CN104656560A - 进行倒角加工的机床以及倒角加工方法 - Google Patents

进行倒角加工的机床以及倒角加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种进行倒角加工的机床以及倒角加工方法。将安装了倒角刀具的Z轴定位在进行倒角加工的加工位置之后，定位垂直于Z轴且正交的2个轴(X轴和Y轴)，由此进行倒角加工。基于刀具信息并与加工程序中的加工路径对应，同时修正Z轴以及X轴和Y轴，由此，在一次的倒角加工中使用倒角刀具的全部刃。即，通过使刀具的刀具半径可变，使倒角加工区域经过该刀具的全部刃。

Description

进行倒角加工的机床以及倒角加工方法
技术领域
本发明涉及进行工件的角部的倒角加工的机床以及倒角加工方法。
背景技术
以往，机床具备主轴和工件固定用的工作台，主轴固定于某直线移动轴，工作台通过2轴以上的直线移动轴移动，且这些主轴和工作台通过数值控制装置来控制，在使用这样的机床来进行工件角部的倒角加工时，如图7A-图7D所示，在固定了刀具的轴心方向(Z轴方向)的直线移动轴的状态下，通过与该刀具的轴心方向(Z轴方向)垂直的2个直线移动轴(X轴、Y轴)的动作来进行加工。
(I)首先，如图7A所示，设定使用最大刀具直径φ6.0mm且45°的倒角刀具2，对工件3进行1.0mm的倒角加工时的加工条件。
(II)接着，按照该设定的加工条件，如图7B和图7C所示，对工件3进行倒角加工。
(III)在图7B所示的工件3的倒角部5、6、7中，倒角刀具2实际上用于切削的刃的部位，如图7D所示，是刀具直径φ3.0mm的部位。
在上述加工方法中，倒角刀具2的刃通常在相同部位(图7D所示的倒角加工区域8)进行加工，如图7D所示，仅倒角刀具2刃的一部分发生刀具磨损。因此，当使用的倒角刀具2的刃达到寿命时，即使残留着仍能使用的刃的部分，该倒角刀具2也无法在用于加工工件3的加工程序中使用，因此，需要进行程序或刀具长修正值和刀具径修正值的修正等，结果，在大量生产的部件等中无法实现高效的自动化。
这样，在上述加工方法中，需要熟练的程序制作者来制作繁杂化的程序，由于形状变更、刀具材质或者涂层变更导致寿命值的变化而需要大幅度的程序变更，虽然能够提高刀具寿命但是不具有通用性。
因此，存在以下提高刀具寿命的方法，如图8A-图8C、图9以及图10所示，基于设定的寿命次数在程序中变更刀具长和刀具径，并改变刃对工件3的接触位置，由此延长一件倒角刀具的使用次数。
在加工次数为‘<1>寿命次数’以下的情况下，如图8A所示，设倒角刀具2的倒角加工区域8的刀具直径为φ5.0mm。在加工次数为‘<2>寿命次数’以下的情况下，如图8B所示，设倒角刀具2的倒角加工区域8的刀具直径为φ3.0mm。
图8C中图示了刀具直径为φ5.0mm和φ3.0mm的倒角加工区域8。
如图9所示，通过在用于进行倒角加工的加工程序(O0001)中插入(1)对加工次数进行累计的计算式(#600＝#600+1)、(2)将预先设定的刀具寿命次数和加工次数进行比较，并在加工程序中变更刀具长修正值和刀具径修正值的计算式(条件分支<1>和条件分支<2>)、以及(3)为使加工质量不会由于刀具径修正值的变更而变化，基于为了保持加工圆周速度恒定而被变更的刀具径，对安装刀具的主轴的转速和进给速度进行再设定的计算式(N001、N002)，能够增加倒角刀具的使用次数，提高一件刀具的刀具寿命。这里，加工圆周速度是与应该加工的工件接触的刀具的外径的加工切削速度(m/min)。
然而，如前述图8A-图8C、图9以及图10所示的加工方法，需要由熟练的程序制作者进行程序制作，由于以加工质量的稳定化为目标而变更加工条件，因此加工时间不固定，形状、刀具等的变更导致需要由程序设计熟练者进行程序变更，是不具有通用性的方法。
另一方面，日本特开平5-8148号公报公开了以下技术，在能够进行至少3轴的控制的机床中，在加工过程中，通过改变刀尖在尖端形成圆弧状的刀具相对工件的姿势，同样地使用该刀具的全部刃，由此提高刀具寿命。但是，在该技术中，限于使用具备尖端为圆弧状刀尖的刀具的加工，进而限于具备使加工过程中相对工件的姿势变化的旋转轴的机床。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种具有至少3个直线移动轴，能够使工件角部的倒角加工的倒角刀具的刀具寿命延长的、进行倒角加工的机床，以及倒角加工方法。
本发明的机床具备至少3个直线移动轴和控制这些至少3个直线移动轴的数值控制装置，并通过加工程序进行平面上的角部倒角加工。该机床具备：存储部，其存储通过倒角刀具进行加工的倒角量和所述倒角刀具的刀具信息；解析部，其解析所述加工程序；总加工距离计算部，其计算由所述解析部解析出的加工程序的加工距离的合计；倒角加工修正量计算部，其根据所述计算出的总加工距离和所述刀具信息，计算用于一边改变所述倒角刀具的加工区域一边进行倒角加工的、与相距所述倒角刀具的加工开始点的距离对应的刀具半径修正量和刀具轴修正量；倒角加工修正部，其基于所述计算出的刀具半径修正量和刀具轴修正量，与相距所述倒角刀具的加工开始点的距离对应地进行刀具半径修正和刀具轴修正。
所述至少3个直线移动轴能够是使主轴移动的一个直线移动轴，以及使用于固定工件的工作台移动的至少2个直线移动轴。
所述至少3个直线移动轴能够是使得用于固定工件的工作台或者用于固定主轴的主轴头移动的轴。
所述倒角加工修正部，除了所述倒角加工修正之外，还能够具备：基准加工条件计算部，其基于所述加工修正量计算部计算出的刀具半径修正量，计算用于保持圆周速度为恒定的加工条件；以及加工条件变更部，其基于由所述基准加工条件计算部计算出的加工条件来变更加工条件。
在本发明的使用机床通过加工程序来进行平面上的角部倒角加工的方法中，该机床具备至少3个直线移动轴和控制这些至少3个直线移动轴的数值控制装置，并通过加工程序进行平面上的角部倒角加工。此外，所述方法包含以下步骤：
存储通过倒角刀具进行加工的倒角量和所述倒角刀具的刀具信息的步骤；解析所述加工程序的步骤；计算所述解析出的加工程序的加工距离的合计的步骤；根据所述计算出的加工距离的合计和所述刀具信息，计算用于一边改变所述倒角刀具的加工区域一边进行倒角加工的、与相距所述倒角刀具的加工开始点的距离对应的刀具半径修正量和刀具轴修正量的步骤；基于所述计算出的刀具半径修正量和刀具轴修正量，与相距所述倒角刀具的加工开始点的距离对应地进行刀具半径修正和刀具轴修正的步骤。
所述的进行刀具半径修正和刀具轴修正的步骤，还能够包含：基于根据所述存储的倒角刀具的刀具信息计算出的刀具半径修正量，计算用于保持圆周速度为恒定的加工条件；以及基于该计算出的加工条件来变更加工条件。
根据本发明，能够提供一种具有至少3个直线移动轴，能够使工件角部的倒角加工的倒角刀具的刀具寿命延长的、进行倒角加工的机床以及倒角加工方法。
附图说明
本发明上述的以及其他的目的和特征，根据参照附图的以下实施例的说明而变得明确。这些附图中：
图1是说明对具备至少3个直线移动轴的机床进行控制的数值控制装置的框图。
图2的(A)-图2的(C)是说明使用通过图1的数值控制装置控制的本发明的机床的工件角部的倒角加工的图。
图3是说明对于所指示的移动指令，使刀具半径值可变的动作的图。
图4是说明使用刀具的刃全体的倒角加工程序的格式的图。
图5A和图5B是说明图4的倒角加工程序的图。
图6是图5A的倒角加工程序O0002的流程图。
图7A-图7D是说明现有的一般的角部倒角加工的例子的图。
图8A-图8C是说明通过宏程序进行的高效率C1.0mm的倒角加工的例子的图。
图9是说明执行图8A-图8C中例示的角部倒角加工的宏程序的例子的图。
图10是图9的宏程序的流程图。
具体实施方式
首先，使用图1说明对具备至少3个直线移动轴的机床进行控制的数值控制装置。
数值控制装置10是控制机床(未图示)来进行工件(未图示)的加工的装置。CPU11是对数值控制装置10进行整体控制的处理器。CPU11通过总线20读出在ROM 12中存储的系统程序，并按照该读出的系统程序来控制数值控制装置10的整体。在RAM 13中存储了暂时的计算数据、显示数据以及操作员经由显示器/手动数据输入(MDI)单元70输入的各种数据。SRAM存储器14被构成为即使数值控制装置10的电源为切断也能够保持存储状态的非易失性存储器。在SRAM存储器14内存储了经由接口15读入的加工程序、经由显示器/MDI单元70输入的加工程序等。此外，在ROM 12中预先写入了用于实施为了制作和编辑加工程序所需要的编辑模式的处理、用于自动运转的处理的各种系统程序。
各轴的轴控制电路30、31、32接受来自CPU11的各轴的移动指令，并输出各轴的指令到伺服放大器40、41、42。伺服放大器40、41、42接受该指令来驱动各轴的伺服电动机50、51、52。各轴的伺服电动机50、51、52内置有位置/速度检测器，将来自该位置/速度检测器的位置/速度反馈信号反馈到轴控制电路30、31、32，进行位置/速度的反馈控制。此外，图1中对于位置/速度的反馈省略了图示。
伺服电动机50、51、52分别驱动机床的X、Y、Z轴。主轴控制电路60接受主轴旋转指令，并向主轴放大器61输出主轴速度信号。主轴放大器61接受主轴速度信号，以所指示的旋转速度来驱动主轴电动机(SM)62。通过速度检测器63检测出的速度数据被反馈到主轴控制电路60，进行速度控制。
上述的数值控制装置10的结构与现有的数值控制装置的结构相比并无变化，而是通过该数值控制装置10来驱动控制3轴加工机(本发明的机床)。
数值控制装置10所控制的3个直线移动轴，例如是使进行倒角加工的机床的主轴移动的直线移动轴(M(Z))、和使用于固定工件的工作台移动的2个直线移动轴(M(X)、M(Y))。能够通过2个直线移动轴来使装载工件的工作台在2轴方向上移动。
代替该情况，也可以固定主轴，通过3个直线移动轴使装载工件的工作台在3维方向上移动，或者，固定用用装载工件的工作台，通过3个直线移动轴使主轴在3维方向上移动。此外，图1的数值控制装置10例示了控制3个直线移动轴(M(X)、M(Y)、M(Z))的例子，但是不限于此，也可以控制4个以上的直线移动轴。
这里，使用图2的(A)-图2的(C)说明使用通过数值控制装置10控制的机床的工件的角部的倒角加工。
首先，将倒角刀具2安装于固定在直线移动轴即Z轴的主轴上，并将该Z轴定位于进行倒角加工的加工位置。之后，通过与Z轴(刀具的轴心方向)垂直的2个正交的直线移动轴(X轴、Y轴)的定位，来进行工件的倒角加工。
因此，如图2的(A)-图2的(C)所示，根据所使用的倒角刀具2的刀具信息，与加工程序内的加工路径对应地，同时对安装了倒角刀具2的直线移动轴(Z轴)和与刀具2的轴心方向(Z轴方向)垂直的2个正交的直线移动轴(X轴、Y轴)进行修正，由此，能够在一次的倒角加工中使用倒角刀具的全部刃，因此，能够提高刀具寿命。
在图2的(A)中，在使用倒角刀具2对工件3进行倒角加工时，在工件3的倒角部5中，以刀具直径从φ2.5mm变化为φ3.7mm的方式进行加工，在倒角部6中，以刀具直径从φ3.7mm变化为φ4.3mm的方式进行加工，在倒角部7中，以刀具直径从φ4.3mm变化为φ5.5mm的方式进行加工。
图2的(B)是从正面看工件3的倒角部5的倒角加工的图。通过使倒角刀具2的刀具半径可变，能够使倒角加工区域经过倒角刀具2的全部刀刃。
此外，如图3所示，在倒角加工时，与接触工件3的刀具的直径对应地使转速和进给速度在各移动轴(X轴、Y轴)的移动的同时发生变化，并始终使加工圆周速度保持恒定，由此能够以稳定的加工质量进行加工。这里的加工圆周速度是接触工件的刀具的外径的加工切削速度。根据加工切削速度即圆周速度和进行接触的刀具的外径来计算转速。
为了实现上述加工，如图4、图5A和图5B所示，为了进行各直线移动轴的同时修正以及保持加工圆周速度恒定，需要将“必要信息”存储在数值控制装置10中。这里，所述“必要信息”是指以下的总共8个信息：
G：刀具径修正的方向的信息以及刀具的轴心方向的信息，
C：倒角量的信息，
D：开始刀具径的信息，
E：最终刀具径的信息，
R：尖端角度(倒角角度)的信息，
S：基准转速的信息，
F：基准进给速度的信息。
根据图4、图5A以及图5B，通过G代码来指示在倒角加工轨迹之前预先将必要信息定义为倒角加工程序格式的程序代码101，由此，在将刀具信息存储在数值控制装置10中的同时，发挥功能开启的作用。并且，在倒角加工轨迹102的指令结束之后，插入功能关闭的G代码。
图4表示倒角加工程序中G代码指示的倒角加工程序格式的程序代码101。各个G代码(G17-G19、G250-G252)意味着如图4所示的指令。此外，该指令只是一例。
通过由图4、图5A以及图5B存储的刀具信息和功能开启，如图6所示，推测程序(O0002)上指示的倒角加工轨迹102。通过推测该倒角加工轨迹102，来计算所指示的与刀具的轴心方向(Z轴方向)垂直的2个正交的直线移动轴(X轴、Y轴)的合计移动量即总加工轨迹L。
根据数值控制装置10中存储的刀具信息(开始刀具径的信息D、最终刀具径的信息E)以及总加工轨迹L，计算以该总加工轨迹L为基准的、每单位距离的刀具半径修正量rL。
rL＝(E-D)/2L
这时，设当前加工位置Lt的范围为0≤Lt≤L。
由于当前加工位置的变化导致可变刀具径修正量r变化。随着可变刀具径修正量r的变化，倒角量发生变化。然而，在保持基准转速的状态下，圆周速度发生变化，加工质量中发生偏差。因此，根据开始刀具径D与基准转速S以及基准进给速度F，计算基准切削条件106即基准圆周速度Vo与基准进给fo。
Vo＝π×D/S
fo＝F/S
此外，可变刀具半径修正量r变化，导致倒角量变化，因此，需要向刀具2的轴心方向(Z轴方向)的修正。因此，根据每单位距离的刀具半径修正量rL、当前加工位置Lt、存储的开始刀具径D、以及刀具尖端角R，计算可变刀具轴修正量h。
h＝(D/2+rL×Lt)/tan(R/2)
根据可变刀具半径修正量r、基准切削条件106以及可变刀具轴修正量h，按照所指示的2个正交的直线移动轴(X轴、Y轴)的各自的移动指令，在XY平面上进行可变刀具半径修正量r的修正。同时，在与该XY平面垂直的刀具的轴心方向(Z轴方向)进行可变刀具轴修正量h的修正。此外，即使可变刀具半径修正量r变化，但为了获得稳定的加工质量，应当保持加工圆周速度为恒定，根据基准切削条件106改变转速和进给速度来进行加工。由此，能够实现刀具寿命的提高。
根据本发明，在所指示的与刀具的轴心方向(Z轴方向)垂直的XY平面上的倒角加工中，将倒角刀具2的刀具信息存储于数值控制装置10中，并推测在程序上指示的加工轨迹，根据所存储的刀具信息，计算与各移动程序块对应的可变刀具半径修正量r、基准切削条件106即基准圆周速度Vo和基准进给fo、可变刀具轴修正量h，与所指示的XY平面上的直线移动轴(X轴、Y轴)的移动对应，将可变刀具半径修正量r与移动量相加，根据可变刀具半径修正量r的变化，基于基准圆周速度Vo和基准进给fo，改变转速和进给速度，针对与所指示的XY平面垂直的刀具轴方向(Z轴方向)，进行基于可变刀具轴修正量h的修正，并在维持倒角量的状态下进行加工，由此，能够通过保持基准圆周速度Vo和基准进给fo的圆周速度为恒定，来保持加工质量为恒定，并且通过使用了倒角刀具的全部刃而能够提高刀具寿命。
使用图6的流程图来说明图5A的倒角加工程序O0002。
[步骤sa01]进行刀具更换、坐标系的设定、刀具长修正、主轴转速的设定。
[步骤sa02]通过平面(XY平面)指定来进行刀具的轴心方向(Z轴方向)的设定。
[步骤sa03]将‘G251：倒角加工最优化功能开启’、‘G252：倒角加工最优化功能开启’、以及刀具信息(倒角量C、开始刀具径D、最终刀具径E、刀具尖端角R、基准转速S、以及基准进给速度F)存储于数值控制装置中。
[步骤sa04]推测直到‘G250：倒角加工最优化功能关闭’期间的加工轨迹。
[步骤sa05]推测加工轨迹来计算总加工轨迹L。
L＝L1+L2+L3+…+Ln
并且，根据该计算出的总加工轨迹L、刀具信息的开始刀具径D和最终刀具径E，计算每单位距离的刀具半径修正量rL。
rL＝(E-D)/2L
根据倒角量C、开始刀具径D、每单距离的刀具半径修正量rL、以及当前加工位置Lt(以总加工轨迹L为基准的各移动程序块的移动时的位置)，来计算可变刀具半径修正量r。
r＝D/2-C+rL×Lt(0≤Lt≤L)
为了保持圆周速度恒定，根据开始刀具径D、基准转速S以及基准进给速度F，计算基准圆周速度Vo和基准进给fo。
Vo＝π×D/S
fo＝F/S
倒角量随着可变刀具径修正量r的变化而变化。为了维持所存储的倒角量C，需要同时也移动刀具的轴心方向的位置。因此，根据开始刀具径D、单位刀具半径修正量rL、当前加工位置Lt以及刀具尖端角R，计算可变刀具轴修正量h。
h＝(D/2+rL×Lt)/tan(R/2)
[步骤sa06]相对于各移动程序块的行进方向，G251逆时针旋转90°(左侧)，G252顺时针旋转90°(右侧)，来对可变刀具半径修正量r进行相加。
随着基于各直线移动轴的移动，即当前加工位置移动Lt的变化，可变刀具半径修正量r变化，因此，为了保持圆周速度恒定，通过加工时的可变刀具半径修正量r、基准圆周速度Vo和基准进给fo，使转速S和进给速度F在移动的同时发生变化。此外，为了维持所存储的倒角量C，随着可变刀具半径修正量r的变化，使可变刀具轴修正量h在基于各移动程序块的直线移动轴的移动的同时变化。

Claims (8)

1.一种进行倒角加工的机床，所述机床具备至少3个直线移动轴和控制这些至少3个直线移动轴的数值控制装置，并通过加工程序进行平面上的角部倒角加工，所述机床的特征在于，
具备：
存储部，其存储通过倒角刀具进行加工的倒角量和所述倒角刀具的刀具信息；
解析部，其解析所述加工程序；
总加工距离计算部，其计算由所述解析部解析出的加工程序的加工距离的合计；
倒角加工修正量计算部，其根据所述计算出的总加工距离和所述刀具信息，计算用于一边改变所述倒角刀具的加工区域一边进行倒角加工的、与相距所述倒角刀具的加工开始点的距离对应的刀具半径修正量和刀具轴修正量；以及
倒角加工修正部，其基于所述计算出的刀具半径修正量和刀具轴修正量，与相距所述倒角刀具的加工开始点的距离对应地进行刀具半径修正和刀具轴修正。
2.根据权利要求1所述的进行倒角加工的机床，其特征在于，
所述至少3个直线移动轴是使主轴移动的一个直线移动轴，以及使用于固定工件的工作台移动的至少2个直线移动轴。
3.根据权利要求1所述的进行倒角加工的机床，其特征在于，
所述至少3个直线移动轴是使用于固定工件的工作台或者用于固定主轴的主轴头移动的轴。
4.根据权利要求1所述的进行倒角加工的机床，其特征在于，
所述倒角加工修正部，具备：
基准加工条件计算部，其基于所述加工修正量计算部计算出的刀具半径修正量，计算用于保持圆周速度为恒定的加工条件；以及
加工条件变更部，其基于由所述基准加工条件计算部计算出的加工条件来变更加工条件。
5.一种倒角加工方法，使用机床通过加工程序来进行平面上的角部倒角加工，该倒角加工方法的特征在于，
所述机床具备至少3个直线移动轴和控制这些至少3个直线移动轴的数值控制装置，并通过加工程序进行平面上的角部倒角加工，
所述方法包含以下步骤：
存储通过倒角刀具进行加工的倒角量和所述倒角刀具的刀具信息的步骤；
解析所述加工程序的步骤；
计算所述解析出的加工程序的加工距离的合计的步骤；
根据所述计算出的加工距离的合计和所述刀具信息，计算用于一边改变所述倒角刀具的加工区域一边进行倒角加工的、与相距所述倒角刀具的加工开始点的距离对应的刀具半径修正量和刀具轴修正量的步骤；以及
基于所述计算出的刀具半径修正量和刀具轴修正量，与相距所述倒角刀具的加工开始点的距离对应地进行刀具半径修正和刀具轴修正的步骤。
6.根据权利要求5所述的倒角加工方法，其特征在于，
所述至少3个直线移动轴是使主轴移动的直线移动轴，以及使用于固定工件的工作台移动的2个以上的直线移动轴。
7.根据权利要求5所述的倒角加工方法，其特征在于，
所述至少3个直线移动轴是使用于固定工件的工作台或者用于固定主轴的主轴头移动的轴。
8.根据权利要求5所述的倒角加工方法，其特征在于，
所述进行刀具半径修正和刀具轴修正的步骤，还包含：
基于根据所述存储的倒角刀具的刀具信息计算出的刀具半径修正量，计算用于保持圆周速度为恒定的加工条件；以及
基于该计算出的加工条件来变更加工条件。
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