JP3694746B2 - Machine tool rigidity simple evaluation method and test piece used in the method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械剛性の評価方法に関し、具体的には、テストピースを切削するだけで当該工作機械の剛性を簡単に評価できる評価方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
生産能率に大きい影響を与える切削条件を選定する際に、考慮しなければならないことのひとつに工作機械の剛性がある。このように、工作機械の静的及び動的剛性は重要であるにもかかわらずその測定方法は、JIS等で定められていない。 各製造者や研究機関において、機械特性の試験方法として適宜定めて実施しているのが現状である。
一例としては、機械主軸とテーブルとの間で力を伝達する冶具を設けて両者間に力をかけ、その力と機械各部の変位との関係を測定器を用いて求めるというものがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、工作機械の剛性は、工作機械の製造者、形式、使用状況により大きく変わるといわれており、ユーザーがそれを知る手だては現実的にはほとんど無いといってよい。各ユーザは、その機械を使用した経験から切削条件を選定せざるを得ず、工具メーカーの推奨条件が用いられない一因となっている。
また、上記の各製造者や研究機関が個々に実施しているものにあっては、冶具及び測定器が必要なばかりでなく、その作業自体が大変であり、さらに、厳密には各種の剛性データを比較することが困難であるという問題があった。
【0004】
本発明は、工具によりテストピースを切削する際に切削力によって工具を含む機械系がたわむことによる削り残しを測定することにより工作機械の剛性を簡易に評価できる簡易評価方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の原理は、切削力によって工具を含む機械系がたわむことにより削り残しが生じ、その量は切削にまつわる諸々の条件により変化するが、機械剛性以外の条件をできるだけ一定とし、切削幅を段階的に変化させたテストピースを切削したときの削り残し量を、結果の寸法値より求め、機械剛性に換算して評価するというものである。
上記目的を達成するため本発明の工作機械剛性簡易評価方法は、工具を用いてテストピースを切削したときの削り残し量を測定し、測定された削り残し量の値より機械剛性を評価することを特徴とする。
また、本発明のテストピースは、切削面が工具の切削刃に接する方向に段階的に変化する形状を有することを特徴とする。
また、本発明のテストピースは、切削面が工具の切削刃の切り込み方向に段階的に変化する形状を有することを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態を実施例に基づき説明する。
〔実施の形態1〕
図1は実施の形態1に係るテストピース1の斜視図であり、該テストピース1は、例えば、材質がS55C、寸法が約縦80mm×横45mm×高さ40mmの大きさを有し、上方の一側にリファレンス面2を、同他側に切削面3を有するように上方両側が水平に所定幅で突出した形状となっている。テストピース1の上面は、階段状に形成され、その側面に位置する切削面3の幅を段階的に変化させている。すなわち、階段状の第1面4、第2面5及び第3面6のそれぞれの側面に位置する切削面3の幅は、t1、t2、t3と段階的に増加しており、また第4面7が形成する切削面3の幅はt1であり、第1面4の幅と等しく形成される。
この場合、例えば、t1=3mm、t2=6mm、t3=9mmと設定する。
なお、テストピース1の切削面3は、この例に限定されることなく切削面の幅が段階的に変化する複数の切削面から構成されていれば良い。
【0007】
図2は、工作機械8のワークテーブル11にテストピース1が取り付けられた状態を示しており、工作機械8の主軸9に装着された工具例えばエンドミル10の刃面に標準テストピース1のリファレンス面2又は切削面3が対峙するように取り付けられる。
市販されているエンドミル10は、通常、切削刃がスパイラル状に設けられているため切削時におけるたわみが鋭敏に出ないことから、できれば切削刃が斜めではなく工具軸と平行に設けられた標準の工具を用意することが望ましい。また、工具フレの影響を取り除くため、1枚刃のものが望まれる。
【0008】
次に、操作手順について説明する。
(1)テストピース1のリファレンス面2を工具10の刃面に対峙させ、適宜の切り込みと送りを与えながらリファレンス面2を切削する。この切削工程により、テストピース1のリファレンス面2は工具10の送り方向と平行な平面となる。
(2)テストピース1の切削面3を工具10の刃面に対峙させ、適宜の切り込み(例えば0.1mm)と送り(例えば、0.1mm/刃)を与えながら切削面3を切削する(予備切削)。この切削工程は、テストピース1の切削面3を工具10の送り方向と平行な平面とするために行うものである。
(3)次に、適宜の切り込み(例えば0.3mm)と送り(例えば、0.2mm/刃)を与えながら切削面3を切削する(第1回目の切削)。
(4)再度、同じ条件で切削する(第2回目の切削)。2回の切削により。切削個所によって、切り込みが等量にそろえられる。
(5)テストピース1を工作機械8から取り外し、リファレンス面2と切削面3との距離をマイクロメータ等で測定する。測定点は、第1面4、第2面5、第3面6及び第4面7に対応する4箇所である。
【0009】
上記のようにして測定されたリファレンス面2と切削面3との4箇所の測定結果に基づいて、第1面4、第2面5、第3面6及び第4面7に対応する4箇所の削り残し量を計算する。
マイクロメータで測定した削り残し量の一例をあげると、厚さが3mmの切削面を基準(±0)にして、厚さ6mmの切削面では+26μm、厚さ9mmの切削面では+51μmであった。
図3は、テストピース1の切削面3の断面曲線を示したものである。
【0010】
この削り残し量は、テストピース材質、工具刃先形状、切削条件及び工作機械剛性によって変化しうるものであるが、テストピース、工具及び切削条件を一定にすれば、工作機械剛性によって変わるとみなされ、剛性の高い工作機械では小さく、また、剛性の低い工作機械では大きくなる性質を有している。
図2に示した工作機械においては、主として主軸9の横方向の剛性が影響するものであるが、実際には主軸9を含む機械、工具ホルダー及びワーク取り付け関係の全体の剛性が評価される。
一例として、厚さが6mm部の削り残し量26μm、厚さが9mm部の削り残し量51μmをそれぞれ割り算した値、具体的には厚さ3mmを基準にしているので切削厚さの増分で割り算した値、26/(6−3)=8.66、51/(9−3)=8.37または、これらの平均値である8.52を評価係数として工作機械ごとに求めて評価することが考えられる。
【0011】
〔実施の形態2〕
図4は、端面切削工具18の端面でもってテストピース13の上面を切削することにより工具18を装着する回転主軸19の縦方向の剛性を主とする機械全体の剛性を評価する場合を示した正面図である。なお、評価するための操作手順は上記実施の形態1と同様であるためその説明は省略する。
テストピース13は、図に示すように、その厚さが階段状に増加する第1面14、第2面15及び第3面16と、第1面14と同じ厚さの第4面17を有する形状となっている(t1<t2<t3)。工具18が回転しながら標準テストピース13に対して矢印A方向に送られると、テストピース13の第1面14、第2面15及び第3面16では、それぞれ切り込み量が相違するためそれぞれの面における削り残し量が相違する。すなわち、第1面14を基準として第2面15、第3面16における削り残し量が増加する。
【0012】
〔実施の形態3〕
図5は、旋盤の剛性を評価する場合を示した平面図である。なお、評価するための操作手順は上記実施の形態1と同様であるためその説明は省略する。
テストピース20は、直径が階段状に増加する第1面21、第2面22及び第3面23と、第1面21と同じ直径の第4面24を有する円柱体の形状をしており、回転主軸26に装着されている(d1<d2<d3)。
今、工具25がテストピース20に対して矢印B方向に送られると、テストピース20の第1面21、第2面22及び第3面23では、それぞれ切り込み量が相違するためそれぞれの面における削り残し量が相違する。すなわち、第1面21を基準として第2面22、第3面23における削り残し量が増加する。
【0013】
してがって、剛性を評価しようとする工作機械は、その形体に応じて上記実施の形態1ないし実施の形態3のテストピースを用いて所定の切削をすることにより、簡易にその剛性が評価できる。
なお、テストピースは、上記実施の形態1ないし実施の形態3の材質・形状・寸法に限定されることなく、工作機械の形体に応じて他の形状のものが考えられる。 また、削り残し量の測定も、マイクロメータに限定されることなく、他の測定手段を適用することが可能である。
【0014】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
(1)切削という普遍的な作業によって、特別な計測器等を必要とせずに、既存の工作機械を含めてそのユーザ自身が簡易にその剛性を評価できる。
(2)共通のテストピース及び工具を用いて切削することにより、複数の工作機械の剛性を客観的に評価することができる。
(3)テストピースは、試験に供する工作機械自身で製作可能である。
(4)工具は、メーカー、型式を指定すれば、誰でも入手可能である。
(5)従来は試行錯誤で行っていた切削条件の選定を能率良く実施することが可能になり、また、評価結果を機械設備の保守のための資料として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係るテストピースを示す斜視図図である。
【図2】本発明の実施の形態1に係り工作機械にテストピースを取り付けられた状態を示す正面図である。
【図3】テストピースの切削面の断面曲線を示したものである。
【図4】本発明の実施の形態2に係るテストピース及び工作機械を示した正面図である。
【図5】本発明の実施の形態3に係るテストピース及び工作機械を示した正面図である。
【符号の説明】
1 テストピース
2 リファレンス面
3 切削面
4 第1面
5 第2面
6 第3面
7 第4面
8 工作機械
9 主軸
10 工具(エンドミル)
11 ワークテーブル
13 テストピース
14 第1面
15 第2面
16 第3面
17 第4面
18 工具
19 主軸
20 テストピース
21 第1面
22 第2面
23 第3面
24 第4面
25 工具
26 主軸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for evaluating machine tool rigidity, and more specifically, to an evaluation method that can easily evaluate the rigidity of a machine tool by simply cutting a test piece.
[0002]
[Prior art]
One of the factors that must be considered when selecting cutting conditions that have a large impact on production efficiency is the rigidity of the machine tool. Thus, although the static and dynamic rigidity of the machine tool is important, the measuring method is not defined by JIS or the like. At present, each manufacturer and research institution determines and implements mechanical property testing methods as appropriate.
As an example, there is a method in which a jig for transmitting a force is provided between a machine spindle and a table, a force is applied between the two, and a relationship between the force and a displacement of each part of the machine is obtained using a measuring instrument.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, it is said that the rigidity of the machine tool varies greatly depending on the manufacturer, type, and usage status of the machine tool, and it can be said that there is practically no way for the user to know it. Each user is forced to select cutting conditions based on experience using the machine, which is one of the reasons that the recommended conditions of the tool manufacturer are not used.
In addition, for each of the above manufacturers and research institutes, not only jigs and measuring instruments are required, but the work itself is difficult. There was a problem that it was difficult to compare the data.
[0004]
An object of the present invention is to provide a simple evaluation method capable of easily evaluating the rigidity of a machine tool by measuring a residual material due to bending of a mechanical system including a tool by a cutting force when cutting a test piece with the tool. And
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The principle of the present invention is that uncut material is generated by the bending of the mechanical system including the tool due to the cutting force, and the amount varies depending on various conditions related to cutting. The amount of uncut material when a test piece that has been changed automatically is cut from the resulting dimensional value and converted into mechanical rigidity for evaluation.
In order to achieve the above object, the machine tool rigidity simple evaluation method of the present invention measures the amount of uncut residue when a test piece is cut using a tool, and evaluates the machine rigidity from the value of the measured uncut amount. It is characterized by.
Moreover, the test piece of the present invention is characterized in that the cutting surface has a shape that changes stepwise in a direction in contact with the cutting blade of the tool.
The test piece of the present invention is characterized in that the cutting surface has a shape that changes stepwise in the cutting direction of the cutting blade of the tool.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a perspective view of a
In this case, for example, t1 = 3 mm, t2 = 6 mm, and t3 = 9 mm are set.
Note that the
[0007]
FIG. 2 shows a state in which the
Since the commercially
[0008]
Next, an operation procedure will be described.
(1) The reference surface 2 of the
(2) The
(3) Next, the
(4) Cutting again under the same conditions (second cutting). By cutting twice. Depending on the cutting location, the cuts are made equal.
(5) The
[0009]
Four locations corresponding to the first surface 4, the second surface 5, the third surface 6, and the fourth surface 7 based on the measurement results of the four locations of the reference surface 2 and the
An example of the amount of uncut material measured with a micrometer was +26 μm for a 6 mm thick cut surface and +51 μm for a 9 mm thick cut surface with a 3 mm thick cut surface as a reference (± 0). .
FIG. 3 shows a cross-sectional curve of the
[0010]
This uncut amount can vary depending on the test piece material, tool edge shape, cutting conditions, and machine tool rigidity, but if the test piece, tool, and cutting conditions are made constant, it is considered to change depending on the machine tool rigidity. It is small in a machine tool with high rigidity and large in a machine tool with low rigidity.
In the machine tool shown in FIG. 2, the rigidity in the lateral direction of the
As an example, the value is obtained by dividing the remaining cutting amount of 26 μm with a thickness of 6 mm and the remaining cutting amount of 51 μm with a thickness of 9 mm. Specifically, since the thickness is based on 3 mm, it is divided by the increment of the cutting thickness. 26 / (6-3) = 8.66, 51 / (9-3) = 8.37, or an average value of 8.52 for each machine tool as an evaluation coefficient. Can be considered.
[0011]
[Embodiment 2]
FIG. 4 shows a case in which the rigidity of the entire machine, mainly the longitudinal rigidity of the rotary spindle 19 on which the
As shown in the drawing, the
[0012]
[Embodiment 3]
FIG. 5 is a plan view showing a case where the rigidity of the lathe is evaluated. In addition, since the operation procedure for evaluation is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.
The
Now, when the
[0013]
Therefore, the machine tool whose rigidity is to be evaluated can easily have the rigidity by performing predetermined cutting using the test pieces of the first to third embodiments according to the shape of the machine tool. Can be evaluated.
Note that the test piece is not limited to the material, shape, and dimensions of the first to third embodiments, but may have other shapes depending on the shape of the machine tool. Further, the measurement of the uncut amount is not limited to the micrometer, and other measurement means can be applied.
[0014]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects.
(1) By the universal work of cutting, the user himself can easily evaluate the rigidity including existing machine tools without requiring a special measuring instrument or the like.
(2) By cutting using a common test piece and tool, the rigidity of a plurality of machine tools can be objectively evaluated.
(3) The test piece can be manufactured by the machine tool itself used for the test.
(4) Any tool can be obtained by specifying the manufacturer and model.
(5) It is possible to efficiently select cutting conditions that have been performed by trial and error in the past, and the evaluation results can be used as data for maintenance of mechanical equipment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a test piece according to
FIG. 2 is a front view showing a state in which a test piece is attached to the machine tool according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows a cross-sectional curve of a cutting surface of a test piece.
FIG. 4 is a front view showing a test piece and a machine tool according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 5 is a front view showing a test piece and a machine tool according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
11 Work table 13
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