CN110170660B - 切削加工装置及切削加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是在使用长尺寸的切削工具的情况下也精度良好地进行表面的切削加工。将切削对象(10)的切削对象面切换为规定的形状尺寸的切削加工装置(100)具备输入部(160)、有杆和切削刃的切削部(110)、移动驱动切削部(110)的驱动部(120)、有空隙检测器和空隙检测器信号传送部的测量部(130)、接受输入部(160)接受到的关于切削的信息和来自测量部(130)的信号并向驱动部(120)发出驱动指令信号的控制运算部(140)和行进控制部(190)。控制运算部(140)具有：切削目标值设定部(142)，设定用来达到规定的形状尺寸的目标切削厚度；特性函数部(143)，基于从杆的驱动部(120)突出且到切削刃的有效长度和目标切削厚度，计算驱动部(120)的驱动部位移；以及特性函数修正部(144)，基于来自测量部(130)的信号将特性函数部(143)修正。

Description

切削加工装置及切削加工方法

技术领域

本发明涉及切削加工装置及切削加工方法。

背景技术

在旋转电机的转子轴中，例如在无刷的同步旋转电机中供将励磁装置内的各要素间连接的导体穿过用、或供在绕线型的感应电动机的转子绕线的导线穿过用，有在转子轴内形成沿轴向延伸的中心孔的情况。或者有在气体涡轮中在转子轴上作为用来使冷却用气体穿过的流路而形成中心孔的情况。

进而，例如也可以想到向孔中进一步插入沿轴向延伸的构造物、并附加将构造物的外表面与孔的内表面间的间隙限制在规定的范围的值那样的条件的情况。

如以上的例子那样，有较多需要对轴杆内部实施深孔切削加工(BTA：Boring&Trepanning Association)的情况。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5305022号公报

专利文献2：日本特开2009－148853号公报

发明内容

发明要解决的课题

在用长尺寸钻头形成沿轴向延伸的孔的情况下，不弯曲而沿着轴直线地形成孔是重要的。作为抑制长尺寸钻头的晃动阻止的技术，例如已知有在工件的近侧设置能够插通长尺寸钻头的套筒部件的技术，或设置中间衬套并且在与工件之间能够前后移动的技术等(专利文献2、1)。

另一方面，当在转子轴那样的沿轴向延伸的长尺寸部件的内部形成沿轴向延伸的孔时，例如存在孔的直径在轴向上变化的情况等不需要使用开孔用的钻头、而需要使用长尺寸的切削刃等切削加工用的工具的情况。这样，特别在孔的直径变化那样的情况下，需要较高的尺寸精度。

在深孔切削加工中，例如在对于1m的孔长度要求1mm左右的正圆度的情况下，在通常的加工方法中，取基准点，难以定位，此外，在进行内径扩大加工的情况下，也有难以进行再加工时的原点位置的设定的问题。

这样，不是开孔用的钻头，而是当通过切削加工用的工具将加工对象切削时，当然，对于加工对象，从切削加工用的工具侧附加与较长方向垂直的方向的载荷。即，对于加工对象附加弯曲方向的载荷。

结果，对于切削加工用的工具侧也附加来自加工对象的反作用力。因此，在长尺寸的切削工具上发生与其弯曲刚性对应的弯曲。特别是，在长尺寸的切削工具中，有由弯曲带来的位移相对于加工精度不能忽视的情况，但在这样的情况下也要求精度较好的加工。

此外，例如在如形成面向狭窄的间隙的例如平面或曲面等表面那样需要使用长尺寸的切削工具的情况下，有同样的课题。

所以，本发明的目的是在使用长尺寸的切削工具的情况下也精度良好地进行表面的切削加工。

用来解决课题的手段

为了达到上述目的，本发明是一种将切削对象的切削对象面切削为规定的形状尺寸的切削加工装置，其特征在于，具备：输入部，从外部接受关于切削的信息；切削部，具有杆及安装在上述杆上的切削刃；驱动部，移动驱动上述切削部；测量部，具有安装在上述杆上并测量与上述切削对象面的间隔的空隙检测器、和传送来自上述空隙检测器的信号的空隙检测器信号传送部；控制运算部，接受上述输入部接受的关于上述切削的信息和来自上述测量部的信号、向上述驱动部发送驱动指令信号；以及行进控制部，基于上述输入部、上述切削部、上述驱动部、上述测量部及上述控制运算部的状态，向它们输出行进的指示；上述控制运算部具有：切削目标值设定部，设定用来达到上述规定的形状尺寸的目标切削厚度；特性函数部，基于上述杆的从上述驱动部突出而达到上述切削刃的有效长度和上述目标切削厚度，计算上述驱动部的驱动部位移；以及特性函数修正部，基于来自上述测量部的信号，将上述特性函数部修正。

此外，本发明是一种将切削对象的切削对象面切削为规定的形状尺寸的切削加工方法，其特征在于，具有：控制运算部计算上述切削对象面的目标切削厚度的目标值计算步骤；上述控制运算部使用特性函数计算驱动部的驱动部位移的驱动部位移计算步骤；上述驱动部从接触开始位置将上述驱动部位移移动、将上述切削对象面切削后返回的切削步骤；在上述切削步骤之后、测量部测量与上述切削对象面的距离的距离测量步骤；行进控制部判定是否结束了关于上述切削对象面的切削的切削结束判定步骤；当行进控制部在上述切削结束判定步骤中判定为未结束切削的情况下、基于上述测量部的测量结果、特性函数修正部将上述特性函数修正的特性函数修正步骤。

发明效果

根据本发明，即使是使用长尺寸的切削工具的情况，也能够精度良好地进行表面的切削加工。

附图说明

图1是表示有关本发明的实施方式的切削加工装置的结构的纵剖视图。

图2是以有关本发明的实施方式的切削加工装置的操作盘的结构为中心进行表示的块图。

图3是说明有关本发明的实施方式的切削加工装置的运算部的特性函数部的曲线图。

图4是表示有关本发明的实施方式的切削加工装置的第1动作状态的纵剖视图。

图5是表示有关本发明的实施方式的切削加工装置的第2动作状态的纵剖视图。

图6是说明有关本发明的实施方式的切削加工装置的运算部的特性函数部的变形例的曲线图。

图7是说明有关本发明的实施方式的切削加工装置的运算部的特性函数修正部的曲线图。

图8是表示有关本发明的实施方式的切削加工方法的次序的流程图。

标号说明

10切削对象；11切削对象面；12对象物把持部；15中心轴；100切削加工装置；110切削部；111切削刃；115杆；120驱动部；121z方向驱动部；122r方向驱动部；123θ方向驱动部；130测量部；131空隙检测器；132空隙检测器信号传送部；135接近传感器；136接近传感器信号传送部；140控制运算部；141最终形状尺寸设定部；142切削目标值设定部；143、143a特性函数部；144特性函数修正部；145驱动指令传送部；150存储部；160输入部；170输出部；180接口；190行进控制部；200操作盘。

具体实施方式

以下，参照附图对有关本发明的实施方式的切削加工装置及切削加工方法进行说明。

图1是表示有关本发明的实施方式的切削加工装置的结构的纵剖视图。有关本实施方式的切削加工装置100是将切削对象10的切削对象面11切削为规定的形状的装置。

在图1中，以切削对象10是圆筒状的情况为例而表示。切削对象10用对象物把持部12把持着与切削加工装置100接近的一侧相反侧的例如端面附近。对象物把持部12被静止支承。另外，在图1中，为了方便，显示了切削对象10以沿铅直方向延伸的方式配设的情况，但没有限定方向，例如也可以是沿水平方向延伸的情况。这里，将圆筒的轴向称作z方向，将从圆筒的轴中心向径向称作r方向，将圆筒的周方向称作θ方向。

切削加工装置100具有切削部110、驱动部120、测量部130及操作盘200。

切削部110具有切削刃111及杆115。切削刃111安装在杆115的端部的附近，设定在与切削对象面11对置的部位，将切削对象面11切削。杆115被驱动部120约束，并按照驱动部120的动作而被移动驱动。

测量部130具有空隙检测器131、空隙检测器信号传送部132、多个接近传感器135及接近传感器信号传送部136。

空隙检测器131被安装在杆115上的安装着切削刃111的附近。空隙检测器131测量与切削对象面11的空隙，即空隙检测器131与切削对象面11之间的间隔。空隙检测器131的输出被空隙检测器信号传送部132向操作盘200传送。

多个接近传感器135在杆115的周围，具体而言，在切削对象10的轴方向的外侧，接近于切削对象10与驱动部120之间的部分而设置。多个接近传感器135例如有3个，绕杆115在周向上相互隔开间隔而配设。

接近传感器135例如是静电电容式，能够测量与杆115的较长方向垂直的方向(径向)的位移。通过将多个接近传感器135在周向上相互隔开间隔而配设，不论径向的位移在哪个周向的区域发生，均能够检测杆115的径向的位移。另外，接近传感器135即使是1个，只要能够可靠地检测杆115的微小振动，接近传感器135也可以是1个。接近传感器135的输出被接近传感器信号传送部136向操作盘200传送。

空隙检测器信号传送部132及接近传感器信号传送部136例如是信号线缆，例如除了电信号以外，也可以是使用激光的信号传送机构。

驱动部120具有z方向驱动部121、r方向驱动部122及θ方向驱动部123。z方向驱动部121使切削部110在z方向上移动。r方向驱动部122使切削部在r方向上移动。θ方向驱动部123使切削部110的周向位置绕切削对象10的轴中心移动。在驱动部120与操作盘200之间设置有驱动指令传送部145，驱动部120基于来自操作盘200的驱动指令信号，移动驱动切削部110。

另外，在图1中，表示了切削对象10被对象物把持部12把持的情况，但也可以将对象物把持部12固定到例如车床(未图示)的旋转部分上，或者对象把持部12例如如夹盘那样为车床的一部分、一边使切削对象10绕其中心轴15旋转一边实施切削加工。在此情况下，也可以不设置θ方向驱动部123。

操作盘200具有控制运算部140、存储部150、输入部160、输出部170、接口180及行进控制部190。在操作盘200中，例如可以使用计算机系统。

图2是以有关本发明的实施方式的切削加工装置的操作盘的结构为中心而表示的块图。

输入部160接受由操作员等进行的从外部的输入，向控制运算部140及存储部150输出。从外部的输入是有关切削的信息，例如是关于切削对象10的信息，即，切削对象10的形状、尺寸、材质等，现状的形状尺寸及作为目的的切削后的最终形状尺寸等。

输出部170显示切削对象10的切削状况、切削状况的异常等。此外，通过来自接近传感器信号传送部136的信号，将切削刃111接触在切削对象面11上的消息通过显示或者警报等向操作员通知。

接口180接受来自测量部130的信号，或者进行向驱动部120的信号的输出等、操作盘200与外部的信号的交换。

行进控制部190进行控制的步骤的行进的可否的判断、操作盘200内的各要素的状况的确认、向操作盘200内的各要素的行进的指令的输出等。

控制运算部140具有最终形状尺寸设定部141、切削目标值设定部142、特性函数部143及特性函数修正部144。

最终形状尺寸设定部141基于输入部160接受的外部输入的关于切削对象10的信息，设定为了实现切削对象10的最终的尺寸形状所需要的各部分的切削厚度Dt。另外，切削厚度Dt也可以是外部输入，但也可以用最终形状尺寸设定部141计算。将设定的最终尺寸形状、各部的切削厚度Dt等的信息保存到存储部150中。

切削目标值设定部142对于规定的位置处的最初尺寸与最终尺寸的差即切削厚度Dt，设定要用1次的切削动作来切削的目标切削厚度Dc及切削次数N。因而，在计算上，当目标切削厚度Dc是一定的值时切削次数N为(INT(Dt/Dc)+1)。这里，INT(x)是将x的值的小数点以下舍去的整数的值。

另外，目标切削厚度Dc也可以作为经验上的值而将一定值通过外部输入进行输入。或者，也可以根据轴向的位置计算或通过外部输入来指定。

存储部150接受并容纳输入部160接受的外部输入及控制运算部140中的运算的结果。

图3是说明有关本发明的实施方式的切削加工装置的运算部的特性函数部的曲线图。表示特性函数部143的内容的曲线图中，横轴是目标切削厚度Dc，纵轴是驱动部位移Dd。

特性函数部143例如在相对于目标切削厚度Dc的离散的值具有驱动部位移Dd的值，目标切削厚度Dc处于离散的值的中间的情况下，通过内插将驱动部位移Dd的值输出。此外，在使用后述的有效长度Ls作为参数的情况下，相对于目标切削厚度Dc及有效长度Ls的各自的离散的值的组合具有驱动部位移Dd的值，目标切削厚度Dc或有效长度Ls处于离散性的值的中间的情况下，通过内插将驱动部位移Dd的值输出。特性函数部143只要具有这样的功能，也可以通过以目标切削厚度Dc及有效长度Ls为变量的函数的数式运算来计算驱动部位移Dd的值并输出。

目标切削厚度Dc是切削厚度的目标值。这里，所述的切削厚度，如上述那样，是用1次的切削动作切削的切削对象面11的厚度的变化。即，是向与切削对象面11垂直的方向的切削对象面11的位置的变化量。

这里，将切削刃111与切削对象面11开始接触的驱动部120的位置称作接触开始位置。接触开始位置可以通过检测对经由接近传感器信号传送部136传送的来自接近传感器135的信号叠加通过切削刃111接触在切削对象面11上而发生的切削部110的微小振动成分来掌握。另外，对于微小振动成分的叠加，接口180具有其检测功能部分。

驱动部位移Dd是为了将目标切削厚度Dc切削而推压切削刃111所需要的、驱动部120应移动的从接触开始位置的位移。这里，驱动部120在图1所示的情况下为r方向驱动部122。即，驱动部位移Dd也可以说是最初为了使切削刃111接近切削对象面11而向r方向驱动部122移动的方向从接触开始位置进一步移动的幅度。

图3所示的曲线图是在切削刃111接触在切削对象10的表面上之后，如果使r方向驱动部122在切削对象10的壁厚方向上移动驱动部位移Dd，将切削刃111推抵在切削对象10的表面上，则能够将切削对象10的表面仅切削目标切削厚度Dc而制作的曲线。

在图3中，表示用虚线表示的直线F，用实线表示的特性曲线A及用双点划线表示的特性曲线B。直线F表示Dd＝Dc的情况，即，切削部110的弯曲刚性G实质上无限大的情况。另一方面，特性曲线A及特性曲线B相对于相同的目标切削厚度Dc，与直线F的情况相比，驱动部位移Dd的值变大。关于这一点，以下使用图4及图5进行说明。

图4是表示有关本发明的实施方式的切削加工装置的第1动作状态的纵剖视图。图4表示与图3所示的特性曲线A对应的情况。

这里，如果将到从z方向驱动部121突出的杆115的切削刃111的位置的长度称作杆115的有效长度Ls，则图4是有效长度为Ls1的情况。以下，将把切削刃111推抵在切削对象10的表面上之后的r方向驱动部122的移动量表示为驱动部位移Dd。在此情况下，r方向驱动部122的驱动部位移Dd是Dd1。

图5是表示有关本发明的实施方式的切削加工装置的第2动作状态的纵剖视图。图5表示与图3所示的特性曲线B对应的情况。图5是有效长度为Ls2的情况。在此情况下，驱动部位移Dd的值是Dd2。

现在，在将切削刃111向切削对象10的表面推压的力相等的情况下，认为实际上被切削的厚度相等。在图4所示的情况及图5所示的情况下，将切削刃111向切削对象10的表面推压的力互为相等。

在此情况下，有效长度Ls是Ls2>Ls1，关于驱动部位移Dd，是Dd2>Dd1。这是因为，有效长度Ls较长者，包括杆115的切削部110的弯曲刚性G变低。因此，与图4所示的状态的情况对应的特性曲线A如对应于切削部110的弯曲刚性G比其低的图5所示的状态的情况的特性曲线B那样，关于相同的目标切削厚度Dc，驱动部位移Dd的值变大。另外，由于直线F是切削部110的弯曲刚性G无限大的情况，所以特性曲线A及特性曲线B与直线F相比驱动部位移Dd变大。

另外，在图3中，表示了与切削部110的弯曲刚性G不同的2个情形对应的特性曲线A和特性曲线B，但也可以表示以切削部110的弯曲刚性G为参数的更多的特性曲线。此外，作为参数，也可以代替切削部110的弯曲刚性G而使用有效长度Ls。在现实中，可以认为由有效长度Ls表示者更容易使用。

图6是说明作为特性函数部143的变形例的特性函数143a的曲线图。横轴是杆115的有效长度Ls，纵轴是驱动部120的驱动部位移Dd。

由于目标切削厚度Dc其大小的范围比较窄，所以可以考虑驱动部位移Dd相对于杆115的有效长度Ls的关系数据是有效的。在此情况下，以目标切削厚度Dc为参数，显示多个按照目标切削厚度Dc的特性曲线。

特性函数修正部144基于测量部130测量切削后的切削对象10的结果，根据需要修正特性函数部143。

图7是说明特性函数修正部的曲线图。根据最初的特性曲线A，为了确保切削厚度Dc0，应将驱动部位移Dd设为Dd1。将驱动部位移Dd设为Dd1而将切削刃111推抵并切削后，将切削刃111从切削对象10的切削对象面11离开，通过测量部130测量。根据其结果，设测量实际的切削幅度的结果是Dc1。

即，假设在最初设想的特性上是特性曲线A上的点P0，但实际上是不处于特性曲线A上的点P1。在此情况下，特性函数修正部144将特性曲线从特性曲线A修正为经过点P1的特性曲线Ac。另外，修正的方法可以是与原来的曲线A相似而以(Dc1/Dc0)的比例将曲线A在横轴侧扩大。

图8是表示有关本发明的实施方式的切削加工方法的次序的流程图。

安设切削加工装置100及切削对象10，输入部160接受切削对象10的最终形状尺寸等的外部输入(步骤S01)。

首先，当切削部110处于切削对象10的外侧时，通过r方向驱动部122的动作，设定切削部110，以使杆115的中心轴与切削对象10的中心轴15一致。另外，当在此状态下向切削对象10插入时，在切削刃111与切削对象10干涉那样的情况下，也可以使得切削部110作为整体与切削对象10的中心轴15一致。

在这样设定后，通过z方向驱动部121使切削部110移动，以使切削刃111对置于切削对象面11。这样设定的状态是图1所示的状态。

接着，驱动部120将切削部110移动驱动，以将切削刃111移动到与切削对象面11对置的位置(步骤S02)。

在步骤S02的结果是切削刃111对置于切削对象面11的状态下，测量部130测量与切削对象面11的距离(步骤S03)。

接着，切削目标值设定部142决定关于与切削刃111对置的切削对象面11的切削次数及每1次的目标切削厚度Dc(步骤S04)。

接着，特性函数部143决定用来实现目标切削厚度Dc的驱动部位移Dd(步骤S05)。

驱动部120将切削部110移动驱动。存储部150将通过来自接近传感器135的信号确认了接触开始的时点的驱动部120的位置保存。驱动部120从该位置，以在步骤S05中得到的驱动部位移Dd，将切削部110进一步向相同的方向移动驱动，将切削对象面11切削(步骤S06)。

在切削之后，驱动部120将切削部110移动驱动，以使其回到原来的位置(步骤S07)。

接着，测量部130测量与切削对象面11的距离(步骤S08)。将在步骤S03及该步骤S08中得到的测量值向存储部150保存。此外，特性函数修正部144计算实际的切削厚度Dc。

接着，行进控制部190判定关于该切削对象面11的切削是否完成了规定的次数(N次)(步骤S09)。在判定为关于该切削对象面11的切削已结束(步骤S09 YES)的情况下，行进控制部190判定是否关于切削对象10整体上已结束(步骤S11)。

当行进控制部190判定为关于该切削对象面11的切削没有结束(步骤S09 NO)的情况下，特性函数修正部144进行特性函数部143的修正(步骤S10)。特性函数修正部144在进行特性函数部143的修正后，重复步骤S04至步骤S09。

当行进控制部190在步骤S11中判定为关于切削对象10整体没有结束(步骤S11NO)的情况下，重复步骤S02至步骤S11。此外，当行进控制部190在步骤S11中判定为关于切削对象10整体已结束(步骤S11 YES)的情况下，将关于切削对象10的切削加工结束。

如以上这样，根据本实施方式，即使是使用长尺寸的切削工具的情况，也能够精度良好地进行表面的切削加工。

[其他的实施方式]

以上，说明了本发明的实施方式，但实施方式是作为例子提示的，并非是要限定发明的范围。

例如，在实施方式中，取切削对象是圆筒状、为了对其孔加工而使用长尺寸的切削工具的情况为例而表示，但并不限定于此。例如如面向狭窄间隙的例如平面或曲面等的表面的形成那样，切削对象是圆筒状的情况以外，在需要使用长尺寸的切削工具的情况下也同样能够应用。

进而，这些实施方式能够以其他各种各样的形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨中，同样包含在权利要求书所记载的发明和其等价的范围中。

Claims (8)

1.一种切削加工装置，将切削对象的切削对象面切削为规定的形状尺寸，其特征在于，

具备：

输入部，从外部接受关于切削的信息；

切削部，具有杆及安装在上述杆上的切削刃；

驱动部，移动驱动上述切削部；

测量部，具有安装在上述杆上并测量与上述切削对象面的间隔的空隙检测器、和传送来自上述空隙检测器的信号的空隙检测器信号传送部；

控制运算部，接受上述输入部接受的关于上述切削的信息和来自上述测量部的信号、向上述驱动部发送驱动指令信号；以及

行进控制部，基于上述输入部、上述切削部、上述驱动部、上述测量部及上述控制运算部的状态，向它们输出行进的指示；

上述控制运算部具有：

切削目标值设定部，设定用来达到上述规定的形状尺寸的目标切削厚度；

特性函数部，基于上述杆的从上述驱动部突出而达到上述切削刃的有效长度和上述目标切削厚度，计算上述驱动部的驱动部位移；以及

特性函数修正部，基于来自上述测量部的信号，修正上述特性函数部。

2.如权利要求1所述的切削加工装置，其特征在于，

上述驱动部使上述驱动部与上述切削刃之间的上述杆的有效长度对应于上述切削对象面的位置而变化。

3.如权利要求2所述的切削加工装置，其特征在于，

上述特性函数部以上述目标切削厚度为输入，并且以上述杆的有效长度为参数。

4.如权利要求2所述的切削加工装置，其特征在于，

上述特性函数部的特性函数以上述杆的有效长度为输入，并且以上述目标切削厚度为参数。

5.如权利要求1～4中任一项所述的切削加工装置，其特征在于，

上述测量部还具有配设在上述切削部的附近的接近传感器、和传送上述接近传感器的信号的接近传感器信号传送部；

上述控制运算部中，上述接近传感器的信号将开始含有因上述切削部的微小振动而产生的信号的上述切削部的位置判定为是上述切削部与上述切削对象面开始接触的位置。

6.如权利要求1～4中任一项所述的切削加工装置，其特征在于，

上述切削对象具有沿着中心轴延伸且绕上述中心轴旋转对称的上述切削对象面；

上述切削对象和上述切削部相互绕上述中心轴相对地旋转。

7.如权利要求6所述的切削加工装置，其特征在于，

上述驱动部沿与上述中心轴垂直方向移动驱动上述切削部。

8.一种切削加工方法，将切削对象的切削对象面切削为规定的形状尺寸，其特征在于，

具有：

控制运算部计算上述切削对象面的目标切削厚度的目标值计算步骤；

上述控制运算部使用特性函数计算驱动部的驱动部位移的驱动部位移计算步骤；

上述驱动部从接触开始位置移动上述驱动部位移、将上述切削对象面切削后返回的切削步骤；

在上述切削步骤之后、测量部测量与上述切削对象面的距离的距离测量步骤；

行进控制部判定是否结束了对上述切削对象面的切削的切削结束判定步骤；以及

当行进控制部在上述切削结束判定步骤中判定为未结束切削的情况下、基于上述测量部的测量结果、特性函数修正部将上述特性函数修正的特性函数修正步骤。

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