CN1166495C - 高精度加工装置 - Google Patents

Abstract

通过使工件转轴回转轴和工具转轴主轴回转轴相对回转，调整工具向工件进给，由此修正伴随着加工条件变化的工具挠度。该相对回转量与预先输入的数据，基于位移传感器测定结果和加工装置的情报在加工中进行比较演算，在加工结束前实时控制。上述相对回转用压电元件等致动器进行驱动，保持细小到秒单位的角度分辨率。预先输入的数据可以基于加工后的制品监视器逐次更新。

Description

高精度加工装置

技术领域

本发明涉及高精度并且在短时间内将工件加工成各种形状(如角、面、圆筒)的加工装置。特别地，本发明涉及用于涡旋压缩机的涡旋叶片或涡旋涡卷的曲面加工中，备置了修正起因于切削抗力或磨削抗力的工具变形(如弯曲)的方法的加工装置。本发明还涉及，能够在要求高精度的圆筒度和直线性，特别是长孔的内面磨削加工中利用的、具有修正工具产生的变形(如弯曲)的装置的内面加工装置。

背景技术

以前，涡旋压缩机所使用的涡旋叶片利用自动换刀数字控制机床进行制造。近来，按照一边回转工件一边沿着内旋基准圆直线移动工具的方式(同时两轴加工)来加工涡旋叶片。该同时两轴加工的例子，公开于例如特开平6-028812号和特公平2-41847号公报。

可是，对工件磨削加工长孔时，在使长孔的中心轴与磨床的工件回转轴一致的状态下，以该工件回转轴为中心回转工件。此时，使砂轮介入该砂轮的轴和主轴转子之间而高速回转，然后，一边向长孔的半径方向外侧移动砂轮一边磨削工件。同时，使砂轮沿着回转轴移动。

而且，即使在利用自动换刀数字控制机床(加工中心)加工而且同时两轴加工的情况下，在加工涡旋压缩机所用的涡旋叶片的曲面时，在刀尖受到切削抗力或磨削抗力时，使一端(刀尖和相对侧的端部)保持悬臂状态的工具弯曲。而且，由于该弯曲工具的刀尖与预先决定的对应于内旋线的切削或磨削位置不吻合，所以对应于基准轴的涡旋叶片曲面的角度不准。不仅工具而且工件或涡旋叶片也由于切削抗力和磨削抗力而弯曲，成为其加工精度低下的原因。

为了解决这些问题，本申请人在特开平5-57518号中，公开了预先求得刀尖的变形量，通过相对于工件刀尖的移动消除工具的变形来对工具刀尖进行整形。

但是，涡旋叶片的曲面根据地点不同而曲率半径不同。因此，在涡旋叶片的曲面加工中的工具弯曲和工具弯曲根据加工位置而变化。观察工件的变形，加工曲率半径小的中心部分时，变形小。但是加工曲率半径大的外周部分时，工件的变形量变大。另一方面，观察工具的变形，在加工涡旋叶片的内向面(朝向半径方向内侧的面)时与加工外向面(朝向半径方向外侧的面)时，变形的方向相反。

但是，加工涡旋叶片中心部分的内向面时，工具和工件的接触长度长，加工抗力变大，所以工具弯曲大。而且，若加工位置向半径方向外侧移动，则接触长度变短，弯曲减少。另一方面，加工涡旋叶片的外向面时，工具和工件的接触长度更短，加工抗力更小，工具变形更少。由上可见，理想的工具形状相应于涡旋叶片的加工点而变化。

而且，为了尽可能提高加工精度，考虑降低相对于工件的工具移动速度，或者如特开平2-41846号记载的那样，加长工件和工具的接触长度而减缓工件的回转速度。但是与此相应的是不能缩短加工时间，导致作业能力低下。

在特开平8-318418号中，备置凸轮和凸轮从动子，靠伺服马达的驱动力使凸轮动作，由此提出使柔韧的耳轴变形后使主轴盒回转的驱动系统，但是认为该驱动系统其耳轴部分刚性低不适于高速加工。

另一方面，在磨削长孔的内面时，因为砂轮轴非常长，成为越向里长孔内径越小的锥状，存在所谓圆筒、直线的形状精度低下的问题。为了解决该问题，方法是故意使砂轮轴或工件轴倾斜工具弯曲度大小(例如特开昭61-252064号、特开昭62-166955号公开的方法)，但是在来回移动中存在转轴主轴角度调整的应答性和分解能的问题。而且，如特开平1-240267号公开的那样，也有利用磁轴承使转轴回转轴倾斜的方法，但是存在成本非常高的问题。

发明内容

本发明为了解决上述问题，其解决方法见以下内容。

具体的说，本发明的第一方面的特征是，在进行加工工件内面的加工装置中，涉及共计4个轴：即工件内面壁深度方向的Z轴、与该Z轴直交的上述工具进给方向的X轴、与上述Z轴和X轴直交的Y轴、平行于上述Z轴的工件轴C轴，上述工件和工具至少相对于上述X轴和Z轴的2轴方向可以相对移动，可以同时控制该至少相对于2轴的该相对移动，为了修正伴随加工条件变化的加工误差，在细小到秒(角度)单位的分解能下，在上述工件转轴回转轴和上述转轴主轴回转轴之间可以相对回转，即使在加工时工件和工具之间相对移动时，其相对回转轴的中心轴与加工点之间也没有相对移动。

发明内容

本发明的一种加工装置，通过使保持的工件和处于与上述工件相对的位置被保持在转轴主轴上做规定回转的工具之间相对运动，进行工件加工，其特征在于，涉及共4个轴：工件内面壁的深度方向的Z轴、直交于该Z轴的工具进给方向的X轴、直交于上述Z轴和X轴的Y轴、平行于上述Z轴的工件轴C轴，上述工件和工具相对于至少上述X轴和Z轴2个轴可以相对移动，可以同时控制该工件和工具相对于可以上述相对移动的至少2个轴的相对移动，为了修正伴随着加工条件变化的加工误差，上述工件和上述转轴主轴回转轴之间可以相对回转，上述相对回转的中心轴与加工点之间没有相对移动。

加工装置的其他方面，也可以是，用来修正上述加工误差的工件和转轴主轴回转轴的相对回转，也可以是以平行于X轴的A轴与平行于Y轴的B轴两轴为中心的相对回转。

加工装置的其他方面最好是，在以上述A轴和B轴2轴为中心的相对回转中，一个轴的相对回转驱动工件一侧，另一个轴的相对回转驱动转轴主轴一侧。

本发明的其他形式的加工装置是加工涡旋叶片的加工装置，涉及3个轴：涡卷体沟深方向的Z轴、与该Z轴直交的工具进给方向的X轴、与上述Z轴和X轴直交的Y轴，上述工件和工具至少可以相对于上述X轴和Z轴相对移动，可以同时控制上述X轴方向的相对移动和上述工件轴C轴(与Z轴平行的轴)回转至少2轴的动作，为了修正伴随加工条件变化的加工误差，在细小到秒(角度)单位的分解能下，在上述工件转轴回转轴和上述转轴主轴回转轴之间可以相对回转，即使在加工时工件和工具之间相对移动时，其相对回转轴的中心B轴(与Y轴平行的轴)与加工点之间也没有相对移动。

本发明的一种加工装置，通过使保持于工件转轴上做规定回转的工件和处于与上述工件相对的位置保持在至少1个转轴主轴上做规定回转的至少一个工具之间相对移动，加工涡旋叶片，其特征在于，涉及共计3个相互直交的轴：涡卷体沟深方向的Z轴、直交于该Z轴的工具进给方向的X轴、直交于上述Z轴和X轴的Y轴，上述工件和工具可以相对于至少上述X轴和Z轴相对移动，上述X轴方向的相对移动、和上述工件轴即C轴-平行于Z轴的轴的回转相对于至少2个轴的动作可以同时控制，为了修正伴随加工条件变化的加工误差，在上述工件转轴回转轴和上述转轴主轴回转轴之间，可以以B轴-平行于Y轴的轴为中心相对回转，即使在工件和工具间相对移动时，上述相对回转的中心即B轴与加工点之间也没有相对移动。

本发明的其他方面是，通过向工件圆筒轴Z轴方向来回移动、向与该轴直交上述圆筒半径方向X轴方向进给，由此进行工件内面磨削的加工装置中，为了修正伴随加工条件变化的加工误差，在细小到秒(角度)单位的分解能下，在上述工件转轴回转轴和上述转轴主轴回转轴之间可以相对回转，即使在加工时工件和工具之间相对移动时，其相对回转轴的中心B轴与加工点之间也没有相对移动。

加工装置的其他方面较好的是，具有：设置在固定转轴主轴的主轴台和支持该主轴台的台板之间的、使上述主轴台可以以上述B轴为中心回转的支持的回转导向部分、对上述旋转导向部分支持的主轴台施与回转驱动力的致动器、监视上述B轴中心的旋转量的传感器、含有上述旋转量基准值的数据保存部分、以上述数据保存部分含有的数据为基础控制上述旋转量的反馈回路。

加工装置的其它方面较好的是，对上述转轴主轴台施与回转驱动力的致动器是采用压电元件、磁致伸缩元件、马达回转驱动的进给螺旋机构、或者是进行马达回转驱动的凸轮机构。

加工装置的其它方面较好的是，上述旋转量的基准值的数据保存部分含有下面的任一个：在各加工位置的加工误差补正量即B轴中心的旋转量、在各加工开始后经过时间中的B轴中心的旋转量、相对于转轴主轴马达电流的工具变形量和与其对应的B轴中心的旋转量、相对于工具或转轴主轴旋转轴的扭转角的工具变形量和与其对应的B轴中心的旋转量、或者相对于转轴主轴的动力的工具变形量和与其对应的B轴中心的旋转量，通过比较计算这些数据和对应于此在加工中输入的数据，来控制上述工件转轴旋转轴和转轴主轴旋转轴的相对旋转量。

本发明的一种加工装置，对于保持在工件转轴上做规定回转的圆筒状工件的内面，使用处于与上述工件相对的位置被保持在转轴主轴上做规定回转的磨削工具，向上述工件圆筒的轴的Z轴方向来回移动、和向直交于上述Z轴的上述圆筒半径方向的X轴方向进给，由此进行内面加工，其特征在于，为了修正伴随加工条件变化的加工误差，在上述工件转轴回转轴和上述转轴主轴回转轴之间，可以以B轴-平行于Y轴的轴为中心相对回转，即使在工件和工具间相对移动时，上述相对回转的中心即上述B轴与加工点之间也没有相对移动。

加工装置的其它方面较好的是，根据与上述数据保存部分中含有的数据进行比较计算，以规定的频率测定加工的工件，根据该测定结果逐次更新在上述数据保存部分中含有的数据。

加工装置的其他方面较好的是，在修正上述加工抗力引起的工具弯曲时，附加上述工件转轴回转轴和上述转轴主轴回转轴的B轴中心的相对回转，还具有修正该B轴回转中心和转轴主轴偏差引起的X轴方向误差的装置。

加工装置的其他方面较好的是，在上述工件转轴回转轴和上述转轴主轴回转的相对回转中的B轴回转中心轴，在加工点群或从加工点群偏置工具半径大小之内而配置。

加工装置的其他方面较好的是，上述工件转轴回转轴和上述转轴主轴回转轴的B轴中心的相对回转中的回转驱动力传送方向，为B轴中心圆的接线方向。

加工装置的其他方面较好的是，在安装工件转轴的工件台侧，设置驱动和控制上述工件转轴回转轴和上述转轴主轴回转轴之间的B轴中心的相对回转的上述机构，使工件转轴回转轴相对于上述转轴主轴回转轴以B轴为中心回转。

本发明的一种涡旋涡卷体，用于涡旋压缩机中，其特征在于：在所述涡旋涡卷体的侧面内、作为向着涡卷中心的面的内向面和成为所述内向面的里侧面的外向面中的任一面或两面，在从所述涡旋涡卷体中心部至外周部的所述侧面的加工期间，由所述涡旋涡卷体与加工工具的回转轴相对回转而形成。

附图说明

图1是根据现有技术一般的涡旋加工机器的斜视图。

图2是表示涡旋叶片概况的正面图。

图3是表示涡旋形状的位置与曲率半径及接触长度之间的关系图。

图4是比较根据现有技术的加工和基于本发明的加工的说明图。

图5是表示本发明实施例的加工装置的平面图。

图6是在图5中表示的加工装置的侧面图。

图7是在图5中表示的加工装置的背面图。

图8是表示本发明其他实施例的加工装置的平面图。

图9是在图8中表示的加工装置的侧面图。

图10是在图8中表示的加工装置的背面图。

图11是表示本发明其他实施例的加工装置的平面图。

图12是在图11中表示的加工装置的侧面图。

图13是在图11中表示的加工装置的背面图。

图14表示以X座标信号为基准演算B轴回转量的方式的方块图。

图15表示以启动信号为起点演算B轴回转量的方式的方块图。

图16表示根据马达电流演算B轴回转量的方式的方块图。

图17表示根据扭转角演算B轴回转量的方式的方块图。

图18表示根据切削磨削动力演算B轴回转量的方式的方块图。

图19是数据保存部分更新方法的流程图。

图20表示不同B轴回转中心位置的平面图。

图21是表示以驱动力传送方向为接线方向的本发明装置实施例的平面图。

图22表示现有技术的内面磨床的斜视图。

图23表示内面磨床的长孔工件和砂轮关系的说明图。

图24表示本发明其他实施例的加工装置的侧面图。

具体实施方式

实施例1

对于3轴式涡轮加工机器和涡轮叶片的概况，参照图面进行说明。图1表示加工涡轮叶片的一般的涡轮加工机器。工件1通过工件转轴2被保持，使以C轴为中心回转成为可能。工件转轴2设置在工件转轴台3上，可以朝Y轴方向移动涡旋内旋形的基础圆大小的距离。

工具5与工件1相对而配置。保持工具5的转轴主轴6被固定在滑动台7上。在台座上安装使向涡旋沟深方向或Z轴方向的移动成为可能的Z轴工作台8、在其上配置使向X轴方向的移动成为可能的X轴工作台9，在9之上配置滑动台7。但是，在工件1和工具5之间，工件转轴2的Y轴方向的动作的组合，可以向相互直交的X轴、Y轴和Z轴方向分别相对移动。加工时，工具5和转轴主轴6一边回转一边向Z轴方向前进直至涡旋沟深，通过与工件转轴2的C轴回转同期的X轴方向的进给移动，来加工涡旋叶片的侧面。

图2表示涡旋叶片10。涡旋叶片10一般是内旋形状，具有内向面12和外向面14。一边使内旋曲线的基础圆的接线表面向箭头15的方向直线运动一边进行切削或磨削加工的工具5、和与该直线运动同期的工件10向箭头16方向回转，由此进行该内旋形状的成形。

从图2表示的涡旋形状可知，工具5与工件10的回转同期并从其内周移动到外周期间，在各点的曲率半径慢慢变大。将其表示在方块图中，在图3中，涡旋位相角和曲率半径的关系以方块图中的直线表示。在该方块图中，用点线表示的是工件10和工具5的接触长。从这可知的是，接近于涡旋的内周部分，曲率半径越小的位置，接触长和加工抗力越大。如上所述，在以悬臂方式支持工具的图1的加工装置中，加工抗力的变动使加工精度有大的变动。

将其模式地示于图4，表示从Y轴方向可见的工件10和转轴主轴6和工具5。图4(A)是以前的加工方式，其中转轴6与工件10的回转轴C平行，工具5由于加工抗力而弯曲。该弯曲在涡旋的曲率半径小的工件中心部(图的下侧)处大。其结果是涡旋叶片10的内向面和外向面不平行且不成直线，如图所示涡旋叶片的壁厚不均一。与此相反，如图4(B)所示的那样，通过组合加工负荷的变动来控制转轴主轴6和工件10的相对角度，修正工具的变形量，作为结果保持相对于Z轴的涡旋叶片的两面平行，可以得到所希望的内旋形状。

下面，对于本发明加工装置的实施例，用图面进行说明。从图5到图7，不仅表示本发明加工装置的第1个实施例，而且较好地利用于涡旋加工装置中。在图5中，工件1固定于未图示的工件转轴上，可以以C轴为中心回转。工具5被支持在转轴主轴6上。转轴主轴6安装在转轴主轴台17上。加工时，通过转轴主轴6的驱动而回转的工具5，沿Z轴方向前进与工件1接触，然后达到涡旋沟深后，基于与C轴回转同期的X轴方向的工件1和工具5的相对移动，加工涡旋叶片的曲面。

为了防止与工具5的加工抗力相应的现实的加工位置从目的加工位置偏移，使配备转轴主轴6的转轴主轴台17，相对于支持主轴台17的台板18，以B轴为中心回转规定的角度，修正因加工抵抗产生的工具5的弯曲，将工具5送入工件1，由此设计该加工机器。因此，通过在以B轴为中心的圆上形成的轨道状回转导轨部分20，限制半径方向的移动，利用安装在转轴主轴台17上的压电元件或者磁致伸缩元件22驱动该主轴台17。用位移传感器24检出以B轴为中心的主轴台17的回转量，插入A/D变换回路25，送到个人计算机(パソコン)26中。个人计算机26计算检出的回转量和预先输入到该个人计算机26中的输入目标位置之差，输出对应于此差的信号。从个人计算机26输出的信号介入D/A变换回路27，用放大器28放大。而且对应于放大信号的电压外加到压电元件或磁致伸缩元件22上。

在这里，因为位移传感器24和压电元件或磁致伸缩元件以闭环回路被接线，所以用位移传感器24的分解能控制B轴的回转精度。而且，因为用压电元件或磁致伸缩元件22驱动主轴台17，所以可以高速应答，能够确保驱动机构的高刚性。该机构的角度修正，保持细小到秒单位的分解能。再者，设计成加工中工件1和工具5相对移动，或者在它们之间以及加工点和B轴回转中心之间不发生相对移动。因此工具5的移动的同时B轴也移动，如此构成本发明。

具体地说，在本实施例中，配备压电元件或磁致伸缩元件22两个，得到与驱动方向无关的高应答性。在图6中，作为限制回转方向的机构，使用回转导轨部分20和一起配置于回转中心的销21，或者限于用回转导轨部分20限制以B轴为中心的半径方向的移动，未必需要该销21。相反地，若有销21，则限制半径方向移动的回转导轨部分20不必要，单单支持转轴主轴台6使其回转移动也可以。在本说明书中，回转导轨部分20含有任一种形式。根据本实施例，例如以图1所示的加工机器为基础机器，将使上述B轴中心的回转成为可能的机构安装在涡旋叶片上，由此可以得到使高精度形状成形(直角、直线、圆、平面等)的加工机器。

实施例2

从图8到图10表示本发明加工装置的第2个实施例。在图8中，使加工工件1的工具5回转的转轴主轴6安装在转轴主轴台17上。为了以B轴为中心相对于台板18回转转轴主轴台，在利用回转导轨部分20控制主轴台17半径方向的动作的状态下，进给丝杠31和马达32对主轴台17施加回转力。因为回转量微小，所以可以使用直线驱动的进给丝杠31。用位移传感器24检出以B轴为中心的主轴台17的回转量，介入A/D变换回路25，送到个人计算机26。个人计算机(パソコン)26计算检出的回转量和保存在该个人计算机26中的目标位移量之差，输出对应于该差的信号。从个人计算机26输出的信号，介入D/A变换回路27，用放大器28放大。而且相应于放大的信号马达32回转进给丝杠31。

因为位移传感器24的输出和马达32的回转量成为闭环回路，所以用位移传感器24的分解能控制以B轴为中心的回转的精度。而且，若用DC伺服马达32控制进给丝杠31的回转量，则高速应答是可能的，该驱动机构为高刚性。该机构的角度修正，保持分解能细小到秒单位。加工中工件1和工具5相对移动，或者在它们之间以及在加工点和B轴回转中心之间都没有构成相对移动。

由此，组合加工负荷的变动，通过控制转轴主轴3的回转位置，可以修正工具的变形量。其结果是，得到对应于加工点而加工抗力有变化，连涡旋叶片这样复杂的形状都可以高精度加工。如上所述，根据本实施例，例如以图1所示的加工机器作为基础机器，转轴主轴台17安装以B轴为中心的回转的机构，由此可以得到使高精度形状(直角、直线、圆、平面)成形的加工机器。而且，本实施例与实施例1相比，驱动的控制速度慢，而修正控制的回转角度范围变大。

实施例3

从图11到13表示本发明加工装置的第3个实施例。与上述实施例相同的部分使用同一符号，其说明部分省略。在本实施例中，如图11所示的那样，在利用回转导轨部分20控制主轴台17半径方向的动作的状态下，马达32的回转经过凸轮传送到作用件37上，以B轴为中心回转主轴台17。再者，弹簧等反力件38配置在凸轮36的相对侧。因而，通过适度调整反力件38和凸轮36，可以对作用件37施加预压，转轴主轴台17以B轴为中心平滑回转。

与上述实施例同样，利用传感器监视和采用个人计算机演算的前提下，若用DC伺服马达控制凸轮36的回转位置，则可以高速应答。而且通过使用反力件38，得到该驱动机构的高刚性。用本实施例的机构的修正与上述实施例相同，保持细小到秒单位的角度分解能。在加工中工件1和工具5相对移动，或者两者间和加工点和B轴回转中心之间没有相对移动。将上述机构安装到涡旋加工机器上，可以成形高精度的形状(直角、直线、圆、平面等)。本实施例与最初的实施例比较，控制速度慢，修正控制机构小并且实现便宜。

实施例4

对于本发明的实施例4，参照图14进行说明。本实施例，在从实施例1到实施例3表示的配备以B轴为中心回转转轴主轴的机构的加工装置中，以来自加工机器本体的X座标值信号为基准来演算并控制其B轴中心的回转量。

在该加工装置中，在个人计算机内部的比较演算部中，输入来自于机械本体的X坐标信号(方块41)和来自于位移传感器24的信号(方块42)。在这里，所谓X坐标信号表示以工件1的回转中心C轴为原点的、转轴主轴的X轴方向移动量。利用设计于机械本体的传感器检出。来自于位移传感器24的信号表示与转轴主轴台17的位移传感器24的距离。在数据保存部(方块44)中预先保存对应于各X坐标的转轴主轴台17的B轴中心的预定回转量。在比较演算部中，首先根据在数据保存部中预先保存的上述数据和上述输入的X坐标信号(方块43)，在方块45算出涡旋叶片内旋曲线现在位置的B轴中心的回转量。然后，在方块46，基于来自于位移传感器24的信号，使用B轴和位移传感器的设置位置所决定的变换系数，算出现在的转轴主轴台17的位移量。

然后，在方块47，基于算出的B轴回转量和来自位移传感器24的信号求出与转轴主轴台的位移量之差。在方块48，算出对应于该差的驱动输出(驱动量)，在方块49，把对应于该驱动输出的信号输入到驱动压电元件或磁致伸缩元件、或者进给丝杠或凸轮的马达等致动器中。通过该输入信号驱动致动器，转轴主轴以B轴为中心回转。通过转轴主轴的回转，位移传感器24的输出信号变化。使用该变化后的位移传感器24的输出信号(方块42)和X坐标信号(方块43)，修正驱动输出(方块45-48)，以上的处理在加工结束前被实时控制。

实施例5

参照图15说明本发明实施例5。本实施例，在配备了实施例1-3所示的以B轴为中心回转转轴主轴的机构的涡旋加工装置中，以来自于加工机器本体的起始信号为起点演算并控制该B轴中心的回转量。

在该加工装置中，在个人计算机内部的比较演算部输入来自于机械本体的起始信号(方块51)和来自于位移传感器24的信号(方块42)。这里，所谓起始信号表示开始加工涡旋叶片时的信号，基于该信号开始内部计时器的时间测定。在数据保存部(方块53)中，预先保存以时间为变量的转轴主轴台17的B轴中心的规定回转量。在比较演算部，首先根据预先保存在数据保存部的上述数据和内部计时器的时间(方块52)和加工条件参数(方块54)，在方块55算出现在加工位置的B轴中心回转量。然后，在方块56，基于来自位移传感器24的信号，使用B轴和位移传感器的设置位置所决定的变换系数，算出现在转轴主轴台17的位移量。

接着，在方块57，基于算出的B轴回转量和来自于位移传感器24的信号求出与转轴主轴台的位移量之差。在方块58，算出对应于该差的驱动输出(驱动量)，在方块49将对应于该驱动输出的信号输入到压电元件等致动器中。利用该输入信号驱动致动器，转轴主轴以B轴为中心旋转。通过转轴主轴的回转，位移传感器24的输出信号变化。使用该变化后的位移传感器24的输出信号(方块42)和内部时间值(方块52)，修正驱动输出(方块55-58)。以上的处理在加工结束前被实时控制。

实施例6

参照图16说明本发明实施例6。本实施例，在配备了实施例1-3所示的以B轴为中心回转转轴主轴的机构的涡旋加工装置中，根据转轴主轴6的马达电流演算控制以该B轴为中心的转轴主轴的回转量。

在该加工装置中，在个人计算机内部的比较演算部输入来自于机械本体的起始信号(方块61)和来自于位移传感器24的信号(方块42)。这里，所谓驱动电流信号表示流入驱动加工涡旋叶片的转轴主轴的马达的电流大小，用安装于机械本体的电流计检出。在数据保存部(方块63)中，基于对应于马达电流值的加工负荷和从该加工负荷演算的工具变形量，预先保存转轴主轴台17的B轴回转量数据。在比较演算部，首先根据预先保存在数据保存部的上述数据和马达电流(方块62)，在方块65算出现在加工位置的B轴中心回转量。然后，在方块66，基于来自于位移传感器24的信号，使用B轴和位移传感器的设置位置所决定的变换系数，算出现在转轴主轴台17的位移量。

接着，在方块67，求出基于算出的B轴回转量和来自位移传感器24的信号的转轴主轴台的位移量之差。在方块68，算出对应于该差的驱动输出(驱动量)，在方块49把对应于该驱动输出的信号输入到压电元件等致动器中。用该输入信号驱动致动器，转轴主轴以B轴为中心回转。利用转轴主轴的回转，位移传感器24的输出信号改变。使用该变化后的位移传感器24的输出信号(方块42)和马达电流(方块62)，修正驱动输出(方块65-68)，以上的处理在加工结束前受实时控制。

实施例7

参照图17说明本发明实施例7。本实施例，在配备了实施例1-3所示的以B轴为中心回转转轴主轴的机构的涡旋加工装置中，根据工具5或转轴主轴6的扭转角来演算控制以该B轴为中心的转轴主轴的回转量。

在该加工装置中，在个人计算机内部的比较演算部输入来自于机械本体的扭矩传感器的信号(方块71)和来自于位移传感器24的信号(方块42)。这里，来自于扭矩传感器的信号是求出的工具或者转轴主轴回转轴的扭转角的信号，用利用激光的光弹性测定法等的扭矩传感器检测。在数据保存部中(方块73)，基于对应于上述扭转角的加工负荷和从该加工负荷演算的工具变形量，预先保存转轴主轴台17以B轴为中心的回转量的数据。在比较演算部，首先根据数据保存部预先保存的上述数据和扭转角(方块72)，算出在方块75现在加工位置以B轴为中心的回转量。然后，在方块76基于来自于位移传感器24的信号，使用B轴和位移传感器的设置位置所决定的变换系数，算出现在转轴主轴台17的位移量。

接着，在方块77，求出基于算出的B轴回转量和来自于位移传感器24的信号的转轴主轴台的位移量。在方块78，算出对应于该差的驱动输出(驱动量)，在方块49将对应于该驱动输出的信号输入到压电元件等致动器中。利用该输入信号驱动致动器，转轴主轴以B轴为中心回转。通过转轴主轴的回转，位移传感器24的输出信号改变。使用该变化后的位移传感器24的输出信号(方块42)和扭转角(方块72)，修正驱动输出(方块75-78)。以上的处理在加工结束之前受实时控制。

实施例8

参照图18说明本发明实施例8。本实施例，在配备了实施例1-3所示的以B轴为中心回转转轴主轴的机构的涡旋加工装置中，根据加工中的切削磨削动力来演算控制以该B轴为中心的转轴主轴的回转量。

在该加工装置中，在个人计算机内部的比较演算部中，输入来自于机械本体动力计的信号(方块81)和来自位移传感器24(方块42)的信号。这里，所谓来自动力计的信号，表示涡旋叶片加工中切削磨削动力的大小，即加工抗力的大小，利用设置于转轴主轴台下部的压电元件内藏的动力计检出。在数据保存部(方块83)，基于从加工抗力演算的工具变形量，预先保存转轴主轴台17的B轴回转量的数据。在比较演算部，首先根据数据保存部预先保存的上述数据和加工抗力(方块82)，在方块85算出涡旋叶片的内旋曲线现在加工位置的B轴中心回转量。然后，在方块86基于来自位移传感器24的信号，用B轴和位移传感器的设置位置所决定的变换系数，算出现在的转轴主轴台17的位移量。

接着，在方块87，基于算出的B轴回转量和来自位移传感器24的信号，求出与转轴主轴台的位移量之差。在方块88，算出对应于该差的驱动输出(驱动量)，在方块49将对应于该驱动输出的信号输入到压电元件等致动器中。用该输入信号驱动制动器，转轴主轴以B轴为中心回转。通过转轴主轴的回转，位移传感器24的输出信号改变。用该变化后的位移传感器24的输出信号(方块42)和加工抗力(方块82)，修正驱动输出(方块85-88)。以上的处理在加工结束之前受实时控制。

实施例9

参照图19说明本发明实施例9，该实施例，在演算以B轴为中心的转轴主轴的回转量的图14到图18(实施例5-8)的方式中，为了使起因于工具磨耗或工具加工性能偏差等加工精度的不稳定因素的影响变小，用图所示的顺序更新数据保存部。

在图中，在方块91，以B轴为中心的转轴主轴的回转量以控制的状态进行涡旋加工。其后，方块92测定取决于涡旋表面的地点的直线性。方块93比较其测定结果和上次进行的测定结果，在两者间有规定值以上的变化时，在方块94更新登录到比较演算部的数据。若变化在规定值以下，在方块91基于以前的数据保存部继续加工。

例如，刚加工后的测定结果和上次进行的测定结果相比较，两者间具有在规定值以上的变化时，意味着对应于实施例5-8的各基准值(X坐标、时间值、马达电流、扭转角、加工抗力等)的B轴中心的回转量不适当。但是，具有这样规定值以上的变化时，通过将对应于上述变化的规定修正系数放入到各对应的B轴回转量中，进行数据保存部数据的更新。更新后，使用更新的数据，用方块91指示再次加工，在方块92对于该加工结果进行测定。该利用反馈的数据更新，在加工缺乏稳定性时有必要连续进行，加工稳定性良好时可以间歇地进行。

以上用实施例4-9说明的工件转轴回转轴和工具转轴回转轴之间以B轴为中心的相对回转，可以在工序(加工)中进行该控制，但是同样可以在工序后的控制。

实施例10

对于本发明实施例10，参照图20进行说明。在配置了以B轴为中心回转转轴主轴的机构的实施例1-9涡旋加工装置中，由于B轴的偏差使内旋的形状精度低下。为了防止这样，有必要适当配置B轴。

图20是，一边在加工点群A-A线上向X轴方向进给用转轴主轴6驱动的工具5，一边从Y轴方向观察到的加工工件1的状况。在图中，作为销21位于回转中心23的状况，该回转中心23有在(a)的加工点群上(图A-A线上)的情况，在(b)的工具外的情况，在(c)的工具内的情况三种。仅工具5存在使角精度低下的加工抗力造成的弯曲时，即其他元件的刚性较工具5的刚性大时，若(a)的加工点群A-A上配置回转中心23，则内旋曲线的形状精度不低下。但是，转轴主轴6的刚性或工件1的刚性较工具5的刚性不特别大时，理想的回转中心23的位置从加工点群A-A上偏离一些。若考虑得到的加工精度，则认为该偏离量最大是工具直径的一半就足够了。

即使已知理想的回转中心位置，在确定B轴回转中心的销21的设置中也会产生偏差。此时构成问题的特别是X轴方向的偏差。但是该销21在X轴方向的位置有偏差，限于高精度维持在销21和转轴主轴台17之间的直角度，可以向NC加工机器的加工程序预先加入其X轴方向偏差部分的修正而消除掉。但是即使销21在X轴方向有偏差，若其偏差在规定的范围内，则可以得到规定的高精度的内旋形状、高精度的直角度。

上述规定范围，用加工程序修正X轴方向的偏差时，若偏差的范围在工具直径大小的一半之内，则B轴的回转中心在哪里都可以修正，能够达到高精度。

实施例11

对于本发明实施例11，参照图21进行说明。本实施例，在配置使转轴主轴以B轴为中心回转的机构的图5-13的涡旋加工装置中，涉及用B轴的回转来回转转轴主轴的驱动传送。在图中，为了以B轴的回转来回转转轴主轴6，必须对其回转方向施与驱动力。为了高效率传送该驱动力，在径向的轴96上配置安装在转轴主轴台17上的作用板95，在径向轴96的垂直方向和回转圆弧98的接线方向配置压电元件等直动致动器97。通过这样的配置，由于驱动力在以B轴为中心的圆的接线方向上起作用，转轴主轴高效率回转。其他回转构造或反馈方法与其他实施例相同。但是，在可以采用回转范围小、用直动致动器97来枢轴式驱动作用板95的形式的情况下，通过使用回转致动器，使用这样的直动致动器便宜并紧凑。

实施例12

本发明加工轴角度修正机构适于内面磨床，对于实施例12进行说明。图22是一般的内面磨床的斜视图。该磨床配有使圆筒状的工件101回转的工件转轴102、可以向直交于工件中心轴的方向(X轴方向)移动的X轴工作台103、使工具105回转的转轴主轴106、向工件101的轴方向(Z方向)来回移动的Z轴工作台107。加工时，使工件101和工具105回转，一边用X轴工作台103使工件101的内面向半径方向(X轴方向)外侧切入，一边用Z轴工作台使工具105在工件101的轴方向(Z轴方向)来回移动。

用该加工装置，加工图23所示的圆筒工件101时，可以发现，以前因为工具105的弯曲，工具105向Z轴方向(从图的右向左)移动，  加工的内侧圆筒面直径变小成锥状，圆筒度低下。为了应付这种情况，以图22所示的磨床作为基础机器，把图5-13所示的机构安装在Z轴工作台107上，基于图14-19的方法，通过在工序(加工)中或工序(加工)后对以B轴为中心的转轴主轴的回转量进行修正控制，高精度得到目的形状。

B轴位置偏差使长孔的圆筒的加工精度低下。为了防止这种情况，有必要适当配置B轴。与实施例10相同转轴主轴台的回转中心位置即该B轴，与实施例10说明的相同，最好是在加工点群上，或其附近配置。但是，如实施例10说明的那样，即使回转中心位置有偏差，若是用X轴和Z轴两轴控制能够加工的基础机器，则可以使X轴方向的偏差用加工程序进行修正。由此可以高精度加工圆、平面、圆筒。

在配备转轴主轴以B轴为中心回转的机构的磨削加工装置中，驱动该B轴回转的驱动力的传送方向，为实施例11所示的B轴回转的接线方向，由此配置，可以高效率传送该驱动力。

实施例13

参照图24说明本发明实施例13。在此之前的实施例中，以B轴为中心的工件和转轴主轴之间的相对回转，是相对于固定的工件转轴回转轴使转轴主轴回转轴回转。在本实施例中，相对于固定的转轴主轴回转轴来使工件转轴回转轴侧回转。

如上所述，相对回转的B轴中心，位于加工点群上或偏离加工点群最大值为工具半径大小的位置。加工中B轴和加工点之间不能相对移动。在加工涡旋叶片的此前的实施例中，因为转轴主轴的移动进行X轴方向的进给，所以在转轴主轴台上设置B轴回转的回转机构来避免上述相对移动。

在本实施例中，在工件台侧设置X轴方向的进给机构，由此以B轴的旋转来回转工件，不发生上述B轴和加工点之间的相对移动。图24表示其结构，工件台3安装在工件台座121上。工件台3被支持在工件台座121上可以沿X轴方向(垂直于图面的方向)移动。通过该X轴方向的移动，得到加工时必要的X轴方向的进给。工件台座121与在其下支持工件台座121的台板123之间，与上述实施例说明的相同，设置支持工件台座121的回转导向部20，使工件台座121可以以B轴为中心回转，使该工件台座121可以回转必要的量。在这样构成的情况下，即使工件1和工具5对应于加工的进展沿X轴方向相对移动，B轴和加工点之间的相对移动也可消除。驱动机构和控制机构，可以与回转转轴主轴的上述实施例完全相同。

构成本实施例的优点，特别是在配备多个转轴主轴的加工装置等中，由于也可以回转比转轴主轴台轻的工件台，所以可以使回转机构小型化。加工涡旋时，可以用同一基座(ベツド)的工件台3，进行以C轴(工件回转轴)为中心的回转和向X轴方向进给的2轴控制，精度管理容易。

为了在内面磨削加工装置上适用该结构，必须消除加工点和B轴之间的相对移动。对此，如利用图22所示的磨削加工装置，则通过使Z轴方向的进给机构从转轴主轴台107向工件台103移动，可以消除这样的相对移动。

实施例14

说明本发明实施例14。对于涡旋加工，此前说明了一边回转工件1一边使工具5向X轴方向移动来加工涡旋沟(槽)的情况。此时，因为工具5和工件1的弯曲方向为同一方向(X轴方向)，所以可以以B轴(平行于Y轴的轴)为中心进行该方向的修正。作为其他的涡旋加工方法，有不回转工件1，而是一边使工件1和工具5向X轴和Y轴方向相对移动一边形成涡旋沟的方法。此时，因为工具5和工件1的弯曲在除X轴外还在Y轴方向产生，所以为了修正该弯曲，在工件1和工具5之间附加以B轴(平行于Y轴的轴)为中心的相对回转，以A轴(平行于X轴的轴)为中心的相对回转成为必要。

为此，与以上述B轴为中心的回转机构、驱动机构、控制机构相同的结构，可以用对A轴中心的回转进行追加来解决。此时，有必要支撑可动部分的全体结构的重量。但是，回转轴和加工点不相对移动，用回转导向部来限制回转，通过用压电元件22及其他致动器49驱动转轴主轴台或工件台，可以照原样使用上述方法。附加以B轴为中心的回转机构，附加A轴中心的回转机构的情况构造变复杂，但是例如上述实施例那样，除了转轴主轴台还在工件台上设置可动机构，用工件台和转轴主轴台两方分别分担A轴中心、B轴中心的回转任一方，则可以缓和构造的复杂化。

在上述实施例中以涡旋加工作为对象，但是以A轴、B轴两个轴为中心使工件台和转轴主轴台相对回转的方法也可以按原样适用于其他加工中。上述实施例适用于长孔的切削、磨削是其中的一个例子，此外工具和/或工件的弯曲方向未定于同一方向时，可以通过使用该两轴相对回转的修正使精度提高。即，若配置以2轴为中心的相对回转机构，则可以对工具和/或工件向全部方向的弯曲进行修正。该控制装置可以逐个设置在各相对回转轴上，或者与此结合的2轴同时控制方式效率更高。

对于本发明高精度加工装置，此前参照附图说明各种实施例，但是本发明不限于这些实施例。例如，实施例说明记载的工具不仅限于切削、磨削工具，在产生反作用力的加工法中使用的其他工具一般也可以得到同样的效果。加工轴的角度修正不限于修正由加工抗力等反作用力产生的变形，也能够适用于对于有再现性的热变形、其他要因的修正。

根据本发明的加工装置，在工具上加工抗力从一个方向发生作用，工具的弯曲方向和工件的弯曲方向定为一个方向。因此，转轴主轴的修正方向为一个轴的方向，工具的弯曲量和工具的弯曲量容易修正。在本发明的加工装置中，该修正通过转轴回转轴和工具转轴主轴回转轴之间的相对回转进行。而且通过使用配置这样的机构的加工装置，例如对于涡旋叶片可以高精度加工直角、平行面、圆筒。

在工具和工件的弯曲方向产生2个方向的情况下，转轴主轴的修正也按照2个方向进行，由此得到同样的效果。而且可以修正工具和工件向所有方向的弯曲。此外，通过工件台的驱动进行2方向中的一方修正、通过转轴主轴驱动进行另一方的修正，可以消除装置的复杂化。

因为基于起因于涡旋形状的加工负荷的变动，在工序(加工)中或工序(加工)后控制B轴回转，所以可以任意控制工具轴方向的工件形状。而且，对于长孔的加工，可以任意控制工具轴方向的工件形状。

用加工程序修正伴随着B轴中心回转的X轴方向的偏差，通过如此构成，在涡旋叶片加工中，可以防止内旋形状的精度低下。而且能够高精度加工长孔。

驱动B轴中心的回转时的驱动力传送方向，为B轴回转的切线方向，通过如此配置，可以高效率地传送到驱动该驱动力的转轴主轴台或者工件台，使平滑的动作成为可能，高速加工以更高精度经济地进行。

以B轴为中心的工件台和转轴主轴台的相对回转，不仅能够通过驱动转轴主轴台侧的回转，还能够通过驱动工件转轴侧的回转来进行，使回转机构的小型化、涡旋叶片的加工精度提高，而且增加装置布局的自由度。

Claims (21)

1.一种加工装置，通过使保持的工件和处于与上述工件相对的位置被保持在转轴主轴上做规定回转的工具之间相对运动，进行工件加工，其特征在于，

涉及共4个轴：工件内面壁的深度方向的Z轴、直交于该Z轴的工具进给方向的X轴、直交于上述Z轴和X轴的Y轴、平行于上述Z轴的工件轴C轴，

上述工件和工具相对于至少上述X轴和Z轴2个轴可以相对移动，

可以同时控制该工件和工具相对于可以上述相对移动的至少2个轴的相对移动，

为了修正伴随着加工条件变化的加工误差，上述工件和上述转轴主轴回转轴之间可以相对回转，

上述相对回转的中心轴与加工点之间没有相对移动。

2.根据权利要求1的加工装置，其特征在于，用来修正上述加工误差的上述工件和上述转轴主轴回转轴的相对回转，是以平行于X轴的A轴和平行于Y轴的B轴2个轴为中心的相对回转。

3.根据权利要求2的加工装置，其特征在于，以上述A轴和B轴2个轴为中心的相对回转中，一个轴的相对回转驱动工件侧，另一轴的相对回转驱动转轴主轴侧。

4.根据权利要求1的加工装置，其特征在于：所述工件与所述转轴主轴回转轴之间的相对回转具有细到角度单位为秒的分辨率。

5.一种加工装置，通过使保持于工件转轴上做规定回转的工件和处于与上述工件相对的位置保持在至少1个转轴主轴上做规定回转的至少一个工具之间相对移动，加工涡旋叶片，其特征在于，

涉及共计3个相互直交的轴：涡卷体沟深方向的Z轴、直交于该Z轴的工具进给方向的X轴、直交于上述Z轴和X轴的Y轴，

上述工件和工具可以相对于至少上述X轴和Z轴相对移动，

上述X轴方向的相对移动、和上述工件轴即C轴-平行于Z轴的轴的回转相对于至少2个轴的动作可以同时控制，

为了修正伴随加工条件变化的加工误差，在上述工件转轴回转轴和上述转轴主轴回转轴之间，可以以B轴-平行于Y轴的轴为中心相对回转，即使在工件和工具间相对移动时，上述相对回转的中心即B轴与加工点之间也没有相对移动。

6.根据权利要求5的加工装置，其特征在于，包括：

固定转轴主轴的主轴台和支持该主轴台的台板之间设置的、支持上述主轴台使其以上述B轴为中心回转的回转导向部、

对上述回转导向部支持的主轴台施与B轴中心的回转驱动力的致动器、

监视上述B轴中心的回转量的传感器，

含有上述回转量基准值的数据保存部，

基于上述数据保存部含有的数据控制上述回转量的反馈回路。

7.根据权利要求6的加工装置，其特征在于，对上述转轴主轴台施予回转驱动力的致动器是压电元件或磁致伸缩元件。

8.根据权利要求6的加工装置，其特征在于，对上述转轴主轴台施予回转驱动力的致动器是由马达回转驱动的进给螺旋机构。

9.根据权利要求6的加工装置，其特征在于，对上述转轴主轴台施予回转驱动力的致动器是进行马达回转驱动的凸轮机构。

10.根据权利要求6的加工装置，其特征在于，在含有上述回转量基准值的数据保存部中，含有各加工装置的加工误差修正量即B轴中心的回转量，基于来自加工机器本体的X坐标信号与上述数据进行比较演算，由此控制上述工件转轴回转轴和转轴主轴回转轴之间的相对回转量。

11.根据权利要求6的加工装置，其特征在于，在含有上述回转量基准值的保存部中，含有各加工开始后经过时间的加工误差修正量即B轴中心的回转量，以来自加工机器本体的加工起始信号为起点，与上述数据进行比较演算，由此控制上述工具转轴回转轴和转轴主轴回转轴的相对回转量。

12.根据权利要求6的加工装置，其特征在于，在含有上述回转量基准值的数据保存部中，含有相对于转轴主轴的马达电流的工具变形量和与此对应的加工误差修正量即B轴中心的回转量，将在加工中的转轴主轴马达电流的监视结果与上述数据进行比较演算，由此控制上述工件转轴回转轴和转轴主轴回转轴的相对回转量。

13.根据权利要求6的加工装置，其特征在于，在含有上述基准值的数据保存部中，含有相对于工具或转轴主轴回转轴的扭转角和与此相对应的加工误差修正量即B轴中心的回转量，将在加工中的工具或转轴主轴回转轴的扭转角的监视结果与上述数据进行比较演算，由此控制上述工件转轴回转轴和转轴主轴回转轴的相对回转量。

14.根据权利要求6的加工装置，其特征在于，在含有上述回转量基准值的数据保存部中，含有相对于转轴主轴的动力的工具变形量和与此相对应的加工误差修正量即B轴中心的回转量，将在加工中的转轴主轴动力监视结果与上述数据进行比较演算，由此控制上述工件转轴回转轴和转轴主轴回转轴的相对回转量。

15.根据权利要求10的加工装置，其特征在于，基于与在上述数据保存部中含有的数据的比较演算，以规定的频率测定加工的工件，基于其测定结果逐次更新上述数据保存部中含有的数据。

16.根据权利要求6的加工装置，其特征在于，在修正上述加工抗力引起的工具挠度时，附加上述工件转轴回转轴和上述转轴主轴回转轴的B轴中心的相对回转，还具有修正由该B轴回转中心和转轴主轴的偏差引起的X轴方向误差的方法。

17.根据权利要求5的加工装置，其特征在于，上述工件转轴回转轴和上述转轴主轴回转轴的相对回转中的B轴回转中心轴，配置在加工点群上或偏离加工点群工具半径大小之内。

18.根据权利要求6的加工装置，其特征在于，上述工件转轴回转轴和上述转轴主轴回转轴的B轴中心的相对回转中的回转驱动力其传送方向是B轴中心圆的切线方向。

19.根据权利要求5的加工装置，其特征在于，驱动控制上述工件转轴回转轴和上述转轴主轴回转轴之间的B轴中心的相对回转的上述机构设置于安装工件转轴的工件台侧，使工件转轴回转轴相对于上述转轴主轴回转轴以B轴为中心回转。

20.根据权利要求5的加工装置，其特征在于：所述工件回转轴与所述转轴主轴回转轴之间的相对回转具有细到角度单位为秒的分辨率。

21.一种加工装置，对于保持在工件转轴上做规定回转的圆筒状工件的内面，使用处于与上述工件相对的位置被保持在转轴主轴上做规定回转的磨削工具，向上述工件圆筒的轴的Z轴方向来回移动、和向直交于上述Z轴的上述圆筒半径方向的X轴方向进给，由此进行内面加工，其特征在于，

为了修正伴随加工条件变化的加工误差，在上述工件转轴回转轴和上述转轴主轴回转轴之间，可以以B轴-平行于Y轴的轴为中心相对回转，

即使在工件和工具间相对移动时，上述相对回转的中心即上述B轴与加工点之间也没有相对移动。

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