CN1491765A - 复合加工机床和复合加工机床中的加工方法 - Google Patents

复合加工机床和复合加工机床中的加工方法 Download PDF

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Abstract

提供由通用的复合加工机床可以在工件上加工多种形状的螺旋槽的复合加工机床和复合加工机床中的加工方法。一种复合加工机床，备有：刀具台本体、旋转刀具台72和控制机构，上述刀具台本体被设置成相对于上述主轴在与上述主轴的轴线平行的第1直线方向和与上述第1直线方向垂直的第2直线方向上能相对地移动，上述旋转刀具台72，被设置成相对于上述刀具台本体能以与第1和第2直线方向垂直的方向的旋转轴73为中心进行回转，上述控制机构控制主轴的回转运动、旋转刀具台绕回转轴的旋转运动和刀具台本体的相对移动，上述控制机构通过并行且同期地进行上述旋转刀具台的以回转轴为中心的旋转运动和由刀具台本体的第1直线方向和第2直线方向的相对移动产生的圆弧运动，可以使上述旋转刀具台进行以与上述回转轴不同的任意的位置为中心的旋转运动。

Description

复合加工机床和复合加工 机床中的加工方法
技术区域
本发明涉及由安装在能进行旋转运动和两个方向以上的直线运动的旋转刀具台上的工具加工保持在可回转的主轴顶端的工件安装机构上的工件的复合加工机床和该复合加工机床中的加工方法，详细地讲，涉及可以在工件上加工多种形状的螺旋槽的复合加工机床和该复合加工机床中的加工方法。
背景技术
作为在工件上加工复杂形状螺旋槽的方法，后述的专利文献1、专利文献2等记述的技术已被公知。在专利文献1中，记载了使工件回转同时使工具转角度来加工螺旋压缩机的螺旋槽的方法。但是，实施该方法的机床为专用机床，任意地设定槽宽、槽半径(工具转角半径)、槽截面形状等是困难的，另外，由于必须导入进行这样加工的专用机床，所以导致加工成本增大。
在专利文献2中，记载了使工件回转同时使工作台转角度，再使工具向X轴和Y轴方向移动来加工滚子凸轮机构(roller gearcam)的凸轮槽的方法。但是，其中对如何具体地进行工作台的转角度、工具的X轴和Y轴方向的移动来进行所希望的形状的槽加工没有记载，实际进行槽加工需要怎样的NC加工程序也不明确。因此，必须由计算机等计算用于加工所希望的形状的工具的运动轨迹等，必须根据该计算结果做成实际的NC加工程序。
[专利文献1]日本特表平6-506640号公报
[专利文献2]日本专利第3170790号公报
如上所述，为了在工件上加工复杂形状的螺旋槽，以前需要专用机床，导致加工成本增大，难以任意设定槽宽、槽半径、槽截面形状等。另外，通过工作台的转角度和工具的XY轴移动的组合来进行槽的加工，存在工具的运动路径的计算变得复杂的问题。
因此，本发明涉及使用通用的复合加工机床可以在工件上加工多种形状的螺旋槽的复合加工机床和该复合加工机床中的加工方法的发明。
发明内容
为了达到上述目的，本发明的复合加工机床，备有：主轴、刀具台本体、旋转刀具台和控制机构，上述主轴被设置成能相对于机床的基体回转，前端备有用于安装工件的工件安装机构，上述刀具台本体被设置成相对于上述主轴在与上述主轴的轴线平行的第1直线方向和与上述第1直线方向垂直的第2直线方向上能相对地移动，上述旋转刀具台，被设置在上述刀具台本体上，同时能安装工具，被设置成相对于上述刀具台本体能以在垂直于上述第1直线方向和上述第2直线方向的两个方向的方向上具有轴线的回转轴为中心进行回转，上述控制机构控制上述主轴绕上述主轴的轴线的回转运动、上述旋转刀具台绕上述回转轴的轴线的旋转运动和上述第1直线方向和上述第2直线方向的上述主轴和上述刀具台本体的相对移动，上述控制机构通过并行且同期地进行上述旋转刀具台的以回转轴为中心的旋转运动和由上述刀具台本体的上述第1直线方向和上述第2直线方向的相对移动产生的圆弧运动，可以使上述旋转刀具台进行以与上述回转轴不同的任意的位置为中心的旋转运动。
另外，在上述的复合加工机床中，上述刀具台本体，最好设置成相对于上述基体在上述第1直线方向和上述第2直线方向上能够移动。
另外，在上述的复合加工机床中，上述控制机构，最好通过进行与上述旋转运动和上述圆弧运动并行且同期的上述工件绕上述主轴的轴线的回转运动，能够在上述工件上进行螺旋槽的加工。
另外，在上述的复合加工机床中，上述旋转刀具台，最好能够安装作为进行上述螺旋槽的加工的工具的板状车刀。
另外，在上述的复合加工机床中，上述旋转刀具台，最好能够安装对工件进行车削加工的车削工具，上述控制机构，最好是能够连续地进行工件的上述螺旋槽的加工和上述车削加工的机构。
另外，在上述的复合加工机床中，上述旋转刀具台，最好至少备有能装卸地安装进行上述螺旋槽的加工的第1安装部和能装卸地安装进行上述车削加工的车削工具的第2安装部。
另外，在上述的复合加工机床中，上述旋转刀具台，最好至少能安装进行上述螺旋槽的粗加工的铣削工具和进行上述螺旋槽的精加工的板状车刀。
另外，在上述的复合加工机床中，上述旋转刀具台，最好备有可回转的工具主轴，在上述工具主轴的前端部上设置工具安装部，上述工具安装部，最好能安装上述铣削工具和上述板状车刀。
另外，在上述的复合加工机床中，上述工具安装部，最好备有在上述板状车刀被安装时限制上述板状车刀绕上述工具主轴回转的回转限制机构。
另外，在上述的复合加工机床中，上述工件安装机构，在上述主轴的轴线上的前方侧，在只离开上述主轴规定距离的位置上能安装上述工件，由于并行且同期地进行以上述旋转刀具台的上述旋转轴为中心的旋转运动和由上述刀具台本体的上述第1直线方向和上述第2直线方向的相对运动产生的圆弧运动，所以在上述旋转刀具台进行以与上述旋转轴不同的任意的位置为中心的旋转运动时，使设置在上述基体上的使在加工区域内产生的飞散物不飞散到加工区域的外部的挡溅板或者上述基体自身不与上述旋转刀具台发生干涉。
另外，本发明的复合加工机床中的加工方法，该复合加工机床备有：主轴、刀具台本体和旋转刀具台，上述主轴被设置成能相对于工作机械的基体回转，前端备有用于安装工件的工件安装机构，上述刀具台本体被设置成相对于上述主轴在与上述主轴的轴线平行的第1直线方向和与上述第1直线方向垂直的第2直线方向上能相对地移动，上述旋转刀具台，被设置在上述刀具台本体上，同时能安装工具，被设置成相对于上述刀具台本体能以在垂直于上述第1直线方向和上述第2直线方向的两个方向的方向上具有轴线的旋转轴为中心进行旋转，该复合加工机床中的加工方法具有：把在安装于上述旋转刀具台上的上述工具上进行的旋转运动的中心位置设定在与上述旋转轴不同的任意的位置上的程序，在上述工具上进行上述旋转运动所必须的，求出由上述刀具台本体的上述第1直线方向和上述第2直线方向的相对移动产生的圆弧运动的程序，使上述旋转刀具台进行以上述旋转轴为中心的旋转运动，同时使上述刀具台本体与上述旋转刀具台的上述旋转运动并行且同期地进行上述圆弧运动，使上述工具进行以上述中心位置为中心的上述旋转运动并对上述工件进行加工的程序。
另外，在上述的复合加工机床中的加工方法中，最好具有：求解上述圆弧运动的程序，设定从使上述工具进行的旋转运动的中心位置到上述工具的顶端位置的第1尺寸的程序，求解从上述旋转运动的中心位置到上述旋转轴的中心位置的第2尺寸的程序，从使上述工具进行的旋转运动的开始角度位置和终了角度位置及上述第2尺寸求解上述圆弧运动的半径、开始位置和终了位置的程序。
另外，在上述的复合加工机床中的加工方法中，对上述工件进行加工的程序，最好是伴随与上述旋转运动和上述圆弧运动并行且同期地进行的上述工件绕上述主轴的轴线的回转运动，对上述工件进行螺旋槽的加工的程序。
另外，在上述的复合加工机床中的加工方法中，对上述工件进行加工的程序，也可以是相对于上述工件的回转运动进行相位关系不同的上述旋转运动和上述圆弧运动，进行上述工具的刃部的宽度以上的槽宽的槽加工的程序。
附图说明
图1是表示本发明的复合加工机床的全体构成的图。
图2是表示在工具主轴的工具安装部上安装非回转工具的状态的放大剖面图。
图3是表示在工具主轴的工具安装部上安装回转工具的状态的放大剖面图。
图4是表示用复合加工机床加工的螺旋槽的形状的例图。
图5是表示螺旋槽的加工方法的图。
图6是表示用复合加工机床加工螺旋槽的加工状态的图。
图7是表示工件的螺旋槽以外的部位的加工状态图。
图8是表示螺旋槽的精加工的顺序的图。
图9是表示螺旋槽的精加工的顺序的图。
图10是表示螺旋槽的精加工的顺序的图。
图11是表示螺旋槽的精加工的顺序的流程图。
图12是表示板状车刀的形状的图。
图13是表示另一例旋转刀具台的构成的图。
图14是表示加工与板状车刀的刃部的宽度不同的槽宽的螺旋槽的顺序的图。
图15是表示把工件安装在工件安装机构上的状态的放大的剖面图。
图16是表示另一例的工件安装机构的构成的图。
具体实施方式
参照附图说明本发明的实施例。图1是表示本发明的复合加工机床1的全体构成的图。在作为复合加工机床1的基体的床身2上，固定配置主轴台3。在主轴台3上，可回转地设置用于回转驱动工件的主轴31。主轴31被配置成，其中心轴线成为水平方向，其中心轴线方向被作为直角坐标系的Z轴方向。
而且，在主轴31的顶端上，固定用于安装工件的工件安装机构37。主轴31，在把工件安装在工件安装机构37上的状态下，由内装型主轴马达(未图示)回转驱动。另外，进行主轴31的回转运动的控制的NC装置(未图示)，具备用于车削加工的对主轴31进行回转运动的控制的功能和使主轴31在C轴方向(Z轴的圆周方向)的正反方向上回转和定位的功能。
在形成于床身2上的向着前方的垂直面上，在Z轴方向固定配置2根尾架导轨21、21。在该尾架导轨21、21上，向Z轴方向可移动地支承尾架34。在尾架导轨21、21之间，由轴承部23a、23b可回转地支承进给丝杠22，在轴承部23b上安装尾架移动马达23。尾架移动马达23的输出轴和进给丝杠22用连结构件(未图示)连结。
另外，在尾架34上固定滚珠螺母(未图示)，进给丝杠22和滚珠螺母构成滚珠丝杠机构。尾架34由尾架移动马达23和滚珠丝杠机构在Z轴方向上移动和定位。在尾架34上与主轴31相对地可回转地设置用于从主轴31的相反侧支承工件的尾架轴35。
在床身2的水平的上面上，在Z轴方向固定配置2根Z轴导轨24。在该Z轴导轨24上，在Z轴方向上可移动地设置床鞍(saddle)5。在床鞍5的下面，配置由未图示的滚珠螺母和Z轴进给丝杠构成的滚珠丝杠机构。通过由Z轴进给马达(未图示)回转驱动该Z轴进给丝杠，可以向Z轴方向移动床鞍5。
而且，在床鞍5的上面，分别水平地固定配置2根Y轴导轨51。Y轴导轨51的方向是Y轴方向，是与Z轴垂直的方向。在此，Y轴导轨51是水平地配置的，但Y轴导轨不是必须是水平的，也可以倾斜地配置。在各Y轴导轨51上，可移动地设置滚珠导轨本体52。Y轴导轨51和滚珠导轨本体52构成直动滚动导轨。
在滚珠导轨本体52上搭载立柱6，立柱6在床鞍5上可以向Y轴方向移动。在立柱6的下面，配置由未图示的滚珠螺母和Y轴进给丝杠构成的滚珠丝杠机构。通过由Y轴进给马达(未图示)回转驱动该Y轴进给丝杠，可以向Y轴方向移动立柱6。
在立柱6的前面侧配置刀具台7，刀具台7由刀具台本体71和旋转刀具台72构成。在立柱6的前面侧的垂直面上，在垂直方向上固定配置2根X轴导轨61。X轴导轨61的方向是X轴方向，是与Y轴和Z轴垂直的方向。由于2根X轴导轨61配置在垂直平面内，所以可以高效率地进行切削时的切粉的排出。在各X轴导轨61上，可移动地设置滚珠导轨本体(未图示)，在该滚珠导轨本体上，搭载刀具台本体71。刀具台本体71在立柱6前面能向X轴方向即垂直方向移动，另外，在刀具台本体71上，可旋转地配置旋转刀具台72。
在刀具台本体71的后面侧，固定配置滚珠螺母(未图示)。在该滚珠螺母上，螺旋结合X轴进给丝杠62，滚珠螺母和X轴进给丝杠62构成滚珠丝杠机构。X轴进给丝杠62由轴承部62a、62b可回转地支承，轴承部62a、62b设置在立柱6上。在X轴进给丝杠62和X轴进给马达(未图示)的输出轴上，设置带齿滑轮·带齿皮带机构，由X轴进给马达回转驱动X轴进给丝杠62。
通过驱动X轴进给马达并使X轴进给丝杠62回转，可以向X轴方向移动刀具台本体71和旋转刀具台72。在以上的X、Y、Z轴方向的移动机构中，作为X轴进给马达、Y轴进给马达、Z轴进给马达和尾架移动马达，例如，可以使用伺服马达那样的控制马达，而且这些马达可以由NC装置控制。另外，作为各轴的导向部，可以使用直动滚动导轨或滑动导轨等任意的导向机构。
旋转刀具台72被设置成相对于刀具台本体71能以设置在与Y轴平行方向上的旋转轴73为中心旋转。该旋转刀具台72的旋转运动由NC装置进行控制，做B轴移动。B轴的驱动机构，经滚子凸轮机构、蜗杆·蜗轮机构等传动机构把B轴进给马达(未图示)的驱动力传递给旋转刀具台72，是以旋转轴73为中心做旋转动作的机构。作为B轴进给马达，例如，可以使用伺服马达那样的控制马达。该B轴移动，在绕旋转轴73 180度的范围内可以在任意的角度位置上移动和定位。即，可以把安装在旋转刀具台72上的工具旋转移动和定位在任意的方向上。
另外，在旋转刀具台72上可回转地设置具有中心轴线T的工具主轴40(参照图2)。在工具主轴40的顶端部上设置工具安装部43，在该工具安装部43上由自动工具交换装置8的交换臂8a自动地装卸板状车刀77等各种工具。即，可以自动更换工具。更换使用的工具收容在工具盒8b内。工具主轴40由内藏在旋转刀具台72内的内装马达(未图示)回转驱动。
在旋转刀具台72的侧面上，经工具安装构件安装车削用的车刀75、76。车刀75、76不能由自动工具交换装置8进行自动更换，但是却可以增大支承刚性，减少挠度和振动等，能进行高精度的车削加工。这些车刀75、76，最好设计成能进行高精度的车削加工，即使不是也可。
在床身2上安装挡溅板90、90a。挡溅板90、90a被设置成覆盖加工区域91，使在加工区域91中产生的切屑和切削油剂的飞散物不飞散到加工区域91之外。
图2和图3是表示工具主轴40和工具安装部43的构成的放大剖面图。图2是表示把板状车刀77等非回转工具安装在工具安装部43上的状态的图。在工具安装部43的安装口43a内，插入板状车刀77的工具柄的柄部45，柄部45的后端部由拉杆43b拉入安装口43a内。然后，由拉杆43b的牵引力，使柄部45紧密固定在安装口43a上。
另外，在板状车刀77的工具柄的凸缘部上设置卡合凹部48，在工具主轴40的顶端面上设置卡合键43c。另外，在接近卡合键43c的旋转刀具台72侧设置非回转工具用的止转键43d。在把板状车刀77的工具柄安装在工具安装部43上之前，定位工具主轴40的绕轴旋转的角度位置，使卡合键43c和止转键43d同相位。当把板状车刀77安装在工具安装部43上时，在卡合凹部48内嵌入作为回转限制手段的止转键43d，阻止板状车刀77绕轴的转动。这时，在卡合凹部48内也嵌入卡合键43c。
图3表示在工具安装部43内安装立铣刀78等回转工具的状态。在工具安装部43的安装口43a内，插入立铣刀78的工具柄的柄部45，柄部45的后端部由拉杆43b拉入安装口43a内。然后，拉杆43b的牵引力使柄部45紧密固定在安装口43a上。
立铣刀78的凸缘部的柄部侧的部分78a，形成不与止转键43d卡合的形状，另外，在该部分78a上设置卡合凹部46。当在工具安装部43上安装立铣刀78的工具柄时，在卡合凹部46内嵌入卡合键43c，固定立铣刀78的工具柄和工具主轴40的绕轴的相对位置。即，立铣刀78的工具柄与工具主轴40一体回转。因此，立铣刀78不与止转键43d卡合，可以由工具主轴40回转驱动。
再有，在图2和图3中，卡合键43c、止转键43d、卡合凹部46、卡合凹部48只表示在一个地方，但也可以把它们设置在圆周上180度相对的2个地方上，也可以设置在3个以上的地方上。另外，回转限制手段，也可以是通过在旋转刀具台72侧设置相对于工具主轴40能装卸的定位构件，把定位构件卡合在工具主轴40的被卡合部上，阻止工具主轴40和板状车刀77的绕轴的转动的机构和通过在旋转刀具台72和工具主轴40之间设置能装卸的一对联轴节，使联轴节卡合，从而阻止工具主轴40和板状车刀77的绕轴的转动的机构等。
再有，在此，使拉杆43b的滚珠卡合在工具柄的内周槽内并把柄部45紧密固定在安装口43a上，但是，也可以是在工具柄上固定牵引螺栓，通过用弹簧夹式牵引机构或滚珠式牵引机构牵引该牵引螺栓使之紧密固定的机构等。
接下来，参照图15说明工件安装机构37的构成。图15是表示把工件10安装在工件安装机构37上的状态的放大剖面图。在主轴31和工件安装机构37内，可进退地设置拉杆37b。另外，在主轴31的后部，设置卡盘气缸37c(参照图1)。拉杆37b由卡盘气缸驱动并移动，再有，拉杆37b也可以是在平时由弹簧构件向主轴31后方侧推压成为固紧状态、只在松开状态时被卡盘气缸推压的构件。
在工件安装机构37的前端设置具有圆锥孔部的工件安装部37d。工件10用螺栓固定在安装构件37a上。在安装构件37a上形成圆锥轴部。在工件安装部37d的圆锥孔部内插入安装构件37a的圆锥轴部，安装构件37a由拉杆37b引入工件安装部37d内。然后，由拉杆37b的牵引力把安装构件37a紧密固定在工件安装部37d上。
图16是表示工件安装机构的另一个例子。在该例中，在主轴31的顶端侧设置卡盘32。工件10固定在安装构件33(安装工具)的顶端侧上，由卡盘32的把持爪把持该安装构件33的后方侧。在此，卡盘32和安装构件33构成工件安装机构。
这样，工件安装机构，也可以是在主轴31的轴线上的前方侧，能把工件10安装在离开主轴31规定距离的位置上的机构。通过这样构成的工件安装机构，即使旋转刀具台72在图示那样旋转的场合，挡溅板90a和床身2与旋转刀具台72都不相互干涉。
图4是表示由本发明的复合加工机床1加工的螺旋槽的形状的一例的图。在大致圆柱形的工件10的外周面上形成多条具有规定的槽宽和断面形状的螺旋槽11。这些螺旋槽11的深度，在工件10的轴向上进行变化。这样的螺旋槽的加工，在泵的转子和滚轮凸轮轴等的制造上是必要的。例如，在泵中使用的螺旋槽的形状，是根据泵的规格即泵的各构件的尺寸、配置等所要求的形状，有各种各样的变化。
图5是表示工件10的螺旋槽11的加工方法的图。工件10具有沿中心轴线10c的中央孔12等，整体形状呈大致圆筒状。使该工件10绕中心轴线10c以规定的一定速度回转，与其并行且同期地用板状车刀77等工具进行螺旋槽的加工，板状车刀77的运动，是以工具的旋转中心M为中心的一定速度的旋转运动。板状车刀77如图所示，以工具的旋转中心M为中心，工具的中心轴线从用符号T1表示的角度位置旋转到用符号T2表示的角度位置。
工具的旋转运动由工具的旋转中心M和从旋转中心M到工具刀尖的距离即工具刀尖的旋转半径决定。工具的旋转中心M的位置，由工件10的中心轴线10c和旋转中心M之间的距离a表示。用图5中所示的方法加工的螺旋槽的形状，由工件10的绕中心轴线10c的回转运动(C轴回转运动)、工具的旋转运动和工具形状决定。因此，如果可以把工具的旋转中心M的位置设定在任意的位置上，就可以进行各种形状的螺旋槽的加工。
图6是表示由复合加工机床1加工螺旋槽的加工状态的图。参照图6说明如何实现以旋转中心M为中心的工具的旋转运动。旋转刀具台72，由于能以旋转轴73为中心相对于刀具台本体71旋转，所以可以使工具的中心轴线T的方向向着任意的方向，另外，刀具台本体71，由于能相对于工件10在X，Z轴方向移动，所以可以控制移动刀具台本体71，使旋转中心M平时停止在一定的位置上。
刀具台本体71为了进行以旋转中心M为中心的旋转运动，如图所示，刀具台本体71和旋转轴73必须进行以旋转中心M为中心的圆弧运动。换言之，通过并行且同期地进行旋转刀具台72绕旋转轴73的旋转运动(B轴旋转运动)和刀具台本体71在X、Z轴中的圆弧运动，在旋转刀具台72和工具上可以进行以旋转中心M为中心的旋转运动。
如果令旋转轴73的中心通过的圆弧轨迹的始点P和终点Q的X、Z轴座标为P(xp，zp)、Q(xq，zq)，始点P的坐标值可以由始点P中的B轴旋转角度进行计算，终点Q的坐标值可以由终点Q中的B轴旋转角度进行计算。具体的计算方法后述。通过并行且同期地进行以工具的旋转中心M为中心的旋转运动和工件10的C轴回转运动，可以在工件10上进行规定形状的螺旋槽加工。
在实际进行加工时，把工件10固定在工件安装机构37上，工件安装机构37固定在主轴31的前部。另外，为了防止切屑和切削油剂等从加工区域91向主轴台3侧飞散，设置了挡溅板90a(隔离罩)。之所以使用向主轴31的轴线方向前方延伸的工件安装机构37，是为了避免旋转刀具台72和挡溅板90a等干涉。另外，工件10的工件安装机构37的相反侧的端部由固定在尾架34的尾架轴35上的支承部36支承。支承部36卡合在工件10的中央孔12并形成能支承工件10的形状。
作为工具t，首先安装回转工具即立铣刀，同期进行工件10的C轴回转运动和工具t的以旋转中心M为中心的旋转运动来进行螺旋槽的粗加工。接下来，把工具t自动更换成板状车刀，同期进行工件10的C轴回转运动和工具t的以旋转中心M为中心的旋转运动来进行螺旋槽的精加工。对于由板状车刀进行的精加工后面详细说明。
图7是表示工件10的螺旋槽以外的部位的加工状态的图。螺旋槽以外的部位的加工，最好在由立铣刀、板状车刀进行螺旋槽的加工之前进行。用自动工具交换装置8进行工具更换并把内径加工用车刀79的工具柄等安装在旋转刀具台72的工具安装部43内。然后，把旋转刀具台72移动到用图7的符号72b表示的位置等上，由安装在旋转刀具台72的工具安装部43上的内径加工用车刀79进行工件10的中央孔12端部的车削粗加工。另外，也可以在工具安装部43上安装外径加工用车刀的工具柄，同时使旋转刀具台72处于旋转90度的状态，进行工件10的外周部的车削粗加工。
接下来，把旋转刀具台72移动到用符号72a表示的位置上，由固定在旋转刀具台72的一方的侧面上的车刀76进行工件10的中央孔12端面等的车削精加工。这时，尾架34退避到退避位置，再把旋转刀具台72移动到图7的实线表示的位置上，由固定在旋转刀具台72的另一方的侧面上的车刀75进行工件10的外周部等的车削精加工。
工件10的端部的车削精加工、中央孔12的车削精加工等也可以在螺旋槽的粗加工之后或者螺旋槽的精加工之后进行。另外，车削加工也可以是只在外周面、端面、内周面的加工的一部分上进行的加工。
如上所述，根据本发明的复合加工机床1，可以进行各种各样形状的螺旋槽的加工。另外，不仅能对工件10进行螺旋槽的加工，在螺旋槽的加工的前后，也可以连续地进行工件10的其他部位的加工。由此，可以大幅度地提高工件的加工效率。这是在用专用机床进行的螺旋槽精加工中不能实现的优点。
从图8到图10，是表示用板状车刀77进行螺旋槽的精加工的详细的顺序的图。在工件10上已经由立铣刀实施了螺旋槽的粗加工，对该粗加工状态的螺旋槽，分阶段地增加作为工具的板状车刀77的切入量来进行精加工。图8是表示工具的顶端部没有切入工件10的状态的图。从工件10的中心轴到工具的旋转中心M的距离a，被作为用于指定螺旋槽的形状的参数来设定。
从旋转刀具台72的旋转轴73的中心到工具安装部43的安装基准面的距离用符号i表示，距离i是旋转刀具台72即复合加工机床1上的固有值，在加工中不进行变化。距离i的值记忆在控制复合加工机床1的NC装置中的存储器的规定区域内。从工具安装部43的安装基准面到工具的刀尖尖端的距离用符号h表示。距离h是工具的固有值。在进行工具更换时，现在的工具的距离h的值设定在NC装置中的储存器的规定区域内。
距离g0是工具刀尖尖端最接近工件10的中心轴线10c时的工具的刀尖尖端与工件10的中心轴线10c的距离。距离g0被选择为比工件10的半径大规定的量。距离r0是工具的刀尖尖端与旋转中心M的距离，是工具的刀尖尖端描绘的圆弧的半径。距离a是工件10的中心轴线10c和工具的旋转中心M之间的距离，是零件加工图上指示的尺寸。
距离a、距离g0、距离r0存在a＝r0+g0的关系。由此，距离g0和距离r0，可以从一方求出另一方。距离e0是旋转轴73的中心和旋转中心M的距离，是旋转轴73的中心描绘的圆弧的半径。从图8中，用下式可以求出e0。
e0＝i+h-r0
在此，由于a＝r0+g0，上式也可以写成下式，即也可以从距离g0求出距离e0。
e0＝i+h+g0-a
工具的旋转中心M的(X坐标，Z坐标)是(a，zm)。再有，在车床和加工中心的NC加工程序中，通常，工件10的中心轴线10c是X坐标轴的0位置，把刀具台7离开主轴31的方向分别作为+X方向，+Z方向(参照图1)，所以下面依此进行说明。
旋转刀具台72的旋转轴73被控制成进行从用位置P0表示的始点到用位置Q0表示的终点的圆弧运动。在始点P0上工具的中心轴和垂直线(与中心轴线10c垂直的直线)所成的角度为θ1，在终点Q0上，工具的中心轴和垂直线所成的角度为θ2。始点P0的(X坐标，Z坐标)为(xp0，zp0)，终点Q0的(X坐标，Z坐标)为(xq0，zq0)。始点P0和终点Q0的各坐标值能由下式求出
xp0＝a+e0·cos(θ1)
zp0＝zm-e0·sin(θ1)
xq0＝a+e0·cos(θ2)
zq0＝zm+e0·sin(θ2)
因此，可以进行控制，使旋转轴73的中心通过用上式求出的始点P0和终点Q0并描绘出半径为距离e0的圆弧(在该场合是顺时针回转的圆弧)。再有，在车床和加工中心的NC加工程序中，通常用直径表示X坐标，在此，为了简化说明，X坐标的值也用距离本身的值表示。要用直径表示，必须把这里的X坐标值2倍起来。
控制X轴和Z轴，使刀具台本体71的旋转轴73的中心在通过始点P0和终点Q0的半径e0的圆弧轨迹上运动，同时与其同期进行从与角度θ1对应的旋转角度到与角度θ2对应的旋转角度的旋转刀具台72的绕旋转轴73的B轴旋转运动。再有，通过与这些运动并行且同期地进行使工件10绕中心轴线10c回转的C轴回转运动，进行工具的刀尖沿工件10的螺旋槽的运动。
接着，在图9中，为了使工具切入螺旋槽内，与图8中的距离g0相比，减少最接近状态下的工具的刀尖尖端和工件10的中心轴线10c的距离g1。即，距离g1被选择成比工件10的半径小。这时，工具的刀尖尖端描绘的圆弧的半径r1比图8中的半径r0大，旋转轴73的中心描绘的圆弧的半径e1比图8中的半径e0小。从图9可以看出，距离e1能用下式求出。
e1＝i+h-r1
旋转刀具台72的旋转轴73被控制进行从用位置P1表示的始点到用位置Q1表示终点的圆弧运动。旋转刀具台72的绕旋转轴73的B轴旋转运动，是与图8时相同的开始角度和终了角度。始点P1的(X坐标，Z坐标)为(xp1，zp1)，终点Q1的(X坐标，Z坐标)为(xq1，zq1)。始点P1和终点Q1的各坐标值可由下式求得。
xp1＝a+e1·cos(θ1)
zp1＝zm-e1·sin(θ1)
xq1＝a+e1·cos(θ2)
zq1＝zm+e1·sin(θ2)
这样，根据工具的刀尖尖端描绘的圆弧的半径r1(或者距离g1)就能求出刀具台本体71的旋转轴73的中心应该描绘的圆弧轨迹。控制X轴和Z轴，使刀具台本体71的旋转轴73的中心在通过始点P1和终点Q1的半径e1的圆弧轨迹上运动，与此同时，从与角度θ1对应的旋转角度到与角度θ2对应的旋转角度进行与上述运动同期的旋转刀具台72的绕旋转轴73的B轴旋转运动。再有，通过与这些运动并行且同期地进行使工件10绕中心轴线10c回转的C轴回转运动，进行工具的刀尖沿工件10的螺旋槽的运动，进行螺旋槽的精加工。
接着，在图10中，为了使工具进一步切入螺旋槽内，与图9中的距离g1相比再减少最接近状态下的工具的刀尖尖端和工件10的中心轴线10c的距离g2。这时，工具的刀尖尖端描绘的圆弧的半径r2比图9中的半径r1大，旋转轴73的中心描绘的圆弧的半径e2比图9中的半径e1小。从图10中可以看出，距离e2可由下式求得。
e2＝i+h-r2
旋转刀具台72的旋转轴73被控制进行从用位置P2表示的始点到用位置Q2表示的终点的圆弧运动。旋转刀具台72的绕旋转轴73的B轴旋转运动，是与图8和图9时相同的开始角度和终了角度。始点P2的(X坐标，Z坐标)为(xp2，zP2)，终点Q2的(X坐标，Z坐标)为(xq2，zq2)。始点P2和终点Q2的各坐标值可由下式求得。
xp2＝a+e2·cos(θ1)
zp2＝zm-e2·sin(θ1)
xq2＝a+e2·cos(θ2)
zq2＝zm+e2·sin(θ2)
这样，根据工具的刀尖尖端描绘的圆弧的半径r2(或者距离g2)，就能求出刀具台本体71的旋转轴73的中心应该描绘的圆弧轨迹。控制X轴和Z轴，使刀具台本体71的旋转轴73的中心在通过始点P2和终点Q2的半径e2的圆弧轨迹上运动，同时，与其同期地在从与角度θ1对应的旋转角度到与角度θ2对应的旋转角度上进行旋转刀具台72的绕旋转轴73的B轴旋转运动，再有，通过与这些运动并行且同期地进行使工件10绕中心轴线10c回转的C轴回转运动，进行工具的刀尖沿工件10的螺旋槽的运动，进行螺旋槽的精加工。
以上，如图8至图10所示的那样，通过分阶段地增加工具向螺旋槽内的切入量，反复进行多次的加工，就完成了螺旋槽的精加工。各切入量中的刀具台本体71的旋转轴73的中心描绘的圆弧轨迹，如以上说明的那样，可以根据工具的刀尖尖端描绘的圆弧的半径，或者，在最接近的状态下的工具的刀尖尖端和工件10的中心轴线10c的距离求得。
图11是表示螺旋槽的精加工的顺序的流程图。在该流程图中，把工具的刀尖尖端描绘的圆弧的半径表示为刀尖旋转半径r，把刀具台本体71的旋转轴73的中心应该描绘的圆弧轨迹的半径表示为旋转轴旋转半径e，把圆弧轨迹的始点P和终点Q的坐标分别表示为P(xp，zp)和Q(xq，zq)。另外，用于特定旋转中心M的位置的数据被预先设定。
首先，在程序101中，进行刀具台本体71的X，Z轴的控制，使之移动到待避位置，接着，在程序102中，由刀尖旋转半径r计算旋转轴旋转半径e。或者，也可以像图8的说明中叙述的那样，由最接近状态的工具的刀尖尖端与工件的中心轴线的距离g计算旋转轴旋转半径e。接着，在程序103中，由旋转轴旋转半径e和角度θ1，θ2计算刀具台本体71的旋转轴73的中心应该描绘的圆弧轨迹的始点P(xp，zp)和终点Q(xq，zq)的X，Z轴坐标。
然后，在程序104中，进行旋转刀具台72绕旋转轴73的B轴旋转移动，到达与角度θ1对应的旋转角度。另外，进行刀具台本体71的Z轴的控制，移动到始点位置zp。再进行刀具台本体71的X轴的控制，移动到始点位置xp。
接着，在程序105中，使以下的X，Z轴的控制、B轴的控制和C轴的控制同期动作。X，Z轴控制，是使刀具台本体71的旋转轴73的中心在从始点P到终点Q的半径e的圆弧上移动的圆弧插补动作。B轴控制是旋转刀具台72的绕旋转轴73的从角度θ1对应的旋转角度转到角度θ2对应的旋转角度的旋转动作。C轴控制，是使工件10绕中心轴线10c从规定的开始角度回转到规定的终了角度的C轴回转动作。C轴回转的开始角度和终了角度，根据螺旋槽的形状设定。该程序105的X，Z轴控制、B轴控制和C轴控制是同期动作，这些轴的控制被并行且同期地进行。即，被控制成这些轴的全部动作同时开始同时终了。
然后，在程序106中，进行刀具台本体71的X，Z轴的控制，使之移动到待避位置。接着，在程序107中，判断刀尖旋转半径r是否达到最终半径。所谓最终半径，是顺序增加刀尖旋转半径r并进行螺旋槽的精加工时的最终的刀尖旋转半径。刀尖旋转半径r如果达到了最终半径就全部终了精加工的程序，如果刀尖旋转半径r没有达到最终半径，则进入程序108。在程序108中，使刀尖旋转半径r只增加规定量Δr。然后返回程序102，反复进行程序102以下的程序。即，顺序分阶段地增加刀尖旋转半径r，直到刀尖旋转半径r达到最终半径，即分阶段地增加切入量来进行精加工。
图12是表示板状车刀77的形状的图。图12(a)是板状车刀77的正视图，图12(b)是板状车刀77的侧视图。在板状车刀77的顶端部上固定作为切刃的板状的刀头77t。刀头77t的正面侧是切削面，刀头77t相对于工具的中心轴线T从正面侧看左右对称，并被安装成切削面通过中心轴线T。
刀头77t的切削面的形状，成为加工的槽的断面形状，因此，如图12(c)所示，如果把刀头77t的切削面做成顶端侧宽的形状，就能加工出与其切削面形状对应的图12(d)所示的断面形状的螺旋槽。另外，通过变更刀头77t的切削面形状，就可以加工其他的任意的断面形状的螺旋槽。
图13是表示另一例的旋转刀具台72c的构成的图。旋转刀具台72c，与图1所示的旋转刀具台72相比，在板状车刀77被固定地安装这一点上不同，即，板状车刀77不能由自动工具交换装置8自动更换，但在支承刚性大的状态下可装卸地安装在旋转刀具台72c上。在图13(a)中，在能自动更换工具的工具安装部上，安装着作为回转工具的立铣刀78。
在此，立铣刀78的中心轴线Ta和板状车刀77的中心轴线Tb一起通过旋转轴73的中心，以规定的角度交叉。这是为了防止用立铣刀78加工时板状车刀77与工件干涉。螺旋槽的粗加工，如图13(a)所示，在工具安装部上安装立铣刀78，由立铣刀78进行加工。
螺旋槽的精加工，如图13(b)所示，从工具安装部上取下立铣刀78，安装虚设工具80并由板状车刀77进行加工。虚设工具80覆盖工具安装部，是为了使切屑和切削油剂等异物不侵入到工具安装部的内部。精加工的顺序可以与在图8到图11中说明的同样地进行。
图14是表示加工与板状车刀的刀刃宽度尺寸不同的槽宽的螺旋槽的顺序的图。首先如图14(a)所示，用板状车刀77加工螺旋槽11的一方的侧壁13。这就像图8到图10中说明的那样，把板状车刀77旋转到规定角度，同时把工件10回转到规定的角度。接着，使板状车刀77的旋转与工件10的回转的相位关系稍微错开一点，如图14(b)所示，用板状车刀77加工螺旋槽11的另一方的侧壁14。
为了错开板状车刀77的旋转和工件10的回转的相位，可以错开刀具台本体71的旋转轴73的中心应该描绘的圆弧轨迹的始点P和终点Q的位置。即，错开角度θ1，θ2的值。或者，也可以错开工件10的回转的开始角度和终了角度。通过进行图14(a)、图14(b)所示的加工，可以进行比刀头77t的刃部的宽度尺寸宽的槽宽度的螺旋槽的加工。
如上所述，根据本发明，即使在对工件进行复杂形状的螺旋槽等的加工的场合，通过组合备有一般的NC装置的圆弧插补动作、B轴旋转动作和C轴回转动作并使其同期动作，可以容易地进行加工，另外，关于螺旋槽的形状，也可以进行通用性高的多种形状的加工，再有，在螺旋槽的加工前后也可以连续地进行工件的其他部位的加工，可以大幅度地提高工件加工效率。
本发明由于如上述说明的那样的构成，所以具有如下的效果。
通过并行且同期地进行旋转刀具台的旋转运动和圆弧运动，可以使旋转刀具台进行以任意的位置为中心的旋转运动，可以容易地对工件进行复杂形状的加工。
通过并行且同期地进行旋转刀具台的旋转运动、圆弧运动和工件的回转运动，可以容易地对工件进行复杂形状的螺旋槽的加工。即使对于螺旋槽的形状，也可以进行通用性高的多种形状的加工。再有，在螺旋槽的加工前后也可以连续地进行工件的其它部位的加工，可以大幅度地提高工件的加工效率。

Claims (14)

1.一种复合加工机床，备有：主轴(31)、刀具台本体(71)、旋转刀具台(72)和控制机构；
上述主轴(31)被设置成能相对于机床的基体(2)回转，前端备有用于安装工件(10)的工件安装机构(37)，
上述刀具台本体(71)被设置成相对于上述主轴(31)在与上述主轴(31)的轴线平行的第1直线方向和与上述第1直线方向垂直的第2直线方向上能相对地移动，
上述旋转刀具台(72)被设置在上述刀具台本体(71)上，同时能安装工具，可相对于上述刀具台本体(71)以在垂直于上述第1直线方向和上述第2直线方向的两个方向的方向上具有轴线的回转轴(73)为中心进行回转，
上述控制机构控制上述主轴(31)绕其轴线的回转运动、上述旋转刀具台(72)绕上述回转轴(73)的轴线的旋转运动和上述第1直线方向和上述第2直线方向的上述主轴(31)和上述刀具台本体(71)的相对移动，
其特征在于，上述控制机构通过并行且同期地进行上述旋转刀具台(72)的以上述回转轴(73)为中心的旋转运动和由上述刀具台本体(71)的上述第1直线方向和上述第2直线方向的相对移动产生的圆弧运动，可以使上述旋转刀具台(72)进行以与上述回转轴(73)不同的任意的位置为中心的旋转运动。
2.如权利要求1所述的复合加工机床，其特征在于，
上述刀具台本体(71)被设置成相对于基体(2)在上述第1直线方向和上述第2直线方向上能够移动。
3.如权利要求1或2所述的复合加工机床，其特征在于，
上述控制机构通过进行与上述旋转运动和上述圆弧运动并行且同期的上述工件(10)绕上述主轴(31)的轴线的回转运动，可以在上述工件(10)上进行螺旋槽的加工。
4.如权利要求3所述的复合加工机床，其特征在于，
上述旋转刀具台(72)可以安装作为进行上述螺旋槽的加工的工具的板状车刀(77)。
5.如权利要求3或4所述的复合加工机床，其特征在于，
上述旋转刀具台(72)可以安装对工件(10)进行车削加工的车削工具(75、76、79)，
上述控制机构能够连续地进行工件的上述螺旋槽的加工和上述车削加工。
6.如权利要求5所述的复合加工机床，其特征在于，
上述旋转刀具台(72)至少备有可装卸地安装进行上述螺旋槽的加工的第1安装部(43)和可装卸地安装进行上述车削加工的车削工具的第2安装部。
7.如权利要求3～6的任一项所述的复合加工机床，其特征在于，
上述旋转刀具台(72)至少能安装进行上述螺旋槽的粗加工的铣削工具(78)和进行上述螺旋槽的精加工的板状车刀(77)。
8.如权利要求7所述的复合加工机床，其特征在于，
上述旋转刀具台(72)备有可回转的工具主轴(40)，在上述工具主轴(40)的前端部设置工具安装部(43)，上述工具安装部(43)能安装上述铣削工具(78)和上述板状车刀(77)。
9.如权利要求8所述的复合加工机床，其特征在于，
上述工具安装部(43)备有在上述板状车刀(77)被安装时限制上述板状车刀(77)绕上述工具主轴(40)回转的回转限制机构(43d)。
10.如权利要求1～9的任一项所述的复合加工机床，其特征在于，
上述工件安装机构(37)，在上述主轴(31)的轴线上的前方侧，在离开上述主轴(31)规定距离的位置上能安装上述工件，
通过并行且同期地进行旋转刀具台(72)的以回转轴(73)为中心的旋转运动和由上述刀具台本体(71)的上述第1直线方向和上述第2直线方向的相对运动产生的圆弧运动，在上述旋转刀具台(72)进行以与上述回转轴(73)不同的任意的位置为中心的旋转运动时，使设置在上述基体(2)上的、使在加工区域内产生的飞散物不飞散到加工区域的外部的挡溅板(90，90a)或者上述基体(2)自身不与上述旋转刀具台(72)发生干涉。
11.一种复合加工机床中的加工方法，该复合加工机床备有：主轴(31)、刀具台本体(71)和旋转刀具台(72)；
上述主轴(31)被设置成能相对于工作机械的基体(2)回转，前端备有用于安装工件(10)的工件安装机构(37)，
上述刀具台本体(71)被设置成相对于上述主轴(31)在与上述主轴(31)的轴线平行的第1直线方向和与上述第1直线方向垂直的第2直线方向上能相对地移动，
上述旋转刀具台(72)被设置在上述刀具台本体(71)上，同时能安装工具(77，78)，可相对于上述刀具台本体(71)以在垂直于上述第1直线方向和上述第2直线方向的两个方向的方向上具有轴线的回转轴(73)为中心进行回转，其特征在于，
该复合加工机床中的加工方法具有：
把在安装于上述旋转刀具台(72)上的上述工具(77，78)上进行的旋转运动的中心位置(M)设定在与回转轴(73)不同的任意的位置上的程序，
求出在上述工具(77，78)上进行上述旋转运动所必须的、由上述刀具台本体(71)的上述第1直线方向和上述第2直线方向的相对移动产生的圆弧运动的程序，
使上述旋转刀具台(72)进行以上述回转轴(73)为中心的旋转运动，同时使上述刀具台本体(71)与上述旋转刀具台(72)的上述旋转运动并行且同期地进行上述圆弧运动，使上述工具(77，78)进行以上述中心位置(M)为中心的上述旋转运动并对上述工件(10)进行加工的程序。
12.如权利要求11所述的复合加工机床中的加工方法，其特征在于，具有：
求解上述圆弧运动的程序，
设定从上述工具(77，78)进行的旋转运动的中心位置(M)到上述工具(77，78)的顶端位置的第1尺寸的程序，
求解从上述旋转运动的中心位置(M)到上述回转轴(73)的中心的第2尺寸的程序，
从上述工具(77，78)进行的旋转运动的开始角度位置和终了角度位置及上述第2尺寸求解上述圆弧运动的半径、开始位置和终了位置的程序。
13.如权利要求12所述的复合加工机床中的加工方法，其特征在于，
对上述工件(10)进行加工的程序，是伴随与上述旋转运动和上述圆弧运动并行且同期地进行的上述工件(10)绕上述主轴(31)的轴线的回转运动，对上述工件(10)进行螺旋槽的加工的程序。
14.如权利要求13所述的复合加工机床中的加工方法，其特征在于，
对上述工件(10)进行加工的程序，相对于上述工件(10)的回转运动进行相位关系不同的上述旋转运动和上述圆弧运动，进行上述工具(77，78)的刃部的宽度以上的槽宽的槽加工的程序。
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