TW201729924A - 工作機械及工作機械的加工方法 - Google Patents

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Abstract

工作機械及工作機械的加工方法中，可以簡單的設定來進行偏芯形狀的加工，自動車床(1)(工作機械的一例)，係具備：主軸(2)，係使工件(50)繞軸心(C1)來旋轉；車刀(6)(工具的一例)，係對工件(50)加工；運送機構(4)，係使車刀(6)移動；輸入接收部(8)，係接收偏芯的距離(D)及半徑(R)的輸入；控制部(7)，係控制運送機構(4)的移動，其設定以距離(D)作為半徑的虛擬圓(V1)，並將虛擬圓(V1)從工件(50)的軸心(C1)往工件(50)的半徑方向偏移由輸入接收部(8)所接收的半徑(R)來設定偏移虛擬圓(V2)，並使車刀(6)配合主軸(2)之工件(50)的旋轉而沿著偏移虛擬圓(V2)的圓周來移動，相對於軸心(C1)，對距離(D)的位置加工半徑(R)的孔(60)(偏芯部分的一例)。

Description

工作機械及工作機械的加工方法
本發明，係關於工作機械及工作機械的加工方法。
車床等之工作機械，係將圓鋼等之被工作物(以下稱為工件)保持於主軸，並將從主軸前端突出的工件繞其軸心旋轉來使車刀等的工具接觸而進行加工。工具，係藉由運送機構來驅動。而且，工件的旋轉或往軸心方向的移動、運送機構所致之工具的移動，係藉由控制部來控制。
為了藉由此種工作機械，在工件形成從工件的軸心往半徑方向偏芯之形狀的部分(以下稱為偏芯部分)，只要將工具配合工件的旋轉來動作即可(專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2002-066802號公報
上述之先前技術文獻中所記載之車床的偏芯位置車削加工方法，係有必要在NC車床藉由計算分別導出工具的位置，並使用該導出的位置之複雜的程式來進行控制。
本發明係有鑑於上述情事而完成者，其目的在於提供一種工作機械及工作機械的加工方法，可以簡單的設定來進行偏芯形狀的加工。
本發明之1，為一種工作機械，其具備：主軸，係使工件繞軸心來旋轉；工具，其加工前述工件；運送機構，係使前述工具移動；輸入接收部，係接收偏芯的距離D及半徑R的輸入；控制部，係控制前述運送機構的移動，其將前述輸入接收部所接收的前述距離D作為半徑來設定虛擬圓，並將前述虛擬圓的中心，從前述工件的軸心往前述工件的半徑方向偏移前述輸入接收部所接收的前述半徑R來設定偏移虛擬圓，並使前述工具配合前述主軸之前述工件的旋轉而沿著前述偏移虛擬圓的圓周來移動，相對於前述工件的軸心，在前述距離D的位置加工前述半徑R的偏芯部分。
本發明之2，為一種工作機械的加工方法，係對於藉由主軸而繞軸心旋轉的工件，使工具往與前述軸心正交的方向移動，對於從前述軸心偏芯距離D的位置加工半徑R的偏芯部分，其中，接收前述距離D及前述半徑R的輸入，將所接收的前述距離D作為半徑來設定虛擬圓，並將前述虛擬圓的中心，從前述工件的軸心往前述工件的半徑方向偏移所接收的前述半徑R來設定偏移虛擬圓，使前述工具配合前述主軸所致之前述工件的旋轉來沿著前述偏移虛擬圓的圓周移動。
根據本發明之工作機械及工作機械的加工方法，可以簡單的設定，來進行偏芯之形狀的加工。
6‧‧‧車刀
6a‧‧‧刀尖
50‧‧‧工件
51‧‧‧前端面
60‧‧‧孔
P2‧‧‧旋轉方向
R‧‧‧半徑
r‧‧‧半徑
C1‧‧‧軸心
D‧‧‧距離
V1‧‧‧虛擬圓
C2‧‧‧中心
V2‧‧‧虛擬圓
C3‧‧‧中心
P1‧‧‧旋轉方向
圖1為表示本發明之一實施形態之自動車床的示意圖。
圖2為從圖1的箭頭A觀看工件之前端面的前視圖。
圖3A為表示以NC程式設定之工件與車刀之刀尖之位置關係的相當於圖2的前視圖，其表示移動至偏移虛擬圓之圓周上之例如12點鐘的位置(圖示高度方向的最高位置)的狀態。
圖3B為表示以NC程式設定之工件與車刀之刀尖之 位置關係的相當於圖2的前視圖，其表示移動至偏移虛擬圓之圓周上之例如10點半的位置的狀態。
圖3C為表示以NC程式設定之工件與車刀之刀尖之位置關係的相當於圖2的前視圖，其表示移動至偏移虛擬圓之圓周上之例如9點鐘的位置(圖示左右方向的左端位置)的狀態。
圖3D為表示以NC程式設定之工件與車刀之刀尖之位置關係的相當於圖2的前視圖，其表示移動至偏移虛擬圓之圓周上之例如6點鐘的位置(圖示高度方向的最低位置)的狀態。
圖3E為表示以NC程式設定之工件與車刀之刀尖之位置關係的相當於圖2的前視圖，其表示移動至偏移虛擬圓之圓周上之例如3點鐘的位置(圖示左右方向的右端位置)的狀態。
圖3F為表示以NC程式設定之工件與車刀之刀尖之位置關係的相當於圖2的前視圖，其表示移動至偏移虛擬圓之圓周上之例如12點鐘的位置的狀態。
圖3G為表示由控制部所設定之第2偏移虛擬圓與形成在工件之孔的位置關係，係相當於圖2的前視圖。
圖4A為表示以NC程式設定之工件與車刀之刀尖之位置關係的相當於圖2的前視圖，其表示移動至偏移虛擬圓之圓周上之例如12點鐘的位置(圖示高度方向的最高位置)的狀態。
圖4B為表示以NC程式設定之工件與車刀之刀尖之 位置關係的相當於圖2的前視圖，其表示移動至偏移虛擬圓之圓周上之例如10點半的位置的狀態。
圖4C為表示以NC程式設定之工件與車刀之刀尖之位置關係的相當於圖2的前視圖，其表示移動至偏移虛擬圓之圓周上之例如9點鐘的位置(圖示左右方向的左端位置)的狀態。
圖4D為表示以NC程式設定之工件與車刀之刀尖之位置關係的相當於圖2的前視圖，其表示移動至偏移虛擬圓之圓周上之例如6點鐘的位置(圖示高度方向的最低位置)的狀態。
圖4E為表示以NC程式設定之工件與車刀之刀尖之位置關係的相當於圖2的前視圖，其表示移動至偏移虛擬圓之圓周上之例如3點鐘的位置(圖示左右方向的右端位置)的狀態。
圖4F為表示以NC程式設定之工件與車刀之刀尖之位置關係的相當於圖2的前視圖，其表示移動至偏移虛擬圓之圓周上之例如12點鐘的位置的狀態。
圖4G為表示由控制部所設定之第2偏移虛擬圓與形成在工件之凸狀部分的位置關係，係相當於圖2的前視圖。
以下，針對關於本發明之工作機械及工作機械的加工方法之實施形態，參照圖式進行說明。
<自動車床的構造>
圖1為表示本發明之工作機械之一實施形態之自動車床(NC(Numerical Control；數值控制)車床)1的示意圖。圖2為從圖1的箭頭A觀看工件50之前端面51的前視圖。
本實施形態的自動車床1，係具備主軸2，其藉由NC程式來控制動作，如圖1所示般，保持車削對象之棒狀的工件50，且繞其軸心C1旋轉並沿著軸心C1於z方向移動。自動車床1，係在從主軸2的前端2a往z方向分開的位置，具備導引套3，其與從主軸2突出之工件50的外周面接觸來支撐工件50。
自動車床1，係具備運送機構4，其將固定有車刀6(工具之一例)的工具保持件5，在與z方向正交的面內，往互相正交的2方向(x方向、y方向；參照圖2)移動。車刀6，係使形成在前端的刀尖6a，接觸於從導引套3往z方向突出的工件50，藉此車削工件50來進行加工。對工件50的車削加工，係形成從前端面51往z方向延伸之孔60的車孔加工。
孔60，係在前端面51，以從工件50的軸心C1往半徑方向偏芯距離D的位置作為中心C3之成為半徑R之圓的圓柱狀空間。又，本實施形態中，工件50的半徑r、偏芯的距離D、孔60的半徑R，係滿足(D+R)<r的大小關係。
自動車床1，係具備接收上述距離D及半徑R之輸入的輸入接收部8。自動車床1，係具備控制部7，其根據基於輸入接收部8所接收的距離D及半徑R而設定的NC程式，而控制主軸2的旋轉及往z方向的運送以及運送機構4所致的移動。
NC程式，具體來說，係如圖2所示般，設定以距離D為半徑的虛擬圓V1，將虛擬圓V1的中心，從工件50的軸心C1往工件50的半徑方向偏移半徑R來設定中心為C2的偏移虛擬圓V2。然後，NC程式，係設定成與繞工件50之軸心C1之旋轉方向P1的旋轉同步，使刀尖6a沿著偏移虛擬圓V2的圓周於旋轉方向P2移動。
<自動車床的動作>
接著，針對自動車床1的動作(自動車床1的加工法)進行說明。首先，輸入接收部8，係接收由操作員所輸入的距離D及半徑R。所輸入的距離D及半徑R，係藉由控制部7，而寫入NC程式。藉此，NC程式，係如圖2所示般，設定以距離D為半徑的虛擬圓V1，將虛擬圓V1的中心，從工件50的軸心C1往工件50的半徑方向偏移半徑R來設定中心為C2的偏移虛擬圓V2。
NC程式，在將工件50以等角速度繞軸心C1於旋轉方向P1旋轉時，算出工件50之各旋轉位置之刀尖6a的座標位置(x、y)，來與工件50的旋轉同步使刀尖6a沿著偏移虛擬圓V2的圓周於旋轉方向P2旋轉1圈。
圖3A、圖3B、圖3C、圖3D、圖3E及圖3F，係表示以NC程式所設定之工件50與刀尖6a的位置關係之相當於圖2的前視圖。控制部7，係控制主軸2，使工件50繞軸心C1於旋轉方向P1以等角速度旋轉，且如圖3A~圖3F所示般，控制運送機構4，使刀尖6a移動至NC程式所設定之工件50之各旋轉位置的座標位置(x、y)。
具體來說，如圖3A所示般，工件50在旋轉方向P1以等角速度旋轉中的瞬間，控制部7，係控制運送機構4，使刀尖6a移動至偏移虛擬圓V2之圓周上例如12點鐘的位置(圖示高度方向的最高位置)。
之後，工件50，係如圖3B~圖3F所示般使工件50於旋轉方向P1旋轉，藉由控制部7的控制使運送機構4讓刀尖6a與工件50的旋轉同步來在旋轉方向P2於偏移虛擬圓V2的圓周上移動。又，圖3A~圖3F中，為了表示工件50的旋轉位置，在圖3A所示的狀態中，在工件50的外周面之中，對高度方向之最高位置的部分加上符號52。然後，以控制部7將主軸2往z方向(參照圖1)移動，藉此使刀尖6a接觸工件50，隨著工件50的旋轉而形成有圖3B~圖3F中以實線表示之成為孔60的內周面61。
根據以上所構成的自動車床1及自動車床1的加工方法，在對工件50形成以從軸心C1往半徑方向偏芯距離D的位置作為中心C3之半徑R的孔60之際，可 僅靠輸入接收部8接收距離D、半徑R的輸入之簡單的設定，來進行偏芯後之孔60的加工。且，根據自動車床1，藉由輸入接收部8所接收的距離D與半徑R，可簡單地改變孔60的偏芯量(距離D)或半徑R，在每次改變偏芯量或半徑R時，不必重新輸入刀尖6a之時序的座標位置，可大幅減輕作業麻煩。
且，根據自動車床1，相對於既有的自動車床，由於不必改變控制部7之控制的內容，不需要高價的車床軸，故可抑制成本的上昇。且，根據自動車床1，在從材料中心偏芯之位置的內徑加工中，只要於內部形成具有階段之錐形狀的部分，或是使用通常之內徑用的螺紋車刀，便可在內部進行螺紋槽的加工。
又，本發明的工作機械，係與工件之繞軸心的旋轉同步來使工具在偏芯的狀態旋轉來進行加工，故依據工件之旋轉速度等的條件，加工時之工具之刀尖的實際位置，會成為比欲加工之所設定之本來的位置還要錯開些許(1〔mm〕以下)的位置。本實施形態的自動車床1中，例如，由於使刀尖6a移動至與工件之繞軸心的旋轉同步的座標位置(x、y)，故使用X、Y軸的圓弧插補控制來控制工具的旋轉，在所設定的偏芯位置加工半徑R的孔60時，實際的加工所形成之孔60的偏芯位置，有著從所設定的偏芯位置偏差些許的情況。
然後，加工結束而使工作機械的運轉停止，並停止工具的旋轉時，工具的刀尖位置，係回到所設定之 原本的位置。因此，根據工作機械之運轉停止的位置，工具的刀尖會有干涉或是咬入至所形成之孔的加工面或凸狀部分的加工面，而有著損傷加工面之虞。且，即使沒傷害加工面，亦有在加工結束後使工具從接觸加工面的狀態沿著軸心方向使工具回到所設定之原本位置的動作之際，發生接觸所致之摩擦抵抗之虞。
在此，本實施形態的自動車床1及自動車床1的加工方法，控制部7係在工件50之孔60的加工(加工面的切削動作)結束之後，在工件50的旋轉及車刀6的移動停止之前，控制運送機構4，使車刀6的刀尖6a從工件50之孔60的內周面61(加工面)往遠離的方向移動。例如，在加工結束後且停止旋轉之前，控制部7可使車刀6的刀尖6a在比NC程式所紀錄之半徑R還小的值R'(ΔR=R-R'，係只比旋轉中讓車刀6的刀尖6a退避之些許的尺寸還大的值)的軌道上移動。
圖3G為表示由控制部7所設定之第2偏移虛擬圓V2'與形成在工件50之孔60的位置關係，係相當於圖2的前視圖。控制部7，係如圖3G所示般，設定第2偏移虛擬圓V2'。第2偏移虛擬圓V2'，係使中心C2'在從軸心C1偏移半徑R'的位置，以距離D為半徑的虛擬圓。第2偏移虛擬圓V2'，係將圖2所示的偏移虛擬圓V2往軸心C1接近ΔR的圓。
控制部7，係控制運送機構4，使刀尖6a沿著第2偏移虛擬圓V2'的圓周旋轉。沿著第2偏移虛擬圓 V2'之圓周的刀尖6a軌跡，係在從形成在同步旋轉之工件50之孔60的內周面61(加工面)往內側偏離的區域內，故刀尖6a不會接觸內周面61，成為空轉狀態。
之後，自動車床1停止，車刀6的旋轉亦停止，車刀6的刀尖6a係回到所設定之原本的位置，但在停止前的時間點，刀尖6a係從工件50的內周面61離開，故即使旋轉停止且刀尖6a回到原本的位置，刀尖6a亦不會接觸孔60的內周面61。因此，可防止車刀6的刀尖6a損傷孔60的內周面61。又，關於本發明的工作機械，並不限定於在加工結束後之旋轉停止前，進行使工具的刀尖從加工面退避的控制者，在加工結束後之旋轉停止時，若工具的刀尖為沒有接觸工件加工面的情況，就沒有必要進行使該刀尖退避的控制。
另一方面，本實施形態的自動車床1，係輸入為了形成在工件50之偏芯的孔60之偏芯的距離D與孔60的半徑R，藉此使控制部7設定成為車刀6之刀尖6a軌跡的偏移虛擬圓V2，但在上述加工結束後之旋轉停止前，關於使工具的刀尖從加工面退避的控制，並不限定於：藉由輸入距離D與半徑R來使控制部設定成為工具之刀尖軌跡的偏移虛擬圓的工作機械，只要是能與工件的旋轉同步並使工具旋轉，而在工件形成偏芯之部分的工作機械的話即可適用。
<變形例>
圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、圖4E及圖4F，係表示以NC程式所設定之工件50與刀尖6a的位置關係之相當於圖2的前視圖。
上述實施形態的自動車床1，作為偏芯部分的一例係適用於孔60者，但作為偏芯部分的其他例，如圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、圖4E及圖4F所示般，亦可適用於偏芯之距離D及半徑R的突起或軸等的凸狀部分70。此情況，與將刀尖6a從軸心C1朝向外方而成之孔60的情況不同，如圖4A~圖4F所示般，將刀尖6a朝向軸心C1來控制運送機構4及主軸2，而形成凸狀部分70的外周面71即可。
又，形成凸狀部分70的情況，係如上述般可能使凸狀部分70之半徑R的偏移變小，故工件50之凸狀部分70的加工(加工面的切削動作)結束之後，在工件50的旋轉及車刀6的移動停止之前，控制運送機構4，使車刀6的刀尖6a從工件50之凸狀部分70的外周面(加工面)往遠離的方向移動。例如，在加工結束後且停止旋轉前，控制部7可使車刀6的刀尖6a在比NC程式所記錄之半徑R還大的值R"(ΔR'=R"-R，係只比旋轉中讓車刀6的刀尖退避之些許的尺寸還大的值)的軌道上移動。
圖4G為表示由控制部7所設定之第2偏移虛擬圓V2"與形成在工件50之凸狀部分70的位置關係，係相當於圖2的前視圖。控制部7，係如圖4G所示般，設定第2偏移虛擬圓V2"。第2偏移虛擬圓V2"，係使中心 C2"位在從軸心C1偏移半徑R"的位置，以距離D為半徑的虛擬圓。第2偏移虛擬圓V2"，係將圖2所示的偏移虛擬圓V2從軸心C1遠離ΔR'(=R"-R)的圓。
控制部7，係控制運送機構4，使刀尖6a沿著第2偏移虛擬圓V2"的圓周旋轉。沿著第2偏移虛擬圓V2"之圓周的刀尖6a軌跡，係在從形成在同步旋轉之工件50之凸狀部分70的外周面71(加工面)往外側偏離的區域內，故刀尖6a不會接觸外周面71，成為空轉狀態。
之後，自動車床1停止，車刀6的旋轉亦停止，車刀6的刀尖6a係回到所設定之原本的位置，但在停止前的時間點，刀尖6a係從工件50的外周面71離開，故即使旋轉停止且刀尖6a回到原本的位置，刀尖6a亦不會接觸凸狀部分70的外周面71。因此，可防止車刀6的刀尖6a損傷凸狀部分70的外周面71。又，在加工結束後的旋轉停止時，若車刀6的刀尖6a沒有接觸工件50之凸狀部分70之外周面71的情況，就沒有必要進行使該刀尖6a退避的控制。
上述的實施形態及變形例中，工件50的半徑r、偏芯的距離D、孔60的半徑R，係滿足(D+R)<r的大小關係，但本發明中，工件50的半徑r、偏芯的距離D、孔60的半徑R，並不限定於上述大小關係。亦即，工件50的半徑r、偏芯的距離D、孔60的半徑R，亦可為(D+R)≧r的大小關係。因此，孔60的中心C3，亦可設定在比工件50的外周更外方(D>r)，亦可使孔60的 半徑R比工件50的半徑r還大(R>r)。
該等情況時，並不是在工件50形成真圓的孔60，而是在工件50的外周形成有使孔60的一部開口之缺口狀的偏芯部分。但是，在(D-R)≧r時刀尖6a會無法接觸工件50而無法形成切口，故有必要滿足(D-R)<r。且，在(D-R)≦-r時刀尖6a會車削工件50的全面而只會使工件50的長度變短，故有必要滿足(D-R)>-r。
根據上述，控制部7，亦可針對輸入接收部8所輸入的距離D及半徑R，以與工件50之半徑r的關係，來判斷是否滿足-r<(D-R)<r的條件，只有在滿足條件的情況，對主軸2及運送機構4進行上述控制，在沒有滿足條件的情況，通知輸入值的錯誤等，而不對主軸2及運送機構4進行上述控制。
本實施形態的自動車床1，係以相對於工件50繞軸心C1往旋轉方向P1旋轉一圈，使刀尖6a沿著偏移虛擬圓V2的圓周往旋轉方向P2旋轉一圈的方式，使車刀6對應工件的旋轉來移動者，但關於本發明的工作機械及工作機械的加工方法，並不是將車刀6的移動限定成對應工件50的旋轉一圈者。
本實施形態的自動車床1，係使主軸2往z方向移動而將工件50往軸心C1方向運送之亦即主軸台移動型者，但關於本發明的工作機械及工作機械的加工方法，並不限定於主軸台移動型的工作機械，亦可為不使主軸往z方向移動而使工具往z方向移動之亦即主軸台固定型 者。且，本發明的工作機械及工作機械的加工方法，並不限定於車床，亦可適用於其他的工作機械。
[相關申請案的互相參考]
本申請案，係根據2015年11月17日於日本國特許廳所申請的特願2015-225100來主張優先權，本說明書係完全參照其所有的揭示而組成。
6‧‧‧車刀
6a‧‧‧刀尖
50‧‧‧工件
51‧‧‧前端面
60‧‧‧孔
R‧‧‧半徑
r‧‧‧半徑
C1‧‧‧軸心
D‧‧‧距離
V1‧‧‧虛擬圓
C2‧‧‧中心
V2‧‧‧虛擬圓
C3‧‧‧中心

Claims (8)

  1. 一種工作機械，其具備：主軸，係使工件繞軸心來旋轉；工具，其加工前述工件；運送機構，係使前述工具移動；輸入接收部，係接收偏芯的距離D及半徑R的輸入；控制部，係控制前述運送機構的移動，其將前述輸入接收部所接收的前述距離D作為半徑來設定虛擬圓，並將前述虛擬圓的中心，從前述工件的軸心往前述工件的半徑方向偏移前述輸入接收部所接收的前述半徑R來設定偏移虛擬圓，並使前述工具配合前述主軸之前述工件的旋轉而沿著前述偏移虛擬圓的圓周來移動，相對於前述工件的軸心，在前述距離D的位置加工前述半徑R的偏芯部分。
  2. 如請求項1所述之工作機械，其中，前述控制部係控制成：以前述工具來加工作為前述偏芯部分的孔。
  3. 如請求項1所述之工作機械，其中，前述控制部係控制成：以前述工具來加工作為前述偏芯部分的凸狀部分。
  4. 如請求項1~3中任一項所述之工作機械，其中，前述控制部，針對前述輸入接收部所輸入之前述距離D及前述半徑R，以與前述工件之半徑r的關係，來判斷是否滿足-r<(D-R)<r的條件，只有在判斷為滿足的情況， 對前述運送機構進行沿著前述虛擬圓之圓周來移動的控制。
  5. 如請求項1~3中任一項所述之工作機械，其中，在前述工件的加工結束之後，在前述工件的旋轉及前述工具的移動停止之前，前述控制部使前述工具從加工前述工件的加工面往遠離的方向移動。
  6. 如請求項5所述之工作機械，其中，前述控制部，針對前述輸入接收部所輸入之前述距離D及前述半徑R，以與前述工件之半徑r的關係，來判斷是否滿足-r<(D-R)<r的條件，只有在判斷為滿足的情況，對前述運送機構進行沿著前述虛擬圓之圓周來移動的控制。
  7. 一種工作機械的加工方法，係對於藉由主軸而繞軸心旋轉的工件，使工具往與前述軸心正交的方向移動，對於從前述軸心偏芯距離D的位置加工半徑R的偏芯部分，該加工方法中，接收前述距離D及前述半徑R的輸入，將所接收的前述距離D作為半徑來設定虛擬圓，將前述虛擬圓的中心，從前述工件的軸心往前述工件的半徑方向偏移所接收的前述半徑R來設定偏移虛擬圓，使前述工具配合前述主軸所致之前述工件的旋轉而沿著前述偏移虛擬圓的圓周來移動。
  8. 如請求項7所述之工作機械的加工方法，其中，在前述工件的加工結束之後，在前述工件的旋轉及前述工具的移動停止之前，使前述工具從加工前述工件的加工面 往遠離的方向移動。
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