特開 2023-141865 工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023141865

(43)【公開日】2023-10-05

(54)【発明の名称】工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23B 47/18 20060101AFI20230928BHJP

   G05B 19/4093 20060101ALI20230928BHJP

【ＦＩ】

B23B47/18 B

G05B19/4093 M

【審査請求】有

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022048405

(22)【出願日】2022-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000154990

【氏名又は名称】株式会社牧野フライス製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100160705

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】樋口 裕太郎

【テーマコード（参考）】

3C036

3C269

【Ｆターム（参考）】

3C036DD09

3C269AB03

3C269AB04

3C269AB31

3C269CC02

3C269EF02

3C269EF25

3C269EF39

3C269GG01

3C269KK08

3C269MN08

3C269QB17

3C269QC01

3C269QD02

(57)【要約】

【課題】工具と被加工物との相対速度を周期的に変動して加工する場合において、切りくずの分断効果が得られる周波数を自動的に設定することができる工作機械を提供する。
【解決手段】回転工具Ｔ１とワークＷとを相対移動させて穴加工する工作機械１００であって、取付けられた回転工具Ｔ１を回転させる主軸１１２と、ワークＷが取付けられるテーブル１０６と、主軸１１２とテーブル１０６とを主軸１１２の中心軸線方向に沿って相対移動させるＺ軸送り装置１１８と、主軸１１２とテーブル１０６との相対移動速度を揺動周波数で変動させてワークＷを穴加工する揺動穴加工の指令を受信した場合に、主軸１１２の回転周波数と回転工具Ｔ１の刃数を乗算した値とは異なる揺動周波数を設定し、揺動周波数でＺ軸送り装置１１８を作動させる制御装置１０と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転工具とワークとを相対移動させて穴加工する工作機械であって、
取付けられた前記回転工具を回転させる主軸と、
前記ワークが取付けられるテーブルと、
前記主軸と前記テーブルとを前記主軸の中心軸線方向に沿って相対移動させる送り軸部と、
前記主軸と前記テーブルとの相対移動速度を揺動周波数で変動させて前記ワークを穴加工する揺動穴加工の指令を受信した場合に、前記主軸の回転周波数と前記回転工具の刃数を乗算した値とは異なる揺動周波数を設定し、該揺動周波数で前記送り軸部を作動させる制御装置と、
を備えることを特徴とする、工作機械。

【請求項2】

前記主軸と前記テーブルとの相対移動速度は、前記主軸又は前記テーブルが前記主軸の中心軸線方向に沿って離隔しない範囲で変動する、請求項１に記載の工作機械。

【請求項3】

工具と回転するワークとを送り方向に沿って相対移動させて旋削加工する工作機械であって、
前記工具が取付けられる工具台と、
取付けられた前記ワークを回転させるワーク主軸と、
前記工具台と前記ワーク主軸とを前記送り方向に沿って相対移動させる送り軸部と、
前記工具台と前記ワーク主軸との相対移動速度を揺動周波数で変動させて前記ワークを旋削加工する揺動旋削加工の指令を受信した場合に、前記ワーク主軸の回転周波数とは異なる揺動周波数を設定し、該揺動周波数で前記送り軸部を作動させる制御装置と、
を備えることを特徴とする、工作機械。

【請求項4】

前記工具台と前記ワーク主軸との相対移動速度は、前記工具台又は前記ワーク主軸が前記送り方向に沿って離隔しない範囲で変動する、請求項３に記載の工作機械。

【請求項5】

前記揺動周波数は、前記回転周波数と刃数と０．５との積である基本周波数とされる、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の工作機械。

【請求項6】

前記揺動周波数は、前記基本周波数に１よりも小さい第１の係数を乗じた最薄部形成周波数とされる、請求項５に記載の工作機械。

【請求項7】

前記揺動周波数は、前記基本周波数に１よりも大きく、かつ、偶数以外の第２の係数を乗じた短片形成周波数とされる、請求項５に記載の工作機械。

【請求項8】

設定した前記揺動周波数が、前記送り軸部を作動可能な周波数の上限値を超える場合は、該上限値で前記送り軸部を作動させる、請求項１から請求項７の何れか１項に記載の工作機械。

【請求項9】

前記制御装置は、前記ワーク及び加工情報と前記揺動周波数とを関連付けるためのデータベースを有する、請求項１から請求項８の何れか１項に記載の工作機械。

【請求項10】

前記制御装置は、ネットワーク経由で前記送り軸部を作動させる、請求項１から請求項９の何れか１項に記載の工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

ドリル加工や中ぐり加工のような穴加工や旋削加工に際して発生する連続的な切りくずによって、工具が損傷したり、切りくずによって加工面が損傷したり、加工機から切りくずを排出する切りくず処理装置に切りくずが詰まる等の障害が生じることが従来から問題となっている。

【0003】

この問題を解決するために、穴加工中にドリルを軸方向に後退させて切りくずを加工中の穴から排出し、その後再びドリルを軸方向に前進させ、これを繰り返して、所望の深さまで穴を穿設するステップフィード加工法が従来から知られている。しかしながら、この加工法では、ドリルユニットを後退させるため、往復動作に時間を要し、この結果、加工時間が長くなる。また、ドリルユニットの往復動作に際して、ドリル先端がワークから離隔してしまうため、再びドリルの先端がワークに衝撃を生じるような接触をしたときに、刃先が欠けたり、接触に伴う騒音が生じたりする問題がある。また、往復動作の為に移動距離が増えるため、送り軸装置の寿命に悪影響がある。そこで、特許文献１には、ドリル、中ぐりカッタ又は座ぐりカッタの回転工具とワークとを相対移動させ、ワークに穴を加工する穴加工方法において、回転工具の中心軸線方向への送り速度、すなわち回転工具とワークとの相対移動速度を、回転工具がその中心軸線方向に後退しない範囲で増減を繰り返すように変化させてワークに穴を加工するようにした穴加工方法が開示されている。

【0004】

特許文献１に記載の方法では、送り速度を周期的に増減させて加工する場合には、切りくずの分断効果が得られる最適な揺動周波数があり、この揺動周波数は加工条件によって決まることが示されている。しかしながら、このような送り速度を揺動周波数で増減させる加工では、オペレータが経験に基づいて多岐にわたる加工条件に応じた揺動周波数を計算した上で設定しているため、作業工数が増加する場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１５－０５２９２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、上記事情を鑑み、工具と被加工物との相対速度を周期的に変動して加工する場合において、切りくずの分断効果が得られる周波数を自動的に設定することができる工作機械の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一の態様によれば、回転工具とワークとを相対移動させて穴加工する工作機械であって、取付けられた回転工具を回転させる主軸と、ワークが取付けられるテーブルと、主軸とテーブルとを主軸の中心軸線方向に沿って相対移動させる送り軸部と、主軸とテーブルとの相対移動速度を揺動周波数で変動させてワークを穴加工する揺動穴加工の指令を受信した場合に、主軸の回転周波数と回転工具の刃数を乗算した値とは異なる揺動周波数を設定し、揺動周波数で送り軸部を作動させる制御装置と、を備えることを特徴とする工作機械が提供される。

【0008】

また、本発明の一の態様によれば、工具と回転するワークとを送り方向に沿って相対移動させて旋削加工する工作機械であって、工具が取付けられる工具台と、取付けられたワークを回転させるワーク主軸と、工具台とワーク主軸とを送り方向に沿って相対移動させる送り軸部と、工具台とワーク主軸との相対移動速度を設定した揺動周波数で変動させてワークを旋削加工する揺動旋削加工の指令を受信した場合に、ワーク主軸の回転周波数とは異なる揺動周波数を設定し、揺動周波数で送り軸部を作動させる制御装置と、を備えることを特徴とする工作機械が提供される。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一の態様に係る工作機械によると、制御装置は、主軸の回転周波数と回転工具の刃数を乗算した値とは異なる揺動周波数で送り軸部を作動させることによって、主軸とテーブルとの相対移動速度を設定した揺動周波数で変動させてワークを加工することができる。このような揺動穴加工では、回転工具の軌跡が変動し、加工によって生じる切りくずの厚さが変動する。このため、薄くなった部分が脆弱となり、これを起点に切りくずが分断される。また、揺動周波数は制御装置によって設定されるため、オペレータが多岐にわたる加工条件に応じて計算した上で設定する必要がなく、作業工数の増加を抑制することができる。

【0010】

また、本発明の一の態様に係る工作機械によると、制御装置は、ワーク主軸の回転周波数とは異なる揺動周波数で送り軸部を作動させることによって、工具台とワーク主軸との相対移動速度を設定した揺動周波数で変動させてワークを旋削加工することができる。このような揺動旋削加工では、工具の軌跡が変動し、揺動旋削加工によって生じる切りくずの厚さが変動する。このため、薄くなった部分が脆弱となり、これを起点に切りくずが分断される。また、揺動周波数は制御装置によって設定されるため、オペレータが多岐にわたる加工条件に応じて計算した上で設定する必要がなく、作業工数の増加を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、第１実施形態に係る穴加工用の工作機械の側面図を示す。

【図2】図２は、本実施形態に係る制御装置に備えるデータベースの一例を示す。

【図3】図３は、本実施形態に係る基本周波数で作動させている刃先の軌跡を示す。

【図4】図４は、揺動周波数が、主軸の回転周波数と回転工具の刃数との積と一致する場合の刃先の軌跡を示す。

【図5】図５は、本実施形態に係る最薄部形成周波数で作動させている刃先の軌跡を示す。

【図6】図６は、本実施形態に係る短片形成周波数で作動させている刃先の軌跡を示す。

【図7】図７は、本実施形態に係る工作機械を使用した穴加工のデータ入力から開始に至るまでのフローチャートを示す。

【図8】図８は、本実施形態の変形例に係る制御装置がネットワーク経由で工作機械と接続される場合のブロック図を示す。

【図9】図９は、第２実施形態に係る旋削加工用の工作機械の側面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照して、実施形態に係る工作機械を説明する。同様な又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。理解を容易にするために、図の縮尺を変更して説明する場合がある。

【0013】

（第１実施形態）
図１には、第１実施形態に係る工作機械の一例を示す。工作機械１００は、立形マシニングセンタを構成しており、工場の床面に固定された基台としてのベッド１０２を備える。また、ベッド１０２の左右方向、すなわち、Ｙ軸方向の左側（図１における左側）の上面において前後方向、すなわち、Ｘ軸方向（図１の紙面に垂直な方向）又はＹ軸方向に移動可能に配置され、被加工物としてのワークＷが固定されるテーブル１０６と、ベッド１０２のＹ軸方向右側（図１における右側）においてベッド１０２の上面に立設し、固定されたコラム１０４と、を備える。さらに、コラム１０４の前面側、すなわちＹ軸方向左側には、Ｘ軸方向に沿って移動可能に構成されたＸ軸スライダ１０８と、Ｘ軸スライダ１０８の前面側においてＺ軸方向、ここでは鉛直方向に沿って移動可能に取り付けられ、主軸１１２を回転可能に支持する主軸頭１１０とを備える。

【0014】

コラム１０４には、Ｘ軸スライダ１０８をコラム１０４の前面においてＸ軸方向に延設された一対のＸ軸案内レール（図示省略）に沿って往復駆動させるための送り軸部としてのＸ軸送り装置１１４が配置されている。Ｘ軸送り装置１１４は、Ｘ軸方向に延設され、Ｘ軸スライダ１０８に取り付けられたナットと係合するボールねじと、ボールねじの一端に連結されたＸ軸サーボモータと、を備える（いずれも図示省略）。これによって、Ｘ軸スライダ１０８は、コラム１０４の前面においてＸ軸方向に沿って往復動可能に構成されている。

【0015】

ベッド１０２には、テーブル１０６をベッド１０２の上面においてＹ軸方向に延設された一対のＹ軸案内レール（図示省略）に沿って往復駆動させるための送り軸部としてのＹ軸送り装置１１６が配置されている。Ｙ軸送り装置１１６は、Ｙ軸方向に延設され、テーブル１０６に取り付けられたナットと係合するボールねじと、ボールねじの一端に連結されたＹ軸サーボモータと、を備える（いずれも図示省略）。これによって、テーブル１０６は、ベッド１０２の上面においてＹ軸方向に沿って往復動可能に構成されている。

【0016】

主軸頭１１０は、Ｚ軸方向に沿って延伸する中心軸線Ｏ周りに回転可能に主軸１１２を支持する。主軸１１２のテーブル１０６と対面する先端部には、回転工具Ｔ１が装着されている。ここでは、回転工具Ｔ１として刃数が２つのドリルが装着されている。また、主軸頭１１０は、その筐体の外側には、主軸１１２を回転駆動するためのサーボモータ（図示省略）が取り付けられている。なお、以下の説明では、サーボモータは、主軸頭１１０の外側に取り付けられているとして説明するが、これに限らず、例えば、主軸頭の筐体の内部に配置されたステーターコイルとローターコイルとによって構成されたビルトインモータとされてもよい。また、ここでは、回転工具Ｔ１はドリルであるとして説明するが、これに限らず、回転工具として中ぐりカッタ、座ぐりカッタ、リーマ、ボーリング等の他の工具が使用されてもよい。

【0017】

コラム１０４には、主軸頭１１０をコラム１０４の前面側においてＺ軸方向に延設された一対のＺ軸案内レール（図示省略）に沿って往復駆動させるための送り軸部としてのＺ軸送り装置１１８が配置されている。Ｚ軸送り装置１１８は、Ｚ軸方向に延設され、主軸頭１１０に取り付けられたナットと係合するボールねじと、ボールねじの一端に連結されたＺ軸サーボモータと、を備える（いずれも図示省略）。これによって、主軸頭１１０は、コラム１０４の前面側においてＺ軸方向に沿って往復動可能に構成されている。

【0018】

Ｘ軸送り装置１１４、Ｙ軸送り装置１１６及びＺ軸送り装置１１８は、工作機械１００を制御するための制御装置１０と接続されている。制御装置１０は、Ｘ軸送り装置１１４、Ｙ軸送り装置１１６及びＺ軸送り装置１１８へ供給される電力（電流値）を制御することによって、主軸頭１１０及びテーブル１０６の往復動を制御し、この結果、主軸１１２とテーブル１０６との相対移動速度を制御する。

【0019】

制御装置１０は、例えば、図示しないＣＡＭ(Computer Aided Manufacturing)システム等に収容された加工プログラム（ＮＣプログラム）を読取り解釈して動作指令を出力する。ＮＣプログラムは、ＣＡＭシステムに入力される加工モデルの情報及び加工条件に基づいて自動的に生成される。

【0020】

制御装置１０は、揺動させながら穴加工する揺動穴加工について、加工条件、工具等の加工に関する種々のデータを格納するためのストレージを有しており、ストレージには、これらをデータソースとするデータベースＤＢが構築されている。制御装置１０は、例えば、タッチパネルのような入力部１０ａから入力される揺動穴加工に関する条件に基づいて、図２に示されるようなデータベースＤＢを参照して以下に説明する揺動周波数ｆｖを算出し、往復動指令を出力する。往復動作の条件には、ワークＷの材料、加工すべき穴の直径、深さ、工具の送り速度、回転工具Ｔ１（主軸１１２）の回転速度、刃数、ドリルや座ぐり工具といった工具の種類等が含まれる。制御装置１０は、過去の往復動作の条件を累積的にデータベースＤＢに格納できるように構成されている。

【0021】

制御装置１０は、工具データ管理部１０ｃを有する。これによって、ＮＣプログラムに回転工具Ｔ１の刃数の指令が無い場合は、制御装置１０は、工具データ管理部１０ｃの刃数を参照して設定する。また、工具データ管理部１０ｃに刃数のデータが無い場合には、例えば、ドリルは一般的に２枚の刃で構成されることから、刃数を２枚と設定する。このように設定した刃数は、揺動周波数ｆｖを算出するための入力に使用される。なお、工具データ管理部は、データベースとリンクするように構成されてもよい。

【0022】

制御装置１０は、さらに、出力されたＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各位置指令に基づき工作機械１００のＸ軸送り装置１１４、Ｙ軸送り装置１１６及びＺ軸送り装置１１８を駆動するための電流値を出力し、これらの装置に配置されたサーボモータ等の駆動装置へ送出する。揺動穴加工する場合は、Ｘ軸送り装置１１４、Ｙ軸送り装置１１６及びＺ軸送り装置１１８へ出力される電流値は、これらを揺動させるために、所定の揺動振幅ＡＭと揺動周波数とによって定まる周期的に変動する電流値として出力される。

【0023】

揺動周波数で作動される回転工具Ｔ１の刃先の主軸１１２の中心軸線方向、ここでは、Ｚ軸方向の変位Ｚｋは、工具回転角（工具位相）θの関数として以下のように表される。また、変位Ｚｋは、回転工具Ｔ１とワークＷが近づく方向を正とする。
Ｚｋ（θ）＝ＡＭ・ｓｉｎ｛ｆｖ・φ／ｆｄ｝＋Ｆｚ・ｎ・φ／２π （１）
φ＝θ－２πｋ／ｎ （２）
ここで、ｋは回転工具Ｔ１の回転回数、Ｆｚは１刃当りの送り、ｆｄは回転工具Ｔ１の回転周波数、ｎは回転工具Ｔ１の刃数、ｆｖは揺動周波数、ＡＭは揺動振幅、πは円周率を表す。上記のように、Ｚｋ（θ）は、揺動振幅ＡＭ及び揺動周波数ｆｖの振動をＺ軸方向に加えたときの回転工具Ｔ１の刃先の外周とワークＷとの相対的なＺ軸方向変位を表し、式（１）の第１項の変位と第２項の変位とは、変動部分と軸送りによる定常部分とをそれぞれ表す。

【0024】

ここで、切りくずの厚みに差を生じさせるための基本となる揺動周波数ｆｖ（以下、基本周波数ｆｂと称する）は、以下のように表される。
ｆｂ＝ｆｄ・ｎ／２ （３）
式（２）と式（３）とを式（１）に代入して導かれるように、基本周波数ｆｂで揺動される回転工具Ｔ１の揺動振幅ＡＭは、工具回転角θに対して位相差πで変動する。

【0025】

図３には、刃数が２つの回転工具Ｔ１を基本周波数ｆｂでＺ軸方向に沿って揺動させる揺動穴加工における第１の刃Ａ及び第２の刃Ｂの刃先の軌跡を示す。図中の縦軸はＺ軸方向の変位Ｚｋを表し、横軸は工具位相θを示す。図中の凡例の「－１」、「－２」及び「－３」は、回転工具Ｔ１の１回転目から３回転目までをそれぞれ表す。よって、例えば、「Ａ－１」は、第１の刃Ａの１回転目の軌跡を意味する。また、同じ工具位相θにおける第１の刃Ａと第２の刃ＢのＺ軸方向の変位Ｚｋの差が、穴加工によってワークＷから切り取られる切りくずの厚さＴＨを意味する。πだけ位相があるため、図３に示されるように第１の刃Ａと第２の刃ＢのＺ軸方向の変位Ｚｋの差が変動する、すなわち、切りくずの厚さＴＨの厚い部分と薄い部分ＴＨ－ＭＩＮとが生じるようになる。このように、回転工具Ｔ１が１回転するごとに、切りくずが最も薄くなる部分ＴＨ－ＭＩＮが１か所発生するため、切りくずが分断されやすくなる。

【0026】

図４には、基本周波数ｆｂでの揺動穴加工との対比として、回転工具Ｔ１の回転周波数ｆｄと回転工具Ｔ１の刃数ｎ（ここでは、ｎ＝２）とを乗算して求まる周波数で揺動した場合の刃先の軌跡を示す。第１の刃Ａと第２の刃Ｂとの間に位相差が生じないため、切りくずの厚さＴＨは常に一定となり、切りくずが分断されにくい。このため、揺動周波数ｆｖは、回転工具Ｔ１の回転周波数ｆｄと回転工具の刃数ｎとを乗算して求まる周波数とは異なる周波数に設定する必要があることがわかる。

【0027】

また、制御装置１０は、切りくずの最も薄くなる部分ＴＨ－ＭＩＮをより薄くしたい場合には、基本周波数ｆｂに代えて最薄部形成周波数ｆｍを算出し、揺動周波数ｆｖとして設定することができる。最薄部形成周波数ｆｍは、基本周波数ｆｂに１よりも小さい第１の係数を乗じて算出される。第１の係数は、ＮＣプログラムに予め設定されていてもよく、データベースＤＢを参照して設定されてもよい。図５には、刃数が２つの回転工具Ｔ１を最薄部形成周波数ｆｍでＺ軸方向に沿って揺動させたときの第１の刃Ａ及び第２の刃Ｂの刃先の軌跡の一例を示す。ここでは、最薄部形成周波数ｆｍは、第１の係数を約０．５として、基本周波数ｆｂの半分程度に設定されている。図中の縦軸、横軸及び凡例は、図３と同一である。基本周波数ｆｂで揺動した場合と比較して、切りくずの厚さＴＨの最も薄い部分ＴＨ－ＭＩＮを薄くすることができる。一方、基本周波数ｆｂで揺動した場合と比較して、切りくずの長さは長くなる。

【0028】

さらに、制御装置１０は、切りくずの長さを短くして細かく分断したい場合には、基本周波数ｆｂに代えて短片形成周波数ｆｓを算出し、揺動周波数ｆｖとして設定することができる。短片形成周波数ｆｓは、基本周波数ｆｂに１よりも大きく、かつ、偶数以外の第２の係数を乗じて算出される。第２の係数は、ＮＣプログラムに予め設定されていてもよく、データベースＤＢを参照して設定されてもよい。図６には、刃数が２つの回転工具Ｔ１を短片形成周波数ｆｓでＺ軸方向に沿って揺動させたときの第１の刃Ａ及び第２の刃Ｂの刃先の軌跡の一例を示す。ここでは、短片形成周波数ｆｓは、第２の係数を約３．０として、基本周波数ｆｂの３倍程度に設定されている。図中の縦軸、横軸及び凡例は、図３及び図５と同一である。基本周波数ｆｂで揺動した場合と比較して、切りくずの長さを短くすることができる。一方、基本周波数ｆｂで揺動した場合と比較して、切りくずの最も薄い部分ＴＨ－ＭＩＮは厚くなる。

【0029】

制御装置１０は、算出された揺動周波数ｆｖが、Ｘ軸送り装置１１４、Ｙ軸送り装置１１６及びＺ軸送り装置１１８を揺動することができる周波数の上限（上限揺動周波数）を超える場合には、この上限揺動周波数を揺動周波数ｆｖとして設定するように構成されている。相対移動するワークＷ及びこれらの装置１１４、１１６、１１８の重量によっては、高周波数、すなわち短周期で加減速を繰り返すことが困難になる場合があるため、制御装置１０は、上限揺動周波数を設定可能に構成されている。上限揺動周波数で揺動した場合には、切りくずの長さは、算出された揺動周波数ｆｖで加工する場合よりも長くなるものの、一定の周期で切りくずが薄くなる部分が発生するので、切りくずを分断することができる。

【0030】

制御装置１０は、工作機械１００ごとに基本周波数ｆｂ、最薄部形成周波数ｆｍに係る第１の係数、短片形成周波数ｆｓに係る第２の係数、基本周波数ｆｂに対応する基本モード、第１の係数に対応する最薄部形成モード、第２の係数に対応する短片形成モードを記憶したモード記憶部１０ｂを有する。オペレータは、加工に応じてモードを選択することができ、制御装置１０は、選択されたモードに対応する揺動周波数ｆｖを選択又は算出し、これに基づいて揺動穴加工を制御することができる。オペレータが個別に基本周波数ｆｂ、第１の係数及び第２の係数を設定することなく、モードに応じて揺動周波数ｆｖで揺動穴加工をすることができ、作業工数を低減することができる。加工に応じて選択するモードは、前述の３つのモードを選択できるようにしてもよいし、各モードの中間も含めたさらに多くのモードから選択できるインタフェースを準備してもよい。モードの選択はＮＣプログラムで都度行ってもよいし、機械パラメータで予め定められていてもよい。

【0031】

制御装置１０は、短片形成周波数ｆｓに係る第２の係数が偶数に設定された場合には、自動で奇数倍に変更するように構成されている。これによって、オペレータが誤って第２の係数を設定した場合であっても適切に切りくずを分断する効果を得ることができる。

【0032】

本実施形態に係る工作機械１００の作用効果について、図７に示すフローチャートに沿って以下に説明する。

【0033】

揺動穴加工は、制御装置１０に格納されたプログラムが実行されることによって、工作機械１００が作動され、加工が行われる。最初に、ステップＳ１０では、制御装置１０において、加工プログラム中の揺動穴加工のプログラムが呼び出され、引数や装置の状態から回転周波数ｆｄや刃数ｎの情報が取得される。具体的には、例えば、加工プログラム中には、G81X_Y_Z_R_F_S_E_H_と記述されている。ここで、G81がＮＣ（数値制御装置）の加工プログラムで用いられるＧコード、Xが穴中心のＸ座標、Yが穴中心のＹ座標、ZがＺ座標におけるＲ点から穴底までの距離、RがＺ座標における早送り位置決めから切削送りにシフトする位置、Sが主軸１１２の回転速度、Eが回転工具Ｔ１の刃数ｎ、Hが切りくずの薄さや長さを変化させたい時に、周波数を増減させるための係数を示す。Sで示される主軸１１２の回転速度は１分当たりの主軸の回転数を示すので、これを６０で除算することで回転周波数ｆｄを取得できる。揺動穴加工を指令するプログラムにおいて、Sに回転周波数ｆｄを直接示してもよい。Sが省略されている場合は、最後に指令したSコード又は回転周波数ｆｄが参照される。また、Eが省略されている場合は、工具データを参照し、そこにも値がない場合はｎ＝２とされる。さらに、Hが省略されている場合は１とされる。

【0034】

次に、ステップＳ２０では、取得した回転周波数ｆｄ、刃数ｎ、第１の係数又は第２の係数の情報から、基本周波数ｆｂ、最薄部形成周波数ｆｍ又は短片形成周波数ｆｓの何れかの揺動周波数ｆｖを算出する。

【0035】

次に、ステップＳ３０では、算出された揺動周波数ｆｖが、Ｘ軸送り装置１１４、Ｙ軸送り装置１１６及びＺ軸送り装置１１８を揺動することができる周波数の上限揺動周波数を超えるか否かを判定する。揺動周波数ｆｖが上限揺動周波数を超えない場合には、ステップＳ４０へ移行し、算出された揺動周波数ｆｖで揺動穴加工が開始される。一方、揺動周波数ｆｖが上限揺動周波数を超える場合には、ステップＳ５０において上限揺動周波数を揺動周波数ｆｖに設定し、揺動穴加工が開始される。本実施形態では、主軸がＺ方向に動作することで穴加工を行うので、Ｚ軸送り装置１１８の特性に基づいて設定される上限揺動周波数を用いて判定できるが、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に穴加工を行う場合には、Ｘ軸送り装置１１４やＹ軸送り装置１１６の特性に基づいて設定される上限揺動周波数を用いて判定できる。

【0036】

本実施形態に係る工作機械１００によると、制御装置１０は、主軸１１２の回転周波数ｆｄと回転工具Ｔ１の刃数ｎを乗算した値とは異なる揺動周波数ｆｖ（基本周波数ｆｂ）でＺ軸送り装置１１８を作動させることによって、主軸１１２とワークＷとの相対移動速度を基本周波数ｆｂで変動させて揺動穴加工することができる。このような揺動穴加工では、回転工具Ｔ１の軌跡が変動し、加工によって生じる切りくずの厚さＴＨが変動する。このため、薄くなった部分ＴＨ－ＭＩＮが脆弱となり、これを起点に切りくずが分断される。また、基本周波数ｆｂは、制御装置１０によって設定されるため、オペレータが多岐にわたる加工条件に応じて算定した上で設定する必要がなく、作業工数の増加を抑制することができる。

【0037】

また、本実施形態に係る工作機械１００によると、主軸１１２とワークＷとの相対移動速度は、主軸１１２又はテーブル１０６がＺ軸方向に沿って離隔しない範囲で変動させることができる。このため、回転工具Ｔ１はＺ軸方向に後退することはなく、回転工具Ｔ１の先端は常にワークＷに接触し続け、ワークＷから離隔しない。このため、回転工具Ｔ１がワークＷに対して衝触、離隔することによって生じ得る回転工具Ｔ１の刃先の欠けや騒音の発生を抑制又は防止することができる。さらに、Ｚ軸方向に沿って停止又は後退するといった動作をしないため、ドリルサイクルの問題として生じ得る加工時間が長くなるという現象が発生することを抑制又は防止することができる。また、往復動作の為に移動距離が増えることが無いので、送り軸装置の寿命への悪影響が無い。

【0038】

さらに、本実施形態に係る工作機械１００によると、制御装置１０は、切りくずの最も薄くなる部分ＴＨ－ＭＩＮをより薄くしたい場合には、基本周波数ｆｂに１よりも小さい第１の係数を乗じて最薄部形成周波数ｆｍを算出し、設定することができる。これによって、基本周波数ｆｂで揺動した場合と比較して、切りくずの厚さＴＨの最も薄い部分ＴＨ－ＭＩＮを薄くすることができる。

【0039】

また、本実施形態に係る工作機械１００によると、制御装置１０は、切りくずの長さを短くして細かく分断したい場合には、基本周波数ｆｂに１よりも大きく、かつ、偶数以外の第２の係数を乗じて短片形成周波数ｆｓを算出し、設定することができる。これによって、基本周波数ｆｂで揺動した場合と比較して、切りくずの長さを短くすることができる。

【0040】

さらに、本実施形態に係る工作機械１００によると、制御装置１０は、算出された揺動周波数ｆｖが、Ｚ軸送り装置１１８を揺動することができる上限揺動周波数を超える場合には、この上限揺動周波数を揺動周波数ｆｖとして設定することができる。これによって、切りくずの長さは算出された揺動周波数ｆｖで加工する場合よりも長くなるものの、一定の周期で切りくずが薄くなる部分が発生するので、切りくずを分断することができる。

【0041】

また、本実施形態に係る工作機械１００によると、制御装置１０は、モード記憶部１０ｂとデータベースＤＢとを有する。オペレータは、加工に応じてモードを選択することができ、制御装置１０は、選択されたモードに対応する係数から揺動周波数ｆｖを算出し、これに基づいて揺動穴加工を制御することができる。これによって、オペレータが個別に基本周波数ｆｂ、第１の係数及び第２の係数を設定することなく、モードに応じて揺動周波数ｆｖで揺動穴加工をすることができ、作業工数を低減することができる。

【0042】

以上により、本実施形態に係る工作機械１００は、回転工具Ｔ１とワークＷとの相対速度を周期的に変動して加工する場合において、切りくずの分断効果が得られる揺動周波数ｆｖを自動的に設定することができる。

【0043】

（変形例）
以下、図８を用いて変形例に係る工作機械１００について説明する。第１実施形態と同様な又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0044】

本変形例に係る工作機械１００によれば、制御装置１０は、ネットワークＮＷ経由で工作機械１００と接続されている。このため、制御装置１０は、ネットワークＮＷ経由で工作機械１００のＸ軸送り装置１１４、Ｙ軸送り装置１１６及びＺ軸送り装置１１８を揺動させることができる。これによって、複数の工作機械１００を一元的に制御することができる。

【0045】

なお、本実施形態では、回転工具Ｔ１を基本周波数ｆｂでＺ軸方向に沿って揺動させるとして説明したが、これに限らず、回転工具をＸ軸方向、及び／又は、Ｙ軸方向に揺動させて揺動加工してもよい。

【0046】

（第２実施形態）
以下、図９を用いて第２実施形態に係る工作機械２００について説明する。第１実施形態と同様な又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0047】

第２実施形態に係る工作機械２００は、工具Ｔ２と回転するワークＷとを送り方向に沿って相対移動させて旋削加工する工作機械２００とされており、工具Ｔ２が取付けられる工具台２１２と、取付けられたワークＷを回転させるワーク主軸２０６と、を備える。また、工作機械２００は、工具台２１２とワーク主軸２０６とを送り方向であるＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に沿って相対移動させる送り軸部としてのＸ軸送り装置１１４、Ｙ軸送り装置１１６及びＺ軸送り装置１１８（以下、装置１１４，１１６，１１８と称する）と、を備える。さらに、工作機械２００は、工具台２１２とワーク主軸２０６との相対移動速度を設定した揺動周波数ｆｖで変動させてワークＷを旋削加工する揺動旋削加工の指令を受信した場合に、ワーク主軸２０６の回転周波数ｆｄとは異なる揺動周波数ｆｖを設定し、揺動周波数ｆｖで装置１１４、１１６、１１８を作動させる制御装置２０と、を備える。

【0048】

第２実施形態に係る工作機械２００によると、制御装置２０は、ワーク主軸２０６の回転周波数ｆｄとは異なる揺動周波数ｆｖで装置１１４，１１６，１１８を作動させることによって、工具台２１２とワーク主軸との相対移動速度を設定した揺動周波数ｆｖで変動させてワークＷを旋削加工することができる。このような揺動旋削加工では、工具Ｔ２の軌跡が変動し、揺動旋削加工によって生じる切りくずの厚さＴＨが変動する。このため、薄くなった部分ＴＨ－ＭＩＮが脆弱となり、これを起点に切りくずが分断される。また、揺動周波数ｆｖは制御装置２０によって設定されるため、オペレータが多岐にわたる加工条件に応じて計算した上で設定する必要がなく、作業工数の増加を抑制することができる。

【0049】

以上、工作機械１００、２００の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。当業者であれば、上記の実施形態の様々な変形が可能であることを理解できると考えられる。

【符号の説明】

【0050】

１０ 制御装置
２０ 制御装置
１００ 工作機械
１０６ テーブル
１１２ 主軸
１１４ Ｘ軸送り装置（送り軸部）
１１６ Ｙ軸送り装置（送り軸部）
１１８ Ｚ軸送り装置（送り軸部）
２００ 工作機械
２０６ ワーク主軸
２１２ 工具台
ＤＢ データベース
ｆｖ 揺動周波数
ｆｂ 基本周波数
ｆｍ 最薄部形成周波数
ｆｓ 短片形成周波数
Ｔ１ 回転工具
Ｔ２ 工具

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【手続補正書】

【提出日】2023-07-20

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転工具とワークとを相対移動させて穴加工する工作機械であって、
取付けられた前記回転工具を回転させる主軸と、
前記ワークが取付けられるテーブルと、
前記主軸と前記テーブルとを前記主軸の中心軸線方向に沿って相対移動させる送り軸部と、
前記主軸と前記テーブルとの相対移動速度を揺動周波数で変動させて前記ワークを穴加工する揺動穴加工の指令を受信した場合に、前記主軸の回転周波数と前記回転工具の刃数を乗算した値とは異なる揺動周波数を設定し、該揺動周波数で前記送り軸部を作動させる制御装置と、
を備え、
前記揺動周波数は、前記回転周波数と刃数と０．５との積である基本周波数に第１の係数を乗じた最薄部形成周波数、又は、該基本周波数に第２の係数を乗じた短片形成周波数であり、
第１の係数は、０．５であり、第２の係数は、１よりも大きい奇数である、
ことを特徴とする、工作機械。

【請求項2】

前記主軸と前記テーブルとの相対移動速度は、前記主軸又は前記テーブルが前記主軸の中心軸線方向に沿って離隔しない範囲で変動する、請求項１に記載の工作機械。

【請求項3】

工具と回転するワークとを送り方向に沿って相対移動させて旋削加工する工作機械であって、
前記工具が取付けられる工具台と、
取付けられた前記ワークを回転させるワーク主軸と、
前記工具台と前記ワーク主軸とを前記送り方向に沿って相対移動させる送り軸部と、
前記工具台と前記ワーク主軸との相対移動速度を揺動周波数で変動させて前記ワークを旋削加工する揺動旋削加工の指令を受信した場合に、前記ワーク主軸の回転周波数とは異なる揺動周波数を設定し、該揺動周波数で前記送り軸部を作動させる制御装置と、
を備え、
前記揺動周波数は、前記回転周波数と刃数と０．５との積である基本周波数に第１の係数を乗じた最薄部形成周波数、又は、該基本周波数に第２の係数を乗じた短片形成周波数であり、
第１の係数は、０．５であり、第２の係数は、１よりも大きい奇数である、
ことを特徴とする、工作機械。

【請求項4】

前記工具台と前記ワーク主軸との相対移動速度は、前記工具台又は前記ワーク主軸が前記送り方向に沿って離隔しない範囲で変動する、請求項３に記載の工作機械。

【請求項5】

設定した前記揺動周波数が、前記送り軸部を作動可能な周波数の上限値を超える場合は、該上限値で前記送り軸部を作動させる、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の工作機械。

【請求項6】

前記制御装置は、前記ワーク及び加工情報と前記揺動周波数とを関連付けるためのデータベースを有する、請求項１から請求項５の何れか１項に記載の工作機械。

【請求項7】

前記制御装置は、ネットワーク経由で前記送り軸部を作動させる、請求項１から請求項６の何れか１項に記載の工作機械。