JP2022041603A - Work-piece additional processing method and processing machine - Google Patents

Work-piece additional processing method and processing machine Download PDF

Info

Publication number
JP2022041603A
JP2022041603A JP2020146906A JP2020146906A JP2022041603A JP 2022041603 A JP2022041603 A JP 2022041603A JP 2020146906 A JP2020146906 A JP 2020146906A JP 2020146906 A JP2020146906 A JP 2020146906A JP 2022041603 A JP2022041603 A JP 2022041603A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
work
stress
expansion coefficient
linear expansion
spindle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2020146906A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6810823B1 (en
Inventor
昌樹 近藤
Masaki Kondo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DMG Mori Co Ltd
Original Assignee
DMG Mori Seiki Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DMG Mori Seiki Co Ltd filed Critical DMG Mori Seiki Co Ltd
Priority to JP2020146906A priority Critical patent/JP6810823B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6810823B1 publication Critical patent/JP6810823B1/en
Publication of JP2022041603A publication Critical patent/JP2022041603A/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

To provide a work-piece additional processing method and a processing machine which can suppress occurrence of a crack, a deformation, a breakage or the like on an additionally processed layer, due to a difference between a linear expansion coefficient of a work-piece and a linear expansion coefficient of powder materials.SOLUTION: The work-piece additional processing method comprises: a step of applying stress to a work-piece 51 having a fist linear expansion coefficient; a step of supplying powder materials having a second linear expansion coefficient different from the first linear expansion coefficient and emitting a laser beam to the work-piece 51, while keeping on applying stress to the work-piece; and a step of cooling the work-piece 51 while abating the application of stress to the work-piece, after the step of supplying the powder materials and emitting the laser beam.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

この発明は、ワークの付加加工方法および加工機械に関する。 The present invention relates to a work addition processing method and a processing machine.

たとえば、特開2010-42524号公報(特許文献1)には、三次元形状造形物の製造方法が開示されている。三次元形状造形物の製造方法は、曲がった形状の造形用プレートを、取り付け用プレートに取り付けることによって、造形用プレートに応力を付与する工程と、造形用プレートに粉末層を形成する工程と、粉末層に光ビームを照射することにより焼結層を形成し、造形物を造形する工程と、造形後に、造形プレートを取り付けプレートから取り外す工程とを備える。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-42524 (Patent Document 1) discloses a method for manufacturing a three-dimensional shaped object. The method for manufacturing a three-dimensional shaped object includes a process of applying stress to the modeling plate by attaching a curved modeling plate to the mounting plate, and a process of forming a powder layer on the modeling plate. The powder layer is provided with a step of forming a sintered layer by irradiating the powder layer with a light beam to form a modeled object, and a step of attaching and removing the modeling plate from the modeling plate after modeling.

また、特開平9-295173号公報(特許文献2)には、ピストン母材を保持し、これを回転させる治具と、ピストン母材の外周面に沿って設けられた溝に粉末を投入する粉末供給装置および投入用ノズルと、投入された粉末を加熱溶融するためのレーザビームを発振するレーザ発振器と、ピストン母材を加温できるように、治具にシリコンオイルを循環させるためのオイル槽、ヒータおよびポンプ等とを備える内燃機関用ピストンの製造装置が開示されている。 Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-295173 (Patent Document 2), the powder is put into a jig for holding and rotating the piston base material and a groove provided along the outer peripheral surface of the piston base material. A powder supply device and a nozzle for charging, a laser oscillator that oscillates a laser beam for heating and melting the charged powder, and an oil tank for circulating silicon oil in a jig so that the piston base material can be heated. , A device for manufacturing a piston for an internal combustion engine including a heater, a pump and the like is disclosed.

また、特開昭60-223681号公報(特許文献3)には、熱膨張係数の異なる金属部材同士を低温で焼結結合する方法が開示されている。特許文献3に開示される焼結結合する方法では、熱膨張係数が異なる複数の金属の超微粉を樹脂粘結剤により結合して、複数の粉末合金シートを作成する。熱膨張係数の異なる金属部材の間に、熱膨張係数が大きい金属部材から小さい金属部材へと熱膨張係数が段階的に変化するように複数の粉末合金シートを配置し、次いで、これらを超微粉の焼結温度まで加熱して焼結する。 Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-223681 (Patent Document 3) discloses a method of sintering and bonding metal members having different coefficients of thermal expansion at a low temperature. In the method of sintering and bonding disclosed in Patent Document 3, a plurality of ultrafine powders of metals having different coefficients of thermal expansion are bonded with a resin binder to prepare a plurality of powder alloy sheets. A plurality of powder alloy sheets are arranged between metal members having different thermal expansion coefficients so that the thermal expansion coefficient changes stepwise from a metal member having a large thermal expansion coefficient to a metal member having a small thermal expansion coefficient, and then these are made into ultrafine powder. Sinter by heating to the sintering temperature of.

特開2010-42524号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-42524 特開平9-295173号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-295173 特開昭60-223681号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-22361

ワークに対して材料粉末を供給しながらレーザ光を照射する指向性エネルギー堆積法(Directed Energy Deposition Method)によって、ワークに3次元形状を作成するワークの付加加工方法が知られている。 A work addition processing method for creating a three-dimensional shape in a work by a directed energy deposition method in which a laser beam is irradiated while supplying a material powder to the work is known.

このようなワークの付加加工方法において、ワークの線膨張係数と、材料粉末の線膨張係数とが異なる場合がある。この場合、付加加工が行なわれたワークを冷却するステップ時に、ワークの熱収縮量と、材料粉末からなる付加加工層の熱収縮量との間に差分が生じ、付加加工層に亀裂、変形または破損等が生じる可能性がある。 In such an additional processing method of the work, the linear expansion coefficient of the work and the linear expansion coefficient of the material powder may be different. In this case, at the step of cooling the work on which the additional processing is performed, a difference occurs between the heat shrinkage amount of the work and the heat shrinkage amount of the additional processing layer made of the material powder, and the additional processing layer is cracked, deformed or or deformed. There is a possibility of damage.

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、ワークの線膨張係数と、材料粉末の線膨張係数との違いに起因して、付加加工層に亀裂、変形または破損等が生じることを防ぐワークの付加加工方法および加工機械を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and cracks, deformations, breakages, etc. occur in the additional processed layer due to the difference between the linear expansion coefficient of the work and the linear expansion coefficient of the material powder. It is to provide an additional processing method and a processing machine of a work to prevent this.

この発明に従ったワークの付加加工方法は、第1の線膨張係数を有するワークに対して、応力を付与するステップと、ワークに応力を付与したまま、ワークに対して、第1の線膨張係数とは異なる第2の線膨張係数を有する材料粉末を供給するとともにレーザ光を照射するステップと、材料粉末を供給するとともにレーザ光を照射するステップの後に、ワークに対する応力の付与を緩和しつつ、ワークを冷却するステップとを備える。 The method of additional processing of a work according to the present invention includes a step of applying stress to a work having a first linear expansion coefficient and a first linear expansion of the work while applying stress to the work. After the step of supplying the material powder having a second linear expansion coefficient different from the coefficient and irradiating the laser beam and the step of supplying the material powder and irradiating the laser beam, while relaxing the stress applied to the work. The work is provided with a step of cooling the work.

このように構成されたワークの付加加工方法によれば、予めの応力付与によりワークに歪みを生じさせ、ワークの冷却時に応力付与の緩和によりその歪みを徐々に解消することによって、ワークの熱収縮量と、材料粉末からなる付加加工層の熱収縮量との間に差分が生じることを抑制する。これにより、付加加工層に亀裂、変形または破損等が生じることを防止できる。 According to the work addition processing method configured in this way, strain is generated in the work by applying stress in advance, and the strain is gradually eliminated by relaxing the stress applied when the work is cooled, thereby thermally shrinking the work. It suppresses the occurrence of a difference between the amount and the amount of heat shrinkage of the additional processed layer made of the material powder. This makes it possible to prevent cracks, deformation, breakage, etc. from occurring in the additional processing layer.

また好ましくは、第1の線膨張係数は、第2の線膨張係数よりも大きい。応力を付与するステップは、ワークに対して圧縮応力を付与するステップを含む。 Also preferably, the first linear expansion coefficient is larger than the second linear expansion coefficient. The step of applying stress includes a step of applying compressive stress to the work.

このように構成されたワークの付加加工方法によれば、第1の線膨張係数が第2の線膨張係数よりも大きい場合、ワークを冷却するステップ時、ワークの熱収縮量が付加加工層の熱収縮量よりも大きくなる。このため、予めの圧縮応力の付与によりワークを圧縮変形させておき、ワークの冷却時にその圧縮歪みを徐々に解消することによって、ワークの熱収縮量と、付加加工層の熱収縮量との間に差分が生じることを抑制できる。 According to the work addition processing method configured in this way, when the first linear expansion coefficient is larger than the second linear expansion coefficient, the amount of heat shrinkage of the work during the step of cooling the work is the amount of heat shrinkage of the additional processing layer. It becomes larger than the amount of heat shrinkage. For this reason, the work is compressively deformed by applying compressive stress in advance, and the compressive strain is gradually eliminated when the work is cooled, so that the heat shrinkage between the work and the heat shrinkage of the additional work layer is reached. It is possible to suppress the occurrence of a difference in.

また好ましくは、第1の線膨張係数は、第2の線膨張係数よりも小さい。応力を付与するステップは、ワークに対して引っ張り応力を付与するステップを含む。 Also preferably, the first linear expansion coefficient is smaller than the second linear expansion coefficient. The step of applying stress includes a step of applying tensile stress to the work.

このように構成されたワークの付加加工方法によれば、第1の線膨張係数が第2の線膨張係数よりも小さい場合、ワークを冷却するステップ時、ワークの熱収縮量が付加加工層の熱収縮量よりも小さくなる。このため、予めの引っ張り応力の付与によりワークを引っ張り変形させておき、ワークの冷却時にその引っ張り歪みを徐々に解消することによって、ワークの熱収縮量と、付加加工層の熱収縮量との間に差分が生じることを抑制できる。 According to the work addition processing method configured in this way, when the first linear expansion coefficient is smaller than the second linear expansion coefficient, the amount of heat shrinkage of the work during the step of cooling the work is the amount of heat shrinkage of the additional processing layer. It is smaller than the amount of heat shrinkage. For this reason, the work is pulled and deformed by applying tensile stress in advance, and the tensile strain is gradually eliminated when the work is cooled, so that the heat shrinkage between the work and the heat shrinkage of the additional work layer is increased. It is possible to suppress the occurrence of a difference in.

また好ましくは、応力を付与するステップは、単位長さ当たりのワークの歪み量が、ワークを冷却するステップ時の、材料粉末からなる付加加工層の単位長さ当たりの熱収縮量と、ワークの単位長さ当たりの熱収縮量との差分と等しくなるように、ワークに対して応力を付与するステップを含む。 Further, preferably, in the step of applying stress, the amount of strain of the work per unit length is the amount of heat shrinkage per unit length of the additional processing layer made of the material powder at the time of the step of cooling the work, and the amount of heat shrinkage of the work. A step of applying stress to the work is included so as to be equal to the difference from the amount of heat shrinkage per unit length.

このように構成されたワークの付加加工方法によれば、ワークを冷却するステップ時、ワークの熱収縮量と、付加加工層の熱収縮量との間に差分が生じることをより効果的に抑制できる。 According to the work addition processing method configured in this way, it is more effective to suppress the difference between the heat shrinkage amount of the work and the heat shrinkage amount of the addition work layer during the step of cooling the work. can.

また好ましくは、ワークを冷却するステップは、ワークの加工点の温度が、材料粉末の液相点温度以下、室温以上の範囲である場合に、ワークに対する応力付与を緩和するステップを含む。 Further, preferably, the step of cooling the work includes a step of relaxing the stress applied to the work when the temperature of the processing point of the work is in the range of the liquidus point temperature of the material powder or more and room temperature or more.

このように構成されたワークの付加加工方法によれば、付加加工層の熱収縮が進行するタイミングでワークに対する応力付与を緩和することによって、付加加工層に亀裂、変形または破損等が生じることをより確実に防止できる。 According to the work addition processing method configured in this way, cracking, deformation, breakage, etc. may occur in the addition processing layer by relaxing the stress applied to the work at the timing when the heat shrinkage of the addition processing layer progresses. It can be prevented more reliably.

また好ましくは、ワークの付加加工方法は、第1ワーク主軸により、ワークの一方端を保持し、第1ワーク主軸と対向して配置される第2ワーク主軸により、ワークの他方端を保持するステップをさらに備える。第1ワーク主軸および第2ワーク主軸の間の距離を変化させることによって、ワークに対して付与する応力の大きさを変化させる。 Further, preferably, the work addition processing method is a step of holding one end of the work by the first work spindle and holding the other end of the work by the second work spindle arranged so as to face the first work spindle. Further prepare. By changing the distance between the first work spindle and the second work spindle, the magnitude of the stress applied to the work is changed.

このように構成されたワークの付加加工方法によれば、互いに対向配置された第1ワーク主軸および第2ワーク主軸を用いて、ワークに対して付与する応力の大きさを自在に調整することができる。 According to the work addition processing method configured in this way, the magnitude of the stress applied to the work can be freely adjusted by using the first work spindle and the second work spindle arranged so as to face each other. can.

また好ましくは、付加加工方法は、ワークの冷却が完了した後、ワークを第1ワーク主軸および第2ワーク主軸から取り外すステップをさらに備える。 Further preferably, the additional machining method further includes a step of removing the work from the first work spindle and the second work spindle after the cooling of the work is completed.

このように構成されたワークの付加加工方法によれば、ワークを第1ワーク主軸および第2ワーク主軸により保持した状態を付加加工層の熱収縮が終了するまで継続することによって、付加加工層に亀裂、変形または破損等が生じることをより確実に防止できる。 According to the work addition processing method configured in this way, the work is held by the first work spindle and the second work spindle until the heat shrinkage of the addition processing layer is completed, so that the addition processing layer is formed. It is possible to more reliably prevent cracks, deformation, breakage, and the like.

この発明に従った加工機械は、ワークの付加加工を行なう加工機械である。加工機械は、ワークに対して、材料粉末を供給するとともにレーザ光を照射する付加加工用ヘッドと、ワークに対して応力を付与する応力付与装置と、加工機械を制御する制御装置とを備える。制御装置は、第1の線膨張係数を有するワークに対して応力を付与するように、応力付与装置の動作を制御する。制御装置は、ワークに応力を付与したまま、ワークに対して、第1の線膨張係数とは異なる第2の線膨張係数を有する材料粉末を供給するとともにレーザ光を照射するように、応力付与装置および付加加工用ヘッドの動作を制御する。制御装置は、材料粉末を供給するとともにレーザ光を照射した後に、ワークに対する応力の付与を緩和しつつ、ワークを冷却するように、応力付与装置の動作を制御する。 The processing machine according to the present invention is a processing machine that performs additional processing of a work. The processing machine includes an additional processing head that supplies material powder to the work and irradiates a laser beam, a stress applying device that applies stress to the work, and a control device that controls the processing machine. The control device controls the operation of the stress applying device so as to apply stress to the work having the first linear expansion coefficient. The control device applies stress to the work so as to supply the work with a material powder having a second linear expansion coefficient different from the first linear expansion coefficient and to irradiate the work with laser light. Controls the operation of the device and additional machining head. After supplying the material powder and irradiating the laser beam, the control device controls the operation of the stress applying device so as to cool the work while relaxing the stress applied to the work.

このように構成された加工機械によれば、ワークの線膨張係数と、材料粉末の線膨張係数との違いに起因して、付加加工層に亀裂、変形または破損等が生じることを防ぐことができる。 According to the processing machine configured in this way, it is possible to prevent cracks, deformations, breakages, etc. in the additional processing layer due to the difference between the linear expansion coefficient of the work and the linear expansion coefficient of the material powder. can.

以上に説明したように、この発明に従えば、ワークの線膨張係数と、材料粉末の線膨張係数との違いに起因して、付加加工層に亀裂、変形または破損等が生じることを抑制するワークの付加加工方法および加工機械を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of cracks, deformation, breakage, etc. in the additional work layer due to the difference between the linear expansion coefficient of the work and the linear expansion coefficient of the material powder. It is possible to provide an additional processing method and a processing machine for a work.

加工機械を示す前面図である。It is a front view which shows the processing machine. 図1中の加工機械において、付加加工時の加工エリア内の様子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state in the processing area at the time of additional processing in the processing machine in FIG. ワークおよび材料粉末の線膨張係数が異なる場合の従来の現象を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional phenomenon when the linear expansion coefficient of a work and a material powder is different. ワークおよび材料粉末の線膨張係数が異なる場合の従来の現象を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional phenomenon when the linear expansion coefficient of a work and a material powder is different. 本実施の形態におけるワークの付加加工方法の第1ステップ(第1の線膨張係数>第2の線膨張係数)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st step (the 1st linear expansion coefficient> the 2nd linear expansion coefficient) of the addition processing method of the work in this embodiment. 本実施の形態におけるワークの付加加工方法の第2ステップ(第1の線膨張係数>第2の線膨張係数)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd step (the 1st linear expansion coefficient> the 2nd linear expansion coefficient) of the addition processing method of the work in this embodiment. 本実施の形態におけるワークの付加加工方法の第3ステップ(第1の線膨張係数>第2の線膨張係数)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 3rd step (the 1st linear expansion coefficient> the 2nd linear expansion coefficient) of the addition processing method of the work in this embodiment. 本実施の形態におけるワークの付加加工方法の第1ステップ(第1の線膨張係数<第2の線膨張係数)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st step (the 1st linear expansion coefficient <the 2nd linear expansion coefficient) of the addition processing method of the work in this embodiment. 本実施の形態におけるワークの付加加工方法の第2ステップ(第1の線膨張係数<第2の線膨張係数)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd step (the 1st linear expansion coefficient <the 2nd linear expansion coefficient) of the addition processing method of the work in this embodiment. 図1および図2中の加工機械において、ワークの付加加工に関連する制御系を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a control system related to additional machining of a workpiece in the machining machines in FIGS. 1 and 2. 図1および図2中の加工機械を用いて、本実施の形態におけるワークの付加加工方法を実行するステップの流れを示すフローチャート図である。It is a flowchart which shows the flow of the step which executes the additional processing method of the work in this embodiment using the processing machine in FIGS. 1 and 2.

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings referred to below, the same or corresponding members are assigned the same number.

図1は、加工機械を示す前面図である。図1中には、加工機械の外観をなすカバー体を透視することにより、加工機械の内部が示されている。図2は、図1中の加工機械において、付加加工時の加工エリア内の様子を示す斜視図である。 FIG. 1 is a front view showing a processing machine. In FIG. 1, the inside of the processing machine is shown by seeing through the cover body forming the appearance of the processing machine. FIG. 2 is a perspective view showing a state in the processing area at the time of additional processing in the processing machine in FIG. 1.

図1および図2を参照して、加工機械100は、ワークの付加加工(AM(Additive manufacturing)加工)と、ワークの除去加工(SM(Subtractive manufacturing)加工)とが可能なAM/SMハイブリッド加工機である。加工機械100は、SM加工の機能として、固定工具を用いた旋削機能と、回転工具を用いたミーリング機能とを有する。加工機械100は、コンピュータによる数値制御によって、ワーク加工のための各種動作が自動化されたNC(Numerically Control)加工機械である。 With reference to FIGS. 1 and 2, the processing machine 100 can perform AM / SM hybrid processing capable of performing work addition processing (AM (Additive manufacturing) processing) and work removal processing (SM (Subtractive manufacturing) processing). It is a machine. The machining machine 100 has a turning function using a fixed tool and a milling function using a rotary tool as SM machining functions. The machining machine 100 is an NC (Numerically Control) machining machine in which various operations for machining a workpiece are automated by numerical control by a computer.

本明細書においては、加工機械100の左右方向(幅方向)に平行で、水平方向に延びる軸を「Z軸」といい、加工機械100の前後方向(奥行き方向)に平行で、水平方向に延びる軸を「Y軸」といい、鉛直方向に延びる軸を「X軸」という。図1中における右方向を「+Z軸方向」といい、左方向を「-Z軸方向」という。図1中における紙面の手前方向を「+Y軸方向」といい、奥方向を「-Y軸方向」という。図1中における上方向を「+X軸方向」といい、下方向を「-X軸方向」という。 In the present specification, an axis parallel to the left-right direction (width direction) of the processing machine 100 and extending in the horizontal direction is referred to as a "Z axis", and is parallel to the front-back direction (depth direction) of the processing machine 100 and horizontally. The axis that extends is called the "Y axis", and the axis that extends in the vertical direction is called the "X axis". The right direction in FIG. 1 is referred to as "+ Z axis direction", and the left direction is referred to as "-Z axis direction". In FIG. 1, the front direction of the paper surface is referred to as "+ Y-axis direction", and the back direction is referred to as "-Y-axis direction". The upward direction in FIG. 1 is referred to as "+ X-axis direction", and the downward direction is referred to as "-X-axis direction".

まず、本実施の形態におけるワークの付加加工方法に用いられる加工機械100の構造について説明する。加工機械100は、ベッド136、第1主軸台111、第2主軸台116、工具主軸121および下刃物台131を有する。 First, the structure of the processing machine 100 used in the work addition processing method in the present embodiment will be described. The processing machine 100 has a bed 136, a first headstock 111, a second headstock 116, a tool spindle 121, and a lower tool post 131.

ベッド136は、第1主軸台111、第2主軸台116、工具主軸121および下刃物台131を支持するためのベース部材であり、工場などの床面に設置されている。第1主軸台111(後述の第1ワーク主軸112)、第2主軸台116、工具主軸121および下刃物台131は、スプラッシュガード205により区画形成された加工エリア200内に設けられている。 The bed 136 is a base member for supporting the first headstock 111, the second headstock 116, the tool head shaft 121, and the lower blade base 131, and is installed on the floor surface of a factory or the like. The first headstock 111 (the first work spindle 112 described later), the second headstock 116, the tool headstock 121, and the lower tool post 131 are provided in the machining area 200 partitioned by the splash guard 205.

加工エリア200は、ワークの除去加工および付加加工が行なわれる空間であり、これらワーク加工に伴う切屑、切削油またはヒューム等の異物が加工エリア200の外部に漏出しないように密閉されている。 The processing area 200 is a space where work removal processing and addition processing are performed, and is sealed so that foreign matter such as chips, cutting oil, or fume associated with the work processing does not leak to the outside of the processing area 200.

第1主軸台111および第2主軸台116は、Z軸方向において、互いに対向して設けられている。第1主軸台111および第2主軸台116は、それぞれ、固定工具を用いた旋削加工時にワークを回転させたり、回転工具を用いたミーリング加工時または除去加工時にワークを保持したりするための第1ワーク主軸112および第2ワーク主軸117を有する。第1ワーク主軸112は、Z軸に平行な中心軸201Aを中心に回転可能に設けられ、第2ワーク主軸117は、Z軸に平行な中心軸201Bを中心に回転可能に設けられている。中心軸201Aおよび中心軸201Bは、同一直線上で延びている。 The first headstock 111 and the second headstock 116 are provided so as to face each other in the Z-axis direction. The first headstock 111 and the second headstock 116 are the first to rotate the work during turning using a fixed tool, and to hold the work during milling or removal using a rotating tool, respectively. It has one work spindle 112 and a second work spindle 117. The first work spindle 112 is rotatably provided around the central axis 201A parallel to the Z axis, and the second work spindle 117 is rotatably provided around the central axis 201B parallel to the Z axis. The central axis 201A and the central axis 201B extend on the same straight line.

第1ワーク主軸112および第2ワーク主軸117には、それぞれ、ワークを着脱可能に把持するためのチャック113およびチャック118が設けられている。図1に示されるように、チャック113が設けられる第1ワーク主軸112の主軸端面112fと、チャック118が設けられる第2ワーク主軸117の主軸端面117fとの間におけるZ軸方向の距離を、第1ワーク主軸112および第2ワーク主軸117の主軸間距離Hという。 The first work spindle 112 and the second work spindle 117 are provided with a chuck 113 and a chuck 118 for gripping the work in a detachable manner, respectively. As shown in FIG. 1, the distance in the Z-axis direction between the spindle end surface 112f of the first work spindle 112 provided with the chuck 113 and the spindle end surface 117f of the second work spindle 117 provided with the chuck 118 is the first. It is referred to as a distance H between the spindles of the 1 work spindle 112 and the 2nd work spindle 117.

図2に示されるように、加工対象であるワーク51が、第1ワーク主軸112および第2ワーク主軸117により保持されている。ワーク51は、たとえば、ステンレス等の金属材料からなる。 As shown in FIG. 2, the work 51 to be machined is held by the first work spindle 112 and the second work spindle 117. The work 51 is made of a metal material such as stainless steel, for example.

ワーク51は、中心軸201Aおよび中心軸201Bの延長上で延びる中心軸201を中心とする円柱形状を有する。中心軸201の軸方向におけるワーク51の一方端が、チャック113により把持され、中心軸201の軸方向におけるワーク51の他方端が、チャック118により把持されている。第1ワーク主軸112および第2ワーク主軸117が互いに同期して回転駆動することにより、ワーク51は、中心軸201を中心に回転する。 The work 51 has a cylindrical shape centered on the central axis 201 extending on the extension of the central axis 201A and the central axis 201B. One end of the work 51 in the axial direction of the central axis 201 is gripped by the chuck 113, and the other end of the work 51 in the axial direction of the central axis 201 is gripped by the chuck 118. When the first work spindle 112 and the second work spindle 117 are rotationally driven in synchronization with each other, the work 51 rotates about the central axis 201.

第2主軸台116(第2ワーク主軸117)は、各種の送り機構、案内機構およびサーボモータなどにより、Z軸方向に移動可能に設けられている。第2主軸台116が+Z軸方向に移動することによって、第1ワーク主軸112および第2ワーク主軸117の主軸間距離Hが増大し、第2主軸台116が-Z軸方向に移動することによって、第1ワーク主軸112および第2ワーク主軸117の主軸間距離Hが減少する。 The second headstock 116 (second work spindle 117) is provided so as to be movable in the Z-axis direction by various feed mechanisms, guide mechanisms, servomotors, and the like. By moving the second headstock 116 in the + Z axis direction, the distance H between the spindles of the first work spindle 112 and the second work spindle 117 increases, and by moving the second headstock 116 in the −Z axis direction. , The distance H between the spindles of the first work spindle 112 and the second work spindle 117 is reduced.

工具主軸(上刃物台)121は、回転工具を用いたミーリング加工時に回転工具を回転させる。工具主軸121は、X軸-Z軸平面に平行な中心軸203を中心に回転可能に設けられている。工具主軸121には、回転工具を着脱可能に保持するためのクランプ機構が設けられている。 The tool spindle (upper tool post) 121 rotates the rotary tool during milling using the rotary tool. The tool spindle 121 is rotatably provided about a central axis 203 parallel to the X-axis-Z-axis plane. The tool spindle 121 is provided with a clamp mechanism for holding the rotary tool detachably.

工具主軸121は、図示しないコラム等によりベッド136上に支持されている。工具主軸121は、コラム等に設けられた各種の送り機構、案内機構およびサーボモータなどにより、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向に移動可能に設けられている。このような構成により、工具主軸121に装着された回転工具による加工位置が、3次元的に移動する。 The tool spindle 121 is supported on the bed 136 by a column or the like (not shown). The tool spindle 121 is provided so as to be movable in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction by various feed mechanisms, guide mechanisms, servomotors, and the like provided on the column and the like. With such a configuration, the machining position by the rotary tool mounted on the tool spindle 121 moves three-dimensionally.

工具主軸121は、さらに、Y軸に平行な旋回中心軸204を中心に旋回可能に設けられている(B軸旋回)。工具主軸121の旋回範囲は、工具主軸121の主軸端面123が下方を向く姿勢(図1中および図2に示す姿勢)を基準にして±120°の範囲である。工具主軸121の旋回範囲は、図1および図2中に示す姿勢から±90°以上の範囲であることが好ましい。 The tool spindle 121 is further provided so as to be able to swivel around a swivel center shaft 204 parallel to the Y axis (B-axis swivel). The turning range of the tool spindle 121 is a range of ± 120 ° with respect to the posture in which the spindle end surface 123 of the tool spindle 121 faces downward (the posture shown in FIG. 1 and FIG. 2). The turning range of the tool spindle 121 is preferably a range of ± 90 ° or more from the postures shown in FIGS. 1 and 2.

なお、図1中には示されていないが、第1主軸台111の周辺には、工具主軸121に装着された工具を自動交換するための自動工具交換装置(ATC:Automatic Tool Changer)と、工具主軸121に装着する交換用の工具を収容する工具マガジンとが設けられている。 Although not shown in FIG. 1, an automatic tool changer (ATC: Automatic Tool Changer) for automatically changing the tool mounted on the tool spindle 121 is provided around the first headstock 111. A tool magazine for accommodating a replacement tool to be mounted on the tool spindle 121 is provided.

下刃物台131は、旋削加工のための複数の固定工具を装着する。下刃物台131は、いわゆるタレット形であり、複数の固定工具が放射状に取り付けられ、旋回割り出しを行なう。 The lower tool post 131 is equipped with a plurality of fixing tools for turning. The lower blade base 131 has a so-called turret type, and a plurality of fixing tools are radially attached to perform swivel indexing.

より具体的には、下刃物台131は、旋回部132を有する。旋回部132は、Z軸に平行な中心軸206を中心に旋回可能に設けられている。中心軸206を中心にその周方向に間隔を隔てた位置には、固定工具を保持するための複数の工具ホルダが取り付けられている。旋回部132が中心軸206を中心に旋回することによって、工具ホルダに保持された固定工具が周方向に移動し、旋削加工に用いられる固定工具が割り出される。 More specifically, the lower tool post 131 has a swivel portion 132. The swivel portion 132 is provided so as to be swivelable around a central axis 206 parallel to the Z axis. A plurality of tool holders for holding a fixed tool are attached to positions spaced apart from each other in the circumferential direction about the central axis 206. When the swivel portion 132 swivels around the central axis 206, the fixing tool held by the tool holder moves in the circumferential direction, and the fixing tool used for turning is indexed.

下刃物台131は、図示しないサドル等によりベッド136上に支持されている。下刃物台131は、サドル等に設けられた各種の送り機構、案内機構およびサーボモータなどにより、X軸方向およびZ軸方向に移動可能に設けられている。 The lower blade base 131 is supported on the bed 136 by a saddle or the like (not shown). The lower blade base 131 is provided so as to be movable in the X-axis direction and the Z-axis direction by various feed mechanisms, guide mechanisms, servomotors, and the like provided on the saddle and the like.

加工機械100は、付加加工用ヘッド21をさらに有する。付加加工用ヘッド21は、ワークに対して材料粉末を供給するとともにレーザ光を照射することにより付加加工を行なう(指向性エネルギー堆積法(Directed Energy Deposition))。材料粉末としては、たとえば、コバルト基合金またはSKD材等の金属粉末を利用することができる。 The processing machine 100 further includes an additional processing head 21. The additional processing head 21 performs additional processing by supplying material powder to the work and irradiating it with a laser beam (directed energy deposition). As the material powder, for example, a metal powder such as a cobalt-based alloy or an SKD material can be used.

付加加工用ヘッド21は、工具主軸121に着脱可能なように構成されている。付加加工時、付加加工用ヘッド21は、工具主軸121に装着される。工具主軸121が、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向に移動することによって、付加加工用ヘッド21による付加加工の加工位置が3次元的に変位する。さらに、工具主軸121が、旋回中心軸204を中心に旋回することによって、付加加工用ヘッド21も工具主軸121と一体となって旋回中心軸204を中心に旋回する。これにより、付加加工用ヘッド21による付加加工の向き(ワークに対するレーザ光の照射方向)を自在に変化させることができる。 The additional machining head 21 is configured to be detachable from the tool spindle 121. At the time of additional processing, the additional processing head 21 is mounted on the tool spindle 121. As the tool spindle 121 moves in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, the machining position of the additional machining by the additional machining head 21 is three-dimensionally displaced. Further, when the tool spindle 121 is swiveled around the swivel center shaft 204, the additional machining head 21 is also integrated with the tool spindle 121 and swivels around the swivel center shaft 204. Thereby, the direction of the additional processing (the irradiation direction of the laser beam to the work) by the additional processing head 21 can be freely changed.

除去加工時、付加加工用ヘッド21は、工具主軸121から分離され、図示しないヘッドストッカに格納される。 At the time of removal machining, the additional machining head 21 is separated from the tool spindle 121 and stored in a head stocker (not shown).

工具主軸121には、クランプ機構が設けられており、工具主軸121に対する付加加工用ヘッド21の装着時、そのクランプ機構が動作することによって、付加加工用ヘッド21が工具主軸121に連結される。クランプ機構の一例として、バネ力によりクランプ状態を得て、油圧によりアンクランプ状態を得る機構が挙げられる。 The tool spindle 121 is provided with a clamp mechanism, and when the add-machi head 21 is mounted on the tool spindle 121, the clamp mechanism operates to connect the add-machi head 21 to the tool spindle 121. As an example of the clamping mechanism, there is a mechanism that obtains a clamped state by a spring force and obtains an unclamped state by hydraulic pressure.

加工機械100は、パウダーフィーダ70と、レーザ発振装置76と、ケーブル24とをさらに有する。 The processing machine 100 further includes a powder feeder 70, a laser oscillator 76, and a cable 24.

パウダーフィーダ70は、付加加工に用いられる材料粉末を、加工エリア200内の付加加工用ヘッド21に向けて導入する。パウダーフィーダ70は、パウダーホッパー72と、混合部71とを有する。パウダーホッパー72は、付加加工に用いられる材料粉末を収容するための密閉空間を形成する。混合部71は、パウダーホッパー72に収容された材料粉末と、材料粉末のキャリア用のガスとを混合する。 The powder feeder 70 introduces the material powder used for the additional processing toward the additional processing head 21 in the processing area 200. The powder feeder 70 has a powder hopper 72 and a mixing unit 71. The powder hopper 72 forms a closed space for accommodating the material powder used for the additional processing. The mixing unit 71 mixes the material powder contained in the powder hopper 72 with the gas for the carrier of the material powder.

レーザ発振装置76は、付加加工に用いられるレーザ光を発振する。ケーブル24は、レーザ発振装置76から付加加工用ヘッド21に向けてレーザ光を導くための光ファイバーと、パウダーフィーダ70から付加加工用ヘッド21に向けて材料粉末を導くための配管と、空気の流路となるエア配管と、不活性ガスの流路となるガス配管と、冷媒の流路となる冷却配管と、電気配線と、これらを収容する管部材とから構成されている。 The laser oscillator 76 oscillates the laser beam used for additional processing. The cable 24 includes an optical fiber for guiding a laser beam from the laser oscillator 76 toward the additional processing head 21, a pipe for guiding material powder from the powder feeder 70 toward the additional processing head 21, and an air flow. It is composed of an air pipe serving as a path, a gas pipe serving as a flow path for an inert gas, a cooling pipe serving as a flow path for a refrigerant, electrical wiring, and a pipe member accommodating these.

続いて、本実施の形態におけるワークの付加加工方法について説明する。図3および図4は、ワークおよび材料粉末の線膨張係数が異なる場合の従来の現象を示す断面図である。 Subsequently, the method of additional processing of the work in the present embodiment will be described. 3 and 4 are cross-sectional views showing a conventional phenomenon when the work and the material powder have different linear expansion coefficients.

図3および図4中では、ワーク51の第1の線膨張係数が、材料粉末(付加加工層56)の第2の線膨張係数よりも大きい場合が想定されている。一例として、ワーク51が、線膨張係数17.3×10-6/℃を有するSUS304からなり、材料粉末が、線膨張係数10×10-6/℃を有するコバルト基合金からなる。 In FIGS. 3 and 4, it is assumed that the first linear expansion coefficient of the work 51 is larger than the second linear expansion coefficient of the material powder (additional processed layer 56). As an example, the work 51 is made of SUS304 having a linear expansion coefficient of 17.3 × 10 -6 / ° C, and the material powder is made of a cobalt-based alloy having a linear expansion coefficient of 10 × 10 -6 / ° C.

図3を参照して、ワーク51に対して、材料粉末を供給するとともにレーザ光を照射すると、ワーク51の表面には、ワーク51が溶融してなるメルトプール52が形成され、ワーク51の表面上には、材料粉末が溶融してなる付加加工層56がメルトプール52と重なって形成される。このとき、矢印62に示すワーク51の熱膨張量が、矢印61に示す付加加工層56の熱膨張量よりも大きくなる。 With reference to FIG. 3, when the work 51 is supplied with the material powder and irradiated with the laser beam, a melt pool 52 formed by melting the work 51 is formed on the surface of the work 51, and the surface of the work 51 is formed. On the top, an additional processing layer 56 formed by melting the material powder is formed so as to overlap with the melt pool 52. At this time, the thermal expansion amount of the work 51 shown by the arrow 62 is larger than the thermal expansion amount of the additional processing layer 56 shown by the arrow 61.

図4を参照して、ワーク51を冷却することによって、付加加工層56が、ワーク51の表面上に溶着される。このとき、固化に伴うワーク51の熱収縮量が、固化に伴う付加加工層56の熱収縮量よりも大きいため、付加加工層56およびワーク51の境界に応力が生じる。その結果、付加加工層56に亀裂、変形または破損等が発生する可能性がある。 By cooling the work 51 with reference to FIG. 4, the additional processing layer 56 is welded onto the surface of the work 51. At this time, since the amount of heat shrinkage of the work 51 due to solidification is larger than the amount of heat shrinkage of the additional processing layer 56 due to solidification, stress is generated at the boundary between the additional processing layer 56 and the work 51. As a result, the additional processing layer 56 may be cracked, deformed or damaged.

図5から図7は、本実施の形態におけるワークの付加加工方法のステップ(第1の線膨張係数>第2の線膨張係数)を示す断面図である。 5 to 7 are cross-sectional views showing steps (first linear expansion coefficient> second linear expansion coefficient) of the work addition processing method in the present embodiment.

図5から図7を参照して、これに対して、本実施の形態におけるワークの付加加工方法は、図5に示されるように、第1の線膨張係数を有するワーク51に対して、応力を付与するステップと、図6に示されるように、ワーク51に応力を付与したまま、ワーク51に対して、第1の線膨張係数とは異なる第2の線膨張係数を有する材料粉末を供給するとともにレーザ光を照射するステップと、図7に示されるように、材料粉末を供給するとともにレーザ光を照射するステップの後に、ワーク51に対する応力の付与を緩和しつつ、ワーク51を冷却するステップとを備える。 With reference to FIGS. 5 to 7, the work addition processing method in the present embodiment, as shown in FIG. 5, stresses the work 51 having the first linear expansion coefficient as shown in FIG. And, as shown in FIG. 6, a material powder having a second linear expansion coefficient different from the first linear expansion coefficient is supplied to the work 51 while stress is applied to the work 51. After the step of irradiating the work 51 with the laser beam and the step of supplying the material powder and irradiating the laser beam, the step of cooling the work 51 while relaxing the stress applied to the work 51. And prepare.

ワーク51が有する第1の線膨張係数は、材料粉末が有する第2の線膨張係数よりも大きい。図5に示される応力を付与するステップは、ワーク51に対して、矢印64に示す圧縮応力を付与するステップを含む。 The first linear expansion coefficient of the work 51 is larger than the second linear expansion coefficient of the material powder. The step of applying the stress shown in FIG. 5 includes a step of applying the compressive stress shown by the arrow 64 to the work 51.

図6に示されるように、予めの圧縮応力の付与によりワーク51に圧縮歪みを生じさせることによって、矢印63に示す、ワーク51の力学的変形量が差し引かれたワーク51の熱膨張量を、矢印61に示す付加加工層56の熱膨張量に近づけることができる。そして、図7に示されるように、ワーク51の冷却時に圧縮応力の付与の緩和によりその圧縮歪みを徐々に解消することによって、ワーク51の熱収縮量と、付加加工層56の熱収縮量との間に差分が生じることを抑制できる。これにより、付加加工層56に亀裂、変形または破損等が生じることを防止できる。 As shown in FIG. 6, the amount of thermal expansion of the work 51 from which the amount of mechanical deformation of the work 51, which is shown by the arrow 63, is subtracted by causing the work 51 to be compressively strained by applying the compressive stress in advance. The amount of thermal expansion of the additional processing layer 56 shown by the arrow 61 can be approached. Then, as shown in FIG. 7, the heat shrinkage amount of the work 51 and the heat shrinkage amount of the additional work layer 56 are obtained by gradually eliminating the compression strain by relaxing the application of the compressive stress when the work 51 is cooled. It is possible to suppress the occurrence of a difference between. This makes it possible to prevent the additional processing layer 56 from being cracked, deformed, or damaged.

図8および図9は、本実施の形態におけるワークの付加加工方法のステップ(第1の線膨張係数<第2の線膨張係数)を示す断面図である。図8および図9には、それぞれ、先出の図5および図6に対応するステップが示されている。 8 and 9 are cross-sectional views showing steps (first linear expansion coefficient <second linear expansion coefficient) of the work addition processing method in the present embodiment. 8 and 9, respectively, show the steps corresponding to FIGS. 5 and 6, respectively.

図8および図9を参照して、ワーク51が有する第1の線膨張係数が、材料粉末が有する第2の線膨張係数よりも小さい場合、図8に示される応力を付与するステップは、ワーク51に対して、矢印68に示す引っ張り応力を付与するステップを含む。 With reference to FIGS. 8 and 9, if the first linear expansion coefficient of the work 51 is smaller than the second linear expansion coefficient of the material powder, the step of applying the stress shown in FIG. 8 is the work. The step of applying the tensile stress shown by the arrow 68 to 51 is included.

ワーク51が有する第1の線膨張係数が、材料粉末が有する第2の線膨張係数よりも小さい場合、ワーク51の熱膨張量が、付加加工層56の熱膨張量よりも小さくなる。 When the first linear expansion coefficient of the work 51 is smaller than the second linear expansion coefficient of the material powder, the thermal expansion amount of the work 51 is smaller than the thermal expansion amount of the additional processing layer 56.

これに対して、図9に示されるように、予めの引っ張り応力の付与によりワーク51に引っ張り歪みを生じさせることによって、矢印67に示す、ワーク51の力学的変形量が付加されたワーク51の熱膨張量を、矢印65に示す付加加工層56の熱膨張量に近づけることができる。そして、ワーク51の冷却時に引っ張り応力の付与の緩和によりその引っ張り歪みを徐々に解消することによって、ワーク51の熱収縮量と、付加加工層56の熱収縮量との間に差分が生じることを抑制できる。これにより、付加加工層56に亀裂、変形または破損等が生じることを防止できる。 On the other hand, as shown in FIG. 9, the work 51 to which the amount of mechanical deformation of the work 51 shown by the arrow 67 is added by causing the work 51 to have a tensile strain by applying a tensile stress in advance. The amount of thermal expansion can be brought close to the amount of thermal expansion of the additional processing layer 56 shown by the arrow 65. Then, by gradually eliminating the tensile strain by relaxing the application of tensile stress when the work 51 is cooled, a difference is generated between the heat shrinkage amount of the work 51 and the heat shrinkage amount of the additional work layer 56. Can be suppressed. This makes it possible to prevent the additional processing layer 56 from being cracked, deformed, or damaged.

本実施の形態におけるワークの付加加工方法において、応力を付与するステップは、単位長さ当たりのワーク51の歪み量が、ワーク51を冷却するステップ時の、材料粉末からなる付加加工層56の単位長さ当たりの熱収縮量と、ワーク51の単位長さ当たりの熱収縮量との差分と等しくなるように、ワーク51に対して応力を付与するステップを含むことが好ましい。 In the work addition processing method of the present embodiment, in the step of applying stress, the strain amount of the work 51 per unit length is the unit of the addition processing layer 56 made of the material powder at the time of the step of cooling the work 51. It is preferable to include a step of applying stress to the work 51 so as to be equal to the difference between the heat shrinkage amount per length and the heat shrinkage amount per unit length of the work 51.

このような構成によれば、ワーク51を冷却するステップ時、ワーク51の熱収縮量と、付加加工層56の熱収縮量との間に差分が生じることをより効果的に抑制できる。これにより、付加加工層56に亀裂、変形または破損等が生じることをより確実に防止できる。 According to such a configuration, it is possible to more effectively suppress the difference between the heat shrinkage amount of the work 51 and the heat shrinkage amount of the additional processing layer 56 during the step of cooling the work 51. As a result, it is possible to more reliably prevent the additional processing layer 56 from being cracked, deformed or damaged.

一例として、ワーク51の線膨張係数、圧縮/引っ張り係数、および、引っ張り断面係数と、材料粉末の線膨張係数、圧縮/引っ張り係数、および、厚みと、ワーク51の加工点の温度、室温、および、冷却速度とをパラメータとし、これらパラメータに即して、ワーク51の冷却速度に合わせて応力を緩和することによって、付加加工層56に亀裂、変形または破損等が生じることを効果的に防ぐことができる。 As an example, the linear expansion coefficient, compression / tensile coefficient, and tensile cross section coefficient of the work 51, the linear expansion coefficient, compression / tensile coefficient, and thickness of the material powder, and the temperature, room temperature, and room temperature of the processing point of the work 51, and By using the cooling rate as a parameter and relaxing the stress according to the cooling rate of the work 51 in accordance with these parameters, it is possible to effectively prevent cracks, deformation, breakage, etc. from occurring in the additional work layer 56. Can be done.

ワーク51を冷却するステップは、ワーク51の加工点の温度が、材料粉末の液相点温度以下、室温以上の範囲である場合に、ワーク51に対する応力付与を緩和するステップを含むことが好ましい。ワーク51に対する応力付与を緩和するステップは、ワーク51の加工点の温度が、少なくとも材料粉末の液相点温度から固相点温度まで低下する間に、継続的に実施されることがさらに好ましい。 The step of cooling the work 51 preferably includes a step of relaxing the stress applied to the work 51 when the temperature of the processing point of the work 51 is in the range of the liquidus point temperature of the material powder or higher and the room temperature or higher. It is more preferable that the step of relaxing the stress applied to the work 51 is continuously performed while the temperature at the processing point of the work 51 drops from at least the liquid phase temperature of the material powder to the solid phase temperature.

なお、ワーク51の加工点の温度は、付加加工層56の温度に対応している。材料粉末の液相点温度とは、材料粉末において液体から固体が出現しはじめる温度である。付加加工層56においては、材料粉末の液相点温度から、完全に固体になる材料粉末の固相点温度までの間に、結晶の核形成が進行する。 The temperature of the processing point of the work 51 corresponds to the temperature of the additional processing layer 56. The liquid phase temperature of the material powder is the temperature at which a solid begins to appear from the liquid in the material powder. In the additional processed layer 56, crystal nucleation proceeds from the liquid phase temperature of the material powder to the solid phase temperature of the material powder that becomes completely solid.

このような構成によれば、付加加工層56において結晶の核形成が開始されるタイミング、すなわち、付加加工層56の熱収縮が始まるタイミングで、ワーク51に対する圧縮応力の付与を緩和する。これにより、付加加工層56に亀裂、変形または破損等が生じることをより確実に防止できる。 According to such a configuration, the application of compressive stress to the work 51 is relaxed at the timing when the nucleation of crystals starts in the additional processing layer 56, that is, at the timing when the thermal shrinkage of the additional processing layer 56 starts. As a result, it is possible to more reliably prevent the additional processing layer 56 from being cracked, deformed or damaged.

続いて、本実施の形態におけるワークの付加加工方法のより具体的な例として、図1および図2中の加工機械100を用いて、本実施の形態におけるワークの付加加工方法を実行する場合を説明する。 Subsequently, as a more specific example of the work addition processing method in the present embodiment, a case where the work addition processing method in the present embodiment is executed using the processing machine 100 in FIGS. 1 and 2. explain.

図10は、図1および図2中の加工機械において、ワークの付加加工に関連する制御系を示すブロック図である。図10を参照して、加工機械100は、制御装置81をさらに有する。 FIG. 10 is a block diagram showing a control system related to additional machining of a workpiece in the machining machines in FIGS. 1 and 2. With reference to FIG. 10, the processing machine 100 further includes a control device 81.

制御装置81は、加工機械100を制御する。制御装置81は、加工機械100に備え付けられ、加工機械100における各種動作を制御するための制御盤である。 The control device 81 controls the processing machine 100. The control device 81 is provided in the processing machine 100 and is a control panel for controlling various operations in the processing machine 100.

制御装置81は、プログラム記憶部82と、プログラム実行部83と、工具主軸制御部84と、付加加工制御部85と、第1ワーク主軸制御部86と、第2ワーク主軸制御部87とを有する。 The control device 81 includes a program storage unit 82, a program execution unit 83, a tool spindle control unit 84, an additional machining control unit 85, a first work spindle control unit 86, and a second work spindle control unit 87. ..

プログラム記憶部82には、加工機械100の作業者によって作成されたワーク加工のための実行プログラム(数値制御プログラム)が記憶されている。プログラム記憶部82は、一例として、フラッシュメモリである。 The program storage unit 82 stores an execution program (numerical control program) for machining a work created by an operator of the machining machine 100. The program storage unit 82 is, for example, a flash memory.

プログラム実行部83は、プログラム記憶部82に記憶された実行プログラムを実行する。プログラム実行部83は、実行プログラムの命令を読み取って、工具主軸制御部84、付加加工制御部85、第1ワーク主軸制御部86および第2ワーク主軸制御部87の各々に制御信号を出力する。 The program execution unit 83 executes the execution program stored in the program storage unit 82. The program execution unit 83 reads the command of the execution program and outputs a control signal to each of the tool spindle control unit 84, the additional machining control unit 85, the first work spindle control unit 86, and the second work spindle control unit 87.

工具主軸制御部84は、プログラム実行部83からの制御信号に従って、工具主軸121をX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向に移動させるための工具主軸送りモータ89と、工具主軸121をB軸旋回させるための工具主軸旋回モータ90とを制御する。付加加工制御部85は、プログラム実行部83からの制御信号に従って、付加加工用ヘッド21にレーザ光を供給するためのレーザ発振装置76と、付加加工用ヘッド21に材料粉末を供給するためのパウダーフィーダ70とを制御する。 The tool spindle control unit 84 moves the tool spindle feed motor 89 for moving the tool spindle 121 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction according to the control signal from the program execution unit 83, and the tool spindle 121 on the B axis. It controls the tool spindle swivel motor 90 for swiveling. The additional processing control unit 85 includes a laser oscillator 76 for supplying laser light to the additional processing head 21 and powder for supplying material powder to the additional processing head 21 according to a control signal from the program execution unit 83. It controls the feeder 70.

第1ワーク主軸制御部86は、プログラム実行部83からの制御信号に従って、第1ワーク主軸112を回転させるための第1ワーク主軸回転モータ91を制御する。第2ワーク主軸制御部87は、プログラム実行部83からの制御信号に従って、第2ワーク主軸117を回転させるための第2ワーク主軸回転モータ92と、第2ワーク主軸117をZ軸方向に移動させるための第2ワーク主軸送りモータ93とを制御する。 The first work spindle control unit 86 controls the first work spindle rotation motor 91 for rotating the first work spindle 112 according to the control signal from the program execution unit 83. The second work spindle control unit 87 moves the second work spindle rotation motor 92 for rotating the second work spindle 117 and the second work spindle 117 in the Z-axis direction according to the control signal from the program execution unit 83. The second workpiece spindle feed motor 93 for this purpose is controlled.

制御装置81は、記憶部96をさらに有する。記憶部96には、ワークおよび材料粉末に用いられる金属の種類と、各金属の線膨張係数との関係に関するデータ、ならびに、材料粉末に用いられる金属の種類と、各金属の液相点温度との関係に関するデータが記憶されている。 The control device 81 further includes a storage unit 96. In the storage unit 96, data on the relationship between the type of metal used for the work and the material powder and the linear expansion coefficient of each metal, the type of metal used for the material powder, and the liquidus point temperature of each metal are stored. Data about the relationship is stored.

加工機械100は、操作部95と、温度センサ94と、歪みゲージ97とをさらに有する。操作部95は、加工エリア200の外部に設けられている。操作部95は、作業者が加工機械100を操作する際に用いる各種のボタンおよびスイッチ、ならびに、加工機械100におけるワークの加工状態等を示す表示部などを含む。操作部95は、ワークに用いられる金属の種類、および、材料粉末に用いられる金属の種類を入力可能なように構成されている。 The processing machine 100 further includes an operation unit 95, a temperature sensor 94, and a strain gauge 97. The operation unit 95 is provided outside the processing area 200. The operation unit 95 includes various buttons and switches used by the operator when operating the processing machine 100, a display unit indicating the processing state of the work in the processing machine 100, and the like. The operation unit 95 is configured so that the type of metal used for the work and the type of metal used for the material powder can be input.

温度センサ94は、加工エリア200内に設けられている。温度センサ94は、加工エリア200内の温度、および、付加加工時におけるワーク51の加工点の温度を検出可能なように構成されている。温度センサ94は、付加加工用ヘッド21に取り付けられてもよい。温度センサ94は、非接触式の温度センサであってもよい。 The temperature sensor 94 is provided in the machining area 200. The temperature sensor 94 is configured to be able to detect the temperature in the machining area 200 and the temperature at the machining point of the work 51 during additional machining. The temperature sensor 94 may be attached to the additional processing head 21. The temperature sensor 94 may be a non-contact temperature sensor.

歪みゲージ97は、ワーク51に設けられている。歪みゲージ97は、Z軸方向におけるワーク51の歪み量を検出可能なように構成されている。 The strain gauge 97 is provided on the work 51. The strain gauge 97 is configured to be able to detect the amount of strain of the work 51 in the Z-axis direction.

図11は、図1および図2中の加工機械を用いて、本実施の形態におけるワークの付加加工方法を実行するステップの流れを示すフローチャート図である。 FIG. 11 is a flowchart showing the flow of steps for executing the additional machining method of the work according to the present embodiment by using the machining machines in FIGS. 1 and 2.

図1、図2、図9および図10を参照して、第1ワーク主軸112および第2ワーク主軸117により、ワーク51を保持する(S101)。本ステップでは、ワーク51を第1ワーク主軸112および第2ワーク主軸117の間に配置する。チャック113およびチャック118によって、Z軸方向におけるワーク51の一方端および他方端をそれぞれ把持する。 With reference to FIGS. 1, 2, 9 and 10, the work 51 is held by the first work spindle 112 and the second work spindle 117 (S101). In this step, the work 51 is arranged between the first work spindle 112 and the second work spindle 117. The chuck 113 and the chuck 118 grip one end and the other end of the work 51 in the Z-axis direction, respectively.

ワーク51に用いられる金属の種類と、付加加工時の材料粉末に用いられる金属の種類とを、操作部95に入力する(S102)。操作部95は、入力された金属の種類を第2ワーク主軸制御部87に出力する。 The type of metal used for the work 51 and the type of metal used for the material powder at the time of additional processing are input to the operation unit 95 (S102). The operation unit 95 outputs the input metal type to the second work spindle control unit 87.

次に、第2ワーク主軸制御部87は、ワーク51の線膨張係数α1と、材料粉末の線膨張係数α2と、材料粉末の液相点温度T1とを特定する(S103)。 Next, the second work spindle control unit 87 specifies the linear expansion coefficient α1 of the work 51, the linear expansion coefficient α2 of the material powder, and the liquid phase point temperature T1 of the material powder (S103).

本ステップにおいては、第2ワーク主軸制御部87が、S102のステップで得られたワーク51に用いられる金属の種類と、材料粉末に用いられる金属の種類とを、記憶部96に記憶されたデータに照らし合わせることによって、ワーク51の線膨張係数α1と、材料粉末の線膨張係数α2とを特定する。第2ワーク主軸制御部87は、S102のステップで得られた材料粉末に用いられる金属の種類を、記憶部96に記憶されたデータに照らし合わせることによって、材料粉末の液相点温度T1を特定する。 In this step, the second work spindle control unit 87 stores data in the storage unit 96 of the type of metal used for the work 51 obtained in the step of S102 and the type of metal used for the material powder. The linear expansion coefficient α1 of the work 51 and the linear expansion coefficient α2 of the material powder are specified in light of the above. The second work spindle control unit 87 identifies the liquidus point temperature T1 of the material powder by comparing the type of metal used in the material powder obtained in the step of S102 with the data stored in the storage unit 96. do.

次に、温度センサ94は、加工エリア200内の温度T0を検出する(S104)。温度センサ94は、検出した加工エリア200内の温度T0を、室温として第2ワーク主軸制御部87に出力する。 Next, the temperature sensor 94 detects the temperature T0 in the machining area 200 (S104). The temperature sensor 94 outputs the detected temperature T0 in the machining area 200 to the second work spindle control unit 87 as room temperature.

次に、第2ワーク主軸制御部87は、Z軸方向における単位長さ当たりのワーク51の目標歪み量ΔLtを算出する(S105)。 Next, the second work spindle control unit 87 calculates the target strain amount ΔLt of the work 51 per unit length in the Z-axis direction (S105).

本ステップにおいては、第2ワーク主軸制御部87が、S103のステップで特定されたワーク51の線膨張係数α1および材料粉末の線膨張係数α2と、S103のステップで特定された材料粉末の液相点温度T1と、S104のステップで得られた室温T0とを、下記の数式に代入することによって、ワーク51の目標歪み量ΔLtを算出する。 In this step, the second work spindle control unit 87 has the linear expansion coefficient α1 of the work 51 and the linear expansion coefficient α2 of the material powder specified in the step of S103, and the liquid phase of the material powder specified in the step of S103. By substituting the point temperature T1 and the room temperature T0 obtained in the step of S104 into the following formula, the target strain amount ΔLt of the work 51 is calculated.

ΔLt=|α1-α2|*(T1-T0)
次に、第2ワーク主軸制御部87は、第2ワーク主軸117がZ軸方向に移動するように、第2ワーク主軸送りモータ93を制御する。歪みゲージ97は、Z軸方向における単位長さ当たりのワーク51の歪み量ΔLを検出する(S106)。
ΔLt = | α1-α2 | * (T1-T0)
Next, the second work spindle control unit 87 controls the second work spindle feed motor 93 so that the second work spindle 117 moves in the Z-axis direction. The strain gauge 97 detects the strain amount ΔL of the work 51 per unit length in the Z-axis direction (S106).

S103のステップで特定されたワーク51の線膨張係数α1および材料粉末の線膨張係数α2が、α1>α2の関係式を満たす場合、第2ワーク主軸117の移動方向は、-Z軸方向である。S103のステップで特定されたワーク51の線膨張係数α1および材料粉末の線膨張係数α2が、α1<α2の関係式を満たす場合、第2ワーク主軸117の移動方向は、+Z軸方向である。 When the linear expansion coefficient α1 of the work 51 and the linear expansion coefficient α2 of the material powder specified in the step of S103 satisfy the relational expression of α1> α2, the moving direction of the second work spindle 117 is the −Z axis direction. .. When the linear expansion coefficient α1 of the work 51 and the linear expansion coefficient α2 of the material powder specified in the step of S103 satisfy the relational expression of α1 <α2, the moving direction of the second work spindle 117 is the + Z axis direction.

歪みゲージ97は、Z軸方向における第2ワーク主軸117の移動に伴って生じるワーク51の歪み量を検出する。歪みゲージ97は、検出したワーク51の歪み量ΔLを、第2ワーク主軸制御部87に出力する。 The strain gauge 97 detects the amount of strain of the work 51 generated by the movement of the second work spindle 117 in the Z-axis direction. The strain gauge 97 outputs the detected strain amount ΔL of the work 51 to the second work spindle control unit 87.

第2ワーク主軸制御部87は、ワーク51の歪み量ΔLが、S105のステップで算出したワーク51の目標歪み量ΔLtに達したか否かを判断する(S107)。ΔL<ΔLtの場合、S106のステップにおける第2ワーク主軸117の移動と、ワーク51の歪み量ΔLの検出とを継続する。ΔL=ΔLtの場合、S106のステップにおけS106のステップにおける第2ワーク主軸117の移動と、ワーク51の歪み量ΔLの検出とを停止し、次のS108のステップに進む。本ステップにより、ワーク51に対して応力を付与するステップが完了する。 The second work spindle control unit 87 determines whether or not the strain amount ΔL of the work 51 reaches the target strain amount ΔLt of the work 51 calculated in the step of S105 (S107). When ΔL <ΔLt, the movement of the second work spindle 117 in the step of S106 and the detection of the strain amount ΔL of the work 51 are continued. When ΔL = ΔLt, in the step of S106, the movement of the second work spindle 117 in the step of S106 and the detection of the strain amount ΔL of the work 51 are stopped, and the process proceeds to the next step of S108. This step completes the step of applying stress to the work 51.

次に、ワーク51の付加加工を実施する(S108)。本ステップでは、プログラム記憶部82に記憶された実行プログラムに従ってワーク51の付加加工を実行することにより、ワーク51にその外周面を覆う付加加工層56を形成する。 Next, additional processing of the work 51 is carried out (S108). In this step, by executing the additional processing of the work 51 according to the execution program stored in the program storage unit 82, the additional processing layer 56 covering the outer peripheral surface thereof is formed on the work 51.

より具体的には、工具主軸制御部84は、工具主軸121に装着された付加加工用ヘッド21がワーク51の外周面と対向して位置決めされるように、工具主軸送りモータ89および工具主軸旋回モータ90を制御する。付加加工制御部85は、付加加工用ヘッド21からワーク51に向けてレーザ光および材料粉末が供給されるように、レーザ発振装置76およびパウダーフィーダ70を制御する。第1ワーク主軸制御部86および第2ワーク主軸制御部87は、第1ワーク主軸112および第2ワーク主軸117が中心軸201を中心に回転するように、第1ワーク主軸回転モータ91および第2ワーク主軸回転モータ92を制御し、工具主軸制御部84は、工具主軸121に装着された付加加工用ヘッド21がZ軸方向に移動するように、工具主軸送りモータ89を制御する。 More specifically, the tool spindle control unit 84 has a tool spindle feed motor 89 and a tool spindle swivel so that the additional machining head 21 mounted on the tool spindle 121 is positioned so as to face the outer peripheral surface of the work 51. Controls the motor 90. The additional processing control unit 85 controls the laser oscillator 76 and the powder feeder 70 so that the laser light and the material powder are supplied from the additional processing head 21 toward the work 51. The first work spindle control unit 86 and the second work spindle control unit 87 include the first work spindle rotation motor 91 and the second work spindle rotation motor 91 and the second work spindle control unit 87 so that the first work spindle 112 and the second work spindle 117 rotate about the central axis 201. The work spindle rotation motor 92 is controlled, and the tool spindle control unit 84 controls the tool spindle feed motor 89 so that the additional machining head 21 mounted on the tool spindle 121 moves in the Z-axis direction.

S108のステップにおける付加加工が完了したら、ワーク51を冷却する。温度センサ94は、ワーク51の加工点(付加加工層56)の温度tを検出する(S109)。 When the additional processing in the step of S108 is completed, the work 51 is cooled. The temperature sensor 94 detects the temperature t of the machining point (additional machining layer 56) of the work 51 (S109).

本ステップでは、付加加工層56が形成されたワーク51を第1ワーク主軸112および第2ワーク主軸117により保持された状態で放置することによって、ワーク51を冷却する。温度センサ94は、検出したワーク51の加工点の温度tを第2ワーク主軸制御部87に出力する。 In this step, the work 51 is cooled by leaving the work 51 on which the additional processing layer 56 is formed in a state of being held by the first work spindle 112 and the second work spindle 117. The temperature sensor 94 outputs the detected temperature t at the machining point of the work 51 to the second work spindle control unit 87.

第2ワーク主軸制御部87は、ワーク51の加工点の温度tが、S103のステップで特定された材料粉末の液相点温度T1に達したか否かを判断する(S110)。t>T1の場合、S109のステップにおけるワーク51の冷却と、ワーク51の加工点の温度tの検出とをそのまま継続する。t=T1の場合、次のS111のステップに進む。 The second work spindle control unit 87 determines whether or not the temperature t at the processing point of the work 51 has reached the liquid phase point temperature T1 of the material powder specified in the step S103 (S110). When t> T1, the cooling of the work 51 in the step of S109 and the detection of the temperature t at the processing point of the work 51 are continued as they are. When t = T1, the process proceeds to the next step of S111.

次に、第2ワーク主軸制御部87は、第2ワーク主軸117がZ軸方向に移動するように、第2ワーク主軸送りモータ93を制御する(S111)。 Next, the second work spindle control unit 87 controls the second work spindle feed motor 93 so that the second work spindle 117 moves in the Z-axis direction (S111).

S103のステップで特定されたワーク51の線膨張係数α1および材料粉末の線膨張係数α2が、α1>α2の関係式を満たす場合、第2ワーク主軸117の移動方向は、+Z軸方向である。S103のステップで特定されたワーク51の線膨張係数α1および材料粉末の線膨張係数α2が、α1<α2の関係式を満たす場合、第2ワーク主軸117の移動方向は、-Z軸方向である。 When the linear expansion coefficient α1 of the work 51 and the linear expansion coefficient α2 of the material powder specified in the step of S103 satisfy the relational expression of α1> α2, the moving direction of the second work spindle 117 is the + Z axis direction. When the linear expansion coefficient α1 of the work 51 and the linear expansion coefficient α2 of the material powder specified in the step of S103 satisfy the relational expression of α1 <α2, the moving direction of the second work spindle 117 is the −Z axis direction. ..

本ステップ以降では、第2ワーク主軸117をZ軸方向に移動させ続けることにより、ワーク51に対する応力付与を緩和しながら、ワーク51の冷却と、ワーク51の加工点の温度tの検出とを継続する。第2ワーク主軸制御部87は、第2ワーク主軸117がS101における初期位置に戻った時点で停止するように、第2ワーク主軸送りモータ93を制御する。本ステップにおける第2ワーク主軸117の移動速度は、S106のステップにおける第2ワーク主軸117の移動速度よりも遅いことが好ましい。 From this step onward, by continuing to move the second work spindle 117 in the Z-axis direction, cooling of the work 51 and detection of the temperature t at the machining point of the work 51 are continued while alleviating the stress applied to the work 51. do. The second work spindle control unit 87 controls the second work spindle feed motor 93 so that the second work spindle 117 stops when it returns to the initial position in S101. The moving speed of the second work spindle 117 in this step is preferably slower than the moving speed of the second work spindle 117 in the step S106.

次に、ワーク51の冷却が完了する(S112)。本ステップにおいて、第2ワーク主軸制御部87は、ワーク51の加工点の温度tが、S104のステップで検出された加工エリア200内の温度T0に達した場合に、ワーク51の冷却が完了した判断してもよい。ワーク51の冷却の完了は、操作部95の表示部における表示、または、音などによって作業者に報知されてもよい。ワーク51の冷却の完了時、または、ワーク51の冷却が完了するよりも前に、第2ワーク主軸117がS101における初期位置に戻ることが好ましい。 Next, cooling of the work 51 is completed (S112). In this step, the second work spindle control unit 87 completes cooling of the work 51 when the temperature t at the machining point of the work 51 reaches the temperature T0 in the machining area 200 detected in the step of S104. You may judge. The completion of cooling of the work 51 may be notified to the operator by a display on the display unit of the operation unit 95, a sound, or the like. It is preferable that the second work spindle 117 returns to the initial position in S101 when the cooling of the work 51 is completed or before the cooling of the work 51 is completed.

次に、第1ワーク主軸112および第2ワーク主軸117からワーク51を取り外す(S113)。以上のステップにより、図1および図2中の加工機械100を用いたワークの付加加工方法が完了する。 Next, the work 51 is removed from the first work spindle 112 and the second work spindle 117 (S113). By the above steps, the work addition processing method using the processing machine 100 in FIGS. 1 and 2 is completed.

このような構成によれば、加工機械100において互いに対向配置された第1ワーク主軸112および第2ワーク主軸117を用いて、ワーク51に対して付与する応力の大きさを自在に調整することができる。 According to such a configuration, the magnitude of the stress applied to the work 51 can be freely adjusted by using the first work spindle 112 and the second work spindle 117 arranged to face each other in the processing machine 100. can.

また、ワーク51の冷却が完了した後に、ワーク51を第1ワーク主軸112および第2ワーク主軸117から取り外すため、ワーク51を第1ワーク主軸112および第2ワーク主軸117により保持した状態が、付加加工層56およびメルトプール52の熱収縮が終了するまで継続される。これにより、付加加工層56に亀裂、変形または破損等が生じることをより確実に防止できる。 Further, in order to remove the work 51 from the first work spindle 112 and the second work spindle 117 after the cooling of the work 51 is completed, a state in which the work 51 is held by the first work spindle 112 and the second work spindle 117 is added. It continues until the thermal shrinkage of the processed layer 56 and the melt pool 52 is completed. As a result, it is possible to more reliably prevent the additional processing layer 56 from being cracked, deformed or damaged.

なお、ワーク51の付加加工の後に除去加工を行なう場合には、S112のステップの後に、ワーク51を第1ワーク主軸112および第2ワーク主軸117により保持したまま、ワーク51の除去加工を引き続き行なってもよい。 When the removal processing is performed after the addition processing of the work 51, the removal processing of the work 51 is continuously performed while the work 51 is held by the first work spindle 112 and the second work spindle 117 after the step of S112. You may.

以上に説明した、本実施の形態におけるワークの付加加工方法は、第1の線膨張係数を有するワークに対して、応力を付与するステップと、ワークに応力を付与したまま、ワークに対して、第1の線膨張係数とは異なる第2の線膨張係数を有する材料粉末を供給するとともにレーザ光を照射するステップと、材料粉末を供給するとともにレーザ光を照射するステップの後に、ワークに対する応力の付与を緩和しつつ、ワークを冷却するステップとを備える。 The work addition processing method according to the present embodiment described above is a step of applying stress to a work having a first linear expansion coefficient and a step of applying stress to the work while applying stress to the work. After the step of supplying the material powder having a second linear expansion coefficient different from the first linear expansion coefficient and irradiating the laser beam, and the step of supplying the material powder and irradiating the laser beam, the stress on the work is applied. It is provided with a step of cooling the work while relaxing the application.

また、本実施の形態における加工機械100は、ワークに対して、材料粉末を供給するとともにレーザ光を照射する付加加工用ヘッド21と、ワークに対して応力を付与する応力付与装置としての第2ワーク主軸117と、加工機械100を制御する制御装置81とを備える。制御装置81は、第1の線膨張係数を有するワークに対して応力を付与するように、第2ワーク主軸117の動作を制御する。制御装置81は、ワークに応力を付与したまま、ワークに対して、第1の線膨張係数とは異なる第2の線膨張係数を有する材料粉末を供給するとともにレーザ光を照射するように、第2ワーク主軸117および付加加工用ヘッド21の動作を制御する。制御装置81は、材料粉末を供給するとともにレーザ光を照射した後に、ワークに対する応力の付与を緩和しつつ、ワークを冷却するように、第2ワーク主軸117の動作を制御する。 Further, the processing machine 100 in the present embodiment has a head 21 for additional processing that supplies material powder to the work and irradiates a laser beam, and a second stress applying device that applies stress to the work. A work spindle 117 and a control device 81 for controlling the machining machine 100 are provided. The control device 81 controls the operation of the second work spindle 117 so as to apply stress to the work having the first linear expansion coefficient. The control device 81 supplies the work with a material powder having a second linear expansion coefficient different from the first linear expansion coefficient while applying stress to the work, and irradiates the work with a laser beam. 2 Controls the operation of the work spindle 117 and the additional machining head 21. After supplying the material powder and irradiating the laser beam, the control device 81 controls the operation of the second work spindle 117 so as to cool the work while relaxing the stress applied to the work.

このような構成によれば、ワークの線膨張係数と、材料粉末の線膨張係数との違いに起因して、付加加工層に亀裂、変形または破損等が生じることを抑制できる。ワークの表面上に薄肉状の付加加工層を積層する場合、付加加工層に亀裂等が発生し易くなるため、本実施の形態におけるワークの付加加工方法は、このような薄肉状の付加加工層の積層工程に対してより有効に効果を発揮する。また、ヒータ、レーザまたはクーラー等を用いてワークの冷却速度を制御する場合には、その冷却速度に応じて、ワークに対する応力の付与を緩和すればよい。 According to such a configuration, it is possible to suppress the occurrence of cracks, deformation, breakage, etc. in the additional processed layer due to the difference between the linear expansion coefficient of the work and the linear expansion coefficient of the material powder. When a thin-walled additional processing layer is laminated on the surface of the work, cracks and the like are likely to occur in the additional processing layer. Therefore, the additional processing method of the work in the present embodiment is such a thin-walled additional processing layer. It is more effective for the laminating process. Further, when the cooling rate of the work is controlled by using a heater, a laser, a cooler, or the like, the stress applied to the work may be relaxed according to the cooling rate.

また、上述の特許文献1に開示される三次元形状造形物の製造方法では、造形プレートに造形物を造形する工程の後に、造形プレートに対して応力を付与するための取り付けプレートから造形プレートを取り外している。この場合、造形プレートに対して付与される応力の緩和を制御することができない。また、上述の特許文献2に開示される内燃機関用ピストンの製造装置では、ピストン母材の冷却速度を制御するためのオイル槽、ヒータおよびポンプ等が必要となるため、装置が大掛かりとなる。また、上述の特許文献3に開示される焼結結合する方法では、熱膨張係数の異なる金属部材の間に、熱膨張係数が大きい金属部材から小さい金属部材へと熱膨張係数が段階的に変化するように、複数の粉末合金シートを配置するため、粉末合金シートを形成する金属材料に制約が生じる。本実施の形態におけるワークの付加加工方法および加工機械100は、これらの課題の解決に寄与するものである。 Further, in the method for manufacturing a three-dimensional shaped object disclosed in Patent Document 1 described above, after the step of modeling the modeled object on the modeled plate, the modeled plate is formed from the mounting plate for applying stress to the modeled plate. I'm removing it. In this case, it is not possible to control the relaxation of the stress applied to the modeling plate. Further, the device for manufacturing a piston for an internal combustion engine disclosed in Patent Document 2 above requires an oil tank, a heater, a pump, and the like for controlling the cooling rate of the piston base material, so that the device becomes large-scale. Further, in the method of sintering and bonding disclosed in Patent Document 3 described above, the thermal expansion coefficient gradually changes from a metal member having a large thermal expansion coefficient to a metal member having a small thermal expansion coefficient between metal members having different thermal expansion coefficients. Since a plurality of powder alloy sheets are arranged as such, there are restrictions on the metal material forming the powder alloy sheet. The work addition processing method and the processing machine 100 in the present embodiment contribute to solving these problems.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

この発明は、指向性エネルギー堆積法によるワークの付加加工に適用される。 The present invention is applied to the additional processing of workpieces by the directed energy deposition method.

21 付加加工用ヘッド、24 ケーブル、51 ワーク、52 メルトプール、56 付加加工層、70 パウダーフィーダ、71 混合部、72 パウダーホッパー、76 レーザ発振装置、81 制御装置、82 プログラム記憶部、83 プログラム実行部、84 工具主軸制御部、85 付加加工制御部、86 第1ワーク主軸制御部、87 第2ワーク主軸制御部、89 工具主軸送りモータ、90 工具主軸旋回モータ、91 第1ワーク主軸回転モータ、92 第2ワーク主軸回転モータ、93 第2ワーク主軸送りモータ、94 温度センサ、95 操作部、96 記憶部、97 歪みゲージ、100 加工機械、111 第1主軸台、112 第1ワーク主軸、112f,117f,123 主軸端面、113,118 チャック、116 第2主軸台、117 第2ワーク主軸、121 工具主軸、131 刃物台、132 旋回部、136 ベッド、200 加工エリア、201,201A,201B,203,206 中心軸、204 旋回中心軸、205 スプラッシュガード。 21 Add-Machine Head, 24 Cable, 51 Work, 52 Melt Pool, 56 Add-Machine Layer, 70 Powder Feeder, 71 Mixer, 72 Powder Hopper, 76 Laser Oscillator, 81 Controller, 82 Program Storage, 83 Program Execution , 84 Tool spindle control unit, 85 Addition machining control unit, 86 1st work spindle control unit, 87 2nd work spindle control unit, 89 Tool spindle feed motor, 90 Tool spindle swing motor, 91 1st work spindle rotation motor, 92 2nd work spindle rotation motor, 93 2nd work spindle feed motor, 94 temperature sensor, 95 operation unit, 96 storage unit, 97 strain gauge, 100 processing machine, 111 1st spindle base, 112 1st work spindle, 112f, 117f, 123 Spindle end face, 113, 118 chuck, 116 2nd spindle, 117 2nd work spindle, 121 Tool spindle, 131 tool post, 132 swivel part, 136 bed, 200 machining area, 201, 201A, 201B, 203, 206 center axis, 204 swivel center axis, 205 splash guard.

Claims (8)

第1の線膨張係数を有するワークに対して、応力を付与するステップと、
前記ワークに応力を付与したまま、前記ワークに対して、前記第1の線膨張係数とは異なる第2の線膨張係数を有する材料粉末を供給するとともにレーザ光を照射するステップと、
前記材料粉末を供給するとともにレーザ光を照射するステップの後に、前記ワークに対する応力の付与を緩和しつつ、前記ワークを冷却するステップとを備える、ワークの付加加工方法。
A step of applying stress to a work having a first linear expansion coefficient, and
A step of supplying a material powder having a second linear expansion coefficient different from the first linear expansion coefficient to the work and irradiating the work with a laser beam while applying stress to the work.
A work addition processing method comprising a step of supplying the material powder and irradiating the laser beam, followed by a step of cooling the work while relaxing the application of stress to the work.
前記第1の線膨張係数は、前記第2の線膨張係数よりも大きく、
前記応力を付与するステップは、前記ワークに対して圧縮応力を付与するステップを含む、請求項1に記載のワークの付加加工方法。
The first linear expansion coefficient is larger than the second linear expansion coefficient.
The work addition processing method according to claim 1, wherein the step of applying stress includes a step of applying compressive stress to the work.
前記第1の線膨張係数は、前記第2の線膨張係数よりも小さく、
前記応力を付与するステップは、前記ワークに対して引っ張り応力を付与するステップを含む、請求項1に記載のワークの付加加工方法。
The first linear expansion coefficient is smaller than the second linear expansion coefficient.
The work addition processing method according to claim 1, wherein the step of applying stress includes a step of applying tensile stress to the work.
前記応力を付与するステップは、単位長さ当たりの前記ワークの歪み量が、前記ワークを冷却するステップ時の、前記材料粉末からなる付加加工層の単位長さ当たりの熱収縮量と、前記ワークの単位長さ当たりの熱収縮量との差分と等しくなるように、前記ワークに対して応力を付与するステップを含む、請求項1から3のいずれか1項に記載のワークの付加加工方法。 In the step of applying the stress, the strain amount of the work per unit length is the heat shrinkage amount per unit length of the additional processing layer made of the material powder at the time of the step of cooling the work, and the work. The work addition processing method according to any one of claims 1 to 3, further comprising a step of applying stress to the work so as to be equal to the difference from the heat shrinkage amount per unit length. 前記ワークを冷却するステップは、前記ワークの加工点の温度が、前記材料粉末の液相点温度以下、室温以上の範囲である場合に、前記ワークに対する応力付与を緩和するステップを含む、請求項1から4のいずれか1項に記載のワークの付加加工方法。 The step of cooling the work includes a step of relaxing stress application to the work when the temperature of the processing point of the work is in the range of the liquidus point temperature of the material powder or more and room temperature or more. The work addition processing method according to any one of 1 to 4. 第1ワーク主軸により、前記ワークの一方端を保持し、前記第1ワーク主軸と対向して配置される第2ワーク主軸により、前記ワークの他方端を保持するステップをさらに備え、
前記第1ワーク主軸および前記第2ワーク主軸の間の距離を変化させることによって、前記ワークに対して付与する応力の大きさを変化させる、請求項1から5のいずれか1項に記載のワークの付加加工方法。
A step of holding one end of the work by the first work spindle and holding the other end of the work by the second work spindle arranged to face the first work spindle is further provided.
The work according to any one of claims 1 to 5, wherein the magnitude of stress applied to the work is changed by changing the distance between the first work spindle and the second work spindle. Additional processing method.
前記ワークの冷却が完了した後、前記ワークを前記第1ワーク主軸および前記第2ワーク主軸から取り外すステップをさらに備える、請求項6に記載のワークの付加加工方法。 The work addition processing method according to claim 6, further comprising a step of removing the work from the first work spindle and the second work spindle after the cooling of the work is completed. ワークの付加加工を行なう加工機械であって、
前記ワークに対して、材料粉末を供給するとともにレーザ光を照射する付加加工用ヘッドと、
前記ワークに対して応力を付与する応力付与装置と、
前記加工機械を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
第1の線膨張係数を有するワークに対して応力を付与するように、前記応力付与装置の動作を制御し、
前記ワークに応力を付与したまま、前記ワークに対して、前記第1の線膨張係数とは異なる第2の線膨張係数を有する材料粉末を供給するとともにレーザ光を照射するように、前記応力付与装置および前記付加加工用ヘッドの動作を制御し、
前記材料粉末を供給するとともにレーザ光を照射した後に、前記ワークに対する応力の付与を緩和しつつ、前記ワークを冷却するように、前記応力付与装置の動作を制御する、加工機械。
It is a processing machine that performs additional processing of workpieces.
An additional processing head that supplies material powder to the work and irradiates a laser beam,
A stress applying device that applies stress to the work, and
It is equipped with a control device that controls the processing machine.
The control device is
The operation of the stress applying device is controlled so as to apply stress to the work having the first linear expansion coefficient.
While applying stress to the work, the stress is applied so that the work is supplied with a material powder having a second linear expansion coefficient different from the first linear expansion coefficient and is irradiated with laser light. Controls the operation of the device and the additional machining head,
A processing machine that controls the operation of the stress applying device so as to cool the work while relaxing the application of stress to the work after supplying the material powder and irradiating the laser beam.
JP2020146906A 2020-09-01 2020-09-01 Work addition processing method and processing machine Active JP6810823B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020146906A JP6810823B1 (en) 2020-09-01 2020-09-01 Work addition processing method and processing machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020146906A JP6810823B1 (en) 2020-09-01 2020-09-01 Work addition processing method and processing machine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6810823B1 JP6810823B1 (en) 2021-01-06
JP2022041603A true JP2022041603A (en) 2022-03-11

Family

ID=73993012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020146906A Active JP6810823B1 (en) 2020-09-01 2020-09-01 Work addition processing method and processing machine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6810823B1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117881501A (en) * 2021-09-06 2024-04-12 株式会社捷太格特 Composite grinding machine
WO2023032197A1 (en) * 2021-09-06 2023-03-09 株式会社ジェイテクト Complex grinding machine
JP7101321B1 (en) 2022-02-28 2022-07-14 Dmg森精機株式会社 Work processing method and processing machine

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010042524A (en) * 2008-08-08 2010-02-25 Panasonic Electric Works Co Ltd Method for producing three-dimensionally shaped object
JP2013163829A (en) * 2012-02-09 2013-08-22 Panasonic Corp Method of manufacturing three-dimensionally shaped article, and three-dimensionally shaped article

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010042524A (en) * 2008-08-08 2010-02-25 Panasonic Electric Works Co Ltd Method for producing three-dimensionally shaped object
JP2013163829A (en) * 2012-02-09 2013-08-22 Panasonic Corp Method of manufacturing three-dimensionally shaped article, and three-dimensionally shaped article

Also Published As

Publication number Publication date
JP6810823B1 (en) 2021-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6810823B1 (en) Work addition processing method and processing machine
CN107735215B (en) Processing machine
JP5937249B1 (en) Processing machine
CN107427928B (en) Method for machining workpiece
JP5865753B2 (en) Combined processing method and combined processing apparatus
EP3210716B1 (en) Method for manufacturing a composite member
JP6918024B2 (en) Machine tools for overlay welding
KR102047363B1 (en) Method and machining device by combined addition of material and shaping
KR101474708B1 (en) Laser-assisted Turn-Mill System of 5-axis Machining center
JP6887450B2 (en) Systems and methods for temperature control in the additive manufacturing process
JP6314066B2 (en) Machine Tools
JP2016135911A (en) Machine tool system and method for additive manufacturing
JP6480744B2 (en) Machine Tools
US20180290234A1 (en) Composite printing device featuring multi-spindle high-energy-particle-beam deposition welding and milling
JP6470336B2 (en) Machine tool system and moving method
JP6688829B2 (en) Machine Tools
JP6209568B2 (en) Machine Tools
JP6949054B2 (en) Systems and methods for addition manufacturing with highly reactive materials
JP7101321B1 (en) Work processing method and processing machine
JP2018161724A (en) Machine tool system and clamp method
JP6948431B2 (en) Machine tool equipment and its control method
JP7466059B2 (en) Processing Machinery
JP2000326171A (en) Multi-axis machining center and machining method by means of said multi-axis machining center
JP2024098161A (en) Machine tool
CN115768592A (en) Method for reprocessing metal product

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200903

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20200903

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20201014

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201124

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201211

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6810823

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250