KR20180055838A - 공작 기계의 제어 장치 및 이 제어 장치를 구비한 공작 기계 - Google Patents

공작 기계의 제어 장치 및 이 제어 장치를 구비한 공작 기계 Download PDF

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Abstract

유저의 설정한 조건에 기초하여, 절삭 공구를 왕복 진동시키면서 가공 이송 방향으로 이송하고, 워크의 절삭 가공을 원활히 행함과 함께 워크 가공면의 외관을 향상시키는 것이 가능한 공작 기계와 그 제어 장치를 제공하는 것. 제어 수단(C1)을, 동작 지령이 가능한 주기에 기인하는 진동 주파수에 대응하여 상대적인 회전의 회전수와, 상대적인 회전의 1회전당의 왕복 진동의 진동수를 정하도록 구성하고, 제어 수단에 의해서 정해진 회전수 또는 진동수를 조정하는 조정 수단을 마련한 공작 기계(100)와 그 제어 장치(C).

Description

공작 기계의 제어 장치 및 이 제어 장치를 구비한 공작 기계
본 발명은, 절삭 가공시의 절삭 칩을 순차 분단하면서 워크의 가공을 행하는 공작 기계의 제어 장치 및 이 제어 장치를 구비한 공작 기계에 관한 것이다.
종래, 워크를 절삭 가공하는 절삭 공구와, 이 절삭 공구와 워크를 상대적으로 회전시키는 회전 수단과, 절삭 공구와 워크를 소정의 가공 이송 방향으로 이송 동작시키는 이송 수단과, 절삭 공구와 워크를 상대적으로 왕복 진동시키는 진동 수단을 구비한 공작 기계가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
이 공작 기계의 제어 장치는, 절삭 공구와 워크와의 상대적인 회전과, 워크에 대한 절삭 공구의 왕복 진동을 수반하는 이송 동작에 의해서, 공작 기계에 워크의 가공을 실행시킨다.
일본 특허공보 5033929호(단락 0049 참조)
종래의 공작 기계에 있어서, 제어 장치에 의한 동작 지령은, 소정의 주기로 행해진다.
이 때문에, 절삭 공구와 워크를 상대적으로 진동시키는 진동 주파수는, 상기 제어 장치에 의한 동작 지령이 가능한 주기에 기인하는 한정된 값이 된다.
그렇지만, 종래의 공작 기계는, 상기 진동 주파수가 고려되지 않기 때문에, 상기 상대적인 회전의 임의의 회전수에 대해서, 워크 1회전당의 워크에 대한 절삭 공구의 임의의 진동수의 조건에서 왕복 진동시킬 수 없는 경우가 있다고 하는 문제가 있었다.
또한, 절삭 공구를 왕복 진동시켜서 절삭 가공을 행하는 것에 기인하여 발생하는 워크 가공면의 줄무늬 형상의 모양선에 의해, 워크 가공면의 외관이 저하되는 경우가 있다고 하는 문제가 있다.
여기서, 본 발명은, 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제를 해결하는 것으로서, 즉, 본 발명의 목적은, 절삭 공구를 왕복 진동시키면서 가공 이송 방향으로 이송하고, 워크의 절삭 가공을 원활히 행함과 함께, 워크 가공면의 외관을 향상시킬 수 있는 공작 기계의 제어 장치 및 이 제어 장치를 구비한 공작 기계를 제공하는 것이다.
본 청구항 1에 관한 발명은, 워크를 절삭 가공하는 절삭 공구와, 상기 절삭 공구와 워크를 상대적으로 회전시키는 회전 수단과, 상기 절삭 공구와 워크를 소정의 가공 이송 방향으로 이송 동작시키는 이송 수단과, 상기 절삭 공구와 워크를 상대적으로 왕복 진동시키는 진동 수단을 구비한 공작 기계에 마련되고, 상기 절삭 공구와 워크와의 상대적인 회전과, 상기 워크에 대한 상기 절삭 공구의 왕복 진동을 수반하는 이송 동작에 의해서, 상기 공작 기계에 상기 워크의 가공을 실행시키는 제어 수단을 가지는 공작 기계의 제어 장치에 있어서, 상기 제어 수단을, 동작 지령이 가능한 주기에 기인하는 진동 주파수에 대응하여 상기 상대적인 회전의 회전수와, 상기 상대적인 회전의 1회전당의 상기 왕복 진동의 진동수를 정하도록 구성하고, 상기 제어 수단에 의해서 정해진 상기 회전수 또는 상기 진동수를 조정하는 조정 수단을 마련한 것에 의해, 상술한 과제를 해결하는 것이다.
본 청구항 2에 관한 발명은, 청구항 1에 기재된 공작 기계의 제어 장치의 구성에 더하여, 상기 진동 수단을, 상기 가공 이송 방향을 따라서, 상기 절삭 공구와 워크를 상대적으로 왕복 진동시키는 구성으로 한 것에 의해, 상술한 과제를 더 해결하는 것이다.
본 청구항 3에 관한 공작 기계의 제어 장치는, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 공작 기계의 제어 장치의 구성에 더하여, 상기 진동 수단을, 왕동시의 절삭 가공 부분과, 복동시의 절삭 가공 부분이 중복하도록, 상기 절삭 공구와 워크를 상대적으로 왕복 진동시키는 구성으로 한 것에 의해, 상술한 과제를 더욱 해결하는 것이다.
본 청구항 4에 관한 공작 기계의 제어 장치는, 청구항 1 내지 청구항 3의 어느 하나에 기재된 공작 기계의 제어 장치의 구성에 더하여, 상기 제어 수단이, 상기 상대적인 회전의 회전수와 상기 왕복 진동의 진동수와 상기 진동 주파수를 각각 파라미터로 하고, 상기 파라미터의 적어도 하나의 값을 상기 제어 수단에 대해서 설정하는 설정 수단과, 상기 파라미터 중 미설정의 값을 소정의 값으로 설정하고, 상기 설정한 값에 기초하여 상기 설정 수단에 의해서 설정된 파라미터의 값을 보정하는 보정 수단을 마련하고, 상기 조정 수단이, 상기 보정 수단에 의한 보정 후의 상기 상대적인 회전의 회전수 또는 상기 진동수를 조정하고 있는 것으로, 상술한 과제를 해결하는 것이다.
본 청구항 5에 관한 공작 기계의 제어 장치는, 청구항 4에 기재된 공작 기계의 제어 장치의 구성에 더하여, 상기 상대적인 회전의 회전수 또는 상기 진동수를 조정하기 위한 조정치가 상기 설정 수단에 의해 설정되고, 상기 조정 수단을, 상기 조정치에 기초하여 상기 조정시키는 구성으로 한 것에 의해, 상술한 과제를 해결하는 것이다.
본 청구항 6에 관한 공작 기계의 제어 장치는, 청구항 4 또는 청구항 5에 기재된 공작 기계의 제어 장치의 구성에 더하여, 상기 보정 수단이, 상기 진동 주파수에 기초한 상수로, 상기 회전수와 상기 진동수가 반비례하도록, 상기 파라미터 중 미설정의 값을 소정의 값으로 정함과 함께, 상기 설정 수단에 의해서 설정된 파라미터의 값을 보정하도록 구성된 것에 의해, 상술한 과제를 더욱 해결하는 것이다.
본 청구항 7에 관한 공작 기계의 제어 장치는, 청구항 4 내지 청구항 6의 어느 하나에 기재된 공작 기계의 제어 장치의 구성에 더하여, 상기 설정 수단에 의해 설정되는 파라미터를 상기 회전수로 하고, 상기 보정 수단이, 상기 진동수를 미리 정해진 복수의 소정의 값으로 정하고, 상기 진동 주파수를, 상기 제어 장치가 고유하게 구비하는 소정의 값으로 정하고, 상기 설정 수단에 의해서 설정된 상기 회전수의 값을, 각 진동수의 값과 정해진 진동 주파수에 기초하여 보정하도록 구성된 것에 의해, 상술한 과제를 더욱 해결하는 것이다.
본 청구항 8에 관한 공작 기계의 제어 장치는, 청구항 4 내지 청구항 6의 어느 하나에 기재된 공작 기계의 제어 장치의 구성에 더하여, 상기 설정 수단에 의해 설정되는 파라미터를, 상기 회전수와 상기 진동수로 하고, 상기 보정 수단이, 설정된 상기 회전수와 상기 진동수를, 상기 진동 주파수에 기초하여 정해지는 상기 회전수와 상기 진동수의 값으로 보정하도록 구성된 것에 의해, 상술한 과제를 더욱 해결하는 것이다.
본 청구항 9에 관한 공작 기계는, 청구항 1 내지 청구항 8의 어느 하나에 기재된 제어 장치를 구비한 것에 의해서, 상술한 과제를 해결하는 것이다.
본 발명에 있어서의 공작 기계의 제어 장치에 의하면, 제어 수단이, 진동 주파수에 대응하여 회전수와 진동수와의 조건을 정하는 것에 의해서, 워크의 절삭 가공을 원활히 행하게 할 수 있다.
또한, 제어 수단에 의해서 정해진 회전수 또는 진동수는, 조정 수단에 의해, 예를 들면, 유저에 의한 조정이 가능해지고, 조정 수단에 의한 조절 가능한 범위에 있어서, 회전수 또는 진동수를 조정하여, 워크 가공면의 외관을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 공작 기계는, 상기 공작 기계의 제어 장치에 의해서, 워크의 절삭 가공을 원활히 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예의 공작 기계의 개략을 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 절삭 공구와 워크와의 관계를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예의 절삭 공구의 왕복 진동 및 위치를 나타내는 도이다.
도 4는 본 발명의 실시예의 주축 n회전째, n+1회전째, n+2회전째의 관계를 나타내는 도이다.
도 5는 본 발명의 실시예의 지령 주기와 진동 주파수와의 관계를 나타내는 도이다.
도 6은 본 발명의 실시예의 진동수와 회전수와 진동 주파수와의 관계를 나타내는 도이다.
도 7은 본 발명의 실시예의 보정 수단에 의한 보정의 변형예로서 나타내는 진동수와 진동 주파수에 대응하는 회전수의 테이블이다.
본 발명은, 워크를 절삭 가공하는 절삭 공구와, 이 절삭 공구와 워크를 상대적으로 회전시키는 회전 수단과, 절삭 공구와 워크를 소정의 가공 이송 방향으로 이송 동작시키는 이송 수단과, 절삭 공구와 워크를 상대적으로 왕복 진동시키는 진동 수단을 구비한 공작 기계에 마련되고, 절삭 공구와 워크와의 상대적인 회전과, 워크에 대한 절삭 공구의 왕복 진동을 수반하는 이송 동작에 의해서, 공작 기계에 워크의 가공을 실행시키는 제어 수단을 가지는 공작 기계의 제어 장치에 있어서, 제어 수단을, 동작 지령이 가능한 주기에 기인하는 진동 주파수에 대응하여 상대적인 회전의 회전수와, 상대적인 회전의 1회전당의 왕복 진동의 진동수를 정하도록 구성하고, 제어 수단에 의해서 정해진 회전수 또는 진동수를 조정하는 조정 수단을 마련한 것에 의해, 절삭 공구를 왕복 진동시키면서 가공 이송 방향으로 이송하고, 워크의 절삭 가공을 원활히 행함과 함께, 워크 가공면의 외관을 향상시키는 것이라면, 그 구체적인 실시형태는, 어떤 것이라도 상관없다.
[실시예]
도 1은, 본 발명의 실시예의 제어 장치(C)를 구비한 공작 기계(100)의 개략을 나타내는 도이다.
공작 기계(100)는, 주축(110)과, 절삭 공구대(130A)를 구비하고 있다.
주축(110)은, 워크 유지 수단으로서 척(120)을 통하여 워크(W)를 유지한다.
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, 공작 기계(100)의 베드 측에, Z축 방향 이송 기구(160)에 의해서 주축(110)의 축선 방향이 되는 Z축 방향으로 이동 가능하게 탑재되어 있다.
주축(110)은, 주축대(110A)를 통하여 Z축 방향 이송 기구(160)에 의해서, 상기 Z축 방향으로 이동한다.
Z축 방향 이송 기구(160)는, 주축(110)을 Z축 방향으로 이동시키는 주축 이동 기구를 구성하고 있다.
Z축 방향 이송 기구(160)는, 상기 베드 등의 Z축 방향 이송 기구(160)의 고정측과 일체적인 베이스(161)와, 베이스(161)에 마련된 Z축 방향으로 연장되는 Z축 방향 가이드 레일(162)을 구비하고 있다.
Z축 방향 가이드 레일(162)에, Z축 방향 가이드(164)를 통하여 Z축 방향 이송 테이블(163)이 슬라이드 가능하게 지지되어 있다.
Z축 방향 이송 테이블(163)측에 리니어 써보모터(165)의 가동자(165a)가 마련되고, 베이스(161)측에 리니어 써보모터(165)의 고정자(165b)가 마련되어 있다.
Z축 방향 이송 테이블(163)에 주축대(110A)가 탑재되고, 리니어 써보모터(165)의 구동에 의해서 Z축 방향 이송 테이블(163)이, Z축 방향으로 이동 구동된다.
Z축 방향 이송 테이블(163)의 이동에 의해서 주축대(110A)가 Z축 방향으로 이동하고, 주축(110)의 Z축 방향에의 이동이 행해진다.
절삭 공구대(130A)는, 워크(W)를 가공하는 바이트 등의 절삭 공구(130)가 장착되고, 절삭 공구(130)를 유지하는 칼날대를 구성하고 있다.
X축 방향 이송 기구(150)가, 공작 기계(100)의 베드측에 마련되어 있다.
X축 방향 이송 기구(150)는, 상기 베드측과 일체적인 베이스(151)와, Z축 방향에 대해서 상하 방향으로 직교하는 X축 방향으로 연장되는 X축 방향 가이드 레일(152)을 구비하고 있다.
X축 방향 가이드 레일(152)은 베이스(151)에 고정되고, X축 방향 가이드 레일(152)에는, X축 방향 이송 테이블(153)이 X축 방향 가이드(154)를 통하여 슬라이드 가능하게 지지되어 있다.
X축 방향 이송 테이블(153)에는, 절삭 공구대(130A)가 탑재된다.
리니어 써보모터(155)는 가동자(155a) 및 고정자(155b)를 가지고, 가동자(155a)는 X축 방향 이송 테이블(153)에 마련되고, 고정자(155b)는 베이스(151)에 마련되어 있다.
X축 방향 이송 테이블(153)이 리니어 써보모터(155)의 구동에 의해서 X축 방향 가이드 레일(152)을 따라서 X축 방향으로 이동하면, 절삭 공구대(130A)가 X축 방향으로 이동하고, 절삭 공구(130)가 X축 방향으로 이동한다.
또한, Y축 방향 이송 기구를 마련해도 좋다.
Y축 방향은, 도시의 Z축 방향 및 X축 방향에 직교하는 방향이다.
상기 Y축 방향 이송 기구는, X축 방향 이송 기구(150)와 마찬가지의 구조로 할 수 있다.
X축 방향 이송 기구(150)를 Y축 방향 이송 기구를 통하여 베드에 탑재하는 것으로써, Y축 방향 이송 테이블을 리니어 써보모터의 구동에 의해서 Y축 방향으로 이동시키고, 절삭 공구대(130A)를 X축 방향에 더하여 Y축 방향으로 이동시켜서, 절삭 공구(130)를 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 Y축 방향 이송 기구를, X축 방향 이송 기구(150)를 통하여 베드에 탑재하고, 상기 Y축 방향 이송 테이블에 절삭 공구대(130A)를 탑재해도 좋다.
칼날대 이동 기구(X축 방향 이송 기구(150)와 Y축 방향 이송 기구)와 상기 주축 이동 기구(Z축 방향 이송 기구(160))가 협동하여, X축 방향 이송 기구(150)와 Y축 방향 이송 기구에 의한 X축 방향과 Y축 방향에의 절삭 공구대(130A)의 이동과, Z축 방향 이송 기구(160)에 의한 주축대(110A)(주축(110))의 Z축 방향에의 이동에 의해서, 절삭 공구대(130A)에 장착되어 있는 절삭 공구(130)는, 워크(W)에 대해서 상대적으로 임의의 가공 이송 방향으로 이송된다.
주축(110)의 회전, X축 방향 이송 기구(150)나 Z축 방향 이송 기구(160) 등의 이동은, 제어 장치(C)로 제어된다.
상기 주축 이동 기구(Z축 방향 이송 기구(160))와 상기 칼날대 이동 기구(X축 방향 이송 기구(150)와 Y축 방향 이송 기구)로부터 구성되는 이송 수단에 의해, 주축(110)과 절삭 공구대(130A)를 상대적으로 이동시키고, 절삭 공구(130)를, 워크(W)에 대해서 상대적으로 임의의 가공 이송 방향으로 이송하는 것에 의해서, 도 2에 나타내는 바와 같이, 워크(W)는, 상기 절삭 공구(130)에 의해 임의의 형상으로 절삭 가공된다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 주축대(110A)와 절삭 공구대(130A)의 양쪽 모두를 이동하도록 구성하고 있지만, 주축대(110A)를 공작 기계(100)의 베드측에 이동하지 않도록 고정하고, 칼날대 이동 기구를, 절삭 공구대(130A)를 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향으로 이동시키도록 구성해도 좋다.
이 경우, 상기 이송 수단이, 절삭 공구대(130A)를 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향으로 이동시키는 칼날대 이동 기구로부터 구성되고, 고정적으로 위치 결정되어서 회전 구동되는 주축(110)에 대해서, 절삭 공구대(130A)를 이동시키는 것에 의해서, 상기 절삭 공구(130)를 워크(W)에 대해서 가공 이송 동작시킬 수 있다.
또한, 절삭 공구대(130A)를 공작 기계(100)의 베드측에 이동하지 않도록 고정하고, 주축 이동 기구를, 주축대(110A)를 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향으로 이동시키도록 구성해도 좋다.
이 경우, 상기 이송 수단이, 주축대(110A)를 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향으로 이동시키는 주축대 이동 기구로부터 구성되고, 고정적으로 위치 결정되는 절삭 공구대(130A)에 대해서, 주축대(110A)를 이동시키는 것에 의해서, 상기 절삭 공구(130)를 워크(W)에 대해서 가공 이송 동작시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, X축 방향 이송 기구(150), Y축 방향 이송 기구, Z축 방향 이송 기구(160)는, 리니어 써보모터에 의해서 구동되도록 구성되어 있지만, 종래 공지의 볼 나사와 써보모터에 의한 구동 등으로 할 수도 있다.
본 실시형태에 있어서는, 워크(W)와 절삭 공구(130)를 상대적으로 회전시키는 회전 수단이, 상기 빌트인 모터 등의 상기 주축 모터에 의해서 구성되고, 워크(W)와 절삭 공구(130)와의 상대적인 회전은, 주축(110)의 회전 구동에 의해서 행해진다.
본 실시예에서는, 절삭 공구(130)에 대해서 워크(W)를 회전시키는 구성으로 했지만, 워크(W)에 대해서 절삭 공구(130)를 회전시키는 구성으로 해도 좋다.
이 경우, 절삭 공구(130)로서 드릴 등의 회전 공구를 생각할 수 있다.
주축(110)의 회전, Z축 방향 이송 기구(160), X축 방향 이송 기구(150), Y축 방향 이송 기구는, 제어 장치(C)가 가지는 제어부(C1)를 제어 수단으로서, 제어부(C1)에 의해서 구동 제어된다.
제어부(C1)는, 각 이송 기구를 진동 수단으로서, 각각 대응하는 이동 방향을 따라서 왕복 진동시키면서, 주축대(110A) 또는 절삭 공구대(130A)를 각각의 방향으로 이동시키게 제어하도록 미리 설정되어 있다.
각 이송 기구는, 제어부(C1)의 제어에 의해, 도 3에 나타내는 바와 같이, 주축(110) 또는 절삭 공구대(130A)를, 1회의 왕복 진동에 있어서, 소정의 전진량만큼 전진(왕동) 이동하고 나서 소정의 후퇴량만큼 후퇴(복동) 이동하고, 그 차이의 진행량만큼 각 이동 방향으로 이동시켜서, 협동하여 워크(W)에 대해서 상기 절삭 공구(130)를 상기 가공 이송 방향으로 이송한다.
공작 기계(100)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, Z축 방향 이송 기구(160), X축 방향 이송 기구(150), Y축 방향 이송 기구에 의해, 절삭 공구(130)가 상기 가공 이송 방향을 따른 왕복 진동을 하면서, 주축 1회전분, 즉, 주축 위상 0도에서 360도까지 변화했을 때의 상기 진행량의 합계를 이송량으로서, 가공 이송 방향으로 이송되는 것에 의해서, 워크(W)의 가공을 행한다.
워크(W)가 회전한 상태에서, 주축대(110A)(주축(110)) 또는 절삭 공구대(130A)(절삭 공구(130))가, 왕복 진동하면서 이동하고, 절삭 공구(130)에 의해서, 워크(W)를 소정의 형상으로 외형 절삭 가공하는 경우, 워크(W)의 둘레면은, 정현 곡선(sine curve) 형상으로 절삭된다.
또한, 정현 곡선 형상의 파형의 골짜기를 통과하는 가상선(1점쇄선)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 절삭 공구대(130A)의 진동수 N이, 3.5회(진동수 N = 3.5)를 예로 설명한다.
이 경우, 주축(110)의 n회전째(n는 1 이상의 정수)와 n+1회전째의 절삭 공구(130)에 의해 선삭(旋削)되는 워크(W) 둘레면 형상의 위상이, 주축 위상 방향(그래프의 가로축 방향)으로 어긋난다.
이 때문에, n+1회전째의 상기 위상의 골짜기의 최저점(절삭 공구(130)에 의해서 이송 방향으로 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 방향으로 어긋난다.
이것에 의해, 절삭 공구(130)의 왕동시의 절삭 가공 부분과, 복동시의 절삭 가공 부분이 일부 중복하고, 워크(W) 둘레면의 n+1회전째의 절삭 부분에, n회전째에 절삭 완료 부분이 포함되고, 이 부분에서는, 절삭 중에 절삭 공구(130)가, 워크(W)에 대해서 아무런 절삭을 행하지 않고 허공을 깎는, 공회전 동작이 생긴다.
절삭 가공시에 워크(W)로부터 생기는 절삭 칩은, 상기 공회전 동작에 의해서 순차 분단된다.
공작 기계(100)는, 절삭 공구(130)의 절삭 이송 방향을 따른 상기 왕복 진동에 의해서 절삭 칩을 분단하면서, 워크(W)의 외형 절삭 가공 등을 원활히 행할 수 있다.
절삭 공구(130)의 상기 왕복 진동에 의해서 절삭 칩을 순차 분단하는 경우, 워크(W) 둘레면의 n+1회전째의 절삭 부분에, n회전째에 절삭 완료 부분이 포함되어 있으면 좋다.
다시 말하자면, 워크 둘레면의 n+1회전째에 있어서의 복동시의 절삭 공구(130)의 궤적이, 워크 둘레면의 n회전째에 있어서의 절삭 공구(130)의 궤적까지 도달하면 좋다.
n+1회전째와 n회전째의 워크(W)에 있어서의 절삭 공구(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.
공작 기계(100)에 있어서, 제어부(C1)에 의한 동작 지령은, 소정의 지령 주기로 행해진다.
주축대(110A)(주축(110)) 또는 절삭 공구대(130A)(절삭 공구(130))의 왕복 진동은, 상기 지령 주기에 기초하는 소정의 주파수로 동작이 가능해진다.
예를 들면, 제어부(C1)에 의해서 1초간에 250회의 지령을 보내는 것이 가능한 공작 기계(100)의 경우, 제어부(C1)에 의한 동작 지령은, 1÷250 = 4(ms)주기(기준 주기)로 행해진다.
상기 지령 주기는 상기 기준 주기에 기초하여 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)을 지령 주기로 하면, 16(ms)마다 왕동과 복동을 실행시키게 되고, 1÷(0.004×4) = 62.5(Hz)로 주축대(110A)(주축(110)) 또는 절삭 공구대(130A)(절삭 공구(130))를 왕복 진동시킬 수 있다.
그 외에, 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 이산 주파수에서만, 주축대(110A)(주축(110)) 또는 절삭 공구대(130A)(절삭 공구(130))를 왕복 진동시킬 수 있다.
주축대(110A)(주축(110)) 또는 절삭 공구대(130A)(절삭 공구(130))의 왕복 진동의 주파수(진동 주파수) f(Hz)는, 상기 주파수로부터 선택되는 값으로 정해진다.
또한, 제어 장치(C)(제어부(C1))에 따라서는, 상기 기준 주기(4ms)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 절삭 공구대(130A)(절삭 공구(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 N는, 진동 주파수 f를 상수로 하여 반비례한다.
주축(110)은, 진동 주파수 f를 높게 취할수록, 또한 진동수 N을 작게 할수록 고속 회전할 수 있다.
본 실시예의 공작 기계(100)에서는, 진동 주파수 f는, 복수의 소정의 이산 주파수가 되고, 회전수 S와 진동수 N과 진동 주파수 f를 각각 파라미터로 하고, 유저에 의해서, 이것들 3개의 파라미터 중 회전수 S와 진동수 N의 2개를, 수치 설정부(C2) 등을 통하여 제어부(C1)에 설정할 수 있도록 구성되어 있다.
회전수 S 또는 진동수 N의 제어부(C1)에의 설정은, 회전수 S 또는 진동수 N의 값을, 제어부(C1)에 파라미터치로서 입력할 수 있는 것 외에, 예를 들면 회전수 S나 진동수 N의 값을 가공 프로그램에 기재하여 설정하거나, 프로그램 블록(프로그램의 1행)에 있어서 진동수 N을 인수로서 설정하거나 할 수 있다.
특히, 진동수 N을 가공 프로그램의 프로그램 블록에 있어서 인수로서 설정할 수 있도록, 설정 수단을 구성하면, 일반적으로 가공 프로그램상에 기재되는 주축(110)의 회전수 S와 프로그램 블록으로의 인수로서 기재되는 진동수 N에 의해서, 가공 프로그램으로부터 용이하게 회전수 S와 진동수 N을 유저가 설정할 수 있다.
또한, 상기 설정 수단에 의한 설정은, 프로그램에 의하는 것이라도 좋고, 유저가 수치 설정부(C2)를 통하여 설정하는 것이라도 좋다.
또한, 주속(周速)과 워크 지름을, 가공 프로그램 등을 통하여 설정 입력할 수 있도록 구성하고, 상기 주속과 워크 지름에 기초하여 회전수 S를 산출시켜서 설정할 수도 있다.
가공 프로그램 등을 통하여 설정 입력되는 주속과 워크 지름에 기초하여 회전수 S를 산출하도록, 상기 설정 수단을 구성하는 것으로, 워크(W)의 재질이나 절삭 공구(130)의 종류나 형상, 재질 등에 대응하여 정해지는 주속에 대응하여, 유저가 의식하는 일 없이 용이하게 회전수 S를 설정할 수 있다.
제어부(C1)는, 설정된 회전수 S와 진동수 N에 기초하여, 이 회전수 S로 주축(110)을 회전시키고, 이 진동수 N으로 절삭 공구(130)가 상기 가공 이송 방향을 따라서 왕복 진동하면서 가공 이송 방향으로 이송되도록, 주축대(110A) 또는 절삭 공구대(130A)를 왕복 진동하면서 이동시키도록 제어한다.
단 회전수 S와 진동수 N은 상술과 같이 진동 주파수 f에 기인하여 정해지기 때문에, 제어부(C1)는, 설정된 회전수 S와 진동수 N을 진동 주파수 f에 기초하여 보정하는 보정 수단을 구비한다.
보정 수단은, 진동 주파수 f를, N = 60f/S에 기초하여, 설정된 진동수 N과 회전수 S로부터 산출되는 값에 가까운 값을 가지는 것으로 설정하고, 설정된 진동 주파수 f에 의해서, 진동수 N과 회전수 S를 각각 설정된 값에 가까운 값으로 보정하도록 구성할 수 있다.
예를 들면, 유저에 의해서, S = 3000(r/min), N = 1.5로 설정되었다고 가정한다.
이 경우, S = 3000(r/min), N = 1.5로부터 진동 주파수의 값이 75(Hz)가 되기 때문에, 보정 수단은, 예를 들면, 진동 주파수 f = 62.5(Hz)로 설정한다.
보정 수단은, 설정된 진동 주파수(62.5 Hz)에 기초하여, 예를 들면, 회전수 S(3000(r/min))를 유지하여 진동수 N = 1.25로 보정하거나 진동수 N(1.5)을 유지하여 회전수 S = 2500(r/min)으로 보정하거나 한다.
또한, 진동 주파수 f = 50(Hz)으로 설정하고, 회전수 S = 2400(r/min), 진동수 N = 1.25로 양쪽 모두를 보정할 수도 있다.
보정 수단에 의한 회전수 S와 진동수 N의 보정에 의해서, 설정 수단에 의해 설정된 진동수 N과 회전수 S에 기초한 조건으로, 공작 기계(100)는, Z축 방향 이송 기구(160), X축 방향 이송 기구(150), Y축 방향 이송 기구에 의해, 절삭 공구(130)를 상기 가공 이송 방향을 따른 왕복 진동시키면서 가공 이송 방향으로 이송하고, 절삭 칩을 분단하면서, 워크(W)의 절삭 가공을 원활히 행할 수 있고, 경우에 따라서는, 예를 들면 절삭 공구(130)의 수명을 연장시키는 일도 가능해진다.
이것에 의해, 유저가 의도한 회전수 S 및 진동수 N에 비교적 가까운 조건으로 워크(W)의 가공을 행할 수 있다.
이때, 가공 조건 등에 대응하여, 회전수 S나 진동수 N의 어느 하나를 우선하여 보정하거나 양쪽 모두를 보정하거나 하여, 보정 조건을 변경할 수도 있다.
또한, 상기 설정 수단에 의해서 사용하는 진동 주파수 f를 미리 유저측에 있어서 설정하고, 설정된 진동 주파수 f에 대응하여, 진동수 N이나 회전수 S를 보정하도록 구성할 수도 있다.
이 경우도, 제어부(C1)를 안정된 제어 상태로서, 절삭 공구(130)를 상기 가공 이송 방향을 따른 왕복 진동시키면서 가공 이송 방향으로 이송하고, 절삭 칩을 분단하면서, 워크(W)의 외형 절삭 가공을 원활히 그리고 안정적으로 행하게 할 수 있다.
한편 가공의 사이클 타임을 줄이기 위해서는, 주축(110)의 회전을 가능한 고속으로 설정하는 것이 바람직하다.
이 때문에는, 진동 주파수 f를 가능한 한 높게 할 필요가 있지만, 안정 제어 등의 관점으로부터 필요 이상으로 높게 설정하는 것은 용이하지 않다.
이 때문에 진동수 N을 가능한 한 작게 하는 것으로, 회전수 S를 크게 하는 것이 가능해진다.
이때, 1진동당의 주축(110)의 회전수로 진동수 N을 설정하도록 상기 설정 수단을 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 악영향이 생기지 않는 정도로 설정할 필요가 있다.
또한, 본 실시예에서는, 3개의 파라미터 중 진동수 N이나 회전수 S를, 수치 설정부(C2) 등을 통하여 제어부(C1)에 설정하도록 구성했지만, 예를 들면, 미리 진동수 N을 소정의 값으로 고정하여, 입력 불필요하게 해 두고, 3개의 파라미터 중 1개로서 회전수 S만을 유저가 설정하여, 이 회전수 S와 진동수 N에 대응하여 진동 주파수 f를 설정하고, 회전수 S 또는 진동수 N을 보정하도록 해도 좋다.
또한, 3개의 파라미터 중 1개로서 회전수 S만을 유저가 설정하는 경우, 제어부(C1)를, 설정된 회전수 S에 대해서 각 진동 주파수에 대응하는 진동수를 각 진동 주파수마다 산출하고, 설정된 회전수 S를 보정하는 일없이, 절삭 공구(130)의 상기 왕복 진동에 의해서 절삭 칩이 분단되는 진동수 N을 설정하도록 구성할 수도 있다.
이 경우, 제어부(C1)는, 유저에 의해서 설정된 회전수 S에 대해서, 제어부(C1)가 설정한 진동수 N이 되는 진동 주파수 f로, 절삭 공구(130)의 상기 왕복 진동을 실행한다. 단, 유저에 의해서 설정된 회전수 S나 동작 가능한 진동 주파수에 의해서, 상기와 같이 절삭 칩이 분단되는 진동수 N의 설정이 곤란한 경우는, 제어부(C1)에 의해서, 상기 왕복 진동의 진폭을, 절삭 칩이 분단되는 값으로 조절 설정하도록 구성할 수도 있다.
또한, 제어부(C1)의 보정 수단을, 설정된 회전수 S를 진동 주파수 f에 기초하여 보정하도록 구성하고, 도 7에 나타내는 바와 같이, 제어부(C1)가, 주축 1회전당의 왕복 이동의 진동수 N1, N2, N3…과, 동작 지령이 가능한 주기에 기인하는 진동 주파수 f1, f2, f3…에 대응하는 주축(110)의 회전수 S11, S12, S13…, S21…, S31…의 테이블을 가지고, 보정 수단이, 유저에 의해서 설정된 회전수 S의 값을, 상기 테이블 내의 회전수 S의 값으로 보정하도록 해도 좋다.
상술한 바와 같이, 절삭 공구(130)를 상기 가공 이송 방향을 따른 왕복 진동시키면서 가공 이송 방향으로 이송하고, 절삭 칩을 분단하면서, 워크(W)의 외형 절삭 가공을 행했을 때, 워크(W) 둘레면의 n+1회전째의 절삭 부분에, n회전째에 절삭 완료 부분이 포함되고, 상기 왕복 진동의 왕동시의 절삭 가공 부분과 복동시의 절삭 가공 부분이 중복되는 것에 의해서, 진동 절삭 가공된 워크 둘레면인 워크 가공면에 줄무늬 형상의 모양선이 형성되고, 워크 가공면의 외형인 외관에 악영향이 생기는 경우가 있다.
여기서, 본 실시예에서는, 제어부(C1)는, 상기 보정 수단에 의한 보정 후에 주축(110)의 회전수 S를 조정하는 조정 수단을 구비하고 있다.
본 실시예에 있어서의 상기 조정 수단은, 보정 수단에 의한 보정에 의해서 정해지는 진동 주파수 f를 변경하는 일 없이, 미리 제어부(C1)에 대해서 설정되는 조정치에 대응하여, 주축(110)의 회전수 S를 조정하도록 구성되어 있다.
상기 조정치의 제어부(C1)에의 설정은, 상술한 회전수 S, 진동수 N, 진동 주파수 f의 설정과 마찬가지로, 상기 조정치를, 제어부(C1)에 파라미터치로서 입력할 수 있는 것 외에, 예를 들면 상기 조정치를 가공 프로그램에 기재하여 설정하거나, 프로그램 블록에 있어서 상기 조정치를 인수로서 설정하거나 할 수 있다.
특히 상기 조정치를, 진동수 N과 마찬가지로, 가공 프로그램의 프로그램 블록에 있어서 인수로서 설정할 수 있도록, 설정 수단을 구성하면, 일반적으로 가공 프로그램 상에 기재되는 주축(110)의 회전수 S와, 프로그램 블록으로의 인수로서 기재되는 진동수 N 및 조정치에 의해서, 가공 프로그램으로부터 용이하게 회전수 S와 진동수 N과 조정치를 유저가 설정할 수 있다.
또한, 상기 설정 수단에 의한 설정은, 프로그램에 의하는 것이라도 좋고, 유저가 수치 설정부(C2)를 통하여 설정하는 것이라도 좋다.
예를 들면, 절삭 공구(130)를 워크(W)에 대해서, 상기 가공 이송 방향을 따라서 상대적으로 왕복 진동하면서 가공 이송 방향으로 이송하는 진동 절삭 가공의 개시를, 가공 프로그램에 있어서 G△△△PO의 명령으로 지령하도록 제어부(C1)를 구성하는 경우, G△△△PO의 명령에 계속되는 D의 값(인수 D)으로, 제어부(C1)에 대해서 설정되는 진동수 N의 값을 설정할 수 있고, 또한 Q의 값(인수 Q)으로, 제어부(C1)에 대해서 설정되는 진폭 이송 비율(이송량과 진동 수단에 의한 왕복 진동의 진폭과의 비율이며, 상기 진폭을 상기 이송량으로 나눈 값)을 설정할 수 있고, 또한 한층 더 J의 값(인수 J)으로, 상기 조정치를 설정할 수 있다.
조정치를 0.77로 하면, J 0.77로 지령하는 것으로, 상기 보정 수단에 의한 보정 후에 진동 주파수 f를 변경하는 일 없이 주축(110)의 회전수 S(예를 들면 상술한 바와 같이 2400(r/min)으로 보정했을 경우)에 상기 조정치를 가산(-의 값의 경우는 감산)하여 상기 회전수 S로서, 예를 들면 2400(r/min)을 2400.77(r/min)로 조정할 수 있다.
또한, 조정 수단에 의한 회전수 S의 조정은, 상기 보정 수단에 의한 보정 후의 타이밍이면 좋고, 상기 보정 수단에 의해서 진동수 N만이 보정되어 있는 경우, 회전수 S만이 보정되어 있는 경우, 및 진동수 N과 회전수 S의 양쪽 모두가 보정되어 있는 경우의 어느 하나라도 좋다.
상기 조정의 정도는, 보정 수단에 의한 보정량보다 작으면 좋고, 반드시 조정치의 절대치가 1 미만일 필요는 없다.
상기 회전수 S = 2400(r/min)을 S = 2400.77(r/min)로 조정하는 것으로써, 상술한 진동 주파수 f = 50(Hz)일 때, N = 60f/S의 관계가 유지되기 때문에, 진동수 N도, 진동수 N = 1.25가 N = 1.249559로 조정되게 된다.
본 실시예에서는, 조정 수단이, 상기 보정 수단에 의한 보정 후에 주축(110)의 회전수 S를 조정하는 구성으로 했지만, 상기 보정 수단에 의한 보정 후에 상기 진동수 N을 조정하는 구성으로 해도 좋다.
이 경우, 상기 설정 수단에 의해 상기 진동수 N을 조정하기 위한 조정치가 설정되고, 이 조정치를 인수로 상기 조정 수단에 전달할 수 있도록 구성된다.
상술한 바와 같이, J의 값(인수 J)으로, 상기 조정치를 설정하여, 주축(110)의 회전수 S를 조정하는 것으로써, 워크 가공면이 눈에 띄는 모양선의 발생을 억제하여 워크 가공면의 외관을 향상시키는 것이 가능하다.
이상의 실시예에 있어서는, 진동 수단에 의해서, 이동 방향에 따른 왕복 진동으로서 소정의 전진량만큼 전진(왕동) 이동하고 나서 소정의 후퇴량만큼 후퇴(복동) 이동하는 경우에 대해서 설명했지만, 왕복 진동으로서 소정의 제1 속도로의 상대 이동으로서 상기 왕동 이동과, 상기 제1 속도보다 늦은 제2 속도로의 상대 이동으로서 상기 복동 이동 대신에 가공 이송 방향에의 속도 제로로 정지를 반복하는 진동으로 할 수도 있다.
또한, 제2 속도로의 상대 이동으로서 상기 복동 대신에 가공 이송 방향에 있어서 제1 속도로의 상기 왕동 이동 방향과 동일한 방향에 제1 속도보다 늦은 속도로의 이동을 반복해도 좋다.
상기 어느 경우도, 워크(W)로부터 생기는 절삭 칩의 폭이 좁아지는 개소에서, 절삭 칩이 접히도록 분단되기 쉬워진다.
100…공작 기계
110…주축
110A…주축대
120…척
130…절삭 공구
130A…절삭 공구대
150…X축 방향 이송 기구
151…베이스
152…X축 방향 가이드 레일
153…X축 방향 이송 테이블
154…X축 방향 가이드
155…리니어 써보모터
155a…가동자
155b…고정자
160…Z축 방향 이송 기구
161…베이스
162…Z축 방향 가이드 레일
163…Z축 방향 이송 테이블
164…Z축 방향 가이드
165…리니어 써보모터
165a…가동자
165b…고정자
C…제어 장치
C1…제어부
C2…수치 설정부
W…워크

Claims (9)

  1. 워크를 절삭 가공하는 절삭 공구와, 상기 절삭 공구와 워크를 상대적으로 회전시키는 회전 수단과, 상기 절삭 공구와 워크를 소정의 가공 이송 방향으로 이송 동작시키는 이송 수단과, 상기 절삭 공구와 워크를 상대적으로 왕복 진동시키는 진동 수단을 구비한 공작 기계에 마련되고,
    상기 절삭 공구와 워크와의 상대적인 회전과, 상기 워크에 대한 상기 절삭 공구의 왕복 진동을 수반하는 이송 동작에 의해서, 상기 공작 기계에 상기 워크의 가공을 실행시키는 제어 수단을 가지는, 공작 기계의 제어 장치에 있어서,
    상기 제어 수단을, 동작 지령이 가능한 주기에 기인하는 진동 주파수에 대응하여 상기 상대적인 회전의 회전수와, 상기 상대적인 회전의 1회전당의 상기 왕복 진동의 진동수를 정하도록 구성하고, 상기 제어 수단에 의해서 정해진 상기 회전수 또는 상기 진동수를 조정하는 조정 수단을 마련한, 공작 기계의 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동 수단을, 상기 가공 이송 방향을 따라서, 상기 절삭 공구와 워크를 상대적으로 왕복 진동시키는 구성으로 한, 공작 기계의 제어 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 진동 수단을, 왕동(往動)시의 절삭 가공 부분과, 복동(復動)시의 절삭 가공 부분이 중복하도록, 상기 절삭 공구와 워크를 상대적으로 왕복 진동시키는 구성으로 한, 공작 기계의 제어 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 수단이, 상기 상대적인 회전의 회전수와 상기 왕복 진동의 진동수와 상기 진동 주파수를 각각 파라미터로 하고, 상기 파라미터의 적어도 하나의 값을 상기 제어 수단에 대해서 설정하는 설정 수단과,
    상기 파라미터 중 미설정의 값을 소정의 값으로 설정하고, 상기 설정한 값에 기초하여 상기 설정 수단에 의해서 설정된 파라미터의 값을 보정하는 보정 수단을 마련하고,
    상기 조정 수단이, 상기 보정 수단에 의한 보정 후의 상기 상대적인 회전의 회전수 또는 상기 진동수를 조정하고 있는, 공작 기계의 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상대적인 회전의 회전수 또는 상기 진동수를 조정하기 위한 조정치가 상기 설정 수단에 의해 설정되고, 상기 조정 수단을, 상기 조정치에 기초하여 상기 조정시키는 구성으로 한, 공작 기계의 제어 장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 보정 수단이, 상기 진동 주파수에 기초한 상수로, 상기 회전수와 상기 진동수가 반비례하도록, 상기 파라미터 중 미설정의 값을 소정의 값으로 정함과 함께, 상기 설정 수단에 의해서 설정된 파라미터의 값을 보정하도록 구성된, 공작 기계의 제어 장치.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 설정 수단에 의해 설정되는 파라미터를 상기 회전수로 하고,
    상기 보정 수단이, 상기 진동수를 미리 정해진 복수의 소정의 값으로 정하고, 상기 진동 주파수를, 상기 제어 장치가 고유하게 구비하는 소정의 값으로 정하고, 상기 설정 수단에 의해서 설정된 상기 회전수의 값을, 각 진동수의 값과 정해진 진동 주파수에 기초하여 보정하도록 구성된, 공작 기계의 제어 장치.
  8. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 설정 수단에 의해 설정되는 파라미터를, 상기 회전수와 상기 진동수로 하고,
    상기 보정 수단이, 설정된 상기 회전수와 상기 진동수를, 상기 진동 주파수에 기초하여 정해지는 상기 회전수와 상기 진동수의 값으로 보정하도록 구성된, 공작 기계의 제어 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 제어 장치를 구비한 공작 기계.
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