JPWO2017043499A1 - 工作機械の制御装置、工作機械 - Google Patents

Abstract

振動周波数を考慮して往復振動させるとともに、ワーク加工の自由度が高まり主軸を回転させずに外部スピンドルなどを用いて振動切削を実行することができる工作機械の制御装置および工作機械を提供すること。ワークＷ又は切削工具（１３０）を回転させる主軸（１１０）としてみなす仮想主軸を制御手段（１１）に設け、制御手段（１１）が、動作指令が可能な周期に起因する振動周波数に応じて、仮想主軸の回転数と、仮想主軸の１回転当たりの往復振動の振動数とを定める工作機械（１００）の制御装置（１０）および工作機械（１００）。

Description

本発明は、切削加工時の切屑を順次分断しながらワークの加工を行う工作機械の制御装置及び工作機械に関する。

従来、ワークを保持して回転する主軸と、前記ワークを切削加工する切削工具と、前記主軸と切削工具との相対移動によってワークに対して切削工具を所定の加工送り方向に送り動作させる送り手段と、前記主軸と切削工具とを相対的に振動させる振動手段とを備えた工作機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この工作機械の制御装置は、前記主軸と、前記送り手段と、前記振動手段とを駆動制御し、前記主軸の回転と、前記ワークに対する前記切削工具の前記加工送り方向への前記往復振動を伴う送り動作とによって前記工作機械に、前記ワークの加工を実行させる。

特許５０３３９２９号公報（段落００４９参照）

従来の工作機械において、制御装置による動作指令は、所定の周期で行われる。
このため前記ワーク保持手段と前記刃物台とを相対的に振動させる振動周波数は、前記制御装置による動作指令が可能な周期に起因する限られた値となる。
しかしながら、従来の工作機械は、前記振動周波数が考慮されないため、前記相対回転の任意の回転数に対して、ワーク１回転当たりのワークに対する切削工具の任意の振動数の条件で前記往復振動させることができない場合があるという問題があった。
また、上述した従来の工作機械において、主軸を回転させることが前提となって振動手段による振動周波数等が設定されるため、主軸を回転させずに振動切削加工を制御することができないという問題があった。

そこで、本発明は、前述したような従来技術の問題を解決するものであって、すなわち、本発明の目的は、振動周波数を考慮して往復振動させるとともに、ワーク加工の自由度が高まり主軸を回転させずに振動切削を実行することができる工作機械の制御装置および工作機械を提供することである。

本請求項１に係る発明は、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、前記切削工具とワークとを所定の加工送り方向に送り動作させる送り手段と、前記切削工具とワークとを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、前記ワークに対する前記切削工具の往復振動を伴う送り動作によって、前記工作機械に前記ワークの加工を実行させる制御手段を有する工作機械の制御装置であって、前記ワーク又は前記切削工具を回転させる主軸としてみなす仮想主軸を前記制御手段に設け、前記制御手段が、動作指令が可能な周期に起因する振動周波数に応じて、前記仮想主軸の回転数と、前記仮想主軸の１回転当たりの前記往復振動の振動数とを定めることにより、前述した課題を解決するものである。

本請求項２に係る発明は、請求項１に記載された工作機械の制御装置の構成に加えて、前記振動手段を、前記加工送り方向に沿って、前記切削工具とワークとを相対的に往復振動させる構成としたことにより、前述した課題をさらに解決するものである。

本請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載された工作機械の制御装置の構成に加えて、前記仮想主軸の回転数と、前記仮想主軸の１回転当たりの前記往復振動の振動数と、前記振動周波数とをパラメータとし、少なくとも１つのパラメータの値を前記制御手段に対して設定する設定手段と、未設定のパラメータを所定の値に定め、該パラメータの値に基づいて、前記設定手段によって設定されたパラメータの値を補正する補正手段とを設けたことにより、前述した課題をさらに解決するものである。

本請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載された工作機械の制御装置の構成に加えて、前記主軸が、前記ワークを保持して回転させる構成であることにより、前述した課題をさらに解決するものである。

本請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載された工作機械の制御装置の構成に加えて、前記主軸が、前記切削工具を保持して回転させる構成であることにより、前述した課題をさらに解決するものである。

本請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載された工作機械の制御装置の構成に加えて、前記制御手段が、前記主軸をプログラムにより制御するように設けられ、前記仮想主軸の回転開始指令を示す専用パラメータが、前記プログラムにおいて前記仮想主軸の回転数の値の後に付加されていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。

本請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載された工作機械の制御装置の構成に加えて、前記制御手段が、前記主軸をプログラムにより制御するように設けられ、前記制御手段が、前記プログラムによる直接制御の範囲外にある外部スピンドルと接続されて外部スピンドルの回転数を制御する外部スピンドルドライブユニットへ前記プログラムで回転開始または回転停止の指令を送り前記外部スピンドルドライブユニットを介して回転開始および回転停止の制御を実行することにより、前述した課題をさらに解決するものである。

本請求項８に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載された工作機械の制御装置の構成に加えて、前記回転手段および振動手段を制御する制御手段が、前記主軸をプログラムにより制御するように設けられ、前記制御手段が、前記仮想主軸に対して前記プログラム上で設定された回転数に基づいて前記振動手段の振動周波数を設定し、前記主軸を回転停止させた状態で前記振動手段を振動させて前記ワークの加工を実行することにより、前述した課題をさらに解決するものである。

本請求項９に係る発明は、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、前記切削工具とワークとを所定の加工送り方向に送り動作させる送り手段と、前記切削工具とワークとを相対的に往復振動させる振動手段と、前記ワークに対する前記切削工具の往復振動を伴う送り動作によって、前記ワークの切削加工を実行する制御手段を有する制御装置とを備えた工作機械であって、前記ワーク又は前記切削工具を回転させる主軸としてみなす仮想主軸を前記制御手段に設け、前記制御手段が、前記制御手段の動作指令が可能な周期に起因する振動周波数に応じて、前記仮想主軸の回転数と、前記仮想主軸の１回転当たりの前記往復振動の振動数とを定めることにより、前述した課題を解決するものである。

本請求項１０に係る発明は、請求項９に記載された工作機械の構成に加えて、前記振動手段を、前記加工送り方向に沿って、前記切削工具とワークとを相対的に往復振動させる構成としたことにより、前述した課題を解決するものである。

本請求項１１に係る発明は、請求項９または請求項１０に記載された工作機械の構成に加えて、前記仮想主軸の回転数と、前記仮想主軸の１回転当たりの前記往復振動の振動数と、前記振動周波数とをパラメータとし、少なくとも１つのパラメータの値を前記制御手段に対して設定する設定手段と、未設定のパラメータを所定の値に定め、該パラメータの値に基づいて、前記設定手段によって設定されたパラメータの値を補正する補正手段とを設けたことにより、前述した課題を解決するものである。

本発明の工作機械の制御装置によれば、制御手段が定めた条件で、工作機械に、切削工具を往復振動させながら加工送り方向に送り、切屑を分断しながら、ワークの切削加工を円滑に行わせることができる。
また、ワークを回転させる主軸であると仮想的にみなす仮想主軸を、例えば、ソフトウエア的に主軸として構築して、制御手段に設け、主軸に代えて仮想主軸を対象とすることにより、主軸を回転させずに振動手段の振動周波数が設定されて振動手段が振動するため、ワーク加工の自由度が高まり主軸を回転させずに振動切削を実行することができる。

また、本発明の工作機械は、上記工作機械の制御装置によって、ワークの切削加工を円滑に行うことができるとともに、ワーク加工の自由度が高まり主軸を回転させずに振動切削を実行することができる。

本発明の実施例の工作機械の概略を示す図。 本発明の実施例の切削工具とワークとの関係を示す概略図。 本発明の実施例の切削工具の往復振動および位置を示す図。 本発明の実施例の主軸ｎ回転目、ｎ＋１回転目、ｎ＋２回転目の関係を示す図。 本発明の実施例の指令周期と振動周波数との関係を示す図。 本発明の実施例の振動数と回転数と振動周波数との関係を示す図。 本発明の実施例において外部スピンドルおよび外部スピンドルドライブユニットを工作機械に用いた形態の概略を示す図。 本発明の実施例の加工プログラムの一部を示す図。 本発明の実施例の切削工具（ブローチ）とワークとの関係を示す概略図。 切削工具（ブローチ）の斜視図。

本発明の工作機械の制御装置および工作機械は、ワーク又は切削工具を回転させる主軸としてみなす仮想主軸を制御手段に設け、制御手段が、動作指令が可能な周期に起因する振動周波数に応じて、仮想主軸の回転数と、仮想主軸の１回転当たりの往復振動の振動数とを定めることにより、制御手段が定めた条件で、工作機械に、切削工具を往復振動させながら加工送り方向に送り、切屑を分断しながら、ワークの切削加工を円滑に行わせたり、ワーク加工の自由度が高まり主軸を回転させずに振動切削を実行するものであれば、その具体的な実施態様は、如何なるものであっても構わない。

図１は、本発明の実施例の制御装置１０を備えた工作機械１００の概略を示す図である。
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。
主軸１１０は、ワーク保持手段としてチャック１２０を介してワークＷを保持する。
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。

主軸台１１０Ａは、工作機械１００のベッド側に、Ｚ軸方向送り機構１６０によって主軸１１０の軸線方向となるＺ軸方向に移動自在に搭載されている。
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軸方向送り機構１６０は、前記ベッド等のＺ軸方向送り機構１６０の固定側と一体的なベース１６１と、ベース１６１に設けられたＺ軸方向に延びるＺ軸方向ガイドレール１６２とを備えている。
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に主軸台１１０Ａが搭載され、リニアサーボモータ１６５の駆動によってＺ軸方向送りテーブル１６３が、Ｚ軸方向に移動駆動される。
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、ワークＷを加工するバイト等の切削工具１３０が装着され、切削工具１３０を保持する刃物台を構成している。
Ｘ軸方向送り機構１５０が、工作機械１００のベッド側に設けられている。

Ｘ軸方向送り機構１５０は、前記ベッド側と一体的なベース１５１と、Ｚ軸方向に対して上下方向で直交するＸ軸方向に延びるＸ軸方向ガイドレール１５２とを備えている。
Ｘ軸方向ガイドレール１５２はベース１５１に固定され、Ｘ軸方向ガイドレール１５２には、Ｘ軸方向送りテーブル１５３がＸ軸方向ガイド１５４を介してスライド自在に支持されている。
Ｘ軸方向送りテーブル１５３には、切削工具台１３０Ａが搭載される。

リニアサーボモータ１５５は可動子１５５ａおよび固定子１５５ｂを有し、可動子１５５ａはＸ軸方向送りテーブル１５３に設けられ、固定子１５５ｂはベース１５１に設けられている。
Ｘ軸方向送りテーブル１５３がリニアサーボモータ１５５の駆動によってＸ軸方向ガイドレール１５２に沿ってＸ軸方向に移動すると、切削工具台１３０ＡがＸ軸方向に移動し、切削工具１３０がＸ軸方向に移動する。
なお、Ｙ軸方向送り機構を設けてもよい。
Ｙ軸方向は、図示のＺ軸方向およびＸ軸方向に直交する方向である。
前記Ｙ軸方向送り機構は、Ｘ軸方向送り機構１５０と同様の構造とすることができる。

Ｘ軸方向送り機構１５０をＹ軸方向送り機構を介してベッドに搭載することにより、Ｙ軸方向送りテーブルをリニアサーボモータの駆動によってＹ軸方向に移動させ、切削工具台１３０ＡをＸ軸方向に加えてＹ軸方向に移動させ、切削工具１３０をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させることができる。

Ｙ軸方向送り機構を、Ｘ軸方向送り機構１５０を介してベッドに搭載し、前記Ｙ軸方向送りテーブルに切削工具台１３０Ａを搭載してもよい。

前記刃物台移動機構（Ｘ軸方向送り機構１５０とＹ軸方向送り機構）と前記主軸移動機構（Ｚ軸方向送り機構１６０）とが協動し、Ｘ軸方向送り機構１５０とＹ軸方向送り機構によるＸ軸方向とＹ軸方向への切削工具台１３０Ａの移動と、Ｚ軸方向送り機構１６０による主軸台１１０Ａ（主軸１１０）のＺ軸方向への移動によって、切削工具台１３０Ａに装着されている切削工具１３０は、ワークＷに対して相対的に任意の加工送り方向に送られる。
主軸１１０の回転、Ｘ軸方向送り機構１５０やＺ軸方向送り機構１６０等の移動は、制御装置１０で制御される。

主軸移動機構と前記刃物台移動機構とから構成される送り手段により、主軸１１０と切削工具台１３０Ａとを相対的に移動させ、切削工具１３０を、ワークＷに対して相対的に任意の加工送り方向に送ることによって、図２に示すように、ワークＷは、前記切削工具１３０により任意の形状に切削加工される。

なお本実施形態においては、主軸台１１０Ａと切削工具台１３０Ａとの両方を移動するように構成しているが、主軸台１１０Ａを工作機械１００のベッド側に移動しないように固定し、刃物台移動機構を、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ように構成してもよい。
この場合、前記送り手段が、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、前記切削工具１３０をワークＷに対して加工送り動作させることができる。

また切削工具台１３０Ａを工作機械１００のベッド側に移動しないように固定し、主軸移動機構を、主軸台１１０ＡをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動させるように構成してもよい。
この場合、前記送り手段が、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、前記切削工具１３０をワークＷに対して加工送り動作させることができる。

また、本実施形態においては、Ｘ軸方向送り機構１５０、Ｙ軸方向送り機構、Ｚ軸方向送り機構１６０は、リニアサーボモータによって駆動されるように構成されているが、従来公知のボールネジとサーボモータとによる駆動等とすることもできる。
本実施形態においては、ワークＷと切削工具１３０とを相対的に回転させる回転手段が、前記ビルトインモータ等の前記主軸モータによって構成され、ワークＷと切削工具１３０との相対回転は、主軸１１０の回転駆動によって行われる。
また、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。
この場合切削工具１３０としてドリル等の回転工具が考えられる。

主軸１１０の回転、Ｚ軸方向送り機構１６０、Ｘ軸方向送り機構１５０、Ｙ軸方向送り機構は、制御装置１０が有する制御部１１を制御手段として、制御部１１によって駆動制御される。
制御部１１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。

各送り機構は、制御部１１の制御により、図３に示すように、主軸１１０又は切削工具台１３０Ａを、１回の往復振動において、所定の前進量だけ前進（往動）移動してから所定の後退量だけ後退（復動）移動し、その差の進行量だけ各移動方向に移動させ、協動してワークＷに対して前記切削工具１３０を前記加工送り方向に送る。

工作機械１００は、Ｚ軸方向送り機構１６０、Ｘ軸方向送り機構１５０、Ｙ軸方向送り機構により、切削工具１３０が前記加工送り方向に沿った往復振動しながら、主軸１回転分、すなわち、主軸位相０度から３６０度まで変化したときの前記進行量の合計を送り量として、加工送り方向に送られることによって、ワークＷの加工を行う。

ワークＷが回転した状態で、主軸台１１０Ａ（主軸１１０）又は切削工具台１３０Ａ（切削工具１３０）が、往復振動しながら移動し、切削工具１３０によって、ワークＷを所定の形状に外形切削加工する場合、ワークＷの周面は、図４に示すように、正弦曲線状に切削される。
なお正弦曲線状の波形の谷を通過する仮想線（１点鎖線）において、主軸位相０度から３６０度まで変化したときの位置の変化量が、前記送り量を示す。
図４に示されるように、ワークＷの１回転当たりの主軸台１１０Ａ（主軸１１０）又は切削工具台１３０Ａの振動数Ｎが、３．５回（振動数Ｎ＝３．５）を例に説明する。

この場合、主軸１１０のｎ回転目（ｎは１以上の整数）とｎ＋１回転目の切削工具１３０により旋削されるワークＷ周面形状の位相が、主軸位相方向（グラフの横軸方向）でずれる。
このためｎ＋１回転目の前記位相の谷の最低点（切削工具１３０によって送り方向に最も切削された点となる点線波形グラフの山の頂点）の位置が、ｎ回転目の前記位相の谷の最低点（実線波形グラフの山の頂点）の位置に対して、主軸位相方向でずれる。

これにより、切削工具１３０の往動時の切削加工部分と、復動時の切削加工部分とが一部重複し、ワークＷ周面のｎ＋１回転目の切削部分に、ｎ回転目に切削済みの部分が含まれ、この部分では、切削中に切削工具１３０が、ワークＷに対して何ら切削を行わずに空削りする所謂、空振り動作が生じる。
切削加工時にワークＷから生じる切屑は、前記空振り動作によって順次分断される。
工作機械１００は、切削工具１３０の切削送り方向に沿った前記往復振動によって切屑を分断しながら、ワークＷの外形切削加工等を円滑に行うことができる。

切削工具１３０の前記往復振動によって切屑を順次分断する場合、ワークＷ周面のｎ＋１回転目の切削部分に、ｎ回転目に切削済みの部分が含まれていればよい。
言い換えると、ワーク周面のｎ＋１回転目における復動時の切削工具１３０の軌跡が、ワーク周面のｎ回転目における切削工具１３０の軌跡まで到達すればよい。
ｎ＋１回転目とｎ回転目のワークＷにおける切削工具１３０により旋削される形状の位相が一致（同位相）とならなければよく、必ずしも１８０度反転させる必要はない。

例えば振動数Ｎは、１．１や１．２５、２．６、３．７５等とすることができる。
ワークＷの１回転で１回より少ない振動（０＜振動数Ｎ＜１．０）を行うように設定することもできる。
この場合、１振動に対して１回転以上主軸１１０が回転する。
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。

工作機械１００において、制御部１１による動作指令は、所定の指令周期で行われる。
主軸台１１０Ａ（主軸１１０）又は切削工具台１３０Ａ（切削工具１３０）の往復振動は、前記指令周期に基づく所定の周波数で動作が可能となる。
例えば、制御部１１によって１秒間に２５０回の指令を送ることが可能な工作機械１００の場合、制御部１１による動作指令は、１÷２５０＝４（ｍｓ）周期（基準周期）で行われる。

前記指令周期は前記基準周期に基づいて定まり、一般的には前記基準周期の整数倍となる。
前記指令周期の値に応じた周波数で往復振動を実行させることが可能となる。
図５に示されるように、例えば、前記基準周期（４（ｍｓ））の４倍の１６（ｍｓ）を指令周期とすると、１６（ｍｓ）毎に往動と復動を実行させることになり、１÷（０．００４×４）＝６２．５（Ｈｚ）で主軸台１１０Ａ（主軸１１０）又は切削工具台１３０Ａ（切削工具１３０）を往復振動させることができる。

その他、１÷（０．００４×５）＝５０（Ｈｚ），１÷（０．００４×６）＝４１．６６６（Ｈｚ），１÷（０．００４×７）＝３５．７１４（Ｈｚ），１÷（０．００４×８）＝３１．２５（Ｈｚ）等の周波数でのみ、主軸台１１０Ａ（主軸１１０）又は切削工具台１３０Ａ（切削工具１３０）を往復振動させることができる。

主軸台１１０Ａ（主軸１１０）又は切削工具台１３０Ａ（切削工具１３０）の往復振動の周波数（振動周波数）ｆ（Ｈｚ）は、上記周波数から選択される値に定まる。
なお制御装置１０（制御部１１）によっては、前記基準周期（４ｍｓ）の整数倍以外の倍数で指令周期を設定することができる。
この場合、この指令周期に応じた周波数を振動周波数とすることができる。

主軸台１１０Ａ（主軸１１０）又は切削工具台１３０Ａ（切削工具１３０）を往復振動させる場合、主軸１１０の回転数をＳ（ｒ／ｍｉｎ）とすると、振動数Ｎは、Ｎ＝ｆ×６０／Ｓと定まる。
図６に示すように、回転数Ｓと振動数Ｎとは、振動周波数ｆを定数として反比例する。
主軸１１０は、振動周波数ｆを高くとるほど、また振動数Ｎを小さくするほど高速回転することができる。

本実施例の工作機械１００では、回転数Ｓと振動数Ｎと振動周波数ｆとをパラメータとし、ユーザによって、３つのパラメータうちの回転数Ｓと振動数Ｎの２つを、数値設定部１２等を介して制御部１１に設定することができるように構成されている。
回転数Ｓ又は振動数Ｎの制御部１１への設定は、回転数Ｓ又は振動数Ｎの値を、制御部１１にパラメータ値として入力することができる他、例えば回転数Ｓや振動数Ｎの値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Ｎを引数として設定したりすることができる。

特に振動数Ｎを加工プログラムのプログラムブロックにおいて引数として設定することができるように、設定手段を構成すると、一般的に加工プログラム上に記載される主軸１１０の回転数Ｓと、プログラムブロックでの引数として記載される振動数Ｎとによって、加工プログラムから容易に回転数Ｓと振動数Ｎとをユーザが設定することができる。
なお、前記設定手段による設定は、プログラムによるものでもよいし、ユーザが数値設定部１２を介して設定するものでもよい。

制御部１１は、設定された回転数Ｓと振動数Ｎとに基づき、この回転数Ｓで主軸１１０を回転させ、この振動数Ｎで切削工具１３０が前記加工送り方向に沿って往復振動しながら加工送り方向に送られるように、主軸台１１０Ａまたは切削工具台１３０Ａを往復振動しながら移動させるように制御する。

ただし回転数Ｓと振動数Ｎは前述のように振動周波数ｆに起因して定まるため、制御部１１は、設定された回転数Ｓと振動数Ｎとを振動周波数ｆに基づいて補正する補正手段を備える。
補正手段は、振動周波数ｆを、Ｎ＝６０ｆ／Ｓに基づいて、設定された振動数Ｎと回転数Ｓから算出される値に近い値を持つものに設定し、設定された振動周波数ｆによって、振動数Ｎと回転数Ｓとをそれぞれ設定された値に近い値に補正するように構成することができる。

例えば、ユーザによって、Ｓ＝３０００（ｒ／ｍｉｎ）、Ｎ＝１．５と設定されたとする。
この場合、Ｓ＝３０００（ｒ／ｍｉｎ）、Ｎ＝１．５から振動周波数の値が７５（Ｈｚ）となるため、補正手段は、例えば、振動周波数ｆ＝６２．５（Ｈｚ）に設定する。
補正手段は、設定された振動周波数（６２．５Ｈｚ）に基づき、例えば、回転数Ｓ（３０００（ｒ／ｍｉｎ））を維持して振動数Ｎ＝１．２５と補正したり、振動数Ｎ（１．５）を維持して回転数Ｓ＝２５００（ｒ／ｍｉｎ）と補正したりする。
また振動周波数ｆ＝５０（Ｈｚ）に設定し、回転数Ｓ＝２４００（ｒ／ｍｉｎ）、振動数Ｎ＝１．２５と両方を補正することもできる。

この際、加工条件等に応じて、回転数Ｓや振動数Ｎのいずれかを優先して補正したり、両方を補正したりして、補正条件を変更することもできる。
なお前記設定手段によって使用する振動周波数ｆを予めユーザ側において設定し、設定された振動周波数ｆに応じて、振動数Ｎや回転数Ｓを補正するように構成することもできる。

また、３つのパラメータうち振動数Ｎや回転数Ｓを、数値設定部１２等を介して制御部１１に設定するように構成したが、例えば、予め振動数Ｎを所定の値に固定して、入力不要にしておき、３つのパラメータうち１つとして回転数Ｓのみをユーザが設定して、この回転数Ｓと振動数Ｎとに応じて振動周波数ｆを設定し、回転数Ｓ又は振動数Ｎを補正するようにしてもよい。
なお、３つのパラメータうち１つとして回転数Ｓのみをユーザが設定する場合、制御部１１を、設定された回転数Ｓに対して各振動周波数に対応する振動数を各振動周波数毎に算出し、設定された回転数Ｓを補正することなく、切削工具１３０の前記往復振動によって切屑が分断されるような振動数Ｎを設定するように構成することもできる。
この場合、制御部１１は、ユーザによって設定された回転数Ｓに対して、制御部１１が設定した振動数Ｎとなる振動周波数ｆで、切削工具１３０の前記往復振動を実行する。ただし、ユーザによって設定された回転数Ｓや動作可能な振動周波数によって、前記のように切屑が分断されるような振動数Ｎの設定が困難な場合は、制御部１１によって、前記往復振動の振幅を、切屑が分断されるような値に調節設定するように構成することもできる。

図７に示すように、制御装置１０には、ワークＷを回転させる主軸であると仮想的にみなす仮想主軸１３が、ソフトウエア的に構築して制御部１１に設けられている。
制御部１１は、前記補正手段として機能する際、予め定められた設定に応じて、主軸１１０に代えて、仮想主軸１３の回転数、仮想主軸１３の１回転当たりの往復振動の振動数を補正するように構成されている。
例えば、主軸１１０の回転数Ｓの値を加工プログラムに記載して設定し、振動数Ｎの値を、プログラムブロックにおいて引数として設定することによって、回転数Ｓ又は振動数Ｎを制御部１１に対して設定することができる場合、仮想主軸１３に対する回転数の設定であることを制御部１１に明示的に指令する加工プログラムに記載可能な仮想主軸回転開始コードを設けることができる。

仮想主軸回転開始コードを加工プログラム内に記載することによって、制御部１１が、加工プログラムに記載される回転数の値が仮想主軸１３に対する回転数であるとみなし、仮想主軸１３の回転数又は仮想主軸１３の１回転当たりの往復振動の振動数を補正する補正手段として機能するように設定することができる。
つまり制御部１１は、仮想主軸回転開始コードの読み込みによって、前記設定手段により設定される回転数を仮想主軸１３に対する回転数とみなし、ユーザが設定した仮想主軸１３の回転数又は仮想主軸１３の１回転当たりの往復振動の振動数に応じて、該振動数を補正して設定し、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、切削工具１３０をワークＷに対して往復振動を伴いながら加工送り動作させる。

上記のように主軸１１０に代えて仮想主軸１３を対象として切削工具１３０をワークＷに対して往復振動を伴いながら加工送り動作させることにより、例えば主軸１１０が回転停止した状態であっても、切削工具１３０をワークＷに対して往復振動を伴いながら加工送り動作させることが可能となる。

工作機械１００には、例えば、加工プログラムによる直接制御の範囲外にある外部スピンドル２０と、外部スピンドル２０に接続されて外部スピンドル２０の回転数を制御する外部スピンドルドライブユニット３０とを用いることができる。
工作機械１００の構成に含まれている主軸１１０に割り当てられた主軸番号、例えばＳ１以外の主軸番号、例えばＳ１０１を前記仮想主軸１３の主軸番号として割り当てることによって、仮想主軸１３に対して所定の回転数を設定することができる。
例えば図８に示すように、Ｓ１０１＝３９７０として、仮想主軸１３の回転数の値として、３９７０（ｒ／ｍｉｎ）を設定することができる。
また前記仮想主軸回転開始コードを、例えばＭ４０３とすると、仮想主軸回転開始コードＭ４０３を仮想主軸１３の回転数を設定するプログラムブロックに記載することで、制御部１１は、仮想主軸１３に設定された回転数と、設定手段によって設定される振動数Ｎとに基づいて、振動周波数ｆを設定し、設定された振動周波数ｆによって、振動数Ｎと回転数とをそれぞれ設定された値に近い値に補正することができる。

振動数の設定は、切削工具１３０を前記加工送り方向に沿って往復振動しながら加工送り方向に送る振動切削加工の開始（振動開始）を、加工プログラムにおいてＧ△△△ Ｐ１の命令で指令するように制御部１１を構成する場合、Ｇ△△△の命令に、Ｄに続く値（引数Ｄ）で制御部１１に対して設定される振動数Ｎを指定させることができる。

これによって、制御部１１は、補正された回転数と振動数Ｎとに基づき、この回転数で仮想主軸１３に対して回転を指示するとともに、この振動数Ｎで切削工具１３０が前記加工送り方向に沿って往復振動しながら加工送り方向に送られるように、主軸台１１０Ａまたは切削工具台１３０Ａを往復振動させながら移動させるように制御することができる。
ただし、仮想主軸１３はソフトウエア的に構成されたものであり、制御部１１が、ソフトウエア的に仮想主軸１３が設定された回転数で回転しているものとみなすため、物理的な主軸１１０の回転は必要ない。

このため、ユーザによる操作や、加工プログラムによる指令等で外部スピンドルドライブユニット３０を介して、制御部１１によって補正された回転数で外部スピンドル２０を回転させることによって、主軸１１０が停止した状態であっても、外部スピンドル２０によって前記振動切削加工を行うことができる。
また、主軸１１０を回転させずに補正・設定後の条件で振動手段による振動をさせた状態で、外部スピンドル２０に取付けられたドリル２１で切屑を分断させながらワークＷに対して丸穴などの穴開け加工を実行することができる。

なお、Ｇ△△△の命令にＱに続く値（引数Ｑ）で制御部１１に対して、振幅送り比率を設定することもできる。
振幅送り比率とは、主軸位相０度から３６０度まで変化したときの送り量と振動手段による往復振動の振幅との比率であって、前記振幅を前記送り量で割った値をいう。

振幅送り比率「２．０」を設定する場合はＧ△△△に続けて「Ｑ２．０」と記載し、振動数を「０．５」と設定する場合はＧ△△△に続けて「Ｄ０．５」と加工プログラムに記載することによって、制御部１１に対して振動数Ｎと振幅送り比率を設定することができる。

図８の例では、振動切削加工の終了（振動停止）を、加工プログラムにおいてＧ△△△ Ｐ０の命令で指令するように制御部１１が構成されている。
また、仮想主軸回転停止コードを、例えばＭ４０５とすると、仮想主軸回転停止コードＭ４０５を加工プログラムに記載することで、制御部１１は、仮想主軸回転停止コードを読み込み、ソフトウエア的に回転しているものとみなされた仮想主軸１３の回転が停止したとみなす。

例えば、図９および図１０に示すように、切削工具台１３０Ａに、切削工具の一例としてブローチ加工用のブローチ１３０Ｂを装着し、主軸１１０を回転させずに、ブローチ１３０Ｂを送り方向に沿って振動させながら送ることによって、ワークＷに対してブローチ加工を実行することができる。
このように、主軸１１０を回転停止させた状態で工具を送り方向に振動させてワークＷの加工を実行することができる。

このようにして得られた本発明の実施例である工作機械１００の制御装置１０は、ワークＷ又は切削工具１３０の一方であるワークＷを回転させる主軸１１０であると仮想的にみなす仮想主軸１３をソフトウエア的に構築して設け、仮想主軸１３の回転数と、仮想主軸１３の１回転当たりの往復振動の振動数Ｎと、制御部１１による動作指令が可能な周期に起因する振動周波数ｆとをパラメータとし、少なくとも１つのパラメータとして例えば仮想主軸１３の回転数の値を設定する設定手段と、未設定のパラメータとして例えば前記振動数Ｎおよび前記振動周波数ｆを所定の値に定め、前記振動周波数ｆの値に基づいて、設定手段によって設定されたパラメータとして例えば仮想主軸１３の回転数および前記振動数Ｎの値を補正する補正手段とを設けたことにより、主軸１１０を回転させずに前記往復振動させて振動切削を実行することができる。

以上の実施例においては、振動手段によって、移動方向に沿った往復振動として、所定の前進量だけ前進（往動）移動してから所定の後退量だけ後退（復動）移動する場合について説明したが、往復振動として、所定の第１速度での相対移動として前記往動移動と、前記第１速度より遅い第２速度での相対移動として前記復動移動に代えて加工送り方向への速度ゼロで停止とを繰り返す振動とすることもできる。

また第２速度での相対移動として前記復動に代えて加工送り方向において第１速度での前記往動移動方向と同じ方向へ第１速度より遅い速度での移動とを繰り返してもよい。上記いずれの場合も、ワークＷから生じる切屑の幅が狭くなる箇所で、切粉が折れるように分断されやすくなる。

１００ ・・・ 工作機械
１１０ ・・・ 主軸
１１０Ａ・・・ 主軸台
１２０ ・・・ チャック
１３０ ・・・ 切削工具
１３０Ａ・・・ 切削工具台
１３０Ｂ・・・ ブローチ
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
１０ ・・・ 制御装置
１１ ・・・ 制御部
２０ ・・・ 外部スピンドル
２１ ・・・ ドリル
３０ ・・・ 外部スピンドルドライブユニット
Ｗ ・・・ ワーク

Claims (11)

1. 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、前記切削工具とワークとを所定の加工送り方向に送り動作させる送り手段と、前記切削工具とワークとを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、
   前記ワークに対する前記切削工具の往復振動を伴う送り動作によって、前記工作機械に前記ワークの加工を実行させる制御手段を有する工作機械の制御装置であって、
   前記ワーク又は前記切削工具を回転させる主軸としてみなす仮想主軸を前記制御手段に設け、
   前記制御手段が、動作指令が可能な周期に起因する振動周波数に応じて、前記仮想主軸の回転数と、前記仮想主軸の１回転当たりの前記往復振動の振動数とを定める工作機械の制御装置。
2. 前記振動手段を、前記加工送り方向に沿って、前記切削工具とワークとを相対的に往復振動させる構成とした請求項１に記載の工作機械の制御装置。
3. 前記仮想主軸の回転数と、前記仮想主軸の１回転当たりの前記往復振動の振動数と、前記振動周波数とをパラメータとし、少なくとも１つのパラメータの値を前記制御手段に対して設定する設定手段と、
   未設定のパラメータを所定の値に定め、該パラメータの値に基づいて、前記設定手段によって設定されたパラメータの値を補正する補正手段とを設けた請求項１または請求項２に記載の工作機械の制御装置。
4. 前記主軸が、前記ワークを保持して回転させる構成である請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の工作機械の制御装置。
5. 前記主軸が、前記切削工具を保持して回転させる構成である請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の工作機械の制御装置。
6. 前記制御手段が、前記主軸をプログラムにより制御するように設けられ、前記仮想主軸の回転開始指令を示す専用パラメータが、前記プログラムにおいて前記仮想主軸の回転数の値の後に付加されている請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の工作機械の制御装置。
7. 前記制御手段が、前記主軸をプログラムにより制御するように設けられ、
   前記制御手段が、前記プログラムによる直接制御の範囲外にある外部スピンドルと接続されて外部スピンドルの回転数を制御する外部スピンドルドライブユニットへ前記プログラムで回転開始または回転停止の指令を送り前記外部スピンドルドライブユニットを介して回転開始および回転停止の制御を実行する請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の工作機械の制御装置。
8. 前記回転手段および振動手段を制御する制御手段が、前記主軸をプログラムにより制御するように設けられ、
   前記制御手段が、前記仮想主軸に対して前記プログラム上で設定された回転数に基づいて前記振動手段の振動周波数を設定し、前記主軸を回転停止させた状態で前記振動手段を振動させて前記ワークの加工を実行する請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の工作機械の制御装置。
9. 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、前記切削工具とワークとを所定の加工送り方向に送り動作させる送り手段と、前記切削工具とワークとを相対的に往復振動させる振動手段と、前記ワークに対する前記切削工具の往復振動を伴う送り動作によって、前記ワークの切削加工を実行する制御手段を有する制御装置とを備えた工作機械であって、
   前記ワーク又は前記切削工具を回転させる主軸としてみなす仮想主軸を前記制御手段に設け、
   前記制御手段が、前記制御手段の動作指令が可能な周期に起因する振動周波数に応じて、前記仮想主軸の回転数と、前記仮想主軸の１回転当たりの前記往復振動の振動数とを定める工作機械。
10. 前記振動手段を、前記加工送り方向に沿って、前記切削工具とワークとを相対的に往復振動させる構成とした請求項９に記載の工作機械。
11. 前記仮想主軸の回転数と、前記仮想主軸の１回転当たりの前記往復振動の振動数と、前記振動周波数とをパラメータとし、少なくとも１つのパラメータの値を前記制御手段に対して設定する設定手段と、
    未設定のパラメータを所定の値に定め、該パラメータの値に基づいて、前記設定手段によって設定されたパラメータの値を補正する補正手段とを設けた請求項９または請求項１０に記載の工作機械。