CN110347118A - 机床的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在切削加工中不使用摆动而能够切碎切屑的机床的控制装置。机床的控制装置通过至少包含主轴的多个轴的协调动作，对作为切削对象的工件进行切削加工，该机床的控制装置具备：移动指令生成部，其输出用于使切削刀具和工件在加工方向上相对地移动而对工件进行切削的移动指令；以及停止判断部，其对移动指令生成部输出用于使加工方向上的相对移动间断地停止的停止指示，移动指令生成部根据停止指示输出用于使切削刀具和工件在加工方向上的相对移动停止的移动指令，停止判断部在主轴旋转360度以上的期间输出停止指示。

Description

机床的控制装置

技术领域

本发明涉及一种通过多个轴的协调动作对工件进行切削加工的机床的控制装置。

背景技术

以往，已知一种通过多个轴的协调动作对作为加工对象的工件进行切削加工的机床。在这种机床中，为了切碎由切削产生的切屑，有时采用一边使切削刀具和工件在加工方向上相对地摆动一边进行切削加工的摆动切削。

以下，参照图4A和图4B详细说明以往的摆动切削。

图4A和图4B是用于说明以往的摆动动作的图。图4A示出以主轴12为旋转轴使工件10旋转并使用切削刀具14对其表面进行切削加工的方法。如图4A所示，切削刀具14根据预定程序对工件10的表面进行切削，但是例如沿Z轴(与主轴同一方向)或与Z轴形成预定角度的加工方向B(进行加工的方向)进行该加工。

在进行这种切削加工时，切削刀具14向加工方向B进行摆动A。通过该摆动A，切削刀具14在加工方向上进行所谓振动，切削刀具14对工件10反复进行接触/非接触。因此，如图4A所示，在加工总线D之后，当在主轴1旋转之后加工总线C时，在对加工方向在总线C与总线D相比位于后方的位置处产生振动M，通过该振动M来切碎切屑。

图4B示出使用切削刀具24对内部为空心的工件20的空心内部进行切削加工的方法。如图4B所示，切削刀具24相对于工件20进行旋转，其轴成为主轴。即，图4A中的主轴12为工件10进行旋转的轴，图4B中的主轴22为切削刀具24进行旋转的轴。这样，在本专利中，“主轴”有时为切削刀具的旋转轴以及有时为工件的旋转轴。

在图4B中，切削刀具24根据预定程序对工件10的空心内部的表面进行切削，但是，与图4A同样地，其加工沿加工方向B进行。另外，在图4B中，切削刀具24也在加工方向B上进行摆动A，切削刀具24对工件20反复进行接触/非接触。因此，如图4B所示，在加工总线D之后，当在主轴旋转1圈之后加工总线C时，在相对于加工方向在总线C与总线D相比位于后方的位置处产生振动M，通过该振动M切碎切屑。

关于上述说明的摆动切削，例如公开了一种一边使切削刀具低频振动一边进行切削加工的技术(例如参照专利文献1)。根据该技术，通过最佳振动使切削刀具摆动而执行低频振动切削，由此切屑形成粉状，从而切屑不容易缠住切削刀具。

另外，公开了一种通过2轴方向的低频振动来切碎切屑的技术(例如参照专利文献2)。在该技术中，不需要将切削条件保存于表格中而能够进行计算。

专利文献1：日本专利第5033929号公报

专利文献2：国际公开第2014/125569号

发明内容

然而，在以往的摆动切削中，优选与加工条件的变更对应地变更摆动频率、振幅，但是它们的控制是复杂的。特别是，如专利文献1的技术那样在各控制参数预先被表格化的情况下，难以根据工件的加工条件来调整摆动参数。另外，如专利文献2的技术那样在不使用表格的情况下，为此的运算处理变得过大。

另外，存在以下问题：如以往的摆动切削所示，当对切削刀具、工件进行前进/后退控制时，因所产生的加减速度对切削刀具施加过负载，从而缩短切削刀具的寿命。

因而，请求开发一种在切削加工中不使用摆动而能够切碎切屑的技术。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种在切削加工中不使用摆动而能够切碎切屑的机床的控制装置。

(1)本发明提供一种机床的控制装置(例如，后述的控制装置100)，其通过至少包含主轴的多个轴的协调动作，对作为切削对象的工件进行切削加工，该机床的控制装置具备：移动指令生成部(例如，后述的移动指令生成部104)，其输出用于使切削刀具和上述工件在加工方向上相对地移动而对上述工件进行切削的移动指令；以及停止判断部(例如，后述的停止判断部102)，其对上述移动指令生成部输出用于使上述加工方向上的相对移动间断地停止的停止指示，上述移动指令生成部根据上述停止指示输出用于使上述切削刀具和上述工件在加工方向上的相对移动停止的移动指令(例如，后述的速度指令)，上述停止判断部在上述主轴旋转360度以上的期间输出上述停止指示。

(2)在(1)的机床的控制装置中，上述停止判断部与上述主轴的旋转角度同步地输出上述停止指示。

(3)在(1)的机床的控制装置中，上述停止判断部每隔预定的时间周期输出上述停止指示。

(4)在(1)至(3)的任一个机床的控制装置中，上述停止判断部以外部信号为触发输出上述停止指示。

根据本发明，能够提供一种在切削加工中不使用摆动而能够切碎切屑的机床的控制装置。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的机床的控制装置的结构的功能框图。

图2是示意性地示出使用本发明的一个实施方式所涉及的机床的控制装置时的切削加工的方式的图。

图3是表示使用本发明的一个实施方式所涉及的机床的控制装置时的停止动作的具体例的图形。

图4A是用于说明以往的摆动动作的图。

图4B是用于说明以往的摆动动作的图。

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的一个实施方式。

图1是表示本实施方式所涉及的机床的控制装置100的结构的功能框图。本实施方式所涉及的机床使作为切削加工的对象物的工件进行旋转，使切削刀具相对于该工件在加工方向上移动而进行加工。机床的主轴为使工件旋转的轴。在后文中详细说明本实施方式中的切削加工。

如图1所示，控制装置100控制对机床的切削刀具进行驱动的电动机120。控制装置100具备用于使机床的切削刀具进行移动的移动指令生成部104、判断停止的停止判断部102、加法器106以及控制部108。

这些各部例如也可以由记述了各部的功能/处理的程序以及执行该程序的CPU构成。另外，控制装置100可以由计算机构成，也可以通过该计算机的CPU执行记述了各部的功能/处理的程序来实现控制装置100。

移动指令生成部104生成为了进行针对工件的加工而使切削刀具移动的指令。该移动指令生成部104按着预定程序来生成移动指令。

加法器106从移动指令生成部104生成的移动指令减去位置反馈而求出两个信号的差分，将计算出的位置偏差输出到控制部108。位置反馈例如也可以使用安装于用于驱动机床的切削刀具的电动机120的轴上的旋转编码器等来检测位置并用作位置反馈值。

控制部108根据被输入的位置偏差，生成用于驱动电动机120的指令并输出到电动机120。根据该指令对切削刀具的电动机120进行驱动，使切削刀具相对于工件移动。

停止判断部102在预定的定时对移动指令生成部104输出使由移动指令生成部104生成的移动指令停止的停止指示。移动指令生成部104根据该停止指示，输出表示停止的移动指令。如果是表示停止的移动指令则可以是任何指令，例如也可以连续地输出同一位置的移动指令而“停止”。

图2是示意性地示出使用本实施方式所涉及的机床的控制装置100时的切削加工的方式的图。如图2所示，旋转的旋转工件200(以下，称为工件200)通过主轴进行旋转。切削刀具202(以下，称为刀具202)沿与主轴平行的加工方向进行移动，对工件200的表面进行切削加工。

在图2中，刀具202的刀刃以三角形示意性地示出，刀具202的刀具宽度相当于图2中的相邻的粗线之间的间隔。该刀具202从位置P1在加工方向上移动，经由位置P2、位置P3移动至位置P4。如上所述，根据由控制装置100输出的速度指令，刀具202以图2示出的刀具轨迹进行移动。

一边工件200通过主轴的旋转进行旋转，一边刀具202对该工件200的表面进行切削加工，因此刀具202在工件200的表面上追踪图2中的粗线示出的刀具轨迹E而移动。此外，刀具轨迹E还存在于工件200的纸面里侧，用虚线示出该刀具轨迹(将该轨迹表示为刀具轨迹F)。

在图2中，沿刀具轨迹E绘制了箭头J，该箭头J表示从工件200观察时的刀具202的移动方向。在旋转的工件200的表面上，在从位置P1朝向P4方向的加工方向上刀具202进行移动，因此如图2所示，该轨迹大致呈螺旋状。此外，本实施方式中的刀具202并未进行摆动动作。也就是说，控制装置100不使刀具202进行摆动，朝着从位置P1向位置P4的加工方向进行移动。

本实施方式的特征在于，在刀具202以固定速度进行移动的途中，使向加工方向(在图2中，从位置P1朝向P4的方向)的相对移动动作间断地停止。通过这样间断地停止，能够切碎目前产生的切屑。在该情况下，使刀具202停止，工件200以主轴为中心持续旋转，因此刀具202切碎在工件200的表面上产生的切屑。通过这种刀具202停止来间断地进行切屑的切碎，由此能够有效地切碎切屑。

在图2中，刀具宽度意味着切削刀具202的切削宽度。在图2的示例中，切削刀具202从位置P1开始在位置P2处停止向加工方向移动，但是在该位置P2处停止的切削刀具202的刀具轨迹E成为与工件200的轴(主轴)垂直的方向的轨迹(参照图2)。另外，用G表示在位置P2处停止的切削刀具202的切削宽度。因而，根据切削宽度G切碎该部分的切屑。

并且，在图2的示例中，切削刀具202从位置P2通过位置P3在位置P4处停止向加工方向的移动。在该位置P4处停止的切削刀具202的刀具轨迹E也成为与工件200的轴(主轴)垂直的方向的轨迹(参照图2)。另外，用H表示在位置P4处停止的切削刀具202的切削宽度。因而，根据切削宽度H切碎该部分的切屑。此外，切削宽度H与切削宽度G为相同的宽度。

接着，详细说明刀具202的停止期间、停止的周期等。

能够将刀具202停止的期间(停止期间)设为任意的期间，但是需要设定为能够充分切碎切屑的期间。具体地说，在工件200至少旋转一次的期间，如果使刀具202停止则能够将其停止位置处的切屑切碎一周。因而，在本实施方式中，使刀具202停止工件200(的主轴)旋转一次的期间以上。换言之，在主轴旋转360度以上的期间，停止判断部102输出停止指示。

为了实现这种处理，在主轴上设置有对工件200的主轴的旋转角度进行检测的传感器，检测出的旋转角度或转速被提供给停止判断部102。由此，停止判断部102根据所提供的主轴的旋转角度、主轴的转速(参照图1)，在工件200旋转一次期间以上的期间，将停止指示输出到移动指令生成部104。此外，在本实施方式中，以将工件200安装于主轴的情况为中心进行说明，但是即使在将切削刀具202安装于主轴的情况下，也同样地根据主轴的旋转角度、转速来进行与上述相同的处理。

本实施方式的特征在于，使切削刀具202相对于工件200的相对移动动作间断地停止，但是能够以各种方式设定其停止的周期(反复周期)。

首先，能够使停止动作的周期(反复周期)与工件200的旋转同步。例如，也可以在工件200(的主轴)位于预定的旋转角度的情况下开始停止。如上所述，在主轴上设置有对工件200的主轴的旋转角度进行检测的传感器，将检测出的旋转角度或转速提供给停止判断部102。停止判断部102根据所提供的主轴的旋转角度、主轴的转速(参照图1)，在工件200(主轴)成为预定角度的情况下将停止指示输出到移动指令生成部104。

另外，例如也可以在工件200仅旋转了预定转速的情况下开始停止。停止判断部102根据从电动机120提供的转速，在工件200(主轴)旋转了预定数的情况下将停止指示输出到移动指令生成部104。例如，可以构成为在工件200旋转了一次的情况下输出停止指示，也可以构成为在工件200旋转了两次或其以上的情况下输出停止指示。例如，在旋转了两次的情况下，其两次旋转的期间成为间断的停止动作的周期(反复周期)。

另外，关于停止开始，还能够将外部信号(外部触发)为触发来开始停止。在该情况下，停止判断部102输入外部触发(参照图1)。在通过外部触发来指示停止的情况下，还能够将停止指示输出到移动指令生成部104。

作为外部信号(外部触发)也可以使用各种信号。例如，也可以在外部设置以下结构：使用视觉传感器来监视切屑的量，在产生长切屑的情况下，为了进行停止而激活(assert)外部信号。这种视觉传感器例如可以内置于机床，也可以构成为与机床分离。另外，也可以构成以下视觉传感器：使用相同的结构监视切屑的分量，在分量超过固定的基准值的情况下，为了进行停止而生效外部信号。

另外，还能够将间断的停止动作的周期预先设定为预定的时间。在该情况下，停止判断部102每隔预定时间(周期)将停止信号输出到移动指令生成部104。为了实现这种动作，还能够从外部将周期设定信号(参照图1)提供给停止判断部102。停止判断部102也可以在内部具备计时器，使该计时器进行计时动作，在计时器的值达到根据上述周期设定信号设定的周期的情况下，将停止指示输出到移动指令生成部104。计时器既设置于停止判断部102内部，也可以使用外部的计时器。

在此，图3是表示使用本实施方式所涉及的机床的控制装置100时的停止动作的具体例的图表。在图3中，横轴表示工件200(主轴)的旋转角度，纵轴表示切削刀具202的进给量(向加工方向的移动量)。在切削加工的开始时间点，使工件200的主轴开始进行旋转，同时，也使切削刀具202开始向加工方向的移动。在图3的图表中将进行该移动的期间显示为“前进”，将不进行移动而停止的期间显示为“停止”。在加工处理的开始时间点，工件200旋转的同时切削刀具202移动，因此图表成为右上扬的直线。

接着，在切削刀具202到达位置P2的时间点，以预定的因素为触发，停止判断部102将停止指令输出到移动指令生成部104，使切削刀具202的移动停止。在此，如上所述预定因素可举出工件200的旋转角度位置成为预定角度的情况、工件200的旋转量达到预定量的情况、外部触发得到激活的情况以及到达预先确定的预定周期的情况等各种因素。

在切削刀具202在位置P处停止之后切削刀具202停止预定的停止期间S(参照图3)。如上所述，将该停止期间S设为主轴旋转一次以上的期间。即，设为主轴旋转360度以上的期间。在该停止期间S中，切削刀具202不进行移动，另一方面，主轴持续进行旋转。因而，如图3所示，停止期间S内的图表呈水平。

在图3的示例中，从开始加工起至该停止期间的结束时间点为止成为间断的停止动作的反复周期T(参照图3)。如上所述，该间断的停止动作的反复周期T可以与主轴的旋转同步，也可以通过外部触发来确定。另外，反复周期T也可以是预先确定的预定时间。在此，间断的停止动作是指间断的切削动作、即间断切削。因而，上述的间断的停止动作的反复周期T还可以是间断切削的反复周期T。

在停止期间S结束以后，停止判断部102中止停止指示的输出。因此，移动指令生成部104将朝向位置P3的移动指令输出到电动机120。其结果，切削刀具202再次开始向加工方向的移动，开始朝向位置P3进行移动。因而，如图3所示，图表再次成为右上扬的图表。该期间如上所述成为“前进”的期间。接着，继续进行同样的间断停止动作的反复。即，切削刀具202在到达位置P4之后，再次停止了停止期间S，在停止期间S结束以后再次开始移动。以下，反复进行同样的处理。

根据上述说明的本实施方式，起到以下效果。

根据本实施方式，在切削刀具202正在进行向加工方向的移动动作时进行间断的停止动作，因此能够有效地切碎由切削产生的切屑。进行间断的停止动作是指进行间断的切削(间断切削)。

另外，根据本实施方式，不执行摆动切削即不会如以往的摆动切削那样使切削刀具、工件等低频振动而能够切碎切屑。即，不进行如以往的摆动切削那样使切削刀具、工件前进/后退的控制而反复进行前进/停止，由此能够切碎切屑。因而，不需要进行相对于切削刀具的精细的加速/减速。其结果，能够抑制切削刀具产生机械性损伤，从而能够延长切削刀具的寿命。

以上，详细说明了本发明的一个实施方式，但是上述实施方式仅是用于实施本发明的具体例。本发明的技术范围并不限定于上述实施方式。本发明在不脱离其宗旨的范围内能够进行各种变更，这些也全部包含在本发明的技术范围内。

例如在上述实施方式中，举例说明了主轴使工件200旋转的情况，但是也可以构成为主轴使切削刀具202旋转。在该情况下，也可以通过主轴的旋转来执行同样的处理。即，主轴不仅是工件旋转轴，也可以是刀具旋转轴。

另外，在上述实施方式中，使切削刀具202侧进行了移动，但是也可以通过使工件200侧进行移动来进行本发明的间断切削。

另外，在上述实施方式中，主要说明了在切削外表面的情况下应用本发明，但是也可以在切削内表面的情况下应用本发明。

符号说明

10、20：工件；12、22：主轴；14、24：切削刀具100：控制装置；102：停止判断部；104：移动指令生成部；106：加法器；108：控制部；120：电动机；200：(旋转)工件；202：(切削)刀具；A：摆动；B：加工方向；C、D：总线；E：刀具轨迹；F：刀具轨迹；G：在P2刀具202停止时的刀具202的切削宽度；H：在P4刀具202停止时的刀具202的切削宽度；J：从工件200观察的刀具的移动方向；M：振动；1P1、P2、P3、P4：位置；S：停止期间；T：反复周期。

Claims (4)

1.一种机床的控制装置，其通过至少包含主轴的多个轴的协调动作，对作为切削对象的工件进行切削加工，其特征在于，该控制装置具备：

移动指令生成部，其输出用于使切削刀具和上述工件在加工方向上相对地移动而对上述工件进行切削的移动指令；以及

停止判断部，其对上述移动指令生成部输出用于使上述加工方向上的相对移动间断地停止的停止指示，

上述移动指令生成部根据上述停止指示输出用于使上述切削刀具和上述工件在加工方向上的相对移动停止的移动指令，

上述停止判断部在上述主轴旋转360度以上的期间输出上述停止指示。

2.根据权利要求1所述的机床的控制装置，其特征在于，

上述停止判断部与上述主轴的旋转角度同步地输出上述停止指示。

3.根据权利要求1所述的机床的控制装置，其特征在于，

上述停止判断部每隔预定的时间周期输出上述停止指示。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的机床的控制装置，其特征在于，

上述停止判断部以外部信号为触发输出上述停止指示。