WO2009110101A1 - 加工方法及び工作機械 - Google Patents

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rotary feed
workpiece
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高橋維玖馬
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株式会社牧野フライス製作所
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    • Y10T409/308512—Compound angular adjustment

Definitions

  • the present invention relates to a machine tool, and more particularly to a machining method and a machine tool that prevent damage to a machine tool that prevents the machine tool from being damaged in the event of an overload caused by a collision between a tool and a workpiece, tool breakage, or the like.
  • a machine tool such as an NC milling machine may be damaged by excessive force acting on the spindle, such as when the tool breaks or the tool collides with the workpiece while machining the workpiece.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 3_3 687 describes a method for preventing collision of a driven body driven by a servo motor.
  • this collision prevention method when a collision is detected, a predetermined speed command in a direction opposite to the actual speed of the servo motor is given for a predetermined time, and the servo mode is reversed. Disclosure of the invention
  • the present invention has a technical problem to solve such problems of the prior art, and a machine tool and a machining method capable of reliably preventing damage to the machine tool when the tool breaks or the tool collides with the workpiece. Provide To do and aim.
  • the first rotary feed so that the rotation axis of the second rotary feed shaft is perpendicular to the relative movement direction of the tool with respect to the workpiece.
  • the shaft is controlled so that when the torque around the second rotary feed shaft or the current value of the motor exceeds a predetermined threshold, the motor excitation of the second rotary feed shaft is stopped.
  • a machine tool processing method is provided.
  • the first to third linear feed shafts that are orthogonal to each other, and first and second rotary feed shafts that are orthogonal to each other In a machining method for a machine tool of at least 5 axes, the rotation axis being parallel to the first linear feed axis, the working machine is configured to face a table for fixing a workpiece and the table.
  • the spindle head is maintained at a predetermined position in the second rotational feed axis direction, and the tool and the workpiece are moved relative to each other by the second and third linear feed axes, and the workpiece is machined by the tool.
  • the first rotary feed shaft is controlled such that the rotational axis of the second transfer shaft is perpendicular to the direction of relative movement of the tool with respect to the workpiece, and the second rotary feed shaft
  • the current value supplied to the second rotary feed motor exceeds a predetermined value in order to maintain the spindle head in a predetermined position in the direction
  • the first to third linear feed shafts orthogonal to each other and the first and second rotary feed shafts orthogonal to each other, the first rotary feed In a machine tool of at least 5 axes, the axis of rotation of the axis is parallel to the first linear feed axis, and a spindle that holds the tool so as to face the table in a table that fixes the workpiece
  • a spindle head that rotatably holds the spindle, first and second feed motors that rotate the spindle head in the first and second rotary feed shaft directions, and the second rotary feed shaft.
  • a machine tool comprising means for stopping supply power to the second rotary feed motor when a current value supplied to the second transfer motor exceeds a predetermined value.
  • FIG. 1 is a schematic side view of a machine tool according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of the swivel base shown together with the spindle head and the spindle of the machine tool of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the operation of the spindle head when the tool collides with the workpiece.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the tool path and the A axis for explaining the machining method according to the preferred embodiment of the present invention. Best Mode for Carrying Out the Invention
  • a machine tool 11 forms a 5-axis horizontal NC milling machine and includes a bed 13 fixed to a floor surface of a factory or the like.
  • a column 15 is mounted on the upper surface of the bed 13 so as to be movable in the horizontal longitudinal direction (Z-axis direction, left-right direction in FIG. 1) with respect to the bed 13.
  • a headstock 17 is attached to the front surface of the column 15 so as to be movable in the vertical direction (Y-axis direction, vertical direction in FIG. 1) with respect to the column 15.
  • the machine tool 1 1 moves the workpiece W and tool T relative to each other in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions.
  • NC unit 39 that controls the X-axis, Y-axis, and Z-axis feed modes, reads and interprets machining programs, sends movement commands to NC unit 39, and tool change commands to machine tool 1 1 It has a machine control device 4 1 that sends out etc.
  • a swivel base 19 is attached to the headstock 17 so as to be rotatable around a rotation feed axis (C axis) centered on the Z axis.
  • C axis rotation feed axis
  • a C-axis feed motor 35 for rotating the swivel base 19 around the C-axis (see Fig. 2), and for reading the rotational position of the swivel base 19 around the C-axis.
  • a single encoder 3 7 is built-in.
  • a brake device (not shown), preferably an electromagnetic brake, may be provided to hold the swivel base 19 at a predetermined rotational position around the C axis.
  • the swivel base 19 includes a pair of arm portions 19a and 19b provided in parallel, and a base portion 19c that connects the arm portions 19a and 19b.
  • the spindle head 2 1 has a pair of arms. Between 1 9 a and l 9 b, it is rotatably connected around the rotary feed shaft (A axis) perpendicular to the C axis.
  • the A-axis feed for rotating the spindle head 2 1 around the A-axis 2 9 and the A-axis of the spindle head 2 1
  • Built-in rotary encoder 3 1 for reading surrounding rotation position.
  • a brake device preferably an electromagnetic brake 33 may be provided to fix the spindle head 21 at an arbitrary rotational position around the A-axis.
  • 2 9 and C-axis feed mode 3 5 are controlled by NC unit 3 9.
  • the brake device 3 3 could be controlled by the machine control device 4 1.
  • the spindle head 2 1 rotatably supports the spindle 2 3 having a tool mounting hole 2 3 a for mounting the tool T.
  • a spindle motor (not shown) for rotating the spindle 23 is incorporated in the spindle head 21. Further, the rotation axis O of the spindle 23 is parallel to the Z axis when the spindle head 21 is in a neutral position with respect to the swivel base 19.
  • a table 25 is in front of the column 15, and in a horizontal direction perpendicular to the Z axis with respect to the bed 13 (X axis direction, perpendicular to the paper surface of FIG. 1). Mounted movably. On the upper surface of the table 25, a nickel 27 is detachably attached, and a workpiece W is fixed to the workpiece mounting surface 27a of the cabinet 27.
  • the machine tool 11 engages the tool T with the work W while relatively moving the tool T and the work W in the X-axis and Y-axis directions, and cuts the work W.
  • the tool path is indicated by a broken line P t.
  • the A-axis feed motor 29 moves the spindle head 2 1 around the A axis to a predetermined rotational position, for example, the center axis of the tool T is parallel to the Z axis. It is controlled by the NC unit 39 so as to be held in a neutral position.
  • the C-axis feed mode 35 is controlled by the NC device 39 so that the A-axis is always perpendicular to the moving direction P t of the tool T.
  • the machine controller 4 1 constantly monitors the power supplied to the A-axis feed motor 29, and the spindle head 2 due to breakage of the tool T, collision of the tool T and the workpiece W, etc.
  • a command from the machine controller 41 is used. Therefore, the power supplied to the A-axis feed motor 29 is cut off by the NC device 39.
  • the machine control device 4 1 monitors the torque around the A-axis acting on the brake device 33, and the torque exceeds a predetermined threshold. In some cases, the brake device 33 may be released by the machine control device 4 1, and the power supplied to the A-axis feed motor 29 may be cut off.
  • the tool T moves in the direction opposite to the movement direction P t. You can also control the A axis. As a result, as shown in Fig. 3, when the tool T collides with the workpiece W, the tool T breaks, etc., the tool T rotates around the A axis together with the spindle head 2 1, and the machine tool 1 1 is damaged. Is prevented.
  • FIG. 1 shows a horizontal NC milling machine
  • the present invention can also be applied to a vertical NC milling machine.

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Abstract

互いに直交する第１～第３の直線送り軸と、互いに直交する第１と第２の回転送り軸とを有し、第１の回転送り軸Ｃの回転軸線は第１の直線送り軸Ｚに平行となるようにした、少なくとも５軸の工作機械１１において、第２と第３の直線送り軸Ｘ、Ｙにより工具ＴとワークＷとを相対移動させて、工具ＴによってワークＷを加工する間、第２の回転送り軸Ａの回転軸線が、工具ＴのワークＷに対する相対移動方向に関して垂直となるように、第１の回転送り軸Ｃを制御し、第２の回転送り軸Ａ周りのトルクが所定の閾値を超過したときに、第２の回転送り軸Ａのモータの供給電力を制御するようにした。

Description

明 細 書 加工方法及び工作機械 技術分野
本発明は工作機械に関し、 特に工具とワークとの衝突による過荷 重や、 工具の折損等に際して、 工作機械が破損しないようにしたェ 作機械の破損を防止した加工方法及び工作機械に関する。 背景技術
例えば、 N Cフライス盤のような、 工作機械は、 ワークの加工中 に工具が折損したり工具がワークに衝突するなどして、 主軸に過大 な力が作用して損傷することがある。
これを防止するために、 例えば、 特開平 3 _ 3 6 8 7号公報には 、 サーボモー夕により駆動される被駆動体の衝突防止方法が記載さ れている。. この衝突防止方法は、 衝突を検出すると、 サ一ボモー夕 の実速度とは逆方向の所定速度指令を所定時間与えて、 サーボモー 夕を逆転するようになっている。 発明の開示
然しながら、 上記従来技術の発明では、 衝突を検出してから逆方 向の速度指令を与えるようにしているため、 被駆動体は衝突後も正 方向に移動を続け、 工作機械の破損を完全には防止することができ ない。
そこで本発明は、 こう した従来技術の問題を解決することを技術 課題としており、 工具の折損や工具とワークとの衝突に際して、 ェ 作機械の破損を確実に防止可能とした工作機械および加工法を提供 することと目的としている。
上述の目的を達成するために、 本発明によれば、 互いに直交する 第 1〜第 3の直線送り軸と、 互いに直交する第 1 と第 2の回転送り 軸とを有し、 前記第 1の回転送り軸の回転軸線は前記第 1の直線送 り軸に平行となるようにした、 少なく とも 5軸の工作機械の加工方 法において、 前記第 2 と第 3の直線送り軸により工具とワークとを 相対移動させて、 前記工具によってワークを加工する間、 前記第 2 の回転送り軸の回転軸線が、 前記工具のワークに対する相対移動方 向に関して垂直となるように、 前記第 1 の回転送り軸を制御し、 前 記第 2の回転送り軸周りのトルク又はモー夕の電流値が所定の閾値 を超過したときに、 前記第 2の回転送り軸のモー夕の励磁を停止す るようにした工作機械の加工方法が提供される。
本発明の他の特徴によれば、 互いに直交する第 1〜第 3の直線送 り軸と、 互いに直交する第 1 と第 2の回転送り軸とを有し、 前記第 1 の回転送り軸の回転軸線は前記第 1の直線送り軸に平行となるよ うにした、 少なく とも 5軸の工作機械の加工方法において、 前記ェ 作機械は、 ワークを固定するテーブルと、 前記テーブルに対面する ように工具を保持する主軸と、 前記主軸を回転自在に保持する主軸 頭と、 前記主軸頭を前記第 1 と第 2の回転送り軸方向に回転させる 第 1 と第 2の送りモータとを具備し、
前記第 2 の回転送り軸方向に前記主軸頭を所定位置に維持し、 か つ、 前記第 2 と第 3の直線送り軸により工具とワークとを相対移動 させて、 前記工具によってワークを加工する間、 前記第 2の回転送 り軸の回転軸線が、 前記工具のワークに対する相対移動方向に関し て垂直となるように、 前記第 1 の回転送りモー夕を制御し、 前記第 2の回転送り軸方向に前記主軸頭を所定位置に維持するために前記 第 2の回転送りモー夕へ供給する電流値が所定値を超過したときに 、 該第 2の回転送りモー夕への供給電力を停止するようにした工作 機械の加工方法が提供される。
更に本発明の他の特徴によれば、 互いに直交する第 1〜第 3の直 線送り軸と、 互いに直交する第 1 と第 2の回転送り軸とを有し、 前 記第 1の回転送り軸の回転軸線は前記第 1 の直線送り軸に平行とな るようにした、 少なく とも 5軸の工作機械において、 ワークを固定 するテーブルと、 前記テーブルに対面するように工具を保持する主 軸と、 前記主軸を回転自在に保持する主軸頭と、 前記主軸頭を前記 第 1 と第 2の回転送り軸方向に回転させる第 1 と第 2の送りモー夕 と、 前記第 2の回転送り軸方向に前記主軸頭を所定の回転位置に維 持するよう前記第 2の送りモー夕を制御する手段と、 前記第 2 と第 3の並進送り軸により工具とワークとを相対移動させて、 前記工具 によってワークを加工する間、 前記第 2の回転送り軸の回転軸線が 、 前記工具のワークに対する相対移動方向に関して垂直となるよう に、 前記第 1の回転送りモー夕を制御する手段と、 前記第 2の回転 送り軸方向に前記主軸頭を所定位置に維持するために前記第 2の回 転送りモータへ供給する電流値が所定値を超過したときに、 該第 2 の回転送りモー夕への供給電力を停止する手段とを具備する工作機 械が提供される。 図面の簡単な説明
図 1 は、 本発明の好ましい実施形態による工作機械の略示側面図 である。
図 2は、 図 1の工作機械の主軸頭及び主軸と共に示す旋回台の略 示斜視図である。
図 3は、 工具がワークと衝突した際の主軸頭の動作を説明するた めの略図である。 図 4は、 本発明の好ましい実施形態による加工方法を説明するた めの、 工具経路と A軸との関係を示す線図である。 発明を実施する最良の形態
図 1 を参照すると、 本発明の好ましい実施形態による工作機械 1 1 は、 5軸の横形 N Cフライス盤を形成しており、 工場等の床面に 固定されるベッ ド 1 3を具備している。 ベッ ド 1 3の上面には、 該 ベッ ド 1 3に対して水平長手方向 （ Z軸方向、 図 1 において左右方 向） に移動可能にコラム 1 5が取付けられている。 コラム 1 5の前 面には、 該コラム 1 5に対して鉛直方向 （Y軸方向、 図 1 において 上下方向） に移動可能に主軸台 1 7が取付けられている。
また、 詳細には図示されていないが、 工作機械 1 1 はワーク Wと 工具 Tとを X軸、 Y軸、 Z軸方向に相対移動させるために、 X軸、 Y軸、 Z軸送りモー夕、 該 X軸、 Y軸、 Z軸送りモー夕を制御する N C装置 3 9、 加工プログラムを読取、 解釈して N C装置 3 9に移 動指令を送出したり、 工作機械 1 1 に工具交換指令等を送出する機 械制御装置 4 1 を具備している。
主軸台 1 7には、 Z軸を中心とした回転送り軸 （C軸） 周りに回 転可能に旋回台 1 9が取付けられている。 主軸台 1 7内には、 旋回 台 1 9を C軸周りに回転送りするための C軸送りモー夕 3 5 (図 2 ) 、 及び旋回台 1 9の C軸周りの回転位置を読取るための口一タリ 一エンコーダ 3 7が内蔵されている。 旋回台 1 9 を C軸周りの所定 の回転位置に保持するためにブレーキ装置 （図示せず） 、 好ましく は電磁ブレーキを備えていてもよい。
旋回台 1 9は、 図 2に示すように、 平行に設けられた一対の腕部 1 9 a , 1 9 bと、 該腕部 1 9 a、 1 9 bを連結するベース部 1 9 c とから成るハウジングを具備しており、 主軸頭 2 1 は一対の腕部 1 9 a 、 l 9 bの間で C軸に対して垂直な回転送り軸 （A軸） 周り に回転可能に連結されている。 旋回台 1 9の腕部 1 9 a 、 1 9 b内 には、 また、 主軸頭 2 1 を A軸周りに回転送りするための A軸送り モー夕 2 9、 及び主軸頭 2 1の A軸周りの回転位置を読取るための ロータリーエンコーダ 3 1が内蔵されている。 A軸送りモー夕 2 9 に加えて、 主軸頭 2 1 を A軸周りの任意の回転位置で固定するため にブレーキ装置、 好ましくは電磁ブレーキ 3 3を備えていても良い 前記 A軸送りモー夕 2 9及び C軸送りモ一夕 3 5は N C装置 3 9 によって制御される。 更に、 ブレーキ装置 3 3は機械制御装置 4 1 により制御することができよう。
主軸頭 2 1 は、 工具 Tを装着するための工具装着穴 2 3 aを有し た主軸 2 3 を回転可能に支持する。 主軸頭 2 1内には主軸 2 3 を回 転駆動するための主軸モ一夕 （図示せず） が内蔵されている。 また 、 主軸 2 3の回転軸〇は、 主軸頭 2 1が旋回台 1 9に対して中立位 置にあるとき Z軸と平行になる。
ベッ ド 1 3の上面においてコラム 1 5の前方にはテーブル 2 5が 、 ベッ ド 1 3に対して Z軸に垂直な水平方向 （X軸方向、 図 1の紙 面に対して垂直方向） に移動可能に取付けられている。 テーブル 2 5の上面には、 ィケ一ル 2 7が着脱可能に取付けられており、 該ィ ケール 2 7のワーク取付面 2 7 aにワーク Wが固定されている。 以下、 図 3 、 4を参照して、 本実施形態の作用を説明する。
工作機械 1 1 は、 工具 Tとワーク Wとを少なく とも X軸及び Y軸 方向へ相対移動させながら、 工具 Tをワーク Wに係合させ、 該ヮー ク Wを切削加工する。 図 4にぞのときの工具経路が折れ線 P t にて 示されている。 加工中、 A軸送りモー夕 2 9は、 主軸頭 2 1 を A軸 周りに所定の回転位置、 例えば、 工具 Tの中心軸線が Z軸に平行と なる中立位置に保持するよう、 N C装置 3 9によって制御される。 本実施形態によれば、 加工中、 工具 Tの移動方向 P t に対して A軸 が常に垂直となるように、 N C装置 3 9によって C軸送りモー夕 3 5が制御される。
加工中、 機械制御装置 4 1 は、 常に、 A軸送りモー夕 2 9へ供給 される電力を監視しており、 工具 Tの折損や、 工具 Tとワーク Wと の衝突等によって、 主軸頭 2 1 を A軸周りの所望の角度位置に維持 するために A軸送りモー夕 2 9へ供給される電流が予め設定した閾 値を超えると、 本実施形態では、 機械制御装置 4 1からの指令によ つて、 A軸送りモー夕 2 9へ供給される電力が N C装置 3 9によつ て遮断される。
A軸にブレーキ装置 3 3が設けられている場合には、 機械制御装 置 4 1 によって、 該ブレーキ装置 3 3に作用する A軸周りのトルク を監視し、 該トルクが所定の閾値を超過したときに、 機械制御装置 4 1 によって該ブレーキ装置 3 3を解除し、 かつ、 A軸送りモー夕 2 9へ供給する電力を遮断するようにしてもよい。
また、 A軸送りモー夕 2 9へ供給される電流値又は A軸周りに作 用する トルクが、 所定の閾値を超えたときに、 工具 Tが移動方向 P t と反対の方向へ移動するように A軸を制御することもできる。 これによつて、 図 3に示すように、 工具 Tとワーク Wとの衝突や 、 工具 Tの折損等に際して、 工具 Tは主軸頭 2 1 と共に A軸周りに 回転し、 工作機械 1 1の損傷が防止される。
なお、 図 1 には横形 N Cフライス盤が示されているが、 本発明は 立形 N Cフライス盤にも適用することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 互いに直交する第 1〜第 3の直線送り軸と、 互いに直交する 第 1 と第 2の回転送り軸とを有し、 前記第 1 の回転送り軸の回転軸 線は前記第 1 の直線送り軸に平行となるようにした、 少なく とも 5 軸の工作機械の加工方法において、
前記第 2 と第 3の直線送り軸により工具とワークとを相対移動さ せて、 前記工具によってワークを加工する間、 前記第 2の回転送り 軸の回転軸線が、 前記工具のワークに対する相対移動方向に関して 垂直となるように、 前記第 1 の回転送り軸を制御し、
前記第 2の回転送り軸周りのトルク又はモー夕の電流値が所定の 閾値を超過したときに、 前記第 2の回転送り軸のモー夕の励磁を停 止することを特徴とした工作機械の加工方法。
2 . 前記第 2の回転送り軸のトルク又はモー夕の電流値が所定の 閾値を超過したときに、 前記工具が前記相対移動方向に反対の方向 へ移動するように前記第 2の回転送り軸を制御する請求項 1 に記載 の加工方法。
3 . 互いに直交する第 1〜第 3 の直線送り軸と、 互いに直交する 第 1 と第 2の回転送り軸とを有し、 前記第 1の回転送り軸の回転軸 線は前記第 1 の直線送り軸に平行となるようにした、 少なく とも 5 軸の工作機械において、
ワークを固定するテーブルと、
前記テーブルに対面するように工具を保持する主軸と、
前記主軸を回転自在に保持する主軸頭と、
前記主軸頭を前記第 1 と第 2の回転送り軸方向に回転させる第 1 と第 2の送りモ一夕と、
前記第 2の回転送り軸方向に前記主軸頭を所定の回転位置に維持 するよう前記第 2の送りモー夕を制御する手段と、
前記第 2 と第 3の直線送り軸により工具とワークとを相対移動さ せて、 前記工具によってワークを加工する間、 前記第 2の回転送り 軸の回転軸線が、 前記工具のワークに対する相対移動方向に関して 垂直となるように、 前記第 1 の回転送りモー夕を制御する手段と、 前記第 2の回転送り軸方向に前記主軸頭を所定位置に維持するた めに前記第 2の回転送りモー夕へ供給する電流値が所定値を超過し たときに、 該第 2の回転送りモー夕への供給電力を停止する手段と を具備することを特徴とした工作機械。
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