TW201350251A - 工具機之控制方法及工具機 - Google Patents

Abstract

本發明之工具機之控制方法係進行被工作物之機械加工，且包含：工具機本體；沖柱，其相對於工具機本體移動自如地支持；主軸，其可驅動旋轉地支持於沖柱；附屬裝置，其可裝卸於沖柱之前端部，具有根據主軸之旋轉而旋轉之驅動軸及設置於驅動軸之工具；及NC裝置，其基於加工資料進行數值控制。該工具機之控制方法係基於如下資訊，於對附屬裝置施加之應力大於附屬裝置之容許應力之情形時，使沖柱之突出量、進給量中至少一者減少；該資訊包括包含工具之直徑、切入量、及進給量之加工條件、沖柱之突出量、附屬裝置之形狀、被工作物之材質。

Description

工具機之控制方法及工具機

本發明係關於一種具有附屬裝置之工具機之控制方法及工具機，尤其係關於一種可防止附屬裝置之破損之工具機之控制方法、及工具機。本申請案係基於在日本於2012年3月29日申請之日本專利特願2012-075735號主張優先權，並將其內容引用於此。

先前，已知有於對被工作物實施加工之工具機中，具備加工用之切削工具等之附屬裝置相對於工具機本體可裝卸之構成。該附屬裝置具有可使加工用之工具旋轉，或根據被工作物之形狀變更朝向之構造(例如，參照專利文獻1)。

附屬裝置可實現對各種加工圖案之對應，另一方面，藉由因工具之突出量之長短所致之剛性變化、因加工條件不同所致之切削阻力變化、轉矩變化等，有陷入超過構成附屬裝置之強度構件之強度限度之運轉條件而造成損傷之可能性。

進而，有因切削阻力增加而附屬裝置於安裝位置偏移，從而降低加工面品質之情形。

又，附屬裝置會因突出量之長短、反沖要素所致之剛性變化或加工條件(切削阻力之大小、朝向、頻率等)之組合而產生振動晃動。其結果，有可能導致加工面品質之下降或無法於該條件下加工之情形。

專利文獻2中記載之工具機中，於可安裝附屬裝置之沖柱架上設置擋板，藉由調整該擋板之固有頻率而謀求工具振動之減少。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平6-304843號公報

[專利文獻2]日本專利特開2009-190141號公報

然而，專利文獻2記載之工具機中，課題在於必需追設調整機構或驅動源，使裝置大型化、高成本化。

本發明提供一種不追設新機構而可防止附屬裝置之破損之工具機之控制方法、及工具機。

本發明之第一態樣之工具機之控制方法，其中上述工具機係進行被工作物之機械加工，且包含：工具機本體；沖柱(ram)，其相對於上述工具機本體移動自如地支持；主軸，其可驅動旋轉地支持於上述沖柱；附屬裝置，其可裝卸於上述沖柱之前端部，具有根據上述主軸之旋轉而旋轉之驅動軸及設置於上述驅動軸之工具；及NC(Numerical Control，數位控制)裝置，其基於加工資料進行數值控制；該工具機之控制方法係基於如下資訊，於對上述附屬裝置施加之應力大於上述附屬裝置之容許應力之情形時，使上述沖柱之突出量、進給量中至少一者減少；該資訊包括包含上述工具之直徑、切入量、及上述進給量之加工條件、上述沖柱之突出量、上述附屬裝置之形狀、上述被工作物之材質。

根據上述構成，於對附屬裝置施加之應力大於容許應力之情形時，可藉由緩和加工條件降低切削阻力而防止附屬裝置之破損。又， 對於此種加工條件之調整無需使用試削等而可於加工中自動進行，因此可謀求生產性提高。又，由於無機械追加部分，僅以控制方法之變更便可實現，故而可以低成本防止附屬裝置之破損。

於上述工具機之控制方法中，較佳為，於由自上述工具之直徑、上述進給量、及上述被工作物之材質之比切削阻力之積算出之切削阻力、上述沖柱之突出量、與由上述附屬裝置之形狀算出之剖面二次轉矩之函數算出之對上述附屬裝置施加之應力大於上述附屬裝置之容許應力之情形時，使上述沖柱之突出量與上述進給量中至少一者減少。

於上述工具機之控制方法中，較佳為，於由上述主軸之旋轉速度及工具之刃數算出之切削阻力之頻率與由上述附屬裝置之形狀算出之上述附屬裝置之共振頻率相等之情形時，變更上述主軸之旋轉速度。

根據上述構成，藉由變更主軸之旋轉速度使切削阻力之頻率與附屬裝置之共振頻率不同，可僅以控制方法之變更而防止振動之產生。

本發明之第二態樣之工具機具備實現上述任一者中記載之工具機之控制方法之控制裝置。

上述工具機較佳為進而具備：固體識別器件，其設置於上述附屬裝置，記憶上述附屬裝置之形狀資訊；及固體識別資訊接收部，其設置於上述沖柱，自上述固體識別器件接收資訊；且藉由將上述附屬裝置安裝於上述沖柱，而將上述附屬裝置之形狀資訊發送至上述控制裝置及上述NC裝置。

根據上述構成，對固體識別器件輸入構成附屬裝置之機械要素之資訊，僅藉由將附屬裝置安裝於沖柱便可將該等資訊發送至NC裝置或控制裝置，藉此無需利用操作人員之作業來切換附屬裝置之資 訊。

根據本發明，於對附屬裝置施加之應力大於容許應力之情形時，可藉由緩和加工條件降低切削阻力而防止附屬裝置之破損。又，對於此種加工條件之調整無需使用試削等而可於加工中自動進行，故可謀求生產性提高。又，由於無機械性追加之部分，僅以控制方法之變更便可實現，故可以低成本防止附屬裝置之破損。

1‧‧‧工具機

2‧‧‧機床

3‧‧‧平台

4‧‧‧柱

5‧‧‧工具機本體

6‧‧‧支座

7‧‧‧沖柱

8‧‧‧附屬裝置

9‧‧‧主軸

9a‧‧‧錐孔

10‧‧‧軸承

11‧‧‧轉軸馬達

12‧‧‧套管

13‧‧‧橫樑

14‧‧‧套管

15‧‧‧驅動軸

15a‧‧‧錐部

16‧‧‧軸承

17‧‧‧傳達機構

18‧‧‧工具

19‧‧‧夾具

20‧‧‧控制裝置

21‧‧‧NC裝置

22‧‧‧加工程式生成器件

23‧‧‧切削阻力調整功能

24‧‧‧振動防止功能

25‧‧‧切削阻力推測器件

26‧‧‧轉矩推測器件

27‧‧‧突出量檢測器件

30‧‧‧IC標籤(固體識別器件)

31‧‧‧IC標籤讀取器(固體識別資訊接收部)

F‧‧‧切削阻力

I‧‧‧剖面二次轉矩

L1‧‧‧沖柱之突出量

L2‧‧‧工具突出量

L3‧‧‧形狀資料

L4‧‧‧工具之安裝長度

圖1係本發明之第一實施形態之工具機之概略立體圖。

圖2係顯示工具機之沖柱及附屬裝置之剖面圖。

圖3係說明工具機之控制方法之流程圖。

圖4係切削阻力調整功能參照之圖。

圖5係顯示本發明之第二實施形態之工具機之沖柱及附屬裝置之剖面圖。

(第一實施形態)

以下，參照圖式對本發明之第一實施形態詳細地說明。

如圖1所示，應用本發明之第一實施形態之工具機之控制方法之工具機1係進行被工作物之機械加工之門型工具機(加工中心)，其具備工具機本體5、沿著Z軸方向移動自如地支持於工具機本體5之沖柱7、及可裝卸地安裝於沖柱7之前端部之附屬裝置8。

工具機本體5具備機床2、配置於機床2上且可沿著X軸方向移動之平台3、以跨過平台3之方式配置之門型之柱4(支持體)、及可於柱4上沿著Y軸方向移動之支座6，且可於該平台3上固定未圖示之被工作物。

於平台3形成有螺旋部(未圖示)，於該螺旋部螺合有沿著X軸方向 設置之進給軸(未圖示)，於該進給軸連接有伺服馬達(未圖示)。平台3係藉由伺服馬達之旋轉驅動而進行X軸方向之移動及定位。

於柱4上在Y軸方向安裝有橫樑13，藉由在該橫樑13上移動支座(被驅動部)6，可使支座6沿著Y軸方向移動。沖柱7係可沿著Z軸方向移動地安裝於支座6。

進行切削加工等之附屬裝置8安裝於沖柱7之前端。

又，工具機1係藉由NC裝置21(參照圖3)進行數值控制。

NC裝置21可基於預先設定之NC程式資料(加工資料)對柱4、支座6、沖柱7、主軸9等進行數值控制。

如圖2所示，沖柱7包含：套管12；主軸9，其於套管12之內部於鉛垂方向延伸，且可驅動旋轉地支持於沖柱7；軸承10，其可旋轉地支持主軸9；及轉軸馬達11，其配置於主軸9之周圍，使主軸9旋轉驅動。主軸9係至少下部為中空形狀，可安裝任意之附屬裝置8。

圖2作為附屬裝置之一例，顯示使被稱為直角頭(right angle head)之工具之旋轉軸旋轉90°之附屬裝置。附屬裝置8包含套管14、於套管14之內部於鉛垂方向延伸之驅動軸15、可旋轉地支持驅動軸15之軸承16、包含安裝於驅動軸15之下端之斜齒輪(錐齒輪)之傳達機構17、及經由傳達機構17安裝之工具18。工具18例如為立銑刀或鑽孔器。

傳達機構17包含斜齒輪等錐齒輪，藉此，工具18之軸向與主軸9及驅動軸15之軸向正交。

驅動軸15之上方成為錐形狀，且主軸9之下方具有對應於驅動軸15之錐部15a之錐孔9a。附屬裝置8係藉由在自下方將驅動軸15插入至主軸9之狀態下，利用設置於沖柱7側之夾具19把持驅動軸15之上端而進行固定。即，附屬裝置8對沖柱7裝卸自如，可根據對被工作物之加工而進行更換。

接著，對本實施形態之工具機1之作用進行說明。

如圖3之流程圖所示，首先，決定被工作物之目標形狀。即，製作CAD資料。

接著，利用加工程式生成器件22生成加工程式。所謂加工程式係以時刻歷程記載工具之前端位置或姿勢之程式，其係基於工具之形狀、加工條件(切入量、進給速度、及主軸9之旋轉速度)而生成。

生成之加工程式被發送至NC裝置21，於NC裝置21中，轉換為機械指令值。機械指令值被發送至工具機本體5，控制附屬裝置8及工具18之位置、姿勢、旋轉速度等，加工被工作物。

接著，對本實施形態之工具機之控制裝置20進行說明。

控制裝置20具有監視超過切削阻力之容許值之切削阻力調整功能23與防止切削時之振動之產生之振動防止功能24。控制裝置20輸出變更自NC裝置21發送至工具機本體5之機械指令值之指令。

首先，對切削阻力調整功能23進行說明。

切削阻力調整功能23係使用以下三個器件推測、算出用以算出切削阻力F之參數，調整切削阻力F之功能。

首先，第一器件係推測切削阻力F之器件(切削阻力推測器件25)。以下說明利用切削阻力推測器件25之切削阻力F之推測之邏輯。

於車床加工之情形時，若將被工作物之直徑設為d[mm]，將工具每旋轉一次之進給量設為f[mm/rev]，將作為被工作物之材質之參數之比切削阻力設為Ks[N/mm²]，則切削阻力F係由以下之數式(1)算出。

F[N]=d×f×Ks (1)

藉由將數式(1)之被工作物之直徑置換為立銑刀直徑，可推測切削阻力F。

第二器件係推測沖柱7之剖面二次轉矩I之器件(轉矩推測器件26)。

轉矩推測器件26係使用包含記憶於NC裝置21之附屬裝置8之形狀之構成附屬裝置8之機械要素之資訊，算出附屬裝置8之剖面二次轉矩。此時，將附屬裝置8之形狀假定為中空之圓柱體。若將該圓柱體之外徑設為D[mm]，將內徑設為d[mm]，則剖面二次轉矩I係由以下之數式(2)算出。

I=π(D⁴-d⁴)/64 (2)

第三器件係檢測沖柱突出量L1之器件(突出量檢測器件27)。

突出量推測器件係藉由自NC裝置之指令值讀取而進行檢測。

切削阻力調整功能23首先係基於利用以上三個器件獲得之值，算出對附屬裝置8施加之應力σ。

對附屬裝置8施加之轉矩M係藉由利用切削阻力推測器件25推測出之切削阻力F與利用突出量檢測器件檢測出之沖柱突出量L1之積而算出。作為圓柱狀之附屬裝置8之半徑R之圓剖面之形狀，若使用利用轉矩推測器件推測出之剖面二次轉矩I，則對附屬裝置8施加之應力σ係由以下之數式(3)算出。

σ=M×R/I=F×L1×R/I (3)

切削阻力調整功能23係以使該σ之值成為由構成附屬裝置8之機械要素之資訊算出之附屬裝置8之容許應力σr以下之方式，調整切削阻力F或沖柱突出量L1。即，以滿足以下之數式(4)之方式調整F或L1。

F×L1×R/I<σr (4)

具體而言，為使切削阻力F變小而使進給量f減少，或使沖柱突出量L1減少。

再者，若將數式(4)圖表化，則成為如圖4所示之表示切削阻力容許值之圖表。即，沖柱之突出量L1與切削阻力F存在成反比之關係。

例如，根據該圖表判定由沖柱之突出量L1與切削阻力F算出之值是否超過容許應力。

此處，該圖表係根據工具突出量L2朝向圖4之箭頭B所示之方向變化。即，於工具突出量L2較小之情形時，容許應力σr變大，於工具突出量L2較大之情形時，容許應力σr變小。

再者，工具突出量L2係如圖2所示般可由附屬裝置8之形狀資料L3及工具之安裝長度L4求得。該等資料、資訊預先保持於NC裝置中。

接著，對振動防止功能24進行說明。振動防止功能24係根據切削阻力F之頻率推測振動產生之條件，以避免該條件之方式調整主軸9之旋轉速度之功能。

若將主軸9之旋轉速度設為S[rev/分]，將工具18之刃數設為T，則切削力之頻率fm[Hz]可由以下之數式(5)算出。

fm=S×T/60 (5)

例如，於將主軸9之旋轉速度設為1000 rev/分，使用刃數為3刃之銑刀之情形時，成為 fm=1000×3/60=50[Hz]。

振動防止功能24係於切削阻力F之頻率fm與附屬裝置8之共振頻率相等時，判斷為產生振動，輸出變更加工條件之指令。附屬裝置8之共振頻率係由構成附屬裝置8之機械要素之資訊算出。

例如，於附屬裝置8之共振頻率為50 Hz，使刃數為3刃之銑刀以1000 rev/分旋轉之情形時，振動防止功能24判斷為產生振動。

若判斷為產生振動，則振動防止功能24使切削力之頻率fm增加例如10 Hz而進行振動避免。即，輸出主軸9之旋轉速度設為1.2倍(=(50 Hz+10 Hz)/50 Hz)之指令。

根據上述實施形態，使用切削阻力調整功能23，對附屬裝置8施 加之應力σ大於容許應力σr之情形時，可藉由緩和加工條件降低切削阻力F而防止附屬裝置8之破損。又，由於不停止加工而僅藉由加工條件之緩和來避免工具18之過負載狀態，故可謀求加工時間之縮短。又，由於無機械性追加部分，僅以控制方法之變更便可實現，故可以低成本防止附屬裝置8之破損。

又，使用振動防止功能24，變更主軸9之旋轉速度使切削阻力F之頻率與附屬裝置8之共振頻率不同，藉此僅以控制方法之變更便可防止振動之產生。

(第二實施形態)

本實施形態，如圖5所示，作為取得構成附屬裝置8之機械要素之形狀資訊之方法，於附屬裝置8安裝IC標籤30(固體識別器件)，於沖柱7安裝接收來自IC標籤30之資訊之IC標籤讀取器31(固體識別資訊接收部)。

IC標籤30中寫入有用於判定振動之產生或構成要素之破損之附屬裝置8之彎曲剛性、扭轉剛性、固有頻率等資訊。再者，由於即使為相同種類之附屬裝置8仍有機械之不均一，故剛性值等係寫入各者固有之值。

IC標籤30及IC標籤讀取器31配置於如藉由將附屬裝置8安裝於沖柱7而可由IC標籤讀取器31讀取IC標籤30之資訊之位置。

對上述實施形態之作用進行說明。

若將附屬裝置8安裝於沖柱7，則寫入至IC標籤30之附屬裝置8之上述資訊被IC標籤讀取器31讀取，且被發送至NC裝置21及控制裝置20。資訊被發送至轉矩推測器件26等。

轉矩推測器件26係基於該資訊算出附屬裝置8之剖面二次轉矩I，該值被切削阻力調整功能23參照而調整切削阻力。

或者，基於該資訊計算附屬裝置8之共振頻率，該值被振動防止 功能24參照而避免振動。

根據上述實施形態，構成附屬裝置8之機械要素之資訊輸入至IC標籤30，僅藉由將附屬裝置8安裝於沖柱7而將該等資訊發送至NC裝置21或控制裝置20，藉此無需利用操作人員(作業者)之作業來切換附屬裝置8之資訊。

再者，固體識別器件並不限於IC標籤，例如，亦可利用使用磁性通信之標籤、或條形碼般之標記。

[產業上之可利用性]

根據該工具機之控制方法，於對附屬裝置施加之應力大於容許應力之情形時，可藉由緩和加工條件降低切削阻力而防止附屬裝置之破損。

5‧‧‧工具機本體

8‧‧‧附屬裝置

18‧‧‧工具

20‧‧‧控制裝置

21‧‧‧NC裝置

22‧‧‧加工程式生成器件

23‧‧‧切削阻力調整功能

24‧‧‧振動防止功能

25‧‧‧切削阻力推測器件

26‧‧‧轉矩推測器件

27‧‧‧突出量檢測器件

Claims (5)

1. 一種工具機之控制方法，其中上述工具機係進行被工作物之機械加工，且包含：工具機本體；沖柱，其相對於上述工具機本體移動自如地支持；主軸，其可驅動旋轉地支持於上述沖柱；附屬裝置，其可裝卸於上述沖柱之前端部，具有根據上述主軸之旋轉而旋轉之驅動軸及設置於上述驅動軸之工具；及NC裝置，其基於加工資料進行數值控制；該工具機之控制方法係基於如下資訊，於對上述附屬裝置施加之應力大於上述附屬裝置之容許應力之情形時，使上述沖柱之突出量、進給量中至少一者減少，該資訊包括：包含上述工具之直徑、切入量、及上述進給量之加工條件、上述沖柱之突出量、上述附屬裝置之形狀、上述被工作物之材質。
2. 如請求項1之工具機之控制方法，其中在由自上述工具之直徑、上述進給量、及上述被工作物之材質之比切削阻力之積算出之切削阻力、上述沖柱之突出量、與由上述附屬裝置之形狀算出之剖面二次轉矩之函數算出之對上述附屬裝置施加之應力大於上述附屬裝置之容許應力之情形時，使上述沖柱之突出量與上述進給量中至少一者減少。
3. 如請求項2之工具機之控制方法，其中於由上述主軸之旋轉速度及工具之刃數算出之切削阻力之頻率與由上述附屬裝置之形狀算出之上述附屬裝置之共振頻率相 等之情形時，變更上述主軸之旋轉速度。
4. 一種工具機，其具備實現如請求項1至3中任一項之工具機之控制方法之控制裝置。
5. 如請求項4之工具機，其進而具備：固體識別器件，其設置於上述附屬裝置，記憶有上述附屬裝置之形狀資訊；及固體識別資訊接收部，其設置於上述沖柱，自上述固體識別器件接收資訊；且藉由將上述附屬裝置安裝於上述沖柱，而將上述附屬裝置之形狀資訊發送至上述控制裝置及上述NC裝置。