CN108367362A - 机床及机床的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机床及机床的加工方法，为了通过简单的设定，实施偏心的形状的加工，自动车床(1)(机床的一例)具备：主轴(2)，其使工件(50)绕轴心(C1)旋转；车刀(6)(工具的一例)，其加工所述工件(50)；运送机构(4)，其使车刀(6)移动；输入接受部(8)，其接受偏心的距离(D)及半径(R)的输入；以及控制部(7)，其将偏心的距离(D)作为半径来设定虚拟圆(V1)，并将虚拟圆(V1)，以从工件(50)的轴心(C1)朝向工件(50)的半径方向仅偏移输入接受部(8)接受的半径(R)而设定偏移虚拟圆(V2)，并使车刀(6)配合由主轴(2)所致的工件(50)的旋转而沿着偏移虚拟圆(V2)的圆周移动的方式控制由运送机构(4)所致的移动，其中，相对于轴心(C)的距离(D)的位置加工半径(R)的孔(60)(偏心部分的一例)。

Description

机床及机床的加工方法
技术领域
本发明涉及一种机床及机床的加工方法。
背景技术
车床等的机床，是将圆棒等的被加工物(以下称为工件)保持在主轴，并将从主轴的前端突出的工件在其轴心周围旋转并使车刀等的工具接触而进行加工。工具是由运送机构来驱动。而且，工件的旋转或朝向轴心方向的移动及由运送机构引起的工具的移动是由控制部来控制。
(现有技术文献)
(专利文献)
为了通过这样的机床在工件形成从工件的轴心朝向半径方向偏芯的形状的部分(以下称为偏芯部分)，将工具配合工件的旋转来动作即可(专利文献1)。
专利文献1：日本特开第2002-066802号公报
发明内容
(发明所要解决的问题)
上述的现有技术文献中所记载的车床的偏心位置旋削加工方法是需要在NC车床上由计算分别导出工具的位置，并使用该导出的位置的复杂的程序来进行控制。
本发明是鉴于上述情况而做出，其目的在于提供一种机床及机床的加工方法，通过简单的设定，能够进行偏芯形状的加工。
(用于解决问题的手段)
本发明的第1是一种机床，其具备：主轴，其使工件绕轴心旋转；工具，其加工所述工件；运送机构，其使所述工具移动；输入接受部，其接受偏心的距离D及半径R的输入；以及控制部，其将所述输入接受部接受的所述距离D作为半径来设定虚拟圆，并将所述虚拟圆的中心，以从所述工件的轴心朝向所述工件的半径方向仅偏移所述输入接受部接受的所述半径R而设定偏移虚拟圆，并使所述工具配合由所述主轴所致的所述工件的旋转而沿着所述偏移虚拟圆的圆周移动的方式控制由所述运送机构所致的移动，其中，相对于所述工件的轴心在所述距离D的位置加工所述半径R的偏心部分。
本发明的第2是一种机床的加工方法，其中，对于由主轴在轴心周围旋转的工件，使工具朝向与所述轴心正交的方向移动，并在从所述轴心仅偏心距离D的位置加工半径R的偏心部分，所述机床的加工方法的特征在于：接受所述距离D及所述半径R的输入，将所接受的所述距离D作为半径来设定虚拟圆，将所述虚拟圆的中心从所述工件的轴心朝向所述工件的半径方向仅偏移所接受的所述半径R，来设定偏移虚拟圆，使所述工具配合由所述主轴所致的所述工件的旋转而沿所述偏移虚拟圆的圆周移动。
(发明的效果)
依据本发明的机床及机床的加工方法，通过简单的设定，能够进行偏心的形状的加工。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的自动车床的示意图。
图2是从图1的箭头A方向观察工件的前端面的正面图。
图3A是表示由NC程序设定的工件与车刀的刀尖的位置关系的相当于图2的正面图，其表示移动至偏移虚拟圆的圆周上的例如12点的位置(图标高度方向的最高位置)的状态。
图3B是表示由NC程序设定的工件与车刀的刀尖的位置关系的相当于图2的正面图，其表示移动至偏移虚拟圆的圆周上的例如10点的位置的状态。
图3C是表示由NC程序设定的工件与车刀的刀尖的位置关系的相当于图2的正面图，其表示移动至偏移虚拟圆的圆周上的例如9点的位置(图标左右方向的左端的位置)的状态。
图3D是表示由NC程序设定的工件与车刀的刀尖的位置关系的相当于图2的正面图，其表示移动至偏移虚拟圆的圆周上的例如6点的位置(图标高度方向的最低位置)的状态。
图3E是表示由NC程序设定的工件与车刀的刀尖的位置关系的相当于图2的正面图，其表示移动至偏移虚拟圆的圆周上的例如3点的位置(图标左右方向的右端位置)的状态。
图3F是表示由NC程序设定的工件与车刀的刀尖的位置关系的相当于图2的正面图，其表示移动至偏移虚拟圆的圆周上的例如12点的位置的状态。
图3G是表示由控制部设定的第2偏移虚拟圆与形成在工件上的孔之间的位置关系，相当于图2的正面图。
图4A是表示由NC程序设定的工件与车刀的刀尖的位置关系的相当于图2的正面图，其表示移动至偏移虚拟圆的圆周上的例如12点的位置(图标高度方向的最高位置)的状态。
图4B是表示由NC程序设定的工件与车刀的刀尖的位置关系的相当于图2的正面图，其表示移动至偏移虚拟圆的圆周上的例如10点的位置的状态。
图4C是表示由NC程序设定的工件与车刀的刀尖的位置关系的相当于图2的正面图，其表示移动至偏移虚拟圆的圆周上的例如9点的位置(图标左右方向的左端的位置)的状态。
图4D是表示由NC程序设定的工件与车刀的刀尖的位置关系的相当于图2的正面图，其表示移动至偏移虚拟圆的圆周上的例如6点的位置(图标高度方向的最低位置)的状态。
图4E是表示由NC程序设定的工件与车刀的刀尖的位置关系的相当于图2的正面图，其表示移动至偏移虚拟圆的圆周上的例如3点的位置(图标左右方向的右端位置)的状态。
图4F是表示由NC程序设定的工件与车刀的刀尖的位置关系的相当于图2的正面图，其表示移动至偏移虚拟圆的圆周上的例如12点的位置的状态。
图4G是表示由控制部设定的第2偏移虚拟圆与形成在工件上的凸状部分之间的位置关系，相当于图2的正面图。
具体实施方式
以下，结合附图对本发明的机床及使用机床的加工方法的实施方式进行说明。
＜自动车床的构成＞
图1是表示作为本发明的机床的一实施方式的自动车床(NC(Numerical Control；数值控制)车床)1的示意图。图2是从图1的箭头A方向观察工件50的前端面51的正面图。
本实施方式的自动车床1通过NC程序来控制动作，如图1所示，其具备保持作为旋削对象的棒状的工件50且在其轴心C1周围旋转并朝向沿轴心C1的z方向移动的主轴2。自动车床1在从主轴2的前端2a向z方向分开的位置上具备导套3，其与从主轴2突出的工件50的外周面接触并支撑工件50。
自动车床1具备运送机构4，其将固定有车刀6(工具之一例)的刀架5，在与z方向正交的面内，朝向互相正交的2方向(x方向、y方向；参照图2)移动。车刀6使形成在前端的刀尖6a，接触于从导套3向z方向突出的工件50而进行切削加工工件50。对工件50的切削加工是，形成从前端面51向z方向延伸的孔60的镗削加工。
孔60是，在前端面51中，以从工件50的轴心C1向半径方向仅偏心距离D的位置作为中心C3的半径R的圆的圆柱状空间。此外，在本实施方式中，工件50的半径r、偏心的距离D、孔60的半径R满足(D+R)<r的大小关系。
自动车床1具备接受上述距离D及半径R的输入的输入接受部8。自动车床1具备控制部7，其根据基于输入接受部8所接受的距离D及半径R而设定的NC程序，控制主轴2的旋转及向z方向的运送以及由运送机构4所致的移动。
NC程序，具体来说，如图2所示，以距离D为半径设定虚拟圆V1，将虚拟圆V1的中心，从工件50的轴心C1向工件50的半径方向仅偏移半径R并设定中心C2的偏移虚拟圆V2。然后，NC程序使刀尖6a与绕工件50的轴心C1的旋转方向P1的旋转同步，并沿偏移虚拟圆V2的圆周朝向旋转方向P2移动的方式被设定。
<自动车床的动作>
接着，对自动车床1的动作(自动车床1的加工法)进行说明。首先，输入接受部8接受由操作员输入的距离D及半径R。所输入的距离D及半径R，通过控制部7写入NC程序。据此，如图2所示，NC程序以距离D为半径设定虚拟圆V1，将虚拟圆V1的中心从工件50的轴心C1向工件50的半径方向仅偏移半径R并设定中心C2的偏移虚拟圆V2。
NC程序在将工件50以等角速度绕轴心C1向旋转方向P1旋转时，与工件50的旋转同步而使刀尖6a沿偏移虚拟圆V2的圆周并向旋转方向P2旋转1圈的方式，空间50的各旋转位置中的刀尖6a的坐标位置(x、y)进行计算。
图3A、图3B、图3C、图3D、图3E及图3F是表示由NC程序设定的工件50与刀尖6a的位置关系的相当于图2的正面图。控制部7使工件50绕轴心C1朝向旋转方向P1以等角速度旋转的方式控制主轴2，并且如图3A～图3F所示，使刀尖6a朝向NC程序设定的工件50的各旋转位置中的坐标位置(x、y)移动的方式控制运送机构4。
具体而言，如图3A所示，工件50以等角速度朝向旋转方向P1旋转中的某个瞬间，控制部7使刀尖6a朝向偏移虚拟圆V2的圆周上的例如12点的位置(图是高度方向的最高位置)移动的方式控制运送机构4。
在此之后，如图3B～图3F所示，工件50，使工件50朝向旋转方向P1旋转，并通过控制部7的控制使运送机构4将刀尖6a与工件50的旋转同步并在旋转方向P2上朝向偏移虚拟圆V2的圆周移动。另外，在图3A～图3F中，为了表示工件50的旋转位置，在图3A所示的状态中，在工件50的外周面中，在高度方向的最高位置的部分添加上符号52。然后，控制部7将主轴2朝向z方向(参照图1)移动，使刀尖6a接触工件50，随着工件50的旋转而形成在图3B～图3F中以实线表示的孔60的内周面61。
根据以上所构成的自动车床1及自动车床1的加工方法，在工件50上形成以从轴心C1向半径方向偏心距离D的位置作为中心C3的半径R的孔60时，可仅靠输入接受部8仅以接受距离D、半径R的输入的简单的设定，来能够进行偏心后的孔60的加工。另外，根据自动车床1，通过输入接受部8所接受的距离D与半径R，能够简单地改变孔60的偏心量(距离D)或半径R，并在每当偏心量或半径R改变时，无需重新输入刀尖6a的时间序列的坐标位置而能够大幅减轻作业功夫。
另外，根据自动车床1，相对于既有的自动车床，由于只需改变控制部7的控制的内容即可，并且无需高价的车床轴，所以能够抑制成本的上升。另外，根据自动车床1在从材料中心偏心的位置的内径加工中，能够在内部形成具有阶梯的锥形状的部分，或者，只要使用通常的内径用的螺纹切削工具，便能够在内部进行螺纹槽的加工。
此外，本发明的机床，为了与工件的绕轴心的旋转同步并在工具偏心的状态下旋转并进行加工，根据工件的旋转速度等的条件，存在着加工时的工具的刀尖的实际位置可能会成为比欲加工而设定的本来的位置稍微偏移(1[mm]以下)的位置。本实施形态的自动车床1中，例如，为了使刀尖6a移动至与工件的绕轴心的旋转同步的坐标位置(x、y)，所以使用X、Y轴的圆弧插补控制来控制工具的旋转，并在设定的偏心位置上加工半径R的孔60时，实际的加工所形成的孔60的偏心位置,存在着从所设定的偏心位置稍微偏移的情况。
然后，加工结束而使机床的运转停止，并且在停止工具的旋转时，工具的刀尖位置，返回到所设定的原本的位置。因此，根据机床的运转停止的位置，工具的刀尖会有干涉或是咬入到所形成的孔的加工面或凸状部分的加工面，从而存在着损伤加工面的风险。另外，即使没有损坏加工面，在加工结束后使工具从接触加工面的状态沿着轴心方向使工具返回到所设定的原本的位置的动作时，存在着由于接触引起的摩擦阻力被施加的风险。
因此，本实施方式的自动车床1及自动车床1的加工方法，以控制部7在工件50的孔60的加工(加工面的切削动作)结束之后，在工件50的旋转及车刀6的移动停止之前，使车刀6的刀尖6a从工件50的孔60的内周面61(加工面)朝向远离的方向移动的方式控制运送机构4。例如，在加工结束后且停止旋转之前，控制部7能够使车刀6的刀尖6a在比NC程序所纪录的半径R还小的值R′(ΔR＝R-R′,系只比旋转中让车刀6的刀尖6a退避之些许的尺寸还大的值)的轨道上移动。
图3G是表示由控制部7设定的第2偏移虚拟圆V2′与形成在工件50的孔60的位置关系，是相当于图2的正面图。控制部7是，如图3G所示，设定第2偏移虚拟圆V2′。第2偏移虚拟圆V2′，是使中心C2′在从轴心C1偏移半径R′的位置上，以距离D为半径的虚拟圆。第2偏移虚拟圆V2′是将图2所示的偏移虚拟圆V2朝向轴心C1接近ΔR的圆。
控制部7使刀尖6a沿着第2偏移虚拟圆V2′的圆周旋转的方式控制运送机构4。由于沿着第2偏移虚拟圆V2′的圆周的刀尖6a轨迹在从形成在同步旋转的工件50的孔60的内周面61(加工面)朝向内侧偏离的区域内，所以刀尖6a不会接触内周面61成为空转状态。
在此之后，虽然，自动车床1被停止，车刀6的旋转也停止，并车刀6的刀尖6a返回到所设定的原本的位置，但是，在停止前的时间点，由于刀尖6a从工件50的内周面61分开，所以即使旋转停止且刀尖6a返回到原本的位置，刀尖6a也不接触孔60的内周面61。因此，能够防止车刀6的刀尖6a损伤孔60的内周面61。此外，关于本发明的机床，并不限定于在加工结束后的旋转停止前进行使工具的刀尖从加工面分离的控制，在加工结束后的旋转停止时，如果工具的刀尖没有接触工件加工面的情况时，就无需进行使该刀尖分离的控制。
另一方面，本实施方式的自动车床1是，通过输入欲形成在工件50的偏心的孔60的偏心的距离D和孔60的半径R，使控制部7设定车刀6的刀尖6a的轨迹的偏移虚拟圆V2的结构，但在上述加工结束后的旋转停止前关于使工具的刀尖从加工面分离的控制，并不限定于通过输入距离D和半径R使控制部设定工具的刀尖的轨迹的偏移虚拟圆的机床，只要是能够与工件的旋转同步并使工具旋转，并在工件形成偏心的部分的机床的话就能够适用。
<变形例>
图4A、图4B、图4C、图4D、图4E及图4F是表示以NC程序所设定的工件50与刀尖6a的位置关系的相当于图2的正面图。
上述实施方式的自动车床1作为偏心部分的一例适用了孔60，但作为偏心部分的其他例，如图4A、图4B、图4C、图4D、图4E及图4F所示，也能够适用于偏心的距离D及半径R的突起或轴等的凸状部分70。在此情况，与将刀尖6a从轴心C1朝向外方的孔60的情况不同，如图4A～图4F所示，将刀尖6a朝向轴心C1来控制运送机构4及主轴2，并形成凸状部分70的外周面71即可。
此外，在形成凸状部分70的情况时，如上述的由于凸状部分70的半径R的偏移变小，所以在工件50的凸状部分70的加工(加工面的切削动作)结束之后，在工件50的旋转及车刀6的移动停止之前，使车刀6的刀尖6a从工件50的凸状部分70的外周面(加工面)朝向远离的方向移动的方式控制运送机构4。例如，在加工结束后且停止旋转前，控制部7能够使车刀6的刀尖6a在比NC程序所记录的半径R大的值R″(ΔR′＝R″-R,系只比旋转中让车刀6的刀尖退避之些许的尺寸还大的值)的轨道上移动。
图4G是表示由控制部7设定的第2偏移虚拟圆V2″与形成在工件50的凸状部分70的位置关系，相当于图2的正面图。如图4G所示，控制部7设定第2偏移虚拟圆V2″。第2偏移虚拟圆V2″是，使中心C2″在从轴心C1仅偏移半径R″的位置上，以距离D为半径的虚拟圆。第2偏移虚拟圆V2″是，将图2所示的偏移虚拟圆V2从轴心C1仅远离ΔR′(＝R″-R)的圆。
控制部7使刀尖6a沿着第2偏移虚拟圆V2″的圆周旋转的方式控制运送机构4。沿着第2偏移虚拟圆V2″的圆周的刀尖6a轨迹在从形成在同步旋转之工件50之凸状部分70的外周面71(加工面)往外侧偏离的区域内，所以刀尖6a不接触外周面71而成为空转状态。
在此之后，虽然，自动车床1被停止，车刀6的旋转也停止，并车刀6的刀尖6a返回到所设定的原本的位置，但是，在停止前的时间点，由于刀尖6a从工件50的外周面71分开，所以即使旋转停止且刀尖6a返回到原本的位置，刀尖6a也不会接触凸状部分70的外周面71。因此，能够防止车刀6的刀尖6a损伤凸状部分70的外周面71。此外，在加工结束后的旋转停止时，如果车刀6的刀尖6a没有接触工件50的凸状部分70的外周面71的情况时，就无需进行使该刀尖6a分离的控制。
在上述的实施方式及变形例中，虽然，工件50的半径r、偏心的距离D、孔60的半径R是满足(D+R)<r的大小关系，但是，在本发明中，工件50的半径r、偏心的距离D、孔60的半径R，并不限于上述的大小关系。也就是说，工件50的半径r、偏心的距离D、孔60的半径R，也可以是(D+R)≧r的大小关系。因此，孔60的中心C3，也可以設定在比工件50的外周更外侧(D>r)，也可以使孔60的半径R比工件50的半径r大(R>r)。
在这些情况下，在工件50中，并不是真圆的孔60，而是在工件50的外周形成有使孔60的一部分开口的切口状的偏心部。但是，在(D-R)≧r时刀尖6a未接触工件50而没有形成切口，所以需要满足(D-R)<r。另外，由于当(D-R)≦-r时刀尖6a切削工件50的全部面而使工件50的长度只变短，所以需要满足(D-R)>-r。
根据上述，控制部7也可以通过输入到输入接受部8的距离D及半径R与工件50的半径r之间的关系，来判定是否满足-r<(D-R)<r的条件，当只有在满足条件的情况下，对主轴2及运送机构4进行上述控制，并在没有满足条件的情况下，通过通知输入值的错误等，从而对主轴2及运送机构4不进行上述控制。
本实施方式的自动车床1是，在相对于工件50绕轴心C1朝向旋转方向P1旋转1圈，刀尖6a沿偏移虚拟圆V2的圆周朝向旋转方向P2旋转1圈的方式，使车刀6与工件的旋转产生关系而移动的结构，但是，关于本发明的机床及机床的加工方法，并不限于将车刀6与工件50的旋转1圈产生关系的结构。
本实施方式的自动车床1是，使主轴2朝向z方向移动而工件50朝向轴心C1方向运送的所谓的主轴台移动型，但关于本发明的机床及机床的加工方法，并不限于主轴台移动型的机床，也可以是使主轴不朝向z方向移动而工具朝向z方向移动的所谓的主轴台固定型。另外，本发明的机床及机床的加工方法，并不限于车床，也可适用于其他的机床。
(相关申请的相互参照)
本发明基于2015年11月17日向日本特许厅申请的特愿2015-225100主张优先权，其公开内容全部通过引用而并入本说明书。

Claims (7)

1.一种机床，其特征在于，其具备：
主轴，其使工件绕轴心旋转；
工具，其加工所述工件；
运送机构，其使所述工具移动；
输入接受部，其接受偏心的距离D及半径R的输入；以及
控制部，其将所述输入接受部接受的所述距离D作为半径来设定虚拟圆，并将所述虚拟圆的中心，以从所述工件的轴心朝向所述工件的半径方向仅偏移所述输入接受部接受的所述半径R而设定偏移虚拟圆，并使所述工具配合由所述主轴所致的所述工件的旋转而沿着所述偏移虚拟圆的圆周移动的方式控制由所述运送机构所致的移动，
其中，相对于所述工件的轴心在所述距离D的位置加工所述半径R的偏心部分。
2.根据权利要求1所述的机床，其特征在于：
所述控制部以使用所述工具加工作为所述偏心部分的孔的方式进行控制。
3.根据权利要求1所述的机床，其特征在于：
所述控制部以使用所述工具加工作为所述偏心部分的凸状部分的方式进行控制。
4.根据权利要求1至3的任意一项所述的机床，其特征在于：
所述工件的加工结束之后，在停止所述工件的旋转及所述工具的移动之前，所述控制部使所述工具朝向从加工所述工件的加工面分开的方向移动。
5.根据权利要求1至4的任意一项所述的机床，其特征在于：
所述控制部针对输入到所述输入接受部的距离D及半径R与工件的半径r之间的关系，判定是否满足-r<(D-R)<r的条件，仅在满足条件的情况下，进行针对所述运送机构的沿所述虚拟圆的圆周的移动的控制。
6.一种机床的加工方法，其中，对于由主轴所致在轴心周围旋转的工件，使工具朝向与所述轴心正交的方向移动，并在从所述轴心仅偏心距离D的位置加工半径R的偏心部分，所述机床的加工方法的特征在于：
接受所述距离D及所述半径R的输入，
将所接受的所述距离D作为半径来设定虚拟圆，
将所述虚拟圆的中心从所述工件的轴心朝向所述工件的半径方向仅偏移所接受的所述半径R，来设定偏移虚拟圆，
使所述工具配合由所述主轴所致的所述工件的旋转而沿所述偏移虚拟圆的圆周移动。
7.根据权利要求6所述的机床的加工方法，其特征在于：
所述工件的加工结束之后，在停止所述工件的旋转及所述工具的移动之前，将所述工具朝向从加工的所述工件的加工面分离的方向移动。
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