向し、且つ当該回転体の先端面が前記回転切削具により前記ワークに作用する切削反力に抗する押し付け力を前記ワークに作用させるよう前記ワーク支持力発生ユニットの姿勢及び位置を制御し、且つ、前記回転体が前記回転切削具の回転方向と逆方向に回転して前記切削反力により発生するトルクに抗する回転トルクを前記ワークに作用させるよう前記回転駆動装置の動作を制御するように構成されている、請求項２に記載の機械加工支援システム。
  5. 前記加工ユニットは、周面に研削砥石が形成された円盤状の回転研削具を中心軸の周りに回転させて前記ワーク保持具に保持されたワークの側面を研削加工するよう構成され、
    前記ワーク支持力制御装置は、前記加工反力関連データ及び前記加工位置関連データに基づいて、前記支持装置を用いて、前記回転体の中心軸が前記回転研削具の中心軸に平行であり、且つ当該回転体が前記回転研削具により前記ワークに作用する研削反力に抗する押し付け力を前記ワークに作用させるよう前記ワーク支持力発生ユニットの姿勢及び位置を制御し、且つ、前記回転体が回転して前記研削反力により発生するトルクに抗する回転トルクを前記ワークに作用させるよう前記回転駆動装置の動作を制御するように構成されている、請求項２に記載の機械加工支援システム。
  6. 前記ワークに作用する動力を検出する動力計を更に備え、
    前記加工反力関連データが、前記動力計により検出された動力である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の機械加工支援システム。
  7. 前記加工ユニットは、前記加工具と当該加工具を駆動するモータと、を備え、
    前記機械加工支援システムは、前記モータを流れる電流を検出する電流検出器を更に備え、
    前記加工反力関連データが、前記電流検出器により検出される前記モータを流れる電流値である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の機械加工支援システム。
  8. 前記ワーク保持具に設けられ、当該ワーク保持具に保持されたワークの振動を計測する振動計を更に備え、
    前記加工反力関連データが前記振動計により計測された振動である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の機械加工支援システム。
  9. 前記加工反力関連データを記憶するための記憶部を更に備え、
    前記ワーク支持力制御装置は、前記加工位置関連データ及び前記記憶部に記憶された加工反力関連データに基づいて、前記ワーク支持力発生ユニット及び前記支持装置の動作を制御する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の機械加工支援システム。
  10. 前記支持装置が、前記ワーク支持力発生ユニットをハンドによって保持する多関節ロボットであり、
    前記ワーク支持力制御装置は、前記多関節ロボットの動作を制御し且つ前記ワーク支持力発生ユニットの動作を制御するよう構成されている、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の機械加工支援システム。
  11. 前記ワーク表面の加工部位は、当該ワークの剛性を高め且つ当該ワークと一緒に加工することが可能な膜で覆われている、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の機械加工支援システム。
JP2015554580A 2013-12-26 2014-12-26 低剛性ワーク機械加工支援システム Active JP6572132B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013269791 2013-12-26
JP2013269791 2013-12-26
PCT/JP2014/006505 WO2015098126A1 (ja) 2013-12-26 2014-12-26 低剛性ワーク機械加工支援システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2015098126A1 true JPWO2015098126A1 (ja) 2017-03-23
JP6572132B2 JP6572132B2 (ja) 2019-09-04

Family

ID=53478020

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015554580A Active JP6572132B2 (ja) 2013-12-26 2014-12-26 低剛性ワーク機械加工支援システム

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10486286B2 (ja)
EP (1) EP3090832B1 (ja)
JP (1) JP6572132B2 (ja)
WO (1) WO2015098126A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017019070A (ja) * 2015-07-14 2017-01-26 Dmg森精機株式会社 旋盤
US11117257B2 (en) 2018-02-14 2021-09-14 Fanuc Corporation Robot system for performing learning control based on machining results and control method therefor

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6630073B2 (ja) 2015-07-09 2020-01-15 株式会社Ｓｕｂａｒｕ 機械加工装置及び機械加工方法
CN105033676A (zh) * 2015-07-13 2015-11-11 江苏南铸科技股份有限公司 一种薄板加工夹具
JP6426557B2 (ja) * 2015-08-10 2018-11-21 ファナック株式会社 被加工物の振動を抑制する振動抑制方法及び機械加工システム
JP6778050B2 (ja) * 2016-08-17 2020-10-28 オークマ株式会社 工作機械
CN110072680B (zh) * 2016-12-28 2022-10-25 株式会社斯巴鲁 机械加工用机器人以及机械加工方法
JP7053610B2 (ja) 2017-06-22 2022-04-12 株式会社Subaru 機械加工装置用のアタッチメント
CN107363572B (zh) * 2017-07-17 2019-06-14 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种工件的浮动支撑控制系统及方法
JP6581162B2 (ja) 2017-09-29 2019-09-25 ファナック株式会社 加工システム及び加工機の制御方法
WO2019162653A1 (en) * 2018-02-21 2019-08-29 Bae Systems Plc Actively damped robot
DE102018002301A1 (de) * 2018-03-21 2019-09-26 Robot-Technology Gmbh Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks und Verfahren
KR102112994B1 (ko) * 2018-03-30 2020-05-21 한국생산기술연구원 로봇의 동기제어를 이용한 진동 저감 가공 방법 및 이를 이용하는 진동 저감 가공 장치
IT201800007873A1 (it) * 2018-08-06 2020-02-06 Università degli Studi di Salerno Metodo per la lavorazione di lamine e giunti elastici sottili, in particolare per la realizzazione di oscillatori meccanici monolitici
IL264757B (en) 2019-02-10 2022-07-01 Hanita Metal Works Ltd Milling with independent diagonal surfaces
CZ309450B6 (cs) * 2021-01-15 2023-01-25 České vysoké učení technické v Praze Způsob a zařízení pro podpírání obráběných součástí během obrábění
CN114578755B (zh) * 2022-03-03 2024-04-02 东莞市正森精密零件有限公司 一种具有刀具自动进给补偿功能的数控加工装置
CN116511983B (zh) * 2023-07-05 2023-08-22 昆山台功精密机械有限公司 一种数控加工中心用降噪装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07116743A (ja) * 1993-10-25 1995-05-09 Torai Eng Kk ローラー式ヘミング装置
JPH1029203A (ja) * 1996-04-22 1998-02-03 Meinan Mach Works Inc ベニヤレースにおけるバックアップロールの歩送り制御方法及びベニヤレースにおけるバックアップロール装置
JPH11323527A (ja) * 1998-05-18 1999-11-26 Hino Motors Ltd 金属溶射被膜の仕上げ加工方法
JP2005169601A (ja) * 2003-12-15 2005-06-30 Mitsubishi Electric Corp ワーク旋削装置
US20060039765A1 (en) * 2004-02-10 2006-02-23 Jean-Christophe Hamann Process and mechanical device for machining flexible panels, in particular with a complex shape
WO2013151064A1 (ja) * 2012-04-05 2013-10-10 株式会社日立製作所 工作機械の加工方法、工作機械および移動式動吸振器

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0775935A (ja) * 1993-09-10 1995-03-20 Fanuc Ltd プログラム可能な過負荷解放機構を利用したロボットによる材料除去方法及び過負荷解放装置
JP3720494B2 (ja) 1996-10-22 2005-11-30 ファナック株式会社 機械加工における切削液噴霧システム
US20010042453A1 (en) * 1999-10-14 2001-11-22 Albrecht Schneider Method and apparatus for marking workpieces
FR2861326B3 (fr) * 2003-10-24 2006-02-03 Dufieux Ind Procede et dispositif d'usinage de panneaux
WO2006116288A2 (en) * 2005-04-22 2006-11-02 Regents Of The University Of Michigan Rotatable multi-pin apparatus, and process for friction driven stitch welding and structural modification of materials
JP4332157B2 (ja) * 2006-02-01 2009-09-16 本田技研工業株式会社 摩擦攪拌接合装置
US8092357B1 (en) * 2007-12-27 2012-01-10 Honda Motor Co., Ltd. Spindle gripping device and method
US8426761B2 (en) * 2009-10-21 2013-04-23 Fanuc Ltd Method of detection of welding workpiece position using movable electrode
US8634950B2 (en) * 2009-12-14 2014-01-21 Embraer S.A. Automated positioning and alignment method and system for aircraft structures using robots
JP4870821B2 (ja) * 2010-01-28 2012-02-08 ファナック株式会社 溶接ワーク位置検出装置および溶接ワーク位置検出方法
DE102011077568B4 (de) * 2011-06-15 2023-12-07 Dmg Mori Ultrasonic Lasertec Gmbh Werkzeugmaschine, Werkstückbearbeitungsverfahren
KR101585443B1 (ko) * 2012-12-28 2016-01-15 현대자동차주식회사 복합재료 성형체 및 그 제조방법
KR101343403B1 (ko) * 2013-08-14 2013-12-20 (주)한국툴모니터링 공작기계 운전시의 이상 검출방법
DE102013015234A1 (de) * 2013-09-13 2015-03-19 Liebherr-Verzahntechnik Gmbh Verfahren zur Steuerung einer Verzahnmaschine sowie Verzahnmaschine

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07116743A (ja) * 1993-10-25 1995-05-09 Torai Eng Kk ローラー式ヘミング装置
JPH1029203A (ja) * 1996-04-22 1998-02-03 Meinan Mach Works Inc ベニヤレースにおけるバックアップロールの歩送り制御方法及びベニヤレースにおけるバックアップロール装置
JPH11323527A (ja) * 1998-05-18 1999-11-26 Hino Motors Ltd 金属溶射被膜の仕上げ加工方法
JP2005169601A (ja) * 2003-12-15 2005-06-30 Mitsubishi Electric Corp ワーク旋削装置
US20060039765A1 (en) * 2004-02-10 2006-02-23 Jean-Christophe Hamann Process and mechanical device for machining flexible panels, in particular with a complex shape
WO2013151064A1 (ja) * 2012-04-05 2013-10-10 株式会社日立製作所 工作機械の加工方法、工作機械および移動式動吸振器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017019070A (ja) * 2015-07-14 2017-01-26 Dmg森精機株式会社 旋盤
US11117257B2 (en) 2018-02-14 2021-09-14 Fanuc Corporation Robot system for performing learning control based on machining results and control method therefor

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015098126A1 (ja) 2015-07-02
EP3090832B1 (en) 2020-09-23
JP6572132B2 (ja) 2019-09-04
US20160318151A1 (en) 2016-11-03
EP3090832A1 (en) 2016-11-09
EP3090832A4 (en) 2017-11-08
US10486286B2 (en) 2019-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6572132B2 (ja) 低剛性ワーク機械加工支援システム
EP2871547B1 (en) Real-time numerical control tool path adaptation using force feedback
Pandremenos et al. Machining with robots: a critical review
JP5936178B2 (ja) 工作機械の加工制御方法
JP6898079B2 (ja) 工作機械およびその制御方法
JP7287616B2 (ja) 振動切削装置
US20100032879A1 (en) Machine tool
JP5481919B2 (ja) ワーク加工装置とその制御方法
JP5416527B2 (ja) 研削盤
MX2008009847A (es) Dispositivo y procedimiento para la regulacion de la mecanizacion con desprendimiento de virutas de piezas de trabajo utilizando transductores piezoceramicos.
JP6778050B2 (ja) 工作機械
JP2014040001A (ja) ワーク加工装置とその制御方法
JP2007175815A (ja) 砥石車の修正方法及び修正装置
JP2016163918A (ja) 工作機械、及び被加工物の加工方法
WO2011058645A1 (ja) 工作機械の制御方法および制御装置
JP4848393B2 (ja) 工作機械の制御方法および制御装置
JP6842146B2 (ja) 工作機械の加工誤差の補正方法
JP2016093851A (ja) 研削装置
JP6323744B2 (ja) 研磨ロボットとその制御方法
JP4388534B2 (ja) 工作機械の制振装置
JP2005059200A (ja) 機械加工装置および機械加工法
JP4148166B2 (ja) 接触検出装置
JP2005246499A (ja) ツルーイング方法及び装置
JP5369718B2 (ja) 工作機械
JP2016038674A (ja) 工作機械の補正値演算方法及び補正値演算プログラム

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160318

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171102

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180710

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180903

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181030

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20181221

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190225

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190716

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190809

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6572132

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250