机床的控制装置的制作方法

本发明涉及在螺纹切削加工时多轴协调进行螺纹切削的机床的控制装置。特别是涉及能够高效地进行螺纹切削时的切屑的切碎的机床的控制装置。

背景技术：

以往，螺纹切削加工以各种方法被执行。例如，使用具备多轴的机床，使多轴协调进行螺纹切削加工的情况较多。这样的螺纹切削加工通过对圆柱的工件的表面呈螺旋状进行车削加工而实现。使该车削加工在圆柱的工件的表面反复进行，由此最终形成图5那样的深度充分的螺纹槽10，作为整体完成螺纹12的加工。

车削加工的中途的状态示于图6。如图6所示，针对工件14的螺纹槽10的切削通过在工件14上的预定的轨迹10a(螺纹槽10的位置)上利用切削刀具16切削多次而进行。图6是刚开始切削的状态，且是螺纹槽10尚浅的状态。通过反复多次切削而形成较深的螺纹槽10(参照图5)，完成最终的螺纹12。此外，如图6所示，轨迹10a也存在于工件14的里侧。另外，在图6中，轨迹10a根据其性质为了方便而利用与螺纹槽10相同的线来表示。

在图6中，工件14安装于主轴18并旋转。如包围主轴18的圆形的箭头c所示的那样旋转。这里，将由箭头c表示的旋转坐标轴称为c轴。即，c轴是表示绕主轴的角度的角度坐标。

切削刀具16在旋转的工件14表面的轨迹10a上移动，切削加工螺纹槽10。因此，切削刀具16需要与工件14的c轴方向的旋转同步，并沿着作为工件14的长边方向的坐标轴的z轴(参照图6)移动。箭头z表示z坐标轴(以下，称为z轴)的方向。

通过这样的z轴方向的切削刀具16的移动，如图6中的p2所示，切削所谓的螺旋状的螺纹槽10，而形成螺纹12。若切削刀具16的z轴方向的移动较快，则螺纹槽10描绘更加陡峭的螺旋，在切削刀具16的z轴方向的移动较慢的情况下，螺纹槽10描绘更加缓慢的螺旋。

另外，如上所述，切削进行多次，最初形成较浅的螺纹槽10，每反复多次切削，逐渐形成更深的螺纹槽10。即，切削刀具16被控制为按照切削的次数逐渐向与工件14的表面垂直方向的x坐标轴(参照图6)方向移动，相对于工件14在逐渐深的位置进行切削。箭头x表示x坐标轴(以下，称为x轴)的方向。通过这样的控制，最终完成图5所示的螺纹12。

即使在这样的螺纹切削加工中，也需要适当地进行切屑的切碎处理。因此，提出各种技术。例如，在专利文献1公开了具有切削结束(切り上げ)运动、切入运动、或者圆运动插入功能的数值控制装置。该专利文献1所记载的数值控制装置能够解析由程序指定的切削结束运动、切入运动的动作条件，基于解析结果，将切削结束运动、切入运动插入到车削加工中。另外，该数值控制装置能够解析由程序指定的圆运动的动作条件，基于解析结果，将圆运动插入到车削加工中。其结果，记载了实现使机床执行能够进行切屑的断开的车削加工的数值控制装置。

另外，根据专利文献2，公开了在通过多次的切入加工进行螺纹切削加工的装置中，使振动相对于驱动轴的移动重叠，在各切入加工中使振动相位移位量错开的技术。记载了根据该装置，每次切入都适当地调整振动的相位，由此能够通过振动进行切屑的断开。

另外，根据专利文献3，公开了使切刃向工件的径向相对地振动，进行切入加工，该切入的切削加工部分局部包含其他的切入的切削加工部分的技术。记载了通过这样的结构，能够断开切削过程中的切屑。

专利文献1：日本专利第5902753号公报

专利文献2：日本专利第5851670号公报

专利文献3：国际公开wo2016/056526号

技术实现要素：

然而，在上述专利文献1的技术中，能够插入切削结束、切入运动等，但这些运动是切削刀具的运动，不执行与工件的运动同步的处理。即，在专利文献1中，在上述运动的插入时，进行动作条件的解析，判断是否能够插入，是不与伴随着工件的运动的螺纹切削加工的处理同步的处理(振动)。

另外，在上述专利文献2的技术中，公开了调整摆动(振动)的相位的技术，但与专利文献1相同，该摆动(振动)不与伴随着工件的运动的螺纹切削加工的处理同步。

另外，在上述专利文献3中，记载了切削刀具向工件的径向的振动，但不与伴随工件的运动的螺纹切削加工同步。

因此，在现有的摆动加工中，不与螺纹切削加工完全同步，因此原理上难以通过1遍高效地进行切屑的切碎。

本发明是鉴于上述而完成的，目的在于，提供一种进行多轴同步的摆动动作，间断地执行切削结束动作与切入动作，由此能够通过1遍高效地将切屑切碎的机床的控制装置。

本申请的发明人们根据这样的观点，发现了为了将螺纹切削加工时的切屑切碎，若使工件旋转轴、刀具进给轴、刀具的径向动作轴的至少3个轴同步地进行摆动运动，则能够进行与螺纹切削加工一致的摆动，从而能够通过1遍高效地将切屑切碎。具体而言，本发明采用下述的方法。

(1)本发明提供一种机床的控制装置，其使用多个轴，对作为螺纹切削加工的对象的工件(例如，后述的工件214)进行螺纹切削加工，该机床的控制装置(例如，后述的控制装置100)具备：移动指令生成部(例如，后述的移动指令生成部104)，其生成针对所述多个轴的移动指令；摆动指令生成部(例如，后述的圆弧指令生成部102)，其生成用于至少使工件旋转轴(例如，后述的主轴218)、刀具进给轴(例如，后述的z轴)以及径向动作轴(例如，后述的x轴)这3种轴进行至少使所述工件旋转轴、所述刀具进给轴以及所述径向动作轴这3种轴同步的摆动动作的摆动指令，该摆动指令用于使针对所述工件进行所述螺纹切削加工的切削刀具(例如，后述的切削刀具216)间断地进行对所述工件进行切削结束动作的同时从所述工件远离的动作以及对所述工件的切入动作；和加法器(例如，后述的加法器106)，其将所述移动指令和所述摆动指令相加，并输出相加后的总移动指令(例如，后述的速度指令)，所述控制装置对所述机床输出所述总移动指令。

(2)在(1)的机床的控制装置中，也可以是，所述摆动动作为圆弧动作，所述摆动指令为圆弧指令。

(3)在(1)或(2)所记载的机床的控制装置中，所述摆动指令生成部生成用于在预定周期进行所述间断的动作的所述摆动指令。

(4)在(3)所记载的机床的控制装置中，所述预定周期为与所述工件旋转轴同步的周期。

(5)在(3)所记载的机床的控制装置中，所述预定周期为所设定的任意的时间周期。

(6)在(3)所记载的机床的控制装置中，所述预定周期为通过外部信号规定的周期。

根据本发明，能够通过进行螺纹切削时的摆动动作而以1遍高效地将切屑切碎。

附图说明

图1是表示本实施方式的控制装置100的结构的功能框图。

图2是本实施方式的控制装置100执行的各轴同步的摆动动作(圆弧动作)的说明图。

图3是图2的a部的放大图。

图4是从图3的箭头d观察的各轴同步的摆动动作(圆弧动作)的说明图。

图5是通过螺纹切削加工制作的螺纹的外观图。

图6是表示为了制作螺纹而正执行螺纹切削加工的方式的说明图。

具体实施方式

以下，基于附图，对本发明的一个实施方式进行说明。

图1是表示本实施方式的机床的控制装置100的结构的功能框图。如图1所示，控制装置100具备：圆弧指令生成部102、移动指令生成部104、加法器106和控制部108。控制装置100的这些各结构也可以由记述其动作的程序和执行该程序的cpu构成。另外，也可以由计算机构成控制装置100，该计算机的cpu执行记述了控制装置100的各结构的功能的程序，由此实现各结构。

圆弧指令生成部102从外部输入圆弧动作设定，生成应该施加于移动指令的摆动指令。圆弧动作设定是操作人员对控制装置100设定摆动指令的圆弧的动作的数据。例如，圆弧动作设定也可以是操作人员经由键盘、触摸面板输入的圆弧动作设定的数据。该圆弧动作设定也可以是包含构成摆动的圆弧的频率(周期)、各轴的振幅等的参数。输入了这样的参数的圆弧指令生成部102基于这些参数生成圆弧动作的摆动指令(圆弧指令)。这里所说的圆弧动作可以为圆的圆弧，也可以包含椭圆的圆弧。

圆弧指令生成部102能够由记述上述的动作的程序、执行该程序的cpu和输入圆弧动作设定的输入接口(键盘等)构成。

在本实施方式中，特征在于，能够将摆动指令所指令的摆动动作指令为圆弧动作，因此，为了方便，将该摆动指令称为圆弧指令。这里，为了将摆动指令生成为圆弧指令，也可以是多个轴同步摆动的指令。这样各轴进行同步的摆动，由此合计的摆动例如能够以描绘圆弧的方式摆动，从而能够生成圆弧指令。作为圆弧指令的摆动指令实现的摆动的具体动作之后详述。

移动指令生成部104生成对工件例如进行螺纹切削加工的情况下的各轴的移动指令。这样，基于预定的加工程序，生成各轴的移动指令是在现有的控制装置中也执行的事项。例如，进行螺纹切削加工的情况下的各轴的移动指令的方式在图6中已经说明。

加法器106将上述的移动指令与圆弧指令(摆动指令)相加，并减去位置反馈值。计算出的位置偏差向电动机120输出。这样，通过在移动指令加上圆弧指令，能够对各轴的动作施加摆动。另外，通过减去位置反馈值，能够实现所谓的位置反馈控制。

控制部108与输入的位置偏差对应地，生成驱动电动机120的指令并向电动机120输出。基于该指令，驱动切削刀具的电动机120，使切削刀具相对于工件移动。

该(每个轴的)指令供给至电动机120，机床的各轴例如进行图6中说明的动作，从而进行螺纹切削加工。在本实施方式中，特征在于，在该螺纹切削加工中，对各轴施加作为圆弧指令的摆动指令。在本实施方式中，各轴的摆动指令同步，因此成为圆弧指令。

作为本实施方式的特征事项的圆弧指令的动作示于图2。图2与图6相同，是表示螺纹切削加工的中途的方式的图，通过车削加工进展，最终完成图5所示的螺纹12。如图2所示，即便在本实施方式的螺纹切削加工中，工件214也安装于主轴218并旋转。将该旋转坐标表示为c轴。图2的箭头c表示该c轴，c轴是表示旋转角的角度坐标的情况与图6相同。

与工件214的长边方向平行的轴是z轴。图2的箭头z表示该z轴。切削刀具216沿着该z轴移动，由此在工件214上的表面切削出螺旋状的螺纹槽210。此时，控制装置100输出的速度指令使c轴与z轴的动作同步，从而能够切削螺旋状的螺纹槽210。在本实施方式中，特征之一在于，c轴的摆动与z轴的摆动同步。其结果，如图2中的p1所示，能够施加沿着基于速度指令的切削刀具216切削的螺纹槽210的摆动，从而能够沿着螺纹槽210将切屑切碎。

以往，存在在各轴中摆动被独立地施加的情况，在该情况下，假定不必成为沿着螺纹槽210的摆动，无法将切屑高效地切碎的情况。与此相对，在本实施方式中，c轴的摆动与z轴的摆动同步，因此该摆动的动作设为沿着螺纹槽210的摆动，从而能够实现切屑的高效的切碎。

这样，在本实施方式中，圆弧指令生成部102生成使各轴同步的圆弧指令，因此切削刀具216能够断续地进行边进行针对工件214的切削结束动作边从工件214分离的动作、和针对工件214的切入动作。因此，更能够实现切屑的高效的切碎。

切削刀具216的前端部的a部的放大图示于图3。在a部的情况下，c轴成为朝向与附图大致垂直方向的坐标轴。x轴、z轴是与图2相同的朝向。如图3所示，切削刀具216根据x轴的速度指令，也进行沿着x轴的动作，该动作与c轴、z轴的动作同步，由此如已经在图6等中说明的那样，实现螺纹切削加工。切削刀具216每当切削工件214时，便向x轴方向的深度方向移动，从而将螺纹槽210逐渐切深。在图3中，螺纹槽210呈尚浅的状态，但伴随着切削进展，螺纹槽210变得更深，最终切削进展至由b表示的深度。此外，在图2、图3中，箭头x表示x轴。向x轴方向的摆动由切入与切削结束构成。切入是指切削刀具216向接近工件214的方向摆动，切削结束是指切削刀具216向从工件214分离的方向摆动。这样，使切削结束与切入间断动作，由此能够将从工件214产生的切屑切碎。

在本实施方式中，特征在于，使用在c轴与z轴的基础上，还包含x轴在内的同步的摆动。这样同步的结果，使切削刀具216切削结束，切削刀具216能够从过去的位置再次进行切入，从而能够进行切屑的高效的切碎。

这样，在本实施方式中，通过使上述的3个轴同步的摆动动作而实现切削结束动作与切入动作的间断动作。这里，作为轴，也可以采用各种轴。例如，可以为工件旋转轴(在本实施方式中，主轴相当于其适当的一个例子)，也可以为刀具进给轴(在本实施方式中，z轴相当于适当的一个例子)。另外，也可以采用为应用使径向动作(在本实施方式中，x轴方向的动作相当于其适当的一个例子)同步的摆动的轴之一。

从图3的箭头d方向观察的图示于图4。从箭头d观察，因此代替c轴，z轴成为相对于附图垂直方向的轴。c轴是旋转坐标轴，因此准确地说是成为描绘圆弧的坐标轴，但在图2的a部那样的较窄的范围内，如图4所示，能够表示为近似大致直线的坐标。

如图4所示，使本实施方式的c轴上的摆动动作与x轴上的摆动动作同步。由此，如图4所示，切削刀具216的前端部分边进行描绘圆弧的摆动，边向c轴方向以及z轴方向移动，进行针对工件214的切削。其结果，切削刀具216能够从工件214远离，从而能够将切屑切碎(或者称为断开)。在图4中，利用圆抽象地表现切削刀具216的前端的动作，但由于边以描绘圆弧的方式旋转，边向加工方向前进，所以实际上描绘更加复杂的轨迹。

这样，在本实施方式中，特征在于，至少3个轴(x轴、z轴、c轴)的摆动同步。其结果，第一，切削刀具216能够以描绘圆弧的方式进行运动，由此切削刀具216能够从工件214远离。第二，能够使针对工件的加工(例如，螺纹切削加工)的方向与摆动的方向一致，因此例如能够进行沿着螺纹槽210的摆动。

因此，也存在无需所谓的精加工的情况，能够通过所谓的1遍进行加工，从而也能够实现不易受各种加工条件左右的处理。

另外，无需该所谓的精加工，因此能够实现更高效的工作处理。例如，在上述的专利文献2的技术中，最后必然需要精加工处理(不是摆动的加工处理)。因此，根据本实施方式，能够更缩短加工时间。

为了进行本实施方式的摆动的同步，需要各轴的摆动的频率一致。

这样，若具有频率(周期)，则能够实现同步。在各轴的摆动波形的振幅、相位不同的情况下，切削刀具216所描绘的圆弧通常成为椭圆。若调节各轴的摆动的振幅、相位，则能够描绘各种圆弧。在本实施方式中，使这样的摆动至少在3个轴中同步，因此能够进行沿着加工方向的摆动。

这样，根据本实施方式，能够间断地进行使切削刀具216相对于工件214边进行切削结束边从工件214远离的动作、以及针对工件214切入的动作。该间断动作的周期能够各种方式决定。

例如，能够将间断动作的周期设为与主轴218等的工件旋转轴同步的周期。另外，例如，能够设为预先决定的任意的时间周期。另外，例如，也可以尚未根据外部信号规定的周期。在该情况下，可以将外部信号设为表示其周期的时钟信号，外部信号也可以供给为表示周期的数据。

以上，对本发明的一个实施方式详细地进行了说明，但上述的实施方式只不过表示实施本发明时的具体例。本发明的技术范围不限定于上述的实施方式。本发明能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更，这些变更也全部包含于本发明的技术范围内。

例如，在上述的实施方式中，以主轴218使工件214旋转的情况为例进行了说明，但也可以设为主轴使切削刀具216旋转的结构。即便在该情况下，也可以通过主轴的旋转执行同样的处理。即，既可以是主轴为工件旋转轴的情况，也可以是刀具旋转轴的情况。

另外，在上述的实施方式中，使3个轴同步，但也可以使4个以上的轴同步。

另外，在上述的实施方式中，以摆动例如是正弦波的情况为前提进行了说明，但也可以是周期性的波形，只要能够定义频率(周期)则也可以为任意的波形。例如，也可以在矩形波、三角波的情况下应用本发明。在这样的情况下，切削刀具216的前端不必描绘圆、圆弧，也可以描绘三角形、矩形。

符号说明

10、10a、10b、210—螺纹槽，

12—螺纹，

14、214—工件，

16、216—切削刀具，

18、218—主轴，

100—控制装置，

102—圆弧指令生成部，

104—移动指令生成部，

106—加法器，

108—控制部，

120—电动机，

a—部分，

b—(完成时的)螺纹槽，

c—c轴，

d—箭头，

x—x轴，

z—z轴。