CN116135448A

CN116135448A - 机床以及加工方法

Info

Publication number: CN116135448A
Application number: CN202211432347.4A
Authority: CN
Inventors: 藤濑宪则
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2021-11-16
Filing date: 2022-11-15
Publication date: 2023-05-19
Also published as: US20230152774A1; DE102022212225A1; JP2023073872A

Abstract

本发明提供机床以及加工方法，能够在不使加工精度变差或不对切削工具造成损伤的情况下抑制颤振。在使工具及工件旋转来进行加工的复合加工机中，在加工工件的刀具(6)的刀杆(5B)设置包含隔着贯通孔(52)相互平行的一对板簧部(51、51)的平行板簧构造(50)，通过使与工具轴线正交的截面方向上的刚性具有各向异性来变更固有振动频率，从而能够抑制颤振。

Description

机床以及加工方法

技术领域

本发明涉及能够在抑制颤振的同时将工件加工成齿轮等期望的形状的机床和使用了该机床的加工方法。

背景技术

在切削加工中，已知颤振是在机床、工具、工件的动态特性和切削过程满足某个条件时产生的，因此通过使主轴旋转速度变动或变更，能够抑制颤振。

例如，作为抑制齿轮加工中的颤振的加工方法，在专利文献1中提出了通过使工件与刀具的同步旋转速度变动来抑制颤振的发明。并且，在专利文献2中提出了如下的发明：当产生颤振时，以比产生颤振时大的切入量一边使切齿工具的旋转速度加速或减速一边进行切削加工而在产生颤振的状态下进行加工，当切齿工具的频率的变动量超过规定量时，以该旋转速度再次进行切削加工，从而最终得到合格品。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2018-62056号公报

专利文献2：日本特开2020-78831号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在专利文献1的发明的情况下，由于使工件与刀具的同步旋转速度变动，因此同步旋转的误差变大，加工面起伏，加工精度有可能变差。

在专利文献2的发明的情况下，为了抑制颤振，需要特意产生颤振来搜索最佳旋转速度，有可能对切削工具产生损伤。

因此，本发明的目的在于提供一种不会使加工精度变差或不会对工具造成损伤而能够抑制颤振的机床以及加工方法。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，本发明的第一方面是一种机床，该机床能够使工具和/或工件旋转来加工所述工件，其特征在于，在所述工具或支承所述工具的支承部设置有固有振动频率变更单元，该固有振动频率变更单元能够在加工前或加工中变更固有振动频率。

本发明的第一方面的另一方式的特征在于，在上述结构中，所述固有振动频率变更单元通过在所述工具中使与工具轴线正交的截面方向上的刚性具有各向异性，从而在加工前变更所述固有振动频率。

本发明的第一方面的另一方式的特征在于，在上述结构中，通过在所述工具内形成相互平行的多个板簧部来赋予所述刚性的各向异性。

本发明的第一方面的另一方式的特征在于，在上述结构中，所述固有振动频率变更单元在加工中变更对轴承的预压而使所述旋转轴的刚性变化，由此变更所述固有振动频率，所述轴承在所述支承部内支承安装有所述工具的旋转轴。

本发明的第一方面的另一方式的特征在于，在上述结构中，所述固有振动频率变更单元通过在加工中变更对设置于所述工具内的压力室的压力而使所述工具的刚性变化，从而变更所述固有振动频率。

为了达成上述目的，本发明的第二方面是使用能够使工具和/或工件旋转而加工所述工件的机床来加工所述工件的方法，其特征在于，在加工前或加工中，变更所述工具或支承所述工具的支承部的固有振动频率来进行加工。

发明效果

根据本发明，通过变更工具和/或支承工具的支承部的固有振动频率，能够抑制颤振。另外，由于不会使工件与工具的同步旋转速度变动，因此同步旋转的误差变小，加工精度不会变差。并且，由于抑制颤振，因此不会对工具产生损伤。

附图说明

图1是示出复合加工机的齿轮加工的结构的说明图。

图2是刀具的说明图，(A)示出使用了市售的刀杆的例子，(B)示出使用了本发明的刀杆的例子。

图3是示出刀具的传递函数的曲线图。

图4的(A)、(B)是表示工件与刀具的相位关系的说明图。

图5的(A)、(B)是示出颤振抑制的加工理论的说明图。

图6是决定刀具的刃数或刀具刚性的各向异性的模式数的流程图。

图7是示出固有振动频率变更单元的其他例子的说明图。

图8是示出固有振动频率变更单元的其他例子的说明图。

图9是立铣刀的说明图，(A)示出使用了市售的刀杆的立铣刀，(B)示出使用了本发明的刀杆的立铣刀。

图10的(A)、(B)是示出抑制立铣刀的铣削加工的颤振的加工理论的说明图。

附图标记说明

1..复合加工机、2··主轴、3··卡盘、4··刀架、4a··转轴、5··刀杆、6··刀具、7··液压室、8··液压单元、9··工具转速控制部、10··滚动轴承、50··平行板簧构造、51··板簧部、52··贯通孔、53··凹部、70··立铣刀、601··工具刀尖、W··工件。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是示出由作为本发明的机床的一例的复合加工机进行的齿轮加工的结构的说明图。复合加工机1在进行旋转驱动的主轴2上具有用于保持工件W的卡盘3。刀具6经由刀杆5以能够旋转驱动的方式固定于刀架4。刀杆5及刀具6成为本发明的工具。

图2示出使刀具6具有刚性的各向异性的构造。如图2的(A)所示，市售的刀杆5(以下表述为“5A”)的A-A线截面形状在I方向和II方向上相同，因此刚性相同。另一方面，在图2的(B)所示的刀杆5(以下，表述为“5B”)中，在柄部的一部分设置有平行板簧构造50。该平行板簧构造50设置有隔着沿II方向贯通的贯通孔52而相互平行的一对板簧部51、51。在各板簧部51的I方向的外侧分别形成有凹部53。通过这样设置平行板簧构造50，刀杆5B的B-B线截面形状在I方向以及II方向上不同，刚性不同。

图3是表示刀具6的传递函数的图。在图3中，纵轴表示柔量，横轴表示频率。固定于图2的(A)的刀杆5A的刀具6的传递函数11(以虚线表示)在I方向及II方向上刚性相同，因此固有振动频率为1个。另一方面，固定于图2的(B)的刀杆5B的刀具6的传递函数12(以实线表示)在I方向及II方向上刚性不同，因此固有振动频率具有I方向的及II方向的这2个。

图4是表示工件W与刀具6的相位关系的图。在利用赋予了图2的(B)的平行板簧构造50的刀具6进行了齿轮加工的情况下，如图4的(A)所示，在工件W旋转1圈前的加工点(黑圆)，在刀具6的I方向上进行加工。但是，在工件W从图4的(A)旋转1圈后的图4的(B)的情况下，在加工点(黑圆)在刀具6的II方向上进行加工。

图5是表示复合加工机1中的颤振抑制的加工理论的图。图5是从横向观察刀具6加工齿轮的样子的图，是刀具刀尖61从齿底面22朝向齿顶面21进行加工的状况。另外，双点划线所示的旋转1圈前的加工面23与实线所示的当前的加工面24的距离为切除厚度25。若利用图2的(A)那样的市售的刀杆5A的刀具6进行加工，则如图5的(A)那样，刀具6的固有振动频率不变化，因此旋转1圈前的加工面23与当前的加工面24为相同频率的凹凸，因此切除厚度25周期性地变化，产生颤振。另一方面，若利用图2的(B)那样的赋予了平行板簧构造50的刀杆5B的刀具6进行加工，则如图5的(B)那样刀具6的固有振动频率变化，因此1圈前的加工面23与当前的加工面24是不同频率的凹凸，因此切除厚度25变得不规则，颤振被抑制。

在采用了上述平行板簧构造50的情况下，为了提高颤振的抑制效果，优选以工件W的齿数与刀具6的刃数之比不成为各向异性的模式数的方式决定刀具6的刃数或各向异性的模式数。图6是决定刀具6的刃数或刀具刚性的各向异性的模式数的流程图。

首先，在步骤(以下记为“S”)1中，取得工件W的齿数。在S2中，决定刀具6的刃数或各向异性的模式数。在S3中，对工件W的齿数与刀具6的刃数之比和各向异性的模式数进行比较。如果两者相等(也包括大致相等的情况)，则步骤返回到S2，再次设定刀具6的刃数或各向异性的模式数，如果两者不相等，则步骤结束。

这样，根据上述方式的复合加工机1以及加工方法，在使由刀杆5B和刀具6构成的工具以及工件W旋转而能够对工件W进行加工的机床中，在刀具6的刀杆5B设置有能够在加工前变更固有振动频率的平行板簧构造50(固有振动频率变更单元)，由此能够在不使加工精度变差或不对工具造成损伤的情况下抑制颤振。

特别是，固有振动频率变更单元通过在刀杆5B中使与工具轴线正交的截面方向上的刚性具有各向异性而在加工前变更固有振动频率，因此能够利用刀杆5B容易地进行固有振动频率的变更。

另外，刚性的各向异性是在刀杆5B内形成相互平行的板簧部51、51。

因此，通过板簧部51、51的形成，能够简单地赋予各向异性。

以下，对本发明的变更例进行说明。

图7示出如下构造：在复合加工机1中，在成为安装刀杆5的支承部的刀架4上设置固有振动频率变更单元。在此，在刀架4的旋转轴4a部分设置液压室7，通过利用液压单元8对液压室7进行加压或减压来变更滚动轴承10的预压，从而能够在加工中使旋转轴4a的刚性变化来变更固有振动频率。固有振动频率的变更是通过基于来自工具旋转速度控制部9的旋转速度指令计算加压以及减压的周期并控制液压单元8来进行的。

图8示出在刀杆5设置有固有振动频率变更单元的构造。在此，在刀杆5的柄部设置液压室7，通过液压单元8对液压室7进行加压或减压，由此在加工中在刀具6中变更刚性的各向异性的模式数，由此能够变更固有振动频率。固有振动频率的变更是通过基于来自工具旋转速度控制部9的旋转速度指令计算加压以及减压的周期并控制液压单元8来进行的。

另外，本发明不限于如上述方式那样使工具以及工件一起旋转的加工。

图9示出在作为工具的立铣刀上设置有固有振动频率变更单元的结构。如图9的(A)所示，市售的立铣刀70(以下，为了区别而标记为“70A”)的A-A截面形状在I方向及II方向上相同，因此刚性相同。另一方面，如图9的(B)所示，通过对立铣刀70(以下，为了区别而标记为“70B”)的柄部的一部分赋予与刀杆5B同样的平行板簧构造50，从而B-B截面形状在I方向以及II方向上不同，因此刚性不同。

图10是示出铣削加工的颤振抑制的加工理论的图。图10是从上方观察立铣刀对工件W的侧面进行加工的情形的图，是工具刀尖601从精加工面202朝向原材料面201上切(也下切)的状况。另外，双点划线所示的1刃前的加工面203与实线所示的当前的加工面204的距离为切除厚度205。

若利用立铣刀70A进行加工，则立铣刀70A的固有振动频率不变化，因此如图10的(A)所示，1刃前的加工面203与当前的加工面204为相同频率的凹凸，因此切除厚度205周期性地变化，产生颤振。另一方面，若利用被赋予了平行板簧构造50的立铣刀70B进行加工，则对刚性赋予各向异性而使立铣刀70B的固有振动频率变化。因此，如图10的(B)所示，1刃前的加工面203与当前的加工面204成为不同频率的凹凸，因此切除厚度205变得不规则，颤振被抑制。

另外，在上述方式的刀杆5B以及立铣刀70B中，平行板簧构造不限于上述构造。例如，板簧部也可以不是一对而是3个以上，也可以没有外侧的凹部。

另外，在上述方式中，举出了使工具以及工件旋转来进行加工的例子和使工具旋转来进行工件的加工的例子，但即使将工件固定于旋转轴，不使工具旋转地进行加工，也能够应用本发明。因此，工件不限于齿轮。

固有振动频率变更单元也能够采用多个。例如，也可以考虑如下组合：在工具设置平行板簧构造、液压室而能够赋予刚性的各向异性，并且在刀架设置变更轴承的预压的液压室。

Claims

1.一种机床，该机床能够使工具和/或工件旋转来加工所述工件，其特征在于，

在所述工具或支承所述工具的支承部设置有固有振动频率变更单元，该固有振动频率变更单元能够在加工前或加工中变更固有振动频率。

2.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，

所述固有振动频率变更单元通过在所述工具中使与工具轴线正交的截面方向上的刚性具有各向异性，从而在加工前变更所述固有振动频率。

3.根据权利要求2所述的机床，其特征在于，

通过在所述工具内形成相互平行的多个板簧部来赋予所述刚性的各向异性。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的机床，其特征在于，

所述固有振动频率变更单元通过在加工中变更对轴承的预压而使所述旋转轴的刚性变化，来变更所述固有振动频率，其中，所述轴承在所述支承部内支承安装有所述工具的旋转轴。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的机床，其特征在于，

所述固有振动频率变更单元通过在加工中变更对设置于所述工具内的压力室的压力而使所述工具的刚性变化，从而变更所述固有振动频率。

6.一种加工方法，使用能够使工具和/或工件旋转而加工所述工件的机床来加工所述工件，其特征在于，

在加工前或加工中，变更所述工具或支承所述工具的支承部的固有振动频率来进行加工。