CN111149068A - 机床 - Google Patents

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CN111149068A CN201880063053.4A CN201880063053A CN111149068A CN 111149068 A CN111149068 A CN 111149068A CN 201880063053 A CN201880063053 A CN 201880063053A CN 111149068 A CN111149068 A CN 111149068A
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Abstract

本发明的机床具有对工件进行切削加工的切削工具、使所述切削工具与所述工件相对旋转的旋转单元、进行使所述切削工具和所述工件向规定的加工进给方向进行进给的动作的进给单元、使所述切削工具与所述工件相对往返振动的振动单元、以及对基于所述振动单元的往返振动的振幅进行控制的振幅控制单元，通过所述工件与所述切削工具的相对旋转、以及所述切削工具相对于所述工件在所述加工进给方向上的进给动作，所述进给动作伴随具有所述振幅的所述往返振动，使所述切削工具相对于所述工件沿规定的移动路径移动而进行切削加工，所述移动路径包括多个分割路径，所述多个分割路径是在所述移动路径上的规定的坐标位置分割而成的，所述振幅控制单元针对每个分割路径分别设定所述振幅。

Description

机床
技术领域
本发明涉及一种机床。
背景技术
以往已知一种机床，具有对工件进行切削加工的切削工具、使所述切削工具与所述工件相对旋转的旋转单元、进行使所述切削工具和所述工件向规定的加工进给方向进给的动作的进给单元、使所述切削工具与所述工件相对往返振动的振动单元、以及对基于所述振动单元的往返振动的振幅进行控制的振幅控制单元，通过所述工件与所述切削工具的相对旋转、以及所述切削工具相对于所述工件的朝向所述加工进给方向的伴随具有所述振幅的所述往返振动的进给动作，使所述切削工具相对于所述工件沿规定的移动路径移动而进行切削加工(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2016/047485号。
发明内容
本发明的课题在于，提供一种能够在进行切削加工时在切削工具相对于工件移动的规定的移动路径内对基于振动单元的往返振动的振幅任意地进行设定并进行伴随所述振动的切削加工的机床。
用于解决问题的方案
用于解决上述问题的本发明的机床的特征在于，具有：切削工具，其对工件进行切削加工；旋转单元，其使所述切削工具与所述工件相对旋转；进给单元，其进行使所述切削工具和所述工件向规定的加工进给方向进行进给的动作；振动单元，其使所述切削工具与所述工件相对往返振动；以及，振幅控制单元，其对基于所述振动单元的往返振动的振幅进行控制，通过所述工件与所述切削工具的相对旋转、以及所述切削工具相对于所述工件朝向所述加工进给方向的进给动作，所述进给动作伴随具有所述振幅的所述往返振动，使所述切削工具相对于所述工件沿规定的移动路径移动而进行切削加工，所述移动路径包括多个分割路径，所述多个分割路径是在所述移动路径上的规定的坐标位置分割而成的，所述振幅控制单元针对每个分割路径分别设定所述振幅。
在上述构成中，本发明的机床优选所述移动路径由插值路径构成，所述插值路径是在预先确定的两个坐标位置间基于规定的插值方法而成的。
在上述构成中，本发明的机床的两个坐标位置由所述切削工具的移动开始位置和到达位置构成，所述振幅控制单元随着切削工具朝向到达位置的移动而将振幅设定为依次变小。
或者，两个坐标位置由所述切削工具的移动开始位置和到达位置构成，所述振幅控制单元随着切削工具朝向到达位置的移动而将振幅设定为依次变大。
发明效果
根据如上构成的本发明的机床的结构具有如下效果，即：将进行切削加工时切削工具相对于工件移动的规定的移动路径以所述移动路径上的规定的坐标位置分割为多个分割路径，并分别针对每个分割路径设定基于振动单元的往返振动的振幅，由此能够在所述移动路径内任意地设定振幅并容易地进行伴随所述振动的切削加工。
附图说明
图1为表示本发明的一个实施方式的机床的概要的图。
图2为表示本发明的一个实施方式的切削工具与工件的关系的图。
图3为表示本发明的一个实施方式的切削工具的往返振动以及位置的图。
图4为表示本发明的一个实施方式的主轴第n周旋转、第n+1周旋转以及第n+2周旋转的关系的图。
图5A为说明本发明的一个实施方式的进给量与振幅的关系的图。
图5B为说明本发明的一个实施方式的进给量与振幅的关系的图。
图5C为说明本发明的一个实施方式的进给量与振幅的关系的图。
图6为表示将插值路径分割为多个分割路径的例子的图。
具体实施方式
如图1所示，机床100具有主轴110和切削工具台130A。
在主轴110的顶端设置有卡盘120。
主轴110构成为保持工件的工件保持单元，工件W经由卡盘120被保持在主轴110。
切削工具台130A构成为保持对工件W进行车削加工的车刀等切削工具130的刀架，切削工具130安装在切削工具台130A。
主轴110以通过主轴电机的动力被旋转驱动的方式被支承在主轴台110A。
作为所述主轴电机考虑有在主轴台110A内形成在主轴台110A与主轴110之间的以往公知的机内电机等。
主轴台110A经由Z轴方向进给机构160搭载于机床100的床身侧。
Z轴方向进给机构160具有与所述床身等的Z轴方向进给机构160的固定侧成一体的底座161，以及在成为主轴110轴线方向的Z轴方向延伸，并设置在底座161的Z轴方向导轨162。
Z轴方向进给台163经由Z轴方向导引器164被滑动自由地支承在Z轴方向导轨162。
在Z轴方向进给台163侧设置有线性伺服电机165的可动元件165a。
在底座161侧设置有线性伺服电机165的固定元件165b。
通过线性伺服电机165的驱动，Z轴方向进给台163在Z轴方向被移动驱动。
主轴台110A搭载在Z轴方向进给台163。
通过Z轴方向进给台163的移动，主轴台110A在Z轴方向移动，进行主轴110朝向Z轴方向的移动。
主轴110设置为与主轴台110A一体地通过Z轴方向进给机构160在Z轴方向自由移动，Z轴方向进给机构160作为主轴移动机构，使主轴110在Z轴方向移动。
X轴方向进给机构150设置在机床100的床身侧。
X轴方向进给机构150具有与所述床身侧一体的底座151、以及在相对于Z轴方向以上下方向正交的X轴方向延伸的X轴方向导轨152。
X轴方向导轨152固定于底座151，X轴方向进给台153经由X轴方向导引器154被滑动自由地支承在X轴方向导轨152。
切削工具台130A搭载在X轴方向进给台153。
在X轴方向进给台153侧设置有线性伺服电机155的可动元件155a。
在底座151侧设置有线性伺服电机155的固定元件155b。
X轴方向进给台153通过线性伺服电机155的驱动沿X轴方向导轨152在X轴方向移动，由此切削工具台130A在X轴方向移动，切削工具130在X轴方向移动。
X轴方向进给机构150作为刀架移动机构，使切削工具台130A与切削工具130一体地在X轴方向移动。
所述刀架移动机构(X轴方向进给机构150)与所述主轴移动机构(Z轴方向进给机构160)协同工作，通过X轴方向进给机构150使切削工具台130A(切削工具130)向X轴方向移动、以及通过Z轴方向进给机构160使主轴台110A(主轴110)向Z轴方向的移动，由此切削工具130对于工件W相对地在任意的加工进给方向上移动进给。
另外，可以在与Z轴方向和X轴方向正交的Y轴方向设置Y轴方向进给机构。
所述Y轴方向进给机构能够采用与X轴方向进给机构150同样的结构。
通过将X轴方向进给机构150经由Y轴方向进给机构搭载于床身，使Y轴方向进给台通过线性伺服电机的驱动在Y轴方向移动，使切削工具台130A不仅在X轴方向还在Y轴方向移动，能够使切削工具130在X轴方向和Y轴方向移动。
在此情况下，所述刀架移动机构由X轴方向进给机构150和Y轴进给机构构成，所述刀架移动机构与所述主轴移动机构协同工作，安装在切削工具台130A的切削工具130除了能够对于工件W在X轴方向和Z轴方向移动以外，还能够在Y轴方向移动，并相对地在任意的加工进给方向移动进给。
也可以将Y轴方向进给机构经由X轴方向进给机构150搭载于床身，将切削工具台130A搭载于所述Y轴方向进给台。
通过由所述主轴移动机构与所述刀架移动机构构成的进给单元，使主轴110和切削工具台130A相对地移动，使切削工具130对于工件W相对地任意的加工进给方向移动进给，通过将主轴110作为使工件W与切削工具130相对旋转的旋转单元来驱动而使工件W相对于切削工具130旋转，由此，如图2所示，能够通过所述切削工具130将工件W切削加工成任意的形状。
在本实施方式中，构成为使主轴台110A和切削工具台130A双方移动，但是也可以是构成为将主轴台110A不可移动地固定在机床100床身侧，使刀架移动机构和切削工具台130A在X轴方向、Z轴方向或者Y轴方向移动。
在此情况下，所述进给单元由使切削工具台130A在X轴方向、Z轴方向或者Y轴方向移动的刀架移动机构构成，通过使切削工具台130A相对于固定地被定位的旋转驱动的主轴110移动，能够使切削工具130对工件W任意地进行加工进给动作。
也可以将主轴移动机构构成为将切削工具台130A不可移动地固定在机床100的床身侧，使主轴台110A在X轴方向、Z轴方向或者Y轴方向移动。
在此情况下，所述进给单元由使主轴台110A在X轴方向、Z轴方向或者Y轴方向移动的主轴台移动机构构成，通过使主轴台110A相对于固定地被定位的切削工具台130A移动，能够使切削工具130对工件W任意地进行加工进给动作。
在本实施方式中，X轴方向进给机构150、Y轴方向进给机构以及Z轴方向进给机构160构成为被线性伺服电机驱动，但是也能够采用被以往公知的滚珠螺杆与伺服电机驱动等方式。
在本实施方式中，通过所述机内电机等所述主轴电机构成使工件W与切削工具130相对旋转的旋转单元，并通过主轴110的旋转驱动来进行工件W与切削工具130的相对旋转。
在本实施方式中，虽然采用使工件W相对于切削工具130旋转的结构，但是也可以采用使切削工具130相对于工件W旋转的结构。
在此情况下考虑有钻头等旋转工具作为切削工具130。
由控制装置C来控制主轴110的旋转、X轴方向进给机构150、Z轴方向进给机构160、或者Y轴进给机构等的移动。
控制装置C通过控制部C1来驱动控制主轴110的旋转、Z轴方向进给机构160、X轴方向进给机构150或者Y轴方向进给机构。
控制部C1以如下方式进行控制：将各进给机构作为振动单元，一边使各进给机构沿分别对应的移动方向往返振动，一边使主轴台110A或切削工具台130A在各个方向移动。
通过控制部C1的控制，如图3所示，各进给机构使主轴110或切削工具台130A在一次往返振动中以规定的前进量前进(往动)移动之后以规定的后退量后退(返动)移动，从而仅以作为前进量与后退量的差的行进量在各移动方向移动。
所述进给单元通过由控制部C1控制的各进给机构的协同工作，使切削工具130相对于工件W一边沿加工进给方向往返振动，以规定的行进量前进一边在加工进给方向移动进给。
通过所述进给单元使切削工具130一边沿加工进给方向进行往返振动一边在加工进给方向进给，将主轴旋转一周的量即主轴相位从0度到360度变化时的所述行进量的总计作为进给量进行工件W的加工。
通过所述进给单元进行切削工具130的进给，例如将工件W外形切削加工至规定的形状，由此工件W的周面被切削成如图4所示的波状。
如图4所示，若将工件W每旋转一周切削工具130的振动次数设为振动数N，在振动数N为3.5次(振动数N＝3.5)的情况下，在工件W的第n+1周(n为1以上的整数)旋转时被切削工具130所车削的周面形状的相位，相对于第n周旋转时被切削工具130所车削的形状的相位成为相反相位的关系。
由此，第n周旋转时的切削工具130的往动时的切削加工部分与在第n+1周旋转的返动时的切削加工部分存在部分重复。
由于在工件周面的第n+1周旋转的切削部分中包含在第n周旋转时切削完毕的部分，因此，在此部分，切削工具130在切削中对工件W不进行任何切削而产生进行空削的空转动作。
在切削加工时从工件W产生的切屑被所述空转动作依次切断。
机床100能够一边通过切削工具130沿切削进给方向的往返振动切断切屑，一边顺畅地进行工件W的外形切削加工等。
在通过切削工具130的往返振动依次切断切屑的情况下，只要在工件周面的第n+1周旋转的切削部分包含在第n周旋转切削完毕的部分即可。
换言之，工件周面中的在第n+1周旋转的返动时的切削工具130的轨迹只要到达工件周面中的在第n周旋转的切削工具130的轨迹的位置即可。
如图4所示，只要第n+1周旋转和第n周旋转的工件W中的由切削工具130车削而成的形状的相位不一致(不同相位)即可，并不需要必须180度反转。
如图5A所示，与图4同样地，主轴旋转一周切削工具130振动3.5次，切削工具130的往动时的切削加工部分与返动时的切削加工部分部分重复，在工件W周面的第2周旋转的切削部分中包含第1周旋转切削完毕的部分，在切削中产生切削工具130的所述空转动作的状态，因此如图5B所示如果仅增大进给量，则第2周旋转的返动时的切削工具130的轨迹不再到达第1周旋转的切削工具130的轨迹，所以不能够进行前述空转动作，存在切屑不被切断的情况。
另外，在图5A乃至图5C中，为了使说明便于理解，以直线状来表现切削工具130的振动。
若仅使进给量逐渐増加，则前述切削工具130的往动时的切削加工部分与返动时的切削加工部分的重复部分逐渐变小，往动时的切削加工部分与返动时的切削加工部分变得不再重复，因此不能够进行前述空转动作，存在切屑不被切断的情况。
控制部C1具有振幅设定单元，该振幅设定单元以与切削工具130相对于工件W的进给量成比例的方式设定所述往返振动的振幅。
振幅设定单元构成为，将振幅相对于进给量的比率作为振幅进给比率，对进给量乘以振幅进给比率来设定振幅。
振幅进给比率能够通过用户经由数值设定部C2等设定在控制部C1中。
所述振幅设定单元与所述振动单元配合，如图5C所示，通过对切削工具130沿所述加工进给方向的往返振动以及与切削加工中设定的进给量对应的振幅进行设定，从而控制部C1控制所述振动单元以使工件W的第2周旋转的返动时的切削工具130的轨迹到达工件W的第1周旋转的切削工具130的轨迹。
由此，对应进给量来设定振幅，通过控制部C1的控制振动单元使切削工具130以产生前述空转动作的方式振动，能够切断切屑。
切削工具130基于所述进给进行的所述切削加工是通过向控制部C1侧发出移动指令以使切削工具130移动至规定的坐标位置来实施的。
例如，将相对于工件W位于规定的坐标位置作为移动开始位置，将由上述移动指令指定的坐标位置作为到达位置，将基于规定的插值方法的插值路径作为移动路径，使位于所述移动开始位置的切削工具130移动，由此切削工具130沿以所述插值路径连结两个坐标位置间而成的形状进给，将工件W切削加工成以所述插值路径连结两个坐标位置间而成的形状。
通过使切削工具130在所述两个坐标位置间以直线状的插值路径移动，将工件W在所述两个坐标位置间加工成直线状的形状。
通过使切削工具130在所述两个坐标位置间以具有规定的半径的圆弧状的插值路径移动，将工件W在所述两个坐标位置间加工成所述圆弧状的形状。
本实施方式的控制部C1具有路径分割单元和振幅控制单元。
在切削工具130向由所述移动指令指定的坐标位置移动时，路径分割单元通过所述插值路径上的规定的坐标位置将所述插值路径分割成多个分割路径。
例如，如图6所示，使位于P0(Xs，Zs)的坐标位置的切削工具130以直线状的插值路径向P4(Xe，Ze)移动，在P1(X1，Z1)、P2(X2，Z2)、P3(X3，Z3)的各坐标位于所述插值路径上的情况下，路径分割单元将所述插值路径分割为从P0(Xs，Zs)到P1(X1，Z1)的第一移动分割路径、从P1(X1，Z1)到P2(X2，Z2)的第二移动分割路径、从P2(X2，Z2)到P3(X3，Z3)的第三移动分割路径、以及从P3(X3，Z3)到P4(Xe，Ze)的第四移动分割路径。
振幅控制单元针对每个分割路径分别设定所述往返振动的振幅。
控制部C1使切削工具130在第一分割路径中沿成为所述插值路径的直线一边以通过振幅控制单元确定的规定的振幅D1往返振动一边进给，在第二分割路径中沿成为所述插值路径的直线一边以通过振幅控制单元确定的规定的振幅D2往返振动一边进给，在第三分割路径中沿成为所述插值路径的直线一边以通过振幅控制单元确定的规定的振幅D3往返振动一边进给，在第四分割路径中沿成为所述插值路径的直线一边以通过振幅控制单元确定的规定的振幅D4往返振动一边进给。
在各移动分割路径中移动的路径与所述插值路径重叠，因此整体上切削工具130从P0(Xs，Zs)到P4(Xe，Ze)沿直线状的插值路径一边进行往返振动一边移动。
由于各分割路径中的各振幅是分别设定的，所以例如能够随着切削工具130从移动开始位置向到达位置的移动而将各振幅设定成依次变小。例如，能够从振幅D1到振幅D4依次变小，或者从振幅D1到振幅D2依次变大并在成为由振幅设定单元确定了的振幅之后，与振幅D2相比而使振幅D3、振幅D4依次变小，与振幅D3相比而使振幅D4变小。
通过使往返振动的振幅从第一分割路径到第四分割路径中依次减少，能够在第四分割路径中的往返振动时以在从往动切换至返动时切削工具130的位置与所述到达位置一致的方式执行切削加工。
当第四分割路径中的切削加工完成时，停止所述往返振动以使切削工具130维持在到达位置地切削工件W。
由此，能够对工件W的到达位置处的切削加工面进行整理。
振幅控制单元通过针对每个分割路径分别设定振幅进给比率，能够分别设定各分割路径中的各振幅。
振幅控制单元例如通过将对振幅设定单元设定的振幅进给比率乘以针对每个分割路径的规定的常数，能够分别设定各分割路径中的各振幅。
但是，当仅使振幅进给比率依次变小时，前述切削工具130的往动时的切削加工部分与返动时的切削加工部分的重复部分变小，往动时的切削加工部分与返动时的切削加工部分变得不重复，不能够进行前述空转动作，可能发生切屑不被切断的情况，因而振幅控制单元通过确定针对每个分割路径确定进给量并设成不同的进给量，能够分别设定各分割路径中的各振幅。
由此，能够在各分割路径中一边切断切屑，一边依次使所述振幅变小。
另外，也可以存在一部分的分割路径彼此为相同大小的振幅情况。
此外，在使从往动切换至返动时的切削工具130的位置不能够与到达位置一致的情况下，能够在从往动切换至返动时切削工具130的位置不超过到达位置而接近到达位置的状态下停止所述往返振动，不进行往返振动地使切削工具进给至到达位置。
往返振动的停止例如能够通过将振幅进给比率设为0来执行。
此外，还能够通过使振幅进给比率为0来停止往返振动并设定进行切削加工的分割插值路径。
振幅控制单元能够构成为，伴随切削工具130从移动开始位置向到达位置的移动地使各振幅依次变大。例如，能够使振幅D1到振幅D4依次变大，或者从振幅D1到振幅D2或者振幅D3依次变大而成为由振幅设定单元确定的振幅。通过将振幅D1到振幅D4设定成依次变大，能够使移动开始位置(切削开始位置)的振幅D1变小，减少切削开始时切削工具130的负荷。
路径分割单元还能够构成为，根据规定的时间将插值路径分割成多个分割路径。例如，能够在切削工具130从移动开始位置开始移动后，将规定的时间内所经过的区间设为第一分割路径，在第一分割路径后，将规定的时间内所经过的区间设为第二分割路径，在第二分割路径后，将规定的时间内所经过的区间设为第三分割路径，在第三分割路径后，移动至到达位置为止的区间设为第四分割路径。
在各分割路径中，与所述实施方式同样地，通过分别设定振幅进给比率、进给量，能够分别设定各分割路径中的各振幅。例如能够随着从切削工具130的移动开始位置向到达位置的移动，使第一分割路径中的振幅D1到第四分割路径中的振幅D4依次变小、使振幅D1到第二分割路径中的振幅D2依次变大，并在成为由振幅设定单元确定的振幅后，与振幅D2相比而使第三分割路径中的振幅D3、振幅D4依次变小、与振幅D3相比而使振幅D4变小。

Claims (4)

1.一种机床，具有：
切削工具，其对工件进行切削加工；
旋转单元，其使所述切削工具与所述工件相对旋转；
进给单元，其进行使所述切削工具和所述工件向规定的加工进给方向进行进给的动作；
振动单元，其使所述切削工具与所述工件相对往返振动；以及，
振幅控制单元，其对基于所述振动单元的往返振动的振幅进行控制，
通过所述工件与所述切削工具的相对旋转、以及所述切削工具相对于所述工件朝向所述加工进给方向的进给动作，使所述切削工具相对于所述工件沿规定的移动路径移动而进行切削加工，所述进给动作伴随具有所述振幅的所述往返振动，
所述移动路径包括多个分割路径，所述多个分割路径是在所述移动路径上的规定的坐标位置分割而成的，
所述振幅控制单元针对每个分割路径分别设定所述振幅。
2.根据权利要求1所述的机床，其中，
所述移动路径由插值路径构成，所述插值路径是在预先确定的两个坐标位置间基于规定的插值方法而成的。
3.根据权利要求2所述的机床，其中，
两个坐标位置由所述切削工具的移动开始位置和到达位置构成，所述振幅控制单元随着切削工具朝向到达位置的移动而将振幅设定为依次变小。
4.根据权利要求2所述的机床，其中，
两个坐标位置由所述切削工具的移动开始位置和到达位置构成，所述振幅控制单元随着切削工具朝向到达位置的移动而将振幅设定为依次变大。
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