JP5615684B2

JP5615684B2 - 工作機械におけるびびり振動を抑制するための加工方法

Info

Publication number: JP5615684B2
Application number: JP2010286069A
Authority: JP
Inventors: 服部　誠; 誠服部; 小林　康雄; 康雄小林
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2030-12-22
Also published as: JP2012130997A

Description

本発明は、工具又はワークを回転させながら加工を行う工作機械において、びびり振動を抑制するために回転軸の回転速度を変化させながら加工する加工方法に関するものである。

従来、たとえば工具を回転させてワークの表面を切削加工するような工作機械においては、工具の突き出し量が工具径に対して大きいような場合、加工中にびびり振動が発生することがある。そして、びびり振動を抑制する方法としては、回転軸の回転速度を下げる、取り代を小さくする、工具を変更したり工具の設計を見直す等の方法が考えられる。
また、工具の共振現象によりびびり振動が発生する場合もあり、この共振現象は、回転軸の回転速度を変動させることによって抑制可能であることが従来知られている。そこで、所定の振幅及び周期で回転軸の回転速度を連続的に変動させることにより、びびり振動の抑制を図ろうという工作機械（たとえば、特許文献１）も考案されている。

特開平１１−１２９１４４号公報

しかしながら、上記方法のうち、回転軸の回転速度を下げたり、取り代を小さくするといった方法を採用すると、加工能率が低下するといった問題がある。また、工具の変更が許されないような加工もあるし、工具の設計から見直していたのではコストもかかる。
一方、特許文献１に開示の工作機械は、工具を取り付けた回転軸の回転速度を連続的に変動させるための機能を備えている必要がある。しかしながら、そのような機能を有する工作機械は、現在のところ現実的ではなく、加工能率の低下等を招くとしても回転速度を低下させたり取り代を小さくしたりといった方法で対応していた。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、回転軸の回転速度を連続的に変動させるような機能を有していなくても、回転速度を低下させたり取り代を小さくしたりすることなく、びびり振動を抑制することができる工作機械の加工方法を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、工具又はワークを回転させるための回転軸を備えており、回転軸の回転速度を指令により段階的に変化させながら加工する工作機械におけるびびり振動を抑制するための加工方法であって、前記工具が前記ワークから退避した状態において、前記指令により回転速度を一段階変化させる第一工程と、前記指令により回転速度が変化するタイミングで前記工具を前記ワークに切り込ませる第二工程と、前記工具が前記ワークに切り込んだことにより変化した回転速度が前記指令した回転速度へと復帰するタイミングで前記工具を前記ワークから退避させる第三工程とを繰り返し実行することを特徴とする。
尚、第二工程における「指令により回転速度が変化するタイミング」とは、回転速度の変化開始から変化終了と同時までの間における任意のタイミングである。

本発明によれば、工具がワークから退避した状態において、指令により回転速度を一段階変化させる第一工程と、指令により回転速度が変化するタイミングで工具をワークに切り込ませる第二工程と、工具がワークに切り込んだことにより変化した回転速度が指令した回転速度へと復帰するタイミングで工具をワークから退避させる第三工程とを繰り返し実行するため、加工中（工具とワークとが当接している間）における回転軸の回転速度が一定とならない。したがって、びびり振動の発生を抑制することができる。また、びびり振動の発生に伴って回転速度を低下させたり、取り代を小さくしたりするわけではないため、加工能率の低下を招くこともないし、回転速度を連続的に変化させる機能を奏していない工作機械であっても実現可能な加工方法であり、非常に汎用性が高い。

工作機械のブロック構成を示した説明図である。回転速度を指令により段階的に変化させる態様を示した説明図である。工具がワークへ切り込むことにより回転速度が変化する様子を示した説明図である。本実施形態の加工方法を実行した際の回転速度の変化の様子を示した説明図である。

以下、本発明の一実施形態となる工作機械の加工方法について、図面にもとづき詳細に説明する。

まず、本発明の加工方法を実行する工作機械について説明する。図１は、工作機械のブロック構成を示した説明図である。
工作機械は、回転軸３をＣ軸周りで回転可能に備えた回転軸ハウジング１と、回転軸３の回転速度を制御したり、工具のワークへの切り込み動作を制御するためのＮＣ装置５と、ＮＣ装置５へ回転速度の指令値や切り込み／退避の指令を入力するための入力手段６と、ワーク（図示せず）を載置するためのテーブル２とを備えてなる。そして、回転軸３には種々の工具（図示せず）が装着可能となっており、ＮＣ装置５による制御のもと、工具が装着された回転軸３を回転させるとともに、当該回転軸３を所定方向へ送って工具をワークに対して切り込み／退避させることにより、ワークの表面を加工するようになっている。

次に、上記工作機械による加工方法について、図２〜図４にもとづき説明する。
工作機械では、所定の指令回転速度で回転中の工具をワークに切り込ませると、工具の回転速度（回転軸３の回転速度）は、図３に示すように変化する。つまり、ワークに切り込ませたことにより、工具とワークとの間に切削抵抗が生じ、回転速度が僅かながら減速する（図３中の領域Ａ）。しかしながら、ＮＣ装置５は、指令回転速度を保たせるために、回転速度を指令回転速度まで上昇させる（図３中の領域Ｂ）。つまり、工具をワークに切り込ませてから所定時間（領域Ａ＋領域Ｂ）にわたり、回転軸３の回転速度は変化することになる。

一方、一定の回転速度で加工を行うと、加工中にびびり振動が発生するおそれがあるため、図２に示すような態様で、指令回転速度が設定される。すなわち、回転速度を段階的に変化させながら変動させる。しかしながら、回転速度を段階的に変動させると、回転速度が一度変化してから次に変化するまでの間に、回転速度が一定となる状態が存在してしまう。したがって、回転速度が一定となる状態において、びびり振動が発生しかねない。

そこで、上述したように、工具をワークへ切り込ませてから所定時間にわたっては回転速度が変化することに着目し、工具をワークへ切り込ませる（そして、退避させる）タイミングと指令により回転速度を変化させるタイミングとを同期させて、図４に示す如く、回転速度が一定とならないようにする。すなわち、ＮＣ装置５からの指令により回転速度が変化するタイミング（変化開始から変化終了と同時までの間における任意のタイミング）で、回転軸３を送って工具のワークへの切り込みを開始する。そして、ワークへの切り込みに伴う回転速度の変化が終了する（つまり、ＮＣ装置５により一旦減速した回転速度が指令回転速度に復帰する）タイミングで、回転軸３を送って工具を退避させる。その後、指令回転速度を再び変化させるとともに切り込みを開始するといった工程を繰り返せばよい。尚、切り込みにより回転速度が変化する時間は、試験加工を行う等して求めることができる。また、回転速度を変化させるに際し、回転軸の回転速度を直接数値で入力して指令するものの他、入力手段６に回転軸オーバーライドスイッチを設け、該オーバーライドスイッチにより回転速度を変化させる割合を指令するようにしてもよく、回転速度の変化量も一定である必要はない。

以上のような加工方法によれば、ＮＣ装置５からの指令により回転速度を変化させるタイミングと、工具のワークへの切り込み及び退避のタイミングとを同期させており、工具がワークから退避した状態においてＮＣ装置５からの指令により回転速度を一段階変化させるとともに、その指令により回転速度が変化するタイミングで工具をワークへ切り込ませ、工具のワークへの切り込みに伴う回転速度の変化が終了するタイミングで工具をワークから退避させるため、加工中（工具とワークとが当接している間）における工具の回転速度が一定とならない。したがって、びびり振動の発生を抑制することができる。また、びびり振動の発生に伴って回転速度を低下させたり、取り代を小さくしたりするわけではないため、加工能率の低下を招くこともないし、回転速度を連続的に変化させる機能を奏していない工作機械であっても実現可能な加工方法であり、非常に汎用性が高い。

なお、本発明に係る工作機械における加工方法は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、工作機械そのものの構成等を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。
たとえば、上記実施形態では工具を回転させる工作機械について説明しているが、ワークを回転させる旋盤等といった工作機械であっても、同様の加工方法を実行可能であり、びびり振動の抑制を図ることができる。
また、上記実施形態では、回転軸の回転速度を多段階に変化させているが、変化させる回数を、たとえば２段階程度としてもよいし、その際の変化量も均一である必要はない。

１・・回転軸ハウジング、２・・テーブル、３・・回転軸、５・・ＮＣ装置、６・・入力手段。

Claims

工具又はワークを回転させるための回転軸を備えており、回転軸の回転速度を指令により段階的に変化させながら加工する工作機械におけるびびり振動を抑制するための加工方法であって、
前記工具が前記ワークから退避した状態において、前記指令により回転速度を一段階変化させる第一工程と、
前記指令により回転速度が変化するタイミングで前記工具を前記ワークに切り込ませる第二工程と、
前記工具が前記ワークに切り込んだことにより変化した回転速度が前記指令した回転速度へと復帰するタイミングで前記工具を前記ワークから退避させる第三工程と
を繰り返し実行することを特徴とする工作機械におけるびびり振動を抑制するための加工方法。