KR20200033977A - 공작기계 및 이 공작기계의 제어장치 - Google Patents

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Abstract

워크에 대하여 나사깍기 가공했을 때에, 길게 연결된 절삭칩이 워크나 절삭공구에 감기는 것을 회피함과 함께 워크의 가공면을 손상시키는 것을 회피하는 공작기계 및 이 공작기계의 제어장치를 제공하는 것이다.
워크(W)와 절삭공구(130)를 상대 회전시키면서 가공 이송방향을 따라 상대적으로 이송 이동시키고, 워크의 지름 방향으로 상대적으로 왕복 진동시켜 복수회에 걸쳐 나선 형상으로 절입가공을 행함으로써 나사깍기 가공하여, 왕복 진동을 수반하는 각 절입가공시의 진동의 패턴을, 소정의 절입가공시의 절삭 가공부분에, 다른 절입가공에 의한 절삭 완료 부분이 부분적으로 포함되도록 설정하는 진동설정수단(C1)을 마련한 공작기계(100)와 그 제어장치(C).

Description

공작기계 및 이 공작기계의 제어장치{MACHINE TOOL AND CONTROL DEVICE FOR MACHINE TOOL}
본 발명은, 워크의 나사깍기(threading) 가공을 행하는 공작기계 및 이 공작기계의 제어장치에 관한 것이다.
종래, 공작기계로서, 워크를 유지하는 워크 유지수단과, 상기 워크를 절삭 가공하는 절삭공구로서의 칼날을 유지하는 칼날대와, 상기 워크 유지수단과 상기 칼날대의 상대이동에 의하여 워크에 대하여 절삭공구를 소정의 가공 이송방향으로 이송 동작시키는 이송수단과, 상기 워크 유지수단과 상기 칼날대를 상기 워크의 지름 방향으로 상대적으로 왕복 진동시키는 진동수단으로서의 액추에이터와, 상기 워크와 상기 절삭공구를 상대적으로 회전시키는 회전수단으로서의 주축을 구비하고, 상기 주축과 칼날을 워크 지름 방향으로 이송 동작시키면서 칼날을 왕복 진동시켜 절삭 가공하는 절삭장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
이 절삭장치는, 칼날을 워크의 회전 중심에 대한 워크 지름 방향으로 이송할 때, 워크 1회전에 있어서의 가장 이송방향 측으로 치우친 위치의 궤적과 다음의 회전에 있어서의 가장 이송방향 후방 측으로 치우친 위치의 궤적이 중첩되도록 하여, 절삭칩을 분단하면서, 워크의 가공을 행한다.
일본 특허출원공보 2001-150201호(단락 0014, 단락 0047, 도 2 참조)
그렇지만, 상술한 종래의 절삭장치는, 워크 1회전에 있어서의 칼날의 진동 파형의 위상과, 다음 회전에 있어서의 칼날의 진동 파형의 위상이 반전하는 관계에서 제한이 있고, 워크에 대하여 복수회에 걸쳐 나선 형상으로 절입가공을 행함으로써 워크에 나사 부분을 형성하는 나사깍기 가공에 대한 적용은 고려되어 있지 않다.
그래서, 본 발명은, 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제를 해결하는 것으로서, 즉, 본 발명의 목적은, 절삭칩을 분단하면서 나사깍기 가공을 행할 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, 상기 워크 유지수단과 상기 칼날대를 상기 워크의 지름 방향으로 상대적으로 왕복 진동시키는 진동수단과, 상기 워크와 상기 절삭공구를 상대적으로 회전시키는 회전수단을 구비하고, 상기 워크와 상기 절삭공구를 상대 회전시키면서 상기 가공 이송방향을 따라 상대적으로 이송 이동시켜, 소정의 나선 형상을 이루는 동일한 절삭 경로를 따라서 복수회에 걸쳐 절입가공을 행함으로써 상기 워크에 나사 부분을 형성하는 나사깍기 가공을 행하는 공작기계로서, 상기 진동수단이, 소정의 복수회의 절입가공에 있어서, 상기 워크와 절삭공구를 왕복 진동시켜, 상기 왕복 진동을 수반하는 각 절입가공시의 진동의 패턴을, 소정의 절입가공시의 절삭 가공부분에, 다른 절입가공에 의한 절삭 완료 부분이 부분적으로 포함되도록 설정하는 진동설정수단을 마련함으로써, 상술한 과제를 해결하는 것이다.
본 청구항 2에 따른 발명은, 청구항 1에 기재된 공작기계의 구성에 더하여, 상기 진동설정수단이, 상기 워크의 회전에 대한 상기 진동의 위상을 변경하도록 구성됨으로써, 상술한 과제를 한층 더 해결하는 것이다.
본 청구항 3에 따른 발명은, 청구항 1에 기재된 공작기계의 구성에 더하여, 상기 진동설정수단이, 상기 진동의 주파수를 변경하도록 구성됨으로써, 상술한 과제를 한층 더 해결하는 것이다.
본 청구항 4에 따른 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나에 기재된 공작기계의 구성에 더하여, 상기 진동설정수단이, 상기 왕복 진동의 진폭을, 각 절입가공의 절입양에 따라 설정되도록 구성됨으로써, 상술한 과제를 한층 더 해결하는 것이다.
본 청구항 5에 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, 상기 워크 유지수단과 상기 칼날대를 상기 워크의 지름 방향으로 상대적으로 왕복 진동시키는 진동수단과, 상기 워크와 상기 절삭공구를 상대적으로 회전시키는 회전수단을 구비한 공작기계에 설치하고, 상기 워크와 상기 절삭공구를 상대 회전시키면서 상기 가공 이송방향을 따라 상대적으로 이송 이동시키며, 소정의 나선 형상을 이루는 동일한 절삭 경로를 따라서 복수회에 걸쳐 절입가공을 행함으로써 상기 워크에 나사 부분을 형성하는 나사깍기 가공을 행하는 공작기계의 제어장치로서, 상기 왕복 진동을 수반하는 각 절입가공시의 진동의 패턴을, 소정의 절입가공시의 절삭 가공부분에, 다른 절입가공에 의한 절삭 완료 부분이 부분적으로 포함되도록 설정하고, 소정의 복수회의 절입가공에 있어서, 상기 워크와 절삭공구를 상기 진동수단에 의하여 왕복 진동시키는 구성으로 함으로써, 상술한 과제를 해결하는 것이다.
본 청구항 1에 따른 발명의 공작기계에 의하면, 나사깍기 가공에 있어서의 복수회에 걸쳐 절입가공의 왕복 진동을 수반하는 각 절입가공시, 소정의 절입가공시의 절삭 가공부분에, 다른 절입가공에 의한 절삭 완료 부분이 부분적으로 포함됨으로써, 절삭 중에 생기는 절삭칩이 분단되기 때문에, 워크에 대하여 나사깍기 가공했을 때에, 길게 연결된 절삭칩이 워크나 절삭공구에 감기는 것을 회피함과 함께 워크의 가공면을 손상시키는 것을 회피할 수 있다.
본 청구항 2에 따른 발명의 공작기계에 의하면, 청구항 1에 따른 발명이 발휘하는 효과에 더하여, 전회의 절입가공시의 진동의 위상과 이번 절입가공시의 진동의 위상이 다르도록 변경되어 이번 절입가공시의 절삭 가공부분에, 전회의 절입가공에 의한 절삭 완료 부분이 부분적으로 포함되기 때문에, 절삭 중에 생기는 절삭칩을 용이하게 분단할 수 있다.
본 청구항 3에 따른 발명의 공작기계에 의하면, 청구항 1에 따른 발명이 발휘하는 효과에 더하여, 전회의 절입가공시의 진동의 주파수와 이번 절입가공시의 진동의 주파수가 다르도록 변경되어 이번 절입가공시의 절삭 가공부분에, 전회의 절입가공에 의한 절삭 완료 부분이 부분적으로 포함되기 때문에, 절삭 중에 생기는 절삭칩을 용이하게 분단할 수 있다.
본 청구항 4에 따른 발명의 공작기계에 의하면, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 따른 발명이 발휘하는 효과에 더하여, 절삭공구가 각 절입가공시의 절입양에 따라 진동의 진폭이 적절한 진폭량으로 설정되어 이번 절입가공시의 절삭 가공부분에, 전회의 절입가공에 의한 절삭 완료 부분이 부분적으로 포함되기 때문에, 절삭 중에 생기는 절삭칩을 용이하게 분단할 수 있다.
본 청구항 5에 따른 발명의 공작기계의 제어장치에 의하면, 공작기계의 제어장치에 있어서, 청구항 1에 따른 발명이 발휘하는 효과와 같은 효과를 얻을 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시예의 공작기계의 개략을 나타내는 도면.
도 2는, 본 발명의 제1 실시예의 절삭공구와 워크의 관계를 나타내는 개략도.
도 3은, 본 발명의 제1 실시예의 워크에 대한 절삭공구의 위치를 나타내는 전개 모식도.
도 4는, Z축 방향에서 본 워크에 있어서의 절삭공구의 하나의 나사 홈에 있어서의 궤적을 나타내는 개념도.
도 5는, 본 발명의 제2 실시예의 워크에 대한 절삭공구의 위치를 나타내는 전개 모식도.
본 발명은, 워크를 유지하는 워크 유지수단과, 워크를 절삭 가공하는 절삭공구를 유지하는 칼날대와, 워크 유지수단과 칼날대의 상대이동에 의하여 워크에 대하여 절삭공구를 소정의 가공 이송방향으로 이송 동작시키는 이송수단과, 워크 유지수단과 칼날대를 워크의 지름 방향으로 상대적으로 왕복 진동시키는 진동수단과, 워크와 절삭공구를 상대적으로 회전시키는 회전수단을 구비하고, 워크와 절삭공구를 상대 회전시키면서 가공 이송방향을 따라 상대적으로 이송 이동시켜, 소정의 나선 형상을 이루는 동일한 절삭 경로를 따라서 복수회에 걸쳐 절입가공을 행함으로써 워크에 나사 부분을 형성하는 나사깍기 가공을 행하는 공작기계 및 이 공작기계의 제어장치로서, 진동수단이, 소정의 복수회의 절입가공에 있어서, 워크와 절삭공구를 왕복 진동시켜, 왕복 진동을 수반하는 각 절입가공시의 진동의 패턴을, 소정의 절입가공시의 절삭 가공부분에, 다른 절입가공에 의한 절삭 완료 부분이 부분적으로 포함되도록 설정하는 진동설정수단을 마련함으로써, 절삭 중에 생기는 절삭칩을 분단하고, 워크에 대하여 나사깍기 가공했을 때에, 길게 연결된 절삭칩이 워크나 절삭공구에 감기거나, 워크의 가공면을 손상시키는 것 등을 회피할 수 있는 것이면, 그 구체적인 실시예는, 어떠한 것이라도 상관없다.
실시예 1
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 설치되어 있다.
척(120)을 사이에 두고 주축(110)에 워크(W)가 유지되고, 주축(110)은, 워크를 유지하는 워크 유지수단으로서 구성되어 있다.
주축(110)은, 도시하지 않은 주축 모터의 동력에 의하여 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 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 탑재되고, 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 이동하고, 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 방향으로 직교하는 X축 방향과, 상기 Z축 방향 및 X축 방향으로 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 방향에 배치한 것이며, X축 방향 이송기구(150)와 같은 구조이기 때문에, 도시 및 구조에 대한 상세한 설명은 할애한다.
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 이송기구 측에 절삭공구대(130A)를 탑재해도 좋고, Y축 방향 이송기구와 X축 방향 이송기구(150)에 의하여 절삭공구대(130A)를 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시키는 구조는 종래에 공지되어 있기 때문에, 상세한 설명 및 도시는 할애한다.
상기 칼날대 이동기구(X축 방향 이송기구(150)와 Y축 방향 이송기구)와 상기 주축 이동기구(Z축 방향 이송기구(160))가 협동(協動)하여, 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 이송함과 함께, 상기 주축 이동기구와 상기 칼날대 이동기구로 구성되는 진동수단에 의해, 절삭공구(130)를, 워크(W)에 대하여 상기 가공 이송방향과 교차하는 워크(W)의 지름 방향으로 상대적으로 왕복 진동시켜 복수회에 걸쳐 나선 형상으로 절입가공을 행하는 것으로 나사깍기 가공함으로써, 도 2에 나타내는 바와 같이, 절삭공구(130)에 의해, 워크(W)에 나사 부분이 절삭 가공된다.
한편, 본 실시예에 있어서는, 주축대(110A)와 절삭공구대(130A)의 양쪽을 이동하도록 구성하고 있지만, 주축대(110A)를 공작기계(100)의 베드측으로 이동되지 않게 고정하고, 칼날대 이동기구를, 절삭공구대(130A)를 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향으로 이동시키도록 구성해도 좋다.
이 경우, 상기 이송수단 및 진동수단이, 절삭공구대(130A)를 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향으로 이동시키는 칼날대 이동기구로 구성되고, 고정적으로 위치 결정되어 회전 구동되는 주축(110)에 대하여, 절삭공구대(130A)를 이동시킴으로써, 절삭공구(130)를 워크(W)에 대하여 가공 이송 동작시킴과 함께 왕복 진동시킬 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 이송수단 및 진동수단이, 주축대(110A)를 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향으로 이동시키는 주축대 이동기구로 구성되고, 고정적으로 위치 결정되는 절삭공구대(130A)에 대하여, 주축대(110A)를 이동시킴으로써, 절삭공구(130)를 워크(W)에 대하여 가공 이송 동작시킴과 함께 왕복 진동시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에 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 실시예에 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 상대회전은, 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.
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 진동수단으로서, 각각 대응하는 이동 방향을 따라서 왕복 진동시키면서, 주축대(110A) 또는 절삭공구대(130A)를 각각의 방향으로 이동시키도록 제어하도록 미리 설정되어 있다.
각 이송기구는, 제어부(C1)에 의해, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 일례로서 절입 회수 7회에 걸쳐 나선 형상으로 절입가공을 행함으로써 나사깍기 가공하도록 제어된다.
여기서, 절입 회수는, 몇 회의 절입가공을 행함으로써 나사깍기 가공으로 할 것인지에 대한 절입가공의 회수이다.
한편, 도 3에서는, 설명을 알기 쉽게 하기 위해, 절삭공구(130)의 진동을 직선 형상으로 하여 표현하고 있다.
제어부(C1)는, 연속하는 n+1회째(n은 1 이상의 정수)의 절입가공에 있어서의 후퇴시의 절삭공구의 궤적을, n회째의 절입가공에 있어서의 절삭공구의 궤적의 위치까지 도달시키는 제어수단으로서 기능한다.
또, 제어부(C1)는, 연속하는 n회째 및 n+1회째의 절입가공에 있어서의 절입시의 서로 진동의 위상 등의 진동 패턴을 바꾸고, n+1회째의 절입가공시의 절삭 가공부분에, n회째의 절입가공에 의한 절삭 완료 부분이 부분적으로 포함되도록, 왕복 진동을 수반하는 각 절입가공시의 진동의 패턴을 설정하는 진동설정수단으로서도 기능한다.
1회째∼6회째의 절입가공에 있어서는, 진동수단에 의한 진동수는 고정이며, 워크 1회전에 대하여, 절삭공구(130)가 일례로서 X축 방향으로 2회의 비율로 진동한다.
본 실시예에서는, 1회째의 절입가공에 있어서는, 왕복 진동의 후퇴의 개시로부터 절입가공이 개시되도록 왕복 진동시키고, 절삭공구(130)의 왕복 진동의 후퇴시에 절삭공구(130)의 선단을 워크(W)의 외주면까지 도달시킨다.
절삭공구(130)의 선단이 워크(W)의 외주면까지 도달하는 부분에서, 절삭칩이 분단된다.
2회째의 절입가공에서는, 제어부(C1)는, 1회째의 절입가공의 절입시의 위상에 대하여 2회째의 절입가공의 절입시의 위상을 바꿈과 함께, 2회째의 절입가공에 있어서의 후퇴시의 절삭공구(130)의 궤적을, 1회째의 절입가공에 있어서의 절삭공구(130)의 궤적의 위치까지 도달시키도록 제어한다.
본 실시예에서는, 구체적으로는, 2회째(n+1회째: n은 1 이상의 정수)의 절입가공에 있어서의 왕복 진동의 위상을, 1회째(n회째)의 절입가공에 있어서의 왕복 진동의 위상과 반대 관계로 설정하고, 왕복 진동의 전진의 개시로부터 절입가공이 개시되도록 왕복 진동시킴과 함께, 2회째의 절입가공에 있어서의 후퇴시의 절삭공구(130)의 궤적을, 1회째의 절입가공에 있어서의 전진시에서 후퇴시로 전환될 때의 절삭공구(130)의 궤적의 위치까지 도달시킨다.
도달시킨 타이밍에서, 절삭칩이 분단된다.
바꾸어 말하면, 제어부(C1)의 제어에 의하여, 2회째의 절입가공에 있어서의 후퇴시의 절삭 가공부분과, 1회째의 절입가공에 있어서의 전진시의 절삭 가공부분이 접한다.
1회째의 절입가공시의 전진시의 절삭 가공부분과, 2회째의 절입가공시의 후퇴시의 절삭 가공부분이 접함으로써, 1회째의 절입가공에 있어서의 절삭공구(130)의 전진시의 절삭 가공부분에, 2회째의 절입가공에 있어서의 후퇴시의 절삭 가공부분이 이론상 「점」으로서 부분적으로 포함되고, 이 부분에서는, 절삭공구(130)가 워크(W)에 대하여 아무런 절삭을 행하지 않고 공행정하는, 헛동작이 「점」으로 생김으로써, 절삭 가공시에 워크(W)로부터 생기는 절삭칩은, 상기 헛동작(1회째의 절입가공시의 전진시의 절삭 가공부분과, 2회째의 절입가공시의 후퇴시의 절삭 가공부분이 접하는 점)에 의하여 차례차례 분단된다.
1회째의 절입가공과 2회째의 절입가공의 관계와 같은 관계에서, 3회째∼6회째의 절입가공이 실행된다.
한편, 왕복 진동의 진폭은, 절입가공시의 절입양과 일치함으로써, 연속하는 2회의 절입가공시의 절삭 가공부분이 서로 접한다.
1회의 나사깍기 가공에 있어서, 절입가공의 절입양은 감소하기 때문에, 왕복 진동의 진폭은, 절입가공의 회수를 거듭할 때마다 작아지도록 제어된다.
이것에 의해, 절입가공의 회수를 거듭할 때마다 워크(W)의 나사 바닥면의 요철이 서서히 작아진다.
마지막 7회째의 절입가공에서는, 절삭공구(130)를 진동시키지 않고 워크(W)의 나사 바닥면을 절삭함으로써, 워크(W)의 나사 바닥면의 평탄성을 향상시킬 수 있다.
도 3에 있어서 1개의 나사 홈에 있어서의 절삭공구(130)의 궤적을 워크(W)의 Z축 방향에서 관찰한 개념도를 도 4에 나타내고 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 도 3의 절입의 조건은 주축 1회전당 절삭공구(130)의 진동수가 2회이기 때문에, 워크(W)를 Z축 방향에서 관찰하면 타원 형상으로 되며, 워크(W)의 둘레길이(워크 1회전)에 대하여 2회의 헛동작이 들어간다.
그리고, 2회, 3회로 절입가공을 계속하여 행함에 따라서, 전회의 절입가공으로 타원 형상으로 되어 있는 장경(長徑)방향으로 남은 영역을 다음 회의 절입가공으로 진폭을 작게 하면서 절입가공을 진행시켜 감으로써, 나사 홈의 형성이 진행됨과 함께, 가공면의 평탄성이 더해 간다.
한편, 본 실시예의 공작기계(100)에서는, 사용자에 의하여, 주축(110)의 회전수, 주축 1회전당의 절삭공구(130)의 진동수 등을, 수치 설정부(C2) 등을 통하여 제어부(C1)에 설정하도록 구성되어 있다.
회전수, 진동수 등의 제어부(C1)로의 설정은, 제어부(C1)에 파라미터로서 입력할 수 있는 것 외, 예를 들면 회전수, 진동수나 진폭이나 절입 회수 등을 가공 프로그램에 기재하여 설정하거나, 프로그램 블록(프로그램의 1행)에 있어서 진동수를 인수로서 설정하거나 할 수 있다.
또, 본 실시예에서는, n+1회째의 절입가공에 있어서의 후퇴시의 절삭공구(130)의 궤적이, n회째의 절입가공에 있어서의 전진시에서 후퇴시로 전환될 때의 절삭공구(130)의 궤적의 위치까지 도달하고, n+1회째의 절입가공에 있어서의 후퇴시의 절삭 가공부분과, n회째의 절입가공에 있어서의 전진시의 절삭 가공부분이 이론상 「점」에서 접하도록 했지만, 상기 도달하면 좋고, n+1회째의 절입가공에 있어서의 후퇴시의 절삭공구(130)의 궤적이, n회째의 절입가공에 있어서의 전진시에서 후퇴시로 전환될 때의 절삭공구(130)의 궤적의 위치를 초과하여도 좋다.
바꾸어 말하면, 제어부(C1)는, n+1회째의 절입가공에 있어서의 후퇴시의 절삭 가공부분과, n회째의 절입가공에 있어서의 전진시의 절삭 가공부분이, 상기 접하는 상태를 포함하여 중복되도록, 제어를 행해도 좋다.
요컨데, n+1회째의 절입가공시의 절삭 가공부분에, n회째의 절입가공에 의한 절삭 완료 부분이 부분적으로 포함되어 있으면 좋다.
진폭은, 예를 들면 워크에 대한 실제의 절삭공구의 절입양에 대한 비율(진폭 절입 비율)에 의하여 설정할 수 있고, 본 실시예에서는, 진폭과 절입양을 같게 설정했지만, 진폭을 절입양보다 크게 설정해도 좋다.
예를 들면, 진폭 절입 비율을 1보다 크게 함으로써, 진폭을 절입양보다 크게 설정하고, n+1회째의 절입가공에 있어서의 후퇴시의 절삭공구(130)의 궤적을, n회째의 절입가공에 있어서의 전진시에서 후퇴시로 전환될 때의 절삭공구(130)의 궤적의 위치를 초과시킬 수 있다.
다만, 1회의 나사깍기 가공에 있어서, 절입가공 마다 절입양은 감소하기 때문에, 왕복 진동의 진폭은, 절입가공의 회수를 거듭할 때마다 작아지며, n+1회째의 절입가공에 있어서의 후퇴시의 절삭공구(130)의 궤적이, n회째의 절입가공에 있어서의 전진시에서 후퇴시로 전환될 때의 절삭공구(130)의 궤적의 위치를 초과하는 양이 차례차례 작아진다.
이 때문에, n+1회째의 절입가공에 있어서의 후퇴시의 절삭공구(130)의 궤적이, n회째의 절입가공에 있어서의 전진시에서 후퇴시로 전환될 때의 절삭공구(130)의 궤적의 위치를 초과하는 양을, 미리, 진폭 보증치로서 설정할 수도 있다.
이 때문에, 진폭 절입 비율에 의하여 설정한 진폭에서는, 상기 진폭 보증치보다 작은 양 밖에 후퇴시의 절삭공구(130)의 궤적이, n회째의 절입가공에 있어서의 전진시에서 후퇴시로 전환될 때의 절삭공구(130)의 궤적의 위치를 초과하지 않는 경우는, 진폭을 절입양에 진폭 보증치를 더한 값으로 할 수 있다.
진폭 절입 비율이나, 진폭 보증치는, 상기 주축(110)의 회전수, 진동수 등과 같이 제어부(C1)에 파라미터로서 입력할 수 있는 것 외, 예를 들면 가공 프로그램에 기재하여 설정하거나, 프로그램 블록(프로그램의 1행)에 있어서 인수로서 설정하거나 할 수 있다.
예를 들면, 상기와 같이, 절삭공구(130)를, 워크(W)에 대하여 상기 가공 이송방향과 교차하는 방향으로 상대적으로 왕복 진동시켜 복수회에 걸쳐 나선 형상으로 절입가공을 행하는 나사깍기 가공의 개시(진동개시)를, 가공 프로그램에 있어서 GΔΔ ΔP3의 명령으로 지령하도록 제어부(C1)를 구성하는 경우, GΔΔΔ의 명령에, D에 계속되는 값(인수 D)으로 제어부(C1)에 대하여 설정되는 진동수(N)를 지정시키고, Q에 계속되는 값(인수 Q)으로 제어부(C1)에 대하여, 진폭 절입 비율을 설정하며, U에 계속되는 값(인수 U)으로 제어부(C1)에 대하여, 진폭 보증치를 설정할 수 있다.
한편, 진동수(N)는, 1 진동당 주축(110)의 회전수로서 설정할 수도 있다.
예를 들면 E에 계속되는 값(인수 E)으로 제어부(C1)에 대하여, 1 진동당 주축(110)의 회전수를 설정할 수 있다.
진폭 절입 비율 「1.2」를 설정하는 경우는 GΔΔΔ에 계속하여 「Q1.2」와, 진폭 보증치 「0.02 mm」를 설정하는 경우는 GΔΔΔ에 계속하여 「U0.02」와, 진동수를 「1」로 설정하는 경우는 GΔΔΔ에 계속하여 「D1」과 각각 가공 프로그램에 기재함으로써, 제어부(C1)에 대하여 진동수(N)와 진폭 절입 비율, 진폭 보증치를 설정할 수 있다.
또, 1회의 나사깍기 가공에 있어서 몇회째의 절입가공까지 진동시킬지의 설정이나, 몇회째의 절입가공으로부터 진동을 개시시키는지 등의 설정을, 상술한 주축(110)의 회전수, 진동수, 진폭 절입 비율이나, 진폭 보증치 등과 같이, 입력, 설정 등을 실시할 수 있다.
예를 들면, 몇회째의 절입가공까지 진동시킬지의 설정을, K에 계속되는 값(인수 K)으로 제어부(C1)에 대하여 행할 수 있다.
또한 인수 K를 설정하는 경우는, 워크(W)의 지름을 제어부(C1)에 대하여 설정하는 것이 바람직하다.
워크(W)의 지름은, 예를 들면 X에 계속되는 값(인수 X)으로 제어부(C1)에 대하여 설정할 수 있다.
이와 같이 하여 얻어진 본 발명의 제1 실시예인 공작기계(100) 및 이 공작기계(100)의 제어장치(C)는, 왕복 진동을 수반하는 각 절입가공시 진동의 패턴을, n+1회째의 절입가공시의 절삭 가공부분에, n회째의 절입가공에 의한 절삭 완료 부분이 부분적으로 포함되도록 설정하는 진동설정수단으로서의 제어부(C1)를 구비함으로써, 워크(W)에 대하여 절입가공했을 때에, 상기 중복부분에서 절삭칩이 분단되고, 길게 연결된 절삭칩이 워크(W)나 절삭공구(130)에 감기는 것을 회피함과 함께 워크(W)의 가공면을 손상시키는 것을 회피할 수 있다.
또한, 왕복 진동의 주파수가 일정하고, n+1회째의 절입가공에 있어서의 왕복 진동의 위상이, n회째의 절입가공에 있어서의 왕복 진동의 위상과 반대 관계이며, 제어부(C1)가, n+1회째의 절입가공에 있어서의 후퇴시의 절삭공구(130)의 궤적을, n회째의 절입가공에 있어서의 전진시에서 후퇴시로 전환될 때의 절삭공구(130)의 궤적의 위치까지 도달시킴으로써, 효율적으로 절삭칩을 분단하면서 나사깍기 가공을 실행할 수 있다.
실시예 2
제2 실시예에 대하여, 이하에 제1 실시예와 다른 구성을 설명하는 것으로 하고, 공통되는 내용의 설명은 할애한다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 제2 실시예에서는, 1회째∼6회째의 절입가공에 있어서, 진동수단에 의한 왕복 진동의 주파수를 변경하고 있다.
일례로서, 1회째의 절입가공에 있어서, 주축 8회전에 대하여, 절삭공구(130)가 1회의 비율로 진동하고, 2회째의 절입가공에 있어서, 주축 4회전에 대하여, 절삭공구(130)가 1회의 비율로 진동하며, 3회째의 절입가공에 있어서, 주축 2회전에 대하여, 절삭공구(130)가 1회의 비율로 진동하고, 4회째의 절입가공에 있어서, 주축 1회전에 대하여, 절삭공구(130)가 1회의 비율로 진동하며, 절입가공의 회수를 거듭할 때마다 왕복 진동의 주파수가 높아지도록 제어된다.
이것에 의해, 회수를 따를 때마다 서서히 주파수가 높아져 나사깍기 가공에 의한 워크(W)의 나사 바닥면의 요철이 촘촘하게 된다.
한편, 절입가공에 있어서의 왕복 진동의 진폭은, 실시예 1과 마찬가지로, 절입양에 따라 설정되며, 절입가공의 회수를 거듭할 때마다 작아지도록 제어된다.
다만, 절입양에 대한 진폭의 비율이나, 절입양에 대한 진폭의 증가량을 설정하여, 상기 비율이나 증가량에 따른 값을 취하도록 할 수도 있다.
이와 같이 하여 얻어진 본 발명의 제2 실시예인 공작기계(100) 및 이 공작기계(100)의 제어장치(C)는, n+1회째의 절입가공에 있어서의 왕복 진동의 주파수가, n회째의 절입가공에 있어서의 왕복 진동의 주파수보다 높고, 제어부(C1)가, n+1회째의 절입가공에 있어서의 복수회의 진동에 1도의 비율로 후퇴시의 절삭공구(130)의 궤적을, n회째의 절입가공에 있어서의 전진시에서 후퇴시로 전환될 때의 절삭공구(130)의 궤적의 위치까지 도달시킴으로써, 효율 좋게 절삭칩을 분단하면서 나사깍기 가공을 실행할 수 있고, 회수를 따를 때마다 서서히 나사 바닥면을 정돈하는 것도 가능해진다.
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
C2: 수치 설정부
W: 워크

Claims (5)

  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, 상기 워크 유지수단과 상기 칼날대를 상기 워크의 지름 방향으로 상대적으로 왕복 진동시키는 진동수단과, 상기 워크와 상기 절삭공구를 상대적으로 회전시키는 회전수단을 구비하고, 상기 워크와 상기 절삭공구를 상대 회전시키면서 상기 가공 이송방향을 따라 상대적으로 이송 이동시키고, 소정의 나선 형상을 이루는 동일한 절삭 경로를 따라 복수회에 걸쳐 절입가공을 행함으로써 상기 워크에 나사 부분을 형성하는 나사깍기 가공을 행하는 공작기계로서,
    상기 진동수단이, 소정의 복수회의 절입가공에 있어서, 상기 워크와 절삭공구를 상기 왕복 진동시키고,
    상기 왕복 진동을 수반하는 각 절입가공시의 진동의 패턴을, 상기 워크에 대한 상기 절삭공구의 절입양과 상기 왕복 진동의 진폭에 의해서 설정하는 진동설정수단을 마련한, 공작기계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동설정수단이, 상기 워크의 회전에 대한 상기 진동의 위상을 변경하도록 구성된, 공작기계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동설정수단이, 상기 진동의 주파수를 변경하도록 구성된, 공작기계.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동설정수단이, 상기 왕복 진동의 진폭을 각 절입가공의 절입양에 따라 설정하도록 구성된, 공작기계.
  5. 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, 상기 워크 유지수단과 상기 칼날대를 상기 워크의 지름 방향으로 상대적으로 왕복 진동시키는 진동수단과, 상기 워크와 상기 절삭공구를 상대적으로 회전시키는 회전수단을 구비한 공작기계에 설치되고, 상기 워크와 상기 절삭공구를 상대 회전시키면서 상기 가공 이송방향을 따라 상대적으로 이송 이동시키며, 소정의 나선 형상을 이루는 동일한 절삭 경로를 따라 복수회에 걸쳐 절입가공을 행함으로써 상기 워크에 나사 부분을 형성하는 나사깍기 가공을 행하는 공작기계의 제어장치로서,
    상기 왕복 진동을 수반하는 각 절입가공시의 진동의 패턴을, 상기 워크에 대한 상기 절삭공구의 절입양과 상기 왕복 진동의 진폭에 의해서 설정해서, 소정의 복수회의 절입가공에 있어서, 상기 워크와 절삭공구를 상기 진동수단에 의하여 상기 왕복 진동시키는 구성으로 한, 공작기계의 제어장치.
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