JP2015134389A - Processing device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a processing device capable of suppressing the chattering vibrations at a processing time.SOLUTION: A composite processing device 100 for processing a workpiece while moving a drill 11 freely in three-dimensional directions, comprises: a main spindle 10 for holding the drill 11 rotatably; a first holding part 31 for holding the main spindle 10 movably; a synchronization mechanism 50 made movable in synchronism with (in a manner to follow) the movement of the main spindle 10; and a damper 40 for connecting the first holding part 31 and the synchronization mechanism 50.

Description

本発明は、加工装置の技術に関する。   The present invention relates to a technology of a processing apparatus.

複合加工装置は、数値制御による機械の加工方法であるＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）加工と、自動工具交換機能によって異種の加工を行うＭＣ（Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ）が持つ機能の両方を持ち合わせている加工装置として公知である。   The combined processing device is known as a processing device having both NC (Numerical Control) processing, which is a numerically controlled machine processing method, and MC (Machining Center), which performs different types of processing using an automatic tool change function. It is.

例えば、特許文献１には、工具を所定方向に移動させながらワークを加工する複合加工装置が開示されている。また、自動車工場では、３次元方向に自在に移動できる主軸にドリルを取り付け、エンジンのクランクのピン部の仕上げ加工が複合加工装置によって行われている。以下に、このような複合加工装置を従来の複合加工装置５００として説明する。   For example, Patent Document 1 discloses a combined machining apparatus that processes a workpiece while moving a tool in a predetermined direction. Further, in an automobile factory, a drill is attached to a main shaft that can freely move in a three-dimensional direction, and finishing processing of a pin portion of an engine crank is performed by a composite processing apparatus. Hereinafter, such a combined machining apparatus will be described as a conventional combined machining apparatus 500.

図３を用いて、従来の複合加工装置５００の構成について説明する。
なお、図３では、従来の複合加工装置５００の構成を斜視にて模式的に表している。また、以下では、図３に記載されるＸ方向、Ｙ方向又はＺ方向に従って説明するものとする。また、図３に示す矢印は、移動の方向を表している。 The configuration of a conventional combined machining apparatus 500 will be described with reference to FIG.
In FIG. 3, the configuration of a conventional combined machining apparatus 500 is schematically shown in perspective. In the following, description will be made according to the X direction, Y direction, or Z direction shown in FIG. Moreover, the arrow shown in FIG. 3 represents the direction of movement.

従来の複合加工装置５００は、エンジンのクランクのピン部の仕上げ加工をドリル５１１によって施すものである。従来の複合加工装置５００は、主軸５１０と、３次元移動機構５２０と、を具備している。   The conventional combined machining apparatus 500 performs a finishing process of a pin portion of an engine crank by a drill 511. A conventional combined machining apparatus 500 includes a main shaft 510 and a three-dimensional movement mechanism 520.

主軸５１０は、主軸モータ（図示略）によってＹ方向周りに回転可能な軸であって、保持部５１２に保持されている。主軸５１０には、ドリル５１１が取り付けられている。   The main shaft 510 is a shaft that can be rotated around the Y direction by a main shaft motor (not shown), and is held by the holding portion 512. A drill 511 is attached to the main shaft 510.

３次元移動機構５２０は、主軸５１０（保持部５１２）を３次元方向（Ｘ方向、Ｙ方向又はＺ方向）に自在に移動させるものである。３次元移動機構５２０は、Ｘ方向移動部５２１と、Ｙ方向移動部５２２と、Ｚ方向移動部５２３と、支柱５２５と、を具備している。   The three-dimensional movement mechanism 520 freely moves the main shaft 510 (holding unit 512) in a three-dimensional direction (X direction, Y direction, or Z direction). The three-dimensional moving mechanism 520 includes an X direction moving unit 521, a Y direction moving unit 522, a Z direction moving unit 523, and a support column 525.

Ｙ方向移動部５２２は、Ｘ方向移動部５２１に対し、サーボ機構（図示略）によってＹ方向にスライド可能に構成されている。Ｙ方向移動部５２２の先端側には、保持部５１２が取り付けられている。Ｘ方向移動部５２１は、Ｚ方向移動部５２３に対し、サーボ機構（図示略）によってＸ方向にスライド可能に構成されている。Ｚ方向移動部５２３は、支柱５２５に対し、サーボ機構（図示略）によってＺ方向にスライド可能に構成されている。   The Y direction moving unit 522 is configured to be slidable in the Y direction by a servo mechanism (not shown) with respect to the X direction moving unit 521. A holding part 512 is attached to the tip side of the Y-direction moving part 522. The X direction moving unit 521 is configured to be slidable in the X direction by a servo mechanism (not shown) with respect to the Z direction moving unit 523. The Z-direction moving unit 523 is configured to be slidable in the Z direction with respect to the support column 525 by a servo mechanism (not shown).

このような構成とすることで、従来の複合加工装置５００は、ワークに対し、主軸５１０に取り付けたドリル５１１を３次元方向に自在に移動させ、クランクのピン部の仕上げ加工を施すことができる。   By adopting such a configuration, the conventional combined machining apparatus 500 can move the drill 511 attached to the main shaft 510 freely in a three-dimensional direction with respect to the workpiece and can finish the pin portion of the crank. .

しかし、このような従来の複合加工装置５００において主軸５１０に５０〜７０Ｈｚの固有振動数が存在する場合には、主軸モータ、或いは、従来の複合加工装置５００のその他のモータの周波数にて主軸５１０が共振することになる。主軸５１０が共振すると、主軸５１０に縦揺れ（Ｚ方向の揺れ）が発生し、例えば仕上げ加工時には、びびり振動が発生する。   However, in such a conventional combined machining apparatus 500, when the main shaft 510 has a natural frequency of 50 to 70 Hz, the spindle 510 or the other shaft of the conventional combined machining apparatus 500 has a frequency of the main shaft 510. Will resonate. When the main shaft 510 resonates, longitudinal vibration (Z-direction vibration) occurs in the main shaft 510. For example, chatter vibration occurs during finishing.

エンジンのクランクのピン部の仕上げ加工の際にびびり振動が発生すると、仕上げ加工面の面粗度が悪化する、或いは、ドリル５１１の寿命が低下する等の不具合が生じる。   If chatter vibration is generated during finishing of the pin portion of the engine crank, problems such as deterioration of the surface roughness of the finished surface or reduction in the life of the drill 511 occur.

特開２００９−０８２９９４号公報JP 2009-082994 A

本発明の解決しようとする課題は、加工時のびびり振動を抑制することができる加工装置を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a machining apparatus capable of suppressing chatter vibration during machining.

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。   The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.

即ち、請求項１においては、工具を３次元方向に自在に移動させながらワークを加工する加工装置であって、前記工具を回転可能に保持する主軸と、前記主軸を移動可能に保持する第一保持部と、前記主軸の移動に同期して移動可能な同期機構と、前記第一保持部と前記同期機構とを連結するダンパーと、を具備するものである。   In other words, according to the first aspect of the present invention, there is provided a machining apparatus for machining a workpiece while freely moving a tool in a three-dimensional direction, a first spindle that rotatably holds the tool, and a first that holds the spindle movably. A holding unit, a synchronization mechanism that can move in synchronization with the movement of the main shaft, and a damper that connects the first holding unit and the synchronization mechanism are provided.

本発明の加工装置によれば、加工時のびびり振動を抑制することができる。   According to the machining apparatus of the present invention, chatter vibration during machining can be suppressed.

複合加工装置の構成を示す模式図。The schematic diagram which shows the structure of a composite processing apparatus. 複合加工装置の効果を示すグラフ図。The graph which shows the effect of a compound processing apparatus. 従来の複合加工装置の構成を示す模式図。The schematic diagram which shows the structure of the conventional composite processing apparatus.

図１を用いて、複合加工装置１００の構成について説明する。
なお、図１では、複合加工装置１００の構成を斜視にて模式的に表している。また、以下では、図１に示されるＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に従って説明するものとする。また、図１における矢印は、移動の方向を表している。 The configuration of the combined machining apparatus 100 will be described with reference to FIG.
In addition, in FIG. 1, the structure of the composite processing apparatus 100 is typically represented by the perspective view. In the following, description will be made according to the X direction, the Y direction, and the Z direction shown in FIG. Moreover, the arrow in FIG. 1 represents the direction of movement.

複合加工装置１００は、本発明の複合加工装置に係る実施形態である。
本実施形態の複合加工装置１００は、自動車工場においてエンジンのクランクのピン部の仕上げ加工を施す加工装置とされている。 The combined processing apparatus 100 is an embodiment according to the combined processing apparatus of the present invention.
The combined machining apparatus 100 of the present embodiment is a machining apparatus that performs finishing processing of a pin portion of an engine crank in an automobile factory.

複合加工装置１００は、数値制御による機械の加工方法であるＮＣ加工と、自動工具交換機能によって異種の加工を行うＭＣが持つ機能の両方を持ち合わせている加工装置である。複合加工装置１００は、主軸１０と、３次元移動機構２０と、ダンパー４０と、同期機構５０と、を具備している。   The combined machining apparatus 100 is a machining apparatus that has both NC machining, which is a machining method of a machine by numerical control, and a function of an MC that performs different types of machining using an automatic tool change function. The combined machining apparatus 100 includes a main shaft 10, a three-dimensional movement mechanism 20, a damper 40, and a synchronization mechanism 50.

主軸１０は、主軸モータ（図示略）によってＹ方向周りに回転可能な軸であって、第一保持部３１に載置されている。主軸１０には、ドリル１１が取り付けられている。第一保持部３１の先端側の下方は、ダンパー４０を介して後述する第二保持部３２に保持されている。   The main shaft 10 is a shaft that can be rotated around the Y direction by a main shaft motor (not shown), and is placed on the first holding portion 31. A drill 11 is attached to the main shaft 10. The lower side of the front end side of the first holding part 31 is held by a second holding part 32 described later via a damper 40.

３次元移動機構２０は、主軸１０（保持部１２）を３次元方向（Ｘ方向、Ｙ方向又はＺ方向）に自在に移動させるものである。３次元移動機構２０は、Ｘ方向移動部２１と、Ｙ方向移動部２２と、Ｚ方向移動部２３と、支柱２５と、を具備している。   The three-dimensional movement mechanism 20 freely moves the main shaft 10 (holding unit 12) in a three-dimensional direction (X direction, Y direction, or Z direction). The three-dimensional movement mechanism 20 includes an X-direction movement unit 21, a Y-direction movement unit 22, a Z-direction movement unit 23, and a support column 25.

Ｙ方向移動部２２は、Ｘ方向移動部２１に対し、サーボ機構（図示略）によってＹ方向にスライド可能に構成されている。Ｙ方向移動部２２の先端側には、第一保持部３１が取り付けられている。Ｘ方向移動部２１は、Ｚ方向移動部２３に対し、サーボ機構（図示略）によってＸ方向にスライド可能に構成されている。Ｚ方向移動部２３は、支柱２５に対し、サーボ機構（図示略）によってＺ方向にスライド可能に構成されている。   The Y direction moving unit 22 is configured to be slidable in the Y direction by a servo mechanism (not shown) with respect to the X direction moving unit 21. A first holding part 31 is attached to the tip side of the Y-direction moving part 22. The X direction moving unit 21 is configured to be slidable in the X direction by a servo mechanism (not shown) with respect to the Z direction moving unit 23. The Z-direction moving unit 23 is configured to be slidable in the Z direction with respect to the support column 25 by a servo mechanism (not shown).

このような構成とすることで、複合加工装置１００は、ワークであるクランクのピン部に対し、主軸１０に取り付けたドリル１１を３次元方向に自在に移動させ、仕上げ加工を施すことができる。   With such a configuration, the combined machining apparatus 100 can perform finishing by moving the drill 11 attached to the main shaft 10 freely in a three-dimensional direction with respect to a pin portion of a crank that is a workpiece.

ダンパー４０は、第一保持部３１と第二保持部３２との間に介され、第一保持部３１と第二保持部３２とを連結している。ダンパー４０は、５０Ｈｚ〜７０Ｈｚの揺れに対して減衰効果が高いものが使用されている。   The damper 40 is interposed between the first holding part 31 and the second holding part 32 and connects the first holding part 31 and the second holding part 32. As the damper 40, a damper having a high damping effect with respect to shaking of 50 Hz to 70 Hz is used.

同期機構５０は、上述した３次元移動機構２０に同期させて、第二保持部３２を３次元方向（Ｘ方向、Ｙ方向又はＺ方向）に自在に移動させるものである。同期機構５０は、Ｘ方向移動部５１と、Ｙ方向移動部５２と、Ｚ方向移動部５３と、支柱５５と、を具備している。   The synchronization mechanism 50 is configured to freely move the second holding unit 32 in the three-dimensional direction (X direction, Y direction, or Z direction) in synchronization with the above-described three-dimensional movement mechanism 20. The synchronization mechanism 50 includes an X direction moving unit 51, a Y direction moving unit 52, a Z direction moving unit 53, and a support column 55.

Ｙ方向移動部５２は、Ｘ方向移動部５１に対し、サーボ機構（図示略）によってＹ方向にスライド可能に構成されている。Ｙ方向移動部２２の上面には、第二保持部３２が取り付けられている。Ｘ方向移動部５１は、Ｚ方向移動部５３に対し、サーボ機構（図示略）によってＸ方向にスライド可能に構成されている。Ｚ方向移動部５３は、支柱５５に対し、サーボ機構（図示略）によってＺ方向にスライド可能に構成されている。   The Y direction moving unit 52 is configured to be slidable in the Y direction by a servo mechanism (not shown) with respect to the X direction moving unit 51. A second holding part 32 is attached to the upper surface of the Y-direction moving part 22. The X direction moving unit 51 is configured to be slidable in the X direction by a servo mechanism (not shown) with respect to the Z direction moving unit 53. The Z-direction moving unit 53 is configured to be slidable in the Z direction with respect to the support column 55 by a servo mechanism (not shown).

このような構成とすることで、同期機構５０は、第二保持部３２を、上述した３次元移動機構２０に同期させて（移動に追従させて）、３次元方向（Ｘ方向、Ｙ方向又はＺ方向）に自在に移動させることができる。   With this configuration, the synchronization mechanism 50 synchronizes the second holding unit 32 with the above-described three-dimensional movement mechanism 20 (follows movement), and the three-dimensional direction (X direction, Y direction, or (Z direction) can be moved freely.

また、同期機構５０は、ダンパー４０により、主軸１０を移動可能に保持する第一保持部３１と連結されている。なお、同期機構５０は、第二保持部３２を介してダンパー４０に接続されているが、ダンパー４０は、同期機構５０のＹ方向移動部５２に直接接続することも可能である。   The synchronization mechanism 50 is connected by a damper 40 to a first holding portion 31 that holds the main shaft 10 so as to be movable. Although the synchronization mechanism 50 is connected to the damper 40 via the second holding part 32, the damper 40 can be directly connected to the Y-direction moving part 52 of the synchronization mechanism 50.

なお、同期機構５０は、第一保持部３１が取り付けられる３次元移動機構２０とは系として完全に独立しているものとする。同期機構５０と３次元移動機構２０とは、ダンパー４０のみで連結されているものとする。   Note that the synchronization mechanism 50 is completely independent of the three-dimensional movement mechanism 20 to which the first holding unit 31 is attached as a system. It is assumed that the synchronization mechanism 50 and the three-dimensional movement mechanism 20 are connected only by the damper 40.

図２を用いて、複合加工装置１００の効果について説明する。
なお、図２では、複合加工装置１００の効果をグラフ図にて表している。また、図２では、横軸にて主軸１０の固有振動数の周波数（Ｈｚ）を表し、縦軸にて主軸１０の固有振動数の振幅（Ｈｚ）を表している。 The effect of the combined machining apparatus 100 will be described with reference to FIG.
In FIG. 2, the effect of the combined machining apparatus 100 is shown in a graph. In FIG. 2, the horizontal axis represents the frequency (Hz) of the natural frequency of the main shaft 10 and the vertical axis represents the amplitude (Hz) of the natural frequency of the main shaft 10.

図２に示すように、従来の複合加工装置１００では主軸１０の固有振動数の周波数が５０Ｈｚ近傍であったものの、本実施形態の複合加工装置１００では主軸１０の固有振動数の周波数が１００Ｈｚ近傍まで移動している。また、従来の複合加工装置１００の主軸１０の固有振動数の振幅よりも、本実施形態の複合加工装置１００の主軸１０の固有振動数の振幅の方が低下している。   As shown in FIG. 2, in the conventional combined machining apparatus 100, the frequency of the natural frequency of the main shaft 10 is around 50 Hz, but in the combined machining apparatus 100 of the present embodiment, the frequency of the natural frequency of the main shaft 10 is around 100 Hz. Has moved up. Further, the amplitude of the natural frequency of the main shaft 10 of the composite machining apparatus 100 of this embodiment is lower than the amplitude of the natural frequency of the main shaft 10 of the conventional composite machining apparatus 100.

複合加工装置１００の効果について説明する。
本実施形態の複合加工装置１００によれば、加工時のびびり振動を抑制することができる。 The effect of the combined machining apparatus 100 will be described.
According to the combined machining apparatus 100 of the present embodiment, chatter vibration during machining can be suppressed.

すなわち、５０Ｈｚ近傍の固有振動数を有する主軸１０に対し、主軸１０を載置する第一保持部３１をダンパー４０によって第二保持部３２と連結し、かつ、第二保持部３２を主軸１０の３次元方向の移動に同期して移動させる（移動に追従させる）ことによって、主軸１０の固有振動数の周波数を１００Ｈｚ近傍まで移動することができる。   That is, with respect to the main shaft 10 having a natural frequency near 50 Hz, the first holding portion 31 on which the main shaft 10 is placed is connected to the second holding portion 32 by the damper 40, and the second holding portion 32 is connected to the main shaft 10. By moving in synchronization with the movement in the three-dimensional direction (following the movement), the frequency of the natural frequency of the main shaft 10 can be moved to around 100 Hz.

このようにして、主軸１０の固有振動数の周波数を１００Ｈｚ近傍まで移動し、主軸のモータ等と共振することを回避して、加工時のびびり振動を抑制することができる。   In this way, it is possible to suppress chatter vibration during processing by moving the frequency of the natural frequency of the main shaft 10 to near 100 Hz and avoiding resonance with the motor or the like of the main shaft.

１０ 主軸
２０ ３次元移動機構
３１ 第一保持部
３２ 第二保持部
４０ ダンパー
５０ 同期機構
１００ 複合加工装置
５００ 従来の複合加工装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Main axis | shaft 20 Three-dimensional moving mechanism 31 1st holding | maintenance part 32 2nd holding | maintenance part 40 Damper 50 Synchronization mechanism 100 Combined processing apparatus 500 Conventional combined processing apparatus

Claims (1)

工具を３次元方向に自在に移動させながらワークを加工する加工装置であって、
前記工具を回転可能に保持する主軸と、
前記主軸を移動可能に保持する第一保持部と、
前記主軸の移動に同期して移動可能な同期機構と、
前記第一保持部と前記同期機構とを連結するダンパーと、
を具備する、
加工装置。 A processing apparatus for processing a workpiece while moving a tool freely in a three-dimensional direction,
A spindle for rotatably holding the tool;
A first holding part for holding the spindle movably,
A synchronization mechanism movable in synchronization with the movement of the spindle;
A damper connecting the first holding part and the synchronization mechanism;
Comprising
Processing equipment.
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