(57)【要約】【課題】切削加工において揺動を用いずに切り屑を細断できる工作機械の制御装置を提供すること。【解決手段】工作機械の制御装置は、少なくとも主軸を含む複数軸の協調動作によって、切削対象であるワークを切削加工する工作機械の制御装置であって、切削工具とワークとを加工方向に相対的に移動させてワークを切削するための移動指令を出力する移動指令生成部と、移動指令生成部に対して、加工方向の相対的な移動を断続的に停止させるための停止指示を出力する停止判定部と、を備え、移動指令生成部は、停止指示に基づいて切削工具とワークとの加工方向への相対的な移動を停止させるための移動指令を出力し、停止判定部は、主軸が３６０度以上回転する間、停止指示を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも主軸を含む複数軸の協調動作によって、切削対象であるワークを切削加工する工作機械の制御装置であって、
切削工具と前記ワークとを、加工方向に相対的に移動させて前記ワークを切削するための移動指令を出力する移動指令生成部と、
前記移動指令生成部に対して、前記加工方向の相対的な移動を断続的に停止させるための停止指示を出力する停止判定部と、を備え、
前記移動指令生成部は、前記停止指示に基づいて、前記切削工具と前記ワークとの加工方向への相対的な移動を停止させるための移動指令を出力し、
前記停止判定部は、前記主軸が３６０度以上回転する間、前記停止指示を出力する、工作機械の制御装置。
【請求項２】
前記停止判定部は、前記主軸の回転角度に同期して前記停止指示を出力する、請求項１に記載の工作機械の制御装置。
【請求項３】
前記停止判定部は、所定の時間周期毎に前記停止指示を出力する、請求項１に記載の工作機械の制御装置。
【請求項４】
前記停止判定部は、外部信号をトリガーとして前記停止指示を出力する、請求項１から３いずれかに記載の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、複数軸の協調動作によりワークを切削加工する工作機械の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数軸の協調動作により加工対象であるワークを切削加工する工作機械が知られている。このような工作機械においては、切削により生じる切り屑を細断するために、切削工具とワークとを加工方向に対して相対的に揺動させながら切削加工する揺動切削が採用される場合がある。
【０００３】
以下、従来の揺動切削について、図４Ａ及び図４Ｂを参照して詳しく説明する。
図４Ａ及び図４Ｂは、従来の揺動動作を説明するための図である。図４Ａは、ワーク１０を、主軸１２を回転軸として回転させ、その表面を切削工具１４で切削加工する様子を示している。図４Ａに示すように、切削工具１４は、ワーク１０の表面を所定のプログラムに基づいて切削していくが、その加工は、例えばＺ軸（主軸と同一方向）又はＺ軸と所定角度の加工方向Ｂ（加工が進行する方向）に沿って進行する。
【０００４】
このような切削加工を行う際に、切削工具１４は、加工方向Ｂに揺動Ａされる。この揺動Ａによって、切削工具１４は加工方向にいわば振動し、切削工具１４がワーク１０に対して接触／非接触を繰り返す。そのため、図４Ａに示すように、パスＤを加工後、主軸１回転後にパスＣを加工すると、加工方向に対してパスＤよりパスＣが後方に位置する箇所において空振りＭが生じ、この空振りＭによって切り屑が細断される。
【０００５】
図４Ｂは、内部に空洞があるワーク２０の空洞内部を切削工具２４で切削加工する様子を示している。図４Ｂに示すように、ワーク２０に対して切削工具２４が回転しており、その軸が主軸となる。即ち、図４Ａにおける主軸１２は、ワーク１０の回転する軸であり、図４Ｂにおける主軸２２は、切削工具２４の回転する軸である。このように本特許では「主軸」とは、切削工具の回転軸である場合と、ワークの回転軸である場合がある。
【０００６】
図４Ｂでは、切削工具２４は、ワーク１０の空洞内部の表面を所定のプログラムに基づいて切削していくが、その加工は、図４Ａと同様に加工方向Ｂに沿って進行する。また、図４Ｂにおいても、切削工具２４は、加工方向Ｂに揺動Ａされ、切削工具２４はワーク２０に対して接触／非接触を繰り返す。そのため、図４Ｂに示すように、パスＤを加工後、主軸１回転後にパスＣを加工すると、加工方向に対してパスＤよりパスＣが後方に位置する箇所において空振りＭが生じ、この空振りＭによって切り屑が細断される。
【０００７】
以上説明した揺動切削に関して、例えば、切削工具を低周波振動させながら切削加工する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、最適な振動で切削工具を揺動させて低周波振動切削を実行させることにより、切り屑が粉状となり、切削工具に切り屑が絡まりにくくなるとされている。
【０００８】
また、２軸方向の低周波振動による切り屑の細断を行う技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。この技術では、切削条件をテーブルに格納せずに算出することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第５０３３９２９号公報
【特許文献２】国際公開第２０１４／１２５５６９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の揺動切削では、加工条件の変更に対応して揺動周波数や振幅を変更することが好ましいが、それらの制御は複雑である。特に、特許文献１の技術のように各制御パラメータが予めテーブル化されている場合には、ワークの加工条件に応じて揺動パラメータを調整することが困難である。また、特許文献２の技術のように、テーブルを用いない場合には、そのための演算処理が過大となる。
【００１１】
また、従来の揺動切削のように、切削工具やワークを前進／後退させる制御を行うと、発生する加減速度によって切削工具に過負荷がかかり、切削工具の寿命が短くなるという問題が生じる。
【００１２】
従って、切削加工において、揺動を用いずに切り屑を細断できる技術の開発が求められている。
【００１３】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、切削加工において揺動を用いずに切り屑を細断できる工作機械の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（１）  本発明は、少なくとも主軸を含む複数軸の協調動作によって、切削対象であるワークを切削加工する工作機械の制御装置（例えば、後述の制御装置１００）であって、切削工具と前記ワークとを、加工方向に相対的に移動させて前記ワークを切削するための移動指令を出力する移動指令生成部（例えば、後述の移動指令生成部１０４）と、前記移動指令生成部に対して、前記加工方向の相対的な移動を断続的に停止させるための停止指示を出力する停止判定部（例えば、後述の停止判定部１０２）と、を備え、前記移動指令生成部は、前記停止指示に基づいて、前記切削工具と前記ワークとの加工方向への相対的な移動を停止させるための移動指令（例えば、後述の速度指令）を出力し、前記停止判定部は、前記主軸が３６０度以上回転する間、前記停止指示を出力する、工作機械の制御装置を提供する。
【００１５】
（２）  （１）の工作機械の制御装置において、前記停止判定部は、前記主軸の回転角度に同期して前記停止指示を出力してよい。
【００１６】
（３）  （１）の工作機械の制御装置において、前記停止判定部は、所定の時間周期毎に前記停止指示を出力してよい。
【００１７】
（４）  （１）から（３）いずれかの工作機械の制御装置において、前記停止判定部は、外部信号をトリガーとして前記停止指示を出力してよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、切削加工において揺動を用いずに切り屑を細断できる工作機械の制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る工作機械の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る工作機械の制御装置を用いた場合の切削加工の様子を模式的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る工作機械の制御装置を用いた場合の停止動作の具体例を示すグラフである。
【図４Ａ】従来の揺動動作を説明するための図である。
【図４Ｂ】従来の揺動動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る工作機械の制御装置１００の構成を示す機能ブロック図である。本実施形態に係る工作機械は、切削加工の対象物であるワークを回転させ、このワークに対して加工方向に切削工具を移動させて加工を行うものとする。工作機械の主軸はワークを回転させる軸であるとする。本実施形態における切削加工の詳細については、後段で詳述する。
【００２２】
図１に示すように、制御装置１００は、工作機械の切削工具を駆動するモータ１２０を制御する。制御装置１００は、工作機械の切削工具を移動させる移動指令生成部１０４と、停止を判定する停止判定部１０２と、加算器１０６と、制御部１０８と、を備える。
これら各部は、例えばそれぞれの部の機能・処理を記述したプログラムと、このプログラムを実行するＣＰＵとから構成してよい。また、制御装置１００は、コンピュータで構成してよく、そのコンピュータのＣＰＵが、各部の機能・処理を記述したプログラムを実行することによって、制御装置１００を実現してもよい。
【００２３】
移動指令生成部１０４は、ワークに対する加工を行うために切削工具を移動させるための指令を生成する。この移動指令生成部１０４は、所定のプログラムに従って移動指令を生成する。
【００２４】
加算器１０６は、移動指令生成部１０４が生成した移動指令から、位置フィードバックを減算して両信号の差分を求め、計算した位置偏差を制御部１０８へ出力する。位置フィードバックは、例えば、工作機械の切削工具を駆動するモータ１２０の軸に取り付けられたロータリーエンコーダ等で、位置を検出して位置フィードバック値として利用してよい。
【００２５】
制御部１０８は、入力された位置偏差に応じて、モータ１２０を駆動する指令を生成してモータ１２０へ出力する。この指令に基づいて、切削工具のモータ１２０が駆動され、切削工具をワークに対して移動させる。
【００２６】
停止判定部１０２は、移動指令生成部１０４が生成する移動指令を止めるための停止指示を、所定のタイミングで移動指令生成部１０４に対して出力する。移動指令生成部１０４は、この停止指示に基づいて、停止を表す移動指令を出力する。停止を表す移動指令であればどのような指令でもよく、例えば、同じ位置の移動指令を連続して出力して「停止」させてもよい。
【００２７】
図２は、本実施形態に係る工作機械の制御装置１００を用いた場合の切削加工の様子を模式的に示す図である。図２に示すように、回転する回転ワーク２００（以下、ワーク２００と呼ぶ。）は、主軸によって回転している。切削工具２０２（以下、工具２０２と呼ぶ。）は、主軸と平行な加工方向に沿って移動し、ワーク２００の表面を切削加工する。
【００２８】
図２において、工具２０２は、その刃が模式的に三角形で示されているが、工具２０２の工具幅は図２中の隣接する太線同士の間隔に相当する。この工具２０２は、位置Ｐ１から、加工方向に移動し、位置Ｐ２、位置Ｐ３を経て、位置Ｐ４まで移動する。上述したように、制御装置１００が出力する速度指令によって、図２に示す工具軌跡で工具２０２が移動する。
【００２９】
ワーク２００が主軸の回転により回転しつつ、工具２０２がそのワーク２００の表面を切削加工するため、ワーク２００の表面上において、工具２０２は図２中の太線で示されるような工具軌跡Ｅを辿って移動する。なお、工具軌跡Ｅは、ワーク２００の紙面奥側にも存在し、これが破線で示されている（これを工具軌跡Ｆと表す）。
【００３０】
図２において、工具軌跡Ｅに沿って矢印Ｊが描かれているが、これはワーク２００から見た場合の工具の移動方向を示す。回転するワーク２００の表面上を、位置Ｐ１からＰ４方向に向かう加工方向に工具２０２が移動していくため、図２に示すようにその軌跡はおよそ螺旋状となる。なお、本実施形態における工具２０２は揺動動作を行っていない。つまり、制御装置１００は、工具２０２に揺動を行わせずに、位置Ｐ１から位置Ｐ４に向かう加工方向に向けて移動させていく。
【００３１】
本実施形態において特徴的なことは、工具２０２が一定速度で移動する途中で、加工方向（図２では、位置Ｐ１からＰ４に向かう方向）への相対的な移動の動作を断続的に停止することである。このように断続的に停止することによって、それまでに生じた切り屑を細断することができる。この場合、停止させるのは工具２０２であり、ワーク２００は主軸を中心に回転を続けるため、工具２０２は、ワーク２００の表面に生じた切り屑を細断することになる。このような工具２０２の停止による切り屑の細断を断続的に行うことによって、切り屑を効率的に細断していくことができる。
【００３２】
図２において、工具幅は、切削工具２０２の切削幅を意味する。図２の例では、切削工具２０２は、位置Ｐ１からスタートして位置Ｐ２で加工方向への移動を停止しているが、この位置Ｐ２で停止した切削工具２０２の工具軌跡Ｅは、ワーク２００の軸（主軸）と直角な方向の軌跡となる（図２参照）。また、位置Ｐ２で停止している切削工具２０２の切削幅がＧで表されている。したがって、切削幅Ｇによってその部分の切り屑が細断される。
【００３３】
さらに、図２の例では、切削工具２０２は、位置Ｐ２から位置Ｐ３を通過して位置Ｐ４で加工方向への移動を停止している。この位置Ｐ４で停止した切削工具２０２の工具軌跡Ｅも、ワーク２００の軸（主軸）と直角な方向の軌跡となる（図２参照）。また、位置Ｐ４で停止している切削工具２０２の切削幅がＨで表されている。従って、切削幅Ｈによってその部分の切り屑が細断される。なお、切削幅Ｈは、切削幅Ｇと同様の幅である。
【００３４】
次に、工具２０２の停止期間や停止の周期等について詳しく説明する。
工具２０２の停止している期間（停止期間）は、任意の期間にすることができるが、切り屑が十分に細断できる期間に設定する必要がある。具体的には、ワーク２００が少なくとも１回転する期間、工具２０２を停止させればその停止位置における切り屑を１周分細断できる。従って、本実施形態では、ワーク２００（の主軸）が１回転する期間以上に、工具２０２を停止させる。言い換えれば、主軸が３６０度以上回転する間、停止判定部１０２は、停止指示を出力する。
【００３５】
このような処理を実現するために、ワーク２００の主軸の回転角度を検出するセンサが主軸に設けられ、検出した回転角度又は回転数は停止判定部１０２に供給される。これにより、停止判定部１０２は、供給された主軸の回転角度や、主軸の回転数（図１参照）に基づいて、ワーク２００が１回転する期間以上の間、停止指示を移動指令生成部１０４に出力する。なお、本実施形態ではワーク２００が主軸に取り付けられている場合を中心に説明するが、切削工具２０２が主軸に取り付けられている場合でも、同様に主軸の回転角度や回転数から上記と同様の処理を行ってよい。
【００３６】
本実施形態においては、切削工具２０２のワーク２００に対する相対的な移動の動作を、断続的に停止することを特徴とするが、その停止の周期（繰返し周期）は種々設定可能である。
先ず、停止動作の周期（繰返し周期）は、ワーク２００の回転と同期させることができる。例えば、ワーク２００（の主軸）が所定の回転角度に位置した場合に停止を開始してもよい。上述したように、ワーク２００の主軸の回転角度を検出するセンサを主軸に設けておき、検出した回転角度又は回転数を停止判定部１０２に供給する。停止判定部１０２は、供給された主軸の回転角度や、主軸の回転数（図１参照）から、ワーク２００（主軸）が所定角度になった場合に停止指示を移動指令生成部１０４に出力する。
【００３７】
また、例えば、ワーク２００が所定の回転数だけ回転した場合に停止を開始してもよい。停止判定部１０２は、モータ１２０から供給された回転数から、ワーク２００（主軸）が所定数回転した場合に停止指示を移動指令生成部１０４に出力する。例えば、ワーク２００が１回転した場合に、停止指示を出力するように構成してよいし、２回転又はそれ以上回転した場合に、停止指示を出力するように構成してもよい。例えば２回転の場合は、その２回転分の期間が、断続的な停止動作の周期（繰返し周期）となる。
【００３８】
また、停止の開始を、外部信号（外部トリガー）をトリガーとして停止を開始することもできる。この場合、停止判定部１０２は、外部トリガーを入力しており（図１参照）。外部トリガーによって停止が指示された場合に、停止指示を移動指令生成部１０４に出力することもできる。
【００３９】
外部信号（外部トリガー）としては種々の信号を利用してよい。例えば、ビジョンセンサを利用して切り屑の量を監視させ、長い切り屑が生じた場合に、停止を行わせるために外部信号をアサートするような仕組みを外部に設けてもよい。そのようなビジョンセンサは、例えば工作機械に内蔵させてもよいし、工作機械とは別体に構成してもよい。また、同様の仕組みを用いて、切り屑の分量を監視させ、分量が一定の基準値を超えた場合に、停止を行わせるために外部信号をアサートさせるようにビジョンセンサを構成してもよい。
【００４０】
また、断続的な停止動作の周期を予め所定の時間として設定しておくこともできる。この場合、停止判定部１０２は、所定時間（周期）毎に停止信号を移動指令生成部１０４に出力する。このような動作を実現するために、外部から周期設定信号（図１参照）を停止判定部１０２に供給することもできる。停止判定部１０２は、内部にタイマーを備えており、そのタイマーに計時動作を行わせ、タイマー値が、上記周期設定信号によって設定された周期に到達した場合に、停止指示を移動指令生成部１０４に出力するように構成してもよい。タイマーは、停止判定部１０２内部に設けてもよく、外部のタイマーを利用する構成としてもよい。
【００４１】
ここで、図３は、本実施形態に係る工作機械の制御装置１００を用いた場合の停止動作の具体例を示すグラフである。図３において、横軸はワーク２００（主軸）の回転角度を表し、縦軸は切削工具２０２の送り量（加工方向への移動量）を表す。切削加工の開始時点においては、ワーク２００の主軸の回転を開始し、同時に、切削工具２０２の加工方向への移動も開始する。この移動が行われている期間を図３のグラフにおいては「前進」と表示しており、移動せずに停止している期間を、「停止」と表示している。加工処理の開始時点では、ワーク２００の回転と同時に切削工具２０２も移動しているため、グラフは右上がりの直線となる。
【００４２】
次に、切削工具２０２が位置Ｐ２まで到達した時点で、所定の要因をトリガーとして、停止判定部１０２が停止指令を移動指令生成部１０４に出力し、切削工具２０２の移動が停止する。ここで、所定の要因とは、上述したように、ワーク２００の回転角度位置が所定の角度になった場合、ワーク２００の回転量が所定の量に達した場合、外部トリガーがアサートされた場合、予め定めた所定の周期に到達した場合、等の種々の要因が挙げられる。
【００４３】
切削工具２０２が位置Ｐで停止してから、所定の停止期間Ｓだけ切削工具２０２は停止する（図３参照）。この停止期間Ｓは、上述したように主軸が１回転以上する期間とする。即ち、主軸が３６０度以上回転する期間とする。この停止期間Ｓにおいては、切削工具２０２の移動しない一方、主軸の回転は続く。従って、図３に示すように停止期間Ｓにおけるグラフは水平となる。
【００４４】
図３の例では、加工開始から、この停止期間の終了時点までが、断続的な停止動作の繰返し周期Ｔとなる（図３参照）。この断続的な停止動作の繰り返し周期Ｔは、上述したように、主軸の回転と同期してよいし、また外部トリガーによって定めされてもよい。また繰返し周期Ｔは、予め定められた所定の時間としてもよい。ここで、断続的な停止動作とは、断続的な切削動作、即ち、断続切削を意味する。したがって、上述した断続的な停止動作の繰返し周期Ｔは、断続切削の繰返し周期Ｔでもある。
【００４５】
停止期間Ｓが終了後、停止判定部１０２は停止指示の出力を中止する。そのため、移動指令生成部１０４は、位置Ｐ３へ向けての移動の指令をモータ１２０に対して出力する。その結果、切削工具２０２は再び加工方向への移動を開始し、位置Ｐ３へ向かって移動を開始する。従って、図３に示すように、グラフは再び右上がりのグラフとなる。この期間は上述したように「前進」の期間である。次いで、同様の断続的な停止動作の繰返しを続行する。即ち、切削工具２０２は、位置Ｐ４に到達した後に、再び停止期間Ｓの間だけ停止し、停止期間Ｓの満了後に再び移動を開始する。以下、同様の処理が繰り返される。
【００４６】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態によれば、切削工具２０２の加工方向への移動動作の最中に断続的な停止動作を行わせたので、切削により生じる切り屑を効率的に細断することができる。断続的な停止動作を行わせることは、断続的な切削（断続切削）である。
【００４７】
また本実施形態によれば、揺動切削を実行せずに、つまり従来の揺動切削のように切削工具やワーク等を低周波振動させることなく、切り屑を細断することができる。即ち、従来の揺動切削のように切削工具やワークを前進／後退させる制御を行うことなく、前進／停止を繰り返すことによって切り屑を細断することができる。従って、切削工具に対して細かな加速・減速を行わせる必要がなくなる。その結果、切削工具に機械的損傷が生じるのを抑制でき、切削工具の寿命を延長させることができる。
【００４８】
以上、本発明の一実施形態について詳細に説明したが、前述した実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体例を示したに過ぎない。本発明の技術的範囲は、前述した実施形態に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であり、それらも全て本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４９】
例えば、上述した実施形態では、主軸がワーク２００を回転させる場合を例として説明したが、主軸が切削工具２０２を回転させる構成としてもよい。この場合でも、主軸の回転によって同様の処理を実行してよい。即ち、主軸がワーク回転軸の場合だけでなく、工具回転軸の場合であってもよい。
【００５０】
また、上述した実施形態では、切削工具２０２側を移動させたが、ワーク２００側を移動させることで、本発明の断続切削を行ってもよい。
また、上述した実施形態では、主として外表面切削の場合について説明したが、内表面切削の場合に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０、２０  ワーク
１２、２２  主軸
１４、２４  切削工具
１００  制御装置
１０２  停止判定部
１０４  移動指令生成部
１０６  加算器
１０８  制御部
１２０  モータ
２００  (回転)ワーク
２０２  (切削)工具
Ａ  揺動
Ｂ  加工方向
Ｃ、Ｄ  パス
Ｅ  工具軌跡
Ｆ  工具軌跡
Ｇ  Ｐ２で工具２０２が停止した際の工具２０２の切削幅
Ｈ  Ｐ４で工具２０２が停止した際の工具２０２の切削幅
Ｊ  ワーク２００から見た工具の移動方向
Ｍ  空振り
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４  位置
Ｓ  停止期間
Ｔ  繰返し周期
【図１】
2019185286.tif 000003
【図２】
2019185286.tif 000004
【図３】
2019185286.tif 000005
【図４Ａ】
2019185286.tif 000006
【図４Ｂ】
2019185286.tif 000007