KR20230164241A - 공작기계 및 제어장치 - Google Patents

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Abstract

공작물(W)과 공구(130)를 서로 상대 회전시킨 상태에서 이송방향으로 상대 이동시키면서 공작물(W)의 축심에 수직인 방향으로 상대적으로 진동시켜 공구(130)에 의한 공작물(W)의 진동절삭가공을 수행함과 동시에 진동절삭가공을 수행한 후에 공작물(W)과 공구(130)를 진동시키지 않고 서로 상대 회전시키면서 이송방향으로 상대 이동시켜 공작물(W)의 마무리대를 공구(130)로 절삭하는 마무리 절삭가공을 수행하는 공작기계(1) 및 그 제어장치(C)에 있어서, 진동절삭가공을 수행하기 전에 마무리대 산출수단(C2)으로 진동절삭가공을 실행한 때에 공작물(W)에 남는 마무대를 산출하고, 판정수단(C3)으로 마무리대 산출수단(C2)에 의해 산출된 마무리대가 소정의 역치 이하인지 아닌지를 판정한다.

Description

공작기계 및 제어장치{Machine tool and control device}
본 발명은 공구에 의해 공작물을 절삭가공하는 공작기계 및 그 제어장치에 관한 것이다.
종래, 공작기계로서 공작물을 보유하는 공작물 보유수단과, 공작물을 절삭가공하는 공구를 보유하는 인물대(刃物台)와, 공작물 보유수단에 보유된 공작물과 공구를 소정의 이송방향으로 상대 이동시키는 이송수단과, 공작물 보유수단에 보유된 공작물과 공구를 공작물의 축심을 중심으로 하여 상대 회전시키는 회전수단과, 공작물 보유수단에 보유된 공작물과 공구를 소정의 진동조건으로 공작물의 축심에 수직인 방향으로 상대적으로 진동시키는 진동수단과, 공작물과 공구를 서로 상대 회전시킨 상태에서 이송방향으로 상대 이동시키면서 공작물의 축심에 수직인 방향으로 상대적으로 진동시켜 공구에 의한 공작물의 진동절삭가공을 수행함과 동시에 진동절삭가공을 수행한 후에 공작물과 공구를 공작물의 축심에 수직인 방향으로 상대적으로 진동시키지 않고 서로 상대 회전시키면서 이송방향으로 상대 이동시켜 공작물의 마무리대를 공구로 절삭하는 마무리 절삭가공을 수행하도록 이송수단, 회전수단 및 진동수단의 작동을 제어하는 제어부를 가지는 공작기계가 알려져 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
이와 같은 공작기계에서는 서로 절단량이 상이한 복수의 패스로 나누어 진동절삭가공을 수행하는 구성으로 함과 동시에, 이들 복수의 패스를 소정회의 패스가 전회 패스에 의한 절삭가공 완료 부분을 통과하는 설정으로 함으로써, 진동절삭가공 시 공구에 의해 공작물이 절삭되지 않는 공회전 기간을 발생시켜서 칩을 순차 분단하면서 공작물의 절삭가공을 수행할 수 있다.
특허문헌 1 : 국제 공개특허 제2016/056526호
그러나 상기 종래 공작기계에서는, 진동절삭가공에서 공작물을 소정의 지름까지 진동 절삭가공하여도 해당 절삭 후 공작물의 표면에는 공구의 진동 궤적에 따른 형상으로 소정의 지름보다 지름 방향 외측으로 돌출하는 절삭 잔여 부분이 생기므로, 진동조건에 따라서는 진동절삭가공의 완료 후에 공작물에 생기는 절삭 잔여 부분이 커지게 되어 공작물을 마무리 절삭가공할 때에 공구에 과대한 부하가 가해질 우려가 있다는 문제가 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하는 것을 과제로 하는 것이며 그 목적은 진동절삭가공 후에 수행하는 마무리 절삭가공에서 공구에 과대한 부하가 가해지는 것을 방지하는 것이 가능한 공작기계 및 그 제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 공작기계는 공작물을 보유하는 공작물 보유수단과, 상기 공작물을 절삭가공하는 공구를 보유하는 인물대(刃物台)와, 상기 공작물 보유수단에 보유된 공작물과 상기 인물대에 보유된 상기 공구를 소정의 이송방향으로 상대 이동시키는 이송수단과, 상기 공작물 보유수단에 보유된 상기 공작물과 상기 인물대에 보유된 상기 공구를 상기 공작물의 축심을 중심으로 하여 상대 회전시키는 회전수단과, 상기 공작물 보유수단에 보유된 상기 공작물과 상기 인물대에 보유된 상기 공구를 소정의 진동조건으로 상기 공작물의 축심에 수직인 방향으로 상대적으로 진동시키는 진동수단과, 상기 공작물과 상기 공구를 서로 상대 회전시킨 상태에서 상기 이송방향으로 상대 이동시키면서 상기 공작물의 축심에 수직인 방향으로 상대적으로 진동시켜 상기 공구에 의한 상기 공작물의 진동절삭가공을 수행함과 동시에 상기 진동절삭가공을 수행한 후에 상기 공작물과 상기 공구를 상기 공작물의 축심에 수직인 방향으로 상대적으로 진동시키지 않고 서로 상대 회전시키면서 상기 이송방향으로 상대 이동시켜 상기 공작물의 마무리대를 상기 공구로 절삭하는 마무리 절삭가공을 수행하도록 상기 이송수단, 상기 회전수단 및 상기 진동수단의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 공작기계이며, 상기 진동 절삭 가공을 실시하기 전에, 상기 진동 조건에 기초하여 상기 진동 절삭 가공을 실행한 때에 상기 공작물에 남는 마무리대를 산출하고, 상기 마무리대는, 상기 진동절삭 가공 후에 수행하는 상기 마무리 절삭 가공에서의 최대 절삭량이고, 상기 최대 절삭량은, 상기 공작물의 절삭 잔여량과 상기 공구의 상기 공작물으로의 절단량의 합인 마무리대 산출 수단과, 상기 마무리대 산출수단에 의해 산출된 상기 마무리대가 소정의 역치 이하인지 아닌지를 판정하는 판정수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 공작기계는, 상기 구성에 있어서 상기 판정수단에 의해 상기 마무리대 산출수단에 의해 산출된 상기 마무리대가 상기 역치를 넘었다고 판정되었을 때에, 경고를 발하는 경고수단을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 공작기계는, 상기 구성에 있어서 상기 판정수단에 의해 상기 마무리대 산출수단에 의해 산출된 상기 마무리대가 상기 역치를 넘었다고 판정되었을 때에, 상기 마무리대가 상기 역치 이하가 되도록 상기 진동절삭가공의 진동조건을 변경하는 진동조건 변경수단을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 공작기계는, 상기 구성에 있어서 상기 판정수단에 의해 상기 마무리대 산출수단에 의해 산출된 상기 마무리대가 상기 역치를 넘었다고 판정되었을 때에, 상기 마무리대가 상기 역치 이하가 되도록 상기 공작물과 상기 공구를 상기 공작물의 축심에 수직인 방향으로 상대적으로 진동시키지 않고 서로 상대 회전시키면서 상기 이송방향으로 상대 이동시켜 상기 공작물의 상기 마무리대의 일부를 상기 공구로 절삭하는 가공을 추가하는 가공 추가수단을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 공작기계는, 상기 구성에 있어서 상기 진동절삭가공이 서로 절단량이 상이한 복수의 패스로 나누어 수행됨과 동시에, 상기 진동절삭가공의 복수의 상기 패스가 소정회의 패스가 전회 패스에 의한 절삭가공 완료 부분을 통과하도록 설정되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 공작기계는 상기 구성에 있어서 상기 진동절삭가공이 상기 공작물에 대한 나사 깎기 가공인 것이 바람직하다.
본 발명의 제어장치는 공작물을 보유하는 공작물 보유수단과, 상기 공작물을 절삭가공하는 공구를 보유하는 인물대와, 상기 공작물 보유수단에 보유된 상기 공작물과 상기 인물대에 보유된 상기 공구를 소정의 이송방향으로 상대 이동시키는 이송수단과, 상기 공작물 보유수단에 보유된 상기 공작물과 상기 인물대에 보유된 상기 공구를 상기 공작물의 축심을 중심으로 하여 상대 회전시키는 회전수단과, 상기 공작물 보유수단에 보유된 상기 공작물과 상기 인물대에 보유된 상기 공구를 소정의 진동조건으로 상기 공작물의 축심에 수직인 방향으로 상대적으로 진동시키는 진동수단을 포함하는 공작기계에 사용되는 제어장치이며, 상기 공작물과 상기 공구를 서로 상대 회전시킨 상태에서 상기 이송방향으로 상대 이동시키면서 상기 공작물의 축심에 수직인 방향으로 상대적으로 진동시켜 상기 공구에 의한 상기 공작물의 진동절삭가공을 수행함과 동시에 상기 진동절삭가공을 수행한 후에 상기 공작물과 상기 공구를 상기 공작물의 축심에 수직인 방향으로 상대적으로 진동시키지 않고 서로 상대 회전시키면서 상기 이송방향으로 상대 이동시켜 상기 공작물의 마무리대를 상기 공구로 절삭하는 마무리 절삭가공을 수행하도록 상기 이송수단, 상기 회전수단 및 상기 진동수단의 작동을 제어하는 제어부와, 상기 진동 절삭 가공을 실시하기 전에, 상기 진동 조건에 기초하여 상기 진동 절삭 가공을 실행한 때에 상기 공작물에 남는 마무리대를 산출하고, 상기 마무리대는, 상기 진동 절삭 가공 후에 수행하는 상기 마무리 절삭 가공에서의 최대 절삭량이고, 상기 최대 절삭량은, 상기 공작물의 절삭잔여량과 상기 공구의 상기 공작물으로의 절단량의 합인 마무리대 산출 수단과, 상기 마무리대 산출수단에 의해 산출된 상기 마무리대가 소정의 역치 이하인지 아닌지를 판정하는 판정수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 진동절삭가공 후에 수행하는 마무리 절삭가공에서 공구에 과대한 부하가 가해지는 것을 방지하는 것이 가능한 공작기계 및 그 제어장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 공작기계의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타내는 공작기계의 공구와 공작물의 관계를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 공작물에 대한 공구의 가공 경로를 나타내는 설명도이다.
도 4는 가공 프로그램의 체크 순서를 나타내는 순서도이다.
도 5는 마무리 절삭가공을 복수회의 패스로 나누어 수행하는 경우의 공작물에 대한 공구의 가공 경로를 나타내는 설명도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참고하면서 예시 설명한다.
도 1에 나타내는 본 발명의 일실시예인 공작기계(100)는 축심을 Z축방향으로 향하여 배치된 주축(110)을 가지고 있다. 주축(110)은 선단에 척(120)을 갖추고 있으며 척(120)에 의해 공작물(W)을 보유할 수 있다. 즉, 주축(110)은 공작물(W)을 보유하는 공작물 보유수단으로서 구성되어 있다.
주축(110)에 보유되는 공작물(W)로서는, 예를 들어 강재 등의 금속 재료에 의해 단면 원형의 봉 형상으로 형성된 부재를 사용할 수 있다.
공작기계(100)는 절삭 공구대(130A)를 갖추고 있다. 절삭 공구대(130A)는 공작물(W)을 절삭가공하는 바이트 등의 공구(130)를 보유하는 인물대(刃物台)로서 구성되어 있으며, 절삭 공구대(130A)에는 공구(130)가 장착되어 있다.
주축(110)은 도시하지 않은 주축 모터의 동력에 의해 회전 구동되도록 주축대(110A)에 지지되어 있다. 주축 모터로서는, 예를 들어 주축대(110A)의 내부에서 주축대(110A)와 주축(110)의 사이에 구성되는 빌트인 모터 등을 채용할 수 있다. 주축(110)이 회전함으로써 주축(110)에 보유된 공작물(W)과 절삭 공구대(130A)에 보유된 공구(130)가 주축(110)의 축심을 중심으로 하여 상대적으로 회전한다. 즉, 주축(110)은 주축(110)에 보유된 공작물(W)과 공구(130)를 공작물(W) 내지 주축(110)의 축심을 중심으로 하여 상대 회전시키는 회전수단으로서의 기능을 가지고 있다.
공작기계(100)의 베드 측에는 X축방향 이송기구(150)가 설치되어 있다. X축방향 이송기구(150)는 베드 측과 일체적인 베이스(151)와, Z축방향에 대하여 상하 방향으로 직교하는 X축방향으로 뻗는 X축방향 가이드레일(152)을 갖추고 있다. X축방향 가이드레일(152)은 베이스(151)에 고정되어 있다. X축방향 가이드레일(152)에는 X축방향 이송테이블(153)이 X축방향 가이드(154)를 사이에 두고 슬라이드 가능하게 지지되어 있다.
X축방향 이송테이블(153)에는 리니어 서보모터(155)의 가동자(155a)가 설치되며, 베이스(151)에는 리니어 서보모터(155)의 고정자(155b)가 설치되어 있다. X축방향 이송테이블(153)은 리니어 서보모터(155)에 의해 구동되어 X축방향 가이드레일(152)을 따라 X축방향으로 이동할 수 있다.
절삭 공구대(130A)는 X축방향 이송테이블(153)에 탑재되어 있다. X축방향 이송테이블(153)이 X축방향으로 이동하면, X축방향 이송테이블(153)과 함께 절삭 공구대(130A)가 X축방향으로 이동하고 공구(130)의 X축방향으로의 이동이 수행된다.
또한 X축방향 이송테이블(153)은 공구(130)를 공작물(W)에 대하여 소정의 절단량(절단 깊이)이 되도록 X축방향으로 이동시킨 후, 절삭가공 시 절삭 공구대(130A)에 보유된 공구(130)를 주축(110)에 보유된 공작물(W)에 대하여 주축(110)의 축심(Z축방향)에 수직인 X축방향으로 소정의 진동조건으로 상대적으로 진동시킬 수 있다. 즉, X축방향 이송기구(150)는 주축(110)에 보유된 공작물(W)과 공구(130)를 소정의 진동조건으로 공작물(W)의 축심에 수직인 X축방향으로 상대적으로 진동시키는 진동수단으로서의 기능을 가지고 있다.
공작기계(100)의 베드 측에는 Z축방향 이송기구(160)가 설치되어 있다. Z축방향 이송기구(160)는 베드 등의 Z축방향 이송기구(160)의 고정측과 일체적인 베이스(161)와, Z축방향으로 뻗어 베이스(161)에 고정된 Z축방향 가이드레일(162)을 갖추고 있다. Z축방향 가이드레일(162)에는 Z축방향 이송테이블(163)이 Z축방향 가이드(164)를 사이에 두고 슬라이드 가능하게 지지되어 있다.
Z축방향 이송테이블(163)에는 리니어 서보모터(165)의 가동자(165a)가 설치되며, 베이스(161)에는 리니어 서보모터(165)의 고정자(165b)가 설치되어 있다. Z축방향 이송테이블(163)은 리니어 서보모터(165)에 의해 구동되어 Z축방향 가이드레일(162)을 따라 Z축방향으로 이동할 수 있다.
주축대(110A)는 Z축방향 이송테이블(163)에 탑재되어 있다. Z축방향 이송테이블(163)이 Z축방향으로 이동하면, Z축방향 이송테이블(163)과 함께 주축대(110A)가 Z축방향으로 이동하고 주축(110)의 Z축방향으로의 이동이 수행된다.
X축방향 이송기구(150)와 Z축방향 이송기구(160)가 협동하여 동작함으로써 주축(110)에 보유된 공작물(W)과 절삭 공구대(130A)에 보유된 공구(130)를 소정의 이송방향으로 상대 이동시킬 수 있다. 즉, X축방향 이송기구(150)에 의한 X축방향으로의 절삭 공구대(130A)(공구(130))의 이동과 Z축방향 이송기구(160)에 의한 주축대(110A)(주축(110))의 Z축방향으로의 이동에 의해 주축(110)에 보유된 공작물(W)과 공구(130)를 임의의 이송방향으로 상대적으로 이동시킬 수 있다. 이와 같이, X축방향 이송기구(150)와 Z축방향 이송기구(160)는 이송수단으로서 구성되어 있다.
도 2에 나타낸 것처럼, 주축 모터로 주축(110)을 회전 구동하여 공작물(W)과 공구(130)를 상대적으로 회전시킨 상태에서 공작물(W)과 공구(130)를 임의의 이송방향으로 상대적으로 이동시키면서 공작물(W)의 축심에 수직인 방향(절단 방향)으로 상대적으로 진동시킴으로써 공구(130)에 의해 공작물(W)을 진동 절삭하는 진동절삭가공을 수행할 수 있다. 또한 진동 절삭가공을 수행한 후, 공작물(W)과 공구(130)를 공작물(W)의 축심에 수직인 방향으로 상대적으로 진동시키지 않고 상대적으로 회전시킨 상태에서 임의의 이송방향으로 상대적으로 이동시킴으로써, 공작물(W)의 마무리대를 공구(130)로 절삭하는 마무리 절삭가공을 수행할 수 있다.
공작기계(1)는 제어장치(C)를 가지고 있다. 제어장치(C)로서는 예를 들어 CPU(중앙연산처리장치) 등의 연산부와 메모리 등의 기억부를 갖춘 마이크로 컴퓨터를 사용할 수 있다. 제어장치(C)에는 예를 들어 진동절삭가공이나 마무리 절삭가공의 가공 프로그램이 입력되어 기억부에 기억되어 있다. 가공 프로그램은 진동절삭가공에서 공작물(W)에 대한 공구(130)의 진동의 진동조건을 포함한다.
주축(110)(주축 모터), X축방향 이송기구(150) 및 Z축방향 이송기구(160)는 제어장치(C)에 접속되어 있다.
제어장치(C)는 제어부(C1)로서의 기능을 가지고 있다. 제어부(C1)는 기억부에 기억된 가공 프로그램에 근거하여 상기 진동절삭가공 및 마무리 절삭가공을 수행하도록 주축(110), X축방향 이송기구(150) 및 Z축방향 이송기구(160)의 작동을 제어한다. 즉, 제어부(C1)는 공작물(W)과 공구(130)를 서로 상대 회전시킨 상태에서 이송방향으로 상대 이동시키면서 공작물(W)의 축심에 수직인 방향으로 상대적으로 진동시켜 공구(130)에 의해 공작물(W)의 진동절삭가공을 수행하도록 주축(110), X축방향 이송기구(150) 및 Z축방향 이송기구(160)의 작동을 제어한다. 상기한 진동절삭가공에서 공구(130)의 진동은 기억부에 기억된 가공 프로그램 중의 진동조건에 근거하여 실행된다. 또한 제어부(C1)는 상기 진동절삭가공을 수행한 후, 공작물(W)과 공구(130)를 공작물(W)의 축심에 수직인 방향으로 상대적으로 진동시키지 않고 서로 상대 회전시키면서 이송방향으로 상대 이동시켜 공작물(W)의 마무리대를 공구(130)로 절삭하는 마무리 절삭가공을 수행하도록 주축(110), X축방향 이송기구(150) 및 Z축방향 이송기구(160)의 작동을 제어한다.
도 3에 나타낸 것처럼, 본 실시 형태에 있어서 공작기계(1)는 상기의 진동절삭가공이 서로 절단량이 상이한 복수의 패스로 나누어 수행되는 구성으로 되어 있다. 즉, 공작기계(1)는 공작물(W)의 축 방향의 동일한 이송위치에서 공작물(W)에 대한 공구(130)의 절단량을 패스별로 서서히 크게 하면서 공구(130)에 의한 진동절삭가공을 반복해서 수행함으로써, 공작물(W)에 소정의 절단량의 가공을 수행한다.
또한 상기 구성에 있어서 진동절삭가공의 상기한 복수의 패스는 소정회의 패스가 전회 패스에 의한 절삭가공 완료 부분을 통과하도록 설정되어 있다. 즉, 진동절삭가공에서 공구(130)의 소정회의 패스가 전회 패스에 대하여 위상이 소정의 각도(도시하는 경우에서는 180도)만큼 어긋남으로써 소정회의 패스가 공작물(W)의 전회 패스에 의한 절삭가공 완료 부분을 통과하도록 설정되어 있다. 공작물(W)의 외주면의 소정회의 패스에 의한 절삭 부분에 전회 패스의 절삭 완료 부분이 포함되는 설정으로 함으로써, 공작기계(1)는 진동절삭가공 시 해당 부분에 있어 절삭 중에 공구(130)가 공작물(W)에 대하여 아무런 절삭을 수행하지 않고 헛도는 공회전 기간을 발생시켜서 칩을 순차 분단하면서 공작물W의 절삭가공을 수행할 수 있다. 이를 통해 진동절삭가공 시 칩의 처리를 용이하게 할 수 있다.
도 3에서는 진동절삭가공에서의 복수의 패스 중 최종 4회의 패스를 패스n-4, 패스n-3, 패스n-2 및 패스n-1로서 나타내어 마무리 절삭가공의 패스를 패스n으로 나타낸다. 또한 각 패스에서 n은 자연수이다. 진동절삭가공의 패스는 4회에 한정되지 않고 임의로 설정할 수 있다.
도 2에 나타낸 것처럼, 본 실시 형태에 있어서 상기한 진동절삭가공은 공작물(W)의 외주면에 나선상의 나사 홈을 절삭가공하는 나사 깎기 가공이다. 상기한 진동절삭가공으로 공작물(W)에 나사 깎기 가공을 수행함으로써, 해당 가공 후의 나사 홈에 칩이 달라붙는 것을 방지하여 해당 나사 깎기 가공을 효율적이고 정확하게 수행할 수 있다.
제어장치(C)는 마무리대 산출수단(C2)으로서의 기능을 가지고 있다. 마무리대 산출수단(C2)은 진동절삭가공을 수행하기 전, 보다 구체적으로는 제어장치(C)에 가공 프로그램이 입력된 후이며 해당 가공 프로그램에 근거하여 공구(130)로 공작물(W)의 진동절삭가공을 실행하기 전에, 기억부에 기억되어 있는 가공 프로그램을 토대로 해당 가공 프로그램에 근거하여 공구(130)로 공작물(W)의 진동절삭가공을 실행한 때에 해당 진동절삭가공의 완료 후에 공작물(W)에 남을 것으로 예측되는 마무리대를 산출한다. 마무리대는 진동절삭가공 후에 수행되는 마무리 절삭가공에서 공작물(W)에서 절삭되어 제거되는 부분이다.
마무리대 산출수단(C2)에 의한 마무리대 산출에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
공작물(W)이 소정의 외경이 되도록 공구(130)의 절단량을 설정하여 진동절삭가공의 최종 패스에서 가공을 수행하면, 공작물W의 외주면에는 공구(130)의 진동에 의한 궤적에 따른 형상으로 소정의 지름보다 지름 방향 외측으로 돌출하는 절삭 잔여 부분이 생기게 된다. 특히, 진동절삭가공의 복수의 패스를 소정회의 패스가 전회 패스에 의한 절삭가공 완료 부분을 통과하도록 설정한 경우에는, 공작물(W)의 외주면에는 최종 패스와 그 1회 전의 패스에서 공구(130)의 궤적에 따른 형상으로 소정의 지름보다 지름 방향 외측으로 돌출하는 절삭 잔여 부분이 생기게 된다. 마무리대 산출수단(C2)은 기억부에 기억되어 있는 가공 프로그램에 근거하여 진동절삭가공을 수행했을 때, 상기와 같이 공작물(W)의 외주면에 발생할 것으로 예측되는 절삭 잔여량(절삭 잔여 부분의 지름 방향 높이)을 가공 프로그램(및 공작물(W)의 형상, 외경 등)에 근거하여 산출한다. 그리고 마무리대 산출수단(C2)은 산출한 절삭 잔여량에 마무리 절삭가공에서 공구(130)의 공작물(W)에 대한 절단량을 더하는 것으로 마무리 절삭가공에서의 마무리대, 즉 마무리 절삭가공의 패스에서 공구(130)이 공작물(W)에서 절삭제거하는 최대 절삭량을 산출한다. 마무리 절삭가공이 제로 컷으로 지령되어 있는 경우에는, 산출한 절삭 잔여량이 마무리대 내지 최대 절삭량이 된다.
본 실시 형태에서는 도 3에 나타내는 것처럼, 진동절삭가공의 복수의 패스는 공구(130)의 공작물(W)의 축심에 수직인 방향의 진동 진폭이 소정회의 패스에서 전회 패스보다 작아지도록 설정되어 있다. 해당 설정에 의해 진동절삭가공을 완료했을 때에 공작물(W)에 남는 절삭 잔여량을 저감할 수 있다. 또한 진동절삭가공의 모든 패스에서 진동의 진폭이 동일하게 설정되는 구성으로 할 수도 있다.
제어장치(C)는 판정수단(C3)으로서의 기능을 가지고 있다. 판정수단(C3)은 마무리대 산출수단(C2)에 의해 산출된 마무리대(최대 절삭량)가 소정의 역치 이하인지 아닌지를 판정한다.
판정수단(C3)에 의한 판정에 사용되는 소정의 역치는 공작물(W)의 재질, 형상, 외경, 공구(130)의 재질, 형상, 주축(110)의 회전속도, 그 외 절삭조건 등에 따라 적절히 설정되는 값이며 미리 실험 등에 의해 정해져 제어장치(C)에 입력되어 기억부에 기억되어 있다. 역치는 마무리 절삭가공에서 절삭되는 상정 절삭량의 배수로 설정해도 좋고, 절대값으로 설정할 수도 있다.
마무리대 산출수단(C2)에 의해 산출된 마무리대(최대 절삭량)가 소정의 역치 이하라고 판정수단(C3)에 의해 판정되면, 제어장치(C)는 기억부에 기억되어 있는 가공 프로그램에 이상이 없다고 판단하고 조작자로부터 가공 실시의 지령이 입력되었을 때에 가공을 실시 가능한 상태로 여겨진다.
한편 제어장치(C)는 경고수단(C4)으로서의 기능을 가지고 있으며, 판정수단(C3)에 의해 마무리대 산출수단(C2)에 의해 산출된 마무리대(최대 절삭량)가 소정의 역치를 넘었다고 판정된 때에는 경고수단(C4)에 의해 기억부에 기억되어 있는 가공 프로그램에 에러(이상)가 있음을 나타내는 경고가 발해진다. 본 실시 형태에서 경고수단(C4)은 예를 들어 제어장치(C)에 설치된 모니터에 해당 에러가 있음을 표시함으로써 경고를 발하는 구성으로 되어 있다.
또한 경고수단(C4)은 마무리대 산출수단(C2)에 의해 산출된 마무리대가 소정의 역치를 넘었으므로 가공 프로그램에 에러가 있음을 공작기계(1)의 조작자에게 인식시킬 수 있다면, 예를 들어 제어장치(C)에 접속된 경고등을 점등하는 구성으로 하거나 제어장치(C)에 접속된 경보발생원으로부터 경보음을 발하는 구성으로 하는 등, 다른 방법 내지 구성으로 경고를 발하는 구성으로 할 수도 있다.
다음으로 도 4에 근거하여 본 실시 형태의 공작기계(1)에서 공작물(W)에 소정의 형상의 나사 깎기 가공을 수행하기 전에 해당 가공을 위해 제어장치(C)에 입력된 가공 프로그램의 에러를 체크하는 순서에 대하여 설명한다.
가공 프로그램이 제어장치(C)에 입력되면 진동절삭가공이 수행되기 전에 스텝S1에서 마무리대 산출수단(C2)은 기억부에 기억된 가공 프로그램에 근거하여 해당 가공 프로그램에 근거하여 공구(130)로 공작물(W)의 진동절삭가공을 실행한 때에 해당 진동절삭가공의 완료 후에 공작물(W)에 남는 절삭 잔여량을 산출한다.
다음으로 스텝(S2)에서 마무리대 산출수단(C2)이 스텝(S1)에서 산출한 절삭 잔여량에 마무리 절삭가공에서 공구(130)의 공작물(W)에 대한 절단량(가공 프로그램에 기재되어 있다)을 더하여 마무리 절삭가공에서의 마무리대, 즉 마무리 절삭가공의 패스에서 공작물(W)에서의 최대 절삭량을 산출한다.
다음으로 스텝(S3)에서 미리 설정되어 기억부에 기억되어 있는 역치가 호출되면 스텝(S4)에서 판정수단(C3)이 스텝(S2)에서 산출된 절삭량(마무리대)이 스텝(S4)에서 호출된 소정의 역치 이하인지 아닌지를 판정한다.
스텝(S4)에서 판정수단(C3)에 의해 절삭량이 역치 이하라고 판정되면, 스텝(S5)에서 제어장치(C)가 가공 프로그램에 이상이 없다고 판단하고 가공 프로그램의 에러 체크가 종료된다.
상기 체크에서 가공 프로그램에 이상이 없다고 판단된 경우에는 공작기계(1)는 공작물(W)의 가공을 실시 가능한 상태로 여겨진다. 따라서 제어장치(C)에 조작자로부터 가공 실시의 지령이 입력되면 제어부(C1)가 주축(110), X축방향 이송기구(150) 및 Z축방향 이송기구(160)의 작동을 제어하여 공작물(W)에 대한 진동절삭가공 및 마무리 절삭가공이 순차 실행된다.
한편 스텝(S4)에서 절삭량이 역치를 넘었다고 판정되면 스텝(S6)에서 경고수단(C4)에 의해 제어장치(C)의 모니터에 가공 프로그램에 에러(이상)가 있음이 표시된다. 모니터에 에러가 표시됨으로써 조작자는 해당 가공 프로그램에 근거하여 공작물(W)의 가공을 실시하면 마무리 절삭가공에서 공구(130)가 절삭하는 마무리대(최대 절삭량)가 커지게 되어 공구(130)에 과대한 부하가 가해질 우려가 있음을 인식할 수 있다. 해당 에러를 인식한 조작자는 제어장치(C)에 기억시킨 가공 프로그램에서의 진동조건 등을 수정할 수 있다.
경고수단(C4)에 의한 경고가 발생했을 때 제어장치(C)의 모니터에 진동절삭가공에서의 공구(130)의 진동 파형 내지 등고선도(진동 윤곽도)를 표시하는 구성으로 할 수도 있다. 이것에 의해 절삭 잔여량 내지 최대 절삭량을 조작자에게 직감적으로 인식시켜서 가공 프로그램 조작자의 수동에 의한 수정을 용이하게 수행하도록 하게 할 수 있다.
공작기계(1)에서는 X축방향 이송기구(150)의 기계적인 추종성의 한계 내지 칩을 확실하게 분단한다는 요구로 인해 진동절삭가공에서의 공구(130)의 진폭을, 마무리 절삭가공에서의 공구(130)이 절삭하는 최대 절삭량을 역치 이하가 되는 정도로까지 작게 할 수 없는 경우가 있다. 이 경우, 해당 가공 프로그램에 근거하여 공작물(W)의 가공을 실행하면 마무리 절삭가공에서 공구(130)에 과대한 부하가 가해질 우려가 있다.
이에 대하여 본 실시 형태의 공작기계1에서는, 공작물(W)의 가공을 실행하기 전에 가공 프로그램의 에러를 체크함으로써 조작자가 공작물(W)을 실제로 가공하기 전에 마무리 절삭가공에서 공구(130)에 과대한 부하가 가해질 우려가 있음을 인식할 수 있다. 이것에 의해 공작물(W)의 가공을 실행하기 전에 가공 프로그램을 수정하는 것이 가능하게 되므로, 에러를 가지는 가공 프로그램에 근거하여 공작물(W)이 가공되는 것을 미연에 방지하고 진동절삭가공 후에 수행하는 마무리 절삭가공에서 공구(130)에 과대한 부하가 가해지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 공구(130)에 과대한 부하가 가해지는 것을 방지함으로써 공구(130)에 파손 등이 생기는 것을 방지할 수 있다.
특히 공작기계(1)로 공작물(W)에 나사 깎기 가공을 수행하는 경우에는, 진동절삭가공 완료 후에 공작물(W)에 생기는 절삭 잔여량이 커지게 되면 공작물(W)을 마무리 절삭가공할 때에 공구(130)에 가해지는 부하가 현저히 커지게 되어 공구(130)에 파손의 우려나 수명 저감을 발생시킴과 동시에 마무리면의 정밀도가 저하될 우려가 있으나, 본 실시 형태의 공작기계(1)에 의하면 공작물(W)에 나사 깎기 가공을 수행하는 경우에도 에러가 있는 가공 프로그램에 근거하여 공작물(W)이 가공되는 것을 미연에 방지하고 진동절삭가공 후에 수행하는 마무리 절삭가공에서 공구(130)에 과대한 부하가 가해지는 것을 방지할 수 있다. 이것에 의해 공작기계(1)로 공작물(W)에 나사 깎기 가공을 수행하는 경우에 공구(130)의 수명을 향상시킴과 동시에 나사 깎기 부분의 마무리 정밀도를 높일 수 있다.
추가적으로 본 실시 형태의 공작기계(1)에 의하면, 가공 프로그램에 근거하여 공구의 궤적 화상을 산출하고 해당 화상에서의 공구의 궤적과 목표 공작물의 형상을 화상 상에서 비교함으로써 가공 시 공작물에 과대한 부하가 가해지는지 아닌지를 판정하는 방법에 비해, 보다 용이하고 정확하게 마무리 절삭가공에서 공구(130)에 과대한 부하가 가해질 우려가 있음을 판정할 수 있다.
본 실시 형태에서는 도 4의 스텝(S4)에서, 절삭량이 역치를 넘었다고 판정된 때에 스텝(S6)에서 경고수단(C4)에 의해 제어장치(C)의 모니터에 가공 프로그램에 에러(이상)가 있음을 표시하는 구성으로 하여 해당 에러를 인식한 조작자가 가공 프로그램을 수정하는 구성으로 하고 있으나, 스텝(S4)에서 절삭량이 역치를 넘었다고 판정된 때에 스텝(S6)에서 가공 프로그램을 제어장치(C)에 의해 자동적으로 수정하는 구성으로 할 수도 있다.
이 경우, 예를 들어 도 1에 2점 쇄선으로 나타낸 것과 같이 제어장치(C)에 진동조건 변경수단(C5)으로서의 기능을 설치한 구성으로 할 수 있다. 진동조건 변경수단(C5)은 스텝(S4)에서 절삭량이 역치를 넘었다고 판정된 때에 절삭량(마무리대)이 역치 이하가 되도록 가공 프로그램에 포함되는 진동절삭가공의 진동조건을 자동적으로 변경한다. 진동조건 변경수단(C5)은 예를 들어 진동절삭가공의 진동조건을, 진동절삭가공의 최종 패스의 진폭을 수정 전보다 작게 하도록 수정한다. 이것에 의해, 진동절삭가공이 완료된 후에 공작물(W)의 외주면에 남는 절삭 잔여량(절삭 잔여 부분의 지름 방향 높이)를 수정 전보다 작게 하여 마무리 절삭가공에서 공구(130)가 절삭하는 최대 절삭량을 역치 이하로 할 수 있다.
진동조건 변경수단(C5)은 스텝(S4)에서 절삭량이 역치를 넘었다고 판정된 때에 진동절삭가공의 진동조건을 진동절삭가공의 최종 패스의 진폭을 수정 전보다 작게 하도록 수정하는 구성에 한정되지 않고, 진동절삭가공의 최종 패스에 더하여 그 전회 패스의 진폭을 수정 전보다 작게 하도록 수정하는 등 진동절삭가공이 완료된 후에 공작물(W)의 외주면에 남는 절삭 잔여량을 수정 전보다 작게 할 수 있다면, 해당 수정 방법은 여러 가지 변경 가능하다.
또한 예를 들어, 도 1에 2점 쇄선으로 나타낸 것과 같이 제어장치(C)에 진동조건 변경수단(C5) 대신에 가공 추가수단(C6)으로서의 기능을 설치한 구성으로 할 수 있다. 가공 추가수단(C6)은 스텝(S4)에서 절삭량이 역치를 넘었다고 판정된 때에 도 5에 나타낸 것처럼 진동절삭가공 후이며 마무리 절삭가공 전에 공작물(W)과 공구(130)를 공작물(W)의 축심에 수직인 방향으로 상대적으로 진동시키지 않고 서로 상대 회전시키면서 이송방향으로 상대 이동시켜 공작물(W)의 마무리대의 일부를 공구(130)로 절삭하는 가공(도 5에서 n패스로 나타낸다)을 추가한다. 해당 추가 가공은 마무리대의 일부를 절삭가공할 때의 절삭량이 상기한 역치 이하가 되도록 설정된다. 한 번의 추가 가공으로는 마무리대를 상기한 역치 이하로 할 수 없는 경우에는 각각 절삭량이 상기한 역치 이하가 되는 복수의 가공을 추가하여 이들 추가 가공에 의해 마무리대를 순차 절삭 제거하는 구성으로 할 수도 있다. 이와 같은 구성에 의해 마무리 절삭가공이 수행되기 전에 공작물(W)의 외주면에 남는 절삭 잔여량(절삭 잔여 부분의 지름 방향 높이)을 수정 전보다 작게 가공할 수 있다. 이것에 의해 마무리 절삭가공(도 5에서 n+1패스로 나타낸다)에서 공구(130)가 절삭하는 최대 절삭량을 역치 이하로 하여 마무리 절삭가공에서 공구(130)에 과대한 부하가 가해지는 것을 방지 할 수 있다.
상기한 진동조건 변경수단(C5)을 설치한 구성에서는 X축방향 이송기구(150)의 기계적인 추종성의 한계 내지 칩을 확실하게 분단한다는 요구로 인해 진동절삭가공에서의 공구(130)의 진폭을, 마무리 절삭가공에서의 공구(130)가 절삭하는 최대 절삭량을 역치 이하가 되는 정도로까지 작게 할 수 없는 경우가 있으나, 가공 추가수단(C6)을 설치한 구성으로 하면 이와 같은 경우에도 마무리 절삭가공에서의 공구(130)가 절삭하는 최대 절삭량을 역치 이하로 할 수 있다. 또한 추가 가공 패스는 진동절삭가공에서 가공 완료 부분을 통과하므로 칩을 분단하면서 절삭가공을 수행할 수 있다.
본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 변경이 가능함은 말할 필요도 없다.
본 실시 형태에서는 주축대(110A)와 절삭 공구대(130A) 양쪽 모두를 이동하는 구성으로 하고 있으나, 주축대(110A) 또는 절삭 공구대(130A) 중 어느 한 쪽을 공작기계(100)의 베드 측으로 이동 불능하게 고정하고 다른 한 쪽을 X축방향 및 Z축방향으로 이동시키는 구성으로 할 수도 있다.
본 실시 형태에서는 X축방향 이송기구(150) 및 Z축방향 이송기구(160)를 각각 리니어 서보모터(155, 165)에 의해 구동되는 구성으로 하고 있으나, 볼나사와 서보모터를 갖춘 것 등 다른 구동장치 등에 의해 구동되는 구성으로 할 수 있다.
본 실시 형태에서는 공구(130)에 대하여 공작물(W)을 회전시키는 구성으로 하였으나, 공작물(W)에 대하여 공구(130)를 회전시키는 구성으로 해도 좋다. 이 경우, 공구(130)로서 드릴 등의 회전공구를 고려할 수 있다.
본 실시 형태에서 공작기계(1)는 X축방향 이송기구(150)와 Z축방향 이송기구(160)에 더하여 주축(110)에 보유된 공작물(W)과 공구(130)를 Z축방향 및 X축방향에 직교하는 Y축방향으로 상대 이동시키는 Y축방향 이송기구를 갖춘 구성으로 할 수도 있다. Y축방향 이송기구는 X축방향 이송기구(150)와 동일한 구조로 할 수 있다.
본 실시 형태에서는 공작기계(1)를 공작물(W)에 나사 깎기 가공을 수행하는 것으로 하였으나, 이에 한정하지 않고 공작물(W)에 나사 깎기 이외의 절삭가공을 수행하는 것으로 할 수도 있다.
１００ : 공작기계 １１０ : 주축
１１０Ａ : 주축대 １２０ : 척
１３０ : 공구 １３０Ａ : 절삭 공구대
１５０ : X축방향 이송기구 １５１ : 베이스
１５２ : X축방향 가이드레일 １５３ : X축방향 이송테이블
１５４ : X축방향 가이드 １５５ : 리니어 서보모터
１５５ａ : 가동자 １５５ｂ : 고정자
１６０ : Z축방향 이송기구 １６１ : 베이스
１６２ : Z축방향 가이드레일 １６３ : Z축방향 이송테이블
１６４ : Z축방향 가이드 １６５ : 리니어 서보모터
１６５ａ : 가동자 １６５ｂ : 고정자
Ｃ : 제어장치 Ｃ１ : 제어부
Ｃ２ : 마무리대 산출수단 Ｃ３ : 판정수단
Ｃ４ : 경고수단 Ｃ５ : 진동조건 변경수단
Ｃ６ : 가공 추가수단

Claims (7)

  1. 공작물을 보유하는 공작물 보유수단과,
    상기 공작물을 절삭가공하는 공구를 보유하는 인물대(刃物台)와,
    상기 공작물 보유수단에 보유된 상기 공작물과 상기 인물대에 보유된 상기 공구를 소정의 이송방향으로 상대 이동시키는 이송수단과,
    상기 공작물 보유수단에 보유된 상기 공작물과 상기 인물대에 보유된 상기 공구를 상기 공작물의 축심을 중심으로 하여 상대 회전시키는 회전수단과,
    상기 공작물 보유수단에 보유된 상기 공작물과 상기 인물대에 보유된 상기 공구를 소정의 진동조건으로 상기 공작물의 축심에 수직인 방향으로 상대적으로 진동시키는 진동수단과,
    상기 공작물과 상기 공구를 서로 상대 회전시킨 상태에서 상기 이송방향으로 상대 이동시키면서 상기 공작물의 축심에 수직인 방향으로 상대적으로 진동시켜, 상기 공구에 의한 상기 공작물의 진동절삭가공을 수행함과 동시에, 상기 진동절삭가공을 수행한 후에 상기 공작물과 상기 공구를 상기 공작물의 축심에 수직인 방향으로 상대적으로 진동시키지 않고 서로 상대 회전시키면서 상기 이송방향으로 상대 이송시켜, 상기 공작물의 마무리대를 상기 공구로 절삭하는 마무리 절삭가공을 수행하도록 상기 이송수단, 상기 회전수단 및 상기 진동수단의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 공작기계에 있어서,
    상기 진동 절삭 가공을 실시하기 전에, 상기 진동 조건에 기초하여 상기 진동 절삭 가공을 실행한 때에 상기 공작물에 남는 마무리대를 산출하고, 상기 마무리대는, 상기 진동절삭 가공 후에 수행하는 상기 마무리 절삭 가공에서의 최대 절삭량이고, 상기 최대 절삭량은, 상기 공작물의 절삭 잔여량과 상기 공구의 상기 공작물으로의 절단량의 합인 마무리대 산출 수단과,
    상기 마무리대 산출수단에 의해 산출된 상기 마무리대가 소정의 역치 이하인지 아닌지를 판정하는 판정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 판정수단에 의해 상기 마무리대 산출수단에 의해 산출된 상기 마무리대가 상기 역치를 넘었다고 판정된 때에, 경고를 발하는 경고수단을 포함하는 공작기계.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 판정수단에 의해 상기 마무리대 산출수단에 의해 산출된 상기 마무리대가 상기 역치를 넘었다고 판정된 때에, 상기 마무리대가 상기 역치 이하가 되도록 상기 진동절삭가공의 진동조건을 변경하는 진동조건 변경수단을 포함하는 공작기계.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 판정수단에 의해 상기 마무리대 산출수단에 의해 산출된 상기 마무리대가 상기 역치를 넘었다고 판정된 때에, 상기 마무리대가 상기 역치 이하가 되도록 상기 공작물과 상기 공구를 상기 공작물의 축심에 수직인 방향으로 상대적으로 진동시키지 않고 서로 상대 회전시키면서 상기 이송방향으로 상대 이동시켜, 상기 공작물의 상기 마무리대의 일부를 상기 공구로 절삭하는 가공을 추가하는 가공 추가수단을 포함하는 공작기계.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서,
    상기 진동절삭가공이 서로 절단량이 상이한 복수의 패스로 나누어 수행됨과 동시에, 상기 진동절삭가공의 복수의 상기 패스가 소정회의 패스가 전회 패스에 의한 절삭가공 완료 부분을 통과하도록 설정되어 있는 공작기계.
  6. 청구항 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서,
    상기 진동절삭가공은, 상기 공작물에 대한 나사 깎기 가공인 공작기계.
  7. 공작물을 보유하는 공작물 보유수단과,
    상기 공작물을 절삭가공하는 공구를 보유하는 인물대(刃物台)와,
    상기 공작물 보유수단에 보유된 상기 공작물과 상기 인물대에 보유된 상기 공구를 소정의 이송방향으로 상대 이동시키는 이송수단과,
    상기 공작물 보유수단에 보유된 상기 공작물과 상기 인물대에 보유된 상기 공구를 상기 공작물의 축심을 중심으로 하여 상대 회전시키는 회전수단과,
    상기 공작물 보유수단에 보유된 상기 공작물과 상기 인물대에 보유된 상기 공구를 소정의 진동조건으로 상기 공작물의 축심에 수직인 방향으로 상대적으로 진동시키는 진동수단을 포함하는 공작기계에 사용되는 제어장치이며,
    상기 공작물과 상기 공구를 서로 상대 회전시킨 상태에서 상기 이송방향으로 상대 이동시키면서 상기 공작물의 축심에 수직인 방향으로 상대적으로 진동시켜, 상기 공구에 의한 상기 공작물의 진동절삭가공을 수행함과 동시에, 상기 진동절삭가공을 수행한 후에 상기 공작물과 상기 공구를 상기 공작물의 축심에 수직인 방향으로 상대적으로 진동시키지 않고 서로 상대 회전시키면서 상기 이송방향으로 상대 이송시켜, 상기 공작물의 마무리대를 상기 공구로 절삭하는 마무리 절삭가공을 수행하도록 상기 이송수단, 상기 회전수단 및 상기 진동수단의 작동을 제어하는 제어부와,
    상기 진동 절삭 가공을 실시하기 전에, 상기 진동 조건에 기초하여 상기 진동 절삭 가공을 실행한 때에 상기 공작물에 남는 마무리대를 산출하고, 상기 마무리대는, 상기 진동 절삭 가공 후에 수행하는 상기 마무리 절삭 가공에서의 최대 절삭량이고, 상기 최대 절삭량은, 상기 공작물의 절삭잔여량과 상기 공구의 상기 공작물으로의 절단량의 합인 마무리대 산출 수단과,
    상기 마무리대 산출수단에 의해 산출된 상기 마무리대가 소정의 역치 이하인지 아닌지를 판정하는 판정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
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