WO2016152768A1 - 工作機械及びこの工作機械の制御装置 - Google Patents

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cutting tool
cutting
tool
feed
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村松　正博
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Citizen Holdings Co Ltd
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B1/00—Methods for turning or working essentially requiring the use of turning-machines; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/007—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/013—Control or regulation of feed movement
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Program-control systems
    • G05B19/02—Program-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form
    • G05B19/4093—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by part programming, e.g. entry of geometrical information as taken from a technical drawing, combining this with machining and material information to obtain control information, named part program, for the NC machine

Definitions

  • the present invention relates to a machine tool that processes a workpiece while sequentially cutting chips at the time of cutting, and a control device for the machine tool.
  • a workpiece holding means for holding a workpiece for holding a workpiece
  • a tool rest for holding a cutting tool for cutting the workpiece
  • a relative movement of the workpiece holding means and the tool rest to fix the cutting tool to the workpiece.
  • the workpiece holding means and the tool post relatively vibrate so that the cutting tool is fed in the machining feed direction while reciprocatingly vibrating along the machining feed direction.
  • a machine tool including a vibrating unit that rotates and a rotating unit that relatively rotates the workpiece and the cutting tool is known (see, for example, Patent Document 1).
  • the machine tool control device drives and controls the rotation unit, the feeding unit, and the vibration unit, and performs a relative rotation between the workpiece and the cutting tool, and the processing feed direction of the cutting tool with respect to the workpiece.
  • the machine tool is caused to perform machining of the workpiece by the feeding operation accompanied with the reciprocating vibration.
  • the cutting tool is always in contact with the workpiece when the workpiece is being cut while reciprocatingly vibrating the cutting tool in the feed direction. there were.
  • an object of the present invention is to cut a chip and reduce the load on the cutting tool, and control of the machine tool. Is to provide a device.
  • a workpiece holding means for holding a workpiece
  • a tool post for holding a cutting tool for cutting the workpiece, and cutting with respect to the workpiece by relative movement of the workpiece holding means and the tool rest.
  • a feed means for feeding the tool in a predetermined machining feed direction
  • a vibrating means for relatively vibrating the work holding means and the tool rest along the work feed direction
  • the work and the cutting tool relatively rotate.
  • a rotating feeding means wherein the cutting part at the time of reciprocating vibration is overlapped with the cutting part at the time of backward movement, and the cutting tool is reciprocally oscillated along the machining feed direction.
  • the vibration means and the rotation means are driven and controlled so as to be fed to each other.
  • a cutting tool and the workpiece in a feeding section of the cutting tool in a range in which cutting portions at the time of forward movement and backward movement overlap each other.
  • the invention according to claim 2 is configured such that the cutting tool and the workpiece are moved along a cutting direction of the cutting tool.
  • the above-described problem is further solved by adopting a configuration in which the workpiece is separated from the workpiece.
  • the separated feed section overlaps the cutting part at the time of the forward movement and the backward movement.
  • the invention according to claim 4 cuts the workpiece by a workpiece holding means for holding the workpiece, a tool post for holding a cutting tool for cutting the workpiece, and a relative movement between the workpiece holding means and the tool post.
  • a machine tool provided with a rotating means for causing the cutting tool to reciprocate along the machining feed direction by overlapping a cutting part at the time of reciprocating vibration and a cutting part at the time of reverse movement.
  • the vibration means and the rotation means are linked and controlled so as to feed in the machining feed direction while vibrating, the relative rotation between the workpiece and the cutting tool, and the machining feed method of the cutting tool with respect to the workpiece Machine tool control apparatus for performing workpiece machining so that a cutting portion at the time of forward movement in the machining feed direction and a cutting portion at the time of backward movement overlap with each other by the feeding operation accompanied with the reciprocating vibration to
  • the cutting tool feeds in a state where the cutting tool and the workpiece are separated from each other within the feeding section of the cutting tool in a range in which the cutting parts at the time of forward movement and backward movement overlap.
  • the cutting tool and the workpiece are separated from each other in the feed section of the cutting tool in a range where the cutting parts at the time of the forward movement and the backward movement overlap.
  • a separation feed section in which the cutting tool is fed is provided.
  • the cutting tool and the workpiece are separated from each other, and the cutting tool is not in contact with the workpiece. The load on the cutting tool can be reduced without disturbing the cutting process.
  • the cutting tool and the workpiece are separated from each other, the cutting tool and the workpiece are It can be easily performed by moving along the cutting direction.
  • the cutting process portion at the time of the forward movement and the backward movement is overlapped. Since the cutting tool does not contact the workpiece over the entire feeding section of the cutting tool, it is possible to prevent an adverse effect due to the contact between the cutting tool and the workpiece on the workpiece processing surface.
  • the machine tool control device of the invention of claim 4 can obtain the same effect as the effect of the invention of claim 1.
  • the figure which shows the outline of the machine tool of 1st Example of this invention Schematic which shows the relationship between the cutting tool of 1st Example of this invention, and a workpiece
  • the machine tool of the present invention and the control device for this machine tool are in a state where the cutting tool and the work are separated in the feeding section of the cutting tool in a range where the cutting parts at the time of forward movement and backward movement overlap.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of a machine tool 100 including a control device C according to the first embodiment of the present invention.
  • the machine tool 100 includes a main shaft 110 as a rotating means and a cutting tool base 130A as a tool rest.
  • a chuck 120 as a work holding means is provided at the tip of the main shaft 110.
  • the workpiece W is held on the spindle 110 via the chuck 120.
  • the main shaft 110 is supported by the main shaft 110A so as to be rotationally driven by the power of a main shaft motor (not shown).
  • the headstock 110A is mounted on the bed side of the machine tool 100 so as to be movable in the Z-axis direction, which is the axial direction of the main shaft 110, by the Z-axis direction feed mechanism 160.
  • the spindle 110 is moved in the Z-axis direction by the Z-axis direction feed mechanism 160 via the spindle stock 110A.
  • the Z-axis direction feed mechanism 160 constitutes a main shaft moving mechanism that moves the main shaft 110 in the Z-axis direction.
  • the Z-axis direction feed mechanism 160 includes a base 161 integrated with a fixed side of the Z-axis direction feed mechanism 160 such as the bed, and a Z-axis direction guide rail 162 provided on the base 161 and extending in the Z-axis direction. Yes.
  • a Z-axis direction feed table 163 is slidably supported on the Z-axis direction guide rail 162 via a Z-axis direction guide 164.
  • a mover 165a of the linear servo motor 165 is provided on the Z-axis direction feed table 163 side, and a stator 165b of the linear servo motor 165 is provided on the base 161 side.
  • the headstock 110 ⁇ / b> A is mounted on the Z-axis direction feed table 163, and the Z-axis direction feed table 163 is driven to move in the Z-axis direction by driving the linear servo motor 165. As the Z-axis direction feed table 163 moves, the headstock 110A moves in the Z-axis direction, and the spindle 110 moves in the Z-axis direction.
  • a cutting tool 130 such as a cutting tool for turning the workpiece W is mounted on the cutting tool base 130A.
  • the cutting tool base 130A is moved to the bed side of the machine tool 100 by an X-axis direction feed mechanism 150 and a Y-axis direction feed mechanism (not shown), an X-axis direction orthogonal to the Z-axis direction, and the Z-axis direction and the X-axis direction. It is provided so as to be movable in the Y-axis direction orthogonal to.
  • the X-axis direction feed mechanism 150 and the Y-axis direction feed mechanism constitute a tool post moving mechanism that moves the cutting tool base 130A in the X-axis direction and the Y-axis direction with respect to the main shaft 110.
  • the X-axis direction feed mechanism 150 includes a base 151 that is integral with the fixed side of the X-axis direction feed mechanism 150, and an X-axis direction guide rail 152 that is provided on the base 151 and extends in the X-axis direction.
  • An X-axis direction feed table 153 is slidably supported on the X-axis direction guide rail 152 via an X-axis direction guide 154.
  • a mover 155a of the linear servo motor 155 is provided on the X-axis direction feed table 153 side, and a stator 155b of the linear servo motor 155 is provided on the base 151 side.
  • the X-axis direction feed table 153 is driven to move in the X-axis direction.
  • the Y-axis direction feed mechanism is a structure in which the X-axis direction feed mechanism 150 is arranged in the Y-axis direction and has the same structure as the X-axis direction feed mechanism 150, and therefore a detailed description of the structure is omitted.
  • an X-axis direction feed mechanism 150 is mounted on the bed side via a Y-axis direction feed mechanism (not shown), and a cutting tool table 130A is mounted on the X-axis direction feed table 153.
  • the cutting tool base 130A moves in the X-axis direction by the movement drive of the X-axis direction feed table 153, and the Y-axis direction feed mechanism operates in the same manner as the X-axis direction feed mechanism 150 in the Y-axis direction. To move in the Y-axis direction.
  • a Y-axis direction feed mechanism (not shown) may be mounted on the bed side via the X-axis direction feed mechanism 150, and the cutting tool base 130A may be mounted on the Y-axis direction feed mechanism side. Since the structure in which the cutting tool base 130A is moved in the X-axis direction and the Y-axis direction by the X-axis direction feed mechanism 150 and the X-axis direction feed mechanism 150 is conventionally known, detailed description and illustration are omitted.
  • the turret moving mechanism (X-axis direction feeding mechanism 150 and Y-axis direction feeding mechanism) and the main shaft moving mechanism (Z-axis direction feeding mechanism 160) cooperate to provide an X-axis direction feeding mechanism 150 and a Y-axis direction feeding mechanism.
  • the cutting tool table 130A is mounted on the cutting tool table 130A by the movement of the cutting tool table 130A in the X-axis direction and the Y-axis direction due to the movement of the main shaft table 110A (main shaft 110) in the Z-axis direction by the Z-axis direction feed mechanism 160.
  • the cutting tool 130 is fed relative to the workpiece W in an arbitrary machining feed direction.
  • both the headstock 110A and the cutting tool base 130A are configured to move, but the headstock 110A is fixed so as not to move to the bed side of the machine tool 100, and the tool post is moved.
  • the mechanism may be configured to move the cutting tool base 130A in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction.
  • the feeding means is composed of a tool post moving mechanism that moves the cutting tool base 130A in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, and is fixedly positioned and rotated relative to the main spindle 110.
  • the cutting tool base 130A may be fixed so as not to move to the bed side of the machine tool 100, and the spindle moving mechanism may be configured to move the spindle base 110A in the X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis direction.
  • the feed means is composed of a spindle stock moving mechanism that moves the spindle stock 110A in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction.
  • the rotation of the main shaft 110, the Z-axis direction feed mechanism 160, the X-axis direction feed mechanism 150, and the Y-axis direction feed mechanism are driven and controlled by a control unit C1 included in the control device C.
  • the control unit C1 controls each spindle mechanism 110A or the cutting tool base 130A to move in each direction while reciprocatingly vibrating along the corresponding moving directions, using each feed mechanism as a vibration means.
  • each feed mechanism is controlled by the control unit C ⁇ b> 1 to move the spindle 110 or the cutting tool base 130 ⁇ / b> A forward (forward) by a predetermined advance amount in one reciprocating vibration, and then move to a predetermined position.
  • the cutting tool 130 is fed to the workpiece W in the machining feed direction.
  • the machine tool 100 uses a Z-axis direction feed mechanism 160, an X-axis direction feed mechanism 150, and a Y-axis direction feed mechanism, while the cutting tool 130 reciprocally vibrates along the machining feed direction, that is, one revolution of the spindle, that is, the spindle
  • the workpiece W is machined by being fed in the machining feed direction with the total amount of advancement when the phase changes from 0 ° to 360 ° as the feed amount.
  • the head stock 110A (main shaft 110) or the cutting tool base 130A (cutting tool 130) moves while reciprocatingly oscillating, and the cutting tool 130 cuts the workpiece W into a predetermined shape.
  • the peripheral surface of the workpiece W is cut into a sinusoidal shape as shown in FIG.
  • the change amount of the position when the main axis phase changes from 0 ° to 360 ° indicates the feed amount.
  • the lowest point of the trough in the phase of the workpiece circumferential surface turned by the n + 1-th rotation (where n is an integer equal to or greater than 1) (a dotted waveform that is the point most cut in the feed direction by the cutting tool 130)
  • the position of the peak of the graph is the main axis phase direction (the peak of the graph) relative to the position of the lowest point of the phase trough (vertical peak of the solid line waveform graph) of the shape turned by the n-th cutting tool 130. It shifts in the horizontal axis direction).
  • the cutting part at the time of the forward movement of the cutting tool 130 and the cutting part at the time of the backward movement partially overlap, and the part that has been cut at the n-th rotation is added to the n + 1-th cutting part of the work surface.
  • an idling operation that does not cut the workpiece W occurs. Chips generated from the workpiece W at the time of cutting are sequentially divided by the idling motion.
  • the machine tool 100 can smoothly perform the external cutting of the workpiece W while dividing the chips by the reciprocating vibration along the cutting feed direction of the cutting tool 130.
  • the n + 1-th cut portion of the work peripheral surface includes a portion that has been cut at the n-th turn.
  • the trajectory of the cutting tool 130 during the backward movement at the (n + 1) th rotation (n is an integer of 1 or more) of the workpiece circumferential surface reaches the trajectory of the cutting tool 130 at the nth rotation of the workpiece circumferential surface.
  • the frequency N can be 1.1, 1.25, 2.6, 3.75, or the like. It is also possible to set so that less than one vibration (0 ⁇ frequency N ⁇ 1.0) is performed by one rotation of the workpiece W. In this case, the main shaft 110 rotates one rotation or more with respect to one vibration.
  • the operation command by the control unit C1 is performed every predetermined command time unit.
  • the reciprocating vibration of the head stock 110A (main shaft 110) or the cutting tool base 130A (cutting tool 130) can be operated at a predetermined frequency based on the command time unit.
  • the control unit C1 performs a workpiece machining surface W1 in which the cutting tool 130 is a machined surface of the workpiece W along the cutting direction during an idling operation during vibration cutting with a predetermined cutting amount with respect to the workpiece W. Reciprocally vibrate away from For example, when the machining feed direction is the Z-axis direction, the cutting tool 130 is reciprocally oscillated so as to be separated from the workpiece machining surface W1 that is the machined surface of the workpiece W in the X-axis direction, which is the workpiece radial direction, during the idling operation.
  • the cutting tool 130 is fed in a state in which the cutting tool 130 and the workpiece W are separated from each other in the feeding section S of the cutting tool 130 in a range where the cutting parts at the time of forward movement and backward movement overlap.
  • the separation feed section is provided.
  • the control unit C1 moves the cutting tool 130 as shown by the arrow A4.
  • the workpiece is moved in a direction away from the workpiece machining surface W1 along the cutting direction within the range of the idling motion, and is separated from the workpiece W by a predetermined distance, and is moved to the workpiece machining surface W1 along the cutting direction as indicated by an arrow A1.
  • the cutting edge 130 of the cutting tool 130 is moved to a position where a predetermined cutting amount is cut, and is brought into contact with the workpiece processing surface W1 at a predetermined position on the path of the feeding section S.
  • the control unit C1 moves the cutting tool 130 on the path of the feeding section S as indicated by the arrow A2 and moves the cutting tool 130 relative to the workpiece W.
  • the reciprocating vibration in the machining feed direction is continued, and the cutting of the unmachined part W2 is continued.
  • the control unit C1 controls the vibration means so as to repeat the operations indicated by the arrows A1 to A4.
  • the separation feed section which is an operation section from the start end of the arrow A4 where the cutting tool 130 is separated from the workpiece W during the idling motion to the end end of the arrow A1 where the separation from the workpiece W is completed (start end of the arrow A2).
  • the cutting edge 130 of the cutting tool 130 does not contact the workpiece W.
  • the load on the cutting edge 131 of the cutting tool 130 can be reduced.
  • the cutting oil can easily enter between the cutting edge 131 of the cutting tool 130 and the workpiece W, the effect of the cutting oil can be enhanced.
  • the end of the arrow A1 that is the contact position of the cutting tool 130 is set between both ends of the path of the feed section S, and the cutting edge 131 of the cutting tool 130 is set to start cutting from the position of the workpiece processing surface W1 that has already been processed. By doing so, it is possible to cut the convex portion generated by the previous machining on the workpiece machining surface W1, and to improve the surface roughness of the workpiece machining surface W1.
  • the control unit C1 moves the cutting tool 130 in the direction indicated by the arrow B3 from the end of the arrow B2 where the cutting tool 130 is located in the feed section S when the reciprocating vibration is returned.
  • the workpiece is moved in a direction away from the workpiece machining surface W1 along the cutting direction to be separated from the workpiece W by a predetermined distance, and the workpiece machining surface W1 along the path of the feeding section S and the cutting direction as indicated by an arrow B1.
  • the cutting edge 130 of the cutting tool 130 is moved to a position where a predetermined cutting amount is cut, and is brought into contact with the workpiece processing surface W1 at the end position of the feeding section S.
  • the control unit C1 continues the reciprocating vibration in the machining feed direction relative to the workpiece W of the cutting tool 130, thereby Continue cutting.
  • the control unit C1 controls the vibration means so as to repeat the operations indicated by the arrows B1 to B3.
  • the operation sections indicated by the arrows B3 and B1 are the separate feed sections.
  • the operation of the present embodiment does not have the operation of the arrow A2 of the first embodiment, so that the contact time between the cutting tool 130 and the workpiece processing surface W1 during the idling operation is shortened.
  • the load reduction of the cutting edge 131 of the cutting tool 130 can be improved.
  • the movement of the cutting tool 130 in the direction away from the workpiece processing surface W1 can be performed along the path of the feed section S as indicated by the arrows A4 or B3 shown in the two embodiments, and in the third embodiment.
  • the cutting tool 130 when the reciprocating vibration is returned, the cutting tool 130 extends from the end of the arrow D2 positioned in the feed section S along the cutting direction regardless of the path of the feed section S as indicated by the arrow D3. Can be done.
  • the cutting tool 130 is moved toward the workpiece processing surface W1 along the cutting direction as indicated by an arrow D1, and the cutting edge 131 of the cutting tool 130 has a predetermined cutting amount.
  • the workpiece is moved to the cutting position and brought into contact with the workpiece processing surface W1 at the end position of the feeding section S.
  • the control unit C1 continues reciprocating vibration in the machining feed direction relative to the workpiece W of the cutting tool 130, so that the workpiece unmachined portion W2 Continue cutting.
  • control unit C1 controls the vibration means so as to repeat the operations indicated by the arrows D1 to D3.
  • the operation section indicated by the arrows D3 and D1 is the separation feed section.
  • the movement amount in the machining feed direction during the idling operation is reduced and the movement time is shortened.
  • the separation feed section becomes the same as the feed section S. It can also occupy the whole.

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Abstract

切屑を分断するとともに切削工具の負荷を軽減する工作機械及びこの工作機械の制御装置を提供すること。　往動時と復動時の切削加工部分が重複する範囲の切削工具（１３０）の送り区間Ｓ内に、切削工具（１３０）とワーク（Ｗ）とを離間させた状態で、切削工具（１３０）が送り動作される離間送り区間（Ａ４、Ａ１）を設ける構成とした工作機械（１００）とその制御装置（Ｃ）。

Description

工作機械及びこの工作機械の制御装置
　本発明は、切削加工時の切屑を順次分断しながらワークの加工を行う工作機械及びこの工作機械の制御装置に関する。
　従来、ワークを保持するワーク保持手段と、前記ワークを切削加工する切削工具を保持する刃物台と、前記ワーク保持手段と前記刃物台との相対移動によって、前記ワークに対して前記切削工具を所定の加工送り方向に送り動作させる送り手段と、前記切削工具が前記加工送り方向に沿って往復振動しながら加工送り方向に送られるように、前記ワーク保持手段と前記刃物台とを相対的に振動させる振動手段と、前記ワークと前記切削工具を相対的に回転させる回転手段とを備えた工作機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　この工作機械の制御装置は、前記回転手段と、前記送り手段と、前記振動手段とを駆動制御し、前記ワークと前記切削工具との相対回転と、前記ワークに対する前記切削工具の前記加工送り方向への前記往復振動を伴う送り動作とによって前記工作機械に、前記ワークの加工を実行させる。
特許第５０３３９２９号公報（段落００４９参照）
　上述した従来の工作機械では、切削工具を加工送り方向に往復振動させながらワークを切削加工しているときに切削工具が常にワークと接触しているため、切削工具の刃先に負荷がかかる場合があった。
　そこで、本発明は、前述したような従来技術の問題を解決するものであって、すなわち、本発明の目的は、切屑を分断するとともに切削工具の負荷を軽減できる工作機械及びこの工作機械の制御装置を提供することである。
　本請求項１に係る発明は、ワークを保持するワーク保持手段と、前記ワークを切削加工する切削工具を保持する刃物台と、前記ワーク保持手段と刃物台との相対移動によってワークに対して切削工具を所定の加工送り方向に送り動作させる送り手段と、前記ワーク保持手段と刃物台とを加工送り方向に沿って相対的に振動させる振動手段と、前記ワークと切削工具とを相対的に回転させる回転手段とを備え、前記往復振動の往動時の切削加工部分と、復動時の切削加工部分とを重複させて、前記切削工具を加工送り方向に沿って往復振動させながら加工送り方向に送るように、振動手段と回転手段とが連係して駆動制御され、前記ワークと前記切削工具との相対回転と、前記ワークに対する前記切削工具の前記加工送り方向への前記往復振動を伴う送り動作とによってワークの加工を実行させる工作機械であって、前記往動時と復動時の切削加工部分が重複する範囲の前記切削工具の送り区間内に、前記切削工具と前記ワークとを離間させた状態で、前記切削工具が送り動作される離間送り区間を設ける構成としたことにより、前述した課題を解決するものである。
　本請求項２に係る発明は、請求項１に記載された工作機械の構成に加えて、前記切削工具と前記ワークとを、前記切削工具の切り込み方向に沿って移動させることによって、前記切削工具と前記ワークとの離間が行われる構成としたことにより、前述した課題をさらに解決するものである。
　本請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載された工作機械の構成に加えて、前記離間送り区間が、前記往動時と復動時の切削加工部分とが重複する範囲の前記切削工具の送り区間の全体を占めるように設定される構成としたことにより、前述した課題をさらに解決するものである。
　本請求項４に係る発明は、ワークを保持するワーク保持手段と、前記ワークを切削加工する切削工具を保持する刃物台と、前記ワーク保持手段と刃物台との相対移動によってワークに対して切削工具を所定の加工送り方向に送り動作させる送り手段と、前記ワーク保持手段と刃物台とを加工送り方向に沿って相対的に振動させる振動手段と、前記ワークと切削工具とを相対的に回転させる回転手段とを備えた工作機械に設けられ、前記往復振動の往動時の切削加工部分と、復動時の切削加工部分とを重複させて、前記切削工具を加工送り方向に沿って往復振動させながら加工送り方向に送るように振動手段と回転手段とを連係して駆動制御し、前記ワークと前記切削工具との相対回転と、前記ワークに対する前記切削工具の前記加工送り方向への前記往復振動を伴う送り動作とによって、前記加工送り方向の往動時の切削加工部分と、復動時の切削加工部分とが重複するようにワークの加工を実行させる工作機械の制御装置であって、前記往動時と復動時の切削加工部分が重複する範囲の前記切削工具の送り区間内に、前記切削工具と前記ワークとを離間させた状態で、前記切削工具が送り動作される離間送り区間を設ける構成としたことにより、前述した課題を解決するものである。
　本請求項１に係る発明の工作機械によれば、前記往動時と復動時の切削加工部分とが重複する範囲の前記切削工具の送り区間内に、前記切削工具と前記ワークとを離間させた状態で、前記切削工具が送り動作される離間送り区間が設けられ、該離間送り区間では前記切削工具とワークとが離間し、切削工具がワークに接触していないため、切屑を分断する切削加工を妨げることなく、切削工具の負荷を軽減することができる。
　本請求項２に係る発明の工作機械によれば、請求項１に係る発明が奏する効果に加えて、前記切削工具と前記ワークとの離間を、前記切削工具と前記ワークとを、前記切削工具の切り込み方向に沿って移動させることによって容易に行うことができる。
　本請求項３に係る発明の工作機械によれば、請求項１または請求項２に係る発明が奏する効果に加えて、前記往動時と復動時の切削加工部分とが重複する範囲の前記切削工具の送り区間の全体に亘って切削工具がワークに接触しないため、ワーク加工面に対する前記切削工具と前記ワークとの接触による悪影響を防止することができる。
　本請求項４に係る発明の工作機械の制御装置によれば、工作機械の制御装置において、請求項１に係る発明が奏する効果と同様の効果を得ることができる。
本発明の第１実施例の工作機械の概略を示す図。 本発明の第１実施例の切削工具とワークとの関係を示す概略図。 本発明の第１実施例の切削工具のＺ軸方向の往復振動および位置を示す図。 本発明の第１実施例の主軸ｎ回転目、ｎ＋１回転目、ｎ＋２回転目の関係を示す図。 本発明の第１実施例のＺ軸方向およびＸ軸方向の振動の動作例を示す図。 本発明の第２実施例のＺ軸方向およびＸ軸方向の振動の動作例を示す図。 本発明の第３実施例のＺ軸方向およびＸ軸方向の振動の動作例を示す図。
　本発明の工作機械及びこの工作機械の制御装置は、往動時と復動時の切削加工部分が重複する範囲の切削工具の送り区間内に、切削工具とワークとを離間させた状態で、切削工具が送り動作される離間送り区間を設ける構成としたことにより、切屑を分断するとともに切削工具がワークから離間している間は切削工具がワークに接触しないことによる切削工具の負荷を軽減するものであれば、その具体的な実施態様は、如何なるものであっても構わない。
　図１は、本発明の第１実施例の制御装置Ｃを備えた工作機械１００の概略を示す図である。
　工作機械１００は、回転手段としての主軸１１０と、刃物台としての切削工具台１３０Ａとを備えている。
　主軸１１０の先端にはワーク保持手段としてのチャック１２０が設けられている。
　チャック１２０を介して主軸１１０にワークＷが保持される。
　主軸１１０は、図示しない主軸モータの動力によって回転駆動されるように主軸台１１０Ａに支持されている。
　主軸台１１０Ａは、工作機械１００のベッド側に、Ｚ軸方向送り機構１６０によって主軸１１０の軸線方向となるＺ軸方向に移動自在に搭載されている。
　主軸１１０は、主軸台１１０Ａを介してＺ軸方向送り機構１６０によって、前記Ｚ軸方向に移動する。
　Ｚ軸方向送り機構１６０は、主軸１１０をＺ軸方向に移動させる主軸移動機構を構成している。
　Ｚ軸方向送り機構１６０は、前記ベッド等のＺ軸方向送り機構１６０の固定側と一体的なベース１６１と、ベース１６１に設けられたＺ軸方向に延びるＺ軸方向ガイドレール１６２とを備えている。
　Ｚ軸方向ガイドレール１６２に、Ｚ軸方向ガイド１６４を介してＺ軸方向送りテーブル１６３がスライド自在に支持されている。
　Ｚ軸方向送りテーブル１６３側にリニアサーボモータ１６５の可動子１６５ａが設けられ、ベース１６１側にリニアサーボモータ１６５の固定子１６５ｂが設けられている。
　Ｚ軸方向送りテーブル１６３に主軸台１１０Ａが搭載され、リニアサーボモータ１６５の駆動によってＺ軸方向送りテーブル１６３が、Ｚ軸方向に移動駆動される。
　Ｚ軸方向送りテーブル１６３の移動によって主軸台１１０ＡがＺ軸方向に移動し、主軸１１０のＺ軸方向への移動が行われる。
　切削工具台１３０Ａには、ワークＷを旋削加工するバイト等の切削工具１３０が装着されている。
　切削工具台１３０Ａは、工作機械１００のベッド側に、Ｘ軸方向送り機構１５０及び図示しないＹ軸方向送り機構によって、前記Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向と、前記Ｚ軸方向及びＸ軸方向に直交するＹ軸方向とに移動自在に設けられている。
　Ｘ軸方向送り機構１５０とＹ軸方向送り機構とによって、切削工具台１３０Ａを主軸１１０に対して前記Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動させる刃物台移動機構が構成されている。
　Ｘ軸方向送り機構１５０は、Ｘ軸方向送り機構１５０の固定側と一体的なベース１５１と、ベース１５１に設けられたＸ軸方向に延びるＸ軸方向ガイドレール１５２とを備えている。
　Ｘ軸方向ガイドレール１５２に、Ｘ軸方向ガイド１５４を介してＸ軸方向送りテーブル１５３がスライド自在に支持されている。
　Ｘ軸方向送りテーブル１５３側にリニアサーボモータ１５５の可動子１５５ａが設けられ、ベース１５１側にリニアサーボモータ１５５の固定子１５５ｂが設けられている。
　リニアサーボモータ１５５の駆動によってＸ軸方向送りテーブル１５３が、Ｘ軸方向に移動駆動される。
　なお、Ｙ軸方向送り機構は、Ｘ軸方向送り機構１５０をＹ軸方向に配置したものであり、Ｘ軸方向送り機構１５０と同様の構造であるため、構造についての詳細な説明は割愛する。
　図１においては、図示しないＹ軸方向送り機構を介してＸ軸方向送り機構１５０を前記ベッド側に搭載し、Ｘ軸方向送りテーブル１５３に切削工具台１３０Ａが搭載されている。
　切削工具台１３０Ａは、Ｘ軸方向送りテーブル１５３の移動駆動によってＸ軸方向に移動し、Ｙ軸方向送り機構が、Ｙ軸方向に対して、Ｘ軸方向送り機構１５０と同様の動作をすることによって、Ｙ軸方向に移動する。
　なお、図示しないＹ軸方向送り機構を、Ｘ軸方向送り機構１５０を介して前記ベッド側に搭載し、Ｙ軸方向送り機構側に切削工具台１３０Ａを搭載してもよく、Ｙ軸方向送り機構とＸ軸方向送り機構１５０とによって切削工具台１３０ＡをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる構造は従来公知であるため、詳細な説明及び図示は割愛する。
　前記刃物台移動機構（Ｘ軸方向送り機構１５０とＹ軸方向送り機構）と前記主軸移動機構（Ｚ軸方向送り機構１６０）とが協動し、Ｘ軸方向送り機構１５０とＹ軸方向送り機構によるＸ軸方向とＹ軸方向への切削工具台１３０Ａの移動と、Ｚ軸方向送り機構１６０による主軸台１１０Ａ（主軸１１０）のＺ軸方向への移動によって、切削工具台１３０Ａに装着されている切削工具１３０は、ワークＷに対して相対的に任意の加工送り方向に送られる。
　前記主軸移動機構と前記刃物台移動機構とから構成される送り手段により、切削工具１３０を、ワークＷに対して相対的に任意の加工送り方向に送ることによって、図２に示すように、ワークＷは、前記切削工具１３０により任意の形状に切削加工される。
　なお、本実施形態においては、主軸台１１０Ａと切削工具台１３０Ａの両方を移動するように構成しているが、主軸台１１０Ａを工作機械１００のベッド側に移動しないように固定し、刃物台移動機構を、切削工具台１３０ＡをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動させるように構成してもよい。
　この場合、前記送り手段が、切削工具台１３０ＡをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動させる刃物台移動機構から構成され、固定的に位置決めされて回転駆動される主軸１１０に対して、切削工具台１３０Ａを移動させることによって、前記切削工具１３０をワークＷに対して加工送り動作させることができる。
　また、切削工具台１３０Ａを工作機械１００のベッド側に移動しないように固定し、主軸移動機構を、主軸台１１０ＡをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動させるように構成してもよい。
　この場合、前記送り手段が、主軸台１１０ＡをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動させる主軸台移動機構から構成され、固定的に位置決めされる切削工具台１３０Ａに対して、主軸台１１０Ａを移動させることによって、前記切削工具１３０をワークＷに対して加工送り動作させることができる。
　また、本実施例では、切削工具１３０に対してワークＷを回転させる構成としたが、ワークＷに対して切削工具１３０を回転させる構成としてもよい。
　主軸１１０の回転、Ｚ軸方向送り機構１６０、Ｘ軸方向送り機構１５０、Ｙ軸方向送り機構は、制御装置Ｃが有する制御部Ｃ１によって駆動制御される。
　制御部Ｃ１は、各送り機構を振動手段として、各々対応する移動方向に沿って往復振動させながら、主軸台１１０Ａ又は切削工具台１３０Ａを各々の方向に移動させるように制御している。
　各送り機構は、制御部Ｃ１の制御により、図３に示すように、主軸１１０又は切削工具台１３０Ａを、１回の往復振動において、所定の前進量だけ前進（往動）移動してから所定の後退量だけ後退（復動）移動し、その差の進行量だけ各移動方向に移動させ、協動してワークＷに対して前記切削工具１３０を前記加工送り方向に送る。
　工作機械１００は、Ｚ軸方向送り機構１６０、Ｘ軸方向送り機構１５０、Ｙ軸方向送り機構により、切削工具１３０が前記加工送り方向に沿った往復振動しながら、主軸１回転分、すなわち、主軸位相０°から３６０°まで変化したときの前記進行量の合計を送り量として、加工送り方向に送られることによって、ワークＷの加工を行う。
　ワークＷが回転した状態で、主軸台１１０Ａ（主軸１１０）又は切削工具台１３０Ａ（切削工具１３０）が、往復振動しながら移動し、切削工具１３０によって、ワークＷを所定の形状に外形切削加工する場合、ワークＷの周面は、図４に示すように、正弦曲線状に切削される。
　なお、正弦曲線状の波形の谷を通過する仮想線（１点鎖線）において、主軸位相０°から３６０°まで変化したときの位置の変化量が、前記送り量を示す。
　図４に示されるように、ワークＷの１回転当たりの主軸台１１０Ａ（主軸１１０）又は切削工具台１３０Ａの振動数Ｎが、３．５回（振動数Ｎ＝３．５）を例に説明する。
　この場合、ｎ＋１回転目（ｎは１以上の整数）の切削工具１３０により旋削されるワーク周面形状の位相の谷の最低点（切削工具１３０によって送り方向に最も切削された点となる点線波形グラフの山の頂点）の位置が、ｎ回転目の切削工具１３０により旋削された形状の位相の谷の最低点（実線波形グラフの山の頂点）の位置に対して、主軸位相方向（グラフの横軸方向）でずれる。
　これにより、切削工具１３０の往動時の切削加工部分と、復動時の切削加工部分とが一部重複し、ワーク周面のｎ＋１回転目の切削部分に、ｎ回転目に切削済みの部分が含まれ、振動切削中に加工送り方向において切削工具１３０が、ワークＷの切削済みの部分となる加工済み面上を通過することによってワークＷを切削しない空振り動作が生じる。
　切削加工時にワークＷから生じる切屑は、前記空振り動作によって順次分断される。
　工作機械１００は、切削工具１３０の切削送り方向に沿った前記往復振動によって切屑を分断しながら、ワークＷの外形切削加工を円滑に行うことができる。
　切削工具１３０の前記往復振動によって切屑を順次分断する場合、ワーク周面のｎ＋１回転目の切削部分に、ｎ回転目に切削済みの部分が含まれていればよい。
　言い換えると、ワーク周面のｎ＋１回転目（ｎは１以上の整数）における復動時の切削工具１３０の軌跡が、ワーク周面のｎ回転目における切削工具１３０の軌跡まで到達すればよい。
　図４に示されるように、ｎ＋１回転目とｎ回転目のワークＷにおける切削工具１３０により旋削される形状の位相を必ずしも１８０°反転させる必要はない。
　例えば、振動数Ｎは、１．１や１．２５、２．６、３．７５等とすることができる。
　ワークＷの１回転で１回より少ない振動（０＜振動数Ｎ＜１．０）を行うように設定することもできる。
　この場合、１振動に対して１回転以上主軸１１０が回転する。
　工作機械１００において、制御部Ｃ１による動作指令は、所定の指令時間単位毎で行われる。
　主軸台１１０Ａ（主軸１１０）又は切削工具台１３０Ａ（切削工具１３０）の往復振動は、前記指令時間単位に基づく所定の周波数で動作が可能となる。
　例えば、制御部Ｃ１によって１秒間に２５０回の指令を送ることが可能な工作機械１００の場合、制御部Ｃ１による動作指令は、１÷２５０＝４（ｍｓ）周期（指令時間単位毎）で行われる。
　本実施例の制御部Ｃ１は、ワークＷに対して所定の切り込み量での振動切削中の空振り動作中に、切り込み方向に沿って切削工具１３０がワークＷの加工済み面であるワーク加工面Ｗ１から離間するように往復振動させる。
　例えば、加工送り方向がＺ軸方向の場合、空振り動作中にワーク径方向であるＸ軸方向において切削工具１３０がワークＷの加工済み面であるワーク加工面Ｗ１から離間するように往復振動させる。
　すなわち、前記往動時と復動時の切削加工部分が重複する範囲の切削工具１３０の送り区間Ｓ内に、切削工具１３０とワークＷとを離間させた状態で、切削工具１３０が送り動作される離間送り区間を設けるように構成されている。
　図５に示されるように、往復振動の復動時に切削工具１３０が送り区間Ｓ内に位置する矢印Ａ３の終了端から、制御部Ｃ１が、切削工具１３０を、矢印Ａ４のように送り区間Ｓの空振り動作の範囲内で切り込み方向に沿ってワーク加工面Ｗ１から離間する方向へ移動させて、ワークＷから所定の距離を離間させ、矢印Ａ１のように切り込み方向に沿ってワーク加工面Ｗ１に向かって切削工具１３０の刃先１３１が所定の切り込み量を切り込む位置に移動させ、前記送り区間Ｓの経路上の所定の位置でワーク加工面Ｗ１に接触させる。
　矢印Ａ１の終了端で切削工具１３０がワーク加工面Ｗ１に接すると、制御部Ｃ１は、矢印Ａ２のように切削工具１３０を前記送り区間Ｓの経路上を移動させて、ワークＷに対する相対的な加工送り方向への往復振動を継続させ、ワーク未加工箇所Ｗ２の切削を継続させる。
　このように、矢印Ａ１～矢印Ａ４に示す動作を繰り返すように制御部Ｃ１が振動手段を制御する。
　空振り動作の間に切削工具１３０がワークＷから離間する矢印Ａ４の開始端から、ワークＷに対する離間が完了する矢印Ａ１の終了端（矢印Ａ２の開始端）までの動作区間である前記離間送り区間は切削工具１３０の刃先１３１がワークＷに接触しない。
　その結果、切削工具１３０の刃先１３１への負荷を軽減することができる。
　さらに、切削工具１３０の刃先１３１とワークＷとの間に切削油が容易に入ることができるため、切削油の効果を高めることが可能となる。
　切削工具１３０の接触位置となる矢印Ａ１の終了端を、送り区間Ｓの経路の両端の間とし、切削工具１３０の刃先１３１がすでに加工したワーク加工面Ｗ１の位置から切削を開始するように設定することによって、ワーク加工面Ｗ１に前回の加工によって生じた凸部を切削することができ、ワーク加工面Ｗ１の表面粗さを改善することができる。
　第２実施例では、図６に示すように、往復振動の復動時に切削工具１３０が送り区間Ｓ内に位置する矢印Ｂ２の終了端から、制御部Ｃ１が、切削工具１３０を、矢印Ｂ３のように切り込み方向に沿ってワーク加工面Ｗ１から離間する方向へ移動させて、ワークＷから所定の距離を離間させ、矢印Ｂ１のように送り区間Ｓの経路及び切り込み方向に沿ってワーク加工面Ｗ１に向かって、切削工具１３０の刃先１３１が所定の切り込み量を切り込む位置に移動させ、前記送り区間Ｓの終了端の位置でワーク加工面Ｗ１に接触させる。
　矢印Ｂ１の終了端で切削工具１３０がワーク加工面Ｗ１に接すると、制御部Ｃ１が、切削工具１３０のワークＷに対する相対的な加工送り方向への往復振動を継続させ、ワーク未加工箇所Ｗ２の切削を継続させる。
　このように、矢印Ｂ１～矢印Ｂ３に示す動作を繰り返すように制御部Ｃ１が振動手段を制御する。
　本実施例では、矢印Ｂ３、矢印Ｂ１の動作区間が、前記離間送り区間である。
　本実施例の動作は、第１実施例の動作と比べて、第１実施例の矢印Ａ２の動作がないため、空振り動作中の切削工具１３０とワーク加工面Ｗ１との接触時間を短縮することができ、切削工具１３０の刃先１３１の負荷軽減の向上を図ることができる。
　切削工具１３０のワーク加工面Ｗ１から離間する方向へ移動は、前記両実施例に示される矢印Ａ４または矢印Ｂ３のように送り区間Ｓの経路に沿って行うことができる他、第３実施例である図７に示すように、往復振動の復動時に切削工具１３０が送り区間Ｓ内に位置する矢印Ｄ２の終了端から、矢印Ｄ３のように送り区間Ｓの経路に無関係に切り込み方向に沿って行わせることができる。
　切削工具１３０がワークＷから所定の距離を離間した後、矢印Ｄ１のように切削工具１３０を、切り込み方向に沿ってワーク加工面Ｗ１に向かって、切削工具１３０の刃先１３１が所定の切り込み量を切り込む位置に移動させ、前記送り区間Ｓの終了端の位置でワーク加工面Ｗ１に接触させる。
　矢印Ｄ１の終了端で切削工具１３０がワーク加工面Ｗ１に接すると、制御部Ｃ１が、切削工具１３０のワークＷに対する相対的な加工送り方向への往復振動を継続させ、ワーク未加工箇所Ｗ２の切削を継続させる。
　このように、矢印Ｄ１～矢印Ｄ３に示す動作を繰り返すように制御部Ｃ１が振動手段を制御する。
　本実施例では、矢印Ｄ３、矢印Ｄ１の動作区間が、前記離間送り区間である。
　本実施例では、第１実施例の動作および第２実施例の動作と比べて、空振り動作中の加工送り方向の移動量が少なくなるとともに移動時間が短くなる。
　なお、前記実施例２及び３において、矢印Ｂ２またはＤ２の終了端（矢印Ｂ３またはＤ３の開始端）を送り区間Ｓの開始端に一致させることによって、前記離間送り区間が、前記送り区間Ｓの全体を占めるようにすることもできる。
１００　・・・　工作機械
１１０　・・・　主軸
１１０Ａ・・・　主軸台
１２０　・・・　チャック
１３０　・・・　切削工具
１３０Ａ・・・　切削工具台
１３１　・・・　刃先
１５０　・・・　Ｘ軸方向送り機構
１５１　・・・　ベース
１５２　・・・　Ｘ軸方向ガイドレール
１５３　・・・　Ｘ軸方向送りテーブル
１５４　・・・　Ｘ軸方向ガイド
１５５　・・・　リニアサーボモータ
１５５ａ・・・　可動子
１５５ｂ・・・　固定子
１６０　・・・　Ｚ軸方向送り機構
１６１　・・・　ベース
１６２　・・・　Ｚ軸方向ガイドレール
１６３　・・・　Ｚ軸方向送りテーブル
１６４　・・・　Ｚ軸方向ガイド
１６５　・・・　リニアサーボモータ
１６５ａ・・・　可動子
１６５ｂ・・・　固定子
Ｃ　　　・・・　制御装置
Ｃ１　　・・・　制御部
Ｗ　　　・・・　ワーク
Ｗ１　　・・・　ワーク加工面
Ｗ２　　・・・　ワーク未加工箇所

Claims (4)

  1. 　ワークを保持するワーク保持手段と、前記ワークを切削加工する切削工具を保持する刃物台と、前記ワーク保持手段と刃物台との相対移動によってワークに対して切削工具を所定の加工送り方向に送り動作させる送り手段と、前記ワーク保持手段と刃物台とを加工送り方向に沿って相対的に振動させる振動手段と、前記ワークと切削工具とを相対的に回転させる回転手段とを備え、
    　前記往復振動の往動時の切削加工部分と、復動時の切削加工部分とを重複させて、前記切削工具を加工送り方向に沿って往復振動させながら加工送り方向に送るように、振動手段と回転手段とが連係して駆動制御され、
    　前記ワークと前記切削工具との相対回転と、前記ワークに対する前記切削工具の前記加工送り方向への前記往復振動を伴う送り動作とによってワークの加工を実行させる工作機械であって、
    　前記往動時と復動時の切削加工部分が重複する範囲の前記切削工具の送り区間内に、前記切削工具と前記ワークとを離間させた状態で、前記切削工具が送り動作される離間送り区間を設ける構成とした工作機械。
  2. 　前記切削工具と前記ワークとを、前記切削工具の切り込み方向に沿って移動させることによって、前記切削工具と前記ワークとの離間が行われる構成とした請求項１に記載の工作機械。
  3. 　前記離間送り区間が、前記往動時と復動時の切削加工部分とが重複する範囲の前記切削工具の送り区間の全体を占めるように設定される構成とした請求項１または請求項２に記載の工作機械。
  4. 　ワークを保持するワーク保持手段と、前記ワークを切削加工する切削工具を保持する刃物台と、前記ワーク保持手段と刃物台との相対移動によってワークに対して切削工具を所定の加工送り方向に送り動作させる送り手段と、前記ワーク保持手段と刃物台とを加工送り方向に沿って相対的に振動させる振動手段と、前記ワークと切削工具とを相対的に回転させる回転手段とを備えた工作機械に設けられ、
    　前記往復振動の往動時の切削加工部分と、復動時の切削加工部分とを重複させて、前記切削工具を加工送り方向に沿って往復振動させながら加工送り方向に送るように振動手段と回転手段とを連係して駆動制御し、
    　前記ワークと前記切削工具との相対回転と、前記ワークに対する前記切削工具の前記加工送り方向への前記往復振動を伴う送り動作とによって、前記加工送り方向の往動時の切削加工部分と、復動時の切削加工部分とが重複するようにワークの加工を実行させる工作機械の制御装置であって、
    　前記往動時と復動時の切削加工部分が重複する範囲の前記切削工具の送り区間内に、前記切削工具と前記ワークとを離間させた状態で、前記切削工具が送り動作される離間送り区間を設ける構成とした工作機械の制御装置。
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