CN103781576A - 工作机械 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种工作机械，其能将由难加工材料所构成的工件的加工质量稳定于高品级，同时能抑制火灾发生，并且具有实用性而不受限于工件的加工形状，再者，即便使切削工具及/或工件在多个轴进行低频率振动，仍能够实现精细地切断切屑的低频率振动切削。为了达成该目的，该工作机械具有用以保持工件加工用的切削工具(4)的切削工具台(5)；以及用以保持工件(2)的旋转机构(3)，为使该切削工具(4)相对于该工件(2)相对地在多个轴方向进行进给动作，而移动自如地设置该切削工具台(5)或该旋转机构(3)，为使该工件(2)与该切削工具(4)相对地在多个轴方向同步地进行低频率振动，还设有控制装置(8)，以控制该切削工具台(5)或该旋转机构(3)的移动。

Description

工作机械
技术领域
本发明涉及一种使切削工具或工件旋转，而对工件进行切削加工的工作机械。更详细而言，涉及一种使切削工具及/或工件低频率振动，以对工件进行切削加工的工作机械。
背景技术
作为现有的工作机械，已知相对于工件使车刀等切削工具相对地朝一定的方向行进，以对上述工件进行切削加工，也就是所谓的进行惯用切削加工的工作机械。此外，另一方面，已知对切削工具的刀尖一边使用压电组件以供给超声波领域的振动一边对工件进行切削加工，也就是所谓的进行超声波振动切削加工的工作机械(例如，专利文献1)。并且更进一步，如专利文献2所记载，在切削工具上安装振动器的工作机械也是众所周知。
当将此专利文献2所记载的工作机械参照图13进行说明时，该工作机械100具有第一导引路101，该第一导引路101是用以导引与油压汽缸102的活塞杆103相连结的刀架104，向与工件W的轴心O呈直角的朝向移动。此外，工作机械100具有振动器105，该振动器105具有产生朝向与工件W的轴心O平行的送给方向的振动的振动机构；以及用以装卸自如地固定切削工具106的装置，而且更进一步，在与送给汽缸107的活塞杆108相连结而固定在刀架104的第二导引路109上，能够向送给方向的朝向移动。于是，通过使如此所构成的工作机械100振动，能对围绕轴心O旋转的工件W进行切削加工。
[在先技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本特开2000-052101号公报
[专利文献2]日本特公昭49-17790号公报
[专利文献3]日本特开平6-285701号公报
发明内容
[发明所要解决的课题]
然而，现有的工作机械中具有如下所述的问题。即，进行惯用切削加工的工作机械，是使车刀等切削工具相对地朝一定的方向行进，以对上述工件进行切削加工，但却因无法润滑以及有效地冷却此时所发生的切削热或摩擦热，故而具有让切削工具的刀尖显著地被磨耗，工件的加工质量产生差异等问题。再者，因切削加工之际所发生的切屑会黏附至上述切削工具，故而不仅质量上产生差异，还会有发生火灾等问题。
另一方面，进行超声波振动切削加工的工作机械，虽然具有能够进行难加工材料的切削加工的优点，但不仅加工时间会大幅增加，价格还非常地昂贵，更进一步，由于使用了压电组件，所以用以将切削工具安装至工作机械的适配器的工具的设置场所，会有被限制等问题产生。因此，进行上述超声波振动切削加工的工作机械具有缺乏实用性的问题。
此外，另一方面，在切削工具上已安装振动器的工作机械，虽然具有能够进行难加工材料的切削加工的优点，但却具有工件的加工形状会被限定的问题。即，工作机械100由于安装有振动器105，所以使切削工具106仅可朝垂直方向与水平方向移动，如果欲将工件加工成为如图13所示的工件W的加工形状时，则当对工件W的圆弧部WR进行切削加工之际，必须使工作机械100往箭头符号P10的朝向旋转，以进行切削加工。然而，实际上，如果欲使工作机械100往箭头符号P10方向旋转，则会对工件W或图13中未图示的其他机械产生干涉，故往箭头符号P10方向旋转在物理上是不可能的。因此，切削工具上已安装振动器的工作机械，具有工件的加工形状会被限定的问题。
在此，为解决如上述的问题点，也可考虑使用如专利文献3所记载的NC旋削加工装置，以进行低频率振动切削的设计变更。即，该NC旋削加工装置利用伺服电动机，使工具重复仅移动预定距离便暂时停止，然后仅反方向移动预定距离，由此切断成某程度长度的切屑，来对工件进行切削加工。在此，也可考虑应用此动作，在不停止工具的动作下，重复前进后退，以使上述工具进行低频率振动切削。
然而，当欲将上述那样的NC旋削加工装置利用于多个轴仅进行低频率振动时，则将无法按照理想加以控制，而无法实现低频率振动。即，具有无法实现精细地切断切屑的低频率振动切削的问题。
在此，本发明鉴于上述问题点，主要是以提供一种工作机械为目的，其能将由难加工材料所构成的工件的加工质量稳定于高品级的同时，还能抑制火灾发生，并且具实用性而不受限于工件的加工形状，再者，即便使切削工具及/或工件利用于多个轴进行低频率振动，仍能够实现精细地切断切屑的低频率振动切削。
[用于解决课题的手段]
上述本发明的目的可通过以下方式达成。此外，虽在括号内添附后述实施方式中所用的参照符号进行说明，但本发明并未因而受其所限定。
第1发明的工作机械，具有：切削工具保持单元(切削工具台5，旋转机构31)，其保持工件加工用的切削工具(4)；以及工件保持单元(旋转机构3，工件夹持机构32)，其保持工件(2)，为使该切削工具(4)相对于该工件(2)相对地在多个轴方向进行进给动作，移动自如地设置所述切削工具保持单元(切削工具台5，旋转机构31)或所述工件保持单元(旋转机构3，工件夹持机构32)，为使所述工件(2)与所述切削工具(4)相对地在多个轴方向同步地进行低频率振动，设有控制机构(控制装置8)，用于控制所述切削工具保持单元(切削工具台5，旋转机构31)或所述工件保持单元(旋转机构3，工件夹持机构32)的移动。
另一方面，第2发明的工作机械的特征在于，在上述第1发明的工作机械中，将所述切削工具保持单元(切削工具台5，旋转机构31)移动自如地设置在多个轴方向上。
此外，第3发明的工作机械的特征在于，在上述第1发明的工作机械中，将所述工件保持单元(旋转机构3，工件夹持机构32)移动自如地设置在多个轴方向上。
再者，第4发明的工作机械的特征在于，在上述第1发明的工作机械中，移动自如地设置所述切削工具保持单元(切削工具台5)及所述工件保持单元(旋转机构3)，所述切削工具保持单元(切削工具台5)与所述工件保持单元(旋转机构3)协同地进行移动，使所述切削工具(4)相对于所述工件(2)相对地在多个轴方向进行进给动作。
另一方面，第5发明的工作机械的特征在于，在上述第1发明的工作机械中，设有振动切削信息储存单元(振动切削信息储存部83)，其预先储存着用以使所述工件(2)与所述切削工具(4)进行所述低频率振动的数据，所述控制机构(控制装置8)根据储存于所述振动切削信息储存单元(振动切削信息储存部83)内的数据进行控制。
[发明效果]
其次，针对本发明的效果加以说明。此外，虽在括号内添附后述实施方式中所用参照符号进行说明，但本发明并不限定于此。
第1发明的工作机械中，通过控制机构(控制装置8)控制切削工具保持单元(切削工具台5，旋转机构31)或工件保持单元(旋转机构3，工件夹持机构32)的移动，使得工件(2)与切削工具(4)相对地在多个轴方向同步地进行低频率振动。由此，在工件(2)与切削工具(4)内所产生的空间(K)(参照第1图等)中发生空穴现象，由于在此吸入了进行切削加工时所使用的冷却剂等，因此可有效地进行润滑及冷却对工件(2)加工之际所产生的切削热或摩擦热。因此，依据本发明，可稳定工件的加工质量。
此外，依据本发明，当利用切削工具(4)对工件(2)进行切削加工之际，经由低频率振动而让工件(2)的切屑变成粉状，随而切屑将不易黏附至切削工具。因此，质量可维持稳定，更进一步可以抑制火灾的发生。
再者，依据本发明，由于在使工件(2)与切削工具(4)相对地在多个轴方向同步地进行低频率振动时，仅利用控制机构(控制装置8)加以控制，所以构造较为简便而具有实用性，并且能够发挥不受限于工件的加工形状的效果。
并且，依据本发明，利用控制机构(控制装置8)来控制切削工具保持单元(切削工具台5，旋转机构31)或工件保持单元(旋转机构3，工件夹持机构32)的移动，当工件(2)与切削工具(4)相对地在多个轴方向进行进给动作之际，使其同步地进行进给动作以进行低频率振动。由此，能够实现精细地切断切屑的低频率振动切削。
此外，对于上述的工作机械，如第2发明的工作机械，也可将切削工具保持单元(切削工具台5，旋转机构31)移动自如地设在多个轴方向上。此外，如第3发明的工作机械，也可将该工件保持单元(旋转机构3，工件夹持机构32)移动自如地设在多个轴方向上。更进一步，也可如第4发明的工作机械，移动自如地设置切削工具保持单元(切削工具台5)及工件保持单元(旋转机构3)，使切削工具保持单元(切削工具台5)与工件保持单元(旋转机构3)协同地进行移动，使切削工具(4)相对于工件(2)相对地在多个轴方向进行进给动作。
另一方面，如第5发明的工作机械，若设有振动切削信息储存单元(振动切削信息储存部83)，其预先储存着用以使工件(2)与切削工具(4)进行如上述那样的低频率振动的数据，则上述控制机构(控制装置8)可根据储存于振动切削信息储存单元(振动切削信息储存部83)内的数据而进行控制。由此，能够实现以可精细地切断切屑的最佳的振动，来进行低频率振动切削。即，频率在理论上是由振幅及其内插速度所决定，但实际上，振幅或其内插速度与频率间的关是，因工作机械的机械特性(例如，工作台上的质量或电动机特性等)而有各式各样的变化，不会像比例关系那样呈一定的关系，只讲究理论的计算则无法达成预期的振动(最佳的频率及振幅)。此外，如果以切断切屑为目的，欲实现低频率振动切削，则必须将工件的转速或切削工具的转速与低频率振动切削之际的周期设定成不同步，但这样的周期以计算的方式算出是非常地困难。因此，在振动切削信息储存单元(振动切削信息储存部83)内，事先储存着用以使工件(2)与切削工具(4)进行如上述那样的低频率振动的数据的话，可根据此数据以上述控制机构(控制装置8)进行控制，能实现以可精细地切断切屑的最佳的振动，进行低频率振动切削。
另外，本说明书中所谓的低频率是指大于0Hz且在1000Hz以下的范围。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的工作机械的概略构成的方块图。
图2是该实施方式的控制装置的方块图。
图3是储存于该实施方式的振动切削信息储存部的表格图。
图4是使该实施方式的切削工具通过直线内插等从A点移动至B点的情况的说明图。
图5是该实施方式的工作机械的一使用例的流程图。
图6是本发明的第二实施方式的工作机械的概略构成的方块图。
图7是本发明的第三实施方式的工作机械的概略构成的方块图。
图8是说明该实施方式的工作机械的动作的说明图。
图9是本发明的第四实施方式的工作机械的概略构成的方块图。
图10是本发明的第五实施方式的工作机械的概略构成的方块图。
图11是使用实施例1的工作机械对工件进行低频率振动切削加工之际的加工品的图。
图12是使用实施例2或比较例1的工作机械对工件进行切削加工之际的加工品的图。
图13是现有工作机械的概略构成的说明图。
具体实施方式
<第一实施方式>
以下，针对本发明的第一实施方式，参照第1图～图5加以具体说明。
本实施方式的工作机械1由CNC车床构成，如第1图所示，具有：旋转机构3，可旋转自如地支撑作为被加工物的工件2；切削工具送给机构7，设于基座6上，并且载置着用以保持对上述工件2进行切削加工的切削工具(图中所示为车刀)4的切削工具台5；以及控制装置8，经由伺服放大器9来控制切削工具送给机构7的动作，使得切削工具4进行预期的低频率振动。另外，在第1图中，虽仅图示Z轴上的切削工具送给机构7，但与其正交的X轴上也具有切削工具送给机构。
上述旋转机构3具有主轴电动机3a，夹持机构3c能够旋转地被安装在该主轴电动机3a的主轴3b上。而且，该夹持机构3c内可夹持作为被加工物的工件2，被夹持的该工件2则通过主轴电动机3a的旋转驱动，而围绕旋转轴R进行旋转驱动。
另一方面，上述切削工具送给机构7具有切削工具送给驱动电动机7a，该切削工具送给驱动电动机7a由可作为相对于工件2而进退自如(参照箭头符号P1)地使切削工具4进行进给动作的驱动源的线性伺服电动机所构成。该切削工具送给驱动电动机7a由动子7a1与定子7a2所构成，该动子7a1是由磁性体的结构物上卷绕励磁线圈所构成，定子7a2则是将多个磁石排列在长边方向上所构成。
并且，该动子7a1设于载置着上述切削工具台5的工作台7b的下部，定子7a2设在设于上述基座6上的导轨7c的上部。此外，在上述工作台7b的下部，还设有成对的导件7d，用以导引此工作台7b沿着上述导轨7c移动。
为了使如此所构成的切削工具送给机构7相对于工件2进退自如(参照箭头符号P1)地移动，首先，伺服放大器9根据控制装置8所送出的指令，将电流送出至动子7a1。由此，由于动子7a1与定子7a2各自的磁极将相互吸引/排斥，故而产生前后方向(参照箭头符号P1)的推力，伴随此推力而让工作台7b往前后方向(参照箭头符号P1)移动。于是，当伴随此推力而让工作台7b移动时，由于设有成对的导件7d，可以通过此成对的导件7d，而让工作台7b沿着导轨7c移动。因此，可使切削工具送给机构7相对于工件2进退自如(参照箭头符号P1)地移动。此外，在本实施方式中，作为切削工具送给驱动电动机7a，虽然是使用线性伺服电动机，但并非仅限在此，使用任何一种线性电动机亦可。此外，也不限于线性电动机，也可使用伺服电动机，但在使用伺服电动机时，将须使用滚珠螺杆。因此，当进行切削工具送给机构7的进退动作之际，而发生反冲力时，由于振动将会被吸收，所以使用无须使用滚珠螺杆等而能够直接控制的线性电动机较佳。
在此，针对控制装置8，将使用图2及图3进一步详细说明如下。控制装置8如图2所示，由以CPU等所构成的中央控制部80、由触摸模板等所构成的输入部81、将使用者使用该输入部81所程序化的程序信息储存的程序信息储存部82、储存着用以使切削工具4在多个轴方向(图中例示了X轴与Z轴的二轴方向)同步地进行进给动作以进行低频率振动的数据的振动切削信息储存部83、经由伺服放大器9而控制切削工具送给驱动电动机7a的动作的电动机控制部84、以及由液晶显示器等所构成的显示部85所构成。
振动切削信息储存部83储存着如图3所示的振动切削信息表VC_TBL。即，在振动切削信息表VC_TBL中，储存着与程序设定值(工件2的转速(rpm)、工件2每旋转一周的切削工具4的送给量(mm))相对应的数据(切削工具送给机构7的前进量(mm)、切削工具送给机构7的后退量(mm)、切削工具送给机构7的前进速度(mm/min)、切削工具送给机构7的后退速度(mm/min)、切削工具4的振动频率(Hz))。更具体而言，使用者使用输入部81，例如将工件2的转速程序化为1000(rpm)的情况下，则可设定成0.005(mm)、0.01(mm)、及0.015(mm)的三种类送给量，作为与该工件2的转速1000(rpm)合适的工件2每旋转一周的切削工具4的送给量。并且，在振动切削信息表VC_TBL中，储存着与这些送给量(0.005(mm)、0.01(mm)、0.015(mm))相对应的切削工具送给机构7的前进量(0.035(mm)、0.04(mm)、0.045(mm))、切削工具送给机构7的后退量(0.03(mm)、0.03(mm)、0.03(mm))、切削工具送给机构7的前进速度(290(mm/min)、300(mm/min)、350(mm/min))切削工具送给机构7的后退速度(290(mm/min)、300(mm/min)、350(mm/min))、及切削工具4的振动频率(25(Hz)、25(Hz)、25(Hz))。如此，在振动切削信息表VC_TBL中，储存着与使用者使用输入部81所程序化的转速(rpm)及其每旋转一周的送给量(mm)相对应的切削工具送给机构7的前进量(mm)、切削工具送给机构7的后退量(mm)、切削工具送给机构7的前进速度(mm/min)、切削工具送给机构7的后退速度(mm/min)、及切削工具4的振动频率(Hz)。
由此，例如当使用者使用输入部81，将工件2的转速程序化为1000(rpm)，且该工件2每旋转一周的切削工具4的送给量程序化为0.005(mm)时，则切削工具送给机构7的前进量将被选定为0.035(mm)，切削工具送给机构7的后退量将被选定为0.03(mm)，切削工具送给机构7的前进速度将被选定为290(mm/min)，切削工具送给机构7的后退速度将被选定为290(mm/min)，由于根据此些被选定的数据，电动机控制部84可经由伺服放大器9控制切削工具送给驱动电动机7a的动作，所以切削工具4可进行低频率振动。另外，储存于振动切削信息表VC_TBL中的切削工具4的振动频率25(Hz)是被显示在显示部85上的，不会与切削工具4的低频率振动有任何关连。因此，在振动切削信息表VC_TBL中，虽然也可不储存切削工具4的振动频率，但为了简单且容易确认与用户所程序化的工件2的转速(rpm)、该工件2每旋转一周的切削工具4的送给量(mm)相对应的切削工具4的振动频率(Hz)，以储存有切削工具4的振动频率较佳。
另外，如上述，在本实施方式中所示的振动切削信息表VC_TBL所储存的数值仅用于例示而已，可以事先储存与工作机械的机械特性相应的各种各样的数值。
顺便一提，与此工作机械的机械特性相应的数值，可以利用该工作机械事先进行动作实验，并收集该实验所得资料而决定。
其次，作为本实施方式的工作机械1的一使用例，针对使切削工具4在X轴与Z轴的二轴方向上同步地从图4所示的A点(u0，w0)移动至B点(U，W)为止的方法，使用图5加以说明。此外，此处的A点是用以表示切削工具4的当前位置。
首先，用户使用输入部81，用NC语言制作出程序。具体而言，输入工件2的转速，执行进行由通常的切削(惯用切削)到低频率振动切削的情况下的振动切削指令编码的输入。另外，当然地，在不进行低频率振动切削的情况下，不必进行振动切削指令编码的输入。
接着，使用者使用输入部81，进行作为切削工具4的移动地点的B点(U，W)的输入，并且，当进行至B点为止的移动之际，边进行直线内插边使切削工具4移动、或者是边往顺时钟方向进行圆弧内插边使切削工具4移动、亦或是边往逆时钟方向进行圆弧内插边使切削工具4移动的任一种内插方法的输入；当进行圆弧内插时的半径的输入；以及工件2每旋转一周的切削工具4的送给量的输入，利用NC语言制作成程序。如具体表示此程序，则举例来说可描述如下。
<NC程序>
S1000(工件2的转速)；
M123(振动切削ON编码)；
G1(直线内插)XU ZW(移动地点为止的坐标值)
                 F0.01(工件2每旋转一周的切削工具4的送给量)；
或
G2(圆弧内插(顺时钟方向))XU ZW(移动地点为止的坐标值)
                 R10.0(圆弧半径)
                    F0.01(工件2每旋转一周的切削工具4的送给量)；
或
G3(圆弧内插(逆时钟方向))XU ZW(移动地点为止的坐标值)
                   R10.0(圆弧半径)
                   F0.01(工件2每旋转一周的切削工具4的送给量)；
M456(振动切削OFF编码)；
上述NC程序，首先，通过描述「S1000」，将工件2的转速程序设定为1000(rpm)。接着，通过描述「M123」，可将振动切削设定为ON，如果是进行将切削工具4移动到B点为止的直线内插，则描述「G1XU ZW」，更进一步，通过描述「F0.01」，将工件2每旋转一周的切削工具4的送给量程序设定为0.01(mm)。
另一方面，如果是进行将切削工具4移动到B点为止的圆弧内插(顺时钟方向)，则描述「G2XU ZW」，接着，通过描述「R10.0」，将进行圆弧内插之际的圆弧半径程序设定为10.0(mm)，更进一步，通过描述「F0.01」，将工件2每旋转一周的切削工具4的送给量程序设定为0.01(mm)。
另一方面，如果是进行将切削工具4移动到B点为止的圆弧内插(逆时钟方向)，则描述「G3XU ZW」，接着，通过描述「R10.0」，将进行圆弧内插之际的圆弧半径程序设定为10.0(mm)，更进一步，通过描述「F0.01」，将工件2每旋转一周的切削工具4的送给量程序设定为0.01(mm)。
接着，在描述完这样的程序后，通过描述「M456」，可将振动切削设定为OFF。此外，当不进行振动切削，而进行通常的切削(惯用切削)的情况下，则不描述「M123」「M456」的振动切削指令编码即可。
因此，当如上所述的程序制作完成时，中央控制部80将所制作出的程序储存至程序信息储存部82(步骤S1)。另外，上述NC程序中的「M123」「M456」仅是用于例示而已，能够变更为任意的编码。
制作完上述程序后，用户使用输入部81执行上述制作完成的程序的执行指令(步骤S2)。由此，中央控制部80读取出储存在程序信息储存部82内的程序，进行切削模式的确认(步骤S3)。
若切削模式是进行通常的切削(惯用切削)的模式(「M123」的振动切削指令编码未被程序化)(步骤S3：否)，则中央控制部80会进行根据上述被程序化的切削工具4的移动地点的B点(U，W)为止的内插方法的内插轨道的运算处理，将其运算结果输出至电动机控制部84。接着，接收该信息的电动机控制部84则根据此信息，使切削工具4在A点(u0，w0)至B点(U，W)为止，经由伺服放大器9控制切削工具送给驱动电动机7a，从而沿着上述内插轨道移动(步骤S4)。之后，中央控制部80结束该信息处理。
另一方面，如果切削模式为进行低频率振动切削的模式(「M123」的振动切削指令编码已程序化)(步骤S3：是)，则中央控制部80将会确认与储存在振动切削信息储存部83内的振动切削信息表VC_TBL的程序设定值相一致的工件2的转速、及工件2每旋转一周的切削工具4的送给量是否已被程序化(步骤SS)。如果未进行与振动切削信息表VC_TBL的程序设定值相一致的程序设定(步骤S5：否)，则将由中央控制部80使显示部85显示适当值未被程序设定的旨意的警告(步骤S6)，并结束处理。即，例如，当使用者使用输入部81将工件2的转速程序化为1000(rpm)时，将工件2每旋转一周的切削工具4的送给量程序化为0.020(mm)时，从图3所示的振动切削信息表VC_TBL来看即可明白得知，工件2每旋转一周的切削工具4的送给量0.020(mm)，与相对于工件2的转速为1000(rpm)的合适的工件2每旋转一周的切削工具4的送给量(0.005(mm)，0.01(mm)，0.015(mm))的程序设定值并不一致。因此，中央控制部80将会使显示部85显示适当值未被设定的警告。由此，使用者可以切实地设定工件2每旋转一周的切削工具4的合适的送给量。
此外，另一方面，如果进行了与振动切削信息表VC_TBL的程序设定值相一致的程序设定(步骤S5：是)，则中央控制部80根据储存在振动切削信息储存部83内的振动切削信息表VC_TBL，选定与由使用者使用输入部81所程序化的工件2的转速及工件2每旋转一周的切削工具4的送给量相对应的切削工具送给机构7的前进量、切削工具送给机构7的后退量、切削工具送给机构7的前进速度、切削工具送给机构7的后退速度、及切削工具4的振动频率。接着，更进一步，中央控制部80会利用储存在程序信息储存部82内的切削工具4到作为移动地点的B点为止的内插方法的程序信息、与上述已选定的信息(切削工具送给机构7的前进量、切削工具送给机构7的后退量、切削工具送给机构7的前进速度、切削工具送给机构7的后退速度)，来进行沿着内插轨道的前进、后退运动的运算处理。然后，中央控制部80将此运算结果输出至电动机控制部84，同时将上述已选定的切削工具4的振动频率输出至显示部85。(步骤S7)。
接收此运算结果的电动机控制部84则根据此信息，经由伺服放大器9来控制切削工具送给驱动电动机7a，以使切削工具4进行低频率振动。即，电动机控制部84可进行使切削工具送给机构7根据上述运算结果，重复前进、后退的动作的处理。由此，切削工具4在如第1图所示的实线位置、点线位置间交互移动，便可进行低频率振动。如此一来，电动机控制部84可边使切削工具4在X轴与Z轴的二轴方向上同步，以沿着上述内插轨道重复前进后退的动作来振动，同时由A点(u0，w0)移动至B点(U，W)为止(步骤S8)。由此，能够通过使工件2进行低频率振动的切削工具4来进行加工。另外，被输出至显示部85的切削工具4的振动频率，将被显示至显示部85。
依据以上已说明的本实施方式，由控制装置8控制进行切削加工工件2的切削工具4的进给动作的切削工具送给机构7的驱动源即切削工具送给驱动电动机7a，使得上述切削工具4进行低频率振动。由此，如第1图所示，在工件2与切削工具4内所产生的空间K中所发生的空穴现象，由于吸入了进行切削加工之际所使用的冷却剂等，而可有效地冷却及润滑对工件2加工之际所产生的切削热或摩擦热。因此，依据本实施方式，即可稳定工件的加工质量。
此外，依据本实施方式，由于切削工具4边进行低频率振动，边对工件2进行切削加工，所以经由低频率振动而能够让工件2的切屑变成粉状，从而切屑将不易黏附至切削工具。因此，质量可维持稳定，还可抑制火灾的发生。
再者，依据本实施方式，当使切削工具4进行低频率振动时，由于仅利用控制装置8来控制切削工具送给驱动电动机7a，所以构造较为简便，因而具有实用性。另外，由于可以利用控制装置8来将切削工具送给驱动电动机7a往内插方向控制，所以能够自如地对工件进行加工。因而，能够发挥不受限于工件的加工形状的效果。
并且，依据本实施方式，由于是利用控制装置8进行控制使得切削工具4在多个轴方向上同步地进行低频率振动，因而能够实现精细地切断切屑的低频率振动切削。
另一方面，依据本实施方式，由于振动切削信息储存部83内事先储存着根据工件2的转速和该工件2每旋转一周的切削工具4的送给量，用以使切削工具4在多个轴方向上同步来进行进给动作以进行低频率振动的数据，所以能够实现以可精细地切断切屑的最佳的振动，来进行低频率振动切削。
再者，更进一步依据本实施方式，当用户制作NC程序之际，除执行通常的惯用切削的程序以外，仅制作追加振动切削指令编码(振动切削ON编码、振动切削OFF编码)的程序，就能够以最佳的振动来执行低频率振动切削。
另外，在本实施方式中，就内插方法而言，虽仅例示了直线内插与圆弧内插，但是并非仅限在此，当然也可以是锥体内插等任何一种内插方法。
<第二实施方式>
其次，针对本发明的第二实施方式，参照图6加以具体说明的。另外，关于与第一实施方式相同的构成，附上相同的符号，并省略其说明。
本实施方式的工作机械10由CNC车床构成，如图6所示，具有：切削工具台5，用以保持对作为被加工物的工件2进行切削加工的切削工具4；旋转机构3，可旋转自如地支撑上述工件2；工件送给机构11，使设置在该旋转机构3的下部的工件2相对于切削工具4，进退自如(参照箭头符号P2)地进行进给动作；控制装置8，经由伺服放大器9控制该工件送给机构11的动作，使得工件2进行预期的低频率振动。另外，在图6中，虽仅图示Z轴上的工件送给机构11，但在相正交的X轴上，也具有工件送给机构。
工件送给机构11具有工件送给驱动电动机11a，该工件送给驱动电动机11a由相对于切削工具4可进退自如(参照箭头符号P2)地使工件2进行进给动作的驱动源即线性伺服电动机构成。该工件送给驱动电动机11a由动子11a1与定子11a2构成，该动子11a1是由磁性体的结构物上卷绕励磁线圈所构成，定子11a2则是将多个磁石排列在长边方向上所构成。
另外，该动子11a1设于上述旋转机构3的主轴电动机3a的下部，定子11a2设于设置在基座12的上端部的导轨11b的上部。此外，在上述主轴电动机3a的下部，还设有成对的导件11c，用以导引此主轴电动机3a沿着上述导轨11b移动。此外，在基座12的另一上端部，设有上述切削工具台5。
为了使如此所构成的工件送给机构11相对于切削工具4进退自如(参照箭头符号P2)地移动，首先，伺服放大器9根据由控制装置8所送出的指令，将电流送出至动子11a1。由此，由于动子11a1与定子11b1各自的磁极将相互吸引/排斥，故而产生前后方向(参照箭头符号P2)的推力，伴随此推力而让主轴电动机3a往前后方向(参照箭头符号P2)移动。于是，当伴随此推力而让主轴电动机3a移动时，由于设有成对的导件11c，可以通过该成对的导件11c，而让上述主轴电动机3a沿着导轨11b移动。因此，可使工件送给机构11相对于切削工具4进退自如(参照箭头符号P2)地移动。此外，在本实施方式中，作为工件送给驱动电动机11a，虽然使用线性伺服电动机，但并非仅限在此，可以使用任何一种线性电动机。此外，也不限于线性电动机，也可使用伺服电动机，但在使用伺服电动机时，由于使用滚珠螺杆，因而当进行工件送给机构的进退动作之际，而发生反冲力时，由于振动将会被吸收，所以使用无须使用滚珠螺杆等而能够直接控制的线性电动机较佳。
其次，针对使这样构成的工作机械10的工件2同步于多个轴方向(图中为X轴与Z轴的二轴方向)如图6所示那样在实线位置、点线位置间交互移动而振动的同时，以切削工具4来进行切削加工的方法加以说明。此外，由于该方法几乎与第一实施方式相同，因此仅记述与第一实施方式的不同点。
在振动切削信息储存部83内，储存着用以使工件2在多个轴方向(图中例示X轴与Z轴的二轴方向)上同步地进行进给动作以进行低频率振动的数据，也就是振动切削信息表VC_TBL(参照图3)。在该振动切削信息表VC_TBL(参照图3)中，储存着与使用者使用输入部81所程序化的工件2的转速(rpm)及工件2每旋转一周的工件2的送给量(mm)相对应的工件送给机构11的前进量(mm)、工件送给机构11的后退量(mm)、工件送给机构11的前进速度(mm/min)、工件送给机构11的后退速度(mm/min)、及工件2的振动频率(Hz)。由此，中央控制部80选定与使用者使用输入部81所程序化的工件2的转速及工件2每旋转一周的工件2的送给量相对应的工件送给机构11的前进量、工件送给机构11的后退量、工件送给机构11的前进速度、工件送给机构11的后退速度、及工件2的振动频率。并且，中央控制部80利用储存在程序信息储存部82内的工件2到移动地点的B点为止的内插方法的程序信息、与上述已选定的信息(工件送给机构11的前进量、工件送给机构11的后退量、工件送给机构11的前进速度、工件送给机构11的后退速度)，来进行沿着内插轨道的前进、后退运动的运算处理。然后，中央控制部80将此运算结果输出至电动机控制部84，同时将上述已选定的工件2的振动频率输出至显示部85。
电动机控制部84根据上述运算结果进行控制，使得工件2在多个轴方向(图中例示了X轴与Z轴的二轴方向)上同步地，如图6所示那样在实线位置、点线位置交互移动。由此，工件2边进行低频率振动，边以切削工具4进行切削加工。另外，被输出至显示部85的工件2的振动频率会显示至显示部85。
另外，由于本实施方式与第一实施方式间，仅进行低频率振动的对象不同而已，所以本实施方式可以发挥与第一实施方式相同的效果。
<第三实施方式>
其次，针对本发明的第三实施方式，参照图7加以具体说明的。另外，关于与第一实施方式及第二实施方式相同的构成，附上相同的符号，并省略其说明。
本实施方式的工作机械20由CNC车床构成，如图7所示，在Z轴上设有：旋转机构3，可旋转自如地支撑作为被加工物的工件2；以及工件送给机构11，设在该旋转机构3的下部，并且可使设在基座21上的上述工件2进退自如(参照箭头符号P3)地进行进给动作。接着，在与Z轴相垂直的X轴上设有切削工具送给机构7，其设于基座22上，可使对上述工件2进行切削加工的切削工具4进退自如(参照箭头符号P4)地进行进给动作。并且更进一步，工作机械20中具有控制装置8，其经由伺服放大器9分别控制该切削工具送给机构7及工件送给机构11的动作，使得切削工具4及工件2进行预期的低频率振动。另外，图7中，虽仅图示Z轴上的工件送给机构11、及X轴上的切削工具送给机构7，但与XZ轴相正交的Y轴上，也具有工件送给机构、切削工具送给机构。
其次，关于使这样构成的工作机械20的工件2及切削工具4，协同地在多个轴方向(图中为X轴与Z轴与Y轴的三轴方向)上同步，如图7所示在实线位置、点线位置交互移动而边进行振动边利用上述切削工具4对上述工件2进行切削加工的方法，可使用图8加以说明。此外，由于该方法几乎与第一实施方式相同，因此仅记述与第一实施方式的不同点。
在振动切削信息储存部83内，储存着用以使工件2及切削工具4在多个轴方向(图中例示了X轴、Z轴、Y轴的三轴方向)同步地进行进给动作以进行低频率振动的数据，也就是振动切削信息表VC_TBL(参照图3)。在该振动切削信息表VC_TBL(参照图3)中，储存着与使用者使用输入部81所程序化的工件2的转速(rpm)及该工件2每旋转一周的切削工具4与工件2的送给量(mm)相对应的切削工具送给机构7及工件送给机构11的前进量(mm)、切削工具送给机构7及工件送给机构11的后退量(mm)、切削工具送给机构7及工件送给机构11的前进速度(mm/min)、切削工具送给机构7及工件送给机构11的后退速度(mm/min)、及切削工具4与工件2的振动频率(Hz)。由此，中央控制部80选定与使用者使用输入部81所程序化的工件2的转速及该工件2每旋转一周的切削工具4与工件2的送给量相对应的切削工具送给机构7及工件送给机构11的前进量、切削工具送给机构7及工件送给机构11的后退量、切削工具送给机构7及工件送给机构11的前进速度、切削工具送给机构7及工件送给机构11的后退速度、以及切削工具4与工件2的振动频率。并且，中央控制部80会利用储存在程序信息储存部82内的工件2及切削工具4到移动地点的B点为止的内插方法的程序信息、与上述已选定的信息(切削工具送给机构7及工件送给机构11的前进量、切削工具送给机构7及工件送给机构11的后退量、切削工具送给机构7及工件送给机构11的前进速度、切削工具送给机构7及工件送给机构11的后退速度)，来进行沿着内插轨道的前进、后退运动的运算处理。然后，中央控制部80将此运算结果输出至电动机控制部84，同时将上述已选定的切削工具4及工件2的振动频率输出至显示部85。
电动机控制部84根据上述运算结果进行控制，使得切削工具4及工件2如图7所示那样在实线位置、点线位置交互移动。由此，工件2被切削工具4进行切削加工。另外，输出至显示部85的切削工具4及工件2的振动频率被显示在显示部85。
另外，像这样进行低频率振动的切削工具4及工件2并不会各自分别动作，而是相互协同地同步动作。针对此点使用图8加以说明。
图8是用以说明X轴与Z轴的二轴边协同地加以同步，边使用切削工具4对工件2切削加工的过程的图。在此，表示使工件2沿着Z轴移动由点TP1Z到点TP10Z为止的TL1Z距离，并且使切削工具4沿着X轴移动由点TP1X到点TP10X为止的TL1X距离的情况。
首先，如果使工件2及切削工具4前进移动由点(TP1X，TP1Z)到点(TP2X，TP2Z)为止的TL2距离，则使工件2沿着Z轴前进移动TL2Z距离，并使切削工具4沿着X轴前进移动TL2X距离。由此，与XZ二轴相协同地同步，使工件2及切削工具4前进移动TL2距离。
接着，在到达点(TP2X，TP2Z)后，如果要使工件2及切削工具4后退移动到点(TP3X，TP3Z)为止的TL3距离，则使工件2沿着Z轴后退移动TL3Z距离，并使切削工具4沿着X轴后退移动TL3X距离。由此，在XZ轴二轴协同且同步地，使工件2及切削工具4后退移动TL3距离。
如此，重复进行使工件2及切削工具4前进移动TL2距离，也就是使工件2沿着Z轴前进移动TL2Z距离，并使切削工具4沿着X轴前进移动TL2X距离，接着使工件2及切削工具4后退移动TL3距离，也就是使工件2沿着Z轴后退移动TL3Z距离，并使切削工具4沿着X轴后退移动TL3X距离等动作，由此，让切削工具4及工件2移动由点(TP1X，TP1Z)到点(TP10X，TP10Z)为止的TL1距离。
由此，沿着由连结点(TP1X，TP1Z)的位置到点(TP10X，TP10Z)为止的直线(锥体)，可利用切削工具4对工件2进行切削加工。
如此，进行低频率振动的切削工具4及工件2并不会各自分别动作，而是X轴与Z轴的二轴协同地同步动作。从而，若从切削工具4侧来观看切削工具4及工件2的动作，像是工件2维持停止一样，从工件2侧来观看，则像是切削工具4维持停止一样。因此，本实施方式中的动作，与第一实施方式中所示的切削工具4的动作、或第二实施方式中所示的工件2的动作在实质上是相同。此外，在包含与XZ轴相正交的Y轴的三轴的情况下，三轴可协同地同步动作。
另外，由于本实施方式与第一实施方式间，仅进行低频率振动的对象不同而已，所以本实施方式可以发挥与第一实施方式相同的效果。
此外，在第一～第三实施方式中，虽然仅例示了使工件2旋转，而以切削工具4对工件2进行切削加工，但是，例如图9及图10所示的这种使切削工具4旋转而利用切削工具4对工件2切削加工的第四实施方式及第五实施方式的工作机械中也可适用。
<第四实施方式>
即，如图9所示，第四实施方式的工作机械30由CNC车床构成，设有：工件夹持机构32，用以支撑作为被加工物的工件2；旋转机构31，可旋转自如地支撑对上述工件2进行切削加工的切削工具4；及切削工具送给机构34，设在该旋转机构31的下部，并且使设在基座33上的切削工具4进退自如(参照箭头符号P5)地进行进给动作。并且，在该工作机械30中具有控制装置8，经由伺服放大器9控制上述切削工具送给机构34的动作，使得切削工具4进行预期的低频率振动。另外，图9中，虽仅图示Z轴上的切削工具送给机构34，但在相正交的X轴上，也可具有切削工具送给机构。此外，切削工具送给机构34的构成几乎与工件送给机构11相同，只是将工件送给驱动电动机11a以切削工具送给驱动电动机7a加以取代而已。因此，附上相同的符号，并省略其说明。
另一方面，上述旋转机构3具有主轴电动机31a，切削工具夹持机构31c可旋转地被安装在该主轴电动机31a的主轴31b上。而且，在该切削工具夹持机构31c可夹持切削工具4，被夹持的该切削工具4通过主轴电动机31a的旋转驱动，而围绕旋转轴R进行旋转驱动。此外，使这样构成的工作机械30的切削工具4，如图9所示那样在实线位置、点线位置交互移动而边进行振动边使工件2进行切削加工的方法，几乎与第一实施方式相同，不同点仅在于将与储存在振动切削信息储存部83内的振动切削信息表VC_TBL(参照图3)内所储存的数据相对应的程序设定值，变为使用者使用输入部81所程序化的切削工具4的转速(rpm)及该切削工具4每旋转一周的切削工具4的送给量(mm)，其他都相同。
<第五实施方式>
另一方面，如图10所示，第五实施方式的工作机械40由CNC车床构成，其设有：工件夹持机构32，用以支撑作为被加工物的工件2；旋转机构31，可旋转自如地支撑对上述工件2进行切削加工的切削工具4；及工件送给机构11，设在该工件夹持机构32的下部，并且使设在基座41上的工件2进退自如(参照箭头符号P6)地进行进给动作。并且，在该工作机械40中具有控制装置8，其经由伺服放大器9控制上述工件送给机构11的动作，使得工件2进行预期的低频率振动。另外，图10中，虽仅图示Z轴上的工件送给机构11，但在相正交的X轴上，也具有工件送给机构。此外，针对与第二实施方式的工作机械20及图9所示的工作机械30相同的构成，则附上相同的符号，并省略其说明。
使这样构成的工作机械40的工件2如图10所示那样在实线位置、点线位置交互移动而进行振动的方法，几乎与第二实施方式相同，不同点仅在于将与储存在振动切削信息储存部83内的振动切削信息表VC_TBL(参照图3)内所储存的数据相对应的程序设定值，变为使用者使用输入部81所程序化的切削工具4的转速(rpm)及该切削工具4每旋转一周的工件2的送给量(mm)，其他都相同。
[实施例]
其次，使用实施例及比较例，以对本发明更进一步详细说明。
<实施例1>
使用第三实施方式的工作机械20对工件2进行加工。使用Citizen Machinery公司制的L16CNC自动车床当作工作机械20。此外，使用SKD11-φ12.0的棒材当作工件2，切削工具4则使用尺寸12mm的车刀。此外，使用滚珠螺杆与伺服电动机的组合来当作切削工具送给机构7。接着，将工件2的转速程序设定为600rpm，该工件2每旋转一周的切削工具4及工件2的送给量则分别程序设定为0.01mm，来对工件2进行切削加工。其结果，可以制作完成如图11所示的加工品。另外，将与上述程序设定的数值相应的切削工具4及工件2的低频率振动的振幅分别设定为0.03，频率则分别设定为9Hz。
另一方面，不进行频率设定，而使用相同机械来进行惯用切削，由此制作完成由如图11所示加工形状所构成的加工品。然而，由于因共振所造成的工具破损，所以无法进行切削加工本身。
由以上可得知，与现有的惯用切削相比，低频率振动切削的切削抵抗较小，加工性能特别优异。另外，在如图13所示的切削工具上安装振动器的工作机械100，由于具有上述问题，所以无法加工出如图11所示的加工品中的尖端部的锥体形状。
<实施例2>
其次，使用第一实施方式的工作机械1，通过低频率振动切削，对工件2进行可制作成如图12所示的加工品的加工。使用Citizen Machinery公司制的NL-10CNC车床当作工作机械1。此外，使用φ10-SUS304的棒材当作工件2，切削工具4则使用Kyocera公司制的DCGT11T304ER-U-PR930。此外，使用三菱公司制的线性伺服电动机当作切削工具送给机构7。接着，将工件2的转速程序设定为3750rpm，该工件2每旋转一周的切削工具4的送给量程序设定为0.01mm，使用日本Grease公司制的SUNCUT EF-5N(非水溶性)当作冷却剂。另外，将与上述程序设定的数值相应的切削工具4的低频率振动的振幅设定为0.03，频率则设定为48Hz。
<比较例1>
另一方面，通过惯用切削，使用第一实施方式的工作机械1，对工件2进行可制作成如图12所示的加工品的加工。使用Citizen Machinery公司制的NL-10CNC车床当作工作机械1。此外，使用φ10-SUS304的棒材当作工件2，切削工具4则使用Kyocera公司制的DCGT11T304ER-U-PR930。此外，使用三菱公司制的线性伺服电动机当作切削工具送给机构7。接着，为了切削时间与上述实施例2的低频率振动切削相同，将送给量设定成28mm/min。另外，使用日本Grease公司制的SUNCUT EF-5N(非水溶性)当作冷却剂。
<切削精度评估>
测定由上述实施例2、比较例1所得到的加工品的T1及T2(参照图12)的直径，测定T3(参照图12)的毛边。将其测定结果表示于表1中。
[表1]
实施例2 比较例1
T1 φ7.001 φ7.001
T2 φ7.000 φ6.997
T3 φ10.043 φ10.081
如上述表1所示，相对于实施例2中的T1、T2几乎没有直径的误差，比较例1中的T1、T2的直径的误差较大。此外，比较例1中的T3中的毛边比实施例2中的T3的毛边还大。由此可知，低频率振动切削与现有的惯用切削相比，加工精度较高，并能够抑制加工硬化。
另外，本实施方式中，作为上述第一至第五实施方式的工作机械，例示了使用二轴或三轴的CNC车床的例子，但并不是仅限在此，也能够用于各式各样的工作机械。
符号说明：
1、10、20、30、40   工作机械
2   工件
3   旋转机构(工件保持单元)
4   切削工具
5   切削工具台(切削工具保持单元)
7、34   切削工具送给机构
7a  切削工具送给驱动电动机
8   控制装置(控制机构)
11  工件送给机构
11a 工件送给驱动电动机
31  旋转机构(切削工具保持单元)
32  工件夹持机构(工件保持单元)
83  振动切削信息储存部(振动切削信息储存单元)
VC_TBL   振动切削信息表
K   空间

Claims (5)

1.一种工作机械，其包含：
切削工具保持单元，其保持工件加工用的切削工具；以及
工件保持单元，其保持工件，
移动自如地设置所述切削工具保持单元或所述工件保持单元，以使得所述切削工具相对于所述工件相对地在多个轴方向进行进给动作，
设有控制机构，该控制机构控制所述切削工具保持单元或所述工件保持单元的移动，以使得所述工件与所述切削工具相对地在多个轴方向同步地进行低频率振动。
2.根据权利要求1所述的工作机械，其中，
在多个轴方向上移动自如地设置所述切削工具保持单元。
3.根据权利要求1所述的工作机械，其中，
在多个轴方向上移动自如地设置所述工件保持单元。
4.根据权利要求1所述的工作机械，其中，
移动自如地设置所述切削工具保持单元以及所述工件保持单元，所述切削工具保持单元与所述工件保持单元协同地进行移动，使所述切削工具相对于所述工件相对地在多个轴方向进行进给动作。
5.根据权利要求1所述的工作机械，其中，
设有振动切削信息储存单元，其预先储存着用于使所述工件与所述切削工具进行所述低频率振动的数据，
所述控制机构根据储存在所述振动切削信息储存单元中的数据来进行控制。
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