JP6967357B2 - Machine tool controls and machine tools - Google Patents
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Description
本発明は、工作機械の制御装置および工作機械に関する。 The present invention relates to a machine tool control device and a machine tool.
工具でワークを加工する場合、工具とワークとの接点には、工具からワークに力が加わると同時に、この力とは逆向きの力(反力)が工具に生じる。この反力によって工具の目標位置と実際位置との間にズレが生ずると、ワークの加工精度の低下を招く。そのため、例えば特許文献1には反力を検出し、この検出した反力に基づいて工具の変位量を求め、この変位量を打ち消して工具の位置を補正する技術が開示されている。
When a work is machined with a tool, a force is applied to the work from the tool at the contact point between the tool and the work, and at the same time, a force (reaction force) opposite to this force is generated in the tool. If the reaction force causes a deviation between the target position of the tool and the actual position, the machining accuracy of the work is lowered. Therefore, for example,
ところで、振動切削加工、例えばワークを工具に対して往復移動させた切削加工においても、上記特許文献1と同様に、工具に生じた反力はワークの加工精度に影響を及ぼす。
しかしながら、この振動切削加工では、往動時と復動時とでは反力の発生方向が変わるので、それぞれ見合った補正をしなければ、工具の変位量を無くせない。
By the way, even in vibration cutting, for example, in cutting in which the work is reciprocated with respect to the tool, the reaction force generated in the tool affects the processing accuracy of the work, as in
However, in this vibration cutting process, the direction in which the reaction force is generated changes between the forward movement and the reverse movement, so that the displacement amount of the tool cannot be eliminated unless the corrections corresponding to each are made.
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、振動切削加工時に反力が発生しても当初想定した位置で加工する工作機械の制御装置および工作機械を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a control device for a machine tool and a machine tool for machining at an initially assumed position even if a reaction force is generated during vibration cutting. do.
本発明は、第1に、ワークと切削工具との相対的な回転と、前記ワークに対する前記切削工具の加工送り方向への往復移動とを制御する制御部により、前記ワークの切削加工を実行する工作機械の制御装置であって、前記制御部は、前記切削加工による反力を受けた前記切削工具または前記ワークの変位量を打ち消すための、前記切削工具または前記ワークの位置補正量を設定する補間処理手段と、前記往復移動における往動時の前記位置補正量と、該往動時の前記位置補正量とは正負が逆方向の関係にある前記往復移動における復動時の前記位置補正量とを出力する振動制御手段とを有し、前記切削工具が前記ワークを削るタイミングでは前記切削工具または前記ワークの変位量が補正され、前記切削工具がワークを削らないタイミングでは前記切削工具または前記ワークの変位量が補正されないように動作出力することを特徴とする。
First, the present invention executes cutting of the work by a control unit that controls the relative rotation of the work and the cutting tool and the reciprocating movement of the cutting tool with respect to the work in the machining feed direction. A control device for a machine tool, the control unit sets a position correction amount of the cutting tool or the work for canceling a displacement amount of the cutting tool or the work subjected to a reaction force due to the cutting process. The interpolation processing means, the position correction amount during the reciprocating movement, and the position correction amount during the reciprocating movement in which the positive and negative relationships are opposite to each other during the reciprocating movement. have a vibration control means for outputting the bets, the cutting tool is in the timing of cutting the said workpiece are corrected displacement of the cutting tool or the workpiece, the cutting tool the cutting tool or the at timing which does not cut the workpiece It is characterized in that the operation is output so that the displacement amount of the work is not corrected.
第2に、前記補間処理手段が、前記ワークの径方向に沿った、前記切削工具または前記ワークの位置補正量を設定することを特徴とする。 Secondly, the interpolation processing means sets a position correction amount of the cutting tool or the work along the radial direction of the work.
第3に、前記補間処理手段が、前記切削加工による反力の大きさに応じて前記切削工具または前記ワークの位置補正量の大きさを変更することを特徴とする。 Thirdly, the interpolation processing means changes the size of the position correction amount of the cutting tool or the work according to the magnitude of the reaction force due to the cutting process.
第4に、前記補間処理手段が、前記切削加工の開始から所定期間が経過するまで、あるいは、前記切削加工が終了する前の所定期間の間には、前記切削加工時の加工量によって変化する切粉の形状に基づく反力値の波形に応じて前記切削工具または前記ワークの位置補正量の大きさを変更することを特徴とする。 Fourth, the interpolation processing means changes depending on the machining amount at the time of the cutting process until a predetermined period elapses from the start of the cutting process or during a predetermined period before the end of the cutting process. It is characterized in that the size of the position correction amount of the cutting tool or the work is changed according to the waveform of the reaction force value based on the shape of the chips.
第5に、上記いずれかの工作機械の制御装置を備えた工作機械であることを特徴とする。 Fifth, it is a machine tool provided with a control device for any of the above machine tools.
本発明は以下の効果を得ることができる。
(1)往動時には所定方向の位置補正量を命令し、復動時には、往動時の位置補正量とは正負が逆方向の関係にある位置補正量を命令するので、反力の発生方向に見合った補正が可能になる。よって、切削加工時に反力が発生しても当初想定した位置で加工可能になる。
また、切削工具がワークを削るタイミングでは変位量が補正され、切削工具がワークを削らないタイミングでは変位量が補正されないので、切削加工に伴う切削工具またはワークの変位量を無くすことが可能になる。
The present invention can obtain the following effects.
(1) At the time of forward movement, the position correction amount in a predetermined direction is ordered, and at the time of return movement, the position correction amount having a positive / negative relationship with the forward movement position correction amount is ordered, so that the reaction force is generated. It is possible to make corrections commensurate with. Therefore, even if a reaction force is generated during cutting, it can be machined at the initially assumed position.
Further, since the displacement amount is corrected at the timing when the cutting tool cuts the work and the displacement amount is not corrected at the timing when the cutting tool does not cut the work, it is possible to eliminate the displacement amount of the cutting tool or the work due to the cutting process. ..
(2)ワークの径方向に沿った切削工具またはワークの変位量を打ち消すことができるため、ワークの加工精度の向上を図ることができる。 (2) Since the displacement amount of the cutting tool or the work along the radial direction of the work can be canceled, the machining accuracy of the work can be improved.
(3)反力の大きさに応じて切削工具またはワークの位置補正量の大きさを変更するので、ワークの加工精度をより一層向上させることができる。 (3) Since the size of the position correction amount of the cutting tool or the work is changed according to the magnitude of the reaction force, the machining accuracy of the work can be further improved.
(4)切り込み始めでは切り込み量が大きくなるに連れて、反力値の波形は三角形状から台形状に変化し、一方、切り終わりでは切り込み量が小さくなるに連れて、反力値の波形は台形状の高さが低くなる。よって、反力値の波形に応じて切削工具の位置補正量を変更すれば、ワークの加工精度をより一層向上させることができる。 (4) At the beginning of cutting, the waveform of the reaction force value changes from a triangular shape to a trapezoidal shape as the cutting amount increases, while at the end of cutting, the waveform of the reaction force value changes as the cutting amount decreases. The height of the trapezoidal shape becomes lower. Therefore, if the position correction amount of the cutting tool is changed according to the waveform of the reaction force value, the machining accuracy of the work can be further improved.
(5)切削加工時に反力が発生しても当初想定した位置で加工することが可能な工作機械を提供することができる。 (5) It is possible to provide a machine tool capable of machining at an initially assumed position even if a reaction force is generated during cutting.
以下、図面を参照しながら本発明の工作機械の制御装置および工作機械について説明する。図1に示すように、工作機械100は、主軸110と、ワークWを加工するバイト等の切削工具130と、制御装置180とを備えている。
主軸110の先端にはチャック120が設けられており、ワークWはチャック120を介して主軸110に保持されている。主軸110は、主軸台110Aに回転自在に支持され、例えば主軸台110Aと主軸110との間に設けられた主軸モータ(例えばビルトインモータ)の動力によって回転する。
Hereinafter, the control device and the machine tool of the machine tool of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the
A
工作機械100のベッドには、Z軸方向送り機構160が設けられている。Z軸方向送り機構160は、ベッドと一体のベース161と、ベース161に設置されたZ軸方向ガイドレール162とを備えている。Z軸方向ガイドレール162には、Z軸方向送りテーブル163がZ軸方向ガイド164を介してスライド自在に支持されている。
主軸台110AはZ軸方向送りテーブル163に搭載され、主軸110の軸線方向はZ軸方向ガイドレール162の延出方向と一致している。
The bed of the
The
リニアサーボモータ165は可動子165aおよび固定子165bを有し、可動子165aはZ軸方向送りテーブル163に設けられ、固定子165bはベース161に設けられている。Z軸方向送りテーブル163が、リニアサーボモータ165の駆動によってZ軸方向ガイドレール162に沿って移動すると、主軸台110Aが主軸110の軸線方向(図示のZ軸方向)に移動し、主軸110がZ軸方向に沿って移動する。
The
切削工具130は切削工具台130Aに装着されている。
工作機械100のベッドには、X軸方向送り機構150も設けられている。X軸方向送り機構150は、ベッドと一体のベース151と、ベース151に設置されたX軸方向ガイドレール152とを備えている。X軸方向ガイドレール152には、X軸方向送りテーブル153がX軸方向ガイド154を介してスライド自在に支持されている。
切削工具台130AはX軸方向送りテーブル153に搭載され、切削工具台130Aの軸線方向はX軸方向ガイドレール152の延出方向と一致している。
The
The bed of the
The
リニアサーボモータ155は可動子155aおよび固定子155bを有し、可動子155aはX軸方向送りテーブル153に設けられ、固定子155bはベース151に設けられている。X軸方向送りテーブル153が、リニアサーボモータ155の駆動によってX軸方向ガイドレール152に沿って移動すると、切削工具台130Aが、図示のZ軸方向に対して直交するX軸方向に移動し、切削工具130がX軸方向に移動する。
The
なお、Y軸方向送り機構を工作機械100に設けてもよい。Y軸方向は図示のZ軸方向およびX軸方向に直交する方向である。Y軸方向送り機構もリニアサーボモータによって駆動可能なY軸方向送りテーブルを有する。X軸方向送り機構150をY軸方向送り機構を介して工作機械100のベッドに搭載すると、切削工具130をX軸方向に加えてY軸方向にも移動させることができる。Y軸方向送り機構をX軸方向送り機構150を介して工作機械100のベッドに搭載し、Y軸方向送りテーブルに切削工具台130Aを搭載してもよい。
The Y-axis direction feed mechanism may be provided in the
主軸110の回転、および、Z軸方向送り機構160、X軸方向送り機構150やY軸方向送り機構(以下、Z軸方向送り機構160等と称する)の移動は、制御装置180で制御され、制御装置180は、主軸モータを駆動してワークWと切削工具130とを相対的に回転させ、Z軸方向送り機構160等を駆動してワークWと切削工具130とを相対的に移動させる。
The rotation of the
主軸台110Aと切削工具台130Aの両方が移動できるように説明したが、本発明はこの例に限定されない。主軸台110Aをベッドに固定し、切削工具台130AをX、Y、Z軸方向に移動可能にしてもよい。あるいは、切削工具台130Aをベッドに固定し、主軸台110AをX、Y、Z軸方向に移動可能にしてもよい。
Z軸方向送り機構160等にリニアサーボモータを用いた例を挙げて説明したが、公知のボールネジとサーボモータを用いてもよい。
Although it has been described that both the
Although the example in which the linear servomotor is used for the Z-axis
図2では、例えば、ワークWが切削工具130に対して回転し、かつ、ワークWが切削工具130に対してZ軸方向に往復移動する例を示している。この場合には、主軸モータが本発明の回転手段に相当し、Z軸方向送り機構160が本発明の振動手段に相当する。
制御装置180は、ワークWをZ軸の正方向に向けて所定の前進量で移動(往動)させた後、ワークWをZ軸の負方向に向けて所定の後退量で移動(復動)させる。これにより、図3に示すように、切削工具130をワークWに対して前進量と後退量との差(進行量)だけ送ることができる。
FIG. 2 shows an example in which, for example, the work W rotates with respect to the
The
上記では、ワークWが切削工具130に対してZ軸方向に往復移動する例を説明したが、X軸方向送り機構150やY軸方向送り機構、あるいは切削工具130用のZ軸方向送り機構を含めた送り手段によって振動手段が構成され、主軸台110Aと切削工具130とを往動移動および復動移動させることにより、ワークWに対して切削工具130を振動させることができる。その場合、切削工具130は、振動手段を兼用した送り手段によって、ワークWに対して送り方向に沿った振動を伴って送られ、ワークWを加工することもできる。
In the above, an example in which the work W reciprocates in the Z-axis direction with respect to the
切削工具130は、所定の切り込み量で図2に示したX軸方向に送られる。一方、ワークWは、主軸モータにより、所定の方向に回転されるとともに、Z軸方向送り機構160により往動と復動とを繰り返しながら、Z軸の正方向に向けて送られており、ワークWの1回転分、すなわち、主軸位相0°から360°まで変化する間の上記進行量の合計が送り量になる。
これにより、ワークWの周面は、切削工具130によって正弦曲線状に加工される。図4は、ワークWが1回転する間にワークWが往復移動する回数(回転毎の振動回数Dともいう)が3.5(回/r)の例を示す。
The
As a result, the peripheral surface of the work W is machined into a sinusoidal curve by the
切削工具130で加工された、主軸110のn(nは1以上の整数)回転目におけるワークWの周面形状(図4に実線で示す)と、主軸110のn+1回転目におけるワークWの周面形状(図4に破線で示す)とは、振動の位相が反転しており、主軸位相方向(図4のグラフの横軸方向)でずれている。詳しくは、各正弦曲線状の波形が逆になっているので、同じ主軸位相において、図4に破線で示したワークWの周面形状の谷の最低点(切削工具130における山の最高点)の位置が、図4に実線で示したワークWの周面形状の山の最高点(切削工具130における谷の最低点)の位置に対向している。
The peripheral surface shape of the work W at the n (n is an integer of 1 or more) rotation of the
この結果、切削工具130の刃先軌跡は、今回の往復動時の切削加工部分と次回の復往動時の切削加工部分とが重複し、例えば主軸110のn+1回転目におけるワークWの周面形状に、主軸110のn回転目におけるワークWの周面形状が含まれるので、切削工具130にはワークWを加工しない空振り動作が生じる。この空振り動作時に、ワークWから生じた切屑は分断されて切粉(chips)になる。このように、工作機械100は切粉を生成しながらワークWの外形を加工する。
As a result, the cutting tool locus of the
回転毎の振動回数Dは、例えば1.1や1.25(回/r)等とすることができ、また1(回/r)よりも小さな値に設定することもできる。振動回数Dを1(回/r)よりも小さな値、例えば0.5に設定した場合、主軸110がZ軸方向で1往復する間に、主軸110は2回転する。
本実施形態では、切削工具130に対してワークWを回転させているが、切削工具130にドリル等を用いた場合、ワークWを回転させてもよいし、ワークWに対して切削工具130を回転させてもよい。
The number of vibrations D per rotation can be, for example, 1.1 or 1.25 (times / r), or can be set to a value smaller than 1 (times / r). When the number of vibrations D is set to a value smaller than 1 (times / r), for example, 0.5, the
In the present embodiment, the work W is rotated with respect to the
ここで、切削工具130でワークWを加工する場合の加工反力および切削工具130の動きについて、ワークWと切削工具130とが接している面の一点である接点Pを例として図2を用いて説明する。切削工具130とワークWとの接点Pには、切削工具130からワークWに力が加わると同時に、ワークWの往動時には、図2に示すように、この力とは逆向きの切削抵抗(加工反力)N(矢印の図示は省略する)が生じ、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向に分解したものが、それぞれ切削工具130に生じた背分力Nx(X軸の負方向の矢印で示す)、主分力Ny(紙面に対して奥行き方向、矢印の図示は省略する)、送り分力Nz(Z軸の正方向の矢印で示す)となる。背分力Nx、主分力Ny、送り分力Nzによって切削工具130が押し戻され、接点Pに目標位置と実際の位置とのズレが生じる。このうち、背分力Nxで押し戻された切削工具130の変位量(目標位置と実際位置とのズレ)が、送り分力Nzで押し戻されたそれよりも、ワークWの加工精度を大きく低下させることがある。
一方、図示は省略するが、ワークWの復動時には、往動時に受けた背分力Nxが加工量の減少に応じて徐々に緩和されていき、切削工具130は、ワークWと接しない空振りの状態へ移行していく。このとき、切削工具130の接点Pは、往動時とは正負が逆の方向に目標位置と実際の位置とのズレが生じる。
Here, regarding the machining reaction force and the movement of the
On the other hand, although not shown, when the work W is restored, the back component force Nx received during the forward movement is gradually relaxed as the machining amount decreases, and the
図5に示されるように、制御装置180は、制御部181、反力検出部182、記憶部183を有し、これらはバスを介して接続される。
制御部181は、CPU等からなり、各モータの作動を制御するモータ制御部190と、切削工具130の位置補正量を設定する補間処理部191と、この位置補正量をX軸方向送り機構150に出力する振動制御部192とを備える。なお、補間処理部が本発明の補間処理手段に相当し、振動制御部が本発明の振動制御手段に相当する。
As shown in FIG. 5, the
The
制御部181は、記憶部183の例えばROMに格納されている各種プログラムやデータをRAMにロードし、各種プログラムを実行することにより、モータ制御部190、補間処理部191や振動制御部192を介して、工作機械100の動作を制御することができる。
ワークWの往復移動は、所定の指令周期Tに基づく振動周波数fで実行される。
制御部181が、例えば1秒間に250回の動作指令を送ることが可能であった場合、動作指令は1÷250=4(ms)周期(基準周期ITともいう)で出力可能である。一般的には、指令周期Tはこの基準周期ITの整数倍である。
The
The reciprocating motion of the work W is executed at the vibration frequency f based on the predetermined command cycle T.
When the
指令周期Tが例えば基準周期4(ms)の4倍の16(ms)である場合、モータ制御部190は、ワークWが16(ms)毎に往復移動を実行するように、Z軸方向送り機構160に駆動信号を出力する。この場合、ワークWは振動周波数f=1/T=1÷(0.004×4)=62.5(Hz)で往復移動を行える。ワークWを往復移動させるための振動周波数は、使用可能な限られた値(指令周波数fcともいう)の中から選択される。
When the command cycle T is, for example, 16 (ms), which is four times the reference cycle 4 (ms), the
例えば加工プログラムから、制御部181が切削工具130の切削経路や振動条件を取得すると(図6のステップS1)、開始点、終了点、振動周波数f、振動回数D等から振動波形を算出する(ステップS2)。例えば、図7(A)に示すような、ワークWの位置(X、Z)を開始点(0,0)から終了点(0,10)に移動させる直線加工の場合、図7(B)に示すような、ワークWの前進(図2のZ軸の正方向に移動)とワークWの後退(図2のZ軸の負方向に移動)とを繰り返して終了点に到達する振動波形を得ることができる。このワークWの前進時と後退時に切削工具130と接触している期間が、主軸110(ワークW)のn回転目の加工領域とn+1回転目の加工領域とが重複しない期間(ワークWの削り時)に該当し、ワークWの前進時と後退時に切削工具130と接触していない期間が、主軸110のn回転目の加工領域とn+1回転目の加工領域とが重複する期間(切削工具130の空振り時)に該当する。
For example, when the
次に、切削工具130の変位量の係数を選択する(図6のステップS3)。
詳しくは、例えばひずみゲージを、切削工具130のチップブレーカを固定するシャンクに設置すれば、切削工具130に生ずる変位量の大きさや方向はシャンクの変形量から求めることが可能である。しかし、変位量の大きさは、シャンクの剛性やこのシャンクを保持するホルダーの剛性が高くなるに連れて小さくなる。このため、図8(A)に示すようなシャンクの材質・サイズに応じた変位量を求めるためのテーブルや、図8(B)に示すようなホルダーの形状・材質に応じた変位量を求めるためのテーブルを用意する。
Next, the coefficient of the displacement amount of the
Specifically, for example, if a strain gauge is installed in a shank that fixes the tip breaker of the
より具体的には、シャンクの材質が例えばSCM440、サイズが10mm角の場合、例えば背分力に対する切削工具130の変位量を求めるときには、図8(A)から係数0.1を選択する。また、ホルダーの形状がAタイプ、材質が例えばS45Cの場合に、背分力に対する切削工具130の変位量を求めるときには、図8(B)から係数0.1を選択する。
More specifically, when the shank material is, for example, SCM440 and the size is 10 mm square, for example, when the displacement amount of the
そして、ワークWの加工を実行し(図6のステップS4)、モータ制御部190は、主軸回転数RでワークWを回転させるとともに、基準周期IT毎に、リニアサーボモータ165に対して動作指令を出力し、ワークWを動作指令による座標位置に追従させて振動周波数fで振動させる。
反力検出部182が反力を検出した場合(ステップS5のYES)、補間処理部191が、ひずみゲージの測定値と図8で選択したシャンクやホルダーに関する係数とから、背分力を受けた切削工具130の変位量を求め、切削工具130の位置補正量を算出する(ステップS6)。
Then, the machining of the work W is executed (step S4 in FIG. 6), the
When the reaction
詳しくは、ワークWの往動時には、図2で説明した接点Pで背分力Nxを受けた切削工具130は、ワークWの径方向(詳しくは、図2のX軸の負方向)に押されている。そこで、補間処理部191は、この切削工具130によるX軸の負方向への変位量を打ち消すために、X軸の正方向への切削工具130の位置補正量を設定している。一方、ワークWの復動時には、接点Pで背分力Nxを受けた切削工具130は、ワークWの径方向(詳しくは、図2のX軸の正方向)に押されているので、補間処理部191は、この切削工具130によるX軸の正方向への変位量を打ち消すために、X軸の負方向への切削工具130の位置補正量を設定している。直線加工の場合、この切削工具130の位置補正量は一定値でよい。
Specifically, when the work W moves forward, the
次に、振動制御部192が、この補間処理部191で設定した切削工具130の位置補正量を、主軸110のn回転目の加工領域とn+1回転目の加工領域とが重複する期間(切削工具130の空振り時)にはX軸方向送り機構150に出力せず、主軸110のn回転目の加工領域とn+1回転目の加工領域とが重複しない期間(ワークWの削り時)にのみ出力する(ステップS7)。
具体的には、モータ制御部190は、基準周期IT毎に、リニアサーボモータ155に対して動作指令を出力し、図7(C)に示すように、ワークWの削り時には切削工具130の位置補正量(図2のX軸の正方向へ)を出力するのに対し、切削工具130の空振り時には切削工具130の位置補正量を出力しない。
Next, the
Specifically, the
切削工具130の位置補正量の算出や、X軸方向送り機構150への出力は、ワークWの加工が終了した場合(ステップS8のYES)、終了する。
このように、切削工具130がワークWを削るタイミングでは、切削工具130の変位量を打ち消すように命令し、切削工具130がワークWを削らない、空振りするタイミングでは変位量を打ち消すように命令しないので、切削加工に伴う切削工具130の変位量を確実に無くすことができる。
そして、ワークWの往動時と復動時とでは、お互いに逆方向の関係にある位置補正量を命令するので、反力の発生方向に見合った補正が可能になる。よって、切削加工時に反力が発生しても当初想定した位置で加工可能になる。
The calculation of the position correction amount of the
In this way, when the
Then, since the position correction amount that is in the opposite direction to each other is instructed at the time of the forward movement and the time of the return movement of the work W, the correction corresponding to the generation direction of the reaction force becomes possible. Therefore, even if a reaction force is generated during cutting, it can be machined at the initially assumed position.
また、ワークWの径方向(図2のX軸の方向)に沿って生じた背分力Nxが切削工具130を大きく変位させるが、切削工具130の位置補正量によって、ワークWの径方向に沿った切削工具130の変位量を打ち消すことができるため、ワークWの加工精度の向上を図ることができる。
Further, the spine component force Nx generated along the radial direction of the work W (the direction of the X axis in FIG. 2) largely displaces the
ここで、図2では、X軸の負方向に押し戻されている切削工具130の例を挙げて説明した。しかし、本発明はこの例に限定されない。例えば中ぐり加工のように、ワークWの往動時には、反力によって切削工具が例えばX軸の正方向に押し戻され、ワークWの復動時には、X軸の負方向に押し戻されている場合、ワークWの往動時にはX軸の負方向への切削工具の位置補正量を、ワークWの復動時にはX軸の正方向への切削工具の位置補正量をそれぞれ出力してもよい。
Here, in FIG. 2, an example of the
さらに、図6では切削工具の変位量を実際の加工時(リアルタイム)に補正する例を挙げて説明したが、実際に加工する前(例えば試削り時)に補正してもよい。 Further, although FIG. 6 has been described with an example of correcting the displacement amount of the cutting tool at the time of actual machining (real time), it may be corrected before the actual machining (for example, at the time of trial cutting).
詳しくは、まず、図6で示した例と同様に、切削工具130の切削経路や振動条件を取得し(図9のステップS11)、振動波形を算出し(ステップS12)、切削工具130の変位量の係数を選択する(ステップS13)。
そして、ワークWの試加工を実行し(ステップS14)、ワークWを回転させつつ、ワークWを振動させ、反力を取得する(ステップS15)。次いで、ひずみゲージの測定値と選択したシャンクやホルダーに関する係数とから、背分力を受けた切削工具130の変位量を求め、切削工具130の位置補正量を算出する(ステップS16)。続いて、この位置補正量を予め入力した修正プログラムを作成し(ステップS17)、この修正プログラムを用いてワークWの加工を実行すればよい(ステップS18)。
Specifically, first, as in the example shown in FIG. 6, the cutting path and vibration conditions of the
Then, the trial machining of the work W is executed (step S14), the work W is vibrated while rotating the work W, and the reaction force is acquired (step S15). Next, the displacement amount of the
また、切削工具に生ずる変位量の大きさや方向は、ひずみゲージを用いて求めるものに限定されるものではなく、反力を受けた切削工具台130Aの位置座標を読み出して求めることも可能である。
さらに、上記実施形態では、切削工具130に生じた反力に基づいて切削工具130の位置補正量を求める例で説明した。しかし、補間処理部191は、位置補正量を算出せずに、作業者が入力した加工パラメータや試加工によって取得した位置補正量を用いて作成した位置補正量テーブルに基づいて切削工具130の位置補正量を設定してもよい。
Further, the magnitude and direction of the displacement amount generated in the cutting tool are not limited to those obtained by using the strain gauge, and it is also possible to read out the position coordinates of the cutting tool table 130A that has received the reaction force. ..
Further, in the above embodiment, an example of obtaining the position correction amount of the
例えば、ワークWの材質(硬さを含めてもよい)、加工前のワーク径、チップブレーカの形状、ホルダーの形状・材質を制御装置180に入力し、また、切削工具130の切削経路(開始点、終了点、直線補間や円補間)や切り込み量等を設定し、切削工具130でワークWを加工した場合の負荷(切削抵抗(反力値)Fともいう)を算出する。
この反力値F(N)は、比切削抵抗kc(N/mm2)、切り込み量ap(mm)、送り量f’(mm/rev)とすると、F=kc×ap×f’で求めることができる。なお、この式とは異なる公知の式で求めることも可能である。
For example, the material of the work W (may include hardness), the work diameter before machining, the shape of the chip breaker, the shape / material of the holder are input to the
This reaction force value F (N) is obtained by F = kc × ap × f', where the specific cutting resistance kc (N / mm 2 ), the depth of cut ap (mm), and the feed amount f'(mm / rev). be able to. It is also possible to obtain by a known formula different from this formula.
次に、図示は省略するが、チップブレーカの形状、切り込み量や送り量に応じた変位量を求めるためのテーブルを用意し、反力値の算出値とチップブレーカの形状、切り込み量や送り量に関する係数とから、例えば背分力の大きさを求める。
続いて、図8(B)で説明したようなホルダーの形状・材質に応じた変位量を求めるためのテーブルを用意し、求めた背分力の大きさとホルダーの形状・材質に関する係数とから、背分力を受けた切削工具130の変位量を求め、切削工具130の位置補正量を算出してもよい。
Next, although not shown, a table is prepared to obtain the shape of the chip breaker, the amount of cut and the amount of displacement according to the feed amount, and the calculated reaction force value and the shape of the chip breaker, the amount of cut and the amount of feed are obtained. For example, the magnitude of the back component force is obtained from the coefficient related to.
Next, a table was prepared to obtain the displacement amount according to the shape and material of the holder as described in FIG. 8B, and the calculated back component force and the coefficient related to the shape and material of the holder were used. The displacement amount of the
なお、上記のように、切削工具の位置補正量は計算値であり、例えば、チップブレーカやホルダーの取り付け誤差や、チップブレーカの摩耗などによって、実際に必要な位置補正値との間に誤差が生ずることも考えられる。そのため、補正量のオフセット値を別途入力できるようにしてもよい。 As described above, the position correction amount of the cutting tool is a calculated value, and for example, there is an error between the position correction value actually required due to the mounting error of the tip breaker or the holder, the wear of the tip breaker, or the like. It is possible that it will occur. Therefore, the offset value of the correction amount may be input separately.
ところで、上記の実施形態では、図7(C)で説明したように、切削工具130の位置補正量を一定値に設定した。しかし、テーパ加工の場合や円弧加工の場合には、加工の進行に応じて反力値の大きさが変わるので、反力値の変更に応じて切削工具の位置補正量も変更した方が好ましい。
また、テーパ加工や円弧加工の場合には、切削工具の位置補正量は、ワークWの径方向に加え、ワークWの送り方向に対しても求めてもよい。詳しくは、この場合のワークWは、その送り方向(図2のZ軸方向)と径方向(図2のX軸方向)を合わせた方向に往復移動するので、切削工具130は、例えばワークWの往動時には、図2の接点Pで背分力Nxを受けてX軸の負方向に押し戻されるとともに、送り分力Nzを受けてZ軸の正方向に押し戻されるからである。よって、この場合、X軸の正方向への切削工具130の位置補正量を求めて出力し、さらに、この切削工具130によるZ軸の正方向への変位量を打ち消すために、Z軸の負方向への切削工具130の位置補正量を求めて出力する。なお、ワークWの復動時の位置補正量は、ワークWの往動時とは正負が逆方向の関係になる。
By the way, in the above embodiment, as described with reference to FIG. 7C, the position correction amount of the
Further, in the case of taper machining or arc machining, the position correction amount of the cutting tool may be obtained not only in the radial direction of the work W but also in the feed direction of the work W. Specifically, since the work W in this case reciprocates in the direction in which the feed direction (Z-axis direction in FIG. 2) and the radial direction (X-axis direction in FIG. 2) are matched, the
また、ワークWの例えば1回転目と2回転目とでは切削工具130とワークWとの加工量が異なって、切削工具130に生ずる反力の大きさが変わる場合がある。このため、例えば反力が大きくなるに連れて切削工具の位置補正量を次第に大きくし、反力が小さくなるに連れて切削工具の位置補正量を次第に小さくしてもよい。
Further, for example, the machining amount of the
さらに、切削加工の開始から所定期間が経過するまで(切り込み始めともいう)、あるいは、切削加工が終了する前の所定期間の間(切り終わりともいう)には、切削加工による反力値の波形に応じて切削工具の位置補正量の大きさを変更することもできる。
詳しくは、図10(A)〜(D)は切り込み始めを説明する図であり、切削工具130とワークWとが未だ接触していない状態から図10(A)〜(D)の順に、切削工具130とワークWとの加工量が大きくなるとともに切粉の形状も変化している。
Furthermore, the waveform of the reaction force value due to cutting is generated from the start of cutting until a predetermined period elapses (also referred to as the start of cutting) or during the predetermined period before the end of cutting (also referred to as the end of cutting). It is also possible to change the size of the position correction amount of the cutting tool according to the above.
Specifically, FIGS. 10 (A) to 10 (D) are views for explaining the start of cutting, and cutting is performed in the order of FIGS. 10 (A) to 10 (D) from the state where the
まず、切削工具130がn回転目のワークWに僅かに接触した場合(加工量(切粉の形状200a)を図10(A)にハッチングで示す)、その反力値は略三角形状の小さな山形で現れる。
次に、切削工具130が前進したn回転目のワークWに接触すると(加工量(切粉の形状200b)を図10(B)にハッチングで示す)、その反力値の波形はやや大きな山形で現れる。
続いて、切削工具130がn+1回転目のワークWに接触すると(加工量(切粉の形状200c)を図10(C)にハッチングで示す)、その反力値はより大きな山形で現れ、次いで、切削工具130がn+2回転目のワークWに接触すると(加工量(切粉の形状200d)を図10(D)にハッチングで示す)、切り込み量がより大きくなるので、その反力値は略台形状で現れる。その後、この切り込み量を維持すると、反力値は略台形状で現れ続ける。
First, when the
Next, when the
Subsequently, when the
このように、切り込み始めでは、切り込み量が大きくなるに連れて、反力値の波形は略三角形状から台形状に変化する。よって、一定の振動周波数で直線加工した場合、図11(A)に示すような、ワークWの前進と後退を同じように繰り返す振動波形が得られていても、図11(B)に示すように、切り込み量が大きくなるに連れて切削工具の位置補正量を大きな値に変更すれば、反力値に対応した位置補正量が得られるので、ワークの加工精度をより一層向上させることができる。 As described above, at the beginning of cutting, the waveform of the reaction force value changes from a substantially triangular shape to a trapezoidal shape as the cutting amount increases. Therefore, when linear processing is performed at a constant vibration frequency, even if a vibration waveform that repeats the forward and backward movements of the work W in the same manner as shown in FIG. 11 (A) is obtained, as shown in FIG. 11 (B). In addition, if the position correction amount of the cutting tool is changed to a larger value as the depth of cut increases, the position correction amount corresponding to the reaction force value can be obtained, so that the machining accuracy of the work can be further improved. ..
一方、図12(A)〜(D)は切り終わりを説明する図であり、切削工具130とワークWとが大きく接触している状態から図12(A)〜(D)の順に、切削工具130とワークWとの加工量が小さくなるとともに切粉の形状も変化している。
まず、切削工具130がn回転目のワークWに接触した場合(加工量(切粉の形状201a)を図12(A)にハッチングで示す)、その反力値は略台形状で現れる。
On the other hand, FIGS. 12 (A) to 12 (D) are views for explaining the end of cutting, and the cutting tools are in the order of FIGS. 12 (A) to 12 (D) from the state where the
First, when the
次に、切削工具130が前進したn回転目のワークWに接触すると(加工量(切粉の形状201b)を図12(B)にハッチングで示す)、終了点付近に到達していて切削量が減っているので、その反力値の波形はやや小さな略台形状で現れる。
続いて、終了点に合わせるために前進量をさらに減らしたn+1回転目のワークWに接触すると(加工量(切粉の形状201c)を図12(C)にハッチングで示す)、その反力値はより小さな略台形状で現れ、次いで、終了点に合わせたn+2回転目のワークWに接触すると(加工量(切粉の形状201d)を図12(D)にハッチングで示す)、切り込み量が非常に小さくなるので、その反力値は潰れた略台形状で現れる。
Next, when the
Then, when it comes into contact with the work W at the n + 1th rotation in which the advancing amount is further reduced in order to match the end point (the processing amount (
このように、切り終わりでは切り込み量が小さくなるに連れて、反力値の波形は台形状の高さが低くなる。よって、図13(B)に示すように、切り込み量が小さくなるに連れて切削工具の位置補正量を小さな値に変更すれば、反力値に対応した位置補正量が得られるので、ワークの加工精度をより一層向上させることができる。
また、図13(A)に示すように、切り終わりにおけるワークWの前進量は次第に減少さし、終了点を大きく越えることなく終了点に到達させるので、この点もワークの加工精度の向上に貢献する。
As described above, at the end of cutting, as the cutting amount becomes smaller, the height of the trapezoidal shape of the reaction force value waveform becomes lower. Therefore, as shown in FIG. 13B, if the position correction amount of the cutting tool is changed to a smaller value as the cutting amount becomes smaller, the position correction amount corresponding to the reaction force value can be obtained. The processing accuracy can be further improved.
Further, as shown in FIG. 13A, the advancing amount of the work W at the end of cutting gradually decreases and reaches the end point without significantly exceeding the end point, which also improves the machining accuracy of the work. To contribute.
また、上記実施形態では、切削工具の変位量を打ち消す例で説明した。しかし、例えばシャンクやホルダーがワークWよりも高剛性の場合、ワークWの往動時には、図2の接点Pに切削抵抗(加工反力)が生じ、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向に分解したものが、それぞれワークWに生じた背分力(X軸の正方向)、主分力(紙面に対して手前方向)、送り分力(Z軸の負方向)となる。一方、ワークWの復動時には、往動時に受けた背分力Nxが加工量の減少に応じて徐々に緩和されていき、切削工具は、ワークWと接しない空振りの状態へ移行していく。このとき、接点Pは、往動時とは正負が逆の方向に目標位置と実際の位置とのズレが生じる。よって、本発明は、ワークの変位量を打ち消すための、ワークの位置補正量を設定して出力する場合にも適用される。 Further, in the above embodiment, an example of canceling the displacement amount of the cutting tool has been described. However, for example, when the shank or holder has a higher rigidity than the work W, cutting resistance (machining reaction force) is generated at the contact P in FIG. 2 when the work W moves forward, and the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction These are the back component force (positive direction of the X axis), main component force (front direction with respect to the paper surface), and feed component force (negative direction of the Z axis) generated in the work W, respectively. On the other hand, when the work W is restored, the back component force Nx received during the forward movement is gradually relaxed as the machining amount decreases, and the cutting tool shifts to a state of idle swing that does not come into contact with the work W. .. At this time, the contact P has a deviation between the target position and the actual position in the direction opposite to the forward / negative direction. Therefore, the present invention is also applied to the case where the position correction amount of the work for canceling the displacement amount of the work is set and output.
100 ・・・ 工作機械
110 ・・・ 主軸
110A・・・ 主軸台
120 ・・・ チャック
130 ・・・ 切削工具
130A・・・ 切削工具台
150 ・・・ X軸方向送り機構
151 ・・・ ベース
152 ・・・ X軸方向ガイドレール
153 ・・・ X軸方向送りテーブル
154 ・・・ X軸方向ガイド
155 ・・・ リニアサーボモータ
155a・・・ 可動子
155b・・・ 固定子
160 ・・・ Z軸方向送り機構
161 ・・・ ベース
162 ・・・ Z軸方向ガイドレール
163 ・・・ Z軸方向送りテーブル
164 ・・・ Z軸方向ガイド
165 ・・・ リニアサーボモータ
165a・・・ 可動子
165b・・・ 固定子
180 ・・・ 制御装置
181 ・・・ 制御部
182 ・・・ 反力検出部
183 ・・・ 記憶部
190 ・・・ モータ制御部
191 ・・・ 補間処理部
192 ・・・ 振動制御部
100 ・ ・ ・
Claims (5)
前記制御部は、
前記切削加工による反力を受けた前記切削工具または前記ワークの変位量を打ち消すための、前記切削工具または前記ワークの位置補正量を設定する補間処理手段と、
前記往復移動における往動時の前記位置補正量と、該往動時の前記位置補正量とは正負が逆方向の関係にある前記往復移動における復動時の前記位置補正量とを出力する振動制御手段とを有し、
前記切削工具が前記ワークを削るタイミングでは前記切削工具または前記ワークの変位量が補正され、前記切削工具がワークを削らないタイミングでは前記切削工具または前記ワークの変位量が補正されないように動作出力する、工作機械の制御装置。 A machine tool control device that executes cutting of a work by a control unit that controls the relative rotation of the work and the cutting tool and the reciprocating movement of the cutting tool with respect to the work in the machining feed direction. ,
The control unit
An interpolation processing means for setting a position correction amount of the cutting tool or the work for canceling the displacement amount of the cutting tool or the work subjected to the reaction force due to the cutting process.
Vibration that outputs the position correction amount at the time of reciprocation in the reciprocating movement and the position correction amount at the time of returning in the reciprocating movement in which the positive and negative directions are opposite to the position correction amount at the time of the reciprocating movement. possess and control means,
When the cutting tool cuts the work, the displacement amount of the cutting tool or the work is corrected, and when the cutting tool does not cut the work, the operation output is made so that the displacement amount of the cutting tool or the work is not corrected. , Machine tool control device.
A machine tool provided with the control device for the machine tool according to any one of claims 1 to 4.
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