WO2021182304A1 - 工作機械の制御装置 - Google Patents

工作機械の制御装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2021182304A1
WO2021182304A1 PCT/JP2021/008489 JP2021008489W WO2021182304A1 WO 2021182304 A1 WO2021182304 A1 WO 2021182304A1 JP 2021008489 W JP2021008489 W JP 2021008489W WO 2021182304 A1 WO2021182304 A1 WO 2021182304A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
command
swing
correction amount
work
spindle
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/008489
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
諒 森橋
健太 山本
Original Assignee
ファナック株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ファナック株式会社 filed Critical ファナック株式会社
Priority to DE112021001497.8T priority Critical patent/DE112021001497T5/de
Priority to JP2022506007A priority patent/JP7469458B2/ja
Priority to CN202180019459.4A priority patent/CN115280250A/zh
Priority to US17/904,458 priority patent/US20230089938A1/en
Publication of WO2021182304A1 publication Critical patent/WO2021182304A1/ja

Links

Images

Classifications

    • 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—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-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 programme data in numerical form
    • G05B19/182—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 programme data in numerical form characterised by the machine tool function, e.g. thread cutting, cam making, tool direction control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B23Q15/12—Adaptive control, i.e. adjusting itself to have a performance which is optimum according to a preassigned criterion
    • 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—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-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 programme data in numerical form
    • G05B19/404—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 programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
    • 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—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-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 programme 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 programme 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 programme, for the NC machine
    • 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
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45136—Turning, lathe
    • 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
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49055—Remove chips from probe, tool by vibration
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Definitions

  • the present invention relates to a control device for a machine tool.
  • the cutting edge of the cutting tool usually scrapes the material on the surface of the work continuously, so depending on the material of the work, the scraped material becomes elongated shavings (chips).
  • the shavings may cling to the cutting tool and hinder the machining of the workpiece.
  • Patent Document 1 a technique for performing rocking cutting on a work is known. In oscillating cutting, the cutting tool is reciprocated at a predetermined number of vibrations so that the oscillating phases intersect with respect to the workpiece rotating around the spindle.
  • the cutting tool passes through the portion where the surface of the work has already been scraped at the intersection of the oscillating phases, so that the cutting tool temporarily separates from the work (swings). ). Since the swing phases intersect periodically on the surface of the work, the cutting tool periodically separates from the surface of the work (swings). Therefore, the shavings are shredded to a certain length, and the problem that the shavings cling to the cutting tool is solved.
  • the cutting tool When oscillating cutting is performed on a work, for example, in a servo control device that controls a feed shaft, the cutting tool is reciprocated at a predetermined number of vibrations in response to a position command for moving the cutting tool along the feed shaft.
  • the swing command for this is superimposed. This swing command is calculated based on the feed amount for each rotation of the cutting tool during cutting (the position of the cutting tool for each rotation of the spindle) and the rotation speed of the spindle.
  • the spindle control unit rotates the spindle according to the command from the CNC, and the feedback is notified to the servo control device. Therefore, there is a notification delay in the spindle speed used to calculate the swing command.
  • One aspect of the present disclosure is a control device for a machine tool that controls a machine tool that cuts a work with a cutting tool by coordinating the spindle and the feed shaft, and the rotation speed of the spindle and the cutting with respect to the work. From the position command of the relative position of the tool to the swing command calculation unit that calculates the swing command that relatively swings the cutting tool and the work, and the swing command calculation unit of the rotation speed of the spindle. It includes a correction amount calculation unit that calculates a correction amount corresponding to the notification delay, and a correction amount superimposing unit that superimposes the correction amount on the swing command.
  • a machine tool control device capable of reliably shredding shavings even if a notification delay occurs when performing rocking cutting.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a state in which swing cutting is performed on a work by a machine tool according to one aspect of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a machine tool control device according to one aspect of the present disclosure.
  • the machine tool 100 is an NC lathe that cuts a work W to be machined using a cutting tool T.
  • the machine tool 100 includes a spindle 101 that rotates the work W relative to the cutting tool T, a feed shaft 102 that moves the cutting tool T relative to the work W in the Z-axis direction parallel to the rotation axis of the spindle 101, and cutting. It has at least three control axes of a notch shaft 103 that moves the tool T relative to the work W in the X-axis direction, which is the radial direction of the spindle 101. In the machine tool 100, these three control shafts 101, 102, and 103 cooperate with each other to perform cutting on the work W.
  • the spindle 101 is configured to rotate the work W with respect to the cutting tool T around the rotation axis of the spindle 101
  • the feed shaft 102 is configured to rotate the cutting tool T with respect to the work W. It is configured to move along the axial direction of the feed shaft 102.
  • the feed shaft 102 performs both an operation of feeding and moving the cutting tool T in the Z-axis direction along the rotation axis direction of the spindle 101 and a reciprocating movement of the cutting tool T along the Z-axis direction, that is, an operation of swinging. be able to.
  • the cutting shaft 103 is configured to move the cutting tool T with respect to the work W in the X-axis direction, which is the radial direction of the spindle 101.
  • the work W shown in FIG. 1 is a work having an outer diameter different in the Z-axis direction. That is, the work W has a tapered outer shape in which the outer diameter gradually decreases from the left to the right in the figure.
  • the cutting tool T is fed while reciprocating in either the Z-axis direction or the X-axis direction with respect to the outer peripheral surface of the work W.
  • the feed shaft 102 and the cut shaft 103 cooperate with each other.
  • the machine tool 100 has a drive motor that drives these control shafts 101, 102, 103.
  • the spindle motor 110 which is a drive motor for driving the spindle 101
  • the feed shaft motor 120 which is a drive motor for driving the feed shaft 102
  • the machine tool 100 includes a command unit 10 that outputs a command for rotationally driving the spindle 101 to the spindle motor 110, a servo control device 20 that controls the drive of the feed shaft motor 120, and the servo control device 20.
  • a command unit 10 that outputs a command for rotationally driving the spindle 101 to the spindle motor 110
  • a servo control device 20 that controls the drive of the feed shaft motor 120
  • the servo control device 20 To be equipped.
  • the command unit 10 is composed of, for example, a CNC (Computer Numerical Control) or a control device for the spindle 101.
  • the command unit 10 is communicably connected to the spindle motor 110 and the servo control device 20, and outputs a command including the rotation speed of the spindle 101 to the spindle motor 110. Further, the actual rotation speed of the spindle 101 acquired from the spindle motor 110 is also output to the servo control device 20.
  • the command unit 10 may control the rotation speed of the spindle 101 so that the peripheral speed of the work W with respect to the cutting tool T during cutting is constant in consideration of the tool life and the like. That is, when cutting the tapered work W shown in FIG. 1, the command unit 10 makes the peripheral speed of the work W constant with respect to the spindle motor 110 and the cutting tool T at the time of cutting. Therefore, a command for changing the rotation speed of the spindle 101 is output. Therefore, the command unit 10 commands the positions of the feed shaft 102 and the cut shaft 103 based on the speed command of the spindle 101 (spindle motor 110) and the feed speed of the cutting tool T along the feed shaft 102 and the cut shaft 103.
  • This position command is a command for instructing the target position when the cutting tool T is sent in the direction (machining direction) along the bus line of the outer peripheral surface of the work W.
  • the servo control device 20 controls the feed movement of the cutting tool T along the axial direction of the feed shaft 102 with respect to the work W by controlling the drive of the feed shaft motor 120.
  • the servo control device 20 includes a swing command calculation unit 21, a correction amount calculation unit 22, an adder 23, and a subtractor 24.
  • the servo control device 20 uses a computer provided with a memory such as a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory), a CPU (Control Processing Unit), and a communication control unit connected to each other via a bus. Can be configured. Therefore, the function or operation of each part of the servo control device 20 can be achieved by the cooperation of the CPU mounted on the computer, the memory, and the control program stored in the memory.
  • the swing command calculation unit 21 cuts while the cutting tool T contacts and separates (misses) the work W based on the position command sent from the command unit 10 to the servo control device 20 and the actual rotation speed of the spindle 101. A swing command for swinging the cutting tool T and the work W relatively along the axial direction of the feed shaft 102 is calculated.
  • the swing command is a periodic command created by multiplying the actual rotation speed of the spindle 101 by a magnification, and is expressed by, for example, the following equation (1).
  • K is the swing amplitude magnification
  • F is the movement amount of the cutting tool T per rotation of the work W, that is, the feed amount per rotation [mm / rev]
  • S is the spindle 101 (work W).
  • I is the swing frequency magnification
  • t is the time [s] after the start of swing.
  • (K ⁇ F) / 2 is the swing amplitude [mm]
  • 2 ⁇ ⁇ S / 60 ⁇ I ⁇ t is the swing phase [rad].
  • the swing amplitude magnification K and the swing frequency magnification I are constants.
  • the swing amplitude multiplier K is a number greater than or equal to 1, and the swing frequency multiplier I is a non-integer greater than zero (eg, 0.5, 0.8, 1.2, 1.5, 1.9, 2.3). , 2.5, etc., positive non-integer).
  • the values of the swing amplitude magnification K and the swing frequency magnification I are stored in a storage unit (not shown) before the operation of the machine tool 100.
  • the swing command includes the swing phase and the swing amplitude. Therefore, the swing command calculation unit 21 has a swing phase calculation unit 211 for calculating the swing phase and a swing amplitude calculation unit 212 for calculating the swing amplitude.
  • the swing command calculation unit 21 calculates the swing phase and swing amplitude based on the position command sent from the command unit 10 and the actual rotation speed of the spindle 101, and swings as exemplified in the above equation (1). Calculate the motion command.
  • the swing command calculated by the swing command calculation unit 21 is superimposed (added) on the position command sent from the command unit 10 in the adder 23.
  • the adder 23 calculates the synthesis command.
  • the synthesis command calculated by the adder 23 is a command for swinging the cutting tool T with respect to the work W along the axial direction of the feed shaft 102, and is sent from the servo control device 20 to the feed shaft motor 120. ..
  • the feed shaft motor 120 is driven and controlled based on this synthesis command, and causes the cutting tool T at the time of rocking cutting to reciprocate relatively in the axial direction of the feed shaft 102. As a result, the cutting tool T swings with respect to the work W.
  • the machine tool 100 has a detector 130 such as a pulse coder that detects the position of the feed shaft 102 (position of the cutting tool T) driven by the feed shaft motor 120.
  • the servo control device 20 is a position which is a difference between the position command sent from the command unit 10 and the position feedback (actual position) of the feed shaft 102 (cutting tool T) sent from the detector 130. Find the deviation.
  • the subtractor 24 is provided so as to obtain a position deviation from the position feedback sent from the detector 130 with respect to the position command before the swing command is superimposed on the adder 23. Therefore, the swing command calculated by the swing command calculation unit 21 is superimposed on the position command after the position deviation is obtained in the adder 23.
  • the correction amount calculation unit 22 calculates the swing phase corresponding to the notification delay as the correction amount based on the actual rotation speed of the spindle 101 sent from the command unit 10 to the servo control device 20, and the correction amount is used in the swing command. Superimpose on the swing phase. As a result, for example, a swing command as represented by the following equation (2) is generated.
  • the swing phase is calculated by (2 ⁇ ⁇ S ⁇ I / 60) t in the above equation (2) when expressed by the time t from the start of swing, but the swing phase is calculated every calculation cycle ⁇ t from the start of swing.
  • phase addition it may be calculated by the swing phase ( ⁇ t seconds before) + (2 ⁇ ⁇ S ⁇ I / 60) ⁇ t.
  • the correction amount calculation unit 22 can calculate the correction amount from at least one of the actual rotation speed of the spindle 101, the notification delay time, and the parameter value.
  • the parameter value does not have to be the correction value itself, and may be a notification delay, a notification cycle, or the like. Further, the correction amount may be a fixed value. For example, when the correction amount is calculated from the notification delay, the correction amount can be expressed by the following equation (3).
  • the unit of notification delay is the dimension of time (12 msec, etc.). This notification delay varies depending on the actual rotation speed of the spindle 101, the notification means, and the notification method.
  • the correction amount calculated by the correction amount calculation unit 22 is superimposed on the swing phase in the swing command calculated by the swing command calculation unit 21 via the connecting line 25.
  • the connecting line 25 constitutes a correction amount superimposing portion.
  • the swing phase after the correction can be expressed by, for example, the following equation (5).
  • the adder 23 corrects the position command sent from the command unit 10 as shown in the equation (2), for example.
  • the swing command after the quantities are superimposed is generated as a synthesis command. Therefore, in this case, the servo control device 20 outputs a synthesis command in which the swing command and the position command are superimposed after the correction amount is superimposed to the feed shaft motor 120 to control the feed shaft 102 and control the cutting tool. Controls the swinging motion of T relative to the work W.
  • FIG. 3 shows the locus of the cutting tool T on the surface of the work during swing cutting in a state where the notification delay is not corrected.
  • the vertical axis is the feed direction position indicating the position of the cutting tool T along the feed shaft 102
  • the horizontal axis is the circumferential position of the work W due to the rotation of the main shaft 101.
  • the rotation speed of the spindle 101 is controlled by the servo control device 20 so that the peripheral speed of the work W with respect to the cutting tool T is constant. Therefore, in the state where the notification delay is not corrected, the cutting tool Even if T is oscillated relative to the work W, the oscillating phases of the nth, n + 1th, n + 2nd ...
  • FIG. 4 shows the locus of the cutting tool T on the work surface during rocking cutting in a state where the notification delay is corrected.
  • the swing phases of the nth, n + 1th, n + 2nd ... Can intersect. That is, the n-th swing phase and the n + 1-th swing phase intersect at locations A1 and A1 at approximately 240 ° intervals, and the n + 1-th swing phase and the n + 2nd swing phase also intersect at approximately 240 ° intervals. It intersects at points A2 and A2. Therefore, the cutting tool T is periodically separated from the work W (swinging), and the shavings are shredded each time.
  • the swing command for swinging the cutting tool T relative to the work W is based on the rotation speed of the spindle 101 and the position command of the relative position of the cutting tool T with respect to the work W.
  • a control device (servo control device 20) of the machine tool 100 including a correction amount superimposing unit (connecting line 25) is provided.
  • the cutting tool T is moved to the work W based on the swing command in which the notification delay is corrected. Can be swung relative to. Therefore, the swing phases can intersect at regular intervals, so that the shavings can be reliably shredded.
  • the swing command calculation unit 21 calculates the swing command from the swing phase calculated based on the rotation speed of the spindle 101 and the swing amplitude calculated based on the position command.
  • the correction amount calculation unit 22 calculates the fluctuation phase change amount corresponding to the notification delay time of the rotation speed of the spindle 101 as the correction amount, and superimposes the correction amount on the swing phase in the swing command. According to this, the deviation of the swing phase can be eliminated by the correction amount, and the chips can be more reliably shredded by the swing cutting.
  • the correction amount calculation unit 22 calculates the correction amount from at least one of the rotation speed of the spindle 101, the notification delay time, and the parameter value, it is easy to make the correction amount so that chips can be shredded. Can be calculated.
  • the cutting tool T is configured to move with respect to the work W along the axial direction of the feed shaft 102.
  • the work W may be configured to move with respect to the cutting tool T in the Z-axis direction along the axial direction of the feed shaft 102.
  • the spindle 101 may be configured to rotate the cutting tool T with respect to the work W in the circumferential direction of the work W.
  • the feed shaft 102 may be configured to move the cutting tool T relative to the work W in the radial direction of the spindle 101.
  • the outer shape of the work W described above is an example, and is not limited to the tapered shape.
  • the work W may have various other external shapes such as an arc shape or a cylindrical shape.
  • the machine tool control device of the present disclosure performs rocking cutting on the work W by the cutting tool T, the machining is performed with a change in the rotation speed of the spindle 101 (work W) in which a notification delay becomes a problem. It may be preferably applied.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

揺動切削を行う際に、通知遅れが発生していても、削り屑を確実に細断できる工作機械の制御装置を提供すること。主軸及び送り軸を協調動作させて切削工具によりワークを切削加工する工作機械を制御する工作機械の制御装置であって、主軸の回転速度、及びワークに対する切削工具の位置指令から、切削工具とワークとを相対的に揺動させる揺動指令を算出する揺動指令算出部と、主軸の回転速度の揺動指令算出部への通知遅れ分の補正量を算出する補正量算出部と、補正量を揺動指令に重畳する補正量重畳部と、を備える。

Description

工作機械の制御装置
　本発明は、工作機械の制御装置に関する。
　従来、ワークに対する切削加工を行う場合に、切削工具とワークとを相対回転させる少なくとも一つの主軸、及び切削工具をワークに対して相対移動させる少なくとも一つの送り軸を有し、主軸及び送り軸を協調動作させて切削工具によりワークを切削加工する例えば旋盤のような工作機械が用いられている。
　このような工作機械では、通常、切削工具の刃先が連続してワークの表面の材料を削り取るため、ワークの材質によっては、削り取られた材料が細長い削り屑（切粉）となる。削り屑は、切削工具に纏わりついてワークの加工を阻害する可能性がある。これに対して、例えば特許文献１に記載されるように、ワークに対して揺動切削を行う技術が知られている。揺動切削は、主軸周りに回転するワークに対して、揺動位相が交差するように所定の振動回数で切削工具を往復動作させる。揺動位相がワークの表面で交差すると、切削工具は、揺動位相が交差する箇所において、既にワークの表面を削り取った部位を再度通過するため、切削工具が一時的にワークから離れる（空振りする）。揺動位相はワークの表面で定期的に交差するので、切削工具が定期的にワーク表面から離れる（空振りする）。そのため、削り屑は一定の長さで細断され、削り屑が切削工具に纏わりつく問題は解消される。
特開２０１８－９４６９０号公報
　ワークに対して揺動切削を行う場合、例えば、送り軸を制御するサーボ制御装置において、切削工具を送り軸に沿って移動させるための位置指令に、切削工具を所定の振動回数で往復動作させるための揺動指令が重畳される。この揺動指令は、切削加工時の切削工具の毎回転送り量（主軸の一回転毎の切削工具の位置）や主軸の回転速度に基づいて算出される。
　しかし、ＣＮＣからの指令により主軸制御部が主軸を回転させ、そのフィードバックがサーボ制御装置に通知される。そのため、揺動指令の算出に用いる主軸回転数には通知遅れがある。
　このような通知遅れがあると、ワークに対して切削工具を相対的に揺動させた場合、揺動位相が主軸（ワーク）の位相に対してずれることによって、揺動位相が交差せず、削り屑が効率的に細断されなくなる可能性がある。このような問題は、主軸の回転速度を一定に制御して切削加工を行う場合には発生しないが、例えば外形形状がテーパー形状のワークに対してワークの周速を一定に制御しながら切削加工を行う場合等のように、主軸の回転速度変化を伴う切削加工を行う場合に発生する。通知遅れ分の揺動位相のずれ量の大きさが、主軸の回転速度に応じて変わるためである。そのため、揺動切削を行う工作機械においては、通知遅れが発生しても、削り屑を確実に細断できるようにすることが望まれている。
　本開示の一態様は、主軸及び送り軸を協調動作させて切削工具によりワークを切削加工する工作機械を制御する工作機械の制御装置であって、前記主軸の回転速度、及び前記ワークに対する前記切削工具の相対位置の位置指令から、前記切削工具と前記ワークとを相対的に揺動させる揺動指令を算出する揺動指令算出部と、前記主軸の回転速度の前記揺動指令算出部への通知遅れに相当する補正量を算出する補正量算出部と、前記補正量を前記揺動指令に重畳する補正量重畳部と、を備える。
　一態様によれば、揺動切削を行う際に、通知遅れが発生していても、削り屑を確実に細断できる工作機械の制御装置を提供することができる。
本開示の一態様に係る工作機械によってワークに対する揺動切削を行う様子を説明する説明図である。 本開示の一態様に係る工作機械の制御装置の構成を示すブロック図である。 通知遅れが補正されない状態における揺動切削時のワーク表面の切削工具の軌跡を示すグラフである。 通知遅れが補正された状態における揺動切削時のワーク表面の切削工具の軌跡を示すグラフである。
　以下、本開示の一態様について図面を参照しながら説明する。図１は、本開示の一態様に係る工作機械によってワークに対する揺動切削を行う様子を説明する説明図である。図２は、本開示の一態様に係る工作機械の制御装置の構成を示すブロック図である。
　工作機械１００は、図１に示すように、切削工具Ｔを用いて加工対象であるワークＷを切削加工するＮＣ旋盤である。工作機械１００は、ワークＷを切削工具Ｔに対して相対回転させる主軸１０１、切削工具ＴをワークＷに対して主軸１０１の回転軸と平行なＺ軸方向に相対移動させる送り軸１０２、及び切削工具ＴをワークＷに対して主軸１０１の径方向であるＸ軸方向に相対移動させる切り込み軸１０３の少なくとも３つの制御軸を有する。工作機械１００においては、これら３つの制御軸１０１，１０２，１０３が相互に協調動作することによって、ワークＷに対する切削加工が実行される。
　なお、本開示の一態様では、主軸１０１は、切削工具Ｔに対してワークＷを主軸１０１の回転軸周りに回転させるように構成され、送り軸１０２は、ワークＷに対して切削工具Ｔを送り軸１０２の軸方向に沿って移動させるように構成される。送り軸１０２は、切削工具Ｔを主軸１０１の回転軸方向に沿うＺ軸方向に送り移動させる動作と、切削工具ＴをＺ軸方向に沿って往復移動、すなわち揺動させる動作との両方を行うことができる。切り込み軸１０３は、切削工具ＴをワークＷに対して主軸１０１の径方向であるＸ軸方向に移動させるように構成される。
　図１に示すワークＷは、外径がＺ軸方向において異なるワークである。すなわち、ワークＷは、図中左から右に行くに従って外径が次第に小さくなるテーパー状の外形形状を有する。このようなワークＷに対して揺動切削を行う場合、切削工具Ｔは、ワークＷの外周面に対してＺ軸方向及びＸ軸方向のいずれか一方に往復しながら送られる。このとき、送り軸１０２と切り込み軸１０３とが協調動作する。以下においては、切削工具ＴがワークＷの外周面に対してＺ軸方向に往復しながら送られることによって揺動切削を行う場合について説明する。
　工作機械１００は、これらの制御軸１０１，１０２，１０３を駆動する駆動モータを有する。図２では、このうちの主軸１０１を駆動する駆動モータである主軸モータ１１０及び送り軸１０２を駆動する駆動モータである送り軸モータ１２０のみが示されている。さらに、工作機械１００は、図２に示すように、主軸モータ１１０に対して主軸１０１を回転駆動させる指令を出力する指令部１０と、送り軸モータ１２０の駆動を制御するサーボ制御装置２０と、を備える。
　指令部１０は、例えばＣＮＣ（Computer Numerical Control）又は主軸１０１の制御装置によって構成される。指令部１０は、主軸モータ１１０及びサーボ制御装置２０に対してそれぞれ通信可能に接続され、主軸モータ１１０に対して、主軸１０１の回転速度を含む指令を出力する。また、主軸モータ１１０から取得した主軸１０１の実回転速度もサーボ制御装置２０に対して出力する。
　指令部１０は、工具寿命等を考慮して、切削加工時の切削工具Ｔに対するワークＷの周速が一定になるように主軸１０１の回転速度を制御してもよい。すなわち、図１に示すテーパー形状のワークＷに対して切削加工を行う場合、指令部１０は、主軸モータ１１０に対して、切削加工時の切削工具Ｔに対してワークＷの周速が一定になるように、主軸１０１の回転速度を変化させる指令を出力する。そのため、指令部１０は、主軸１０１（主軸モータ１１０）の速度指令と、送り軸１０２及び切り込み軸１０３に沿う切削工具Ｔの送り速度とに基づいて、送り軸１０２及び切り込み軸１０３の位置指令（送り軸１０２及び切り込み軸１０３の毎回転送り量）を作成する機能を有する。この位置指令は、切削工具ＴをワークＷの外周面の母線に沿う方向（加工方向）に送るときの目標位置を指示する指令となるものである。
　サーボ制御装置２０は、送り軸モータ１２０の駆動を制御することによって、送り軸１０２の軸方向に沿う切削工具ＴのワークＷに対する相対的な送り移動を制御する。サーボ制御装置２０は、揺動指令算出部２１と、補正量算出部２２と、加算器２３と、減算器２４と、を有する。このサーボ制御装置２０は、バスを介して互いに接続された、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ、ＣＰＵ（Control Processing Unit）、及び通信制御部を備えたコンピュータを用いて構成することができる。したがって、サーボ制御装置２０の各部の機能又は動作は、上記コンピュータに搭載されたＣＰＵ、メモリ、及び該メモリに記憶された制御プログラムが協働することによって達成され得る。
　揺動指令算出部２１は、指令部１０からサーボ制御装置２０に送られる位置指令及び主軸１０１の実回転速度に基づいて、切削工具ＴがワークＷに対して接触及び離隔（空振り）しながら切削するように、切削工具ＴとワークＷとを送り軸１０２の軸方向に沿って相対的に揺動させる揺動指令を算出する。
　揺動指令は、主軸１０１の実回転速度に対して倍率をかけて作成される周期的な指令であり、例えば、次式（１）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　上記式（１）において、Ｋは揺動振幅倍率、ＦはワークＷの一回転当たりの切削工具Ｔの移動量、すなわち毎回転送り量［mm/rev］、Ｓは主軸１０１（ワークＷ）の回転軸周りの回転速度［min-1］、Ｉは揺動周波数倍率、ｔは揺動を開始してからの時間［ｓ］である。また、（Ｋ×Ｆ）／２は揺動振幅［mm］、２π×Ｓ／６０×Ｉ×ｔは揺動位相［rad］である。揺動振幅倍率Ｋ及び揺動周波数倍率Ｉは定数である。揺動振幅倍率Ｋは１以上の数であり、揺動周波数倍率Ｉはゼロより大きい非整数（例えば、０．５、０．８、１．２、１．５、１．９、２．３、２．５…等の正の非整数）である。揺動振幅倍率Ｋ及び揺動周波数倍率Ｉの値は、工作機械１００の稼働前に、図示しない記憶部に記憶される。
　上記式（１）に示すように、揺動指令は揺動位相と揺動振幅とを含む。そのため、揺動指令算出部２１は、揺動位相を計算するための揺動位相計算部２１１と、揺動振幅を計算するための揺動振幅計算部２１２とを有する。揺動指令算出部２１は、指令部１０から送られる位置指令及び主軸１０１の実回転速度に基づいて、揺動位相及び揺動振幅を計算し、上記式（１）に例示されるような揺動指令を算出する。
　揺動指令算出部２１で算出された揺動指令は、加算器２３において、指令部１０から送られた位置指令に重畳（加算）される。これによって、加算器２３において合成指令が算出される。加算器２３によって算出された合成指令は、切削工具ＴをワークＷに対して送り軸１０２の軸方向に沿って揺動させるための指令であり、サーボ制御装置２０から送り軸モータ１２０に送られる。送り軸モータ１２０は、この合成指令に基づいて駆動制御され、揺動切削時における切削工具Ｔを送り軸１０２の軸方向に相対的に往復動作させる。これによって、切削工具ＴはワークＷに対して揺動動作を行う。
　工作機械１００は、図２に示すように、送り軸モータ１２０によって駆動される送り軸１０２の位置（切削工具Ｔの位置）を検出するパルスコーダ等の検出器１３０を有する。サーボ制御装置２０は、減算器２４において、指令部１０から送られた位置指令と、検出器１３０から送られた送り軸１０２（切削工具Ｔ）の位置フィードバック（実位置）との差分である位置偏差を求める。減算器２４は、加算器２３において揺動指令が重畳される前の位置指令に対して、検出器１３０から送られる位置フィードバックとの位置偏差を求めるように設けられる。したがって、揺動指令算出部２１によって算出された揺動指令は、加算器２３において、位置偏差が求められた後の位置指令に対して重畳される。
　補正量算出部２２は、指令部１０からサーボ制御装置２０に送られる主軸１０１の実回転速度に基づいて、通知遅れ相当の揺動位相を補正量として算出し、その補正量を揺動指令における揺動位相に重畳する。これによって、例えば、次式（２）で表されるような揺動指令が生成される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　揺動位相は、揺動開始からの時間ｔによって表現する場合、上記式（２）における（２π×Ｓ×Ｉ／６０）ｔによって計算されるが、揺動開始から計算周期Δｔ毎の揺動位相加算によって表現する場合は、揺動位相（Δｔ秒前）＋（２π×Ｓ×Ｉ／６０）Δｔによって計算されてもよい。
　補正量算出部２２は、主軸１０１の実回転速度、通知遅れ時間、パラメータ値のうちの少なくともいずれか一つから補正量を算出することができる。パラメータ値は補正値そのものでなくてもよく、通知遅れや通知周期等であってもよい。また、補正量は固定値であってもよい。例えば、補正量を通知遅れから算出する場合、補正量は、次式（３）のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　通知遅れの単位は、時間の次元（１２msec等）である。この通知遅れは、主軸１０１の実回転速度、通知手段、通知方法によって変わる。
　補正量算出部２２で算出された補正量は、接続線２５を介して、揺動指令算出部２１で算出される揺動指令における上記揺動位相に重畳される。接続線２５は、補正量重畳部を構成する。
　揺動指令における揺動位相に補正量を重畳する具体的な方法としては、補正時におけるその時刻の補正量を重畳する場合と、前回の補正時との差分を重畳する場合とがある。
　補正時におけるその時刻の補正量を重畳する場合、例えば、補正後の揺動位相は、次式（４）のように表される。ｔｃは通信遅れである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　また、前回の補正時との差分を重畳する場合、補正後の揺動位相は、例えば、次式（５）のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　補正量算出部２２で算出された補正量が揺動指令に重畳された場合、加算器２３において、指令部１０から送られた位置指令に対して、例えば式（２）に示されるような補正量が重畳された後の揺動指令が合成指令として生成される。したがって、この場合、サーボ制御装置２０は、補正量が重畳された後の揺動指令と位置指令とが重畳された合成指令を送り軸モータ１２０に出力して送り軸１０２を制御し、切削工具ＴのワークＷに対する相対的な揺動動作を制御する。
　ここで、図３は、通知遅れが補正されない状態における揺動切削時のワーク表面の切削工具Ｔの軌跡を示している。縦軸は送り軸１０２に沿う切削工具Ｔの位置を示す送り方向位置であり、横軸は主軸１０１の回転によるワークＷの周方向位置である。テーパー形状のワークＷの場合、主軸１０１の回転速度は、切削工具Ｔに対するワークＷの周速が一定になるようにサーボ制御装置２０によって制御されるため、通知遅れが補正されない状態では、切削工具ＴをワークＷに対して相対的に揺動させても、ｎ回目、ｎ＋１回目、ｎ＋２回目…の各揺動位相は、互いにワークＷの周方向にずれ、交差しない場合がある。通知遅れに起因する揺動位相のずれが次第に蓄積されるためである。そのため、切削工具Ｔは、定期的にワークＷから離れる（空振りする）ことなく、ワークＷの表面を切削し続ける。したがって、削り屑は全く又はほとんど細断されない。
　一方、図４は、通知遅れが補正された状態における揺動切削時のワーク表面の切削工具Ｔの軌跡を示している。図４に示すように、通知遅れが補正された状態では、切削工具ＴをワークＷに対して相対的に揺動させることによって、ｎ回目、ｎ＋１回目、ｎ＋２回目…の各揺動位相は互いに交差し得る。すなわち、ｎ回目の揺動位相とｎ＋１回目の揺動位相は、約２４０°毎に箇所Ａ１，Ａ１において交差し、ｎ＋１回目の揺動位相とｎ＋２回目の揺動位相も、約２４０°毎に箇所Ａ２，Ａ２において交差する。そのため、切削工具Ｔは定期的にワークＷから離れ（空振りし）、そのたびに削り屑は細断される。
　すなわち、本開示の一態様によれば、主軸１０１の回転速度、及びワークＷに対する切削工具Ｔの相対位置の位置指令から、切削工具ＴをワークＷに対して相対的に揺動させる揺動指令を算出する揺動指令算出部２１と、主軸１０１の回転速度の揺動指令算出部２１への通知遅れに相当する補正量を算出する補正量算出部２２と、補正量を揺動指令に重畳する補正量重畳部（接続線２５）と、を備える工作機械１００の制御装置（サーボ制御装置２０）が提供される。これによれば、切削工具ＴによってワークＷに対して揺動切削を行う際に、通知遅れが発生していても、その通知遅れが補正された揺動指令に基づいて切削工具ＴをワークＷに対して相対的に揺動させることができる。そのため、揺動位相は定期的に交差することができ、その結果、削り屑は確実に細断され得る。
　また、揺動指令算出部２１は、主軸１０１の回転速度に基づいて算出される揺動位相と、位置指令に基づいて算出される揺動振幅とから揺動指令を算出する。補正量算出部２２は、主軸１０１の回転速度の通知遅れ時間相当の揺動位相変化分を補正量として算出し、その補正量を揺動指令における揺動位相に重畳する。これによれば、補正量によって揺動位相のずれを解消し、揺動切削によって切り屑をより確実に細断することができる。
　また、補正量算出部２２は、主軸１０１の回転速度、通知遅れ時間、パラメータ値のうちの少なくともいずれか一つから補正量を算出するので、切り屑を細断できるようにする補正量を容易に算出できる。
　本開示の一態様では、切削工具ＴがワークＷに対して送り軸１０２の軸方向に沿って移動するように構成されている。しかし、ワークＷが切削工具Ｔに対して送り軸１０２の軸方向に沿うＺ軸方向に移動するように構成されてもよい。また、主軸１０１は、ワークＷに対して切削工具ＴをワークＷの周方向に回転移動させるように構成されてもよい。さらに、ワークＷに対して端面加工を行う場合には、送り軸１０２は、切削工具ＴをワークＷに対して主軸１０１の径方向に相対移動させるように構成されてもよい。
　以上説明したワークＷの外形形状は一例であり、テーパー形状に限定されない。ワークＷは、円弧形状又は円柱形状等の他の様々な外形形状を有し得る。本開示の工作機械の制御装置は、切削工具ＴによってワークＷに対して揺動切削を行う際に、通知遅れが問題となる主軸１０１（ワークＷ）の回転速度変化を伴う加工を行う場合に好ましく適用され得る。
　２０　サーボ制御装置
　２１　揺動指令算出部
　２２　補正量算出部
　２５　接続線（補正量重畳部）
　１００　工作機械
　１０１　主軸
　１０２　送り軸
　Ｔ　切削工具
　Ｗ　ワーク

Claims (3)

  1. 　主軸及び送り軸を協調動作させて切削工具によりワークを切削加工する工作機械を制御する工作機械の制御装置であって、
    　前記主軸の回転速度、及び前記ワークに対する前記切削工具の相対位置の位置指令から、前記切削工具と前記ワークとを相対的に揺動させる揺動指令を算出する揺動指令算出部と、
    　前記主軸の回転速度の前記揺動指令算出部への通知遅れに相当する補正量を算出する補正量算出部と、
    　前記補正量を前記揺動指令に重畳する補正量重畳部と、
    を備える、工作機械の制御装置。
  2. 　前記揺動指令算出部は、前記主軸の回転速度に基づいて算出される揺動位相と、前記位置指令に基づいて算出される揺動振幅とから前記揺動指令を算出し、
    　前記補正量算出部は、前記主軸の回転速度の通知遅れ時間相当の揺動位相変化分を前記補正量として算出し、前記補正量を前記揺動指令における前記揺動位相に重畳する、請求項１に記載の工作機械の制御装置。
  3. 　前記補正量算出部は、前記主軸の回転速度、通知遅れ時間、パラメータ値のうちの少なくともいずれか一つから前記補正量を算出する、請求項１又は２に記載の工作機械の制御装置。
PCT/JP2021/008489 2020-03-10 2021-03-04 工作機械の制御装置 WO2021182304A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112021001497.8T DE112021001497T5 (de) 2020-03-10 2021-03-04 Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine
JP2022506007A JP7469458B2 (ja) 2020-03-10 2021-03-04 工作機械の制御装置
CN202180019459.4A CN115280250A (zh) 2020-03-10 2021-03-04 机床的控制装置
US17/904,458 US20230089938A1 (en) 2020-03-10 2021-03-04 Controller for machine tool

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020040967 2020-03-10
JP2020-040967 2020-03-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021182304A1 true WO2021182304A1 (ja) 2021-09-16

Family

ID=77670875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/008489 WO2021182304A1 (ja) 2020-03-10 2021-03-04 工作機械の制御装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230089938A1 (ja)
JP (1) JP7469458B2 (ja)
CN (1) CN115280250A (ja)
DE (1) DE112021001497T5 (ja)
WO (1) WO2021182304A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006252392A (ja) * 2005-03-14 2006-09-21 Mitsubishi Electric Corp 同期制御装置
JP2017182336A (ja) * 2016-03-29 2017-10-05 ファナック株式会社 揺動切削を行う工作機械のサーボ制御装置、制御方法及びコンピュータプログラム
JP2019028597A (ja) * 2017-07-27 2019-02-21 ファナック株式会社 揺動切削を行う工作機械の制御装置
JP2019040252A (ja) * 2017-08-22 2019-03-14 ファナック株式会社 数値制御装置
JP2019185780A (ja) * 2018-04-06 2019-10-24 ファナック株式会社 工作機械の制御装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006252392A (ja) * 2005-03-14 2006-09-21 Mitsubishi Electric Corp 同期制御装置
JP2017182336A (ja) * 2016-03-29 2017-10-05 ファナック株式会社 揺動切削を行う工作機械のサーボ制御装置、制御方法及びコンピュータプログラム
JP2019028597A (ja) * 2017-07-27 2019-02-21 ファナック株式会社 揺動切削を行う工作機械の制御装置
JP2019040252A (ja) * 2017-08-22 2019-03-14 ファナック株式会社 数値制御装置
JP2019185780A (ja) * 2018-04-06 2019-10-24 ファナック株式会社 工作機械の制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP7469458B2 (ja) 2024-04-16
JPWO2021182304A1 (ja) 2021-09-16
DE112021001497T5 (de) 2023-01-12
US20230089938A1 (en) 2023-03-23
CN115280250A (zh) 2022-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10434614B2 (en) Control device for machine tool performing oscillation cutting
CN109308053B (zh) 进行摆动切削的机床的控制装置
JP6763917B2 (ja) 工作機械の制御装置
JP6744815B2 (ja) 工作機械の制御装置および工作機械
US10471563B2 (en) Control device for machine tool performing oscillation cutting
US11347196B2 (en) Controller of machine tool
US11285576B2 (en) Servo controller
US10967474B2 (en) Servo controller for determining an estimated position deviation and compensating a position deviation with the estimated position deviation
JP2019185355A (ja) 工作機械の制御装置
JP2021096839A (ja) 工作機械の制御装置及び工作機械制御方法
JP7036786B2 (ja) 数値制御装置、プログラム及び制御方法
JP7444697B2 (ja) 数値制御装置、制御プログラム及び制御方法
WO2021182304A1 (ja) 工作機械の制御装置
CN112130524A (zh) 数值控制装置、程序记录介质以及控制方法
WO2022264260A1 (ja) 情報処理装置、工作機械の制御装置、及びコンピュータプログラム
WO2021166974A1 (ja) 工作機械の制御装置
CN111240264A (zh) 数值控制装置、程序记录介质以及控制方法
WO2022269751A1 (ja) 工作機械の制御装置
US11453094B2 (en) Servo controller
CN117813173A (zh) 加工辅助装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21767965

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022506007

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21767965

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1