JP2023071820A - 工作機械及びこの工作機械の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ワークに対してねじ切り加工を行う際に、ワークのねじ底面の平坦性を向上させ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。【解決手段】ワーク（Ｗ）に段階的にねじ部分を形成するねじ切り加工を、切屑を分断するように行い、往復振動の振幅を、ワーク（Ｗ）に対する切削工具（１３０）の切り込み量に応じて設定し、複数回の切り込み加工の回数を重ねる毎に小さくなるように制御するとともに、複数回の切り込み加工の最後の回において、切削工具（１３０）を振動させずにワーク（Ｗ）のねじ底面を切削するように制御する振動設定手段（Ｃ１）を設け、複数回の切り込み加工のうち、切削工具（１３０）が振動しない最後の回の切り込み加工における切り込み量が、切削工具（１３０）が振動する前回の切り込み加工における振幅よりも大きく設定された工作機械（１００）とその制御装置（Ｃ）。【選択図】図３
Description
本発明は、ワークのねじ切り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、工作機械として、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としての切刃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前記刃物台とを前記ワークの径方向に相対的に往復振動させる振動手段としてのアクチュエータと、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しての主軸とを備え、前記主軸と切刃とをワーク径方向に送り動作させながら切刃を往復振動させて切削加工する切削装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この切削装置は、切刃をワークの回転中心に対するワーク径方向に送り出す際、ワーク１回転における最も送り方向側に振れた位置の軌跡と次の回転における最も送り方向後方側に振れた位置の軌跡とが重なるようにして、切屑を分断しながら、ワークの加工を行う。
しかしながら、上述した従来の切削装置は、ワーク１回転における切刃の振動波形の位相と、次の回転における切刃の振動波形の位相とが反転する関係である限りであり、ワークに対して複数回に亘って螺旋状に切り込み加工を行うことでワークにねじ部分を形成するねじ切り加工に対する適用は考慮されていないため、ワークに対してねじ切り加工を行う際に、ワークのねじ底面を整えるものではない。
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、ワークに対してねじ切り加工を行う際に、ワークのねじ底面の平坦性を向上させることが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、ワークを切削加工する切削工具と、該切削工具とワークとを相対的に回転させる回転手段と、該回転手段によって回転する前記ワークの軸線方向と平行にするように構成された加工送り方向に沿って前記ワークに対して前記切削工具を送り動作させる送り手段と、該送り手段から構成されて前記ワークに対して前記切削工具を前記加工送り方向と交差する径方向に相対的に往復振動させる振動手段とを備え、前記切削工具とワークとを相対的に回転させながら前記加工送り方向に沿って相対的に送り動作させるとともに、前記ワークに対して前記切削工具を前記径方向に移動させて複数回に亘って螺旋状に切り込み加工を行い、該複数回の切り込み加工で連続する２回の切り込み加工のうち、１回目の切り込み加工を行った所定の螺旋状をなす切削経路に沿って２回目の切り込み加工を行うことで、前記ワークに段階的にねじ部分を形成するねじ切り加工を、切屑を分断するように行う工作機械であって、前記振動手段が、所定の複数回の切り込み加工に際して、前記切削工具とワークとを相対的に往復振動させ、前記往復振動の振幅を、前記ワークに対する前記切削工具の切り込み量に応じて設定し、前記複数回の切り込み加工の回数を重ねる毎に小さくなるように制御するとともに、前記複数回の切り込み加工の最後の回において、前記切削工具を振動させずに前記ワークのねじ底面を切削するように制御する振動設定手段を設け、前記複数回の切り込み加工のうち、前記切削工具が振動しない最後の回の切り込み加工における切り込み量が、前記切削工具が振動する前回の切り込み加工における振幅よりも大きく設定されたことにより、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、前記振動設定手段が、前記ワークの回転に対する前記振動の位相を変更するように構成されたことにより、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に記載された工作機械の構成に加えて、前記振動設定手段が、前記振動の周波数を変更するように構成されたことにより、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、ワークを切削加工する切削工具と、該切削工具とワークとを相対的に回転させる回転手段と、該回転手段によって回転する前記ワークの軸線方向と平行にするように構成された加工送り方向に沿って前記ワークに対して前記切削工具を送り動作させる送り手段と、該送り手段から構成されて前記ワークに対して前記切削工具を前記加工送り方向と交差する径方向に相対的に往復振動させる振動手段とを備えた工作機械に設けられ、前記切削工具とワークとを相対的に回転させながら前記加工送り方向に沿って相対的に送り動作させるとともに、前記ワークに対して前記切削工具を前記径方向に移動させて複数回に亘って螺旋状に切り込み加工を行い、該複数回の切り込み加工で連続する２回の切り込み加工のうち、１回目の切り込み加工を行った所定の螺旋状をなす切削経路に沿って２回目の切り込み加工を行うことで、前記ワークに段階的にねじ部分を形成するねじ切り加工を、切屑を分断するように行う工作機械の制御装置であって、前記振動手段が、所定の複数回の切り込み加工に際して、前記切削工具とワークとを相対的に往復振動させ、前記往復振動の振幅を、前記ワークに対する前記切削工具の切り込み量に応じて設定し、前記複数回の切り込み加工の回数を重ねる毎に小さくなるように制御するとともに、前記複数回の切り込み加工の最後の回において、前記切削工具を振動させずに前記ワークのねじ底面を切削するように制御する振動設定手段を設け、前記複数回の切り込み加工のうち、前記切削工具が振動しない最後の回の切り込み加工における切り込み量が、前記切削工具が振動する前回の切り込み加工における振幅よりも大きく設定されたことにより、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、ねじ切り加工における複数回に亘る切り込み加工の各切り込み加工時、往復振動の振幅を、ワークに対する切削工具の切り込み量に応じて設定し、複数回の切り込み加工の回数を重ねる毎に小さくなるように制御するとともに、複数回の切り込み加工の最後の回において、切削工具を振動させずにワークのねじ底面を切削するように制御する振動設定手段を設け、複数回の切り込み加工のうち、切削工具が振動しない最後の回の切り込み加工における切り込み量が、切削工具が振動する前回の切り込み加工における振幅よりも大きく設定されることによって、ワークのねじ底面の凹凸が徐々に小さくなり、切削工具が振動する切り込み加工の間に切削工具の軌跡が最後の回の切り込み加工における切削工具の軌跡に到達することなく、最後の回の切り込み加工で切削工具を振動させずに仕上げ加工を行うため、ワークのねじ底面の平坦性を向上させることができる。
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、前回の切り込み加工のときの振動の位相と今回の切り込み加工のときの振動の位相とが異なるように変更されて今回の切り込み加工時の切削加工部分に、前回の切り込み加工による切削済みの部分が部分的に含まれるため、切削中に生じる切屑を容易に分断することができる。
本請求項３に係る発明の工作機械によれば、請求項１に係る発明が奏する効果に加えて、前回の切り込み加工のときの振動の周波数と今回の切り込み加工のときの振動の周波数とが異なるように変更されて今回の切り込み加工時の切削加工部分に、前回の切り込み加工による切削済みの部分が部分的に含まれるため、切削中に生じる切屑を容易に分断することができる。
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。
本発明は、ワークを切削加工する切削工具と、切削工具とワークとを相対的に回転させる回転手段と、回転手段によって回転するワークの軸線方向と平行にするように構成された加工送り方向に沿ってワークに対して切削工具を送り動作させる送り手段と、この送り手段から構成されてワークに対して切削工具を加工送り方向と交差する径方向に相対的に往復振動させる振動手段とを備え、切削工具とワークとを相対的に回転させながら加工送り方向に沿って相対的に送り動作させるとともに、ワークに対して切削工具を径方向に移動させて複数回に亘って螺旋状に切り込み加工を行い、複数回の切り込み加工で連続する２回の切り込み加工のうち、１回目の切り込み加工を行った所定の螺旋状をなす切削経路に沿って２回目の切り込み加工を行うことで、ワークに段階的にねじ部分を形成するねじ切り加工を、切屑を分断するように行う工作機械及びこの工作機械の制御装置であって、振動手段が、所定の複数回の切り込み加工に際して、切削工具とワークとを相対的に往復振動させ、往復振動の振幅を、ワークに対する切削工具の切り込み量に応じて設定し、複数回の切り込み加工の回数を重ねる毎に小さくなるように制御するとともに、複数回の切り込み加工の最後の回において、切削工具を振動させずにワークのねじ底面を切削するように制御する振動設定手段を設け、複数回の切り込み加工のうち、切削工具が振動しない最後の回の切り込み加工における切り込み量が、切削工具が振動する前回の切り込み加工における振幅よりも大きく設定されたことにより、ワークのねじ底面の凹凸が徐々に小さくなり、切削工具が振動する切り込み加工の間に切削工具の軌跡が最後の回の切り込み加工における切削工具の軌跡に到達することなく、最後の回の切り込み加工で切削工具を振動させずに仕上げ加工を行い、ワークのねじ底面の平坦性を向上させることができるものであれば、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、主軸１１０と、切削工具台１３０Ａとを備えている。
主軸１１０の先端にはチャック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、主軸１１０は、ワークを保持するワーク保持手段として構成されている。
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。
前記主軸モータとして主軸台１１０Ａ内において、主軸台１１０Ａと主軸１１０との間に形成される従来公知のビルトインモータ等が考えられる。
工作機械１００は、主軸１１０と、切削工具台１３０Ａとを備えている。
主軸１１０の先端にはチャック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、主軸１１０は、ワークを保持するワーク保持手段として構成されている。
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。
前記主軸モータとして主軸台１１０Ａ内において、主軸台１１０Ａと主軸１１０との間に形成される従来公知のビルトインモータ等が考えられる。
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。
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。
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、切削工具１３０を保持する刃物台を構成している。
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。
切削工具台１３０Ａは、切削工具１３０を保持する刃物台を構成している。
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、図示及び構造についての詳細な説明は割愛する。
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、図示及び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。
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（Ｚ軸方向送り機構１６０）と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とともに、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振動手段により、切削工具１３０を、ワークＷに対して前記加工送り方向と交差するワークＷの径方向に相対的に往復振動させて複数回に亘って螺旋状に切り込み加工を行うことでねじ切り加工することによって、図２に示すように、切削工具１３０により、ワークＷにねじ部分が切削加工される。
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、前記送り手段および振動手段が、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、切削工具１３０をワークＷに対して加工送り動作させるとともに往復振動させることができる。
この場合、前記送り手段および振動手段が、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、切削工具１３０をワークＷに対して加工送り動作させるとともに往復振動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、前記送り手段および振動手段が、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、切削工具１３０をワークＷに対して加工送り動作させるとともに往復振動させることができる。
この場合、前記送り手段および振動手段が、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、切削工具１３０をワークＷに対して加工送り動作させるとともに往復振動させることができる。
なお、本実施形態においては、Ｘ軸方向送り機構１５０、Ｙ軸方向送り機構、Ｚ軸方向送り機構１６０は、リニアサーボモータによって駆動されるように構成されているが、従来公知のボールネジとサーボモータとによる駆動等とすることもできる。
本実施形態においては、ワークＷと切削工具１３０とを相対的に回転させる回転手段が、前記ビルトインモータ等の前記主軸モータによって構成され、ワークＷと切削工具１３０との相対回転は、主軸１１０の回転駆動によって行われる。
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。
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するように予め設定されている。
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するように予め設定されている。
各送り機構は、制御部Ｃ１により、図３および図４に示すように、一例として切り込み回数７回に亘って螺旋状に切り込み加工を行うことでねじ切り加工するように制御される。
ここで、切り込み回数は、何回の切り込み加工を行うことでねじ切り加工とするかについての切り込み加工の回数である。
なお、図３では、説明をわかり易くするため、切削工具１３０の振動を直線状にして表現している。
ここで、切り込み回数は、何回の切り込み加工を行うことでねじ切り加工とするかについての切り込み加工の回数である。
なお、図３では、説明をわかり易くするため、切削工具１３０の振動を直線状にして表現している。
制御部Ｃ１は、連続するｎ＋１回目（ｎは１以上の整数）の切り込み加工における復動時の切削工具の軌跡を、ｎ回目の切り込み加工における切削工具の軌跡の位置まで到達させる制御手段として機能する。
また、制御部Ｃ１は、連続するｎ回目およびｎ＋１回目の切り込み加工における切り込み時の互いの振動の位相などの振動パターンを変えて、ｎ＋１回目の切り込み加工時の切削加工部分に、ｎ回目の切り込み加工による切削済みの部分が部分的に含まれるように、往復振動を伴う各切り込み加工時の振動のパターンを設定する振動設定手段としても機能する。
１回目～６回目の切り込み加工においては、振動手段による振動数は固定であり、ワーク１回転に対して、切削工具１３０が一例としてＸ軸方向に２回の割合で振動する。
本実施例では、１回目の切り込み加工においては、往復振動の復動の開始から切り込み加工が開始されるように往復振動させ、切削工具１３０の往復振動の復動時に切削工具１３０の先端をワークＷの外周面まで到達させる。
切削工具１３０の先端がワークＷの外周面まで到達する部分で、切屑が分断される。
また、制御部Ｃ１は、連続するｎ回目およびｎ＋１回目の切り込み加工における切り込み時の互いの振動の位相などの振動パターンを変えて、ｎ＋１回目の切り込み加工時の切削加工部分に、ｎ回目の切り込み加工による切削済みの部分が部分的に含まれるように、往復振動を伴う各切り込み加工時の振動のパターンを設定する振動設定手段としても機能する。
１回目～６回目の切り込み加工においては、振動手段による振動数は固定であり、ワーク１回転に対して、切削工具１３０が一例としてＸ軸方向に２回の割合で振動する。
本実施例では、１回目の切り込み加工においては、往復振動の復動の開始から切り込み加工が開始されるように往復振動させ、切削工具１３０の往復振動の復動時に切削工具１３０の先端をワークＷの外周面まで到達させる。
切削工具１３０の先端がワークＷの外周面まで到達する部分で、切屑が分断される。
２回目の切り込み加工では、制御部Ｃ１は、１回目の切り込み加工の切り込み時の位相に対して２回目の切り込み加工の切り込み時の位相を変えるとともに、２回目の切り込み加工における復動時の切削工具１３０の軌跡を、１回目の切り込み加工における切削工具１３０の軌跡の位置まで到達させるように制御する。
本実施例では、具体的には、２回目（ｎ＋１回目：ｎは１以上の整数）の切り込み加工における往復振動の位相を、１回目（ｎ回目）の切り込み加工における往復振動の位相と逆の関係に設定し、往復振動の往動の開始から切り込み加工が開始されるように往復振動させるとともに、２回目の切り込み加工における復動時の切削工具１３０の軌跡を、１回目の切り込み加工における往動時から復動時に切り替わったときの切削工具１３０の軌跡の位置まで到達させる。
この到達させたタイミングで、切屑が分断される。
言い換えると、制御部Ｃ１の制御によって、２回目の切り込み加工における復動時の切削加工部分と、１回目の切り込み加工における往動時の切削加工部分とが接する。
１回目の切り込み加工時の往動時の切削加工部分と、２回目の切り込み加工時の復動時の切削加工部分とが接することによって、１回目の切り込み加工における切削工具１３０の往動時の切削加工部分に、２回目の切り込み加工における復動時の切削加工部分が理論上「点」として部分的に含まれ、この部分では、切削工具１３０がワークＷに対して何ら切削を行わずに空削りする、空振り動作が「点」で生じることにより、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（１回目の切り込み加工時の往動時の切削加工部分と、２回目の切り込み加工時の復動時の切削加工部分とが接する点）によって順次分断される。
１回目の切り込み加工と２回目の切り込み加工との関係と同様の関係で、３回目～６回目の切り込み加工が実行される。
この到達させたタイミングで、切屑が分断される。
言い換えると、制御部Ｃ１の制御によって、２回目の切り込み加工における復動時の切削加工部分と、１回目の切り込み加工における往動時の切削加工部分とが接する。
１回目の切り込み加工時の往動時の切削加工部分と、２回目の切り込み加工時の復動時の切削加工部分とが接することによって、１回目の切り込み加工における切削工具１３０の往動時の切削加工部分に、２回目の切り込み加工における復動時の切削加工部分が理論上「点」として部分的に含まれ、この部分では、切削工具１３０がワークＷに対して何ら切削を行わずに空削りする、空振り動作が「点」で生じることにより、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（１回目の切り込み加工時の往動時の切削加工部分と、２回目の切り込み加工時の復動時の切削加工部分とが接する点）によって順次分断される。
１回目の切り込み加工と２回目の切り込み加工との関係と同様の関係で、３回目～６回目の切り込み加工が実行される。
なお、往復振動の振幅は、切り込み加工時の切り込み量と一致することで、連続する２回の切り込み加工時の切削加工部分が互いに接する。
１回のねじ切り加工において、切り込み加工の切り込み量は減少するため、往復振動の振幅は、切り込み加工の回数を重ねる毎に小さくなるように制御される。
これにより、切り込み加工の回数を重ねる毎にワークＷのねじ底面の凹凸が徐々に小さくなる。
最後の７回目の切り込み加工では、切削工具１３０を振動させずにワークＷのねじ底面を切削することによって、ワークＷのねじ底面の平坦性を向上させることができる。
１回のねじ切り加工において、切り込み加工の切り込み量は減少するため、往復振動の振幅は、切り込み加工の回数を重ねる毎に小さくなるように制御される。
これにより、切り込み加工の回数を重ねる毎にワークＷのねじ底面の凹凸が徐々に小さくなる。
最後の７回目の切り込み加工では、切削工具１３０を振動させずにワークＷのねじ底面を切削することによって、ワークＷのねじ底面の平坦性を向上させることができる。
この図３における１つのねじ溝における切削工具１３０の軌跡をワークＷのＺ軸方向から観察した概念図を図４に示している。
図４に示すように、図３の切り込みの条件は主軸１回転当たりの切削工具１３０の振動数が２回であるため、ワークＷをＺ軸方向から観察すると楕円の形状となり、ワークＷの周長（ワーク１回転）に対して２回の空振り動作が入る。
そして、２回、３回と切り込み加工を継続して行うに従って、前回の切り込み加工で楕円形状になっている長径方向に残った領域を次回の切り込み加工で振幅を小さくしながら切り込み加工を進めていくことで、ねじ溝の形成が進むとともに、加工面の平坦性が増していく。
図４に示すように、図３の切り込みの条件は主軸１回転当たりの切削工具１３０の振動数が２回であるため、ワークＷをＺ軸方向から観察すると楕円の形状となり、ワークＷの周長（ワーク１回転）に対して２回の空振り動作が入る。
そして、２回、３回と切り込み加工を継続して行うに従って、前回の切り込み加工で楕円形状になっている長径方向に残った領域を次回の切り込み加工で振幅を小さくしながら切り込み加工を進めていくことで、ねじ溝の形成が進むとともに、加工面の平坦性が増していく。
なお、本実施例の工作機械１００では、ユーザによって、主軸１１０の回転数、主軸１回転当たりの切削工具１３０の振動数などを、数値設定部Ｃ２等を介して制御部Ｃ１に設定するように構成されている。
回転数、振動数などの制御部Ｃ１への設定は、制御部Ｃ１にパラメータとして入力することができる他、例えば回転数、振動数や振幅や切り込み回数などを加工プログラムに記載して設定したり、プログラムブロック（プログラムの１行）において振動数を引数として設定したりすることができる。
回転数、振動数などの制御部Ｃ１への設定は、制御部Ｃ１にパラメータとして入力することができる他、例えば回転数、振動数や振幅や切り込み回数などを加工プログラムに記載して設定したり、プログラムブロック（プログラムの１行）において振動数を引数として設定したりすることができる。
また、本実施例では、ｎ＋１回目の切り込み加工における復動時の切削工具１３０の軌跡が、ｎ回目の切り込み加工における往動時から復動時に切り替わったときの切削工具１３０の軌跡の位置まで到達して、ｎ＋１回目の切り込み加工における復動時の切削加工部分と、ｎ回目の切り込み加工における往動時の切削加工部分とが理論上「点」で接するようにしたが、前記到達すればよく、ｎ＋１回目の切り込み加工における復動時の切削工具１３０の軌跡が、ｎ回目の切り込み加工における往動時から復動時に切り替わったときの切削工具１３０の軌跡の位置を越えてもよい。
言い換えると、制御部Ｃ１は、ｎ＋１回目の切り込み加工における復動時の切削加工部分と、ｎ回目の切り込み加工における往動時の切削加工部分とが、前記接する状態を含み重複するように、制御を行ってもよい。
要するに、ｎ＋１回目の切り込み加工時の切削加工部分に、ｎ回目の切り込み加工による切削済みの部分が部分的に含まれていればよい。
言い換えると、制御部Ｃ１は、ｎ＋１回目の切り込み加工における復動時の切削加工部分と、ｎ回目の切り込み加工における往動時の切削加工部分とが、前記接する状態を含み重複するように、制御を行ってもよい。
要するに、ｎ＋１回目の切り込み加工時の切削加工部分に、ｎ回目の切り込み加工による切削済みの部分が部分的に含まれていればよい。
振幅は、例えばワークに対する実際の切削工具の切り込み量に対する比率（振幅切込み比率）によって設定することができ、本実施例では、振幅と切り込み量とを同じに設定したが、振幅を切り込み量より大きく設定してもよい。
例えば、振幅切込み比率を１より大きくすることによって、振幅を切り込み量より大きく設定し、ｎ＋１回目の切り込み加工における復動時の切削工具１３０の軌跡を、ｎ回目の切り込み加工における往動時から復動時に切り替わったときの切削工具１３０の軌跡の位置を越えさせることができる。
例えば、振幅切込み比率を１より大きくすることによって、振幅を切り込み量より大きく設定し、ｎ＋１回目の切り込み加工における復動時の切削工具１３０の軌跡を、ｎ回目の切り込み加工における往動時から復動時に切り替わったときの切削工具１３０の軌跡の位置を越えさせることができる。
ただし、１回のねじ切り加工において、切り込み加工毎に切り込み量は減少するため、往復振動の振幅は、切り込み加工の回数を重ねる毎に小さくなり、ｎ＋１回目の切り込み加工における復動時の切削工具１３０の軌跡が、ｎ回目の切り込み加工における往動時から復動時に切り替わったときの切削工具１３０の軌跡の位置を越える量が順次小さくなる。
このため、ｎ＋１回目の切り込み加工における復動時の切削工具１３０の軌跡が、ｎ回目の切り込み加工における往動時から復動時に切り替わったときの切削工具１３０の軌跡の位置を越える量を、予め、振幅保証値として設定することもできる。
このため、ｎ＋１回目の切り込み加工における復動時の切削工具１３０の軌跡が、ｎ回目の切り込み加工における往動時から復動時に切り替わったときの切削工具１３０の軌跡の位置を越える量を、予め、振幅保証値として設定することもできる。
このため、振幅切込み比率によって設定した振幅では、前記振幅保証値より小さな量しか復動時の切削工具１３０の軌跡が、ｎ回目の切り込み加工における往動時から復動時に切り替わったときの切削工具１３０の軌跡の位置を越えない場合は、振幅を切り込み量に振幅保証値を加えた値とすることができる。
振幅切込み比率や、振幅保証値は、前記主軸１１０の回転数、振動数などと同様に制御部Ｃ１にパラメータとして入力することができる他、例えば加工プログラムに記載して設定したり、プログラムブロック（プログラムの１行）において引数として設定したりすることができる。
振幅切込み比率や、振幅保証値は、前記主軸１１０の回転数、振動数などと同様に制御部Ｃ１にパラメータとして入力することができる他、例えば加工プログラムに記載して設定したり、プログラムブロック（プログラムの１行）において引数として設定したりすることができる。
例えば、上記のように、切削工具１３０を、ワークＷに対して前記加工送り方向と交差する方向に相対的に往復振動させて複数回に亘って螺旋状に切り込み加工を行うねじ切り加工の開始（振動開始）を、加工プログラムにおいてＧ△△△ Ｐ３の命令で指令するように制御部Ｃ１を構成する場合、Ｇ△△△の命令に、Ｄに続く値（引数Ｄ）で制御部Ｃ１に対して設定される振動数Ｎを指定させ、Ｑに続く値（引数Ｑ）で制御部Ｃ１に対して、振幅切込み比率を設定し、Ｕに続く値（引数Ｕ）で制御部Ｃ１に対して、振幅保証値を設定することができる。
なお振動数Ｎは、１振動当たりの主軸１１０の回転数として設定することもできる。
例えばＥに続く値（引数Ｅ）で制御部Ｃ１に対して、１振動当たりの主軸１１０の回転数を設定することができる。
なお振動数Ｎは、１振動当たりの主軸１１０の回転数として設定することもできる。
例えばＥに続く値（引数Ｅ）で制御部Ｃ１に対して、１振動当たりの主軸１１０の回転数を設定することができる。
振幅切込み比率「１．２」を設定する場合はＧ△△△に続けて「Ｑ１．２」と、振幅保証値「０．０２ｍｍ」を設定する場合はＧ△△△に続けて「Ｕ０．０２」と、振動数を「１」と設定する場合はＧ△△△に続けて「Ｄ１」と各々加工プログラムに記載することによって、制御部Ｃ１に対して振動数Ｎと振幅切込み比率、振幅保証値を設定することができる。
また、１回のねじ切り加工において何回目の切り込み加工まで振動させるかの設定や、何回目の切り込み加工から振動を開始させるか等の設定を、上述した主軸１１０の回転数、振動数、振幅切込み比率や、振幅保証値などと同様、入力、設定等を行うことができる。
例えば、何回目の切り込み加工まで振動させるかの設定を、Ｋに続く値（引数Ｋ）で制御部Ｃ１に対して行うことができる。
なお引数Ｋを設定する場合は、ワークＷの径を制御部Ｃ１に対して設定することが望ましい。
ワークＷの径は、例えばＸに続く値（引数Ｘ）で制御部Ｃ１に対して設定することができる。
また、１回のねじ切り加工において何回目の切り込み加工まで振動させるかの設定や、何回目の切り込み加工から振動を開始させるか等の設定を、上述した主軸１１０の回転数、振動数、振幅切込み比率や、振幅保証値などと同様、入力、設定等を行うことができる。
例えば、何回目の切り込み加工まで振動させるかの設定を、Ｋに続く値（引数Ｋ）で制御部Ｃ１に対して行うことができる。
なお引数Ｋを設定する場合は、ワークＷの径を制御部Ｃ１に対して設定することが望ましい。
ワークＷの径は、例えばＸに続く値（引数Ｘ）で制御部Ｃ１に対して設定することができる。
このようにして得られた本発明の第１実施例である工作機械１００及びこの工作機械１００の制御装置Ｃは、往復振動を伴う各切り込み加工時の振動のパターンを、ｎ＋１回目の切り込み加工時の切削加工部分に、ｎ回目の切り込み加工による切削済みの部分が部分的に含まれるように設定する振動設定手段としての制御部Ｃ１を備えたことにより、ワークＷに対して切り込み加工した際に、前記重複部分で切屑が分断され、長く繋がった切屑がワークＷや切削工具１３０に巻き付くことを回避するとともにワークＷの加工面を傷つけることを回避することができる。
さらに、往復振動の周波数が一定であり、ｎ＋１回目の切り込み加工における往復振動の位相が、ｎ回目の切り込み加工における往復振動の位相と逆の関係であり、制御部Ｃ１が、ｎ＋１回目の切り込み加工における復動時の切削工具１３０の軌跡を、ｎ回目の切り込み加工における往動時から復動時に切り替わったときの切削工具１３０の軌跡の位置まで到達させることにより、効率よく切屑を分断しながらねじ切り加工を実行することができる。
第２実施例について、以下に第１実施例と異なる構成を説明することとし、共通する内容の説明は割愛する。
図５に示すように、第２実施例では、１回目～６回目の切り込み加工において、振動手段による往復振動の周波数を変更している。
図５に示すように、第２実施例では、１回目～６回目の切り込み加工において、振動手段による往復振動の周波数を変更している。
一例として、１回目の切り込み加工において、主軸８回転に対して、切削工具１３０が１回の割合で振動し、２回目の切り込み加工において、主軸４回転に対して、切削工具１３０が１回の割合で振動し、３回目の切り込み加工において、主軸２回転に対して、切削工具１３０が１回の割合で振動し、４回目の切り込み加工において、主軸１回転に対して、切削工具１３０が１回の割合で振動し、切り込み加工の回数を重ねる毎に往復振動の周波数が高くなるように制御される。
これにより、回数を追う毎に徐々に周波数が高まってねじ切り加工によるワークＷのねじ底面の凹凸が細かくなる。
これにより、回数を追う毎に徐々に周波数が高まってねじ切り加工によるワークＷのねじ底面の凹凸が細かくなる。
なお、切り込み加工における往復振動の振幅は、実施例１と同様に、切り込み量に応じて設定され、切り込み加工の回数を重ねる毎に小さくなるように制御される。
ただし、切り込み量に対する振幅の比率や、切り込み量に対する振幅の増加量を設定し、前記比率や増加量に応じた値をとるようにすることもできる。
ただし、切り込み量に対する振幅の比率や、切り込み量に対する振幅の増加量を設定し、前記比率や増加量に応じた値をとるようにすることもできる。
このようにして得られた本発明の第２実施例である工作機械１００及びこの工作機械１００の制御装置Ｃは、ｎ＋１回目の切り込み加工における往復振動の周波数が、ｎ回目の切り込み加工における往復振動の周波数より高く、制御部Ｃ１が、ｎ＋１回目の切り込み加工における複数回の振動に１度の割合で復動時の切削工具１３０の軌跡を、ｎ回目の切り込み加工における往動時から復動時に切り替わったときの切削工具１３０の軌跡の位置まで到達させることにより、効率よく切屑を分断しながらねじ切り加工を実行することができ、回数を追う毎に徐々にねじ底面を整えることも可能となる。
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
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
Ｃ２ ・・・ 数値設定部
Ｗ ・・・ ワーク
１１０ ・・・ 主軸
１１０Ａ・・・ 主軸台
１２０ ・・・ チャック
１３０ ・・・ 切削工具
１３０Ａ・・・ 切削工具台
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
Ｃ２ ・・・ 数値設定部
Ｗ ・・・ ワーク
Claims (4)
- ワークを切削加工する切削工具と、該切削工具とワークとを相対的に回転させる回転手段と、該回転手段によって回転する前記ワークの軸線方向と平行にするように構成された加工送り方向に沿って前記ワークに対して前記切削工具を送り動作させる送り手段と、該送り手段から構成されて前記ワークに対して前記切削工具を前記加工送り方向と交差する径方向に相対的に往復振動させる振動手段とを備え、
前記切削工具とワークとを相対的に回転させながら前記加工送り方向に沿って相対的に送り動作させるとともに、前記ワークに対して前記切削工具を前記径方向に移動させて複数回に亘って螺旋状に切り込み加工を行い、該複数回の切り込み加工で連続する２回の切り込み加工のうち、１回目の切り込み加工を行った所定の螺旋状をなす切削経路に沿って２回目の切り込み加工を行うことで、前記ワークに段階的にねじ部分を形成するねじ切り加工を、切屑を分断するように行う工作機械であって、
前記振動手段が、所定の複数回の切り込み加工に際して、前記切削工具とワークとを相対的に往復振動させ、
前記往復振動の振幅を、前記ワークに対する前記切削工具の切り込み量に応じて設定し、前記複数回の切り込み加工の回数を重ねる毎に小さくなるように制御するとともに、前記複数回の切り込み加工の最後の回において、前記切削工具を振動させずに前記ワークのねじ底面を切削するように制御する振動設定手段を設け、
前記複数回の切り込み加工のうち、前記切削工具が振動しない最後の回の切り込み加工における切り込み量が、前記切削工具が振動する前回の切り込み加工における振幅よりも大きく設定された工作機械。 - 前記振動設定手段が、前記ワークの回転に対する前記振動の位相を変更するように構成された請求項１に記載の工作機械。
- 前記振動設定手段が、前記振動の周波数を変更するように構成された請求項１に記載の工作機械。
- ワークを切削加工する切削工具と、該切削工具とワークとを相対的に回転させる回転手段と、該回転手段によって回転する前記ワークの軸線方向と平行にするように構成された加工送り方向に沿って前記ワークに対して前記切削工具を送り動作させる送り手段と、該送り手段から構成されて前記ワークに対して前記切削工具を前記加工送り方向と交差する径方向に相対的に往復振動させる振動手段とを備えた工作機械に設けられ、
前記切削工具とワークとを相対的に回転させながら前記加工送り方向に沿って相対的に送り動作させるとともに、前記ワークに対して前記切削工具を前記径方向に移動させて複数回に亘って螺旋状に切り込み加工を行い、該複数回の切り込み加工で連続する２回の切り込み加工のうち、１回目の切り込み加工を行った所定の螺旋状をなす切削経路に沿って２回目の切り込み加工を行うことで、前記ワークに段階的にねじ部分を形成するねじ切り加工を、切屑を分断するように行う工作機械の制御装置であって、
前記振動手段が、所定の複数回の切り込み加工に際して、前記切削工具とワークとを相対的に往復振動させ、
前記往復振動の振幅を、前記ワークに対する前記切削工具の切り込み量に応じて設定し、前記複数回の切り込み加工の回数を重ねる毎に小さくなるように制御するとともに、前記複数回の切り込み加工の最後の回において、前記切削工具を振動させずに前記ワークのねじ底面を切削するように制御する振動設定手段を設け、
前記複数回の切り込み加工のうち、前記切削工具が振動しない最後の回の切り込み加工における切り込み量が、前記切削工具が振動する前回の切り込み加工における振幅よりも大きく設定された工作機械の制御装置。
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