CN105538036B - 机床的进给轴的控制方法及机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供机床的进给轴的控制方法及机床，利用简单的计算获得实际的加工余量的最大值被平均化的控制量，从而实现刀具的长寿命化。在S1中，测量出刀具的每个切削刃的振动量并经由外部输入装置预先输入运算装置中。在S2中，运算装置使用规定的计算公式来计算各刃列的旋转角度内的控制量。该控制量是各刃列中的被加工物的实际的加工余量的最大值被平均化的控制量，计算出控制量后，在S3中，运算装置将在S2中计算出的控制量沿各轴向进行转换，再从存储于存储装置的NC程序的进给轴指令值中减去。然后，在S4中，数值控制装置根据减去后的进给轴指令值控制各进给轴(控制单元)而实施加工。重复该S3、S4的处理直至在S5中加工结束为止。

Description

机床的进给轴的控制方法及机床

技术领域

本发明涉及下述这样的进给轴的控制方法以及采用该控制方法进行切削加工的机床，所述进给轴的控制方法是为了在机床的加工中，特别是在钛合金这样的难切削材料的重切削加工中，通过考虑到刀具的切削刃的振动量地控制进给轴来抑制颤振和刀具崩刃的发生而进行的。

背景技术

铣削加工中，在对难切削材料进行加工的情况下，为了降低加工成本而使用安装有被称作多刃刀片或嵌件的装卸式的切削刃的刀具。在该刀具中，由于刀具主体的切削刃的安装接触面以及切削刃自身的加工精度的影响，所安装的切削刃的高度无法变得均匀，切削刃会产生振动量(各切削刃之间的相对安装误差)。在该振动量较大的切削刃的情况下，存在发生刀具崩刃而使刀具寿命变短这样的问题。因此，本案申请人在专利文献1中，提供了这样一种发明：基于切削刃的各位置和预先测量出的振动量设定振幅和相位，与主轴同步地使进给轴在与加工行进方向相反的方向上进行微小位移以消除振动量，使各切削刃的每刃进给量接近本来所指令的值，从而抑制刀具崩刃。

专利文献1：

日本特开2013-240837号公报

在上述专利文献1的加工方法中，在使用在每一个刃列内存在多个切削刃(多个刃段)的刀具进行加工的情况下，由于各切削刃的振动量存在偏差，因此，将在加工的相反方向上使进给轴动作的量作为在每一个刃列内测量出的各刃段的振动量的平均值。可是，若是平均值，则无法使振动量为最小，因此，难以一定获得足够的刀具寿命。作为该对策，虽然可以考虑例如利用表计算软件的解算机功能来计算控制量以使各切削刃的实际的加工余量平均化的方法，但这是为了求出最优解而反复进行计算从而收敛的方法，因此，存在以下问题：需要多次实施，计算需要很长时间，计算公式变得复杂。

发明内容

因此，本发明目的在于提供一种机床的进给轴的控制方法及机床，该控制方法及机床能够获得以简单的计算来使实际的加工余量的最大值平均化的控制量，能够实现刀具的长寿命化。

为了实现上述目的，技术方案1所述的发明为机床的进给轴的控制方法，所述机床使刀具旋转而对被加工物进行加工，所述刀具是通过沿轴向安装多段在同心圆上配置有多个切削刃的段而成的，该控制方法的特征在于，根据预先测量出的所述切削刃的振动量计算各切削刃实际进行加工的被加工物的加工余量的增减量，从而计算出各刃列的所述加工余量的最大值被平均化的控制量，根据所述控制量叠加使加工中的所述进给轴沿加工的相反方向进行微小位移的控制。

技术方案2所述的发明的特征在于，在技术方案1的结构中，所述控制量R_i是按以下的顺序算出的，其中，将刃列的编号下标设为i(1≦i≦Z，Z：刃数)，将各刃列内的切削刃的段编号下标设为j(1≦j≦N，N：在刃列内在实际加工中使用的切削刃段数)，将测量出的各切削刃振动量设为C_i，j(μm)，利用下式(1)算出各切削刃的实际的加工余量的增减量D_i，j。

D_i，j＝C_i，j-C_i-1，j(其中，i-1为零的情况下，替换为Z)··(1)

接下来，设R1＝0，利用下式(2)算出控制量R_i。

R_i＝(从D_i，1至D_i，j的最大值)-{将各刃列i的(从D_i，1至D_i，j的最大值)的总和除以刃数Z而得到的值}+R_i-1··(2)

为了实现上述目的，技术方案3所述的发明为机床，所述机床使刀具旋转而对被加工物进行加工，所述刀具是通过沿轴向安装多段在同心圆上配置有多个切削刃的段而成的，该机床的特征在于，所述机床具备：控制量计算单元，其根据预先测量出的所述切削刃的振动量计算各切削刃实际进行加工的被加工物的加工余量的增减量，从而计算出各刃列的所述加工余量的最大值被平均化的控制量；和控制单元，其根据所述控制量叠加使加工中的所述进给轴沿加工的相反方向进行微小位移的控制。

技术方案4所述的发明的特征在于，在技术方案3的结构中，所述控制量R_i是按以下的顺序算出的，其中，将刃列的编号下标设为i(1≦i≦Z，Z：刃数)，将各刃列内的切削刃的段编号下标设为j(1≦j≦N，N：在刃列内在实际加工中使用的切削刃段数)，将测量出的各切削刃振动量设为C_i，j(μm)，利用下式(1)算出各切削刃的实际的加工余量的增减量D_i，j。

D_i，j＝C_i，j-C_i-1，j(其中，i-1为零的情况下，替换为Z)··(1)

接下来，设R₁＝0，利用下式(2)算出控制量R_i。

R_i＝(从D_i，1至D_i，j的最大值)-{将各刃列i的(从D_i，1至D_i，j的最大值)的总和除以刃数Z而得到的值}+R_i-1··(2)。

根据本发明，无需利用需要时间的复杂的计算方法，而是利用简单的计算，在加工中在进给轴侧对与刀具位置(旋转角度)相对应的各轴向的刀具振动量进行校正，从而能够得到实际的加工余量的最大值被平均化的控制量。因此，能够适当抑制刀具振动量的影响地进行加工，能够实现刀具的长寿命化。

附图说明

图1是机床的结构图。

图2是进给轴控制方法的流程图。

图3是刀具的横剖视图。

图4是使用刃数为4的3段的切削刃(4列且3段的切削刃)进行加工的情况下的各切削刃振动量的测量结果和实际加工余量的增减量的计算结果。

图5是使用刃数为4的3段的切削刃(4列且3段的切削刃)进行加工的情况下的各切削刃振动量的测量结果和实际加工余量的增减量的计算结果，以及对控制量使用刀具振动量的平均值的情况下的计算结果。

图6是使用刃数为4的3段的切削刃(4列且3段的切削刃)进行加工的情况下的各切削刃振动量的测量结果和实际加工余量的增减量的计算结果，以及将实际加工余量的最大值进行平均化后得到的控制量的计算结果。

标号说明

1：基座；2：立柱；3：主轴头；4：X轴控制单元；5：Z轴控制单元；6：主轴；7：刀具；7a：切削刃；8：Y轴控制单元；9：工作台；10：被加工物；11：主轴旋转控制装置；12：运算装置；13：数值控制装置；14：外部输入装置。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。图1是示出实施本发明的进给轴的控制方法的机床的一个示例的结构图。在该图中，1为基座，2为立柱，在立柱2的前表面上设有主轴头3，该主轴头3被X轴控制单元4和Z轴控制单元5控制成能够向X轴方向和Z轴方向移动，并且，在朝下设置于主轴头3的下部的主轴6上安装有刀具7。另一方面，在基座1上设有工作台9，该工作台9被Y轴控制单元8控制成能够向Y轴方向移动，并且，在工作台9上能够固定被加工物10。

机床的控制系统包括控制主轴6的旋转速度的主轴旋转控制装置11、计算进给轴(各控制单元4、5、8)的控制量的运算装置12、控制进给轴的数值控制装置13以及未图示的存储装置，利用外部输入装置14能够将后述的刀具7的切削刃的振动量输入运算装置12。

在如此构成的机床中，根据图2的流程图实施加工。另外，如图3所示，刀具7是通过将以90°间隔具备4片切削刃7a的同心圆上的段在轴向上隔开规定的间隔设置3段而成的，轴向的各列(图3所示的圆圈内数字)的切削刃7a被安装成从刀具7的末端开始朝向旋转方向前方侧逐渐错开，在各列圆圈内数字1～4中，3个切削刃7a在旋转方向上排列。

首先，在S1中，测量出刀具7的每个切削刃7a的振动量并经由外部输入装置14预先输入到运算装置12中。在S2中，运算装置12使用规定的计算公式来计算各刃列的旋转角度内的控制量。该控制量的计算如以下那样进行。

首先，将刃列的编号下标设为i(1≦i≦Z，Z：刃数)，将各刃列内的切削刃7a的段编号下标设为j(1≦j≦N，N：在刃列内在实际加工中使用的切削刃段数)，将测量出的各切削刃振动量设为C_i，j(μm)，各切削刃的实际的加工余量的增减量D_i，j能够通过下式(1)算出。

D_i，j＝C_i，j-C_i-1，j··(1)

其中，在i-1为零的情况下，替换为Z。

即，各切削刃7a的振动量的大小并不是各切削刃7a的实际的加工余量，各切削刃7a的振动量之差(增减量)成为实际的加工余量之差。该差越大的切削刃7a，崩刃越早地发展，从而刀具寿命变短，因此要计算该值。

并且，利用下式(2)来计算各刃列的控制量Ri。

设为R1＝0时，Ri＝(从D_i，1至D_i，j的最大值)-{将各刃列i的(从D_i，1至D_i，j的最大值)的总和除以刃数Z而得到的值}+R_i-1··(2)

并且，该计算公式意味着，刃列内的实际加工余量的最大值不会比各刃列中计算出的最大值的平均值小。

关于控制的位置(刀具旋转角度)，根据测量出刃列内的各段的振动量后的位置(从基准位置开始的旋转角度(图3的α))，例如仅使用在实际加工中使用的切削刃7a的旋转角度平均值。切削刃7a的各位置与刀具7的主体之间的相位关系例如也可以通过与主轴6连接的编码器来掌握。主轴旋转控制装置11能够根据该编码器的输出获得切削刃7a的相位信息。

这样计算出各刃列的控制量R_i后，在S3中，运算装置12将在S2中计算出的控制量向各轴向进行转换，再从存储于存储装置的NC程序的进给轴指令值中减去。然后，在S4中，数值控制装置13根据减去后的进给轴指令值控制各进给轴(控制单元)而实施加工。例如如果是在X-Y平面内的加工的话，则将对于加工行进方向计算出的控制量在X轴、Y轴方向上进行分配，从而在加工的相反方向上对进给轴进行控制。重复该S3、S4的处理直至在S5中加工结束为止。

利用该控制，虽然微小的强制振动叠加于进给动作，但由于该强制振动具有与刀具7的振动相等的振动频率，因此，能够将振动叠加于进给轴，使得抑制了主轴6的1次旋转中刀具7的振动量，从而能够发挥消除刀具振动量的影响的作用。其结果是，能够减小作用于切削刃7a的最大切削力，降低刀具崩刃的发生率。此外，通过减小最大切削力，同时能够抑制颤振。

图4示出设想使用1段的刃数为4且具有3段的切削刃(4列且3段的切削刃)的刀具的情况下的各切削刃振动量的测量值和实际加工余量的增减量的计算值。该情况下，实际加工余量相对最大的切削刃在第3列的1段，为30μm(粗框部)。

图5示出在图4的刀具中、在每一个刃列内测量出的、以各段的切削刃振动量的平均值作为控制量的情况下的计算值、根据该计算值进行了控制的情况下的切削刃振动量的计算值以及实际加工余量增减量的计算值。该情况下，实际加工余量相对最大的切削刃在第3列的1段，为12.3μm(粗框部)。

对此，图6示出在相同的刀具中、利用上述计算公式求出的控制量、根据该控制量进行了控制的情况下的切削刃振动量的计算值以及实际加工余量增减量的计算值。该情况下，实际加工余量相对最大的切削刃增加至4处(进一步平均化)，成为6.3μm(粗框部)，振动量的影响几乎消失。而且，这还与利用表计算软件的解算机功能进行解析得出的结果大致一致。

这样，根据执行上述方式的进给轴的控制方法的机床，无需利用需要时间的复杂的计算方法，而是利用简单的计算，通过在加工中对与刀具位置(旋转角度)相对应的各轴向的刀具振动量在进给轴侧进行校正，从而能够得到实际的加工余量的最大值被平均化了的控制量。因此，能够适当地抑制刀具振动量的影响来进行加工，从而能够实现刀具7的长寿命化。

另外，刀具上的切削刃的段数以及1个段内的切削刃的数量并不限定于上述方式，可以适当增减。关于机床，只要是使下述刀具旋转、控制进给轴进行加工，则可以是复合加工机或加工中心等，并不特别限定种类，其中，所述刀具是通过将在同心圆上配置有多个的切削刃的段沿轴向安装多段而形成的。

Claims (4)

1.一种机床的进给轴的控制方法，所述机床使刀具旋转而对被加工物进行加工，其中，所述刀具是通过沿轴向安装多段在同心圆上配置有多个切削刃的段而成的，该控制方法的特征在于，

对各刃列的所述切削刃实际进行加工的被加工物的加工余量的最大值进行平均化来控制所述进给轴，在对所述加工余量的最大值进行平均化时，根据预先测量出的所述切削刃的振动量计算各切削刃实际进行加工的被加工物的加工余量的增减量，从而计算出所述加工余量的最大值被平均化的控制量，根据所述控制量叠加使加工中的所述进给轴沿加工的相反方向进行微小位移的控制。

2.根据权利要求1所述的机床的进给轴的控制方法，其特征在于，

所述控制量R_i是按以下的顺序算出的，其中，

将刃列的编号下标设为i，1≤i≤Z，Z是刃数，将各刃列内的切削刃的段编号下标设为j，1≤j≤N，N是在刃列内在实际加工中使用的切削刃段数，

将测量出的各切削刃振动量设为C_i，jμm，利用下式(1)算出各切削刃的实际的加工余量的增减量D_i，j，

D_i，j＝C_i，j-C_i-1，j··(1)

其中，i-1为零的情况下，替换为Z，

接下来，设R₁＝0，利用下式(2)算出控制量R_i，

R_i＝(从D_i，1至D_i，j的最大值)-{将各刃列i的(从D_i，1至D_i，j的最大值)的总和除以刃数Z而得到的值}+R_i-1··(2)。

3.一种机床，该机床使刀具旋转而对被加工物进行加工，所述刀具是通过沿轴向安装多段在同心圆上配置有多个切削刃的段而成的，该机床的特征在于，

所述机床具备：

控制量计算单元，其对各刃列的所述切削刃实际进行加工的被加工物的加工余量的最大值进行平均化来控制进给轴，在对所述加工余量的最大值进行平均化时，所述控制量计算单元根据预先测量出的所述切削刃的振动量计算各切削刃实际进行加工的被加工物的加工余量的增减量，从而计算出所述加工余量的最大值被平均化的控制量；和

控制单元，其根据所述控制量对加工中的所述进给轴叠加使所述进给轴沿加工的相反方向进行微小位移的控制。

4.根据权利要求3所述的机床，其特征在于，所述控制量R_i是按以下的顺序算出的，其中，

将刃列的编号下标设为i，1≤i≤Z，Z是刃数，

将各刃列内的切削刃的段编号下标设为j，1≤j≤N，N是在刃列内在实际加工中使用的切削刃段数，

将测量出的各切削刃振动量设为C_i，jμm，利用下式(1)算出各切削刃的实际的加工余量的增减量D_i，j，

D_i，j＝C_i，j-C_i-1，j··(1)

其中，i-1为零的情况下，替换为Z，

接下来，设R₁＝0，利用下式(2)算出控制量R_i，

R_i＝(从D_i，1至D_i，j的最大值)-{将各刃列i的(从D_i，1至D_i，j的最大值)的总和除以刃数Z而得到的值}+R_i-1··(2)。