CN108067882A - 加工装置和加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为加工装置和加工方法。提供能够更加准确且不花费时间和成本地进行表面硬化处理前的加工、表面硬化处理和表面硬化处理后的精加工的加工装置等。加工装置(1)具有：切削用工具(12)，其对被夹紧的工件(W)进行加工；淬火单元(16)，其能够发射激光(L)；以及振动切削单元(20)，其能够使安装有振动切削用工具(61)的末端部(60)振动，切削用工具(12)、淬火单元(16)、以及振动切削单元(20)能够相对于工件(W)进行相对移动，切削用工具(12)对工件(W)进行淬火前的切削，淬火单元(16)对工件(W)进行作为表面硬化处理的激光淬火，振动切削单元(20)在使振动切削用工具(61)振动的同时对工件(W)应用振动切削用工具(61)，由此来对工件(W)进行淬火后的精加工。

Description

加工装置和加工方法
技术领域
本发明涉及兼具表面硬化处理功能和振动加工功能的加工装置以及能够通过该加工装置来执行的加工方法。
背景技术
作为工件的加工装置，以往被广泛知晓的是车床和铣床、或者以它们为基础的车削中心和加工中心。在这些加工装置中，对钢材等工件进行以比较大的切削量形成粗略的形状的粗加工和用于达成所要求的精度的精加工。
对于被这样的加工装置加工的工件，对被装入机械等而滑动的部分等有时会要求表面具备期望的硬度。在这种情况下，在通过加工装置进行加工之后，进行以淬火为代表的表面硬化处理。
作为这样的表面硬化处理的一例即激光淬火方法，已知有下述专利文献1所记载的方法。在该方法中，在管状或圆柱状物体外周面的使用了激光器的淬火方法中，使得照射到物体上的激光束的旋转方向上的直径比长度方向上的直径大。
而且，由于需应对伴随淬火而产生的应变等，因此要对工件的淬火部位进行淬火后精加工，而在该淬火方法中仅进行工件的淬火，淬火后精加工通过另外的加工装置来执行。这里，基于对硬化后的工件表面确保加工精度的观点来看，优选进行淬火后精加工的加工装置能够进行精密精加工。
作为工件的精密精加工装置的一种，已知有下述专利文献2所记载的椭圆振动切削装置。在该装置中，使切削工具的刃尖相对于工件(被切削材料)相对地进行椭圆振动，从而能够实施精密细微加工。而且，该椭圆振动切削装置可以对淬火钢实施形状形成加工。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-252521号公报
专利文献2：日本特开2008-221427号公报
由于这些现有的加工装置、执行激光淬火的装置、椭圆振动切削装置是彼此独立的装置，因此即使在椭圆振动切削装置中可以对淬火钢实施形状形成加工，从淬火前的切削(粗加工)经过淬火而进行淬火后精加工的总体作业时间也比较长，总体成本比较大。尤其是在上述的激光淬火装置中，淬火深度与现有的真空淬火或高频淬火的情况相比非常浅，而在淬火后安装在现有的进行精加工的加工设备上而进行精加工的情况下，需要切削至安装误差以上，因此浪费较多，并且在精加工后可能未保留所需的淬火深度，从而无法实现针对现有淬火的换代。另外，上述的椭圆振动切削装置一边使刃尖振动一边进行切削，因此很难提高切削速度，其加工效率与作为现有的淬火后的精密精加工的使用磨床的磨削加工或手抛光相比在同等以下的可能性较高，从而无法实现针对现有的精加工的换代。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供能够更加准确且不花费时间和成本地进行表面硬化处理前的加工、表面硬化处理和表面硬化处理后的精加工的加工装置和加工方法。
为了达成上述目的，本发明优选在加工装置中具有：加工用工具，其对被夹紧的工件进行加工；表面硬化处理单元，其对所述工件实施表面硬化处理；以及振动加工单元，其能够使安装有振动加工用工具的末端部振动，所述加工用工具、所述表面硬化处理单元、以及所述振动加工单元能够相对于所述工件进行相对移动，所述振动加工单元在使所述振动加工用工具振动的同时对所述工件应用该振动加工用工具，从而对所述工件进行精加工。
另外，本发明优选在加工方法中，进行在夹紧工件的状态下实施加工的加工工序，然后，进行对所述工件的表面实施表面硬化处理的表面硬化处理工序，然后，进行在使振动加工用工具振动的同时对所述工件的所述表面应用该振动加工用工具的精加工工序，然后松开所述工件。
根据本发明，能够更加准确且不花费时间和成本地实施表面硬化处理前的加工、表面硬化处理和表面硬化处理后的精加工。
附图说明
图1是本发明的第一方式的加工装置的主视图。
图2中，(a)是示出图1的加工装置的振动切削单元的振动部的纵向振动的示意图，(b)是示出图1的加工装置的振动切削单元的振动部的挠曲振动的示意图。
图3的(a)～(e)是通过图2的振动部来进行的切削(在振动一个周期左右的极短时间内的微观的切削)的示意图。
图4是图1的加工装置的动作例的流程图。
图5是在图1的加工装置中对工件实施粗加工的情况下的主视图。
图6是在图1的加工装置中对工件实施淬火的情况下的主视图。
图7是在图1的加工装置中对工件实施淬火后精加工的情况下的主视图。
图8是本发明的第二方式的加工装置的主视图。
图9是本发明的第三方式的加工装置中的主轴及其周边的示意图。
标号说明
1、101、201：加工装置；12：切削用工具(加工用工具)；16：淬火单元(表面硬化处理单元)；20、106：振动切削单元(振动加工单元)；31：工具夹紧机构(单元夹紧机构)；32：工件夹紧机构；40：激光振荡器；50：振动部；60：末端部；61：振动切削用工具(振动加工用工具)；110：镀敷槽(表面硬化处理单元)；L：激光；S1：工件夹紧工序；S4：切削工序(加工工序，粗加工工序)；S7：激光淬火工序(表面硬化处理工序)；S10：精加工工序；S12：工件松开工序；W：工件。
具体实施方式
以下，适当根据附图对本发明的实施方式及其变更例进行说明。另外，本发明并不限定于下述的实施方式和变更例。
【第一方式】
《整体结构等》
图1是本发明的第一方式的加工装置1的主视图。
加工装置1是以车床型机床(复合加工机)为基础而构成的，具有：床身2、固定在该床身2上的机架3、主轴头4、该主轴头4的旋转进给机构6、对工件W进行保持的工件主轴8、尾架10、作为加工用工具的一个以上的切削用工具12、收纳该切削用工具12的作为加工用工具收纳部的淬火前切削用工具收纳部14、作为表面硬化处理单元的淬火单元16、收纳该淬火单元16的作为表面硬化处理单元收纳部的淬火单元收纳部18、用于淬火后的精加工的作为振动加工单元的振动切削单元20、收纳该振动切削单元20的作为振动加工单元收纳部的振动切削单元收纳部22、具有能够显示各种信息的显示部24的操作盘26、以及对以上部件进行控制的控制单元28。
主轴头4被设置为利用旋转进给机构6的进给机构29而能够相对于机架3分别在X轴方向(图1的上下方向)、Y轴方向(与图1的纸面垂直的方向)、Z轴方向(图1的左右方向)上移动，并且被设置为利用具有旋转进给机构6的旋转轴30的旋转机构而能够相对于机架3在作为绕Y轴的旋转方向的B轴方向上旋转(倾动)。
主轴头4在下侧(X轴负侧)具有对切削用工具12等进行保持的作为单元夹紧机构的工具夹紧机构31。工具夹紧机构31构成为沿用在加工中心的主轴等中通常使用的自动工具更换装置与工具支架的组合。
这里，图1的右侧(尾架10侧)被设为Z轴的正侧，图1的纸面的里侧被设为Y轴的负侧，在图1的状态下(从前侧)观察时逆时针前进的一侧被设为B轴的正侧。另外，各轴的设定只是一例，也可以进行改变正负或者移动到其他位置等其他设定。另外，作为旋转进给机构6和工件主轴8，只要能够使主轴头4相对于工件W进行相对移动就可以是任何配置。并且，以切削用工具12为代表的安装在主轴头4上的各种部件与工件W的相对位置也可以变更为附图以外的情况。
工件主轴8配置在机架3的左侧(Z轴负侧)的下部，在右部具有对工件W进行夹紧的工件夹紧机构32(工件卡盘)。工件W的Z轴负侧的端部被工件夹紧机构32抓住。工件W可以是任何形状，但优选圆柱状或圆筒状，圆柱状或者圆筒状的工件W优选在其轴向处于Z轴方向的状态下被保持。
另外，工件主轴8具有使夹紧的工件绕作为与Z轴平行地延伸的旋转轴的C轴旋转的工件旋转机构34。从Z轴负侧向正方向观察时顺时针前进的一侧被设为C轴的正侧。
尾架10配置在机架3的右侧(Z轴正侧)的下部，与工件主轴8相对。
尾架10具有顶尖35和在Z轴方向上伸缩的伸缩机构36，该尾架10接近工件W而进行工件W的对心。
切削用工具12对淬火前的工件W进行切削，用于粗加工。淬火前切削仅为如下的粗加工，在该粗加工中以基于后述的淬火后的精加工的成品为前提的程度的精度对工件W进行切削。
在加工装置1的切削用工具12中，Y轴负方向被设为主要的切削方向。即，在切削用工具12的切削中，通过使工件W在C轴正方向上旋转而生成切削运动，使安装在主轴头4上的切削用工具12在Z轴负方向上相对地进给而使切削用工具12在Z轴负方向上相对地移动并且在X轴负方向上切入，从而进行切削。
另外，切削用工具12的切削的方向和旋转状态等可以适当变更为在Z轴正方向上移动或者以Z轴方向为主要的切削方向等。另外，淬火前加工(淬火前切削)也可以包含粗加工(粗切削)、对被实施了粗加工的工件W进行精加工的淬火前精加工(淬火前精切削)。在这种情况下，在粗加工中，以基于淬火前精加工的成品为前提的程度的精度对工件W进行切削，在淬火前精加工中，以基于后述的淬火后的精加工的成品为前提，根据精加工为该成品的程度的精度对工件W进行切削。
淬火单元16具有能够发射激光L的激光振荡器40、将向该激光振荡器40提供电力和信号等的布线汇集而成的布线部42、以及设置在激光振荡器40的左侧的主视观察时为L字状的接头部44。
布线部42经由淬火单元收纳部18与电源和控制单元28连接。
接头部44相对于激光振荡器40向左方突出，其左方突出部分的上部形成为与上述的工具支架相同的形状，从而该接头部44形成为被主轴头4的工具夹紧结构31夹紧。
淬火单元16通过接头部44被工具夹紧机构31夹紧而被安装在主轴头4上。
主轴头4(工具夹紧机构31)能够安装收纳在淬火单元收纳部18中的淬火单元16，并且能够利用淬火单元收纳部18来松开所安装的淬火单元16并进行收纳。
振动切削单元20具有振动部50、将向该振动部50提供电力和信号等的布线汇集而成的布线部52、以及设置在振动部50的左侧的接头部54。振动切削单元20用于淬火后的精加工，但也可以用于淬火前的加工(粗加工和淬火前精加工中的至少一方，更优选的是仅后者)的一部分或全部中。
在图2中也示出的振动部50具有被安装在末端部60(下端部)的振动切削用工具61。作为振动加工用工具的振动切削用工具61是超精密加工用的工具(单晶金刚石工具)，可耐受强力的椭圆振动(包含圆振动)和由此引起的切削负载。另外，作为振动切削用工具61，也可以使用其他种类的工具。
振动部50具有第一压电元件62和第二压电元件64，通过这些压电元件62、64的驱动，能够对振动切削用工具61赋予椭圆振动，从而使振动切削用工具61的刃尖E(末端)进行椭圆振动。
压电元件62可以包含多个压电元件部，也可以仅包含单独的压电元件。这种情况对于压电元件64而言也是同样的。
接头部54与淬火单元16的接头部44同样地构成，通过被工具夹紧机构31夹紧而将振动切削单元20安装到主轴头4上。主轴头4能够安装收纳在振动切削单元收纳部22中的振动切削单元20，并且能够利用振动切削单元收纳部22来松开所安装的振动切削单元20并进行收纳。
控制单元28具有处理器70和存储器72，存储器72存储有加工程序74。处理器70参照存储器72来执行加工程序74，对工件W的加工进行控制。
《振动部等》
振动切削单元20的振动部50呈杆状，在安装到主轴头4上的情况下在朝向工件W的方向即X轴方向上延伸，使振动部中心轴M朝向X轴方向。振动切削用工具61以在X轴方向上延伸的状态安装在振动部50的末端部60(工件W侧的端部)。因此，X轴负方向成为相对于工件W的切入方向。
另外，在加工装置1的振动切削单元20中，Y轴负方向被设为主要的切削方向。即，在振动切削单元20的切削中，通过使工件W在C轴正方向上旋转而生成切削运动，使振动切削用工具61在Y轴方向上进行相对振动并且在X轴负方向上切入，从而进行切削。然后，在这样进行切削的同时使主轴头4适当地在Z轴方向上被缓慢进给，从而在Z轴方向上不断扩宽加工面。
第一压电元件62通过其进行驱动而使振动部50的末端部60(振动部)主要在X轴方向上振动，从而使被安装在振动部50上的振动切削用工具61主要在X轴方向(切入方向)上振动。以下，有时将X轴方向上的振动称为纵向振动。
第二压电元件64通过其进行驱动而使振动部50的末端部60以主要在Y轴方向上往复的方式挠曲，从而使被安装在振动部50上的振动切削用工具61主要在Y轴方向(切削方向)上振动。这里，由于使末端部60振动，因此作为挠曲所引起的振动，选择至少末端部60为自由端的振动，优选选择末端部和基端部这两端为自由的振动。以下，有时将Y轴方向上的振动(横向振动)称为挠曲振动。
振动部50通过其形状(X轴方向上的长度、直径的大小及其分布等)和重量分配等的构造而使纵向振动和挠曲振动分别具有规定的谐振频率。
振动部50的纵向振动和挠曲振动的基本谐振频率(基准谐振频率)都为16.9kHz(千赫兹)。
振动部50的包含末端部60的末端侧部分为了放大末端部60的振幅而使振动切削用工具61更加高效地振动，而形成为具有随着接近振动切削用工具61而变细的锥形形状。作为锥形形状的种类，例示了锥形喇叭形状、指数型喇叭形状、阶梯型喇叭形状。
纵向振动的频率和挠曲振动的频率是根据振动部50的各谐振频率来设定的。
当由控制单元28对第一压电元件62和第二压电元件64施加周期性的电压而对第一压电元件62和第二压电元件64进行驱动时，通过纵向振动和挠曲振动而使得振动部50的末端部60描绘椭圆轨迹而振动，由此使得振动切削用工具61进行椭圆振动。用于使振动切削用工具61进行椭圆振动的振动是与规定的谐振模式相关的振动。
如图2中示意性的波形状的线(实波浪线和虚波浪线)所示，在振动部50中，在纵向振动中以通过一次谐振模式使振动切削工具61振动的方式对压电元件62进行驱动(图2(a))，在挠曲振动中以通过三次谐振模式进行振动的方式对压电元件64进行驱动(图2(b))。
这样的谐振模式的设定适合于易于设置振动切削用工具61等在各方面容易进行处理的杆形状的振动部50。
在振动部50中，在安装有振动切削用工具61的状态下，挠曲振动被调整为尽可能以振动部中心轴M为中心进行。该调整是通过确保以振动部中心轴M为中心的重量平衡来进行的。另外，以下所进行的说明假定振动部中心轴M与挠曲振动的中心轴一致，但实际上它们大多相互稍微错开(现状是很难确保严格的一致)。
在关注振动部50的末端部60的情况下，为了使末端部60的振动中心轴与振动部中心轴M尽可能地一致，振动切削用工具61被安装成利用与另一末端部60中的部件的重量的平衡来确保以振动部中心轴M为中心的重量平衡。另外，在末端部60中，为了尽可能不使挠曲振动受到影响，不配置重量较大的部件。
而且，由于振动部50的纵向振动和挠曲振动的基准谐振频率一致，因此椭圆振动稳定，另外，纵向振动的节(振动最小的部分，节点)的位置与挠曲振动的节的位置在振动部50的中央部(末端较细部的基端部侧)大致一致。并且，挠曲振动的节也存在于中央部的末端部侧和基端部侧。振动部50在中央部的节的位置和其基端部侧的挠曲振动的节的位置上被支承(参照图2的黑三角标记和黑圈标记)，振动切削单元20具有以点接触的方式对这样的位置进行支承的未图示的支承体。
另外，纵向振动的频率和挠曲振动的频率、或者振动部50的谐振频率和各振动中的谐振模式的次数可以进行各种变更。另外，振动部50的基准谐振频率优选在1kHz以上，更优选在5kHz以上，进而优选在超声波区域以上。作为超声波区域的频率，大致可以为16kHz以上，也可以为17kHz以上，还可以为20kHz以上。在超声波区域的频率下的振动被适当称为超声波振动。
《椭圆振动加工工艺等》
在图3中示意性地示出了通过振动部50而进行椭圆振动的振动切削用工具61对工件W进行切削的工艺(振动一个周期左右的极短时间内的微观的切削)。
主要利用椭圆振动的挠曲振动而向Y轴正方向侧后退的振动切削用工具61(图3的(a))主要利用纵向振动而接近工件W(X轴负方向)，从而与工件W接触而开始切削(图3的(b))。在振动切削用工具61的从刃尖E至Y轴正侧的部分形成有相对于刃尖E从工件W退避的退刀面K，刃尖E以进入角ξ进入工件W。
在切削中，振动切削用工具61首先以移动方向比较接近X轴正负方向的状态沿Y轴负方向相对地接近工件W(图3的(b)～图3的(c))。此时，振动切削用工具61通过具有能够微观观察到的未图示的圆角的刃尖E对工件W进行压平，对在退刀面K侧的刃尖E的圆角部刚刚进行了切削的面(已切削面U)进行摩擦。该加工工艺被称为抛光工艺或犁耕工艺。该工艺的主体是直至振动切削用工具61再次与到此前的加工为止已经形成的切屑H接触为止的期间(图3的(c))，更详细地说，在接下来说明的材料去除工艺中，也在刃尖E的圆角部同时进行该工艺。
接着，振动切削用工具61以移动方向比较接近X轴正方向的状态沿Y轴负方向相对地接近工件W(图3的(c)～图3的(e))。此时，振动切削用工具61在工件W上上滑，从而适当拉起切屑H。该加工工艺可以被称为材料去除工艺。从振动切削用工具61与切屑H再次接触开始(从图3的(c))经过振动切削用工具61对切屑H的拉起(图3的(d))直到振动切削用工具61从切屑H脱离(图3(e))，都持续进行该工艺。
当振动切削用工具61从工件W离开时，一个周期内的材料去除工艺结束，返回到图3的(a)的状态(实际为前进了一个周期的位置)。
《加工方法等》
图4是加工装置1的动作例以及通过加工装置1来执行的加工方法的流程图。以下，步骤被适当地缩写为S。
当工件W被安装在工件主轴8的工件夹紧机构32上(S1：工件夹紧工序)时，控制单元28通过伸缩机构36使尾架10向Z轴负方向延伸而使顶尖35抵接在工件W上(S2)，并且通过旋转进给机构6使主轴头4向淬火前切削用工具收纳部14移动，将切削用工具12安装在工具夹紧机构31上(S3)。
然后，控制单元28使带有切削用工具12的主轴头4移动到工件W的相邻位置，按照通过操作盘26预先输入并被存储在存储器72中的与期望的粗加工施工形状对应的粗加工步骤，通过主轴头4对工件W使用切削用工具12，对工件W进行切削(图5，S4：作为加工工序的切削工序)。
另外，控制单元28在这样的工件W的粗加工之后，更换切削用工具12，或者也可以不更换切削用工具12而进行工件W的淬火前精加工。另外，控制单元28也可以在粗加工和淬火前精加工中的至少一方中进行切削用工具12的更换。
接着，控制单元28在使主轴头4收纳了切削用工具12之后(S5)，使主轴头4向淬火单元收纳部18移动，将淬火单元16安装在工具夹紧机构31上(S6)。
然后，控制单元28使带有淬火单元16的主轴头4移动到工件W的相邻位置，按照通过操作盘26预先输入并被存储在存储器72中的淬火步骤，使激光振荡器40所产生的激光L通过主轴头4照到工件W上，对工件W进行淬火(图6，S7：作为表面硬化处理工序的激光淬火工序)。
在淬火中，控制单元28通过工件主轴8使工件W绕C轴方向旋转，从而使激光L在工件W的周方向上依次照射，并且通过使主轴头4在Z轴方向(在这里是从Z轴正侧朝向负侧的方向，但也可以是相反方向)上进给而使激光L在工件W的轴向(长度方向)上依次照射。即，激光L的照射位置相对于工件W的筒状的表面呈螺旋状移动。
激光L相对于工件W的在周向上的进给速度比在与其周向相交的方向即轴向上的进给速度快，与激光L的照射宽度(照射位置在Z轴方向上的大小)对应的宽度即带状的一周部分几乎同时达到淬火温度。另外，轴向上的进给速度被设定为使之前的一周部分不低于淬火温度的进给速度，另外，该进给速度被设定为使该之前的一周部分与照射过程中的一周部分之间不产生低于淬火温度的部分的进给速度。这些周向进给速度和轴向进给速度是通过预先按照每个材质等尝试进行激光L的照射来确定的，并被存储在存储器72中，在进行激光L照射控制时进行参照。与工件W的材质相关的信息可以从操作盘26输入。通过这样的激光L照射位置的高速的周向进给和低速的轴向进给，从而能够朝轴向连续地且通过一次升温对工件W的表面进行淬火，降低并防止了激光L照射位置的周围的回火所引起的工件W表面的软化。但是，在基于激光淬火的工件W的表面硬化层中，硬度不完全均匀而存在硬度分布，淬火深度也不完全一致而存在淬火深度的不均匀度。
另外，即使工件W是以多棱柱为代表的圆柱状以外的长条体，也能够与圆柱状的情况同样地进行淬火。另外，即使工件W具有在Y、Z轴方向上分别具备较长的边的较大的面，只要使激光L照射位置在Y轴方向上高速地进给并且在Z轴方向上低速地进给，或者在Z轴方向上高速地进给并且在Y轴方向上低速地进给，就能够同样地进行淬火，即使工件W具有多个这样的较大的面，也能够通过适当地对逐个面进行Y轴(Z轴)方向上的高速进给和Z轴(Y轴)方向上的低速进给而同样地进行淬火。
接着，控制单元28在使主轴头4将淬火单元16收纳在淬火单元收纳部18中之后(S8)，使主轴头4向振动切削单元收纳部22移动，将振动切削单元20安装在工具夹紧机构31上(S9)。
然后，控制单元28使带有振动切削单元20的主轴头4移动到工件W的相邻位置，按照通过操作盘26预先输入并被存储在存储器72中的与期望的淬火后的精加工的施工形状对应的淬火后的精加工步骤，通过主轴头4对工件W使用振动切削用工具61，进行工件W的淬火后的精加工(图7，S10：精加工工序)。
振动切削用工具61通过振动切削单元20的振动部50而经由末端部60以椭圆振动的状态应用于工件W，由此对工件W进行振动切削。即，在振动切削用工具61主要在X轴方向上进行纵向振动并且在Y轴方向上进行了挠曲振动的状态下，由主轴头4进行Z轴方向上的进给控制和按照淬火后的精加工步骤进行的X轴方向上的位置控制(切入最大深度控制)。
这样的振动切削具有抑制振动切削用工具61的磨损的效果和降低加工力的效果，用于使用了极其锐利的振动切削用工具61的细微加工、精密加工和超精密加工，对于以淬火钢为代表的硬质材料的工件W，也能够期待工具磨损抑制效果的发挥和加工力降低效果的发挥。
由于振动切削不仅能够通过锐利的振动切削用工具61来防止加工中的向上滑动，还能够利用基于振动的切屑拉起效果(材料去除工艺)而降低切削力(尤其是切入方向(X轴正方向)的反向分力)，因此与工具不振动的通常的切削相比，在振动切削中，能够以更小的切除量防止向上滑动，并且即使在工件W的表面硬化层中存在硬度的分布或硬化深度的不均匀度，也能防止加工误差和切削剩余。
可以对工件W的相同的表面部位进行多次振动切削，但从减少加工时间的观点、防止精加工面上的接缝的产生的观点、或通过进行一次振动切入也能够充分去除几十微米至几百微米的硬化层表面的观点来看，优选对工件W的相同的表面部位进行一次振动切削。
然后，控制单元28使主轴头4将振动切削单元20收纳在振动切削单元收纳部22中(S11)，将淬火后的精加工完成的工件W从工件夹紧机构32松开并取出(S12：工件松开工序)。
然后，存在作为下一个加工对象的工件W的情况下，从S1开始重复进行处理(“返回到开始”)。
《效果等》
加工装置1具有：工件夹紧机构32，其对工件W进行夹紧；切削用工具12，其对工件W进行加工；淬火单元16，其具有能够发射激光L的激光振荡器40；以及振动切削单元20，其能够使安装有振动切削用工具61的末端部60振动，切削用工具12、淬火单元16、以及振动切削单元20能够相对于工件W进行相对移动，振动切削单元20在使振动切削用工具61振动的同时使其应用于工件W，由此对工件W进行精加工。
因此，即使是对于淬火(表面硬化处理)后的工件W也能够通过振动切削来进行精加工。另外，使用切削用工具12的淬火(硬化处理)前的切削(粗加工)和使用振动切削用工具61的淬火(硬化处理)后的精加工利用工件W的一次夹紧来进行，因此与对工件W在硬化处理前的切削后松开而进行硬化处理并在此之后的精加工中再次夹紧的情况相比，防止了硬化处理前切削的夹紧的安装误差与硬化处理后精加工时的夹紧的安装误差的叠加。并且，可以在硬化处理前的切削、硬化处理(激光淬火)、硬化处理后的精加工中共用运动机构，从而加工装置1变得紧凑，也减少了夹紧次数，由此减少了加工的时间和成本。
另外，振动切削单元20使振动切削用工具61进行椭圆振动。因此，能够更加准确地进行淬火后的精加工。即，在椭圆振动切削的情况下，通过犁耕工艺而使得振动切削用工具61被推向上方的力与通过材料去除工艺使得振动切削用工具61被拉向下方的力相互抵消，切入方向(上下方向)的力平均来说变得非常小，从而能够抑制静态切入量的变化(加工误差)。并且，通过将椭圆振动的频率提高到加工装置1和工件W等较大的构造不会做出反应的程度，能够动态地使切入量的变化(表面粗糙度)变得非常小。因此，与应用现有的切削和磨削的情况相比，对较硬的淬火后的表面也能够准确地维持细微的切入量，因此对深度不大的激光淬火后的表面也能够保留足够深度的硬质表面，并且能够获得高精度的精加工面。并且，对在淬火的程度上容易产生不均的激光淬火的表面能够抑制切入深度的变动，从而实现高精度的精加工。
并且，加工装置1具有能够相对于工件W进行相对移动且能够分别夹紧切削用工具12、淬火单元16、以及振动切削单元20的工具夹紧机构31。因此，在将切削用工具12安装到工具夹紧机构31上而对工件W进行淬火前切削之后，将淬火单元16安装到工具夹紧机构31上而对工件W进行淬火，进而将振动切削单元20安装到工具夹紧机构31上而能够对工件W实施淬火后的精加工，不必如将工具和各自的单元设置为能够独立地移动的情况那样需考虑单元彼此的移动范围的重复和移动时的干扰，设计变得容易，与该情况相比，设置1个工具或各单元的移动机构即可，因此加工装置1变得紧凑。
另外，通过向工件W照射激光L来对所述工件进行淬火的淬火单元16是表面硬化处理单元。因此，不需要可预见到在硬化处理前后的切削的各夹紧中可能叠加的误差的深淬火和加工量较多的淬火后的精加工，从而减少了加工的时间和成本。并且，由于不需要深淬火，因此能够将淬火深度比较浅的激光淬火用于表面硬化处理。另外，由于不需要加工量较多的精加工，因此能够将适于精密细微加工但比较难以确保加工量的振动加工高效地用于淬火后的精加工。
此外，在作为通过加工装置1来进行的加工方法的一例的切削方法中，进行了在利用工件夹紧机构32对工件W进行夹紧的状态下(S1)对工件W进行加工的切削工序S4(加工工序)之后，进行向工件W的表面照射激光L的激光淬火工序S7，然后，进行在使振动切削用工具61振动的同时将其应用于工件W的表面的精加工工序S10，之后松开工件W(S12)。因此，即使对于进行了淬火(表面硬化处理)的工件W也能够通过振动切削来进行精加工。并且，在淬火前切削(表面硬化处理前切削)、激光淬火(表面硬化处理)、淬火后的精加工(表面硬化处理后精加工)中可以共用运动机构。
另外，振动切削用工具61进行椭圆振动。因此，能够更加准确地进行淬火后的精加工。
并且，切削工序S4通过切削用工具12来进行，激光淬火工序S7通过具有能够发射激光L的激光振荡器40的淬火单元16来进行，精加工工序S10通过能够使振动切削用工具61振动的振动切削单元20来进行，切削用工具12、淬火单元16、以及振动切削单元20通过能够分别安装切削用工具12、淬火单元16、以及振动切削单元20的工具夹紧机构31而相对于工件W进行相对移动。因此，不必如将工具和各自的单元设置为能够移动的情况那样需考虑工具和单元彼此的移动范围的重复和移动时的干扰，执行变得容易。
并且，通过向工件W照射激光L来对工件W进行淬火的激光淬火工序S7是表面硬化处理工序。因此，不需要可预见到在硬化处理前后的夹紧中可能叠加的安装误差的深淬火和加工量较多的淬火后的精加工，从而减少了加工的时间和成本。并且，由于不需要深淬火，因此能够使用淬火深度比较浅的激光淬火作为表面硬化处理。另外，由于不需要加工量较多的精加工，因此能够将适于精密细微加工但比较难以确保加工量的振动加工高效地用于淬火后的精加工。
《变更例等》
另外，加工装置1的振动切削单元20中的振动部50进行纵向振动和挠曲振动，但也可以取而代之，使用具有两个纵向振子的振动部。在这种情况下，两个纵向振子以具有角度的方式被配置成L型或V型，或者被配置成平行(U型)，并且设置有连结两个纵向振子的末端部的连结部件，振动切削用工具被安装在连结部件上。而且，通过至少任意一个纵向振子对连结部件赋予作为切削方向的振动的横向振动，并且赋予作为切入方向、进给方向以及它们中间的方向的振动的纵向振动。
并且，在振动部50的振动中，也可以组合扭转振动。
另外，也可以代替产生椭圆振动的振动部50，而使用仅产生挠曲振动的振动部。
振动既可以被赋予给工件W，也可以被赋予给振动加工用工具和工件W。
在淬火前的加工中，可以在进行切削用工具12的切削的同时，进行接合或焊接等切削以外的加工。在淬火前的加工中除了包含粗加工之外还包含有淬火前精加工的情况下，在淬火前精加工中也可以同时进行切削和切削以外的加工。
另外，切削用工具12、淬火单元16、以及振动切削单元20中的至少任意两个也可以通过载置于相同的转塔而能够相对于工件W进行切换，也可以通过安装在相同的ATC的刀库而能够相对于工件W进行切换。
工具夹紧机构也可以利用非接触变压器耦合而以非接触的方式进行对振动切削单元20的供电。在这种情况下，能够将布线部52嵌入机械内部，因此能够防止布线部52的干扰等。另外，容易将振动切削单元20安装到与切削用工具12相同的自动换刀(ATC)的刀库中，并且也容易绕作为与X轴平行的旋转轴的A轴对振动切削单元20进行旋转位置控制并进行使用。
切削用工具12也可以被保持在具有接头部的淬火前切削用工具单元上，在这种情况下，淬火前切削用工具单元也可以被工具夹紧机构31夹紧。
也可以代替工具夹紧机构31而设置单元夹紧机构，该单元夹紧机构不夹紧工具而具有与设置于各单元的被卡合部卡合的卡合部。
另外，主轴头也可以除了工具夹紧机构之外还具有上述那样的单元夹紧机构，从而各单元并非在接头部被夹紧，而是在被卡合部处被单元夹紧机构夹紧。在这种情况下，可以省略接头部。
关于工具夹紧机构31(淬火前加工用工具和各单元)相对于工件W的移动，只要能够相对地移动则上述以外的情况也可以，例如也可以是工件夹紧机构32能够在X、Y、Z轴方向中的至少任意一个方向上移动，工件W也可以不绕C轴旋转，工件W也可以不移动而以静止状态被夹紧，工件W也可以绕B轴或作为与X轴平行的旋转轴的A轴旋转，主轴头4(工具夹紧机构31)也可以不绕B轴旋转，主轴头4也可以不在Y轴方向上移动，主轴头4也可以绕C轴旋转。另外，各单元也可以被安装成相对于主轴头4能够移动或能够旋转。
上述第一方式为在车床型的复合加工机中导入淬火单元和振动切削单元的方式，但也可以与此不同，既可以构成为在加工中心或以该加工中心为基础的5轴加工机中导入这些单元的方式，也可以在其他机床中导入各单元。
也可以省略尾架10，或者根据工序的种类而停止对心，或者同时进行或顺序相反地进行工件的夹紧S1和切削用工具12相对于主轴头4的夹紧S3，或者调换淬火单元收纳部18和振动切削单元收纳部22的位置，或者接头部54形成为利用拉杆而拉入锥面的接头，或者作为工具夹紧机构而使用以能够夹紧2面约束式中空锥柄(HSK)的机构为代表的2面约束式的机构，或者作为工具夹紧机构而代替通常的工具更换机构而使用在托盘安装部中可以看到的基于钢球的出没的连结机构，或者使激光L的中心波长、照射宽度、输出为各种形式，或者省略操作盘26及其显示部24或使它们分体构成，或者使控制单元28分体构成，或者将控制单元28单独地分散设置在各单元等，或者省略机架3，或者使各夹紧机构中的至少一方为卡盘以外的机构等，来适当变更各种工序、部件以及部分结构要素、顺序、形状、配置、个数、有无、材质、形式等。
【第二方式】
《整体结构等》
图8是本发明的第二方式的加工装置101的主视图。
加工装置101可以考虑为以加工中心为基础，上下翻转的立式车床型(倒立车床型)的机床。在第二方式的加工装置101中，对与第一方式的加工装置1相同的部件和部分等标注与加工装置1相同的标号并适当省略说明。
加工装置101具有内置于主轴头4、能够分别在Y轴方向(附图的纸面垂直方向)和Z轴方向(附图的上下方向)上移动且能够绕C轴旋转的主轴(除下端部以外省略图示)。在该主轴的下端部设置有对工件W进行保持的工件夹紧机构32。
另外，加工装置101在床身2的上侧具有能够在X轴方向(附图的左右方向)上移动的刀架102。在刀架102的上侧的左部，切削用工具12以朝向X轴方向与Z轴方向的中间的方向(附图的右上方向)的方式被固定在切削用工具台104上，并且在刀架102的上侧的右部，振动切削单元106的振动部50以朝向X轴方向与Z轴方向的中间的方向(附图的左上方向)的方式被固定在振动部台108上。振动切削单元106具有振动部50、振动部台108、以及未图示的布线部。
并且，在刀架102的上侧且在振动部台108的右侧固定有作为表面硬化处理单元的镀敷槽110。这里，镀敷槽110是镀铬槽。分隔部112竖立在镀敷槽110与振动切削单元106(振动部50)之间。
《动作例等》
加工装置101首先借助于工件夹紧机构32以及刀架102使工件W旋转并且(相对于切削用工具12相对)移动而抵接在切削用工具12上，对工件W进行切削(车削)(加工工序)。由于切削用工具12朝向X轴方向与Z轴方向的中间的方向，因此能够利用一个切削用工具12对工件W的端面(沿XY平面的面)和长度面(沿YZ平面的面)进行加工。
接着，加工装置101借助于工件夹紧机构32以及刀架102使工件W相对于镀敷槽110进行相对移动而浸泡在镀敷槽110内的镀敷中(作为表面硬化处理工序的镀敷工序)。
接着，加工装置101使振动部50的振动切削用工具61振动，进而与切削用工具12的情况同样地使工件W相对于振动部50进行相对移动而将振动切削用工具61应用于工件W，对镀敷后的工件W实施精加工(精加工工序)。
即使在镀敷前的加工和精加工中产生的切屑在镀敷槽110的方向上移动的情况下，也能够通过分隔部112来阻止其移动，因此能够防止切屑混入镀敷槽110中的情况。
《效果等》
第二方式的加工装置101具有：工件夹紧机构32，其对工件W进行夹紧；切削用工具12，其对工件W进行切削；镀敷槽110，其对工件W实施镀敷；以及振动切削单元106，其能够使安装有振动切削用工具61的末端部60振动，切削用工具12、镀敷槽110、以及振动切削单元106能够相对于工件W进行相对移动，振动切削单元106在使振动切削用工具61振动的同时将其对工件W使用，由此对工件W进行精加工。因此，能够利用对工件W的一次夹紧来进行粗加工、表面硬化处理(镀敷)和精加工，从而使表面硬化处理以及精加工更加准确，并通过运动机构的共用而使加工装置101变得紧凑，也使夹紧次数减少，从而减少了加工时间和加工的成本。
另外，用于对工件W实施镀敷的镀敷槽110是表面硬化处理单元。因此，不需要可预见到在硬化处理前后的切削的各夹紧中可能叠加的误差的较厚镀敷和加工量较多的淬火后的精加工，从而减少了加工的时间和成本。并且，由于不需要厚的镀敷，因此降低了镀敷材料的使用量。另外，由于不需要加工量较多的精加工，因此能够将适于精密细微加工但比较难以确保加工量的振动加工高效地用于镀敷后的精加工。此外，在为了确保较高的硬度而实施高硬度的镀敷(高硬度镀铬等)的情况下，要想使镀敷层的壁厚达到50微米左右以上，需要在镀敷到该程度的壁厚之后，在对表面进行研磨而使表面的凹坑(凹部)平坦之后，再次进行镀敷，适当重复进行研磨和镀敷，而在汇集了镀敷前的加工、镀敷及其之后的精加工的加工装置101中，这样的重复不实用，在实用上仅进行上述程度的壁厚较薄的镀敷。此时，若无法获得镀敷后的精加工的精度，则镀敷的一部分越无法确保足够的硬度就会变得越薄，或者加工至镀敷的壁厚以上而使镀层一部分被剥离，但在加工装置101中，由于充分确保了精加工的精度，因此加工装置101也适于高硬度镀敷。
《变更例等》
第二方式的加工装置101适当具有与第一方式的加工装置1相同的变更例，除此之外，适当具有如下的变更例。
还可以通过彼此朝向相同的方向或不同的方向的状态配置多个切削用工具12和振动部50。
也可以代替分隔部112，而配置覆盖镀敷槽110和加工空间(配置有切削用工具12和振动部50的空间)中的至少一方的罩。在这种情况下，罩也可以具有用于供工件W等穿过的开口部或可开闭的门。
【第三方式】
《整体结构等》
图9是本发明的第三方式的加工装置201的局部示意图。
作为加工装置201，除移动的工作台的有无、各种工具以及镀敷槽110的配置之外，都与第二方式的加工装置101相同。在第三方式的加工装置201中，对与第二方式的加工装置101相同的部件和部分等标注与加工装置101相同的标号而适当省略说明。
在加工装置201中，镀敷槽110载置于床身2上。
另外，加工装置201具有搭载有振动部50(振动切削用工具61)和切削用工具12的转塔202。转塔202能够在X轴方向上移动，作为加工装置201可考虑使用上下翻转的立式车床型(倒立车床型)的机床。另外，转塔202能够绕C轴旋转，从而能够更换对工件W应用的工具(振动切削用工具61、切削用工具12)。在加工装置201中，也可以视为由转塔202和振动部50构成振动切削单元。
《动作例等》
加工装置201首先借助于工件夹紧机构32和转塔202使工件W旋转并且(相对于切削用工具12相对)移动而抵接在切削用工具12上，对工件W进行切削(车削)(加工工序)。
接着，加工装置201借助于工件夹紧机构32使工件W相对于镀敷槽110进行相对移动而浸泡在镀敷槽110内的镀液中(作为表面硬化处理工序的镀敷工序)。
接着，加工装置201使通过转塔202从切削用工具12上更换的振动部50的振动切削用工具61振动，进而与切削用工具12的情况同样地使工件W相对于振动部50进行相对移动而将振动切削用工具61应用于工件W，对镀敷后的工件W实施精加工(精加工工序)。
《效果等》
在第三方式的加工装置201中，也与第二方式的加工装置101同样地能够通过一次夹紧进行粗加工、表面硬化处理(镀敷)和精加工，使表面硬化处理以及精加工变得更加准确，通过运动机构的共用而使得加工装置201变得紧凑，也使夹紧次数减少，从而减少了加工时间和加工的成本。
另外，由于镀敷槽110(相对于床身2)不移动，因此镀敷槽110始终更加稳定。
《变更例等》
第三方式的加工装置201适当地具有与第一方式的加工装置1和第二方式的加工装置101相同的变更例，除此之外，还适当地具有如下的变更例。
与第二方式同样地，切削用工具12和振动部50在对工件W应用时，也可以朝向X轴方向与Z轴方向的中间的方向。
在第三方式中也与第二方式及其变更例同样地可以设置分隔部112或罩。
镀敷槽110也可以载置于被固定在床身2上的不移动的工作台上。

Claims (10)

1.一种加工装置，其特征在于，该加工装置具有：
加工用工具，其对被夹紧的工件进行加工；
表面硬化处理单元，其对所述工件实施表面硬化处理；以及
振动加工单元，其能够使安装有振动加工用工具的末端部振动，
所述加工用工具、所述表面硬化处理单元、以及所述振动加工单元能够相对于所述工件进行相对移动，
所述振动加工单元在使所述振动加工用工具振动的同时对所述工件应用该振动加工用工具，从而对所述工件进行精加工。
2.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，
所述振动加工单元使所述振动加工用工具进行椭圆振动。
3.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，
该加工装置还具有单元夹紧机构，该单元夹紧机构能够相对于所述工件进行相对移动，并且能够分别夹紧所述加工用工具、所述表面硬化处理单元以及所述振动加工单元。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的加工装置，其特征在于，
所述表面硬化处理单元是通过对所述工件照射激光来对所述工件进行淬火的淬火单元。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的加工装置，其特征在于，
所述表面硬化处理单元是用于对所述工件实施镀敷的镀敷槽。
6.一种加工方法，其特征在于，进行如下处理：
进行在夹紧工件的状态下实施加工的加工工序，
然后，进行对所述工件的表面实施表面硬化处理的表面硬化处理工序，
然后，进行在使振动加工用工具振动的同时对所述工件的所述表面应用该振动加工用工具的精加工工序，
之后松开所述工件。
7.根据权利要求6所述的加工方法，其特征在于，
所述振动加工用工具进行椭圆振动。
8.根据权利要求6所述的加工方法，其特征在于，
所述加工工序通过加工用工具来进行，
所述表面硬化处理工序通过表面硬化处理单元来进行，
所述精加工工序通过能够使振动加工用工具振动的振动加工单元来进行，
所述加工用工具、所述表面硬化处理单元、以及所述振动加工单元借助于能够分别安装所述加工用工具、所述表面硬化处理单元、以及所述振动加工单元的单元夹紧机构而相对于所述工件进行相对移动。
9.根据权利要求6至8中的任意一项所述的加工方法，其特征在于，
所述表面硬化处理工序是通过对所述工件照射激光来对所述工件进行淬火的激光淬火工序。
10.根据权利要求6至8中的任意一项所述的加工方法，其特征在于，
所述表面硬化处理工序是对所述工件实施镀敷的镀敷工序。
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