(57)【要約】【課題】ＮＣ工作機械の主軸回転によって振動が誘発されるバーフィーダや加工済ワークの排出装置などの周辺機器を含むワーク加工装置において、加工中におけるワークや工作機械及び周辺機器の振動を回避して、ワークの加工精度の低下、加工中における騒音の発生、機械寿命の低下などの機械振動による悪影響を防止する。【解決手段】工作機械に付設された周辺機器に振動センサを取り付け、運転中の周辺機器の振動を工作機械側のＮＣ装置に出力する。ＮＣ装置に設定した振動の許容上限値に達したときは、加工プログラムで指定された主軸の回転数を下げる。それでも振動が小さくならないときは、アラームとして機械を停止する。共振により振動が大きくなるときは主軸の回転数を上げて振動を回避する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＣ工作機械の主軸の回転に伴って回転する部材又は当該工作機械で加工されるワークを支持する部材を備えた周辺機器に振動センサを取り付け、前記ＮＣ工作機械でワークを加工する際に、当該加工の進行に伴って変化する前記振動センサの計測値に基づいてＮＣ装置の加工プログラムで指定した主軸速度の指令値を変更することを特徴とする、工作機械のワーク加工方法。
【請求項２】
工作機械本体と、当該工作機械の主軸速度を制御しているＮＣ装置と、当該工作機械に付設した周辺機器と、当該周辺機器に装着された振動センサとを備え、前記ＮＣ装置は、前記振動センサの検出値に応じて加工プログラムから指令された前記工作機械の主軸速度を変更する主軸速度変更手段を備えている、ワーク加工装置。
【請求項３】
前記周辺機器が、工作機械へのワークの供給装置である、請求項２記載のワーク加工装置。
【請求項４】
前記ワークの供給装置が、バーフィーダーである、請求項３記載のワーク加工装置。
【請求項５】
前記周辺機器が、工作機械からのワークの排出装置である、請求項２記載のワーク加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＮＣ工作機械とその周辺機器を含んで構成されるワーク加工装置に関するもので、ワーク加工中における機械の振動によってワークの加工精度や機械の寿命に悪影響が生ずるのを防止する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＮＣ工作機械は、加工プログラムで指定された加工速度でワークの連続加工を行っている。加工中に機械やワークが振動すると、加工精度が低下すると共に、機械寿命や作業環境に悪影響を及ぼすから、そのような振動が起こらない速度で加工が行われるように、工作機械の主軸（ワーク主軸や工具主軸）の速度を設定している。
【０００３】
しかし、振動の発生を予め予測するのは困難なため、加工プログラムに基づく連続運転を開始する前にテスト加工を行い、加工中の機械の騒音やテスト加工したワークの加工精度などから主軸速度の適否を判断して、必要な加工プログラムの修正を行って、連続加工を開始するようにしている。
【０００４】
しかし、加工速度を上げて生産性を向上させることと、加工中の振動の発生を確実に防止することとは、相反する関係となるため、テスト加工を何度も行わなければならず、時間や材料の無駄が生ずる。また、経年変化や機械の熱変形などにより振動が発生することがあり、連続運転を開始した後でこのような振動が発生すると、多数の不良品を出してしまい、機械故障の原因や騒音による作業環境の悪化にもなる。また、振動が発生したとき、手動で主軸速度を下げるなどの対応が必要で、オペレータが機械から離れられないという問題がある。
【０００５】
工作機械本体に振動センサを取り付けてワーク加工中における機械の振動を検出することは、従来から行われている。高い加工精度を実現し、重切削も可能にするために、工作機械本体は、高い剛性を備えている。従って工作機械の振動を検出するには、高精度の振動センサが必要である。
【０００６】
また、バーフィーダを用いたバー材の加工においては、加工中のバー材の残りの長さによって振動が発生したりしなかったりするが、バー材の長さに応じた主軸速度を加工プログラムで設定しようとすると、加工プログラムが複雑になり、素材の長さ毎にプログラムの作成が必要となり、煩雑である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
連続自動運転を行う工作機械には、ワークの供給装置及び排出装置を始めとする周辺機器が設けられている。このような周辺機器には、工作機械の主軸回転に伴って回転する部材を備えている機器や、加工中のワークによって工作機械本体と連結されている機器が多くある。
【０００８】
この発明は、工作機械の主軸回転によって振動が誘発される周辺機器を含むワーク加工装置において、機械やワークの振動による加工精度の低下や機械寿命の低下を防止する技術手段を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、工作機械１に付設された周辺機器２、３に取り付けた振動センサ６の検出信号により、加工プログラム４１で指定された工作機械の主軸速度（主軸１１の回転数）を変更することにより、加工中におけるワークｗや工作機械１及び周辺機器２、３の振動を回避して、ワークの加工精度の低下、加工中における騒音の発生、機械寿命の低下などの機械振動による悪影響を防止したものである。
【００１０】
バーフィーダーなどの周辺機器２、３に振動センサ６を取り付け、運転中の周辺機器の振動を工作機械側のＮＣ装置４に出力する。ＮＣ装置４に設定した振動の許容上限値に達したときは、主軸１１の回転数を下げる。それでも振動が小さくならないときは、アラームとして機械を停止することもできる。主軸１１の回転数を下げたときに共振により却って振動が大きくなることもあるが、この場合は主軸１１の回転数を上げて振動を回避することもできる。
【００１１】
連続加工中に常時振動を監視する代わりに、テスト加工などにより素材ワーク毎の振動特性を計測して、振動の大きくなる箇所で主軸１１の回転数を変更する制御も可能である。この場合には、振動の大きくなる箇所やその箇所での主軸速度をオペレータが手動で設定することも可能である。
【００１２】
また、共振などによる回避困難な振動が発生する場合には、振動の大きくなる箇所を避けるために突っ切り加工で素材長さを変更する対応も可能である。
【００１３】
この発明の工作機械のワーク加工方法は、ＮＣ工作機械１の主軸１１の回転に伴って回転する部材３１又は主軸１１の回転に伴って回転するワークｗを支持する部材２１を備えた周辺機器２、３に振動センサ６を取り付け、ＮＣ工作機械１でワークを加工する際に、その加工の進行に伴って変化する振動センサ６の計測値に基づいて、工作機械側のＮＣ装置４で工作機械の主軸１１の回転数の指令値を変更することを特徴とするものである。
【００１４】
またこの発明のワーク加工装置は、工作機械１と、当該工作機械の主軸１１の回転数を制御しているＮＣ装置４と、当該工作機械１に付設した周辺機器２、３と、当該周辺機器に装着された振動センサ６とを備え、前記ＮＣ装置４は、振動センサ６の検出値に応じて加工プログラム４１で指令された工作機械の主軸１１の回転数を変更する主軸速度変更手段４３を備えているというものである。
【００１５】
この発明は、周辺機器が、工作機械１へのワークの供給装置、特にバー材ｗを供給するバーフィーダ２である場合や、加工済ワークの排出装置３である場合に、より有効である。ワークの連続加工を行う工作機械１には、ワークｗの供給装置２及び排出装置３が設けられている。工作機械本体が高い剛性を備えているのに対し、これらの周辺機器は、工作機械本体ほどの剛性を備えていないから、振動が発生したときの振幅は、工作機械本体側のそれより大きくなり、周辺機器側に振動センサ６を設けることにより、振動の発生や振動の強度をより容易に検出することができる。
【発明の効果】
【００１６】
工作機械の周辺機器に振動センサを取り付け、振動レベルを検知して工作機械の主軸速度を変更することにより、ワークの連続加工時における加工不良品を削減し、機械の故障を防ぐことができる。周辺機器は、工作機械本体に比べて振動し易いので、加工中の振動を容易かつ速やかに検出することができる。
【００１７】
加工プログラムで主軸速度を高めに設定しても、それにより発生する振動が回避されるので、生産性が向上する。また、自動で主軸速度を変更して振動を回避するので、オペレータが常時機械を監視する必要がなくなり、作業負担を軽減できる。
更に、素材ワークの長さの変更などに柔軟に対応でき、騒音も減るので作業環境も改善される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施例のブロック図
【図２】主軸速度の変更手順を示すフローチャート
【図３】素材ワークの長さと振動態様の例を示す線図
【図４】第２実施例の要部のブロック図
【図５】第３実施例の要部のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態を説明する。旋盤にワークを供給する周辺装置として、旋盤の主軸の中空孔を通してバー材を旋盤の加工領域に供給するバーフィーダは、比較的小型のワークの加工に広く利用されている。図１及び図２は、ＮＣ旋盤１に周辺機器としてバーフィーダ２を設けた場合におけるこの発明の第１実施例を示した図である。
【００２０】
バーフィーダ２は、図１に示すように、細長いガイドパイプ２１を備えており、このガイドパイプ２１は、中空孔を有する旋盤１の主軸１１の延長線上に設置される。主軸１１の先端には、主軸の中空孔を通して供給されたバー材ｗの先端部を把持するチャック１３が装着されている。ガイドパイプ２１の後端（反主軸側）にはプッシャ２３がガイドパイプ２１内を軸方向に移動可能に設けられ、スプロケット２７、２８でガイドパイプ２１と平行に装架されたチェン２５やボールねじなどを備えたバー送り装置２０が設けられる。プッシャ２３とバー送り装置２０とは、ガイドパイプ２１の円周に軸方向に設けたスリットを通過する板状のブラケット２６で連結されている。プッシャ２３の先端（主軸側端部）には、プッシュヘッド２４がガイドパイプの中心軸回りに自由回転可能に装着されている。
【００２１】
バー材の送りモータ５３は、サーボモータで、適宜な減速機（図示せず）を介して駆動側スプロケット２７に連結されており、その回転数がエンコーダ５２によって検出されている。送りモータ５３は、バーフィーダ側ＮＣ装置５の指令に基づいてサーボアンプ５１を介して回転駆動され、サーボアンプ５１にはエンコーダ５２の検出信号がフィードバックされている。バーフィーダ側ＮＣ装置５は、旋盤側ＮＣ装置４から各加工サイクル毎の加工終了指令を受け、プッシャ２３でバー材ｗを設定された長さだけ送った後、供給終了信号を返す。
【００２２】
ガイドパイプ２１は、その上半部が開放可能になっており、上半部を開いた状態でガイドパイプ内にバー材ｗを投入して上半部を閉じる。この状態で送りモータ５３を回転させることにより、チェン２５を周回してプッシャ２３を主軸１１側へと移動する。このときチャック１３は開いた状態にあり、プッシャ２３で押されたバー材ｗの先端は主軸の中空孔を通って旋盤の加工領域ａに供給される。バー材ｗが所定長さ供給されたところでチャック１３を閉じてバー材を把持し、旋盤の刃物台１５に装着した工具１６でバー材ｗの先端の加工を行う。バー材ｗの先端の加工が終了したら、突っ切りバイト１７で加工済部分を切り落とす。そしてチャック１３を開き、プッシャ２３を移動して、次のワークを加工するバー材の先端部分を加工領域ａに送り込む。以上の動作を繰返すことによって、小型のワークを連続加工する。
【００２３】
主軸１１は、ベルト伝動装置１８を介して主軸モータ１９で駆動されている。主軸モータ１９の回転数は、旋盤側ＮＣ装置４に登録された加工プログラム４１のコード（ブロック）によって指定されており、その指令が、コード解析手段４２、主軸速度変更手段４３及びサーボアンプ４４を介して主軸モータ１９に与えられている。
【００２４】
バーフィーダ２のガイドパイプ２１には、振動センサ（加速度センサ）６が取り付けられている。振動センサ６の検出信号は、旋盤側ＮＣ装置４に設けた主軸速度変更手段４３に出力されている。主軸速度変更手段４３には、許容される振動の上限値が設定されている。主軸速度変更手段４３は、これらの登録値とコード解析手段４２からの解析情報及び振動センサ６からの検出信号を受けて、主軸速度の指令値を変更する。
【００２５】
図２は、主軸速度変更手段４３の好ましい制御手順の一例を示すフローチャートである。図２に示す制御手順では、振動により主軸速度を減速した後で振動が減衰したときに元の回転数に戻す制御と、共振による振動の発生も考慮して、増速して振動の回避を試みる制御が含まれている。このような制御を実現するため、主軸速度変更手段４３には、許容される振動の上限値に加えて、振動の下限値、複数段階（図２では各７段階）の主軸速度の減速率［ｎ］と増速率［ｍ］、並びに減速しても振動が上限値以下にならなかったときに増速を試みるかかどうかを登録している。登録する減速率及び増速率は、ｎ、ｍ（＝１〜７）の値が大きい程大きな減速率又は増速率である。
【００２６】
図２において、読み込んだ加工プログラムのブロックが旋削加工であるかどうかを判別し（ステップ１０１）、旋削加工でなければ手順を終了する。旋削加工であれば、ｎを０に設定して旋削加工を開始する（ステップ１０２）。旋削加工中、振動センサ６の検出信号を常時監視し（ステップ１０３）、振動が上限値を超えたときに、ｎを１つ増やしてそのｎ値に対応して登録されている減速率［ｎ］を加工プログラムで指定されている指令回転数に乗してサーボアンプ４４に出力する（ステップ１０５）。そして、主軸速度が変更後の回転数になるのに必要な待ち時間を待った後、ステップ１０３に戻り、主軸回転を変更した後の振動が上限値以下であるかどうかを判別する。この手順の繰り返しで、振動が上限値以下になったら、旋削加工が終了するまでステップ１０３→１０６→１０７のループを繰り返す。
【００２７】
旋削加工が終了する前に振動が増加して上限値を超えたときは、再びステップ１０３→１０４→１０５のループによる主軸速度の減速を行う。また加工の進行に伴って振動が低下して下限値以下になったときはステップ１０６→１０８へと分岐する。ステップ１０８では、ｎか１以上であること、すなわち主軸速度が減速されていることを条件として、ｎを１つずつ下げて、減速の程度を少なくする（主軸速度を段階的に元に戻して行く）（ステップ１０９）。そして振動が下限値以下になるか（ステップ１０６）又は設定回転数に戻るかしたら（ステップ１０８）、ステップ１０３〜１０７のループで旋削加工を続ける。
【００２８】
以上の制御により、主軸速度は指令速度を上限として、振動が上限値と下限値の間となる主軸回転数で旋削加工が行われる。主軸回転を７段階目の最低の減速率まで低下しても振動が収まらず、かつ増速を試みる設定でないときは、ステップ１１０→１１２に進んでアラームを発する。
【００２９】
増速を試みる設定であれば、今度は主軸速度を段階的に増速しながら振動が減衰するかどうかを調べる。すなわち、ｍを０に設定してステップ２０３で振動を監視する。ステップ１０３→１０４→２０３へと進んでいるので、最初はｍ＝１となってステップ２０５で指令速度が１段階増速される。そしてステップ２０３〜２０５のループで振動が上限値以下となるまで段階的に増速され、振動が上限値以下になれば、旋削加工が終了するまでステップ２０３→２０６→２０７のループを繰り返す。最大の増速率にしても振動が上限値を下回らないときは、ステップ２１２のアラームとなる。
【００３０】
一旦ステップ２０３→２０６→２０７のループに入った後、旋削加工が終了する前に振動が増加して上限値を超えたときは、再びステップ２０３→２０４→２０５のループによる主軸速度の増速を行う。また加工の進行に伴って振動が低下して下限値以下になったときは、ステップ２０６→２０８へと分岐する。ステップ２０８では、ｍか１以上であること、すなわち主軸速度が増速されていることを条件として、ｍを１つずつ下げて、増速の程度を少なくする（主軸速度を段階的に元に戻して行く）（ステップ２０９）。そして振動が下限値以下になるか（ステップ２０６）又は設定回転数に戻るかしたら（ステップ２０８）、ステップ２０３→２０６→２０７のループで旋削加工を続ける。以上の制御により、主軸速度は指令速度を下限として、振動が上限値と下限値の間となる主軸回転数で旋削加工が行われる。
【００３１】
以上のように、この発明によれば、周辺機器であるバーフィーダの振動が常時監視されて、ワークの加工精度の低下や機械寿命の悪影響が懸念される振動として設定された上限値を超えたときに、振動が上限値以下となるように主軸速度を自動的に変更してワークの連続加工が行われる。
【００３２】
バーフィーダにおいては、先端をチャック１３で把持されたワークがガイドパイプ２１内で振れ回ることにより振動が発生するので、加工の進行に伴って徐々に短くなるバーの長さ（換言すればプッシャの位置）によって振動態様が変化する。ガイドパイプ２１内のバー材は、ガイドパイプ２１に所定間隔で設けた振れ止め２２で外周を回転自在に保持されている。このため、バーフィーダ２の振動は、主軸速度とバー材の長さと、バー材の後端の振れ止め２２からの突出量によって変化することになる。従って、１本のバー材を加工プログラムで指令された主軸速度でテスト加工を行い、このテスト加工時にプッシャ２３の位置（バー材の後端の位置）と、バーフィーダに取り付けた振動センサの検出値との関係を予め計測して、振動が上限値を超える箇所があったときに、当該箇所で振動が上限値を超えない主軸速度をテスト加工により求めて、主軸速度変更手段４３に登録し、プッシャが当該箇所に進入したときに、主軸速度を変更することによって振動が上限値を超えることを防止するという制御も可能である。
【００３３】
すなわち、図３に示すように、テスト加工において、プッシャ２３の位置ｓとバーフィーダに取り付けた振動センサ６の検出値とを計測して、振動が上限値を超える箇所Ａ、Ｂ、Ｃにおける振動が上限値以下となる主軸速度Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを求めて旋盤側ＮＣ装置４に登録する。そして、テスト加工後の連続加工時においては、図４に示すように、旋盤側ＮＣ装置４は、バーフィーダ側ＮＣ装置５からプッシャ２３の位置信号を受け取って、プッシャ２３の位置が上記箇所Ａ、Ｂ、Ｃに進入したときに、当該箇所について設定されている主軸速度Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃで主軸を回転させるように制御するのである。このような制御によれば、テスト加工時にのみ振動センサを取り付けてやればよい。なお、図３の線図において、振動が急激に変化している箇所は、バー材の後端が振れ止め２２を通過する箇所である。
【００３４】
バーフィーダ２は、ワークであるバー材ｗを介して工作機械１と連結されている周辺機器の例である。工作機械の主軸回転に伴って回転する部材を備えた周辺装置の例として、加工済ワークを主軸の中空孔を通して排出するワーク排出装置３を示す。図５は、２主軸対向旋盤の右主軸側に設けられたワーク排出装置を示している。図において右主軸台に軸支された右主軸１１ｒは、ベルト伝動装置１８ｒを介して右主軸モータ１９ｒで回転駆動されており、当該主軸の先端には、チャック１３ｒが装着されている。右主軸台の反チャック側には、チャックシリンダ１４ｒが装着されており、このチャックシリンダによってチャック１３ｒの爪が開閉される。チャックシリンダ１４ｒの反チャック側には、ワーク排出装置３が装着されている。このワーク排出装置３は、主軸１１ｒ及びチャックシリンダ１４ｒの中空孔を通してチャック１３ｒ側へと延びるロッド３１と、このロッドを進退させるシリンダ３２とを備えており、ワークの加工が終了した後、チャック１３ｒを開いてロッド３１をチャック１３ｒ内へと進出させることによって、加工済ワークを排出するというものである。ロッド３１とシリンダ３２との間には、回転継手３３が介装されており、右主軸が回転してるときには、ロッド３１も右主軸１１ｒの回転に伴って回転している。ロッド３１は、主軸の中空孔に軸方向移動自在であり、かつ基端が排出装置３のハウジング３４に軸方向及び回転自在に支持されているので、主軸回転に伴う回転により、振れ回ろうとする遠心力が生じて、ワーク排出装置のハウジング３４を振動させ、そして、この振動が右主軸台に伝達されてワークの加工精度を低下させたり、チャックシリンダや主軸軸受の寿命を低下させる原因となる。
【００３５】
このような周辺機器においても、そのハウジング３４に振動センサ６を取り付け、その検出値を旋盤のＮＣ装置に設けた図１で説明したと同様な主軸速度変更手段に出力して、右主軸モータ１９ｒを制御することにより、ワーク排出装置３の振動が設定された上限値を超えないように主軸速度を制御することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  工作機械
２  バーフィーダ
３  ワーク排出装置
４  ＮＣ装置
６  振動センサ
１１  主軸
３１  ロッド
４１  加工プログラム
ｗ  ワーク
【図１】
2015226947.tif 000003
【図２】
2015226947.tif 000004
【図３】
2015226947.tif 000005
【図４】
2015226947.tif 000006
【図５】
2015226947.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成27年3月9日(2015.3.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
旋削加工が終了する前に振動が増加して上限値を超えたときは、再びステップ１０３→１０４→１０５のループによる主軸速度の減速を行う。また加工の進行に伴って振動が低下して下限値以下になったときはステップ１０６→１０８へと分岐する。ステップ１０８では、ｎか１以上であること、すなわち主軸速度が減速されていることを条件として、ｎを１つずつ下げて、減速の程度を少なくする（主軸速度を段階的に元に戻して行く）（ステップ１０９）。そして振動が下限値以上になるか（ステップ１０６）又は設定回転数に戻るかしたら（ステップ１０８）、ステップ１０３〜１０７のループで旋削加工を続ける。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
一旦ステップ２０３→２０６→２０７のループに入った後、旋削加工が終了する前に振動が増加して上限値を超えたときは、再びステップ２０３→２０４→２０５のループによる主軸速度の増速を行う。また加工の進行に伴って振動が低下して下限値以下になったときは、ステップ２０６→２０８へと分岐する。ステップ２０８では、ｍか１以上であること、すなわち主軸速度が増速されていることを条件として、ｍを１つずつ下げて、増速の程度を少なくする（主軸速度を段階的に元に戻して行く）（ステップ２０９）。そして振動が下限値以上になるか（ステップ２０６）又は設定回転数に戻るかしたら（ステップ２０８）、ステップ２０３→２０６→２０７のループで旋削加工を続ける。以上の制御により、主軸速度は指令速度を下限として、振動が上限値と下限値の間となる主軸回転数で旋削加工が行われる。