TW201914739A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

一種工作機械，其包括：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；以及振動元件，使所述切削工具與所述工件相對地往返振動；且藉由所述工件與所述切削工具的相對旋轉、及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伴隨所述往返振動的進給動作，使所述切削工具相對於所述工件，分別連續地沿著加工進給方向不同的多個規定的移動路徑來移動而進行切削加工，所述工作機械設置有振動限制元件，所述振動限制元件於所述切削工具的所述移動自相互連續的兩個所述移動路徑的一個所述移動路徑切換成另一個所述移動路徑時，自所述移動路徑的移動開始位置起於規定期間內限制所述往返振動，於經過所述規定期間後使所述往返振動開始。

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，其包括：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；以及振動元件，使所述切削工具與所述工件相對地往返振動；且藉由所述工件與所述切削工具的相對旋轉、及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伴隨所述往返振動的進給動作來進行切削加工（例如參照專利文獻1）。 通常，已知車床等工作機械可使所述切削工具相對於所述工件，分別連續地沿著加工進給方向不同的多個規定的移動路徑移動來進行切削加工。

現有技術文獻 專利文獻 專利文獻1：國際公開第2015/146945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，其使切削工具分別連續地沿著加工進給方向不同的多個規定的移動路徑移動來進行切削加工，當自相互連續的兩個所述移動路徑的一個所述移動路徑切換成另一個所述移動路徑時，於所述移動路徑的移動開始位置上，可抑制相對於工件的所述切削工具的沿著所述加工進給方向的往返振動的影響。

[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；以及振動元件，使所述切削工具與所述工件相對地往返振動；且藉由所述工件與所述切削工具的相對旋轉、及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伴隨所述往返振動的進給動作，使所述切削工具相對於所述工件，分別連續地沿著加工進給方向不同的多個規定的移動路徑移動來進行切削加工，所述工作機械：設置有振動限制元件，所述振動限制元件於所述切削工具的所述移動自相互連續的兩個所述移動路徑的一個所述移動路徑切換成另一個所述移動路徑時，自所述移動路徑的移動開始位置起於規定期間內限制所述往返振動，於經過所述規定期間後使所述往返振動開始。

本發明的工作機械較佳為於所述結構中，相互連續的兩個所述移動路徑的一個所述移動路徑的所述切削工具的所述移動藉由已使所述往返振動變成停止狀態的進給動作來進行。

本發明的工作機械較佳為於所述結構中，所述振動限制元件自所述移動路徑的移動開始位置起於規定時間內限制所述往返振動。

本發明的工作機械較佳為於所述結構中，所述振動限制元件自所述移動路徑的移動開始位置起，於所述切削工具移動相當於所述移動路徑中的所述往返振動的振幅的期間內，限制所述往返振動。

[發明之效果] 根據如上所述構成的本發明的工作機械的結構，使切削工具分別連續地沿著加工進給方向不同的多個規定的移動路徑移動來進行切削加工，當自相互連續的兩個所述移動路徑的一個所述移動路徑切換成另一個所述移動路徑時，藉由振動限制元件，自所述移動路徑的移動開始位置起於規定期間內，限制相對於工件的所述切削工具的沿著所述加工進給方向的往返振動，於經過所述規定期間後所述往返振動開始，因此具有於所述移動路徑的移動開始位置上，可抑制由所述往返振動所造成的影響這一效果。

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而構成，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之間的現有已知的內裝馬達（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軸方向來移動驅動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，相對於工件W，使切削工具130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，相對於工件W，安裝於切削工具台130A上的切削工具130除朝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，相對於工件W，使切削工具130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得到旋轉驅動的主軸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，但亦可設為現有已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，第n＋1次旋轉（n為1以上的整數）的由切削工具130旋削的工件W的圓周面形狀的相位相對於第n次旋轉的由切削工具130旋削的形狀的相位變成反相位的關係。 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會變得一致（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，於工件W圓周面的第2次旋轉的切削部分中包含第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的軌跡變得不到達第1次旋轉中的切削工具130的軌跡為止，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，將由所述移動指令所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來進給切削工具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。

如圖6所示，本實施方式的控制部C1使切削工具130沿著多個所述內插路徑連續地移動，藉此可沿著多個所述內插路徑連續地連接而成的形狀來進給切削工具130，而執行工件W的切削加工。 於圖6中，表示使切削工具130沿著自P0（Xs,Zs）朝P1（X1,Z1）的第1內插路徑、自P1（X1,Z1）朝P2（X2,Z2）的第2內插路徑、自P2（X2,Z2）朝P3（X3,Z3）的第3內插路徑、自P3（X3,Z3）朝P4（Xe,Ze）的第4內插路徑連續地移動的情況。 控制部C1於切削工具130的利用進給的移動自沿著相互連續的兩個內插路徑的一個內插路徑的移動切換成沿著另一個內插路徑的移動時，作為振動限制元件，以自內插路徑的移動開始位置起於規定的時間內，使切削工具130不伴隨往返振動而移動的方式，限制所述往返振動。 但是，控制部C1於經過所述規定的時間後，進行伴隨所述往返振動的進給，切削工具130沿著所述內插路徑，藉由伴隨往返振動的所述進給來執行工件W的切削加工。 藉由所述往返振動的停止，自所述內插路徑的移動開始位置朝到達位置，於一方向上依次連續地進給切削工具130，自移動開始位置起伴隨時間經過，不進行自到達位置朝移動開始位置的往後動，而僅藉由往前動來逐漸增加切削部分。 藉由自移動開始位置起經過規定的時間，切削工具130可藉由不進行所述往返振動的進給，而進行相當於所述內插路徑中的往返振動的振幅的切削。 控制部C1於切削工具130藉由不進行所述往返振動的進給，而進行相當於所述內插路徑中的往返振動的振幅的切削的時間經過之前，限制所述往返振動。 藉由利用振動限制元件的往返振動的限制，於切削工具130自沿著相互連續的兩個內插路徑的一個內插路徑的移動切換成沿著另一個內插路徑的移動時，自內插路徑的移動開始位置起，由所述往返振動的往後動所引起的朝超過移動開始位置的方向的不需要切削得到防止，可防止切削形狀的異常，並可提昇加工精度。 當於相互連續的兩個內插路徑的一個內插路徑整體中，不伴隨所述往返振動而沿著所述內插路徑自移動開始位置朝到達位置，於一方向上依次連續地進給切削工具130時，於連續的內插路徑中的加工時可執行利用振動限制元件的往返振動的限制。 由於往後動的振幅至多成為朝超過移動開始位置的方向的不需要的切削，因此能夠以於進行相當於所述往後動的振幅的切削的時間經過之前限制所述往返振動的方式，構成振動限制元件。

可於控制部C1中設置振幅控制元件，所述振幅控制元件於自所述內插路徑的移動開始位置起開始切削時，以切削工具130的所述往返振動的振幅自比由所述振幅進給比率所決定的規定振動振幅小的振幅逐漸擴大，並到達所決定的振動振幅的方式，控制切削工具130的往返振動。 於此情況下，能夠以如下方式構成振動限制元件：於進行下述切削的時間經過之前，限制所述往返振動，所述切削為由切削工具130朝到達位置移動的量以及振幅逐漸擴大的往返振動的往後動側的振幅的合成所決定的朝超過移動開始位置的方向的不需要切削的量的切削。 再者，亦能夠以如下方式構成振動限制元件：於自沿著相互連續的兩個內插路徑的一個內插路徑的移動切換成沿著另一個內插路徑的移動時，自內插路徑的移動開始位置起，算出可超過移動開始位置的往後動的振幅而非規定時間，並藉由所述往返振動已被限制的進給來進行相當於所算出的所述振幅的切削。 控制部C1作為振動限制元件，如上所述於切削工具130的進給（移動）自沿著相互連續的兩個所述內插路徑的一個所述內插路徑的移動切換成沿著另一個所述內插路徑的移動時，自所述內插路徑的移動開始位置起於規定期間內進行所述往返振動的限制，於經過所述規定期間後使所述往返振動開始。 再者，往返振動的限制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。 但是，亦可將所述內插路徑的移動開始位置設為自沿著所述進給方向的往返振動的往後動朝往前動變化的拐點，並朝到達位置振動，藉此可防止朝超過移動開始位置的方向的不需要的切削。

圖1是表示本發明的一實施方式的工作機械的概略的圖。 圖2是表示本發明的一實施方式的切削工具與工件的關係的圖。 圖3是表示本發明的一實施方式的切削工具的往返振動及位置的圖。 圖4是表示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是表示使切削工具沿著多個內插（interpolation）路徑連續地移動的狀態的圖。

Claims (4)

1. 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；以及振動元件，使所述切削工具與所述工件相對地往返振動；且 藉由所述工件與所述切削工具的相對旋轉、及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伴隨所述往返振動的進給動作，使所述切削工具相對於所述工件，分別連續地沿著加工進給方向不同的多個規定的移動路徑移動來進行切削加工， 所述工作機械設置有振動限制元件，所述振動限制元件於所述切削工具的所述移動自相互連續的兩個所述移動路徑的一個所述移動路徑切換成另一個所述移動路徑時，自所述移動路徑的移動開始位置起於規定期間內限制所述往返振動，於經過所述規定期間後使所述往返振動開始。
2. 如申請專利範圍第1項所述的工作機械，其中相互連續的兩個所述移動路徑的一個所述移動路徑的所述切削工具的所述移動藉由已使所述往返振動變成停止狀態的進給動作來進行。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的工作機械，其中所述振動限制元件自所述移動路徑的移動開始位置起於規定時間內限制所述往返振動。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的工作機械，其中所述振動限制元件自所述移動路徑的移動開始位置起，於所述切削工具移動相當於所述移動路徑中的所述往返振動的振幅的期間內，限制所述往返振動。