(57)【要約】【課題】切削負荷による刃物台側へのダメージや重大な損傷を効果的に防止する。【解決手段】ＮＣ旋盤１は、回転制御される主軸２と、工具１２を備えて移動制御される刃物台１０と、主軸モータ３の主軸トルクを検知する主軸トルク検知部２１と、刃物台１０の位置情報と工具長補正値とから工具１２の刃先位置を算出する刃先位置算出部２２と、加工中に得られる主軸トルクと刃先位置とに基づいて刃物台１０に加わる切削負荷トルクを算出する切削負荷算出部２３と、算出された切削負荷トルクを予め設定された許容値とを比較して刃物台１０への過負荷の有無を判別する判定部２５とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転制御される主軸と、
工具を備えて移動制御される刃物台と、
前記主軸の回転出力を検知する出力検知手段と、
前記刃物台の位置情報と工具長補正値とから前記工具の刃先位置を算出する刃先位置算出手段とを備えた工作機械であって、
前記出力検知手段によって加工中に得られる前記回転出力と、前記刃先位置算出手段によって加工中に得られる前記刃先位置とに基づいて、前記刃物台に加わる切削負荷を算出する切削負荷算出手段と、
算出された前記切削負荷を予め設定された許容値とを比較して前記刃物台への過負荷の有無を判別する判定手段とを備えたことを特徴とする工作機械。
【請求項２】
ワーク及び前記工具に係る情報と加工プログラムとに基づいて切削加工のシミュレーションを実行可能な加工シミュレーション手段をさらに備え、
前記切削負荷算出手段は、前記シミュレーション上の切削条件及び前記刃先位置に基づいて前記切削負荷を算出可能であり、
前記判定手段は、前記シミュレーション上で算出した前記切削負荷を前記許容値と比較して前記過負荷の有無を判別可能であることを特徴とする請求項１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、ワークを旋削加工するＮＣ旋盤等の工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＣ旋盤等の工作機械においては、大径ワークに対応して主軸中心から離れた位置でも高負荷の加工ができるように高トルクの主軸を備えたものがある。このため、主軸中心の近くで加工を行うと、主軸トルクに余裕があっても刃物台への負荷が許容値を超える場合がある。よって、過大な切削負荷が生じた場合は、これを検知してアラーム停止させるようになっている。この過大な切削負荷への対応として、例えば特許文献１には、過大な切削負荷が加わった際、タレットの結合部材を破断させてタレットを回転可能とすると共に、タレットの回転を油圧で検知して非常停止させる機構が開示されている。また、特許文献２には、切削負荷によって変化する主軸回転数及び入力電力から入力トルクを計算し、主軸回転数の変化率と主軸を含む回転体のイナーシャとから補正トルクを計算し、入力トルクと補正トルクとから実切削トルクを算出する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１０５８０３号公報
【特許文献２】特開平９−２７２０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の機構では、結合部材の破断が前提となるため、停止後に再稼働するためには新たな結合部材でタレットを結合する作業や調整作業が必要となり、手間やコストがかさむ。よって、特許文献２のように主軸モータの回転出力で検知・判定するのが望ましいが、主軸側の情報のみを確認しながら判定すると、気づかないうちに刃物台やその摺動面等にダメージを与えていたり、刃物台側に重大な損傷が生じたりするおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、切削負荷による刃物台側へのダメージや重大な損傷を効果的に防止することができる工作機械を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、回転制御される主軸と、工具を備えて移動制御される刃物台と、前記主軸の回転出力を検知する出力検知手段と、前記刃物台の位置情報と工具長補正値とから前記工具の刃先位置を算出する刃先位置算出手段とを備えた工作機械であって、
前記出力検知手段によって加工中に得られる前記回転出力と、前記刃先位置算出手段によって加工中に得られる前記刃先位置とに基づいて、前記刃物台に加わる切削負荷を算出する切削負荷算出手段と、
算出された前記切削負荷を予め設定された許容値とを比較して前記刃物台への過負荷の有無を判別する判定手段とを備えたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、ワーク及び前記工具に係る情報と加工プログラムとに基づいて切削加工のシミュレーションを実行可能な加工シミュレーション手段をさらに備え、
前記切削負荷算出手段は、前記シミュレーション上の切削条件及び前記刃先位置に基づいて前記切削負荷を算出可能であり、前記判定手段は、前記シミュレーション上で算出した前記切削負荷を前記許容値と比較して前記過負荷の有無を判別可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、加工中の刃物台側への過大な切削負荷を迅速に把握できる。よって、切削負荷による刃物台側へのダメージや重大な損傷を効果的に防止することができる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、シミュレーション上でも過負荷の有無が判別可能であるので、実加工を行う前に切削加工の適否を判断でき、切削条件の修正等の対応が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ＮＣ旋盤の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、工作機械の一例であるＮＣ旋盤の概略図である。ＮＣ旋盤１において、主軸２は、主軸モータ３を備え、チャック４によって把持したワークＷを回転させる。刃物台１０は、回転位置決め可能なタレット１１に、複数の工具１２を備えている。
また、主軸モータ３の回転及び刃物台１０の移動及びタレット１１の回転を制御するＮＣ装置２０内には、回転出力となる主軸モータ３の主軸トルクを検知する出力検知手段としての主軸トルク検知部２１と、刃物台１０の位置情報と工具長補正値とから工具１２の刃先位置を算出する刃先位置算出手段としての刃先位置算出部２２とが設けられている。
【００１０】
さらに、ＮＣ装置２０内には、主軸トルク検知部２１から得られる主軸トルクと、刃先位置算出部２２から得られる刃先位置とに基づいて、刃物台１０に加わる切削負荷トルクを算出する切削負荷算出手段としての切削負荷算出部２３と、算出した切削負荷トルク及びその許容値を含む各パラメータを記憶する記憶部２４と、切削負荷算出部２３で算出した切削負荷トルクと記憶部２４に記憶された許容値とを比較して過大な切削負荷が生じたか否かを判定する判定手段としての判定部２５とが設けられている。
加えて、ＮＣ装置２０内には、ワークＷ及び工具１２に係る情報（形状データ等）と記憶部２４に記憶される加工プログラムとに基づいて切削加工のシミュレーションを実行し、その結果を図示しないモニタ等へ出力可能な加工シミュレーション手段としての加工シミュレーション部２６も設けられている。
【００１１】
このＮＣ装置２０は、ワークＷの加工中は、主軸トルク検知部２１で主軸トルクを、刃先位置算出部２２で刃先位置をそれぞれ取得して、主軸トルクと刃先位置とに基づいて刃物台１０に加わる切削負荷トルクを算出する。そして、判定部２５で切削負荷トルクを許容値と比較して過大な切削負荷が生じたと判断した場合には、機械の運転をアラーム停止させるようになっている。
一方、図示しない入力手段からのワークＷの形状や工具１２の形状、加工プログラムの入力により、加工シミュレーション部２６において切削加工のシミュレーションを行うと共に、当該シミュレーション上での刃先位置と切削条件とにより、切削負荷算出部２３が切削負荷トルクを算出可能となっている。そして、加工中と同様に、判定部２５が算出した切削負荷トルクと許容値とを比較して過大な切削負荷が生じたか否かを判定できるようになっている。
【００１２】
以下、切削負荷算出部２３による切削負荷トルクの算出方法について説明する。
まず、設計上刃物台１０が許容できる負荷トルクを許容値として求めて記憶部２４に記憶しておく。この許容値は、刃物台１０が破損に至る最大の負荷トルクではなく、摺動面等にも不具合が起きないように最も弱い部分が許容できる負荷トルクである。これは、刃物台１０の質量や想定される外力、摺動面の摩擦係数等を用いて予め設定された計算式により算出する。
ここで、加工シミュレーション部２６で事前に加工をシミュレーションする場合は、ワークＷの比切削抵抗をパラメータで設定して記憶部２４に記憶しておくことで、シミュレーション上の刃先位置、切込み量、送り量から刃物台１０に加わる切削負荷トルクを以下の式（１）によって算出することができる。算出された切削負荷トルクが許容値を超える場合はアラーム停止となるため、その旨報知される。
【００１３】
Ｔｔ＝ｔ×ｆ×ｋ×Ｌｔ    ・・（１）
Ｔｔ：刃物台に加わる切削負荷トルク
ｔ：切込み量
ｆ：１回転当たりの送り量
ｋ：比切削抵抗
Ｌｔ：刃物台中心から刃先までのＸ方向距離
【００１４】
一方、実加工の場合は、工具長補正値と刃物台１０の位置座標とから刃先位置が分かるため、以下の式（２）によって、切削送り動作中の主軸トルクと刃先位置とから刃物台１０に加わる切削負荷トルクを算出することができる。算出された切削負荷トルクが許容値を超える場合はアラーム停止となる。
【００１５】
Ｔｔ／Ｌｔ＝Ｔｓ／Ｌｓから
Ｔｔ＝Ｔｓ×Ｌｔ／Ｌｓ    ・・（２）
Ｔｔ：刃物台に加わる切削負荷トルク
Ｔｓ：主軸トルク
Ｌｓ：主軸中心から刃先までのＸ方向距離
Ｌｔ：刃物台中心から刃先までのＸ方向距離
【００１６】
このように、上記形態のＮＣ旋盤１によれば、主軸トルク検知部２１によって加工中に得られる主軸トルクと、刃先位置算出部２２によって加工中に得られる刃先位置とに基づいて、刃物台１０に加わる切削負荷トルク（切削負荷）を算出する切削負荷算出部２３と、算出された切削負荷トルクを予め設定された許容値とを比較して刃物台１０への過負荷の有無を判別する判定部２５とを備えたことで、加工中の刃物台１０側への過大な切削負荷トルクを迅速に把握できる。よって、切削負荷トルクによる刃物台１０側へのダメージや重大な損傷を効果的に防止することができる。
【００１７】
特にここでは、ワークＷ及び工具１２に係る情報と加工プログラムとに基づいて切削加工のシミュレーションを実行可能な加工シミュレーション部２６をさらに備え、切削負荷算出部２３は、シミュレーション上の切削条件及び刃先位置に基づいて切削負荷を算出可能であり、判定部２５は、シミュレーション上で算出した切削負荷を許容値と比較して過負荷の有無を判別可能であるので、実加工を行う前に切削加工の適否を判断でき、切削条件の修正等の対応が可能となる。
【００１８】
なお、上記形態では、算出された切削負荷トルクが許容値を超える場合は直ちにアラーム停止としているが、運転を停止させずにアラームによる報知にとどめて、許容値を超える場合が所定回数に達した場合に運転を停止するようにしてもよい。また、許容値を高低複数設定して、低い許容値を超える場合は報知にとどめ、高い許容値を超える場合は運転を停止するようにしてもよい。
さらに、工作機械としては上記形態のＮＣ旋盤に限らず、複合加工機等であっても差し支えない。よって、上記式（１）（２）で用いる刃物台中心から刃先までの距離は工作機械に応じて異なり、Ｘ方向に限定されない。
【符号の説明】
【００１９】
１・・ＮＣ旋盤、２・・主軸、３・・主軸モータ、４・・チャック、１０・・刃物台、１１・・タレット、１２・・工具、２０・・ＮＣ装置、２１・・主軸トルク検知部、２２・・刃先位置算出部、２３・・切削負荷算出部、２４・・記憶部、２５・・判定部、２６・・加工シミュレーション部、Ｗ・・ワーク。
【図１】
2020131370.tif 000003