JP6416218B2 - 工作機械の制御装置及びこの制御装置を備えた工作機械 - Google Patents

工作機械の制御装置及びこの制御装置を備えた工作機械 Download PDF

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Description

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の制御装置及びこの制御装置を備えた工作機械に関する。
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５０３３９２９号公報（段落００４９参照）
従来の工作機械において、制御装置による動作指令は、所定の周期でしか行うことができない。
このため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周波数は、前記制御装置による動作指令が可能な周期に起因する限られた値となる。
しかしながら、従来の工作機械は、前記振動周波数が考慮されないため、ユーザが希望する前記相対回転の回転数と、ワーク１回転当たりのワークに対する切削工具の振動数の条件で前記往復振動させることができない場合があるという問題があった。
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、ユーザの設定した条件に基づいて、切削工具を加工送り方向に沿った往復振動させながら加工送り方向に送り、切屑を分断しながら、ワークの切削加工を円滑に行うことができる工作機械の制御装置及びこの制御装置を備えた工作機械を提供することである。
本請求項１に係る工作機械の制御装置は、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、前記切削工具とワークとを所定の加工送り方向に送り動作させる送り手段と、前記切削工具とワークとを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の相対的な回転と、前記ワークに対する切削工具の往復振動を伴う送り動作とによって、前記工作機械にワークの加工を実行させる制御部を有している工作機械の制御装置において、前記ワークの加工を実行する際の前記相対的な回転の回転数と、前記相対的な回転の１回転当たりの前記往復振動の振動数と、前記制御装置による動作指令が可能な周期に起因する振動周波数とをパラメータとし、２つのパラメータの値を前記制御部に対して設定する設定手段と、前記２つのパラメータに設定された値に基づいて未設定の１つのパラメータの値を所定の値に定め、設定された２つのパラメータの値を、前記未設定の１つのパラメータに定められた値に基づいて、所定の値に補正する補正手段とを設けたことにより、前述した課題を解決するものである。
本請求項２に係る工作機械の制御装置は、請求項１に記載された工作機械の制御装置の構成に加えて、前記振動手段を、前記加工送り方向に沿って、前記切削工具とワークとを相対的に往復振動させ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３に係る工作機械の制御装置は、請求項１または請求項２に記載された工作機械の制御装置の構成に加えて、前記振動手段を、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、前記切削工具とワークとを相対的に往復振動させ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に係る工作機械の制御装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載された工作機械の制御装置の構成に加えて、前記補正手段が、前記振動周波数に基づいた定数で、前記回転数と前記振動数とが反比例するように、未設定のパラメータを所定の値に定めるとともに、設定されたパラメータの値を補正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５に係る工作機械の制御装置は、請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載された工作機械の制御装置の構成に加えて、前記設定手段により設定されるパラメータを、前記回転数と前記振動数とし、前記補正手段が、振動周波数を、設定された前記回転数と前記振動数に応じて算出される値に基づいて定め、定められた振動周波数に基づき、設定された前記回転数又は前記振動数を所定の値に補正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６に係る工作機械の制御装置は、請求項５に記載された工作機械の制御装置の構成に加えて、前記補正手段が、前記振動数に対する許容値を設定するように構成され、前記設定された回転数と前記定められた振動周波数とから前記振動数を算出し、算出された前記振動数を前記許容値の範囲内の値に補正し、当該値に、設定された前記振動数を補正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７に係る工作機械の制御装置は、請求項５または請求項６に記載された工作機械の制御装置の構成に加えて、前記補正手段が、設定された前記回転数と定められた前記振動周波数とから前記振動数を算出し、算出された前記振動数の値に一番近い整数に０．５を加算した値に、設定された前記振動数を補正し、設定された前記回転数を、前記補正した振動数と定められた前記振動周波数とから算出した値に補正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８に係る工作機械の制御装置は、請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載された工作機械の制御装置の構成に加えて、前記ワークに対する前記切削工具の往復振動における往動時の移動速度を復動時の移動速度と比較して遅く設定する速度制御手段を設けたことにより、前述した課題をさらに解決するものである。
本請求項９に係る工作機械の制御装置は、請求項１乃至請求項８のいずれか１つに記載された工作機械の制御装置の構成に加えて、前記往復振動の振幅を、前記ワークの加工が可能となるような所定振動振幅に予め設定し、前記所定振動振幅より小さな振幅から、順次振幅を拡大して前記所定振動振幅に至るように、前記往復振動を制御する振幅制御手段を設け、前記振幅制御手段が、切削開始から前記所定振動振幅に至るまでの時間に基づく時間変数を底とする所定の冪数の冪乗を、前記所定振動振幅に基づく振幅の縮尺比率とする関数に基づき前記振幅を設定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１０に係る工作機械は、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の制御装置を備えたことによって、前述した課題を解決するものである。
本請求項１１に係る工作機械は、請求項１０に記載された工作機械の構成に加えて、前記ワークを保持する主軸を軸線方向に移動させる主軸移動機構と、前記切削工具を保持する刃物台を主軸に対して移動させる刃物台移動機構とを備え、前記送り手段が、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、前記主軸移動機構と前記刃物台移動機構の協動によって、前記切削工具を前記ワークに対して加工送り動作させることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
本請求項１２に係る工作機械は、請求項１０に記載された工作機械の構成に加えて、前記ワークを保持する主軸が工作機械側に固定的に設けられ、前記切削工具を保持する刃物台を複数方向に移動させる刃物台移動機構を備え、前記送り手段が、前記刃物台移動機構から構成され、加工送り方向に位置決めされる主軸に対して、前記刃物台を加工送り方向に移動させることによって、前記切削工具を前記ワークに対して加工送り動作させることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
本請求項１３に係る工作機械は、請求項１０に記載された工作機械の構成に加えて、前記切削工具を保持する刃物台が工作機械側に固定的に設けられ、前記ワークを保持する主軸を複数方向に移動させる主軸移動機構を備え、前記送り手段が、前記主軸移動機構から構成され、加工送り方向に位置決めされる前記刃物台に対して、前記主軸を加工送り方向に移動させることによって、前記切削工具を前記ワークに対して加工送り動作させることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
本発明の工作機械の制御装置は、設定手段によって設定されたパラメータの値を、補正手段によってこのパラメータの値の近似値に補正し、ワークの加工を実行させることができ、これによって、設定手段により設定された条件に比較的近い条件で、工作機械に、切屑を分断しながら、ワークの切削加工を円滑に行わせることができる。
これによりユーザが意図したパラメータの値に比較的近い条件でワークの加工を実行することができる。
本発明の工作機械の制御装置は、ワークに対する前記切削工具の往復振動における往動時の移動速度を復動時の移動速度に比較して遅く設定する速度制御手段を設けたことにより、往動時の移動速度と復動時の移動速度とが同じである場合と比べて、往動時の移動速度が遅くなりワークに切り込んで削るときの切削工具の負荷や衝撃抑制することができ、切削工具の寿命の短縮等を防止することができる。
本発明の工作機械の制御装置は、往復振動の振幅を、ワークの加工が可能となるような所定振動振幅に予め設定し、所定振動振幅より小さな振幅から、順次振幅を拡大して所定振動振幅に至るように、往復振動を制御する振幅制御手段を設け、振幅制御手段が、切削開始から所定振動振幅に至るまでの時間に基づく時間変数を底とする所定の冪数の冪乗を、所定振動振幅に基づく振幅の縮尺比率とする関数に基づき振幅を設定することにより、切削工具の往復振動の振幅を徐々に大きくする制御プログラムが１つのパラメータｋによる式：ｙ＝ｘkとなるため、制御プログラムを単純化することができる。
また、本発明の工作機械は、上記工作機械の制御装置によって、切屑を分断しながら、ワークの切削加工を円滑に行うことができる。
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実施例の指令周期と振動周波数との関係を示す図。 本発明の第１実施例の振動数と回転数と振動周波数との関係を示す図。 本発明の第１実施例の制御部が引数を判断するフローチャートを示す図。 本発明の第２実施例の切削工具の往復振動および位置を示す図。 本発明の第２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３実施例の式：ｙ＝ｘkで定める縮尺比率を示す図。 本発明の第３実施例の式：ｙ＝ｘkで定める縮尺比率を示す図。 本発明の第３実施例の式：ｙ＝ｘkで定める縮尺比率を示す図。
本発明は、ワークを切削加工する切削工具と、この切削工具とワークとを相対的に回転させる回転手段と、切削工具とワークとを所定の加工送り方向に送り動作させる送り手段と、切削工具とワークとを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、切削工具とワークとの相対的な回転と、ワークに対する切削工具の往復振動を伴う送り動作とによって、工作機械にワークの加工を実行させる制御部を有している工作機械の制御装置において、ワークの加工を実行する際の相対的な回転の回転数と、相対的な回転の１回転当たりの往復振動の振動数と、制御装置による動作指令が可能な周期に起因する振動周波数とをパラメータとし、２つのパラメータの値を制御部に対して設定する設定手段と、２つのパラメータに設定された値に基づいて未設定の１つのパラメータの値を所定の値に定め、設定された２つのパラメータの値を、未設定の１つのパラメータに定められた値に基づいて、所定の値に補正する補正手段とを設けたことにより、設定手段によって設定されたパラメータの値を、補正手段によって補正し、ワークの加工を実行させることができ、これによって、設定手段により設定された条件に比較的近い条件で、工作機械に、切屑を分断しながら、ワークの切削加工を円滑に行わせるものであれば、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。
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、切削工具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。
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（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。
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。
この場合切削工具１３０としてドリル等の回転工具が考えられる。
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。
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度から３６０度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度から３６０度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、主軸１１０のｎ回転目（ｎは１以上の整数）とｎ＋１回転目の切削工具１３０により旋削されるワークＷ周面形状の位相が、主軸位相方向（グラフの横軸方向）でずれる。
このためｎ＋１回転目の前記位相の谷の最低点（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回転目の前記位相の谷の最低点（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Ｗ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、この部分では、切削中に切削工具１３０が、ワークＷに対して何ら切削を行わずに空削りする所謂、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の外形切削加工等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Ｗ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回転目における復動時の切削工具の軌跡が、ワーク周面のｎ回転目における切削工具の軌跡まで到達すればよい。
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が一致（同位相）とならなければよく、必ずしも１８０度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。
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。
工作機械１００において、制御部Ｃ１による動作指令は、所定の指令周期で行われる。
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、前記指令周期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（基準周期）で行われる。
前記指令周期は前記基準周期に基づいて定まり、一般的には前記基準周期の整数倍となる。
前記指令周期の値に応じた周波数で往復振動を実行させることが可能となる。
図５に示されるように、例えば前記基準周期（４（ｍｓ））の４倍の１６（ｍｓ）を指令周期とすると、１６（ｍｓ）毎に往動と復動を実行させることになり、１÷（０．００４×４）＝６２．５（Ｈｚ）で主軸台１１０Ａ（主軸１１０）又は切削工具台１３０Ａ（切削工具１３０）を往復振動させることができる。
その他、１÷（０．００４×５）＝５０（Ｈｚ），１÷（０．００４×６）＝４１．６６６（Ｈｚ），１÷（０．００４×７）＝３５．７１４（Ｈｚ），１÷（０．００４×８）＝３１．２５（Ｈｚ）等の複数の所定の飛び飛びの周波数でのみ、主軸台１１０Ａ（主軸１１０）又は切削工具台１３０Ａ（切削工具１３０）を往復振動させることができる。
主軸台１１０Ａ（主軸１１０）又は切削工具台１３０Ａ（切削工具１３０）の往復振動の周波数（振動周波数）ｆ（Ｈｚ）は、上記周波数から選択される値に定まる。
なお制御装置Ｃ（制御部Ｃ１）によっては、前記基準周期（４ｍｓ）の整数倍以外の倍数で指令周期を設定することができる。
この場合、この指令周期に応じた周波数を振動周波数とすることができる。
主軸台１１０Ａ（主軸１１０）又は切削工具台１３０Ａ（切削工具１３０）を往復振動させる場合、主軸１１０の回転数をＳ（ｒ／ｍｉｎ）とすると、振動数Ｎは、Ｎ＝ｆ×６０／Ｓと定まる。
図６に示すように、回転数Ｓと振動数Ｎとは、振動周波数ｆを定数として反比例する。
主軸１１０は、振動周波数ｆを高くとるほど、また振動数Ｎを小さくするほど高速回転することができる。
本実施例の工作機械１００では、回転数Ｓと、振動数Ｎと、振動周波数ｆとをパラメータとし、ユーザによって、３つのパラメータのうち２つを、数値設定部Ｃ２等を介して制御部Ｃ１に設定することができるように構成されている。
回転数Ｓ又は振動数Ｎ又は振動周波数ｆ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Ｓや振動数Ｎや振動周波数ｆ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Ｎや振動周波数ｆを引数として設定したりすることができる。
特に振動数Ｎや振動周波数ｆを加工プログラムのプログラムブロックにおいて引数として設定することができるように、設定手段を構成すると、一般的に加工プログラム上に記載される主軸１１０の回転数Ｓと、プログラムブロックでの引数として記載される振動数Ｎや振動周波数ｆによって、加工プログラムから回転数Ｓ又は振動数Ｎ又は振動周波数ｆのうち２つをユーザが容易に設定することができる。
なお前記設定手段による設定は、プログラムによるものでもよいし、ユーザが数値設定部Ｃ２を介して設定するものでもよい。
また周速とワーク径を、加工プログラム等を介して設定入力することができるように構成し、前記周速とワーク径に基づき回転数Ｓを算出させて設定することもできる。
加工プログラム等を介して設定入力される周速とワーク径とに基づき回転数Ｓを算出するように、前記設定手段を構成することで、ワークＷの材質や切削工具１３０の種類や形状、材質等に応じて定められる周速に応じて、ユーザが意識することなく容易に回転数Ｓを設定することができる。
制御部Ｃ１は、回転数Ｓ、振動数Ｎ、振動周波数ｆの３つのうち、設定された２つの条件に基づき、この回転数Ｓで主軸１１０を回転させ、この振動数Ｎで切削工具１３０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、主軸台１１０Ａまたは切削工具台１３０Ａを往復振動しながら移動させるように制御する。
ただし回転数Ｓと振動数Ｎは前述のように振動周波数ｆに起因して定まるため、制御部Ｃ１は、設定された回転数Ｓ又は振動数Ｎ又は振動周波数ｆを、前記指令周期の値に応じて定まる振動周波数ｆの集合であるｆ群に対応して、２つのパラメータに設定された値に基づいて未設定の１つのパラメータの値を所定の値に定め、設定された２つのパラメータの値を、前記未設定の１つのパラメータに定められた値に基づいて、所定の値に補正する補正手段を備える。
なお該補正手段は、設定された２つのパラメータの値の補正が結果的に不要な場合は、補正を行わない場合もある。
制御部Ｃ１は、前記補正手段として機能する場合、図７に示すように、ステップＳ１において、ユーザによる数値設定部Ｃ２等を介した設定の矛盾を判定する。
例えば回転数Ｓ、振動数Ｎ、振動周波数ｆの３つのうちの２つが設定されておらず、３つ設定されていたり１つのみ設定されていたりする場合は矛盾があると判断される。
矛盾していると判定した場合、ステップＳ２へ進み、図示しない表示部がユーザに対してエラー表示をする。
他方、矛盾していないと判定した場合、ステップＳ３へ進む。
ステップＳ３では、制御部Ｃ１が、前記設定された条件の組み合わせについて調べる。
振動数Ｎと回転数Ｓとが設定されている場合、ステップＳ４へ進む。
振動数Ｎと、振動周波数ｆとが設定されている場合、ステップＳ７へ進む。
回転数Ｓと、振動周波数ｆとが設定されている場合、ステップＳ８へ進む。
ステップＳ４では、前記設定された振動数Ｎおよび回転数Ｓから振動周波数ｆの値を計算してステップＳ５へ進む。
例えば、Ｎ＝１．５、Ｓ＝３０００（ｒ／ｍｉｎ）であった場合、ｆ＝Ｎ×Ｓ／６０＝７５（Ｈｚ）を得る。
ステップＳ５では、ステップＳ４で求めた振動周波数ｆと前記ｆ群と比べて、ｆ群の中から最もステップＳ４で求めた振動周波数ｆに近い値（例えば、６２．５（Ｈｚ））を選び、改めてこの値を振動周波数ｆとして定め、ステップＳ６へ進む。
ステップＳ６では、ステップＳ５で定められた振動周波数ｆ（６２．５（Ｈｚ））と、設定された振動数Ｎとから主軸１１０の回転数Ｓを計算し、計算された値を改めて主軸１１０の回転数Ｓとする。
つまり設定された回転数Ｓを前記計算された値に補正する。
一例として、Ｓ＝ｆ×６０／Ｎ＝２５００（ｒ／ｍｉｎ）を得る。
すなわち、設定された回転数Ｓ＝３０００（ｒ／ｍｉｎ）を２５００（ｒ／ｍｉｎ）に補正する。
設定された振動数Ｎと回転数Ｓとに基づき、補正手段によって補正されて決定された条件で、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を前記加工送り方向に沿った往復振動させながら加工送り方向に送り、切屑を分断しながら、ワークＷの切削加工を円滑に行うことができ、場合によっては、例えば切削工具１３０の寿命を延長させることも可能となる。
これによりユーザが意図した回転数Ｓおよび振動数Ｎに比較的近い条件でワークＷの加工を行うことができる。
ステップＳ７では、前記設定された振動数Ｎおよび振動周波数ｆから主軸１１０の回転数Ｓを計算する。
一例として、Ｎ＝１．５、ｆ＝６２．５（Ｈｚ）であった場合、Ｓ＝ｆ／Ｎ×６０＝２５００（ｒ／ｍｉｎ）を得る。
ステップＳ８では、前記設定された回転数Ｓおよび振動周波数ｆから振動数Ｎを計算してステップＳ９へ進む。
一例として、Ｓ＝３０００（ｒ／ｍｉｎ）、ｆ＝６２．５（Ｈｚ）であった場合、Ｎ＝ｆ／Ｓ×６０＝１．２５を得る。
ステップＳ９では、Ｎ＝整数ｎ＋０．５の値を基準としたプラス側の振動数Ｎの許容値（ＰＮ）である値またはマイナス側の振動数Ｎの許容値（ＭＮ）である値がユーザによって制御部Ｃ１側に設定されているか否かを判定する。
ＰＮ又はＭＮが設定されている場合はステップＳ１０へ進み、他方、設定されていない場合はステップＳ１２へ進む。
なお、Ｎ＝整数ｎ＋０．５の値は、図４に示すように、ｎ＋１回転目のワークＷにおける切削工具１３０により旋削されるワークＷ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回転目のワークＷにおける切削工具１３０により旋削された形状の位相の山の最高点（実線波形グラフの山の頂点）の位置に対して周方向（グラフの横軸方向）で同じになるときである。
ステップＳ１０では、ステップＳ８で求めた振動数Ｎの値（Ｎ＝１．２５）がプラス側の許容値ＰＮまたはマイナス側の許容値ＭＮの範囲内に収まるか否かを、判定する。
収まっていない場合、ステップＳ１１において、ステップＳ８で求めた振動数Ｎ（Ｎ＝１．２５）がプラス側の許容値ＰＮまたはマイナス側の許容値ＭＮの範囲内に収まるように、振動数Ｎの値をＮ’に定める。
例えば、ステップＳ８で振動数Ｎ＝１．２５と算出され、マイナス側の許容値ＭＮが０．０５であった場合、振動数が基準となる値１．５０から−０．０５の許容値の範囲内に入るように、振動数を、Ｎ’＝１．４５に定める。
この場合、回転数Ｓは、振動周波数ｆと振動数Ｎとから、Ｓ＝２５８６．２（ｒ／ｍｉｎ）に補正される。
ステップＳ１２では、ステップＳ８で求めた振動数Ｎの値（Ｎ＝１．２５）に一番近い整数ｎ＋０．５の値に定め、ステップＳ１３へ進む。
例えば、ステップＳ８でＮ＝１．２５と算出された場合、振動数を、Ｎ’＝１．５に定める。
ステップＳ１３では、ステップＳ１２で定めた振動数Ｎ（Ｎ’）および前記設定された振動周波数ｆから主軸１１０の回転数Ｓの値を計算し、回転数Ｓの値をＳ’に補正する。
例えば、Ｎ’＝１．５、ｆ＝６２．５（Ｈｚ）であった場合、Ｓ＝ｆ／Ｎ’×６０＝２５００（ｒ／ｍｉｎ）に補正する。
補正手段による前記ｆ群に応じて補正された回転数Ｓと振動数Ｎの条件で、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を前記加工送り方向に沿った往復振動させながら加工送り方向に送り、切屑を分断しながら、ワークＷの切削加工を円滑に行うことができ、場合によっては、例えば切削工具１３０の寿命を延長させることも可能となる。
これによりユーザが意図した回転数Ｓおよび振動数Ｎに比較的近い条件でワークＷの加工を行うことができる。
ユーザが振動周波数ｆの値を設定する場合、可及的に高い周波数を選択することで主軸１１０の回転数Ｓの高い領域で加工が可能になり、加工時間を短縮することができる他、加工精度に対する機械振動の悪影響を小さくすることもできる。
なお図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が前記１８０度反転とは異なる位相でずれるように振動数Ｎを設定することによって、位相がずれながら連続的に加工が行われ、ワークＷの材質や切削工具１３０の種類や形状、材質等に応じて加工面の粗さを改善することができる。
このため必要に応じて回転数Ｓ、振動数Ｎ、振動周波数ｆの３つのうちの２つをユーザが設定することによって、ユーザが必要とする条件での加工を行うことが可能となる。
第２実施例は、多くの要素について第１実施例と共通するので、共通する事項については詳しい説明を省略し、異なる点について以下に説明する。
第２実施例の工作機械１００では、予め振動数Ｎを固定しておき（入力不要にしておき）、回転数Ｓのみをユーザが設定して、この回転数Ｓと振動数Ｎとに応じて振動周波数ｆを設定し、回転数Ｓ又は振動数Ｎを補正するようにしてもよい。
一方加工のサイクルタイムを縮めるためには、主軸１１０の回転をできるだけ高速に設定することが望ましい。
このためには、振動周波数ｆをできる限り高くする必要があるが、安定制御等の観点から必要以上に高く設定することは容易ではない。
このため振動数Ｎをできる限り小さくすることで、回転数Ｓを可能な限り大きくすることが可能となる。
この際、１振動当たりの主軸１１０の回転数で振動数Ｎを設定するように前記設定手段を構成することによって、容易に回転数Ｓを上昇させる設定を行うことができる。
１振動当たりの主軸１１０の回転数が１回以上に設定され、振動数Ｎが０より大きい１未満の数に設定されることによって、主軸１１０を高速回転させることが可能となる。
ただし、分断される切屑の長さは比較的長くなるため、振動数Ｎは、前記加工に悪影響が出ない程度に設定する必要がある。
特許５１３９５９１号公報、特許５１３９５９２号公報に記載された従来の工作機械は、ワークに対する切削工具の往復振動により、ワークに切り込んで削る際、比較的大きな切削工具に対する負荷や衝撃等が発生する場合があった。
この負荷や衝撃等に起因して、切削工具の寿命が短くなる場合があるという問題があった。
そこで、第２実施例の発明の目的は、ワークに切り込んで削るときの切削工具の負荷や衝撃等を抑制し、切削工具寿命の短縮等を防止することができる工作機械の制御装置及びこの制御装置を備えた工作機械を提供することである。
第２実施例では、図８および図９に示す往動時のグラフの傾きおよび復動時のグラフの傾きから理解できるように、速度制御手段としての制御部Ｃ１が、切削工具１３０の往復振動におけるワークＷに対する往動時の移動速度を復動時の移動速度と比較して遅くなるように制御している。
これにより、図８において点線で示す往動時の移動速度と復動時の移動速度とが同じである場合と比べて、往動時の移動速度が遅くなりワークＷに切り込んで削るときの切削工具１３０の負荷や衝撃が小さくなる。
なお、図８において点線で示すのは、参考として往動時の移動速度と復動時の移動速度とが同じ場合である。
第３実施例は、多くの要素について第１実施例及び第２実施例と共通するので、共通する事項については詳しい説明を省略し、異なる点について以下に説明する。
特許５１３９５９１号公報、特許５１３９５９２号公報に記載された従来の工作機械は、ワークの旋削加工の一連（一つの工程）の旋削動作を開始する際、切削工具の往復振動の振幅を予め定められた所定の振動振幅になるまで順次大きくするように構成されていた。
しかし、具体的にどのように増加させるのかについては開示されていないため、必要に応じて増加状態を変更することは容易ではないという問題があった。
そこで、第３実施例の発明の目的は、ワークの旋削加工の一連（一つの工程）の旋削動作を開始する際の切削工具の往復振動の振幅を所定振動振幅になるまで漸次大きくする制御プログラムを単純化する工作機械の制御装置及びこの制御装置を備えた工作機械を提供することである。
第３実施例では、前記往復振動の振幅は、前記振動数Ｎの条件で、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するように、所定振動振幅に予め設定される。
制御部Ｃ１は、ワークＷに対して所定の加工（一つの加工工程）を開始する際、切削工具１３０の前記往復振動の振幅が、前記所定振動振幅より小さな振幅から、順次拡大し、所定時間で前記所定振動振幅に至るように、切削工具１３０の往復振動を制御する振幅制御手段を備えている。
前記振幅制御手段により、所定振動振幅に至る前である始めの数回の往復振動は、切削工具１３０の前進量および後退量が所定の量より少なく設けられて振幅が小さくなり、切削開始時の衝撃を緩和することができる。
前記振幅制御手段は、切削開始から前記所定振動振幅に至るまでの時間を１とした時間変数（ｘ）を底とする所定の冪数（ｋ）の冪乗を、前記所定振動振幅を１とした振幅の縮尺比率（ｙ）とする数１の関数に基づき前記振幅を設定するように構成されている。
［数１］
ｙ＝ｘk
冪数ｋは正数であれば、時間変数ｘの値が増加することに伴って縮尺比率ｙの値も増加するのでどのような値でもよい。
時間変数ｘ及び縮尺比率ｙは、０〜１の値をとり、所定の時間変数時点の振幅は、所定振動振幅に縮尺比率ｙを乗じた値として設定される。
これにより、振動開始（加工開始）から所定振動振幅に至るまでの振幅を、１つのパラメータｋによって簡単に設定し、振幅制御手段による切削工具１３０の往復振動の制御を容易に行うことができる。
特に振幅制御手段を、振動開始（加工開始）から所定振動振幅に至るまでの切削工具１３０の往復振動の前記制御を制御部Ｃ１に行わせる制御プログラムから構成する場合、制御プログラムが１つのパラメータｋによる式：ｙ＝ｘkで済み、この制御プログラムを簡単に作成することができる。
ｋを１とする（ｋ＝１．０）と、図１０Ａに示されるように、ｙ＝ｘとなるため、前記振幅は直線に沿って増加し、所定振動振幅に至る。
図１０Ｂはｋ＝１．５の場合であり、図１０Ｃはｋ＝３．０の場合である。
この場合は時間変数ｘの増加に伴い、縮尺比率ｙの増加率が順次大きくなるような曲線に沿って前記振幅が増加する。
ちなみにｋ＝３．０の場合はｋ＝１．５の場合に比較して振幅の変化がさらに顕著になる。
このようにｙ＝ｘkの式を利用することで、図１０Ａ乃至図１０Ｃのｙ＝ｘk（ｋ＝１．０）のグラフの下側に示されるように、所定の時間変数時点の縮尺比率が、ｙ＝ｘkの線上に乗り、旋削動作を開始する際の切削工具１３０の往復運動の振幅を容易に制御することができる。
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
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 (13)

  1. 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、前記切削工具とワークとを所定の加工送り方向に送り動作させる送り手段と、前記切削工具とワークとを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の相対的な回転と、前記ワークに対する切削工具の往復振動を伴う送り動作とによって、前記工作機械にワークの加工を実行させる制御部を有している工作機械の制御装置において、
    前記ワークの加工を実行する際の前記相対的な回転の回転数と、前記相対的な回転の１回転当たりの前記往復振動の振動数と、前記制御装置による動作指令が可能な周期に起因する振動周波数とをパラメータとし、２つのパラメータの値を前記制御部に対して設定する設定手段と、
    前記２つのパラメータに設定された値に基づいて未設定の１つのパラメータの値を所定の値に定め、設定された２つのパラメータの値を、前記未設定の１つのパラメータに定められた値に基づいて、所定の値に補正する補正手段とを設けた工作機械の制御装置。
  2. 前記振動手段を、前記加工送り方向に沿って、前記切削工具とワークとを相対的に往復振動させる構成とした請求項１に記載の工作機械の制御装置。
  3. 前記振動手段を、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、前記切削工具とワークとを相対的に往復振動させる構成とした請求項１または請求項２に記載の工作機械の制御装置。
  4. 前記補正手段が、前記振動周波数に基づいた定数で、前記回転数と前記振動数とが反比例するように、未設定のパラメータを所定の値に定めるとともに、設定されたパラメータの値を補正するように構成された請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の工作機械の制御装置。
  5. 前記設定手段により設定されるパラメータを、前記回転数と前記振動数とし、
    前記補正手段が、振動周波数を、設定された前記回転数と前記振動数に応じて算出される値に基づいて定め、定められた振動周波数に基づき、設定された前記回転数又は前記振動数を所定の値に補正するように構成された請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の工作機械の制御装置。
  6. 前記補正手段が、前記振動数に対する許容値を設定するように構成され、前記設定された回転数と前記定められた振動周波数とから前記振動数を算出し、算出された前記振動数を前記許容値の範囲内の値に補正し、当該値に、設定された前記振動数を補正するように構成された請求項５に記載の工作機械の制御装置。
  7. 前記補正手段が、設定された前記回転数と定められた前記振動周波数とから前記振動数を算出し、算出された前記振動数の値に一番近い整数に０．５を加算した値に、設定された前記振動数を補正し、設定された前記回転数を、前記補正した振動数と定められた前記振動周波数とから算出した値に補正するように構成された請求項５または請求項６に記載の工作機械の制御装置。
  8. 前記ワークに対する前記切削工具の往復振動における往動時の移動速度を復動時の移動速度と比較して遅く設定する速度制御手段を設けた請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の工作機械の制御装置。
  9. 前記往復振動の振幅を、前記ワークの加工が可能となるような所定振動振幅に予め設定し、
    前記所定振動振幅より小さな振幅から、順次振幅を拡大して前記所定振動振幅に至るように、前記往復振動を制御する振幅制御手段を設け、
    前記振幅制御手段が、切削開始から前記所定振動振幅に至るまでの時間に基づく時間変数を底とする所定の冪数の冪乗を、前記所定振動振幅に基づく振幅の縮尺比率とする関数に基づき前記振幅を設定するように構成された請求項１乃至請求項８のいずれか１つに記載の工作機械の制御装置。
  10. 請求項１乃至請求項９のいずれか１つに記載の制御装置を備えた工作機械。
  11. 前記ワークを保持する主軸を軸線方向に移動させる主軸移動機構と、前記切削工具を保持する刃物台を主軸に対して移動させる刃物台移動機構とを備え、前記送り手段が、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、前記主軸移動機構と前記刃物台移動機構の協動によって、前記切削工具を前記ワークに対して加工送り動作させる請求項１０に記載の工作機械。
  12. 前記ワークを保持する主軸が工作機械側に固定的に設けられ、前記切削工具を保持する刃物台を複数方向に移動させる刃物台移動機構を備え、前記送り手段が、前記刃物台移動機構から構成され、加工送り方向に位置決めされる主軸に対して、前記刃物台を加工送り方向に移動させることによって、前記切削工具を前記ワークに対して加工送り動作させる請求項１０に記載の工作機械。
  13. 前記切削工具を保持する刃物台が工作機械側に固定的に設けられ、前記ワークを保持する主軸を複数方向に移動させる主軸移動機構を備え、前記送り手段が、前記主軸移動機構から構成され、加工送り方向に位置決めされる前記刃物台に対して、前記主軸を加工送り方向に移動させることによって、前記切削工具を前記ワークに対して加工送り動作させる請求項１０に記載の工作機械。
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