CN107225274B - 切削加工方法及机床 - Google Patents

Abstract

一种切削加工方法及机床，其不会在加工面的边界产生阶梯差，有效地进行加工。该切削加工方法由旋转刀具对具有由直线的移动描绘的曲面和与该曲面连续的平面的工件进行加工，其中，旋转刀具具有在与旋转刀具的旋转轴线正交的平面内延伸的底刃，底刃的轨迹呈环状的面，该切削加工方法具备曲面切削工序和平面切削工序，在曲面切削工序中，以通过环状的面和工件的接触形成的接触线与工件的曲面的母线一致且沿曲面移动的方式对工件和旋转刀具之间给与相对的进给来加工曲面，前述环状的面由旋转刀具的底刃的轨迹形成，平面切削工序在曲面切削工序之后或之前进行，在平面切削工序中，以环状的面和平面位于同一平面上的方式使底刃和平面接触来加工工件的平面。

Description

切削加工方法及机床

技术领域

本发明涉及一种对包括曲面及平面在内的工件的切削加工方法及执行该加工方法的机床。

背景技术

在专利文献1中记载了一种用于使用正面铣刀或立铣刀的底刃对工件的圆筒面进行切削加工的切削加工方法。在此情况下，工件与在车削加工时同样地旋转。

在对具有曲面和与之连续的平面的工件进行加工的情况下，在专利文献1中记载的那样的方法产生切削剩余。在此情况下，以往，由通常的正面铣刀等加工平面部分，由与其曲率一致的成形刀具例如在专利文献2中所示的那样的成形刀具加工曲面部分。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-323211号公报

专利文献2：日本特开2005-217227号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在为了加工具有曲面和与之连续的平面的工件而使用2种刀具例如正面铣刀和成形刀具的情况下，作为起因于刀具的装换等的加工误差，在曲面部分和平面部分的连接部产生阶梯差。这样的阶梯差在工件最终作为例如智能手机的壳体的那样的要求高品质的外观的部件利用的情况下，即使它是微小的阶梯差也需要除去。阶梯差的除去是由研磨工序与通常由切削加工产生的切削痕等一起除去，但因为存在阶梯差所以存在研磨工序的时间变长及研磨介质的消耗变得剧烈的问题。另外，希望切削痕的数量少，由切削痕产生的凹凸小，以便研磨工序的时间变短。

本发明是鉴于上述的情况做出的发明，以提供一种不会在加工面的边界产生阶梯差，有效地进行加工的切削加工方法及机床为目的。

为了解决课题的手段

为了实现上述的目的，根据本发明，提供一种切削加工方法，其是由旋转刀具对具有由直线的移动描绘的曲面和与该曲面连续的平面的工件进行加工的切削加工方法，其特征在于，前述旋转刀具具有在与前述旋转刀具的旋转轴线正交的平面内延伸的底刃，并以前述旋转轴线为中心旋转，在前述旋转轴线的方向看时的前述底刃的轨迹呈环状的面，具备将工件向机床安装的工序；曲面切削工序；平面切削工序；和将工件从机床上拆下的工序，在所述曲面切削工序中，以通过前述环状的面和前述工件的接触形成的接触线与前述工件的前述曲面的母线一致且沿前述曲面移动的方式对前述工件和前述旋转刀具之间给与相对的进给来加工前述曲面，前述环状的面由前述旋转刀具的底刃的轨迹形成，所述平面切削工序是在前述曲面切削工序之后或之前进行的平面切削工序，在所述平面切削工序中，以前述环状的面和前述平面位于同一平面上的方式使前述底刃和前述平面接触来加工前述工件的平面。

进而，根据本发明，提供一种机床，其是具备对具有由直线的移动描绘的曲面和与该曲面连续的平面的工件进行加工的旋转刀具的机床，其特征在于，前述旋转刀具具有在与前述旋转刀具的旋转轴线正交的平面内延伸的底刃，并以前述旋转轴线为中心旋转，在前述旋转轴线的方向看时的前述底刃的轨迹呈环状的面，所述机床以实施如下的曲面切削工序和平面切削工序的方式构成，即，在所述曲面切削工序中，以通过前述环状的面和前述工件的接触形成的接触线与前述工件的前述曲面的母线一致且沿前述曲面移动的方式对前述工件和前述旋转刀具之间给与相对的进给来加工前述曲面，前述环状的面由前述旋转刀具的底刃的轨迹形成，在所述平面切削工序中，以前述环状的面和前述平面位于同一平面上的方式使前述底刃和前述平面接触来加工前述工件的平面。

发明的效果

根据本发明，若已将工件安装到机床上，则不用在途中将其拆下，也就是在同一程序中不用更换刀具就可连续地实施曲面切削工序和平面切削工序。其结果，能够得到在曲面和平面的边界没有阶梯差的工件，能够缩短研磨工序。另外，通过由底刃切削曲面，也可以得到非常光滑的表面。

附图说明

图1是基于本发明的实施方式的机床的侧视图。

图2是表示作为加工对象的工件的一例的立体图。

图3A是示意性地表示基于实施方式的机床进行曲面切削工序时的旋转刀具和工件的俯视图。

图3B是示意性地表示基于实施方式的机床进行曲面切削工序时的旋转刀具和工件的从X轴方向看的主视图。

图3C是示意性地表示基于实施方式的机床进行曲面切削工序时的旋转刀具和工件的从Y轴方向看的侧视图。

图4A是示意性地表示基于实施方式的机床进行平面切削工序时的旋转刀具和工件的俯视图。

图4B是示意性地表示基于实施方式的机床进行平面切削工序时的旋转刀具和工件的从X轴方向看的主视图。

图4C是示意性地表示基于实施方式的机床进行平面切削工序时的旋转刀具和工件的从Y轴方向看的侧视图。

图5是示意性地表示从平面切削工序向曲面切削工序转移时的旋转刀具的切削刀片和工件的图。

图6是表示旋转刀具的其它的例子的立体图。

具体实施方式

为了实施发明的方式

下面，参照附图，说明本发明的优选的实施方式。

参照图1，图1表示基于本发明的实施方式的机床100。机床100构成立式加工中心，具备被固定在工厂的地板面上的作为基台的床身102；在床身102的上面中可在Y轴方向移动地设置的Y轴滑块104；被固定在Y轴滑块104的上面上的B轴方向旋转进给组件106；从床身102的图1的右侧的上面直立设置的立柱108；在前述立柱108的前面中可在X轴方向(在图1中为与纸面垂直的方向)移动地设置的X轴滑块110；相对于前述X轴滑块110可在Z轴方向移动地设置的Z轴滑块112；及被固定在前述Z轴滑块112上，以铅直的旋转轴线R₁为中心可旋转地支承主轴114的主轴头116。进而，机床100具备在X轴方向驱动X轴滑块110的X轴驱动装置(未图示)、在Y轴方向驱动Y轴滑块104的Y轴驱动装置(未图示)和在Z轴方向驱动Z轴滑块112的Z轴驱动装置(未图示)。

B轴方向旋转进给组件106具备分别可旋转地支承工件30的相向的两端的图1的右侧的旋转工作头122和左侧的尾座124。旋转工作头122和尾座124分别具备轴122a、124a，所述轴122a、124a具有与B轴方向的旋转进给的旋转轴线R₂一致的轴线。旋转工作头122具备的轴122a能够由被配设在旋转工作头122内的未图示的B轴马达进行旋转驱动而使工件在B轴方向旋转。

另外，图1的加工中心当然也可以由卧式的加工中心(未图示)构成。在此情况下，若加工中心具有可绕与铅直的Y轴平行的轴线旋转进给即B轴旋转进给的工作台，则可能不使用旋转工作头122。

在主轴114的前端，经刀具保持架118装配了旋转刀具10。图1所示的旋转刀具10具有长方体状的刀具主体12；被机械性地拧紧固定在刀具主体12的长边方向的两端部的底面侧的2个切削刀片14。在切削刀片14上形成了底刃14a。旋转刀具10也具有用于使相对于刀具主体12结合了的刀柄16和使2个切削刀片14的高度一致的未图示的高度调节机构。

本实施方式中的切削刀片14的底刃14a在与旋转轴线R₁正交的平面内呈直线状地延伸。因此，若在与旋转轴线R₁正交的方向看底刃14a，则底刃14a呈直线状地延伸成与和旋转轴线R₁正交的平面相接。在本实施方式中，在旋转轴线R₁的方向看时，底刃14a也呈直线状地延伸。切削刀片14被固定在刀具主体12的长边方向的端部附近，底刃14a的长度W在本实施方式中是旋转刀具10的半径的大约20％，但只要与加工的形状的长度相应地决定比率即可。在旋转刀具10以旋转轴线R₁为中心旋转了时，从旋转轴线R₁的方向看的底刃14a的轨迹作为宽度为W的面圈状即环状的面CS形成(参照图3A)。

接着，对由基于本实施方式的机床100切削加工的工件30的一例参照表示其完成形状的图2进行说明。图2的工件30被形成为厚度比较薄的大致长方体状，但更详细地说，是由占据其大部分的长方体部32和被附加在其两侧端的弯曲体部34一体地形成。其结果，形成长方体部32的表面的平面32a与形成弯曲体部34的表面的曲面34a连续。基于本实施方式的机床100，能够实施切削工件30的长方体部32的表面的平面切削工序和切削弯曲体部34的表面的曲面切削工序。另外，实际上，在工件30的短边侧的端面上形成用于与旋转工作头122及尾座124卡合的孔，但图2所示的工件30表示包括了这样的孔在内的端面由于与上述的工序不同的工序切削后的完成状态。

机床100加工的工件30的各弯曲体部34的表面由圆柱面的部分形成。但是，即使弯曲体部34的表面由圆柱面以外的任意的柱面，例如椭圆柱面的部分、双曲线柱面或抛物线柱面等或使它们复合了的曲面形成，本实施方式的机床100也可以实施加工。

机床100能够实施对工件30的弯曲体部34的曲面34a进行加工的曲面切削工序和对工件30的长方体部32的平面32a进行加工的平面切削工序。最初，参照图3A～C，对曲面切削工序进行说明。图3A～C分别是示意性地表示实施曲面切削工序时的工件30和旋转刀具10的俯视图、在X轴方向看的主视图及在Y轴方向看的侧视图。

在图3A中，用隐线表示具有底刃14a的切削刀片14，另外，作为底刃14a旋转了时的轨迹的环状的面CS被标注影线来表示。环状的面CS的宽度W与底刃14a的长度W相等。在图3A中，也表示了在工件30的弯曲体部34的曲面34a和环状的面CS接触的部分中产生的直线的接触线TL。图3A的接触线TL与形成弯曲体部34的曲面34a的圆柱面的母线一致。参照图3C可知，表示底刃14a与在B轴方向旋转进给而从水平倾斜的工件30的弯曲体部34的曲面34a接触的状态，与纸面垂直地形成接触线TL。

然而，在曲面切削工序中，由于接触线TL相对于曲面34a产生，所以在曲面34a没有完成的阶段产生接触面，该接触面的在Y轴方向延伸的端缘相当于接触线TL。在本说明书中，将这样的接触面的在Y轴方向延伸的端缘也称为接触线TL。

在这里，若确认母线的定义，则成为“在通过直线的移动描绘曲面时，将在其各位置的直线称为该曲面的母线(广辞苑辞典)”。因此，本实施方式的机床100，为了形成弯曲体部34的曲面34a，以如下的方式构成，即，在曲面切削工序中，对工件30给与B轴方向的旋转进给和X轴方向的直线进给，并且对旋转刀具10给与Z轴方向的直线进给，以便使通过环状的面CS和工件30的接触形成的接触线TL与曲面34a的母线一致，使该接触线TL沿所希望的曲面34a移动。

另外，在本实施方式中，如图3A所示，在曲面切削工序中产生的接触线TL是与工件30的弯曲体部34的在Y轴方向的全长相等的1条连续的线段。其结果，机床100在曲面切削工序中，不用对工件30和旋转刀具10之间给与相对的Y轴方向的直线进给，就能够对曲面34a的Y轴方向的全长进行切削。在本实施方式中，确定了旋转刀具10的外径和底刃14a的长度W，以便在环状的面CS内包括工件30的弯曲体部34的在Y轴方向的全长，且接触线TL不被环状的面CS的内侧的圆分割。

但是，也可以是在曲面切削工序中接触线TL被环状的面CS的内侧的圆分割为2个的实施方式。这适合于接触线TL处于与图3A所示的位置相比向旋转轴线R₁侧错开的位置的情况。在此情况下，由于在环状的面CS的内侧的圆内不形成接触线TL，所以不形成接触线TL的工件30的部分未被进行曲面切削而成为切削余量部。另一方面，接触线TL在图3A所示的位置延伸，但是，若环状的面CS没有覆盖尽工件30的弯曲体部34的Y轴方向的全长，则不形成接触线TL的工件30的部分未被进行曲面切削而成为切削剩余部。在这些的任一情况下，若在工件30和旋转刀具10之间增加相对的Y轴方向的直线进给，则切削剩余部被消除。但是，在这样给与了Y轴方向的直线进给的情况下，在加工面中产生虽然没有达到能够称为阶梯差的程度但可目视识别的在X轴方向延伸的线状的加工印记，与没有给与Y轴方向的直线进给的情况相比，加工面的外观上的均匀性或平滑度降低。

接着，参照图4A～C，对本实施方式的机床100进行的平面切削工序进行说明。图4A～C分别是示意性地表示实施平面切削工序时的工件30和旋转刀具10的俯视图、在X轴方向看的主视图及在Y轴方向看的侧视图。在平面切削工序中，在作为由底刃14a的轨迹产生的环状的面CS和工件30的接触部的图4A的网纹线部进行切削。因此，机床100如图4B及图4C所示，使底刃14a和前述平面32a接触而对工件30给与X轴方向的进给，以便前述环状的面CS和工件30的长方体部32的平面32a位于同一平面上。另外，在图4A所示的例子中，由于环状的面CS覆盖了工件30的Y轴方向的全长，所以机床100不需要对工件30给与Y轴方向的直线进给。

图5是示意性地表示从平面切削工序向曲面切削工序转移的旋转刀具10的切削刀片14和工件30的图。切削刀片14的底刃14a在图中P1及P2所示的位置实施平面切削工序，在P3及P4所示的位置实施曲面切削工序。与曲面的母线一致的接触线TL在与纸面垂直的方向(Y轴方向)延伸。另外，从图5可知，若在平面切削工序的最后，旋转刀具10在X轴方向相对地移动到用于形成弯曲体部34的位置，则能够就这样连续地开始曲面切削工序。曲面切削工序只要进一步增加对工件30的B轴方向的旋转进给和对旋转刀具10的Z轴方向的直线进给即可。因此，能够顺畅地进行从平面切削工序向曲面切削工序的转移，这是能够理解的。在从曲面切削工序向平面切削工序转移的情况下也同样。

机床100加工一个工件30时的曲面切削工序和平面切削工序的顺序是任意的。但是，优选与曲面切削工序连续地实施平面切削工序或与平面切削工序连续地实施曲面切削工序。也就是优选在曲面切削工序和平面切削工序之间不包括其他的工序。另外，优选由被装配在机床100上的一根旋转刀具10也就是不用更换旋转刀具10地相对于至少一个工件30实施曲面切削工序和平面切削工序。

本发明也可以作为切削加工方法来实施。基于本发明的实施方式的切削加工方法是使用前述的旋转刀具10的底刃14a加工图2所示的那样的具有曲面34a和与之连续的平面32a的工件30的方法，包括将工件30例如经图1所示的那样的B轴旋转进给组件106安装在机床100上的工序、前述的曲面切削工序、前述的平面切削工序和将工件30从机床100上拆下的工序。在此切削加工方法中，实施曲面切削工序和平面切削工序的顺序是哪个在先均可，这些工序只要在将工件30安装在机床100上的工序和将工件30从机床100上拆下的工序之间实施即可。

根据此方法，若已将工件30安装在机床100上，则不用在途中将其拆下，也就是在同一程序中不用更换刀具地连续地实施曲面切削工序和平面切削工序，其结果，可得到在曲面34a和平面32a的边界没有阶梯差的工件30。

接着，参照图6，对旋转刀具的另外的例子进行说明。在前述的实施方式中，机床100具备的旋转刀具10是具有长方体状的刀具主体12的旋转刀具，所述刀具主体12具有2个切削刀片14，但机床100例如也可以具备旋转刀具40，所述旋转刀具40具有大致圆筒状的刀具主体42，所述刀具主体42具有4个切削刀片46。大致圆筒状的刀具主体42为了将从刀具保持架延伸的刀柄(未图示)插入而具有中心孔42a。刀具主体42具有关于旋转轴线R₁在周方向呈等角度间隔地形成的4个作为凹部的容屑槽44。在容屑槽44的每一个中都安装了切削刀片46。旋转刀具40还具备用于将切削刀片46推压到容屑槽44的侧壁上固定的楔块50和固定螺栓52的组和用于调节切削刀片46的高度的高度调节螺钉49。

切削刀片46由刀柄部件47和底刃部件48构成，所述刀柄部件47由五角柱状的部件构成。在底刃部件48的图6的上端开放的边缘形成了底刃48a。底刃48a在与旋转轴线R₁垂直的平面内延伸。另外，切削刀片46被配置在刀具主体42的外周端附近。由于底刃48a的长度在图6所示的例子中是旋转刀具40的半径的大约20％，所以在旋转刀具40以旋转轴线R₁为中心旋转了时，从旋转轴线R₁的方向看的底刃45c的轨迹作为面圈状即环状的面CS形成。

图6是一例，底刃48a的长度和旋转刀具40的半径的长度的比率也可以是20％以外。特别是，在如智能手机的那样重视加工面的外表的情况下，也可以使底刃48a的长度为旋转刀具40的半径的长度的2～6％。这是因为与增加底刃48a的长度相比，增加旋转刀具40的半径的长度难以受到底刃48a的直线度误差的影响，进而能够得到更长的一条连续的接触线。

底刃48a，如前所述，由于在与旋转轴线R₁正交的平面内延伸，所以在与旋转轴线R₁正交的方向看时呈直线状地延伸。另一方面，底刃在旋转轴线R₁的方向看时不需要一定是直线状，也可以是曲线状。

符号的说明

10：旋转刀具；12：刀具主体；14：切削刀片；14a：底刃；30：工件；32：长方体部；32a：平面；34：弯曲体部；34a：曲面；100：机床；CS：环状的面；TL：接触线。

Claims (3)

1.一种切削加工方法，其是由旋转刀具对具有由直线的移动描绘的曲面和与该曲面连续的平面的工件进行加工的切削加工方法，其特征在于，

前述旋转刀具具有在与前述旋转刀具的旋转轴线正交的平面内延伸的长度(W)的底刃，并以前述旋转轴线为中心旋转，在前述旋转轴线的方向看时的前述底刃的轨迹呈宽度(W)的环状的面，

具备将工件向机床安装的工序；曲面切削工序；平面切削工序；和将工件从机床上拆下的工序，

在所述曲面切削工序中，通过前述环状的面和前述工件的接触形成的接触线不被前述环状的面的内侧的圆分割地作为一条连续的线与前述工件的前述曲面的母线一致地形成，且以沿前述曲面移动的方式对前述工件和前述旋转刀具之间给与相对的进给来加工前述曲面，前述环状的面由前述旋转刀具的底刃的轨迹形成，前述母线是全长被包含在前述环状的面内的母线，

所述平面切削工序是在前述曲面切削工序之后或之前进行的平面切削工序，在所述平面切削工序中，以前述环状的面和前述平面位于同一平面上的方式使前述底刃和前述平面接触来加工前述工件的平面。

2.如权利要求1所述的切削加工方法，其特征在于，前述平面切削工序紧接着前述曲面切削工序实施，或者前述曲面切削工序紧接着前述平面切削工序实施。

3.一种机床，其是具备对具有由直线的移动描绘的曲面和与该曲面连续的平面的工件进行加工的旋转刀具的机床，其特征在于，

前述旋转刀具具有在与前述旋转刀具的旋转轴线正交的平面内延伸的长度(W)的底刃，并以前述旋转轴线为中心旋转，在前述旋转轴线的方向看时的前述底刃的轨迹呈宽度(W)的环状的面，

所述机床以实施如下的曲面切削工序和平面切削工序的方式构成，即，

在所述曲面切削工序中，通过前述环状的面和前述工件的接触形成的接触线不被前述环状的面的内侧的圆分割地作为一条连续的线与前述工件的前述曲面的母线一致地形成，且以沿前述曲面移动的方式对前述工件和前述旋转刀具之间给与相对的进给来加工前述曲面，前述环状的面由前述旋转刀具的底刃的轨迹形成，前述母线是全长被包含在前述环状的面内的母线，

在所述平面切削工序中，以前述环状的面和前述平面位于同一平面上的方式使前述底刃和前述平面接触来加工前述工件的平面。