数値制御装置および加工方法
【課題】工作機械において工作物を高精度に加工でき、且つ加工時間を大幅に短縮できるＮＣ装置および加工方法を提供する。
【解決手段】主軸７の回転速度Ｓと熱変位量Ｔとの関係を示すデータを予め測定して記憶している。これにより、工具７３と工作物Ｗとの接触点Ｐｎにおける主軸７の熱変位量Ｔｎおよび基準熱変位量Ｔ０を求め、接触点Ｐｎにおける加工誤差Ｔｎ０を求めることができる（ステップＳ１〜４）。そして、該加工誤差Ｔｎ０が工作物の許容誤差Ａｎ内となるように、主軸７の回転速度Ｓｎ，ＳＳｎを決定し、ＮＣプログラムに指令されている主軸７の回転基準速度Ｓ０およびテーブル３の送り基準速度Ｆ０を変更することができる（ステップＳ５〜９）。そして、以上の処理を同一の工具７３による加工工程（一加工工程）内において加工部位ごとに行っているので、工作物の加工精度を高精度に維持しつつ、加工時間を従来よりも大幅に短縮することができる。
【解決手段】主軸７の回転速度Ｓと熱変位量Ｔとの関係を示すデータを予め測定して記憶している。これにより、工具７３と工作物Ｗとの接触点Ｐｎにおける主軸７の熱変位量Ｔｎおよび基準熱変位量Ｔ０を求め、接触点Ｐｎにおける加工誤差Ｔｎ０を求めることができる（ステップＳ１〜４）。そして、該加工誤差Ｔｎ０が工作物の許容誤差Ａｎ内となるように、主軸７の回転速度Ｓｎ，ＳＳｎを決定し、ＮＣプログラムに指令されている主軸７の回転基準速度Ｓ０およびテーブル３の送り基準速度Ｆ０を変更することができる（ステップＳ５〜９）。そして、以上の処理を同一の工具７３による加工工程（一加工工程）内において加工部位ごとに行っているので、工作物の加工精度を高精度に維持しつつ、加工時間を従来よりも大幅に短縮することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械を数値制御して工作物を加工する数値制御装置（以下、ＮＣ装置という）および加工方法に関し、特に、工具が装着されている主軸の回転速度を、同一の工具による加工工程内において加工部位によって変化させるＮＣ装置および加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、工作機械のＮＣ装置は、工具が装着されている主軸を一定の回転速度で回転させて工作物を加工している。しかし、例えば、回転軸が垂直方向を向いた工具により工作物の傾斜面を加工するときの工具と工作物との接触点における工具径は、工作物の垂直面を加工するときの工具と工作物との接触点における工具径よりも小さくなる場合がある。この場合、工作物の傾斜面を加工するときの加工速度は、工作物の垂直面を加工するときの加工速度よりも低下する。よって、工作物の全ての面を加工する際の加工速度を垂直面を加工するときの加工速度にすることにより、工作物の加工時間を短縮させることができる。このためには、加工速度と比例関係にある主軸の回転速度を変化させる必要がある。しかし、主軸の回転速度を変化させると、主軸に発生する熱量も変化して主軸の熱変位量が変動するため、加工精度が低下する傾向にある。
【０００３】
そこで、例えば、特開２００２−２３９８７２号公報（特許文献１）および特開平５−２７７８９４号公報（特許文献２）には、熱変位の補正機能を有するＮＣ装置が記載されている。特許文献１記載のＮＣ装置には、主軸回転速度を低速から高速まで複数に区分して割当てた異なる熱変位係数が予め設定されている。そして、ＮＣ装置は、数値制御プログラム（以下、ＮＣプログラムという）上から主軸回転速度に応じて熱変位係数を変更することにより最適な熱変位補正を行う。これにより、高精度な加工を行うことができる。また、特許文献２記載のＮＣ装置には、主軸回転数（主軸回転速度）に対応する各送り軸の位置等の補正値が予め記憶されている。そして、ＮＣ装置は、指令された主軸回転数に対応する補正値に基づいて各送り軸の位置等を補正する。これにより、高精度な加工を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２３９８７２号公報
【特許文献２】特開平５−２７７８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１および２記載のＮＣ装置では、同一の工具による加工工程（一加工工程）を複数組み合わせた加工工程でなる工作物の加工において、一加工工程ごとに主軸回転速度を変化させて熱変位補正を行っているため、全加工工程における加工時間の短縮化を図ることができる。しかし、近年、工作物の加工においては、更なる加工時間の短縮化が望まれている。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、工作機械において工作物を高精度に加工でき、且つ加工時間を大幅に短縮できるＮＣ装置および加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（ＮＣ装置）
（請求項１）本発明のＮＣ装置は、工作機械における工具が装着されている主軸の回転速度を、同一の前記工具による加工工程内において加工部位によって変化させるＮＣ装置であって、少なくとも前記工作機械を数値制御するためのＮＣプログラム、前記工具に関するデータ、前記工作物に関するデータ、および前記主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータが予め記憶されている記憶手段と、前記工具に関するデータおよび前記工作物に関するデータに基づいて、前記工具と前記工作物との接触点を演算する接触点演算手段と、前記工具に関するデータに基づいて、算出した前記接触点における前記主軸の回転速度を演算する主軸回転速度演算部と、前記主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータに基づいて、算出した前記主軸の回転速度と、前記ＮＣプログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度と、から前記主軸の熱変位量を演算する熱変位量演算手段と、前記ＮＣプログラムに指令されている前記工作物の加工精度と、算出した前記主軸の熱変位量との大きさを比較する比較手段と、少なくとも前記主軸の熱変位量が前記工作物の加工精度の範囲内となるように、前記ＮＣプログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度を変更する主軸回転速度変更手段と、変更した前記主軸の回転速度に基づいて、前記ＮＣプログラムに指令されている前記工具と前記工作物の相対基準送り速度を変更する送り速度変更手段と、前記主軸の回転基準速度および前記工具と前記工作物の相対基準送り速度が変更された前記ＮＣプログラムに基づいて、前記工作物の加工を数値制御する加工制御手段と、を備える。
【０００８】
（請求項２）前記ＮＣプログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度は、当該ＮＣプログラムにより加工する際に使用する前記工具における最大径および前記工具の適正な加工速度に基づいて設定され、前記主軸回転速度演算部は、算出した前記接触点における前記工具の径および前記工具の適正な加工速度に基づいて、前記接触点における前記主軸の回転速度を演算するようにしてもよい。
【０００９】
（請求項３）前記ＮＣプログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度は、当該ＮＣプログラムにより加工する際に、前記工作物と接触する前記工具の接触範囲における最大径および前記工具の適正な加工速度に基づいて設定され、前記主軸回転速度演算部は、算出した前記接触点における前記工具の径および前記工具の適正な加工速度に基づいて、前記接触点における前記主軸の回転速度を演算するようにしてもよい。
【００１０】
（加工方法）
（請求項４）本発明の加工方法は、工作機械における工具が装着されている主軸の回転速度を、同一の前記工具による加工工程内において加工部位によって変化させる加工方法であって、少なくとも前記加工を数値制御するためのＮＣプログラム、前記工具に関するデータ、前記工作物に関するデータ、および前記主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータを予め記憶する記憶工程と、前記工具に関するデータおよび前記工作物に関するデータに基づいて、前記工具と前記工作物との接触点を演算する接触点演算工程と、前記工具に関するデータに基づいて、算出した前記接触点における前記主軸の回転速度を演算する主軸回転速度演算工程と、前記主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータに基づいて、算出した前記主軸の回転速度と、前記ＮＣプログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度と、から前記主軸の熱変位量を演算する熱変位量演算工程と、前記ＮＣプログラムに指令されている前記工作物の加工精度と、算出した前記主軸の熱変位量との大きさを比較する比較工程と、少なくとも前記主軸の熱変位量が前記工作物の加工精度の範囲内となるように、前記ＮＣプログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度を変更する主軸回転速度変更工程と、変更した前記主軸の回転速度に基づいて、前記ＮＣプログラムに指令されている前記工具と前記工作物の相対送り基準速度を変更する送り速度変更工程と、前記主軸の回転基準速度および前記工具と前記工作物の相対送り基準速度が変更された前記ＮＣプログラムに基づいて、前記工作物の加工を数値制御する加工制御工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
（請求項１）主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータが予め記憶されているので、工具と工作物との接触点における主軸の回転速度を演算することにより、該接触点における主軸の熱変位量を求めることができる。一方、ＮＣプログラムには主軸の回転基準速度が指令されているので、主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータから主軸の基準熱変位量を求めることができる。そして、接触点における主軸の熱変位量と主軸の基準熱変位量との差は、接触点における加工誤差を表す。よって、該加工誤差がＮＣプログラムに指令されている工作物の加工精度内となるように、主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータから主軸の回転速度を演算し、ＮＣプログラムに指令されている主軸の回転基準速度を変更することができる。さらに、変更した主軸の回転速度に基づいて、ＮＣプログラムに指令されている工具と工作物の相対送り基準速度を変更することができる。そして、以上の処理を同一の工具による加工工程（一加工工程）内において加工部位ごとに行っているので、工作物の加工精度を高精度に維持しつつ、加工時間を従来よりも大幅に短縮することができる。
【００１２】
（請求項２）工具における最大径および工具の適正な加工速度に基づいて求めた主軸の回転基準速度を、接触点における工具の径および工具の適正な加工速度に基づいて求めた接触点における主軸の回転速度に変更している。これにより、同一の工具による加工工程（一加工工程）内において工具の加工速度を常に適正値として加工を行うことができるので、加工効率を向上させることができる。
【００１３】
（請求項３）ＮＣプログラムにより加工する際に、工作物と接触する工具の使用範囲における最大径および工具の適正な加工速度に基づいて求めた主軸の回転基準速度を、接触点における工具の径および工具の適正な加工速度に基づいて求めた接触点における主軸の回転速度に変更している。これにより、同一の工具による加工工程（一加工工程）内において工具の加工速度を常に適正値として加工を行うことができるので、加工効率を向上させることができる。また、実際の加工に即した主軸の回転速度となるので、加工精度をさらに高めることができる。
【００１４】
（請求項４）本発明の加工方法によれば、上述したＮＣ装置における効果と同様の効果を奏する。また、ＮＣ装置における他の特徴部分について、本発明の加工方法に同様に適用できる。そして、同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ＮＣ装置を備えた立形マシニングセンタの正面図である。
【図２】ＮＣ装置の機能ブロック図である。
【図３】ＮＣ装置の処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】ＮＣプログラムに指令されている主軸の回転基準速度を求めるための工具の刃径を示す図である。
【図５】主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（１．ＮＣ装置を備えた工作機械の機械構成）
ＮＣ装置は、工作機械において工具が装着されている主軸の回転速度を、同一の工具による加工工程（一加工工程）内において加工部位によって変化させる装置である。工作機械の一例として、立形マシニングセンタを例に挙げ、図１を参照して説明する。
【００１７】
図１に示すように、立形マシニングセンタ１は、ベッド２と、テーブル３と、コラム４と、スライダ５と、主軸ヘッド６と、主軸７と、自動工具交換装置８と、ＮＣ装置９とから概略構成される。
【００１８】
ベッド２は、ほぼ矩形状からなり、床上に配置される。ただし、ベッド２の形状は矩形状に限定されるものではない。ベッド２上には、テーブル３および自動工具交換装置８が備えられている。また、ベッド２の後方側には、コラム４が立設されている。
【００１９】
テーブル３は、矩形状からなり、ベッド２上に備えられた前後方向（Ｙ軸方向）に延びるガイド部材３１にＹ軸方向にスライド可能に設けられている。そして、ガイド部材３１には、テーブル３をＹ軸方向にスライドさせるボールネジ機構３２を有するテーブル用モータ３３が備えられている。テーブル３上には、工作物Ｗが載置され磁気吸着されて固定される。
【００２０】
コラム４は、ほぼ門形状からなり、ベッド２の後方側に立設されている。コラム４の脚部材４１には、ＮＣ装置９が備えられ、コラム４の上部材４２には、スライダ５が備えられている。
【００２１】
スライダ５は、コラム４の上部材４２の前面に形成された案内面４３に沿って左右方向（Ｘ軸方向）に移動可能に設けられている。そして、スライダ５をＸ軸方向に移動させるボールネジ機構５１を有するスライダ用モータ５２が、コラム４の上部材４２に備えられている。
【００２２】
主軸ヘッド６は、スライダ５の前面に形成された案内面５３に沿って上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられている。そして、主軸ヘッド６をＺ軸方向に移動させるボールネジ機構６１を有する主軸ヘッド用モータ６２が、スライダ５に備えられている。
【００２３】
主軸７は、主軸ヘッド６に上下方向（Ｚ軸方向）に延在し、かつＺ軸回りで回転可能に支持されている。そして、主軸７をＺ軸回りで回転させるギヤ機構７１を有する主軸用モータ７２が、主軸ヘッド６に内蔵されている。主軸７の下端には、工作物Ｗを加工する工具７３が着脱可能に装着されている。つまり、工具７３は、主軸ヘッド６に対して、Ｚ軸回りに回転可能に取り付けられている。
【００２４】
自動工具交換装置８には、図略の複数種の工具７３が備えられている。そして、自動工具交換装置８は、主軸７との間で工具７３を自動的に交換可能に構成されている。
【００２５】
ＮＣ装置９は、主軸用モータ７２等を駆動制御して工具７３をＺ軸回りに回転させ、且つ、テーブル用モータ３３、スライダ用モータ５２および主軸ヘッド用モータ６２等を駆動制御して工作物Ｗと工具７３とをＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に相対移動することにより工作物Ｗの加工の制御を行う。
【００２６】
（２．ＮＣ装置の構成）
次に、ＮＣ装置９について、図２の機能ブロック図を参照して説明する。
ＮＣ装置９は、入力部９１と、記憶部９２と、工具接触点演算部９３と、主軸回転速度演算部９４と、熱変位量演算部９５と、比較部９６と、主軸回転速度変更部９７と、送り速度変更部９８と、加工制御部９９とを備えて構成される。
【００２７】
入力部９１は、タッチパネル等の入力手段を備え、加工に必要なＮＣプログラムや工具７３に関するデータ、工作物Ｗに関するデータ、および主軸７の回転速度Ｓと熱変位量Ｔとの関係を示すデータ等を入力して記憶部９２に記憶する。
【００２８】
工具接触点演算部９３は、記憶部９２から読込んだ工具７３に関するデータおよび工作物Ｗに関するデータに基づいて、工具７３と工作物Ｗとの接触点Ｐｎ（ｎ＝１，２，・・・）を演算する。ｎは、工具７３と工作物Ｗとが相対移動したときを表している。
【００２９】
主軸回転速度演算部９４は、記憶部９２から読込んだ工具７３に関するデータに基づいて、接触点Ｐｎにおける主軸７の回転速度Ｓｎ（ｎ＝１，２，・・・）を演算する。
具体的には、主軸７の回転速度Ｓｎ（ｍｉｎ−１）は、Ｖを工具７３の加工速度（ｍ／ｍｉｎ）、Ｄｎ（ｎ＝１，２，・・・）を接触点Ｐｎにおける工具７３の刃径（ｍｍ）とした場合、次式（１）で表される。なお、工具７３の加工速度（ｍ／ｍｉｎ）は、工具７３の材質によって予め規定されている適正値（上限値）であり、本例では固定値となる。
Ｓｎ＝１０００Ｖ／πＤｎ・・・（１）
【００３０】
熱変位量演算部９５は、主軸回転速度演算部９４から入力される主軸７の回転速度Ｓｎと、記憶部９２から読込んだＮＣプログラムに指令されている主軸７の回転基準速度Ｓ０と、記憶部９２から読込んだ主軸７の回転速度Ｓと熱変位量Ｔとの関係を示すデータとに基づいて求めた基準熱変位量Ｔ０および接触点Ｐｎでの熱変位量Ｔｎ（ｎ＝１，２，・・・）により、接触点Ｐｎにおける加工の加工誤差Ｔｎ０（ｎ＝１，２，・・・）を演算する。
具体的は、接触点Ｐｎにおける加工の加工誤差Ｔｎ０は、接触点Ｐｎでの熱変位量Ｔｎと基準熱変位量Ｔ０との差で表される。
【００３１】
比較部９６は、熱変位量演算部９５から入力される接触点Ｐｎにおける加工誤差Ｔｎ０と、記憶部９２から読込んだＮＣプログラムに指令されている接触点Ｐｎにおける許容誤差Ａｎ（ｎ＝１，２，・・・）との大小を比較する。なお、加工精度であれば許容誤差Ａｎに限定されるものではなく、公差等を比較対象としてＮＣプログラムに指令するようにしてもよい。
【００３２】
主軸回転速度変更部９７は、比較部９６から入力される比較結果に基づいて、記憶部９２から読込んだＮＣプログラムに指令されている主軸７の回転基準速度Ｓ０を、算出した主軸７の回転速度Ｓｎもしくは後述するＳＳｎ（ｎ＝１，２，・・・）に変更する。
【００３３】
送り速度変更部９８は、主軸回転速度変更部９７から入力される変更した主軸７の回転速度ＳｎもしくはＳＳｎに基づいて、テーブル３の送り速度（工具７３と工作物Ｗとの相対送り速度）Ｆｎ（ｎ＝１，２，・・・）を演算し、記憶部９２から読込んだＮＣプログラムに指令されているテーブル３の送り基準速度（工具７３と工作物Ｗとの相対送り基準速度）Ｆ０を、算出したテーブル３の送り速度Ｆｎに変更する。
具体的には、テーブル３の送り速度Ｆｎ（ｍｍ／ｍｉｎ）は、ｆを工具７３の一刃送り（ｍｍ／ｔｏｏｔｈ）、Ｎを工具７３の刃数、Ｓｎを接触点Ｐｎにおける主軸７の回転速度（ｍｉｎ−１）とした場合、次式（２）で表される。よって、テーブル３の送り速度Ｆｎは、主軸７の回転速度Ｓｎから演算することができる。
Ｆｎ＝ｆＮＳｎ・・・（２）
【００３４】
加工制御部９９は、変更された主軸７の回転速度Ｓｎおよびテーブル３の送り速度Ｆｎが指令されているＮＣプログラムに従って、工作機械１を数値制御して工作物Ｗを加工する。
【００３５】
（３．ＮＣ装置の動作）
次に、ＮＣ装置９の動作について、図３を参照して説明する。なお、記憶部９２には、加工に必要なＮＣプログラムや工具７３に関するデータ、工作物Ｗに関するデータ、および主軸７の回転速度Ｓと熱変位量Ｔとの関係を示すデータ等が入力部９１を介して予め記憶されているとする。
【００３６】
ここで、ＮＣプログラムには、同一の工具７３による加工工程（一加工工程）ごとに主軸７の回転基準速度Ｓ０が指令されている。この主軸７の回転基準速度Ｓ０は、変更の対象となる回転速度である。
【００３７】
図４に示すように、ＮＣプログラムに指令されている主軸７の回転基準速度Ｓ０は、該ＮＣプログラムにより加工する際に使用する工具７３の刃７３ａにおける最大刃径Ｄａｍａｘ（図４（Ａ）参照）、もしくは該ＮＣプログラムにより加工する際に、工作物Ｗと接触する工具７３の刃７３ａの接触範囲ｅにおける最大径Ｄｂｍａｘ（図４（Ｂ）参照）、および工具７３の材質によって予め規定されている適正値（上限値）である加工速度Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）に基づいて上述した式（１）により設定される。
【００３８】
また、ＮＣプログラムには、同一の工具７３による加工工程（一加工工程）ごとにテーブル３の送り基準速度Ｆ０が指令されている。このテーブル３の送り基準速度Ｆ０は、変更の対象となる送り送度である。テーブル３の送り基準速度Ｆ０（ｍｍ／ｍｉｎ）は、上述の式（２）により設定される。よって、テーブル３の送り基準速度Ｆ０は、主軸７の回転基準速度Ｓ０から演算することができる。
【００３９】
工具７３に関するデータとは、例えば、工具７３の種類、刃７３ａの径や長さ等の形状寸法、材質、工具７３の材質によって予め規定されている適正値（上限値）である加工速度Ｖ等のデータである。工作物Ｗに関するデータとは、例えば、素材の形状寸法、材質等のデータおよび加工品の形状寸法、加工精度（許容誤差Ａｎ、公差、面粗さ等）等のデータである。主軸７の回転速度Ｓと熱変位量Ｔとの関係を示すデータは、例えば、図５に示すようなデータであり、予め測定されてデータベース化されている。
【００４０】
図３に示すように、入力部９１から加工に必要なＮＣプログラムが指定されると、記憶部９２から読込んだ工具７３の刃７３ａの径や長さ等の形状寸法データおよび工作物Ｗの素材の形状寸法や加工品の形状寸法データに基づいて、工具７３と工作物Ｗとの接触点Ｐ１を演算する（ステップＳ１）。そして、記憶部９２から読込んだ工具７３の刃７３ａの径や長さ等の形状寸法データに基づいて、上述した式（１）により接触点Ｐ１における主軸７の回転速度Ｓ１を演算する（ステップＳ２）。
【００４１】
算出した主軸７の回転速度Ｓ１と、記憶部９２から読込んだＮＣプログラムに指令されている主軸７の回転基準速度Ｓ０と、記憶部９２から読込んだ主軸７の回転速度Ｓと熱変位量Ｔとの関係を示すデータとに基づいて、基準熱変位量Ｔ０および接触点Ｐ１における熱変位量Ｔ１を求め、接触点Ｐ１における熱変位量Ｔ１と基準熱変位量Ｔ０との差である加工誤差Ｔ１０を演算する（ステップＳ３）。
【００４２】
例えば、図５に示す主軸７の回転速度Ｓと熱変位量Ｔとの関係を示すデータから、算出した主軸７の回転速度Ｓ１が２００００（ｍｉｎ−１）であるときの熱変位量Ｔ１は１６μｍとなる。また、ＮＣプログラムに指令されている主軸７の回転基準速度Ｓ０が１００００（ｍｉｎ−１）であるときの基準熱変位量Ｔ０は８μｍとなる。よって、接触点Ｐ１における加工誤差Ｔ１０は、熱変位量Ｔ１と基準熱変位量Ｔ０との差８μｍとなる。
【００４３】
そして、記憶部９２からＮＣプログラムに指令されている接触点Ｐ１における許容誤差Ａ１を読込み、接触点Ｐ１における加工誤差Ｔ１０と許容誤差Ａ１との大小を比較する（ステップＳ４，５）。接触点Ｐ１における加工誤差Ｔ１０が許容誤差Ａ１以下であると判断したときは、算出した主軸７の回転速度Ｓ１で加工しても加工寸法は許容範囲内になるので、記憶部９２から読込んだＮＣプログラムに指令されている主軸７の回転基準速度Ｓ０を回転速度Ｓ１に変更する（ステップＳ６）。
【００４４】
一方、ステップＳ４において、接触点Ｐ１における加工誤差Ｔ１０が許容誤差Ａ１を超えていると判断したときは、主軸７の回転速度Ｓと熱変位量Ｔとの関係を示すデータから、加工誤差Ｔ１０と許容誤差Ａ１とが等しくなる主軸７の回転速度ＳＳ１を読込む（ステップＳ７）。この読込んだ主軸７の回転速度ＳＳ１で加工しても加工寸法は許容範囲内になるので、記憶部９２から読込んだＮＣプログラムに指令されている主軸７の回転基準速度Ｓ０を回転速度ＳＳ１に変更する（ステップＳ８）。
【００４５】
そして、変更した主軸７の回転速度Ｓ１もしくはＳＳ１に基づいてテーブル３の送り速度Ｆ１を上述した式（２）により演算し、記憶部９２から読込んだＮＣプログラムに指令されているテーブル３の送り基準速度Ｆ０を算出したテーブル３の送り速度Ｆ１に変更する（ステップＳ９）。そして、ＮＣプログラムの同一の工具７３による加工工程（一加工工程）における変更処理が完了したか否かを判断し（ステップＳ１０）、変更処理が完了していないと判断したときは、ステップＳ１に戻って次の接触点Ｐ２を演算して上述の処理を繰り返す。一方、ステップＳ９において、変更処理が完了したと判断したときは、変更された主軸７の回転速度Ｓｎおよびテーブル３の送り速度Ｆｎが指令されているＮＣプログラムに従って、工作機械１を数値制御して工作物を加工する（ステップＳ１１）。
【００４６】
（４．ＮＣ装置による処理の効果）
主軸７の回転速度Ｓと熱変位量Ｔとの関係を示すデータを予め測定して記憶している。これにより、工具７３と工作物Ｗとの接触点Ｐｎにおける主軸７の熱変位量Ｔｎおよび基準熱変位量Ｔ０を求め、接触点Ｐｎにおける加工誤差Ｔｎ０を求めることができる。そして、求めた加工誤差Ｔｎ０が工作物の許容誤差Ａｎ内となるように、主軸７の回転速度Ｓｎ，ＳＳｎを決定し、ＮＣプログラムに指令されている主軸７の回転基準速度Ｓ０およびテーブル３の送り基準速度Ｆ０を変更することができる。そして、以上の処理を同一の工具７３による加工工程（一加工工程）内において加工部位ごとに行っているので、工作物Ｗの加工精度を高精度に維持しつつ、加工時間を従来よりも大幅に短縮することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１：立形マシニングセンタ、 ２：ベッド、 ３：テーブル、 ４：コラム
５：スライダ、 ６：主軸ヘッド、 ７：主軸、 ８：自動工具交換装置
９：ＮＣ装置、 ７１：工具、 Ｗ：工作物
９１：入力部、 ９２：記憶部、 ９３：工具接触点演算部
９４：主軸回転速度演算部、 ９５：熱変位量演算部、 ９６：比較部
９７：主軸回転速度変更部、 ９８：送り速度変更部、 ９９：加工制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械を数値制御して工作物を加工する数値制御装置（以下、ＮＣ装置という）および加工方法に関し、特に、工具が装着されている主軸の回転速度を、同一の工具による加工工程内において加工部位によって変化させるＮＣ装置および加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、工作機械のＮＣ装置は、工具が装着されている主軸を一定の回転速度で回転させて工作物を加工している。しかし、例えば、回転軸が垂直方向を向いた工具により工作物の傾斜面を加工するときの工具と工作物との接触点における工具径は、工作物の垂直面を加工するときの工具と工作物との接触点における工具径よりも小さくなる場合がある。この場合、工作物の傾斜面を加工するときの加工速度は、工作物の垂直面を加工するときの加工速度よりも低下する。よって、工作物の全ての面を加工する際の加工速度を垂直面を加工するときの加工速度にすることにより、工作物の加工時間を短縮させることができる。このためには、加工速度と比例関係にある主軸の回転速度を変化させる必要がある。しかし、主軸の回転速度を変化させると、主軸に発生する熱量も変化して主軸の熱変位量が変動するため、加工精度が低下する傾向にある。
【０００３】
そこで、例えば、特開２００２−２３９８７２号公報（特許文献１）および特開平５−２７７８９４号公報（特許文献２）には、熱変位の補正機能を有するＮＣ装置が記載されている。特許文献１記載のＮＣ装置には、主軸回転速度を低速から高速まで複数に区分して割当てた異なる熱変位係数が予め設定されている。そして、ＮＣ装置は、数値制御プログラム（以下、ＮＣプログラムという）上から主軸回転速度に応じて熱変位係数を変更することにより最適な熱変位補正を行う。これにより、高精度な加工を行うことができる。また、特許文献２記載のＮＣ装置には、主軸回転数（主軸回転速度）に対応する各送り軸の位置等の補正値が予め記憶されている。そして、ＮＣ装置は、指令された主軸回転数に対応する補正値に基づいて各送り軸の位置等を補正する。これにより、高精度な加工を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２３９８７２号公報
【特許文献２】特開平５−２７７８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１および２記載のＮＣ装置では、同一の工具による加工工程（一加工工程）を複数組み合わせた加工工程でなる工作物の加工において、一加工工程ごとに主軸回転速度を変化させて熱変位補正を行っているため、全加工工程における加工時間の短縮化を図ることができる。しかし、近年、工作物の加工においては、更なる加工時間の短縮化が望まれている。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、工作機械において工作物を高精度に加工でき、且つ加工時間を大幅に短縮できるＮＣ装置および加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（ＮＣ装置）
（請求項１）本発明のＮＣ装置は、工作機械における工具が装着されている主軸の回転速度を、同一の前記工具による加工工程内において加工部位によって変化させるＮＣ装置であって、少なくとも前記工作機械を数値制御するためのＮＣプログラム、前記工具に関するデータ、前記工作物に関するデータ、および前記主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータが予め記憶されている記憶手段と、前記工具に関するデータおよび前記工作物に関するデータに基づいて、前記工具と前記工作物との接触点を演算する接触点演算手段と、前記工具に関するデータに基づいて、算出した前記接触点における前記主軸の回転速度を演算する主軸回転速度演算部と、前記主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータに基づいて、算出した前記主軸の回転速度と、前記ＮＣプログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度と、から前記主軸の熱変位量を演算する熱変位量演算手段と、前記ＮＣプログラムに指令されている前記工作物の加工精度と、算出した前記主軸の熱変位量との大きさを比較する比較手段と、少なくとも前記主軸の熱変位量が前記工作物の加工精度の範囲内となるように、前記ＮＣプログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度を変更する主軸回転速度変更手段と、変更した前記主軸の回転速度に基づいて、前記ＮＣプログラムに指令されている前記工具と前記工作物の相対基準送り速度を変更する送り速度変更手段と、前記主軸の回転基準速度および前記工具と前記工作物の相対基準送り速度が変更された前記ＮＣプログラムに基づいて、前記工作物の加工を数値制御する加工制御手段と、を備える。
【０００８】
（請求項２）前記ＮＣプログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度は、当該ＮＣプログラムにより加工する際に使用する前記工具における最大径および前記工具の適正な加工速度に基づいて設定され、前記主軸回転速度演算部は、算出した前記接触点における前記工具の径および前記工具の適正な加工速度に基づいて、前記接触点における前記主軸の回転速度を演算するようにしてもよい。
【０００９】
（請求項３）前記ＮＣプログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度は、当該ＮＣプログラムにより加工する際に、前記工作物と接触する前記工具の接触範囲における最大径および前記工具の適正な加工速度に基づいて設定され、前記主軸回転速度演算部は、算出した前記接触点における前記工具の径および前記工具の適正な加工速度に基づいて、前記接触点における前記主軸の回転速度を演算するようにしてもよい。
【００１０】
（加工方法）
（請求項４）本発明の加工方法は、工作機械における工具が装着されている主軸の回転速度を、同一の前記工具による加工工程内において加工部位によって変化させる加工方法であって、少なくとも前記加工を数値制御するためのＮＣプログラム、前記工具に関するデータ、前記工作物に関するデータ、および前記主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータを予め記憶する記憶工程と、前記工具に関するデータおよび前記工作物に関するデータに基づいて、前記工具と前記工作物との接触点を演算する接触点演算工程と、前記工具に関するデータに基づいて、算出した前記接触点における前記主軸の回転速度を演算する主軸回転速度演算工程と、前記主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータに基づいて、算出した前記主軸の回転速度と、前記ＮＣプログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度と、から前記主軸の熱変位量を演算する熱変位量演算工程と、前記ＮＣプログラムに指令されている前記工作物の加工精度と、算出した前記主軸の熱変位量との大きさを比較する比較工程と、少なくとも前記主軸の熱変位量が前記工作物の加工精度の範囲内となるように、前記ＮＣプログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度を変更する主軸回転速度変更工程と、変更した前記主軸の回転速度に基づいて、前記ＮＣプログラムに指令されている前記工具と前記工作物の相対送り基準速度を変更する送り速度変更工程と、前記主軸の回転基準速度および前記工具と前記工作物の相対送り基準速度が変更された前記ＮＣプログラムに基づいて、前記工作物の加工を数値制御する加工制御工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
（請求項１）主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータが予め記憶されているので、工具と工作物との接触点における主軸の回転速度を演算することにより、該接触点における主軸の熱変位量を求めることができる。一方、ＮＣプログラムには主軸の回転基準速度が指令されているので、主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータから主軸の基準熱変位量を求めることができる。そして、接触点における主軸の熱変位量と主軸の基準熱変位量との差は、接触点における加工誤差を表す。よって、該加工誤差がＮＣプログラムに指令されている工作物の加工精度内となるように、主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータから主軸の回転速度を演算し、ＮＣプログラムに指令されている主軸の回転基準速度を変更することができる。さらに、変更した主軸の回転速度に基づいて、ＮＣプログラムに指令されている工具と工作物の相対送り基準速度を変更することができる。そして、以上の処理を同一の工具による加工工程（一加工工程）内において加工部位ごとに行っているので、工作物の加工精度を高精度に維持しつつ、加工時間を従来よりも大幅に短縮することができる。
【００１２】
（請求項２）工具における最大径および工具の適正な加工速度に基づいて求めた主軸の回転基準速度を、接触点における工具の径および工具の適正な加工速度に基づいて求めた接触点における主軸の回転速度に変更している。これにより、同一の工具による加工工程（一加工工程）内において工具の加工速度を常に適正値として加工を行うことができるので、加工効率を向上させることができる。
【００１３】
（請求項３）ＮＣプログラムにより加工する際に、工作物と接触する工具の使用範囲における最大径および工具の適正な加工速度に基づいて求めた主軸の回転基準速度を、接触点における工具の径および工具の適正な加工速度に基づいて求めた接触点における主軸の回転速度に変更している。これにより、同一の工具による加工工程（一加工工程）内において工具の加工速度を常に適正値として加工を行うことができるので、加工効率を向上させることができる。また、実際の加工に即した主軸の回転速度となるので、加工精度をさらに高めることができる。
【００１４】
（請求項４）本発明の加工方法によれば、上述したＮＣ装置における効果と同様の効果を奏する。また、ＮＣ装置における他の特徴部分について、本発明の加工方法に同様に適用できる。そして、同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ＮＣ装置を備えた立形マシニングセンタの正面図である。
【図２】ＮＣ装置の機能ブロック図である。
【図３】ＮＣ装置の処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】ＮＣプログラムに指令されている主軸の回転基準速度を求めるための工具の刃径を示す図である。
【図５】主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（１．ＮＣ装置を備えた工作機械の機械構成）
ＮＣ装置は、工作機械において工具が装着されている主軸の回転速度を、同一の工具による加工工程（一加工工程）内において加工部位によって変化させる装置である。工作機械の一例として、立形マシニングセンタを例に挙げ、図１を参照して説明する。
【００１７】
図１に示すように、立形マシニングセンタ１は、ベッド２と、テーブル３と、コラム４と、スライダ５と、主軸ヘッド６と、主軸７と、自動工具交換装置８と、ＮＣ装置９とから概略構成される。
【００１８】
ベッド２は、ほぼ矩形状からなり、床上に配置される。ただし、ベッド２の形状は矩形状に限定されるものではない。ベッド２上には、テーブル３および自動工具交換装置８が備えられている。また、ベッド２の後方側には、コラム４が立設されている。
【００１９】
テーブル３は、矩形状からなり、ベッド２上に備えられた前後方向（Ｙ軸方向）に延びるガイド部材３１にＹ軸方向にスライド可能に設けられている。そして、ガイド部材３１には、テーブル３をＹ軸方向にスライドさせるボールネジ機構３２を有するテーブル用モータ３３が備えられている。テーブル３上には、工作物Ｗが載置され磁気吸着されて固定される。
【００２０】
コラム４は、ほぼ門形状からなり、ベッド２の後方側に立設されている。コラム４の脚部材４１には、ＮＣ装置９が備えられ、コラム４の上部材４２には、スライダ５が備えられている。
【００２１】
スライダ５は、コラム４の上部材４２の前面に形成された案内面４３に沿って左右方向（Ｘ軸方向）に移動可能に設けられている。そして、スライダ５をＸ軸方向に移動させるボールネジ機構５１を有するスライダ用モータ５２が、コラム４の上部材４２に備えられている。
【００２２】
主軸ヘッド６は、スライダ５の前面に形成された案内面５３に沿って上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられている。そして、主軸ヘッド６をＺ軸方向に移動させるボールネジ機構６１を有する主軸ヘッド用モータ６２が、スライダ５に備えられている。
【００２３】
主軸７は、主軸ヘッド６に上下方向（Ｚ軸方向）に延在し、かつＺ軸回りで回転可能に支持されている。そして、主軸７をＺ軸回りで回転させるギヤ機構７１を有する主軸用モータ７２が、主軸ヘッド６に内蔵されている。主軸７の下端には、工作物Ｗを加工する工具７３が着脱可能に装着されている。つまり、工具７３は、主軸ヘッド６に対して、Ｚ軸回りに回転可能に取り付けられている。
【００２４】
自動工具交換装置８には、図略の複数種の工具７３が備えられている。そして、自動工具交換装置８は、主軸７との間で工具７３を自動的に交換可能に構成されている。
【００２５】
ＮＣ装置９は、主軸用モータ７２等を駆動制御して工具７３をＺ軸回りに回転させ、且つ、テーブル用モータ３３、スライダ用モータ５２および主軸ヘッド用モータ６２等を駆動制御して工作物Ｗと工具７３とをＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に相対移動することにより工作物Ｗの加工の制御を行う。
【００２６】
（２．ＮＣ装置の構成）
次に、ＮＣ装置９について、図２の機能ブロック図を参照して説明する。
ＮＣ装置９は、入力部９１と、記憶部９２と、工具接触点演算部９３と、主軸回転速度演算部９４と、熱変位量演算部９５と、比較部９６と、主軸回転速度変更部９７と、送り速度変更部９８と、加工制御部９９とを備えて構成される。
【００２７】
入力部９１は、タッチパネル等の入力手段を備え、加工に必要なＮＣプログラムや工具７３に関するデータ、工作物Ｗに関するデータ、および主軸７の回転速度Ｓと熱変位量Ｔとの関係を示すデータ等を入力して記憶部９２に記憶する。
【００２８】
工具接触点演算部９３は、記憶部９２から読込んだ工具７３に関するデータおよび工作物Ｗに関するデータに基づいて、工具７３と工作物Ｗとの接触点Ｐｎ（ｎ＝１，２，・・・）を演算する。ｎは、工具７３と工作物Ｗとが相対移動したときを表している。
【００２９】
主軸回転速度演算部９４は、記憶部９２から読込んだ工具７３に関するデータに基づいて、接触点Ｐｎにおける主軸７の回転速度Ｓｎ（ｎ＝１，２，・・・）を演算する。
具体的には、主軸７の回転速度Ｓｎ（ｍｉｎ−１）は、Ｖを工具７３の加工速度（ｍ／ｍｉｎ）、Ｄｎ（ｎ＝１，２，・・・）を接触点Ｐｎにおける工具７３の刃径（ｍｍ）とした場合、次式（１）で表される。なお、工具７３の加工速度（ｍ／ｍｉｎ）は、工具７３の材質によって予め規定されている適正値（上限値）であり、本例では固定値となる。
Ｓｎ＝１０００Ｖ／πＤｎ・・・（１）
【００３０】
熱変位量演算部９５は、主軸回転速度演算部９４から入力される主軸７の回転速度Ｓｎと、記憶部９２から読込んだＮＣプログラムに指令されている主軸７の回転基準速度Ｓ０と、記憶部９２から読込んだ主軸７の回転速度Ｓと熱変位量Ｔとの関係を示すデータとに基づいて求めた基準熱変位量Ｔ０および接触点Ｐｎでの熱変位量Ｔｎ（ｎ＝１，２，・・・）により、接触点Ｐｎにおける加工の加工誤差Ｔｎ０（ｎ＝１，２，・・・）を演算する。
具体的は、接触点Ｐｎにおける加工の加工誤差Ｔｎ０は、接触点Ｐｎでの熱変位量Ｔｎと基準熱変位量Ｔ０との差で表される。
【００３１】
比較部９６は、熱変位量演算部９５から入力される接触点Ｐｎにおける加工誤差Ｔｎ０と、記憶部９２から読込んだＮＣプログラムに指令されている接触点Ｐｎにおける許容誤差Ａｎ（ｎ＝１，２，・・・）との大小を比較する。なお、加工精度であれば許容誤差Ａｎに限定されるものではなく、公差等を比較対象としてＮＣプログラムに指令するようにしてもよい。
【００３２】
主軸回転速度変更部９７は、比較部９６から入力される比較結果に基づいて、記憶部９２から読込んだＮＣプログラムに指令されている主軸７の回転基準速度Ｓ０を、算出した主軸７の回転速度Ｓｎもしくは後述するＳＳｎ（ｎ＝１，２，・・・）に変更する。
【００３３】
送り速度変更部９８は、主軸回転速度変更部９７から入力される変更した主軸７の回転速度ＳｎもしくはＳＳｎに基づいて、テーブル３の送り速度（工具７３と工作物Ｗとの相対送り速度）Ｆｎ（ｎ＝１，２，・・・）を演算し、記憶部９２から読込んだＮＣプログラムに指令されているテーブル３の送り基準速度（工具７３と工作物Ｗとの相対送り基準速度）Ｆ０を、算出したテーブル３の送り速度Ｆｎに変更する。
具体的には、テーブル３の送り速度Ｆｎ（ｍｍ／ｍｉｎ）は、ｆを工具７３の一刃送り（ｍｍ／ｔｏｏｔｈ）、Ｎを工具７３の刃数、Ｓｎを接触点Ｐｎにおける主軸７の回転速度（ｍｉｎ−１）とした場合、次式（２）で表される。よって、テーブル３の送り速度Ｆｎは、主軸７の回転速度Ｓｎから演算することができる。
Ｆｎ＝ｆＮＳｎ・・・（２）
【００３４】
加工制御部９９は、変更された主軸７の回転速度Ｓｎおよびテーブル３の送り速度Ｆｎが指令されているＮＣプログラムに従って、工作機械１を数値制御して工作物Ｗを加工する。
【００３５】
（３．ＮＣ装置の動作）
次に、ＮＣ装置９の動作について、図３を参照して説明する。なお、記憶部９２には、加工に必要なＮＣプログラムや工具７３に関するデータ、工作物Ｗに関するデータ、および主軸７の回転速度Ｓと熱変位量Ｔとの関係を示すデータ等が入力部９１を介して予め記憶されているとする。
【００３６】
ここで、ＮＣプログラムには、同一の工具７３による加工工程（一加工工程）ごとに主軸７の回転基準速度Ｓ０が指令されている。この主軸７の回転基準速度Ｓ０は、変更の対象となる回転速度である。
【００３７】
図４に示すように、ＮＣプログラムに指令されている主軸７の回転基準速度Ｓ０は、該ＮＣプログラムにより加工する際に使用する工具７３の刃７３ａにおける最大刃径Ｄａｍａｘ（図４（Ａ）参照）、もしくは該ＮＣプログラムにより加工する際に、工作物Ｗと接触する工具７３の刃７３ａの接触範囲ｅにおける最大径Ｄｂｍａｘ（図４（Ｂ）参照）、および工具７３の材質によって予め規定されている適正値（上限値）である加工速度Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）に基づいて上述した式（１）により設定される。
【００３８】
また、ＮＣプログラムには、同一の工具７３による加工工程（一加工工程）ごとにテーブル３の送り基準速度Ｆ０が指令されている。このテーブル３の送り基準速度Ｆ０は、変更の対象となる送り送度である。テーブル３の送り基準速度Ｆ０（ｍｍ／ｍｉｎ）は、上述の式（２）により設定される。よって、テーブル３の送り基準速度Ｆ０は、主軸７の回転基準速度Ｓ０から演算することができる。
【００３９】
工具７３に関するデータとは、例えば、工具７３の種類、刃７３ａの径や長さ等の形状寸法、材質、工具７３の材質によって予め規定されている適正値（上限値）である加工速度Ｖ等のデータである。工作物Ｗに関するデータとは、例えば、素材の形状寸法、材質等のデータおよび加工品の形状寸法、加工精度（許容誤差Ａｎ、公差、面粗さ等）等のデータである。主軸７の回転速度Ｓと熱変位量Ｔとの関係を示すデータは、例えば、図５に示すようなデータであり、予め測定されてデータベース化されている。
【００４０】
図３に示すように、入力部９１から加工に必要なＮＣプログラムが指定されると、記憶部９２から読込んだ工具７３の刃７３ａの径や長さ等の形状寸法データおよび工作物Ｗの素材の形状寸法や加工品の形状寸法データに基づいて、工具７３と工作物Ｗとの接触点Ｐ１を演算する（ステップＳ１）。そして、記憶部９２から読込んだ工具７３の刃７３ａの径や長さ等の形状寸法データに基づいて、上述した式（１）により接触点Ｐ１における主軸７の回転速度Ｓ１を演算する（ステップＳ２）。
【００４１】
算出した主軸７の回転速度Ｓ１と、記憶部９２から読込んだＮＣプログラムに指令されている主軸７の回転基準速度Ｓ０と、記憶部９２から読込んだ主軸７の回転速度Ｓと熱変位量Ｔとの関係を示すデータとに基づいて、基準熱変位量Ｔ０および接触点Ｐ１における熱変位量Ｔ１を求め、接触点Ｐ１における熱変位量Ｔ１と基準熱変位量Ｔ０との差である加工誤差Ｔ１０を演算する（ステップＳ３）。
【００４２】
例えば、図５に示す主軸７の回転速度Ｓと熱変位量Ｔとの関係を示すデータから、算出した主軸７の回転速度Ｓ１が２００００（ｍｉｎ−１）であるときの熱変位量Ｔ１は１６μｍとなる。また、ＮＣプログラムに指令されている主軸７の回転基準速度Ｓ０が１００００（ｍｉｎ−１）であるときの基準熱変位量Ｔ０は８μｍとなる。よって、接触点Ｐ１における加工誤差Ｔ１０は、熱変位量Ｔ１と基準熱変位量Ｔ０との差８μｍとなる。
【００４３】
そして、記憶部９２からＮＣプログラムに指令されている接触点Ｐ１における許容誤差Ａ１を読込み、接触点Ｐ１における加工誤差Ｔ１０と許容誤差Ａ１との大小を比較する（ステップＳ４，５）。接触点Ｐ１における加工誤差Ｔ１０が許容誤差Ａ１以下であると判断したときは、算出した主軸７の回転速度Ｓ１で加工しても加工寸法は許容範囲内になるので、記憶部９２から読込んだＮＣプログラムに指令されている主軸７の回転基準速度Ｓ０を回転速度Ｓ１に変更する（ステップＳ６）。
【００４４】
一方、ステップＳ４において、接触点Ｐ１における加工誤差Ｔ１０が許容誤差Ａ１を超えていると判断したときは、主軸７の回転速度Ｓと熱変位量Ｔとの関係を示すデータから、加工誤差Ｔ１０と許容誤差Ａ１とが等しくなる主軸７の回転速度ＳＳ１を読込む（ステップＳ７）。この読込んだ主軸７の回転速度ＳＳ１で加工しても加工寸法は許容範囲内になるので、記憶部９２から読込んだＮＣプログラムに指令されている主軸７の回転基準速度Ｓ０を回転速度ＳＳ１に変更する（ステップＳ８）。
【００４５】
そして、変更した主軸７の回転速度Ｓ１もしくはＳＳ１に基づいてテーブル３の送り速度Ｆ１を上述した式（２）により演算し、記憶部９２から読込んだＮＣプログラムに指令されているテーブル３の送り基準速度Ｆ０を算出したテーブル３の送り速度Ｆ１に変更する（ステップＳ９）。そして、ＮＣプログラムの同一の工具７３による加工工程（一加工工程）における変更処理が完了したか否かを判断し（ステップＳ１０）、変更処理が完了していないと判断したときは、ステップＳ１に戻って次の接触点Ｐ２を演算して上述の処理を繰り返す。一方、ステップＳ９において、変更処理が完了したと判断したときは、変更された主軸７の回転速度Ｓｎおよびテーブル３の送り速度Ｆｎが指令されているＮＣプログラムに従って、工作機械１を数値制御して工作物を加工する（ステップＳ１１）。
【００４６】
（４．ＮＣ装置による処理の効果）
主軸７の回転速度Ｓと熱変位量Ｔとの関係を示すデータを予め測定して記憶している。これにより、工具７３と工作物Ｗとの接触点Ｐｎにおける主軸７の熱変位量Ｔｎおよび基準熱変位量Ｔ０を求め、接触点Ｐｎにおける加工誤差Ｔｎ０を求めることができる。そして、求めた加工誤差Ｔｎ０が工作物の許容誤差Ａｎ内となるように、主軸７の回転速度Ｓｎ，ＳＳｎを決定し、ＮＣプログラムに指令されている主軸７の回転基準速度Ｓ０およびテーブル３の送り基準速度Ｆ０を変更することができる。そして、以上の処理を同一の工具７３による加工工程（一加工工程）内において加工部位ごとに行っているので、工作物Ｗの加工精度を高精度に維持しつつ、加工時間を従来よりも大幅に短縮することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１：立形マシニングセンタ、 ２：ベッド、 ３：テーブル、 ４：コラム
５：スライダ、 ６：主軸ヘッド、 ７：主軸、 ８：自動工具交換装置
９：ＮＣ装置、 ７１：工具、 Ｗ：工作物
９１：入力部、 ９２：記憶部、 ９３：工具接触点演算部
９４：主軸回転速度演算部、 ９５：熱変位量演算部、 ９６：比較部
９７：主軸回転速度変更部、 ９８：送り速度変更部、 ９９：加工制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械における工具が装着されている主軸の回転速度を、同一の前記工具による加工工程内において加工部位によって変化させる数値制御装置であって、
少なくとも前記工作機械を数値制御するための数値制御プログラム、前記工具に関するデータ、前記工作物に関するデータ、および前記主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータが予め記憶されている記憶手段と、
前記工具に関するデータおよび前記工作物に関するデータに基づいて、前記工具と前記工作物との接触点を演算する接触点演算手段と、
前記工具に関するデータに基づいて、算出した前記接触点における前記主軸の回転速度を演算する主軸回転速度演算部と、
前記主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータに基づいて、算出した前記主軸の回転速度と、前記数値制御プログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度と、から前記主軸の熱変位量を演算する熱変位量演算手段と、
前記数値制御プログラムに指令されている前記工作物の加工精度と、算出した前記主軸の熱変位量との大きさを比較する比較手段と、
少なくとも前記主軸の熱変位量が前記工作物の加工精度の範囲内となるように、前記数値制御プログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度を変更する主軸回転速度変更手段と、
変更した前記主軸の回転速度に基づいて、前記数値制御プログラムに指令されている前記工具と前記工作物の相対基準送り速度を変更する送り速度変更手段と、
前記主軸の回転基準速度および前記工具と前記工作物の相対基準送り速度が変更された前記数値制御プログラムに基づいて、前記工作物の加工を数値制御する加工制御手段と、を備える数値制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記数値制御プログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度は、当該ＮＣプログラムにより加工する際に使用する前記工具における最大径および前記工具の適正な加工速度に基づいて設定され、
前記主軸回転速度演算部は、算出した前記接触点における前記工具の径および前記工具の適正な加工速度に基づいて、前記接触点における前記主軸の回転速度を演算する数値制御装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記数値制御プログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度は、当該数値制御プログラムにより加工する際に、前記工作物と接触する前記工具の接触範囲における最大径および前記工具の適正な加工速度に基づいて設定され、
前記主軸回転速度演算部は、算出した前記接触点における前記工具の径および前記工具の適正な加工速度に基づいて、前記接触点における前記主軸の回転速度を演算する数値制御装置。
【請求項４】
工作機械における工具が装着されている主軸の回転速度を、同一の前記工具による加工工程内において加工部位によって変化させる加工方法であって、
少なくとも前記工作機械を数値制御するための数値制御プログラム、前記工具に関するデータ、前記工作物に関するデータ、および前記主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータを予め記憶する記憶工程と、
前記工具に関するデータおよび前記工作物に関するデータに基づいて、前記工具と前記工作物との接触点を演算する接触点演算工程と、
前記工具に関するデータに基づいて、算出した前記接触点における前記主軸の回転速度を演算する主軸回転速度演算工程と、
前記主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータに基づいて、算出した前記主軸の回転速度と、前記数値制御プログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度と、から前記主軸の熱変位量を演算する熱変位量演算工程と、
前記数値制御プログラムに指令されている前記工作物の加工精度と、算出した前記主軸の熱変位量との大きさを比較する比較工程と、
少なくとも前記主軸の熱変位量が前記工作物の加工精度の範囲内となるように、前記数値制御プログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度を変更する主軸回転速度変更工程と、
変更した前記主軸の回転速度に基づいて、前記数値制御プログラムに指令されている前記工具と前記工作物の相対送り基準速度を変更する送り速度変更工程と、
前記主軸の回転基準速度および前記工具と前記工作物の相対送り基準速度が変更された前記数値制御プログラムに基づいて、前記工作物の加工を数値制御する加工制御工程と、を備える加工方法。
【請求項１】
工作機械における工具が装着されている主軸の回転速度を、同一の前記工具による加工工程内において加工部位によって変化させる数値制御装置であって、
少なくとも前記工作機械を数値制御するための数値制御プログラム、前記工具に関するデータ、前記工作物に関するデータ、および前記主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータが予め記憶されている記憶手段と、
前記工具に関するデータおよび前記工作物に関するデータに基づいて、前記工具と前記工作物との接触点を演算する接触点演算手段と、
前記工具に関するデータに基づいて、算出した前記接触点における前記主軸の回転速度を演算する主軸回転速度演算部と、
前記主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータに基づいて、算出した前記主軸の回転速度と、前記数値制御プログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度と、から前記主軸の熱変位量を演算する熱変位量演算手段と、
前記数値制御プログラムに指令されている前記工作物の加工精度と、算出した前記主軸の熱変位量との大きさを比較する比較手段と、
少なくとも前記主軸の熱変位量が前記工作物の加工精度の範囲内となるように、前記数値制御プログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度を変更する主軸回転速度変更手段と、
変更した前記主軸の回転速度に基づいて、前記数値制御プログラムに指令されている前記工具と前記工作物の相対基準送り速度を変更する送り速度変更手段と、
前記主軸の回転基準速度および前記工具と前記工作物の相対基準送り速度が変更された前記数値制御プログラムに基づいて、前記工作物の加工を数値制御する加工制御手段と、を備える数値制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記数値制御プログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度は、当該ＮＣプログラムにより加工する際に使用する前記工具における最大径および前記工具の適正な加工速度に基づいて設定され、
前記主軸回転速度演算部は、算出した前記接触点における前記工具の径および前記工具の適正な加工速度に基づいて、前記接触点における前記主軸の回転速度を演算する数値制御装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記数値制御プログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度は、当該数値制御プログラムにより加工する際に、前記工作物と接触する前記工具の接触範囲における最大径および前記工具の適正な加工速度に基づいて設定され、
前記主軸回転速度演算部は、算出した前記接触点における前記工具の径および前記工具の適正な加工速度に基づいて、前記接触点における前記主軸の回転速度を演算する数値制御装置。
【請求項４】
工作機械における工具が装着されている主軸の回転速度を、同一の前記工具による加工工程内において加工部位によって変化させる加工方法であって、
少なくとも前記工作機械を数値制御するための数値制御プログラム、前記工具に関するデータ、前記工作物に関するデータ、および前記主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータを予め記憶する記憶工程と、
前記工具に関するデータおよび前記工作物に関するデータに基づいて、前記工具と前記工作物との接触点を演算する接触点演算工程と、
前記工具に関するデータに基づいて、算出した前記接触点における前記主軸の回転速度を演算する主軸回転速度演算工程と、
前記主軸の回転速度と熱変位量との関係を示すデータに基づいて、算出した前記主軸の回転速度と、前記数値制御プログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度と、から前記主軸の熱変位量を演算する熱変位量演算工程と、
前記数値制御プログラムに指令されている前記工作物の加工精度と、算出した前記主軸の熱変位量との大きさを比較する比較工程と、
少なくとも前記主軸の熱変位量が前記工作物の加工精度の範囲内となるように、前記数値制御プログラムに指令されている前記主軸の回転基準速度を変更する主軸回転速度変更工程と、
変更した前記主軸の回転速度に基づいて、前記数値制御プログラムに指令されている前記工具と前記工作物の相対送り基準速度を変更する送り速度変更工程と、
前記主軸の回転基準速度および前記工具と前記工作物の相対送り基準速度が変更された前記数値制御プログラムに基づいて、前記工作物の加工を数値制御する加工制御工程と、を備える加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２３２３８５（Ｐ２０１２−２３２３８５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０３５０７（Ｐ２０１１−１０３５０７）
【出願日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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