TW201600220A - 工作機械之控制裝置及具備此控制裝置之工作機械 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種可基於使用者所設定之條件，使切削工具一面進行沿著加工進給方向之往返振動一面沿加工進給方向進給，從而一面分斷切屑一面順利地進行工件之切削加工的工作機械及其控制裝置。 本發明之工作機械(100)及其控制裝置(C)設置有設定手段(C1、C2)及修正手段(C1)，該設定手段(C1、C2)將執行工件W之加工時之相對旋轉之轉數、相對旋轉之每旋轉1周之往返振動之振動數、及基於可進行控制裝置(C)之動作指令之週期之振動頻率作為參數，設定2個參數值，該修正手段(C1)基於對2個參數設定之值將未設定之1個參數值規定為特定值，並基於對未設定之1個參數規定之值將已設定之2個參數值修正為特定值。

Description

工作機械之控制裝置及具備此控制裝置之工作機械
本發明係關於一種一面依序分斷切削加工時之切屑一面進行工件加工之工作機械之控制裝置及具備此控制裝置之工作機械。
習知，已知有如下一種工作機械，該工作機械具備：工件保持手段，其保持工件；刀架，其保持對上述工件進行切削加工之切削工具；進給手段，其藉由上述工件保持手段與上述刀架之相對移動，使上述切削工具相對於上述工件沿特定之加工進給方向進行進給動作；振動手段，其以上述切削工具一面沿上述加工進給方向進行往返振動一面沿加工進給方向進給之方式，使上述工件保持手段與上述刀架相對地振動；及旋轉手段，其使上述工件與上述切削工具相對地旋轉(例如參照專利文獻1)。
該工作機械之控制裝置對上述旋轉手段、上述進給手段、及上述振動手段進行驅動控制，藉由上述工件與上述切削工具之相對旋轉、及伴隨著上述切削工具相對於上述工件之沿上述加工進給方向之上述往返振動的進給動作而使上述工作機械執行上述工件之加工。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利5033929號公報(參照段落0049)
於習知之工作機械中，控制裝置之動作指令僅能以特定之週期進行。
因此，使上述工件保持手段與上述刀架相對地振動之振動頻率成為基於可進行上述控制裝置之動作指令之週期的有限之值。
然而，習知之工作機械有如下問題：由於未考慮上述振動頻率，故而存在無法於使用者所期望之上述相對旋轉之轉數及工件每旋轉1周之切削工具相對於工件之振動數之條件下進行上述往返振動之情形。
因此，本發明係解決如上所述之習知技術之問題者，即，本發明之目的在於提供一種可基於使用者所設定之條件，使切削工具一面進行沿著加工進給方向之往返振動一面沿加工進給方向進給，從而一面分斷切屑一面順利地進行工件之切削加工的工作機械之控制裝置及具備此控制裝置之工作機械。
本請求項1之工作機械之控制裝置係設置於具備保持工件之工件保持手段、及保持對上述工件進行切削加工之切削工具之刀架的工作機械，且對如下手段進行驅動控制：進給手段，其藉由上述工件保持手段與上述刀架之相對移動，使上述切削工具相對於上述工件沿特定之加工進給方向進行進給動作；振動手段，其以上述切削工具一面沿上述加工進 給方向進行往返振動一面沿加工進給方向進給之方式，使上述工件保持手段與上述刀架相對地振動；及旋轉手段，其使上述工件與上述切削工具相對地旋轉；藉由上述工件與上述切削工具之相對旋轉及伴隨著上述切削工具相對於上述工件之沿上述加工進給方向之上述往返振動之進給動作，使上述工作機械執行上述工件之加工，且該工作機械之控制裝置設置有設定手段及修正手段，藉此，解決上述課題，該設定手段係將執行上述工件之加工時之上述相對旋轉之轉數、上述相對旋轉之每旋轉1周之上述往返振動之振動數、及基於可進行上述控制裝置之動作指令之週期之振動頻率作為參數，設定2個參數值，該修正手段係基於對上述2個參數設定之值將未設定之1個參數值規定為特定值，並基於對上述未設定之1個參數規定之值將已設定之2個參數值修正為特定值。
本請求項2之工作機械之控制裝置係除請求項1所記載之工 作機械之控制裝置之構成以外，還將上述振動手段設為如下構成，即，以去向移動時之切削加工部分與來向移動時之切削加工部分重複之方式，使上述工件保持手段與上述刀架相對地往返振動，藉此，進一步解決上述課題。
本請求項3之工作機械之控制裝置係除請求項1所記載之工 作機械之控制裝置之構成以外，還以如下方式構成，即，上述修正手段利用基於上述振動頻率之常數，以上述轉數與上述振動數成反比例之方式，將未設定之參數規定為特定值，並且修正已設定之參數值，藉此，進一步解決上述課題。
本請求項4之工作機械之控制裝置係除請求項1所記載之工 作機械之控制裝置之構成以外，還以如下方式構成，即，將由上述設定手段設定之參數設為上述轉數與上述振動數，上述修正手段基於根據所設定之上述轉數與上述振動數算出之值規定振動頻率，並基於規定之振動頻率，將所設定之上述轉數或上述振動數修正為特定值，藉此，進一步解決上述課題。
本請求項5之工作機械之控制裝置係除請求項4所記載之工 作機械之控制裝置之構成以外，還以如下方式構成，即，上述修正手段以設定針對上述振動數之容許值之方式構成，根據上述所設定之轉數與上述規定之振動頻率算出上述振動數，將算出之上述振動數修正為上述容許值之範圍內之值，將所設定之上述振動數修正為該值，藉此，進一步解決上述課題。
本請求項6之工作機械之控制裝置係除請求項4所記載之工 作機械之控制裝置之構成以外，還以如下方式構成，即，上述修正手段根據所設定之上述轉數與規定之上述振動頻率算出上述振動數，將所設定之上述振動數修正為對最接近於算出之上述振動數之值之整數加上0.5所得之值，將所設定之上述轉數修正為根據上述修正後之振動數與規定之上述振動頻率而算出之值，藉此，進一步解決上述課題。
本請求項7之工作機械之控制裝置係除請求項1所記載之工 作機械之控制裝置之構成以外，還藉由設置速度控制手段而進一步解決上述課題，該速度控制手段係將上述切削工具相對於上述工件之往返振動中之去向移動時之移動速度設定得較來向移動時之移動速度慢。
本請求項8之工作機械之控制裝置係除請求項1所記載之工 作機械之控制裝置之構成以外，還以如下方式構成，即，將上述往返振動之振幅預先設定為如可進行上述工件之加工之特定振動振幅，且設置振幅控制手段，該振幅控制手段係以自小於上述特定振動振幅之振幅依序擴大振幅而達到上述特定振動振幅之方式控制上述往返振動，上述振幅控制手段係基於如下函數設定上述振幅，該函數係將以基於自切削開始至達到上述特定振動振幅為止之時間的時間變數作為底數之特定冪數之冪乘作為基於上述特定振動振幅之振幅之尺度比(scale ratio)，藉此，進一步解決上述課題。
本請求項9之工作機械係藉由具備如請求項1之控制裝置而 解決上述課題。
本請求項10之工作機械係除請求項9所記載之工作機械之 構成以外，還將保持上述工件之主軸作為上述工件保持手段，且該工作機械具備使上述主軸沿軸線方向移動之主軸移動機構、及使上述刀架相對於主軸移動之刀架移動機構，上述進給手段由上述主軸移動機構與上述刀架移動機構構成，藉由上述主軸移動機構與上述刀架移動機構之協動，而使上述切削工具對上述工件進行加工進給動作，藉此，進一步解決上述課題。
本請求項11之工作機械係除請求項9所記載之工作機械之 構成以外，還將保持上述工件之主軸作為上述工件保持手段，上述主軸係固定地設置於工作機械側，且該工作機械具備使上述刀架朝多個方向移動之刀架移動機構，上述進給手段由上述刀架移動機構構成，藉由使上述刀架相對於被定位於進給加工方向之主軸沿進給加工方向移動，而使上述切削工具對上述工件進行加工進給動作，藉此，進一步解決上述課題。
本請求項12之工作機械係除請求項9所記載之工作機械之 構成以外，還使上述刀架固定地設置於工作機械側，將保持上述工件之主軸作為上述工件保持手段，且該工作機械具備使上述主軸朝多個方向移動之主軸移動機構，上述進給手段由上述主軸移動機構構成，藉由使上述主軸相對於被定位於進給加工方向之上述刀架沿進給加工方向移動，而使上述切削工具對上述工件進行加工進給動作，藉此，進一步解決上述課題。
本發明之工作機械之控制裝置可藉由修正手段將由設定手段設定之參數值修正為該參數值之近似值，而使工件之加工執行，藉此，可於與由設定手段設定之條件相對接近之條件下，使切削工具一面進行沿著上述加工進給方向之往返振動一面沿加工進給方向進給，從而使工作機械一面分斷切屑一面順利地進行工件之切削加工。
藉此，可於與使用者所期望之參數之值相對接近之條件下執行工件之加工。
本發明之工作機械之控制裝置藉由設置將上述切削工具相對於工件之往返振動中之去向移動時之移動速度設定得較來向移動時之移動速度慢的速度控制手段，而相較於去向移動時之移動速度與來向移動時之移動速度相同之情形，去向移動時之移動速度變慢，可抑制切入至工件進行切削時之切削工具之負荷或衝擊，從而可防止切削工具之壽命縮短等。
本發明之工作機械之控制裝置係將往返振動之振幅預先設定為如能夠進行工件加工之特定振動振幅，且設置以自小於特定振動振幅之振幅依序擴大振幅而達到特定振動振幅之方式控制往返振動的振幅控制 手段，振幅控制手段基於如下函數設定振幅，該函數係將以基於自切削開始至達到特定振動振幅為止之時間的時間變數作為底數之特定冪數之冪乘作為基於特定振動振幅之振幅的尺度比，藉此，逐漸增大切削工具之往返振動之振幅之控制程式成為利用1個參數k之式：y=xk，因此，可簡化控制程式。
又，本發明之工作機械可藉由上述工作機械之控制裝置而一面分斷切屑一面順利地進行工件之切削加工。
100‧‧‧工作機械
110‧‧‧主軸
110A‧‧‧主軸台
120‧‧‧夾頭
130‧‧‧切削工具
130A‧‧‧切削工具台
150‧‧‧X軸方向進給機構
151‧‧‧基座
152‧‧‧X軸方向導軌
153‧‧‧X軸方向進給台
154‧‧‧X軸方向導件
155‧‧‧線性伺服馬達
155a‧‧‧可動子
155b‧‧‧固定子
160‧‧‧Z軸方向進給機構
161‧‧‧基座
162‧‧‧Z軸方向導軌
163‧‧‧Z軸方向進給台
164‧‧‧Z軸方向導件
165‧‧‧線性伺服馬達
165a‧‧‧可動子
165b‧‧‧固定子
C‧‧‧控制裝置
C1‧‧‧控制部
C2‧‧‧數值設定部
W‧‧‧工件
圖1係表示本發明之第1實施例之工作機械之概略的圖。
圖2係表示本發明之第1實施例之切削工具與工件之關係的概略圖。
圖3係表示本發明之第1實施例之切削工具之往返振動及位置的圖。
圖4係表示本發明之第1實施例之主軸第n次旋轉、第n+1次旋轉、第n+2次旋轉之關係的圖。
圖5係表示本發明之第1實施例之指令週期與振動頻率之關係的圖。
圖6係表示本發明之第1實施例之振動數、轉數及振動頻率之關係的圖。
圖7係表示本發明之第1實施例之控制部判斷引數之流程圖的圖。
圖8係表示本發明之第2實施例之切削工具之往返振動及位置的圖。
圖9係表示本發明之第2實施例之主軸第n次旋轉、第n+1次旋轉、第n+2次旋轉之關係的圖。
圖10A係表示由本發明之第3實施例之式：y=xk規定之尺度比之圖。
圖10B係表示由本發明之第3實施例之式：y=xk規定之尺度比之圖。
圖10C係表示由本發明之第3實施例之式：y=xk規定之尺度比之圖。
本發明只要為如下者，則其具體之實施態樣為任意者均可，即，一種工作機械之控制裝置，其設置於具備保持工件之工件保持手段、及保持對工件進行切削加工之切削工具之刀架的工作機械，且對如下手段進行驅動控制：進給手段，其藉由工件保持手段與刀架之相對移動，使切削工具相對於工件沿特定之加工進給方向進行進給動作；振動手段，其以切削工具一面沿加工進給方向進行往返振動一面沿加工進給方向進給之方式使工件保持手段與刀架相對地振動；及旋轉手段，其使工件與切削工具相對地旋轉；藉由工件與切削工具之相對旋轉、及伴隨著切削工具相對於工件之沿加工進給方向之往返振動的進給動作，使工作機械執行工件之加工，且該工作機械之控制裝置設置有：設定手段，其係將執行工件之加工時之相對旋轉之轉數、相對旋轉之每旋轉1周之往返振動之振動數、及基於可進行控制裝置之動作指令之週期之振動頻率作為參數，設定2個參數值；及修正手段，其基於對2個參數設定之值將未設定之1個參數值規定為特定值，且基於對未設定之1個參數規定之值將已設定之2個參數值修正為特定值，藉此，利用修正手段修正由設定手段設定之參數值，而使工件之加工執行，藉此，於與由設定手段設定之條件相對接近之條件下，使切削工具一面進行沿著加工進給方向之往返振動一面沿加工進給方向進給，從而使工作機械一面分斷切屑一面順利地進行工件之切削加工。
[實施例1]
圖1係表示本發明之第1實施例之具備控制裝置C之工作機械100之概略的圖。
工作機械100具備主軸110及切削工具台130A。
於主軸110之前端設置有夾頭120。
經由夾頭120將工件W保持於主軸110，主軸110構成為保持工件之工件保持手段。
主軸110係以藉由未圖示之主軸馬達之動力而被旋轉驅動之方式支持於主軸台110A。
作為上述主軸馬達，考慮於主軸台110A內形成於主軸台110A與主軸110之間之習知公知之內裝馬達等。
主軸台110A係藉由Z軸方向進給機構160而沿成為主軸110 之軸線方向之Z軸方向移動自如地搭載於工作機械100之底座側。
主軸110經由主軸台110A並藉由Z軸方向進給機構160而於上述Z軸方向移動。
Z軸方向進給機構160構成使主軸110於Z軸方向移動之主軸移動機構。
Z軸方向進給機構160具備與上述底座等Z軸方向進給機構 160之固定側為一體之基座161、及設置於基座161之沿Z軸方向延伸之Z軸方向導軌162。
於Z軸方向導軌162，經由Z軸方向導件164而滑動自如地支持有Z軸方向進給台163。
於Z軸方向進給台163側設置有線性伺服馬達165之可動子165a，於 基座161側設置有線性伺服馬達165之固定子165b。
於Z軸方向進給台163搭載主軸台110A，藉由線性伺服馬 達165之驅動而沿Z軸方向移動驅動Z軸方向進給台163。
主軸台110A藉由Z軸方向進給台163之移動而沿Z軸方向移動，從而主軸110沿Z軸方向移動。
於切削工具台130A安裝有對工件W進行車削加工之車刀等 切削工具130。
切削工具台130A構成保持切削工具之刀架。
切削工具台130A係藉由X軸方向進給機構150及未圖示之Y軸方向進給機構而沿與上述Z軸方向正交之X軸方向、以及與上述Z軸方向及X軸方向正交之Y軸方向移動自如地設置於工作機械100之底座側。
由X軸方向進給機構150及Y軸方向進給機構構成使切削工具台130A相對於主軸110沿上述X軸方向及Y軸方向移動之刀架移動機構。
X軸方向進給機構150具備與X軸方向進給機構150之固定 側為一體之基座151、及設置於基座151之沿X軸方向延伸之X軸方向導軌152。
於X軸方向導軌152，經由X軸方向導件154而滑動自如地支持有X軸方向進給台153。
於X軸方向進給台153側設置有線性伺服馬達155之可動子 155a，於基座151側設置有線性伺服馬達155之固定子155b。
藉由線性伺服馬達155之驅動而沿X軸方向移動驅動X軸方向進給台153。
再者，Y軸方向進給機構係將X軸方向進給機構150配置於Y軸方向而成者，與X軸方向進給機構150為相同之構造，因此省略關於圖示及構造之詳細說明。
於圖1中，經由未圖示之Y軸方向進給機構將X軸方向進 給機構150搭載於上述底座側，且於X軸方向進給台153搭載有切削工具台130A。
切削工具台130A藉由X軸方向進給台153之移動驅動而沿X軸方向移動，Y軸方向進給機構藉由相對於Y軸方向進行與X軸方向進給機構150相同之動作，而沿Y軸方向移動。
再者，亦可經由X軸方向進給機構150將未圖示之Y軸方 向進給機構搭載於上述底座側，且於Y軸方向進給機構側搭載切削工具台130A，由於藉由Y軸方向進給機構與X軸方向進給機構150使切削工具台130A沿X軸方向及Y軸方向移動之構造係習知公知，故而省略詳細之說明及圖示。
上述刀架移動機構(X軸方向進給機構150與Y軸方向進給 機構)與上述主軸移動機構(Z軸方向進給機構160)協動，藉由利用X軸方向進給機構150與Y軸方向進給機構實現之切削工具台130A向X軸方向與Y軸方向之移動、及利用Z軸方向進給機構160實現之主軸台110A(主軸110)向Z軸方向之移動，從而安裝於切削工具台130A之切削工具130相對於工件W相對地沿任意之加工進給方向進給。
利用由上述主軸移動機構(Z軸方向進給機構160)與上述 刀架移動機構(X軸方向進給機構150與Y軸方向進給機構)構成之進給 手段，使切削工具130相對於工件W相對地沿任意之加工進給方向進給，藉此，如圖2所示，工件W被上述切削工具130切削加工成任意之形狀。
再者，於本實施形態中，構成為使主軸台110A與切削工具 台130A之兩者移動，但亦可將主軸台110A以不向工作機械100之底座側移動之方式固定，且將刀架移動機構構成為使切削工具台130A沿X軸方向、Y軸方向、Z軸方向移動。
於此情形時，上述進給手段由使切削工具台130A沿X軸方向、Y軸方向、Z軸方向移動之刀架移動機構構成，使切削工具台130A相對於被固定地定位且被旋轉驅動之主軸110移動，藉此，可使上述切削工具130對工件W進行加工進給動作。
又，亦可將切削工具台130A以不向工作機械100之底座側 移動之方式固定，且將主軸移動機構構成為使主軸台110A沿X軸方向、Y軸方向、Z軸方向移動。
於此情形時，上述進給手段由使主軸台110A沿X軸方向、Y軸方向、Z軸方向移動之主軸台移動機構構成，使主軸台110A相對於被固定地定位之切削工具台130A移動，藉此，可使上述切削工具130相對於工件W進行加工進給動作。
再者，於本實施形態中，X軸方向進給機構150、Y軸方向進給機構、Z軸方向進給機構160係構成為由線性伺服馬達驅動，但亦可設為利用習知公知之滾珠螺桿與伺服馬達進行之驅動等。
於本實施形態中，使工件W與切削工具130相對地旋轉之旋轉手段係由上述內裝馬達等上述主軸馬達構成，工件W與切削工具130 之相對旋轉係藉由主軸110之旋轉驅動而進行。
於本實施例中，設為使工件W相對於切削工具130旋轉之構成，但亦可設為使切削工具130相對於工件W旋轉之構成。
於此情形時，考慮鑽孔器等旋轉工具作為切削工具130。
主軸110之旋轉、Z軸方向進給機構160、X軸方向進給機構150、Y軸方向進給機構係由控制裝置C所具有之控制部C1進行驅動控制。
控制部C1被預先設定為以如下方式進行控制，即，將各進給機構作為振動手段，一面使其等沿各自對應之移動方向進行往返振動，一面使主軸台110A或切削工具台130A沿各自之方向移動。
各進給機構藉由控制部C1之控制，而如圖3所示般，使主 軸110或切削工具台130A於1次往返振動中以特定之前進量進行前進(去向移動)移動後以特定之後退量進行後退(來向移動)移動，從而以其差之行進量向各移動方向移動，協動地使上述切削工具130相對於工件W沿上述加工進給方向進給。
工作機械100藉由Z軸方向進給機構160、X軸方向進給機 構150、Y軸方向進給機構，使切削工具130一面進行沿著上述加工進給方向之往返振動，一面將主軸旋轉1周、即自主軸相位0度變為360度時之上述行進量之合計作為進給量而沿加工進給方向進給，藉此，進行工件W之加工。
於在工件W旋轉之狀態下，主軸台110A(主軸110)或切 削工具台130A(切削工具130)一面往返振動一面移動，而藉由切削工具130將工件W之外形切削加工成特定形狀之情形時，工件W之周面如圖4 所示般被切削成正弦曲線狀。
再者，於通過正弦曲線狀之波形之谷之假想線(單點鏈線)中，自主軸相位0度變為360度時之位置之變化量表示上述進給量。
如圖4所示，以工件W每旋轉1周之主軸台110A(主軸110)或切削工具台130A之振動數N為3.5次(振動數N=3.5)為例進行說明。
於此情形時，藉由主軸110之第n次旋轉(n為1以上之整 數)與第n+1次旋轉之切削工具130而被車削之工件W周面形狀之相位於主軸相位方向(曲線圖之橫軸方向)上發生偏移。
因此，第n+1次旋轉之上述相位之谷之最低點(成為藉由切削工具130於進給方向上切削最深之點的虛線波形曲線之峰之頂點)之位置相對於第n次旋轉之上述相位之谷之最低點(實線波形曲線之峰之頂點)之位置，於主軸相位方向上發生偏移。
藉此，切削工具130之去向移動時之切削加工部分與來向移 動時之切削加工部分局部重複，工件W周面之第n+1次旋轉之切削部分包含第n次旋轉時已切削過之部分，於該部分，在切削中切削工具130產生不對工件W進行任何切削而進行空削之所謂空振動作。
於切削加工時自工件W產生之切屑藉由上述空振動作而依序被分斷。
工作機械100可藉由切削工具130之沿著切削進給方向之上述往返振動而一面分斷切屑一面順利地進行工件W之外形切削加工等。
於藉由切削工具130之上述往返振動而依序分斷切屑之情形時，只要工件W周面之第n+1次旋轉之切削部分包含第n次旋轉時已切削過之部分即可。
換言之，只要工件周面之第n+1次旋轉中之來向移動時之切削工具之軌跡到達至工件周面之第n次旋轉中之切削工具之軌跡即可。
只要第n+1次旋轉與第n次旋轉之工件W上之被切削工具130車削之形狀之相位不一致(並非相同相位)即可，並非必須進行180度反轉。
例如振動數N可設為1.1或1.25、2.6、3.75等。
亦可設定為工件W旋轉1周時進行少於1次之振動(0<振動數N<1.0)。
於此情形時，相對於1次振動，主軸110旋轉1周以上。
振動次數N亦可設定為每振動1次之主軸110之轉數。
於工作機械100中，控制部C1之動作指令係以特定之指令 週期進行。
主軸台110A(主軸110)或切削工具台130A(切削工具130)之往返振動能以基於上述指令週期之特定頻率進行動作。
例如，於可藉由控制部C1於1秒鐘內發送250次指令之工作機械100之情形時，控制部C1之動作指令係以1÷250=4(ms)週期(基準週期)進行。
上述指令週期係基於上述基準週期而規定，一般而言成為上 述基準週期之整數倍。
能以與上述指令週期之值對應之頻率執行往返振動。
如圖5所示，例如若將上述基準週期(4(ms))之4倍之16(ms)設為指令週期，則每16(ms)執行去向移動與來向移動，從而可使主軸台110A(主軸110)或切削工具台130A(切削工具130)以1÷(0.004×4)=62.5(Hz) 進行往返振動。
此外，可使主軸台110A(主軸110)或切削工具台130A(切 削工具130)僅以1÷(0.004×5)=50(Hz)、1÷(0.004×6)=41.666(Hz)、1÷(0.004X7)=35.714(Hz)、1÷(0.004x8)=31.25(Hz)等多個特定之不連續之頻率進行往返振動。
主軸台110A(主軸110)或切削工具台130A(切削工具130) 之往返振動之頻率(振動頻率)f(Hz)規定為選自上述頻率之值。
再者，藉由控制裝置C(控制部C1)，能以上述基準週期(4ms)之整數倍以外之倍數設定指令週期。
於此情形時，可將與該指令週期對應之頻率設為振動頻率。
於使主軸台110A(主軸110)或切削工具台130A(切削工 具130)往返振動之情形時，若將主軸110之轉數設為S(r/min)，則振動數N規定為N=f×60/S。
如圖6所示，轉數S與振動數N係將振動頻率f設為常數而成反比例。 振動頻率f取得越高，又，使振動數N越小，則主軸110能夠越高速地旋轉。
本實施例之工作機械100構成為，可將轉數S、振動數N及 振動頻率f作為參數，由使用者經由數值設定部C2等將3個參數中之2個設定於控制部C1。
對控制部C1設定轉數S或振動數N或振動頻率f除了可作為參數輸入至控制部C1以外，例如還可將轉數S或振動數N或振動頻率f記載於加工程式而進行設定，或於程式塊(程式之1列)中將振動數N或振動頻率f 作為引數而設定。
尤其是若以可將振動數N或振動頻率f於加工程式之程式塊 中作為引數而設定之方式構成設定手段，則一般而言藉由記載於加工程式上之主軸110之轉數S、及程式塊中之作為引數記載之振動數N或振動頻率f，使用者可根據加工程式而容易地設定轉數S或振動數N或振動頻率f中之2個。
再者，利用上述設定手段進行之設定既可為藉由程式者，亦可為使用者經由數值設定部C2而設定者。
又，亦可構成為能夠經由加工程式等設定輸入圓周速率與工 件直徑，基於上述圓周速率與工件直徑算出轉數S而進行設定。
藉由以基於經由加工程式等設定輸入之圓周速率與工件直徑而算出轉數S之方式構成上述設定手段，使用者可對應於根據工件W之材質或者切削工具130之種類或形狀、材質等而規定之圓周速率，無需考慮而容易地設定轉數S。
控制部C1以如下方式進行控制，即，基於轉數S、振動數 N、振動頻率f之3個中之已設定之2個條件，以使主軸110以該轉數S旋轉，且切削工具130以該振動數N一面沿上述加工進給方向進行往返振動一面沿加工進給方向進給之方式，使主軸台110A或切削工具台130A一面往返振動一面移動。
但是，轉數S與振動數N係如上所述般基於振動頻率f而規 定，因此控制部C1具備修正手段，該修正手段使所設定之轉數S或振動數N或振動頻率f與根據上述指令週期之值而規定之振動頻率f之集合即f群 對應，基於對2個參數設定之值將未設定之1個參數值規定為特定值，且基於對上述未設定之1個參數規定之值將已設定之2個參數值修正為特定值。
再者，該修正手段亦存在如下情形：於結果無需對已設定之2個參數值進行修正之情形時，不進行修正。
於控制部C1作為上述修正手段發揮功能之情形時，如圖7 所示，於步驟S1中，判定由使用者經由數值輸入部C2等進行之設定之矛盾。
例如，於未設定轉數S、振動數N、振動頻率f之3個中之2個而設定3個或僅設定1個之情形時，判斷為有矛盾。
於判定為有矛盾之情形時，進入步驟S2，未圖示之顯示部對使用者進行錯誤顯示。
另一方面，於判定為不矛盾之情形時，進入步驟S3。
步驟S3中，控制部C1對上述所設定之條件之組合進行調查。
於設定有振動數N與轉數S之情形時，進入步驟S4。
於設定有振動數N與振動頻率f之情形時，進入步驟S7。
於設定有轉數S與振動頻率f之情形時，進入步驟S8。
於步驟S4中，根據上述所設定之振動數N及轉數S計算振動頻率f之值，並進入步驟S5。
例如，於N=1.5、S=3000(r/min)之情形時，獲得f=N×S/60=75(Hz)。
於步驟S5中，將步驟S4中求出之振動頻率f與上述f群相 比，自f群中選擇最接近於步驟S4中求出之振動頻率f之值(例如62.5(Hz))，並重新將該值設定為振動頻率f，進入步驟S6。
於步驟S6中，根據步驟S5中規定之振動頻率f(62.5(Hz)) 與所設定之振動次數N計算主軸110之轉數S，並重新將計算出之值設為主軸110之轉數S。
亦即，將所設定之轉數S修正為上述計算出之值。
作為一例，獲得S=f×60/N=2500(r/min)。
即，將所設定之轉數S=3000(r/min)修正為2500(r/min)。
基於所設定之振動數N與轉數S，於由修正手段進行修正而決定之條件下，工作機械100可藉由Z軸方向進給機構160、X軸方向進給機構150、Y軸方向進給機構，使切削工具130一面進行沿著上述加工進給方向之往返振動一面沿加工進給方向進給，從而一面分斷切屑一面順利地進行工件W之切削加工，視情形，亦能夠延長例如切削工具130之壽命。
藉此，可於與使用者所期望之轉數S及振動數N相對接近之條件下進行工件W之加工。
於步驟S7中，根據上述所設定之振動數N及振動頻率f計 算主軸110之轉數S。
作為一例，於N=1.5、f=62.5(Hz)之情形時，獲得S=f/N×60=2500(r/min)。
於步驟S8中，根據上述所設定之轉數S及振動頻率f計算 振動數N，並進入步驟S9。
作為一例，於S=3000(r/min)、f=62.5(Hz)之情形時，獲得N=F/S×60 =1.25。
於步驟S9中，判定作為以N=整數n+0.5之值為基準之正側之振動數N之容許值(PN)的值或作為負側之振動數N之容許值(MN)的值是否由使用者設定於控制部C1側。
於設定有PN或MN之情形時，進入步驟S10，另一方面，於未設定之情形時，進入步驟S12。
再者，如圖4所示，N=整數n+0.5之值係第n+1次旋轉 之工件W中之由切削工具130車削之工件W周面形狀之相位之谷之最低點(成為藉由切削工具130於進給方向上切削最深之點的虛線波形曲線之峰之頂點)之位置相對於第n次旋轉之工件W中之由切削工具130車削之形狀之相位之峰之最高點(實線波形曲線之峰之頂點)之位置於周向(曲線圖之橫軸方向)上相同之時。
於步驟S10中，判定步驟S8中所求出之振動數N之值(N=1.25)是否收斂於正側之容許值PN或負側之容許值MN之範圍內。
於未收斂之情形時，於步驟S11中，以步驟S8中所求出之振動數N(N=1.25)收斂於正側之容許值PN或負側之容許值MN之範圍內之方式，將振動數N之值規定為N'。
例如，於在步驟S8中算出振動數N=1.25、負側之容許值MN為0.05之情形時，以振動數處於成為基準之值1.50至-0.05之容許值之範圍內之方式，將振動數規定為N'=1.45。
於此情形時，轉數S係根據振動頻率f與振動數N而被修正為S=2586.2(r/min)。
於步驟S12中，規定為最接近於步驟S8中求出之振動數N 之值(N=1.25)之整數n+0.5之值，進入步驟S13。
例如，於在步驟S8中算出為N=1.25之情形時，將振動數規定為N'=1.5。
於步驟S13中，根據步驟S12中規定之振動數N(N')及上述所設定之振動頻率f計算主軸110之轉數S之值，並將轉數S之值修正為S'。
例如，於N'=1.5、f=62.5(Hz)之情形時，修正為S=f/N'×60=2500(r/min)。
於藉由修正手段根據上述f群而修正後之轉數S與振動數N 之條件下，工作機械100可藉由Z軸方向進給機構160、X軸方向進給機構150、Y軸方向進給機構，使切削工具130一面進行沿著上述加工進給方向之往返振動一面沿加工進給方向進給，從而一面分斷切屑一面順利地進行工件W之切削加工，視情形，亦能夠延長例如切削工具130之壽命。
藉此，可於與使用者所期望之轉數S及振動數N相對接近之條件下進行工件W之加工。
於使用者設定振動頻率f之值之情形時，可藉由選擇儘可能 高之頻率而於主軸110之轉數S較高之區域進行加工，且可縮短加工時間，此外，亦可減小機械振動對加工精度之不良影響。
再者，藉由如圖4所示般以第n+1次旋轉與第n次旋轉之工件W中之由切削工具130車削之形狀之相位以不同於上述180度反轉之相位發生偏移之方式設定振動數N，可一面產生相位偏移一面連續地進行加工，且可根據工件W之材質或切削工具130之種類或形狀、材質等改善加工面之粗糙 度。
因此，藉由使用者視需要設定轉數S、振動數N、振動頻率f之3個中之2個，使用者可於所需之條件下進行加工。
[實施例2]
第2實施例由於較多要素與第1實施例共通，故而關於共通之事項省略詳細之說明，以下對不同之方面進行說明。
第2實施例之工作機械100中，亦可預先固定振動數N(無需預先輸入)，使用者僅設定轉數S，根據該轉數S與振動數N設定振動頻率f，且修正轉數S或振動數N。
另一方面，為了縮短加工之週期時間，較理想為將主軸110之旋轉儘可能地設定為高速。
為此，必須儘可能地提高振動頻率f，但就穩定控制等觀點而言，超出需要地較高地設定並不容易。
因此，可藉由儘可能地減小振動數N，而儘可能地增大轉數S。
此時，藉由以利用每振動1次之主軸110之轉數設定振動數N之方式構成上述設定手段，可容易地進行使轉數S上升之設定。
藉由將每振動1次之主軸110之轉數設定為1次以上，且將振動數N設定為大於0且未達1之數值，可使主軸110高速旋轉。
但是，由於被分斷之切屑之長度相對變長，故而振動數N必須設定為不對上述加工造成不良影響之程度。
日本專利5139591號公報、日本專利5139592號公報所記載之習知之工作機械存在如下情形：於藉由切削工具相對於工件之往返振動 而切入至工件進行切削時，會對切削工具產生相對較大之負荷或衝擊等。
有如下問題：存在因該負荷或衝擊等而導致切削工具之壽命變短之情形。
因此，第2實施例之發明之目的在於提供一種可抑制切入至工件進行切削時之切削工具之負荷或衝擊等，從而防止切削工具壽命之縮短等的工作機械之控制裝置及具備此控制裝置之工作機械。
於第2實施例中，根據圖8及圖9所示之去向移動時之曲線 之斜率及來向移動時之曲線之斜率可理解，作為速度控制手段之控制部C1係以如下方式進行控制，即，使切削工具130之往返振動中之相對於工件W之去向移動時之移動速度較來向移動時之移動速度變慢。
藉此，相較於圖8中以虛線表示之去向移動時之移動速度與來向移動時之移動速度相同之情形，去向移動時之移動速度變慢，切入至工件W進行切削時之切削工具130之負荷或衝擊變小。
再者，圖8中以虛線表示者係作為參考之去向移動時之移動速度與來向移動時之移動速度相同之情形。
[實施例3]
第3實施例由於較多要素與第1實施例及第2實施例共通，故而關於共通之事項省略詳細之說明，以下對不同之方面進行說明。
日本專利5139591號公報、日本專利5139592號公報所記載之習知之工作機械係構成為，於開始工件之車削加工之一系列(一個步驟)車削動作時，依序擴大切削工具之往返振動之振幅直至成為預先規定之特定振動振幅為止。
然而，關於具體如何增加並未揭示，因此存在不易視需要變更增加狀態之問題。
因此，第3實施例之發明之目的在於提供一種將逐漸擴大開始工件之車削加工之一系列(一個步驟)車削動作時之切削工具之往返振動之振幅直至成為特定振動振幅為止之控制程式簡化的工作機械之控制裝置及具備此控制裝置之工作機械。
於第3實施例中，上述往返振動之振幅係於上述振動數N 之條件下以切削工具130之去向移動時之切削加工部分與來向移動時之切削加工部分局部重複之方式被預先設定為特定振動振幅。
控制部C1具備振幅控制手段，該振幅控制手段係以於對工件W開始特定之加工(一個加工步驟)時，切削工具130之上述往返振動之振幅自小於上述特定振動振幅之振幅依序擴大，且於特定時間內達到上述特定振動振幅之方式，控制切削工具130之往返振動。
藉由上述振幅控制手段，達到特定振動振幅前之開始之數次 往返振動係將切削工具130之前進量及後退量設定得少於特定量而使振幅變小，從而可緩和切削開始時之衝擊。
上述振幅控制手段係構成為，基於如下數1之函數設定上述振幅，該數1之函數係將以自切削開始至達到上述特定振動振幅為止之時間為1之時間變數(x)作為底數的特定之冪數(k)之冪乘設為以上述特定振動振幅為1之振幅之尺度比(y)。
[數1]y=xk
關於冪數k，若為正數，則隨著時間變數x之值增加，尺度 比y之值亦增加，因此為任意值均可。
時間變數x及尺度比y取0~1之值，特定之時間變數時點之振幅係設定為對特定振動振幅乘以尺度比y所得之值。
藉此，可利用1個參數k簡單地設定自振動開始(加工開始)至達到特定振動振幅為止之振幅，從而可容易地進行利用振幅控制手段對切削工具130之往返振動之控制。
尤其是於由使控制部C1進行自振動開始(加工開始)至達 到特定振動振幅為止之切削工具130之往返振動之上述控制的控制程式構成振幅控制手段之情形時，控制程式藉由1個參數k所構成之式：y=xk便可實現，從而可簡單地制定該控制程式。
若將k設為1(k=1.0)，則如圖10A所示，成為y=x，因 此，上述振幅沿直線增加，而達到特定振動振幅。
圖10B係k=1.5之情形，圖10C係k=3.0之情形。
於此情形時，上述振幅沿如下曲線增加，即，隨著時間變數x之增加，尺度比y之增加率依序變大。
順便一提，於k=3.0之情形時，振幅之變化較k=1.5之情形更顯著。
如此，藉由利用y=xk之式，如圖10A至圖10C之y=xk(k=1.0)之曲線之下側所示，特定之時間變數時點之尺度比處於Y=xk之線上，從而可容易地控制開始車削動作時之切削工具130之往返運動之振幅。
100‧‧‧工作機械
110‧‧‧主軸
110A‧‧‧主軸台
120‧‧‧夾頭
130‧‧‧切削工具
130A‧‧‧切削工具台
150‧‧‧X軸方向進給機構
151‧‧‧基座
152‧‧‧X軸方向導軌
153‧‧‧X軸方向進給台
154‧‧‧X軸方向導件
155‧‧‧線性伺服馬達
155a‧‧‧可動子
155b‧‧‧固定子
160‧‧‧Z軸方向進給機構
161‧‧‧基座
162‧‧‧Z軸方向導軌
163‧‧‧Z軸方向進給台
164‧‧‧Z軸方向導件
165‧‧‧線性伺服馬達
165a‧‧‧可動子
165b‧‧‧固定子
C‧‧‧控制裝置
C1‧‧‧控制部
C2‧‧‧數值設定部
W‧‧‧工件

Claims (12)

  1. 一種工作機械之控制裝置，其設置於具備保持工件之工件保持手段、及保持對上述工件進行切削加工之切削工具之刀架的工作機械，其特徵在於：對如下手段進行驅動控制：進給手段，其藉由上述工件保持手段與上述刀架之相對移動，使上述切削工具相對於上述工件沿特定之加工進給方向進行進給動作；振動手段，其以上述切削工具一面沿上述加工進給方向往返振動一面沿加工進給方向進給之方式，使上述工件保持手段與上述刀架相對地振動；及旋轉手段，其使上述工件與上述切削工具相對地旋轉；藉由上述工件與上述切削工具之相對旋轉、及伴隨著上述切削工具相對於上述工件之沿上述加工進給方向之上述往返振動之進給動作，而使上述工作機械執行上述工件之加工；且該工作機械之控制裝置設置有：設定手段，其將執行上述工件加工時之上述相對旋轉之轉數、上述相對旋轉之每旋轉1周之上述往返振動之振動數、及基於可進行上述控制裝置之動作指令之週期之振動頻率作為參數，設定2個參數值；及修正手段，其基於對上述2個參數設定之值將未設定之1個參數值規定為特定值，並基於對上述未設定之1個參數規定之值將已設定之2個參數值修正為特定值。
  2. 如申請專利範圍第1項之工作機械之控制裝置，其中，將上述振動手段設為如下構成，即，以去向移動時之切削加工部分與來向移動時之 切削加工部分重複之方式，使上述工件保持手段與上述刀架相對地往返振動。
  3. 如申請專利範圍第1項之工作機械之控制裝置，其中，其構成為，上述修正手段利用基於上述振動頻率之常數，以上述轉數與上述振動數成反比例之方式，將未設定之參數規定為特定值，並且修正已設定之參數值。
  4. 如申請專利範圍第1項之工作機械之控制裝置，其中，其構成為，將由上述設定手段設定之參數設為上述轉數與上述振動數，上述修正手段基於根據所設定之上述轉數與上述振動數而算出之值規定振動頻率，並基於規定之振動頻率將所設定之上述轉數或上述振動數修正為特定值。
  5. 如申請專利範圍第4項之工作機械之控制裝置，其中，其構成為，上述修正手段以設定針對上述振動數之容許值之方式構成，根據上述所設定之轉數與上述規定之振動頻率算出上述振動數，將算出之上述振動數修正為上述容許值之範圍內之值，且將所設定之上述振動數修正為該值。
  6. 如申請專利範圍第4項之工作機械之控制裝置，其中，其構成為，上述修正手段根據所設定之上述轉數與規定之上述振動頻率算出上述振動數，將所設定之上述振動數修正為對最接近於算出之上述振動數之值之整數加上0.5所得之值，且將所設定之上述轉數修正為根據上述修正後之振動數與規定之上述振動頻率而算出之值。
  7. 如申請專利範圍第1項之工作機械之控制裝置，其中，其設置有速度 控制手段，該速度控制手段將上述切削工具相對於上述工件之往返振動中之去向移動時之移動速度設定得較來向移動時之移動速度慢。
  8. 如申請專利範圍第1項之工作機械之控制裝置，其中，其構成為，將上述往返振動之振幅預先設定為如能夠進行上述工件之加工之特定振動振幅，且設置振幅控制手段，該振幅控制手段係以自小於上述特定振動振幅之振幅依序擴大振幅而達到上述特定振動振幅之方式控制上述往返振動，上述振幅控制手段係基於如下函數設定上述振幅，該函數係將以基於自切削開始至達到上述特定振動振幅為止之時間的時間變數作為底數之特定冪數之冪乘作為基於上述特定振動振幅之振幅之尺度比。
  9. 一種工作機械，其具備如申請專利範圍第1項之控制裝置。
  10. 如申請專利範圍第9項之工作機械，其中，將保持上述工件之主軸作為上述工件保持手段，且該工作機械具備使上述主軸沿軸線方向移動之主軸移動機構、及使上述刀架相對於主軸移動之刀架移動機構，上述進給手段由上述主軸移動機構與上述刀架移動機構構成，藉由上述主軸移動機構與上述刀架移動機構之協動，而使上述切削工具對上述工件進行加工進給動作。
  11. 如申請專利範圍第9項之工作機械，其中，將保持上述工件之主軸作為上述工件保持手段，上述主軸係固定地設置於工作機械側，且該工作機械具備使上述刀架朝多個方向移動之刀架移動機構，上述進給手段由上述刀架移動機構構成，藉由使上述刀架相對於被定位於進給加 工方向之主軸沿進給加工方向移動，而使上述切削工具對上述工件進行加工進給動作。
  12. 如申請專利範圍第9項之工作機械，其中，上述刀架係固定地設置於工作機械側，將保持上述工件之主軸作為上述工件保持手段，且該工作機械具備使上述主軸朝多個方向移動之主軸移動機構，上述進給手段由上述主軸移動機構構成，藉由使上述主軸相對於被定位於進給加工方向之上述刀架沿進給加工方向移動，而使上述切削工具對上述工件進行加工進給動作。
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