(57)【要約】【課題】主に難削材からなるワークの加工品質を高品位に安定化させることができると共に火災発生を抑制し、なお且つ、実用的で、ワークの加工形状が限定されず、しかも、ワークの回転数又は切削工具の回転数に対して切屑を細かく分断できる最適な振動で低周波振動切削を実行させることができる工作機械を提供することを目的としている。【解決手段】切削工具４を保持し、その切削工具４をワーク２に対して送り動作させる切削工具送り機構８と、ワーク２を保持し、そのワーク２を切削工具４に対して送り動作させるワーク送り機構１１と、前記切削工具送り機構８の駆動源である切削工具送り駆動モータ８ａ及び前記ワーク送り機構１１の駆動源であるワーク送り駆動モータ１１ａを夫々制御することで前記切削工具４及びワーク２を協働で同期させて少なくとも２軸方向に低周波振動させてなる制御装置９とを有している。【選択図】図１
2014054688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク加工用の切削工具を保持し、その切削工具をワークに対して送り動作させる切削工具送り機構と、
ワークを保持し、そのワークをワーク加工用の切削工具に対して送り動作させるワーク送り機構と、
前記切削工具送り機構の駆動源である切削工具送り駆動モータ及び前記ワーク送り機構の駆動源であるワーク送り駆動モータを夫々制御することで前記切削工具及びワークを協働で同期させて少なくとも２軸方向に低周波振動させる制御機構とを有し、
前記制御機構は、各種設定を行う操作手段と、該操作手段によって設定された前記切削工具の回転数又は前記ワークの回転数と該切削工具又はワーク１回転当たりの切削工具及びワークの送り量に応じて、前記切削工具及びワークを少なくとも２軸方向に同期させて送り動作させる２５Ｈｚ以上の低周波で実働可能なデータとして、テーブル上の質量やモータ特性等の機械特性に応じた少なくとも前記切削工具送り機構の前進量，後退量，前進速度，後退速度及び前記ワーク送り機構の前進量，後退量，前進速度，後退速度が予めテーブル化されて格納されている振動切削情報格納手段と、該振動切削情報格納手段に格納されている当該データに基づいて前記切削工具送り駆動モータ及びワーク送り駆動モータを夫々制御してなるモータ制御手段とを有してなることを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記振動切削情報格納手段は、前記操作手段によって設定された前記切削工具の回転数又は前記ワークの回転数、及び、該切削工具又はワーク１回転当たりの切削工具及びワークの送り量、並びに、補間方法に応じて、前記切削工具及びワークを少なくとも２軸方向に同期させて送り動作させる２５Ｈｚ以上の低周波で、なお且つ、ハイゲインに設定したゲイン値であっても発振しない実働可能なデータとして、テーブル上の質量やモータ特性等の機械特性に応じた前記切削工具送り機構の前進量，後退量，前進速度，後退速度，ゲイン及び前記ワーク送り機構の前進量，後退量，前進速度，後退速度、ゲインが少なくとも予めテーブル化されて格納され、
前記モータ制御手段は、前記振動切削情報格納手段に格納されている当該データに基づいて前記切削工具送り駆動モータ及びワーク送り駆動モータを、振幅が徐々に拡大するように夫々制御してな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、切削工具及びワークを低周波振動させて、当該切削工具にてワークを切削加工する工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の工作機械として、ワークに対してバイト等の切削工具を相対的に一定の方向に進行させて上記ワークを切削加工する、いわゆる慣用切削加工を行う工作機械が知られている。また一方、切削工具の刃先に圧電素子を用いて超音波領域の振動を与えながらワークを切削加工する、いわゆる超音波振動切削加工を行う工作機械も知られている（例えば、特許文献１）。そしてさらには、特許文献２に記載のように、切削工具に加振機を取付ける工作機械も知られている。
【０００３】
この特許文献２に記載の工作機械を、図９を参照して説明すれば、当該工作機械１００は、第１案内路１０１を有し、この第１案内路１０１は、油圧シリンダ１０２のピストンロッド１０３と連結した刃物台１０４をワークＷの軸心Ｏと直角の向きに移動させるように案内している。また工作機械１００は、加振機１０５を有し、この加振機１０５はワークＷの軸心Ｏと平行な送り方向の向きに振動を発生させる振動機構と、切削工具１０６を着脱自在に固定する装置とを有し、そしてさらに、送りシリンダ１０７のピストンロッド１０８と連結して上記刃物台１０４に固着された第２案内路１０９にて送り方向の向きに移動可能となっている。そして、このように構成される工作機械１００を振動させることによって、軸心Ｏ周りに回転しているワークＷの切削加工が行われるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−０５２１０１号公報
【特許文献２】特公昭４９−１７７９０号公報
【特許文献３】特開平６−２８５７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の工作機械には次のような問題があった。すなわち、慣用切削加工を行う工作機械は、バイト等の切削工具を相対的に一定の方向に進行させて上記ワークを切削加工するが、その際発生する切削熱や摩擦熱を効果的に冷却及び潤滑させることができず、それが原因で切削工具の刃先を著しく摩耗させてしまい、ワークの加工品質にばらつきを生じさせてしまうという問題があった。さらに、切削加工する際発生する切屑が上記切削工具に絡まり、それが原因で品質にばらつきが生じるばかりか火災が発生するという問題もあった。
【０００６】
一方、超音波振動切削加工を行う工作機械は、難削材の切削加工を可能にするという利点があるものの加工時間が大幅に掛かるばかりか、非常に高価であり、さらには、圧電素子を用いているため切削工具を工作機械に取り付けるためのアダプターの役割を持つツーリングの設置箇所に制約が生じる等の問題があった。そのため、上記超音波振動切削加工を行う工作機械は、実用性に欠けるという問題があった。
【０００７】
また一方、切削工具に加振機を取付けた工作機械は、難削材の切削加工を可能にするという利点があるものの、ワークの加工形状が限定されてしまうという問題があった。すなわち、工作機械１００は、加振機１０５を取り付けているため、切削工具１０６を垂直方向と水平方向にしか移動させることができず、ワークを図９に示すワークＷの加工形状にしようとすれば、ワークＷの円弧部ＷＲを切削加工する際、矢印Ｐ１０の向きに工作機械１００を回転させて切削加工しなければならない。しかしながら、実際のところ、工作機械１００を矢印Ｐ１０方向に回転させようとすれば、ワークＷや、図９には図示していない他の機械に干渉してしまい、矢印Ｐ１０方向に回転させることは物理的に不可能であった。それゆえ、切削工具に加振機を取付けた工作機械では、ワークの加工形状が限定されてしまうという問題があった。
【０００８】
そこで、上記のような問題を解決すべく、特許文献３に記載のようなＮＣ旋削加工装置を用いて低周波振動切削をさせるように設計変更することも考えられる。すなわち、このＮＣ旋削加工装置は、サーボモータによって、工具を所定距離だけ移動させて一旦停止させ、さらに所定距離だけリバースさせるという動作を繰り返すことによって、ある程度長い切屑に分断し、ワークを切削加工するというものである。そこで、この動作を応用し、工具の動作を停止させずに前進後退を繰り返し、上記工具を低周波振動切削させることも考えられる。
【０００９】
しかしながら、周波数は、理論上、振幅とその補間速度によって決定するが、実際は、振幅やその補間速度と周波数の関係は工作機械の機械特性（例えばテーブル上の質量やモータ特性等）によって種々様々に変化し、比例関係のような一定の関係になっておらず、机上の計算では所望の振動（最適な周波数及び振幅）を作成することができないという問題があった。また、切屑を分断することを目的として、低周波振動切削を実行しようとすれば、ワークの回転数又は切削工具の回転数と低周波振動切削する際の周期とを同期させないように設定しなければならないが、そのような周期を計算で算出するのは非常に困難であった。
【００１０】
それゆえ、ワークの回転数又は切削工具の回転数に対して切屑を細かく分断できるような最適な振動で低周波振動切削を実行させることは非常に困難であるという問題があった。
【００１１】
そこで本発明は、上記問題に鑑み、主に難削材からなるワークの加工品質を高品位に安定化させることができると共に火災発生を抑制し、なお且つ、実用的で、ワークの加工形状が限定されず、さらに、ワークの回転数又は切削工具の回転数に対して切屑を細かく分断できる最適な振動で低周波振動切削を実行させることができる工作機械を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記本発明の目的は、以下の手段によって達成される。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１３】
請求項１に係る工作機械は、ワーク加工用の切削工具（４）を保持し、その切削工具（４）をワーク（２）に対して送り動作させる切削工具送り機構（８）と、
ワーク（２）を保持し、そのワーク（２）をワーク加工用の切削工具（４）に対して送り動作させるワーク送り機構（１１）と、
前記切削工具送り機構（８）の駆動源である切削工具送り駆動モータ（８ａ）及び前記ワーク送り機構（１１）の駆動源であるワーク送り駆動モータ（１１ａ）を夫々制御することで前記切削工具（４）及びワーク（２）を協働で同期させて少なくとも２軸方向に低周波振動させる制御機構（制御装置９）とを有し、
前記制御機構（制御装置９）は、各種設定を行う操作手段（入力部９１）と、該操作手段（入力部９１）によって設定された前記切削工具（４）の回転数又は前記ワーク（２）の回転数と該切削工具（４）又はワーク（２）１回転当たりの切削工具（４）及びワーク（２）の送り量に応じて、前記切削工具（４）及びワーク（２）を少なくとも２軸方向に同期させて送り動作させる２５Ｈｚ以上の低周波で実働可能なデータとして、テーブル上の質量やモータ特性等の機械特性に応じた少なくとも前記切削工具送り機構（８）の前進量，後退量，前進速度，後退速度及び前記ワーク送り機構（１１）の前進量，後退量，前進速度，後退速度が予めテーブル化されて格納されている振動切削情報格納手段（振動切削情報格納部９３）と、該振動切削情報格納手段（振動切削情報格納部９３）に格納されている当該データに基づいて前記切削工具送り駆動モータ（８ａ）及びワーク送り駆動モータ（１１ａ）を夫々制御してなるモータ制御手段（モータ制御部９４）とを有してなることを特徴としている。
【００１４】
さらに、請求項２に係る工作機械は、上記請求項１に記載の工作機械において、前記振動切削情報格納手段（振動切削情報格納部９３）は、前記操作手段（入力部９１）によって設定された前記切削工具（４）の回転数又は前記ワーク（２）の回転数、及び、該切削工具（４）又はワーク（２）１回転当たりの切削工具（４）及びワーク（２）の送り量、並びに、補間方法に応じて、前記切削工具（４）及びワーク（２）を少なくとも２軸方向に同期させて送り動作させる２５Ｈｚ以上の低周波で、なお且つ、ハイゲインに設定したゲイン値であっても発振しない実働可能なデータとして、テーブル上の質量やモータ特性等の機械特性に応じた前記切削工具送り機構（８）の前進量，後退量，前進速度，後退速度，ゲイン及び前記ワーク送り機構（１１）の前進量，後退量，前進速度，後退速度、ゲインが少なくとも予めテーブル化されて格納され、
前記モータ制御手段（モータ制御部９４）は、前記振動切削情報格納手段（振動切削情報格納部９３）に格納されている当該データに基づいて前記切削工具送り駆動モータ（８ａ）及びワーク送り駆動モータ（１１ａ）を、振幅が徐々に拡大するように夫々制御してなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。まず、請求項１の発明にかかる工作機械では、ワーク２を切削加工する切削工具４の送り動作を行う切削工具送り機構８の駆動源である切削工具送り駆動モータ８ａ及びワーク２の送り動作を行うワーク送り機構１１の駆動源であるワーク送り駆動モータ１１ａを制御機構（制御装置９）によって、上記切削工具４及びワーク２を低周波振動させるようにそれぞれ制御している。これにより、ワーク２と切削工具４内に生じる空間Ｋ（図１参照）にキャビテーションが発生し、そこに切削加工を行う際使用されるクーラント等が吸い込まれるため、ワーク２を加工する際に発生する切削熱や摩擦熱を効果的に冷却及び潤滑させることができる。そのため、本発明によればワークの加工品質を安定させることができる。
【００１６】
また、本発明によれば、切削工具４及びワーク２は低周波振動しながら、当該切削工具４によってワーク２を切削加工しているため、切屑が粉状となり、切削工具に切屑が絡まりにくくなる。それゆえ、品質が安定し、さらには、火災の発生を抑制することができる。
【００１７】
さらに、本発明によれば、切削工具４及びワーク２を低周波振動させるにあたって、制御機構（制御装置９）を用いて切削工具送り駆動モータ８ａ及びワーク送り駆動モータ１１ａをそれぞれ制御しているだけであるから、簡便な構造であるため、実用的であり、なお且つ、ワークの加工形状が限定されないという効果を奏する。
【００１８】
そしてさらに、本発明によれば、振動切削情報格納手段（振動切削情報格納部９３）に、ワーク２の回転数又は切削工具４の回転数と該ワーク２又は切削工具４の１回転当たりの切削工具４及びワーク２の送り量に応じて、切削工具４及びワーク２を少なくとも２軸方向に同期させて送り動作させる２５Ｈｚ以上の低周波で実働可能なデータとして、テーブル上の質量やモータ特性等の機械特性に応じた少なくとも切削工具送り機構８の前進量，後退量，前進速度，後退速度及びワーク送り機構１１の前進量，後退量，前進速度，後退速度が予めテーブル化されて格納されているから、切屑を細かく分断できる最適な振動で低周波振動切削を実行させることができる。
【００１９】
一方、請求項２の発明によれば、振動切削情報格納手段（振動切削情報格納部９３）には、切削工具送り機構８及びワーク送り機構１１のゲインの値としてハイゲインの値が格納されていても発振しないような切削工具送り機構８及びワーク送り機構１１の前進量，後退量，前進速度，後退速度が格納されているから、低周波振動切削する際の波形を滑らかで微細な正弦波に近付けることができる。そのため、より高品質な切削加工を実現することができる。
【００２０】
また、本発明によれば、モータ制御手段（モータ制御部９４）は、前記振動切削情報格納手段（振動切削情報格納部９３）に格納されている当該データに基づいて前記切削工具送り駆動モータ８ａ及びワーク送り駆動モータ１１ａを、振幅が徐々に拡大するように夫々制御しているから、切削工具４に過大な負荷がかかる事態を防止することができる。これにより、当該切削工具にてワークを滑らかに切削加工することができる。
【００２１】
なお、本明細書における低周波とは、２５Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下の範囲をいうものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る工作機械の概略構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態の制御装置のブロック図である。
【図３】同実施形態の振動切削情報格納部に格納されているテーブル図である。
【図４】（ａ）は  ワークの面Ａを切削工具にて切削加工している状態、（ｂ）は、ワークの面Ｂを切削工具にて切削加工している状態を示す図である。
【図５】切削工具にてワークの面Ａの切削加工が完了し、面Ｂの切削加工を実施する際の切削工具及びワークの振動波形を示す図である。
【図６】同実施形態に係る工作機械の動作を説明するための説明図である。
【図７】同実施形態に係る切削工具及びワークをＡ点からＢ点まで直線補間等によって移動させる場合を示した説明図である。
【図８】同実施形態に係る工作機械の一使用例を示すフローチャート図である。
【図９】従来の工作機械の概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る一実施形態について、図１〜図８を参照して具体的に説明する。
【００２４】
本実施形態に係る工作機械１は、ＣＮＣ旋盤からなるもので、図１に示すように、Ｚ軸上には、被加工物であるワーク２を回転自在に支持する回転機構３と、その回転機構３の下部に設けられ、且つ、ベース６上に設けられている上記ワーク２を進退自在（矢印Ｐ１参照）に送り動作させるワーク送り機構１１とが設けられている。そして、Ｚ軸に垂直なＸ軸上には、ベース７上に設けられ、上記ワーク２を切削加工する切削工具４を進退自在（矢印Ｐ２参照）に送り動作させる切削工具送り機構８が設けられている。そしてさらに、この工作機械１には、その切削工具送り機構８及びワーク送り機構１１の動作を、サーボアンプ１０を介してそれぞれ制御する制御装置９が備えられている。
【００２５】
上記回転機構３は、スピンドルモータ３ａを有し、そのスピンドルモータ３ａの主軸３ｂにはチャック機構３ｃが回転可能に取り付けられている。そして、そのチャック機構３ｃには被加工物であるワーク２が掴時されており、この掴持されたワーク２は、スピンドルモータ３ａの回転駆動により回転軸Ｒ周りで回転駆動するようになっている。
【００２６】
他方、上記切削工具送り機構８は、ワーク２に対して進退自在（矢印Ｐ２参照）に切削工具４の送り動作をさせる駆動源であるリニアサーボモータからなる切削工具送り駆動モータ８ａを有している。この切削工具送り駆動モータ８ａは、可動子８ａ１と固定子８ａ２とで構成されており、この可動子８ａ１は、磁性体の構造物に励磁コイルが巻回されて構成され、固定子８ａ２は、多数のマグネットが長手方向に列設されて構成されている。
【００２７】
そしてこの可動子８ａ１は、上記切削工具台５が載置されているテーブル８ｂの下部に設けられ、固定子８ａ２は、上記ベース７上に設けられているガイドレール８ｃの上部に設けられている。また、上記テーブル８ｂの下部には、そのテーブル８ｂが上記ガイドレール８ｃに沿うように移動するのを案内する一対のガイド８ｄが設けられている。
【００２８】
このように構成される切削工具送り機構８をワーク２に対して進退自在（矢印Ｐ２参照）に移動させるには、まず、サーボアンプ１０が、制御装置９より送出される指令に基づく電流を可動子８ａ１に送出する。これにより、可動子８ａ１と固定子８ｂ１の夫々の磁極が吸引・反発を行うため、前後方向（矢印Ｐ２参照）の推力が発生し、その推力に伴ってテーブル８ｂが前後方向（矢印Ｐ２参照）に移動することとなる。そして、その推力に伴うテーブル８ｂの移動にあたっては、一対のガイド８ｄが設けられているから、その一対のガイド８ｄによって、テーブル８ｂは、ガイドレール８ｃに沿うように移動することとなる。それゆえ、切削工具送り機構８をワーク２に対して進退自在（矢印Ｐ２参照）に移動させることができる。なお本実施形態においては、切削工具送り駆動モータ８ａとして、リニアサーボモータを用いたが、それに限らずどのようなモータを用いても良い。
【００２９】
他方、ワーク送り機構１１は、切削工具４に対して進退自在（矢印Ｐ１参照）にワーク２の送り動作をさせる駆動源であるリニアサーボモータからなるワーク送り駆動モータ１１ａを有している。このワーク送り駆動モータ１１ａは、可動子１１ａ１と固定子１１ａ２とで構成されており、この可動子１１ａ１は、磁性体の構造物に励磁コイルが巻回されて構成され、固定子１１ａ２は、多数のマグネットが長手方向に列設されて構成されている。
【００３０】
そしてこの可動子１１ａ１は、上記回転機構３のスピンドルモータ３ａの下部に設けられ、固定子１１ａ２は、上記ベース６の上部に設けられているガイドレール１１ｂの上部に設けられている。また、上記スピンドルモータ３ａの下部には、そのスピンドルモータ３ａが上記ガイドレール１１ｂに沿うように移動するのを案内する一対のガイド１１ｃが設けられている。
【００３１】
このように構成されるワーク送り機構１１を切削工具４に対して進退自在（矢印Ｐ１参照）に移動させるには、まず、サーボアンプ１０が、制御装置９より送出される指令に基づく電流を可動子１１ａ１に送出する。これにより、可動子１１ａ１と固定子１１ｂ１の夫々の磁極が吸引・反発を行うため、前後方向（矢印Ｐ１参照）の推力が発生し、その推力に伴ってスピンドルモータ３ａが前後方向（矢印Ｐ１参照）に移動することとなる。そして、その推力に伴うスピンドルモータ３ａの移動にあたっては、一対のガイド１１ｃが設けられているから、その一対のガイド１１ｃによって、上記スピンドルモータ３ａは、ガイドレール１１ｂに沿うように移動することとなる。それゆえ、ワーク送り機構１１を切削工具４に対して進退自在（矢印Ｐ１参照）に移動させることができる。なお本実施形態においては、ワーク送り駆動モータ１１ａとして、リニアサーボモータを用いたが、それに限らずどのようなモータを用いても良い。
【００３２】
ここで、制御装置９について、図２及び図３を用いてより詳しく説明する。制御装置９は、図２に示すように、ＣＰＵ等からなる中央制御部９０と、タッチパネル等からなる入力部９１と、その入力部９１を用いて使用者がプログラムしたプログラム情報を格納するプログラム情報格納部９２と、切削工具４及びワーク２を少なくとも２軸方向（図示では、２軸方向）に送り動作させる２５Ｈｚ以上の低周波で、なお且つ、ハイゲインに設定したゲイン値であっても発振しない実働可能なデータで、テーブル上の質量やモータ特性等の機械特性に応じて低周波振動させるためのデータが格納されている振動切削情報格納部９３と、サーボアンプ１０を介して切削工具送り駆動モータ８ａ及びワーク送り駆動モータ１１ａの動作を制御するモータ制御部９４と、液晶モニタ等からなる表示部９５とで構成されている。
【００３３】
振動切削情報格納部９３は、図３に示す振動切削情報テーブルＶＣ_ＴＢＬが格納されている。すなわち、振動切削情報テーブルＶＣ_ＴＢＬには、プログラム設定値（ワーク２の回転数（ｒｐｍ），ワーク２の１回転当たりの切削工具４及びワーク２の送り量（ｍｍ），補間方法）に対応したデータ（切削工具４及びワーク２の振動周波数（Ｈｚ），切削工具送り機構８及びワーク送り機構１１の前進量（ｍｍ），後退量（ｍｍ），前進速度（ｍｍ／ｍｉｎ），後退速度（ｍｍ／ｍｉｎ），補間角度（ベクトル角／ｖｉｂ），位置ループゲイン，速度ループゲイン，ＳＨＧ（Ｓｍｏｏｔｈ  Ｈｉｇｈ  Ｇａｉｎ）制御ゲイン）が格納されている。これにより、例えば、使用者が入力部９１を用いてワーク２の回転数を１０００（ｒｐｍ）、当該ワーク２の１回転当たりの切削工具４及びワーク２の送り量を０．００５（ｍｍ）、補間方法を直線補間（Ｇ１）にプログラムしたとすると、切削工具送り機構８及びワーク送り機構１１の前進量０．０３５（ｍｍ），後退量０．０３（ｍｍ），前進速度２９０（ｍｍ／ｍｉｎ），後退速度２９０（ｍｍ／ｍｉｎ），補間角度１５（ベクトル角／ｖｉｂ），切削工具送り機構８（Ｘ軸方向）の位置ループゲイン１００，ワーク送り機構１１（Ｚ軸方向）の位置ループゲイン１００，切削工具送り機構８（Ｘ軸方向）の速度ループゲイン４００，ワーク送り機構１１（Ｚ軸方向）の速度ループゲイン３００，切削工具送り機構８（Ｘ軸方向）のＳＨＧ制御ゲイン３５０，ワーク送り機構１１（Ｚ軸方向）のＳＨＧ制御ゲイン４００が選定される。そして、この選定されたデータに基づいてモータ制御部９４がサーボアンプ１０を介して切削工具送り駆動モータ８ａ及びワーク送り駆動モータ１１ａの動作をそれぞれ制御し、切削工具４及びワーク２を、図１に示す実線位置、破線位置に交互に移動させるように制御することで、切削工具４及びワーク２が低周波振動することとなる。なお、振動切削情報テーブルＶＣ_ＴＢＬに格納されている切削工具４及びワーク２の振動周波数２５（Ｈｚ）は、表示部９５に表示されるもので、切削工具４及びワーク２の低周波振動には何ら関与していない。そのため、特に必要なければ、振動周波数（Ｈｚ）を振動切削情報テーブルＶＣ_ＴＢＬに格納する必要はないが、振動周波数（Ｈｚ）を簡単容易に確認できるため格納するのが好ましい。
【００３４】
ところで、切削工具送り機構８（Ｘ軸方向）の位置ループゲイン，ワーク送り機構１１（Ｚ軸方向）の位置ループゲイン，切削工具送り機構８（Ｘ軸方向）の速度ループゲイン，ワーク送り機構１１（Ｚ軸方向）の速度ループゲイン，切削工具送り機構８（Ｘ軸方向）のＳＨＧ制御ゲイン，ワーク送り機構１１（Ｚ軸方向）のＳＨＧ制御ゲインは、感度を調整するもので、低周波振動切削する際の波形を滑らかで微細な正弦波に近付けるために、ハイゲインに設定している。
【００３５】
しかしながら、一般的に、位置ループゲイン等をハイゲインに設定すると、発振してしまい、切削加工自体ができなくなる。そのため、ゲインの値をハイゲインにしないように調整するのが通常であるが、それでは、低周波振動切削する際の波形を滑らかで微細な正弦波に近付けることができない。そこで、本実施形態においては、位置ループゲイン等の値としてハイゲインの値を振動切削情報格納部９３に格納しても発振しないように、他の格納データの値（切削工具送り機構８及びワーク送り機構１１の前進量（ｍｍ），後退量（ｍｍ），前進速度（ｍｍ／ｍｉｎ），後退速度（ｍｍ／ｍｉｎ），補間角度）を調整して、振動切削情報格納部９３に格納している。これにより、低周波振動切削する際の波形を滑らかで微細な正弦波に近付けることができる。そのため、より高品質な切削加工を実現することができる。
【００３６】
なお、本実施形態において説示した振動切削情報テーブルＶＣ_ＴＢＬに格納されている値はあくまで例示であり、工作機械の機械特性に応じた種々様々な値を予め格納することができる。さらに、例示した位置ループゲイン等はあくまで一例であり、これに限定されることはなく、例えば、位置ループゲインを複数格納しても良いし、他のゲインを格納しても良い。
【００３７】
モータ制御部９４は、上述したように、上記選定されたデータに基づいて、サーボアンプ１０を介して切削工具送り駆動モータ８ａ及びワーク送り駆動モータ１１ａの動作を制御し、切削工具４及びワーク２を、図１に示す実線位置、破線位置に交互に移動させるように制御する。より詳しくは、モータ制御部９４は、切削工具４及びワーク２を低周波振動させるにあたって、切削工具送り駆動モータ８ａ及びワーク送り駆動モータ１１ａを、振幅が徐々に拡大するように制御する。この点、図４及び図５を用いて詳しく説明する。
【００３８】
図４（ａ）に示すように、ワーク２は、回転軸Ｒ周りで回転駆動するようになっており、面Ａが切削工具４にて切削加工されると、その後、切削工具４が矢印Ｐ３方向に移動し、図４（ｂ）に示すように、面Ｂを切削加工する。この際、切削工具４及びワーク２は低周波振動しているが、その振動波形を図５に示す。なお、この図５に示す振動波形は、切削工具４にて面Ａの切削加工が完了し、面Ｂの切削加工をする際の振動波形を示している。
【００３９】
図５に示すように、点ａ，ｃ，ｅの位置に切削工具４が位置している時は、振幅は０であるため、切削工具４にて面Ｂの切削加工は行われていない。この状態で、点ａから点ｂに振幅を拡大、点ｃから点ｄに振幅を拡大、点ｅから点ｆに振幅を拡大させると、切削工具４にて面Ｂの切削加工が行われる。この際、図５に示すように、点ａから点ｂの振幅より点ｃから点ｄの振幅を拡大し、さらに、その点ｃから点ｄの振幅より点ｅから点ｆの振幅を拡大させている。すなわち、振幅が徐々に拡大するように、切削工具４及びワーク２を低周波振動させている。このように、振幅が徐々に拡大するように低周波振動させれば、図４（ａ）に示すように、ワーク２と切削工具４との間に隙間がない状況で面Ｂを切削加工するような場合であっても、切削工具４に過大な負荷がかかる事態を防止することができる。すなわち、ワーク２と切削工具４との間に隙間がない状況で面Ｂを切削加工するような場合、上記選定されたデータに基づいて、単に低周波振動させれば、ワーク２に切削工具４が食いついてしまい切削工具４に過大な負荷がかかり、当該切削工具が破損してしまう。
【００４０】
しかしながら、このように、振幅が徐々に拡大するように低周波振動させれば、切削工具４に過大な負荷がかかる事態を防止することができる。これにより、ワーク２の面Ｂを切削工具４にて滑らかに切削加工することができる。なお、点ａ，ｃ，ｅの位置よりマイナス側に切削工具４が位置しているときは、切削工具４が面Ａに干渉していることを示す。
【００４１】
ところで、このように、低周波振動する切削工具４及びワーク２は、個々別々に動作するのではなく、互いに協働で同期しながら動作する。この点、図６を用いて説明する。
【００４２】
図６は、Ｘ軸とＺ軸の２軸が協働で同期しながら、切削工具４を用いてワーク２を切削加工する手順を説明するための図である。ここでは、ワーク２をＺ軸に沿って点ＴＰ１Ｚから点ＴＰ１０ＺまでのＴＬ１Ｚの距離だけ移動させ、さらに、切削工具４をＸ軸に沿って点ＴＰ１Ｘから点ＴＰ１０ＸまでのＴＬ１Ｘの距離だけ移動させる場合を示す。
【００４３】
まず、点（ＴＰ１Ｘ，ＴＰ１Ｚ）から点（ＴＰ２Ｘ，ＴＰ２Ｚ）までのＴＬ２の距離だけ、切削工具４及びワーク２を前進移動させようとすれば、ワーク２をＺ軸に沿ってＴＬ２Ｚの距離だけ前進移動させ、切削工具４をＸ軸に沿ってＴＬ２Ｘの距離だけ前進移動させることとなる。これにより、ＸＺ２軸に協働で同期してＴＬ２の距離だけ、ワーク２及び切削工具４を前進移動させることができる。
【００４４】
そして、点（ＴＰ２Ｘ，ＴＰ２Ｚ）に到達後、点（ＴＰ３Ｘ，ＴＰ３Ｚ）までのＴＬ３の距離だけ、切削工具４及びワーク２を後退移動させようとすれば、ワーク２をＺ軸に沿ってＴＬ３Ｚの距離だけ後退移動させ、切削工具４をＸ軸に沿ってＴＬ３Ｘの距離だけ後退移動させることとなる。これにより、ＸＺ２軸に協働で同期してＴＬ３の距離だけ、ワーク２及び切削工具４を後退移動させることができる。
【００４５】
このように、ＴＬ２の距離だけ、切削工具４及びワーク２を前進移動させ、すなわち、ワーク２をＺ軸に沿ってＴＬ２Ｚの距離だけ前進移動させ、切削工具４をＸ軸に沿ってＴＬ２Ｘの距離だけ前進移動させ、そして、ＴＬ３の距離だけ、ワーク２及び切削工具４を後退移動させ、すなわち、ワーク２をＺ軸に沿ってＴＬ３Ｚの距離だけ後退移動させ、切削工具４をＸ軸に沿ってＴＬ３Ｘの距離だけ後退移動させるという動作を繰り返すことにより、点（ＴＰ１Ｘ，ＴＰ１Ｚ）から点（ＴＰ１０Ｘ，ＴＰ１０Ｚ）までのＴＬ１の距離だけ切削工具４及びワーク２が移動することとなる。
【００４６】
これにより、点（ＴＰ１Ｘ，ＴＰ１Ｚ）の位置から点（ＴＰ１０Ｘ，ＴＰ１０Ｚ）までを結んだ直線（テーパ）に沿って、切削工具４によりワーク２を切削加工することができる。
【００４７】
このように、低周波振動する切削工具４及びワーク２は、個々別々に動作するのではなく、Ｘ軸とＺ軸の２軸が協働で同期しながら動作することとなる。それゆえ、切削工具４及びワーク２の動作は、切削工具４の側から見れば、ワーク２は停止しているように見え、ワーク２の側から見れば、切削工具４は停止しているように見える。なお、ＸＺ軸に直交するＹ軸を含めた３軸の場合は、３軸が同期しながら動作することとなる。
【００４８】
次に、上述した内容を踏まえ、本実施形態に係る工作機械１の一使用例として、切削工具４及びワーク２を２軸に協働で同期させて、図７に示すＡ点（ｕ０，ｗ０）からＢ点（Ｕ，Ｗ）まで移動させる方法について図８を用いて説明する。なおここで、Ａ点とは切削工具４及びワーク２の現在位置を示すものである。
【００４９】
まず、使用者は入力部９１を用いて、ＮＣ言語を用いたプログラムを作成する。具体的には、ワーク２の回転数を入力し、通常の切削（慣用切削）から低周波振動切削を行う場合の振動切削指令コードの入力を行う。なお、当然のことながら、低周波振動切削を行わない場合は、振動切削指令コードの入力は行われない。
【００５０】
さらに、使用者は、入力部９１を用いて、切削工具４及びワーク２の移動地点であるＢ点（Ｕ，Ｗ）の入力をし、そして、そのＢ点までの移動に際して、直補補間しながら切削工具４及びワーク２を移動させるのか、又は、時計方向に円弧補間しながら切削工具４及びワーク２を移動させるのか、あるいは、反時計方向に円弧補間しながら切削工具４及びワーク２を移動させるのかの補間方法の入力と、円弧補間するのであれば半径の入力と、ワーク２の１回転当たりの切削工具４及びワーク２の送り量の入力を、ＮＣ言語を用いてプログラム作成する。このプログラムを具体的に示せば、例えば、次のように記述することができる。
【００５１】
＜ＮＣプログラム＞
Ｓ１０００（ワーク２の回転数）；
Ｍ１２３（振動切削ＯＮコード）；
Ｇ１（直線補間）  ＸＵ  ＺＷ（移動地点までの座標値）
Ｆ０．０１（ワーク２の１回転当たりの切削工具４及びワーク２の送り量）；
又は
Ｇ２（円弧補間（時計方向））  ＸＵ  ＺＷ（移動地点までの座標値）
Ｒ１０．０（円弧半径）
Ｆ０．０１（ワーク２の１回転当たりの切削工具４及びワーク２の送り量）；
又は
Ｇ３（円弧補間（反時計方向））  ＸＵ  ＺＷ（移動地点までの座標値）
Ｒ１０．０（円弧半径）
Ｆ０．０１（ワーク２の１回転当たりの切削工具４及びワーク２の送り量）；
Ｍ４５６（振動切削ＯＦＦコード）；
【００５２】
上記ＮＣプログラムは、まず、「Ｓ１０００」と記述することで、ワーク２の回転数を１０００（ｒｐｍ）とプログラム設定している。そして、「Ｍ１２３」と記述することで、振動切削をＯＮに設定し、切削工具４及びワーク２をＢ点まで直線補間させるのであれば、「Ｇ１  ＸＵ  ＺＷ」と記述し、さらに「Ｆ０．０１」と記述することで、ワーク２の１回転当たりの切削工具４及びワーク２の送り量を０．０１（ｍｍ）にプログラム設定している。
【００５３】
一方、切削工具４及びワーク２をＢ点まで円弧補間（時計方向）させるのであれば、「Ｇ２  ＸＵ  ＺＷ」と記述し、そして、「Ｒ１０．０」記述することで、円弧補間する際の円弧半径を１０．０（ｍｍ）にプログラム設定し、さらに、「Ｆ０．０１」と記述することで、ワーク２の１回転当たりの切削工具４及びワーク２の送り量を０．０１（ｍｍ）にプログラム設定している。
【００５４】
他方、切削工具４及びワーク２をＢ点まで円弧補間（反時計方向）させるのであれば、「Ｇ３  ＸＵ  ＺＷ」と記述し、そして、「Ｒ１０．０」記述することで、円弧補間する際の円弧半径を１０．０（ｍｍ）にプログラム設定し、さらに、「Ｆ０．０１」と記述することで、ワーク２の１回転当たりの切削工具４及びワーク２の送り量を０．０１（ｍｍ）にプログラム設定している。
【００５５】
そして、このようなプログラムを記述した後、「Ｍ４５６」と記述することで、振動切削をＯＦＦに設定する。なお、振動切削させず、通常の切削（慣用切削）をさせる場合は、「Ｍ１２３」「Ｍ４５６」の振動切削指令コードを記述しなければ良い。
【００５６】
かくして、上記のようなプログラムが作成されると、中央制御部９０は、その作成したプログラムをプログラム情報格納部９２に格納する（ステップＳ１）。なお、上記ＮＣプログラムにおける「Ｍ１２３」「Ｍ４５６」は、あくまで例示であり、これに限らず、どのようなコードであっても良い。
【００５７】
上記プログラム作成後、使用者は入力部９１を用いて上記作成したプログラムの実行指令を行う（ステップＳ２）。これにより、中央制御部９０は、プログラム情報格納部９２に格納されているプログラムを読み出し、切削モードの確認を行う（ステップＳ３）。
【００５８】
切削モードが、通常の切削（慣用切削）を行うモード（「Ｍ１２３」の振動切削指令コードがプログラムされていない）であれば（ステップＳ３：ＮＯ）、中央制御部９０は、上記プログラムされた切削工具４及びワーク２の移動地点であるＢ点（Ｕ，Ｗ）までの補間方法に基づいた補間軌道の演算処理を行い、その演算結果をモータ制御部９４に出力する。そして、その情報を受け取ったモータ制御部９４は、その情報に基づき切削工具４及びワーク２をＡ点（ｕ０，ｗ０）からＢ点（Ｕ，Ｗ）まで、サーボアンプ１０を介して切削工具送り駆動モータ８ａ及びワーク送り駆動モータ１１ａをそれぞれ制御し、上記補間軌道に沿って移動させる（ステップＳ４）。その後、中央制御部９０は、その情報処理を終了する。
【００５９】
一方、切削モードが、低周波振動切削を行うモード（「Ｍ１２３」の振動切削指令コードがプログラムされている）であれば（ステップＳ３：ＹＥＳ）、中央制御部９０は、振動切削情報格納部９３に格納されている振動切削情報テーブルＶＣ_ＴＢＬのプログラム設定値と一致するような、ワーク２の回転数並びにワーク２の１回転当たりの切削工具４及びワーク２の送り量がプログラムされたか否かを確認する（ステップＳ５）。振動切削情報テーブルＶＣ_ＴＢＬのプログラム設定値と一致するようなプログラム設定がされていなければ（ステップＳ５：ＮＯ）、中央制御部９０は、表示部９５に適正値がプログラム設定されていない旨の警告を表示させ（ステップＳ６）、処理を終了する。すなわち、例えば、使用者が入力部９１を用いてワーク２の回転数を１０００（ｒｐｍ）、ワーク２の１回転当たりの切削工具４及びワーク２の送り量を０．０２０（ｍｍ）にプログラムしたとすると、図３に示す振動切削情報テーブルＶＣ_ＴＢＬを見れば明らかなように、ワーク２の１回転当たりの切削工具４及びワーク２の送り量０．０２０（ｍｍ）は、ワーク２の回転数１０００（ｒｐｍ）に対する適切なワーク２の１回転当たりの切削工具４及びワーク２の送り量（０．００５（ｍｍ），０．０１（ｍｍ），０．０１５（ｍｍ））のプログラム設定値と一致しない。そのため、中央制御部９０は、表示部９５に適正値がプログラム設定されていない旨の警告を表示させることとなる。これより、使用者は、ワーク２の１回転当たりの切削工具４及びワーク２の適切な送り量を確実にプログラムすることができる。
【００６０】
また一方、振動切削情報テーブルＶＣ_ＴＢＬのプログラム設定値と一致するようなプログラム設定がされていれば（ステップＳ５：ＹＥＳ）、中央制御部９０は、振動切削情報格納部９３に格納されている振動切削情報テーブルＶＣ_ＴＢＬより、使用者が入力部９１を用いてプログラムしたワーク２の回転数並びにワーク２の１回転当たりの切削工具４及びワーク２の送り量、さらに、補間方法（直線補間（Ｇ１），時計方向の円弧補間（Ｇ２），反時計方向の円弧補間（Ｇ３））に対応した切削工具４及びワーク２の振動周波数（Ｈｚ），切削工具送り機構８及びワーク送り機構１１の前進量（ｍｍ），後退量（ｍｍ），前進速度（ｍｍ／ｍｉｎ），後退速度（ｍｍ／ｍｉｎ），補間角度（ベクトル角／ｖｉｂ），位置ループゲイン，速度ループゲイン，ＳＨＧ（Ｓｍｏｏｔｈ  Ｈｉｇｈ  Ｇａｉｎ）制御ゲインを選定する。これにより、中央制御部９０は、切削工具４及びワーク２の移動地点であるＢ点までの補間軌道に沿った前進、後退運動の演算処理を行う。そして、中央制御部９０は、この演算結果をモータ制御部９４に出力し、それと共に、上記選定した切削工具４及びワーク２の振動周波数を表示部９５に出力する（ステップＳ７）。
【００６１】
このような演算結果を受け取ったモータ制御部９４は、その情報に基づいて、サーボアンプ１０を介して切削工具送り駆動モータ８ａ及びワーク送り駆動モータ１１ａを、振幅が徐々に拡大するようにそれぞれ制御し、切削工具４及びワーク２を低周波振動させる。すなわち、モータ制御部９４は、切削工具送り機構８及びワーク送り機構１１を上記演算結果に基づいて前進、後退させるという動作を繰り返す処理を行う。これにより、切削工具４及びワーク２は、図１に示すように実線位置、破線位置に交互に移動し、低周波振動することとなる。このように、モータ制御部９４は、切削工具４及びワーク２をＸ軸とＺ軸の２軸に協働で同期させ、上記補間軌道に沿って、前進後退の動作を繰り返して振動させながら、Ａ点（ｕ０，ｗ０）からＢ点（Ｕ，Ｗ）まで移動させる（ステップＳ８）。これにより、ワーク２を切削工具４にて加工することができる。なお、表示部９５に出力された切削工具４及びワーク２の振動周波数は、表示部９５に表示されることとなる。
【００６２】
以上説明した本実施形態によれば、ワーク２を切削加工する切削工具４の送り動作を行う切削工具送り機構８の駆動源である切削工具送り駆動モータ８ａ及びワーク２の送り動作を行うワーク送り機構１１の駆動源であるワーク送り駆動モータ１１ａを制御装置９によって、上記切削工具４及びワーク２を低周波振動させるようにそれぞれ制御している。これにより、図１に示すように、ワーク２と切削工具４内に生じる空間Ｋにキャビテーションが発生し、そこに切削加工を行う際使用されるクーラント等が吸い込まれるため、ワーク２を加工する際に発生する切削熱や摩擦熱を効果的に冷却及び潤滑させることができる。そのため、本実施形態によればワークの加工品質を安定させることができる。
【００６３】
また、本実施形態によれば、切削工具４及びワーク２は低周波振動しながら、当該切削工具４によってワーク２を切削加工しているため、切屑が粉状となり、切削工具に切屑が絡まりにくくなる。それゆえ、品質が安定し、さらには、火災の発生を抑制することができる。
【００６４】
さらに、本実施形態によれば、切削工具４及びワーク２を低周波振動させるにあたって、制御装置９を用いて切削工具送り駆動モータ８ａ及びワーク送り駆動モータ１１ａをそれぞれ制御しているだけであるから、簡便な構造であるため実用的である。しかも、制御装置９を用いて切削工具送り駆動モータ８ａ及びワーク送り駆動モータ１１ａを補間方向に制御することができるため、ワークを自由自在に加工することができる。それゆえ、ワークの加工形状が限定されないという効果を奏する。
【００６５】
一方、本実施形態によれば、振動切削情報格納部９３に、ワーク２の回転数と該ワーク２の１回転当たりの切削工具４及びワーク２の送り量に応じて、切削工具４及びワーク２を少なくとも２軸方向に同期させて送り動作させる２５Ｈｚ以上の低周波で実働可能なデータとして、テーブル上の質量やモータ特性等の機械特性に応じた少なくとも切削工具送り機構８の前進量，後退量，前進速度，後退速度及びワーク送り機構１１の前進量，後退量，前進速度，後退速度が予めテーブル化されて格納されているから、切屑を細かく分断できる最適な振動で低周波振動切削を実行させることができる。
【００６６】
そしてさらには、本実施形態によれば、使用者は、ＮＣプログラムを作成する際、通常の慣用切削を実行させるプログラムに加え、振動切削指令コード（振動切削ＯＮコード、振動切削ＯＦＦコード）を付加したプログラムを作成するだけで、最適な振動で低周波振動切削を実行させることができる。
【００６７】
なお、本実施形態においては、補間方法として、直線補間と円弧補間を例示したが、勿論、それに限らず、テーパ補間等、どのような補間方法でもよいことは言うまでもない。また、本実施形態においては、ワーク２を回転させて切削工具４にてワーク２を切削加工させる例を示したが、切削工具４を回転させてワーク２を切削加工する工作機械にも適用可能である。
【００６８】
さらに、本実施形態においては、上記本実施形態に係る工作機械として、２軸のＣＮＣ旋盤を用いた例を示したが、これに限らず、３軸以上のＣＮＣ旋盤等、種々様々な工作機械に用いることが可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１                          工作機械
２                          ワーク
４                          切削工具
８                          切削工具送り機構
８ａ                        切削工具送り駆動モータ
９                          制御装置（制御機構）
１１                        ワーク送り機構
１１ａ                      ワーク送り駆動モータ
９１                        入力部（操作手段）
９３                        振動切削情報格納部（振動切削情報格納手段）
９４                        モータ制御部（モータ制御手段）
ＶＣ_ＴＢＬ                振動切削情報テーブル
Ｋ                          空間
【図１】
2014054688.tif 000003
【図２】
2014054688.tif 000004
【図３】
2014054688.tif 000005
【図４】
2014054688.tif 000006
【図５】
2014054688.tif 000007
【図６】
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【図７】
2014054688.tif 000009
【図８】
2014054688.tif 000010
【図９】
2014054688.tif 000011