KR20190134697A - 공작 기계의 제어 장치 및 공작 기계 - Google Patents

공작 기계의 제어 장치 및 공작 기계 Download PDF

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cutting tool
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아야코 기타카제
마사히로 무라마쓰
겐지 노구치
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시티즌 도케이 가부시키가이샤
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Abstract

회전마다의 진동 횟수의 설정이 용이하게 되는 공작 기계의 제어 장치 및 공작 기계를 제공한다.
워크와 절삭 공구와의 상대적인 회전과, 워크와 절삭 공구와의 상대적인 가공 이송 방향으로의 왕복 이동을 제어해서 워크를 진동 절삭 가공하는 공작 기계의 제어 장치(180)이다. 워크(W)를 장착하는 주축대(110)와, 주축대에 대해 가공 이송 방향을 따라 왕복 이동가능하게 마련되고, 워크를 절삭하기 위한 제1 절삭 공구(130)를 장착하는 제1 공구대(130A)와, 제1 공구대와는 독립해서 주축대에 대해 가공 이송 방향을 따라 왕복 이동가능하게 마련되고, 워크를 절삭하기 위한 제2 절삭 공구(230)를 장착하는 제2 공구대(230A), 를 제어하는 제어부(181)를 가진다.

Description

공작 기계의 제어 장치 및 공작 기계
본 발명은, 공작 기계의 제어 장치 및 공작 기계에 관한 것이다.
공구로 워크를 선삭하는 경우, 이른바 흐름형의 연속적인 칩(切屑)이 생성되어 주위로 배출된다. 이 연속적인 칩이 워크나 공구에 휘감기면, 워크나 공구의 손상을 초래한다. 그 때문에, 예를 들면 특허 문헌 1에는, 워크를 공구에 대해 왕복 이동시켜, 칩을 분단한 절분(切粉) 상태로 배출가능한 진동 절삭 가공의 기술이 개시되어 있다.
일본 특허 제3451800호
그렇지만, 상기 특허 문헌 1에는, 1개의 공구대(바이트 홀더)에 2개의 공구(팁)를 설치한 것이다. 이 때문에, 칩을 분단하기 위해서 설정되는, 예를 들면 워크가 1회전하는 동안에 공구가 왕복 이동하는 횟수(회전마다의 진동 횟수라고도 한다)는, 공구를 2개 설치해도 1개의 동일한 값으로밖에 설정할 수 없다. 이것으로는, 회전마다의 진동 횟수를 용이하게 설정할 수 없다.
본 발명은, 상술한 바와 같은 실정을 감안해서 이루어진 것으로, 회전마다의 진동 횟수의 설정이 용이하게 되는 공작 기계의 제어 장치 및 공작 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 첫째로, 워크와 절삭 공구와의 상대적인 회전과, 상기 워크와 상기 절삭 공구와의 상대적인 가공 이송 방향으로의 왕복 이동을 제어해서 상기 워크를 진동 절삭 가공하는 공작 기계의 제어 장치로서, 상기 워크를 장착하는 주축대와, 그 주축대에 대해 상기 가공 이송 방향을 따라 왕복 이동가능하게 마련되고, 그 워크를 절삭하기 위한 제1 절삭 공구를 장착하는 제1 공구대와, 그 제1 공구대와는 독립해서 상기 주축대에 대해 상기 가공 이송 방향을 따라 왕복 이동가능하게 마련되고, 그 워크를 절삭하기 위한 제2 절삭 공구를 장착하는 제2 공구대, 를 제어하는 제어부를 가지는 것을 특징으로 한다.
둘째로, 복수의 절삭 공구와 워크와의 상대적인 이동을 각각 독립해서 제어하는 제어부를 구비하고, 그 제어부에 의한 상기 이동 제어에 의해서, 상기 절삭 공구에 의한 진동을 수반하는 상기 워크의 절삭 가공을 행하는 공작 기계의 제어 장치로서, 상기 제어부가, 상기 워크와 소정의 상기 절삭 공구의 절삭 가공시에, 소정의 상기 절삭 공구의 칼날끝(刃先, cutting edge) 경로와 교차하도록, 소정의 상기 절삭 공구의 상기 이동과는 독립적으로 다른 상기 절삭 공구의 상기 이동을 제어해서 상기 워크의 절삭 가공을 행하는 것을 특징으로 한다.
셋째로, 상기 제어부가, 상기 각 절삭 공구의 설치 위치에 기초하여, 상기 절삭 공구 각각에 대해, 상기 워크 1회전당의 진동 횟수, 또는 상기 진동의 진폭 혹은 위상을 제어하는 것을 특징으로 한다.
넷째로, 상기 각 절삭 공구가, 상기 워크에 대해 대향한 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
다섯째로, 상기 어느 하나의 공작 기계의 제어 장치를 구비한 공작 기계인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 이하의 효과를 얻을 수가 있다.
[1] 제1 공구대와 제2 공구대가, 서로 독립해서 워크의 가공 이송 방향을 따라 왕복 이동가능하게 마련되어 있다. 따라서, 워크가 1회전하는 동안에 제1 절삭 공구가 왕복 이동하는 횟수와, 워크가 1회전하는 동안에 제2 절삭 공구가 왕복 이동하는 횟수를 다른 값으로 설정할 수 있고, 칩을 분단하는 진동 절삭 가공하는 경우에, 1개의 진동 횟수에 한정되지 않고 끝난다. 또, 하나의 절삭 공구로 진동 절삭 가공을 행한 경우에는 칩을 분단할 수 없었던 정수(整數) 부근의 진동 횟수로 설정해도 칩을 분단할 수가 있고, 진동 주파수가 최소 IT(기준 주기)에 의해서 제한되고 있는 경우라도, 칩을 분단할 수 없는 진동 횟수 영역을 신경쓰지 않고 주축 회전수를 선택하는 것이 가능해진다. 따라서, 진동 절삭 가공을 실행하기 위한 조건 설정이 용이하게 되어, 작업을 신속하게 개시할 수가 있다.
또, 절삭 가공시에 발생하는 부하도 2개의 절삭 공구로 분담하므로, 공구 수명이 향상됨과 동시에, 가공력이나 가공 반력에 의한 공구나 워크의 변동량도, 1개의 절삭 공구를 마련한 경우에 비해 줄어들기 때문에, 워크의 가공 정밀도의 향상도 도모할 수가 있다.
[2] 복수의 절삭 공구의 어느 하나와 워크가, 서로 독립해서 왕복 이동가능하게 마련되어 있다. 이것에 의해, 진동 절삭 가공하는 경우에, 1개의 진동 횟수로 한정되지 않고 끝난다. 또, 칩을 분단할 수 없는 진동 횟수 영역을 신경쓰지 않고 주축 회전수를 선택하는 것이 가능해진다. 따라서, 진동 절삭 가공을 실행하기 위한 조건 설정이 용이하게 되어, 작업을 신속하게 개시할 수가 있다.
또, 절삭 가공시에 발생하는 부하도 2개의 절삭 공구로 분담하므로, 공구 수명이 향상됨과 동시에, 가공력이나 가공 반력에 의한 공구나 워크의 변동량도, 1개의 절삭 공구를 마련한 경우에 비해 줄어들기 때문에, 워크의 가공 정밀도의 향상도 도모할 수가 있다.
[3] 제어부가, 각 절삭 공구 각각에 대해, 워크 1회전당의 진동 횟수, 또는 진동의 진폭 혹은 위상을 제어하는 것에 의해, 진동 절삭 가공을 실행하기 위한 조건 설정이 용이하게 된다.
[4] 각 절삭 공구를 대향 위치에 배치하면, 가령 한쪽 공구에 의한 가공력으로 워크가 밀려나왔다고 해도, 또다른 한쪽 공구에 의한 반대 방향의 가공력으로 워크를 밀어내게 되기 때문에, 워크의 변동을 억제하는 것이 가능해진다.
[5] 진동 절삭 가공을 실행하기 위한 조건 설정이 용이한 공작 기계를 제공할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 공작 기계의 개략을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 절삭 공구와 워크의 관계를 도시하는 개략도이다.
도 3은 절삭 공구의 왕복 이동 및 위치를 설명하는 도면이다.
도 4는 1개의 절삭 공구를 이용한 경우에 있어서의 주축의 n회전째, n+1회전째, n+2 회전째의 각 회전시의 칼날끝 경로의 관계를 도시하는 도면이다.
도 5는 제어 장치의 구성도이다.
도 6a는 제1 절삭 공구의 칼날끝 경로를 도시하는 도면, 도 6b는 제2 절삭 공구의 칼날끝 경로를 도시하는 도면이다.
도 7a는 제1 및 제2 절삭 공구의 칼날끝 경로를 도시하는 도면, 도 7b는, 도 7a의 180° 대향한 위치의 제1 및 제2 절삭 공구의 칼날끝 경로를 도시하는 도면이다.
도 8a는 제1 절삭 공구의 칼날끝 경로를 도시하는 도면, 도 8b는 제2 절삭 공구의 칼날끝 경로를 도시하는 도면이다.
도 9는 제1 및 제2 절삭 공구의 칼날끝 경로를 도시하는 도면이다.
도 10a는 1개의 절삭 공구로 진동 절삭한 경우의 칼날끝 경로를 도시하는 도면, 도 10b는 실시예 1에 의한 제1 및 제2 절삭 공구의 칼날끝 경로를 도시하는 도면이다.
도 11a는 1개의 절삭 공구로 진동 절삭한 경우의 칼날끝 경로를 도시하는 도면, 도 11b는 실시예 1에 의한 제1 및 제2 절삭 공구의 칼날끝 경로를 도시하는 도면이다.
도 12a는 1개의 절삭 공구로 진동 절삭한 경우의 칼날끝 경로를 도시하는 도면, 도 12b는 실시예 1에 의한 제1 및 제2 절삭 공구의 칼날끝 경로를 도시하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 공작 기계의 제어 장치 및 공작 기계에 대해서 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 공작 기계(100)는, 주축(110)과, 워크(W)를 진동 절삭 가공(이하, 가공이라고 칭한다)하는 바이트 등의 절삭 공구(130, 230)와, 제어 장치(180)를 구비하고 있다.
주축(110)의 선단에는 척(120)이 마련되어 있고, 워크(W)는 척(120)을 거쳐 주축(110)에 유지되어 있다. 주축(110)은, 주축대(110A)에 회전자유롭게 지지되고, 예를 들면 주축대(110A)와 주축(110) 사이에 마련된 주축 모터(예를 들면 빌트인 모터)의 동력에 의해서 회전한다.
절삭 공구(130)는 제1 공구대(130A)에 장착되고, 팁(131)(도 2 참조)이 절삭 공구(130)의 선단에 부착되어 있다. 한편, 절삭 공구(130)가 본 발명의 제1 절삭 공구에 상당한다.
공작 기계(100)의 베드에는, Z축 방향 이송 기구(160), X축 방향 이송 기구(150)가 마련되어 있다.
Z축 방향 이송 기구(160)는, 베드와 일체의 베이스(161)와, Z축 방향 이송 테이블을 슬라이드자유롭게 지지하는 Z축 방향 가이드 레일을 구비하고 있다. Z축 방향 이송 테이블이, 리니어 서보모터(어느것이나 도시 생략)의 구동에 의해서 도시한 Z축 방향(워크(W)의 회전 축선 방향과 일치한다)을 따라 이동하면, 제1 공구대(130A)가 Z축 방향으로 이동한다.
X축 방향 이송 기구(150)는, 예를 들면 Z축 방향 이송 기구(160)를 거쳐 공작 기계(100)의 베드에 탑재되어 있고, X축 방향 이송 테이블을 슬라이드자유롭게 지지하는 X축 방향 가이드 레일을 구비하고 있다. X축 방향 이송 테이블이, 리니어 서보모터(어느것이나 도시 생략)의 구동에 의해서 도시한 Z축 방향에 대해 직교하는 X축 방향을 따라 이동하면, 제1 공구대(130A)가 X축 방향으로 이동한다.
또, 도 1이나 도 2b에 도시하는 바와 같이, 절삭 공구(130)와 절삭 공구(230)가, 워크에 대해 180° 대향한 위치에 배치되어 있다. 자세하게는, 절삭 공구(230)는 제2 공구대(230A)에 장착되고, 팁(231)이 절삭 공구(230)의 선단에 부착되어 있고, 팁(231)과 팁(131)이 대향해서 배치되어 있다. 한편, 절삭 공구(230)가 본 발명의 제2 절삭 공구에 상당한다.
공작 기계(100)의 베드에는, Z축 방향 이송 기구(260), X축 방향 이송 기구(250)도 마련되어 있다.
Z축 방향 이송 기구(260)는, Z축 방향 이송 기구(160)와 마찬가지로 구성되고, 베드와 일체의 베이스(261)와, Z축 방향 이송 테이블을 슬라이드자유롭게 지지하는 Z축 방향 가이드 레일을 구비하고 있다. Z축 방향 이송 테이블이, 리니어 서보모터(어느것이나 도시 생략)의 구동에 의해서 도시한 Z축 방향을 따라 이동하면, 제2 공구대(230A)가 Z축 방향으로 이동한다.
X축 방향 이송 기구(250)는, X축 방향 이송 기구(150)와 마찬가지로 구성되고, 예를 들면 Z축 방향 이송 기구(260)를 거쳐 공작 기계(100)의 베드에 탑재되어 있고, X축 방향 이송 테이블을 슬라이드자유롭게 지지하는 X축 방향 가이드 레일을 구비하고 있다. X축 방향 이송 테이블이, 리니어 서보모터(어느것이나 도시 생략)의 구동에 의해서 도시한 X축 방향을 따라 이동하면, 제2 공구대(230A)가 X축 방향으로 이동한다.
또한, Y축 방향 이송 기구를 공작 기계(100)에 마련해도 좋다. Y축 방향은 도시한 Z축 방향 및 X축 방향과 직교하는 방향이다. Y축 방향 이송 기구도 리니어 서보모터에 의해서 구동가능한 Y축 방향 이송 테이블을 가진다. Y축 방향 이송 기구를 예를 들면 Z축 방향 이송 기구(160), X축 방향 이송 기구(150)를 거쳐 공작 기계(100)의 베드에 탑재하고, Y축 방향 이송 테이블에 예를 들면 제1 공구대(130A)를 탑재하면, 절삭 공구(130)를 Z축, X축 방향에 더하여 Y축 방향으로도 이동시킬 수가 있다. Z축 방향 이송 기구(160), X축 방향 이송 기구(150)를 Y축 방향 이송 기구를 거쳐 공작 기계(100)의 베드에 탑재해도 좋다.
Z축 방향 이송 기구(160) 등에 리니어 서보모터를 이용한 예를 들어 설명했지만, 공지의 볼 나사와 서보모터를 이용해도 좋다.
주축(110)의 회전, 및, Z축 방향 이송 기구(160, 260), X축 방향 이송 기구(150, 250)나 Y축 방향 이송 기구(이하, Z축 방향 이송 기구(160) 등이라 칭한다)의 이동은, 제어 장치(180)로 제어된다. 제어 장치(180)는, 주축 모터를 구동해서 워크(W)를 절삭 공구(130, 230)에 대해 도 2a의 화살표 방향으로 회전시키고, Z축 방향 이송 기구(160, 260)를 각각 구동해서 절삭 공구(130, 230)를 워크(W)에 대해 도 2a의 Z축 방향으로 왕복 이동시킨다.
도 2a에서는, 예를 들면, 워크(W)가 절삭 공구(130, 230)에 대해 회전하고, 절삭 공구(130, 230)가 워크(W)에 대해 Z축 방향으로 왕복 이동하는 예를 나타내고 있다.
1개의 절삭 공구(130)만을 상정한 경우, 제어 장치(180)는, 절삭 공구(130)를 소정의 전진량으로 이동(전진이동(往動)시킨 후, 절삭 공구(130)를 소정의 후퇴량으로 이동(후퇴이동(復動)시킨다. 이것에 의해, 도 3에 도시하는 바와 같이, 절삭 공구(130)를 워크(W)에 대해 전진량과 후퇴량과의 차(진행량)만큼 이송할 수가 있다.
여기서, 절삭 공구(130, 230) 중에서, 절삭 공구(130)만을 이용하여, 진동 절삭 가공을 실현하는 방법에 대해서 설명한다. 워크(W)는, 주축 모터에 의해, 소정의 방향으로 회전된다. 한편, 절삭 공구(130)는, Z축 방향 이송 기구(160)에 의해 주축대(110A)에 대해 Z축 방향으로의 전진이동과 후퇴이동을 반복하고 있으며, 워크(W)의 1회전분, 즉, 주축 위상 0°에서 360°까지 변화하는 동안의 상기 진행량의 합계가 이송량으로 된다. 이 때, 절삭 공구(130)가 가공을 개시하는 점을 주축 위상 0°로 하고, 워크(W)의 회전 방향을 주축 위상이 진행하는 방향을 주축 위상 방향으로 한다.
이것에 의해, 워크(W)의 둘레면(周面)은, 절삭 공구(130)에 의해서 정현(正弦) 곡선모양으로 가공된다. 도 4는, 워크(W)가 1회전하는 동안에 절삭 공구(130)가 왕복 이동하는 횟수(회전마다의 진동 횟수 D1이라고도 한다)가 3.5(회/r)인 예를 나타낸다.
절삭 공구(130)로 가공된, 주축(110)의 n(n은 1 이상의 정수)회전째에 있어서의 워크(W)의 둘레면 형상(도 4에 실선으로 나타낸다)과, 주축(110)의 n+1회전째에 있어서의 워크(W)의 둘레면 형상(도 4에 파선으로 나타낸다)은, 진동의 위상이 반전되어 있고, 주축 위상 방향(도 4의 그래프의 가로축 방향)으로 어긋나 있다. 각 정현 곡선모양의 파형이 거꾸로 되어 있으므로, 동일한 주축 위상에 있어서, 도 4에 파선으로 나타낸 워크(W)의 둘레면 형상의 계곡(谷)의 최저점(절삭 공구(130)에 있어서의 산(山)의 최고점)의 위치가, 도 4에 실선으로 나타낸 워크(W)의 둘레면 형상의 산의 최고점(절삭 공구(130)에 있어서의 계곡의 최저점)의 위치와 대향하고 있다.
이 결과, 1개의 절삭 공구(130)의 칼날끝 궤적은, 이번 전진이동 및 후퇴이동(往復動)시의 가공 부분과 다음번 후퇴이동 및 전진이동(復往動)시의 가공 부분이 중복되고, 예를 들면 주축(110)의 n+1회전째에 있어서의 워크(W)의 둘레면 형상에, 주축(110)의 n회전째에 있어서의 워크(W)의 둘레면 형상이 포함되므로, 절삭 공구(130)에는 워크(W)를 가공하지 않는 헛돌기(空振, air-cut) 동작이 발생한다. 이 헛돌기 동작시에, 워크(W)로부터 발생한 칩은 분단되어 절분으로 된다. 이와 같이, 하나의 절삭 공구로 칩이 분단되도록 진동 절삭 가공을 행하기 위해서는, 진동 횟수 D1을 정수가 아니라, 3.5(회/r)와 같이 예를 들면 0.5만큼 어긋나게 설정하지 않으면 안된다.
그런데, 본 실시예에서는, 제2 공구대(230A)가, 제1 공구대(130A)와는 독립해서, 워크(W)에 대해 Z축 방향으로 왕복 이동가능하다. 이 때문에, 제어 장치(180)는, 절삭 공구(230)에 대해서도, 소정의 전진량으로 이동(전진이동)시킨 후, 소정의 후퇴량으로 이동(후퇴이동)시킬 수가 있다.
이것에 의해, 워크(W)가 1회전하는 동안에 절삭 공구(130)가 왕복 이동하는 횟수(회전마다의 진동 횟수 D1)와, 워크(W)가 1회전하는 동안에 절삭 공구(230)가 왕복 이동하는 횟수(회전마다의 진동 횟수 D2)를 다른 값으로 설정할 수 있다. 따라서, 워크(W)를 가공하는 경우에, 1개의 진동 횟수에 한정되지 않고 끝나며, 또, 후술하는 바와 같이, 진동 횟수를 정수로 설정해도 절분이 발생하여, 가공을 실행하기 위한 조건 설정이 용이하게 된다.
또, 가공시에 발생하는 부하도 2개의 절삭 공구(130, 230)로 분담하므로, 공구 수명이 향상됨과 동시에, 워크(W)로부터의 반력을 받은 절삭 공구(130, 230)의 밀어 되돌려보내는(押戾, pushing back) 양도 줄어들기 때문에, 워크(W)의 가공 정밀도의 향상도 도모할 수가 있다.
또한, 절삭 공구(130, 230)를 180° 대향 위치에 배치하면, 가령 한쪽 절삭 공구에 의한 가공력으로 워크(W)가 밀려 나왔다고 해도, 또다른 한쪽 절삭 공구에 의한 반대 방향의 가공력으로 워크(W)를 밀어내게 되기 때문에, 워크(W)의 변동을 억제하는 것이 가능해진다.
도 5에 도시되는 바와 같이, 제어 장치(180)는, 제어부(181), 입력부(182), 기억부(183)를 가지고, 이들은 버스를 거쳐 접속된다.
제어부(181)는, CPU 등으로 이루어지고, 각 모터의 작동을 제어하는 모터 제어부(190)와, Z축 방향 이송 기구(160, 260)의 왕복 이동을 설정하는 진동 조정부(191)를 구비한다.
제어부(181)는, 기억부(183)의 예를 들면 ROM에 저장(格納, store)되어 있는 각종 프로그램이나 데이터를 RAM에 로드하고, 각종 프로그램을 실행하는 것에 의해, 모터 제어부(190), 진동 조정부(191)를 거쳐, 공작 기계(100)의 동작을 제어할 수가 있다.
절삭 공구(130, 230)의 왕복 이동은, 소정의 지령 주기 T에 기초하는 진동 주파수 f에서 실행된다.
제어부(181)가, 예를 들면 1초 동안에 250회의 동작 지령을 보내는 것이 가능했던 경우, 동작 지령은 1÷250=4(㎳) 주기(기준 주기 IT라고도 한다)로 출력가능하다. 일반적으로는, 지령 주기 T는 이 기준 주기 IT의 정수배이다.
지령 주기 T가 예를 들면 기준 주기 4(㎳)의 4배인 16(㎳)인 경우, 모터 제어부(190)는, 절삭 공구(130, 230)가 16(㎳)마다 왕복 이동을 실행하도록, Z축 방향 이송 기구(160, 260)에 구동 신호를 출력한다. 이 경우, 절삭 공구(130, 230)는 진동 주파수 f=1/T=1÷(0.004×4)=62.5(㎐)로 왕복 이동을 행할 수 있다. 절삭 공구(130, 230)를 왕복 이동시키기 위한 진동 주파수는, 사용가능한 한정된 값(지령 주파수 fc라고도 한다) 중에서 선택된다.
제어부(181)에서는, 예를 들면 입력부(182)의 입력값 혹은 가공 프로그램에 기초하여 소정의 진동 파형을 얻을 수가 있다.
진동 조정부(191)가 제1 공구대용 데이터(192)로부터, 예를 들면, 진동 횟수 D1을 1(회/r)로 설정한다. 또한, 이송량에 대한 진동 진폭의 비인 진폭 이송 비율 Q는 1.5로 한다. 절삭 공구(130)는, 도 6a에 도시하는 바와 같이, 주축(110)(워크(W))의 n회전째의 가공 영역(도 6a에 실선으로 나타낸다), n+1회전째의 가공 영역(도 6a에 파선으로 나타낸다)이 얻어진다. 이 경우, 진동 횟수 D1이 정수이며, 절삭 공구(130)의 n회전째의 가공 영역과 n+1회전째의 가공 영역은 교차하지 않으므로, 절삭 공구(130)만으로는 칩을 분단할 수 없다.
또, 진동 조정부(191)가 제2 공구대용 데이터(193)로부터, 예를 들면, 절삭 공구(130)와 동일한 값, 다시 말해, 진동 횟수 D2를 1(회/r), 진폭 이송 비율 Q를 1.5로 설정한다. 절삭 공구(230)는, 절삭 공구(130)의 개시 위치로부터 180° 대향한 위치에서 개시하고, 진동 횟수 D2로 구동한다. 이 때문에, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 주축(110)의 n회전째의 가공 영역(도 6b에 실선으로 나타낸다), n+1회전째의 가공 영역(도 6b에 파선으로 나타낸다)이 얻어진다. 이 경우도, 절삭 공구(230)의 n회전째의 가공 영역과 n+1회전째의 가공 영역도 교차하지 않으므로, 절삭 공구(230)만으로도 칩을 분단할 수 없다.
그렇지만, 절삭 공구(130)와 절삭 공구(230)는, 진동의 위상이 반전된 상태에서 워크(W)를 번갈아 가공하고 있기 때문에, 워크(W)로의 칼날끝 경로는, 도 6a, 도 6b를 합친 도 7a에 도시하는 바와 같이, 절삭 공구(230)에 의한 조금 가는 실선, 절삭 공구(130)에 의한 조금 굵은 실선, 절삭 공구(230)에 의한 조금 가는 파선, 절삭 공구(130)에 의한 조금 굵은 파선의 순으로 형성된다.
이와 같이, 절삭 공구(130)의 칼날끝 경로(예를 들면 조금 굵은 파선)는, 전주 가공(前周加工, previous machining)을 실행한 절삭 공구(230)의 칼날끝 경로(예를 들면 조금 가는 파선)와 교차해서 헛돌기 동작이 발생하고, 절삭 공구(230)의 칼날끝 경로(예를 들면 조금 가는 파선)는, 전주 가공을 실행한 절삭 공구(130)의 칼날끝 경로(예를 들면 조금 굵은 실선)와 교차해서 헛돌기 동작이 발생하므로, 진동 횟수 D1, D2가 정수이더라도 칩을 분단할 수 있어, 절분이 발생하는 것을 알 수 있다(도 7a에는 1개의 절분의 1예로서 가공량(200)으로 나타낸다).
한편, 도 7a에서는 절분 형상의 이해를 돕기 위해서, 절삭 공구(130, 230) 모두 가공 도중에서의 칼날끝 경로의 예를 나타냈다. 그러나, 도 2에서 설명한 바와 같이, 절삭 공구(230)가 절삭 공구(130)로부터 180° 대향한 위치에서 가공을 개시한 경우에는, 도 7b에 도시하는 바와 같이, 절삭 공구(230)는, 주축(110)의 n회전째의 가공 영역으로서 주축 위상 180°∼360°에 조금 가는 실선으로 나타내어지고, n+1회전째의 가공 영역으로서 주축 위상 0°∼360°에 조금 가는 파선으로 나타내어지고, n+2 회전째의 가공 영역으로서 주축 위상 0°∼180°에 조금 가는 일점 쇄선으로 나타내어진다. 이 때문에, 도 7a에서 설명한 가공량(200)은, 주축 위상 180°에 걸쳐 있는 위치가 아니라, 0°(360°)에 걸쳐 있는 위치에서 발생하게 된다.
다음에, 진동 조정부(191)가, 정수에 매우 가까운 진동 횟수, 예를 들면, 진동 횟수 D1, D2를 어느것이나 1.1(회/r)로 설정하는 경우를 상정한다. 또한, 진폭 이송 비율 Q는 1.5로 한다. 도 6과 마찬가지로, 절삭 공구(130, 230) 모두 가공 도중에서의 칼날끝 경로의 예로 나타내면, 절삭 공구(130)는, 도 8a에 도시하는 바와 같이, 주축(110)의 n회전째의 가공 영역(도 8a에 실선으로 나타낸다), n+1회전째의 가공 영역(도 8a에 파선으로 나타낸다)이 얻어진다. 이 경우, 진동 횟수 D1이 정수에 매우 가까운 값이므로, 절삭 공구(130)의 n회전째의 가공 영역과 n+1회전째의 가공 영역은 교차하지 않고, 절삭 공구(130)만으로는 칩을 분단할 수 없다.
절삭 공구(230)는, 도 8b에 도시하는 바와 같이, 주축(110)의 n회전째의 가공 영역(도 8b에 실선으로 나타낸다), n+1회전째의 가공 영역(도 8b에 파선으로 나타낸다)이 얻어진다. 이 경우도, 절삭 공구(230)의 n회전째의 가공 영역과 n+1회전째의 가공 영역도 교차하지 않고, 절삭 공구(230)만으로도 칩을 분단할 수 없다.
그렇지만, 절삭 공구(130)와 절삭 공구(230)에 의한 워크(W)로의 칼날끝 경로는, 도 8a, 도 8b를 합친 도 9에 도시하는 바와 같이, 절삭 공구(230)에 의한 조금 가는 실선, 절삭 공구(130)에 의한 조금 굵은 실선, 절삭 공구(230)에 의한 조금 가는 파선, 절삭 공구(130)에 의한 조금 굵은 파선의 순으로 형성되어 교차한다.
다시 말해, 이 경우에도, 절삭 공구(130)의 칼날끝 경로(예를 들면 조금 굵은 파선)는 전주 가공을 실행한 절삭 공구(230)의 칼날끝 경로(예를 들면 조금 가는 파선)와 교차해서 헛돌기 동작이 발생하고, 절삭 공구(230)의 칼날끝 경로(예를 들면 조금 가는 파선)는 전주 가공을 실행한 절삭 공구(130)의 칼날끝 경로(예를 들면 조금 굵은 실선)와 교차해서 헛돌기 동작이 발생하므로, 진동 횟수 D1, D2가 정수에 매우 가까운 값이더라도 칩을 분단할 수 있는 것을 알 수 있다(도 9에 가공량(300)으로 나타낸다).
도 10a는 1개의 절삭 공구로 가공한 경우의 칼날끝 경로이며, 진동 횟수 D가 1.5(회/r), 진폭 이송 비율 Q가 1.5인 예이다. 이 경우, 주축(110)의 n회전째의 가공 영역(도 10a에 실선으로 나타낸다)과, n+1회전째의 가공 영역(도 10a에 파선으로 나타낸다)은 교차하고, 주축(110)의 n+1회전째의 가공 영역(도 10a에 파선으로 나타낸다)과, n+2회전째의 가공 영역(도 10a에 일점 쇄선으로 나타낸다)은 교차해서 헛돌기 동작이 발생하므로, 절분이 발생한다(도 10a에 가공량(200＇)으로 나타낸다).
이에 반해, 도 10b는 도 7a와 동일한 값, 다시 말해, 진동 횟수 D1, D2가 1(회/r), 진폭 이송 비율 Q가 1.5인 예이다. 도 6과 마찬가지로, 절삭 공구(130, 230) 모두 가공 도중에서의 칼날끝 경로의 예로 나타내면, 도 7a에서 설명한 가공량(200)으로 나타낸 절분이 발생함과 동시에, 절삭 공구(230)의 칼날끝 경로(예를 들면 조금 가는 파선)는, 전주 가공을 실행한 절삭 공구(130)의 칼날끝 경로(예를 들면 조금 굵은 실선)와 교차해서 헛돌기 동작이 발생하고, 절삭 공구(130)의 칼날끝 경로(예를 들면 조금 굵은 실선)는, 전주 가공을 실행한 절삭 공구(230)의 칼날끝 경로(예를 들면 조금 가는 실선)와 교차해서 헛돌기 동작이 발생하므로, 가공량(201)으로 나타낸 절분도 발생한다.
가공량(200, 201)과 도 10a의 가공량(200＇)을 비교하면, 가공량(200, 201)의 두께는 가공량(200＇)의 절반 정도로 얇아지는 것을 알 수 있다. 다시 말해, 2개의 절삭 공구를 왕복 이동시키면, 각 절삭 공구에의 부하를 줄일 수 있으므로, 이 점도 공구 수명의 향상, 및 워크의 가공 정밀도의 향상에 공헌한다.
또, 본 발명에 의하면, 진폭 이송 비율 Q가 작은 값이라도 칩의 분단이 가능하다.
자세하게는, 도 11a는 1개의 절삭 공구로 가공한 경우의 칼날끝 경로이며, 진동 횟수 D가 1.5(회/r), 진폭 이송 비율 Q가 0.5인 예이다. 이 경우, 주축(110)의 n회전째의 가공 영역(도 11a에 실선으로 나타낸다), n+1회전째의 가공 영역(도 11a에 파선으로 나타낸다)은 교차하지 않기 때문에, 칩을 분단할 수 없다.
이에 반해, 도 11b는 도 11a와 동일한 값, 다시 말해, 진동 횟수 D1, D2가 1.5(회/r), 진폭 이송 비율 Q가 0.5인 예이다. 도 7b와 마찬가지로, 절삭 공구(130)와 절삭 공구(130)로부터 180° 대향한 위치에서 가공을 개시하는 절삭 공구(230)의 칼날끝 경로의 예로 나타내면, 절삭 공구(230)의 칼날끝 경로(예를 들면 조금 가는 파선)는, 전주 가공을 실행한 절삭 공구(130)의 칼날끝 경로(예를 들면 조금 굵은 실선)와 교차해서 헛돌기 동작이 발생하고, 절삭 공구(130)의 칼날끝 경로(예를 들면 굵은 실선)는, 전주 가공을 실행한 절삭 공구(230)의 칼날끝 경로(예를 들면 조금 가는 실선)와 교차해서 헛돌기 동작이 발생하므로, 가공량(400)으로 나타낸 절분이 발생한다. 이와 같이, 진폭 이송 비율 Q가 작은 값이더라도 칩을 분단할 수 있고, 이 점도 하나의 공구에 주목하면 사용가능한 기간이 연장되게 된다. 또한 진폭 이송 비율 Q를 작게 할 수 있으면, 공작 기계 자체의 진동을 작게 할 수 있어, 공작 기계의 수명 향상에 공헌할 수 있다. 또, 동일한 이송량이라도 진폭이 작아 공작 기계에의 진동 영향이 적어지기 때문에, Z축 방향으로의 이송량 F를 큰 값으로 설정가능하게 된다.
또, 본 발명에 의하면, 절분의 길이를 짧게 하는 것이 가능하다.
자세하게는, 도 12a는 1개의 절삭 공구로 가공한 경우의 칼날끝 경로이며, 도 10a에서 설명한 예와 마찬가지로, 진동 횟수 D가 1.5(회/r), 진폭 이송 비율 Q가 1.5인 예이다. 이 경우, 가공량(200＇)으로 나타내는 절분은, 도시한 좌우로 긴 부채모양면(扇面)을 가진 형상으로 되어 있다.
이에 반해, 도 12b는, 도 12a와 동일한 값, 다시 말해, 진동 횟수 D1, D2가 1.5(회/r), 진폭 이송 비율 Q가 1.5인 예이다. 도 6과 마찬가지로, 절삭 공구(130, 230) 모두 가공 도중에서의 칼날끝 경로의 예로 나타내면, 절삭 공구(130)의 칼날끝 경로(예를 들면 조금 굵은 파선)는, 전주 가공을 실행한 절삭 공구(230)의 칼날끝 경로(예를 들면 조금 가는 파선)와 교차해서 헛돌기 동작이 발생하고, 절삭 공구(230)의 칼날끝 경로(예를 들면 조금 가는 파선)는, 전주 가공을 실행한 절삭 공구(130)의 칼날끝 경로(예를 들면 조금 굵은 실선)와 교차해서 헛돌기 동작이 발생한다. 또한, 절삭 공구(130)의 칼날끝 경로(예를 들면 조금 굵은 실선)는, 전주 가공을 실행한 절삭 공구(230)의 칼날끝 경로(예를 들면 조금 가는 실선)와 교차해서 헛돌기 동작이 발생하므로, 가공량(501)으로 나타낸 절분이 발생한다.
가공량(501)과 도 12a의 가공량(200＇)을 비교하면, 가공량(501)의 길이가 가공량(200＇)의 2/3 정도로 짧아지는 것을 알 수 있다. 다시 말해, 진동 횟수가 동일한 크기라도, 절분의 길이를 짧게 할 수 있으면, 주축(110)(워크(W))의 회전수R을 큰 값으로 설정가능하게 된다.
그런데, 상기 실시예에서는, 절삭 공구(130, 230)의 진동 횟수 D1, D2를 동일한 값으로 설정한 예를 들어 설명했지만, 본 발명은 이 예에 한정되지 않는다. 본 발명은, 절삭 공구(130)의 진동 횟수 D1을 예를 들면 1(회/r)로 하고, 절삭 공구(230)의 진동 횟수 D2를 예를 들면 3(회/r)으로 하는 바와 같은, 다른 진동 횟수로 설정해도 좋다.
상기 실시예에서는, 절삭 공구(130, 230)의 이송량에 대한 진동 진폭의 비인 진폭 이송 비율 Q를 동일한 값으로 설정한 예를 들어 설명했지만, 절삭 공구(130)의 진폭 이송 비율 Q를 예를 들면 1로 하고, 절삭 공구(230)의 진폭 이송 비율 Q를 예를 들면 1.5로 하는 바와 같은, 다른 진폭 이송 비율을 설정해도 좋다. 예를 들면, 절삭 공구(130)와 절삭 공구(230)의 칼날끝 경로를 얕은 진폭으로 설정하고, 각각의 절삭 경로가 교차하지 않는 경우에, 절삭 공구(230)의 칼날끝 경로가 깊은 진폭으로 되도록 진폭 이송 비율 Q를 설정하면, 절삭 공구(130)의 칼날끝 경로는 전주 가공을 실행한 절삭 공구(230)의 칼날끝 경로와 교차해서 헛돌기 동작이 발생하고, 절삭 공구(230)의 칼날끝 경로는 전주 가공을 실행한 절삭 공구(130)의 칼날끝 경로와 교차해서 헛돌기 동작이 발생하므로, 진동 횟수 D1, D2 및 진동의 위상이 동일 또는 가까운 값이더라도 칩을 분단하면서 절삭 가공을 행할 수 있다.
절삭 공구(130, 230)의 진동 횟수 D 및 진폭 이송 비율 Q를 동일한 값으로 설정한 경우라도, 진동의 위상을 절삭 공구(130)와 절삭 공구(230)에서 다르게 설정해도 좋다. 상기 실시예에서는, 도 2를 이용하여 절삭 공구(130)의 칼날끝 경로와 절삭 공구(230)의 칼날끝 경로가, 반전된 예를 설명했지만, 진동의 위상차로서는, 절삭 공구(130)의 칼날끝 경로가 전주 가공을 실행한 절삭 공구(230)의 칼날끝 경로와 교차해서 헛돌기 동작이 발생하고, 절삭 공구(230)의 칼날끝 경로가 전주 가공을 실행한 절삭 공구(130)의 칼날끝 경로와 교차해서 헛돌기 동작이 발생하는 바와 같은 진동의 위상차이면 좋고, 절삭 공구(130) 및 절삭 공구(230)의 설치 위치에 따라 각 절삭 공구의 진동의 위상차(예를 들면, 1/4 주기나 1/8 주기 어긋나게 한다)를 설정하고, 진동의 개시 타이밍을 절삭 공구(130) 및 절삭 공구(230)에서 개별적으로 제어하면 좋다.
또, 절삭 공구(130)와 절삭 공구(230)의 진동을 개시하는 방향을 달리함으로써, 진동의 위상을 제어할 수가 있다. 예를 들면 절삭 공구(130) 및 절삭 공구(230)를 근접한 위치에 설치한 경우, 진동을 개시하는 방향을 절삭 공구(130)에서는, 전진이동 방향으로 설정하고, 절삭 공구(230)에서는, 후퇴이동 방향으로 설정함으로써, 절삭 공구(130)의 칼날끝 경로와 절삭 공구(230)의 칼날끝 경로를 거의 반전시킨 상태로 할 수 있어, 진동의 위상을 달리할 수가 있다.
상기 실시예에서는, 절삭 공구(130, 230)를 180° 대향한 위치에 배치한 예로 설명했다. 그렇지만, 본 발명은 이 예에 한정되는 것은 아니며, 180°이외의 위치에 설치한 경우라도, 제1 공구대 및 제2 공구대의 설치 위치에 기초하여, 제1 공구대와 제2 공구대의 설치 위치 각각의 진동 횟수 D, 진폭 이송 비율 Q 및 진동의 위상의 적어도 하나를 진동 조정부에서 조정하는 것에 의해, 상기 설명과 마찬가지 효과를 얻을 수가 있다.
또, 상기 설명에서는, 워크(W)가 절삭 공구(130, 230)에 대해 회전하고, 절삭 공구(130, 230)가 워크(W)에 대해 Z축 방향으로 왕복 이동하는 예를 들어 설명했다. 그러나, 본 발명은, 워크(W)가 절삭 공구(130, 230)에 대해 회전하고, 워크(W)와 예를 들면 절삭 공구(130)가 절삭 공구(230)에 대해 Z축 방향으로 왕복 이동하는 경우에도 당연히 적용된다.
또, 상기 설명에서는, 워크(W)와 절삭 공구와의 상대적인 가공 이송 방향을 워크(W)의 회전 축선 방향(Z축 방향)으로 해서 워크(W) 또는 절삭 공구를 왕복 이동시킨 경우에 대해서 설명했지만, 가공 이송 방향을 워크(W)의 지름 방향(X축 방향)으로 해서 워크(W) 또는 절삭 공구를 왕복시켜도 마찬가지 효과가 얻어진다.
100　…　공작 기계
110　…　주축
110A…　주축대
120　…　척
130　…　절삭 공구
130A…　제1 공구대
131　…　팁
150　…　X축 방향 이송 기구
151　…　베이스
160　…　Z축 방향 이송 기구
161　…　베이스
180　…　제어 장치
181　…　제어부
182　…　입력부
183　…　기억부
190　…　모터 제어부
191　…　진동 조정부
192　…　제1 공구대용 데이터
193　…　제2 공구대용 데이터
230　…　절삭 공구
230A…　제2 공구대
231　…　팁
250　…　X축 방향 이송 기구
251　…　베이스
260　…　Z축 방향 이송 기구
261　…　베이스

Claims (5)

  1. 워크와 절삭 공구와의 상대적인 회전과, 상기 워크와 상기 절삭 공구와의 상대적인 가공 이송 방향으로의 왕복 이동을 제어해서 상기 워크를 진동 절삭 가공하는 공작 기계의 제어 장치로서,
    상기 워크를 장착하는 주축대와,
    상기 주축대에 대해 상기 가공 이송 방향을 따라 왕복 이동가능하게 마련되고, 상기 워크를 절삭하기 위한 제1 절삭 공구를 장착하는 제1 공구대, 및
    상기 제1 공구대와는 독립해서 상기 주축대에 대해 상기 가공 이송 방향을 따라 왕복 이동가능하게 마련되고, 상기 워크를 절삭하기 위한 제2 절삭 공구를 장착하는 제2 공구대를 제어하는 제어부를 가지는,
    공작 기계의 제어 장치.
  2. 복수의 절삭 공구와 워크와의 상대적인 이동을 각각 독립해서 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부에 의한 상기 이동 제어에 의해서, 상기 절삭 공구에 의한 진동을 수반하는 상기 워크의 절삭 가공을 행하는 공작 기계의 제어 장치로서,
    상기 제어부가, 상기 워크와 소정의 상기 절삭 공구의 절삭 가공시에, 소정의 상기 절삭 공구의 칼날끝(刃先, cutting edge) 경로와 교차하도록, 소정의 상기 절삭 공구의 상기 이동과는 독립적으로 다른 상기 절삭 공구의 상기 이동을 제어해서 상기 워크의 절삭 가공을 행하는,
    공작 기계의 제어 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부가, 상기 절삭 공구의 각각의 설치 위치에 기초하여, 상기 절삭 공구 각각에 대해, 상기 워크 1회전당의 진동 횟수, 또는 상기 진동의 진폭 혹은 위상을 제어하는,
    공작 기계의 제어 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 상기 절삭 공구가, 상기 워크에 대해 대향한 위치에 배치되어 있는,
    공작 기계의 제어 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 공작 기계의 제어 장치를 구비한, 공작 기계.
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