KR102343458B1 - 공작기계의 제어장치 및 이 제어장치를 구비한 공작기계 - Google Patents

공작기계의 제어장치 및 이 제어장치를 구비한 공작기계 Download PDF

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Abstract

유저의 설정한 조건에 근거하여, 절삭공구를 가공 이송방향을 따른 왕복 진동을 시키면서 가공 이송방향으로 이송시키고, 절삭 칩을 분단하면서, 워크의 절삭 가공을 원활히 행할 수 있는 공작기계와 그 제어장치를 제공하는 것. 워크(W)의 가공을 실행할 때의 상대 회전의 회전수와, 상대 회전의 1회전당의 왕복 진동의 진동수와, 제어장치(C)에 의한 동작 지령이 가능한 주기에 기인하는 진동 주파수를 파라미터로 하고, 2개의 파라미터의 값을 설정하는 설정수단(C1, C2)과 2개의 파라미터로 설정된 값에 근거하여 미설정의 하나의 파라미터의 값을 소정의 값으로 정하고, 설정된 2개의 파라미터의 값을, 미설정의 하나의 파라미터에 정해진 값에 근거하여, 소정의 값으로 보정하는 보정수단(C1)을 마련한 공작기계(100)와 그 제어장치(C).

Description

공작기계의 제어장치 및 이 제어장치를 구비한 공작기계{CONTROL DEVICE FOR MACHINE TOOL, AND MACHINE TOOL PROVIDED WITH SAID CONTROL DEVICE}
본 발명은, 절삭 가공시의 절삭 칩을 순차 분단하면서 워크의 가공을 행하는 공작기계의 제어장치 및 이 제어장치를 구비한 공작기계에 관한 것이다.
종래, 워크를 유지하는 워크 유지수단과, 상기 워크를 절삭 가공하는 절삭공구를 유지하는 칼날대와, 상기 워크 유지수단과 상기 칼날대와의 상대 이동에 의해서, 상기 워크에 대해서 상기 절삭공구를 소정의 가공 이송방향으로 이송 동작시키는 이송수단과, 상기 절삭공구가 상기 가공 이송방향을 따라서 왕복 진동하면서 가공 이송방향으로 이송되도록, 상기 워크 유지수단과 상기 칼날대를 상대적으로 진동시키는 진동수단과, 상기 워크와 상기 절삭공구를 상대적으로 회전시키는 회전수단을 구비한 공작기계가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
이 공작기계의 제어장치는, 상기 회전수단과, 상기 이송수단과, 상기 진동수단을 구동 제어하고, 상기 워크와 상기 절삭공구와의 상대 회전과, 상기 워크에 대한 상기 절삭공구의 상기 가공 이송방향으로의 상기 왕복 진동을 수반하는 이송 동작에 의해서 상기 공작기계에, 상기 워크의 가공을 실행시킨다.
일본특허공보 5033929호(단락 0049 참조)
종래의 공작기계에 있어서, 제어장치에 의한 동작 지령은, 소정의 주기로밖에 행할 수 없다.
이 때문에 상기 워크 유지수단과 상기 칼날대를 상대적으로 진동시키는 진동 주파수는, 상기 제어장치에 의한 동작 지령이 가능한 주기에 기인하는 한정된 값이 된다.
그러나 종래의 공작기계는, 상기 진동 주파수가 고려되지 않기 때문에, 유저가 희망하는 상기 상대 회전의 회전수와 워크 1회전당의 워크에 대한 절삭공구의 진동수의 조건으로 상기 왕복 진동시킬 수 없는 경우가 있다는 문제가 있었다.
여기서, 본 발명은, 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제를 해결하는 것으로서, 즉, 본 발명의 목적은, 유저의 설정한 조건에 근거하여, 절삭공구를 가공 이송방향을 따른 왕복 진동을 시키면서 가공 이송방향으로 이송시키고, 절삭 칩을 분단하면서, 워크의 절삭 가공을 원활히 행할 수 있는 공작기계의 제어장치 및 이 제어장치를 구비한 공작기계를 제공하는 것이다.
본 청구항 1에 관한 공작기계의 제어장치는, 워크를 절삭 가공하는 절삭공구와, 그 절삭공구와 워크를 상대적으로 회전시키는 회전수단과, 상기 절삭공구와 워크를 소정의 가공 이송방향으로 이송 동작시키는 이송 수단과, 상기 절삭공구와 워크를 상대적으로 왕복 진동시키는 진동수단을 구비한 공작기계에 마련되고, 상기 절삭공구와 워크와의 상대적인 회전과, 상기 워크에 대한 상기 절삭공구의 상기 왕복 진동을 수반하는 이송 동작에 의해서, 상기 공작기계에 워크의 가공을 실행시키는 제어부를 가지고 있는 공작기계의 제어장치에 있어서, 상기 워크의 가공을 실행할 때의 상기 상대적인 회전의 회전수와, 상기 상대적인 회전의 1회전당의 상기 왕복 진동의 진동수와, 상기 제어장치에 의한 동작 지령이 가능한 주기에 기인하는 진동 주파수를 파라미터로 하고, 2개의 파라미터의 값을 상기 제어부에 대해서 설정하는 설정수단과, 상기 2개의 파라미터로 설정된 값에 근거하여 미설정의 하나의 파라미터의 값을 소정의 값으로 정하고, 설정된 2개의 파라미터의 값을, 상기 미설정의 하나의 파라미터에 정해진 값에 근거하여, 소정의 값으로 보정하는 보정수단을 마련한 것에 의해, 상술한 과제를 해결하는 것이다.
본 청구항 2에 관한 공작기계의 제어장치는, 청구항 1에 기재된 공작기계의 제어장치의 구성에 더하여, 상기 진동수단을, 상기 가공 이송방향을 따라, 상기 절삭공구와 워크를 상대적으로 왕복 진동시키는 구성으로 한 것에 의해, 상술한 과제를 더 해결하는 것이다.
본 청구항 3에 관한 공작기계의 제어장치는, 청구항 2에 기재된 공작기계의 제어장치의 구성에 더하여, 상기 진동수단을, 왕동(往動)시의 절삭 가공 부분과, 복동(復動)시의 절삭 가공 부분이 중복되도록, 상기 절삭공구와 워크를 상대적으로 왕복 진동시키는 구성으로 한 것에 의해, 상술한 과제를 더 해결하는 것이다.
본 청구항 4에 관한 공작기계의 제어장치는, 청구항 1에 기재된 공작기계의 제어장치의 구성에 더하여, 상기 보정수단이, 상기 진동 주파수에 근거한 상수에서, 상기 회전수와 상기 진동수가 반비례하도록, 미설정의 파라미터를 소정의 값으로 정함과 함께, 설정된 파라미터의 값을 보정하도록 구성된 것에 의해, 상술한 과제를 더 해결하는 것이다.
본 청구항 5에 관한 공작기계의 제어장치는, 청구항 4에 기재된 공작기계의 제어장치의 구성에 더하여, 상기 설정수단에 의해 설정되는 파라미터를, 상기 회전수와 상기 진동수로 하고, 상기 보정수단이, 진동 주파수를, 설정된 상기 회전수와 상기 진동수에 따라 산출되는 값에 근거하여 정하고, 정해진 진동 주파수에 근거하여, 설정된 상기 회전수 또는 상기 진동수를 소정의 값으로 보정하도록 구성된 것에 의해, 상술한 과제를 더 해결하는 것이다.
본 청구항 6에 관한 공작기계의 제어장치는, 청구항 5에 기재된 공작기계의 제어장치의 구성에 더하여, 상기 보정수단이, 상기 진동수에 대한 허용치를 설정하도록 구성되고, 상기 설정된 회전수와 상기 정해진 진동 주파수로부터 상기 진동수를 산출하고, 산출된 상기 진동수를 상기 허용치의 범위 내의 값으로 보정하고, 당해(當該) 값으로, 설정된 상기 진동수를 보정하도록 구성된 것에 의해, 상술한 과제를 더 해결하는 것이다.
본 청구항 7에 관한 공작기계의 제어장치는, 청구항 5에 기재된 공작기계의 제어장치의 구성에 더하여, 상기 보정수단이, 설정된 상기 회전수와 정해진 상기 진동 주파수로부터 상기 진동수를 산출하고, 산출된 상기 진동수의 값에 가장 가까운 정수에 0.5를 가산한 값으로, 설정된 상기 진동수를 보정하고, 설정된 상기 회전수를, 상기 보정한 진동수와 정해진 상기 진동 주파수로부터 산출한 값으로 보정하도록 구성된 것에 의해, 상술한 과제를 더 해결하는 것이다.
본 청구항 8에 관한 공작기계의 제어장치는, 청구항 1에 기재된 공작기계의 제어장치의 구성에 더하여, 상기 워크에 대한 상기 절삭공구의 왕복 진동에 있어서의 왕동시의 이동 속도를 복동시의 이동 속도와 비교하여 느리게 설정하는 속도 제어수단을 마련한 것에 의해, 상술한 과제를 더 해결하는 것이다.
본 청구항 9에 관한 공작기계의 제어장치는, 청구항 1에 기재된 공작기계의 제어장치의 구성에 더하여, 상기 왕복 진동의 진폭을, 상기 워크의 가공이 가능해지는 소정 진동 진폭으로 미리 설정하고, 상기 소정 진동 진폭보다 작은 진폭으로부터, 순차 진폭을 확대하여 상기 소정 진동 진폭에 도달하도록, 상기 왕복 진동을 제어하는 진폭 제어수단을 마련하고, 상기 진폭 제어수단이, 절삭 개시로부터 상기 소정 진동 진폭에 도달하기까지의 시간에 근거하는 시간 변수를 최저로 하는 소정의 멱수의 멱승을, 상기 소정 진동 진폭에 근거하는 진폭의 축척 비율로 하는 함수에 근거하여 상기 진폭을 설정하도록 구성된 것에 의해, 상술한 과제를 더 해결하는 것이다.
본 청구항 10에 관한 공작기계는, 청구항 1에 기재된 제어장치를 구비한 것에 의해서, 상술한 과제를 해결하는 것이다.
본 청구항 11에 관한 공작기계는, 청구항 10에 기재된 공작기계의 구성에 더하여, 상기 워크를 유지하는 주축을 축선 방향으로 이동시키는 주축 이동기구와, 상기 절삭공구를 유지하는 칼날대를 주축에 대해서 이동시키는 칼날대 이동기구를 구비하고, 상기 이송수단이, 상기 주축 이동기구와 상기 칼날대 이동기구로 구성되고, 상기 주축 이동기구와 상기 칼날대 이동기구의 협동에 의해서, 상기 절삭공구를 상기 워크에 대해서 가공 이송 동작시키는 것에 의해, 상술한 과제를 더 해결하는 것이다.
본 청구항 12에 관한 공작기계는, 청구항 10에 기재된 공작기계의 구성에 더하여, 상기 워크를 유지하는 주축이 공작기계측에 고정적으로 마련되고, 상기 절삭공구를 유지하는 칼날대를 복수 방향으로 이동시키는 칼날대 이동기구를 구비하고, 상기 이송수단이, 상기 칼날대 이동기구로 구성되고, 가공 이송방향으로 위치결정되는 주축에 대해서, 상기 칼날대를 가공 이송방향으로 이동시키는 것에 의해서, 상기 절삭공구를 상기 워크에 대해서 가공 이송 동작시키는 것에 의해, 상술한 과제를 더 해결하는 것이다.
본 청구항 13에 관한 공작기계는, 청구항 10에 기재된 공작기계의 구성에 더하여, 상기 절삭공구를 유지하는 칼날대가 공작기계측에 고정적으로 마련되고, 상기 워크를 유지하는 주축을 복수 방향으로 이동시키는 주축 이동기구를 구비하고, 상기 이송수단이, 상기 주축 이동기구로 구성되고, 가공 이송방향으로 위치결정되는 상기 칼날대에 대해서, 상기 주축을 가공 이송방향으로 이동시키는 것에 의해서, 상기 절삭공구를 상기 워크에 대해서 가공 이송 동작시키는 것에 의해, 상술한 과제를 더 해결하는 것이다.
본 발명의 공작기계의 제어장치는, 설정수단에 의해서 설정된 파라미터의 값을, 보정수단에 의해서 이 파라미터의 값의 근사치로 보정하고, 워크의 가공을 실행시킬 수 있고, 이것에 의해서, 설정수단에 의해 설정된 조건에 비교적 가까운 조건으로, 공작기계에, 절삭 칩을 분단하면서, 워크의 절삭 가공을 원활히 행하게 할 수 있다.
이것에 의해 유저가 의도한 파라미터의 값에 비교적 가까운 조건으로 워크의 가공을 실행할 수 있다.
본 발명의 공작기계의 제어장치는, 워크에 대한 상기 절삭공구의 왕복 진동에 있어서의 왕동시의 이동 속도를 복동시의 이동 속도와 비교하여 느리게 설정하는 속도 제어수단을 마련한 것에 의해, 왕동시의 이동 속도와 복동시의 이동 속도가 동일한 경우와 비교하여, 왕동시의 이동 속도가 느려져 워크에 절입하여 삭제할 때의 절삭공구의 부하나 충격 억제할 수 있고, 절삭공구의 수명의 단축 등을 방지할 수 있다.
본 발명의 공작기계의 제어장치는, 왕복 진동의 진폭을, 워크의 가공이 가능해지는 소정 진동 진폭으로 미리 설정하고, 소정 진동 진폭보다 작은 진폭으로부터, 순차 진폭을 확대하여 소정 진동 진폭에 도달하도록, 왕복 진동을 제어하는 진폭 제어수단을 마련하고, 진폭 제어수단이, 절삭 개시로부터 소정 진동 진폭에 도달하기까지의 시간에 근거하는 시간 변수를 최저로 하는 소정의 멱수(冪數)의 멱승(冪乘)을, 소정 진동 진폭에 근거하는 진폭의 축척 비율로 하는 함수에 근거하여 진폭을 설정하는 것으로써, 절삭공구의 왕복 진동의 진폭을 서서히 크게 하는 제어 프로그램이 1개의 파라미터 k에 의한 식: y = xk이 되기 때문에, 제어 프로그램을 단순화할 수 있다.
또한, 본 발명의 공작기계는, 상기 공작기계의 제어장치에 의해서, 절삭 칩을 분단하면서, 워크의 절삭 가공을 원활히 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 공작기계의 개략을 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 절삭공구와 워크와의 관계를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예의 절삭공구의 왕복 진동 및 위치를 나타내는 도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예의 주축 n 회전째, n+1 회전째, n+2 회전째의 관계를 나타내는 도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예의 지령 주기와 진동 주파수와의 관계를 나타내는 도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예의 진동수와 회전수와 진동 주파수와의 관계를 나타내는 도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예의 제어부가 인수를 판단하는 플로우차트를 나타내는 도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예의 절삭공구의 왕복 진동 및 위치를 나타내는 도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예의 주축 n 회전째, n+1 회전째, n+2 회전째의 관계를 나타내는 도이다.
도 10a는 본 발명의 제3 실시예의 식: y = xk으로 정하는 축척 비율을 나타내는 도이다.
도 10b는 본 발명의 제3 실시예의 식: y = xk으로 정하는 축척 비율을 나타내는 도이다.
도 10c는 본 발명의 제3 실시예의 식: y = xk으로 정하는 축척 비율을 나타내는 도이다.
본 발명은, 워크를 절삭 가공하는 절삭공구와, 이 절삭공구와 워크를 상대적으로 회전시키는 회전수단과, 절삭공구와 워크를 소정의 가공 이송방향으로 이송 동작시키는 이송수단과, 절삭공구와 워크를 상대적으로 왕복 진동시키는 진동수단을 구비한 공작기계에 마련되고, 절삭공구와 워크와의 상대적인 회전과, 워크에 대한 절삭공구의 왕복 진동을 수반하는 이송 동작에 의해서, 공작기계에 워크의 가공을 실행시키는 제어부를 가지고 있는 공작기계의 제어장치에 있어서, 워크의 가공을 실행할 때의 상대적인 회전의 회전수와, 상대적인 회전의 1회전당의 왕복 진동의 진동수와, 제어장치에 의한 동작 지령이 가능한 주기에 기인하는 진동 주파수를 파라미터로 하고, 2개의 파라미터의 값을 제어부에 대해서 설정하는 설정수단과, 2개의 파라미터로 설정된 값에 근거하여 미설정의 하나의 파라미터의 값을 소정의 값으로 정하고, 설정된 2개의 파라미터의 값을, 미설정의 하나의 파라미터에 정해진 값에 근거하여, 소정의 값으로 보정하는 보정수단을 마련한 것에 의해, 설정수단에 의해서 설정된 파라미터의 값을, 보정수단에 의해서 보정하고, 워크의 가공을 실행시킬 수 있고, 이것에 의해서, 설정수단에 의해 설정된 조건에 비교적 가까운 조건으로, 공작기계에, 절삭 칩을 분단하면서, 워크의 절삭 가공을 원활히 행하게 하는 것이면, 그 구체적인 실시형태는, 어떤 것이라도 상관없다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시예의 제어장치(C)를 구비한 공작기계(100)의 개략을 나타내는 도이다.
공작기계(100)는, 주축(110)과, 절삭공구대(130A)를 구비하고 있다.
주축(110)의 선단에는 척(120)이 마련되어 있다.
척(120)을 통하여 주축(110)에 워크(W)가 유지되고, 주축(110)은, 워크를 유지하는 워크 유지수단으로서 구성되어 있다.
주축(110)은, 도시하지 않은 주축 모터의 동력에 의해서 회전 구동되도록 주축대(110A)에 지지되어 있다.
상기 주축 모터로서 주축대(110A) 내에 있어서, 주축대(110A)와 주축(110)의 사이에 형성되는 종래 공지의 빌트인 모터 등을 생각할 수 있다.
주축대(110A)는, 공작기계(100)의 베드(bed)측에, Z축방향 이송기구(160)에 의해서 주축(110)의 축선 방향이 되는 Z축방향으로 이동 가능하게 탑재되어 있다.
주축(110)은, 주축대(110A)를 통하여 Z축방향 이송기구(160)에 의해서, 상기 Z축방향으로 이동한다.
Z축방향 이송기구(160)는, 주축(110)을 Z축방향으로 이동시키는 주축 이동기구를 구성하고 있다.
Z축방향 이송기구(160)는, 상기 베드 등의 Z축방향 이송기구(160)의 고정측과 일체적인 베이스(161)와, 베이스(161)에 마련된 Z축방향으로 연장되는 Z축방향 가이드 레일(162)을 구비하고 있다.
Z축방향 가이드 레일(162)에, Z축방향 가이드(164)를 통하여 Z축방향 이송 테이블(163)이 슬라이드 가능하게 지지되어 있다.
Z축방향 이송 테이블(163)측에 리니어 서보 모터(165)의 가동자(165a)가 마련되고, 베이스(161)측에 리니어 서보 모터(165)의 고정자(165b)가 마련되어 있다.
Z축방향 이송 테이블(163)에 주축대(110A)가 탑재되고, 리니어 서보 모터(165)의 구동에 의해서 Z축방향 이송 테이블(163)이, Z축방향으로 이동 구동된다.
Z축방향 이송 테이블(163)의 이동에 의해서 주축대(110A)가 Z축방향으로 이동하고, 주축(110)의 Z축방향으로의 이동이 행해진다.
절삭공구대(130A)에는, 워크(W)를 선삭(旋削)가공하는 바이트 등의 절삭공구(130)가 장착되어 있다.
절삭공구대(130A)는, 절삭공구를 유지하는 칼날대를 구성하고 있다.
절삭공구대(130A)는, 공작기계(100)의 베드측에, X축방향 이송기구(150) 및 도시하지 않은 Y축방향 이송기구에 의해서, 상기 Z축방향에 직교하는 X축방향과, 상기 Z축방향 및 X축방향에 직교하는 Y축방향으로 이동 가능하게 마련되어 있다.
X축방향 이송기구(150)와 Y축방향 이송기구에 의해서, 절삭공구대(130A)를 주축(110)에 대해서 상기 X축방향 및 Y축방향으로 이동시키는 칼날대 이동기구가 구성되어 있다.
X축방향 이송기구(150)는, X축방향 이송기구(150)의 고정측과 일체적인 베이스(151)와, 베이스(151)에 마련된 X축방향으로 연장되는 X축방향 가이드 레일(152)을 구비하고 있다.
X축방향 가이드 레일(152)에, X축방향 가이드(154)를 통하여 X축방향 이송 테이블(153)이 슬라이드 가능하게 지지되어 있다.
X축방향 이송 테이블(153)측에 리니어 서보 모터(155)의 가동자(155a)가 마련되고, 베이스(151)측에 리니어 서보 모터(155)의 고정자(155b)가 마련되어 있다.
리니어 서보 모터(155)의 구동에 의해서 X축방향 이송 테이블(153)이, X축방향으로 이동 구동된다.
또한 Y축방향 이송기구는, X축방향 이송기구(150)를 Y축방향으로 배치한 것이며, X축방향 이송기구(150)와 마찬가지의 구조이기 때문에, 도시 및 구조에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1에 있어서는, 도시하지 않은 Y축방향 이송기구를 통하여 X축방향 이송기구(150)를 상기 베드측에 탑재하고, X축방향 이송 테이블(153)에 절삭공구대(130A)가 탑재되어 있다.
절삭공구대(130A)는, X축방향 이송 테이블(153)의 이동 구동에 의해서 X축방향으로 이동하고, Y축방향 이송기구가, Y축방향에 대해서, X축방향 이송기구(150)와 마찬가지의 동작을 하는 것에 의해서, Y축방향으로 이동한다.
또한 도시하지 않은 Y축방향 이송기구를, X축방향 이송기구(150)를 통하여 상기 베드측에 탑재하고, Y축방향 이송기구 측에 절삭공구대(130A)를 탑재해도 좋고, Y축방향 이송기구와 X축방향 이송기구(150)에 의해서 절삭공구대(130A)를 X축방향 및 Y축방향으로 이동시키는 구조는 종래 공지이기 때문에, 상세한 설명 및 도시는 생략한다.
상기 칼날대 이동기구(X축방향 이송기구(150)와 Y축방향 이송기구)와 상기 주축 이동기구(Z축방향 이송기구(160))가 협동(協動)하여, X축방향 이송기구(150)와 Y축방향 이송기구에 의한 X축방향과 Y축방향으로의 절삭공구대(130A)의 이동과, Z축방향 이송기구(160)에 의한 주축대(110A)(주축(110))의 Z축방향으로의 이동에 의해서, 절삭공구대(130A)에 장착되어 있는 절삭공구(130)는, 워크(W)에 대해서 상대적으로 임의의 가공 이송방향으로 이송된다.
상기 주축 이동기구(Z축방향 이송기구(160))와 상기 칼날대 이동기구(X축방향 이송기구(150)와 Y축방향 이송기구)로 구성되는 이송수단에 의해, 절삭공구(130)를, 워크(W)에 대해서 상대적으로 임의의 가공 이송방향으로 이송하는 것에 의해서, 도 2에 나타내는 바와 같이, 워크(W)는, 상기 절삭공구(130)에 의해 임의의 형상으로 절삭 가공된다.
또한 본 실시형태에 있어서는, 주축대(110A)와 절삭공구대(130A)의 양쪽 모두를 이동하도록 구성하고 있지만, 주축대(110A)를 공작기계(100)의 베드측으로 이동하지 않도록 고정하고, 칼날대 이동기구를, 절삭공구대(130A)를 X축방향, Y축방향, Z축방향으로 이동시키도록 구성해도 좋다.
이 경우, 상기 이송수단이, 절삭공구대(130A)를 X축방향, Y축방향, Z축방향으로 이동시키는 칼날대 이동기구로 구성되고, 고정적으로 위치 결정되어서 회전 구동되는 주축(110)에 대해서, 절삭공구대(130A)를 이동시키는 것에 의해서, 상기 절삭공구(130)를 워크(W)에 대해서 가공 이송 동작시킬 수 있다.
또한, 절삭공구대(130A)를 공작기계(100)의 베드측으로 이동하지 않도록 고정하고, 주축 이동기구를, 주축대(110A)를 X축방향, Y축방향, Z축방향으로 이동시키도록 구성해도 좋다.
이 경우, 상기 이송수단이, 주축대(110A)를 X축방향, Y축방향, Z축방향으로 이동시키는 주축대 이동기구로 구성되고, 고정적으로 위치 결정되는 절삭공구대(130A)에 대해서, 주축대(110A)를 이동시키는 것에 의해서, 상기 절삭공구(130)를 워크(W)에 대해서 가공 이송 동작시킬 수 있다.
또한 본 실시형태에 있어서는, X축방향 이송기구(150), Y축방향 이송기구, Z축방향 이송기구(160)는, 리니어 서보 모터에 의해서 구동되도록 구성되어 있지만, 종래 공지의 볼 나사와 서보 모터에 의한 구동 등으로 할 수도 있다.
본 실시형태에 있어서는, 워크(W)와 절삭공구(130)를 상대적으로 회전시키는 회전수단이, 상기 빌트인 모터 등의 상기 주축 모터에 의해서 구성되고, 워크(W)와 절삭공구(130)와의 상대 회전은, 주축(110)의 회전 구동에 의해서 행해진다.
본 실시예에서는, 절삭공구(130)에 대해서 워크(W)를 회전시키는 구성으로 했지만, 워크(W)에 대해서 절삭공구(130)를 회전시키는 구성으로 해도 좋다.
이 경우 절삭공구(130)로서 드릴 등의 회전 공구를 생각할 수 있다.
주축(110)의 회전, Z축방향 이송기구(160), X축방향 이송기구(150), Y축방향 이송기구는, 제어장치(C)가 가지는 제어부(C1)에 의해서 구동 제어된다.
제어부(C1)는, 각 이송기구를 진동수단으로서, 각각 대응하는 이동 방향을 따라서 왕복 진동시키면서, 주축대(110A) 또는 절삭공구대(130A)를 각각의 방향으로 이동시키듯이 제어하도록 미리 설정되어 있다.
각 이송기구는, 제어부(C1)의 제어에 의해, 도 3에 나타내는 바와 같이, 주축(110) 또는 절삭공구대(130A)를, 1회의 왕복 진동에 있어서, 소정의 전진량만큼 전진(왕동) 이동하고 나서 소정의 후퇴량만큼 후퇴(복동) 이동하고, 그 차이의 진행량만큼 각 이동 방향으로 이동시키고, 협동하여 워크(W)에 대해서 상기 절삭공구(130)를 상기 가공 이송방향으로 이송한다.
공작기계(100)는, Z축방향 이송기구(160), X축방향 이송기구(150), Y축방향 이송기구에 의해, 절삭공구(130)가 상기 가공 이송방향을 따른 왕복 진동을 하면서, 주축 1회전분, 즉, 주축 위상 0도에서 360도까지 변화했을 때의 상기 진행량의 합계를 이송량으로서 가공 이송방향으로 이송되는 것에 의해서, 워크(W)의 가공을 행한다.
워크(W)가 회전한 상태에서, 주축대(110A)(주축(110)) 또는 절삭공구대(130A)(절삭공구(130))가, 왕복 진동하면서 이동하고, 절삭공구(130)에 의해서, 워크(W)를 소정의 형상으로 외형 절삭 가공하는 경우, 워크(W)의 둘레면은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 정현 곡선 형상으로 절삭된다.
또한, 정현 곡선 형상의 파형의 골짜기를 통과하는 가상선(1점 쇄선)에 있어서, 주축 위상 0도에서 360도까지 변화했을 때의 위치의 변화량이, 상기 이송량을 나타낸다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 워크(W)의 1회전당의 주축대(110A)(주축(110)) 또는 절삭공구대(130A)의 진동수 N이, 3.5회(진동수 N = 3.5)를 예로 설명한다.
이 경우, 주축(110)의 n 회전째(n은 1 이상의 정수)와 n+1 회전째의 절삭공구(130)에 의해 선삭되는 워크(W) 둘레면 형상의 위상이, 주축 위상 방향(그래프의 가로축 방향)에서 어긋난다.
이 때문에 n+1 회전째의 상기 위상의 골짜기의 최저점(절삭공구(130)에 의해서 이송방향으로 가장 절삭된 점이 되는 점선 파형 그래프의 산의 정점)의 위치가, n회전째의 상기 위상의 골짜기의 최저점(실선 파형 그래프의 산의 정점)의 위치에 대해서, 주축 위상 방향에서 어긋난다.
이것에 의해, 절삭공구(130)의 왕동시의 절삭 가공 부분과, 복동시의 절삭 가공 부분이 일부 중복되고, 워크(W) 둘레면의 n+1 회전째의 절삭 부분에, n 회전째에 절삭 완료 부분이 포함되고, 이 부분에서는, 절삭 중에 절삭공구(130)가, 워크(W)에 대해서 아무런 절삭을 행하지 않고 빈곳 절삭, 소위, 헛 절삭 동작이 생긴다. 절삭 가공시에 워크(W)로부터 생기는 절삭 칩은, 상기 헛 절삭 동작에 의해서 순차 분단된다.
공작기계(100)는, 절삭공구(130)의 절삭 이송방향을 따른 상기 왕복 진동에 의해서 절삭 칩을 분단하면서, 워크(W)의 외형 절삭 가공 등을 원활히 행할 수 있다.
절삭공구(130)의 상기 왕복 진동에 의해서 절삭 칩을 순차 분단하는 경우, 워크(W) 둘레면의 n+1 회전째의 절삭 부분에, n 회전째에 절삭 완료 부분이 포함되어 있으면 좋다.
다시 말하자면, 워크 둘레면의 n+1 회전째에 있어서의 복동시의 절삭공구의 궤적이, 워크 둘레면의 n 회전째에 있어서의 절삭공구의 궤적까지 도달하면 좋다.
n+1 회전째와 n 회전째의 워크(W)에 있어서의 절삭공구(130)에 의해 선삭되는 형상의 위상이 일치(동일 위상)가 되지 않으면 좋고, 반드시 180도 반전시킬 필요는 없다.
예를 들면 진동수 N은, 1.1이나 1.25, 2.6, 3.75 등으로 할 수 있다.
워크(W)의 1회전에서 1회보다 적은 진동(0 < 진동수 N < 1.0)을 행하도록 설정할 수도 있다.
이 경우, 1진동에 대해서 1회전 이상 주축(110)이 회전한다.
진동수 N은, 1진동당의 주축(110)의 회전수로서 설정할 수도 있다.
공작기계(100)에 있어서, 제어부(C1)에 의한 동작 지령은, 소정의 지령 주기로 행해진다.
주축대(110A)(주축(110)) 또는 절삭공구대(130A)(절삭공구(130))의 왕복 진동은, 상기 지령 주기에 근거하는 소정의 주파수로 동작이 가능해진다.
예를 들면, 제어부(C1)에 의해서 1초간에 250회의 지령을 보내는 것이 가능한 공작기계(100)의 경우, 제어부(C1)에 의한 동작 지령은, 1÷250 = 4(ms) 주기(기준 주기)로 행해진다.
상기 지령 주기는 상기 기준 주기에 근거하여 정해지고, 일반적으로는 상기 기준 주기의 정수배가 된다.
상기 지령 주기의 값에 대응한 주파수로 왕복 진동을 실행시키는 것이 가능해진다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 상기 기준 주기(4(ms))의 4배의 16(ms)를 지령 주기로 하면, 16(ms)마다 왕동과 복동을 실행시키게 되고, 1÷(0.004×4) = 62.5(Hz)로 주축대(110A)(주축(110)) 또는 절삭공구대(130A)(절삭공구(130))를 왕복 진동시킬 수 있다.
그 외, 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) 등의 복수의 소정의 인터벌의 주파수에서만, 주축대(110A)(주축(110)) 또는 절삭공구대(130A)(절삭공구(130))를 왕복 진동시킬 수 있다.
주축대(110A)(주축(110)) 또는 절삭공구대(130A)(절삭공구(130))의 왕복 진동의 주파수(진동 주파수) f(Hz)는, 상기 주파수로부터 선택되는 값으로 정해진다.
또한 제어장치(C)(제어부(C1))에 따라서는, 상기 기준 주기(4 ms)의 정수배 이외의 배수로 지령 주기를 설정할 수 있다.
이 경우, 이 지령 주기에 대응한 주파수를 진동 주파수로 할 수 있다.
주축대(110A)(주축(110)) 또는 절삭공구대(130A)(절삭공구(130))를 왕복 진동시키는 경우, 주축(110)의 회전수를 S(r/min)로 하면, 진동수 N은, N = f×60/S로 정해진다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 회전수 S와 진동수 N은, 진동 주파수 f를 상수로 하여 반비례된다.
주축(110)은, 진동 주파수 f를 높게 취할수록, 또한, 진동수 N을 작게 할수록 고속 회전할 수 있다.
본 실시예의 공작기계(100)에서는, 회전수 S와 진동수 N과 진동 주파수 f를 파라미터로 하고, 유저에 의해서, 3개의 파라미터 중 2개를, 수치 설정부(C2) 등을 통하여 제어부(C1)에 설정할 수 있도록 구성되어 있다.
회전수 S 또는 진동수 N 또는 진동 주파수 f의 제어부(C1)에의 설정은, 제어부(C1)에 파라미터로서 입력할 수 있는 것 외에, 예를 들면 회전수 S나 진동수 N이나 진동 주파수 f를 가공 프로그램에 기재하여 설정하거나 프로그램 블록(프로그램의 1행)에 있어서 진동수 N이나 진동 주파수 f를 인수로서 설정하거나 할 수 있다.
특히 진동수 N이나 진동 주파수 f를 가공 프로그램의 프로그램 블록에 있어서 인수로서 설정할 수 있도록, 설정수단을 구성하면, 일반적으로 가공 프로그램 상에 기재되는 주축(110)의 회전수 S와, 프로그램 블록에서의 인수로서 기재되는 진동수 N이나 진동 주파수 f에 의해서, 가공 프로그램으로부터 회전수 S 또는 진동수 N 또는 진동 주파수 f중 2개를 유저가 용이하게 설정할 수 있다.
또한 상기 설정수단에 의한 설정은, 프로그램에 의한 것이라도 좋고, 유저가 수치 설정부(C2)를 통하여 설정하는 것이라도 좋다.
또한, 주속(周速)과 워크지름을, 가공 프로그램 등을 통하여 설정 입력할 수 있도록 구성하고, 상기 주속과 워크지름에 근거하여 회전수 S를 산출시켜서 설정할 수도 있다.
가공 프로그램 등을 통하여 설정 입력되는 주속과 워크지름에 근거하여 회전수 S를 산출하도록, 상기 설정수단을 구성하는 것으로, 워크(W)의 재질이나 절삭공구(130)의 종류나 형상, 재질 등에 대응하여 정해지는 주속에 대응하여, 유저가 의식하는 일 없이 용이하게 회전수 S를 설정할 수 있다.
제어부(C1)는, 회전수 S, 진동수 N, 진동 주파수 f의 3개 중, 설정된 2개의 조건에 근거하여, 이 회전수 S로 주축(110)을 회전시키고, 이 진동수 N으로 절삭공구(130)가 상기 가공 이송방향을 따라서 왕복 진동하면서 가공 이송방향으로 이송되도록, 주축대(110A) 또는 절삭공구대(130A)를 왕복 진동하면서 이동시키도록 제어한다.
단, 회전수 S와 진동수 N은 상술과 같이 진동 주파수 f에 기인하여 정해지기 때문에, 제어부(C1)는, 설정된 회전수 S 또는 진동수 N 또는 진동 주파수 f를, 상기 지령 주기의 값에 따라서 정해지는 진동 주파수 f의 집합인 f군에게 대응하여, 2개의 파라미터로 설정된 값에 근거하여 미설정의 하나의 파라미터의 값을 소정의 값으로 정하고, 설정된 2개의 파라미터의 값을, 상기 미설정의 하나의 파라미터에 정해진 값에 근거하여, 소정의 값으로 보정하는 보정수단을 구비한다.
또한 상기 보정수단은, 설정된 2개의 파라미터의 값의 보정이 결과적으로 불필요한 경우는, 보정을 행하지 않는 경우도 있다.
제어부(C1)는, 상기 보정수단으로서 기능하는 경우, 도 7에 나타내는 바와 같이, 스텝 S1에 있어서, 유저에 의한 수치 설정부(C2) 등을 통한 설정의 모순을 판정한다.
예를 들면 회전수 S, 진동수 N, 진동 주파수 f의 3개 중 2개가 설정되지 않고, 3개 설정되어 있거나 1개만 설정되어 있거나 하는 경우는 모순이 있다고 판단된다.
모순되고 있다고 판정했을 경우, 스텝 S2에 진행되고, 도시하지 않은 표시부가 유저에 대해서 에러 표시를 한다.
한편, 모순되지 않는다고 판정했을 경우, 스텝 S3에 진행된다.
스텝 S3에서는, 제어부(C1)가, 상기 설정된 조건의 조합에 대해서 조사한다.
진동수 N과 회전수 S가 설정되어 있는 경우, 스텝 S4에 진행된다.
진동수 N과 진동 주파수 f가 설정되어 있는 경우, 스텝 S7에 진행된다.
회전수 S와 진동 주파수 f가 설정되어 있는 경우, 스텝 S8에 진행된다.
스텝 S4에서는, 상기 설정된 진동수 N 및 회전수 S로부터 진동 주파수 f의 값을 계산하여 스텝 S5에 진행된다.
예를 들면, N = 1.5, S = 3000(r/min)였을 경우, f = N×S/60 = 75(Hz)를 얻는다.
스텝 S5에서는, 스텝 S4에서 구한 진동 주파수 f와 상기 f군과 비교하여, f군 중에서 가장 스텝 S4에서 구한 진동 주파수 f에 가까운 값 (예를 들면, 62.5(Hz))를 선택하고, 다시 이 값을 진동 주파수 f로서 정하고, 스텝 S6에 진행된다.
스텝 S6에서는, 스텝 S5에서 정해진 진동 주파수 f(62.5(Hz))와, 설정된 진동수 N으로부터 주축(110)의 회전수 S를 계산하고, 계산된 값을 다시 주축(110)의 회전수 S로 한다.
즉 설정된 회전수 S를 상기 계산된 값으로 보정한다.
일례로서 S = f×60/N = 2500(r/min)를 얻는다.
즉, 설정된 회전수 S = 3000(r/min)를 2500(r/min)로 보정한다.
설정된 진동수 N과 회전수 S에 근거하여, 보정수단에 의해서 보정되어서 결정된 조건으로, 공작기계(100)는, Z축방향 이송기구(160), X축방향 이송기구(150), Y축방향 이송기구에 의해, 절삭공구(130)를 상기 가공 이송방향을 따른 왕복 진동을 시키면서 가공 이송방향으로 이송시키고, 절삭 칩을 분단하면서, 워크(W)의 절삭 가공을 원활히 행할 수 있고, 경우에 따라서는, 예를 들면 절삭공구(130)의 수명을 연장시키는 것도 가능해진다.
이것에 의해 유저가 의도한 회전수 S 및 진동수 N에 비교적 가까운 조건으로 워크(W)의 가공을 행할 수 있다.
스텝 S7에서는, 상기 설정된 진동수 N 및 진동 주파수 f로부터 주축(110)의 회전수 S를 계산한다.
일례로서 N = 1.5, f = 62.5(Hz)였을 경우, S = f/N×60 = 2500(r/min)를 얻는다.
스텝 S8에서는, 상기 설정된 회전수 S 및 진동 주파수 f로부터 진동수 N을 계산하여 스텝 S9에 진행된다.
일례로서 S = 3000(r/min), f = 62.5(Hz)였을 경우, N = f/S×60 = 1.25를 얻는다.
스텝 S9에서는, N = 정수 n+0.5의 값을 기준으로 한 플러스측의 진동수 N의 허용치(PN)인 값 또는 마이너스측의 진동수 N의 허용치(MN)인 값이 유저에 의해서 제어부(C1)측에 설정되어 있는지 아닌지를 판정한다.
PN 또는 MN이 설정되어 있는 경우는 스텝 S10에 진행되고, 한편, 설정되어 있지 않은 경우는 스텝 S12에 진행된다.
또한, N = 정수 n+0.5의 값은, 도 4에 나타내는 바와 같이, n+1 회전째의 워크(W)에 있어서의 절삭공구(130)에 의해 선삭되는 워크(W) 둘레면 형상의 위상의 골짜기의 최저점(절삭공구(130)에 의해서 이송방향으로 가장 절삭된 점이 되는 점선 파형 그래프의 산의 정점)의 위치가, n 회전째의 워크(W)에 있어서의 절삭공구(130)에 의해 선삭된 형상의 위상의 산의 최고점(실선 파형 그래프의 산의 정점)의 위치에 대해서 둘레방향(그래프의 가로축 방향)에서 동일해지는 경우이다.
스텝 S10에서는, 스텝 S8에서 구한 진동수 N의 값(N = 1.25)가 플러스측의 허용치 PN 또는 마이너스측의 허용치 MN의 범위 내에 들어가는지 아닌지를, 판정한다.
들어가지 않은 경우, 스텝 S11에 있어서, 스텝 S8에서 구한 진동수 N(N = 1.25)이 플러스측의 허용치 PN 또는 마이너스측의 허용치 MN의 범위 내에 들어가도록, 진동수 N의 값을 N＇으로 정한다.
예를 들면, 스텝 S8에서 진동수 N = 1.25로 산출되고, 마이너스측의 허용치 MN이 0.05였을 경우, 진동수가 기준이 되는 값 1.50으로부터 -0.05의 허용치의 범위 내에 들어가도록, 진동수를, N＇ = 1.45로 정한다.
이 경우, 회전수 S는, 진동 주파수 f와 진동수 N으로부터, S = 2586.2(r/min)로 보정된다.
스텝 S12에서는, 스텝 S8에서 구한 진동수 N의 값(N = 1.25)에 가장 가까운 정수 n+0.5의 값으로 정하고, 스텝 S13에 진행된다.
예를 들면, 스텝 S8에서 N = 1.25로 산출되었을 경우, 진동수를, N＇ = 1.5로 정한다.
스텝 S13에서는, 스텝 S12에서 정한 진동수 N(N＇) 및 상기 설정된 진동 주파수 f로부터 주축(110)의 회전수 S의 값을 계산하고, 회전수 S의 값을 S＇로 보정한다.
예를 들면, N＇ = 1.5, f = 62.5(Hz)였을 경우, S = f/N＇×60 = 2500(r/min)로 보정한다.
보정수단에 의한 상기 f군에게 대응하여 보정된 회전수 S와 진동수 N의 조건으로, 공작기계(100)는, Z축방향 이송기구(160), X축방향 이송기구(150), Y축방향 이송기구에 의해, 절삭공구(130)를 상기 가공 이송방향을 따른 왕복 진동을 시키면서 가공 이송방향으로 이송시키고, 절삭 칩을 분단하면서, 워크(W)의 절삭 가공을 원활히 행할 수 있고, 경우에 따라서는, 예를 들면 절삭공구(130)의 수명을 연장시키는 것도 가능해진다.
이것에 의해 유저가 의도한 회전수 S 및 진동수 N에 비교적 가까운 조건으로 워크(W)의 가공을 행할 수 있다.
유저가 진동 주파수 f의 값을 설정하는 경우, 가급적 높은 주파수를 선택하는 것으로 주축(110)의 회전수 S가 높은 영역에서 가공이 가능해지고, 가공시간을 단축할 수 있는 것 외에, 가공 정밀도에 대한 기계 진동의 악영향을 작게 할 수도 있다.
또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, n+1 회전째와 n 회전째의 워크(W)에 있어서의 절삭공구(130)에 의해 선삭되는 형상의 위상이 상기 180도 반전과는 다른 위상으로 어긋나도록 진동수 N을 설정하는 것에 의해서, 위상이 어긋나면서 연속적으로 가공이 행해지고, 워크(W)의 재질이나 절삭공구(130)의 종류나 형상, 재질 등에 대응하여 가공면의 거칠기를 개선할 수 있다.
이 때문에 필요에 대응하여 회전수 S, 진동수 N, 진동 주파수 f의 3개 중 2개를 유저가 설정하는 것에 의해서, 유저가 필요로 하는 조건으로의 가공을 행하는 것이 가능해진다.
제2 실시예는, 많은 요소에 대해서 제1 실시예와 공통되므로, 공통되는 사항에 대해서는 자세한 설명을 생략하고, 다른점에 대해서 이하에 설명한다.
제2 실시예의 공작기계(100)에서는, 미리 진동수 N을 고정해 두고(입력 불필요로 해 두고), 회전수 S만을 유저가 설정하고, 이 회전수 S와 진동수 N에 대응하여 진동 주파수 f를 설정하고, 회전수 S 또는 진동수 N을 보정하도록 해도 좋다.
한편, 가공의 사이클 타임을 줄이기 위해서는, 주축(110)의 회전을 가능한 한 고속으로 설정하는 것이 바람직하다.
이 때문에는, 진동 주파수 f를 가능한 한 높게 할 필요가 있지만, 안정 제어 등의 관점으로부터 필요이상으로 높게 설정하는 것은 용이하지 않다.
이 때문에 진동수 N을 가능한 한 작게 하는 것으로, 회전수 S를 가능한 한 크게 하는 것이 가능해진다.
이때, 1진동당의 주축(110)의 회전수와 진동수 N을 설정하도록 상기 설정수단을 구성하는 것에 의해서, 용이하게 회전수 S를 상승시키는 설정을 행할 수 있다.
1진동당의 주축(110)의 회전수가 1회 이상으로 설정되고, 진동수 N이 0보다 큰 1 미만의 수로 설정되는 것에 의해서, 주축(110)을 고속 회전시키는 것이 가능해진다.
단, 분단되는 절삭 칩의 길이는 비교적 길어지기 때문에, 진동수 N은, 상기 가공에 악영향을 끼치지 않는 정도로 설정할 필요가 있다.
일본 특허공보 5139591호, 일본 특허공보 5139592호에 기재된 종래의 공작기계는, 워크에 대한 절삭공구의 왕복 진동에 의해, 워크에 절입하여 삭제할 때, 비교적 큰 절삭공구에 대한 부하나 충격 등이 발생하는 경우가 있었다.
이 부하나 충격 등에 기인하여, 절삭공구의 수명이 짧아지는 경우가 있다는 문제가 있었다.
여기서, 제2 실시예의 발명의 목적은, 워크에 절입하여 삭제할 때의 절삭공구의 부하나 충격 등을 억제하고, 절삭공구 수명의 단축 등을 방지할 수 있는 공작기계의 제어장치 및 이 제어장치를 구비한 공작기계를 제공하는 것이다.
제2 실시예에서는, 도 8 및 도 9에 나타내는 왕동시의 그래프의 기울기 및 복동시의 그래프의 기울기로부터 이해되는 바와 같이, 속도 제어수단으로서의 제어부(C1)가, 절삭공구(130)의 왕복 진동에 있어서의 워크(W)에 대한 왕동시의 이동 속도를 복동시의 이동 속도와 비교하여 느려지도록 제어하고 있다.
이것에 의해, 도 8에 있어서 점선으로 나타내는 왕동시의 이동 속도와 복동시의 이동 속도가 동일한 경우와 비교하여, 왕동시의 이동 속도가 느려져 워크(W)에 절입하여 삭제할 때의 절삭공구(130)의 부하나 충격이 작아진다.
또한, 도 8에 있어서 점선으로 나타내는 것은, 참고로서 왕동시의 이동 속도와 복동시의 이동 속도가 동일한 경우이다.
제3 실시예는, 많은 요소에 대해서 제1 실시예 및 제2 실시예와 공통되므로, 공통되는 사항에 대해서는 자세한 설명을 생략하고, 다른 점에 대해서 이하에 설명한다.
일본 특허공보 5139591호, 일본 특허공보 5139592호에 기재된 종래의 공작기계는, 워크의 선삭가공의 일련(하나의 공정)의 선삭 동작을 개시할 때, 절삭공구의 왕복 진동의 진폭을 미리 정해진 소정의 진동 진폭이 될 때까지 순차로 크게 하도록 구성되어 있었다.
그러나 구체적으로 어떻게 증가시키는지에 대해서는 개시되어 있지 않기 때문에, 필요에 대응하여 증가 상태를 변경하는 것은 용이하지 않다고 하는 문제가 있었다.
여기서, 제3 실시예의 발명의 목적은, 워크의 선삭가공의 일련(하나의 공정)의 선삭 동작을 개시할 때의 절삭공구의 왕복 진동의 진폭을 소정 진동 진폭이 될 때까지 점차 크게 하는 제어 프로그램을 단순화하는 공작기계의 제어장치 및 이 제어장치를 구비한 공작기계를 제공하는 것이다.
제3 실시예에서는, 상기 왕복 진동의 진폭은, 상기 진동수 N의 조건으로, 절삭공구(130)의 왕동시의 절삭 가공 부분과 복동시의 절삭 가공 부분이 일부 중복되도록, 소정 진동 진폭에 미리 설정된다.
제어부(C1)는, 워크(W)에 대해서 소정의 가공(하나의 가공 공정)을 개시할 때, 절삭공구(130)의 상기 왕복 진동의 진폭이, 상기 소정 진동 진폭보다 작은 진폭으로부터, 순차 확대하여, 소정 시간에 상기 소정 진동 진폭에 도달하도록, 절삭공구(130)의 왕복 진동을 제어하는 진폭 제어수단을 구비하고 있다.
상기 진폭 제어수단에 의해, 소정 진동 진폭에 도달하기 전인 시작시의 수회의 왕복 진동은, 절삭공구(130)의 전진량 및 후퇴량이 소정의 양보다 적도록 마련되어서 진폭이 작아지고, 절삭 개시시의 충격을 완화할 수 있다.
상기 진폭 제어수단은, 절삭 개시로부터 상기 소정 진동 진폭에 도달하기까지의 시간을 1로 한 시간 변수(x)를 최저로 하는 소정의 멱수(k)의 멱승을, 상기 소정 진동 진폭을 1로 한 진폭의 축척 비율(y)로 하는 수학식 1의 함수에 근거하여 상기 진폭을 설정하도록 구성되어 있다.
[수학식 1]
y = xk
멱수 k는 정수라면, 시간 변수 x의 값이 증가함에 수반하여 축척 비율 y의 값도 증가하므로 어떠한 값이라도 좋다.
시간 변수 x 및 축척 비율 y는, 0 ~ 1의 값을 취하고, 소정의 시간 변수 시점의 진폭은, 소정 진동 진폭에 축척 비율 y를 곱한 값으로서 설정된다.
이것에 의해, 진동 개시(가공 개시)로부터 소정 진동 진폭에 도달하기까지의 진폭을, 1개의 파라미터 k에 의해서 간단하게 설정하고, 진폭 제어수단에 의한 절삭공구(130)의 왕복 진동의 제어를 용이하게 행할 수 있다.
특히 진폭 제어수단을, 진동 개시(가공 개시)로부터 소정 진동 진폭에 도달하기까지의 절삭공구(130)의 왕복 진동의 상기 제어를 제어부(C1)에 행하게 하는 제어 프로그램으로 구성하는 경우, 제어 프로그램이 1개의 파라미터 k에 의한 식: y = xk으로 완료되고, 이 제어 프로그램을 간단하게 작성할 수 있다.
k를 1로 하면(k = 1.0), 도 10a에 나타내는 바와 같이, y = x가 되기 때문에, 상기 진폭은 직선에 따라서 증가하고, 소정 진동 진폭에 도달한다.
도 10b는 k = 1.5의 경우이며, 도 10c는 k = 3.0의 경우이다.
이 경우는 시간 변수 x의 증가에 수반하여, 축척 비율 y의 증가율이 순차로 커지는 곡선에 따라서 상기 진폭이 증가한다.
덧붙여서 k = 3.0의 경우는 k = 1.5의 경우와 비교하여 진폭의 변화가 더 현저해진다.
이와 같이 y = xk의 식을 이용하는 것으로, 도 10a 내지 도 10c의 y = xk(k = 1.0)의 그래프의 하측에 나타내는 바와 같이, 소정의 시간 변수 시점의 축척 비율이, y = xk의 선 상에 있고, 선삭 동작을 개시할 때의 절삭공구(130)의 왕복 운동의 진폭을 용이하게 제어할 수 있다.
100: 공작기계
110: 주축
110A: 주축대
120: 척
130: 절삭공구
130A: 절삭공구대
150: X축방향 이송기구
151: 베이스
152: X축방향 가이드 레일
153: X축방향 이송 테이블
154: X축방향 가이드
155: 리니어 서보 모터
155a: 가동자
155b: 고정자
160: Z축방향 이송기구
161: 베이스
162: Z축방향 가이드 레일
163: Z축방향 이송 테이블
164: Z축방향 가이드
165: 리니어 서보 모터
165a: 가동자
165b: 고정자
C: 제어장치
C1: 제어부
C2: 수치 설정부
W: 워크

Claims (13)

  1. 워크를 절삭 가공하는 절삭공구와, 그 절삭공구와 워크를 상대적으로 회전시키는 회전수단과, 상기 절삭공구와 워크를 소정의 가공 이송방향으로 이송 동작시키는 이송 수단과, 상기 절삭공구와 워크를 상대적으로 왕복 진동시키는 진동수단을 구비한 공작기계에 마련되고,
    상기 절삭공구와 워크와의 상대적인 회전과, 상기 워크에 대한 상기 절삭공구의 상기 왕복 진동을 수반하는 이송 동작에 의해서, 상기 공작기계에 워크의 가공을 실행시키는 제어부를 가지고 있는 공작기계의 제어장치에 있어서,
    상기 워크의 가공을 실행할 때의 상기 상대적인 회전의 회전수와, 상기 상대적인 회전의 1회전당의 상기 왕복 진동의 진동수와, 상기 제어장치에 의한 동작 지령이 가능한 주기에 기인하는 상기 왕복 진동의 진동 주파수를 파라미터로 하고, 2개의 파라미터의 값을 상기 제어부에 대해서 설정하는 설정수단과,
    상기 2개의 파라미터로 설정된 값에 근거하여 미설정의 하나의 파라미터의 값을 소정의 값으로 정하고, 설정된 2개의 파라미터의 값 중 적어도 1개의 값을, 상기 미설정의 하나의 파라미터에 정해진 값에 근거하여, 소정의 값으로 보정하는 보정수단을 마련한, 공작기계의 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동수단을, 상기 가공 이송방향을 따라, 상기 절삭공구와 워크를 상대적으로 왕복 진동시키는 구성으로 한, 공작기계의 제어장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 진동수단을, 왕동(往動)시의 절삭 가공 부분과, 복동(復動)시의 절삭 가공 부분이 중복되도록, 상기 절삭공구와 워크를 상대적으로 왕복 진동시키는 구성으로 한, 공작기계의 제어장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정수단이, 상기 진동 주파수에 근거한 상수에서, 상기 회전수와 상기 진동수가 반비례하도록, 미설정의 파라미터를 소정의 값으로 정함과 함께, 설정된 파라미터의 값을 보정하도록 구성된, 공작기계의 제어장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 보정수단이, 상기 설정수단에 의해 설정된 상기 회전수와 상기 진동수로부터 산출되는 값에 근거하여 진동 주파수를 정하고, 상기 정해진 진동 주파수에 근거하여, 설정된 상기 회전수를 소정의 값으로 보정하도록 구성된, 공작기계의 제어장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정수단이, 상기 설정수단에 의해 설정된 상기 회전수와 상기 진동 주파수로부터 상기 진동수를 산출하고, 상기 진동수에 대한 허용치를 설정하고, 산출된 상기 진동수를 상기 허용치의 범위 내의 값으로 보정하도록 구성된, 공작기계의 제어장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정수단이, 상기 설정수단에 의해 설정된 상기 회전수와 상기 진동 주파수로부터 상기 진동수를 산출하고, 산출된 상기 진동수의 값에 가장 가까운 정수에 0.5를 가산한 값으로, 설정된 상기 진동수를 보정하고, 설정된 상기 회전수를, 상기 보정한 진동수와 설정된 상기 진동 주파수로부터 산출한 값으로 보정하도록 구성된, 공작기계의 제어장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 워크에 대한 상기 절삭공구의 왕복 진동에 있어서의 왕동시의 이동 속도를 복동시의 이동 속도와 비교하여 느리게 설정하는 속도 제어수단을 마련한, 공작기계의 제어장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 왕복 진동의 진폭을, 상기 워크의 가공이 가능해지는 소정 진동 진폭으로 미리 설정하고, 상기 소정 진동 진폭보다 작은 진폭으로부터, 순차 진폭을 확대하여 상기 소정 진동 진폭에 도달하도록, 상기 왕복 진동을 제어하는 진폭 제어수단을 마련하고,
    상기 진폭 제어수단이, 절삭 개시로부터 상기 소정 진동 진폭에 도달하기까지의 시간에 근거하는 시간 변수를 최저로 하는 소정의 멱수의 멱승을, 상기 소정 진동 진폭에 근거하는 진폭의 축척 비율로 하는 함수에 근거하여 상기 진폭을 설정하도록 구성된, 공작기계의 제어장치.
  10. 제 1 항에 기재된 제어장치를 구비한, 공작기계.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 워크를 유지하는 주축을 축선 방향으로 이동시키는 주축 이동기구와, 상기 절삭공구를 유지하는 칼날대를 주축에 대해서 이동시키는 칼날대 이동기구를 구비하고, 상기 이송수단이, 상기 주축 이동기구와 상기 칼날대 이동기구로 구성되고, 상기 주축 이동기구와 상기 칼날대 이동기구의 협동에 의해서, 상기 절삭공구를 상기 워크에 대해서 가공 이송 동작시키는, 공작기계.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 워크를 유지하는 주축이 공작기계측에 고정적으로 마련되고, 상기 절삭공구를 유지하는 칼날대를 복수 방향으로 이동시키는 칼날대 이동기구를 구비하고, 상기 이송수단이, 상기 칼날대 이동기구로 구성되고, 가공 이송방향으로 위치결정되는 주축에 대해서, 상기 칼날대를 가공 이송방향으로 이동시키는 것에 의해서, 상기 절삭공구를 상기 워크에 대해서 가공 이송 동작시키는, 공작기계.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 절삭공구를 유지하는 칼날대가 공작기계측에 고정적으로 마련되고, 상기 워크를 유지하는 주축을 복수 방향으로 이동시키는 주축 이동기구를 구비하고, 상기 이송수단이, 상기 주축 이동기구로 구성되고, 가공 이송방향으로 위치결정되는 상기 칼날대에 대해서, 상기 주축을 가공 이송방향으로 이동시키는 것에 의해서, 상기 절삭공구를 상기 워크에 대해서 가공 이송 동작시키는, 공작기계.
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