JP6002571B2 - Cutting method in machine tool - Google Patents
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Description
本発明は、たとえば工作機械においてタービンブレードを加工するための切削加工方法に関するものである。 The present invention relates to a cutting method for machining a turbine blade in a machine tool, for example.
従来、たとえばタービンブレードを加工するにあたっては、特許文献1に記載されているような方法を採用していた。すなわち、図2で示すように、タービンブレードWを把持可能なクランプ機構54を備えたワーク主軸台51、タービンブレードWを支持可能な心押し台52、及び工具Tを装着可能な工具主軸台53を有する工作機械50を採用していた。そして、タービンブレードWの長手方向での一端は、ワーク主軸台51によりA軸(水平軸に平行な軸)周りで回転可能に把持する一方、他端は心押し台52により支持し、工具主軸台53を所定の軸周りで旋回させる等して、工具TによりタービンブレードWを切削加工していた。
Conventionally, for example, when machining a turbine blade, a method as described in Patent Document 1 has been adopted. That is, as shown in FIG. 2, a
しかしながら、上記従来の切削加工方法では、心押し台側の支持剛性がワーク主軸台側の支持剛性よりも低いため、ワーク両端での支持剛性の差に起因して加工中にびびり振動が発生してしまい、加工精度が低下してしまうという問題がある。 However, in the above-described conventional cutting method, the support rigidity on the tailstock side is lower than the support rigidity on the work spindle base side, so chatter vibration occurs during machining due to the difference in the support rigidity at both ends of the work. As a result, there is a problem that processing accuracy is lowered.
そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、従来よりも加工精度を向上することができる工作機械における切削加工方法を提供しようとするものである。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a cutting method in a machine tool that can improve the machining accuracy as compared with the conventional art.
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項1に記載の発明は、ワークを把持するためのクランプ機構を有するとともに主軸を回転させるサーボモータを内蔵した一対のワーク主軸台と、工具を装着可能な工具台と、前記一対のワーク主軸台及び前記工具台の動作を制御する制御装置とを備えた工作機械における切削加工方法であって、前記一対のワーク主軸台に前記ワークの両端を把持させ、前記サーボモータをONとして、前記ワークの回転が前記サーボモータの作動に規制される回転規制状態とする第1工程と、前記一対のワーク主軸台に内蔵された前記サーボモータを同期させて作動させ、回転中の前記ワークに対する前記工具による加工を開始する第2工程と、加工の開始から加工の終了までの所定のタイミングにおいて、前記一対のワーク主軸台における前記サーボモータの作動を停止する第3工程と、前記ワークの両端を両前記ワーク主軸台により把持させた状態のまま一方のワーク主軸台側の前記サーボモータをOFFとすることにより、前記一方のワーク主軸台側を、前記ワークの回転が前記サーボモータの作動に規制されない回転自在状態とし、前記加工の開始から前記所定のタイミングまでの間に発生した加工熱によるひずみにより前記回転自在状態とした側において前記ワークが自動的に回転することによって、前記ひずみを解消する第4工程と、前記一方のワーク主軸台側の前記サーボモータをONとして、前記一方のワーク主軸台側の前記回転自在状態を解除して前記回転規制状態とした後、再度前記サーボモータを同期させて作動させ、回転中の前記ワークに対する前記工具による加工を再開する第5工程とを実行することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 of the present invention includes a pair of work spindles having a clamp mechanism for gripping a work and a servo motor for rotating the spindle, and a tool. A cutting method in a machine tool comprising a mountable tool table, the pair of work spindles and a control device for controlling the operation of the tool table, wherein both ends of the work are placed on the pair of work spindles. It was gripped, as oN the servo motor, in synchronization with the first step of the rotation restricting state where the rotation of the workpiece is restricted to the operation of the servo motor, the servo motor built in the pair of works headstock In the second step of starting machining with the tool on the rotating workpiece and at a predetermined timing from the start of machining to the end of machining, A third step of stopping the operation of the servo motor of the pair of work headstock, and OFF the servo motor remains one workpiece headstock side in a state where both ends of the workpiece were held by both the workpiece headstock Thus, the one work spindle base side is brought into a rotatable state in which the rotation of the work is not restricted by the operation of the servo motor , and due to the strain due to the processing heat generated from the start of the processing to the predetermined timing. A fourth step of eliminating the distortion by automatically rotating the workpiece on the rotatable side, and turning on the servo motor on the one workpiece spindle base side, thereby turning the one workpiece spindle base on after said rotatable state the rotation restricted state by releasing the side, is operated in synchronization with the servo motor again, rotating And executes a fifth step resuming processing by the tool relative to the workpiece.
本発明によれば、ワークの両端をどちらもクランプ機構を有したワーク主軸台に把持させて加工するため、ワーク両端の支持剛性を同等とすることができ、加工中にびびり振動が生じにくく、加工精度の向上を期待することができる。
また、加工の開始から加工の終了までの所定のタイミングにおいて、一対のワーク主軸台におけるサーボモータの作動を停止するとともに、ワークの両端を両ワーク主軸台により把持させた状態のまま一方のワーク主軸台側のサーボモータをOFFとすることにより、一方のワーク主軸台側を、ワークの回転がサーボモータの作動に規制されない回転自在状態とする。そして、加工の開始から所定のタイミングまでの間に発生した加工熱によるひずみにより回転自在状態とした側においてワークが自動的に回転することによって、ひずみを解消するようになっている。したがって、加工熱に起因したひずみを加工途中で除去することができ、ワークの加工精度を向上することができる。
According to the present invention, both ends of the workpiece are processed by gripping the workpiece spindle table having a clamp mechanism, so that the support rigidity at both ends of the workpiece can be made equal, and chatter vibration is less likely to occur during processing, Improvement in machining accuracy can be expected.
In addition, at a predetermined timing from the start of machining to the end of machining, the servo motor operation of the pair of work spindles is stopped , and one work spindle is held while both ends of the work are held by both work spindles. By turning off the pedestal side servo motor, one work spindle base side is brought into a rotatable state in which the rotation of the work is not restricted by the operation of the servo motor . Then, the workpiece is automatically rotated on the side where it can be rotated by the strain caused by the processing heat generated between the start of processing and a predetermined timing, thereby eliminating the strain. Therefore, distortion caused by the processing heat can be removed during the processing, and the processing accuracy of the workpiece can be improved.
以下、本発明の一実施形態となるマシニングセンタ、及びマシニングセンタにおける切削加工方法について、図面にもとづき詳細に説明する。 Hereinafter, a machining center and a cutting method in the machining center according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、工作機械の一実施形態であるタービンブレードWを加工するマシニングセンタ10を示した説明図である。
マシニングセンタ10は、タービンブレードWを把持可能なクランプ機構4を備えた一対のワーク主軸台1a、1b、及び工具Tを装着可能な工具主軸台3を有してなり、各ワーク主軸台1a、1bは、主軸(図示せず)を回転させるためのサーボモータ2を内蔵している。そして、ワーク主軸台1aは、水平軸に平行なA1軸周りで主軸を回転可能とした姿勢で設置されている一方、ワーク主軸台1bは、ワーク主軸台1aとクランプ機構4、4同士が対向し、且つ、A1軸と同軸なA2軸周りで主軸を回転可能とした姿勢で設置されている。
FIG. 1 is an explanatory view showing a
The
なお、ワーク主軸台1bは、A1軸及びA2軸(図1におけるX軸でもある)に平行なU軸方向へスライド可能とされている。また、工具主軸台3は、図1における表裏方向(Y軸方向)に平行なB軸周りで旋回可能となっている。さらに、工具Tは、工具主軸台3内部の主軸(図示せず)に装着されており、サーボモータ(図示せず)によって主軸と共に回転可能となっている。加えて、クランプ機構4は、たとえば複数の爪部材を進退動作させたり、旋回動作させたりすることによって物体を把持するといった従来周知の構造を有している。そして、各ワーク主軸台1a、1bにおける主軸の回転動作(サーボモータ2のON/OFFをも含む)やタービンブレードWの把持動作、ワーク主軸台1bのスライド、工具主軸台3の旋回動作は図示しないNC装置(制御装置)により制御可能となっている。
The
上記マシニングセンタ10では、タービンブレードWの長手方向での一端をワーク主軸台1aのクランプ機構4に把持させる一方、他端をワーク主軸台1bのクランプ機構4に把持させ、両ワーク主軸台1a、1bのサーボモータ2、2をONとする(第1工程)。すなわち、ワーク主軸台1a、1bに把持したタービンブレードWを、自身の回転がサーボモータ2、2の作動に規制される回転規制状態とする。そして、両サーボモータ2を同期させて作動させながら、工具主軸台3をB軸周りで旋回させる等して回転するタービンブレードWに対し荒加工を行う(第2工程)。
In the
次に、荒加工が終了するタイミング(所定のタイミング)において、ワーク主軸台1a、1bにおける主軸の回転を停止させる(第3工程)とともに、ワーク主軸台1bのサーボモータ2をOFFとし、ワーク主軸台1bの主軸をサーボモータ2とは独立して回転自在とする。すなわち、タービンブレードWの他端側を、自身の回転がサーボモータ2の作動に規制されない回転自在状態とする。すると、荒加工によって発生した加工熱によりタービンブレードWにひずみが生じているものの、当該ひずみが解消されるまでワーク主軸台1bの主軸が自動的に回転することになる(第4工程)。そして、このようにしてひずみが解消された後、再びワーク主軸台1bのサーボモータ2をONとし(タービンブレードWの他端側における回転自在状態を解除し、回転規制状態とする)、ワーク主軸台1aは荒加工が終了した位相から、ワーク主軸台1bはひずみ解消後の位相から夫々両ワーク主軸台1a、1bのサーボモータ2、2を同期させて回転させ、工具Tによる加工を再開させてタービンブレードWに対し仕上げ加工を行う(第5工程)。
Next, at the timing (predetermined timing) when the rough machining is finished, the rotation of the spindle in the
以上のようなマシニングセンタ10によれば、タービンブレードWの両端をどちらもクランプ機構4によって把持して加工するため、タービンブレードW両端を同等の支持剛性をもって加工することができ、加工中にびびり振動が生じにくく、加工精度の向上を期待することができる。
また、荒加工の終了後に、一方のワーク主軸台1bのサーボモータ2をOFFとし、タービンブレードWの一方の端部側を回転自在とし、加工熱によるひずみによってタービンブレードWの一方の端部側が自動的に回転することによって、当該ひずみを解消させた後に再びワーク主軸台1bのサーボモータ2をONとし、仕上げ加工を行う。したがって、荒加工による加工熱に起因したひずみを除去することができ、加工精度の高いタービンブレードWを製造することができる。
According to the
Further, after the rough machining is finished, the
なお、本発明に係る切削加工方法は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、加工熱によるひずみを解消するためのひずみ解消制御等に係る構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。 The cutting method according to the present invention is not limited to the aspect of the above-described embodiment, and the configuration related to strain elimination control for eliminating the strain due to machining heat does not depart from the gist of the present invention. The range can be appropriately changed as necessary.
たとえば、上記実施形態では、荒加工の終了後にサーボモータ2をOFFするといったひずみ解消制御を実行し、仕上げ加工に移るとしているが、荒加工中に複数回サーボモータ2をOFFする等のひずみ解消制御を実行したり、仕上げ加工中にも一度ひずみ解消制御を実行する等してもよく、加工開始から加工終了までの間のどのタイミングで何回ひずみ解消制御を実行するかについては適宜変更することができる。
For example, in the above-described embodiment, the strain relief control is performed such that the
また、上記実施形態では、ワークを回転自在状態とするにあたりワーク主軸台1b側のサーボモータ2をOFFするという制御を実行しているが、ワーク主軸台1a側のサーボモータ2をOFFすることも当然可能である。
Further, in the above embodiment, running control that turns OFF the
さらに、上記実施形態では、タービンブレードの切削加工について説明しているが、タービンブレード以外の切削加工に適用することも可能である。ただ、タービンブレードは、一般的に薄くてねじれがあることから、熱変位により回転方向のひずみが大きくなるため、上記切削加工は特にタービンブレードの加工に効果的となる。
加えて、上記実施形態では、工作機械の一実施形態であるマシニングセンタについて説明しているが、複合加工機や工具主軸台でなく回転しない工具を取り付ける工具台を備えた旋盤等の他の工作機械であっても何ら問題はない。
Furthermore, in the above-described embodiment, the cutting process of the turbine blade has been described. However, the present invention can be applied to cutting processes other than the turbine blade. However, since the turbine blade is generally thin and twisted, the distortion in the rotational direction increases due to thermal displacement, and thus the above cutting is particularly effective for machining the turbine blade.
In addition, although the machining center which is one embodiment of the machine tool is described in the above embodiment, other machine tools such as a multi-tasking machine and a lathe equipped with a tool base for attaching a non-rotating tool instead of a tool spindle base. But there is no problem.
1a、1b・・ワーク主軸台、2・・サーボモータ(駆動手段)、3・・工具主軸台、4・・クランプ機構、10・・マシニングセンタ(工作機械)、W・・タービンブレード(ワーク)。
1a, 1b ···
Claims (1)
前記一対のワーク主軸台に前記ワークの両端を把持させ、前記サーボモータをONとして、前記ワークの回転が前記サーボモータの作動に規制される回転規制状態とする第1工程と、
前記一対のワーク主軸台に内蔵された前記サーボモータを同期させて作動させ、回転中の前記ワークに対する前記工具による加工を開始する第2工程と、
加工の開始から加工の終了までの所定のタイミングにおいて、前記一対のワーク主軸台における前記サーボモータの作動を停止する第3工程と、
前記ワークの両端を両前記ワーク主軸台により把持させた状態のまま一方のワーク主軸台側の前記サーボモータをOFFとすることにより、前記一方のワーク主軸台側を、前記ワークの回転が前記サーボモータの作動に規制されない回転自在状態とし、前記加工の開始から前記所定のタイミングまでの間に発生した加工熱によるひずみにより前記回転自在状態とした側において前記ワークが自動的に回転することによって、前記ひずみを解消する第4工程と、
前記一方のワーク主軸台側の前記サーボモータをONとして、前記一方のワーク主軸台側の前記回転自在状態を解除して前記回転規制状態とした後、再度前記サーボモータを同期させて作動させ、回転中の前記ワークに対する前記工具による加工を再開する第5工程と
を実行することを特徴とする工作機械における切削加工方法。 A pair of work spindles having a clamp mechanism for gripping a work and a servo motor for rotating the spindle, a tool table on which a tool can be mounted, and the operations of the pair of work spindles and the tool table are controlled. A cutting method in a machine tool provided with a control device,
A first step in which both ends of the work are gripped by the pair of work spindles, the servo motor is turned on, and the rotation of the work is restricted by the operation of the servo motor ;
A second step of synchronously operating the servo motors built in the pair of work spindles and starting machining with the tool on the rotating work;
A third step of stopping the operation of the servo motor in the pair of work spindles at a predetermined timing from the start of processing to the end of processing;
By turning off the servo motor on one work spindle base while both ends of the work are held by both work spindles , the rotation of the work on the one work spindle side is controlled by the servo. By allowing the workpiece to rotate freely on the side that is in the rotatable state due to distortion caused by the processing heat generated from the start of the machining to the predetermined timing, the workpiece is automatically rotated in a state that is not restricted by the operation of the motor . A fourth step of eliminating the strain;
Turn on the servo motor on the one work head stock side, release the rotatable state on the one work head stock side to enter the rotation restricted state, and then operate the servo motor in synchronization again, And a fifth step of resuming machining with the tool on the rotating workpiece.
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