KR20170047353A - 공작기계 및 이 공작기계의 제어장치 - Google Patents

공작기계 및 이 공작기계의 제어장치 Download PDF

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Abstract

워크와 절삭공구의 상대적인 복수 회전에 대하여, 절삭공구가 1회 반복적 이동하여 워크의 가공을 행하는 경우에, 가공 효율의 저하를 억제할 수 있는 공작기계 및 이 공작기계의 제어장치를 제공하는 것.
공작기계(100)와 그 제어장치(C)는, 반복적 이동수단을, 워크(W)와 절삭공구(130)의 상대적인 복수 회전에 대하여 절삭공구(130)가 1회 반복적으로 이동하고, 1 반복적 이동의 제1 속도에서의 상대이동시의 워크(W)와 절삭공구(130)의 상대 회전의 회전 각도에 대하여 제2 속도에서의 상대이동시의 상대 회전의 회전 각도가 작아지도록 반복적 이동시키는 구성으로 함으로써, 워크(W)의 복수 회전에 대하여 절삭공구(130)가 1회 진동하는 반복적 이동으로 워크(W)의 가공을 행하는 경우에, 가공 효율의 저하를 억제한다.

Description

공작기계 및 이 공작기계의 제어장치{MACHINE TOOL AND CONTROL APPARATUS FOR MACHINE TOOL}
본 발명은, 절삭 가공시의 절삭칩을 차례차례 분단하면서 워크의 가공을 행하는 공작기계 및 이 공작기계의 제어장치에 관한 것이다.
종래, 워크를 유지하는 워크 유지수단과, 상기 워크를 절삭 가공하는 절삭공구를 유지하는 칼날대와, 상기 워크 유지수단과 상기 칼날대의 상대이동에 의하여 워크에 대하여 절삭공구를 소정의 가공 이송방향으로 이송 동작시키는 이송수단과, 서로 다른 제1 속도와 제2 속도에서의 상기 가공 이송방향을 따른 상기 상대이동을 반복하여 상기 워크 유지수단과 칼날대를 상대적으로 반복적 이동시키는 반복적 이동수단과, 상기 워크와 절삭공구를 상대적으로 회전시키는 회전수단을 구비하고, 상기 워크와 상기 절삭공구의 상대 회전과, 상기 워크에 대한 상기 절삭공구의 상기 가공 이송방향으로의 상기 반복적 이동을 수반하는 이송 동작에 의하여, 상기 워크의 가공을 실행하는 공작기계가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).
이 공작기계는, 상기 워크 가공시, 상기 반복적 이동으로서의 왕복 진동에 있어서의 전진시의 절삭 가공부분과 후퇴시의 절삭 가공부분이 중복되기 때문에, 절삭공구는, 후퇴시에, 전진시 절삭이 완료된 부분에서는, 절삭하는 부분이 존재하지 않기 때문에, 실제의 절삭을 행하지 않고 이동만을 행하는 헛동작이 된다. 이것에 의해 절삭 가공시에 워크로부터 생기는 절삭칩을, 상기 헛동작에 의하여 차례차례 분단하면서, 워크의 가공을 원활히 행할 수 있다.
일본특허공보 5139591호(단락 0039 참조) 일본 공개특허공보 평10-43901호(단락 0019 참조)
전진시의 절삭 가공부분과 후퇴시의 절삭 가공부분이 중복되도록 상기 왕복 진동시키는 경우, 특히 워크를 유지하여 회전하는 주축 1회전당 상기 왕복 진동의 진동수가 1 미만인 경우, 즉 주축의 복수 회전에 대하여 절삭공구가 1회 진동하는 왕복 진동에 있어서, 가공 효율의 저하를 억제할 수 있는 왕복 진동 패턴이 요구되고 있다.
예를 들면, 절삭공구의 칼끝의 궤적이, 도 6A에 나타내는 왕복 진동 파형이 되는 주축 4회전으로 1 진동이 되는 왕복 진동 패턴의 경우, 주축 1회전째의 궤적을 a, 2회전째의 궤적을 b, 3회전째의 궤적을 c, 4회전째의 궤적을 d로 하고, 주축 1회전째와 2회전째에서 전진시키고, 주축 3회전째와 4회전째에서 후퇴시키면, a∼d는, 워크 1회전마다 도 6B에 나타내는 궤적으로 되며, 상기 헛동작은, c에 있어서의 b와의 교점(CT) 이후로 되고, 주축 3회전째의 후퇴시의 절삭 가공부분이, 전진시의 절삭 가공부분과 중복된 후, 후퇴중의 3회전째의 도중부터 4회전째의 마지막까지 절삭공구가 헛동작으로 되어, 주축 1회전 이상에 걸쳐 절삭 효율의 저하가 된다는 문제가 생긴다.
그래서, 본 발명은, 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제를 해결하는 것으로서, 즉, 본 발명의 목적은, 워크와 절삭공구의 상대적인 복수 회전에 대하여, 절삭공구가 1회 반복적으로 이동하여 워크의 가공을 행하는 경우에, 가공 효율의 저하를 억제할 수 있는 공작기계 및 이 공작기계의 제어장치를 제공하는 것이다.
본 청구항 1에 따른 발명은, 워크를 유지하는 워크 유지수단과, 상기 워크를 절삭 가공하는 절삭공구를 유지하는 칼날대와, 상기 워크 유지수단과 상기 칼날대의 상대이동에 의하여 워크에 대하여 절삭공구를 소정의 가공 이송방향으로 이송 동작시키는 이송수단과, 서로 다른 제1 속도와 제2 속도에서의 상기 가공 이송방향을 따른 상기 상대이동을 반복하여 상기 워크 유지수단과 칼날대를 상대적으로 반복적 이동시키는 반복적 이동수단과, 상기 워크와 절삭공구를 상대적으로 회전시키는 회전수단을 구비하고, 상기 워크와 상기 절삭공구의 상대 회전과, 상기 워크에 대한 상기 절삭공구의 상기 반복적 이동을 수반하는 이송 동작에 의하여, 상기 워크의 가공을 실행하는 공작기계로서, 상기 반복적 이동수단을, 상기 워크와 상기 절삭공구의 상대적인 복수 회전에 대하여 상기 절삭공구가 1회 반복적으로 이동하고, 1 반복적 이동의 상기 제1 속도에서의 상대이동시의 상기 상대 회전의 회전 각도에 대하여 상기 제2 속도에서의 상대이동시의 상기 상대 회전의 회전 각도가 작아지도록 반복적 이동시키는 구성으로 함으로써, 상술한 과제를 해결하는 것이다.
본 청구항 2에 따른 발명은, 청구항 1에 기재된 공작기계의 구성에 더하여, 상기 제1 속도가, 상기 제2 속도에 대하여 크게 설정됨으로써, 상술한 과제를 해결하는 것이다.
본 청구항 3에 따른 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 공작기계의 구성에 더하여, 상기 각 속도에서의 상대이동에 의한 각 절삭 가공부분이 서로 교차하는 상기 상대 회전의 회전 각도 위치에 기초하여 기준 각도 위치를 설정하고, 상기 반복적 이동수단을, 상기 기준 각도 위치로부터 소정 회수의 상기 상대 회전에 걸쳐 1 속도에서의 상대이동 후, 상기 기준 각도 위치로부터 1회전으로, 제1 속도에서의 상대이동으로부터 제2 속도에서의 상대이동으로 전환됨과 함께, 상기 제2 속도에서의 상대이동에 의한 절삭 가공부분을, 상기 제1 속도에서의 상대이동에 의한 절삭 가공부분에 도달시켜 1 반복적 이동을 완료시키는 구성으로 함으로써, 상술한 과제를 한층 더 해결하는 것이다.
본 청구항 4에 따른 발명은, 워크를 유지하는 워크 유지수단과, 상기 워크를 절삭 가공하는 절삭공구를 유지하는 칼날대와, 상기 워크 유지수단과 칼날대의 상대이동에 의하여 워크에 대하여 절삭공구를 소정의 가공 이송방향으로 이송 동작시키는 이송수단과, 서로 다른 제1 속도와 제2 속도에서의 상기 가공 이송방향을 따른 상대이동을 반복하여 상기 워크 유지수단과 칼날대를 상대적으로 반복적 이동시키는 반복적 이동수단과, 상기 워크와 절삭공구를 상대적으로 회전시키는 회전수단을 구비하고, 상기 워크와 상기 절삭공구의 상대 회전과, 상기 워크에 대한 상기 절삭공구의 상기 반복적 이동을 수반하는 이송 동작에 의하여, 상기 워크의 가공을 실행하는 공작기계의 제어장치로서, 상기 반복적 이동수단을, 상기 워크와 상기 절삭공구의 상대적인 복수 회전에 대하여 상기 절삭공구가 1회 반복적으로 이동하여, 1 반복적 이동의 상기 제1 속도에서의 상대이동시의 상기 상대 회전의 회전 각도에 대하여 상기 제2 속도에서의 상대이동시의 상기 상대 회전의 회전 각도가 작아지도록 반복적 이동시키는 구성으로 함으로써, 상술한 과제를 해결하는 것이다.
본 청구항 1 또는 청구항 2에 따른 발명의 공작기계에 의하면, 1 반복적 이동의 제1 속도에서의 상대이동시의 상대 회전의 회전 각도에 대하여 제2 속도에서의 상대이동시의 상대 회전의 회전 각도가 작아지기 때문에, 서로 다른 제1 속도와 제2 속도에서의 상대이동에 의한 반복적 이동을 수반하면서 워크의 절삭을 효율적으로 행할 수 있어, 특히 반복적 이동이 진동이 되는 경우에, 가공 효율의 저하를 억제할 수 있다.
본 청구항 3에 따른 발명의 공작기계에 의하면, 청구항 1 또는 청구항 2에 따른 발명이 발휘하는 효과에 더하여, 제2 속도에서의 상대이동 중의 절삭공구가 워크로부터 떨어져, 실제의 절삭을 행하지 않고 이동만을 행하는 소위 헛동작의 시간을 억제하여, 가공 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
본 청구항 4에 따른 발명의 공작기계의 제어장치에 의하면, 공작기계의 제어장치에 있어서, 청구항 1에 따른 발명이 발휘하는 효과와 같은 효과를 얻을 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시예의 공작기계의 개략을 나타내는 도면.
도 2는, 본 발명의 실시예의 절삭공구와 워크의 관계를 나타내는 개략도.
도 3은, 본 발명의 실시예의 절삭공구의 왕복 진동 및 위치를 나타내는 도면.
도 4A는, 1 왕복 진동의 절삭공구의 위치를 나타내는 도면.
도 4B는, 워크를 기준으로 한 도 4A에 대응하는 절삭점의 궤적을 나타내는 도면.
도 4C는, 도 4B의 변형예를 나타내는 도면.
도 4D는, 도 4B의 변형예를 나타내는 도면.
도 5A는, 1 반복적 이동의 절삭공구의 위치를 나타내는 반복적 이동 파형의 변형예 그 1을 나타내는 도면.
도 5B는, 워크를 기준으로 한 도 5A에 대응하는 절삭점의 궤적을 나타내는 도면.
도 5C는, 1 반복적 이동의 절삭공구의 위치를 나타내는 반복적 이동 파형의 변형예 그 2를 나타내는 도면.
도 5D는, 워크를 기준으로 한 도 5C에 대응하는 절삭점의 궤적을 나타내는 도면.
도 6A는, 1 왕복 진동의 절삭공구의 위치를 나타내는 도면.
도 6B는, 워크를 기준으로 한 도 6A에 대응하는 절삭점의 궤적을 나타내는 도면(본원 과제의 왕복 진동 파형).
본 발명의 공작기계 및 이 공작기계의 제어장치는, 반복적 이동수단을, 워크와 절삭공구의 상대적인 복수 회전에 대하여 절삭공구가 1 반복적으로 이동하고, 1 반복적 이동의 제1 속도에서의 상대이동시의 상대 회전의 회전 각도에 대하여 제2 속도에서의 상대이동시의 상대 회전의 회전 각도가 작아지도록 반복적 이동시키는 구성으로 함으로써, 서로 다른 제1 속도와 제2 속도에서의 상대이동에 의한 반복적 이동을 수반하면서 워크의 절삭을 효율적으로 행할 수 있어, 특히 반복적 이동이 진동이 되는 경우에, 가공 효율의 저하를 억제하는 것이면, 그 구체적인 실시형태는, 어떠한 것이라도 상관없다.
실시예
도 1은, 본 발명의 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 설치되어 있다.
척(120)을 사이에 두고 주축(110)에 워크(W)가 유지되며, 주축(110)은, 워크를 유지하는 워크 유지수단으로서 구성되어 있다.
주축(110)은, 도시하지 않은 주축 모터의 동력에 의하여 회전구동되도록 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 베드측에, Z축 방향 이송기구(160)에 의하여 주축(110)의 축선방향이 되는 Z축 방향으로 이동 가능하게 탑재되어 있다.
주축(110)은, 주축대(110A)를 사이에 두고 Z축 방향 이송기구(160)에 의하여, 상기 Z축 방향으로 이동한다.
Z축 방향 이송기구(160)는, 주축(110)을 Z축 방향으로 이동시키는 주축 이동기구를 구성하고 있다.
Z축 방향 이송기구(160)는, 상기 베드 등의 Z축 방향 이송기구(160)의 고정측과 일체적인 베이스(161)와, 베이스(161)에 설치된 Z축 방향으로 뻗어 있는 Z축 방향 가이드 레일(162)을 구비하고 있다.
Z축 방향 가이드 레일(162)에, Z축 방향 가이드(164)를 사이에 두고 Z축 방향 이송 테이블(163)이 슬라이드 가능하게 지지되어 있다.
Z축 방향 이송 테이블(163) 측에 리니어 서보모터(165)의 가동자(165a)가 설치되고, 베이스(161) 측에 리니어 서보모터(165)의 고정자(165b)가 설치되어 있다.
Z축 방향 이송 테이블(163)에 주축대(110A)가 탑재되어 리니어 서보모터(165)의 구동에 의하여 Z축 방향 이송 테이블(163)이, Z축 방향으로 이동 구동된다.
Z축 방향 이송 테이블(163)의 이동에 의하여 주축대(110A)가 Z축 방향으로 이동하여, 주축(110)의 Z축 방향으로의 이동이 행해진다.
절삭공구대(130A)에는, 워크(W)를 선삭가공하는 바이트 등의 절삭공구(130)가 장착되어 있다.
절삭공구대(130A)는, 절삭공구(130)를 유지하는 칼날대를 구성하고 있다.
절삭공구대(130A)는, 공작기계(100)의 베드측에, X축 방향 이송기구(150) 및 도시하지 않은 Y축 방향 이송기구에 의하여, 상기 Z축 방향과 직교하는 X축 방향과, 상기 Z축 방향 및 X축 방향과 직교하는 Y축 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다.
X축 방향 이송기구(150)와 Y축 방향 이송기구에 의하여, 절삭공구대(130A)를 주축(110)에 대하여 상기 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시키는 칼날대 이동기구가 구성되어 있다.
X축 방향 이송기구(150)는, X축 방향 이송기구(150)의 고정측과 일체적인 베이스(151)와, 베이스(151)에 설치된 X축 방향으로 뻗어 있는 X축 방향 가이드 레일(152)을 구비하고 있다.
X축 방향 가이드 레일(152)에, X축 방향 가이드(154)를 사이에 두고 X축 방향 이송 테이블(153)이 슬라이드 가능하게 지지되어 있다.
X축 방향 이송 테이블(153)측에 리니어 서보모터(155)의 가동자(155a)가 설치되고, 베이스(151)측에 리니어 서보모터(155)의 고정자(155b)가 설치되어 있다.
리니어 서보모터(155)의 구동에 의하여 X축 방향 이송 테이블(153)이, X축 방향으로 이동 구동된다.
한편, Y축 방향 이송기구는, X축 방향 이송기구(150)를 Y축 방향으로 배치한 것이며, X축 방향 이송기구(150)와 같은 구조이기 때문에, 도시 및 구조에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1에 있어서는, 도시하지 않은 Y축 방향 이송기구를 사이에 두고 X축 방향 이송기구(150)를 상기 베드측에 탑재하고, X축 방향 이송 테이블(153)에 절삭공구대(130A)가 탑재되어 있다.
절삭공구대(130A)는, X축 방향 이송 테이블(153)의 이동 구동에 의하여 X축 방향으로 이동하고, Y축 방향 이송기구가, Y축 방향에 대하여, X축 방향 이송기구(150)와 같은 동작을 함으로써, Y축 방향으로 이동한다.
한편, 도시하지 않은 Y축 방향 이송기구를, X축 방향 이송기구(150)를 사이에 두고 상기 베드측에 탑재하고, Y축 방향 이송기구측에 절삭공구대(130A)를 탑재해도 좋고, Y축 방향 이송기구와 X축 방향 이송기구(150)에 의하여 절삭공구대(130A)를 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시키는 구조는 종래 공지이기 때문에, 상세한 설명 및 도시는 생략한다.
상기 칼날대 이동기구(X축 방향 이송기구(150)와 Y축 방향 이송기구)와 상기 주축 이동기구(Z축 방향 이송기구(160))가 협력하여, X축 방향 이송기구(150)와 Y축 방향 이송기구에 의한 X축 방향과 Y축 방향으로의 절삭공구대(130A)의 이동과, Z축 방향 이송기구(160)에 의한 주축대(110A)(주축(110))의 Z축 방향으로의 이동에 의하여, 절삭공구대(130A)에 장착되어 있는 절삭공구(130)는, 워크(W)에 대하여 상대적으로 임의의 가공 이송방향으로 이송된다.
상기 주축 이동기구(Z축 방향 이송기구(160))와 상기 칼날대 이동기구(X축 방향 이송기구(150)와 Y축 방향 이송기구)로 구성되는 이송수단에 의해, 절삭공구(130)를, 워크(W)에 대하여 상대적으로 임의의 가공 이송방향으로 이송함으로써, 도 2에 나타내는 바와 같이, 워크(W)는, 상기 절삭공구(130)에 의해 임의의 형상으로 절삭 가공된다.
한편, 본 실시형태에 있어서는, 주축대(110A)와 절삭공구대(130A)의 양쪽을 이동하도록 구성되어 있지만, 주축대(110A)를 공작기계(100)의 베드측으로 이동하지 않도록 고정하고, 칼날대 이동기구를, 절삭공구대(130A)를 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향으로 이동시키도록 구성해도 좋다.
이 경우, 상기 이송수단이, 절삭공구대(130A)를 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향으로 이동시키는 칼날대 이동기구로 구성되고, 고정적으로 위치 결정되어 회전구동되는 주축(110)에 대하여, 절삭공구대(130A)를 이동시킴으로써, 상기 절삭공구(130)를 워크(W)에 대하여 가공 이송 동작시킬 수 있다.
또, 절삭공구대(130A)를 공작기계(100)의 베드측으로 이동되지 않게 고정하고, 주축 이동기구를, 주축대(110A)를 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향으로 이동시키도록 구성해도 좋다.
이 경우, 상기 이송수단이, 주축대(110A)를 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향으로 이동시키는 주축대 이동기구로 구성되고, 고정적으로 위치 결정되는 절삭공구대(130A)에 대하여, 주축대(110A)를 이동시킴으로써, 상기 절삭공구(130)를 워크(W)에 대하여 가공 이송 동작시킬 수 있다.
한편, 본 실시형태에 있어서는, X축 방향 이송기구(150), Y축 방향 이송기구, Z축 방향 이송기구(160)는, 리니어 서보모터에 의하여 구동되도록 구성되어 있지만, 종래 공지의 볼 나사와 서보모터에 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 의하여 구성되고, 워크(W)와 절삭공구(130)의 상대 회전은, 주축(110)의 회전구동에 의하여 행해진다.
본 실시예에서는, 절삭공구(130)에 대하여 워크(W)를 회전시키는 구성으로 했지만, 워크(W)에 대하여 절삭공구(130)를 회전시키는 구성으로 해도 좋다.
이 경우, 절삭공구(130)로서 드릴 등의 회전 공구를 생각할 수 있다.
주축(110)의 회전, Z축 방향 이송기구(160), X축 방향 이송기구(150), Y축 방향 이송기구는, 제어장치(C)가 가지는 제어부(C1)에 의하여 구동 제어된다.
제어부(C1)는, 각 이송기구를 반복적 이동수단으로서, 각각 대응하는 이동 방향을 따라서 제1 속도에서의 상대이동 및 이 제1 속도에서의 상대이동과 달리 제1 속도보다 늦은 제2 속도에서의 상대이동을 반복하여 주축(110)과 절삭공구(130)를 상대적으로 반복적 이동의 일례로서 왕복 진동시키면서, 주축대(110A) 또는 절삭공구대(130A)를 각각의 방향으로 이동시키도록 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, 제1 속도에서의 상대이동으로서 소정의 전진량만큼 전진(forward movement) 이동하고 나서 제1 속도에서의 상대이동시와 방향을 역방향으로 제2 속도에서의 상대이동으로서 소정의 후퇴량만큼 후퇴(backward movement) 이동하고, 그 차이의 진행량만큼 각 이동방향으로 이동시켜, 협력하여 워크(W)에 대하여 상기 절삭공구(130)를 상기 가공 이송방향으로 이송한다.
공작기계(100)는, Z축 방향 이송기구(160), X축 방향 이송기구(150), Y축 방향 이송기구에 의해, 도 4A에 나타내는 바와 같이, 절삭공구(130)가 상기 가공 이송방향을 따라 1 왕복 진동했을 때의 상기 진행량의, 주축 1회전분당의 양, 즉, 주축 위상 0도에서 360도까지 변화했을 때 만큼의 양을 이송량으로 하여, 가공 이송방향으로 이송됨으로써, 워크(W)의 가공을 행한다.
본 실시예의 제어부(C1)는, 1 진동의 전진시의 주축(110)의 회전 각도에 대하여 후퇴시의 주축(110)의 회전 각도가 작아지도록, 상기 이송수단을 제어한다.
워크(W)가 회전한 상태로, 주축대(110A)(주축(110)) 또는 절삭공구대(130A)(절삭공구(130))가, 도 4A에 나타내는 왕복 진동 파형으로 왕복 진동하면서 이동하고, 절삭공구(130)에 의하여, 워크(W)를 소정의 형상으로 외형 절삭 가공하는 경우, 워크(W)는, 도 4B에 나타내는 바와 같이, 1회전마다 a, b의 궤적을 따라서 절삭된다.
도 4A에 나타내는 바와 같이, 워크(W)의 1회전당의 주축대(110A)(주축(110)) 또는 절삭공구대(130A)의 진동수(N)가, 0.5회(진동수(N)=0.5)를 예로 설명한다.
도 4A에 나타내는 바와 같이, 주축(110)(워크(W))의 2회전에 대하여 절삭공구(130)가 1회 왕복 진동하는 관계로, 워크(W)의 가공을 실행하도록, 제어부(C1)가 상기 이송수단의 제어를 행한다.
본 실시예에서는, 제어부(C1)는, 1 진동의 전진시의 주축(110)의 회전 각도에 대하여 후퇴시의 주축(110)의 회전 각도가 작아지도록, 절삭공구(130)가, 주축(110)의 1회전째부터 2회전째의 도중까지 540도의 회전 각도분 전진하고, 상기 2회전째에서 전진에서 후퇴로 전환되며, 주축(110)의 180도의 회전 각도분 후퇴하여, 상기 2회전째의 종료시점에서, 전진시의 절삭 가공부분과 후퇴시의 절삭 가공부분이 접하여 중복되도록, 제어를 행한다.
전진시의 절삭 가공부분과, 후퇴시의 절삭 가공부분이 접함으로써, 1진동에 있어서 절삭공구(130)의 전진시의 절삭 가공부분에, 후퇴시의 절삭 가공부분이 이론상 「점」으로서 포함되고, 후퇴 중에 절삭공구(130)가 워크(W)로부터 떨어지는 헛동작이 「점」에서 발생함으로써, 절삭 가공시에 워크(W)로부터 생기는 절삭칩은, 상기 헛동작(전진시의 절삭 가공부분과, 후퇴시의 절삭 가공부분이 접하는 점)에 의하여 차례차례 분단된다.
공작기계(100)는, 절삭공구(130)의 절삭 이송방향을 따른 왕복 진동에 의하여 절삭칩을 분단하면서, 워크(W)의 외형 절삭 가공을 원활히 행할 수 있다.
도 4A, 도 4B에 나타내는 왕복 진동 파형과 같이, 주축 1회전째의 이동 궤적(a)과 2회전째의 이동 궤적(b)의 교차점(CT)에서 전진시의 절삭 가공부분과, 후퇴시의 절삭 가공부분이 접하여, 상기 헛동작이 「점」에서 발생하여, 절삭칩이 분단되어 절삭 가루가 발생한다.
도 4A, 도 4B에 나타내는 왕복 진동의 진폭의 설정에 대하여 설명하면, 우선, 워크(W)에 대한 절삭공구(130)의 미리 설정된 상기 이송량에 의하여, 주축 1회전째 때의 절삭공구(130)의 이동 궤적(a)의 시점과, 상기 복수 회전 중 마지막 1회전(이 예에서는 주축 2회전째) 때의 절삭공구(130)의 이동 궤적(b)의 종점이 정해진다.
다음으로, 주축(110)의 복수 회전에 대하여 절삭공구(130)가 1회 진동하는 이 복수 회전 중 마지막 1회전(이 예에서는 주축 2회전째)의 180도의 위치에서 전진에서 후퇴로 전환하는 경우에, 절삭공구(130)의 전진시 속도와 후퇴시 속도의 방향이 서로 역방향으로 절대치가 같은 속도가 되도록, 바꾸어 말하면, 이동 궤적(b)의 전진시와 후퇴시의 궤적이 이등변 삼각형의 좌우의 사변(斜邊)을 형성하도록 가공 이송방향에 있어서의 1 왕복 진동의 후퇴시의 이동량인 진폭량이 계산되어 설정된다.
진폭량이 계산되면, 절삭공구(130)의 이동 궤적(a)과 절삭공구(130)의 이동 궤적(b)이 정해진다.
도 4A, 도 4B는, 주축(110)의 회전제어 등의 기준으로서 미리 정해져 있는 주축 원점(주축(110)의 0도의 위치)을 기준 각도 위치로 하고, 상기 주축 원점으로부터 절삭공구(130)가 절삭 가공을 개시하는 예를 나타내고 있다.
절삭공구(130)는, 주축 원점(0도)으로부터 왕복 진동을 개시하고, 주축(110)이 주축 원점으로부터 1회전 하는 기간에 걸쳐 전진한 후, 다음의 주축 원점으로부터 1회전 하는 동안에 전진에서 후퇴로 전환되고, 이 1회전의 종료시점, 즉 주축(110)이 다음으로 주축 원점에 도달한 시점에서, 후퇴시의 절삭 가공부분이, 전진시의 절삭 가공부분에 도달하여 접하여 1 진동이 완료하고, 주축 원점으로부터 다음의 왕복 진동을 개시한다.
그 결과, 절삭공구(130)가, 헛동작의 발생시점으로부터 필요 이상으로 후퇴가 계속되는 상태가 억제되어, 가공 효율을 향상시킬 수 있다.
기준 각도 위치는, 반드시 주축 원점일 필요는 없고, 주축(110)의 소정의 회전 각도 위치로 할 수 있다.
후퇴시의 절삭 가공부분은, 상기 기준 각도 위치에서, 전진시의 절삭 가공부분에 도달하여 접하기 때문에, 환언하면 주축(110)의 교차점(CT)에서의 회전 각도 위치가 기준 각도 위치로 정해진다.
또한, 도 4A, 도 4B에 나타내는 바와 같이, 기준 각도 위치에서 전진시의 절삭 가공부분과, 후퇴시의 절삭 가공부분이 접하여 중복하는 경우, 실제의 절삭 가공에 있어서는, 전진시의 절삭 가공부분과, 후퇴시의 절삭 가공부분이 충분히 접하지 않는 케이스가 발생할 수 있다.
그래서, 도 4C, 도 4D에 나타내는 바와 같이, 주축(110)이 기준 각도 위치에 도달하기 전의 미리 정해진 회전 각도 위치에 교차점(CT)이 위치하도록, 소정의 중복 타이밍 조정 각도를 설정하여 절삭공구(130)를 왕복 진동시킬 수도 있다.
예를 들면, 도 4C에 나타내는 바와 같이, 진폭량을 변경하는 것 외, 도 4D에 나타내는 바와 같이, 1 왕복 진동의 진폭량을 바꾸지 않고, 전진에서 후퇴로 전환시의 주축 위상을, 주축 2회전째의 범위 내로 작게 하는(도 4D에 있어서 왼쪽으로 옮겨 놓는) 하는 것으로, 소정의 중복 타이밍 조정 각도가 설정된다.
이것에 의해 상기 중복 타이밍 조정 각도분, 후퇴시의 절삭 가공부분이, 전진시의 절삭 가공부분과 중복되고, 이 중복 기간에 절삭공구(130)가 상기 헛동작하기 때문에, 절삭칩의 분단을 확실히 행하게 할 수 있다.
이 경우 기준 각도 위치는, 교차점(CT)이 위치하는 회전 각도 위치에 기초하여, 교차점(CT)이 위치하는 회전 각도 위치에 상기 중복 타이밍 조정 각도를 더한 주축(110)의 회전 각도 위치로 정해진다.
1 왕복 진동의 진폭량을 바꾸지 않고, 전진에서 후퇴로 전환시의 주축 위상의 변경은, 1 왕복 진동의 주축 회전량과 후퇴시의 주축 회전량의 비율의 변경으로서, 도 4A와 같이 진폭량을 설정하고, 주축(110)의 복수 회전에 대하여 절삭공구(130)가 1회 진동하는 이 복수 회전 중 마지막 1회전(이 예에서는 주축 2회전째)의 0도∼180도의 위치에서 전진에서 후퇴로 전환하는 경우, 진폭량을 변화시키지 않고, 후퇴시의 주축 회전량을 0.5∼1.0(180도∼360도)의 범위에서 변경할 수 있다.
즉 후퇴시의 주축 회전량을 크게 함에 따라서, 절삭공구(130)의 이동 궤적(b)의 정점이 도 4D에 있어서의 좌측으로 이동하고, 후퇴시의 절삭 가공부분과, 전진시의 절삭 가공부분을 중복시킬 수 있다.
이때, 절삭공구(130)의 이동 궤적(b)의 종점의 위치는 그대로이고, 절삭공구(130)의 이동 궤적(a)의 기울기가 커지고, 절삭공구(130)의 이동 궤적(b)의 정점보다 우측(후퇴궤적)의 기울기가 작아지기 때문에, 이동 궤적(b)의 상기 정점과 종점의 사이에 교차점(CT)이 위치하게 된다.
또한 상기 절삭공구(130)를 워크(W)에 대하여, 상기 가공 이송방향을 따라 상대적으로 왕복 진동하면서 가공 이송방향으로 이송하는 진동 절삭 가공의 개시를, 가공 프로그램에 있어서 G△△△ P2의 명령으로 지령하도록 제어부(C1)를 구성하는 경우, G△△△ P2의 명령에 계속하여 E의 값(인수(引數) E)으로, 제어부(C1)에 대하여 설정되는 진동수의 값을 1 왕복 진동시의 주축(110)의 회전수에 의하여 설정할 수 있어, 한층 더 R의 값(인수 R)으로 제어부(C1)에 대하여 설정되는 후퇴시의 주축 회전량의 값을 각각 지정시킬 수 있다.
한편, 워크(W)의 복수 회전의 전진 후에 후퇴로 전환되기 때문에, 절삭공구의 이송량을 크게 취함으로써, 절삭 효율을 향상시킬 수 있다.
또, 전진시의 워크(W)의 회전량을 많게, 후퇴시를 적게 함으로써, 절삭공구(130)에 걸리는 절삭 부하를 억제할 수 있다.
본 실시예에서는, 진동수(N)는, 주축(110)(워크(W))의 1회전으로 1회보다 적은 진동(0＜진동수(N)＜1.0)을 행하도록 설정된다.
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 기초하는 소정의 주파수로 동작이 가능해진다.
상기 지령 주기는 상기 기준 주기에 기초하여 정해지며, 일반적으로는 상기 기준 주기의 정수배가 된다.
상기 지령 주기의 값에 따른 주파수로 왕복 진동을 실행시키는 것이 가능해진다.
주축대(110A)(주축(110)) 또는 절삭공구대(130A)(절삭공구(130))의 왕복 진동의 주파수(진동 주파수)f(Hz)는, 상기 주파수로부터 선택되는 값으로 정해진다.
주축대(110A)(주축(110)) 또는 절삭공구대(130A)(절삭공구(130))를 왕복 진동시키는 경우, 주축(110)의 회전수를 S(r/min)로 하면, 진동수(N)는, N=f×60/S로 정해진다.
회전수(S)와 진동수(N)는, 진동 주파수(f)를 정수(定數)로서 반비례한다.
주축(110)은, 진동 주파수(f)를 높게 할수록, 또, 진동수(N)를 작게 할수록 고속 회전할 수 있고, 진동수(N)＜1.0로 하는 경우에, 제어장치(C)에 의한 왕복 진동의 제어에 의하여 절삭 효율을 저하시키지 않고 주축(110)을 고속 회전시키는 것이 가능하게 된다.
이와 같이 하여 얻어진 본 발명의 실시예인 공작기계(100) 및 이 공작기계(100)의 제어장치(C)는, 상기 반복적 이동수단을, 주축(110)의 복수 회전에 대하여 절삭공구(130)가 1회 진동하고, 1 진동의 전진시의 주축(110)의 회전 각도에 대하여 후퇴시의 주축(110)의 회전 각도가 작아지도록 진동시키는 구성으로 함으로써, 주축(110)의 복수 회전에 대하여 절삭공구가 1회 진동하는 왕복 진동으로 워크(W)의 가공을 행하는 경우에, 가공 효율의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 상기 후퇴에 의한 절삭 가공부분과, 상기 전진에 의한 절삭 가공부분이 교차하는 주축(110)의 회전 각도 위치에 기초하여 기준 각도 위치를 설정하고, 상기 반복적 이동수단을, 상기 기준 각도 위치로부터 소정 회수의 주축(110)의 회전에 걸쳐 전진 후, 상기 기준 각도 위치로부터 1회전으로, 전진에서 후퇴로 전환됨과 함께, 상기 후퇴에 의한 절삭 가공부분을, 상기 전진에 의한 절삭 가공부분에 도달시켜 1 진동을 완료시키는 구성으로 함으로써, 절삭중의 낭비를 최소로 하여 가공 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
또, 도 5A에 나타내는 바와 같이, 도 4A의 전진과 같은 제1 속도에서의 상대이동과, 제1 속도보다 늦은 제2 속도에서의 상대이동으로서 도 4A의 후퇴를 대신하여 가공 이송방향으로의 속도 제로로 정지를 반복해도 좋다.
도 4A에 나타내는 왕복 진동과 비교하여, 이송량을 많게 하여 절삭 효율을 높일 수 있다.
도 5B에 나타내는 바와 같이, 2회전째가 종료했을 때, 주축 1회전째의 이동 궤적(a)과 2회전째의 이동 궤적(b)이 교차하지 않지만, 이동 궤적(a)과 이동 궤적(b)의 거리가 짧아진다.
이 개소에 있어서는, 워크(W)로부터 발생하는 절삭칩의 폭이 좁아지기 때문에, 이 개소에서 절삭 가루가 구부러지게 되어 분단되기 쉽게 된다.
도 5C에 나타내는 바와 같이, 도 4A의 전진과 같은 제1 속도에서의 상대이동과, 제2 속도에서의 상대이동으로서 도 4A의 후퇴를 대신하여 가공 이송방향에 있어서 제1 속도에서의 이동 방향과 같은 방향으로 제1 속도보다 늦은 속도에서 이동을 반복해도 좋다.
이것에 의해, 도 5A에 나타내는 반복적 이동과 비교하여, 이송량을 많게 하여 절삭 효율을 높일 수 있다.
도 5D에 나타내는 바와 같이, 2회전째가 종료했을 때, 도 5B와 마찬가지로, 주축 1회전째의 이동 궤적(a)과 2회전째의 이동 궤적(b)이 교차하지 않지만, 이동 궤적(a)과 이동 궤적(b)의 거리가 짧아진다.
이 개소에 있어서는, 워크(W)로부터 발생하는 절삭칩의 폭이 좁아지기 때문에, 이 개소에서 절삭 가루가 구부러지게 되어 분단되기 쉽게 된다.
100: 공작기계
110: 주축
110A: 주축대
120: 척
130: 절삭공구
130A: 절삭공구대
150: X축 방향 이송기구
151: 베이스
152: X축 방향 가이드 레일
153: X축 방향 이송 테이블
154: X축 방향 가이드
155: 리니어 서보모터
155a: 가동자
155b: 고정자
160: Z축 방향 이송기구
161: 베이스
162: Z축 방향 가이드 레일
163: Z축 방향 이송 테이블
164: Z축 방향 가이드
165: 리니어 서보모터
165a: 가동자
165b: 고정자
C: 제어장치
C1: 제어부
W: 워크

Claims (4)

  1. 워크를 유지하는 워크 유지수단과, 상기 워크를 절삭 가공하는 절삭공구를 유지하는 칼날대와, 상기 워크 유지수단과 상기 칼날대의 상대이동에 의하여 워크에 대하여 절삭공구를 소정의 가공 이송방향으로 이송 동작시키는 이송수단과, 서로 다른 제1 속도와 제2 속도에서의 상기 가공 이송방향을 따른 상기 상대이동을 반복하여 상기 워크 유지수단과 칼날대를 상대적으로 반복적 이동시키는 반복적 이동수단과, 상기 워크와 절삭공구를 상대적으로 회전시키는 회전수단을 구비하고,
    상기 워크와 상기 절삭공구의 상대 회전과, 상기 워크에 대한 상기 절삭공구의 상기 반복적 이동을 수반하는 이송 동작에 의하여, 상기 워크의 가공을 실행하는 공작기계로서,
    상기 반복적 이동수단을, 상기 워크와 상기 절삭공구의 상대적인 복수 회전에 대하여 상기 절삭공구가 1회 반복적으로 이동하고, 1 반복적 이동의 상기 제1 속도에서의 상대이동시의 상기 상대 회전의 회전 각도에 대하여 상기 제2 속도에서의 상대이동시의 상기 상대 회전의 회전 각도가 작아지도록 반복적 이동시키는 구성으로 한 공작기계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 속도가, 상기 제2 속도에 대하여 크게 설정된 공작기계.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 각 속도에서의 상대이동에 의한 각 절삭 가공부분이 서로 교차하는 상기 상대 회전의 회전 각도 위치에 기초하여 기준 각도 위치를 설정하고,
    상기 반복적 이동수단을, 상기 기준 각도 위치로부터 소정 회수의 상기 상대 회전에 걸쳐 1 속도에서의 상대이동 후, 상기 기준 각도 위치로부터 1회전으로, 제1 속도에서의 상대이동으로부터 제2 속도에서의 상대이동으로 전환됨과 함께, 상기 제2 속도에서의 상대이동에 의한 절삭 가공부분을, 상기 제1 속도에서의 상대이동에 의한 절삭 가공부분에 도달시켜 1 반복적 이동을 완료시키는 구성으로 한 공작기계.
  4. 워크를 유지하는 워크 유지수단과, 상기 워크를 절삭 가공하는 절삭공구를 유지하는 칼날대와, 상기 워크 유지수단과 칼날대의 상대이동에 의하여 워크에 대하여 절삭공구를 소정의 가공 이송방향으로 이송 동작시키는 이송수단과, 서로 다른 제1 속도와 제2 속도에서의 상기 가공 이송방향을 따른 상대이동을 반복하여 상기 워크 유지수단과 칼날대를 상대적으로 반복적 이동시키는 반복적 이동수단과, 상기 워크와 절삭공구를 상대적으로 회전시키는 회전수단을 구비하고, 상기 워크와 상기 절삭공구의 상대 회전과, 상기 워크에 대한 상기 절삭공구의 상기 반복적 이동을 수반하는 이송 동작에 의하여, 상기 워크의 가공을 실행하는 공작기계의 제어장치로서,
    상기 반복적 이동수단을, 상기 워크와 상기 절삭공구의 상대적인 복수 회전에 대하여 상기 절삭공구가 1회 반복적으로 이동하고, 1 반복적 이동의 상기 제1 속도에서의 상대이동시의 상기 상대 회전의 회전 각도에 대하여 상기 제2 속도에서의 상대이동시의 상기 상대 회전의 회전 각도가 작아지도록 반복적 이동시키는 구성으로 한 공작기계의 제어장치.
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