【実施例】
【0016】
図1は、本発明の実施例の制御装置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、回転手段としての主軸110と、刃物台としての切削工具台130Aとを備えている。
主軸110の先端にはワーク保持手段としてのチャック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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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、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。
本実施例では、図示しないY軸方向送り機構が、切屑の分断に際して、切削工具130を切り込み方向であるX軸方向と交差する方向であるY軸方向にワークWに対して相対的に移動させる移動手段である。
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。
【0021】
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。
【0022】
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、構造についての詳細な説明は割愛する。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
また、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。
【0029】
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振動制御手段を備えている。
【0030】
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としてZ軸方向に送る。
【0031】
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°から360°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。
切削工具130がワークWを加工して加工済みとなった面がワーク加工面W1である。
【0032】
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°から360°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。
【0033】
この場合、n+1回転目(nは1以上の整数)の切削工具130により旋削されるワーク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回転目の切削工具130により旋削された形状の位相の谷の最低点(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(グラフの横軸方向)でずれる。
【0034】
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、振動切削中に加工送り方向において切削工具130がワークWを切削しない所謂、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の外形切削加工を円滑に行うことができる。
【0035】
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(nは1以上の整数)における復動時の切削工具130の軌跡が、ワーク周面のn回転目における切削工具130の軌跡まで到達すればよい。
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一致(同位相)とならなければよく、必ずしも180°反転させる必要はない。
【0036】
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。
【0037】
工作機械100において、制御部C1による動作指令は、所定の指令時間単位毎で行われる。
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、前記指令時間単位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(指令時間単位毎)で行われる。
【0038】
本実施例の制御部C1は、
図5に示すように、振動切削中に加工送り方向としてのZ軸方向において切削工具130がワークWを切削しないすなわち、空振り動作になるときに切り込み方向としてのX軸方向と交差する方向であるY軸方向に切削工具130を相対的に移動させるように往復振動させる。
すなわち、制御部C1が、切屑の分断に際して、図示しないY軸方向送り機構を制御して切削工具130を前記切り込み方向と交差する方向であるY軸方向にワークWに対して相対的に移動させる。
これにより、切削工具130の刃先131においてワーク加工面W1に対して垂直な面と刃先131の刃面とが成す刃面の角度を刃面角とすると、
図6(A)に示すように、振動切削中において切削工具130がワーク未加工箇所W2を加工して切屑が発生しているときの前記刃面角α1が0°であったが、切屑が分断される直前に、
図6(B)に示すように、前記刃面角α2がα1より大きくなる。
【0039】
ここで、
図7(A)および
図7(B)に示すように、ワーク加工面W1に対する切屑K(K’)の流出角をβとすると、参考として
図7(A)に示すように、刃面角α1=0°のときに、ワーク未加工箇所W2から切削加工により発生する切屑K’(本実施例では発生しない)のワーク加工面W1に対する流出角β1が0°であったが、切屑が分断される直前に、
図7(B)に示すように、刃面角α2のときに、分断された切屑Kが刃先131のすくい面から受ける力でワーク加工面W1から離れる方向へ向かい切屑Kの流出角β2がβ1より大きくなる。
【0040】
その結果、
図8に示すように、分断された切屑Kをワーク加工面W1から離れる方向に流出させることができるので、切屑Kによるワーク加工面W1の傷つきを回避することができる。
その後、制御部C1は、切削工具130を切り込み方向と交差する方向であるY軸方向において切り込み方向と交差する方向に移動する前の位置へ移動してから加工送り方向において切削工具130をワーク未加工箇所W2を加工し、上述した動作を繰り返すように振動手段を制御する。
【0041】
なお、振動切削中に加工送り方向としてのZ軸方向において切削工具130がワークWを切削しない、すなわち、空振り動作になるときにY軸方向において切削工具130を移動させて切削工具130をワークWから完全に離間させてもよい。
これにより、空振り動作の間に切削工具130が完全にワークWから離間している間は切削工具130がワークWから応力を受けない。
その結果、切削工具130の負担を軽減して切削工具130の刃先131が欠損してしまうことを回避して切削工具130の寿命を長くすることができる。
さらに、切削工具130の刃先131とワークWとの間に切削油が入りやすくなるため、切削油の効果を高めることができる。
【0042】
また、本実施例では、上述した
図4のように、制御部C1がワークWのn+1回転目(nは1以上の整数)における復動時の切削工具130の軌跡を、ワークWのn回転目における切削工具130の軌跡と交差させるように制御したが、交差させずに到達させるだけでもよい。
言い換えると、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制御したが、往動時の切削加工部分と復動時の切削加工部分とが接するように制御してもよい。
これによって、1振動において切削工具130の往動時の切削加工部分に、復動時の切削加工部分が理論上「点」として含まれ、復動中に切削工具130がワークWを切削しない所謂、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(往動時の切削加工部分と、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。