(57)【要約】【課題】  同期制御による加工において加工時間を短縮する。【解決手段】  すでに歯車形状に荒加工したワーク１を工具２で同期制御して同一速度が回転させる。ワーク１と工具２が干渉しない接近限界距離Ｌｔ、通常の歯車加工の状態（ワークと工具が噛み合った状態）になるアプローチ量Ａｐ、切り込み量に相当する位相シフト量を指令する。アプローチ動作と並行してワークの歯が工具の歯溝と対向する位相合わせ動作を行う。接近限界距離Ｌｔに到達したとき、位相合わせ完了ならばそのままアプローチ動作を実行する。完了でなければアプローチ動作を停止し、位相合わせ完了後にアプローチ動作を再開する。アプローチ動作完了後、位相シフトして切り込みを与え加工する。切削負荷が一定量以下となると加工完了と判断する。アプローチ動作と位相合わせが並行して行われ、加工完了が自動的に判断されるから加工時間を短縮することができる。【選択図】          図４
2005115433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荒削り加工済の被加工歯車が取付けられたワーク軸と、前記被加工歯車に対して仕上げ加工を行う切削工具が取付られた工具軸とを加工プログラムに従って制御することにより歯車の仕上げ加工を行う数値制御装置において、
前記工具軸と前記ワーク軸との同期制御を行う手段と、
前記工具軸と前記ワーク軸の同期制御中に両者の位相を合わせる位相合わせ制御手段と、
所定の指令移動量又は指令相対位置に従って、前記工具軸と前記ワーク軸を仕上げ加工が実行される相対位置まで接近させるアプローチ動作を制御するアプローチ制御手段と、
前記位相合わせ制御手段と前記アプローチ制御手段を起動して、位相合わせとアプローチ動作を並行して実行させる手段と、
前記アプローチ動作により前記工具軸と前記ワーク軸間の距離が、前記被加工ワークと前記切削工具との干渉が発生しない所定の接近限界距離に等しくなるまでに、前記位相合わせが完了しない場合には前記アプローチ動作を中断する手段と、
前記アプローチ動作が中断後、前記位相合わせ完了を待ってから前記アプローチ動作を再開する手段と、
前記アプローチ動作完了を待ってから、前記加工プログラム中に指令された位相シフト量に従って位相を補正することにより切り込みを与えて加工する手段と、
を備えた数値制御装置。
【請求項２】
前記仕上げ加工中に前記工具軸と前記ワーク軸の間の切削負荷を検出する手段と、該検出した切削負荷が所定値以下になったとき前記仕上げ加工を完了する手段とを備えた請求項１に記載の数値制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークと工具を同期制御して加工を行う工作機械を制御する数値制御装置に関する。特に歯車の仕上げ加工に適した数値制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯車加工用の工具で該工具と被加工物のワークとを同期制御して加工を行う同期制御加工において、同期制御中の切り込み量を変更する場合、工具軸とワーク軸の位相合わせ完了を待った後に工具軸とワーク軸を近づけ（アプローチ動作）、そのアプローチ動作が完了してから手動運転もしくはＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）からワーク軸に対して切り込み量を指令することにより、この切り込み量に応じて工具軸とワーク軸の位相をシフトしている。また実際の加工も実切削量とは無関係に切削時間のみを条件として次の工程（次の切り込み）に進んでいた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来は、位相合わせ完了状態を待って、外部から工具軸とワーク軸を近づける指令（アプローチ指令）を行い、また工具軸とワーク軸が加工を行う距離までワーク軸を近づける動作の完了（アプローチ完了）を待って外部から切り込み量を指令している。そのため時間がかかっていた。  
切り込み量を手動操作で指令する場合、作業者が加工毎に切り込みを手動操作で行うため、加工時間が延びるに加えて、誤操作などの要因で誤差が入る可能性があった。  
それに加えて１回の歯車加工完了の判断を正確に行うことができなかったため、加工が終了しているにも拘わらず空加工の状態で加工を行い、一定時間加工を続けることで加工終了としており、この点においても加工時間を長くしていた。
【０００４】
そこで、本発明は、アプローチ動作と位相合わせ動作を並列に実行することにより加工時間を短縮し、さらに加工完了の判断を正確に行い加工時間の短縮を図ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、荒削り加工済の被加工歯車が取付けられたワーク軸と、前記被加工歯車に対して仕上げ加工を行う切削工具が取付られた工具軸とを加工プログラムに従って制御することにより歯車の仕上げ加工を行う数値制御装置において、前記工具軸と前記ワーク軸との同期制御を行う手段と、前記工具軸と前記ワーク軸の同期制御中に両者の位相を合わせる位相合わせ制御手段と、所定の指令移動量又は指令相対位置に従って、前記工具軸と前記ワーク軸を仕上げ加工が実行される相対位置まで接近させるアプローチ動作を制御するアプローチ制御手段と、前記位相合わせ制御手段と前記アプローチ制御手段を起動して、位相合わせとアプローチ動作を並行して実行させる手段と、前記アプローチ動作により前記工具軸と前記ワーク軸間の距離が、前記被加工ワークと前記切削工具との干渉が発生しない所定の接近限界距離に等しくなるまでに、前記位相合わせが完了しない場合には前記アプローチ動作を中断する手段と、前記アプローチ動作が中断後、前記位相合わせ完了を待ってから前記アプローチ動作を再開する手段と、前記アプローチ動作完了を待ってから、前記加工プログラム中に指令された位相シフト量に従って位相を補正することにより切り込みを与えて加工する手段とを備えた数値制御装置である。これによって、アプローチ動作と位相合わせ動作を同時並行して実行することを可能にして加工時間を短縮したものである。  
また、前記仕上げ加工中に前記工具軸と前記ワーク軸の間の切削負荷を検出する手段と、該検出した切削負荷が所定値以下になったとき前記仕上げ加工を完了する手段とを設けて、無負荷状態での加工動作を無くすことにより、加工時間を短縮したものである。
【発明の効果】
【０００６】
位相合わせとアプローチ動作を同時に、かつ並行して実行するので加工時間の短縮が図られる。さらに、加工完了を自動的に検出することから、無駄な空加工時間が省略され加工時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は本発明の一実施形態の数値制御装置１０の要部ブロック図である。ＣＰＵ１１は数値制御装置１０を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステムプログラムを、バス１９を介して読み出し、該システムプログラムに従って数値制御装置全体を制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示データ及びＣＲＴや液晶等で構成される表示器とキーボート等で構成される手動入力手段とからなる表示器／手動入力手段ユニット２０を介してオペレータが入力した各種データが格納される。ＣＭＯＳメモリ１４は図示しないバッテリでバックアップされ、数値制御装置１０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として構成される。ＣＭＯＳメモリ１４中には、インターフェイス１５を介して読み込まれた加工プログラムや表示器／手動入力手段ユニット２０を介して入力された加工プログラム等が記憶される。
【０００８】
インターフェイス１５は、数値制御装置１０と外部機器との接続を可能とするものである。ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１６は、数値制御装置１０に内蔵されたシーケンスプログラムで制御対象物の工作機械の補助装置にＩ／Ｏユニット１７を介して信号を出力し制御する。また、数値制御装置で制御される制御対象物である工作機械の本体に配備された操作盤の各種スイッチ等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。  
この実施形態では、被加工物のワークを直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に駆動する送り軸用のサーボモータ５０，５１，５２とワークを回転させるためのワーク軸用のサーボモータ５３を有している。これら各サーボモータを駆動制御するための各軸の軸制御回路３０〜３３はＣＰＵ１１からの各軸の移動指令量を受けて、各軸の指令をサーボアンプ４０〜４３に出力する。サーボアンプ４０〜４３はこの指令を受けて、機械の各軸のサーボモータ５０〜５３を駆動する。特に本発明と関係して、ワーク軸を回転駆動する軸制御回路３３には、指令移動量を計数し、ワーク軸の１回転分の移動量を計数すると「０」にリセットとされる、ワーク軸の回転位置を記憶する現在位置記憶カウンタを備えており、予めこのワーク軸の原点位置で該カウンタはリセットとされ、原点出しがなされている。各軸のサーボモータ５０〜５３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軸制御回路３０〜３３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。なお、図１では、位置・速度のフィードバックについては省略している。
【０００９】
また、スピンドル制御回路６０は主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ６１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ６１はスピンドル速度信号を受けて、主軸モータ６２を指令された回転速度で回転させる。ポジションコーダ６３は、主軸モータ６２の回転に同期して帰還パルスをスピンドル制御回路６０にフィードバックし、速度制御を行う。このスピンドル制御回路６０もワーク軸を駆動制御する軸制御回路３３と同様に、主軸の１回転位置を記憶する現在位置記憶カウンタを備え、主軸の原点位置で該カウンタは「０」にリセットされる原点出しがなされており、位置制御モードになった状態では、該主軸に対する指令移動量が主軸１回転分に達する毎に「０」にリセットされ、主軸の現在位置を該カウンタで記憶するようにされている。
【００１０】
図２は、本実施形態における荒加工された歯車の仕上げ加工の例の説明図である。この実施形態では、主軸が工具軸とされ、該工具軸に歯車仕上げ加工用の工具２が取付けられるようにされ、主軸モータ６２によって駆動される。サーボモータ５３によって回転駆動される回転軸がワーク軸とされ、該ワーク軸にワーク１が取り付けられている。ワーク１はすでに荒加工され歯車の形を有しており、工具軸とワーク軸の位相を合わせることによりワーク（歯車）１の歯と切削工具の歯溝が噛み合いが可能となり、位相シフトを行うことにより切り込みを与え、歯車と工具の噛み合わせを変え、工具軸とワーク軸を同期回転させることによってワーク（歯車）１を切削するものである。なお、図２において、符号５３ａは、このサーボモータ５３の回転位置、速度を検出し、ワーク軸の回転位置、速度を検出する位置・速度検出器である。
【００１１】
図３，図４は、本発明に関係する位相シフト量Ｆｓ、アプローチ量Ａｐ、接近限界距離Ｌｔの説明図である。  
図４に示すように、アプローチ量Ａｐは、通常の加工を行う工具軸とワーク軸との間の距離までの移動量を示すものであり、図４の状態でアプローチ量Ａｐだけアプローチ動作させてワーク１を移動させてアプローチが完了した段階では、ワーク１の歯車の歯と工具２の歯溝が係合した状態となる。ワーク１である歯車の歯の先端を結ぶ円の半径をＲ１、工具２の歯の先端を結ぶ円の半径をＲ２、ワーク１の歯車の歯の高さをＨとすれば、アプローチ完了時には、工具軸とワーク軸間の距離は（Ｒ＋Ｒ２−Ｈ）となる。  
また、接近限界距離Ｌｔは、ワーク１と工具２が干渉しない限界の移動量の距離で、図４に示すように、ワーク１の歯の先端と工具２の歯の先端が接触する直前の移動距離が接近限界距離Ｌｔとなる。即ち接近限界距離Ｌｔに達したときの工具軸とワーク軸間の距離は、（Ｒ１＋Ｒ２）より僅かに大きい距離となる。
【００１２】
位相シフト量Ｆｓは、加工のための切り込み量を与えるもので、ワーク１の歯と工具２の歯溝とが噛み合い位相が合った状態から、所定量ワーク１を工具２に対して切り込み量に対応する量だけ相対的に回転させる量である。即ちこの位相シフト量だけワーク１と工具２の位相を相対的にシフトさせるものである。図３は、この位相シフト量Ｆｓの説明図であり、図３ではワーク１の歯と工具２の歯溝は噛み合っていないが、噛み合う状態から位相シフト量Ｆｓだけワーク１が工具２に対してシフトしている状態を示したものである。実際に位相シフト量Ｆｓだけシフトさせるときは、ワーク１の歯と工具２の歯溝は噛み合っている状態で行われるものである。
【００１３】
図５，図６は、この歯車の仕上げ加工の処理フローチャートである。  
数値制御装置１０のプロセッサ１１は、加工プログラムから１ブロックを読み込み、該ブロックの指令が同期開始指令か判断し（ステップ１００）、同期開始指令でなければ、この図５，図６に示す処理を行わず、図示しないそのブロックで指令された処理を実行する。  
一方、同期開始指令であると、該同期開始指令と共に指令されているアプローチ量Ａｐ、位相シフト量Ｆｓ、接近限界距離Ｌｔを読み込む。なお、同期開始指令が指令される前にワーク軸（ワーク１）は、図４に示すように工具軸（工具）に対して所定の位置関係にある位置に位置決めされている。
【００１４】
そして、主軸は、位置制御モードに切り替えられ、さらに、ワーク軸の軸制御回路３３には、主軸（工具軸）の回転速度と同一の速度となるように移動指令が指令され、ワーク軸のサーボモータ５３を駆動し、同期制御を開始する（ステップ１０１）。
【００１５】
次に、工具軸（主軸）の機械位置、すなわち工具軸（主軸）の回転位置を求める。工具軸（主軸）に対して指令されている機械位置である回転位置を現在位置記憶カウンタから読みとり、また、位置ループ制御で指令位置と現在位置との差である位置偏差を記憶するエラーレジスタから工具軸の位置偏差量を読み取り、さらに、加減速制御等による工具軸指令遅れ量を加減速制御部から読み取り、読み取った現在機械位置から工具軸位置偏差量及び工具軸指令遅れ量を減じて、実際の工具軸（主軸）の機械位置（工具軸の回転位置）を求める（ステップ１０２）。
【００１６】
同様に、ワーク軸（サーボ軸）に対して指令されている機械位置（回転位置）を記憶する現在位置記憶カウンタから現時点の機械位置を読みとり、また、位置偏差を記憶するのエラーレジスタからワーク軸の位置偏差量を読み取り、さらに、加減速制御等によるワーク軸指令遅れ量を加減速制御部から読み取り、現在機械位置からワーク軸位置偏差量及びワーク軸指令遅れ量を減じて、実際のワーク軸（サーボ軸）の機械位置（ワーク軸の回転位置）を求める（ステップ１０３）。  
こうして求めた工具軸の機械位置からワーク軸の機械位置を減じて工具軸とワーク軸の位相差を算出する（ステップ１０４）。
【００１７】
そして、工具軸とワーク軸の位相合わせ動作を開始し、かつアプローチ動作を開始させる（ステップ１０５）。位相合わせ動作は、ワーク軸の軸制御回路３３に、算出した位相差分の移動量を工具軸（主軸）への移動指令よりも多く、若しくは少なく出力し、ワーク軸を工具軸の位相に合わせるようにワーク軸のサーボモータ５３を駆動する。又、アプローチ動作は、ワーク１（ワーク軸自体）をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に駆動するサーボモータ５０〜５２を駆動して、ワーク１（ワーク軸自体）をステップ１００で読み込んだアプローチ量Ａｐだけ移動させる動作である。
【００１８】
次に、ステップ１００で読み込んだ接近限界距離Ｌｔに達したか判断し（ステップ１０６）、この接近限界距離Ｌｔに達するまで、アプローチ動作と位相合わせ動作を継続する。  
接近限界距離Ｌｔに達すると、位相合わせが完了しているか否か判断し（ステップ１０７）、すなわち、ワーク軸が（ステップ１０４）で求めた位相差分だけ工具軸に対して相対移動（回転）しているか判断し、位相合わせが完了しているときは、ステップ１１１に移行する。又、位相合わせが完了してしないときには、接近限界距離Ｌｔを越えてワーク軸を工具軸に接近させてアプローチ動作を継続すると、ワーク１と工具２が干渉することから、アプローチ動作を停止し（ステップ１０８）、位相合わせが完了するまで待つ（ステップ１０９）。
位相合わせが完了すると、アプローチ動作を再開し（ステップ１１０）、該アプローチ動作が完了するまで待つ（ステップ１１１）。工具軸とワーク軸の位相が合っていることから、ワーク１と工具２は噛み合い、ワーク１の歯が工具２の歯溝に係合することになる。アプローチ動作が完了すると、ステップ１００で読み込んだ、位相シフト量だけワーク軸を回転させ、工具２に対してワーク１の位相をずらす。これにより切り込み量が与えられ、工具２はワーク１に対してこの切り込み量で歯車の仕上げ加工を行うことになる（ステップ１１２）。
【００１９】
この歯車の仕上げ加工中、プロセッサ１１は、工具軸とワーク軸の切削負荷を検出し（ステップ１１３）、該切削負荷が一定量以下になったか判断する（ステップ１１４）。切削負荷の検出としては、工具軸を駆動する主軸モータ６２、ワーク軸を駆動するサーボモータ５３の駆動電流によってその切削負荷を検出しても、又、周知の外乱推定オブザーバをスピンドル制御回路、軸制御回路３３に組み込み、該外乱推定オブザーバによって、切削負荷を推定し検出するようにすればよい。  
工具２がワーク１に対して切削している状態では、これら切削負荷は、あるレベル以上にある。しかし、ワーク１へ歯車加工が終了すると、工具２、及びワーク１には切削負荷はかからなくなることから、工具軸、ワーク軸にかかる負荷（駆動電流又は、外乱推定値）は、一定量以下となる。この一定量以下になったことを検出して加工終了を自動的に検出し、このワーク１への歯車の仕上げ切削加工を終了する。
【００２０】
以上のように、本実施形態では、アプローチ動作と位相合わせ動作が同時に開始し、かつ並行して実行し、アプローチ動作により、工具とワークが干渉する接近限界距離Ｌｔに達するまでに、位相合わせ動作が終了してなければ、アプローチ動作を一時停止し、位相合わせが完了するまで待ち、接近限界距離Ｌｔに達したとき位相合わせが完了していれば、アプローチ動作をそのまま継続実行し、位相合わせ、アプローチ動作が完了すると、位相シフト量を与えて切り込みを行い加工を開始し、この加工終了も切削負荷を監視して該切削負荷が一定量以下になったことを検出して自動的に加工終了を検出するようにしている。
【００２１】
これによって、アプローチ動作と位相合わせ動作が並行し実行される分、加工時間を短縮することができ、かつ、加工完了を自動的に検出できるようにしているから、加工完了を正確に判別することができ、加工完了後の無駄な動作（工具とワークの加工を伴わない回転噛み合い動作）を省略して加工時間の短縮を図ることができる。
【００２２】
上述した実施形態では、歯車加工の例であったが、歯車加工以外の他の同期制御による加工にも本発明は適用できるものであり、アプローチ動作と位相合わせ動作を並行して実行し、加工時間を短くすることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態の数値制御装置の要部ブロック図である。
【図２】同実施形態による歯車加工の例の説明図である。
【図３】位相シフト量を説明する説明図である。
【図４】アプローチ量、接近限界距離を説明する説明図である。
【図５】同実施形態における同期制御による加工処理のフローチャートである。
【図６】同実施形態における同期制御による加工処理のフローチャートの続きである。
【符号の説明】
【００２４】
１  ワーク
２  工具
１０  数値制御装置
５０，５１，５２  送り軸のサーボモータ
５３  ワーク軸
６２  工具軸（主軸）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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