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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】2024-09-30
(45)【発行日】2024-10-08
(54)【発明の名称】工作機械の制御装置、制御システム
(51)【国際特許分類】
G05B 19/416 20060101AFI20241001BHJP
【ＦＩ】
G05B19/416 E
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2022521952
(86)(22)【出願日】2021-05-12
(86)【国際出願番号】 JP2021017994
(87)【国際公開番号】W WO2021230273
(87)【国際公開日】2021-11-18
【審査請求日】2022-12-19
(31)【優先権主張番号】P 2020085293
(32)【優先日】2020-05-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】390008235
【氏名又は名称】ファナック株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001151
【氏名又は名称】あいわ弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】大西 庸士
【審査官】稲垣 浩司
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１４０４８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１８８６６５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０５Ｂ １９／１８ － １９／４１６
Ｇ０５Ｂ １９／４２ － １９／４６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ワークと工具を同時に回転させてワークの表面に多角形を形成するポリゴン加工を制御する制御装置であって、前記ワークの角速度の指令を生成するワーク軸指令生成部と、
前記工具の角速度の指令を生成する工具軸指令生成部と、
前記工具に取り付けられた刃具の回転方向のずれに関する情報を取得するずれ取得部と、
前記ずれ取得部が取得した刃具の回転方向のずれに関する情報に基づき、該ずれによって生じた前記多角形の形状の変化をなくす方向に工具軸又はワーク軸の何れか一方又は両方の位相を調整するパルスを生成する調整量生成部と、
前記ワークの角速度の指令又は前記工具の角速度の指令の何れか一方、又は、両方に上記パルスを重畳させる調整量重畳部と、
を備える制御装置。
【請求項2】
前記調整量重畳部は、前記ポリゴン加工における前記工具の空転時に、前記パルスを重畳させる、請求項１記載の制御装置。
【請求項3】
前記刃具の回転方向のずれに関する情報は、試し加工をしたときのワーク外形の角度である、請求項１記載の制御装置。
【請求項4】
前記刃具の回転方向のずれに関する情報は、前記ワークの切削時に前記工具にかかる負荷である、請求項１記載の制御装置。
【請求項5】
ワークと工具を同時に回転させてワークの表面に多角形を形成するポリゴン加工を制御する制御システムであって、前記ワークの角速度の指令を生成するワーク軸指令生成部と、
前記工具の角速度の指令を生成する工具軸指令生成部と、
前記工具に取り付けられた刃具の回転方向のずれに関する情報を取得するずれ取得部と、
前記ずれ取得部が取得した刃具の回転方向のずれに関する情報に基づき、該ずれによって生じた前記多角形の形状の変化をなくす方向に工具軸又はワーク軸の何れか一方又は両方の位相を調整するパルスを生成する調整量生成部と、
前記ワークの角速度の指令又は前記工具の角速度の指令の何れか一方又は両方に前記パルスを重畳させる調整量重畳部と、
を備える制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ポリゴン加工を行う工作機械の制御装置、制御システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、工具とワークとを一定の比率で回転させることにより、ワークを多角形（ポリゴン：ｐｏｌｙｇｏｎ）の形状に加工するポリゴン加工が存在する。ポリゴン加工において、工具刃先はワークに対して楕円軌道を描く。ワークと工具の回転比及び工具の本数を変更すると、楕円の位相や個数が変化し、ワークを四角形や六角形などの多角形に加工できる。
【0003】
図１１Aは、ワーク中心を原点としたときの、ワークに対する工具刃先の移動経路を示す。この例では、ワークと工具との回転比は１：２で、工具本数は２本である。ワークに対する工具Ｔ１の移動経路は軌道１であり、ワークに対する工具Ｔ２の移動経路は軌道２である。ワークが１回転する間に、２本の工具Ｔ１、Ｔ２はワークの周囲で楕円軌道を描き、ワーク表面に四角形が形成される。図１１Ｂは回転比率１：２で工具が３つの場合の工具Ｔの移動経路である。この場合、３本の工具がワークの周囲で楕円軌道を描き、この軌道に沿ってワーク表面を切削すると六角形が形成される。
【0004】
ポリゴン加工を行うための工具は、ポリゴンカッタと呼ばれ、工具本体と工具本体に取り付けられる刃具から構成される。特許文献１には、ポリゴン加工用工具が、円環状をなすカッタ本体と、３つの切削インサートと、この３つのインサートのそれぞれを固定するよう設けられている３つの固定用ボルトと、さらに、インサートの刃先の位置決め調整用の位置決め用ボルトとから構成されていることが記載されている。
【0005】
前記特許文献１の加工用工具（ポリゴンカッタに相当）では、インサート（刃具に相当）をカッタ本体の空孔に配置、固定したとき、一方の切れ刃が工具本体の外周面から突出するように取り付けられる。固定用ボルトで切れ刃を固定すると、その締め付け力により、空孔内でのインサートの回転が止められる。
【0006】
特許文献１の加工用工具では、カッタ本体にインサートを装着する構成にしたことにより、工具機構を大きくすることなく、工具径を大径化し、ポリゴン加工の精度を高めている。また、位置決め用ボルトと、固定用ボルトを備えることにより、刃具の位置決め調整機能を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開２０１８－１４０４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献１の加工用工具では、位置決め用ボルトと、固定用ボルトとを備え、刃具の位置決め精度を高めているが、刃具の取付は手動で行うため、取付位置に多少のズレが生じることがある。また、ポリゴン加工において、それぞれの刃具は、回転しながら、切削と空転を繰り返すが、刃具と工具が接触した際の負荷により、取付位置のズレや工具変形を生じることもある。取付位置のズレや工具変形は加工形状の精度に影響を及ぼす。
【0009】
また、図１１Ａ及び図１１Ｂで示したように、ポリゴン加工は、楕円の組合せで多角形を作るので、切削面が緩やかな曲線となり、高い平面度が必要とされるような高精度な加工には不向きである。ポリゴン加工は、フライス盤などによる多角形加工と比較して加工時間が短い。そのため、実用上高精度でなくとも支障のない部材（ボルトの頭部やドライバのビットなど）の加工に用いられている。
しかしながら、ポリゴン加工の精度を向上できれば、短い加工時間で高精度の加工が可能となる。
しかしながら、ポリゴン加工の精度を向上できれば、短い加工時間で高精度の加工が可能となる。
【0010】
ポリゴン加工の分野では、精度を向上する技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の一開示は、ワークと工具を同時に回転させてワークの表面に多角形を形成するポリゴン加工を制御する制御装置であって、ワークの角速度の指令を生成するワーク軸指令生成部と、工具の角速度の指令を生成する工具軸指令生成部と、工具に取り付けられた刃具の回転方向のずれに関する情報を取得するずれ取得部と、ずれ取得部が取得した刃具の回転方向のずれに関する情報に基づき該ずれによって生じた前記多角形の形状の変化をなくす方向に工具軸又はワーク軸の何れか一方又は両方の位相を調整するパルスを生成する調整量生成部と、ワークの角速度の指令又は工具の角速度の指令の何れか一方又は両方に上記パルスを重畳させる調整量重畳部と、を備える。
【0012】
本発明の他の態様は、ワークと工具を同時に回転させてワークの表面に多角形を形成するポリゴン加工を制御する制御システムであって、前記ワークの角速度の指令を生成するワーク軸指令生成部と、工具の角速度の指令を生成する工具軸指令生成部と、工具に取り付けられた刃具の回転方向のずれに関する情報を取得するずれ取得部と、ずれ取得部が取得した刃具の回転方向のずれに関する情報に基づき該ずれによって生じた前記多角形の形状の変化をなくす方向に工具軸又はワーク軸の何れか一方又は両方の位相を調整するパルスを生成する調整量生成部と、ワークの角速度の指令又は工具の角速度の指令の何れか一方又は両方にパルスを重畳させる調整量重畳部と、を備える。
【発明の効果】
【0013】
本開示によれば、ポリゴン加工の精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本開示における数値制御装置のハードウェア構成図である。
【図2】本開示における制御システムのブロック図である。
【図3】３本の刃具の調整量を算出する例を示す図である。
【図4A】回転方向のずれが生じていない工具の例（理想的な状態）を示す図である。
【図4B】回転方向のずれが生じた工具の例（ずれがある状態）を示す図である。
【図5】回転方向のずれを補正するときの工具軸の角度の変化を示す図である。
【図6A】本開示による刃具の軌道の変化を示す図である。
【図6B】本開示による刃具の軌道の変化を示す図である。
【図7A】刃具のずれによって生じる加工品の形状の変化を示す図である。
【図7B】刃具のずれによって生じる加工品の形状の変化を示す図である。
【図8】刃具のずれによって生じる加工品の形状の変化を示す図である。
【図9】第３の開示における数値制御装置のブロック図である。
【図10】負荷トルクの変化とずれ量の調整時間の関係とを示す図である。
【図11A】従来のポリゴン加工を説明する図である。
【図11B】従来のポリゴン加工を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、ポリゴン加工の調整機能を備えた数値制御装置１００の一例を示す。数値制御装置１００は、図１に示すように、数値制御装置１００を全体的に制御するＣＰＵ１１１、プログラムやデータを記録するＲＯＭ１１２、一時的にデータを展開するためのＲＡＭ１１３を備え、ＣＰＵ１１１はバス１２０を介してＲＯＭ１１２に記録されたシステムプログラムを読み出し、システムプログラムに従って数値制御装置１００の全体を制御する。
【0016】
不揮発性メモリ１１４は、例えば、図示しないバッテリでバックアップされるなどして、数値制御装置１００の電源がオフされても記憶状態が保持される。不揮発性メモリ１１４には、インタフェース１１５、１１８、１１９を介して外部機器７２から読み込まれたプログラムや入力部３０を介して入力されたユーザ操作、数値制御装置１００の各部や工作機械２００等から取得された各種データ（例えば、設定パラメータやセンサ情報など）が記憶される。
【0017】
インタフェース１１５は、数値制御装置１００とアダプタ等の外部機器７２とを接続するためのインタフェースである。外部機器７２側からはプログラムや各種パラメータ等が読み込まれる。また、数値制御装置１００内で編集したプログラムや各種パラメータ等は、外部機器７２を介して外部記憶手段に記憶させることができる。ＰＬＣ１１６（プログラマブル・ロジック・コントローラ）は、数値制御装置１００に内蔵されたシーケンス・プログラムで工作機械２００やロボット、該工作機械２００や該ロボットに取り付けられたセンサ等のような装置との間でＩ／Ｏユニット１１７を介して信号の入出力を行い制御する。
【0018】
表示部７０には、工作機械２００の操作画面や工作機械２００の運転状態を示す表示画面などが表示される。入力部３０は、ＭＤＩや操作盤、タッチパネル等から構成され、作業者の操作入力をＣＰＵ１１１に渡す。
【0019】
サーボアンプ１４０は、工作機械２００の各軸を制御する。サーボアンプ１４０は、ＣＰＵ１１１からの軸の移動指令量を受け取ってサーボモータ１５０を駆動する。サーボモータ１５０は位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号をサーボアンプ１４０にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。サーボモータ１５０には、工具軸が取り付けられている。工具本体にはポリゴン加工を行うための刃具Ｔが複数取り付けられている。
【0020】
スピンドルアンプ１６１は、工作機械２００の主軸１６４への主軸回転指令を受け取って、スピンドルモータ１６２を駆動する。スピンドルモータ１６２の動力はギアを介して主軸１６４に伝達され、主軸１６４は指令された回転速度で回転する。主軸１６４にはポジションコーダ１６３が結合され、ポジションコーダ１６３が主軸１６４の回転に同期して帰還パルスを出力し、その帰還パルスはＣＰＵ１１１によって読み取られる。
【0021】
主軸１６４にはワークＷが取り付けられている。主軸１６４と工具軸の軸方向は平行であり、主軸１６４と工具軸は所定の回転比で回転する。主軸１６４と工具軸が同時に回転すると、工具軸に取り付けられた工具Ｕがワーク表面を切削し、ワーク表面に多角形が形成される。
【0022】
［第１の開示］
図２は、第１の開示における制御システム１０００のブロック図である。このブロック図内の機能は、数値制御装置１００のＣＰＵ１１１がＲＯＭ１１２などの記憶装置に記録されたプログラムを実行して実現する。
図２は、第１の開示における制御システム１０００のブロック図である。このブロック図内の機能は、数値制御装置１００のＣＰＵ１１１がＲＯＭ１１２などの記憶装置に記録されたプログラムを実行して実現する。
【0023】
数値制御装置１００は、ポリゴン加工制御部１０を備える。ポリゴン加工制御部１０は、ワーク軸の回転指令を生成するワーク軸指令生成部１１と、工具軸の回転指令を生成する工具軸指令生成部１２とを備える。
【0024】
ワーク軸指令生成部１１は、主軸１６４の回転指令を生成する。ワーク軸指令生成部１１は、主軸１６４を一定の角速度ωで回転させる指令を生成し、スピンドルアンプ１６１に出力する。スピンドルアンプ１６１は、ワーク軸指令生成部１１からの指令に従いスピンドルモータ１６２を制御する。スピンドルモータ１６２は、主軸１６４を一定の角速度ωで回転させる。これにより主軸１６４に取り付けられたワークＷが一定の角速度ωで回転する。
【0025】
工具軸指令生成部１２は、工具Ｕの回転指令を生成する。工具軸指令生成部１２は、工具Ｕを一定の角速度で回転させる指令を生成し、サーボアンプ１４０に出力する。サーボアンプ１４０は、工具軸指令生成部１２からの指令に従いサーボモータ１５０を制御する。サーボモータ１５０は、サーボアンプ１４０の制御に従い工具Ｕを一定の角速度で回転させる。
【0026】
工具軸指令生成部１２は、位相ずれ取得部１３と、調整量生成部１４と、調整量重畳部１５とを含む。
【0027】
第１の開示による位相ずれ取得部１３は、刃具Ｔの回転方向のずれに関する情報を取得する。刃具Ｔの回転方向のずれ量δは、実際の角度と理想的な角度との差分である。刃具Ｔの角度は、レーザ変位計や角度計、画像計測機などで計測できるが、計測方法は、特定しない。計測結果は位相ずれ取得部１３に入力される。
【0028】
調整量生成部１４は、各刃具Ｔｉのずれ量δｉに対する調整量γｉを算出し、算出した調整量γｉに対応するパルスを生成する。
【0029】
調整量重畳部１５は、ポリゴン加工の空転タイミングに合わせて、調整量生成部１４が生成したパルスを、工具軸指令生成部１２が生成した回転指令に重畳させる。ポリゴン加工の空転タイミングとは、工具Ｕの刃具ＴがワークＷを切削しておらず、空転している時間のことである。調整量重畳部１５は、空転タイミングの間に、パルスを重畳させ、次の切削を行う刃具（Ｔｉとする）の調整量γｉだけ工具軸の位相を移動させ、位相合わせを行う。これにより、刃具Ｔｉの回転方向のずれに応じた補正が為される。
【0030】
［調整量γの算出方法］
以下の式は、調整量γの算出式である。本開示では、以下の式を用いることにより、刃具Ｔの本数Ｎや刃具のずれ量δに関わらず調整量γを算出することができる。
反時計回りを正方向（プラス）としたとき、各刃具Ｔｉのずれ量δｉに対する調整量γｉは以下の式となる。
γｉ＝δｉ- １－δｉ
但し、上の式で、γ1＝δＮ－δ１（Ｎは刃具Ｔの本数）であり、また、 １削目の調整量γｉは －δｉである。
このように調整量γｉを算出すると、最初の切削では、工具軸の位相を－δｉ調整すると、刃具Ｔｉのずれ量＋δｉ による多角形形状の変化が相殺されてゼロになる。刃具Ｔｉでの切削の終了時点では、工具軸の位相は－δｉずれているので、工具軸の位相をδｉ-δｉ＋１調整させると、工具軸の位相のずれが－δｉ＋１となり、刃具Ｔｉ＋１のずれ量＋δｉ＋１ による多角形形状の変化は相殺されてゼロになる。刃具Ｔｉ＋１での切削の終了時点では、工具軸の位相は－δｉ＋１ずれているので、工具軸の位相をδｉ＋１－δｉ＋２調整すると、工具軸の位相のずれが－δｉ＋２となり、刃具Ｔｉ＋２のずれ量＋δｉ＋２ による多角形形状の変化が相殺されてゼロになる。刃具Ｔｉは回転しており、刃具Ｔｉのずれ量δｉに応じて調整量γｉが周期的に変化する。
以下の式は、調整量γの算出式である。本開示では、以下の式を用いることにより、刃具Ｔの本数Ｎや刃具のずれ量δに関わらず調整量γを算出することができる。
反時計回りを正方向（プラス）としたとき、各刃具Ｔｉのずれ量δｉに対する調整量γｉは以下の式となる。
γｉ＝δｉ- １－δｉ
但し、上の式で、γ1＝δＮ－δ１（Ｎは刃具Ｔの本数）であり、また、 １削目の調整量γｉは －δｉである。
このように調整量γｉを算出すると、最初の切削では、工具軸の位相を－δｉ調整すると、刃具Ｔｉのずれ量＋δｉ による多角形形状の変化が相殺されてゼロになる。刃具Ｔｉでの切削の終了時点では、工具軸の位相は－δｉずれているので、工具軸の位相をδｉ-δｉ＋１調整させると、工具軸の位相のずれが－δｉ＋１となり、刃具Ｔｉ＋１のずれ量＋δｉ＋１ による多角形形状の変化は相殺されてゼロになる。刃具Ｔｉ＋１での切削の終了時点では、工具軸の位相は－δｉ＋１ずれているので、工具軸の位相をδｉ＋１－δｉ＋２調整すると、工具軸の位相のずれが－δｉ＋２となり、刃具Ｔｉ＋２のずれ量＋δｉ＋２ による多角形形状の変化が相殺されてゼロになる。刃具Ｔｉは回転しており、刃具Ｔｉのずれ量δｉに応じて調整量γｉが周期的に変化する。
【0031】
具体例として、図３を参照して、３本の刃具Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３のずれ量δ１、δ２、δ３の調整量γ１、γ２、γ３の算出方法を説明する。刃具Ｔが３本の場合、各刃具Ｔｉの調整量（γ１，γ２，γ３）は、上記式より（γ１，γ２，γ３）＝（δ３－δ１，δ１－δ２，δ２－δ3｜１削目のみ－δｉ）となる。
図３の例では、１削目に刃具Ｔ１で切削するものとする。この場合、１削目の調整量は－δ１である。そのため、工具軸の位相を－δ１ずらす。１削目以降は、切削する刃具Ｔｉに応じて調整量γｉが算出できる。図３に示すように、調整量γｉは、切削する刃具Ｔｉに応じて、（γ１，γ２，γ３）＝（δ３－δ１，δ１－δ２，δ２－δ3）のように周期的に変化する。
図３の例では、１削目に刃具Ｔ１で切削するものとする。この場合、１削目の調整量は－δ１である。そのため、工具軸の位相を－δ１ずらす。１削目以降は、切削する刃具Ｔｉに応じて調整量γｉが算出できる。図３に示すように、調整量γｉは、切削する刃具Ｔｉに応じて、（γ１，γ２，γ３）＝（δ３－δ１，δ１－δ２，δ２－δ3）のように周期的に変化する。
【0032】
図４Ａ及び図４Ｂはずれが生じた工具Ｕ、図５はずれを補正するときの工具軸の角度の変化、図６Ａ及び図６Ｂはずれを補正したときの加工面の変化を示している。
図４Ａ及び図４Ｂの工具Ｕには、２本の刃具Ｔ１、Ｔ２が等間隔に取り付けられている。２本の刃具Ｔ１，Ｔ２を取り付ける場合、理想的には、図４Aに示すように、一方の刃具Ｔ１と他方の刃具Ｔ２との角度は１８０度であるが、何らかの原因により、図４Ｂに示すように回転方向のずれが生じることがある。この図では左側の刃具Ｔ１を基準（ずれ量δ１＝０）として、右側の刃具Ｔ２が－δ（ずれ量δ２）だけずれている。ずれ量（δ１，δ２）＝（０，－δ）であれば、上記式により、調整量（γ１，γ２）＝（δ２－δ１，δ１－δ２）＝（－δ，＋δ；但し、１削目の調整量は－δｉ）が算出できる。
図４Ａ及び図４Ｂの工具Ｕには、２本の刃具Ｔ１、Ｔ２が等間隔に取り付けられている。２本の刃具Ｔ１，Ｔ２を取り付ける場合、理想的には、図４Aに示すように、一方の刃具Ｔ１と他方の刃具Ｔ２との角度は１８０度であるが、何らかの原因により、図４Ｂに示すように回転方向のずれが生じることがある。この図では左側の刃具Ｔ１を基準（ずれ量δ１＝０）として、右側の刃具Ｔ２が－δ（ずれ量δ２）だけずれている。ずれ量（δ１，δ２）＝（０，－δ）であれば、上記式により、調整量（γ１，γ２）＝（δ２－δ１，δ１－δ２）＝（－δ，＋δ；但し、１削目の調整量は－δｉ）が算出できる。
【0033】
図５は、図４Ｂのずれを補正したときの工具軸の角度と時間との関係を示している。点線は、従来のポリゴン加工、実線は本開示のポリゴン加工を示している。従来のポリゴン加工では、工具軸の角速度は一定である。
本開示のポリゴン加工では、刃具Ｔ１で切削を開始する場合、１削目の調整量γ１がゼロのため（時刻ｔ１からｔ２）、位相ずれゼロの状態でワークＷを切削する。次に刃具Ｔ２で切削する場合、切削開始前の空転タイミング（時刻ｔ２からｔ３）で、角速度を加速して位相を＋δずらす。２削目（時刻ｔ３からｔ４）では、位相が＋δずれた状態で、ワークＷを切削する。工具Ｕが１回転して、再び刃具Ｔ１で切削する場合、切削開始前の空転タイミング（時刻ｔ４からｔ５）で、角速度を減速して位相のずれをゼロに戻す。３削目（時刻ｔ５からｔ６）では、位相のずれがゼロの状態で、ワークＷを切削する。その後、数値制御装置１００は、ｔ２からｔ６の処理を繰り返し行う。
本開示のポリゴン加工では、刃具Ｔ１で切削を開始する場合、１削目の調整量γ１がゼロのため（時刻ｔ１からｔ２）、位相ずれゼロの状態でワークＷを切削する。次に刃具Ｔ２で切削する場合、切削開始前の空転タイミング（時刻ｔ２からｔ３）で、角速度を加速して位相を＋δずらす。２削目（時刻ｔ３からｔ４）では、位相が＋δずれた状態で、ワークＷを切削する。工具Ｕが１回転して、再び刃具Ｔ１で切削する場合、切削開始前の空転タイミング（時刻ｔ４からｔ５）で、角速度を減速して位相のずれをゼロに戻す。３削目（時刻ｔ５からｔ６）では、位相のずれがゼロの状態で、ワークＷを切削する。その後、数値制御装置１００は、ｔ２からｔ６の処理を繰り返し行う。
【0034】
図５のように位相を制御した場合、刃具Ｔの軌道は図６Ａ及び図６Ｂのように変化する。２本の刃具Ｔ１、Ｔ２でワークＷを切削したとき、刃具Ｔ１、Ｔ２が理想的な位置に取り付けられていれば、図６Aの点線で示すように、ポリゴン加工で形成される四角形Ｓは、略正方形になる。２本の刃具Ｔ１、Ｔ２のうちの一方の刃具Ｔ２が傾いていると、図６Aの一点鎖線で示すように、傾いている方の刃具Ｔ２の軌道が傾き、刃具Ｔ２が形成する切削面も傾き、ひし形のようになる。
【0035】
図６Ｂの実線は、本開示のポリゴン加工における、２本の刃具Ｔ１、Ｔ２の軌道を示している。本開示のポリゴン加工では、刃具Ｔ１、Ｔ２が切削を行っていない空転タイミングで回転方向のずれを補正する。その結果、刃具Ｔ１、Ｔ２の切削時の軌道が理想的な軌道と一致する。これにより、刃具Ｔの回転方向のずれに応じた補正が為され、ポリゴン加工で形成される四角形Ｓが、略正方形になる。
【0036】
［第２の開示］
［ずれ量δの測定方法１］
第２の開示では、試し加工の結果得られたワークＷを用いて回転方向のずれ量δを算出する。図６Aに示すように、ワークＷの加工面は刃具Ｔのずれ分だけずれる。そのため、試し加工の結果得られたワークＷの加工面のなす角θを用いて、刃具Ｔの回転方向のずれ量δが算出できる。
ワークＷの計測は、例えば、オペレータが行う。計測機器には、レーザ変位計や角度計、画像計測機などがあるが限定しない。ワークＷの角度を計測すると、オペレータは、入力部３０を介して数値制御装置１００にワークＷの角度を入力する。ずれ量δの算出は、位相ずれ取得部１３が行う。
［ずれ量δの測定方法１］
第２の開示では、試し加工の結果得られたワークＷを用いて回転方向のずれ量δを算出する。図６Aに示すように、ワークＷの加工面は刃具Ｔのずれ分だけずれる。そのため、試し加工の結果得られたワークＷの加工面のなす角θを用いて、刃具Ｔの回転方向のずれ量δが算出できる。
ワークＷの計測は、例えば、オペレータが行う。計測機器には、レーザ変位計や角度計、画像計測機などがあるが限定しない。ワークＷの角度を計測すると、オペレータは、入力部３０を介して数値制御装置１００にワークＷの角度を入力する。ずれ量δの算出は、位相ずれ取得部１３が行う。
【0037】
以下の式は、ずれ量δの算出式である。本開示では、以下の式を用いることにより、刃具の本数Ｎに関わらず、試し加工を行ったワークＷの角度θからずれ量δを計測することができる。ワークＷの角度θを用いたずれ量δの算出方法について説明する。
この例では、刃数Ｎの工具Ｕを使い、ワーク軸と工具軸との回転比１：２で回転させる。この条件でポリゴン加工を行うと、ワークの外形は正２Ｎ角形になる。厳密にいえば、ポリゴン加工は、楕円の組合せでワーク表面を加工するので、各面は緩やかな曲面となり、ワークの外径は完全な正２Ｎ角形にはならないが、ここでは正２Ｎ角形とみなす。加工面が正２Ｎ角形であるとみなした場合、正２Ｎ角形の対向する２辺は各刃具Ｔが描く楕円の長軸に平行である。刃具番号をｎ（＝１，…，Ｎ）とし、刃具番号ｎの刃具Ｔｎによって形成された切削面をＳｎとする。同一の刃具Ｔｎによって対面する２面が形成されるが、ワーク軸方向からみた断面は線対称となるため、片側の面についてのみ説明する。
この例では、刃数Ｎの工具Ｕを使い、ワーク軸と工具軸との回転比１：２で回転させる。この条件でポリゴン加工を行うと、ワークの外形は正２Ｎ角形になる。厳密にいえば、ポリゴン加工は、楕円の組合せでワーク表面を加工するので、各面は緩やかな曲面となり、ワークの外径は完全な正２Ｎ角形にはならないが、ここでは正２Ｎ角形とみなす。加工面が正２Ｎ角形であるとみなした場合、正２Ｎ角形の対向する２辺は各刃具Ｔが描く楕円の長軸に平行である。刃具番号をｎ（＝１，…，Ｎ）とし、刃具番号ｎの刃具Ｔｎによって形成された切削面をＳｎとする。同一の刃具Ｔｎによって対面する２面が形成されるが、ワーク軸方向からみた断面は線対称となるため、片側の面についてのみ説明する。
【0038】
正Ｎ角形の隣接する２面ＳｎとＳｎ＋１の成す角をθｎとする。ｎ＝ＮについてθＮはＳＮとＳ１の成す角とする。刃具Ｔにずれがない場合は、全ての角が（１８０－１８０／Ｎ）°（＝θ）となる。簡単のため、ｎ＝１の刃具Ｔ１を基準として各刃具Ｔｎの回転方向のずれ量をδｎとする。基準をｎ＝１の刃具としたのでδ１＝０である。刃具Ｔｎのずれδｎにより、刃具Ｔｎが形成する加工面Ｓｎも角度δｎ傾くため、ｎ（＝１，…，Ｎ－１）についてθｎ＝θ＋δｎ－δｎ＋１となる。ｎ＝Ｎについてはθｎ＝θ＋δＮ－δ１となる。θ、δ１は既知なので、基準となる刃具Ｔ１が形成した面Ｓ１と刃具ＴＮが形成した面ＳＮのなす角θＮを計測すると、刃具ＴＮのずれ量δＮが算出できる。同様に、正Ｎ角形の角度θｎを計測すると、上記式から各刃具Ｔｎのずれ量δｎを算出できる。
【0039】
具体例として刃具が２本の場合と、刃具が３本の場合について説明する。図４Ａ及び図４Ｂのように、２本の刃具Ｔ１、Ｔ２が取り付けられた工具Ｕをワーク軸と工具軸との回転比１：２で回転させると、ワークＷの外形が正方形になる。図４Aに示すように、理想的な位置に工具Ｔ１、Ｔ２が取り付けられている場合、図７Aに示すように、正方形の４つの角の角度は９０°である。しかしながら、図４Ｂに示すように刃具Ｔ２が回転方向にδ２ずれていると、ずれた刃具Ｔ２が形成する面Ｓ２も角度δ２傾き、図７Ｂに示すように、対向する角の角度がθ１＝９０－δ°及びθ２＝９０＋δ°のひし形となる。よって、試し加工の結果得られたワークＷの各角度θ１、θ２を上記式に代入すると、刃具Ｔ２のずれ量δ２が算出でき、調整量γ１、γ２も算出できる。
【0040】
刃具が３本の場合もワークＷの各角度からずれ量δを算出することができる。刃具Ｔ２、Ｔ３が回転方向にδ２、δ３ずれていると、それぞれの刃具Ｔ２、Ｔ３が形成する面Ｓ２、Ｓ３も角度δ２、δ３傾き、図８に示すように、θ１＝１２０－δ２°、θ２＝１２０＋δ２－δ３°、θ３＝１２０＋δ３°となる。よって、試し加工の結果得られたワークＷの各角度θ１、θ２、θ３から刃具Ｔ２、Ｔ３のずれ量δ２、δ３が算出でき、調整量γ２、γ３も分かる。刃具が４本以上の場合も同様に算出が可能である。
【0041】
このように、第２の開示では、刃具の回転方向のずれに関する情報として、試し加工の結果得られた多角形の角度θを取得し、各刃具のずれ量δを算出する。
第２の開示の数値制御装置１００では、試し加工の結果得られたワークＷの角度θから刃具Ｔの回転方向のずれ量δを検出できる。
第２の開示の数値制御装置１００では、試し加工の結果得られたワークＷの角度θから刃具Ｔの回転方向のずれ量δを検出できる。
【0042】
なお、上述の記載では、オペレータがワークＷの角度を計測し、数値制御装置１００がずれ量δを算出する構成としたが、オペレータがずれ量を計算して数値制御装置１００に入力する構成としてもよい。
【0043】
［第３の開示］
［ずれ量δの調整方法２］
第３の開示では、位相ずれ取得部１３が、負荷トルクを用いてずれ量δの調整を行う。
図９は、第３の開示の制御システム１０００のブロック図である。第３の開示の数値制御装置１００は、回転方向のずれに関する情報を取得する位相ずれ取得部１３と、負荷トルクの値に基づきずれ量δを補正するパルスを生成する調整量生成部１４と、工具Ｕの空転タイミングに合わせてパルスを重畳させる調整量重畳部１５と、負荷トルクを検出するトルク検出部１６と、を有する。
［ずれ量δの調整方法２］
第３の開示では、位相ずれ取得部１３が、負荷トルクを用いてずれ量δの調整を行う。
図９は、第３の開示の制御システム１０００のブロック図である。第３の開示の数値制御装置１００は、回転方向のずれに関する情報を取得する位相ずれ取得部１３と、負荷トルクの値に基づきずれ量δを補正するパルスを生成する調整量生成部１４と、工具Ｕの空転タイミングに合わせてパルスを重畳させる調整量重畳部１５と、負荷トルクを検出するトルク検出部１６と、を有する。
【0044】
トルク検出部１６は、工具軸にかかる負荷を検出し、負荷トルクの検出結果を位相ずれ取得部１３に出力する。
【0045】
調整量生成部１４は、位相ずれ取得部１３が取得した負荷トルクの変化を基に、刃具Ｔ１と刃具Ｔ２との回転方向の位相のずれ量を検出し、ずれを補正するパルスを生成する。
図１０は、刃具Ｔ１でワークＷを切削した後、刃具Ｔ２でワークＷを切削したときの負荷トルクの変化である。工具軸にかかる負荷は、刃具Ｔ１がワークＷに接触した時点Ａ１において立ち上がり、刃具Ｔ１がワークＷを切削している間は高い状態が継続し、刃具Ｔ１がワークＷから離れた時点Ｂ１で立ち下がる。そして、次の刃具Ｔ２がワークＷに接触した時点Ａ２で立ち上がり、刃具Ｔ２がワークＷを切削している間は高い状態が継続し、刃具Ｔ２がワークＷから離れた時点Ｂ２で立ち下がる。
図１０は、刃具Ｔ１でワークＷを切削した後、刃具Ｔ２でワークＷを切削したときの負荷トルクの変化である。工具軸にかかる負荷は、刃具Ｔ１がワークＷに接触した時点Ａ１において立ち上がり、刃具Ｔ１がワークＷを切削している間は高い状態が継続し、刃具Ｔ１がワークＷから離れた時点Ｂ１で立ち下がる。そして、次の刃具Ｔ２がワークＷに接触した時点Ａ２で立ち上がり、刃具Ｔ２がワークＷを切削している間は高い状態が継続し、刃具Ｔ２がワークＷから離れた時点Ｂ２で立ち下がる。
【0046】
正多角形を形成する場合、同じ長さの辺を順次形成するため、負荷トルクの立ち上がりから次の立ち上がりまでの時間が全て等しくなるはずである。図１０の例では刃具Ｔ１の切削が開始してから刃具Ｔ２の切削が開始するまでの期間Ｔｅｒｍ１と、刃具Ｔ２の切削が開始してから次の刃具Ｔ１の切削が開始するまでの期間Ｔｅｒｍ２とは、理想的には、Ｔｅｒｍ１＝Ｔｅｒｍ２の関係になる。
逆に言えば、Ｔｅｒｍ１≠Ｔｅｒｍ２の場合、位相ずれが生じていることになるので、Ｔｅｒｍ１とＴｅｒｍ２との差を求め、これを位相のずれ量として、この時間差を補正するパルスを生成する。
逆に言えば、Ｔｅｒｍ１≠Ｔｅｒｍ２の場合、位相ずれが生じていることになるので、Ｔｅｒｍ１とＴｅｒｍ２との差を求め、これを位相のずれ量として、この時間差を補正するパルスを生成する。
【0047】
調整量重畳部１５は、ポリゴン加工の空転タイミングに合わせて、調整量生成部１４が生成したパルスを、工具軸指令生成部１２が生成した回転指令に重畳させる。ポリゴン加工の空転タイミングは、トルク負荷から検出できる。図１０の例では、トルク負荷が立ち下がった時点Ｂ１から次のトルクが立ち上がる時点Ａ２までの間にＴｅｒｍ１とＴｅｒｍ２の時間差を補正するパルスを重畳させる。
【0048】
このように、第２の開示の数値制御装置１００では、負荷トルクを用いて、刃具のずれを検出し、補正する。この方法では、工具ＵとワークＷを工作機械に取り付けた状態で、自動的にずれを補正することができる。また、正多角形を形成する場合、負荷の立ち上がりから次の負荷の立ち上がりまでの時間を一定にすればよい。
なお、本開示では、負荷の立ち上がりから次の立ち上がりまでを補正の基準としたが、負荷の立ち下がりを補正の基準としてもよいし、他のタイミングを補正の基準としてもよい。
なお、本開示では、負荷の立ち上がりから次の立ち上がりまでを補正の基準としたが、負荷の立ち下がりを補正の基準としてもよいし、他のタイミングを補正の基準としてもよい。
【0049】
以上説明したように、本開示１～３の数値制御装置１００は、刃具Ｔの回転方向のずれ量δに応じたパルスを生成し、工具軸の回転指令にパルスを重畳させることにより、刃具Ｔの取付位置を調整することなしに刃具Ｔのずれに応じた補正をすることができる。
【0050】
第２の開示の数値制御装置１００では、試し加工の結果得られたワークＷの角度を用いて、ずれ量δを算出する。ワークＷの角度は角度計などの器具で計測することが可能であるため、特別な計測機器は不要である。さらに、工具Ｕを工作機械から取り外すことなく、ずれを調整することができる。
【0051】
第３の開示の数値制御装置１００では、負荷トルクを用いてずれ量を調整するため、ワークＷや工具Ｕを工作機械に取り付けた状態で、ずれの補正を行うことができる。なお、第３の開示では、加工面の形状が正多角形のため、時間が一定になるように調整したが、加工面の形状が正多角形以外の場合は、加工面の形状に合わせて調整時間を変更してもよい。
【0052】
以上、一実施形態について説明したが、本発明は上述した開示のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
例えば、上述した実施例では工具軸の位相を調整して、刃具Ｔのずれ量を補正したがワーク軸の位相を調整して刃具Ｔのずれ量を補正してもよい。
上述した説明では、刃具Ｔのずれは取付誤差により生じるとして説明したが、本開示の数値制御装置１００は、取付誤差以外の原因、例えば、刃物の摩耗やベアリングの摩耗などで生じたずれも補正することができる。
例えば、上述した実施例では工具軸の位相を調整して、刃具Ｔのずれ量を補正したがワーク軸の位相を調整して刃具Ｔのずれ量を補正してもよい。
上述した説明では、刃具Ｔのずれは取付誤差により生じるとして説明したが、本開示の数値制御装置１００は、取付誤差以外の原因、例えば、刃物の摩耗やベアリングの摩耗などで生じたずれも補正することができる。
【0053】
調整量生成部１４のずれ量δから調整量γを算出する手順は、上述したものに限らない。調整量γが少なくなるように基準の刃具Ｔを選択したり、各刃具Ｔの理想的な位置を算出すると、速やかに刃具Ｔの位相を合わせることができるようになり、効率的である。
【0054】
また、刃具Ｔの回転方向のずれの補正と径方向の補正とを組み合わせてもよい。
刃具Ｔのずれは、通常、回転方向だけでなく径方向でも生じる。そのため、両方を組み合わせて補正することが望ましい。
径方向のずれの補正では、まず、径方向のずれを測定する。径方向のずれは、試し加工した結果得られるワークＷの対向する２辺の距離から算出できる。その他、レーザ変位計や角度計、画像計測機などを用いて工具Ｕを直接計測してずれ量δを検出することもできる。
径方向のずれ量σは、ワーク軸と工具軸との軸間距離を調整することにより補正できる。
すなわち、刃具Ｔが基準の位置より外側にずれている場合には、ワーク軸と工具軸との軸間距離を近づけてずれ量をゼロにする。また、刃具Ｔが基準の位置より内側にずれている場合には、ワーク軸と工具軸との軸間距離を遠ざけてずれ量をゼロにする。
回転方向のずれ量δは刃具Ｔごとに異なるので、刃具Ｔｉの回転方向のずれ量をδｉとすると、刃具Ｔｉで切削する前の空転タイミングで、回転方向のずれ量δｉと径方向のずれ量σｉを同時に補正する。
以上説明したように、回転方向の補正と径方向の補正とを同時に行うと、刃具Ｔを付け替えることなく、ポリゴン加工の精度を向上させることができる。
刃具Ｔのずれは、通常、回転方向だけでなく径方向でも生じる。そのため、両方を組み合わせて補正することが望ましい。
径方向のずれの補正では、まず、径方向のずれを測定する。径方向のずれは、試し加工した結果得られるワークＷの対向する２辺の距離から算出できる。その他、レーザ変位計や角度計、画像計測機などを用いて工具Ｕを直接計測してずれ量δを検出することもできる。
径方向のずれ量σは、ワーク軸と工具軸との軸間距離を調整することにより補正できる。
すなわち、刃具Ｔが基準の位置より外側にずれている場合には、ワーク軸と工具軸との軸間距離を近づけてずれ量をゼロにする。また、刃具Ｔが基準の位置より内側にずれている場合には、ワーク軸と工具軸との軸間距離を遠ざけてずれ量をゼロにする。
回転方向のずれ量δは刃具Ｔごとに異なるので、刃具Ｔｉの回転方向のずれ量をδｉとすると、刃具Ｔｉで切削する前の空転タイミングで、回転方向のずれ量δｉと径方向のずれ量σｉを同時に補正する。
以上説明したように、回転方向の補正と径方向の補正とを同時に行うと、刃具Ｔを付け替えることなく、ポリゴン加工の精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【0055】
１００ 数値制御装置
２００ 工作機械
１０ ポリゴン加工制御部
１１ ワーク軸指令生成部
１２ 工具軸指令生成部
１３ 位相ずれ取得部
１４ 調整量生成部
１５ 調整量重畳部
１６ トルク検出部
１１１ ＣＰＵ
１１２ ＲＯＭ
１１３ ＲＡＭ
１４０ サーボアンプ
１５０ サーボモータ
１６１ スピンドルアンプ
１６２ スピンドルモータ
１６４ 主軸
２００ 工作機械
１０ ポリゴン加工制御部
１１ ワーク軸指令生成部
１２ 工具軸指令生成部
１３ 位相ずれ取得部
１４ 調整量生成部
１５ 調整量重畳部
１６ トルク検出部
１１１ ＣＰＵ
１１２ ＲＯＭ
１１３ ＲＡＭ
１４０ サーボアンプ
１５０ サーボモータ
１６１ スピンドルアンプ
１６２ スピンドルモータ
１６４ 主軸
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】