CN110014176B - 加工方法以及加工装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及加工方法以及加工装置，能够减少因加工后的弹性变形引起的从目标圆形状的偏移，缩短对于加工对象物加工目标圆形状的孔时所需的时间。本发明的一个方式所涉及的加工方法是对加工对象物加工圆形状的孔的加工方法，具备：孔形状取得工序，取得加工对象物的孔的形状；反转形状取得工序，取得将在上述孔形状取得工序中取得的孔的形状相对于目标圆形状反转后的反转形状；以及反转形状加工工序，基于在上述反转形状取得工序中取得的反转形状来加工上述孔。
Description
技术领域
本发明涉及对加工对象物加工圆形状的孔的加工方法以及加工装置。
背景技术
以往公知有一种考虑了加工对象物的弹性变形的与圆形状的孔的加工有关的发明(参照下述专利文献1)。作为能够对于加工对象物加工圆形状的孔的装置，专利文献1公开了具有以下结构的装置。
该文献中记载的加工装置具备能够往复运动且被旋转驱动的加工头。加工头具备圆筒形状的刀杆、设置为能够相对于刀杆的外周面出没的切削刀刃、以及收纳于刀杆的内部的轴。切削刀刃被插入至沿与刀杆的旋转轴垂直的方向延伸的刀杆的前端的贯通孔，被施力机构朝向轴施力。在轴设置有将切削刀刃向使之突出的方向按压的凸轮，通过改变轴相对于刀杆的角度，从而凸轮的周缘中的与切削刀刃抵接的部分变化，切削刀刃的从刀杆的外周面的突出量变化。通过一边使刀杆以及轴同步旋转，一边相对于刀杆的旋转角的相位使轴的旋转角的相位提前化或滞后化，能够对切削刀刃的从刀杆的外周面的切削刀刃突出的突出量进行调整，对加工对象物加工正圆或非正圆形状的孔。
并且，该加工装置具备构成为包括加工负荷数据取得部与加工形状预测部的控制装置。加工负荷数据取得部取得切削刀刃对加工对象物进行加工时按压加工对象物的力作为加工负荷数据。加工形状预测部从加工负荷变形量对应表中读出与加工负荷数据取得部所取得的加工负荷数据对应的弹性变形量，预测对加工目标形状还考虑该弹性变形量而进行加工时的加工形状。另外，该加工装置对切削刀刃的突出量进行调整，以便加工使加工形状预测部预测出的加工形状相对于目标圆形状反转了的反转形状。由此，将因加工后的弹性变形引起的从目标圆形状的偏移抵消，对于加工对象物加工目标圆形状的孔。
专利文献1：日本专利第6029761号
加工对象物的弹性变形量因加工对象物而不同，还因切削刀刃的刀尖所接触的部分而不同。因此，需要在加工负荷变形量对应表中针对切削刀刃的刀尖所接触的圆周上的每个部分来规定加工负荷与弹性变形量的关系。并且，在预测加工形状时，需要将所取得的加工负荷数据与加工负荷变形量对应表进行对照。因此，上述专利文献1所记载的加工装置存在下述之虞：在将加工后的弹性变形引起的从目标圆形状的偏移抵消、对于加工对象物加工目标圆形状的孔时会花费时间。
发明内容
本发明是鉴于这样的问题点而完成的，实现能够减少因加工后的弹性变形引起的从目标圆形状的偏移、缩短对于加工对象物加工目标圆形状的孔时所需的时间的加工方法以及加工装置。
本发明的一个方式所涉及的加工方法是对加工对象物加工圆形状的孔的加工方法，具备：孔形状取得工序，取得加工对象物的孔的形状；反转形状取得工序，取得将在上述孔形状取得工序中取得的孔的形状相对于目标圆形状反转后的反转形状；以及反转形状加工工序，基于在上述反转形状取得工序中取得的反转形状来加工上述孔。
该加工方法在反转形状加工工序中基于在孔形状取得工序取得的孔形状的相对于目标圆形状的反转形状来对加工对象物加工孔。由此，能够不使用加工负荷变形量对应表就减少因加工后的弹性变形引起的从目标圆形状的偏移，对于加工对象物加工目标圆形状的孔，能够缩短加工时间。
优选上述孔形状取得工序基于在上述反转形状加工工序中使用的加工装置所具备的加工工具的位置信息来取得孔的形状。
该加工方法在孔形状取得工序中为了取得孔形状而使用加工装置所具备的加工工具。由此，在反转形状加工工序前使用该加工工具进行粗加工的情况下，能够同时进行孔形状取得工序与粗加工工序，可缩短加工时间。
本发明的一个方式所涉及的加工装置是对加工对象物加工孔的加工装置，具备：加工工具；旋转装置，使上述加工工具旋转；旋转角度传感器，取得上述加工工具的旋转角度；驱动装置，使上述加工工具在与上述加工工具的旋转轴垂直的方向移动；位置传感器，取得上述加工工具的在与上述加工工具的旋转轴垂直的平面中的位置信息；以及控制装置，包括驱动控制部，该驱动控制部控制上述旋转装置并且基于上述旋转角度传感器所取得的旋转角度与上述位置传感器所取得的位置信息来控制上述驱动装置，在上述加工装置中，上述控制装置包括：孔形状取得部，取得加工对象物的孔形状；以及反转形状取得部，取得将由上述孔形状取得部取得的孔形状相对于目标圆形状反转后的反转形状，上述驱动控制部基于上述反转形状取得部所取得的反转形状来控制上述驱动装置。
该加工装置能够基于孔形状取得部所取得的孔形状的相对于目标圆形状的反转形状来控制驱动装置，通过加工工具对加工对象物加工孔。由此，能够不使用加工负荷变形量对应表就减少因加工后的弹性变形引起的从目标圆形状的偏移，对于加工对象物加工目标圆形状的孔，能够缩短加工时间。
优选上述孔形状取得部基于上述位置传感器所取得的位置信息来取得加工对象物的孔形状。
该加工装置的孔形状取得部使用加工工具来取得孔形状。由此，在基于反转形状进行加工之前使用该加工工具进行粗加工的情况下，能够同时进行孔形状的取得与粗加工，能够缩短加工时间。
优选上述加工装置具备：旋转工具，上述加工工具设置在该旋转工具的一端部且上述旋转装置设置在该旋转工具的另一端部；和轴头，将上述旋转工具支承为旋转自如，上述驱动装置通过使上述轴头在与上述加工工具的旋转轴垂直的方向移动，来使上述加工工具在与上述加工工具的旋转轴垂直的方向移动。
该加工装置能够通过控制驱动装置来控制轴头在与加工工具的旋转轴垂直的方向上的位置，并且控制加工工具在与加工工具的旋转轴垂直的方向上的位置。由此，与通过控制对旋转工具设置有凸轮的轴的相对角度来控制设置于旋转工具的加工工具在与加工工具的旋转轴垂直的方向上的位置的上述专利文献1那样的加工装置不同，没有伴随着凸轮相对于加工工具的接触力变动的加工工具的位置的变动，因而加工对象物的加工精度提高。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式所涉及的加工装置的示意性立体图。
图2是图1所示的加工装置的框图。
图3是表示图1所示的加工装置的工具旋转轨迹的一个例子的俯视图。
图4是表示本发明的一个实施方式所涉及的圆形孔加工装置的处理流程的流程图。
图5A是图4所示的步骤ST1后的回弹(Springback)发生后的加工对象物的剖视图。
图5B是图4所示的步骤ST4后的回弹前的加工对象物的剖视图。
图5C是图5B所示的加工对象物的回弹后的剖视图。
图6是表示本发明的一个实施方式所涉及的圆形孔加工装置的处理流程的流程图的变形例。
附图标记说明：
W…加工对象物；ST2、ST23…孔形状取得工序；ST3，ST24…反转形状取得工序；ST4、ST25…反转形状加工工序(精镗工序)；1…加工装置；2…加工工具；2b…旋转工具；3…轴头；32…马达(旋转装置)；33…编码器(旋转角度传感器)；6…驱动装置；8…位置传感器；9…控制装置；91…驱动控制部；92…孔形状取得部；93…反转形状取得部。
具体实施方式
以下，参照附图对应用了本发明的具体实施方式详细地进行说明。但是，本发明并不限定于以下的实施方式。另外，为了使说明明确，以下的记载以及附图被适当地简化。
以下，参照附图对本发明的加工装置的一个实施方式进行说明。
图1是本发明的一个实施方式所涉及的加工装置1的示意性立体图。图2是图1所示的加工装置1的框图。
本实施方式的加工装置1具备：加工工具2；旋转工具2b，供该加工工具2设置于外周；轴头3，将旋转工具2b支承为旋转自如；马达(旋转装置)32，使旋转工具2b旋转；驱动装置6，使上述加工工具2沿与上述加工工具2的旋转轴垂直的方向移动；载荷传感器7，取得从驱动装置6承受的载荷；位置传感器8，取得上述加工工具2的位置；以及控制装置9，控制上述马达32并且基于上述位置传感器8所取得的上述加工工具2的位置来控制上述驱动装置6。根据该结构，能够使加工工具2沿着正圆或者非正圆的工具旋转轨迹移动，对作为加工对象物的加工对象物W加工正圆形状或非正圆形状的面。
加工工具2设置于旋转工具2b的端部。另外，作为加工工具2，能够使用镗削加工用的切削工具、珩磨加工用的磨削工具等。即，加工装置1例如能够作为对作为加工对象物W的缸体的缸孔进行镗削加工或珩磨加工的镗削加工机或珩磨加工机而使用。
轴头3经由挠性联轴器4被固定于安装基座5，被挠性联轴器4以从安装基座5垂下的状态支承。挠性联轴器4以允许轴头3向与其轴向垂直的方向移动的方式进行变形。安装基座5支承马达32。另外，轴头3在内部固设有未图示的轴承，将旋转工具2b支承为旋转自如。
马达32的驱动轴和旋转工具2b的与设置有加工工具2的端部不同的端部连接。借助马达32的驱动轴的旋转来使加工工具2绕旋转工具2b的旋转轴R旋转。在马达32设置有编码器(旋转角度传感器)33，通过编码器33能够取得马达32的驱动轴的旋转角度。
驱动装置6在与旋转工具2b的旋转轴R即加工工具2的旋转轴R垂直的方向上和轴头3邻接并与轴头3对置配置。更具体而言，在与加工工具2的旋转轴R垂直的平面上且在X轴方向与Y轴方向上，驱动装置6在轴头3的两侧各配置有1个而共计4个。
另外，驱动装置6由压电促动器或磁致伸缩部件构成。作为磁致伸缩部件，例如能够使用由铽、镝、铁构成的单晶超磁致伸缩材料。这里，磁致伸缩是磁性材料因来自外部的磁场的影响而弹性变形的物理现象，具有越与压电促动器匹敌，则响应速度越高速并能够产生越大的力、耐久性越高这一特征。其中，超磁致伸缩材料例如是指磁致伸缩为2000ppm左右、磁致伸缩比现有的磁致伸缩材料大两个数位左右的材料。
载荷传感器7与驱动装置6对置并设置于轴头3的外周。更具体而言，在与加工工具2的旋转轴R垂直的平面上且在X轴方向与Y轴方向上，载荷传感器7在轴头3的两侧各配置有1个而共计4个。
另外，载荷传感器7能够对从驱动装置6承受的载荷进行测定。例如，载荷传感器7具备：应变体，与力呈比例地变形；和应变计(gauge)，被固定于应变体。若对应变体施加载荷，则应变体以及应变计变形，应变计的电阻与变形呈比例地变化。通过测定该电阻的变化，能够测定载荷。
位置传感器8与载荷传感器7对置并配置于驱动装置6的上方。更具体而言，在与加工工具2的旋转轴R垂直的平面上且在X轴方向与Y轴方向上，位置传感器8在轴头3的单侧配置有1个而共计2个。此外，位置传感器8也可以配置为在X轴方向与Y轴方向分别一对一对地相互对置，对将因热膨胀引起的尺寸增加量抵消了的实际的轴头3的移动量进行检测。
另外，作为位置传感器8，例如能够使用接触式或非接触式位移传感器。作为非接触式位移传感器，没有特别限定，例如能够使用静电电容传感器、激光位移仪、超声波式位移仪、涡流式位移传感器、图像传感器、驱动装置6在内部所具有的应变仪等。位置传感器8分别对X轴方向、Y轴方向上的到轴头3为止的距离进行测量，并能够取得测量出的距离(XY平面上的轴头3的位置)。
控制装置9例如能够具备CPU等运算装置、存储器、硬盘等存储装置、存储于该存储装置的程序、以及与传感器等外部设备之间进行信号的输入输出的输入输出部等。另外，控制装置9还可以由具备键盘等输入接口、监视器等显示装置的个人计算机构成。
另外，如图2所示，控制装置9包括驱动控制部91、孔形状取得部92以及反转形状取得部93。驱动控制部91与驱动装置6、马达32、编码器33、载荷传感器7、位置传感器8以及反转形状取得部93连接。另外，孔形状取得部92与编码器33、位置传感器8、反转形状取得部93连接。反转形状取得部93与孔形状取得部92、驱动控制部91连接。
孔形状取得部92取得从编码器33输入的马达32的驱动轴的旋转角度。并且，基于预先存储于控制装置9的存储装置的、马达32的驱动轴的旋转角度与加工工具2的刀尖2a的旋转角度的关系来取得加工工具2的旋转角度。孔形状取得部92取得从位置传感器8输入的XY平面中的轴头3的位置。并且，基于预先存储于控制装置9的存储装置的、轴头3在XY平面的位置与加工工具2的刀尖2a在XY平面的位置的关系来取得加工工具2的刀尖2a在XY平面的位置。孔形状取得部92能够基于上述取得的加工工具2的刀尖2a的旋转角度以及XY平面中的位置来取得加工对象物W的孔的形状。
反转形状取得部93通过后述的方法来取得相对于预先输入的目标加工形状反转了从孔形状取得部92输入的加工对象物W的孔形状之后的形状。
驱动控制部91向驱动装置6、马达32输出控制信号。该控制信号基于从编码器33输入的马达32的驱动轴的旋转角度的信息、从位置传感器8输入的轴头3在XY平面内的位置的信息、由载荷传感器7输入的从驱动装置6接受的载荷的信息、从反转形状取得部93输入的反转形状的信息等来设定。
图3是表示图1所示的加工装置1的工具旋转轨迹T的一个例子的俯视图。在图示的例子中，实线所示的加工工具2例如是镗削加工用的切削工具。若使驱动装置6进行驱动来以保持了轴头3在XY平面内的位置的状态使加工工具2绕旋转轴R旋转，则加工工具2的加工部亦即刀尖2a沿着双点划线所示的正圆的工具旋转轨迹Tc移动。为了使该正圆的工具旋转轨迹Tc沿着实线所示的椭圆形的非正圆的工具旋转轨迹T移动，需要根据加工工具2的旋转角度来使加工工具2的旋转轴R在XY平面内的位置移动。
因此，控制装置9的存储装置存储有轴头3在XY平面内的位置与加工工具2的刀尖2a在XY平面内的位置的关系、马达32的驱动轴的旋转角度与加工工具2的刀尖2a的旋转角度的关系等。控制装置9基于存储于存储装置的程序来对用于使加工工具2的刀尖2a沿着非正圆的工具旋转轨迹T移动的、马达32的驱动轴的旋转角度与轴头3在XY平面内的位置的关系进行计算。
并且，驱动控制部91根据从编码器33输入的马达32的驱动轴的旋转角度来计算驱动装置6的伸长量以及收缩量，以便满足基于存储于存储装置的程序计算出的马达32的驱动轴的旋转角度与轴头3在XY平面内的位置的关系。而且，驱动控制部91将与计算出的伸长量以及收缩量对应的控制信号向驱动装置6输出。
由此，驱动控制部91将驱动装置6控制为使轴头3随时在与加工工具2的旋转轴R垂直的方向移动，使加工工具2沿着工具旋转轨迹T移动。其中，控制装置9能够具备考虑驱动装置6的伸长动作与收缩动作之间的驱动力之差和滞后来使相互对置的驱动装置6进行驱动的差分电路。
这样，控制装置9在使加工工具2旋转来对加工对象物W进行加工时，控制驱动装置6而使外力作用于轴头3，使工具旋转轨迹Tc脱离正圆而生成非正圆的工具旋转轨迹T，对加工对象物W进行非正圆的孔加工。即，控制装置9使驱动装置6进行驱动来使轴头3移动以便满足将轴头3固定而使加工工具2旋转时的正圆的工具旋转轨迹Tc与作为目标的非正圆的工具旋转轨迹T之差亦即脱离量δ。
以下，参照附图对本发明的加工方法的一个实施方式进行说明。图4表示本发明的一个实施方式所涉及的加工方法的流程图。图5A～图5C表示本发明的一个实施方式所涉及的圆形孔加工装置的从加工前到加工后的加工对象物的剖视图。另外，图5A表示在图4的步骤ST1之后发生的回弹后的加工对象物W的剖视图，图5B表示在图4的步骤ST4之后发生的回弹前的加工对象物W的剖视图，图5C表示在图4的步骤ST4之后发生的回弹后的加工对象物W的剖视图。另外，图5A～图5C的S1～S3表示加工对象物W的孔形状，T0表示作为第一目标加工形状的正圆，ΔT表示S1与T0的差量。
使用加工装置1实施图4的步骤ST1～步骤ST4。通过步骤ST1的粗镗工序，对加工对象物W加工孔。在步骤ST1的粗镗工序中，控制装置9的驱动控制部91控制马达32与驱动装置6，以保持了轴头3在XY平面内的位置的状态使马达32以及加工工具2绕旋转轴R旋转。由此，在加工对象物W形成正圆形状的孔。
然而，由于加工对象物W因部位不同而刚性不同，所以在ST1的粗镗工序的加工后，如图5B的S1所示，刚性低的部分弹性变形(回弹)，有时加工孔呈非正圆形状。
鉴于此，通过图4的步骤ST2的半精镗以及孔形状取得工序，对加工对象物W进行加工并且取得加工孔的形状。在步骤ST2的半精镗以及孔形状取得工序中，首先，通过驱动控制部91进行控制，以使马达32进行驱动并且以一定扭矩对驱动装置6进行驱动。具体而言，对驱动装置6进行反馈控制，以便驱动装置6的目标扭矩与由载荷传感器7输入的从驱动装置6承受的实际的载荷的差量接近零。此时，通过孔形状取得部92基于加工工具2的刀尖2a的旋转角度以及在XY平面内的位置来取得加工对象物W的孔形状。
在步骤ST3的反转形状取得工序中，通过反转形状取得部93取得将在步骤ST2的半精镗以及孔形状取得工序中取得的加工对象物W的孔形状相对于预先输入至控制装置9的第一目标加工形状T0反转后的形状。
如图5A所示，在步骤ST2的半精镗以及孔形状取得工序中取得的加工对象物W的孔形状S1因加工后的回弹而相对于目标正圆形状T0具有差量ΔT。鉴于此，将在图5A的孔形状S1中位于比基准线T0靠ΔT内侧的部分相对于基准线T0反转，而使之位于比基准线T0靠ΔT外侧的位置。另外，将孔形状S1中位于比基准线T0靠ΔT外侧的部分相对于基准线T0反转，使之位于比基准线T0靠ΔT内侧的位置。由此，能够取得图5B的孔形状S2那样的反转形状。
通过步骤ST4的反转形状加工工序(精镗工序)，对加工对象物W的孔进一步进行加工。这里，反转形状加工工序的目标加工形状被设定为作为第二目标加工形状的孔形状S2，驱动控制部91控制驱动装置6，使轴头3在与加工工具2的旋转轴R垂直的方向随时移动，使加工工具2沿着第二目标加工形状S2移动。
根据以上处理，如图5C所示，能够在步骤ST4的反转形状加工工序的加工后使回弹时的加工对象物W的孔形状S3接近第一目标加工形状T0正圆。
此外，本发明并不限定于上述实施方式，也能够在不脱离发明主旨的范围内适当地变更并具体化。以下在(a)～(c)示出其例子。
(a)在上述实施方式中，使用了加工装置1，但只要是能够进行正圆以及非正圆加工的加工装置即可，例如也可以使用专利文献1中记载的加工装置等来进行加工。
(b)在上述实施方式中，在步骤ST2中同时进行了半精镗加工工序与孔形状取得工序，但也可以如图6那样分别进行步骤ST22的半精镗加工工序和步骤ST23的孔形状取得。
(c)在上述实施方式中，将第一目标加工形状设定为正圆，但也可以设定成椭圆等非正圆。
Claims (4)
1.一种加工方法，是对加工对象物加工圆形状的孔的加工方法，该加工方法的特征在于，具备：
孔形状取得工序，在包括针对加工对象物的粗镗和精镗的镗工序之后进行，取得加工对象物的孔的形状；
反转形状取得工序，取得将在所述孔形状取得工序中取得的孔的形状相对于目标圆形状反转后的反转形状；以及
反转形状加工工序，基于在所述反转形状取得工序中取得的反转形状来加工所述孔，
所述孔形状取得工序基于在所述反转形状加工工序中使用的加工装置所具备的加工工具的位置信息来取得孔的形状。
2.一种加工装置，对加工对象物加工孔，具备：
加工工具；
旋转装置，使所述加工工具旋转；
旋转角度传感器，取得所述加工工具的旋转角度；
驱动装置，使所述加工工具在与所述加工工具的旋转轴垂直的方向移动；
位置传感器，取得所述加工工具的在与所述加工工具的旋转轴垂直的平面上的位置信息；以及
控制装置，包括驱动控制部，该驱动控制部控制所述旋转装置并且基于所述旋转角度传感器所取得的旋转角度与所述位置传感器所取得的位置信息来控制所述驱动装置，
所述加工装置的特征在于，
所述控制装置包括：
孔形状取得部，取得加工对象物的孔形状；和
反转形状取得部，取得将由所述孔形状取得部取得的孔形状相对于目标圆形状反转后的反转形状，
所述驱动控制部基于所述反转形状取得部取得的反转形状来控制所述驱动装置。
3.根据权利要求2所述的加工装置，其特征在于，
所述孔形状取得部基于所述位置传感器所取得的位置信息来取得加工对象物的孔形状。
4.根据权利要求3所述的加工装置，其特征在于，具备：
旋转工具，所述加工工具设置于该旋转工具的一端部，且所述旋转装置设置于该旋转工具的另一端部；和
轴头，将所述旋转工具支承为旋转自如，
所述驱动装置通过使所述轴头在与所述加工工具的旋转轴垂直的方向移动，来使所述加工工具在与所述加工工具的旋转轴垂直的方向移动。
Applications Claiming Priority (2)
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Publications (2)
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