JP2016161971A - Method for controlling feed shaft of machine tool and machine tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工作機械の加工中、特にチタン合金といった難削材の重切削加工中において、工具の切れ刃の振れ量を考慮して送り軸を制御することでびびり振動や工具チッピングの発生を抑制するために行う送り軸の制御方法と、当該制御方法を用いて切削加工を行う工作機械とに関する。 The present invention controls chatter vibration and tool chipping by controlling the feed shaft in consideration of the amount of tool edge runout during machining of machine tools, especially heavy cutting of difficult-to-cut materials such as titanium alloys. The present invention relates to a feed shaft control method performed for suppression, and a machine tool that performs cutting using the control method.
ミーリング加工で難削材を加工する場合、加工コスト低減のためにスローアウェイやインサートと呼ばれる脱着式の切れ刃を装着する工具が使用される。この工具においては、工具本体の切れ刃の取付座面や切れ刃自身の加工精度の影響により、装着した切れ刃の高さは均一にならず、切れ刃には振れ量(各切れ刃間の相対取付誤差)が生じる。この振れ量が大きな切れ刃の場合、工具チッピングが生じて工具寿命が短くなるという問題があった。そこで、本件出願人は、特許文献1において、切れ刃の各位置と予め測定した振れ量とに基づいて振幅や位相を設定して、振れ量をキャンセルするように主軸に同期させて送り軸を加工進行方向と逆方向に微小変位させることで、各切れ刃の1刃送り量を本来の指令通りの値に近づけて工具チッピングの抑制を図る発明を提供している。
When machining difficult-to-cut materials by milling, a tool for attaching a detachable cutting blade called a throwaway or insert is used to reduce machining costs. In this tool, the height of the mounted cutting edge does not become uniform due to the mounting seating surface of the cutting edge of the tool body and the processing accuracy of the cutting edge itself. Relative mounting error) occurs. In the case of a cutting edge with a large amount of runout, there is a problem that tool chipping occurs and the tool life is shortened. Therefore, in the case of
上記特許文献1の加工方法においては、加工進行方向と逆方向に振れ量だけ制御するので、溝切削では十分な効果を発揮する。
しかし、側面切削においては、被加工物に対する工具径方向の切込み量(以下「ae」と表記する。)によって切削の開始角度が変わり、切削力が均一でなくなるため十分な工具寿命を得ることができなかった。
In the machining method of
However, in side cutting, the starting angle of cutting changes depending on the amount of cutting in the tool radial direction (hereinafter referred to as “ae”) to the workpiece, and the cutting force is not uniform, so that a sufficient tool life can be obtained. could not.
そこで、本発明は、側面切削を行う場合にも制御開始角度を最適化して工具の長寿命化を図ることができる工作機械における送り軸の制御方法及び工作機械を提供することを目的としたものである。 Therefore, the present invention has an object to provide a feed axis control method and a machine tool in a machine tool that can achieve a long tool life by optimizing the control start angle even when performing side cutting. It is.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、同心円上に複数配置される切れ刃の段を軸方向へ少なくとも1段装着してなる工具を回転させて被加工物を加工する工作機械において、加工中の送り軸に対して予め測定した前記切れ刃の振れ量に基づいて前記送り軸を加工逆方向に微小変位させる制御を重畳する送り軸の制御方法であって、
前記工具の径方向の切込み量に基づいて前記制御の開始角度を補正する角度補正量を算出し、算出した前記角度補正量から前記開始角度を補正して、前記工具による側面加工を行う際には、補正した前記開始角度に基づいて前記微小変位の制御を重畳することを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明は、請求項1の構成において、前記角度補正量θCは、以下の計算式で算出されることを特徴とするものである。
ae<Rの場合:θC=sin−1{1−(ae/R)}
ae≧Rの場合:θC=0
ae:径方向の切込み量(mm)、R:工具半径(mm)
上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、同心円上に複数配置される切れ刃の段を軸方向へ少なくとも1段装着してなる工具を回転させて被加工物を加工すると共に、加工中の送り軸に対して予め測定した前記切れ刃の振れ量に基づいて前記送り軸を加工逆方向に微小変位させる制御を重畳する工作機械であって、
前記工具の径方向の切込み量に基づいて前記制御の開始角度を補正する角度補正量を算出する角度補正量算出手段と、前記角度補正量算出手段で算出した前記角度補正量から前記開始角度を補正する開始角度補正手段と、前記工具による側面加工を行う際に、前記開始角度補正手段で補正した前記開始角度に基づいて前記微小変位の制御を重畳する制御手段と、を備えることを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明は、請求項3の構成において、前記角度補正量算出手段は、前記角度補正量θCを以下の計算式で算出することを特徴とするものである。
ae<Rの場合:θC=sin−1{1−(ae/R)}
ae≧Rの場合:θC=0
ae:径方向の切込み量(mm)、R:工具半径(mm)
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a workpiece is machined by rotating a tool having at least one stage of cutting blades arranged on a concentric circle in the axial direction. In a machine tool, a feed shaft control method that superimposes a control for minutely displacing the feed shaft in the machining reverse direction based on the amount of deflection of the cutting edge measured in advance with respect to the feed shaft being processed,
When calculating the angle correction amount for correcting the control start angle based on the cutting depth in the radial direction of the tool, correcting the start angle from the calculated angle correction amount, and performing side machining with the tool Is characterized by superimposing the control of the minute displacement based on the corrected start angle.
According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, the angle correction amount θ C is calculated by the following calculation formula.
When ae <R: θ C = sin −1 {1- (ae / R)}
When ae ≧ R: θ C = 0
ae: Radial depth of cut (mm), R: Tool radius (mm)
In order to achieve the above object, according to a third aspect of the present invention, a workpiece is machined by rotating a tool formed by mounting at least one stage of cutting blades arranged on a concentric circle in the axial direction. In addition, a machine tool that superimposes a control for finely displacing the feed shaft in the machining reverse direction based on the amount of deflection of the cutting edge measured in advance with respect to the feed shaft being processed,
An angle correction amount calculating means for calculating an angle correction amount for correcting a start angle of the control based on a cutting amount in the radial direction of the tool, and the start angle from the angle correction amount calculated by the angle correction amount calculating means. A starting angle correcting means for correcting; and a control means for superimposing the control of the minute displacement based on the starting angle corrected by the starting angle correcting means when performing side machining with the tool. To do.
According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration of the third aspect, the angle correction amount calculation means calculates the angle correction amount θ C by the following calculation formula.
When ae <R: θ C = sin −1 {1- (ae / R)}
When ae ≧ R: θ C = 0
ae: Radial depth of cut (mm), R: Tool radius (mm)
本発明によれば、工具の径方向の切込み量に基づいて制御の開始角度を補正する角度補正量を算出し、算出した角度補正量から開始角度を補正して、工具による側面加工を行う際には、補正した開始角度に基づいて微小変位の制御を重畳する。よって、側面切削を行う場合にも制御開始角度を最適化して工具の長寿命化を図ることができる。 According to the present invention, when calculating the angle correction amount for correcting the control start angle based on the cutting amount in the radial direction of the tool, correcting the start angle from the calculated angle correction amount, and performing side machining with the tool Is superimposed on the control of minute displacement based on the corrected start angle. Therefore, even when performing side cutting, the control start angle can be optimized to extend the tool life.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る送り軸の制御方法を実施する工作機械の一例を示す構成図である。同図において、1はベッド、2はコラムで、コラム2の前面には、主軸頭3が、X軸制御ユニット4及びZ軸制御ユニット5によってX軸方向及びZ軸方向へ移動制御可能に設けられて、主軸頭3の下部で下向きに設けた主軸6に、工具7が装着されている。一方、ベッド1上には、Y軸制御ユニット8によってY軸方向へ移動制御可能なテーブル9が設けられて、テーブル9上に被加工物10が固定可能となっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a machine tool that implements a feed shaft control method according to the present invention. In the figure, 1 is a bed, 2 is a column, and a
工作機械の制御系は、主軸6の回転速度を制御する主軸回転制御装置11と、送り軸(各制御ユニット4,5,8)の制御量を演算する、角度補正量算出手段及び開始角度補正手段としての演算装置12と、送り軸を制御する制御手段としての数値制御装置13と、図示しない記憶装置と、を含んでなり、演算装置12には、外部入力装置14によって後述する工具7の切れ刃の振れ量や径方向の切込み量ae、工具半径等が入力可能となっている。
The control system of the machine tool includes a spindle
このように構成された工作機械においては、図2のフローチャートに基づいて加工が実施される。なお、工具7は、図3に示すように、4枚の切れ刃7a,7a・・を90°間隔で備えた同心円上の段を軸方向に所定間隔をおいて3段設けてなり、軸方向の各列(図3に示す丸数字)の切れ刃7aは、工具7の先端から回転方向前方側へ徐々にずれて取り付けられて、各列丸数字1〜4では3つの切れ刃7a,7a・・がねじれ方向に配列されている。
まず、S1において、工具7の切れ刃7aの各位置とその振れ量を測定して外部入力装置14を介して演算装置12に入力し、演算装置12において、所定の計算式を使用して回転角度における各刃列の制御量及び制御位置を計算する。この制御量の計算は、例えば以下の通り行われる。
In the machine tool configured as described above, machining is performed based on the flowchart of FIG. As shown in FIG. 3, the
First, in S1, each position of the cutting edge 7a of the
まず、刃列の番号添え字をi(1≦i≦Z、Z:刃数)
各刃列内の切れ刃7aの段番号添え字をj(1≦j≦N、N:刃列内で実加工に使用する切れ刃段数)
測定した各切れ刃振れ量をCi,j(μm)
とすると、各切れ刃における実際の加工代の増減分Di,jは、以下の式(1)で算出できる。
Di,j=Ci,j−Ci−1,j ・・(1)
但し、i−1がゼロの場合はZに置き換える。
つまり、各切れ刃7aの振れ量の大小が各切れ刃7aにおける実際の加工代ではなく、各切れ刃7aの振れ量の差(増減分)が実際の加工代の差となる。この差が大きな切れ刃7aほどチッピングが早く進行して工具寿命が短くなるため、この値を計算するのである。
First, the number suffix of the blade row is i (1 ≦ i ≦ Z, Z: number of blades)
The step number suffix of the cutting edge 7a in each blade row is j (1 ≦ j ≦ N, N: the number of cutting blade steps used for actual machining in the blade row).
C i, j (μm)
Then, the increase or decrease D i, j of the actual machining allowance at each cutting edge can be calculated by the following equation (1).
D i, j = C i, j −C i−1, j (1)
However, if i-1 is zero, it is replaced with Z.
That is, the magnitude of the deflection amount of each cutting edge 7a is not the actual machining allowance in each cutting edge 7a, but the difference (increase / decrease) in the deflection amount of each cutting edge 7a is the difference in actual machining allowance. This value is calculated because the cutting edge 7a having a larger difference advances the chipping earlier and shortens the tool life.
そして、各刃列における制御量Qiを以下の式(2)により計算する。
Q1=0として、
Qi=(Di,1からDi,jまでの最大値)−{各刃列iにおける(Di,1からDi,jまでの最大値)の総和を刃数Zで除した値}+Qi−1 ・・(2)
なお、この計算式は、刃列内の実加工代最大値は、各刃列で計算した最大値の平均値より小さくならないことを意味している。
Then, calculated by Equation (2) below a control quantity Q i in each blade array.
As Q 1 = 0,
Q i = (D i, 1 from D i, the maximum value of up to j) - {value obtained by dividing the sum by the number of blades Z of the respective blade row i (the maximum value from D i, 1 to D i, j) } + Q i-1 (2)
Note that this calculation formula means that the actual machining allowance maximum value in the blade row is not smaller than the average value of the maximum values calculated in each blade row.
制御の位置(開始角度)は、刃列内の各段における振れ量を測定した位置(基準位置からの回転角度(図3のα))から、例えば、実際に加工に使用する切れ刃7aのみの回転角度平均値を使用する。切れ刃7aの各位置と工具7の本体との位相関係は、例えば、主軸6に接続されているエンコーダで把握するようにしてもよい。このエンコーダの出力に基づいて、主軸回転制御装置11が切れ刃7aの位相情報を得ることができる。
The control position (starting angle) is, for example, only the cutting edge 7a actually used for machining from the position (rotation angle from the reference position (α in FIG. 3)) where the deflection amount at each stage in the blade row is measured. Use the average rotation angle. You may make it grasp | ascertain the phase relationship between each position of the cutting edge 7a and the main body of the
但し、ミーリング加工での側面切削においては、図4に示すように、径方向の切込み量aeによって切削の開始位置が変わるため、その開始位置で制御を行う必要がある。なお、図4において、矢印Aは加工進行方向、矢印Bは工具回転方向を示している。
そこで、S2において、予め径方向の切込み量ae(mm)と工具半径R(mm)とを外部入力装置14を介して入力しておき、演算装置12は、S3において、予め設定した計算式から、制御の位置を補正するための角度補正量θCを計算する。この角度補正量θCは、以下の計算式で計算される。
θC=sin−1{1−(ae/R)}
但し、この計算はae<Rの場合に限り、ae≧Rの場合は、角度補正量θCの計算は行わず(θC=0)、角度補正も行わない。これは、加工進行方向で切削力が最大となるからである。
However, in the side cutting in the milling process, as shown in FIG. 4, since the starting position of cutting varies depending on the cutting depth ae in the radial direction, it is necessary to perform control at the starting position. In FIG. 4, the arrow A indicates the machining progress direction, and the arrow B indicates the tool rotation direction.
Therefore, in S2, the cutting depth ae (mm) and the tool radius R (mm) in the radial direction are input in advance via the
θ C = sin −1 {1- (ae / R)}
However, this calculation is performed only when ae <R, and when ae ≧ R, the angle correction amount θ C is not calculated (θ C = 0) and the angle correction is not performed. This is because the cutting force is maximized in the processing progress direction.
そして、S4で、演算装置12は、S3で計算した角度補正量θCを各切れ刃における制御の位置に加算する。よって、数値制御装置13は、S5において、制御の位置を補正した送り軸指令値に基づいて各送り軸(制御ユニット)を制御して加工を実施する。例えばX−Y平面における加工であれば、加工進行方向に対して計算した制御量をX軸、Y軸方向に分配して加工逆方向に送り軸を制御する。このS4,5の処理は、S6で加工終了となるまで繰り返される。
この制御により、送り動作に対して微小な強制振動が重畳されるが、この強制振動は、工具7の振れに等しい振動数となるため、主軸6の1回転内における工具7の振れ量を抑制するように送り軸に振動を重畳でき、工具振れ量の影響をキャンセルするよう作用させることができる。その結果、切れ刃7aに作用する最大切削力を削減して工具チッピングの発生割合を低減することができる。また、最大切削力の削減によってびびり振動の抑制にも繋がる。
Then, in S4, the
By this control, a minute forced vibration is superimposed on the feed operation, but this forced vibration has a frequency equal to the vibration of the
以下、具体例を説明する。
図5は、刃数が4で1段の切れ刃を有する工具を使用することを想定した場合の各切れ刃振れ量測定値を示したものである。
図6は、図5の工具において、切込み量aeと工具半径とから計算した角度補正量θCを示したもので、図7が、図4の測定値に角度補正量θCを加えて制御の位置を補正した制御量である。
このように、側面切削中に適切な制御の位置で各軸方向の工具振れ量を送り軸側にて補正するので、工具振れ量の影響を抑制して加工できることになり、工具寿命が向上する。
Specific examples will be described below.
FIG. 5 shows the measured values of the amount of run-out of each cutting edge when it is assumed that the number of cutting edges is 4 and a tool having one cutting edge is used.
6 shows the angle correction amount θ C calculated from the cutting depth ae and the tool radius in the tool of FIG. 5, and FIG. 7 is controlled by adding the angle correction amount θ C to the measured value of FIG. Is a control amount obtained by correcting the position of.
As described above, since the tool runout amount in each axis direction is corrected on the feed shaft side at an appropriately controlled position during side cutting, the influence of the tool runout amount can be suppressed, and the tool life is improved. .
本制御の効果を確認するために、直径φ50mmインサートタイプのミーリング工具にてチタン合金加工を実施した。切削速度VC:45m/min、1刃当たり送り量fZ:0.1mm/刃、軸方向切込みap:8mm、径方向切込みae:15mmの側面切削といった切削条件で、図8が通常の場合の切削力の測定結果、図9が角度補正をしない従来の制御での切削力の測定結果、図10が、側面切削を考慮した本制御での切削力の測定結果となっている。
図10で明らかなように、角度補正を行った場合、切削力が均一になるため、工具寿命が向上することになる。
In order to confirm the effect of this control, titanium alloy processing was carried out with an insert type milling tool having a diameter of 50 mm. When cutting speed V C : 45 m / min, feed rate per tooth f Z : 0.1 mm / tooth, axial cutting depth ap: 8 mm, radial cutting depth ae: 15 mm, cutting conditions such as side cutting, FIG. 8 is normal FIG. 9 shows the cutting force measurement result in the conventional control without angle correction, and FIG. 10 shows the cutting force measurement result in the main control considering the side cutting.
As is apparent from FIG. 10, when the angle correction is performed, the cutting force becomes uniform, so that the tool life is improved.
このように、上記形態の送り軸の制御方法及び工作機械によれば、工具の径方向の切込み量aeに基づいて制御の開始角度を補正する角度補正量θCを算出し、算出した角度補正量θCから開始角度を補正して、工具7による側面加工を行う際には、補正した開始角度に基づいて微小変位の制御を重畳することで、側面切削を行う場合にも制御開始角度を最適化して工具の長寿命化を図ることができる。
Thus, according to the feed shaft control method and machine tool of the above embodiment, the angle correction amount θ C for correcting the control start angle is calculated based on the cutting depth ae in the radial direction of the tool, and the calculated angle correction When the start angle is corrected from the amount θ C and the side surface machining is performed by the
なお、工具における切れ刃の段数や1つの段内の切れ刃の数は上記形態に限らず、適宜増減可能である。また、上記形態では制御方向は加工進行方向となっているが、加工進行方向に角度補正量θCを加味した方向でも可能である。
工作機械も、同心円上に複数配置される切れ刃の段を軸方向へ少なくとも1段装着してなる工具を回転させて送り軸制御して加工を行うものであれば、複合加工機やマシニングセンタ等、特に機種を限定するものではない。
Note that the number of cutting edges in a tool and the number of cutting edges in one stage are not limited to the above-described form, and can be appropriately increased or decreased. Moreover, in the said form, although the control direction is a process progress direction, the direction which considered the angle correction amount (theta) C in the process progress direction is also possible.
As long as a machine tool performs machining by rotating a tool with at least one stage of cutting blades arranged on concentric circles in the axial direction and controlling the feed axis, a multi-task machine, machining center, etc. The model is not particularly limited.
1・・ベッド、2・・コラム、3・・主軸頭、4・・X軸制御ユニット、5・・Z軸制御ユニット、6・・主軸、7・・工具、7a・・切れ刃、8・・Y軸制御ユニット、9・・テーブル、10・・被加工物、11・・主軸回転制御装置、12・・演算装置、13・・数値制御装置、14・・外部入力装置。 1 .... bed, 2 .... column, 3 .... head spindle, 4 .... X axis control unit, 5 .... Z axis control unit, 6 .... spindle, 7 .... tool, 7a ..., cutting edge, 8 .... -Y-axis control unit, 9-Table, 10-Workpiece, 11-Spindle rotation control device, 12-Arithmetic device, 13-Numerical control device, 14-External input device
Claims (4)
前記工具の径方向の切込み量に基づいて前記制御の開始角度を補正する角度補正量を算出し、算出した前記角度補正量から前記開始角度を補正して、前記工具による側面加工を行う際には、補正した前記開始角度に基づいて前記微小変位の制御を重畳することを特徴とする工作機械における送り軸の制御方法。 In a machine tool for processing a workpiece by rotating a tool in which a plurality of cutting blade steps arranged on concentric circles are mounted in the axial direction, the cutting edge measured in advance with respect to the feed shaft being processed A feed shaft control method that superimposes a control for finely displacing the feed shaft in the machining reverse direction based on the amount of blade deflection,
When calculating the angle correction amount for correcting the control start angle based on the cutting depth in the radial direction of the tool, correcting the start angle from the calculated angle correction amount, and performing side machining with the tool Is a method for controlling a feed axis in a machine tool, wherein the control of the minute displacement is superimposed on the basis of the corrected start angle.
ae<Rの場合:θC=sin−1{1−(ae/R)}
ae≧Rの場合:θC=0
ae:径方向の切込み量(mm)、R:工具半径(mm) 2. The feed axis control method for a machine tool according to claim 1, wherein the angle correction amount [theta] C is calculated by the following formula.
When ae <R: θ C = sin −1 {1- (ae / R)}
When ae ≧ R: θ C = 0
ae: Radial depth of cut (mm), R: Tool radius (mm)
前記工具の径方向の切込み量に基づいて前記制御の開始角度を補正する角度補正量を算出する角度補正量算出手段と、前記角度補正量算出手段で算出した前記角度補正量から前記開始角度を補正する開始角度補正手段と、前記工具による側面加工を行う際に、前記開始角度補正手段で補正した前記開始角度に基づいて前記微小変位の制御を重畳する制御手段と、を備えることを特徴とする工作機械。 The work piece is machined by rotating a tool formed by mounting at least one stage of cutting edges arranged concentrically in the axial direction, and the cutting edge measured in advance with respect to the feed shaft being machined is processed. A machine tool that superimposes a control for minutely displacing the feed shaft in the machining reverse direction based on a deflection amount,
An angle correction amount calculating means for calculating an angle correction amount for correcting a start angle of the control based on a cutting amount in the radial direction of the tool, and the start angle from the angle correction amount calculated by the angle correction amount calculating means. A starting angle correcting means for correcting; and a control means for superimposing the control of the minute displacement based on the starting angle corrected by the starting angle correcting means when performing side machining with the tool. Machine tool to do.
ae<Rの場合:θC=sin−1{1−(ae/R)}
ae≧Rの場合:θC=0
ae:径方向の切込み量(mm)、R:工具半径(mm) The machine tool according to claim 3, wherein the angle correction amount calculating means calculates the angle correction amount θ C by the following calculation formula.
When ae <R: θ C = sin −1 {1- (ae / R)}
When ae ≧ R: θ C = 0
ae: Radial depth of cut (mm), R: Tool radius (mm)
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