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JP7195110B2 - 工作機械及び制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、工具によりワークを切削加工する工作機械及びその制御装置に関する。
従来、工作機械として、ワークを保持するワーク保持手段と、ワークを切削加工する工具を保持する刃物台と、ワーク保持手段に保持されたワークと工具とを所定の送り方向に相対移動させる送り手段と、ワーク保持手段に保持されたワークと工具とをワークの軸心を中心として相対回転させる回転手段と、ワーク保持手段に保持されたワークと工具とを所定の振動条件でワークの軸心に垂直な方向に相対的に振動させる振動手段と、ワークと工具とを、互いに相対回転させた状態で送り方向に相対移動させつつワークの軸心に垂直な方向に相対的に振動させて工具によるワークの振動切削加工を行うとともに、振動切削加工を行った後にワークと工具とをワークの軸心に垂直な方向に相対的に振動させることなく互いに相対回転させつつ送り方向に相対移動させてワークの仕上げ代を工具により切削する仕上げ切削加工を行うように、送り手段、回転手段及び振動手段の作動を制御する制御部と、を有する工作機械が知られている（例えば特許文献１参照）。
このような工作機械では、互いに切込み量が相違する複数のパスに分けて振動切削加工を行う構成とするとともに、これら複数のパスを所定回のパスが前回のパスによる切削加工済みの部分を通る設定とすることで、振動切削加工時に工具によりワークが切削されない空振り期間を生じさせて、切屑を順次分断しながらワークの切削加工を行うことができる。
国際公開第２０１６／０５６５２６号
しかし、上記従来の工作機械では、振動切削加工においてワークを所定の径にまで振動切削加工しても、当該切削後のワークの表面には、工具の振動の軌跡に応じた形状で所定の径よりも径方向外側に突出する切残し部分が生じるので、振動条件によっては振動切削加工の完了後にワークに生じる切残し部分が大きくなり、ワークを仕上げ切削加工する際に、工具に過大な負荷が加わる虞があるという問題があった。
本発明は、このような問題点を解決することを課題とするものであり、その目的は、振動切削加工後に行う仕上げ切削加工において工具に過大な負荷が加わることを防止することが可能な工作機械及びその制御装置を提供することにある。
本発明の工作機械は、ワークを保持するワーク保持手段と、前記ワークを切削加工する工具を保持する刃物台と、前記ワーク保持手段に保持された前記ワークと前記刃物台に保持された前記工具とを所定の送り方向に相対移動させる送り手段と、前記ワーク保持手段に保持された前記ワークと前記刃物台に保持された前記工具とを前記ワークの軸心を中心として相対回転させる回転手段と、前記ワーク保持手段に保持された前記ワークと前記刃物台に保持された前記工具とを所定の振動条件で前記ワークの軸心に垂直な方向に相対的に振動させる振動手段と、前記ワークと前記工具とを互いに相対回転させた状態で前記送り方向に相対移動させつつ前記ワークの軸心に垂直な方向に相対的に振動させて前記工具による前記ワークの振動切削加工を行うとともに、前記振動切削加工を行った後に前記ワークと前記工具とを前記ワークの軸心に垂直な方向に相対的に振動させることなく互いに相対回転させつつ前記送り方向に相対移動させて前記ワークの仕上げ代を前記工具により切削する仕上げ切削加工を行うように、前記送り手段、前記回転手段及び前記振動手段の作動を制御する制御部と、を有する工作機械であって、前記振動切削加工を行う前に、前記振動条件に基づいて前記振動切削加工を実行したときに前記ワークに残る仕上げ代を算出し、前記仕上げ代は、前記振動切削加工後に行う前記仕上げ切削加工における最大切取り量であり、且つ、前記最大切取り量は、前記ワークの切残し量及び前記工具の前記ワークへの切込み量の和である仕上げ代算出手段と、前記仕上げ代算出手段により算出された前記仕上げ代が所定の閾値以下であるか否かを判定する判定手段と、を有することを特徴とする。
本発明の工作機械は、上記構成において、前記判定手段により前記仕上げ代算出手段によって算出された前記仕上げ代が前記閾値を超えていると判定されたときに警告を発する警告手段を有するのが好ましい。
本発明の工作機械は、上記構成において、前記判定手段により前記仕上げ代算出手段によって算出された前記仕上げ代が前記閾値を超えていると判定されたときに、前記仕上げ代が前記閾値以下となるように、前記振動切削加工の振動条件を変更する振動条件変更手段を有するのが好ましい。
本発明の工作機械は、上記構成において、前記判定手段により前記仕上げ代算出手段によって算出された前記仕上げ代が前記閾値を超えていると判定されたときに、前記仕上げ代が前記閾値以下となるように、前記ワークと前記工具とを前記ワークの軸心に垂直な方向に相対的に振動させることなく互いに相対回転させつつ前記送り方向に相対移動させて前記ワークの前記仕上げ代の一部を前記工具により切削する加工を追加する加工追加手段を有するのが好ましい。
本発明の工作機械は、上記構成において、前記振動切削加工が、互いに切込み量が相違する複数のパスに分けて行われるとともに、前記振動切削加工の複数の前記パスが、所定回のパスが前回のパスによる切削加工済みの部分を通るように設定されているのが好ましい。
本発明の工作機械は、上記構成において、前記振動切削加工が前記ワークへのネジ切り加工であるのが好ましい。
本発明の制御装置は、ワークを保持するワーク保持手段と、前記ワークを切削加工する工具を保持する刃物台と、前記ワーク保持手段に保持された前記ワークと前記刃物台に保持された前記工具とを所定の送り方向に相対移動させる送り手段と、前記ワーク保持手段に保持された前記ワークと前記刃物台に保持された前記工具とを前記ワークの軸心を中心として相対回転させる回転手段と、前記ワーク保持手段に保持された前記ワークと前記刃物台に保持された前記工具とを所定の振動条件で前記ワークの軸心に垂直な方向に相対的に振動させる振動手段と、を有する工作機械に用いられる制御装置であって、前記ワークと前記工具とを互いに相対回転させた状態で前記送り方向に相対移動させつつ前記ワークの軸心に垂直な方向に相対的に振動させて前記工具による前記ワークの振動切削加工を行うとともに、前記振動切削加工を行った後に前記ワークと前記工具とを前記ワークの軸心に垂直な方向に相対的に振動させることなく互いに相対回転させつつ前記送り方向に相対移動させて前記ワークの仕上げ代を前記工具により切削する仕上げ切削加工を行うように、前記送り手段、前記回転手段及び前記振動手段の作動を制御する制御部と、前記振動切削加工を行う前に、前記振動条件に基づいて前記振動切削加工を実行したときに前記ワークに残る仕上げ代を算出し、前記仕上げ代は、前記振動切削加工後に行う前記仕上げ切削加工における最大切取り量であり、且つ、前記最大切取り量は、前記ワークの切残し量及び前記工具の前記ワークへの切込み量の和である仕上げ代算出手段と、前記仕上げ代算出手段により算出された前記仕上げ代が所定の閾値以下であるか否かを判定する判定手段と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、振動切削加工後に行う仕上げ切削加工において工具に過大な負荷が加わることを防止することが可能な工作機械及びその制御装置を提供することができる。
本発明の一実施の形態の工作機械の構成を概略で示す図である。 図１に示す工作機械の工具とワークとの関係を概略で示す図である。 ワークに対する工具の加工経路を示す説明図である。 加工プログラムのチェック手順を示すフローチャート図である。 仕上げ切削加工を複数回のパスに分けて行う場合のワークに対する工具の加工経路を示す説明図である。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ例示説明する。
図１に示す本発明の一実施の形態である工作機械１００は、軸心をＺ軸方向に向けて配置された主軸１１０を有している。主軸１１０は先端にチャック１２０を備えており、チャック１２０によりワークＷを保持することができる。すなわち、主軸１１０はワークＷを保持するワーク保持手段として構成されている。
主軸１１０に保持されるワークＷとしては、例えば鋼材等の金属材料によって断面円形の棒状に形成された部材を用いることができる。
工作機械１００は切削工具台１３０Ａを備えている。切削工具台１３０Ａは、ワークＷを切削加工するバイト等の工具１３０を保持する刃物台として構成されており、切削工具台１３０Ａには工具１３０が装着されている。
主軸１１０は、図示しない主軸モータの動力によって回転駆動されるように主軸台１１０Ａに支持されている。主軸モータとしては、例えば、主軸台１１０Ａの内部において主軸台１１０Ａと主軸１１０との間に構成されるビルトインモータ等を採用することができる。主軸１１０が回転することにより、主軸１１０に保持されたワークＷと切削工具台１３０Ａに保持された工具１３０とが主軸１１０の軸心を中心として相対的に回転する。すなわち、主軸１１０は、主軸１１０に保持されたワークＷと工具１３０とをワークＷないし主軸１１０の軸心を中心として相対回転させる回転手段としての機能を有している。
工作機械１００のベッド側にはＸ軸方向送り機構１５０が設けられている。Ｘ軸方向送り機構１５０は、ベッド側と一体的なベース１５１と、Ｚ軸方向に対して上下方向で直交するＸ軸方向に延びる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はベース１５１に固定されている。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。
Ｘ軸方向送りテーブル１５３には、リニアサーボモータ１５５の可動子１５５ａが設けられ、ベース１５１には、リニアサーボモータ１５５の固定子１５５ｂが設けられている。Ｘ軸方向送りテーブル１５３は、リニアサーボモータ１５５により駆動されてＸ軸方向ガイドレール１５２に沿ってＸ軸方向に移動することができる。
切削工具台１３０ＡはＸ軸方向送りテーブル１５３に搭載されている。Ｘ軸方向送りテーブル１５３がＸ軸方向に移動すると、Ｘ軸方向送りテーブル１５３とともに切削工具台１３０ＡがＸ軸方向に移動し、工具１３０のＸ軸方向への移動が行われる。
また、Ｘ軸方向送りテーブル１５３は、工具１３０をワークＷに対して所定の切込み量（切込み深さ）となるようにＸ軸方向へ移動させた後、切削加工の際に、切削工具台１３０Ａに保持された工具１３０を主軸１１０に保持されたワークＷに対して、主軸１１０の軸心（Ｚ軸方向）に垂直なＸ軸方向に所定の振動条件で相対的に振動させることができる。すなわち、Ｘ軸方向送り機構１５０は、主軸１１０に保持されたワークＷと工具１３０とを所定の振動条件でワークＷの軸心に垂直なＸ軸方向に相対的に振動させる振動手段としての機能を有している。
工作機械１００のベッド側には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、ベッド等のＺ軸方向送り機構１６０の固定側と一体的なベース１６１と、Ｚ軸方向に延びてベース１６１に固定された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。
Ｚ軸方向送りテーブル１６３には、リニアサーボモータ１６５の可動子１６５ａが設けられ、ベース１６１には、リニアサーボモータ１６５の固定子１６５ｂが設けられている。Ｚ軸方向送りテーブル１６３は、リニアサーボモータ１６５により駆動されてＺ軸方向ガイドレール１６２に沿ってＺ軸方向に移動することができる。
主軸台１１０ＡはＺ軸方向送りテーブル１６３に搭載されている。Ｚ軸方向送りテーブル１６３がＺ軸方向に移動すると、Ｚ軸方向送りテーブル１６３とともに主軸台１１０ＡがＺ軸方向に移動し、主軸１１０のＺ軸方向への移動が行われる。
Ｘ軸方向送り機構１５０とＺ軸方向送り機構１６０とが協動して動作することにより、主軸１１０に保持されたワークＷと切削工具台１３０Ａに保持された工具１３０とを所定の送り方向に相対移動させることができる。すなわち、Ｘ軸方向送り機構１５０よるＸ軸方向への切削工具台１３０Ａ（工具１３０）の移動と、Ｚ軸方向送り機構１６０による主軸台１１０Ａ（主軸１１０）のＺ軸方向への移動とにより、主軸１１０に保持されたワークＷと工具１３０とを任意の送り方向に相対的に移動させることができる。このように、Ｘ軸方向送り機構１５０とＺ軸方向送り機構１６０は、送り手段として構成されている。
図２に示すように、主軸モータにより主軸１１０を回転駆動してワークＷと工具１３０とを相対的に回転させた状態で、ワークＷと工具１３０とを任意の送り方向に相対的に移動させつつワークＷの軸心に垂直な方向（切込み方向）に相対的に振動させることにより、工具１３０によってワークＷを振動切削する振動切削加工を行うことができる。また、振動切削加工を行った後、ワークＷと工具１３０とを、ワークＷの軸心に垂直な方向に相対的に振動させることなく、相対的に回転させた状態で任意の送り方向に相対的に移動させることにより、ワークＷの仕上げ代を工具１３０により切削する仕上げ切削加工を行うことができる。
工作機械１は制御装置Ｃを有している。制御装置Ｃとしては、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等の演算部とメモリ等の記憶部とを備えたマイクロコンピュータを用いることができる。制御装置Ｃには、例えば、振動切削加工や仕上げ切削加工の加工プログラムが入力され、記憶部に記憶されている。加工プログラムは、振動切削加工におけるワークＷに対する工具１３０の振動の振動条件を含む。
主軸１１０（主軸モータ）、Ｘ軸方向送り機構１５０及びＺ軸方向送り機構１６０は制御装置Ｃに接続されている。
制御装置Ｃは制御部Ｃ１としての機能を有している。制御部Ｃ１は、記憶部に記憶された加工プログラムに基づいて、上記振動切削加工及び仕上げ切削加工を行うように、主軸１１０、Ｘ軸方向送り機構１５０及びＺ軸方向送り機構１６０の作動を制御する。すなわち、制御部Ｃ１は、ワークＷと工具１３０とを互いに相対回転させた状態で送り方向に相対移動させつつワークＷの軸心に垂直な方向に相対的に振動させて工具１３０によるワークＷの振動切削加工を行うように、主軸１１０、Ｘ軸方向送り機構１５０及びＺ軸方向送り機構１６０の作動を制御する。上記した振動切削加工における工具１３０の振動は、記憶部に記憶された加工プログラム中の振動条件に基づいて実行される。また、制御部Ｃ１は、上記の振動切削加工を行った後、ワークＷと工具１３０とをワークＷの軸心に垂直な方向に相対的に振動させることなく互いに相対回転させつつ送り方向に相対移動させてワークＷの仕上げ代を工具１３０により切削する仕上げ切削加工を行うように、主軸１１０、Ｘ軸方向送り機構１５０及びＺ軸方向送り機構１６０の作動を制御する。
図３に示すように、本実施の形態においては、工作機械１は、上記の振動切削加工が、互いに切込み量が相違する複数のパスに分けて行われる構成となっている。すなわち、工作機械１は、ワークＷの軸方向の同一の送り位置において、ワークＷに対する工具１３０の切込み量をパス毎に徐々に大きくしながら工具１３０による振動切削加工を繰り返し行うことで、ワークＷに所定の切込み量の加工を行う。
また、上記構成において、振動切削加工の上記した複数のパスは、所定回のパスが前回のパスによる切削加工済みの部分を通るように設定されている。すなわち、振動切削加工における工具１３０の所定回のパスが前回のパスに対して位相が所定の角度（図示する場合では１８０度）だけずらされることにより、所定回のパスがワークＷの前回のパスよる切削加工済みの部分を通るように設定されている。ワークＷの外周面の所定回のパスによる切削部分に、前回のパスの切削済みの部分が含まれる設定とすることで、工作機械１は、振動切削加工時に、当該部分において切削中に工具１３０がワークＷに対して何ら切削を行わずに空削りする空振り期間を生じさせて、切屑を順次分断しながらワークＷの切削加工を行うことができる。これにより、振動切削加工時における切屑の処理を容易にすることができる。
図３においては、振動切削加工における複数のパスのうち最後の４回のパスをパスｎ－４、パスｎ－３、パスｎ－２及びパスｎ－１として示し、仕上げ切削加工のパスをパスｎとして示す。なお、各パスにおいて、ｎは自然数である。振動切削加工のパスは４回に限らず、任意に設定することができる。
図２に示すように、本実施の形態においては、上記した振動切削加工は、ワークＷの外周面に螺旋状のネジ溝を切削加工するネジ切り加工である。上記した振動切削加工でワークＷにネジ切り加工を行うことで、当該加工後のネジ溝に切屑が絡み付くことを防止して、当該ネジ切り加工を効率良く且つ正確に行うことができる。
制御装置Ｃは仕上げ代算出手段Ｃ２としての機能を有している。仕上げ代算出手段Ｃ２は、振動切削加工を行う前、より具体的には制御装置Ｃに加工プログラムが入力された後であって当該加工プログラムに基づいて工具１３０によるワークＷの振動切削加工を実行する前に、記憶部に記憶されている加工プログラムに基づいて、当該加工プログラムに基づいて工具１３０によるワークＷの振動切削加工を実行したときに、当該振動切削加工の完了後にワークＷに残ると予測される仕上げ代を算出する。仕上げ代は、振動切削加工の後に行われる仕上げ切削加工においてワークＷから切削されて除去される部分である。
仕上げ代算出手段Ｃ２による仕上げ代の算出についてより具体的に説明する。
ワークＷが所定の外径となるように工具１３０の切込み量を設定して振動切削加工の最後のパスにおける加工を行うと、ワークＷの外周面には工具１３０の振動による軌跡に応じた形状で所定の径よりも径方向外側に突出する切残し部分が生じることになる。特に、振動切削加工の複数のパスを、所定回のパスが前回のパスによる切削加工済みの部分を通るように設定した場合には、ワークＷの外周面には、最後のパスとその１回前のパスにおける工具１３０の軌跡に応じた形状で所定の径よりも径方向外側に突出する切残し部分が生じることになる。仕上げ代算出手段Ｃ２は、記憶部に記憶されている加工プログラムに基づいて振動切削加工を行ったときに、上記のようにワークＷの外周面に生じると予測される切残し量（切残し部分の径方向の高さ）を加工プログラム（及びワークＷの形状、外径等）に基づいて算出する。そして、仕上げ代算出手段Ｃ２は、算出した切残し量に、仕上げ切削加工における工具１３０のワークＷへの切込み量を加えることで、仕上げ切削加工における仕上げ代、すなわち仕上げ切削加工のパスにおいて工具１３０がワークＷから切削除去する最大切取り量を算出する。仕上げ切削加工がゼロカットで指令されている場合には、算出した切残し量が仕上げ代ないし最大切取り量となる。
本実施の形態では、図３に示すように、振動切削加工の複数のパスは、工具１３０のワークＷの軸心に垂直な方向の振動の振幅が、所定回のパスにおいて前回のパスよりも小さくなるように設定されている。当該設定により、振動切削加工を完了したときにワークＷに残る切残し量を低減することができる。なお、振動切削加工の全てのパスで振動の振幅が同一に設定される構成とすることもできる。
制御装置Ｃは判定手段Ｃ３としての機能を有している。判定手段Ｃ３は、仕上げ代算出手段Ｃ２により算出された仕上げ代（最大切取り量）が所定の閾値以下であるか否かを判定する。
判定手段Ｃ３による判定に用いられる所定の閾値は、ワークＷの材質、形状、外径、工具１３０の材質、形状、主軸１１０の回転速度、その他の切削条件等に応じて適宜設定される値であり、予め実験等により定められて制御装置Ｃに入力され、記憶部に記憶されている。閾値は、仕上げ切削加工において切削される想定切取り量の倍数で設定してもよく、絶対値で設定することもできる。
仕上げ代算出手段Ｃ２により算出された仕上げ代（最大切取り量）が所定の閾値以下であると判定手段Ｃ３により判定されると、制御装置Ｃは、記憶部に記憶されている加工プログラムに異常が無いと判断し、操作者から加工実施の指令が入力されたときに加工を実施可能な状態とされる。
一方、制御装置Ｃは、警告手段Ｃ４としての機能を有しており、判定手段Ｃ３により仕上げ代算出手段Ｃ２によって算出された仕上げ代（最大切取り量）が所定の閾値を超えていると判定されたときには、警告手段Ｃ４により、記憶部に記憶されている加工プログラムにエラー（異常）があることを示す警告が発せられる。本実施の形態では、警告手段Ｃ４は、例えば制御装置Ｃに設けられたモニタに当該エラーがあることを表示することで警告を発する構成とされている。
なお、警告手段Ｃ４は、仕上げ代算出手段Ｃ２によって算出された仕上げ代が所定の閾値を超えていることで加工プログラムにエラーがあることを工作機械１の操作者に認識させることができれば、例えば制御装置Ｃに接続された警告灯を点燈する構成としたり、制御装置Ｃに接続された警報発生源から警報音を発する構成としたりするなど、他の方法ないし構成で警告を発する構成とすることもできる。
次に、図４に基づいて本実施の形態の工作機械１において、ワークＷに所定の形状のネジ切り加工を行う前に、当該加工のために制御装置Ｃに入力された加工プログラムのエラーをチェックする手順について説明する。
加工プログラムが制御装置Ｃに入力されると、振動切削加工が行なわれる前に、ステップＳ１において、仕上げ代算出手段Ｃ２は、記憶部に記憶された加工プログラムに基づき、当該加工プログラムに基づいて工具１３０によるワークＷの振動切削加工を実行したときに当該振動切削加工の完了後にワークＷに残る切残し量を算出する。
次に、ステップＳ２において、仕上げ代算出手段Ｃ２が、ステップＳ１において算出した切残し量に、仕上げ切削加工における工具１３０のワークＷへの切込み量（加工プログラムに記載されている）を加えて、仕上げ切削加工における仕上げ代、すなわち仕上げ切削加工のパスにおけるワークＷからの最大切取り量を算出する。
次に、ステップＳ３において、予め設定されて記憶部に記憶されている閾値が呼び出されると、ステップＳ４において、判定手段Ｃ３が、ステップＳ２において算出された切取り量（仕上げ代）がステップＳ４において呼び出された所定の閾値以下であるか否かを判定する。
ステップＳ４において、判定手段Ｃ３によって切取り量が閾値以下であると判定されると、ステップＳ５において、制御装置Ｃが加工プログラムに異常がないと判断し、加工プログラムのエラーのチェックが終了する。
上記チェックにおいて加工プログラムに異常がないと判断された場合には、工作機械１はワークＷの加工を実施可能な状態とされる。したがって、制御装置Ｃに操作者から加工実施の指令が入力されると、制御部Ｃ１が主軸１１０、Ｘ軸方向送り機構１５０及びＺ軸方向送り機構１６０の作動を制御して、ワークＷに対する振動切削加工及び仕上げ切削加工が順次実行される。
一方、ステップＳ４において、切取り量が閾値を超えていると判定されると、ステップＳ６において、警告手段Ｃ４により制御装置Ｃのモニタに加工プログラムにエラー（異常）があることが表示される。モニタにエラーが表示されることにより、操作者は、当該加工プログラムに基づいてワークＷの加工を実施すると、仕上げ切削加工において工具１３０が切削する仕上げ代（最大切取り量）が大きくなって、工具１３０に過大な負荷が加わる虞があることを認識することができる。当該エラーを認識した操作者は、制御装置Ｃに記憶させた加工プログラムにおける振動条件等を修正することができる。
警告手段Ｃ４による警告が発生られたときに、制御装置Ｃのモニタに、振動切削加工における工具１３０の振動の波形ないしコンター図（振動の輪郭の図）を表示する構成とすることもできる。これにより、切残し量ないし最大切取り量を操作者に直感的に認識させて、加工プログラムの操作者の手動による修正を容易に行い得るようにすることができる。
工作機械１では、Ｘ軸方向送り機構１５０の機械的な追従性の限界ないし切屑を確実に分断するとの要求により、振動切削加工における工具１３０の振幅を、仕上げ切削加工において工具１３０が切削する最大切取り量を閾値以下となる程度にまで小さくすることが出来ない場合がある。この場合、当該加工プログラムに基づいてワークＷの加工を実行すると、仕上げ切削加工において工具１３０に過大な負荷が加わる虞がある。
これに対し、本実施の形態の工作機械１では、ワークＷの加工を実行する前に、加工プログラムのエラーをチェックすることにより、操作者が、ワークＷを実際に加工する前に、仕上げ切削加工において工具１３０に過大な負荷が加わる虞があることを認識することができる。これにより、ワークＷの加工を実行する前に加工プログラムを修正することが可能となるので、エラーを有する加工プログラムに基づいてワークＷが加工されることを未然に防止して、振動切削加工後に行う仕上げ切削加工において工具１３０に過大な負荷が加わることを防止することができる。また、工具１３０に過大な負荷が加わることを防止することで、工具１３０に破損等が生じることを防止することができる。
特に、工作機械１によってワークＷにネジ切り加工を行う場合には、振動切削加工の完了後にワークＷに生じる切残し量が大きくなると、ワークＷを仕上げ切削加工する際に工具１３０に加わる負荷か顕著に大きくなり、工具１３０に破損の虞や寿命の低減を生じさせるとともに仕上げ面の精度が低下する虞があるが、本実施の形態の工作機械１によれば、ワークＷにネジ切り加工を行う場合であっても、エラーを有する加工プログラムに基づいてワークＷが加工されることを未然に防止して、振動切削加工後に行う仕上げ切削加工において工具１３０に過大な負荷が加わることを防止することができる。これにより、工作機械１によってワークＷにネジ切り加工を行う場合において、工具１３０の寿命を向上させるとともに、ネジ切り部分の仕上げ精度を高めることができる。
さらに、本実施の形態の工作機械１によれば、加工プログラムに基づいて工具の軌跡の画像を算出し、当該画像における工具の軌跡と目標のワークの形状とを画像上で比較することで加工時にワークに過大な負荷が加わるか否かを判定する方法に比べて、より容易かつ正確に、仕上げ切削加工において工具１３０に過大な負荷が加わる虞があることを判定することができる。
本実施の形態では、図４のステップＳ４において、切取り量が閾値を超えていると判定されたときに、ステップＳ６において、警告手段Ｃ４により制御装置Ｃのモニタに加工プログラムにエラー（異常）があることを表示する構成とし、当該エラーを認識した操作者が加工プログラムを修正する構成としているが、ステップＳ４において切取り量が閾値を超えていると判定されたときに、ステップＳ６において、加工プログラムを制御装置Ｃにより自動的に修正する構成とすることもできる。
この場合、例えば、図１に二点鎖線で示すように、制御装置Ｃに振動条件変更手段Ｃ５としての機能を設けた構成とすることができる。振動条件変更手段Ｃ５は、ステップＳ４において切取り量が閾値を超えていると判定されたときに、切取り量（仕上げ代）が閾値以下となるように加工プログラムに含まれる振動切削加工の振動条件を自動的に変更する。振動条件変更手段Ｃ５は、例えば、振動切削加工の振動条件を、振動切削加工の最後のパスの振幅を修正前よりも小さくするように修正する。これにより、振動切削加工が完了した後にワークＷの外周面に残る切残し量（切残し部分の径方向の高さ）を修正前よりも小さくして、仕上げ切削加工において工具１３０が切削する最大切取り量を閾値以下とすることができる。
振動条件変更手段Ｃ５は、ステップＳ４において切取り量が閾値を超えていると判定されたときに、振動切削加工の振動条件を、振動切削加工の最後のパスの振幅を修正前よりも小さくするように修正する構成に限らず、振動切削加工の最後のパスに加えてその前回のパスの振幅を修正前よりも小さくするように修正するなど、振動切削加工が完了した後にワークＷの外周面に残る切残し量を修正前よりも小さくすることができれば、当該修正の方法は種々変更可能である
また、例えば、図１に二点鎖線で示すように、制御装置Ｃに、振動条件変更手段Ｃ５に替えて加工追加手段Ｃ６としての機能を設けた構成とすることができる。加工追加手段Ｃ６は、ステップＳ４において切取り量が閾値を超えていると判定されたときに、図５に示すように、振動切削加工の後であって仕上げ切削加工の前に、ワークＷと工具１３０とをワークＷの軸心に垂直な方向に相対的に振動させることなく互いに相対回転させつつ送り方向に相対移動させてワークＷの仕上げ代の一部を工具１３０により切削する加工（図５において、ｎパスとして示す）を追加する。当該追加の加工は、仕上げ代の一部を切削加工する際の切取り量が上記した閾値以下となるように設定される。１度の追加の加工では、仕上げ代を上記した閾値以下とすることができない場合には、それぞれ切取り量が上記した閾値以下となる複数の加工を追加して、これらの追加の加工により仕上げ代を順次切削除去する構成とすることもできる。このような構成により、仕上げ切削加工が行われる前に、ワークＷの外周面に残る切残し量（切残し部分の径方向の高さ）を修正前よりも小さく加工することができる。これにより、仕上げ切削加工（図５において、ｎ＋１パスとして示す）において工具１３０が切削する最大切取り量を閾値以下として、仕上げ切削加工において工具１３０に過大な負荷が加わることを防止することができる。
上記した振動条件変更手段Ｃ５を設けた構成では、Ｘ軸方向送り機構１５０の機械的な追従性の限界ないし切屑を確実に分断するとの要求により、振動切削加工における工具１３０の振幅を、仕上げ切削加工において工具１３０が切削する最大切取り量を閾値以下となる程度にまで小さくすることが出来ない場合があるが、加工追加手段Ｃ６を設けた構成とすれば、このような場合でも、仕上げ切削加工において工具１３０が切削する最大切取り量を閾値以下とすることができる。また、追加の加工のパスは、振動切削加工において加工済みの部分を通るので、切屑を分断しつつ切削加工を行うことができる。
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
本実施の形態においては、主軸台１１０Ａと切削工具台１３０Ａの両方を移動する構成としているが、主軸台１１０Ａまたは切削工具台１３０Ａの何れか一方を工作機械１００のベッド側に移動不能に固定し、何れか他方をＸ軸方向及びＺ軸方向に移動させる構成とすることもできる。
本実施の形態においては、Ｘ軸方向送り機構１５０及びＺ軸方向送り機構１６０を、それぞれリニアサーボモータ１５５、１６５によって駆動される構成としているが、ボールネジとサーボモータとを備えたものなど、他の駆動装置等によって駆動される構成とすることもできる。
本実施の形態においては、工具１３０に対してワークＷを回転させる構成としたが、ワークＷに対して工具１３０を回転させる構成としてもよい。この場合、工具１３０としてドリル等の回転工具が考えられる。
本実施の形態においては、工作機械１は、Ｘ軸方向送り機構１５０とＺ軸方向送り機構１６０とに加えて、主軸１１０に保持されたワークＷと工具１３０とを、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に直交するＹ軸方向に相対移動させるＹ軸方向送り機構を備えた構成とすることもできる。Ｙ軸方向送り機構は、Ｘ軸方向送り機構１５０と同様の構造とすることができる。
本実施の形態においては、工作機械１を、ワークＷにネジ切り加工を行うものとしたが、これに限らず、ワークＷにネジ切り以外の切削加工を行うものとすることもできる。
１００ 工作機械
１１０ 主軸
１１０Ａ 主軸台
１２０ チャック
１３０ 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
Ｃ 制御装置
Ｃ１ 制御部
Ｃ２ 仕上げ代算出手段
Ｃ３ 判定手段
Ｃ４ 警告手段
Ｃ５ 振動条件変更手段
Ｃ６ 加工追加手段

Claims (7)

  1. ワークを保持するワーク保持手段と、
    前記ワークを切削加工する工具を保持する刃物台と、
    前記ワーク保持手段に保持された前記ワークと前記刃物台に保持された前記工具とを所定の送り方向に相対移動させる送り手段と、
    前記ワーク保持手段に保持された前記ワークと前記刃物台に保持された前記工具とを前記ワークの軸心を中心として相対回転させる回転手段と、
    前記ワーク保持手段に保持された前記ワークと前記刃物台に保持された前記工具とを所定の振動条件で前記ワークの軸心に垂直な方向に相対的に振動させる振動手段と、
    前記ワークと前記工具とを互いに相対回転させた状態で前記送り方向に相対移動させつつ前記ワークの軸心に垂直な方向に相対的に振動させて前記工具による前記ワークの振動切削加工を行うとともに、前記振動切削加工を行った後に前記ワークと前記工具とを前記ワークの軸心に垂直な方向に相対的に振動させることなく互いに相対回転させつつ前記送り方向に相対移動させて前記ワークの仕上げ代を前記工具により切削する仕上げ切削加工を行うように、前記送り手段、前記回転手段及び前記振動手段の作動を制御する制御部と、を有する工作機械であって、
    前記振動切削加工を行う前に、前記振動条件に基づいて前記振動切削加工を実行したときに前記ワークに残る仕上げ代を算出し、前記仕上げ代は、前記振動切削加工後に行う前記仕上げ切削加工における最大切取り量であり、且つ、前記最大切取り量は、前記ワークの切残し量及び前記工具の前記ワークへの切込み量の和である仕上げ代算出手段と、
    前記仕上げ代算出手段により算出された前記仕上げ代が所定の閾値以下であるか否かを判定する判定手段と、を有することを特徴とする工作機械。
  2. 前記判定手段により前記仕上げ代算出手段によって算出された前記仕上げ代が前記閾値を超えていると判定されたときに警告を発する警告手段を有する、請求項１に記載の工作機械。
  3. 前記判定手段により前記仕上げ代算出手段によって算出された前記仕上げ代が前記閾値を超えていると判定されたときに、前記仕上げ代が前記閾値以下となるように、前記振動切削加工の振動条件を変更する振動条件変更手段を有する、請求項１に記載の工作機械。
  4. 前記判定手段により前記仕上げ代算出手段によって算出された前記仕上げ代が前記閾値を超えていると判定されたときに、前記仕上げ代が前記閾値以下となるように、前記ワークと前記工具とを前記ワークの軸心に垂直な方向に相対的に振動させることなく互いに相対回転させつつ前記送り方向に相対移動させて前記ワークの前記仕上げ代の一部を前記工具により切削する加工を追加する加工追加手段を有する、請求項１に記載の工作機械。
  5. 前記振動切削加工が、互いに切込み量が相違する複数のパスに分けて行われるとともに、
    前記振動切削加工の複数の前記パスが、所定回のパスが前回のパスによる切削加工済みの部分を通るように設定されている、請求項１～４の何れか１項に記載の工作機械。
  6. 前記振動切削加工が前記ワークへのネジ切り加工である、請求項１～５の何れか１項に記載の工作機械。
  7. ワークを保持するワーク保持手段と、
    前記ワークを切削加工する工具を保持する刃物台と、
    前記ワーク保持手段に保持された前記ワークと前記刃物台に保持された前記工具とを所定の送り方向に相対移動させる送り手段と、
    前記ワーク保持手段に保持された前記ワークと前記刃物台に保持された前記工具とを前記ワークの軸心を中心として相対回転させる回転手段と、
    前記ワーク保持手段に保持された前記ワークと前記刃物台に保持された前記工具とを所定の振動条件で前記ワークの軸心に垂直な方向に相対的に振動させる振動手段と、を有する工作機械に用いられる制御装置であって、
    前記ワークと前記工具とを互いに相対回転させた状態で前記送り方向に相対移動させつつ前記ワークの軸心に垂直な方向に相対的に振動させて前記工具による前記ワークの振動切削加工を行うとともに、前記振動切削加工を行った後に前記ワークと前記工具とを前記ワークの軸心に垂直な方向に相対的に振動させることなく互いに相対回転させつつ前記送り方向に相対移動させて前記ワークの仕上げ代を前記工具により切削する仕上げ切削加工を行うように、前記送り手段、前記回転手段及び前記振動手段の作動を制御する制御部と、
    前記振動切削加工を行う前に、前記振動条件に基づいて前記振動切削加工を実行したときに前記ワークに残る仕上げ代を算出し、前記仕上げ代は、前記振動切削加工後に行う前記仕上げ切削加工における最大切取り量であり、且つ、前記最大切取り量は、前記ワークの切残し量及び前記工具の前記ワークへの切込み量の和である仕上げ代算出手段と、
    前記仕上げ代算出手段により算出された前記仕上げ代が所定の閾値以下であるか否かを判定する判定手段と、を有することを特徴とする制御装置。
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