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JPH0248361B2 - - Google Patents
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JPH0248361B2 - - Google Patents

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JPH0248361B2
JPH0248361B2 JP59124568A JP12456884A JPH0248361B2 JP H0248361 B2 JPH0248361 B2 JP H0248361B2 JP 59124568 A JP59124568 A JP 59124568A JP 12456884 A JP12456884 A JP 12456884A JP H0248361 B2 JPH0248361 B2 JP H0248361B2
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JP
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tool
axis direction
workpiece
axis
tool stand
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Toshiro Higuchi
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Shingijutsu Kaihatsu Jigyodan
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、工作物を非円形断面に加工するのに
適した工作機械に関するもので、特に、回転され
る工作物を工具により旋削あるいは研削して非円
形断面に加工するための、旋盤あるいは研削盤等
のような工作機械に関するものである。
Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to a machine tool suitable for machining a workpiece into a non-circular cross section, and in particular, the present invention relates to a machine tool suitable for machining a workpiece into a non-circular cross section. The invention relates to a machine tool such as a lathe or a grinder for machining into a non-circular cross section.

(従来の技術) 機械加工を要求される物品は、円形断面のもの
に限らず、例えばカムシヤフトやロータリエンジ
ンのロータ等のように、非円形断面に加工するこ
とが求められるものも多い。また、軸継手等にお
いても、その軸自体が非円形断面に加工されれ
ば、信頼性の高いものとすることができる。
(Prior Art) Articles that require machining are not limited to those with a circular cross section, but there are also many items that require machining to have a non-circular cross section, such as camshafts and rotor of rotary engines. Further, in a shaft joint or the like, if the shaft itself is processed to have a non-circular cross section, it can be made highly reliable.

このような非円形断面を有する物品を加工する
には、工具を工作物の軸方向に移動させるフライ
ス盤等を用いることが考えられるが、その工作物
の目標加工横断面輪郭に滑らかな閉曲線であるよ
うな場合には、そのようなフライス盤等による加
工では能率が悪いばかりでなく、加工精度も低
い。そこで、従来は、そのような場合には、回転
される工作物に対する切削工具の位置を倣いモデ
ルによつて制御する油圧倣い旋盤等を用いるのが
普通であつた。しかしながら、このような油圧倣
い旋盤では、求められる物品の形状ごとに倣いモ
デルを製作する必要があり、製品の多用化に適す
るものとは言えなかつた。
To process objects with such non-circular cross sections, it is conceivable to use a milling machine or the like that moves the tool in the axial direction of the workpiece, but if the target cross-sectional profile of the workpiece is a smooth closed curve. In such cases, machining using such a milling machine or the like is not only inefficient, but also has low machining accuracy. Conventionally, in such cases, it has been common to use a hydraulic copying lathe or the like that controls the position of the cutting tool relative to the rotated workpiece using a copying model. However, with such a hydraulic copying lathe, it is necessary to produce a copying model for each desired shape of an article, and it cannot be said to be suitable for a wide variety of products.

このような問題に対処するためには、回転され
る工作物に対する工具の位置を数値制御(以下、
NCという)によつて制御することのできるNC
工作機械を用いることが考えられる。NC工作機
械においては、理論上はプログラムあるいはデー
タを変更するだけで、工作物を任意の形状に加工
することができる。したがつて、主軸の回転角度
に応じて工具の位置を制御するようにすれば、非
円形断面の物品であつても加工可能となる。
In order to deal with such problems, numerical control (hereinafter referred to as
NC that can be controlled by
It is possible to use machine tools. In theory, NC machine tools can machine workpieces into any shape simply by changing the program or data. Therefore, if the position of the tool is controlled according to the rotation angle of the spindle, even articles with non-circular cross sections can be processed.

ところで、通常のNC工作機械においては、そ
の工具は工具台上に固定されており、工具台が主
軸、すなわち工作物の回転軸線に平行な方向(以
下、X軸方向という)及び垂直な方向(以下、Y
軸方向という)に移動されるようになつている。
そして、その移動機構としては、サーボモータと
ボールねじによるX軸方向及びY軸方向それぞれ
の送り機構が用いられている。このような送り機
構を用いると、数百mmから数千mm程度の長い距離
にわたつて高精度の位置制御を行うことができ
る。しかしながら、その反面、そのようなボール
ねじによる送り機構では送り速度が遅いという問
題がある。そのために、従来のNC工作機械によ
つて工具のY軸方向の位置を制御して非円形断面
の物品を加工しようとすれば、主軸の回転数を数
回転/分程度より小さくしない限り、その工具の
位置を工作物の回転角度に応答させることはでき
なかつた。一方、仕上げ面の良好さ及び加工能率
を確保するためには、主軸の回転数を100回転/
分以上とすることが求められる。このようなこと
から、従来のNC工作機械では、実際上、非円形
断面の物品を加工することは困難であつた。
By the way, in a normal NC machine tool, the tool is fixed on a tool rest, and the tool rest rotates in a direction parallel to the main axis, that is, the rotational axis of the workpiece (hereinafter referred to as the X-axis direction), and in a direction perpendicular to it (hereinafter referred to as the X-axis direction). Below, Y
It is designed to be moved in the axial direction.
As the moving mechanism, a servo motor and a ball screw are used for feeding in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively. When such a feed mechanism is used, highly accurate position control can be performed over a long distance of several hundred mm to several thousand mm. However, on the other hand, such a feeding mechanism using a ball screw has a problem in that the feeding speed is slow. For this reason, if you try to control the position of the tool in the Y-axis direction using a conventional NC machine tool to machine an object with a non-circular cross section, the rotation speed of the main spindle must be reduced to less than a few revolutions per minute. It was not possible to make the tool position respond to the rotation angle of the workpiece. On the other hand, in order to ensure a good finished surface and machining efficiency, the number of revolutions of the spindle must be increased to 100 revolutions/
It is required that it be at least 1 minute. For this reason, it is actually difficult to process articles with non-circular cross sections using conventional NC machine tools.

本発明者は、このような事情に鑑みて、工具の
Y軸方向の位置決めを電気油圧サーボ機構により
行わせるようにしたNC工作機械を提案した(特
願昭58−53905号)。このような電気油圧サーボ機
構は高速応答性及びパワーの面で優れているの
で、これを用いたNC工作機械によれば、非円形
断面の物品をも能率よく加工することができるよ
うになる。ところで、このように工具の位置決め
を電気油圧サーボ機構によつて行わせる場合、そ
の工具は油圧シリンダによつて駆動されるように
するのが最も一般的である。しかしながら、油圧
シリンダを用いると、工具のストロークがその油
圧シリンダの有効動作範囲に制限されてしまうと
いう問題がある。長い油圧シリンダを用いれば、
そのストロークを大きくすることもできるが、そ
のようにすると、可動部分の重量が増加して慣性
力が大きくなり、また、シリンダ内の作動油の圧
縮性の問題等が生じて、サーボ系の応答性が低下
してしまう。しかも、油圧シリンダにおいては、
シリンダ内のピストンの位置によつて動的特性が
異なるという問題もある。例えばピストンがシリ
ンダの端部付近にあるときには、ピストンがシリ
ンダの端部側に移動するときの特性と中心側に移
動するときの特性とに差が生じる。そのために、
油圧シリンダにより工具の位置決めをする場合に
は、そのピストンの往復動の中心が常にシリンダ
の中心部分近傍にあるようにしなければ、高精度
の加工は困難となる。
In view of these circumstances, the present inventor proposed an NC machine tool in which the positioning of a tool in the Y-axis direction is performed by an electro-hydraulic servo mechanism (Japanese Patent Application No. 58-53905). Since such an electro-hydraulic servo mechanism is excellent in terms of high-speed response and power, an NC machine tool using this mechanism can efficiently process objects with non-circular cross sections. By the way, when the positioning of a tool is performed by an electro-hydraulic servomechanism in this way, it is most common that the tool is driven by a hydraulic cylinder. However, when using a hydraulic cylinder, there is a problem in that the stroke of the tool is limited to the effective operating range of the hydraulic cylinder. If you use a long hydraulic cylinder,
It is possible to increase the stroke, but doing so increases the weight of the moving parts and increases the inertia, and also causes problems with the compressibility of the hydraulic oil in the cylinder, causing the response of the servo system to increase. Sexuality decreases. Moreover, in hydraulic cylinders,
There is also the problem that dynamic characteristics vary depending on the position of the piston within the cylinder. For example, when the piston is near the end of the cylinder, there is a difference between the characteristics when the piston moves toward the end of the cylinder and the characteristics when it moves toward the center. for that,
When positioning a tool using a hydraulic cylinder, high-precision machining becomes difficult unless the center of reciprocation of the piston is always located near the center of the cylinder.

このように、電気油圧サーボ機構を用いたNC
工作機械においても、目標加工形状の最小半径と
最大半径とに大きな差がある物品を高精度で加工
しようとするときには、まだ問題が残つている。
In this way, NC using electro-hydraulic servo mechanism
Even with machine tools, problems still remain when attempting to process with high precision an article that has a large difference between the minimum radius and the maximum radius of the target machining shape.

(発明の目的) 本発明は、このような問題に鑑みてなされたも
のであつて、その目的は、NC工作機械におい
て、高速で往復動させる必要のある工具自体の往
復動のストロークは小さく抑えたままで、工具の
工作物に対する位置は大きく変えることができる
ようにし、それによつて高速応答性がよく、高精
度の加工をすることができるようにすることであ
る。
(Object of the Invention) The present invention was made in view of the above problems, and its purpose is to minimize the reciprocating stroke of the tool itself, which needs to be reciprocated at high speed in NC machine tools. The purpose of the present invention is to enable the position of the tool relative to the workpiece to be changed significantly while the tool remains the same, thereby enabling high-speed response and high-precision machining.

(目的を達成するための手段) この目的を達成するために、本発明では、工作
物に対してX軸方向及びY軸方向に相対移動可能
に設置された工具台上に、工具をY軸方向に往復
動可能に支持させ、その工具台及び工具の位置を
それぞれ別個に制御するようにしている。工具台
は、工作物の目標加工形状に基づいて、X軸方向
の位置に対応して予め定められた大きさだけY軸
方向に相対移動される。また、工具は、工作物の
目標加工横断面形状の各回転角度位置における半
径と工具台のY軸方向の位置との差だけ、工作物
の回転角度に応じて移動される。
(Means for Achieving the Object) In order to achieve this object, in the present invention, a tool is mounted on a tool stand that is installed to be movable relative to the workpiece in the X-axis direction and the Y-axis direction. The tool stand is supported so as to be able to reciprocate in the direction, and the positions of the tool stand and tools are controlled separately. The tool rest is relatively moved in the Y-axis direction by a predetermined amount corresponding to the position in the X-axis direction, based on the target machining shape of the workpiece. Further, the tool is moved according to the rotation angle of the workpiece by the difference between the radius at each rotational angular position of the target cross-sectional shape of the workpiece and the position of the tool rest in the Y-axis direction.

したがつて、工具台の位置は比較的低速で制御
すればよくなるので、通常のNC工作機械の制御
装置がそのまま利用される。工具の位置制御は高
速で行う必要があるが、本発明では工具台に対す
る位置を制御するだけでよくなるので、小ストロ
ークの電気油圧サーボ機構を用いることができ
る。
Therefore, the position of the tool rest only needs to be controlled at a relatively low speed, so the control device of a normal NC machine tool can be used as is. Although the position of the tool needs to be controlled at high speed, the present invention only needs to control the position relative to the tool stand, so a small stroke electro-hydraulic servomechanism can be used.

次に、図面に基づいて本発明をより詳細に説明
する。
Next, the present invention will be explained in more detail based on the drawings.

いま、第3図に示されているような、非円形断
面を有し、しかもその断面形状が軸方向に変化す
る物品を、NC旋盤によつて旋削加工しようとす
る場合を考える。図に示すように、その物品の中
心軸線からの距離をr、中心軸線を含む基準平面
からの角度をθ、中心軸線に垂直な基準平面
からの距離をxとすると、その物品の目標加工輪
郭形状は、一般に、 r=f(θ、x) と表すことができる。
Now, let us consider a case where an article as shown in FIG. 3, which has a non-circular cross section and whose cross-sectional shape changes in the axial direction, is to be turned using an NC lathe. As shown in the figure, if the distance from the central axis of the article is r, the angle from the reference plane including the central axis is θ, and the distance from the reference plane perpendicular to the central axis is x, then the target machining contour of the article The shape can generally be expressed as r=f(θ, x).

このようにr=f(θ、x)で表現することの
できる目標物品を旋削する場合、旋盤の主軸の回
転軸線Oとその物品の中心軸線とを一致させるよ
うにすれば、θは主軸の回転角度と一致する。ま
た、xはX軸と方向が一致する。したがつて、工
作物をr=f(θ、x)で表される輪郭形状に旋
削するためには、その工作物を主軸とともに回転
するように支持し、工具の刃先のY軸方向の位置
Yを、 Y=f(θ、x)+Y0 となるように制御すればよい。ここで、Y0は、
旋盤のY軸方向への送りの基準点と工作物の回転
軸線Oとの間の距離を表す定数である。Y=0の
とき工具の刃先が回転軸線O上に位置するものと
しておけば、Y0=0となる。このようにしても
一般性を失うことはないので、以後の説明では、
Y0=0であるとする。また、工具の刃先のX軸
方向の位置Xは、 X=x+X0 となるように制御する。ここで、X0は、旋盤の
X軸方向への送りの基準点と目標物品の基準平面
までの距離である。X=0のとき工具の刃先が
基準平面上にあるものとしても一般性が失われ
ることはないので、以後の説明では、X0=0で
あるとする。
In this way, when turning a target article that can be expressed as r = f (θ, Matches the rotation angle. Furthermore, the direction of x coincides with the X axis. Therefore, in order to turn a workpiece into the contour shape represented by r=f(θ, Y may be controlled so that Y=f(θ,x)+ Y0 . Here, Y 0 is
This is a constant representing the distance between the reference point for feeding in the Y-axis direction of the lathe and the rotation axis O of the workpiece. If it is assumed that the cutting edge of the tool is located on the rotational axis O when Y=0, then Y 0 =0. Since there is no loss of generality in this way, in the following explanation,
Assume that Y 0 =0. Further, the position X of the cutting edge of the tool in the X-axis direction is controlled so that X=x+X 0 . Here, X 0 is the distance between the reference point for feeding in the X-axis direction of the lathe and the reference plane of the target article. Since the generality is not lost even if the cutting edge of the tool is on the reference plane when X=0, in the following explanation, it is assumed that X 0 =0.

このように、工具の位置をX軸方向とY軸方向
とに分けて制御する場合、X軸方向には、X=x
が満たされればよい。すなわち、任意の制御でよ
く、X軸方向に一定の速度で移動させるようにし
たり、切削抵抗の大きさに応じて移動速度が変わ
るようにしたりすることができる。このような制
御は、通常のNC旋盤におけるボールねじを用い
た送り機構によつて、十分に正確に行わせること
ができる。
In this way, when controlling the tool position separately in the X-axis direction and the Y-axis direction, in the X-axis direction,
should be satisfied. That is, any control may be used, such as moving at a constant speed in the X-axis direction or changing the moving speed depending on the magnitude of cutting resistance. Such control can be performed with sufficient accuracy by a feeding mechanism using a ball screw in a normal NC lathe.

Y軸方向には、Y=f(θ、x)、すなわちY=
f(θ、X)を満足するように制御しなければな
らない。したがつて、工作物の回転角度θに同期
させて高速で制御する必要がある。ところで、こ
のような物品の輪郭形状を表す関数f(θ、X)
は、回転角度θによつて変化する部分f1(θ、X)
と、回転角度θによつて変化させる必要のない部
分f0(X)とに分離することができる。すなわち、 Y=f(θ、X)=f0(X)+f1(θ、X) とすることができる。そして、f0(X)を適切に
選定すれば、f1(θ、X)の振幅を小さくするこ
とができる。しかも、f0(X)は、一般に緩やか
に変化するものとなる。
In the Y-axis direction, Y=f(θ,x), that is, Y=
It must be controlled to satisfy f(θ, X). Therefore, it is necessary to perform high-speed control in synchronization with the rotation angle θ of the workpiece. By the way, the function f(θ,X) representing the contour shape of such an article
is the part f 1 (θ,X) that changes depending on the rotation angle θ
and a portion f 0 (X) that does not need to be changed depending on the rotation angle θ. That is, it can be set as follows: Y=f(θ, X)=f 0 (X)+f 1 (θ, X). If f 0 (X) is appropriately selected, the amplitude of f 1 (θ, X) can be made small. Moreover, f 0 (X) generally changes slowly.

そこで、本発明では、工具台のY軸方向の位置
をf0(X)によつて制御し、その工具台上にY軸
方向に往復動可能に支持される工具をf1(θ、X)
によつて制御するようにしている。
Therefore, in the present invention, the position of the tool stand in the Y-axis direction is controlled by f 0 (X), and the tool supported on the tool stand so that it can reciprocate in the Y-axis direction is controlled by f 1 (θ, )
It is controlled by

そのための具体的構成の一例を第1図及び第2
図に示す。これらの図において、第1図は本発明
によるNC旋盤の一例を示す平面図であり、第2
図はその正面図である。
An example of a specific configuration for this purpose is shown in Figures 1 and 2.
As shown in the figure. In these figures, Figure 1 is a plan view showing an example of the NC lathe according to the present invention, and Figure 2 is a plan view showing an example of the NC lathe according to the present invention.
The figure is its front view.

これらの図から明らかなように、この旋盤1の
ベース2上には、主軸3の回転軸線Oに平行なX
軸方向の直線運動案内面2aが設けられており、
この案内面2a上に、移動台4が摺動自在に支持
されている。この移動台4は、ベース2に回転自
在に支持された送りねじ5によつて、X軸方向の
位置が制御されるようになつている。この制御に
は一般のサーボモータを利用することができる。
例えばステツプモータを用いる場合には、この送
りねじ5は、発振器6によつて駆動されるステツ
プモータ7により回転され、その発振器6は、コ
ンピユータ8からの指令信号に基づいて、信号を
発生するようにする。したがつて、移動台4のX
軸方向の位置は、コンピユータ8によつて常に把
握されるようになつている。
As is clear from these figures, on the base 2 of this lathe 1, there is a
An axial linear motion guide surface 2a is provided,
A movable table 4 is slidably supported on this guide surface 2a. The position of the movable table 4 in the X-axis direction is controlled by a feed screw 5 rotatably supported by the base 2. A general servo motor can be used for this control.
For example, when using a step motor, the feed screw 5 is rotated by a step motor 7 driven by an oscillator 6, which generates a signal based on a command signal from a computer 8. Make it. Therefore, X of the moving platform 4
The axial position is always grasped by the computer 8.

移動台4の上部には、工具台9が、旋盤1の主
軸3の回転軸線Oに垂直なY軸方向に摺動自在に
支持されている。第2図に示すように、移動台4
にはY軸方向の送りねじ10が回転自在に支持さ
れており、この送りねじ10に、工具台9に設け
られたボールナツト9aが係合している。そし
て、送りねじ10は、コンピユータ8からの指令
信号に基づいて作動するサーボモータ11によつ
て回転されるようになつている。コンピユータ8
は、移動台4のX軸方向の位置に従つて、f0(X)
に比例する信号を発生し、それによつて工具台9
が、Y軸方向にf0(X)だけ移動されるようにな
つている。
A tool stand 9 is supported on the upper part of the movable table 4 so as to be slidable in the Y-axis direction perpendicular to the rotation axis O of the main shaft 3 of the lathe 1 . As shown in FIG.
A feed screw 10 in the Y-axis direction is rotatably supported, and a ball nut 9a provided on the tool stand 9 is engaged with the feed screw 10. The feed screw 10 is rotated by a servo motor 11 that operates based on a command signal from the computer 8. computer 8
is f 0 (X) according to the position of the moving table 4 in the X-axis direction.
generates a signal proportional to the tool stand 9.
is moved by f 0 (X) in the Y-axis direction.

工具台9上には、Y軸方向の直線運動案内面1
2が設けられており、工具13を保持する工具保
持部材14が、この案内面12に沿つて往復動自
在に支持されている。この工具保持部材14は、
工具台9上に設置された油圧シリンダ15によつ
て、Y軸方向の位置が制御されるようになつてい
る。この油圧シリンダ15は、電気油圧サーボ機
構16の一部をなすもので、コンピユータ8から
の指令信号によつて切り換え制御されるサーボ弁
17により、油圧源18からの作動油圧が制御さ
れるようになつている。
On the tool stand 9, there is a linear motion guide surface 1 in the Y-axis direction.
2 is provided, and a tool holding member 14 that holds a tool 13 is supported along this guide surface 12 so as to be able to reciprocate. This tool holding member 14 is
The position in the Y-axis direction is controlled by a hydraulic cylinder 15 installed on the tool stand 9. The hydraulic cylinder 15 is a part of an electro-hydraulic servo mechanism 16, and the hydraulic pressure from the hydraulic source 18 is controlled by a servo valve 17 which is switched and controlled by a command signal from the computer 8. It's summery.

旋盤1の主軸3にはロータリエンコーダ19が
取り付けられており、そのエンコーダ19によつ
て主軸3の回転角度θが検出され、その検出信号
がコンピユータ8に導かれるようになつている。
コンピユータ8は、この回転角度θの信号と移動
台4のX軸方向の位置、すなわち工具13のX軸
方向の位置Xに基づいて、f1(θ、X)に対応す
る信号を出力し、電気油圧サーボ機構16を制御
して、工具13を工具台9に対してf1(θ、X)
だけY軸方向に移動させるようになつている。コ
ンピユータ8は、工具13のX軸方向の位置X及
び主軸3の回転角度θに対応して、予め内部メモ
リに格納されたf0(X)及びf1(θ、X)のデータ
を出力するものであつてもよく、あるいは予め組
み込まれたプログラムに従つて、それらの値を計
算して出力するものであつてもよい。
A rotary encoder 19 is attached to the main shaft 3 of the lathe 1, and the encoder 19 detects the rotation angle θ of the main shaft 3, and its detection signal is guided to the computer 8.
The computer 8 outputs a signal corresponding to f 1 (θ, Control the electro-hydraulic servomechanism 16 to move the tool 13 to the tool stand 9 f 1 (θ, X)
, in the Y-axis direction. The computer 8 outputs data of f 0 (X) and f 1 (θ, Alternatively, the values may be calculated and output according to a pre-installed program.

(作用) 次に、このように構成されたNC旋盤の作用に
ついて説明する。
(Operation) Next, the operation of the NC lathe configured as described above will be explained.

旋盤1の主軸3に工作物Wをセツトし、その工
作物Wが主軸3とともにその回転軸線Oを中心と
して回転されるようにする。そして、工具13を
目標物品の基準平面となるX=0の位置に位置
させる。この状態で、旋盤1を作動させると、工
作物Wの回転に伴つて、コンピユータ8がその回
転角度θに応じた信号を発生し、油圧シリンダ1
5が作動されて、工具13のY軸方向の位置が制
御される。このように、工作物Wの回転角度θに
応じて工具13がY軸方向に移動されることによ
り、工作物Wは非円形断面形状に旋削される。
A workpiece W is set on the main shaft 3 of a lathe 1, and the workpiece W is rotated together with the main shaft 3 about its rotation axis O. Then, the tool 13 is positioned at the position of X=0, which is the reference plane of the target article. When the lathe 1 is operated in this state, as the workpiece W rotates, the computer 8 generates a signal corresponding to the rotation angle θ, and the hydraulic cylinder 1
5 is activated to control the position of the tool 13 in the Y-axis direction. In this way, by moving the tool 13 in the Y-axis direction according to the rotation angle θ of the workpiece W, the workpiece W is turned into a non-circular cross-sectional shape.

また、同時に送りねじ5が回転されて、移動台
4、したがつて工具台9がX軸方向に移動され、
工具13のX軸方向の位置Xが変化する。それに
よつて、コンピユータ8がそのときの位置X及び
回転角度θに対応した信号を出力し、工具台9を
Y軸方向にf0(X)だけ移動させるとともに、工
具13を工具台9に対してY軸方向にf1(θ、X)
だけ移動させる。したがつて、工具13のY軸方
向の位置Yは、 Y=f0(X)+f1(θ、X) に制御されることになり、工作物Wが所定の形状
に旋削される。
At the same time, the feed screw 5 is rotated to move the moving table 4 and therefore the tool table 9 in the X-axis direction,
The position X of the tool 13 in the X-axis direction changes. As a result, the computer 8 outputs a signal corresponding to the current position f 1 (θ, X) in the Y-axis direction
move only. Therefore, the position Y of the tool 13 in the Y-axis direction is controlled to be Y=f 0 (X) + f 1 (θ, X), and the workpiece W is turned into a predetermined shape.

例えば工具台9が第4図aに示すように制御さ
れ、工具13が同図bのように制御されるとする
と、工作物Wは同図cに示すような形状に加工さ
れる。同図bにおいて、その振幅は、工作物Wが
1回転する間に工具13がf1(θ、X)に従つて
往復動されるストロークを表している。すなわ
ち、工具13は比較的小さなストロークで高速移
動されるが、その制御装置を電気油圧サーボ機構
16によつて構成することにより、このような高
速制御が可能となる。また、工具台9の位置は緩
やかに変化させればよいので、その制御は、送り
ねじ10とボールナツト9aとのボールねじ機構
及びサーボモータ11からなる通常のNC旋盤に
おける工具台制御装置と同様のものによつて行う
ことができ、その制御量が大きい場合にも正確な
制御を行うことができる。
For example, if the tool stand 9 is controlled as shown in FIG. 4a and the tool 13 is controlled as shown in FIG. 4b, the workpiece W is machined into the shape shown in FIG. 4c. In Figure b, the amplitude represents the stroke in which the tool 13 is reciprocated according to f 1 (θ, X) while the workpiece W makes one revolution. That is, the tool 13 is moved at high speed with a relatively small stroke, and by configuring the control device using the electro-hydraulic servomechanism 16, such high-speed control becomes possible. In addition, since the position of the tool rest 9 only needs to be changed gradually, its control is similar to the tool rest control device in a normal NC lathe, which consists of a ball screw mechanism of a feed screw 10 and a ball nut 9a, and a servo motor 11. It is possible to perform accurate control even when the amount of control is large.

(実施例) 次に、第1,2図に示した工作機械により、具
体的な形状の物品を加工する場合の実施例につい
て説明する。
(Example) Next, an example will be described in which an article having a specific shape is machined using the machine tool shown in FIGS. 1 and 2.

第5図に示すような、断面がほぼ三角形状で軸
方向にテーパを有する物品は、円柱座標を用い
て、 r=r0+kx+a sin3θ (r0、k、aは任意の定数) と表すことができる。したがつて、このような形
状の物品を得ようとする場合には、工具13の刃
先のY軸方向の位置Yを、 Y=r0+kX+a sin3θ を満たすように制御すればよい。そこで、この式
を、θに関係のない部分f0(X)と、θに関係の
ある部分f1(θ、X)とに分離すると、 f0(X)=r0+kX f1(θ、X)=a sin3θ となる。
An article with a nearly triangular cross section and a taper in the axial direction, as shown in Figure 5, can be expressed using cylindrical coordinates as r=r 0 +kx+a sin3θ (r 0 , k, and a are arbitrary constants). Can be done. Therefore, in order to obtain an article having such a shape, the position Y of the cutting edge of the tool 13 in the Y-axis direction may be controlled so as to satisfy the following equation: Y=r 0 +kX+a sin3θ. Therefore, if we separate this equation into a part f 0 (X) that is unrelated to θ and a part f 1 (θ, X) that is related to θ, we get f 0 (X)=r 0 + k ,X)=a sin3θ.

このようにすると、f0(X)は、X軸方向への
移動量に対して直線的に変化する量となり、その
制御には高速応答性は必要としない。したがつ
て、この制御は、通常のNC旋盤におけるテーパ
を旋削する場合の送りで対応させることができ
る。そこで、工具台9を、X軸方向への移動に伴
つてY軸方向にr0+kXだけ移動されるように、
サーボモータ11及び送りねじ10、ボールナツ
ト9aからなる工具台位置制御装置を用いて制御
する。
In this way, f 0 (X) becomes an amount that changes linearly with respect to the amount of movement in the X-axis direction, and its control does not require high-speed responsiveness. Therefore, this control can be performed using the feed when turning a taper on a normal NC lathe. Therefore, the tool stand 9 is moved in the Y-axis direction by r 0 +kX as it is moved in the X-axis direction.
Control is performed using a tool stand position control device consisting of a servo motor 11, a feed screw 10, and a ball nut 9a.

一方、f1(θ、X)は、主軸3が1回転する間
に工具13を往復動させる必要のある量となり、
その制御には高速応答性が求められる。そこで、
その制御を電気油圧サーボ機構16によつて受け
持たせ、エンコーダ19により検出される主軸3
の回転角度θに同期して、工具13がa sin3θ
だけ移動されるように制御する。
On the other hand, f 1 (θ,
Its control requires high-speed response. Therefore,
The main shaft 3 is controlled by an electro-hydraulic servo mechanism 16 and detected by an encoder 19.
The tool 13 moves in synchronization with the rotation angle θ of a sin3θ
control so that it is moved only.

このように、工具13のY軸方向の位置Yの制
御を、主軸3の回転角度θに関係なく制御し得る
部分f0(X)=r0+kXと、θに応じて制御する必
要のある部分f1(θ、X)=a sin3θとに分離し
て、f1(θ、X)=a sin3θの部分のみを電気油
圧サーボ機構16によつて制御するようにするこ
とにより、そのサーボ機構16における油圧シリ
ンダ15の振幅の中心位置が一定となり、X軸方
向の位置Xにかかわらずほぼ同一条件での切削が
行われるようになる。また、その油圧シリンダ1
5は、2aのストロークがあればよく、有効動作
範囲が短く、可動部分の重量が小さい油圧シリン
ダとすることができる。これに対して、仮に、工
具13のY軸方向の位置制御全体を単一の油圧シ
リンダによつて行おうとすると、その油圧シリン
ダには、2a+kh(hは目標物品の長さ)のストロ
ークが必要となる。
In this way, the position Y of the tool 13 in the Y-axis direction can be controlled regardless of the rotation angle θ of the spindle 3, and the part f 0 (X) = r 0 +kX, which needs to be controlled according to θ. By separating the part f 1 (θ, X) = a sin3θ and controlling only the part f 1 (θ, The center position of the amplitude of the hydraulic cylinder 15 at 16 becomes constant, and cutting is performed under substantially the same conditions regardless of the position X in the X-axis direction. In addition, the hydraulic cylinder 1
5 can be a hydraulic cylinder that only needs to have a stroke of 2a, has a short effective operating range, and has a small weight of movable parts. On the other hand, if we try to control the entire position of the tool 13 in the Y-axis direction using a single hydraulic cylinder, that hydraulic cylinder would need a stroke of 2a+kh (h is the length of the target object). becomes.

工具13の刃先のY軸方向の位置Yを定める式
Y=(θ、X)が、上記実施例のようにθに関係
のない部分f0(X)とθに関係のある部分f1(θ、
X)とに簡単に分離することができない場合に
は、X軸方向のそれぞれの位置Xiにおける目標
加工物品の横断面形状を考える。その横断面輪郭
は、f(θ、Xi)で表される第6図に示すような
閉曲線となる。そこで、その横断面輪郭の中心軸
線からの平均半径、すなわちXi断面におけるY
の最大値と最小値との平均値を求める。その平均
値をYa(Xi)とすると、 Y(θ、Xi)=Ya(Xi) +{f(θ、Xi)−Ya(Xi)} となる。
The formula Y = (θ , θ,
If it cannot be easily separated into X), consider the cross-sectional shape of the target workpiece at each position Xi in the X-axis direction. Its cross-sectional profile is a closed curve as shown in FIG. 6, represented by f(θ, Xi). Therefore, the average radius from the central axis of the cross-sectional contour, that is, Y in the Xi section
Find the average value of the maximum and minimum values. Letting the average value be Ya (Xi), Y (θ, Xi) = Ya (Xi) + {f (θ, Xi) - Ya (Xi)}.

したがつて、このような平均値Ya(Xi)を、
X軸方向の各位置について求めれば、 Y=Ya(X)+{f(θ、X)−Ya(X)} を得ることができる。そして、このようにするこ
とにより、Ya(X)はθに関係のない項となるの
で、これをf0(X)として、これに従つて工具台
9を制御する。また、 f1(θ、X)=f(θ、X)−Ya(X) として、これに従つて工具台9に対する工具13
の位置を制御する。
Therefore, such an average value Ya(Xi) is
If each position in the X-axis direction is determined, Y=Ya(X)+{f(θ,X)−Ya(X)} can be obtained. By doing this, Ya (X) becomes a term unrelated to θ, so it is set as f 0 (X), and the tool stand 9 is controlled accordingly. Also, as f 1 (θ, X) = f (θ,
control the position of

Yaとしては、このようにYの最大値と最小値
との平均値を用いるほかに、θ=0〜2πの間の
2乗和平均等の平均値を用いることもできる。
As Ya, in addition to using the average value of the maximum value and minimum value of Y as described above, it is also possible to use an average value such as the average value of the sum of squares between θ=0 and 2π.

このようにすることによつて、いかなる形状の
物品であつても、それを旋削加工するための工具
13のY軸方向の位置Yを定める式は、主軸3の
回転角度θに関係のない部分とθに関係のある部
分とに分離することができるようになる。そし
て、これらθに関係のない部分とθに関係のある
部分とは、目標加工形状に基づいて予め求めるこ
とができるので、そのデータあるいは計算プログ
ラムをコンピユータ8に入力しておくことによ
り、工具台9及び工具13の位置をそれに合わせ
て制御することが可能となる。
By doing this, the formula for determining the position Y in the Y-axis direction of the tool 13 for turning an article of any shape can be calculated using a formula that is not related to the rotation angle θ of the main shaft 3. and a part related to θ. These parts unrelated to θ and parts related to θ can be determined in advance based on the target machining shape, so by inputting that data or calculation program into the computer 8, the tool stand can be 9 and tool 13 can be controlled accordingly.

(発明の効果) 以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、工具台の位置を工具台位置制御装置によりX
軸方向及びY軸方向に制御し得るようにするとと
もに、工具の工具台に対するY軸方向の位置を電
気油圧サーボ機構により制御し得るようにし、工
具位置のY軸方向の制御量のうち、主軸の回転角
度に関係なく低速で制御すればよい部分は工具台
の位置の制御で受け持たせ、主軸の回転角度によ
つて高速で制御する必要のある部分のみを工具台
に対する工具の位置制御によつて受け持たせるよ
うにしているので、その電気油圧サーボ機構に用
いられる油圧シリンダはストロークの小さなもの
でよくなり、可動部分の重量を小さくして、高速
応答性を一層向上させることができるようにな
る。したがつて、非円形断面を有する物品を加工
する場合にも主軸の回転速度を高めることがで
き、加工能率が高く、良好な仕上げ面を得ること
のできる工作機械とすることができる。
(Effects of the Invention) As is clear from the above description, according to the present invention, the position of the tool rest is controlled by the tool rest position control device.
In addition to controlling the tool position in the axial direction and the Y-axis direction, the position of the tool in the Y-axis direction with respect to the tool rest can be controlled by an electro-hydraulic servo mechanism. The parts that need to be controlled at low speed regardless of the rotation angle of the spindle are controlled by the position of the tool rest, and only the parts that need to be controlled at high speed by the rotation angle of the spindle are controlled by the position of the tool relative to the tool rest. As a result, the hydraulic cylinder used in the electro-hydraulic servo mechanism can be used with a small stroke, reducing the weight of moving parts and further improving high-speed response. become. Therefore, even when machining an article having a non-circular cross section, the rotational speed of the spindle can be increased, and the machine tool can have high machining efficiency and obtain a good finished surface.

また、旋削加工を行う場合、通常は少量ずつの
旋削を数回にわたつて行うことにより最終目標形
状を得るようにされるが、本発明による工作機械
では、その場合の工具の戻し及び切り込み量の制
御も工具台の位置の制御で受け持たせることがで
きるので、そのような場合にも油圧シリンダ内の
ピストンの往復動の中心を油圧シリンダの中心近
傍に維持させることができ、高い加工精度を保つ
ことができる。
Furthermore, when performing turning processing, normally the final target shape is obtained by performing small-scale turning several times, but with the machine tool according to the present invention, the return of the tool and the amount of cut in that case are control can also be taken over by controlling the position of the tool stand, so even in such cases, the center of the reciprocating motion of the piston inside the hydraulic cylinder can be maintained near the center of the hydraulic cylinder, achieving high machining accuracy. can be kept.

さらに、本発明による非円形断面を有する物品
の工作機械は、通常のボールねじによるX軸方向
及びY軸方向の工具台送り機構を備えたNC工作
機械を利用して、その工具台上に電気油圧サーボ
機構を設置し、そのサーボ機構によつて位置決め
がなされるように工具を支持するだけで得ること
ができる。したがつて、その改造が容易であると
ともに、必要に応じて、付加された電気油圧サー
ボ機構を停止させて、工具が固定して保持される
ようにすれば、通常のNC工作機械と全く同様に
使用することができる。
Furthermore, the machine tool for articles having a non-circular cross section according to the present invention utilizes an NC machine tool equipped with a tool rest feeding mechanism in the X-axis direction and Y-axis direction using an ordinary ball screw, and has an electric current on the tool rest. This can be achieved simply by installing a hydraulic servo mechanism and supporting the tool so that the servo mechanism positions the tool. Therefore, it is easy to modify, and if necessary, the added electro-hydraulic servomechanism can be stopped to hold the tool fixed, making it work just like a normal NC machine tool. It can be used for.

なお、本発明による工作機械は、工作物の外周
面を加工するものに限らず、筒状工作物の内周面
の加工や、端面等の正面旋削を行う工作機械にも
適用することができる。例えば上述の工作機械に
おいて、工具台上に設置される工具及び油圧シリ
ンダの方向を90°回転させることができるように
しておけば、凹凸のある端面の加工もできるよう
になる。
Note that the machine tool according to the present invention is not limited to one that processes the outer circumferential surface of a workpiece, but can also be applied to a machine tool that processes the inner circumferential surface of a cylindrical workpiece or performs face turning of an end surface, etc. . For example, in the above-mentioned machine tool, if the direction of the tool and the hydraulic cylinder installed on the tool stand can be rotated by 90 degrees, it becomes possible to process an uneven end surface.

また、本発明による工作機械は、旋盤に限らず
研削盤等にも適用することができることは明らか
であろう。工具を支持する工具台がX軸方向には
固定されていて、工作物がX軸方向に移動される
ようにしたものにも適用可能である。
Furthermore, it is clear that the machine tool according to the present invention can be applied not only to lathes but also to grinders and the like. It is also applicable to a device in which the tool rest supporting the tool is fixed in the X-axis direction and the workpiece is moved in the X-axis direction.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明による工作機械の一実施例を
示す平面図、第2図は、その工作機械の正面図、
第3図は、その工作機械によつて加工される非円
形断面を有する物品の説明図、第4図は、その加
工のための制御量を説明する説明図、第5図は、
加工される物品の具体例を示す側面図及び正面
図、第6図は、工具台及び工具の各制御量を求め
るための説明図である。 1……NC旋盤、3……主軸、4……移動台、
5……送りねじ、8……コンピユータ、9……工
具台、10……送りねじ、11……サーボモー
タ、13……工具、15……油圧シリンダ、16
……電気油圧サーボ機構、19……エンコーダ、
O……回転軸線、W……工作物。
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a machine tool according to the present invention, FIG. 2 is a front view of the machine tool,
FIG. 3 is an explanatory diagram of an article having a non-circular cross section that is machined by the machine tool, FIG. 4 is an explanatory diagram that explains the control amount for the machining, and FIG.
A side view and a front view showing a specific example of an article to be processed, and FIG. 6 are explanatory diagrams for determining each control amount of the tool stand and the tool. 1... NC lathe, 3... Main spindle, 4... Moving table,
5...Feed screw, 8...Computer, 9...Tool stand, 10...Feed screw, 11...Servo motor, 13...Tool, 15...Hydraulic cylinder, 16
...Electro-hydraulic servo mechanism, 19...Encoder,
O...rotation axis, W...workpiece.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 回転される工作物Wに対して、その回転軸線
Oに平行な方向をX軸方向、垂直な方向をY軸方
向とするとき、 X軸方向及びY軸方向に相対移動可能に設置さ
れた工具台9と、 その工具台9を、X軸方向のそれぞれの位置に
おいて、前記工作物Wの目標加工形状に基づいて
予め定められた大きさだけ、Y軸方向に相対移動
させる工具台位置制御装置と、 前記工具台9上に、Y軸方向に往復動可能に支
持された工具13と、 その工具13を、X軸方向のそれぞれの位置に
おいて、前記工作物Wの目標加工横断面輪郭形状
と前記工具台9のY軸方向への移動量とにより前
記工作物Wの回転角度θに対応して予め定められ
た大きさだけ、前記工具台9に対してY軸方向に
移動させる電気油圧サーボ機構16と、 を備えてなる、非円形断面を有する物品の工作機
械。 2 前記工具台位置制御装置によつて移動される
前記工具台9のY軸方向への移動量が、X軸方向
の各位置における前記工作物Wの目標加工横断面
輪郭の前記回転軸線Oからの平均半径によつて定
められていることを特徴とする、 特許請求の範囲第1項記載の工作機械。
[Claims] 1. Relative to the X-axis direction and the Y-axis direction when the direction parallel to the rotating axis O of the workpiece W to be rotated is the X-axis direction and the perpendicular direction is the Y-axis direction. A movably installed tool stand 9 and the tool stand 9 are moved relative to each other in the Y-axis direction by a predetermined size based on the target machining shape of the workpiece W at each position in the X-axis direction. A tool stand position control device for moving the workpiece W; a tool 13 supported on the tool stand 9 so as to be able to reciprocate in the Y-axis direction; and a tool 13 that moves the tool 13 at each position in the X-axis direction. The Y-axis relative to the tool stand 9 is adjusted by a predetermined amount corresponding to the rotation angle θ of the workpiece W based on the target machining cross-sectional contour shape and the amount of movement of the tool stand 9 in the Y-axis direction. An electro-hydraulic servomechanism 16 for moving an article in a direction. 2. The amount of movement of the tool stand 9 in the Y-axis direction, which is moved by the tool stand position control device, is from the rotation axis O of the target machining cross-sectional profile of the workpiece W at each position in the X-axis direction. The machine tool according to claim 1, characterized in that it is defined by an average radius of.
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