(57)【要約】【課題】  工具の刃先の送り軸動作と回転動作とを同期制御して、ピックフィード量を隔てて隣り合う工具経路間における工具刃先の位相差を予め指令した値とすることにより、加工面に形成されるカッターマークの形状を制御可能にすること。【解決手段】  本発明によれば、主軸に装着した回転形の切削工具をワークに対して相対的に送ると共に、ピックフィードを与え、ワーク表面を加工する際、隣り合う工具経路の対応する工具位置間における工具刃先の位相差が予め指令した値を保つように、工具経路と工具刃先の位相についての情報を含むＮＣプログラムを入力部２１から入力し、読取解釈部２３、補間部２５、指令分配部２７、主軸回転軸駆動部２９、各送り軸駆動部３５を経て、工具の送り動作と回転動作とを同期制御するようにした。【選択図】      図１
2007021692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する工具をワークに対して相対的に送り、ワークに形状加工を施す切削加工方法において、
ピックフィードから次のピックフィードまでの１つの工具経路における工具位置と工具刃先の回転角度位置を表す位相とが予め指令した値になるように、工具の送りと回転とを同期制御することを特徴とした切削加工方法。
【請求項２】
回転する工具をワークに対して相対的に送り、ワークに形状加工を施す切削加工方法において、
ピックフィード量を隔てて隣り合う工具経路の対応する工具位置間における工具刃先の位相差が予め指令した値を保つように、工具の送りと回転とを同期制御することを特徴とした切削加工方法。
【請求項３】
回転する工具をワークに対して相対的に送り、ワークに形状加工を施す切削加工方法において、
得るべきカッターマークの形状に適した刃先形状の工具を用い、
ピックフィード量を隔てて隣り合う工具経路の対応する工具位置間における工具刃先の位相差が予め指令した値を保つように、工具の送りと回転とを同期制御し、
ワーク表面に所望のカッターマーク形状を形成することを特徴とした切削加工方法。
【請求項４】
回転する工具をワークに対して相対的に送り、ワークに形状加工を施す切削加工装置において、
工具経路プログラム情報及び工具刃先の回転角度位置を表す位相情報あるいはピックフィード量を隔てて隣り合う工具経路の対応する工具位置間における工具刃先の位相差情報を含む入力情報を読取り解釈可能な読取解釈部と、
前記読取解釈部で読取り解釈した入力情報に基づき、工具の送りと回転とが同期して動作するように送り軸及び主軸回転軸の移動指令値を演算する補間部と、
前記補間部で演算した送り軸の移動指令値によって送り軸を駆動制御する送り軸駆動部と、
前記補間部で演算した主軸回転軸の移動指令値によって主軸回転軸を駆動制御する主軸回転軸駆動部と、
を具備し、工具刃先の位相が予め指令した値になるように工具の送りと回転とを同期制御してワークを切削加工することを特徴とした切削加工装置。
【請求項５】
前記送り軸における工具位置の現在位置を検出する送り軸現在位置検出部と、
前記主軸回転軸における工具刃先の現在の位相を検出する主軸現在角度位置検出部と、
前記送り軸現在位置検出部及び前記主軸現在角度位置検出部の出力から工具位置に対する工具刃先の位相のデータを生成し、前記補間部へフィードバックする検出データ処理部と、
を更に具備し、前記補間部は、前記検出データ処理部で生成した工具位置に対する工具刃先の位相のデータと入力した指令データとの偏差がなくなるように補間演算する請求項４に記載の切削加工装置。
【請求項６】
前記検出データ処理部で生成した工具位置に対する工具刃先の位相のデータをピックフィードから次のピックフィードまでの１つの工具経路にわたって記憶する検出データ記憶部を更に具備し、前記補間部は、前記検出データ記憶部に記憶した工具位置に対する工具刃先の位相と隣り合う次の工具経路の対応する工具位置における工具刃先の位相との差が予め指令した位相差情報の値を保つように補間演算を行う請求項５に記載の切削加工装置。
【請求項７】
工具をワークに対して相対的に送る送り軸と工具を装着して回転する主軸回転軸を含む複数軸を制御可能な数値制御装置において、
工具経路プログラム情報及び工具刃先の回転角度位置を表す位相情報あるいはピックフィード量を隔てて隣り合う工具経路の対応する工具位置間における工具刃先の位相差情報を含む入力情報を読取り解釈可能な読取解釈部と、
前記読取解釈部で読取り解釈した入力情報に基づき、工具の送りと回転とが同期して動作するように送り軸及び主軸回転軸の移動指令値を演算する補間部と、
を具備し、工具刃先の位相が予め指令した値になるように工具の送りと回転とを同期制御することを特徴とした数値制御装置。
【請求項８】
前記読取解釈部に入力する位相情報あるいは位相差情報は、予め定義した書式の指令形式で工具経路プログラムに記述する請求項７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、エンドミル、ボールエンドミル等の回転形の切削工具を主軸に装着し、ワークに対して相対的に送り、平面又は三次元曲面を有する金型等のワークの形状加工を行う切削加工方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンドミル、ボールエンドミル等の回転形の切削工具を用いて、金型等のワーク表面を所望のあらさに仕上げたり、所望の模様付けをしたりする切削加工が行われる。特許文献１には、ボールエンドミルによる三次元曲面を有したワーク表面の切削加工において、工具送り方向の１刃当たりの送り量ｆ及びピック方向のピックフィード量ｐを最適値に設定し、設定したｆ、ｐの値をＮＣデータへ取り込み、自動的に工具経路データを生成してＮＣ加工を行えるようにした切削加工方法及び装置が開示されている。
【０００３】
また、非特許文献１は、ボールエンドミルによりワークの表面を加工した場合に形成されるカスプ高さが、隣接する工具経路間での刃先位相差に依存すること、及びピックフィード量と１刃当たりの送り量とを等しくすることにより、最大の加工能率と最良の加工面あらさを得られることを理論的に明らかにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２９２８０８号公報
【非特許文献１】「高速型彫り技術の開発第１報−ボールエンドミルにおける切削メカニズムの解析−」トヨタ技術第３７巻第２号（昭和６２年１２月）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び非特許文献１の従来技術は、実際の切削加工では隣り合う工具経路間での工具刃先の位相差は、全く不確定であると述べている。つまり、実際の切削加工では、工具経路は複数の微小なブロックが連続した形状であり、ブロック毎に送り速度の加減速があったり、主軸回転速度は切削抵抗の変化により微妙に変化し、隣り合う工具経路間での工具刃先の位相差を所定の値に保とうとしてもずれてしまうことを意味している。これは、送り軸の送り動作と主軸の回転動作とが別々に制御されているためであり、従来の技術ではワークの加工面に形成されるカッターマークの形状を予測したり、あるいは隣り合う工具経路間におけるカッターマークのずれ量をコントロールすることはできない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、平面又は三次元曲面を有する金型等のワークの形状加工において、工具の送り動作や回転動作に加減速があっても、ピックフィード量を隔てて隣り合う工具経路の対応する工具位置間における工具刃先の位相差を予め指令した値に保つようにすることにより、加工面に形成されるカッターマークの形状を制御可能にした切削加工方法及び装置を提供することである。本発明でカッターマークとは、回転する工具刃先でワークを加工することによって形成される表面模様のことであり、その形状には、例えば、六角形、正方形、サイクロイド形等がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述の目的を達成するために、本発明によれば、回転する工具をワークに対して相対的に送り、ワークに形状加工を施す切削加工方法において、ピックフィードから次のピックフィードまでの１つの工具経路における工具位置と工具刃先の回転角度位置を表す位相とが予め指令した値になるように、工具の送りと回転とを同期制御する切削加工方法が提供される。
１つの工具経路における工具位置と工具刃先の回転角度位置を表わす位相とが予め指令した値になるように、工具の送りと回転とを同期制御しているので、工具経路の始点、終点又は中間の任意の地点における工具刃先の位相を特定できる。これをピックフィード量を隔てて隣り合うすべての工具経路について行うことにより、隣り合う工具経路の対応する工具位置間における工具刃先の位相差が予め指令した値を保つようにカッターマーク付けが行える。
【０００８】
また、本発明によれば、回転する工具をワークに対して相対的に送り、ワークに形状加工を施す切削加工方法において、ピックフィード量を隔てて隣り合う工具経路の対応する工具位置間における工具刃先の位相差が予め指令した値を保つように、工具の送りと回転とを同期制御する切削加工方法が提供される。
工具の送りと回転とを同期制御することにより、前記隣り合う工具経路の対応する工具位置間における工具刃先の位相差を予め指令した例えば０度や１８０度に保つことができ、あるいはランダムになるようにでき、加工面に所望のカッターマーク付けが行える。
【０００９】
また、本発明によれば、回転する工具をワークに対して相対的に送り、ワークに形状加工を施す切削加工方法において、得るべきカッターマークの形状に適した刃先形状の工具を用い、ピックフィード量を隔てて隣り合う工具経路の対応する工具位置間における工具刃先の位相差が予め指令した値を保つように、工具の送りと回転とを同期制御し、ワーク表面に所望のカッターマーク形状を形成する切削加工方法が提供される。
工具の刃先形状を得るべきカッターマークの形状に合うように形成し、ピックフィード量を隔てて隣り合う工具経路の対応する工具位置間における工具刃先の位相差が予め指令した値を保つように、工具の送りと回転とを同期制御してワーク表面を加工することにより、例えば六角形、正方形、サイクロイド形等の所望のカッターマーク形状を得ることができる。
【００１０】
また、本発明によれば、回転する工具をワークに対して相対的に送り、ワークに形状加工を施す切削加工装置において、工具経路プログラム情報及び工具刃先の回転角度位置を表す位相情報あるいはピックフィード量を隔てて隣り合う工具経路の対応する工具位置間における工具刃先の位相差情報を含む入力情報を読取り解釈可能な読取解釈部と、前記読取解釈部で読取り解釈した入力情報に基づき、工具の送りと回転とが同期して動作するように送り軸及び主軸回転軸の移動指令値を演算する補間部と、前記補間部で演算した送り軸の移動指令値によって送り軸を駆動制御する送り軸駆動部と、前記補間部で演算した主軸回転軸の移動指令値によって主軸回転軸を駆動制御する主軸回転軸駆動部とを具備し、工具刃先の位相が予め指令した値になるように工具の送りと回転とを同期制御してワークを切削加工する切削加工装置が提供される。
読取解釈部は、工具経路プログラム情報及び工具刃先の位相情報あるいは工具刃先の位相差情報を読取り解釈して補間部へ送出し、補間部は、これらの情報に基づき工具の送りと回転とが同期して動作するように送り軸及び主軸回転軸の移動指令値を演算する。その移動指令値は送り軸駆動部と主軸回転軸駆動部へ分配され、工具の送りと回転とが同期制御される。こうして、工具経路の始点又は終点における工具刃先の位相が予め指令した値になるように、あるいは隣り合う工具経路の対応する工具位置間における工具刃先の位相差が予め指令した値を保つように切削加工が行える。
【００１１】
また、本発明によれば、前記送り軸における工具位置の現在位置を検出する送り軸現在位置検出部と、前記主軸回転軸における工具刃先の現在の位相を検出する主軸現在角度位置検出部と、前記送り軸現在位置検出部及び前記主軸現在角度位置検出部の出力から工具位置に対する工具刃先の位相のデータを生成し、前記補間部へフィードバックする検出データ処理部とを更に具備し、前記補間部は、前記検出データ処理部で生成した工具位置に対する工具刃先の位相のデータと入力した指令データとの偏差がなくなるように補間演算する切削加工装置が提供される。
検出データ処理部は、送り軸現在位置検出部と主軸現在角度位置検出部から出力される工具位置に対する工具刃先の位相データを刻々生成し補間部へフィードバックする。補間部は、フィードバックされた工具位置に対する工具刃先の位相データと入力指令されている工具位置に対する工具刃先の位相データとの偏差がなくなるように補正の補間演算を行い、送り軸駆動部及び主軸回転軸駆動部へ分配する。こうして工具の送りと回転との間で精度の高い同期制御が行われる。
【００１２】
また、本発明によれば、前記送り軸における工具位置の現在位置を検出する送り軸現在位置検出部と、前記主軸回転軸における工具刃先の現在の位相を検出する主軸現在角度位置検出部と、前記送り軸現在位置検出部及び前記主軸現在角度位置検出部の出力から工具位置に対する工具刃先の位相のデータを生成し、前記補間部へフィードバックする検出データ処理部と、前記検出データ処理部で生成した工具位置に対する工具刃先の位相のデータをピックフィードから次のピックフィードまでの１つの工具経路にわたって記憶する検出データ記憶部とを更に具備し、前記補間部は、前記検出データ記憶部に記憶した工具位置に対する工具刃先の位相と隣り合う次の工具経路の対応する工具位置における工具刃先の位相との差が予め指令した位相差情報の値を保つように補間演算を行うとともに、前記検出データ処理部で生成した工具位置に対する工具刃先の位相のデータと入力した指令データとの偏差がなくなるように補間演算する切削加工装置が提供される。
検出データ記憶部は、検出データ処理部で生成した工具位置に対する工具刃先の位相のデータを１つの工具経路にわたって記憶し、補間部へ送出する。補間部は、この送出された工具刃先の位相と隣り合う次の工具経路の対応する工具位置における工具刃先の位相との差が予め指令した位相差情報の値を保つように補間演算を行うとともに、検出データ処理部からフィードバックされた工具位置に対する工具刃先の位相データとの偏差がなくなうように補正の補間演算を行う。こうして１つ前の工具経路に合わせた工具の送りと回転との間における精度の高い同期制御が行われる。
【００１３】
また、本発明によれば、工具をワークに対して相対的に送る送り軸と工具を装着して回転する主軸回転軸を含む複数軸を制御可能な数値制御装置において、工具経路プログラム情報及び工具刃先の回転角度位置を表す位相情報あるいはピックフィード量を隔てて隣り合う工具経路の対応する工具位置間における工具刃先の位相差情報を含む入力情報を読取り解釈可能な読取解釈部と、前記読取解釈部で読取り解釈した入力情報に基づき、工具の送りと回転とが同期して動作するように送り軸及び主軸回転軸の移動指令値を演算する補間部とを具備し、工具刃先の位相が予め指令した値になるように工具の送りと回転とを同期制御する数値制御装置が提供される。
数値制御装置の読取解釈部は、工具経路プログラム情報及び工具刃先の位相情報あるいは工具刃先の位相差情報を読取り解釈して補間部へ送出し、補間部は、これらの情報に基づき工具の送りと回転とが同期して動作するように送り軸と主軸回転軸の移動指令値を演算する。その移動指令値は、この数値制御装置を有する切削加工装置の送り駆動部と主軸回転軸駆動部へ分配され、工具の送りと回転とが同期制御される。
【００１４】
また、本発明によれば、前記読取解釈部に入力する位相情報あるいは位相差情報は、予め定義した書式の指令形式で工具経路プログラムに記述する数値制御装置が提供される。
工具経路プログラムには、予めそのコードの意味を定義した書式の指令形式、例えばＧコードが用いられる。Ｇコードは、準備機能ワードであり、工具経路の各ブロックの終点における工具刃先の位相の値を指定したり、ピックフィード量を隔てて隣り合う工具経路の対応する工具位置間における工具刃先の位相差の値を指定したりする場合に用いる。これらのＧコードの意味を予め定義しておくことにより、読取解釈部はＧコードを読取り解釈でき、補間部へ工具経路プログラム情報を送ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、工具の送りと回転とを同期制御できるので、金型等のワークの切削加工で１つの工具経路が複数のブロックで構成され、工具の送りや回転に加減速が生じる場合であっても、ブロックの始点、終点又はブロックの中間の任意の地点における工具刃先の位相を予め指令した値にすることができるし、ピックフィード量を隔てて隣り合う工具経路の対応する工具位置間における工具刃先の位相差を予め指令した値に保つことができる。つまりワークの加工面に形成されるカッターマークの形状を制御可能である。隣り合う工具経路間における工具刃先の位相差を、例えば０度や１８０度に保つように加工することによって、カッターマークが均一な加工面を形成できる。また、隣り合う工具経路間における工具刃先の位相差をランダムにすると、光の反射が一様な、むらのない面品位を得ることができる。このことは、平面又は三次元曲面を有する金型の仕上げ加工に有効であり、金型の型面に所望のカッターマーク形状による模様付けが容易に行える。切刃の形状を選定することにより、六角形、正方形、サイクロイド形等種々のカッターマーク形状が得られる。
更に、本発明によれば、切削加工装置の送り軸現在位置検出部及び主軸現在角度位置検出部からの検出結果を受け取り、検出データ処理部で実際の工具位置に対する工具刃先の位相データを刻々生成し、補間部へフィードバックするので、補間部はこの実際の位相データと入力指令された目標となる位相データとの偏差がなくなるように補正の補間演算を行う。従って、工具の送りと回転との間で精度の高い同期制御が行える。つまり、何らかの原因で工具の送りと回転との同期制御に狂いが生じても、すぐに正しい関係に補正可能であり、カッターマークのくずれを小さくできる。
【００１６】
また、検出データ記憶部から１つの工具経路にわたる実際の工具位置に対する工具刃先の位相データを補間部へ送出し、補間部は、この実際の位相と隣り合う次の工具経路の対応する工具位置における工具刃先の位相との差が予め指令した値に保たれるように補間演算するので、１つ前の工具経路のカッターマークに合わせて現在の工具経路を加工できる。これと同時に検出データ処理部から工具位置に対する工具刃先の位相データを補間部へフィードバックして補正した補間演算を行っているので、工具の送りと回転との間で精度の高い同期制御が行える。従って、ピックフィード方向にも、工具の送り方向にもカッターマークの狂いの小さな切削加工が行える。
更に、本発明によれば、読取り解釈部は、予め定義した書式の指令形式、例えばＧコードを用いて記述した工具経路プログラムを読取り解釈できるので、工具の送りと回転との同期制御の内容を任意に指令することができる。つまり工具経路プログラム作成の段階で容易に種々のカッターマーク形状の加工面を指令することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態による切削加工装置を示すブロック図である。入力部２１から切削工具の移動軌跡である工具経路やピックフィード経路を規定するプログラム情報、工具刃先の回転角度位置を表す位相情報、ピックフィード量を隔てて隣り合う工具経路の対応する工具位置間における工具刃先の位相差情報を入力する。これらの情報は、ＮＣプログラム、手動データ入力装置（ＭＤＩ）からのデータ、機械パラメータ等種々の形態があり、またこれらの形態の組合せであってもよい。入力部２１はＮＣプログラムをコンピュータを援用して生成するＣＡＭ装置であってもよい。読取解釈部２３以降の構成の説明は後述する。
なお、本明細書では、切削加工を行いながら工具がワークに対して相対移動するその移動経路を工具経路と称し、直前の工具経路の方向とは異なる方向、例えば直角方向にワークに対して相対移動するピックフィード経路と区別する。また、工具刃先の回転角度位置とは、工具刃先の位相のことであり、予め定めた基準位置から回転方向に見た角度で表す。工具は主軸に相対回転することなくキーにより常に回転方向定位置に装着されるので、結局、工具刃先の位相は、主軸の回転角度位置で表わすことができる。主軸は、回転方向の位置制御、速度制御が行える回転軸（Ｃ軸）機能を有しており、主軸回転軸と表わすこともある。また、工具の送りと回転とを同期制御するとは、工具の１刃当たりの送り量が予め指令した値を保つように、かつ、ブロックの始点又は終点における工具刃先の位相が予め指令した値になるように送り軸と主軸回転軸とを関連付けて同時に制御することである。
【００１８】
ここで、図２〜図５を参照して、工具刃先の位相差とワークの加工面に形成されるカッターマークとの関係について説明する。
図２は、ワークＷに対して直線往復移動させる工具経路Ｆt1〜Ｆtnに沿って、回転形の切削工具としてのボールエンドミルＴを移動させてワークＷの加工面ＭＳをスキャン加工する様子を示している。簡単化のため、ここではワークＷに斜めの平面でなる加工面ＭＳを形状加工する場合を考える。工具Ｔは、先ず第１番目の工具経路Ｆt1に沿ってワークＷに対して相対移動を開始し、加工開始点Ｓ1からワークＷの加工を開始し、加工終点Ｅ1において第１番目の工具経路Ｆt1の加工を終了し、次いで第１番目の工具経路Ｆt1に対して直角方向に移動するピックフィードＰ1を行い、次の加工開始点Ｓ2から第２番目の工具経路Ｆt2に沿って同様の加工が行われる。これを繰り返して加工面ＭＳの全面または加工面ＭＳに定義された加工領域の全体に渡って表面加工する。
【００１９】
図３〜図５は、図２の部分Ａを示す平面図であり、工具刃先の位相差と加工面形状との関連を示す図である。図３〜図５において、１刃当たりの送り量とピックフィード量は等しく、各工具経路Ｆt1〜Ｆt4に沿って、刃先がワークに切り込み開始した瞬間の主軸の中心位置が点により示されている。この位置がすなわち工具経路上の工具位置である。図３（ａ）は、刃先がワークに切り込み開始した瞬間の主軸の工具経路に沿った位置が、隣り合う工具経路間で一刃当りの送り量の１／２だけずれている場合を示しており、この場合、加工面ＭＳには、図３（ｂ）に示すように概ね六角形のカッターマークが形成される。形成されるカスプ高さが最小となり、最もあらさの小さい加工面が得られる。この状態を言い換えると、ピックフィード量を隔てて隣り合う工具経路の対応する工具位置間における工具刃先の位相差が１８０度（１枚刃の工具の場合）である。対応する工具位置とは、第１番目の工具経路Ｆt1上の任意の点と、その点で引いた法線と第２番目の工具経路Ｆt2との交点のことである。つまり、工具経路Ｆt1上の任意の点における工具刃先の位相と工具経路Ｆt2上の前記交点における工具刃先の位相との差が、隣り合う工具経路の対応する工具位置間における工具刃先の位相差である。従って、平行な斜めの工具経路や、等間隔あいた曲線の工具経路の場合でも、対応する工具位置間における工具刃先の位相差を考えることができ、あらゆる形状の金型表面の工具経路と刃先位相差との関係に適用することができる。図４（ａ）は、刃先がワークに切り込み開始した瞬間の主軸の工具経路に沿った位置が隣り合う工具経路間で全て一致している、つまり位相差が０度の場合を示しており、この場合、加工面ＭＳには、図４（ｂ）に示すように概ね正方形のカッターマークが形成される。加工面全方向にわたってあらさは一様となる。図５（ａ）は、刃先がワークに切り込み開始した瞬間の主軸の工具経路に沿った位置が隣り合う工具経路間で不定となっている場合を示しており、この場合、加工面ＭＳには、図５（ｂ）に示すように不定形のカッターマークが形成される。加工面全体では光の反射が一様となり、カッターマーク模様のむらのない面が得られる。この状態を言い換えると、隣り合う工具経路の対応する工具位置間における工具刃先の位相差をランダムにすることである。
【００２０】
このとき、刃先の位相差は以下の式にて定義される。
Φ＝（Δ／Ｆ）×３６０°／Ｎ      （１）
ここで、
Φ：位相差
Δ：刃先がワークに切り込み開始した瞬間の主軸の工具経路に沿った位置の隣接する工具経路間でのずれ量
Ｆ：１刃当たりの送り量
Ｎ：工具の刃数
である。
なお、工具Ｔは、主軸に装着されると加工中に主軸に対して相対回転することはないので、主軸の回転角度位置を制御することにより、工具Ｔの切刃の位相を制御することができる。
【００２１】
図１が表す本発明の切削加工装置は、例えばマシニングセンタにより形成することができ、該マシニングセンタは、一例として、ボールエンドミル等の回転形の切削工具Ｔを装着する主軸（図示せず）、前記主軸を回転可能に支持するとともに、回転方向の位置制御、速度制御が可能な回転軸（Ｃ軸）を有する主軸頭（図示せず）、加工すべきワークＷを載置、固定するテーブル（図示せず）、前記主軸頭を鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動可能に支持するコラム、前記コラムを左右方向（Ｘ軸方向）に移動可能に支持すると共に、前記テーブルを前後方向（Ｙ軸方向）に移動可能に支持するベッド、前記切削工具をワークＷに対して少なくともＸ、Ｙ、Ｚの直交三軸方向に相対移動するための送り軸装置、各送り軸装置を駆動する送り軸駆動部、複数の工具を搭載した工具マガジン、加工プログラム（ＮＣプログラム）中に記載されている工具交換指令に従って前記工具マガジンに搭載されている工具と主軸に装着されている工具とを適宜交換する工具交換装置、マシニングセンタの各部の動作を制御する制御装置を具備することができる。制御装置は、送り軸装置および主軸回転軸を駆動制御する数値制御装置（ＮＣ装置）を含む。
【００２２】
本実施の形態では、前記ＮＣ装置は、入力部２１から入力されたＮＣプログラムを読取り解釈する読取解釈部２３、読取解釈部２３において解釈されたＮＣプログラムに基づき、送り軸の動作と主軸回転軸の回転動作とが同期制御されるように移動指令値を演算する補間部２５、補間部２５において生成された移動指令を各送り軸駆動部３５及び主軸回転軸駆動部２９へ分配する指令分配部２７を主要な構成として具備している。
【００２３】
指令分配部２７から上記Ｘ、Ｙ、Ｚの直交三軸の各々の送り軸を駆動制御する各送り軸駆動部３５へ各軸移動指令値が送出され、各送り軸は、この各軸移動指令値に基づいて、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動する。各送り軸の現在位置は、各送り軸現在位置検出部３９により検知され、各送り軸駆動部３５へフィードバックされる。一例として、各送り軸駆動部３５は一般的なサーボアンプにより形成される。また、Ｘ、Ｙ、Ｚの直交三軸方向に延設されたボールねじの各々に連結されたサーボモータを含むことができる。各送り軸現在位置検出部３９は前記Ｘ、Ｙ、Ｚの直交三軸に沿った前記主軸頭、テーブル、コラムの位置を検知するリニアスケールを含むことができる。
【００２４】
同様に、指令分配部２７から主軸回転軸駆動部２９へ主軸回転軸の移動指令値が送出され、主軸は回転駆動される。主軸の回転は主軸現在角度位置検出部により検知され、主軸回転軸駆動部２９へフィードバックされる。一例として、主軸回転軸駆動部２９は一般的なサーボアンプ及びサーボモータを具備することができる。主軸現在角度位置検出部３３は前記主軸回転軸の回転角度位置を検知するロータリーエンコーダを含むことができる。
【００２５】
以下、本実施の形態の作用を説明する。加工に先立って、工具経路が入力部２１の例えばＣＡＭ装置から、加工開始点、加工終点、１刃当たりの送り量、ピックフィード量、主軸回転速度を含むＮＣプログラムの形式で生成入力される。ここで、１刃当たりの送り量をピックフィード量と一致させることが加工能率から見て好ましい。当該加工において工具刃先の位相に関する情報は、一例として、隣り合う工具経路間における刃先の位相差の形でＧコードを用いて入力することができる。例えば、回転形の切削工具Ｔが、図２に示すように２枚刃のボールエンドミルであり、図３のように、六角形状のカッターマークを加工面ＭＳに形成する場合、式（１）より９０度の位相差を与え、図４のように、正方形のカッターマークを加工面ＭＳに形成する場合、式（１）より０度の位相差を与える。また、図５のように、不定形のカッターマークを加工面ＭＳに形成する場合には、位相差をランダムに生成するＧコードを入力することができる。細長の六角形や長方形のカッターマークを得たい場合は、１刃当たりの送り量とピックフィード量との関係を任意の値に設定してもよい。
【００２６】
加工面ＭＳが三次元曲面の場合には、１つの工具経路が１本の直線の単一ブロックにならず、複数のブロックで形成される。この場合の工具刃先の位相情報は、各ブロックの始点又は終点における位相の値をＧコードを用いて入力することができる。例えばＧ０１．１なるＧコードを定義し、ブロックの各終点位置の座標値と、その終点位置における工具刃先の位相θの値をＧ０１．１Ｘ１００．Ｙ１００．θ１８０のように記述する。これはＸが１００、Ｙが１００の工具位置において、θが１８０度になるということである。これをＣＡＭ装置によってすべてのブロックで生成させる。すると、すべてのブロックの終点において工具刃先の位相が規定され、結果として隣り合う工具経路の対応する工具位置間における工具刃先の位相差を所定の値に保つ加工が行えることを意味している。この加工結果を図示したものが図３である。
【００２７】
また、例えばＧ９００なるＧコードを定義し、上述した隣り合う工具経路の対応する工具位置間における工具刃先の位相差を０度や１８０度又はランダムとなるように、Ｇ９０φ０、Ｇ９００φ１８０又はＧ９００φ１００００と記述する。こうすると読取解釈部２３、補間部２５及び後述する検出データ処理部４１、検出データ記憶部４３により、この位相差を保つように制御が行われる。尚、位相差φは、０ないし３６０度の任意の値、又は工具経路毎に０ないし３６０度の間でランダムに変わる値をとることができる。
Ｇコードは他に、早送りの終点に位置決めする時の工具刃先の位相を指令する場合はＧ００．１を、送り軸終点までの１刃当たり送り量を指定する場合はＧ９５．１を、カスプ頂点間のピッチを指定する場合はＧ２０１を用いる等、予め定義して用いることができる。従って、Ｇコードを予め定義しておけば、得たいカッターマークが形成できるように工具の送り動作と回転動作の同期制御の内容を任意に指令することができる。尚、Ｇコードとは、ＮＣプログラムを記述するときの準備機能コードであり、ブロックの制御動作のモードを決める指令である。例えば、補間の種類、工具オフセット、固定サイクル、アブソリュート／インクリメンタル指令等を指定する場合に用いる。
【００２８】
こうして生成されたＮＣプログラムは、読取解釈部２３において読取り解釈され、マシン語等に翻訳されて補間部２５へ送出される。第１番目の工具経路Ｆt1を加工する場合、補間部２５では、読取解釈部２３において解釈されたＮＣプログラムに記載されている加工開始点、加工終点、１刃当たりの送り量及び主軸回転速度に基づき各送り軸及び主軸回転軸の制御量である移動指令値が演算、生成される。
【００２９】
次に、第２番目の工具経路Ｆt2以降の加工では、補間部２５において、読取解釈部２３において解釈されたＮＣプログラムに記載されている加工開始点、加工終点、１刃当たりの送り量及び主軸回転速度に基づき、各送り軸及び主軸回転軸の制御量である移動指令値が演算、生成されると共に、隣り合う工具経路の対応する工具位置間で工具Ｔの刃先の位相差が所望の関係になるように、主軸の送り動作と回転動作とを同期制御する指令が演算、生成される。
【００３０】
一例を示すと、第１番目の工具経路Ｆt1における加工開始点Ｓ1を原点、送り方向を縦軸、ピックフィード方向を横軸として、１刃当たりの送り量Ｆ、ピックフィード量ｐを単位とする直交グリッドを加工面ＭＳ全体に渡って仮想し、第２番目の工具経路Ｆt2の各グリッドの交点における主軸の回転角度位置が、隣り合う第１番目の工具経路Ｆt1のグリッド交点における主軸回転角度位置に対して設定された所望の位相差を持つように、第２番目の工具経路Ｆt2の加工開始点における主軸の回転角度位置が、式（１）を用いて演算される。各送り軸及び主軸回転軸におけるサーボ制御が理想的に行える、或いは、所望の誤差範囲内で制御がなされるとすれば、加工開始点における主軸の回転角度位置を決定することにより、第２番目の工具経路Ｆt2全体に渡って工具Ｔの刃先位相と、第１番目の工具経路Ｆt1における工具Ｔの刃先位相との差を所望の値とすることが可能となる。
【００３１】
次に、図６を参照して、本発明の第２の実施の形態を説明する。なお、図６において、図１と同様の構成要素には同じ参照番号が付されており、また、以下の説明では、第１の実施の形態と重複する説明を省略する。
【００３２】
第１の実施の形態では、工具の送り動作や回転動作に加減速があっても、各送り軸及び主軸回転軸におけるサーボ制御が理想的に行える、或いは、所望の誤差範囲内で制御がなされることを前提として、各工具経路における加工開始点でのみ主軸の回転位置を規定したが、実際には、サーボ制御が理想的に行われずに、送り軸の座標に沿って主軸の回転角度位置が次第にずれる所謂ドリフト現象を生じたり、主軸の回転速度が微妙に変化したりする。そのために、第２の実施の形態による切削加工装置は、実際の工具経路に沿った工具位置に対する工具刃先の位相データを生成する検出データ処理部４１を具備している。現在の工具経路に沿った工具位置に対する工具刃先の位相データが、送り軸現在位置検出部３９及び主軸現在角度位置検出部３３から検出データ処理部４１へ向けて送出され、検出データ処理部４１は、例えば補間周期毎にこの２つの情報を対応付けて生成し、補間部２５へ送出する。
【００３３】
補間部２５では、フィードバックされた工具位置と刃先の回転角度位置の実際値を刻々獲得することにより、両者の関係が上述した所望の関係となるように移動指令値を補正する。つまり指令値と実際値との偏差をなくすべく補正演算される。例えば、工具経路に沿った工具位置に対して刃先の位相が遅れている場合には、補間部２５は、主軸の回転速度を高めたり、送り軸への位置指令を低減する。これによって、何らかの理由によって一時的に送り軸と主軸回転軸との関係が乱れても、加工中の実際値を基に、大きく進まないうちに入力指令された関係に補正される。
【００３４】
次に図７を参照して、本発明の第３の実施の形態を説明する。なお、図７において、図１、２と同様の構成要素には同じ参照番号が付されており、また、以下の説明では、第１の実施の形態と重複する説明を省略する。
【００３５】
第３の実施の形態による切削加工装置は、検出データ処理部４１に加えて検出データ記憶部４３を具備している。検出データ記憶部４３は、検出データ処理部４１において生成する工具経路に沿った工具位置に対する工具刃先の位相を記憶する。１つの工具経路の加工が終了すると、該工具経路について記憶した全ての工具位置に対する工具刃先の位相データを補間部２５へ送出する。補間部２５は、受け取った１つ前の工具経路における工具位置に対する工具刃先の位相の関係に対応させて、ＮＣプログラムに指令されている位相差を以って次の工具経路について加工が行われるように移動指令値を生成する。１つ前の工具経路に合せて次の工具経路を加工できる。更に、第２の実施の形態のフィードバック制御も同時に行われる。つまり現在の工具経路に沿った工具位置に対する工具刃先の位相の実際値が補間部２５にフィードバックされることにより、何らかの理由で一時的に工具の送り動作と回転動作との関係が乱れても、送り軸と主軸回転軸とは同期制御されているので、大きく進まないうちに目標の関係に補正される。かつ、１つ前の工具経路に合せて工具位置と工具刃先の位相との関係を予め指令した値に保って加工することができる。
図示はしないが、第３の実施の形態から検出データ処理部４１より補間部２５へのフィードバック回路をなくした形態も考えられる。つまり、検出データ記憶部４３から１つ前の工具経路における工具位置に対する工具刃先の位相の値だけを補間部２５へ送出し、次の工具経路におけるカッターマークの位置を１つ前のカッターマークの位置に合わせることができる。
【００３６】
図８は、ワークＷの加工面ＭＳにサイクロイド状の曲線溝模様のカッターマークを形成するのに用いる切削工具の先端部の正面図である。この切削工具５１の下端には切刃５３が突出しており、切刃５３を加工面ＭＳに微小量切込み回転させながら送ることにより、加工面ＭＳにはサイクロイド状の曲線溝模様のカッターマークが形成される。このように切削工具の刃先をカッターマークの目標形状となる所定形状に形成することにより、種々のカッターマークの加工面、例えばマイクロレンズアレイの微細面などを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施の形態による切削加工装置のブロック図である。
【図２】ワークをスキャン加工する様子を示す略示斜視図である。
【図３】図２の部分Ａを示す平面図であり、（ａ）は、刃先がワークに切り込み開始した瞬間の主軸の工具経路に沿った位置が、隣り合う工具経路間で一刃当りの送り量の１／２だけずれている場合を示す図であり、（ｂ）は、この場合に加工面に概ね六角形のカッターマークが形成されることを示す図である。
【図４】図２の部分Ａを示す平面図であり、（ａ）は、刃先がワークに切り込み開始した瞬間の主軸の工具経路に沿った位置が隣り合う工具経路間で全て一致している場合を示す図であり、（ｂ）は、この場合に加工面に概ね正方形のカッターマークが形成されることを示す図である。
【図５】図２の部分Ａを示す平面図であり、（ａ）は、刃先がワークに切り込み開始した瞬間の主軸の工具経路に沿った位置が隣り合う工具経路間で不定となっている場合を示す図であり、（ｂ）は、この場合に加工面に不定形のカッターマークが形成されることを示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態による切削加工装置のブロック図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態による切削加工装置のブロック図である。
【図８】加工面にサイクロイド状の曲線溝模様のカッターマークを形成するのに用いる切削工具先端部の正面図である。
【符号の説明】
【００３８】
２１    入力部
２３    読取解釈部
２５    補間部
２７    指令分配部
２９    主軸回転軸駆動部
３３    主軸現在角度位置検出部
３５    送り軸駆動部
３９    送り軸現在位置検出部
４１    検出データ処理部
４３    検出データ記憶部
【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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【図７】
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【図８】
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