TWI786204B

TWI786204B - 工作機械

Info

Publication number: TWI786204B
Application number: TW107135577A
Authority: TW
Inventors: 中谷尊一
Original assignee: 日商西鐵城時計股份有限公司; 日商西鐵城精機股份有限公司
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2018-10-09
Publication date: 2022-12-11
Also published as: EP3696634B1; KR20200064067A; TW201914714A; EP3696634A1; JPWO2019073907A1; WO2019073907A1; CN111149068B; US20200238465A1; ES2959323T3; KR102620726B1; US11224952B2; JP7140771B2; EP3696634A4; CN111149068A

Abstract

一種工作機械，包括：切削工具，對工件進行切削加工；旋轉元件，使所述切削工具與所述工件相對地旋轉；進給元件，使所述切削工具與所述工件朝規定的加工進給方向進行進給動作；振動元件，使所述切削工具與所述工件相對地往返振動；以及振幅控制元件，控制利用所述振動元件而成的往返振動的振幅；藉由所述工件與所述切削工具的相對旋轉、及伴隨包括相對於所述工件的所述切削工具的朝所述加工進給方向的所述振幅的所述往返振動的進給動作，使所述切削工具沿著規定的移動路徑相對於所述工件移動來進行切削加工，且所述移動路徑包含由所述移動路徑上的規定的座標位置分割的多個分割路徑，所述振幅控制元件針對各分割路徑各別地設定所述振幅。

Description

工作機械

本發明是有關於一種工作機械。

先前，已知有如下的工作機械，包括：切削工具，對工件進行切削加工；旋轉元件，使所述切削工具與所述工件相對地旋轉；進給元件，使所述切削工具與所述工件朝規定的加工進給方向進行進給動作；振動元件，使所述切削工具與所述工件相對地往返振動；以及振幅控制元件，控制利用所述振動元件而成的往返振動的振幅；且藉由所述工件與所述切削工具的相對旋轉、及伴隨包括相對於所述工件的所述切削工具的朝所述加工進給方向的所述振幅的所述往返振動的進給動作，使所述切削工具沿著規定的移動路徑相對於所述工件移動來進行切削加工（例如參照專利文獻1）。現有技術文獻專利文獻

專利文獻1：國際公開第2016/047485號

[發明所欲解決之課題]

本發明的課題在於提供一種工作機械，其可於進行切削加工時切削工具相對於工件進行移動的規定的移動路徑內，任意地設定利用振動元件而成的往返振動的振幅來進行伴隨所述振動的切削加工。 [解決課題之手段]

用於解決所述課題的本發明的工作機械包括：切削工具，對工件進行切削加工；旋轉元件，使所述切削工具與所述工件相對地旋轉；進給元件，使所述切削工具與所述工件朝規定的加工進給方向進行進給動作；振動元件，使所述切削工具與所述工件相對地往返振動；以及振幅控制元件，控制利用所述振動元件而成的往返振動的振幅；且藉由所述工件與所述切削工具的相對旋轉、及伴隨包括相對於所述工件的所述切削工具的朝所述加工進給方向的所述振幅的所述往返振動的進給動作，使所述切削工具沿著規定的移動路徑相對於所述工件移動來進行切削加工，所述工作機械的特徵在於：所述移動路徑包含由所述移動路徑上的規定的座標位置分割的多個分割路徑，所述振幅控制元件針對各分割路徑各別地設定所述振幅。

本發明的工作機械較佳為於所述結構中，所述移動路徑包含根據規定的內插方法於事先決定的兩個座標位置間的內插路徑。

本發明的工作機械於所述結構中，兩個座標位置包含所述切削工具的移動開始位置與到達位置，所述振幅控制元件可伴隨切削工具朝到達位置的移動而將振幅設定成逐漸變小。或者，兩個座標位置包含所述切削工具的移動開始位置與到達位置，所述振幅控制元件可伴隨切削工具朝到達位置的移動而將振幅設定成逐漸變大。 [發明的效果]

根據如以上般構成的本發明的工作機械的結構，具有如下的效果：藉由所述移動路徑上的規定的座標位置來將進行切削加工時切削工具相對於工件進行移動的規定的移動路徑分割成多個分割路徑，並針對各分割路徑各別地設定利用振動元件而成的往返振動的振幅，藉此可於所述移動路徑內任意地設定振幅而容易地進行伴隨所述振動的切削加工。

如圖1所示，工作機械100包括主軸110與切削工具台130A。於主軸110的前端設置有夾頭120。主軸110作為保持工件的工件保持元件來構成，工件W經由夾頭120而保持於主軸110上。切削工具台130A作為保持對工件W進行旋削加工的車刀等切削工具130的刃具台來構成，切削工具130安裝於切削工具台130A上。

主軸110以藉由主軸馬達的動力來旋轉驅動的方式支持於主軸台110A上。作為所述主軸馬達，可考慮於主軸台110A內，形成在主軸台110A與主軸110之間的先前公知的內裝馬達（built-in motor）等。主軸台110A經由Z軸方向進給機構160而搭載於工作機械100的底座（bed）側。 Z軸方向進給機構160包括：與所述底座等Z軸方向進給機構160的固定側一體的基座（base）161、及於成為主軸110的軸線方向的Z軸方向上延長並設置於基座161上的Z軸方向導軌162。 Z軸方向進給台163經由Z軸方向引導件164而滑動自如地支持於Z軸方向導軌162上。於Z軸方向進給台163側設置有線性伺服馬達165的轉子165a。於基座161側設置有線性伺服馬達165的定子165b。藉由線性伺服馬達165的驅動而朝Z軸方向移動驅動Z軸方向進給台163。主軸台110A搭載於Z軸方向進給台163上。藉由Z軸方向進給台163的移動來使主軸台110A朝Z軸方向移動，而進行主軸110的朝Z軸方向的移動。主軸110與主軸台110A一體地藉由Z軸方向進給機構160而移動自如地設置於Z軸方向上，Z軸方向進給機構160作為主軸移動機構，使主軸110朝Z軸方向移動。

X軸方向進給機構150設置於工作機械100的底座側。 X軸方向進給機構150包括：與所述底座側一體的基座151、及於在上下方向上相對於Z軸方向正交的X軸方向上延長的X軸方向導軌152。 X軸方向導軌152固定於基座151，X軸方向進給台153經由X軸方向引導件154而滑動自如地支持於X軸方向導軌152上。切削工具台130A搭載於X軸方向進給台153上。於X軸方向進給台153側設置有線性伺服馬達155的轉子155a。於基座151側設置有線性伺服馬達155的定子155b。 X軸方向進給台153藉由線性伺服馬達155的驅動而沿著X軸方向導軌152朝X軸方向移動，藉此切削工具台130A朝X軸方向移動，切削工具130朝X軸方向移動。 X軸方向進給機構150作為刃具台移動機構，使切削工具台130A與切削工具130一體地朝X軸方向移動。所述刃具台移動機構（X軸方向進給機構150）與所述主軸移動機構（Z軸方向進給機構160）協動來動作，藉由利用X軸方向進給機構150的切削工具台130A（切削工具130）朝X軸方向的移動、及利用Z軸方向進給機構160的主軸台110A（主軸110）朝Z軸方向的移動，切削工具130相對於工件W相對地朝任意的加工進給方向移動來進給。再者，亦可設置針對與Z軸方向及X軸方向正交的Y軸方向的Y軸方向進給機構。所述Y軸方向進給機構可設為與X軸方向進給機構150相同的結構。藉由將X軸方向進給機構150經由Y軸方向進給機構而搭載於底座上，可藉由線性伺服馬達的驅動來使Y軸方向進給台朝Y軸方向移動，使切削工具台130A除X軸方向以外朝Y軸方向移動，而使切削工具130朝X軸方向及Y軸方向移動。於此情況下，所述刃具台移動機構包含X軸方向進給機構150與Y軸進給機構，所述刃具台移動機構與所述主軸移動機構協動，安裝於切削工具台130A上的切削工具130除了相對於工件W朝X軸方向及Z軸方向移動以外，可朝Y軸方向移動，而使切削工具130相對地朝任意的加工進給方向移動來進給。亦可將Y軸方向進給機構經由X軸方向進給機構150而搭載於底座上，並將切削工具台130A搭載於所述Y軸方向進給台上。

藉由包含所述主軸移動機構與所述刃具台移動機構的進給元件，使主軸110與切削工具台130A相對地移動，切削工具130相對於工件W相對地朝任意的加工進給方向移動來進給，將主軸110作為使工件W與切削工具130相對地旋轉的旋轉元件進行驅動，而使工件W相對於切削工具130進行旋轉，藉此如圖2所示，可利用所述切削工具130將工件W切削加工成任意的形狀。

於本實施方式中，以使主軸台110A與切削工具台130A兩者移動的方式構成，但亦可將主軸台110A無法移動地固定於工作機械100的底座側，並以使切削工具台130A朝X軸方向、Z軸方向、或Y軸方向移動的方式構成刃具台移動機構。於此情況下，所述進給元件包含使切削工具台130A朝X軸方向、Z軸方向、或Y軸方向移動的刃具台移動機構，相對於被固定地定位並旋轉驅動的主軸110，使切削工具台130A移動，藉此可使切削工具130相對於工件W任意地進行加工進給動作。亦可將切削工具台130A無法移動地固定於工作機械100的底座側，並以使主軸台110A朝X軸方向、Z軸方向、或Y軸方向移動的方式構成主軸移動機構。於此情況下，所述進給元件包含使主軸台110A朝X軸方向、Z軸方向、或Y軸方向移動的主軸台移動機構，相對於被固定地定位的切削工具台130A，使主軸台110A移動，藉此可使切削工具130相對於工件W任意地進行加工進給動作。於本實施方式中，X軸方向進給機構150、Y軸方向進給機構、Z軸方向進給機構160以藉由線性伺服馬達來驅動的方式構成，但亦可設為先前公知的利用滾珠螺桿與伺服馬達的驅動等。於本實施方式中，使工件W與切削工具130相對地旋轉的旋轉元件包含所述內裝馬達等所述主軸馬達，工件W與切削工具130的相對旋轉藉由主軸110的旋轉驅動來進行。於本實施方式中，設為使工件W相對於切削工具130旋轉的結構，但亦可設為使切削工具130相對於工件W旋轉的結構。於此情況下，作為切削工具130，可考慮鑽頭等旋轉工具。

主軸110的旋轉，X軸方向進給機構150或Z軸方向進給機構160、或Y軸進給機構等的移動由控制裝置C控制。控制裝置C藉由控制部C1來對主軸110的旋轉，Z軸方向進給機構160、X軸方向進給機構150、或Y軸方向進給機構進行驅動控制。控制部C1以如下方式進行控制：將各進給機構作為振動元件，一面使各進給機構分別沿著對應的移動方向進行往返振動，一面使主軸台110A或切削工具台130A朝各個方向移動。各進給機構藉由控制部C1的控制，如圖3所示，使主軸110或切削工具台130A於一次往返振動中僅前進（往前動）移動規定的前進量後僅後退（往後動）移動規定的後退量，而使主軸110或切削工具台130A朝各移動方向僅移動作為前進量與後退量的差的進行量。所述進給元件藉由利用控制部C1的控制的各進給機構的協動，使切削工具130相對於工件W沿著加工進給方向進行往返振動，一面使切削工具130每次前進規定的進行量一面使切削工具130朝加工進給方向移動來進給。藉由所述進給元件，一面使切削工具130進行沿著加工進給方向的往返振動一面朝加工進給方向進給切削工具130，藉此將成為主軸一次旋轉的自主軸相位0度至360度為止變化時的所述進行量的合計設為進給量，進行工件W的加工。藉由利用所述進給元件的切削工具130的進給，例如將工件W的外形切削加工成規定的形狀，藉此工件W的圓周面如圖4所示般被切削成波狀。如圖4所示，若將工件W的每一次旋轉的切削工具130的振動的次數設為振動數N，則於振動數N為3.5次（振動數N＝3.5）的情況下，由第n＋1次旋轉（n為1以上的整數）的切削工具130旋削的工件W的圓周面形狀的相位相對於由第n次旋轉的切削工具130旋削的形狀的相位會變成反相位的關係。藉此，第n次旋轉的切削工具130的往前動時的切削加工部分與第n＋1次旋轉的往後動時的切削加工部分的一部分重複。於工件圓周面的第n＋1次旋轉的切削部分中包含在第n次旋轉中已切削的部分，因此於該部分中，在切削過程中產生切削工具130對工件W不進行任何切削而進行空切的空振動作。於切削加工時自工件W中產生的切屑藉由所述空振動作而依次被切斷。工作機械100可一面藉由切削工具130的沿著切削進給方向的往返振動來將切屑切斷，一面順利地進行工件W的外形切削加工等。當藉由切削工具130的往返振動來將切屑依次切斷時，只要在工件圓周面的第n＋1次旋轉的切削部分中包含在第n次旋轉中已切削的部分即可。換言之，工件圓周面的第n＋1次旋轉中的往後動時的切削工具130的軌跡只要到達工件圓周面的第n次旋轉中的切削工具130的軌跡的位置為止即可。如圖4所示，只要第n＋1次旋轉與第n次旋轉的工件W中的由切削工具130旋削的形狀的相位不變得一致（同相位）即可，未必需要反轉180度。

如圖5A所示，與圖4同樣地，於主軸一次旋轉中切削工具130振動3.5次，切削工具130的往前動時的切削加工部分與往後動時的切削加工部分的一部分重複，在工件W圓周面的第2次旋轉的切削部分中包含在第1次旋轉中已切削的部分，若自於切削過程中產生切削工具130的所述空振動作的狀態起，如圖5B所示般僅增大進給量，則第2次旋轉中的往後動時的切削工具130的軌跡變得未到達第1次旋轉中的切削工具130的軌跡處，因此存在無法進行所述空振動作，切屑不被切斷的情況。再者，於圖5A至圖5C中，為了容易理解說明，將切削工具130的振動變成直線狀來表達。若僅逐漸地增加進給量，則所述切削工具130的往前動時的切削加工部分與往後動時的切削加工部分的重複部分逐漸地變小，往前動時的切削加工部分與往後動時的切削加工部分變得不重複，因此產生無法進行所述空振動作，切屑不被切斷的情況。控制部C1包括與相對於工件W的切削工具130的進給量成比例地設定所述往返振動的振幅的振幅設定元件。振幅設定元件以如下方式構成：將相對於進給量的振幅的比率設為振幅進給比率，使進給量乘以振幅進給比率來設定振幅。振幅進給比率可藉由使用者，經由數值設定部C2等而於控制部C1中設定。所述振幅設定元件與所述振動元件相互聯繫，如圖5C所示，藉由設定切削工具130的沿著所述加工進給方向的往返振動、及對應於在切削加工中設定的進給量的振幅，控制部C1以使工件W的第2次旋轉中的往後動時的切削工具130的軌跡到達工件W的第1次旋轉中的切削工具130的軌跡為止的方式，控制所述振動元件。藉此，對應於進給量來設定振幅，藉由控制部C1的控制，振動元件可使切削工具130以產生所述空振動作的方式振動，而將切屑切斷。

利用切削工具130的所述進給的所述切削加工藉由如下方式來進行：以使切削工具130移動至規定的座標位置的方式，向控制部C1側進行移動指令。例如，將由所述移動指令指定的座標位置設為到達位置，並將根據規定的內插方法的內插路徑設為移動路徑，使相對於工件W位於作為移動開始位置的規定的座標位置上的切削工具130移動，藉此沿著利用所述內插路徑將兩個座標位置間連接而成的形狀進給切削工具130，而將工件W切削加工成利用所述內插路徑將兩個座標位置間連接而成的形狀。使切削工具130以直線狀的內插路徑於所述兩個座標位置間移動，藉此將工件W於所述兩個座標位置間加工成直線狀的形狀。使切削工具130以具有規定的半徑的圓弧狀的內插路徑於所述兩個座標位置間移動，藉此將工件W於所述兩個座標位置間加工成所述圓弧狀的形狀。

本實施方式的控制部C1包括路徑分割元件與振幅控制元件。路徑分割元件於切削工具130朝由所述移動指令所指定的座標位置移動時，藉由所述內插路徑上的規定的座標位置來將所述內插路徑分割成多個分割路徑。例如，如圖6所示，使位於P0（Xs,Zs）的座標位置上的切削工具130以直線狀的內插路徑朝P4（Xe,Ze）移動，當P1（X1,Z1）、P2（X2,Z2）、P3（X3,Z3）的各座標位於所述內插路徑上時，路徑分割元件將所述內插路徑分割成自P0（Xs,Zs）朝P1（X1,Z1）的第1移動分割路徑、自P1（X1,Z1）朝P2（X2,Z2）的第2移動分割路徑、自P2（X2,Z2）朝P3（X3,Z3）的第3移動分割路徑、自P3（X3,Z3）朝P4（Xe,Ze）的第4移動分割路徑。振幅控制元件針對各分割路徑各別地設定所述往返振動的振幅。控制部C1使切削工具130於第1分割路徑上，沿著成為所述內插路徑的直線，一面以由振幅控制元件決定的規定的振幅D1進行往返振動一面進給，使切削工具130於第2分割路徑上，沿著成為所述內插路徑的直線，一面以由振幅控制元件決定的規定的振幅D2進行往返振動一面進給，使切削工具130於第3分割路徑上，沿著成為所述內插路徑的直線，一面以由振幅控制元件決定的規定的振幅D3進行往返振動一面進給，使切削工具130於第4分割路徑上，沿著成為所述內插路徑的直線，一面以由振幅控制元件決定的規定的振幅D4進行往返振動一面進給。各移動分割路徑上的移動的路徑於所述內插路徑上重疊，因此作為整體，切削工具130沿著直線狀的內插路徑自P0（Xs,Zs）朝P4（Xe,Ze）一面進行往返振動一面移動。由於分別設定各分割路徑上的各振幅，因此例如可伴隨切削工具130自移動開始位置朝到達位置的移動，使各振幅逐漸地變小來設定。例如，可自振幅D1至振幅D4逐漸變小，或自振幅D1逐漸地增大振幅D2，變成由振幅設定元件所決定的振幅後，與振幅D2相比，使振幅D3、振幅D4逐漸變小，或與振幅D3相比使振幅D4變小。藉由使往返振動的振幅於第1分割路徑～第4分割路徑上逐漸地減少，於第4分割路徑上的往返振動時，能夠以自往前動切換成往後動時的切削工具130的位置與所述到達位置一致的方式執行切削加工。於第4分割路徑上的切削加工的完成時，使所述往返振動停止，以於將切削工具130維持在到達位置上的狀態下對工件W進行切削。藉此，可使工件W於到達位置上的切削加工面齊整。

振幅控制元件針對各分割路徑設定振幅進給比率，藉此可分別設定各分割路徑上的各振幅。振幅控制元件例如可針對各分割路徑，使對於振幅設定元件所設定的振幅進給比率乘以規定的常數，藉此分別設定各分割路徑上的各振幅。但是，若僅使振幅進給比率逐漸地變小，則可能產生所述切削工具130的往前動時的切削加工部分與往後動時的切削加工部分的重複部分變小，往前動時的切削加工部分與往後動時的切削加工部分變得不重複，進而產生無法進行所述空振動作，切屑不被切斷的情況，因此振幅控制元件亦可針對各分割路徑決定進給量，並設為不同的進給量，藉此分別設定各分割路徑上的各振幅。藉此，可一面於各分割路徑上切斷切屑，一面使所述振幅逐漸地變小。

再者，亦可存在於一部分的分割路徑上彼此變成相同大小的振幅的情況。另外，於無法使自往前動切換成往後動時的切削工具130的位置與到達位置一致的情況下，亦可於自往前動切換成往後動時的切削工具130的位置如不超過到達位置般的接近到達位置的狀態下，使所述往返振動停止，不進行往返振動而朝到達位置進給切削工具。往返振動的停止例如可藉由將振幅進給比率設為0來執行。另外，亦可藉由將振幅進給比率設為0等來使往返振動停止後設定進行切削加工的分割內插路徑。振幅控制元件亦可設為伴隨切削工具130自移動開始位置朝到達位置的移動，將各振幅設定成逐漸變大的結構。例如，可自振幅D1至振幅D4逐漸變大，或者自振幅D1逐漸地增大振幅D2或振幅D3，並變成由振幅設定元件所決定的振幅。藉由將振幅D1～振幅D4設定成逐漸變大，可減小移動開始位置（切削開始位置）上的振幅D1，而可減少切削開始時的切削工具130的負荷。

路徑分割元件亦可設為根據規定的時間將內插路徑分割成多個分割路徑的結構。例如可將切削工具130自移動開始位置開始移動後，經過規定的時間為止的區間設為第1分割路徑，將第1分割路徑後，經過規定的時間為止的區間設為第2分割路徑，將第2分割路徑後，經過規定的時間為止的區間設為第3分割路徑，將第3分割路徑後，移動至到達位置為止的區間設為第4分割路徑。

於各分割路徑上，與所述實施方式同樣地，各別地設定振幅進給比率或進給量，藉此可分別設定各分割路徑上的各振幅。例如可伴隨切削工具130的自移動開始位置朝到達位置的移動，使第1分割路徑上的振幅D1～第4分割路徑上的振幅D4逐漸變小，或自振幅D1逐漸地增大第2分割路徑上的振幅D2，變成由振幅設定元件所決定的振幅後，與振幅D2相比，使第3分割路徑上的振幅D3、振幅D4逐漸變小，或與振幅D3相比使振幅D4變小等。

100‧‧‧工作機械110‧‧‧主軸110A‧‧‧主軸台120‧‧‧夾頭130‧‧‧切削工具130A‧‧‧切削工具台150‧‧‧X軸方向進給機構151‧‧‧基座152‧‧‧X軸方向導軌153‧‧‧X軸方向進給台154‧‧‧X軸方向引導件155‧‧‧線性伺服馬達155a‧‧‧轉子155b‧‧‧定子160‧‧‧Z軸方向進給機構161‧‧‧基座162‧‧‧Z軸方向導軌163‧‧‧Z軸方向進給台164‧‧‧Z軸方向引導件165‧‧‧線性伺服馬達165a‧‧‧轉子165b‧‧‧定子C‧‧‧控制裝置C1‧‧‧控制部C2‧‧‧數值設定部W‧‧‧工件X、Z‧‧‧軸P0（Xs,Zs）、P1（X1,Z1）、P2（X2,Z2）、P3（X3,Z3）、P4（Xe,Ze）‧‧‧座標位置

圖1是本發明的一實施方式的工作機械的概略的示意圖。圖2是本發明的一實施方式的切削工具與工件的關係的示意圖。圖3是本發明的一實施方式的切削工具的往返振動及位置的示意圖。圖4是本發明的一實施方式的主軸第n次旋轉、第n＋1次旋轉、第n＋2次旋轉的關係的示意圖。圖5A是對本發明的一實施方式的進給量與振幅的關係進行說明的圖。圖5B是對本發明的一實施方式的進給量與振幅的關係進行說明的圖。圖5C是對本發明的一實施方式的進給量與振幅的關係進行說明的圖。圖6是將內插路徑分割成多個分割路徑的例子的示意圖。

W‧‧‧工件

P0(Xs,Zs)、P1(X1,Z1)、P2(X2,Z2)、P3(X3,Z3)、P4(Xe,Ze)‧‧‧座標位置

Claims

一種工作機械，包括：切削工具，對工件進行切削加工；旋轉元件，使所述切削工具與所述工件相對地旋轉；進給元件，使所述切削工具與所述工件朝規定的加工進給方向進行進給動作；振動元件，使所述切削工具與所述工件相對地往返振動；以及振幅控制元件，控制利用所述振動元件而成的往返振動的振幅；藉由所述工件與所述切削工具的相對旋轉、及伴隨包括相對於所述工件的所述切削工具的朝所述加工進給方向的所述振幅的所述往返振動的進給動作，使所述切削工具沿著規定的移動路徑相對於所述工件移動來進行切削加工，且所述移動路徑包含由所述移動路徑上的規定的座標位置分割的多個分割路徑，所述振幅控制元件針對各分割路徑設定振幅進給比率，由此分別設定各分割路徑上的各振幅。
如申請專利範圍第1項所述的工作機械，其中所述移動路徑包含根據規定的內插方法連接於事先決定的兩個座標位置間的內插路徑。
如申請專利範圍第2項所述的工作機械，其中兩個座標位置包含所述切削工具的移動開始位置與到達位置，所述振幅控制元件伴隨切削工具朝到達位置的移動而將振幅設定成逐漸變小。
如申請專利範圍第2項所述的工作機械，其中兩個座標位置包含所述切削工具的移動開始位置與到達位置，所述振幅控制元件伴隨切削工具朝到達位置的移動而將振幅設定成逐漸變大。