JP4411291B2 - Work chatter vibration suppressing method and work support device - Google Patents
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Description
本願発明は、加工時におけるワークの所謂ビビリ振動を抑制することに関連し、さらに詳細に言えば、加工時におけるワークのビビリを抑制する方法及びビビリを抑制できるワークサポート装置に関する。 The present invention relates to suppression of so-called chatter vibration of a workpiece during machining, and more specifically, relates to a method for suppressing chatter of a workpiece during machining and a work support device capable of suppressing chatter.
各種ワークに切削、研削などに代表される機械加工を加えようとする場合、工具からワークに作用する力により、ワークに所謂ビビリが生じることが有る。ビビリが生じると、ワークの加工寸法精度、加工面の面粗さなどが悪化し、さらには加工が困難な場合も生じる。 When machining such as cutting and grinding is to be applied to various workpieces, so-called chattering may occur in the workpiece due to the force acting on the workpiece from the tool. When chattering occurs, the machining dimensional accuracy of the workpiece, the surface roughness of the machining surface, and the like deteriorate, and further, machining may be difficult.
ワークの形状が単純なものであれば、工作機械のベース上へのワークの固定或はクランプは容易であり、必要有ればワークの被加工部分の近傍においてワークを固定し、ビビリが生じにくくなるように強固に固定することもできる。 If the shape of the workpiece is simple, it is easy to fix or clamp the workpiece on the base of the machine tool. If necessary, the workpiece is fixed in the vicinity of the processed part of the workpiece, and chatter is unlikely to occur. It can also be fixed firmly.
しかし、複雑な形状をしたワークの場合、被加工部分近傍を固定することは必ずしも可能ではない。この場合、加工速度を遅くすればある程度ビビリの発生を抑えられるが、加工能率が低下する。従って、高い加工能率を維持するためには、何らかのビビリの発生を抑制する対応が必要となる。 However, in the case of a workpiece having a complicated shape, it is not always possible to fix the vicinity of the part to be processed. In this case, if the machining speed is slowed down, chattering can be suppressed to some extent, but the machining efficiency is lowered. Therefore, in order to maintain high machining efficiency, it is necessary to take measures to suppress the occurrence of some chatter.
図1にビビリを抑制するために従来行なわれていた方法の一例を示す。この例では、上側が開口した、薄肉の箱型をしたワークの一辺の上面を研削している場合を示している。 FIG. 1 shows an example of a conventional method for suppressing chatter. In this example, a case is shown in which the upper surface of one side of a workpiece having a thin box shape whose upper side is open is ground.
図1においてワークWは金属製で、上側が開いた箱型をしており、その垂直壁の一つLの上面Sを図示しない工作機械に取付けた工具Tで、例えば研削する場合を示している。ワークWはその底壁Bの部分において、簡略化して示してあるメインクランプ2を用いて工作機械のテーブル1に固定されている。符号3はワークサポートであり、テーブル1上に固定されている。そしてそのシャフト4がケーシング5から突出して、その先端がワークWの垂直壁Lの所定の位置に当接した状態で固定されている。以下サポート3について図2を参照して簡単に説明する。
In FIG. 1, the workpiece W is made of metal and has a box shape with the upper side opened, and the upper surface S of one of the vertical walls L is shown as being ground with a tool T attached to a machine tool (not shown). Yes. The workpiece W is fixed to the table 1 of the machine tool at the bottom wall B using a
サポート3のケーシング5は、一端側が開口したケーシング本体6とその開口を閉じる蓋7とで構成され、内部に空所8を形成している。ケーシング本体6の後壁6aと蓋7には同軸状に孔が開いており、これらの孔を通ってシャフト4が軸方向移動可能に設けられている。そして空所8内でシャフト4を囲んでコレット9が配置されている。コレット9は、その両端がケーシング本体6の後壁6aと蓋7に当接して、軸方向移動はできない。その外径は図中右に向かって漸次大きくなっている。
The
コレット9の外側にはこれを取り囲むようにして円筒状のピストン10が配置されており、その内径はコレット9の外周と平行となるように、図中右に向かって大きくなっている。そしてピストン10は鍔部14を備え、その外周がケーシング本体6の内周に接している。符号12はピストン10を図中左向きに付勢するバネである。ケーシング本体6には油圧ポート13が設けられており、このポート13を介して図示しない供給源から圧力流体が供給されて、空所8内でピストン10の鍔部14の左側面に作用し、ピストン10を図中右側へ移動させる。ピストン10が右側へ移動すると、ピストン10がコレット9を縮径させ、シャフト4を締付けることとなる。
A
油圧が作用していない場合は、バネ12の作用によりピストン10は逆方向即ち左側へ移動し、コレット9を緩め、シャフト4を解放する。コレット9がシャフト4を締めつけていないので、シャフトは自由に軸方向移動ができる。図1においてワークWがメインクランプ2により固定され、サポート3も図示しない適宜なクランプによりクランプされ固定される。そして図示しないバネによりシャフト4は図2において左方向へ押され、その先端がワークWの垂直壁Lの側面に当接する。この状態でサポート3に油圧を供給すると、ピストン10が図2において右へ移動し、これによりコレット9は縮径され、シャフト4を締付け、シャフト4は軸方向移動が不能となり、その位置で固定される。
When the hydraulic pressure is not applied, the
このようにしてサポート3のシャフト4の先端をワークWの、その上面Sを加工する垂直壁L、即ち被加工部分の近傍へ当接させた状態で、工具Tを回転させて加工する。このとき、ワークWの被加工部分は図2において両端矢印Aで示される方向に振動しようとする。この振動を、シャフト4を当接させておくことにより抑制しようとするものである。
In this way, the tool T is rotated and processed while the tip of the
ところで従来の上記抑制方法では、シャフト4は固定されている。従って、ワークWが工具Tの作用下で、図2において図示の中立位置から両端矢印Aの右向き方向へ振れようとする場合には、その移動はシャフト4により阻止され、シャフト4の先端はワークWの被加工部分近傍に接触したままである。従ってこの範囲においてはワークの振動を抑制する効果がある。しかし、ワークWが両端矢印Aの左方向へ振れた場合には、シャフト4は図示の位置に固定されているので、ワークWはシャフト4の先端から離れてしまい、振動を抑制することはできない。従って、上記従来の方法では所謂ビビリ振動を十分に抑制することができず、ワークの加工精度上、問題がある。
By the way, in the conventional suppression method, the
ところで、工具で加工中にワークに発生する振動は複雑で、例えば振幅が5ミクロンから10ミクロンと比較的に大きい一次振動から、振幅のきわめて小さい高次振動までが重なり合っている。本願発明の発明者は、これらの振動のうち、振幅の小さい高次の振動が、ワークを加工した際の仕上がり精度に大きな影響を有し、しかも、この高次の振動が、何らかのサポートを接触圧力を有する状態でワークに接触させておくことにより大きく抑制されることを見出した。 By the way, the vibration generated in the workpiece during machining with a tool is complicated, and for example, a primary vibration having a relatively large amplitude of 5 to 10 microns and a high-order vibration having a very small amplitude are overlapped. The inventor of the present invention has a high-order vibration having a small amplitude among these vibrations has a great influence on the finishing accuracy when the workpiece is machined, and this high-order vibration contacts some support. It has been found that it is greatly suppressed by bringing it into contact with the workpiece in a state having pressure.
本願発明は上記知見に基づきなされたものであり、ワークにビビリ振動が生じても、そのサポート部材がビビリ振動するワークの被加工部分の動きに追従して移動し、常にワークの被加工部分近傍へ接触圧力を有する状態での接触を維持し、これにより高次の振動を抑制し、良好な加工精度を得ることのできる、ワークのビビリ振動を抑制する方法及びワークのサポート装置を提供することをその課題とする。 The present invention has been made based on the above knowledge, and even if chatter vibrations occur in the workpiece, the support member moves following the movement of the workpiece portion that vibrates and always moves in the vicinity of the workpiece portion of the workpiece. To provide a work support device and a method for suppressing chatter vibrations of a workpiece, which can maintain contact in a state of having a contact pressure, thereby suppressing higher-order vibrations and obtaining good machining accuracy. Is the subject.
上記課題を解決するために、本発明に係るワークのサポート装置は、固定サポートユニットと追従サポートユニットとで構成し、固定サポートユニットには、ワークの被加工部分近傍に対して、所定の方向から当接可能であり、且つ所定の位置において固定される固定当接部材を設け、一方追従サポートユニットには、固定当接部材と同じ方向からワークの被加工部分近傍に対して当接し、ワークの被加工部分の変移に追従して変移可能に構成されている追従当接部材を設けた。 In order to solve the above-described problems, a workpiece support device according to the present invention includes a fixed support unit and a follow-up support unit, and the fixed support unit has a predetermined direction with respect to the vicinity of a workpiece portion of the workpiece. A fixed abutting member that can be abutted and fixed at a predetermined position is provided. On the other hand, the follow-up support unit abuts against the vicinity of the work portion of the workpiece from the same direction as the fixed abutting member. A follow-up contact member configured to be able to change following the change of the part to be processed is provided.
ある実施の形態では、サポート装置はさらに当接ユニットを備え、固定当接部材と追従当接部材とは、直接ワークに当接するのではなく、この当接ユニットを介してワークの被加工部分近傍に当接する。当接ユニットは、一端において揺動可能に支承された揺動レバーと、この揺動レバーの他端側に設けられたサポートピンとで構成され、固定当接部材と追従当接部材とは揺動レバーに当接し、サポートピンがワークの被加工部分近傍に当接するようになっている。 In one embodiment, the support device further includes an abutting unit, and the fixed abutting member and the follow-up abutting member do not directly abut against the workpiece, but are in the vicinity of the work piece portion of the workpiece via the abutting unit. Abut. Abutment unit includes a swing lever swingably supported at one end, is composed of a support pin provided on the other end of the swing lever, pivoting the fixed contact member and the follower abutment member The support pin is in contact with the moving lever, and the support pin is in contact with the vicinity of the part to be processed of the workpiece.
また、上記課題を解決するために本願発明の、ワーク加工時にワークのビビリ振動を抑制する方法は、ワークの被加工部分近傍に、ワークに生じるビビリ振動の振幅方向において所定の方向から追従当接部材を所定の予圧をもって当接させ、次いで、この予圧を維持したまま、固定当接部材を追従当接部材と同じ方向からワークの被加工部分近傍に当接させ、該固定当接部材は該固定位置に固定する。そして、ワークの加工中には、ワークの被加工部分の変移に追従当接部材を追従させて変移させ、ワークの加工中は常時追従当接部材がワークの被加工部分近傍に接触圧を有する状態で接触させておくようにする。 In addition, in order to solve the above-mentioned problem, the method of suppressing the chatter vibration of the workpiece at the time of workpiece machining according to the present invention is a method of following contact from a predetermined direction in the amplitude direction of chatter vibration generated in the workpiece in the vicinity of the workpiece workpiece. The member is brought into contact with a predetermined pre-load, and then the fixed contact member is brought into contact with the vicinity of the workpiece portion from the same direction as the follow-up contact member while maintaining this pre-load. Fix in fixed position. Then, during machining of the workpiece, the follow-up contact member is caused to follow the change of the workpiece part, and the follow-up contact member always has a contact pressure in the vicinity of the workpiece part of the workpiece during machining of the workpiece. Keep in contact with the condition.
ある実施の形態では、固定当接部材と追従当接部材とは、一端側において揺動可能に支承され、他端側にワークの前記被加工部分近傍に当接するサポートピンを備えた揺動レバーに当接し、ワークの加工中に該揺動レバーが揺動してサポートピンとワークの被加工部分近傍との接触が維持される。 In one embodiment, the fixed contact member and the follow-up contact member are supported so as to be swingable on one end side, and a swing lever having a support pin that contacts the vicinity of the workpiece portion on the other end side. The swing lever swings during machining of the workpiece, and the contact between the support pin and the vicinity of the workpiece portion of the workpiece is maintained.
本願発明においては、固定サポートユニットと追従サポートユニットを設け、追従サポートユニットによりワークの被加工部分近傍に予圧を付与して微小な弾性変形を生じさせ、固定サポートユニットによりこの弾性変形が戻るのを阻止している。これにより、予め、加工時において誘引されるであろうビビリ振動発生への抵抗を高めることができる。さらに、ワークの被加工部分が固定サポートユニットから離れる方向へ変位している間、追従ユニットの当接部材が直接或は当接ユニットのサポートピンを介して間接的に、常にワークの被加工部分近傍に接触圧を有した状態で接触を維持するので、微小なビビリ振動が抑制される。その結果、加工速度を落とすこと無く、高い作業効率で、加工精度の高い加工を行うことが可能となる。 In the present invention, a fixed support unit and a follow-up support unit are provided, and the follow-up support unit applies a preload to the vicinity of the work portion of the workpiece to cause minute elastic deformation, and this elastic deformation is returned by the fixed support unit. Blocking. Thereby, the resistance to chatter vibration generation that would be attracted during processing can be increased in advance. Furthermore, while the processed portion of the workpiece is displaced in a direction away from the fixed support unit, indirect contact member of the follow-up unit through a support pin for direct or abutting units, always be processed portion of the workpiece Since the contact is maintained with the contact pressure in the vicinity, minute chatter vibration is suppressed. As a result, it is possible to perform processing with high processing efficiency and high processing accuracy without reducing the processing speed.
本願発明は、特に形状が複雑で、被加工部分近傍をクランプできないワークの加工に特に適している。この場合、ワークが薄肉になっている場合のみでなく、十分厚い肉厚の持つ場合にも十分効果を奏する。即ち、圧肉ワークの場合でも、加工速度を高めるに従いビビリ振動が生じやすくなるが、これを本願発明に係る方法、装置を採用することにより十分に抑制することができる。従って、従前よりも高い加工速度で加工することが可能となる。 The present invention is particularly suitable for machining a workpiece that has a complicated shape and cannot clamp the vicinity of the portion to be machined. In this case, there is a sufficient effect not only when the workpiece is thin, but also when the workpiece is sufficiently thick. That is, even in the case of a compact workpiece, chatter vibration is likely to occur as the machining speed is increased, but this can be sufficiently suppressed by employing the method and apparatus according to the present invention. Therefore, it becomes possible to process at a higher processing speed than before.
以下、本願発明の実施の形態を説明するが、本願発明の範囲は、以下に説明される実施の形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.
図3は、本願発明の1実施形態に係るワークサポート装置31を用いて、図1、2を参照して説明したのと同じく、薄肉、箱型ワークWの一つの垂直壁Lの上面を図示してない工具で研削する場合を示す、概略構成平面図である。
FIG. 3 is a diagram showing the top surface of one vertical wall L of a thin-walled box-shaped workpiece W using the
このワークサポート装置31は、二つのサポートユニットを備えており、その一つは、固定サポートユニット33である。この固定サポートユニット33は、図1、2を参照して説明した従来方法で使用されているサポートと基本的に同じタイプのものである。即ち、ケーシング35からシャフト37を所望の長さだけ突出させ、その固定位置でシャフト37を固定することができるものである。その一例は図2を参照して説明したので、ここでの詳細な説明は省略する。
The
符号41は、追従サポートユニットであり、本実施の形態では油圧シリンダ装置42を使用している。この油圧シリンダ装置42は公知のものが使用可能であり、本願発明のために特有の構成を備える必要はない。
この油圧シリンダ装置42は、図4に示されるように、シリンダ43と、シリンダ43内に収納され、シリンダ43の内壁に液密状態で接触し、軸方向移動可能なピストン45と、ピストン45に一端が固定され、他端がシリンダ43の外へ突出しているロッド47とで概略構成されている。符号51、53はそれぞれシリンダ43内にピストン45の両側に画成される作動室48、49に通じるポートであり、図示しない作動液供給源に繋がれている。各作動室48、49への作動流体の供給は、これも図示しない制御装置により制御される。本実施の形態では、図示の通り、固定サポートユニット33と追従サポートユニット41とは、それらのシャフト37とロッド47とが同じ方向を向いて、平行に延びるように配置されている。
As shown in FIG. 4, the
符号55は当接ユニットであり、支点59回りに揺動可能に取付けられた揺動レバー57を備え、その自由端部には、レバー57に略直交する方向に延びてサポートピン61が、連結ピン63を用いて取付けられている。この場合、連結ピン63がサポートピン61に固定されている場合には、レバー57に形成される連結ピン63の入る孔は、軸方向に縦長に形成され、レバー57の揺動運動に対してサポートピン61が支障無く直線運動できるようになっている。符号65はそのサポートピン61の直進運動を案内するガイドである。
次にこのワークサポート装置31を用いて、ワークWをサポートする方法について説明する。ワークWは従来例と同様に図示しない適宜なクランプ装置により、工作機械のベースに固定される。サポート装置31もワークWと所定の位置関係で工作機械のベース上に配置され、固定される。この場合、固定サポートユニット33と、追従サポートユニット41と、当接ユニット55とは、予め互いに所定の位置関係で配置してユニット化し、その状態で固定しても良いし、それぞれ個別に、所定の位置関係で配置固定されても良い。
Next, a method for supporting the workpiece W using the
ワークWは、図3において二点鎖線で示されるL0の位置になるようにクランプで固定される。この位置に配置されたワークWに対して、先ず追従サポートユニット41の油圧シリンダ装置42に油圧を供給し、ロッド47を所定距離図中左へ移動させて、その先端を揺動レバー57に当接させる。この時、予め設定された圧力で揺動レバー57を押し、その結果ワークWの垂直壁Lの被加工部分近傍を図中実線で示される位置L1まで変位させる。即ち、この部分に僅かな予圧を付与し、僅かな弾性変形を生じさせておく。そして油圧シリンダ42はその予圧を付与した状態を維持するよう、制御装置により制御される。
The workpiece W is fixed by a clamp so as to be in a position of L0 indicated by a two-dot chain line in FIG. First, the hydraulic pressure is supplied to the
次いで固定サポートユニット33のシャフト37を、従来例で説明したようにして移動させ、その先端が揺動レバー57に当接した位置で固定する。このようにシャフト37を固定することにより、揺動レバー57、従ってワークWの被加工部分は、図中実線で示された位置より右側へ移動することはできないこととなる。このように予め予圧を付与して微小な弾性変形をワークWに生じさせておくと、加工時に加わる力に対する抵抗が増大するので、その分、加工時にビビリが発生し難くなる。
Next, the
これで準備作業は完了し、この状態で加工作業を開始する。垂直壁Lの上面Sを加工すると、ワークWの被加工部分近傍は図中実線で示された位置L1と破線で示された位置L2との間で往復変位する。この時、ワークの被加工部分Lが変位すると、それがサポートピン61を介して検知され、制御装置により作動室48、49内の液圧が適宜制御され、これによりピストン45が変位する。このようにしてピストン追従サポートユニット41の作用によりサポートピン61がこれに追従して変位し、且つ、サポートピン61は、所定の接触圧力を維持したまま被加工部分Lとの接触を保っている。このようにサポートピン61がワークWの被加工部分Lと接触を保っていることにより、変位の小さい高次のビビリ振動は抑制されることとなる。また、被加工部分Lが位置L1より左側にあるときには、固定サポートユニット33のシャフト37は揺動レバー57から離れるが、被加工部分L、揺動レバー57が実線で示された位置より右側へ変位することは、この固定されたシャフト37により阻止される。
Thus, the preparation work is completed, and the machining work is started in this state. When the upper surface S of the vertical wall L is machined, the vicinity of the part to be machined of the workpiece W is reciprocated between a position L1 indicated by a solid line and a position L2 indicated by a broken line in the drawing. At this time, when the workpiece portion L of the workpiece is displaced, this is detected via the
31 ワークサポート装置
33 固定サポートユニット
35 ケーシング
37 シャフト
41 追従サポートユニット
42 油圧シリンダ装置
43 シリンダ
45 ピストン
47 ロッド
48、49 作動室
W ワーク
L ワークの垂直壁の一つ(被加工部分)
31
Claims (2)
ワークの加工前に、追従サポートユニットによって前記ワークに対して所定の予圧を与え、該予圧によるワークの変形が停止した時点で、固定サポートユニットを前記ワークの前記変形が戻ることを阻止する位置まで動かして該固定サポートユニットを固定し、続くワークの加工中において、前記追従サポートユニットが前記ワークに対して予圧を与えた状態が継続されることを特徴とするワークのビビリ振動抑制方法。 A workpiece chatter vibration suppressing method for suppressing chatter vibration of the workpiece when machining the workpiece using a machine tool,
Prior to machining the workpiece, a predetermined preload is applied to the workpiece by the following support unit, and when the deformation of the workpiece due to the preload is stopped, the fixed support unit is moved to a position where the deformation of the workpiece is prevented from returning. A method for suppressing chatter vibrations of a workpiece, characterized in that the state in which the follow-up support unit applies a preload to the workpiece is continued while the workpiece is moved to fix the fixed support unit .
前記当接部材を、前記ワークに対して所定の予圧をもって常時当接するように移動可能な追従サポートユニットと、
ワークの加工前において、前記当接部材によって前記予圧が与えられたワークが所定の停止位置に停止している時点で、前記追従サポートユニットの移動方向と同方向に移動して、前記ワークが前記停止位置から前記当接部材の移動方向と反対方向に移動することを阻止する固定サポートユニットと、
を備えることを特徴とするワークのサポート装置。 When machining a workpiece using a machine tool, a workpiece support device that suppresses chatter vibration of the workpiece by bringing a contact member into contact with the workpiece,
A follow-up support unit that is movable so that the contact member always contacts the workpiece with a predetermined preload;
Before processing the workpiece, when the workpiece to which the preload is applied by the contact member is stopped at a predetermined stop position, the workpiece is moved in the same direction as the movement direction of the following support unit, and the workpiece is A fixed support unit that prevents movement from a stop position in a direction opposite to the moving direction of the contact member;
A workpiece support device comprising:
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