JP7096227B2 - 工作機械及びこの工作機械の制御装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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、各送り機構を反復的移動手段として、各々対応する移動方向に沿って第1速度での相対移動およびこの第1速度での相対移動と異なり第1速度より遅い第2速度での相対移動を繰り返して主軸110と切削工具130とを相対的に反復的移動の一例とし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。
本実施例の制御部C1は、1振動の往動時の主軸110の回転角度に対して復動時の主軸110の回転角度が小さくなるように、前記送り手段を制御する。
図4A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、0.5回(振動数N=0.5)を例に説明する。
本実施例では、制御部C1は、1振動の往動時の主軸110の回転角度に対して復動時の主軸110の回転角度が小さくなるように、切削工具130が、主軸110の1回転目から2回転目の途中まで540度の回転角度分往動し、前記2回転目で往動から復動へ切り替わり、主軸110の180度の回転角度分復動し、該2回転目の終了時点で、往動時の切削加工部分と、復動時の切削加工部分とが接して重複するように、制御を行う。
工作機械100は、切削工具130の切削送り方向に沿った往復振動によって切屑を分断しながら、ワークWの外形切削加工を円滑に行うことができる。
次に、主軸110の複数回転に対して切削工具130が1回振動するこの複数回転のうちの最後の1回転(この例では主軸2回転目)の180度の位置で往動から復動に切り替える場合に、切削工具130の往動時速度と復動時速度との方向が互いに逆向きで絶対値が同じ速度となるように、言い換えると、移動軌跡bの往動時と復動時の軌跡が二等辺三角形の左右の斜辺を形成するように加工送り方向における1往復振動の復動時の移動量である振幅量が計算されて設定される。
振幅量が計算されると、切削工具130の移動軌跡aと切削工具130の移動軌跡bとが決まる。
切削工具130は、主軸原点(0度)から往復振動を開始し、主軸110が主軸原点から1回転する期間に亘って往動した後、次の主軸原点から1回転する間に往動から復動に切り替わり、この1回転の終了時点、つまり主軸110が次に主軸原点に到達した時点で、復動時の切削加工部分が、往動時の切削加工部分に到達して接して1振動が完了し、主軸原点から次の往復振動を開始する。
その結果、切削工具130が、空振り動作の発生時点から必要以上に復動が継続する状態が抑制され、加工効率を向上させることができる。
復動時の切削加工部分は、前記基準角度位置で、往動時の切削加工部分に到達して接するため、換言すると主軸110の交差点CTでの回転角度位置が基準角度位置に定められる。
そこで、図4C、図4Dに示されるように、主軸110が基準角度位置に到達する前の予め定められた回転角度位置に交差点CTが位置するように、所定の重複タイミング調整角度を設定して切削工具130を往復振動させることもできる。
例えば、図4Cに示されるように、振幅量を変更する他、図4Dに示すように、1往復振動の振幅量を変えずに、往動から復動に切り替わるときの主軸位相を、主軸2回転目の範囲内で小さくする(図4Dにおいて左へずらす)ことで、所定の重複タイミング調整角度が設定される。
この場合基準角度位置は、交差点CTが位置する回転角度位置に基づき、交差点CTが位置する回転角度位置に前記重複タイミング調整角度を加えた主軸110の回転角度位置に定められる。
つまり復動時の主軸回転量を大きくするにしたがって、切削工具130の移動軌跡bの頂点が図4Dにおける左側へ移動して、復動時の切削加工部分と、往動時の切削加工部分とを重複させることができる。
このとき、切削工具130の移動軌跡bの終点の位置はそのままで、切削工具130の移動軌跡aの傾きが大きくなり、切削工具130の移動軌跡bの頂点より右側(復動軌跡)の傾きが小さくなるため、移動軌跡bの前記頂点と終点との間に交差点CTが位置することとなる。
なお上記切削工具130をワークWに対して、前記加工送り方向に沿って相対的に往復振動しながら加工送り方向に送る振動切削加工の開始を、加工プログラムにおいてG△△△ P2の命令で指令するように制御部C1を構成する場合、G△△△ P2の命令に続くEの値(引数E)で、制御部C1に対して設定される振動数の値を1往復振動時の主軸110の回転数によって設定することができ、さらにRの値(引数R)で制御部C1に対して設定される復動時の主軸回転量の値を各々指定させることができる。
また、往動時のワークWの回転量を多く、復動時を少なくすることにより、切削工具130にかかる切削負荷を抑制することができる。
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。
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。
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。
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、振動数N<1.0とする場合に、制御装置Cによる往復振動の制御によって切削効率を低下させることなく主軸110を高速回転させることが可能となる。
さらに、前記復動による切削加工部分と、前記往動による切削加工部分とが交差する主軸110の回転角度位置に基づき基準角度位置を設定し、前記反復的移動手段を、前記基準角度位置から所定回数の主軸110の回転に亘る往動後、前記基準角度位置から1回転で、往動から復動に切り替えるとともに、前記復動による切削加工部分を、前記往動による切削加工部分に到達させて1振動を完了させる構成としたことにより、切削中の無駄を最小として加工効率をより向上させることができる。
図4Aに示す往復振動と比べて、送り量を多くして切削効率を高めることができる。
図5Bに示すように、2回転目が終了したとき、主軸1回転目の移動軌跡aと2回転目の移動軌跡bとが交差しないが、移動軌跡aと移動軌跡bとの距離が短くなる。
この箇所においては、ワークWから生じる切屑の幅が狭くなるため、この箇所で切粉が折れるように分断されやすくなる。
これにより、図5Aに示す反復的移動と比べて、送り量を多くして切削効率を高めることができる。
図5Dに示すように、2回転目が終了したとき、図5Bと同様、主軸1回転目の移動軌跡aと2回転目の移動軌跡bとが交差しないが、移動軌跡aと移動軌跡bとの距離が短くなる。
この箇所においては、ワークWから生じる切屑の幅が狭くなるため、この箇所で切粉が折れるように分断されやすくなる。
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
W ・・・ ワーク
Claims (3)
- 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、互いに異なる第1速度と第2速度での相対移動を繰り返して前記切削工具とワークとを相対的に反復的移動させる反復的移動手段とを備え、
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前記切削工具の前記反復的移動を伴う送り動作とによって、前記ワークの加工を実行する工作機械であって、
前記加工送り方向を前記回転の軸の延在方向と平行にするとともに、前記反復的移動の方向を前記回転の軸の延在方向と平行にするように構成され、
前記反復的移動手段を、前記切削工具とワークとの相対的な複数回転に対して前記切削工具が1回反復的移動し、1反復的移動の前記第1速度での相対移動時の前記相対的な回転の回転角度に対して前記第2速度での相対移動時の前記相対的な回転の回転角度が小さくなるように反復的移動させ、
前記1反復的移動において、前記第1速度での相対移動による切削加工部分に、前記第2速度での相対移動による切削加工部分を重複または近接させ、
前記1反復的移動における前記切削工具による、前記回転手段によって回転する前記ワークの軸線方向に直交する径方向への切り込み量が、前記送り手段による前記加工送り方向に沿った送り動作に伴う前記径方向への切り込みによって形成される量であり、
前記送り手段を前記反復的移動手段として制御して、前記ワークに対して前記切削工具を、前記第1速度と前記第2速度での相対移動を繰り返して反復的移動させながら前記加工送り方向に送り動作させる際に、前記切り込み量が一定に設定され、
前記各速度での相対移動による各切削加工部分が互いに重複または近接する前記相対的な回転の回転角度位置に基づき基準角度位置を設定し、
前記反復的移動手段を、所定回数の前記相対的な回転に亘る第1速度での相対移動後、前記基準角度位置までの1回転内で、前記第1速度での相対移動から前記第2速度での相対移動に切り替えるとともに、前記第2速度での相対移動による切削加工部分を、前記第1速度での相対移動による切削加工部分に到達または近接させて1反復的移動を完了させる構成とした工作機械。 - 前記第1速度が、前記第2速度に対して大きく設定された請求項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、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、互いに異なる第1速度と第2速度での相対移動を繰り返して前記切削工具とワークとを相対的に反復的移動させる反復的移動手段とを備え、
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前記切削工具の前記反復的移動を伴う送り動作とによって、前記ワークの加工を実行する工作機械の制御装置であって、
前記加工送り方向を前記回転の軸の延在方向と平行にするとともに、前記反復的移動の方向を前記回転の軸の延在方向と平行にするように構成され、
前記反復的移動手段を、前記切削工具とワークとの相対的な複数回転に対して前記切削工具が1回反復的移動し、1反復的移動の前記第1速度での相対移動時の前記相対的な回転の回転角度に対して前記第2速度での相対移動時の前記相対的な回転の回転角度が小さくなるように反復的移動させ、
前記1反復的移動において、前記第1速度での相対移動による切削加工部分に、前記第2速度での相対移動による切削加工部分を重複または近接させ、
前記1反復的移動における前記切削工具による、前記回転手段によって回転する前記ワークの軸線方向に直交する径方向への切り込み量が、前記送り手段による前記加工送り方向に沿った送り動作に伴う前記径方向への切り込みによって形成される量であり、
前記送り手段を前記反復的移動手段として制御して、前記ワークに対して前記切削工具を、前記第1速度と前記第2速度での相対移動を繰り返して反復的移動させながら前記加工送り方向に送り動作させる際に、前記切り込み量が一定に設定され、
前記各速度での相対移動による各切削加工部分が互いに重複または近接する前記相対的な回転の回転角度位置に基づき基準角度位置を設定し、
前記反復的移動手段を、所定回数の前記相対的な回転に亘る第1速度での相対移動後、前記基準角度位置までの1回転内で、前記第1速度での相対移動から前記第2速度での相対移動に切り替えるとともに、前記第2速度での相対移動による切削加工部分を、前記第1速度での相対移動による切削加工部分に到達または近接させて1反復的移動を完了させる構成とした工作機械の制御装置。
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