机床的控制装置的制作方法

本发明涉及一种进行摆动加工的机床的控制装置。

背景技术：

如果在利用机床的工具加工工件时连续地产生切屑，则有时切屑会缠绕于工具。在这样的情况下，需要使机床停止，以从工具去除切屑，从而耗费时间，导致生产效率降低。并且，有可能由于切屑而损伤工件，有时导致工件的质量降低。

关于这一点，例如已知一种通过使工具与工件沿加工方向相对地摆动(摆动动作)来将切屑切碎的摆动加工(例如参照专利文献1和2)。进行摆动加工(摆动动作)的机床的控制装置通过对沿加工方向进给工具或工件的进给轴的伺服电动机给出正弦波状(或余弦波状)的进给指令，来使工具与工件沿加工方向相对地摆动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-56515号公报

专利文献2：国际公开第2017/051745号

技术实现要素：

发明要解决的问题

在这样的摆动动作中，例如由于在位置指令中叠加正弦波状(或余弦波状)的摆动指令，因此产生加速度的变化，其结果，对机床造成的负担增加。关于这一点，考虑在摆动动作中减少摆动的次数。

关于基于加工程序指令进行的摆动动作的有效/无效的设定，是以加工程序的程序段为单位设定的。例如在加工程序包括加工程序段(例如，切削加工程序段)和非加工程序段(例如，快进程序段)的情况下，在加工程序段中摆动动作被设定为有效，在非加工程序段中摆动动作被设定为无效。即，在加工程序段的中途无法对摆动动作的有效/无效(on/off)进行切换。

因此，在机床的控制装置中，期望在加工程序的加工程序段中对摆动动作的有效/无效进行切换来减少摆动的次数。

用于解决问题的方案

本公开所涉及的机床的控制装置用于一边使工件与工具相对地摆动一边加工所述工件，以将通过加工产生的切屑切碎，所述机床的控制装置具备：位置指令制作部，其制作使所述工件与所述工具相对地移动的位置指令；摆动动作执行判定部，其解析用于加工所述工件的加工程序，判定在所述加工程序的加工程序段中是否进行使所述工件与所述工具相对地摆动的摆动动作；摆动动作间歇执行判定部，在由所述摆动动作执行判定部判定为进行所述摆动动作的情况下，所述摆动动作间歇执行判定部通过在所述加工程序的加工程序段中基于所述机床的状态判定使所述摆动动作有效还是无效，来判定是否间歇性地进行所述摆动动作；摆动指令制作部，在由所述摆动动作间歇执行判定部判定为使所述摆动动作有效的情况下，所述摆动指令制作部生成使所述工件与所述工具相对地摆动的摆动指令；以及加法运算器，其将所述位置指令和所述摆动指令相加。

发明的效果

根据本公开，在机床的控制装置中，能够在加工程序的加工程序段中对摆动动作的有效/无效进行切换来减少摆动的次数。

附图说明

图1是概要地示出具备本实施方式所涉及的机床的控制装置的加工系统的结构的图。

图2是示出本实施方式所涉及的机床的控制装置的结构的图。

图3是示出摆动动作中的进给量与旋转角度的关系的图。

图4是用于说明以往的钻孔加工的图。

图5是示出以往的钻孔加工的循环时间的图。

图6是用于说明由本实施方式所涉及的机床的控制装置进行的钻孔加工(存在间歇性的摆动动作)的图。

图7是示出由本实施方式所涉及的机床的控制装置进行的钻孔加工(存在间歇性的摆动动作)的循环时间的图。

附图标记说明

1：加工系统；10：机床；11：工具；20：控制装置；22：位置指令制作部；23：摆动指令制作部；24：摆动动作执行判定部；25：摆动动作间歇执行判定部；26：控制部；26a：加法运算器；29：存储部；m0：主轴(主轴电动机)；m1、m2：进给轴(伺服电动机)；w：工件。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式的一例进行说明。此外，在各附图中，对相同或相当的部分标注相同的附图标记。

(第一实施方式)

图1是概要地示出具备第一实施方式所涉及的机床的控制装置的加工系统的结构的图，图2是示出第一实施方式所涉及的机床的控制装置的结构的图。此外，在图1中仅示出图2所示的机床的控制装置的主要部分。图1所示的加工系统1具备机床10以及控制机床10的控制装置20。

机床10具有工具11。工具11对具有例如圆筒形、圆柱形、圆锥形或者圆台形等形状的工件w进行车削加工。在图1的例子中，工具11对工件w的外周面进行车削加工。在图1的例子中，将成为工件w的旋转轴的该工件的中心轴线设为z轴，将与z轴垂直的轴线设为x轴。

机床10不限于加工沿z轴的方向的形状为直线状的工件，还能够加工沿z轴的方向的形状为圆弧状的工件。另外，机床10不限于加工工件的外周面，还能够加工圆筒形这样的工件的内周面。另外，机床10不限于进行车削加工，还能够进行切削、磨削或研磨等加工。

机床10具有主轴m0、与主轴m0协调动作的两个进给轴m1、m2。主轴m0包括主轴电动机，进给轴m1、m2包括伺服电动机。主轴m0以及进给轴m1、m2由控制装置20来控制。

主轴m0使工件w绕该工件的中心轴线(z轴)旋转。进给轴m1能够进行沿z轴方向(第一方向)进给工具11以及使工具11沿z轴方向往复运动即摆动这两方。进给轴m2能够进行沿x轴方向(第二方向)进给工具11以及使工具11沿x方向往复运动即摆动这两方。

在对圆柱形或者圆筒形的工件进行车削加工的情况下，使工件w绕该工件的中心轴线(z轴)旋转，并且仅沿着沿工件的外周面的母线的z轴方向(该情况的加工方向)进给工具11。

另一方面，在对如圆锥形或圆台形、或者圆弧形的工件那样外径在z轴方向上不同的工件进行车削加工的情况下，使工件w绕该工件的中心轴线(z轴)旋转，并且沿着沿工件的外周面的母线的倾斜方向(z轴方向与x轴方向的合成方向)(该情况下的加工方向)进给工具11。在该情况下，为了沿着沿工件w的外周面的母线的倾斜方向进给工具11，至少需要两个进给轴m1、m2。通过控制进给轴m1和进给轴m2这两方，来沿着沿工件w的外周面的母线的倾斜方向进给工具11。

控制装置20使用计算机来构成，该计算机具备经由总线彼此连接的、rom(readonlymemory：只读存储器)、ram(randomaccessmemory：随机存取存储器)等存储器、cpu(controlprocessingunit：中央处理单元)以及通信控制部。控制装置20还具备位置指令制作部22、摆动指令制作部23、控制部26(包括加法运算器26a)以及存储部29，这些各部的功能或动作能够通过上述计算机中搭载的cpu、存储器以及该存储器中存储的控制程序相协作来实现。

存储部29存储有工件w的加工条件等。工件w的加工条件包括工件w与工具11的绕工件w的中心轴线的相对的旋转速度、工具11与工件w的相对的进给速度以及进给轴m1、m2的位置指令等。

也可以是，控制装置20与cnc(computernumericalcontroller：计算机数字控制器)、plc(programmablelogiccontroller：可编程逻辑控制器)等上级计算机(未图示)连接，从上级计算机向存储部29输入上述的旋转速度、进给速度等。另外，也可以是，存储部29或位置指令制作部22不在控制装置20内，而是设置于上述的上级计算机。

另外，也可以是，存储部29存储有由机床10执行的加工程序，控制装置20内的cpu(未图示)从该加工程序读出上述的旋转速度和进给速度来作为加工条件输出到位置指令制作部22、摆动指令制作部23或控制部26。

位置指令制作部22制作使工件w与工具11相对地移动的位置指令。具体地说，位置指令制作部22具有基于工件w与工具11的绕工件w的中心轴线的相对的旋转速度以及工具11与工件w的相对的进给速度来制作进给轴m1、m2的位置指令(移动指令)的功能。该位置指令为向控制部26指示沿着沿工件w的外周面的母线的方向(加工方向)相对进给工具11与工件w时的目标位置的指令。

摆动指令制作部23生成使工件w与工具11相对地摆动的摆动指令。具体地说，摆动指令制作部23基于上述的旋转速度和进给速度来制作进给轴m1的摆动指令，使得成为相对于上述的旋转速度而言的正的非整数倍的摆动频率并且使工具11对工件w进行间歇切削。摆动指令是被制作为与上述的绕中心轴线的旋转速度不同步的周期性的指令，包括摆动频率和摆动振幅。后述的摆动指令的式(1)中的s/60×i的项的值相当于摆动频率，式(1)中的k×f/2的项的值相当于摆动振幅。在后面叙述摆动指令制作部23的详情。

此外，上述的间歇切削是指一边使工具11周期性地接触工件w和离开工件w一边对工件w进行车削加工，也称作摆动切削或者振动切削。另外，在图1中设为工件w旋转并且工具11相对于工件w进行摆动，但也可以是工具11绕工件w的中心轴线旋转并且工件w相对于工具11进行摆动的结构。另外，在图1中，利用一个进给轴m1、m2进行工件w的进给动作和摆动动作这两方，但也可以是利用不同的进给轴分别进行工件w的进给动作和摆动动作的结构。

控制部26具有加法运算器26a，来将位置指令和摆动指令相加。具体地说，控制部26具有如下功能：基于对上述的位置指令与进给轴m1、m2的实际位置之差即位置偏差加上上述的摆动指令所得到的合成指令(例如位置指令值)来制作转矩指令，从而控制进给轴m1、m2。进给轴m1、m2的实际位置相当于由搭载于该进给轴m1、m2的编码器等位置检测部(未图示)得到的位置反馈值。

下面，详细地说明摆动指令制作部23。图3是示出进给量与旋转角度的关系的图。图3中的横轴表示工件w的旋转角度，纵轴表示工具11在加工方向(即，图1的沿工件w的外周面的母线的方向)上的进给量。图3示出了沿倾斜方向延伸的多条直线状虚线c1、c2、c3…。根据图3可知，虚线c1与纵轴之间的交点的纵轴坐标相当于下一虚线c2的开始点处的纵轴坐标。同样，虚线c2与纵轴之间的交点的纵轴坐标相当于下一虚线c3的开始点处的纵轴坐标。这些多个直线状虚线c1、c2、c3…表示在无摆动指令的情况下工具11在工件w上的轨迹。另一方面，图3所示的曲线a1、a2、a3…表示在有摆动指令的情况下工具11在工件w上的轨迹。也就是说，虚线c1、c2、c3等仅表示加上摆动指令之前的位置指令(原始的指令值)，曲线a1、a2、a3等表示加上摆动指令之后的位置指令。因而，曲线a1、a2、a3表示对由虚线c1、c2、c3表示的各位置指令加上余弦波状的摆动指令所得到的指令。

另外，曲线a1是工具11在工件w的第一圈旋转中的轨迹，曲线a2是工具11在工件w的第二圈旋转中的轨迹，曲线a3是工具11在工件w的第三圈旋转中的轨迹。为了简洁，省略工具11在工件w的第四圈旋转及此后的旋转中的轨迹的图示。

摆动指令制作部23如以下这样制作摆动指令。摆动指令制作部23决定余弦波状的摆动频率，以制作分别以虚线c1、c2、c3为基准轴线的曲线a1、a2、a3这样的指令，其中，虚线c1、c2、c3是由位置指令制作部22制作出的进给轴m1、m2的位置指令。后述的式(1)中的s/60×i的项的值为摆动频率。

在决定上述的摆动频率的情况下，优选如图3所示那样，使以某虚线例如虚线c2为基准轴线的余弦波状的曲线a2的初始相位相对于以前一条虚线例如虚线c1为基准轴线的余弦波状的曲线a1错开半个周期。其原因是，在错开了半个周期的情况下，能够使摆动指令的摆动振幅最小，其结果，能够最高效地将切屑切碎。

摆动指令制作部23决定上述的摆动指令的摆动振幅，以制作分别以虚线c1、c2、c3为基准轴线的曲线a1、a2、a3这样的指令。后述的式(1)中的k×f/2的项的值为摆动振幅。图3所示的曲线a1与曲线a2在旋转角度约为0度的位置b1和旋转角度约为240度的位置b2处相互重合。根据图3可知，在位置b1、b2处，与虚线c1对应的曲线a1的最大值大于与虚线c2对应的曲线a2的最小值。换言之，优选的是，摆动指令制作部23以前一曲线a1与后一曲线a2局部地彼此重合的方式决定摆动振幅。此外，由于进给速度恒定，因此在曲线a1、a2、a3中各摆动指令的摆动振幅也全部相同。

在该重合位置b1、b2处，工具11在以曲线a2的轨迹进行加工时离开工件w，因此不对工件w进行加工。在本实施方式中，周期性地产生这样的重合位置b1、b2，因此能够进行所谓的间歇切削。在图3所示的例子中，通过按照曲线a2的动作，在位置b1、b2处分别产生切屑。也就是说，在第二圈旋转的曲线a2中产生两处切屑。由于周期性地进行这样的间歇切削，因此能够进行振动切削。

并且，相对于虚线c3形成的曲线a3的形状与曲线a1的形状相同。曲线a2与曲线a3在旋转角度约为120°的位置b3和旋转角度约为360°的位置b4处重合。通过按照曲线a3的动作，在位置b3、b4处分别产生切屑。也就是说，在第三圈旋转的曲线a3中产生两处切屑。此后，工件每旋转一圈产生两处切屑。但是，在第一圈旋转中不产生切屑。

通过这样决定摆动频率和摆动振幅，控制部26内的摆动指令制作部23制作摆动指令。

例如，如下式(1)那样表示摆动指令。

[数式1]

在式(1)中，k为摆动振幅倍率，f为工件w每旋转一圈的工具11的移动量、即每转进给量[mm/rev]，s为绕工件w的中心轴线的旋转速度[min^-1]或[rpm]，i为摆动频率倍率。此处，上述的摆动频率相当于式(1)中的s/60×i的项，上述的摆动振幅相当于式(1)中的k×f/2的项。其中，摆动振幅倍率k为1以上的数，摆动频率倍率i为大于零的非整数(例如0.5、0.8、1.2、1.5、1.9、2.3、或者2.5、…等正的非整数)。摆动振幅倍率k以及摆动频率倍率i为常数(在图3的例子中，i为1.5)。

不将摆动频率倍率i设为整数的原因是，在成为与绕工件w的中心轴线的转速完全相同的摆动频率的情况下，无法产生上述的重合位置b1、b2、b3、b4等，从而得不到通过摆动切削产生的切屑的切碎效果。

另外，根据式(1)，摆动指令为从以表示位置指令的各虚线c1、c2、c3为基准轴线的余弦波减去作为偏移值的(k×f/2)的项所得到的指令。因此，能够在工具11的加工方向上将基于位置指令的位置作为上限，来控制基于对位置指令加上摆动指令所得到的合成指令值的工具11的位置轨迹。因此，图3的曲线a1、a2、a3等在+方向(即，工具11的加工方向)上不超过虚线c1、c2、c3等。

并且，通过设为用式(1)表示的那样的摆动指令，根据图3的曲线a1可知，避免在工具11的加工开始点(横轴的0°的位置)在工具11的进给方向上一开始就出现大的摆动。

此外，设为在决定摆动频率和摆动振幅时调整的各参数(式(1)中的k、i)的初始值在机床10运转前被存储于存储部29。工件w的旋转速度(s)作为加工条件被预先存储于存储部29。根据该旋转速度(s)和由位置指令制作部22制作的位置指令来求出每转进给量f。

例如，在工件加工形状为圆筒形、圆柱形的情况下，沿着如下加工方向进行摆动，该加工方向是沿工件w的外周面的母线的进给轴m1(z轴)方向。

另一方面，在工件加工形状为圆锥形、圆台形(渐缩)的情况下或者包括圆弧形的情况下，例如，沿着如下加工方向进行摆动，该加工方向是沿工件w的外周面的母线的倾斜方向、即进给轴m1(z轴)方向与进给轴m2(x轴)方向的合成方向。

并且，如图2所示，控制装置20具备摆动动作执行判定部24和摆动动作间歇执行判定部25。

摆动动作执行判定部24解析加工程序，判定在加工程序的加工程序段中是否进行上述的摆动动作。例如，加工程序以程序段为单位指示摆动动作。例如，加工程序在切削加工程序段中指示摆动动作，在快进等非切削加工程序段中不指示摆动动作。即，摆动动作执行判定部24以加工程序的程序段为单位，判定是否进行上述的摆动动作。

在由摆动动作执行判定部24判定为执行摆动动作的情况下，摆动动作间歇执行判定部25例如通过在切削加工程序段中基于机床10的状态判定使摆动动作有效还是无效，来判定是否间歇性地进行摆动动作。由此，摆动动作间歇执行判定部25在切削加工程序段中设定摆动动作的开始/结束。换言之，摆动动作间歇执行判定部25在切削加工程序段中对摆动动作的有效/无效(on/off)进行切换。

在由于通过加工产生的切屑而导致机床的状态不正常的情况下，例如在切屑连续地缠绕于工具而未进行正常的车削加工的情况下，摆动动作间歇执行判定部25判定为使摆动动作有效。另一方面，在机床的状态正常的情况下，摆动动作间歇执行判定部25判定为使摆动动作无效。

例如，摆动动作间歇执行判定部25基于机床10的伺服电动机或主轴电动机的反馈信息、或者用于检测机床10的振动的振动传感器s1的反馈信息(检测振动)、或者用于检测机床10的声音的声音传感器s2的反馈信息(检测声音)，来判定机床10的状态。

例如，当切屑连续地缠绕于工具时，推断出：

·伺服电动机的动作受到限制，伺服电动机的位置指令与位置反馈之间的位置偏差变大，

·或者主轴电动机的动作受到限制，主轴电动机的负荷或驱动电流变大，

·或者机床的振动变大，

·或者机床的声音变大，

·或者机床的动作受到限制，机床的声音变小。

由此，例如，

·在伺服电动机的位置指令与位置反馈之间的位置偏差超过规定的阈值的情况下，或者

·在主轴电动机的负荷或驱动电流超过规定的阈值的情况下，或者

·在振动传感器s1的检测振动超过规定的阈值的情况下，或者

·在声音传感器s2的检测声音在规定的范围外的情况下，

摆动动作间歇执行判定部25判定为由于通过加工产生的切屑而导致机床为非正常的状态。此外，这些规定的阈值也可以被预先存储在存储部29中。

或者，摆动动作间歇执行判定部25在推断为由于通过加工产生的切屑导致机床的状态不正常的情况下，例如在推断为切屑连续地缠绕于工具而无法进行正常的车削加工的情况下，判定为使摆动动作有效。另一方面，在推断为机床的状态正常的情况下，摆动动作间歇执行判定部25判定为使摆动动作无效。

例如，摆动动作间歇执行判定部25基于加工程序的执行信息来推断机床的状态。

例如，

·当工件与工具的相对的加工距离变长时，或者

·当工件的加工时间变长时，或者

·当工件的加工量增多时，

推断为切屑连续地缠绕于工具。

由此，例如，

·在工件与工具的相对的加工距离超过规定的阈值的情况下，或者

·在工件的加工时间超过规定的阈值的情况下，或者

·在工件的加工量超过规定的阈值的情况下，

摆动动作间歇执行判定部25推断为由于通过加工产生的切屑而导致机床10的状态不正常。此外，这些规定的阈值也可以被预先存储在存储部中。另外，也可以是，当发生了摆动时将加工距离、加工时间以及加工量初始化为0。另外，也可以将加工距离、加工时间以及加工量设为总量，用阈值的间隔推断为机床10的状态不正常。

上述的摆动指令制作部23在由摆动动作间歇执行判定部25判定为使摆动动作有效的情况下生成上述的摆动指令，在由摆动动作间歇执行判定部25判定为使摆动动作无效的情况下不制作上述的摆动指令。

上述控制部26具有加法运算器26a，来将位置指令和摆动指令相加。

如以上所说明的那样，根据第一实施方式的机床的控制装置20，即使在加工程序的加工程序段中，也能够间歇性地执行摆动动作，因此也即能够对摆动动作的有效/无效(on/off)进行切换，因此能够减少摆动的次数，其结果，能够减少对机床10造成的负担。

另外，除了根据上述的加工程序指令以外，还能够根据plc的i/o信号来设定摆动动作的有效/无效。但是，在根据plc的i/o信号设定摆动动作的有效/无效的情况下，摆动动作的开始/结束会延迟i/o信号的处理时间。另外，plc的梯形图程序(ladderprogram)等的制作负担大。

关于这一点，根据第一实施方式的机床的控制装置20，由于不依赖于plc的i/o信号，因此摆动动作的开始/结束不会延迟。

(第二实施方式)

在第一实施方式中，例示了在车削加工中进行摆动加工的方式，但在第二实施方式中，例示在钻孔加工中进行摆动加工的方式。

图4是用于说明以往的钻孔加工的图。如图4所示，在以往的钻孔加工中，利用主轴电动机使工具11绕z轴旋转，并且利用伺服电动机使工具11沿z轴方向(该情况下的加工方向)移动。在这样的钻孔加工中存在以下指令：在切入固定量(实线)之后进行微小拔出(虚线)的高速深钻孔循环。

在具有高速深钻孔循环的钻孔加工中，也能够将切屑切碎，但如图5所示，循环时间延长，导致加工时间延长。

在这种钻孔加工中，如果使用本公开的摆动动作来取代高速深钻孔循环，则能够避免循环时间延长。

第二实施方式所涉及的机床的控制装置20的结构与图1及图2所示的第一实施方式的机床的控制装置20的结构相同。在第二实施方式所涉及的机床的控制装置20中，相比于第一实施方式的机床的控制装置20而言，不同点在于进行钻孔加工来代替车削加工。另外，位置指令制作部22在执行了高速深钻孔循环时，制作无拔出动作的以往的钻孔加工的位置指令。另外，在第二实施方式所涉及的机床的控制装置20中，相比于第一实施方式的机床的控制装置20而言，摆动动作间歇执行判定部25的功能和动作不同。

摆动动作间歇执行判定部25具有上述的摆动动作间歇执行判定部25的功能和动作。并且，摆动动作间歇执行判定部25解析加工程序，在加工程序在钻孔加工程序段中指示以往的高速深钻孔循环进行工具11的拉回动作的期间，摆动动作间歇执行判定部25判定为使上述的摆动动作有效。另一方面，在加工程序在钻孔加工程序段中指示以往的高速深钻孔循环进行工具11的拉回动作的期间以外的期间，摆动动作间歇执行判定部25判定为使摆动动作无效(图6)。即，摆动动作间歇执行判定部25判定是否间歇性地进行摆动动作。

该第二实施方式的机床的控制装置20也具有与第一实施方式的机床的控制装置20相同的优点。即，即使在加工程序的加工程序段中，也能够间歇性地执行摆动动作，因此也即能够对摆动动作的有效/无效(on/off)进行切换，因此能够减少摆动的次数，其结果，能够减少对机床造成的负担。

另外，根据第一实施方式的机床的控制装置20，由于不依赖于plc的i/o信号，因此摆动动作的开始/结束不会延迟。

并且，根据第二实施方式的机床的控制装置20，如图7所示，循环时间不会延长，从而加工时间不会延长。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述的实施方式，能够进行各种变更和变形。例如，在上述的实施方式中例示了进行车削加工或钻孔加工的机床的数值控制装置，但本公开不限定于此，能够应用于进行各种加工的机床的控制装置。

另外，在上述的实施方式1中，例示了在工件w旋转的同时工具11沿着工件w的外周面的母线摆动的结构，但本公开不限定于该结构。本公开的实施例1所涉及的机床只要是如下结构即可：控制用于使工件w与工具11绕工件w的中心轴线相对地旋转的主轴m0以及用于在沿着该中心轴线的加工方向上相对地进给工件w和工具11的至少一个进给轴m1或m2，来对工件w进行加工。例如，能够想到在工具11绕工件w的中心轴线旋转的同时工件w相对于工具11摆动的结构、或者在工件w旋转的同时工件w相对于工具11在沿着工件w的外周面的母线的方向上摆动的结构。在本公开中，工具11绕工件w的中心轴线旋转以切削工件w的加工方法也为加工的一种。另外，在实施方式2中，例示了在钻孔加工中进行摆动的结构，但本公开不限定于该结构。也可以是加工中心、磨床等结构。