JPH04240043A - 切削装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、ミーリング
や旋削等の切削加工を行う切削装置の制御方法の改良に
関し、特に、切削工具の欠損の危険性が低減されるよう
にしたものである。

【０００２】

【従来の技術】ミーリングや旋削等の切削を行うにあた
って、切削工具の欠損は、切削時の安定性を妨げるとと
もに、不良率及び工具費の増大を招くため、従来から問
題となっていた。このような問題を解決する従来の対策
としては、下記のようなものがある。

【０００３】１．切削工具そのものの材質若しくは刃先
形状を工夫することにより、切削工具の欠損を防止し、
安定性の向上を図る。 ２．切削工具に本来期待される寿命より、はるかに少な
い使用頻度で使用を中断することにより、予期せぬ欠損
が生じる確率を低減する。 ３．切削工具の欠損の有無を常時監視することにより、
欠損が生じた場合の早期発見を可能にし、そして、欠損
が生じたら、切削を中断して切削工具の交換を行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の解決策では、多少の改善は図れるが、不
十分な点も多く、より効果的な解決策が望まれていた。 ここで、本発明者等は、切削工具の欠損の原因は、定常
切削時に切削工具に加わる負荷ではなく、切削開始時及
び切削終了時における負荷の急変であるという結論に達
した。

【０００５】即ち、切削工具の切刃に加わる負荷を測定
してみると、非切削時と切削時との境界においては、負
荷が急激に変化するだけではなく、切削開始時には定常
切削時の負荷よりも大きな負荷が瞬間的に加わり、切削
終了時には切削時の大きな負荷が除去されるため、切削
時と反対向きの負荷が瞬間的に加わっていることが判る
（図３波形Ｃ参照）。

【０００６】つまり、切削開始時及び切削終了時には、
急激な衝撃力の変化が、切削工具の刃先に集中して加わ
るため、切削工具の欠損を招いているのである。この発
明は、このような考察に基づいてなされたものであって
、切削開始時及び切削終了時における負荷の変化を小さ
くすることにより、予期せぬ切削工具の欠損を防止でき
る切削装置の制御方法を提供することを目的としている
。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、被切削物に対して切削工具を相対的に
移動させ且つそれら被切削物及び切削工具の少なくとも
一方を回転させて切削を行う切削装置の制御方法であっ
て、前記移動の速度及び前記回転の速度の内の少なくと
も一方の速度を、前記被切削物に前記切削工具が接触す
る直前若しくは切削開始時点から所定の間及び前記被切
削物から前記切削工具が離脱する切削終了時点前の所定
の間は、定常切削時の速度よりも遅くする。

【０００８】

【作用】被切削物及び切削工具間の相対的な移動速度を
、被切削物に切削工具が接触する直前若しくは切削開始
時点から所定の間は、定常切削時の速度よりも遅くした
場合は、切削開始時及びそれから所定の間は、切削工具
に加わる負荷が定常切削時よりも小さくなり、負荷の変
化は小さい。

【０００９】一方、被切削物又は切削工具の回転数を遅
くし、被切削物若しくは切削工具の１回転当たりの送り
速度を一定にした場合は、切削工具に加わる定常負荷は
殆ど変わらないが、動的な負荷変動が小さくなる。また
、切削終了時において相対移動速度を遅くした場合は、
被切削物から切削工具が離脱する切削終了時点前の所定
の間も、定常切削時の速度よりも遅いので、定常切削時
の負荷よりも小さい負荷が加わった状態で、被切削物か
ら切削工具が離脱することになり、負荷の変化は小さい
。

【００１０】一方、被切削物又は切削工具の回転数を遅
くし、被切削物若しくは切削工具の１回転当たりの送り
速度を一定にした場合は、離脱時の負荷の除荷が緩やか
になり、動的な負荷変動が小さくなる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１及び図２は本発明の第１実施例を示す図で
あり、切削装置の側面図である図１に基づいて、先ず実
施例の構成を説明する。即ち、この切削装置１は、数値
制御装置２の制御によって自動的に棒材３の外径を旋削
する装置であって、数値制御装置２から出力される制御
信号を増幅するサーボアンプ４と、このサーボアンプ４
が増幅した制御信号に応じて回転駆動して送りねじ６を
回転させる電動モータ５と、送りねじ６を介して取り付
けられた移動テーブル７と、移動テーブル７上に固定さ
れた切削工具８と、棒材３を回転させる回転駆動装置（
そのチャック９のみを示す）と、を備えている。

【００１２】なお、送りねじ６の長手方向は、棒材３の
軸方向と同じ方向であり、且つ、回転駆動装置は、棒材
３を、その中心軸を回転軸として回転させる。次に、本
実施例の動作を説明する。数値制御装置２から出力され
た制御信号は、サーボアンプ４で増幅された後に電動モ
ータ５に供給され、そして、電動モータ５が回転駆動す
ると、送りねじ６が回転して、移動テーブル７及び切削
工具８が所定速度で移動する。

【００１３】図２（１）は、切削工具８の移動距離と移
動速度との関係を示したグラフであり、図２（２）は、
切削工具８の移動距離と棒材３の回転数との関係を示し
たグラフである。なお、切削工具８の切刃が棒材３に接
触した時点を切削開始時点ａとし、切削工具８の切刃が
棒材３から離脱した時点を切削終了時点ｂとしている。

【００１４】制御開始直後は、切削工具８は比較的棒材
３から遠い位置にいるため、比較的速い速度ｖ０　で切
削工具８を移動させるとともに、棒材３を回転数Ｒ０　
で回転させる。ここで、棒材３の回転数は、制御開始時
から終了時まで、一定の回転数Ｒ０　のままである。つ
まり、本実施例では、切削工具８の移動速度を適宜制御
して、切削工具８の欠損を防ぐようにしている。

【００１５】そして、速度ｖ０　で所定距離移動させた
後に、移動速度を、速度ｖ０　よりは遅いが、定常切削
時の速度ｖ１　よりも速い速度ｖ２　にして、切削工具
８を棒材３に接触する直前まで移動させる。切削工具８
が棒材３に接触する直前まで移動したら、移動速度を、
定常切削時の速度ｖ１　よりも遅い速度ｖ３　に制御し
、その速度ｖ３　を維持したまま、切削工具８を棒材３
に接触させて切削を開始する。

【００１６】切削開始時点ａから所定距離ΔＳ１　移動
するまでの間は、速度ｖ３　を維持し、所定距離ΔＳ１
　を移動した後に、移動速度を、定常切削時の速度ｖ１
　まで上昇させる。この時の移動速度の変化は、衝撃の
発生しないように制御することができる。ここで、切削
開始時点ａから速度ｖ３　の状態を維持する所定距離Δ
Ｓ１　は、切削条件や棒材３の材質等により選定される
距離であるが、切削工具８の刃先ノーズＲより若干長く
選定することが望ましい。これは、切削工具８の刃先全
体が、棒材３に接触した後に定常切削となった方が、刃
先の欠損を確実に防げるからである。

【００１７】このように、比較的遅い速度ｖ３　で切削
工具８を棒材３に接触させて切削を開始するようにした
ため、切削工具８の刃先に加わる負荷の変化のグラフで
ある図３の波形Ａに示すように、負荷の変化量が小さく
なり、切削開始時に切削工具８の刃先に加わる負荷は従
来の制御方法（図３波形Ｃ参照）に比べて徐々に増加す
ることになるから、切削開始時の負荷の変化は小さくな
り、切削開始時における切削工具８の欠損の確率が小さ
くなる。

【００１８】そして、速度ｖ１　の状態で定常切削を行
ったら、切削終了時点ｂ前の所定距離ΔＳ２　の間は、
速度ｖ１　から速度ｖ３　に変化させ、その速度ｖ３　
の状態で切削工具８を棒材３から離脱させて切削を終了
する。ここで、切削終了時点ｂ前に速度ｖ３　の状態を
維持する所定距離ΔＳ２　は、上述した所定距離ΔＳ１
よりも、さらに切削条件や棒材３の材質に左右される距
離であり、試行により選定すべき値である。

【００１９】このように、定常切削時の速度ｖ１　から
比較的遅い速度ｖ３　に変化させて切削を終了するよう
にしたため、切削終了時には負荷の小さい状態から除荷
され（図３波形Ａ参照）、切削工具８の刃先に加わる負
荷は徐々に減少することになるから、切削開始時と同様
に、負荷の変化は小さくなり、切削終了時における切削
工具８の欠損の確率が小さくなる。

【００２０】なお、切削を終了した後の移動速度は、一
旦零に落とした後に速度ｖ０　に上昇させてもよいし、
或いは、速度ｖ３　から速度ｖ０　に上昇させるような
制御を行ってもよい。このように、本実施例の制御方法
であれば、図３の波形Ａで示すように、切削工具８の刃
先に加わる負荷の定常成分及び動的成分の両方が小さく
なるので、切削工具８の欠損の危険性を低減することが
でき、安定した切削が行えるとともに、不良率も低減し
、さらには、切削工具８の交換回数が少なくなってコス
トの低減も図れる。

【００２１】図４は本発明の第２実施例を示す図であり
、図４（１）は、切削工具８の移動距離と移動速度との
関係を示したグラフであり、図４（２）は、切削工具８
の移動距離と棒材３の回転数との関係を示したグラフで
ある。即ち、本実施例は、図１と同等の構成の切削装置
１において、切削工具８の移動速度の制御と同時に、棒
材３の回転数を制御することにより、後述するような棒
材３の仕上げ面性状の均一化を図るとともに、切削工具
８の欠損を防ぐようにしたものである。

【００２２】なお、切削工具８の移動速度は、図４（１
）に示すように、切削開始時点ａよりも前及び切削終了
時点ｂよりも後は、上記第１実施例と同様の制御を実行
するが、切削域では、棒材３の１回転当たりの切削工具
８の移動距離が一定となるような制御を実行する。 ただし、図４（１）では、切削工具８の移動速度は、単
位時間当たりの移動距離で表している。

【００２３】一方、棒材３の回転数は、切削開始時点ａ
よりも前の時点で、定常切削時の回転数Ｒ０　よりも小
さい回転数Ｒ１　に調整し、その状態で切削工具８を棒
材３に接触させて切削を開始する。そして、回転数Ｒ１
　の状態を所定距離ΔＳ１　移動するまでの間は維持し
、所定距離ΔＳ１　移動した後に、回転数Ｒ０　に上昇
させる。この時の回転数の変化も、衝撃の発生しないよ
うに制御できる。

【００２４】回転数Ｒ０　で定常切削を行ったら、切削
終了時点ｂよりも所定距離ΔＳ２　前の時点で、回転数
Ｒ１　に変化させ、この回転数Ｒ１　の状態を維持した
まま、切削工具８を棒材３から離脱させて切削を終了す
る。このような制御を実行すると、図３の波形Ｂで示す
ように、切削開始直後及び切削終了直後に切削工具８の
切刃に加わる負荷の動的成分が小さくなるから、負荷の
変化が小さくなり、上記第１実施例と同等の効果が得ら
れる。

【００２５】そして、本実施例にあっては、切削域にお
ける切削工具８の移動速度（棒材３の１回転当たりの移
動速度）が一定であるため、棒材３の周面に残る切削工
具８の送りマークが全体に渡って等しいピッチになり、
棒材３の仕上げ面性状の均一化が図られるという別の効
果が得られる。図５及び図６は本発明の第３実施例を示
す図であり、これは、マニシングセンターでエンドミル
加工を行う切削装置１に本発明を適用したものである。

【００２６】即ち、この切削装置１は、スピンドル１０
に保持され且つ軸回りに回転しつつ矢印方向に移動する
エンドミル１１によって、テーブル１２上のバイス１３
に固定された被切削物１４を切削する装置である。そし
て、テーブル１２とバイス１３との間には、フォースセ
ンサ１５を介在させていて、このフォースセンサ１５の
出力によって、エンドミル１１が被切削物１４に接触し
た時点を検知する。

【００２７】図６は、この切削装置１のエンドミル１１
の移動距離と移動速度との関係を示したグラフである。 即ち、エンドミル１１が被切削物１４に接触する切削開
始時点ａに到るまでは、比較的速い速度ｖ０　で移動さ
せ、エンドミル１１が被切削物１４に接触したことがフ
ォースセンサ１５の出力から検知された直後に、エンド
ミル１１の移動速度を、定常切削時の速度ｖ１　よりも
遅い速度ｖ３　まで下げる。

【００２８】速度ｖ３　まで下げたら、徐々に速度を上
げて定常切削時の速度ｖ１　に調整し、この速度ｖ１　
で定常切削を行う。さらに、フォースセンサ１５の出力
の若干の変動パターンから、切削終了時点ｂに接近した
ことを感知し、速度ｖ１　から速度ｖ３　に下げて、切
削を終了し、その後は、比較的速い速度ｖ０　で移動す
る。

【００２９】このような制御であれば、切削開始時及び
切削終了時にエンドミル１１に加わる負荷の急変が避け
られるから、エンドミル１１の欠損が防止され、上記第
１実施例と同等の効果が得られる。なお、上記第１及び
第３実施例の場合は、切削開始時及び切削終了時近傍に
おいて移動速度を下げる制御を行うため、若干の加工サ
イクルの延びがあるが、これは、高速ＣＮＣ技術により
、最小限に抑えることが可能であり、また、工具の予期
せぬ欠損を防ぐという効果があれば、費用の低減及び稼
働率の向上が図られるから、生産現場における効果は多
大である。

【００３０】また、上記第１実施例では、移動速度のみ
を制御し、上記第２実施例では、回転数を制御し且つ移
動速度をその回転数に併せるようにしているが、これに
限定されるものではなく、移動速度及び回転数の両方を
個別に制御する構成としてもよい。さらに、上記第１及
び第２実施例では、速度を下げた状態を一定時間保持す
る制御を行っているが、これに限定されるものではなく
、上記第３実施例のように、速度を徐々に変化させるよ
うな制御を行ってもよい。

【００３１】また、上記各実施例では、被切削物に対し
て切削工具を移動させる場合の制御方法について説明し
ているが、切削工具の位置を固定し、被切削物を移動さ
せる切削装置、或いは、被切削物及び切削工具の両方を
移動させるような切削装置であっても、本発明は適用可
能である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
切削開始時及び切削終了時に切削工具に加わる負荷の変
化が小さくなるため、切削工具の欠損の危険性が低減さ
れ、その結果、安定した切削が行えるとともに、不良率
も低減し、さらには、切削工具の交換回数が少なくなっ
てコストの低減も図れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における切削装置の側面図
である。

【図２】本発明の第１実施例の作用を説明するグラフで
ある。

【図３】本発明の第１，第２実施例及び従来の制御方法
による負荷の変化を示したグラフである。

【図４】本発明の第２実施例の作用を説明するグラフで
ある。

【図５】本発明の第３実施例における切削装置の側面図
である。

【図６】本発明の第３実施例の作用を説明するグラフで
ある。

【符号の説明】

１　　　　　　切削装置 ３　　　　　　棒材（被切削物） ８　　　　　　切削工具 １１　　　　エンドミル（切削工具） １４　　　　被切削物

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被切削物に対して切削工具を相対的に
   移動させ且つそれら被切削物及び切削工具の少なくとも
   一方を回転させて切削を行う切削装置の制御方法であっ
   て、前記移動の速度及び前記回転の速度の内の少なくと
   も一方の速度を、前記被切削物に前記切削工具が接触す
   る直前若しくは切削開始時点から所定の間及び前記被切
   削物から前記切削工具が離脱する切削終了時点前の所定
   の間は、定常切削時の速度よりも遅くすることを特徴と
   する切削装置の制御方法。