JP6457177B2 - 工作機械制御システム - Google Patents

Description

本発明は、切削工具を制御するシステムに関し、特に旋削とミリングによる加工に利用される工作機械制御システムに関するものである。

旋盤は、機械加工、製造分野等によく利用される重要な装置である。一般的に、一種類の旋盤は、１つの工程しか加工できない。しかし、工程の制約及び加工精度の要求に答えるために、一つの種類の旋盤では他の加工要求を満たすことが難しい。例えば、電子装置の金属製のハウジング（例えば、タブレットパソコン、携帯電話等のハウジング）は、上部と、該上部の縁から垂直に延伸する側壁と、を備える。前記ハウジングの上部の上面は円形ではなく、その上部の面積は側壁の面積よりも比較的大きい。従来のミリングはハウジングの上部を連続して加工することができず、上面に亀裂等が発生するためハウジングの平滑度が低い。従って、引き続き一連の表面処理を行って、上面の平滑度を高めなければならないため、ハウジングの加工効率は低い。

以上の問題点に鑑みて、本発明は、ワーク加工の効率を向上できる工作機械制御システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る工作機械制御システムは、入力モジュール、制御モジュール、バイト、及び作業台を備える。前記入力モジュールは、前記制御モジュールと電気的に接続され、前記工作機械制御システムは、更に前記入力モジュールと電気的に接続された送り駆動装置と、第一スライド部材と、第二スライド部材と、ミリング送り装置と、前記ミリング送り装置と電気的に接続されたフライスと、を備え、前記バイトは前記送り駆動装置と電気的に接続され、前記第一スライド部材は前記送り駆動装置及び前記ミリング送り装置を第一方向に沿って移動させ、前記第二スライド部材は前記送り駆動装置及び前記ミリング送り装置を前記第一方向と垂直する第二方向に沿って移動させ、前記送り駆動装置は、前記バイトを駆動して前記第一方向と前記第二方向とに垂直する第三方向に沿って往復移動させ、前記ミリング送り装置は、前記フライスを駆動して前記第三方向に沿って移動し、且つ前記第三方向と平行する第一軸の回りを回転する。

本発明に係る工作機械制御システムは、旋削加工及びミリング加工ができる。つまり、一種類の工作機械によって旋削加工及びミリング加工を実現できる。従って、ワーク加工の効率を向上することができる。

本発明に係る工作機械の斜視図である。 本発明に係る工作機械制御システムを表した図である。 本発明に係る待加工のワークの斜視図である。 図３に示した待加工のワークのＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 図２に示した工作機械制御システムのバイトの加工軌跡を表した図である。

以下、図面に基づいて、本発明に係る工作機械制御システムについて詳細に説明する。図１及び図２を参照すると、本発明に係る工作機械制御システム１００は、工作機械２００を採用して、旋削とミリングによる加工を行う。工作機械２００は、入力モジュール１０と、入力モジュール１０と電気的に接続された制御モジュール２０と、台座１１と、作業台９０と、第一スライド部材１３と、第二スライド部材１４と、送り駆動装置１５と、ミリング送り装置１７と、を備える。第一スライド部材１３は、台座１１上に設置される。作業台９０は、回転可能に第一スライド部材１３の下方に設置される。第二スライド部材１４は、スライド可能に第一スライド部材１３に設置され、バイト（図示せず）は、送り駆動装置１５に設置され、フライス（図示せず）は、ミリング送り装置１７に設置される。ワーク３００（図３を参照）は、作業台９０に定位される。制御モジュール２０は、それぞれ第一スライド部材１３、第二スライド部材１４と、送り駆動装置１５と、ミリング送り装置１７と、作業台９０と電気的に接続される。第一スライド部材１３は、第二スライド部材１４を駆動させて、送り駆動装置１５及びミリング送り装置１７をＸ軸の方向（第一方向）に沿ってスライドさせ、第二スライド部材１４は送り駆動装置１５及びミリング送り装置１７をＹ軸の方向（第二方向）に沿ってスライドさせる。送り駆動装置１５は、バイトをＺ軸の方向（第三方向）に沿って往復運動させる。ミリング送り装置１７は、フライスをＺ軸方向に移動させ、且つγ軸（第三方向と平行する方向）の回りを回転させる。作業台９０は、ワーク３００を連動してα軸（第二方向と平行する方向）及びβ軸（第三方向と平行する方向）の周りを回転させる。

図３及び図４を参照すると、工作機械２００によって加工されたワーク３００は、タブレットパソコン、携帯電話等の金属製のハウジングであり、中空の矩形状を呈する。ワーク３００は、上部３０１と、該上部３０１の縁から垂直に延伸する側壁３０３と、該側壁３０３の上部３０１と離れている端部の縁に形成された面取り部３０５と、を備える。上部３０１の面積は側壁３０３の面積よりも比較的大きい。側壁３０３の部分は平面状であり、且つ４つの側面３０３０を備える。各隣接する２つ側面３０３０は、角３０３１によって接続されている。本実施形態において、上部３０１の上面は非回転面の三次元曲面である。側壁３０３の上部３０１と離れている部分は平面状を呈する。待加工のワーク３００は、上部３０１、該上部３０１と接続する側壁３０３、側壁３０３の上部３０１から離れている端部の縁に形成された面取り部３０５と、を備える。本実施形態において、待加工のワーク３００は、上部３０１、側壁３０３、面取り部３０５の順で加工を行う。

本実施形態において、工作機械制御システム１００は、待加工のワーク３００を加工し、且つ入力モジュール１０、制御モジュール２０、送り駆動装置３０、ミリング送り装置４０、第一スライド部材５０、第二スライド部材６０、バイト７０、フライス８０、及び作業台９０を備える。

入力モジュール１０は、制御モジュール２０と電気的に接続され、各加工の過程における送り駆動装置３０或いはミリング送り装置４０がＸ軸、Ｙ軸の方向に沿って移動する移動範囲及び移動速度、バイト７０の高速往復運動の頻度及び距離、フライス８０がγ軸の回りを回転する回転速度、及び作業台９０の回転速度等の制御データを入力する。

制御モジュール２０は、送り駆動装置３０、ミリング送り装置４０、第一スライド部材５０、第二スライド部材６０、バイト７０、フライス８０、及び作業台９０と電気的に接続され、且つ送り駆動装置３０、ミリング送り装置４０、第一スライド部材５０、第二スライド部材６０、バイト７０、フライス８０、及び作業台９０をそれぞれ制御する。制御モジュール２０は、位置制御素子２１、交換制御素子２３、及び回転制御素子２５を備える。位置制御素子２１は、第一スライド部材５０と第二スライド部材６０と電気的に接続して、送り駆動装置３０とミリング送り装置４０とをＸ軸或いはＹ軸の方向に沿って移動させる。交換制御素子２３は、送り駆動装置３０とミリング送り装置４０と電気的に接続されて、送り駆動装置３０とミリング送り装置４０との切り換え及び駆動を制御する。回転制御素子２５は、作業台９０と電気的に接続され、作業台９０の回転を制御する。本実施形態において、作業台９０の回転速度の範囲は１００回〜９００回／分である。バイト７０は、送り駆動装置３０のバイトホルダ（図示せず）に固定される。フライス８０は、ミリング送り装置４０に回転可能に設置される。

送り駆動装置３０は、バイト７０を駆動して、Ｚ軸方向に沿って高速往復運動させる。バイト７０がＺ軸方向に沿う高速往復運動の頻度は、５００回〜３２００回／分である。

ミリング送り装置４０は、リニア移動素子４１及び回転素子４３を備える。リニア移動素子４１は、フライス８０を駆動してＺ軸方向に沿って移動させ、回転素子４３は、フライス８０を駆動してγ軸の回りを回転させる。

本実施形態において、先ず、ワーク３００の上部３０１、側壁３０３、及び面取り部３０５を加工するための模擬加工の制御データを獲得する。次に、上部３０１、側壁３０３、及び面取り部３０５の制御データを入力する。この際、バイト７０とフライス８０がＸ軸、Ｙ軸の方向に沿って移動する移動範囲及び移動速度、作業台９０の回転速度、バイト７０がＺ軸に沿って高速往復運動する頻度及び振幅、フライス８０の回転速度の順に設定される。工作機械制御システム１００がワーク３００の上部３０１を加工した際、上部３０１の平滑度の平均値は０．２〜１．０ミリメートルである。

図３及び図４に示す、ワーク３００の上部３０１、側壁３０３、及び面取り部３０５を例に挙げて、工作機械制御システム１００がワーク３００を加工する過程を詳しく説明する。

ワーク３００の上部３０１に対する制御データを入力する。入力モジュール１０は送り駆動装置３０のＸ軸、Ｙ軸の方向に沿って移動する移動範囲を設定し、移動速度をＶ１と設定し、バイト７０の加工時間をＴ１と設定する。ワーク３００の加工過程において、送り駆動装置３０のＹ軸に沿って移動する初期位置をＡ（つまり、ワーク３００の上部３０１の縁の一点）と設定し、送り駆動装置３０がＹ軸に沿って移動する最終位置をＯ（つまり、上部３０１の中心点）と設定する。次いで、バイト７０がＺ軸方向に沿って行う高速往復運動の頻度Ｆ、距離Ｈ、および作業台９０の回転速度Ｒ１を入力モジュール１０に設定する。この際、距離Ｈは送り駆動装置３０がＹ軸に沿って移動することに伴い短くなる。本実施形態において、作業台９０は、α軸の周りを回転し、その回転速度は６００回／分であり、バイト７０は、Ｚ軸に沿って高速往復運動し、その頻度は２５００回／分である。

次いでワーク３００の側壁３０３の制御データを入力する。入力モジュール１０は、ミリング送り装置４０のＸ軸、Ｙ軸の方向に沿って移動する移動範囲を設定し、ミリング送り装置４０がフライス８０を連動してＸ軸或いはＹ軸方向に沿って移動する移動速度をＶ２と設定し、側壁３０３の加工に係る総加工時間をＴ２と設定し、フライス８０の回転速度をＲ２と設定し、フライス８０の予定加工経路を設定する。ワーク３００の加工が終わるまで、フライス８０は、ワーク３００の側壁３０１の周辺に沿って移動しながら、加工を行う。

次いで、ワーク３００の面取り部３０５の制御データを入力する。入力モジュール１０は、作業台９０のα軸及びβ軸の回りを回転する回転角度を設定し、ミリング送り装置４０のワーク３００の面取り部３０５を加工する過程においてＸ軸、Ｙ軸の方向に沿って移動する移動範囲を設定し、ミリング送り装置４０がフライス８０を連動してＸ軸／Ｙ軸の方向に沿って移動する移動速度をＶ３と設定し、面取り部３０５の加工に係る総加工時間をＴ３と設定し、フライス８０の回転速度をＲ３と設定し、且つフライス８０の予定加工経路を設定する。ワーク３００の加工が終わるまで、フライス８０は、ワーク３００の面取り部３０５の周辺に沿って移動を繰り替えしながら加工を行う。

交換制御素子２３は、位置制御素子２１及び送り駆動装置３０に信号を送信する。位置制御素子２１は、第一スライド部材５０を制御し、第一スライド部材５０は送り駆動装置３０を駆動させて、Ｙ軸に沿って移動させる。送り駆動装置３０は、Ｘ軸に沿って移動し、且つワーク３００の上方に位置する。この際、バイト７０はワーク３００の上方に位置し、且つワーク３００の上部３０１と接触する。位置制御素子２１は、第二スライド部材６０が送り駆動装置３０を駆動してＹ軸方向に、且つ移動速度Ｖ１に基づいてスライドすることを制御する。制御モジュール２０は、作業台９０がワーク３００を回転速度Ｒ１に基づいてα軸の回りを回転することを制御する。また、制御モジュール２０は、送り駆動装置３０がバイト７０をＺ軸に沿って、頻度Ｆに基づいて高速で往復運動させる。高速で往復運動した距離Ｈは送り駆動装置３０がＸ軸に沿う移動によって小さくなる。

図５に示したように、バイト７０がワーク３００の上部３０１に対する旋削加工を行う過程において、バイト７０の平面運動軌跡４００は概ね螺旋状を呈し、バイト７０は、ワーク３００の上部３０１の縁の一点Ａから平面運動軌跡４００に沿って上部３０１の中心点Ｏに達し、ワーク３００の上部３０１を加工する。本実施形態において、加工したワーク３００の上部３０１の平滑度の平均値は０．２５〜０．３ミリメートルである。

バイト７０が予備の加工時間Ｔ１を経過した後、交換制御素子２３は位置制御素子２１及びミリング送り装置４０に信号を送信し、位置制御素子２４は送り駆動装置３０を制御してワーク３００から離す。また、位置制御素子２１はミリング送り装置４０を制御してＸ軸或いはＹ軸に沿って平移させて、ワーク３００の側部に到達させ、且つフライス８０を駆動してワーク３００の側壁３０３に対するミリング加工を行う。

フライス８０は、ワーク３００の側壁３０３を加工する過程において、先ず、リニア移動素子７１がフライス８０を駆動してＺ軸方向の下方に移動させてワーク３００の側壁３０３のある予備の位置に到達させる。次に、回転素子７３はフライス８０を駆動して回転速度Ｒ２に基づいてγ軸の回りを回転させて、側壁３０３の加工を行う。同時に、第一スライド部材５０及び第二スライド部材６０は、ミリング送り装置４０及びフライス８０を予備経路に沿って移動させて、ワーク３００に対してＸ軸或いはＹ軸方向に沿って、移動速度Ｖ２に基づいて移動させ、ミリング送り装置４０はフライス８０のワーク３００に対する送り量を制御して、ワーク３００の側壁３０３を加工する。本実施形態において、作業台９０は動かない。加工する過程において、回転制御素子２５は、作業台９０に対して信号を送信して、作業台９０をα軸の回りを一定の回転速度で回転させ、且つミリング送り装置４０がフライス８０を連動して行うミリング加工と組み合わせる。本実施形態において、加工したワーク３００の上部３０１の平滑度の平均値は０．２５〜０．３ミリメートルである。

フライス８０が予備の加工時間Ｔ２を経過すると、位置制御素子２１は第一スライド部材５０及び第二スライド部材６０に信号を送信して、ミリング送り装置４０及びフライス８０を駆動させてワーク３００から離し、フライス８０の作動を停止させる。次に、回転制御素子２５が作業台９０に信号を送信し、作業台９０はα軸の回りを回転し、ワーク３００は一定の角度回転し、ワーク３００の上部３０１と離れている面取り部３０５はフライス８０と対向する。第一スライド部材５０及び第二スライド部材６０はフライス８０を駆動して、ワーク３００の面取り部３０５の予備位置と接触させ、予備経路を移動速度Ｖ３に基づいて移動する。同時に、ミリング送り装置４０はフライス８０を駆動して回転速度をＲ３に基づいて回転させ、フライス８０はワーク３００に対する送り量を制御して、面取り部３０５を面取りする。回転制御素子２５は作業台９０に信号を送信し、作業台９０はワーク３００を連動してα軸及びβ軸の回りを回転して角度を調整し、ワーク３００のもう１つの面取り部３０５はフライス８０と対向し、第一スライド部材５０及び第二スライド部材６０はフライス８０の移動と組み合わさって、連続して面取り加工を行う。

制御システム１００は、旋削加工とミリング加工とのどちらを先に行っても良い。つまり、実際の必要に応じて順番を設定することができる。

作業台９０は多軸の作業台であり、回転制御素子２５の制御によって多軸移動を行い、ミリング送り装置４０は作業台９０の多軸移動と組み合わさって予備経路に沿ってワーク３００に対してミリング加工を行う。

工作機械制御システム１００は、バイト７０のＺ軸方向に沿う高速往復運動の頻度Ｆ及び時間によって変化する距離Ｈを制御して、異なる形状の三次元曲面を加工できる。

工作機械制御システム１００は、Ｙ軸のデータを固定値に設定することができる。待加工のワーク３００を加工する際、バイト７０はＸ軸に沿って移動すると同時に、Ｚ軸方向に高速往復運動を行う。

本発明の工作機械制御システム１００は、１回で平滑度が高いワーク３００の上部３０１、側壁３０３、面取り部３０５を加工する。送り駆動装置３０は、バイト７０を連動してＸ軸或いはＹ軸に沿って移動すると同時に、バイト７０を連動してＺ軸方向に沿って高速で往復運動させる。バイト７０は螺旋状の移動軌跡に沿って移動して、且つワーク３００に対して連続して旋削加工を行う。これにより、平滑度が高いワーク３００の上部３０１を加工することができる。また、ミリング送り装置４０はフライス８０を連動して、予備経路に沿って移動させながら、ワーク３００の側壁３０３に対して平移し、高速でワーク３００の面取り部３０５に対する面取り加工を行う。ワーク３００の面取り部３０５に対して面取りする際、作業台９０の回転と組み合わさって、ミリング送り装置４０はフライス８０を連動して予備経路に沿って移動して、面取り部３０５の面取り加工を行う。

１００ 工作機械制御システム
２００ 工作機械
４００ 平面運動軌跡
３００ ワーク
３０１ 上部
３０３ 側壁
３０３０ 側面
３０３１ 角
３０５ 面取り部
１０ 入力モジュール
１１ 台座
１３、５０ 第一スライド部材
１４、６０ 第二スライド部材
１５、３０ 送り駆動装置
１７、４０ ミリング送り装置
２０ 制御モジュール
２１ 位置制御素子
２３ 交換制御素子
２５ 回転制御素子
４１ リニア移動素子
４３ 回転素子
７０ バイト
８０ フライス
９０ 作業台
Ａ 初期位置
Ｏ 最後位置

Claims (5)

1. 入力モジュール、制御モジュール、バイト、及び作業台を備え、前記入力モジュールが前記制御モジュールと電気的に接続される工作機械制御システムにおいて、
   前記工作機械制御システムは、更に前記入力モジュールと電気的に接続された送り駆動装置と、第一スライド部材と、第二スライド部材と、ミリング送り装置と、前記ミリング送り装置と電気的に接続されたフライスと、を備え、前記バイトは前記送り駆動装置と電気的に接続され、前記第一スライド部材は、前記送り駆動装置及び前記ミリング送り装置を第一方向に沿って移動させ、前記第二スライド部材は、前記送り駆動装置及び前記ミリング送り装置を前記第一方向に垂直する第二方向に沿って移動させ、
   前記送り駆動装置は、前記バイトが所定の距離にわたって所定の頻度で高速往復運動するように、前記バイトを駆動して、前記第一方向と前記第二方向とに垂直な第三方向に沿って連続的に往復移動させ、前記作業台によるワークの回転に整合してワークに対して連続的に旋削を行い、
   前記工作機械制御システムは、前記バイトが前記第三方向に沿って往復運動する距離を、前記バイトが前記第一方向或いは前記第二方向に沿う移動によって変化するように制御して、三次元曲面を有するワークを加工し、
   前記ミリング送り装置は、前記フライスを駆動して前記第三方向に沿って移動させ、且つ前記第三方向と平行する第一軸の回りを回転させ、
   前記制御モジュールは、位置制御素子、交換制御素子、及び回転制御素子を備え、前記位置制御素子は、前記第一スライド部材と前記第二スライド部材とに電気的に接続されて、前記送り駆動装置及び前記ミリング送り装置を移動させ、前記交換制御素子は、前記送り駆動装置と前記ミリング送り装置とに電気的に接続されて、前記送り駆動装置と前記ミリング送り装置との切り換え及び駆動を制御し、前記回転制御素子は、前記作業台と電気的に接続され、且つ前記作業台の回転を制御し、
   前記回転制御素子は、前記作業台を制御して、前記第三方向と平行する第二軸の回りを回転させ、
   前記回転制御素子は、前記作業台を制御して、前記第二方向と平行する第三軸の回りを回転させ、
   前記制御モジュールは前記送り駆動装置を制御して、前記送り駆動装置が前記バイトを前記第一方向及び前記第二方向に沿って移動させると同時に、前記制御モジュールが前記ミリング送り装置を駆動して前記第一軸の回りを回転させることを特徴とする工作機械制御システム。
2. 前記ミリング送り装置は、リニア移動素子及び回転素子を備え、前記リニア移動素子は、前記フライスを駆動して前記第三方向に沿って移動させ、前記回転素子は、前記フライスを駆動して前記第一軸の回りを回転させることを特徴とする請求項１に記載の工作機械制御システム。
3. 前記工作機械制御システムは、前記入力モジュールによって制御データを入力し、前記制御モジュールは、前記制御データによって、前記送り駆動装置と前記ミリング送り装置が前記第一方向及び前記第二方向に沿って移動する移動範囲及び移動速度と、前記作業台の回転速度と、前記バイトの回転速度と、前記バイトが前記第三方向に沿って高速往復運動する頻度及び距離と、を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械制御システム。
4. 前記作業台の回転速度は１００回〜９００回／分であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の工作機械制御システム。
5. 前記制御モジュールは前記送り駆動装置を制御して、前記送り駆動装置が前記バイトを前記第一方向或いは前記第二方向に沿って移動させると同時に、前記送り駆動装置は前記バイトを前記第三方向に沿って往復運動させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の工作機械制御システム。