JPWO2017051745A1 - 工作機械の制御装置及びこの制御装置を備えた工作機械 - Google Patents
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Abstract
Description
この工作機械の制御装置は、切削工具とワークとの相対的な回転と、ワークに対する切削工具の往復振動を伴う送り動作とによって、工作機械にワークの加工を実行させる。
このため、切削工具とワーク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、前記相対的な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。
さらに、切削工具を往復振動させて切削加工を行うことに起因して発生するワーク加工面の筋状の模様線により、ワーク加工面の外観が低下する場合があるという問題がある。
更に、制御手段によって定められた回転数または振動数は、調整手段により、例えば、ユーザによる調整が可能となり、調整手段による調節可能な範囲において、回転数または振動数を調整して、ワーク加工面の外観を向上させることが可能となる。
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。
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。
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。
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Cで制御される。
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。
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。
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Cが有する制御部C1を制御手段として、制御部C1によって駆動制御される。
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。
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。
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。
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。
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。
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C1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C1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。
なお、制御装置C(制御部C1)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。
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。
回転数S又は振動数Nの制御部C1への設定は、回転数S又は振動数Nの値を、制御部C1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。
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C2を介して設定するものでもよい。
加工プログラム等を介して設定入力される周速とワーク径とに基づき回転数Sを算出するように、前記設定手段を構成することで、ワークWの材質や切削工具130の種類や形状、材質等に応じて定められる周速に応じて、ユーザが意識することなく容易に回転数Sを設定することができる。
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。
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。
これにより、ユーザが意図した回転数Sおよび振動数Nに比較的近い条件でワークWの加工を行うことができる。
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。
このためには、振動周波数fをできる限り高くする必要があるが、安定制御等の観点から必要以上に高く設定することは容易ではない。
このため振動数Nをできる限り小さくすることで、回転数Sを可能な限り大きくすることが可能となる。
1振動当たりの主軸110の回転数が1回以上に設定され、振動数Nが0より大きい1未満の数に設定されることによって、主軸110を高速回転させることが可能となる。
ただし、分断される切屑の長さは比較的長くなるため、振動数Nは、前記加工に悪影響が出ない程度に設定する必要がある。
この場合、制御部C1は、ユーザによって設定された回転数Sに対して、制御部C1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C1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。
そこで、本実施例では、制御部C1は、前記補正手段による補正後に主軸110の回転数Sを調整する調整手段を備えている。
本実施例における前記調整手段は、補正手段による補正によって定まる振動周波数fを変更することなく、予め制御部C1に対して設定される調整値に応じて、主軸110の回転数Sを調整するように構成されている。
前記調整値の制御部C1への設定は、上述した回転数S、振動数N、振動周波数fの設定と同様、前記調整値を、制御部C1にパラメータ値として入力することができる他、例えば前記調整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において前記調整値を引数として設定したりすることができる。
特に前記調整値を、振動数Nと同様に、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及び調整値とによって、加工プログラムから容易に回転数Sと振動数Nと調整値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C2を介して設定するものでもよい。
なお、調整手段による回転数Sの調整は、前記補正手段による補正後のタイミングであればよく、前記補正手段によって振動数Nのみが補正されている場合、回転数Sのみが補正されている場合、および振動数Nと回転数Sの両方が補正されている場合のいずれであってもよい。
前記調整の程度は、補正手段による補正量より小さければよく、必ずしも調整値の絶対値が1未満である必要はない。
本実施例では、調整手段が、前記補正手段による補正後に主軸110の回転数Sを調整する構成としたが、前記補正手段による補正後に前記振動数Nを調整する構成としてもよい。
この場合、前記設定手段により前記振動数Nを調整するための調整値が設定され、この調整値を引数で前記調整手段に渡せるように構成される。
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。
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 (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を備えた工作機械に設けられ、
前記切削工具とワークとの相対的な回転と、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制御手段を有する工作機械の制御装置において、
前記制御手段を、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相対的な回転の回転数と、前記相対的な回転の1回転当たりの前記往復振動の振動数とを定めるように構成し、前記制御手段によって定められた前記回転数または前記振動数を調整する調整手段を設けた工作機械の制御装置。 - 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。
- 前記振動手段を、往動時の切削加工部分と、復動時の切削加工部分とが重複するように、前記切削工具とワークとを相対的に往復振動させる構成とした請求項1または請求項2に記載の工作機械の制御装置。
- 前記制御手段が、前記相対的な回転の回転数と前記往復振動の振動数と前記振動周波数とをそれぞれパラメータとし、該パラメータの少なくとも1つの値を前記制御手段に対して設定する設定手段と、
前記パラメータのうち未設定の値を所定の値に設定し、該設定した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、
前記調整手段が、前記補正手段による補正後の前記相対的な回転の回転数または前記振動数を調整している請求項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。 - 前記相対的な回転の回転数または前記振動数を調整するための調整値が前記設定手段により設定され、前記調整手段を、前記調整値に基づいて前記調整させる構成とした請求項4に記載の工作機械の制御装置。
- 前記補正手段が、前記振動周波数に基づいた定数で、前記回転数と前記振動数とが反比例するように、前記パラメータのうち未設定の値を所定の値に定めるとともに、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ように構成された請求項4または請求項5に記載の工作機械の制御装置。
- 前記設定手段により設定されるパラメータを前記回転数とし、
前記補正手段が、前記振動数を予め定められた複数の所定の値に定め、前記振動周波数を、前記制御装置が固有に備える所定の値に定め、前記設定手段によって設定された前記回転数の値を、各振動数の値と定められた振動周波数とに基づき補正するように構成された請求項4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。 - 前記設定手段により設定されるパラメータを、前記回転数と前記振動数とし、
前記補正手段が、設定された前記回転数と前記振動数を、前記振動周波数に基づいて定まる前記回転数と前記振動数の値に補正するように構成された請求項4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。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか1つに記載の制御装置を備えた工作機械。
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