WO2023053696A1 - 長尺ワークの制振加工方法 - Google Patents

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long
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long work
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祐太 川越
賢一 中西
喜隆 森本
晃生 林
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中村留精密工業株式会社
学校法人金沢工業大学
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    • G05B2219/49323Machine long, slender workpiece

Definitions

  • the present invention relates to a machining method using a damping action that suppresses the occurrence of chatter vibration when turning a long workpiece.
  • An object of the present invention is to provide a vibration damping method that is effective in suppressing chatter vibration in a long workpiece during turning.
  • the long work is rotated while both ends of the long work are held, and the outer peripheral portion of the long work is turned by a turning tool. Secondly, a torsional load is applied to the long work.
  • the state in which both ends of a long work are held means not only the case where both ends of the long work are held by the spindle whose rotation is controlled, but also the case where one end of the work is held by the spindle whose rotation is controlled.
  • a force in the torsional direction (torsional load) is applied in some way.
  • a typical aspect of the present invention is composed of a first main shaft and a second main shaft which are arranged to face each other on the same axis, and the first main shaft and the second main shaft holding both end portions of the long work are interlocked with each other.
  • a torsional load is applied to the long work by giving different rotational speed commands to the.
  • the first and second spindles both hold a long workpiece and issue different rotation speed commands from the NC control device or the like, the first and second spindles will The rotation of the long workpiece is controlled while a torsional load is generated due to the difference in rotation speed.
  • the rotation speed of one or both of the first main shaft and the second main shaft is varied.
  • the movement of the first main shaft and the second main shaft may be controlled in the direction of approach and the direction of separation, and a tensile force or a compressive force may be applied to the elongated work.
  • the present invention applies an external force (torsional load) in a torsional direction to a long workpiece when holding both sides of the long workpiece for turning.
  • torsional load an external force
  • By temporarily changing the direction of the load it is possible to easily suppress the occurrence of chatter vibration in the long workpiece.
  • FIG. 1 using an NC-controlled two-spindle opposed lathe, one end of a long work W is chuck-held by a first spindle 11, and the other end is held by a second spindle 12.
  • the long work W was made of S45C, had an outer diameter of 11 to 13 mm, and a length of 300 mm.
  • the gripping margin by the main shaft was set to 20 mm.
  • the turning conditions were a depth of cut t: 0.3 mm and a feed rate f: 0.15 mm/rev.
  • a rotation speed command of 1800/min was set for the first spindle, and the second spindle was allowed to follow in a free state.
  • chatter marks occurred in the central portion of the workpiece, and when frequency analysis was performed, chatter vibration occurred near 1500 Hz, as shown in the chart of Fig. 2(a).
  • the magnitude of the torsional load applied to the long work may be appropriately set according to the length and outer diameter of the work.
  • the magnitude of the torsional load can be adjusted according to the turning state of the long workpiece. Furthermore, by applying tensile force or compressive force along the axial direction of the long workpiece according to the torsional load, the rigidity of the long workpiece can be temporarily improved, chattering vibration can be suppressed, and the The tensile force or compressive force can also be adjusted according to thermal fluctuations.
  • the present invention can be widely applied when turning long workpieces.

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Abstract

【課題】長尺ワークの旋削加工時にワークにびびり振動が発生するのを抑えるのに効果的な制振加工方法の提供を目的とする。 【解決手段】長尺ワークの両端部をそれぞれ保持した状態で前記長尺ワークを回転させ、旋削工具にて前記長尺ワークの外周部を旋削加工する際に、前記長尺ワークにねじり負荷を付与してあることを特徴とする。

Description

長尺ワークの制振加工方法
 本発明は、長尺ワークを旋削加工する際に、びびり振動が発生するのを抑えた制振作用による加工方法に関する。
 旋盤等の工作機械にて比較的長尺のワークを旋削する際にワークが振動して、いわゆるびびりが発生してしまい、所望の加工ができなくなることがある。
 このようなワークの旋削中に、びびり振動が発生するのを抑える手段として、従来は次のような方法が採用されていた。
 (1)主軸の回転速度と、ワークの変動振幅及び変動周期との関係をモニタリングし、加工条件を制御する方法(特許文献1,2)。
 (2)ワークの途中を触れ止め装置で保持したり、2つの切削工具をワークに対して対向配置する(特許文献3)。
 (3)旋削工具形状の改善、例えばチップのノーズRを小さくするなど。
 (4)なお、本出願人は先に長尺ワークに引張り方向の軸力を付与しつつ、その軸力を制御する方法を提案しているが(特許文献4)、本発明は新たな知見により制振作用を付与できるようにした。
日本国特開2021-70138号公報 日本国特開2012-91283号公報 日本国特表2012-525983号公報 日本国特開2012-196748号公報
 本発明は、長尺ワークの旋削加工時にワークにびびり振動が発生するのを抑えるのに効果的な制振加工方法の提供を目的とする。
 本発明に係る長尺ワークの制振加工方法は、長尺ワークの両端部をそれぞれ保持した状態で前記長尺ワークを回転させ、旋削工具にて前記長尺ワークの外周部を旋削加工する際に、前記長尺ワークにねじり負荷を付与してあることを特徴とする。
 本発明において長尺ワークとは、ワークの外径Dに対するワークの長さLがL/D=5以上の長尺であるものに特に有効である。
 長尺ワークの両端部をそれぞれ保持した状態とは、長尺ワークの両側の端部をそれぞれ回転制御された主軸に保持させる場合のみならず、ワークの一方の端部を回転制御された主軸にチャック保持させつつ、他方の端部を芯押し台や各種補助工具で保持させる場合に、芯押し台等に回転方向の抵抗力を付与する等、旋削加工において長尺ワークにねじり方向の力(ねじり負荷)を何らかの方法で作用させることをいう。
 本発明において代表的な態様は、同一軸線上で対向配置された第1主軸と第2主軸からなり、前記長尺ワークの両端部をそれぞれ保持させた前記第1主軸と第2主軸とに相互に異なる回転数指令を与えることで、前記長尺ワークにねじり負荷を付与するものである。
 このように、第1主軸と第2主軸にて長尺ワークを両持ち加工する際にNC制御装置等にて、それぞれ相互に異なる回転数指令を出すと、第1主軸と第2主軸とに回転数の差に伴うねじり負荷が生じた状態で長尺ワークが回転制御される。
 この場合に、第1主軸と第2主軸とに相互に異なる回転数指令を与える際に、前記第1主軸と第2主軸とのうち、一方又は両方の回転数指令の回転数を変動させてもよく、さらに第1主軸と第2主軸とは近接方向及び離隔方向に移動制御されており、前記長尺ワークに引張力又は圧縮力を付与してあってもよい。
 長尺ワークの長さや径、あるいは工具の刃先形状等により、長尺ワークに付与する引張力あるいは圧縮力を可変調整することで、長尺ワークに見かけ上の剛性向上が生じ、びびり振動が発生するのを抑制するように作用する。
 本発明は、長尺ワークを両持ち旋削加工する際に、このワークにねじり方向の外力(ねじり負荷)を付与することで、長尺ワークの剛性を一時的に向上させたり、旋削工具による旋削負荷の方向が一時的に変化することで、容易に長尺ワークにびびり振動が発生するのを抑えることができる。
長尺ワークを両持ち加工する状態を示す。 (a)は長尺ワークにねじり負荷を与えない状態で旋削加工した場合の周波数分析チャートを示す。(b)は長尺ワークにねじり負荷を付与した状態で旋削加工した場合の周波数分析チャートを示す。
 図1に、NC制御された2主軸対向旋盤を用いて、長尺ワークWの一方の端部を第1主軸11にチャック保持し、他方の端部を第2主軸12に保持させた両持ち加工の例を示す。
 長尺ワークWは材質がS45Cで、外径11~13φmm,長さ300mmのものを用いた。
 主軸による掴み代は、それぞれ20mmに設定した。
 旋削条件は、切り込みt:0.3mm,送り速度f:0.15mm/revとした。
 まず、第1主軸に1800/minの回転数指令を設定し、第2主軸はフリーの状態で追随させた。
 この条件にて、旋削工具13にて旋削したところ、ワークの中央部にびびり目が発生し、周波数分析をすると、そのチャートを図2(a)に示すように1500Hz付近にびびり振動が発生していた。
 次に、第1主軸に1800/minの回転数指定を設定するとともに、第2主軸にそれと異なる1750/minの回転数指令を設定することで、長尺ワークにねじり負荷が付与されるようにして、旋削工具13にて同様の旋削加工をした。
 このようにすると、長尺ワークにびびり目が発生することなく正常に旋削加工ができ、その時の周波数分析結果を図2(b)に示す。
 図2(a)にて発生していた1500Hz付近のびびり振動が無くなっているのが分かる。
 上記に示した比較実験から、長尺ワークにねじり方向の外力を加えながら旋削加工すると、長尺ワークに制振作用が生じ、びびり振動の発生を抑えることができることが明らかになった。
 ここで、長尺ワークに付与するねじり負荷の大きさは、ワークの長さや外径に合せて適宜設定すればよい。
 また、第1主軸と第2主軸とで長尺ワークの両持ち状態で旋削加工を行う際に、第1主軸と第2主軸とで回転数指令に相互の差を設ける場合のみならず、一方又は両方の主軸の回転数指令に低速側と高速側との所定範囲内で変動させることで、長尺ワークの旋削状態に合せて、ねじり負荷の大きさを調整することができる。
 さらには、ねじり負荷に合せて長尺ワークの軸方向に沿って引張力あるいは圧縮力を加えることでも長尺ワークの剛性が一時的に向上し、びびり振動を抑えることができ、長尺ワークの熱変動に伴い、上記引張力あるいは圧縮力を調整することもできる。
 本発明は、長尺ワークを旋削加工する際に、広く適用できる。
11   第1主軸
12   第2種軸
13   旋削工具

Claims (4)

  1.  長尺ワークの両端部をそれぞれ保持した状態で前記長尺ワークを回転させ、旋削工具にて前記長尺ワークの外周部を旋削加工する際に、前記長尺ワークにねじり負荷を付与してあることを特徴とする長尺ワークの制振加工方法。
  2.  同一軸線上で対向配置された第1主軸と第2主軸からなり、前記長尺ワークの両端部をそれぞれ保持させた前記第1主軸と第2主軸とに相互に異なる回転数指令を与えることで、前記長尺ワークにねじり負荷を付与するものであることを特徴とする請求項1記載の長尺ワークの制振加工方法。
  3.  前記第1主軸と第2主軸とに相互に異なる回転数指令を与える際に、前記第1主軸と第2主軸とのうち、一方又は両方の回転数指令の回転数を変動させることを特徴とする請求項2記載の長尺ワークの制振加工方法。
  4.  前記第1主軸と第2主軸とは近接方向及び離隔方向に移動制御されており、前記長尺ワークに引張力又は圧縮力を付与してあることを特徴とする請求項2又は3に記載の長尺ワークの制振加工方法。
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