特開 2023-182125 工作機械における振止位置決定方法および装置

(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】P2023182125

(43)【公開日】2023-12-26

(54)【発明の名称】工作機械における振止位置決定方法および装置

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/404 20060101AFI20231219BHJP

   B23Q 15/00 20060101ALI20231219BHJP

   B23Q 11/00 20060101ALI20231219BHJP

   B23Q 1/76 20060101ALI20231219BHJP

   B23B 25/00 20060101ALI20231219BHJP

   B23B 25/06 20060101ALI20231219BHJP

   B23Q 17/00 20060101ALI20231219BHJP

   B23Q 17/20 20060101ALI20231219BHJP

【ＦＩ】

G05B19/404 K

B23Q15/00 C

B23Q11/00 A

B23Q1/76 S

B23B25/00 Z

B23B25/06

B23Q17/00 A

B23Q17/20 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022095544

(22)【出願日】2022-06-14

(71)【出願人】

【識別番号】000149066

【氏名又は名称】オークマ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106091

【弁理士】

【氏名又は名称】松村 直都

(74)【代理人】

【氏名又は名称】渡邉 彰

(74)【代理人】

【識別番号】100199369

【弁理士】

【氏名又は名称】玉井 尚之

(72)【発明者】

【氏名】矢野原 直充

【テーマコード（参考）】

3C011

3C029

3C045

3C048

3C269

【Ｆターム（参考）】

3C011AA04

3C029BB00

3C045FE17

3C045HA05

3C045HA10

3C048BB15

3C048EE10

3C269AB02

3C269BB17

3C269EF10

3C269MN16

3C269MN24

(57)【要約】

【課題】実際に加工を行う前に振止の設置位置を求めておくことができる工作機械における振止位置決定方法および装置を提供する。
【解決手段】 ワークWを加振する加振装置12と、加振したワークWの振動を測定する振動センサ13とを備えている。数値制御装置7に、振動センサ13で測定した振動の大きい箇所を同定して当該振動の大きい箇所を振止位置とする振動解析手段が設けられている。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

工作機械において加工プログラムに基づいてワークを加工するに際しての振止の位置を決定する方法であって、
ワークを加振して、加振したワークの振動を振動センサで測定し、測定した振動の大きい箇所を同定し、当該振動の大きい箇所を振止位置とする、工作機械における振止位置決定方法。

【請求項2】

得られた振止位置を加工プログラムに反映させる、請求項１の工作機械における振止位置決定方法。

【請求項3】

ワークの加振を工作機械内または工作機械外に設けた加振装置で行う、請求項１または２の工作機械における振止位置決定方法。

【請求項4】

加振装置は多関節ロボットである、請求項３の工作機械における振止位置決定方法。

【請求項5】

工作機械において加工プログラムに基づいてワークを加工するに際しての振止の位置を決定する装置であって、
ワークを加振する加振装置と、加振したワークの振動を測定する振動センサと、振動センサで測定した振動の大きい箇所を同定して当該振動の大きい箇所を振止位置とする振動解析手段とを備えている、工作機械における振止位置決定装置。

【請求項6】

得られた振止位置が加工プログラムに反映される、請求項５の工作機械における振止位置決定装置。

【請求項7】

加振装置は、工作機械内または工作機械外に設けられている、請求項５または６の工作機械における振止位置決定装置。

【請求項8】

加振装置は多関節ロボットである、請求項７の工作機械における振止位置決定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、工作機械に設けられてワークの中間部を把握する振止の適正な設置位置を決定する工作機械における振止位置決定方法および装置に関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械は、刃物を回転または固定して被加工物であるワークに押し当てることで、予め設定された形状・寸法にワークを加工する。加工に必要な要素の１つとして、機械の剛性があるが、ワークの剛性も重要な要素となる。ワークの剛性が弱く、加工に際してビビリが発生すると、これによって工具または機械の損傷のおそれがある。

【0003】

工作機械においては、ビビリが発生しやすい長尺のワークを加工する際には、ワークビビリ止め装置として、ワークの中間部を把握してワークの振れ・振動を低減させる振止が使用されている（例えば特許文献１）。

【0004】

振止を備えた工作機械で長尺のワークを切削する場合、通常、ビビリが発生しない位置に振止を移動させてワークを把握した状態で加工を開始するが、例えば、初品ワークでは、ワークのどの位置を振止で把握して良いのか判断できない場合が多く、まずは、ビビらないであろう位置でトライし、結果、ビビリが発生する場合は、位置を変更する作業を行ってから再び加工することが行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３－２６６２６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

振止位置の変更作業は、加工効率の低下につながるという問題がある。また、ビビリを発生させないように、振止の設置位置を多くすることもあるが、この場合には、加工時間が長くなるといった問題が発生することがある。このような問題を解消するために、加工を行う前に振止の設置位置を求めておくことが望まれている。

【0007】

この発明は、従来の技術の有する上記課題に鑑みなされたもので、その目的とするところは、実際に加工を行う前に振止の設置位置を求めておくことができる工作機械における振止位置決定方法および装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この発明の工作機械における振止位置決定方法は、工作機械において加工プログラムに基づいてワークを加工するに際しての振止の位置を決定する方法であって、ワークを加振して、加振したワークの振動を振動センサで測定し、測定した振動の大きい箇所を同定し、当該振動の大きい箇所を振止位置とするものである。

【0009】

この発明の工作機械における振止位置決定装置は、工作機械において加工プログラムに基づいてワークを加工するに際しての振止の位置を決定する装置であって、ワークを加振する加振装置と、加振したワークの振動を測定する振動センサと、振動センサで測定した振動の大きい箇所を同定して当該振動の大きい箇所を振止位置とする振動解析手段とを備えているものである。

【0010】

この発明の工作機械における振止位置決定方法および装置によると、ワークを加振してその振動を振動センサで測定することで、ワークの剛性を測定することができ、この情報により、加工条件の決定、振止の最適な支持力・支持位置の決定、ワーク支持状態の良否判定を行うことが可能である。ワークの剛性の測定は、加工を行う前に作業者を介さずに自動的に行うことができ、こうして、実際に加工を行う前に振止の設置位置を求めておくことで、ワークに最適な加工方法が決定されて、加工効率が向上するとともに、ビビリの発生による工具または機械の損傷を未然に防ぐことができる。

【0011】

得られた振止位置を加工プログラムに反映させることが好ましい。このようにすると、振止位置の決定を含む一連の作業が加工プログラムに反映されることにより、加工効率のより一層の向上が可能となる。

【0012】

ワークの加振は、適宜な加振装置で行うことができるが、この加振装置は、加工効率を考慮して、工作機械内または工作機械外のいずれに設けてもよい。

【0013】

加振装置は多関節ロボットであることが好ましい。多関節ロボットは、工作機械においてよく使用されており、この多関節ロボットに加振機能を付加することで、別途の加振装置を設置せずに、ワークの加振を可能とすることができる。

【発明の効果】

【0014】

この発明の工作機械における振止位置決定方法および装置によれば、作業者を介さずに実際に加工を行う前に適切な振止の設置位置が決定されるので、加工効率が向上するとともに、ビビリの発生による工具または機械の損傷を未然に防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】この発明の工作機械における振止位置決定方法および装置のハードの構成を模式的に示す正面図である。

【図2】この発明の工作機械における振止位置決定方法および装置の制御部分を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

【0017】

図１に示すように、この発明による振止位置決定方法および装置が適用される工作機械（例えば横形旋盤）(1)は、ワーク(W)を切削する刃物(2a)が取り付けられて長手方向と径方向とに移動可能な刃物台(2)と、ワーク(W)を回転させる主軸(3)と、ワーク(W)を支持して主軸(3)に取り付けられるチャック(4)と、ワーク(W)を長手方向に任意の力で押し付ける心押台(5)と、主軸(3)と平行に移動可能でワーク(W)の振れ・振動を低減させる１または複数の振止(6)と、刃物台(2)、主軸(3)、チャック(4)、心押台(5)および振止(6)などを制御する数値制御装置(7)とを備えている。

【0018】

上記構成は、従来から工作機械(1)に設けられているものであり、この工作機械(1)によると、ビビリが発生しやすい長尺のワーク(W)（例えばＬ／Ｄが１０以上のワーク）やフランジ形状の薄肉ワークなどを切削加工する際に、振止(6)でワーク(W)の長手方向中間部を把握することで、ビビリを防止してワーク(W)を加工することができる。

【0019】

この発明による振止位置決定方法および装置(11)は、ハードの構成として、従来は使用されていなかった加振装置(12)と、振動センサ(13)とをさらに備えている。

【0020】

加振装置(12)は、ワーク(W)を加振するためのもので、ワーク(W)の長手方向と平行に移動可能なアクチュエータ部(12a)と、ワーク(W)の長手方向と直交する方向に移動可能な加振部(12b)とを備えている。

【0021】

振動センサ(13)は、加振装置(12)で加振することによるワーク(W)の振動をサンプリングするもので、ワーク(W)の振動は数値制御装置(7)によって処理されるようになされている。

【0022】

数値制御装置(7)は、図２に示すように、加工プラグラム(8)に基づいて、刃物台(2)、主軸(3)、チャック(4)、心押台(5)および振止(6)などの工作機械(1)の本体(1a)部分の数値制御を行う切削制御部(14)と、この発明の振止位置決定方法および振止位置決定装置(11)に直接関係する振止(6)の送り軸(6a)を制御する送り軸制御部(15) とを備えている。

【0023】

数値制御装置(7)は、さらに、この発明の振止位置決定方法および振止位置決定装置(11)として付加された振動センサ(13)の振動データを解析する振動解析部（振動解析手段）(16)を備えている。

【0024】

振動解析部(16)は、振動センサ(13)で得られたワーク(W)の振動を処理して振止位置を決定し、得られた振止位置に基づいて加工プログラム変更部(17)を介して加工プラグラム(8)を変更する。これにより、振止位置が変更された加工プラグラム(8)の送り軸制御部(15)を介して振止(6)の送り軸(6a)が制御される。

【0025】

上記の工作機械(1)による加工に際しては、まず、ワーク(W)をチャック(4)で保持して心押台(5)で押すことでチャッキング状態とする。従来は、この状態で工作機械(1)を起動し、加工を開始するが、上記の振止位置決定装置(11)を備えた工作機械(1)では、加工の前に、加振装置(12)でワーク(W)を加振する。そして、加振することによるワーク(W)の振動を振動センサ(13)でサンプリングし、数値制御装置(7)のデータベースに蓄積する。

【0026】

加振装置(12)による加振位置や加振強さは、工作機械(1)の内部に蓄積されたモデルデータより任意に設定可能とされており、ディスプレイ(18)によってその設定が可能とされている。

【0027】

ワーク(W)の振動がデータベースに蓄積された後は、振動解析部(16)によってワーク(W)の振動の大きい箇所（すなわち、ワーク(W)において振動しやすい剛性の弱い箇所）を同定することで、実際に加工を行う前に振止(6)の設置位置が求められる。

【0028】

振止(6)の設置位置としては、具体的には、ワーク(W)における振幅の大きい位置が求められて、振幅が最も大きい位置、または、振幅が閾値を超える範囲の中央に振止(6)が設置される。

【0029】

こうして、この実施形態の工作機械(1)によると、ワーク(W)を加振して、加振したワーク(W)の振動を振動センサ(13)で測定し、測定した振動の振幅が大きい箇所を同定して、これを加工プログラム(8)に反映させて、その位置を振止(6)で把握することで、振止(6)の使用回数を最小化することもでき、加工効率を向上させることができる。また、ロボットなどによる自動化を伴うようにすることで、さらなる加工効率の向上を可能とすることができる。

【0030】

加振装置(12)は刃物台(2)に備えるようにしてもよく、同一加工空間内に刃物台(2)が複数台ある工作機械(1)では、複数台の刃物台(2)にそれぞれ加振装置(12)を備えるようにしてもよい。

【0031】

加振位置や加振強さの設定は、ディスプレイ(18)によって行うのではなく、加工プログラム(8)の情報よりワーク(W)の長手方向の位置や外径を認識して、加工プログラム(8)で動作させるようにしてもよい。

【0032】

加振装置(12)は、工作機械(1)内部に設置された専用のアクチュエータによって行えばよいが、これに限定されるものではなく、加振装置(12)および振動センサ(13)は、工作機械(1)内部または外部の適宜な位置に設置することができる。

【0033】

加振装置(12)は、工作機械(1)内部または外部に設置された多関節ロボットとしてもよい。多関節ロボットは、複数のリンクが関節を介して接続された多自由度のロボットであり、加工室内に設けられてワークを搬送するなどの作業を行うとともに、ワーク(W)の加振を行うことができる機能が付加されることで、刃物台(2)等の工作機械(1)の構成部品と干渉することなく、加振する方向や位置を任意に設定することが可能となり、より正確にワーク(W)の剛性を測定することができる。

【0034】

なお、上記の工作機械(1)においては、加振結果が任意に設定した異常と判断される閾値以上の値となった場合には、アラームを出して加工を停止させることが好ましい。また、加振に対する振動センサ(13)の値が正常であることを確認するための校正用のユニットを工作機械(1)内部に設置し、定期的に校正を行うことで、故障の有無を確認する機能も備えていることが好ましい。

【符号の説明】

【0035】

(1)：工作機械
(6)：振止
(7)：数値制御装置
(8)：加工プラグラム
(11)：振止位置決定装置
(12)：加振装置
(13)：振動センサ
(16)：振動解析部（振動解析手段）

【図1】

【図2】