阅读说明：本技术 加工装置及切削加工方法 (Machining device and cutting method ) 是由 早坂健宏 社本英二 南秀铉 于 2019-02-01 设计创作，主要内容包括：旋转控制部(11)对基于旋转机构(10)的主轴(2)的旋转进行控制。移动控制部(13)在主轴(2)的旋转中在进给机构(12)的作用下使切削工具(4)与被切削材料(3)接触而进行基于切削工具(4)的加工。旋转控制部(11)对主轴旋转速度进行控制而使主轴(2)的旋转加速或者减速,移动控制部(13)在旋转控制部(11)开始了主轴(2)的旋转之后使切削工具(4)与被切削材料(3)接触,在基于旋转控制部(11)的主轴旋转速度的加速控制中或者减速控制中使切削工具(4)从被切削材料(3)分离。(A rotation control unit (11) controls the rotation of the spindle (2) by the rotation mechanism (10). The movement control unit (13) causes the cutting tool (4) to contact the workpiece (3) by the feed mechanism (12) during rotation of the spindle (2) and performs machining by the cutting tool (4). A rotation control unit (11) controls the rotation speed of the spindle to accelerate or decelerate the rotation of the spindle (2), and a movement control unit (13) brings the cutting tool (4) into contact with the workpiece (3) after the rotation control unit (11) has started the rotation of the spindle (2), and separates the cutting tool (4) from the workpiece (3) during acceleration control or deceleration control based on the rotation speed of the spindle by the rotation control unit (11).)

加工装置及切削加工方法

相关申请的交叉引用

本申请主张基于2018年2月6日申请的日本专利申请第2018-19525号的优先权，并且该申请的所有内容以引用的方式并入本申请的说明书中。

技术领域

本公开涉及加工装置及切削加工方法。

背景技术

一直以来，利用如下的机床：即，将切削工具或者被切削材料(工件)支撑于能够旋转的主轴上，在使切削工具或者被切削材料与主轴一同旋转的同时使切削工具与被切削材料接触而对被切削材料进行加工的机床。在该机床中，若切削宽度增大到必要以上，则可能在切削加工中会发生被切削材料和/或切削工具振动的“再生颤振”。

“再生颤振”为：在前一转(多刃工具为前一刃)切削时所产生的振动作为加工面的起伏来残留下来，并且在当前的切削中该振动作为切削厚度的变化来再生的自激振动。因此，构成为切削力发生变化而再次发生振动的闭合的回路(loop)，若该回路增益(loopgain)变大，则振动增大而成为大的颤振。“再生颤振”不仅会使加工面的精加工精度恶化，还可能成为切削工具缺损的因素。专利文献1公开了一种在对被切削材料施加车削加工时，在将切削工具的进给速度保持为恒定的状态下，使主轴的旋转速度以较短的周期进行变化，以此抑制“颤振”的颤振防止方法。

(现有技术文献)

(专利文献)

专利文献1：日本特开昭49-105277号公报

发明内容

(发明所要解决的问题)

在车削加工中，若使主轴旋转速度、即切削速度变化而使某一旋转位置上的前一转的切削速度与当前的切削速度具有足够的差异，则再生颤振便不会增强。然而如专利文献1所公开那样，若使主轴旋转速度以周期性变化的话，则在对旋转速度的增减进行切换的前后，当前的速度和前一转的速度之比会接近于1。例如，在使主轴旋转速度以正弦方式周期性变化的情况下，在旋转速度成为最大值及最小值的前后，当前的速度和前一转的速度之比几乎成为1，因此抑制再生颤振的效果会减弱。

本发明鉴于这种情况，目的在于提供一种抑制再生颤振的切削加工技术。

(解决问题所采用的措施)

为了解决上述问题，本发明的一个方式的加工装置包括：旋转机构，其使安装有切削工具或者被切削材料的主轴旋转；旋转控制部，其对基于旋转机构的主轴的旋转进行控制；进给机构，其使切削工具相对于被切削材料移动；以及移动控制部，其在主轴旋转中在进给机构的作用下使切削工具与被切削材料接触而进行基于切削工具的加工。旋转控制部具有执行使主轴的旋转持续加速的加速控制或者使主轴的旋转持续减速的减速控制的功能。移动控制部在旋转控制部开始了主轴的旋转之后使切削工具与被切削材料接触，在基于旋转控制部的主轴旋转速度的加速控制中或者减速控制中使切削工具从被切削材料分离。

本发明的另一方式为切削加工方法。该方法包括：旋转控制步骤，其控制安装有切削工具或者被切削材料的主轴的旋转；以及加工步骤，在主轴旋转中使切削工具与被切削材料接触而进行基于切削工具的加工。旋转控制步骤包括执行使主轴的旋转持续加速的加速控制或者使主轴的旋转持续减速的减速控制的步骤，加工步骤包括在主轴开始了旋转之后使切削工具与被切削材料接触，在主轴旋转速度的加速控制中或者减速控制中使切削工具从被切削材料分离的步骤。

此外，以上构成要素的任何组合、将本公开的表现在方法、装置、系统等之间进行转换都作为本公开的方式而有效。

附图说明

图1为示出实施方式的加工装置的结构的图。

图2的(a)至(d)为用于说明实施方式的精加工的工序的图。

具体实施方式

图1为示出实施方式的加工装置1的结构的图。加工装置1包括：旋转机构10，其使安装有切削工具4的主轴2旋转；旋转控制部11，其对基于旋转机构10的主轴2的旋转进行控制；进给机构12，使切削工具4相对于被切削材料3移动；以及移动控制部13，其在主轴2的旋转中在进给机构12的作用下使切削工具4与被切削材料3接触而进行基于切削工具4的加工。加工装置1可以是NC(数控)机床。旋转机构10及进给机构12构成为分别具有电动机等的驱动部，旋转控制部11及移动控制部13分别调整向驱动部的供给电力而控制旋转机构10及进给机构12各自的动作。

此外，虽然在实施方式中切削工具4安装于主轴2，被切削材料3固定于固定底座5，但也可以采用被切削材料3安装于主轴2而在旋转机构10的作用下旋转的方案。此外，进给机构12只要使切削工具4相对于被切削材料3移动即可，可构成为具有使切削工具4或者被切削材料3中的至少一方移动的功能。

为了说明在被切削材料3上施加密封面加工的切削工序而在图1中示出了被切削材料3的截面。在密封面加工之前，被切削材料3具有以虚线表示的加工面F1。在密封面加工中，移动控制部13使切削工具4向切削进给方向移动而开始加工面F1的切削，在切削到以实线表示的精加工面F2之后使切削工具4从被切削材料3分离(拉开)。该切削为截断的精加工，如图所示，移动控制部13控制进给机构12而对被切削材料3加工规定的精加工量。移动控制部13进行如下控制：精确管理切削工具4到达精加工面F2的切削结束目标位置，并在切削工具4加工到精加工面F2的定时(timing)使切削工具4从被切削材料3分离(拉开)。由于该精加工为以比较大的切削宽度来进行切削的端面切削，因此其特征为：虽然可能会存在颤振的问题，但切削时间较短即可。

在实施方式的加工装置1中，旋转控制部11具有执行使主轴2的旋转持续加速的加速控制的功能，在基于旋转控制部11的主轴旋转速度的加速控制中，移动控制部13控制进给机构12而使切削工具4从被切削材料3的加工面F1切削到精加工面F2。根据加工装置1，在主轴2的旋转加速中完成切削工序，据此能够抑制再生颤振的发生。

在实施方式中，将进行速度变化而使某一旋转位置上的当前的速度与该旋转位置上的前一转的速度之比(速度变化比)大于1的控制定义为该旋转位置上的主轴旋转的加速控制。旋转控制部11具有执行加速控制而在主轴旋转轴线的整周的所有旋转位置上速度变化比大于1的功能。因此在基于旋转控制部11的主轴旋转速度的加速控制中，在所有旋转位置上当前的速度变成高于(快于)前一转的速度，从而能够抑制再生颤振的发生。此外，在加速控制中，只要实施速度变化而使在所有旋转位置上当前的速度高于前一转的速度即可，并不特别限定旋转一周内的速度变化的快慢关系。

此外，旋转控制部11具有执行使主轴2的旋转持续减速的减速控制的功能，在基于旋转控制部11的主轴旋转速度的减速控制中，移动控制部13控制进给机构12而使切削工具4从被切削材料3的加工面F1切削到精加工面F2也可。即使在该情况下，也可在主轴2的旋转减速中完成切削工序，据此能够抑制再生颤振的发生。

减速控制被定义为使速度发生变化而使速度变化比小于1的控制。旋转控制部11具有执行减速控制而在主轴旋转轴线的整周的所有旋转位置上速度变化比小于1的功能。因此在基于旋转控制部11的主轴旋转速度的减速控制中，在所有旋转位置上当前的速度低于(慢于)前一转的速度，从而能够抑制再生颤振的发生。在减速控制中，只要实施速度变化而使在所有旋转位置上当前的速度慢于前一转的速度即可，并不特别限定旋转一周内的速度变化的快慢关系。

在如上所述的加工装置1中，在基于旋转控制部11而执行的主轴旋转速度的加速控制中或者减速控制中，实施基于截断的精加工，据此抑制再生颤振的发生。在切削工具4从被切削材料3的加工面F1切削至精加工面F2的期间，持续实施基于旋转控制部11的加速控制或者减速控制，据此始终抑制颤振。由此，能够实现工具损耗的抑制、始终保留精加工面的情况下的精加工精度优异的加工。

其中，若着眼于精加工精度，则至少在即将把切削工具4从被切削材料3拉开(分离)的定时实施加速控制或者减速控制即可。其中，对精加工精度影响最大的是即将要拉开(分离)之前的两转的量的加工。因此，在旋转控制部11在加速控制或者减速控制下使主轴2至少旋转两转以上时，移动控制部13使切削工具4从被切削材料3分离(拉开)，由此能够实现精加工精度优异的加工。

图2的(a)至(d)为用于说明实施方式的精加工的工序的图。图2的(a)示出主轴旋转速度的时间变化，图2的(b)示出速度变化比的时间变化，图2的(c)示出进给量的时间变化，图2的(d)示出工具位置的时间变化。

在该精加工中，首先，旋转控制部11控制旋转机构10而使主轴2以规定的旋转速度进行旋转。此时的工具位置设为初始位置(垂直方向的位置＝0mm)。旋转控制部11在经过了0.2秒时开始主轴2的旋转加速控制。实施方式的旋转控制部11在从旋转加速控制开始0.5秒期间内使主轴2的旋转速度以恒定的速度变化比(1.02)加速。在实施方式中，速度变化比为同一旋转位置上的当前的速度与前一转的速度之比，因此速度变化比被设定为大于1，据此在加速控制中所有旋转位置上的速度成为高于前一转的速度。速度变化比设定为能够抑制颤振的值以上为好。此外，旋转控制部11进行随着时间的经过而速度变化比发生变化的变化控制也可。

移动控制部13在旋转控制部11开始主轴2的旋转之后使切削工具4与被切削材料3接触。在该例子中，如图2的(c)、(d)所示，在旋转加速控制开始之后，移动控制部13开始切削工具4的进给而使始切削工具4向靠近被切削材料3的方向移动，从而使切削工具4与被切削材料3接触。例如，移动控制部13接收旋转控制部11开始主轴旋转速度的变化的定时的通知而在变化开始定时之后对进给机构12进行控制，以使切削工具4与被切削材料3接触。

实施方式的移动控制部13从旋转控制部11获得主轴旋转速度的变化开始定时。旋转控制部11可以在开始了旋转速度的变化时(即，在经过了0.2秒的时间点)向移动控制部13通知已经开始了变化的信息，或者，也可以在开始旋转速度的变化之前事先向移动控制部13通知变化的开始定时。不论如何，移动控制部13从旋转控制部11获得开始主轴2的旋转速度的变化的定时而在变化开始定时之后对进给机构12进行控制，使得切削工具4与被切削材料3接触。在图2所示的例子中，移动控制部13在变化开始之后以恒定的进给量或者进给速度使切削工具4移动。

移动控制部13在基于旋转控制部11的主轴旋转速度的加速控制中使切削工具4从被切削材料3分离(拉开)。其中，移动控制部13在工具位置变为﹣0.5mm的时间点判定为切削结束而使切削工具4向从被切削材料3分离(拉开)的方向移动。移动控制部13通过使进给速度减速并使其反转来使切削工具4从被切削材料3分离(拉开)，由此结束精加工。

如上所述，若将从主轴旋转速度开始变化到结束为止的时间称为变化时间，且从基于切削工具4的切削开始到结束为止的时间称为切削时间，则旋转控制部11及移动控制部13分别对主轴2的旋转及切削工具4的进给进行控制，以使下式成立。

变化时间＞切削时间

移动控制部13使用变化开始定时而开始切削工具4的进给控制，使得切削时间包含于变化时间的期间内。由此，根据实施方式的加工装置1，能够有效地抑制再生颤振的发生。

以上，基于实施例对本公开进行了说明。本领域技术人员应当理解为：该实施例是一个示例，这些的各构成要素、各处理过程的组合可产生各种各样的变形例，并且这些变形例也属于本发明的范围。虽然在图2所示的时序图中，旋转加速控制开始之后，移动控制部13开始切削工具4的进给，并在经过了0.4秒之后使切削工具4与被切削材料3接触，但移动控制部13也可以在主轴旋转速度的变化开始之前，即还未经过0.2秒时，使切削工具4与被切削材料3接触。即使在该情况下，通过移动控制部13实施切削工具4的进给控制而使切削结束时刻在时间上早于变化结束时刻，并在主轴2的旋转加速中完成切削工序，据此能够实现精加工精度高的加工。

本发明的方式的概要如下。本公开的某个方式的加工装置包括：旋转机构，其使安装有切削工具或者被切削材料的主轴旋转；旋转控制部，其对基于旋转机构的主轴的旋转进行控制；进给机构，其使切削工具相对于被切削材料移动；以及移动控制部，其在主轴旋转中在进给机构的作用下使切削工具与被切削材料接触而进行基于切削工具的加工。旋转控制部具有执行使主轴的旋转持续加速的加速控制或者使主轴的旋转持续减速的减速控制的功能。移动控制部对进给机构进行控制，使得在旋转控制部开始了主轴的旋转之后使切削工具与被切削材料接触，在基于旋转控制部的主轴旋转速度的加速控制中或者减速控制中使切削工具从被切削材料分离。

根据该方式，由于移动控制部在主轴旋转速度向加速方向或者减速方向变化的期间内使基于切削工具的切削工序结束，因此能够有效地抑制再生颤振的发生。

优选地，在旋转控制部在加速控制或者减速控制下使主轴至少旋转两转以上时，移动控制部使切削工具从被切削材料分离。移动控制部在旋转控制部开始了主轴旋转速度的变化之后使切削工具与被切削材料接触，在旋转控制部结束主轴旋转速度的变化之前使切削工具从被切削材料分离。此外，移动控制部接收旋转控制部开始主轴旋转速度的变化的定时的通知而在变化开始定时之后对进给机构进行控制，使得切削工具与被切削材料接触。

本公开的另一方式的切削加工方法包括：旋转控制步骤，其控制安装有切削工具或者被切削材料的主轴的旋转速度；以及加工步骤，在主轴旋转中使切削工具与被切削材料接触而进行基于切削工具的加工。旋转控制步骤包括执行使主轴的旋转持续加速的加速控制或者使主轴的旋转持续减速的减速控制的步骤，加工步骤包括在主轴开始了旋转之后使切削工具与被切削材料接触，在主轴旋转速度的加速控制中或者减速控制中使切削工具从被切削材料分离的步骤。

(附图标记的说明)

1……加工装置；2……主轴；3……被切削材料；4……切削工具；5……固定底座；10……旋转机构；11……旋转控制部；12……进给机构；13……移动控制部

(产业上的可利用性)

本公开适用于切削加工技术。