WO2022269751A1 - 工作機械の制御装置 - Google Patents

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    • 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—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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B29/00—Holders for non-rotary cutting tools; Boring bars or boring heads; Accessories for tool holders
    • B23B29/04—Tool holders for a single cutting tool
    • B23B29/12—Special arrangements on tool holders
    • B23B29/125—Vibratory toolholders
    • 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

Definitions

  • the present disclosure relates to a control device for machine tools.
  • the workpiece has a tapered shape or arc shape
  • there are multiple feed axes for example, the Z axis and the X axis
  • the load on the machine tool is increased because the multiple axes are oscillated at the same time. Therefore, a technology has been proposed that can reduce the load on the machine tool while achieving chip shredding by changing the swing direction from the direction along the machining path to a direction different from the direction along the machining path at the tapered portion of the workpiece. (See, for example, Patent Document 1).
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of conventional oscillating cutting.
  • cutting is performed by moving the tool T by the feed shaft in the feed direction along the generatrix of the outer peripheral surface of the work W rotated by the main shaft S.
  • the tapered portion W1 of the workpiece W is cut by the tool T as shown in FIG. be done.
  • from the rocking direction along the machining path indicated by the black arrow in FIG. is changed to the swing direction in which the vibration component of is reduced.
  • the swing component in the Z-axis direction is increased by changing the swing direction, while the swing component in the X-axis direction is decreased, so that the load on the machine tool can be sufficiently reduced.
  • the X-axis inertia of the machine tool is much greater than the Z-axis inertia. That is, in the above-described conventional oscillating cutting, the effect of reducing the load on the machine tool depends on the configuration of the machine tool.
  • One aspect of the present disclosure is a control device for a machine tool that relatively oscillates a tool and a workpiece to perform oscillating cutting, comprising: a cutting angle acquisition unit that acquires a cutting angle of the tool; and a cutting depth of the tool.
  • a swing amplitude calculator for calculating a swing amplitude necessary for shredding chips in an arbitrary swing direction based on the angle, and a swing direction is determined based on the calculation result of the swing amplitude calculator.
  • a control device for a machine tool comprising: a swing direction determination unit; and a swing motion control unit that controls the swing motion in the swing direction determined by the swing direction determination unit based on machining conditions. be.
  • the load on the machine tool can be reduced in general without depending on the configuration of the machine tool.
  • FIG. 1 is a diagram showing a machine tool control device according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. FIG. 4 is a diagram showing the cutting angle of the tool
  • It is a figure which shows the calculation method of swing amplitude.
  • It is a figure showing the 1st example of rocking cutting concerning this embodiment.
  • It is a figure which shows the 2nd example of the oscillation cutting which concerns on this embodiment.
  • It is a figure which shows the 3rd example of the oscillation cutting which concerns on this embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a control device 1 for a machine tool according to this embodiment.
  • a control device 1 for a machine tool according to this embodiment includes at least one main shaft for relatively rotating a cutting tool (hereinafter referred to as a tool) and a work, and at least one feed shaft for relatively moving the tool with respect to the work. , the workpiece is cut by the tool.
  • FIG. 1 shows only the motor 3 for driving one feed shaft.
  • the machine tool control device 1 performs oscillating cutting by operating the main shaft and the feed shaft. That is, the control device 1 of the machine tool performs cutting while rotating the tool and the work relatively and swinging the tool and the work relatively.
  • the tool path which is the trajectory of the tool, is set such that the current path partially overlaps the previous path, and the portion machined by the previous path is included in the current path.
  • air cutting occurs in which the cutting edge of the tool separates from the surface of the workpiece, and chips that are continuously generated by the cutting process are reliably shredded.
  • the machine tool control device 1 includes, for example, memories such as ROM (read only memory) and RAM (random access memory), a CPU (control processing unit), and a communication control unit, which are connected to each other via a bus. It is configured using a computer. As shown in FIG. 1, a machine tool control device 1 includes a first storage unit 11, a cutting angle acquisition unit 12, an oscillation amplitude calculation unit 13, an oscillation direction determination unit 14, and an oscillation operation control unit. A unit 15 and a second storage unit 16 are provided, and the functions and operations of these units can be achieved by the cooperation of the CPU mounted on the computer, the memory, and the control program stored in the memory. .
  • memories such as ROM (read only memory) and RAM (random access memory)
  • CPU control processing unit
  • a communication control unit which are connected to each other via a bus. It is configured using a computer.
  • a machine tool control device 1 includes a first storage unit 11, a cutting angle acquisition unit 12, an oscillation amplitude calculation unit 13, an oscillation direction determination unit 14,
  • a host computer such as a CNC (Computer Numerical Controller), a PLC (Programmable Logic Controller), or the like is connected to the control device 1 of the machine tool.
  • machining conditions such as rotation speed and feed rate, and oscillation conditions such as oscillation frequency are input to the control device 1 of the machine tool from these host computers.
  • the first storage unit 11 stores the cutting angle of the tool.
  • FIG. 2 is a diagram showing the cutting angle ⁇ 1 of the tool T.
  • FIG. 2 to FIG. 6, which will be described later each shows an example of cutting by moving the tool T by the feed shaft in the feed direction along the generatrix of the outer peripheral surface of the work W rotated by the main shaft S.
  • the present embodiment is not limited to such outer diameter machining, and can also be applied to inner diameter machining. Further, this embodiment can also be applied to a configuration in which the tool T rotates around the central axis of the work W and the work W moves relative to the tool T in the feed direction. 2 to 7, the center axis of the workpiece W is the Z axis, and the direction orthogonal to the Z axis is the X axis.
  • the cutting angle ⁇ 1 of the tool T means the angle from the Z-axis direction, which is the central axis direction of the work W, to the flank T1 of the tool T.
  • the flank T1 of the tool T means the surface of the cutting edge of the tool T on the workpiece W side and in the machining direction (see the black arrow in FIG. 2).
  • This cutting angle ⁇ 1 is set to a desired angle in advance for each of a plurality of tools T, and does not depend on the taper angle of the machined surface. More specifically, the cutting angle ⁇ 1 preset for each tool T is associated with each tool T and stored in the first storage unit.
  • the cutting angle acquisition unit 12 acquires the cutting angle ⁇ 1 of the tool T. Specifically, the cutting angle acquisition unit 12 reads the cutting angle ⁇ 1 corresponding to the tool from the first storage unit 11 based on the tool data acquired from the machining program input to the control device 1 of the machine tool. to get. The obtained cutting angle ⁇ 1 of the tool T is output to the oscillation amplitude calculator 13, which will be described later.
  • the oscillation amplitude calculation section 13 calculates the oscillation amplitude necessary for shredding chips in an arbitrary oscillation direction.
  • the calculated rocking amplitude in each rocking direction is output to the rocking direction determination unit 14 and rocking motion control unit 15, which will be described later.
  • the swing amplitude in this embodiment includes not only the swing amplitude itself but also the swing amplitude magnification.
  • FIG. 3 is a diagram showing a method of calculating the swing amplitude in the swing amplitude calculator 13.
  • the mode of swinging along the conventional machining path is referred to as "before change”
  • the mode of swinging in an arbitrary swing direction different from the direction along the machining path is referred to as "after change”.
  • the oscillation amplitude A' required for shredding chips in the oscillation direction after the oscillation direction is changed is the same as that of the chips in the oscillation direction along the conventional machining path before the change.
  • the rocking direction determination unit 14 determines the rocking direction based on the rocking amplitude calculated by the rocking amplitude calculation unit 13 .
  • the swing direction determination unit 14 has a swing amplitude A′ smaller than the swing amplitude A of the swing motion in the direction along the machining path within the range of swing directions in which chips can be shredded. determine the swing direction. This generally reduces the load on the machine tool due to the swing motion.
  • the swinging direction determining unit 14 selects a direction in which the combined swinging amplitude of the swinging amplitude component in the Z-axis direction and the swinging amplitude component in the X-axis direction becomes smaller. is determined as the oscillation direction.
  • the swinging direction determination unit 14 determines the direction perpendicular to the flank T1 of the tool T as the swinging direction. In this case, the minimum oscillation amplitude that can shred chips can be obtained, and the load on the machine tool is minimized while shredding chips.
  • the second storage unit 16 stores processing conditions for the workpiece W and the like.
  • the machining conditions for the workpiece W include the relative rotation speed of the workpiece W and the tool T around the central axis of the workpiece W, the relative feed speed of the tool T and the workpiece W, the position command of the feed axis, and the like.
  • the second storage unit 16 stores a machining program to be executed by the machine tool, and the CPU in the control device 1 of the machine tool reads out the rotation speed and the feed speed as machining conditions from the machining program and sends them to the swing operation control unit 15. It may be configured to output Further, the second storage unit 16, a position command generating unit in the rocking motion control unit 15, which will be described later, and the like may be provided in the host computer.
  • the swing motion control unit 15 controls the swing motion in the swing direction determined by the swing direction determination unit 14 based on the machining conditions.
  • the swing motion control unit 15 includes various functional units (any (also not shown).
  • the position command generation unit reads the machining conditions stored in the second storage unit 16 and generates a position command as a movement command for the motor 3 based on the machining conditions. Specifically, the position command generator generates a position command for each feed axis based on the relative rotational speed of the work W and the tool T about the central axis of the work W and the relative feed speed of the tool T and the work W. (movement command) is generated.
  • the swing command generator generates a swing command.
  • the swing command generator may generate the swing command from the swing conditions such as the swing amplitude magnification and the swing frequency multiplier and the machining conditions, and generate the swing command from the swing conditions such as the swing amplitude and the swing frequency. may be generated.
  • the swing command generation unit is adapted to the swing conditions such as the swing amplitude calculated by the swing amplitude calculator 13 and the swing frequency input from the host computer and stored in the second storage unit. Based on this, a swing command is generated.
  • the superimposed command generator calculates a position deviation, which is the difference between the position feedback based on the position detection by the encoder of the motor 3 of the feed shaft, and the position command.
  • a superimposed command is generated by superimposing the generated swing command.
  • the swing command may be superimposed on the position command instead of the position deviation.
  • the learning control unit calculates the correction amount of the superimposed command based on the superimposed command, and adds the calculated correction amount to the superimposed command to correct the superimposed command.
  • the learning control unit has a memory, stores the oscillation phase and the correction amount in the memory in association with each other in one period or a plurality of periods of the oscillation, and determines the phase delay of the oscillation operation according to the responsiveness of the motor 3.
  • the superposition command stored in the memory is read out at the timing when compensation is possible and is output as a correction amount. If the oscillation phase for which the correction amount is to be output does not exist in the oscillation phases stored in the memory, the correction amount to be output may be calculated from the correction amounts having the oscillation phases close to each other. In general, the higher the oscillation frequency, the greater the positional deviation relative to the oscillation command. Therefore, by performing the correction by this learning control unit, it is possible to improve the ability to follow the periodic oscillation command.
  • the position/speed control unit generates a torque command for the motor 3 that drives the feed shaft based on the superimposed command after addition of the correction amount, and controls the motor 3 with the generated torque command. Thereby, machining is performed while the tool T and the work W are relatively swung.
  • FIG. 4 is a diagram showing a first example of oscillating cutting according to this embodiment.
  • the swing direction is such that the swing amplitude A' is smaller than the swing amplitude A of the swing motion in the direction along the machining path.
  • the swing amplitude A′ in the swing direction after the change, which enables chip shredding is smaller than the swing amplitude A of the swing motion in the direction along the machining path. It is possible to reduce the load.
  • FIG. 5 is a diagram showing a second example of oscillating cutting according to this embodiment.
  • This second example is an example when the direction perpendicular to the flank T1 of the tool T is determined as the swinging direction within the range of swinging directions in which chips can be shredded.
  • the swing amplitude A' that enables chip shredding when the swing direction is the direction perpendicular to the flank T1 of the tool T is the swing of the swing motion in the direction along the machining path. It is considerably smaller than the dynamic amplitude A, allowing minimization of the load on the machine tool.
  • FIG. 6 is a diagram showing a third example of oscillating cutting according to this embodiment.
  • a columnar or cylindrical workpiece W is used, and the tool T is oscillated in a direction perpendicular to the flank T1 within a range of oscillating directions in which chips can be shredded. This is an example when the direction is determined.
  • the shape of the workpiece W does not have a tapered portion or an arcuate portion and the feed axis is a specific one (the Z axis in FIG.
  • the The swing amplitude A' that enables chip shredding when the direction perpendicular to the flank T1 is the swing direction is considerably smaller than the swing amplitude A of the swing motion in the direction along the machining path, and the load on the machine tool is reduced. can be minimized.
  • the shape of the workpiece W is not limited in the swing cutting according to this embodiment. That is, even if a plurality of feed axes (Z-axis and X-axis) are required because the workpiece W has a tapered portion or an arc-shaped portion on the machining surface, the workpiece W may be columnar or cylindrical and the feed axis may be specified. Even if one axis (Z-axis) is enough, it is applicable. Therefore, the rocking motion control unit 15 according to the present embodiment can control the rocking motion from the rocking motion of rocking the plurality of feed shafts or from the rocking motion of rocking only a specific one of the plurality of feed shafts. It is configured to change to the rocking motion in the rocking direction determined by the moving direction determination unit 14 .
  • a cutting angle acquisition unit 12 that acquires the cutting angle of the tool T, and a swing amplitude that calculates the swing amplitude necessary for shredding chips in an arbitrary swing direction based on the cutting angle of the tool T.
  • a calculation unit 13 a swing direction determination unit 14 that determines the swing direction based on the calculation result of the swing amplitude calculation unit 13;
  • a control device 1 for a machine tool is configured by including a swing motion control section 15 for controlling the swing motion.
  • the oscillating amplitude at which chips can be shredded is calculated. Both are greatly different in that after calculating the possible swing amplitude, the swing direction is determined based on the calculated swing amplitude. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to select and determine the swinging direction in which the swinging amplitude is smaller than the swinging amplitude of the swinging motion in the direction along the machining path, thereby reducing the load on the machine tool. It is possible. As a result, according to this embodiment, the load on the machine tool can be reduced in general without depending on the configuration of the machine tool.
  • the oscillating direction is oscillated with an oscillating amplitude smaller than the oscillating amplitude of the oscillating motion in the direction along the machining path within the range of the oscillating direction in which chips can be shredded. It was configured. As a result, the load on the machine tool can be reduced more reliably while shredding the chips, compared to the conventional swing motion in the direction along the machining path.
  • the tool T is configured to swing in a direction perpendicular to the flank T1.
  • the load on the machine tool can be reduced and the load on the machine tool can be minimized while shredding the chips. can.
  • the swing motion control unit 15 controls the swing motion in the swing direction determined by the swing direction determination unit 14 from the swing motion for swinging only a specific one of the plurality of feed shafts. It was configured to change to operation.
  • the swing motion control unit 15 not only when the workpiece W has a tapered portion or an arcuate portion on the machining surface and a plurality of feed axes (Z-axis and X-axis) are required, but also when the workpiece W It can be applied even in a case where one specific feed axis (Z-axis) is sufficient for a columnar or cylindrical shape, and the above effects can be obtained.

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Abstract

揺動切削を実行する工作機械の制御装置において、工作機械の構成に依存することなく、汎用的に工作機械の負荷を軽減できること。工具ＴとワークＷを相対的に揺動させて揺動切削を行う工作機械の制御装置１であって、工具Ｔの切込み角θ１を取得する切込み角取得部１２と、工具Ｔの切込み角θ１に基づいて任意の揺動方向における切屑の細断に必要な揺動振幅を算出する揺動振幅算出部１３と、揺動振幅算出部１３の算出結果に基づいて揺動方向を決定する揺動方向決定部１４と、加工条件に基づいて、揺動方向決定部１４で決定された揺動方向の揺動動作を制御する揺動動作制御部１５と、を備える、工作機械の制御装置１である。

Description

工作機械の制御装置
　本開示は、工作機械の制御装置に関する。
　従来、切削工具を用いてワークを切削加工する際に、連続して発生する切屑が切削工具に絡まる等して加工不良や工作機械の故障等の原因となることが知られている。これに対して、切削工具とワークを相対的に揺動させながら切削加工することにより、切屑を細断する揺動切削が提案されている。通常、揺動切削では、切削工具とワークとを加工経路に沿った方向に相対的に揺動させる。
　例えば、ワークがテーパ形状や円弧形状を有する場合には、加工経路に沿った方向に切削工具又はワークを送るための送り軸は複数軸（例えば、Ｚ軸及びＸ軸）となる。この場合、複数軸を同時に揺動させるため、工作機械の負荷が大きくなる。そこで、ワークのテーパ部等において、加工経路に沿った方向からこれとは異なる方向に揺動方向を変更することで、切屑細断を実現しながらも工作機械の負荷を軽減できる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　図７は、従来の揺動切削の一例を示す図である。この例では、主軸Ｓにより回転するワークＷの外周面の母線に沿う送り方向に、送り軸により工具Ｔを移動させて切削加工する例を示している。図７に示されるようにワークＷのテーパ部Ｗ１を工具Ｔにより切削する場合において、前回パスに対して今回パスは、加工経路に沿った方向から、これとは異なる方向に揺動方向が変更される。例えば、図７中に黒矢印で示される加工経路に沿った揺動方向から、これとは異なり白矢印で示される方向であって、Ｚ軸方向の揺動成分が増加する一方でＸ軸方向の振動成分が減少する揺動方向に変更される。
特許第６７６３９１７号公報
　しかしながら、図７に示す例では、揺動方向の変更によってＺ軸方向の揺動成分が増加している一方でＸ軸方向の揺動成分が減少しており、工作機械の負荷を十分軽減できるのは、工作機械のＸ軸方向のイナーシャがＺ軸方向のイナーシャよりも非常に大きい場合である。即ち、上記従来の揺動切削では、工作機械の負荷軽減の効果は工作機械の構成に依存している。
　従って、揺動切削を実行する工作機械の制御装置において、工作機械の構成に依存することなく、汎用的に工作機械の負荷を軽減できる技術が望まれる。
　本開示の一態様は、工具とワークを相対的に揺動させて揺動切削を行う工作機械の制御装置であって、前記工具の切込み角を取得する切込み角取得部と、前記工具の切込み角に基づいて、任意の揺動方向における切屑の細断に必要な揺動振幅を算出する揺動振幅算出部と、前記揺動振幅算出部の算出結果に基づいて、揺動方向を決定する揺動方向決定部と、加工条件に基づいて、前記揺動方向決定部で決定された前記揺動方向の揺動動作を制御する揺動動作制御部と、を備える、工作機械の制御装置である。
　本開示によれば、揺動切削を実行する工作機械の制御装置において、工作機械の構成に依存することなく、汎用的に工作機械の負荷を軽減できる。
本開示の実施形態に係る工作機械の制御装置を示す図である。 工具の切込み角を示す図である。 揺動振幅の算出方法を示す図である。 本実施形態に係る揺動切削の第１の例を示す図である。 本実施形態に係る揺動切削の第２の例を示す図である。 本実施形態に係る揺動切削の第３の例を示す図である。 従来の揺動切削の一例を示す図である。
　以下、本開示の実施形態について図面を参照して詳しく説明する。
　図１は、本実施形態に係る工作機械の制御装置１を示す図である。本実施形態に係る工作機械の制御装置１は、切削工具（以下、工具）とワークとを相対的に回転させる少なくとも一つの主軸と、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と、を動作させることで、工具によりワークを切削加工するものである。なお図１では、便宜上、一つの送り軸を駆動するモータ３のみを示している。
　本実施形態に係る工作機械の制御装置１は、主軸及び送り軸を動作させることにより揺動切削を実行する。即ち、工作機械の制御装置１は、工具とワークとを相対的に回転させるとともに、工具とワークとを相対的に揺動させながら切削加工を実行する。工具の軌跡である工具経路は、前回経路に対して今回経路が部分的に重なるように設定され、前回経路で加工済の部分が今回経路に含まれる。そのため、工具の刃先がワークの表面から離れる空振り（エアカット）が発生することにより、切削加工によって連続的に生じる切屑が確実に細断される。
　工作機械の制御装置１は、例えば、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される。図１に示されるように、工作機械の制御装置１は、第１記憶部１１と、切込み角取得部１２と、揺動振幅算出部１３と、揺動方向決定部１４と、揺動動作制御部１５と、第２記憶部１６と、を備え、それら各部の機能及び動作は、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り達成されうる。
　また、工作機械の制御装置１には、ＣＮＣ(Computer　Numerical　Controller)、ＰＬＣ（Programmable　Logic　Controller）等の上位コンピュータ（不図示）が接続されている。これらの上位コンピュータから、加工プログラムの他、回転速度及び送り速度等の加工条件や、揺動周波数等の揺動条件が工作機械の制御装置１に入力される。
　第１記憶部１１は、工具の切込み角を記憶している。ここで、図２は、工具Ｔの切込み角θ１を示す図である。なお、この図２から後述する図６まではいずれも、主軸Ｓにより回転するワークＷの外周面の母線に沿う送り方向に、送り軸により工具Ｔを移動させて切削加工する例を示している。ただし本実施形態は、このような外径加工に限定されず、内径加工にも適用可能である。また本実施形態は、工具ＴがワークＷの中心軸線まわりに回転するとともに、ワークＷが工具Ｔに対して送り方向に移動する構成にも適用可能である。なお、図２～図７では、ワークＷの中心軸をＺ軸とし、Ｚ軸に直交する方向をＸ軸としている。
　図２に示されるように、工具Ｔの切込み角θ１は、ワークＷの中心軸方向であるＺ軸方向から工具Ｔの逃げ面Ｔ１までの角を意味する。また、工具Ｔの逃げ面Ｔ１は、工具Ｔの刃先におけるワークＷ側の面で且つ加工方向（図２中の黒矢印参照）側の面を意味する。この切込み角θ１は、複数ある工具Ｔ毎に、予め所望の角度にそれぞれ設定され、加工面のテーパ角度には依存しない。より詳しくは、工具Ｔ毎に予め設定された切込み角θ１は、各工具Ｔと対応付けされて第１記憶部に記憶されている。
　切込み角取得部１２は、工具Ｔの切込み角θ１を取得する。具体的に、切込み角取得部１２は、工作機械の制御装置１に入力される加工プログラムから取得される工具データに基づいて、該工具に対応する切込み角θ１を、第１記憶部１１から読み出して取得する。取得された工具Ｔの切込み角θ１は、後述の揺動振幅算出部１３に出力される。
　揺動振幅算出部１３は、切込み角取得部１２で取得された工具Ｔの切込み角θ１に基づいて、任意の揺動方向における切屑の細断に必要な揺動振幅を算出する。算出された各揺動方向の揺動振幅は、後述の揺動方向決定部１４及び揺動動作制御部１５に出力される。なお、本実施形態における揺動振幅には、揺動振幅自体のみならず、揺動振幅倍率も含まれる。
　図３は、揺動振幅算出部１３における揺動振幅の算出方法を示す図である。図３では、説明の便宜上、従来の加工経路に沿う方向に揺動させる態様を「変更前」とし、加工経路に沿う方向とは異なる任意の揺動方向に揺動させる態様を「変更後」としている（図４～図７も同様）。図３に示されるように、揺動方向変更後の揺動方向における切屑の細断に必要な揺動振幅Ａ’は、変更前の従来の加工経路に沿う方向の揺動方向における切屑の細断に必要な揺動振幅Ａ、変更前後における揺動方向のシフト角度θ、工具Ｔの切込み角θ１、及び変更前の従来の加工経路に沿う方向の揺動方向とＺ軸方向とのなす角θ２を用いて、以下の数式（１）により算出される。
［数１］
 
Ａ’＝Ａ×（ｃｏｓθ－ｓｉｎθ／ｔａｎ（θ＋θ１－θ２））　　　・・・数式（１）
 
　なお、本実施形態における揺動振幅は、Ｚ軸方向の揺動振幅成分とＸ軸方向の揺動振幅成分との合成揺動振幅を意味する。即ち、本実施形態における揺動振幅は、以下の数式（２）により算出される合成揺動振幅である。
［数２］
 
合成揺動振幅＝（（Ｚ軸振幅）２＋（Ｘ軸振幅）２）１／２　　　・・・数式（２）
 
　図１に戻って、揺動方向決定部１４は、揺動振幅算出部１３で算出された揺動振幅に基づいて、揺動方向を決定する。好ましくは、揺動方向決定部１４は、切屑の細断が可能な揺動方向の範囲の中で、加工経路に沿う方向の揺動動作の揺動振幅Ａよりも小さい揺動振幅Ａ’となる揺動方向を決定する。これにより、汎用的に揺動動作による工作機械の負荷が軽減される。
　より詳しくは、揺動方向決定部１４は、図３に示されるように、Ｚ軸方向の揺動振幅成分とＸ軸方向の揺動振幅成分との合成揺動振幅がより小さくなるような方向を、揺動方向として決定する。
　より好ましくは、揺動方向決定部１４は、工具Ｔの逃げ面Ｔ１に垂直な方向を、揺動方向として決定する。この場合、切屑を細断可能な最小の揺動振幅とすることができ、切屑を細断しながら工作機械の負荷が最小限化される。
　第２記憶部１６は、ワークＷの加工条件等を記憶している。ワークＷの加工条件には、ワークＷの中心軸線まわりにおけるワークＷ及び工具Ｔの相対的な回転速度、工具Ｔ及びワークＷの相対的な送り速度、及び、送り軸の位置指令等が含まれる。第２記憶部１６は、工作機械に実行させる加工プログラムを記憶し、工作機械の制御装置１内のＣＰＵがその加工プログラムから回転速度及び送り速度を加工条件として読み出して揺動動作制御部１５に出力するように構成されてもよい。また、第２記憶部１６や後述する揺動動作制御部１５内の位置指令作成部等は上記の上位コンピュータに設けられていてもよい。
　揺動動作制御部１５は、加工条件に基づいて、揺動方向決定部１４で決定された揺動方向の揺動動作を制御する。揺動動作制御部１５は揺動動作を制御するために、例えば、位置指令生成部、揺動指令生成部、重畳指令生成部、学習制御部、及び位置速度制御部等の各種機能部（いずれも不図示）を備える。
　位置指令生成部は、第２記憶部１６に記憶された加工条件を読み出し、該加工条件に基づいてモータ３に対する移動指令としての位置指令を生成する。具体的に、位置指令作成部は、ワークＷの中心軸線まわりにおけるワークＷ及び工具Ｔの相対的な回転速度並びに工具Ｔ及びワークＷの相対的な送り速度に基づいて、各送り軸の位置指令（移動指令）を生成する。
　揺動指令生成部は、揺動指令を生成する。揺動指令生成部は、揺動振幅倍率及び揺動周波数倍率という揺動条件と加工条件から揺動指令を生成してもよく、揺動振幅及び揺動周波数という揺動条件から揺動指令を生成してもよい。具体的に、揺動指令生成部は、揺動振幅算出部１３で算出された揺動振幅、及び例えば上位コンピュータから入力されて第２記憶部に記憶された揺動周波数等の揺動条件に基づいて、揺動指令を生成する。
　重畳指令生成部は、送り軸のモータ３のエンコーダによる位置検出に基づいた位置フィードバックと位置指令との差分である位置偏差を算出し、算出された位置偏差に対して、揺動指令生成部で生成された揺動指令を重畳することにより、重畳指令を生成する。あるいは、位置偏差に代えて位置指令に揺動指令を重畳してもよい。
　学習制御部は、重畳指令に基づいて重畳指令の補正量を算出し、算出された補正量を重畳指令に加算することにより、重畳指令を補正する。学習制御部は、メモリを有し、揺動の１周期もしくは複数周期内において揺動位相及び補正量を関係付けてメモリに記憶し、モータ３の応答性に応じた揺動動作の位相遅れを補償できるタイミングにメモリに記憶された重畳指令を読み出して補正量として出力する。補正量を出力する揺動位相がメモリに記憶された揺動位相に存在しない場合、揺動位相の近い補正量から出力する補正量を算出しても良い。一般的に、揺動周波数が高くなるほど揺動指令に対する位置偏差は大きくなるため、この学習制御部による補正を行うことで、周期的な揺動指令に対する追従性を向上させることが可能である。
　位置速度制御部は、補正量加算後の重畳指令に基づいて、送り軸を駆動するモータ３に対するトルク指令を生成し、生成したトルク指令によりモータ３を制御する。これにより、工具ＴとワークＷとを相対的に揺動させながら加工が行われる。
　次に、本実施形態に係る工作機械の制御装置１により実行される揺動切削について、具体例を挙げてさらに詳しく説明する。
　図４は、本実施形態に係る揺動切削の第１の例を示す図である。この第１の例は、切屑の細断が可能な揺動方向の範囲の中で、加工経路に沿う方向の揺動動作の揺動振幅Ａよりも小さい揺動振幅Ａ’となる揺動方向に決定したときの例である。図４から明らかであるように、変更後の揺動方向の切屑細断可能な揺動振幅Ａ’は、加工経路に沿う方向の揺動動作の揺動振幅Ａよりも小さいため、工作機械の負荷の軽減が可能である。
　図５は、本実施形態に係る揺動切削の第２の例を示す図である。この第２の例は、切屑の細断が可能な揺動方向の範囲の中で、工具Ｔの逃げ面Ｔ１に垂直な方向を揺動方向として決定したときの例である。図５から明らかであるように、工具Ｔの逃げ面Ｔ１に垂直な方向を揺動方向としたときの切屑細断可能な揺動振幅Ａ’は、加工経路に沿う方向の揺動動作の揺動振幅Ａよりもかなり小さく、工作機械の負荷の最小限化が可能である。
　また、図６は、本実施形態に係る揺動切削の第３の例を示す図である。この第３の例は、ワークＷとして円柱状又は円筒状のものを用いるとともに、切屑の細断が可能な揺動方向の範囲の中で、工具Ｔの逃げ面Ｔ１に垂直な方向を揺動方向として決定したときの例である。図６から明らかであるように、ワークＷの形状がテーパ部や円弧状部を有しておらず、送り軸が特定の１軸（図６ではＺ軸）である場合においても、工具Ｔの逃げ面Ｔ１に垂直な方向を揺動方向としたときの切屑細断可能な揺動振幅Ａ’は、加工経路に沿う方向の揺動動作の揺動振幅Ａよりもかなり小さく、工作機械の負荷の最小限化が可能である。
　このように、本実施形態に係る揺動切削では、ワークＷの形状は限定されない。即ち、ワークＷが加工面にテーパ部や円弧状部を有することで複数の送り軸（Ｚ軸及びＸ軸）が必要となる場合でも、ワークＷが円柱状や円筒状で送り軸が特定の１軸（Ｚ軸）で足りる場合であっても、適用可能である。従って、本実施形態に係る揺動動作制御部１５は、複数の送り軸を揺動させる揺動動作から、又は複数の送り軸のうち特定の１軸のみを揺動させる揺動動作から、揺動方向決定部１４で決定された揺動方向の揺動動作へと変更するように構成されている。
　本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
　本実施形態では、工具Ｔの切込み角を取得する切込み角取得部１２と、工具Ｔの切込み角に基づいて任意の揺動方向における切屑の細断に必要な揺動振幅を算出する揺動振幅算出部１３と、揺動振幅算出部１３の算出結果に基づいて揺動方向を決定する揺動方向決定部１４と、加工条件に基づいて揺動方向決定部１４で決定された揺動方向の揺動動作を制御する揺動動作制御部１５と、を含んで工作機械の制御装置１を構成した。
　従来の揺動切削では、揺動方向を決定した後に、切屑の細断が可能な揺動振幅を算出するのに対して、本実施形態では、任意の複数の揺動方向で切屑の細断が可能な揺動振幅を算出した後に、算出された揺動振幅に基づいて揺動方向を決定する点において、両者は大きく相違している。従って本実施形態によれば、加工経路に沿う方向の揺動動作の揺動振幅よりも小さい揺動振幅となる揺動方向を選択して決定することが可能となり、工作機械の負荷の軽減が可能である。ひいては本実施形態によれば、工作機械の構成に依存することなく、汎用的に工作機械の負荷を軽減することができる。
　また本実施形態では、切屑の細断が可能な揺動方向の範囲の中で、加工経路に沿う方向の揺動動作の揺動振幅よりも小さい揺動振幅となる揺動方向に揺動させる構成とした。これにより、従来の加工経路に沿う方向の揺動動作と比べて、切屑を細断しつつ、より確実に工作機械の負荷を軽減することができる。
　また本実施形態では、工具Ｔの逃げ面Ｔ１に垂直な方向に揺動させる構成とした。これにより、従来の加工経路に沿う方向の揺動動作と比べて、切屑を細断しつつ、さらに確実に工作機械の負荷を軽減することができ、工作機械の負荷を最小限化することができる。
　また本実施形態では、揺動動作制御部１５により、複数の送り軸のうち特定の１軸のみを揺動させる揺動動作から、揺動方向決定部１４で決定された揺動方向の揺動動作へと変更する構成とした。このように、本実施形態によれば、ワークＷが加工面にテーパ部や円弧状部を有することで複数の送り軸（Ｚ軸及びＸ軸）が必要となる場合だけでなく、ワークＷが円柱状や円筒状で送り軸が特定の１軸（Ｚ軸）で足りる場合であっても適用可能であり、上述の効果を奏することが可能である。
　なお、本開示は上記態様に限定されるものではなく、本開示の目的を達成できる範囲での変形、改良は本開示に含まれる。
　１　　工作機械の制御装置
　１１　第１記憶部
　１２　切込み角取得部
　１３　揺動振幅算出部
　１４　揺動方向決定部
　１５　揺動動作制御部
　１６　第２記憶部
　３　　モータ
　Ｓ　主軸
　Ｔ　工具
　Ｗ　ワーク
　Ｗ１　テーパ部
　θ１　切込み角

Claims (4)

  1. 　工具とワークを相対的に揺動させて揺動切削を行う工作機械の制御装置であって、
    　前記工具の切込み角を取得する切込み角取得部と、
    　前記工具の切込み角に基づいて、任意の揺動方向における切屑の細断に必要な揺動振幅を算出する揺動振幅算出部と、
    　前記揺動振幅算出部の算出結果に基づいて、揺動方向を決定する揺動方向決定部と、
    　加工条件に基づいて、前記揺動方向決定部で決定された前記揺動方向の揺動動作を制御する揺動動作制御部と、を備える、工作機械の制御装置。
  2. 　前記揺動方向決定部は、切屑の細断が可能な揺動方向の範囲の中で、加工経路に沿う方向の揺動動作の揺動振幅よりも小さい揺動振幅となる揺動方向を決定する、請求項１に記載の工作機械の制御装置。
  3. 　前記揺動方向決定部は、前記工具の刃先における前記ワーク側の面で且つ加工方向側の面である前記工具の逃げ面に対して垂直な方向を前記揺動方向として決定する、請求項１に記載の工作機械の制御装置。
  4. 　前記揺動動作制御部は、複数の送り軸のうち特定の１軸のみを揺動させる揺動動作から、前記揺動方向決定部で決定された前記揺動方向の揺動動作へと変更する、請求項１から３いずれかに記載の工作機械の制御装置。
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