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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-06-27
(45)【発行日】2022-07-05
(54)【発明の名称】工作機械及びこの工作機械の制御装置
(51)【国際特許分類】
   B23B 1/00 20060101AFI20220628BHJP
   B23Q 15/013 20060101ALI20220628BHJP
   G05B 19/4093 20060101ALI20220628BHJP
   G05B 19/416 20060101ALI20220628BHJP
【FI】
B23B1/00 A
B23Q15/013
G05B19/4093 M
G05B19/416 E
【請求項の数】 3
(21)【出願番号】P 2019198444
(22)【出願日】2019-10-31
(62)【分割の表示】P 2018096061の分割
【原出願日】2015-08-27
(65)【公開番号】P2020015167
(43)【公開日】2020-01-30
【審査請求日】2019-11-12
(31)【優先権主張番号】P 2014174765
(32)【優先日】2014-08-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000001960
【氏名又は名称】シチズン時計株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000137856
【氏名又は名称】シチズンマシナリー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002343
【氏名又は名称】特許業務法人 東和国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】三宮 一彦
(72)【発明者】
【氏名】松本 仁
(72)【発明者】
【氏名】今崎 能吉
【審査官】山本 忠博
(56)【参考文献】
【文献】特開平10-015701(JP,A)
【文献】特開昭61-182705(JP,A)
【文献】特開平01-321138(JP,A)
【文献】特開昭49-006573(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B23B 1/00-11/00,25/00-25/02,
B23Q 15/007-15/28,
G05B 19/18-19/416,19/42-19/427
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ワークを切削加工する切削工具と、該切削工具とワークとを相対的に回転させる回転手段と、前記切削工具とワークとを所定の加工送り方向に送り動作させる送り手段と、互いに異なる第1速度と第2速度での相対移動を繰り返して前記切削工具とワークとを相対的に反復的移動させる反復的移動手段とを備え、
前記切削工具とワークとの相対的な回転と、前記ワークに対する前記切削工具の前記反復的移動を伴う送り動作とによって、前記ワークの加工を実行する工作機械であって、
前記加工送り方向を前記回転の軸の延在方向と平行にするとともに、前記反復的移動の方向を前記回転の軸の延在方向と平行にするように構成され、
前記反復的移動手段を、前記切削工具とワークとの相対的な複数回転に対して前記切削工具が1回反復的移動し、1反復的移動の前記第1速度での相対移動時の前記相対的な回転の回転角度に対して前記第2速度での相対移動時の前記相対的な回転の回転角度が小さくなるように反復的移動させ、
前記1反復的移動において、前記第1速度での相対移動による切削加工部分に、前記第2速度での相対移動による切削加工部分を重複または近接させ、
前記1反復的移動における前記切削工具による、前記回転手段によって回転する前記ワークの軸線方向に直交する径方向への切り込み量が、前記送り手段による前記加工送り方向に沿った送り動作に伴う前記径方向への切り込みによって形成される量であり、
前記送り手段を前記反復的移動手段として制御して、前記ワークに対して前記切削工具を、前記第1速度と前記第2速度での相対移動を繰り返して反復的移動させながら前記加工送り方向に送り動作させる際に、前記切り込み量が一定に設定され
前記各速度での相対移動による各切削加工部分が互いに重複または近接する前記相対的な回転の回転角度位置に基づき基準角度位置を設定し、
前記反復的移動手段を、所定回数の前記相対的な回転に亘る第1速度での相対移動後、前記基準角度位置までの1回転内で、前記第1速度での相対移動から前記第2速度での相対移動に切り替えるとともに、前記第2速度での相対移動による切削加工部分を、前記第1速度での相対移動による切削加工部分に到達または近接させて1反復的移動を完了させる構成とした工作機械。
【請求項2】
前記第1速度が、前記第2速度に対して大きく設定された請求項1に記載の工作機械。
【請求項3】
ワークを切削加工する切削工具と、該切削工具とワークとを相対的に回転させる回転手段と、前記切削工具とワークとを所定の加工送り方向に送り動作させる送り手段と、互いに異なる第1速度と第2速度での相対移動を繰り返して前記切削工具とワークとを相対的に反復的移動させる反復的移動手段とを備え、
前記切削工具とワークとの相対的な回転と、前記ワークに対する前記切削工具の前記反復的移動を伴う送り動作とによって、前記ワークの加工を実行する工作機械の制御装置であって、
前記加工送り方向を前記回転の軸の延在方向と平行にするとともに、前記反復的移動の方向を前記回転の軸の延在方向と平行にするように構成され、
前記反復的移動手段を、前記切削工具とワークとの相対的な複数回転に対して前記切削工具が1回反復的移動し、1反復的移動の前記第1速度での相対移動時の前記相対的な回転の回転角度に対して前記第2速度での相対移動時の前記相対的な回転の回転角度が小さくなるように反復的移動させ、
前記1反復的移動において、前記第1速度での相対移動による切削加工部分に、前記第2速度での相対移動による切削加工部分を重複または近接させ、
前記1反復的移動における前記切削工具による、前記回転手段によって回転する前記ワークの軸線方向に直交する径方向への切り込み量が、前記送り手段による前記加工送り方向に沿った送り動作に伴う前記径方向への切り込みによって形成される量であり、
前記送り手段を前記反復的移動手段として制御して、前記ワークに対して前記切削工具を、前記第1速度と前記第2速度での相対移動を繰り返して反復的移動させながら前記加工送り方向に送り動作させる際に、前記切り込み量が一定に設定され
前記各速度での相対移動による各切削加工部分が互いに重複または近接する前記相対的な回転の回転角度位置に基づき基準角度位置を設定し、
前記反復的移動手段を、所定回数の前記相対的な回転に亘る第1速度での相対移動後、前記基準角度位置までの1回転内で、前記第1速度での相対移動から前記第2速度での相対移動に切り替えるとともに、前記第2速度での相対移動による切削加工部分を、前記第1速度での相対移動による切削加工部分に到達または近接させて1反復的移動を完了させる構成とした工作機械の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、切削加工時の切屑を順次分断しながらワークの加工を行う工作機械及びこの工作機械の制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、ワークを保持するワーク保持手段と、前記ワークを切削加工する切削工具を保持する刃物台と、前記ワーク保持手段と前記刃物台との相対移動によってワークに対して切削工具を所定の加工送り方向に送り動作させる送り手段と、互いに異なる第1速度と第2速度での前記加工送り方向に沿った前記相対移動を繰り返して前記ワーク保持手段と刃物台とを相対的に反復的移動させる反復的移動手段と、前記ワークと切削工具とを相対的に回転させる回転手段とを備え、前記ワークと前記切削工具との相対回転と、前記ワークに対する前記切削工具の前記加工送り方向への前記反復的移動を伴う送り動作とによって、前記ワークの加工を実行する工作機械が知られている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。
【0003】
この工作機械は、前記ワークの加工の際、前記反復的移動としての往復振動における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ため、切削工具は、復動時に、往動時切削済みの部分では、切削する部分が存在しないため、実際の切削を行うことなく移動のみを行う空振り動作となる。これにより切削加工時にワークから生じる切屑を、前記空振り動作によって順次分断しながら、ワークの加工を円滑に行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許5139591号公報(段落0039参照)
【文献】特開平10-43901号公報(段落0019参照)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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前記往復振動させる場合、特にワークを保持して回転する主軸1回転当たりの前記往復振動の振動数が1未満の場合、すなわち主軸の複数回転に対して切削工具が1回振動するような往復振動において、加工効率の低下を抑制することができる往復振動パターンが望まれていた。
【0006】
例えば、切削工具の刃先の軌跡が、図6Aに示す往復振動波形となるような主軸4回転で1振動となる往復振動パターンの場合、主軸1回転目の軌跡をa、2回転目の軌跡をb、3回転目の軌跡をc、4回転目の軌跡をdとし、主軸1回転目と2回転目で往動させ、主軸3回転目と4回転目で復動させると、a~dは、ワーク1回転毎に図6Bに示す軌跡になり、前記空振り動作は、cにおけるbとの交点CT以降となり、主軸3回転目の復動時の切削加工部分が、往動時の切削加工部分と重複した後、復動中の3回転目の途中から4回転目の終わりまで切削工具が空振り動作となり、主軸1回転以上に亘り切削効率の低下となるという問題が生じる。
【0007】
そこで、本発明は、前述したような従来技術の問題を解決するものであって、すなわち、本発明の目的は、ワークと切削工具との相対的な複数回転に対して、切削工具が1回反復的移動してワークの加工を行う場合に、加工効率の低下を抑制することができる工作機械及びこの工作機械の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本請求項1に係る発明は、ワークを切削加工する切削工具と、該切削工具とワークとを相対的に回転させる回転手段と、前記切削工具とワークとを所定の加工送り方向に送り動作させる送り手段と、互いに異なる第1速度と第2速度での相対移動を繰り返して前記切削工具とワークとを相対的に反復的移動させる反復的移動手段とを備え、前記切削工具とワークとの相対的な回転と、前記ワークに対する前記切削工具の前記反復的移動を伴う送り動作とによって、前記ワークの加工を実行する工作機械であって、前記加工送り方向を前記回転の軸の延在方向と平行にするとともに、前記反復的移動の方向を前記回転の軸の延在方向と平行にするように構成され、前記反復的移動手段を、前記切削工具とワークとの相対的な複数回転に対して前記切削工具が1回反復的移動し、1反復的移動の前記第1速度での相対移動時の前記相対的な回転の回転角度に対して前記第2速度での相対移動時の前記相対的な回転の回転角度が小さくなるように反復的移動させ、前記1反復的移動において、前記第1速度での相対移動による切削加工部分に、前記第2速度での相対移動による切削加工部分を重複または近接させ、前記1反復的移動における前記切削工具による、前記回転手段によって回転する前記ワークの軸線方向に直交する径方向への切り込み量が、前記送り手段による前記加工送り方向に沿った送り動作に伴う前記径方向への切り込みによって形成される量であり、前記送り手段を前記反復的移動手段として制御して、前記ワークに対して前記切削工具を、前記第1速度と前記第2速度での相対移動を繰り返して反復的移動させながら前記加工送り方向に送り動作させる際に、前記切り込み量が一定に設定され、前記各速度での相対移動による各切削加工部分が互いに重複または近接する前記相対的な回転の回転角度位置に基づき基準角度位置を設定し、前記反復的移動手段を、所定回数の前記相対的な回転に亘る第1速度での相対移動後、前記基準角度位置までの1回転内で、前記第1速度での相対移動から前記第2速度での相対移動に切り替えるとともに、前記第2速度での相対移動による切削加工部分を、前記第1速度での相対移動による切削加工部分に到達または近接させて1反復的移動を完了させる構成としたことにより、前述した課題を解決するものである。
【0009】
本請求項2に係る発明は、請求項1に記載された工作機械の構成に加えて、前記第1速度が、前記第2速度に対して大きく設定されたことにより、前述した課題を解決するものである。
【0011】
本請求項に係る発明は、ワークを切削加工する切削工具と、該切削工具とワークとを相対的に回転させる回転手段と、前記切削工具とワークとを所定の加工送り方向に送り動作させる送り手段と、互いに異なる第1速度と第2速度での相対移動を繰り返して前記切削工具とワークとを相対的に反復的移動させる反復的移動手段とを備え、前記切削工具とワークとの相対的な回転と、前記ワークに対する前記切削工具の前記反復的移動を伴う送り動作とによって、前記ワークの加工を実行する工作機械の制御装置であって、前記加工送り方向を前記回転の軸の延在方向と平行にするとともに、前記反復的移動の方向を前記回転の軸の延在方向と平行にするように構成され、前記反復的移動手段を、前記切削工具とワークとの相対的な複数回転に対して前記切削工具が1回反復的移動し、1反復的移動の前記第1速度での相対移動時の前記相対的な回転の回転角度に対して前記第2速度での相対移動時の前記相対的な回転の回転角度が小さくなるように反復的移動させ、前記1反復的移動において、前記第1速度での相対移動による切削加工部分に、前記第2速度での相対移動による切削加工部分を重複または近接させ、前記1反復的移動における前記切削工具による、前記回転手段によって回転する前記ワークの軸線方向に直交する径方向への切り込み量が、前記送り手段による前記加工送り方向に沿った送り動作に伴う前記径方向への切り込みによって形成される量であり、前記送り手段を前記反復的移動手段として制御して、前記ワークに対して前記切削工具を、前記第1速度と前記第2速度での相対移動を繰り返して反復的移動させながら前記加工送り方向に送り動作させる際に、前記切り込み量が一定に設定され、前記各速度での相対移動による各切削加工部分が互いに重複または近接する前記相対的な回転の回転角度位置に基づき基準角度位置を設定し、前記反復的移動手段を、所定回数の前記相対的な回転に亘る第1速度での相対移動後、前記基準角度位置までの1回転内で、前記第1速度での相対移動から前記第2速度での相対移動に切り替えるとともに、前記第2速度での相対移動による切削加工部分を、前記第1速度での相対移動による切削加工部分に到達または近接させて1反復的移動を完了させる構成としたことにより、前述した課題を解決するものである。
【発明の効果】
【0012】
本発明の工作機械によれば、1反復的移動の第1速度での相対移動時の相対回転の回転角度に対して第2速度での相対移動時の相対回転の回転角度が小さくなるため、互いに異なる第1速度と第2速度での相対移動による反復的移動を伴いながらワークの切削を効率よく行うことができ、特に反復的移動が振動となる場合に、加工効率の低下を抑制することができる。
【0013】
本発明の工作機械によれば、第2速度での相対移動中の切削工具がワークから離れ、実際の切削を行うことなく移動のみを行う所謂空振り動作の時間を抑制し、加工効率をより向上させることができる。
【0014】
本発明における工作機械の制御装置によれば、工作機械に係る発明が奏する効果と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
図1】本発明の実施例の工作機械の概略を示す図。
図2】本発明の実施例の切削工具とワークとの関係を示す概略図。
図3】本発明の実施例の切削工具の往復振動および位置を示す図。
図4A】1往復振動の切削工具の位置を示す図。
図4B】ワークを基準とした図4Aに対応する切削点の軌跡を示す図。
図4C図4Bの変形例を示す図。
図4D図4Bの変形例を示す図。
図5A】1反復的移動の切削工具の位置を示す反復的移動波形の変形例その1を示す図。
図5B】ワークを基準とした図5A対応する切削点の軌跡を示す図。
図5C】1反復的移動の切削工具の位置を示す反復的移動波形の変形例その2を示す図。
図5D】ワークを基準とした図5Cに対応する切削点の軌跡を示す図。
図6A】1往復振動の切削工具の位置を示す図。
図6B】ワークを基準とした図6Aに対応する切削点の軌跡を示す図(本願課題の往復振動波形)。
【発明を実施するための形態】
【0016】
本発明の工作機械及びこの工作機械の制御装置は、加工送り方向を回転の軸の延在方向と平行にするとともに、反復的移動の方向を回転の軸の延在方向と平行にするように構成され、反復的移動手段を、切削工具とワークとの相対的な複数回転に対して切削工具が1回反復的移動し、1反復的移動の第1速度での相対移動時の相対的な回転の回転角度に対して第2速度での相対移動時の相対的な回転の回転角度が小さくなるように反復的移動させ、1反復的移動において、第1速度での相対移動による切削加工部分に、第2速度での相対移動による切削加工部分を重複または近接させ、1反復的移動における切削工具による、回転手段によって回転するワークの軸線方向に直交する径方向への切り込み量が、送り手段による加工送り方向に沿った送り動作に伴う径方向への切り込みによって形成される量であり、送り手段を反復的移動手段として制御して、ワークに対して切削工具を、第1速度と第2速度での相対移動を繰り返して反復的移動させながら加工送り方向に送り動作させる際に、切り込み量が一定に設定され、各速度での相対移動による各切削加工部分が互いに重複または近接する相対的な回転の回転角度位置に基づき基準角度位置を設定し、反復的移動手段を、所定回数の相対的な回転に亘る第1速度での相対移動後、基準角度位置までの1回転内で、第1速度での相対移動から第2速度での相対移動に切り替えるとともに、第2速度での相対移動による切削加工部分を、第1速度での相対移動による切削加工部分に到達または近接させて1反復的移動を完了させる構成としたことにより、互いに異なる第1速度と第2速度での相対移動による反復的移動を伴いながらワークの切削を効率よく行うことができ、特に反復的移動が振動となる場合に、加工効率の低下を抑制するものであれば、その具体的な実施態様は、如何なるものであっても構わない。
【実施例
【0017】
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、主軸110と、切削工具台130Aとを備えている。
主軸110の先端にはチャック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、主軸110は、ワークを保持するワーク保持手段として構成されている。
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。
前記主軸モータとして主軸台110A内において、主軸台110Aと主軸110との間に形成される従来公知のビルトインモータ等が考えられる。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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、切削工具130を保持する刃物台を構成している。
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。
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。
【0022】
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。
【0023】
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、図示及び構造についての詳細な説明は割愛する。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
前記主軸移動機構(Z軸方向送り機構160)と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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
なお、本実施形態においては、X軸方向送り機構150、Y軸方向送り機構、Z軸方向送り機構160は、リニアサーボモータによって駆動されるように構成されているが、従来公知のボールネジとサーボモータとによる駆動等とすることもできる。
【0031】
本実施形態においては、ワークWと切削工具130とを相対的に回転させる回転手段が、前記ビルトインモータ等の前記主軸モータによって構成され、ワークWと切削工具130との相対回転は、主軸110の回転駆動によって行われる。
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。
この場合、切削工具130としてドリル等の回転工具が考えられる。
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、各送り機構を反復的移動手段として、各々対応する移動方向に沿って第1速度での相対移動およびこの第1速度での相対移動と異なり第1速度より遅い第2速度での相対移動を繰り返して主軸110と切削工具130とを相対的に反復的移動の一例とし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ように予め設定されている。
【0032】
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、第1速度での相対移動として所定の前進量だけ前進(往動)移動してから第1速度での相対移動時と方向が逆向きで第2速度での相対移動として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に送る。
【0033】
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、図4Aに示すように、切削工具130が前記加工送り方向に沿って1往復振動したときの前記進行量の、主軸1回転分当たりの量、すなわち、主軸位相0度から360度まで変化したとき当たりの量を送り量として、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。
本実施例の制御部C1は、1振動の往動時の主軸110の回転角度に対して復動時の主軸110の回転角度が小さくなるように、前記送り手段を制御する。
【0034】
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、図4Aに示す往復振動波形で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は、図4Bに示すように、1回転毎にa、bの軌跡に沿って切削される。
図4A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、0.5回(振動数N=0.5)を例に説明する。
【0035】
図4Aに示すように、主軸110(ワークW)の2回転に対して切削工具130が1回往復振動する関係で、ワークWの加工を実行するように、制御部C1が前記送り手段の制御を行う。
本実施例では、制御部C1は、1振動の往動時の主軸110の回転角度に対して復動時の主軸110の回転角度が小さくなるように、切削工具130が、主軸110の1回転目から2回転目の途中まで540度の回転角度分往動し、前記2回転目で往動から復動へ切り替わり、主軸110の180度の回転角度分復動し、該2回転目の終了時点で、往動時の切削加工部分と、復動時の切削加工部分とが接して重複するように、制御を行う。
【0036】
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ことによって、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から離れる空振り動作が「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。
工作機械100は、切削工具130の切削送り方向に沿った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。
【0037】
図4A図4Bに示す往復振動波形のように、主軸1回転目の移動軌跡aと2回転目の移動軌跡bとの交差点CTで往動時の切削加工部分と、復動時の切削加工部分とが接し、前記空振り動作が「点」で生じ、切屑が分断されて切粉が発生する。
【0038】
図4A図4Bに示す往復振動の振幅の設定について説明すると、先ず、ワークWに対する切削工具130の予め設定された前記送り量によって、主軸1回転目のときの切削工具130の移動軌跡aの始点と、前記複数回転のうちの最後の1回転(この例では主軸2回転目)のときの切削工具130の移動軌跡bの終点とが決まる。
次に、主軸110の複数回転に対して切削工具130が1回振動するこの複数回転のうちの最後の1回転(この例では主軸2回転目)の180度の位置で往動から復動に切り替える場合に、切削工具130の往動時速度と復動時速度との方向が互いに逆向きで絶対値が同じ速度となるように、言い換えると、移動軌跡bの往動時と復動時の軌跡が二等辺三角形の左右の斜辺を形成するように加工送り方向における1往復振動の復動時の移動量である振幅量が計算されて設定される。
振幅量が計算されると、切削工具130の移動軌跡aと切削工具130の移動軌跡bとが決まる。
【0039】
図4A図4Bは、主軸110の回転制御等の基準として予め定められている主軸原点(主軸110の0度の位置)を基準角度位置とし、前記主軸原点から切削工具130が切削加工を開始する例を示している。
切削工具130は、主軸原点(0度)から往復振動を開始し、主軸110が主軸原点から1回転する期間に亘って往動した後、次の主軸原点から1回転する間に往動から復動に切り替わり、この1回転の終了時点、つまり主軸110が次に主軸原点に到達した時点で、復動時の切削加工部分が、往動時の切削加工部分に到達して接して1振動が完了し、主軸原点から次の往復振動を開始する。
その結果、切削工具130が、空振り動作の発生時点から必要以上に復動が継続する状態が抑制され、加工効率を向上させることができる。
【0040】
基準角度位置は、必ずしも主軸原点である必要はなく、主軸110の所定の回転角度位置とすることができる。
復動時の切削加工部分は、前記基準角度位置で、往動時の切削加工部分に到達して接するため、換言すると主軸110の交差点CTでの回転角度位置が基準角度位置に定められる。
【0041】
なお図4A図4Bに示されるように、基準角度位置で往動時の切削加工部分と、復動時の切削加工部分とが接して重複する場合、実際の切削加工においては、往動時の切削加工部分と、復動時の切削加工部分とが十分に接しないケースが発生し得る。
そこで、図4C図4Dに示されるように、主軸110が基準角度位置に到達する前の予め定められた回転角度位置に交差点CTが位置するように、所定の重複タイミング調整角度を設定して切削工具130を往復振動させることもできる。
例えば、図4Cに示されるように、振幅量を変更する他、図4Dに示すように、1往復振動の振幅量を変えずに、往動から復動に切り替わるときの主軸位相を、主軸2回転目の範囲内で小さくする(図4Dにおいて左へずらす)ことで、所定の重複タイミング調整角度が設定される。
【0042】
これにより前記重複タイミング調整角度分、復動時の切削加工部分が、往動時の切削加工部分と重複し、この重複期間に切削工具130が前記空振り動作するため、切屑の分断を確実に行わせることができる。
この場合基準角度位置は、交差点CTが位置する回転角度位置に基づき、交差点CTが位置する回転角度位置に前記重複タイミング調整角度を加えた主軸110の回転角度位置に定められる。
【0043】
1往復振動の振幅量を変えずに、往動から復動に切り替わるときの主軸位相の変更は、1往復振動の主軸回転量と復動時の主軸回転量との比率の変更として、図4Aのように振幅量を設定し、主軸110の複数回転に対して切削工具130が1回振動するこの複数回転のうちの最後の1回転(この例では主軸2回転目)の0度~180度の位置で往動から復動に切り替える場合、振幅量を変化させずに、復動時の主軸回転量を0.5~1.0(180度~360度)の範囲で変更することができる。
つまり復動時の主軸回転量を大きくするにしたがって、切削工具130の移動軌跡bの頂点が図4Dにおける左側へ移動して、復動時の切削加工部分と、往動時の切削加工部分とを重複させることができる。
このとき、切削工具130の移動軌跡bの終点の位置はそのままで、切削工具130の移動軌跡aの傾きが大きくなり、切削工具130の移動軌跡bの頂点より右側(復動軌跡)の傾きが小さくなるため、移動軌跡bの前記頂点と終点との間に交差点CTが位置することとなる。
なお上記切削工具130をワークWに対して、前記加工送り方向に沿って相対的に往復振動しながら加工送り方向に送る振動切削加工の開始を、加工プログラムにおいてG△△△ P2の命令で指令するように制御部C1を構成する場合、G△△△ P2の命令に続くEの値(引数E)で、制御部C1に対して設定される振動数の値を1往復振動時の主軸110の回転数によって設定することができ、さらにRの値(引数R)で制御部C1に対して設定される復動時の主軸回転量の値を各々指定させることができる。
【0044】
なお、ワークWの複数回転の往動の後に復動に切り替えるため、切削工具の送り量を大きくとることにより、切削効率を向上させることができる。
また、往動時のワークWの回転量を多く、復動時を少なくすることにより、切削工具130にかかる切削負荷を抑制することができる。
【0045】
本実施例では、振動数Nは、主軸110(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)を行うように設定される。
工作機械100において、制御部C1による動作指令は、所定の指令周期で行われる。
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、前記指令周期に基づく所定の周波数で動作が可能となる。
前記指令周期は前記基準周期に基づいて定まり、一般的には前記基準周期の整数倍となる。
前記指令周期の値に応じた周波数で往復振動を実行させることが可能となる。
【0046】
主軸台110A(主軸110)又は切削工具台130A(切削工具130)の往復振動の周波数(振動周波数)f(Hz)は、上記周波数から選択される値に定まる。
主軸台110A(主軸110)又は切削工具台130A(切削工具130)を往復振動させる場合、主軸110の回転数をS(r/min)とすると、振動数Nは、N=f×60/Sと定まる。
回転数Sと振動数Nとは、振動周波数fを定数として反比例する。
主軸110は、振動周波数fを高くとるほど、また、振動数Nを小さくするほど高速回転することができ、振動数N<1.0とする場合に、制御装置Cによる往復振動の制御によって切削効率を低下させることなく主軸110を高速回転させることが可能となる。
【0047】
このようにして得られた本発明の実施例である工作機械100及びこの工作機械100の制御装置Cは、前記反復的移動手段を、主軸110の複数回転に対して切削工具130が1回振動し、1振動の往動時の主軸110の回転角度に対して復動時の主軸110の回転角度が小さくなるように振動させる構成としたことにより、主軸110の複数回転に対して切削工具が1回振動するような往復振動でワークWの加工を行う場合に、加工効率の低下を抑制することができる。
さらに、前記復動による切削加工部分と、前記往動による切削加工部分とが交差する主軸110の回転角度位置に基づき基準角度位置を設定し、前記反復的移動手段を、前記基準角度位置から所定回数の主軸110の回転に亘る往動後、前記基準角度位置から1回転で、往動から復動に切り替えるとともに、前記復動による切削加工部分を、前記往動による切削加工部分に到達させて1振動を完了させる構成としたことにより、切削中の無駄を最小として加工効率をより向上させることができる。
【0048】
また、図5Aに示すように、図4Aの往動のような第1速度での相対移動と、第1速度より遅い第2速度での相対移動として図4Aの復動に代えて加工送り方向への速度ゼロで停止とを繰り返してもよい。
図4Aに示す往復振動と比べて、送り量を多くして切削効率を高めることができる。
図5Bに示すように、2回転目が終了したとき、主軸1回転目の移動軌跡aと2回転目の移動軌跡bとが交差しないが、移動軌跡aと移動軌跡bとの距離が短くなる。
この箇所においては、ワークWから生じる切屑の幅が狭くなるため、この箇所で切粉が折れるように分断されやすくなる。
【0049】
図5Cに示すように、図4Aの往動のような第1速度での相対移動と、第2速度での相対移動として図4Aの復動に代えて加工送り方向において第1速度での移動方向と同じ方向へ第1速度より遅い速度での移動とを繰り返してもよい。
これにより、図5Aに示す反復的移動と比べて、送り量を多くして切削効率を高めることができる。
図5Dに示すように、2回転目が終了したとき、図5Bと同様、主軸1回転目の移動軌跡aと2回転目の移動軌跡bとが交差しないが、移動軌跡aと移動軌跡bとの距離が短くなる。
この箇所においては、ワークWから生じる切屑の幅が狭くなるため、この箇所で切粉が折れるように分断されやすくなる。
【符号の説明】
【0050】
100 ・・・ 工作機械
110 ・・・ 主軸
110A・・・ 主軸台
120 ・・・ チャック
130 ・・・ 切削工具
130A・・・ 切削工具台
150 ・・・ X軸方向送り機構
151 ・・・ ベース
152 ・・・ X軸方向ガイドレール
153 ・・・ X軸方向送りテーブル
154 ・・・ X軸方向ガイド
155 ・・・ リニアサーボモータ
155a・・・ 可動子
155b・・・ 固定子
160 ・・・ Z軸方向送り機構
161 ・・・ ベース
162 ・・・ Z軸方向ガイドレール
163 ・・・ Z軸方向送りテーブル
164 ・・・ Z軸方向ガイド
165 ・・・ リニアサーボモータ
165a・・・ 可動子
165b・・・ 固定子
C ・・・ 制御装置
C1 ・・・ 制御部
W ・・・ ワーク
図1
図2
図3
図4A
図4B
図4C
図4D
図5A
図5B
図5C
図5D
図6A
図6B