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JP6980536B2 - Cutting equipment and its control method - Google Patents

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JP6980536B2
JP6980536B2 JP2018002219A JP2018002219A JP6980536B2 JP 6980536 B2 JP6980536 B2 JP 6980536B2 JP 2018002219 A JP2018002219 A JP 2018002219A JP 2018002219 A JP2018002219 A JP 2018002219A JP 6980536 B2 JP6980536 B2 JP 6980536B2
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Description

本発明は、軸線周りに回転する被加工材に工具の刃先を押し当てて被加工材を切削加工する切削装置及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a cutting apparatus for cutting a work material by pressing the cutting edge of a tool against a work material rotating around an axis and a control method thereof.

自動旋盤やマシニングセンタ等の工作機械を切削装置として使用し、主軸で固定保持した丸棒材などの被加工材(ワーク)をその軸線の周りに回転させながら送り方向に送り動作させた工具の刃先を被加工材に押し当てることで、被加工材を切削加工して種々の製品を製造することが、部品製造業などにおいて広く行われている。 The cutting edge of a tool that uses a machine tool such as an automatic lathe or machining center as a cutting device and feeds a work material (work) such as a round bar that is fixed and held by the spindle in the feed direction while rotating it around its axis. It is widely practiced in the parts manufacturing industry and the like to manufacture various products by cutting the work material by pressing the work material against the work material.

このような切削装置を用いた切削加工では、被加工材が工具により連続して切削加工されるので、連続した長い切屑(切粉)が生じ、切屑が工具や被加工材に絡み付いて切削加工の障害となるなどの問題が生じる場合がある。 In cutting using such a cutting device, the work material is continuously cut by the tool, so that continuous long chips (chips) are generated, and the chips are entangled with the tool and the work material and are cut. Problems such as obstacles may occur.

このような問題を解決する切削装置として、従来、工具を送り方向に沿って所定の振動数で振動(往復動)させながら送り動作させるようにした、いわゆる振動切削を行うものが知られている(例えば特許文献1参照)。このような構成の切削装置によれば、切削加工時に工具により被加工材が切削されない空振り期間を生じさせることができるので、切屑が順次分断されるようにして切屑の処理性を高めることができる。 As a cutting device that solves such a problem, a so-called vibration cutting device is conventionally known in which a tool is fed while vibrating (reciprocating) at a predetermined frequency along a feeding direction. (See, for example, Patent Document 1). According to the cutting apparatus having such a configuration, it is possible to generate a milling period in which the work material is not cut by the tool during cutting, so that the chips can be sequentially divided to improve the processability of the chips. ..

国際公開第2015/146945号International Publication No. 2015/146945

しかし、上記従来の切削装置のように、工具を送り方向に沿って所定の振動数で振動させながら送り動作させることで切屑を順次分断させるようにした構成ないし方法では、工具の送り速度が増減しながら切削加工が行われることになるので、被加工材の加工面における工具の挽き目にムラが生じて加工後の製品の面粗さや真円度などが悪化するなど、その加工精度が低下しまうという問題点があった。 However, in a configuration or method in which chips are sequentially divided by feeding the tool while vibrating it at a predetermined frequency along the feeding direction as in the above-mentioned conventional cutting device, the feeding speed of the tool increases or decreases. Since the cutting process is performed while the machine is being machined, the machining accuracy deteriorates due to unevenness in the grinding of the tool on the machined surface of the material to be machined, which deteriorates the surface roughness and roundness of the machined product. There was a problem that it would end up.

本発明は、このような問題点を解決することを課題とするものであり、その目的は、加工精度を低下させることなく切屑の処理性を高めることができる切削装置及びその制御方法を提供することにある。 An object of the present invention is to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a cutting device capable of improving the processability of chips without lowering the processing accuracy and a control method thereof. There is something in it.

本発明の切削装置は、軸線周りに回転する被加工材に工具の刃先を押し当てて該被加工材を切削加工する切削装置であって、前記被加工材を前記軸線の周りに回転させる主軸と、前記工具を、送り方向に送り動作させる送り手段と、前記工具を、前記刃先の円弧状のノーズの中心を揺動軸として前記送り方向に平行な面に沿って揺動させる揺動手段と、前記工具を、前記ノーズの中心を揺動軸として前記送り方向に平行な面に沿って所定の振動数で揺動させながら所定の送り速度で送り動作させるとともに、前記被加工材の1回転毎に前記揺動の位相がずれるように、前記送り手段及び前記揺動手段の作動を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。 The cutting device of the present invention is a cutting device that presses the cutting edge of a tool against a work material that rotates around an axis to cut the work material, and is a spindle that rotates the work material around the axis line. A feeding means for feeding the tool in the feeding direction, and a swinging means for swinging the tool along a plane parallel to the feeding direction with the center of the arcuate nose of the cutting edge as a swing axis. The tool is fed at a predetermined feed rate while swinging at a predetermined frequency along a plane parallel to the feed direction with the center of the nose as a swing axis, and at the same time, 1 of the material to be machined. It is characterized by having a feeding means and a control means for controlling the operation of the swinging means so that the phase of the swing is deviated with each rotation.

本発明の切削装置は、上記構成おいて、前記制御手段が、前記被加工材の1回転毎に、前記揺動の位相を180度ずらすとともに、前記被加工材の外周面に対応した位置における前記工具の前記揺動による振動の幅が、前記被加工材の1回転当たりの前記工具の前記送り方向への送り量よりも大きくなるように、前記送り手段及び前記揺動手段の作動を制御するのが好ましい。 In the cutting apparatus of the present invention, in the above configuration, the control means shifts the phase of the vibration by 180 degrees for each rotation of the work material, and at a position corresponding to the outer peripheral surface of the work material. The operation of the feeding means and the swinging means is controlled so that the width of the vibration of the tool due to the swing is larger than the feed amount of the tool in the feed direction per rotation of the work material. It is preferable to do so.

本発明の切削装置の制御方法は、軸線周りに回転する被加工材に工具の刃先を押し当てて該被加工材を切削加工する切削装置の制御方法であって、前記工具を、前記刃先の円弧状のノーズの中心を揺動軸として送り方向に平行な面に沿って所定の振動数で揺動させながら前記送り方向に所定の送り速度で送り動作させるとともに、前記被加工材の1回転毎に前記揺動の位相をずらすことを特徴とする。 The control method of the cutting device of the present invention is a control method of a cutting device that presses the cutting edge of a tool against a work material rotating around an axis to cut the work material, and the tool is used on the cutting edge. While swinging at a predetermined frequency along a plane parallel to the feed direction with the center of the arcuate nose as the swing axis, the feed operation is performed at a predetermined feed rate in the feed direction, and one rotation of the work piece is performed. It is characterized in that the phase of the swing is shifted each time.

本発明の切削装置の制御方法は、上記構成おいて、前記被加工材の1回転毎に、前記揺動の位相を180度ずらすとともに、前記被加工材の外周面に対応した位置における前記工具の前記揺動による振動の幅が、前記被加工材の1回転当たりの前記工具の前記送り方向への送り量よりも大きくなるように、前記工具を揺動させるのが好ましい。 In the above configuration, the control method of the cutting device of the present invention shifts the phase of the vibration by 180 degrees for each rotation of the work material, and at the same time, the tool at a position corresponding to the outer peripheral surface of the work material. It is preferable to swing the tool so that the width of the vibration due to the swing is larger than the feed amount of the tool in the feed direction per rotation of the work material.

本発明によれば、工具を、その刃先の円弧状のノーズの中心を揺動軸として揺動させることで、切削加工で生じた切屑に厚みの薄い部分ないし切れ目を生じさせて切屑を分断され易いものとするようにしたので、切屑の処理性を高めつつ、被加工材の加工面における工具の挽き目を一定として工具を送り方向に振動させずに送り動作させた場合と同様の高い精度で切削加工を行なうことができる。
したがって、本発明によれば、加工精度を低下させることなく切屑の処理性を高めることができる切削装置及びその制御方法を提供することができる。
According to the present invention, by swinging the tool around the center of the arcuate nose of the cutting edge as a swing axis, a thin portion or a cut is generated in the chip generated by the cutting process, and the chip is divided. Since it is made easy, the accuracy is the same as when the tool is fed without vibrating in the feed direction while keeping the grain of the tool on the machined surface of the work material constant while improving the workability of chips. Can be machined with.
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a cutting device capable of improving the processability of chips without lowering the processing accuracy and a control method thereof.

本発明の一実施の形態の切削装置の構成を概略で示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the cutting apparatus of one Embodiment of this invention. 工具により被加工材を切削加工している様子を示す図である。It is a figure which shows the state of cutting a work material by a tool. 被加工材を切削加工している工具の刃先を拡大して示す図である。It is an enlarged figure which shows the cutting edge of the tool which cuts a work material. 工具を円弧状のノーズの中心を揺動軸として揺動させる際の回動テーブルの回動とその回動中心軸の移動方向とを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the rotation of a rotation table and the moving direction of the rotation center axis at the time of swinging a tool around the center of an arcuate nose as a swing axis. 切削加工により生じた切屑の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of a chip generated by a cutting process. 揺動手段の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the rocking means.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ詳細に例示説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be illustrated in detail with reference to the drawings.

図1に示す本発明の一実施の形態の切削装置1は、自動旋盤として構成されたものであり、装置本体である加工部2と制御手段としての制御部3とを有している。 The cutting apparatus 1 of the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is configured as an automatic lathe, and has a processing unit 2 which is an apparatus main body and a control unit 3 as a control means.

加工部2は、ベッド4に搭載された主軸台(不図示)に回転自在に支持された主軸10を有している。主軸10は、その回転中心軸がZ軸方向に沿って延びる姿勢で配置されている。詳細は図示しないが、主軸台には主軸モータを駆動源とした主軸駆動機構が設けられており、主軸10は主軸駆動機構により駆動されて回転する。 The processing unit 2 has a spindle 10 rotatably supported by a spindle (not shown) mounted on the bed 4. The spindle 10 is arranged in a posture in which its rotation center axis extends along the Z-axis direction. Although details are not shown, the spindle base is provided with a spindle drive mechanism using a spindle motor as a drive source, and the spindle 10 is driven by the spindle drive mechanism to rotate.

主軸駆動機構としては、例えば、主軸台の内部に主軸10を囲うように配置されるビルトイン型の電動モータを駆動源とした構成のものを採用することができる。 As the spindle drive mechanism, for example, a mechanism using a built-in type electric motor arranged so as to surround the spindle 10 inside the spindle base as a drive source can be adopted.

主軸10の先端にはチャック11が設けられており、チャック11を用いて主軸10に被加工材(ワーク)12を固定保持させることができる。被加工材12としては、例えば円柱形状の金属製の丸棒材を用いることができる。被加工材12は、その軸線Lを主軸10の回転中心軸と一致させた姿勢でチャック11により主軸10に固定保持される。被加工材12を固定保持ないし支持した状態で主軸10を回転させることで、被加工材12を、その軸線Lの周りに回転させることができる。 A chuck 11 is provided at the tip of the spindle 10, and the material (work) 12 to be processed can be fixedly held on the spindle 10 by using the chuck 11. As the work material 12, for example, a cylindrical metal round bar can be used. The workpiece 12 is fixedly held to the spindle 10 by the chuck 11 in a posture in which the axis L coincides with the rotation center axis of the spindle 10. By rotating the spindle 10 while the workpiece 12 is fixedly held or supported, the workpiece 12 can be rotated around its axis L.

加工部2は、被加工材12を切削加工するための工具(刃物)13を有している。工具13は、例えば断面矩形の棒状とされる工具本体(シャンク)13aと、工具本体13aの先端に設けられた刃先13bとを備えている。本実施の形態では、工具13として、刃先13bが工具本体13aに着脱自在に固定される交換式のチップとして構成されたものを示すが、工具13として工具本体13aに刃先13bが一体に設けられた構成のものを用いることもできる。 The machined portion 2 has a tool (cutting tool) 13 for cutting the work piece 12. The tool 13 includes, for example, a tool body (shank) 13a having a rectangular cross-section and a cutting edge 13b provided at the tip of the tool body 13a. In the present embodiment, the tool 13 is configured as a replaceable tip in which the cutting edge 13b is detachably fixed to the tool body 13a, but the tool body 13a is integrally provided with the cutting edge 13b as the tool 13. It is also possible to use the one having the same configuration.

工具13は、工具本体13aにおいて工具台14に固定保持されている。工具13は、刃先13bを主軸10の回転中心軸の側(軸線Lの側)に向けた姿勢とされ、刃先13bは工具台14の外周縁よりも外側に突出している。 The tool 13 is fixedly held on the tool base 14 in the tool body 13a. The tool 13 is in a posture in which the cutting edge 13b is oriented toward the rotation center axis side of the spindle 10 (the side of the axis L), and the cutting edge 13b projects outward from the outer peripheral edge of the tool base 14.

工具台14は工具移動体15に搭載され、工具移動体15はX−Zステージ16に搭載されている。 The tool base 14 is mounted on the tool moving body 15, and the tool moving body 15 is mounted on the XZ stage 16.

X−Zステージ16にはX軸駆動機構16aが設けられている。X軸駆動機構16aは工具移動体15をX軸方向に駆動することで、工具移動体15及び工具台14とともに工具13を軸線Lに接近・離反する方向(X軸方向)に移動させることができる。 The X-Z stage 16 is provided with an X-axis drive mechanism 16a. By driving the tool moving body 15 in the X-axis direction, the X-axis drive mechanism 16a can move the tool 13 together with the tool moving body 15 and the tool base 14 in the direction of approaching and separating from the axis L (X-axis direction). can.

X−Zステージ16にはZ軸駆動機構16bが設けられている。Z軸駆動機構16bは工具移動体15をZ軸方向に駆動することで、工具移動体15及び工具台14とともに工具13を軸線Lに沿う方向(Z軸方向)に移動させることができる。すなわち、本実施の形態では、Z軸駆動機構16bは、工具13を軸線Lに沿う送り方向に送り動作させる送り手段に相当するものである。 The XZ stage 16 is provided with a Z-axis drive mechanism 16b. By driving the tool moving body 15 in the Z-axis direction, the Z-axis drive mechanism 16b can move the tool 13 together with the tool moving body 15 and the tool base 14 in the direction along the axis L (Z-axis direction). That is, in the present embodiment, the Z-axis drive mechanism 16b corresponds to a feeding means for feeding the tool 13 in the feeding direction along the axis L.

X軸駆動機構16a及びZ軸駆動機構16bとしては、例えば、Z軸方向ないしX軸方向に沿って配置されたボールネジ機構と、当該ボールネジ機構を駆動するパルスモータやステッピングモータ等の駆動源とを備えた構成のものを採用することができる。 The X-axis drive mechanism 16a and the Z-axis drive mechanism 16b include, for example, a ball screw mechanism arranged along the Z-axis direction or the X-axis direction, and a drive source such as a pulse motor or a stepping motor for driving the ball screw mechanism. It is possible to adopt the one having the same configuration.

切削装置1は、工具13をX軸方向及びZ軸方向に移動させることで、主軸10により駆動されて軸線Lの周りに回転する被加工材12に工具13の刃先13bを押し当てて、被加工材12を切削加工する。より具体的には、切削装置1は、図2に示すように、被加工材12を主軸10とともに軸線Lの周りに回転させた状態で、X軸駆動機構16aにより工具13をX軸方向に移動させて被加工材12に対する刃先13bの切込み深さを設定し、次いで、Z軸駆動機構16bにより工具13を軸線Lに沿った送り方向に所定の速度で送り動作させることで、軸線Lの周りに回転する被加工材12に軸線方向から工具13の刃先13bを押し当てて被加工材12を切削加工(旋削加工)する。 By moving the tool 13 in the X-axis direction and the Z-axis direction, the cutting device 1 presses the cutting edge 13b of the tool 13 against the workpiece 12 driven by the spindle 10 and rotates around the axis L to be covered. The machined material 12 is machined. More specifically, as shown in FIG. 2, in the cutting device 1, the tool 13 is rotated in the X-axis direction by the X-axis drive mechanism 16a in a state where the workpiece 12 is rotated around the axis L together with the spindle 10. By moving the tool 13 to set the cutting depth of the cutting edge 13b with respect to the workpiece 12, and then using the Z-axis drive mechanism 16b to feed the tool 13 in the feed direction along the axis L at a predetermined speed, the axis L is fed. The cutting edge 13b of the tool 13 is pressed against the workpiece 12 rotating around from the axial direction to cut (turn) the workpiece 12.

切削装置1は、工具13を、その刃先13bの円弧状のノーズ13cの中心を揺動軸として送り方向に平行な面(本実施の形態では、X軸及びZ軸の両方に平行な面)に沿って揺動させつつ、軸線Lに沿って送り動作させることで、切削加工時に生じる切屑の処理性を高めるようにしている。そのため、切削装置1は、工具13を、円弧状のノーズ13cの中心を揺動軸として揺動させるための揺動手段を有している。 The cutting device 1 uses the tool 13 as a plane parallel to the feed direction with the center of the arcuate nose 13c of the cutting edge 13b as the swing axis (in the present embodiment, a plane parallel to both the X-axis and the Z-axis). By swinging along the axis L and feeding it along the axis L, the processability of chips generated during cutting is improved. Therefore, the cutting device 1 has a swinging means for swinging the tool 13 with the center of the arcuate nose 13c as a swinging axis.

ここで、図3に示すように、工具13の刃先13bの最も軸線Lの側に突出する部分であるノーズ13cは、Y軸方向から見て半径がRの円弧状となっている。ノーズ13cの中心とは、円弧状のノーズ13cの半径Rの起点となる中心位置のことであり、当該中心位置が揺動軸Sとなる。刃先13bのノーズ13cに連なるとともに送り方向の前方側を向く部分は直線状の切刃部13dとなっており、ノーズ13cと切刃部13dとにより被加工材12が切削加工される。刃先13bの、ノーズ13cに連なるとともに刃先13bの送り方向とは反対側を向く部分は背面部13eとなっており、背面部13eは切削加工時に被加工材12に接触しないようにZ軸方向に対して所定の逃げ角を有して設けられている。 Here, as shown in FIG. 3, the nose 13c, which is a portion of the cutting edge 13b of the tool 13 protruding toward the most axis L side, has an arc shape having a radius R when viewed from the Y-axis direction. The center of the nose 13c is a center position that is the starting point of the radius R of the arc-shaped nose 13c, and the center position is the swing axis S. The portion connected to the nose 13c of the cutting edge 13b and facing the front side in the feeding direction is a linear cutting edge portion 13d, and the workpiece 12 is cut by the nose 13c and the cutting edge portion 13d. The portion of the cutting edge 13b that is connected to the nose 13c and faces the side opposite to the feeding direction of the cutting edge 13b is the back surface portion 13e, and the back surface portion 13e is in the Z-axis direction so as not to come into contact with the workpiece 12 during cutting. On the other hand, it is provided with a predetermined clearance angle.

本実施の形態では、揺動手段は、X軸駆動機構16a、Z軸駆動機構16b及び回動機構17により構成されている。 In the present embodiment, the swinging means is composed of an X-axis drive mechanism 16a, a Z-axis drive mechanism 16b, and a rotation mechanism 17.

図1に示すように、工具台14は、X軸及びZ軸の両方に垂直なY軸に沿って延びる回動中心軸Oを中心として工具移動体15に回動自在に支持されている。回動機構17は、工具台14を旋回方向に駆動することで、回動中心軸Oを中心として所定の角度範囲及び所定の振動数で工具13を揺動させる。回動機構17の駆動源としては、例えばパルスモータやステッピングモータ等を用いることができる。 As shown in FIG. 1, the tool base 14 is rotatably supported by the tool moving body 15 about a rotation center axis O extending along a Y axis perpendicular to both the X axis and the Z axis. The rotation mechanism 17 drives the tool base 14 in the turning direction to swing the tool 13 in a predetermined angle range and a predetermined frequency around the rotation center axis O. As the drive source of the rotation mechanism 17, for example, a pulse motor, a stepping motor, or the like can be used.

本実施の形態では、工具13は、その刃先13bのノーズ13cの中心が回動中心軸Oからずれて工具台14に固定保持されているので、回動中心軸Oを中心として工具13を回動させるだけでは、刃先13bのノーズ13cの位置がX軸方向及びZ軸方向の両方にずれてしまい、工具13を、その刃先13bのノーズ13cの中心を揺動軸Sとして送り方向に平行な面に沿って揺動させることはできない。そこで、本実施の形態の切削装置1では、図4に示すように、工具13を、切刃部13dが送り方向(Z軸方向)に対して垂直となる姿勢から回動中心軸Oを中心として図4中で時計回り方向に角度θだけ回動させるとともに、ノーズ13cの中心を原点とする回動中心軸Oの座標P1(x1、z1)が座標P2(x2、z2)となるようにX軸方向及びZ軸方向に移動させることで、工具13を、その刃先13bのノーズ13cの中心を揺動軸Sとして送り方向に平行な面に沿って揺動させるようにしている。 In the present embodiment, since the center of the nose 13c of the cutting edge 13b of the tool 13 is displaced from the rotation center axis O and fixedly held on the tool base 14, the tool 13 is rotated around the rotation center axis O. If only the cutting edge 13b is moved, the position of the nose 13c of the cutting edge 13b will be displaced in both the X-axis direction and the Z-axis direction, and the tool 13 will be parallel to the feed direction with the center of the nose 13c of the cutting edge 13b as the swing axis S. It cannot be rocked along a surface. Therefore, in the cutting device 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 4, the tool 13 is centered on the rotation center axis O from the posture in which the cutting edge portion 13d is perpendicular to the feed direction (Z-axis direction). In FIG. 4, the coordinates P1 (x1, z1) of the rotation center axis O with the center of the nose 13c as the origin become the coordinates P2 (x2, z2) while rotating in the clockwise direction by an angle θ. By moving in the X-axis direction and the Z-axis direction, the tool 13 is swung along a plane parallel to the feed direction with the center of the nose 13c of the cutting edge 13b as the swing axis S.

ここで、回動中心軸Oの移動後の座標P2(x2、z2)は、座標P1(x1、z1)、工具台14の回動中心軸Oを中心とした回動の角度θ、ノーズ13cの半径Rを用いて、次の式によって算出することができる。 Here, the coordinates P2 (x2, z2) after the movement of the rotation center axis O are the coordinates P1 (x1, z1), the rotation angle θ around the rotation center axis O of the tool table 14, and the nose 13c. It can be calculated by the following equation using the radius R of.

(x2、z2)=(x1・cosθ+z1・sinθ+R(1−cosθ−sinθ)、x1・sinθ+z1・cosθ+R(1−cosθ−sinθ)) (X2, z2) = (x1 · cosθ + z1 · sinθ + R (1-cosθ−sinθ), x1 · sinθ + z1 · cosθ + R (1-cosθ−sinθ))

この式に基づき、工具13を、回動中心軸Oを中心として角度θだけ回動させつつ、X軸方向の座標の差である(x2−x1)だけ回動中心軸OをX軸方向へ移動させるとともに、Z軸方向の座標の差である(z2−z1)だけ回動中心軸OをZ軸方向へ移動させることで、工具13を、揺動軸Sを中心として送り方向に平行な面に沿って回動させることができる。 Based on this equation, while rotating the tool 13 about the rotation center axis O by an angle θ, the rotation center axis O is moved in the X-axis direction by the difference in coordinates in the X-axis direction (x2-x1). By moving the rotation center axis O in the Z-axis direction by the difference in coordinates in the Z-axis direction (z2-z1), the tool 13 is parallel to the feed direction with the swing axis S as the center. It can be rotated along a surface.

このとき、工具13は、揺動手段によって揺動軸Sを中心として揺動されるだけでなく、送り手段であるZ軸駆動機構16bによって工具台14とともに所定の送り量で軸線Lに沿う送り方向に送り動作されるので、当該送り動作によるZ軸方向への移動量を加味して、移動後の座標P2(x2、z2)の位置が設定される。 At this time, the tool 13 is not only swung around the swing shaft S by the swing means, but also is fed along the axis L with the tool base 14 by the Z-axis drive mechanism 16b which is the feed means with a predetermined feed amount. Since the feed operation is performed in the direction, the position of the coordinate P2 (x2, z2) after the movement is set in consideration of the amount of movement in the Z-axis direction due to the feed operation.

そして、上記とは逆の制御を行うことで、工具13を、揺動軸Sを中心として元の位置にまで回動させることができ、当該回動を繰り返し行うことで、工具13を、揺動軸Sを中心として送り方向に平行な面に沿って揺動させることができる。 Then, by performing the control opposite to the above, the tool 13 can be rotated to the original position about the swing shaft S, and by repeating the rotation, the tool 13 is shaken. It can be swung along a plane parallel to the feed direction with the moving axis S as the center.

制御部3は、例えばCPUを備えたマイクロコンピュータとして構成される。制御部3には、切削加工を行う前に、例えばタッチパネル式のディスプレイ、キーボード等の図示しない入力手段を用いて、予め、主軸10の回転数、切込み深さD、送り速度などの切削条件に加えて、ノーズ13cの半径Rの値、ノーズ13cの位置、工具13の揺動軸Sを中心とした揺動の角度θ及び振動数などの工具情報が入力される。 The control unit 3 is configured as, for example, a microcomputer equipped with a CPU. Before cutting, the control unit 3 uses an input means (not shown) such as a touch panel display or a keyboard to set cutting conditions such as the rotation speed of the spindle 10, the cutting depth D, and the feed rate in advance. In addition, tool information such as the value of the radius R of the nose 13c, the position of the nose 13c, the swing angle θ around the swing axis S of the tool 13, and the frequency is input.

制御部3は、上記情報を用いて、主軸10の回転(主軸モータの作動)、工具移動体15の移動(X軸駆動機構16a及びZ軸駆動機構16bの作動)及び工具台14の回動(回動機構17の作動)を統合的に制御して、工具13を、ノーズ13cの中心を揺動軸Sとして送り方向に平行な面に沿って所定の振動数で揺動させながら所定の送り速度で送り動作させて、被加工材12の切削加工を実行させる。すなわち、切削装置1は、軸線周りに回転する被加工材12に工具13の刃先13bを押し当てて被加工材12を切削加工するにあたり、工具13が、刃先13bの円弧状のノーズ13cの中心を揺動軸Sとして軸線Lに沿う送り方向に平行な面に沿って所定の振動数で揺動しながら送り方向に所定の送り速度で送り動作されるように制御部3によって制御される。 Using the above information, the control unit 3 uses the above information to rotate the spindle 10 (operation of the spindle motor), move the tool moving body 15 (operate the X-axis drive mechanism 16a and the Z-axis drive mechanism 16b), and rotate the tool base 14. (Operation of the rotating mechanism 17) is controlled in an integrated manner, and the tool 13 is swung at a predetermined frequency along a plane parallel to the feed direction with the center of the nose 13c as the swing axis S. The feed operation is performed at the feed speed to execute the cutting process of the workpiece 12. That is, when the cutting device 1 presses the cutting edge 13b of the tool 13 against the workpiece 12 rotating around the axis to cut the workpiece 12, the tool 13 is the center of the arcuate nose 13c of the cutting edge 13b. Is controlled by the control unit 3 so as to be fed at a predetermined feed rate in the feed direction while swinging at a predetermined frequency along a plane parallel to the feed direction along the axis L with the swing axis S as the swing axis S.

ここで、工具13の揺動軸Sを中心とした揺動が、切削加工時において所定の振動数で継続的に行われるように制御される。当該振動数は、切削条件等に応じて適宜設定することができるが、数ヘルツ〜数100ヘルツ程度の範囲で設定するのが好ましい。また、何れの場合においても、工具13の揺動軸Sを中心とした揺動の振動数は、主軸10ないし被加工材12が1回転する毎に、当該揺動の位相がずれるように設定される。 Here, the swing around the swing shaft S of the tool 13 is controlled so as to be continuously performed at a predetermined frequency during cutting. The frequency can be appropriately set according to the cutting conditions and the like, but it is preferably set in the range of several hertz to several hundred hertz. Further, in any case, the frequency of the swing around the swing shaft S of the tool 13 is set so that the phase of the swing shifts every time the spindle 10 or the workpiece 12 makes one rotation. Will be done.

以上の通り、本実施の形態の切削装置1では、工具13を、ノーズ13cの中心を揺動軸Sとして所定の振動数で揺動させながら送り動作させるとともに、被加工材12の1回転毎に当該揺動の位相がずれるようにしたことにより、切刃部13dの被加工材12に対する送り方向への切り込み量を変化させて、工具13により切削加工されて被加工材12から生じる切屑を、厚みの薄い部分を有する分断され易いものとすることができる。これにより、排出された切屑が、当該厚みの薄い部分において容易に分断されるようにして、切屑の処理性を高めることができる。また、工具13を、ノーズ13cの中心を揺動軸Sとして所定の振動数で揺動させることで切屑の処理性を高めるようにしたので、当該揺動によってはノーズ13cに送り方向へ向けた位置ずれが生じないようにして、ノーズ13cを一定の送り速度で送り動作させて切削加工を行うことができる。したがって、被加工材12の加工面における工具13の挽き目を一定として、工具13を揺動させずに一定の速度で送り動作させた場合と同様の高い精度で被加工材12の切削加工を行うことができる。このように、本実施の形態の切削装置1によれば、工具13による被加工材12の加工精度を低下させることなく切屑を分断され易いものとして、その処理性を高めることができる。 As described above, in the cutting device 1 of the present embodiment, the tool 13 is fed while swinging at a predetermined frequency with the center of the nose 13c as the swing axis S, and every rotation of the workpiece 12 is performed. By shifting the phase of the vibration, the amount of cut in the feed direction of the cutting edge portion 13d with respect to the workpiece 12 is changed, and the chips generated from the workpiece 12 cut by the tool 13 are removed. , It can be easily divided with a thin portion. As a result, the discharged chips can be easily divided in the thin portion, and the processability of the chips can be improved. Further, since the tool 13 is swung at a predetermined frequency with the center of the nose 13c as the swing axis S to improve the processability of chips, the tool 13 is directed toward the nose 13c in the feed direction depending on the swing. Cutting can be performed by feeding the nose 13c at a constant feed rate so as not to cause misalignment. Therefore, the machining of the workpiece 12 can be performed with the same high accuracy as when the tool 13 is fed at a constant speed without swinging, while the grind of the tool 13 on the machining surface of the workpiece 12 is constant. It can be carried out. As described above, according to the cutting apparatus 1 of the present embodiment, the chips can be easily separated without lowering the machining accuracy of the workpiece 12 by the tool 13, and the processability thereof can be improved.

上記構成においては、制御部3は、工具13の揺動軸Sを中心とした揺動の振動数を、主軸10ないし被加工材12が1回転する毎に、揺動の位相が180度ずれるとともに、被加工材12の外周面に対応した位置(図3において被加工材12への切込み深さDに対応した位置)における工具13の揺動による振動の幅Wが、被加工材12の1回転当たりの工具13の送り方向への送り量よりも大きくなるように、主軸10の回転、工具移動体15の移動及び工具台14の回動を制御するのが好ましい。このような構成により、工具13の切刃部13dが1周前の加工部分に接触しない空振り期間が生じるようにして、図5に示すように、切屑20を切れ目が入ったものとすることができる。この場合においても、刃先13bのノーズ13cの部分には揺動による振幅が生じないので、切屑20は幅方向の一方側で繋がった状態となるが、切れ目があることによって切屑20をさらに折れ曲がれ易く、分断がされ易いものとして、その処理性を高めることができる。 In the above configuration, the control unit 3 shifts the swing phase of the tool 13 around the swing shaft S by 180 degrees each time the spindle 10 or the workpiece 12 makes one rotation. At the same time, the width W of the vibration due to the swing of the tool 13 at the position corresponding to the outer peripheral surface of the work material 12 (the position corresponding to the cutting depth D in the work material 12 in FIG. 3) is the work material 12. It is preferable to control the rotation of the spindle 10, the movement of the tool moving body 15, and the rotation of the tool base 14 so as to be larger than the feed amount of the tool 13 in the feed direction per rotation. With such a configuration, the cutting edge portion 13d of the tool 13 may have a gap period in which the cutting edge portion 13d does not come into contact with the machined portion one lap before, and the chips 20 may have a cut as shown in FIG. can. Even in this case, since the amplitude due to the swing does not occur in the nose 13c portion of the cutting edge 13b, the chips 20 are connected on one side in the width direction, but the chips 20 are further bent due to the cut. The processability can be improved by making it easy and easy to divide.

なお、被加工材12の外周面に対応した位置における工具13の揺動による振動の幅Wは、切込み深さをD、ノーズ13cの半径をR、揺動の角度をθとすると、W=(D−R)×tanθ−R(1−1/cosθ)で算出される。 The width W of the vibration due to the swing of the tool 13 at the position corresponding to the outer peripheral surface of the workpiece 12 is W = where the cutting depth is D, the radius of the nose 13c is R, and the swing angle is θ. It is calculated by (DR) × tanθ−R (1-1 / cosθ).

切れ目の大きさないし隣り合う切れ目の間隔などは、工具13の揺動の角度θないし振動の幅W、揺動の振動数、被加工材12の1回転毎の揺動の位相のずれ等を調整することで変更することができる。例えば、被加工材12の1回転毎の揺動の位相のずれが小さくても、工具13の揺動の角度θないし振動の幅Wを大きく設定することで、切屑20を切れ目が入ったものとすることができる。また、工具13の揺動の角度θないし振動の幅Wは、工具13の被加工材12の1回転当たりの送り量及び切込み深さDに基づいて、切屑20に適度な切れ目が生じるように適宜設定することができる。 For the distance between adjacent cuts that do not have a large cut, the swing angle θ or vibration width W of the tool 13, the vibration frequency, the phase shift of the swing of the workpiece 12 for each rotation, etc. It can be changed by adjusting. For example, even if the phase shift of the vibration of the work material 12 per rotation is small, the chip 20 is cut by setting a large vibration angle θ or vibration width W of the tool 13. Can be. Further, the vibration angle θ or the vibration width W of the tool 13 is set so that an appropriate cut is generated in the chip 20 based on the feed amount per rotation and the cutting depth D of the workpiece 12 of the tool 13. It can be set as appropriate.

工具13の揺動軸Sを中心とした揺動範囲は、図4中において、切刃部13dが送り方向(Z軸方向)に対して垂直となる姿勢に対して回動中心軸Oを中心とした時計回り方向の側に限らず、切刃部13dが送り方向(Z軸方向)に対して垂直となる姿勢に対して回動中心軸Oを中心とした反時計回り方向の側に達するように設定することもできる。この場合、刃先13bの背面部13eが被加工材12の加工面に当接しない範囲で揺動の角度が設定される。 The swing range centered on the swing axis S of the tool 13 is centered on the rotation center axis O with respect to the posture in which the cutting edge portion 13d is perpendicular to the feed direction (Z-axis direction) in FIG. Not limited to the clockwise side, the cutting edge portion 13d reaches the counterclockwise side centered on the rotation center axis O with respect to the posture perpendicular to the feed direction (Z-axis direction). It can also be set as. In this case, the swing angle is set within a range in which the back surface portion 13e of the cutting edge 13b does not come into contact with the machined surface of the workpiece 12.

図6は、揺動手段の変形例を示す図である。図6においては、前述した部材に対応する部材には同一の符号を付してある。 FIG. 6 is a diagram showing a modified example of the swinging means. In FIG. 6, the members corresponding to the above-mentioned members are designated by the same reference numerals.

図1に示す場合では、揺動手段を、X軸駆動機構16a、Z軸駆動機構16b及び回動機構17により構成されるものとし、工具13を、回動機構17により回動させつつX軸駆動機構16a及びZ軸駆動機構16bによりX軸方向及びZ軸方向に移動させることで揺動軸Sを中心として揺動させるようにしている。これに対し、図6に示す変形例では、工具台14を工具移動体15に回動自在に支持させる回動中心軸Oを揺動軸Sと一致させる構成としている。図6に示す変形例の構成によれば、工具移動体15をX軸方向及びZ軸方向に移動させることなく、工具13を工具台14とともに回動中心軸Oを中心として揺動させることで、工具13を、そのノーズ13cの中心を揺動軸Sとして揺動させることができる。この場合、スペーサ14aを介して工具13を工具台14に固定保持させて工具13の刃先13bと工具台14との間に間隔を設け、当該間隔に被加工材12が配置されるようにすることで、工具台14を被加工材12に接触させることなく当該構成を構築することができる。上記変形例の構成によれば、切削装置1の構成を簡素化して、そのコストを低減することができる。 In the case shown in FIG. 1, the swinging means is composed of an X-axis drive mechanism 16a, a Z-axis drive mechanism 16b, and a rotation mechanism 17, and the tool 13 is rotated by the rotation mechanism 17 while rotating the X-axis. The drive mechanism 16a and the Z-axis drive mechanism 16b are moved in the X-axis direction and the Z-axis direction so as to swing around the swing axis S. On the other hand, in the modified example shown in FIG. 6, the rotation center axis O that rotatably supports the tool base 14 on the tool moving body 15 is configured to coincide with the swing axis S. According to the configuration of the modified example shown in FIG. 6, the tool 13 is swung around the rotation center axis O together with the tool base 14 without moving the tool moving body 15 in the X-axis direction and the Z-axis direction. , The tool 13 can be swung around the center of its nose 13c as a swing axis S. In this case, the tool 13 is fixedly held on the tool base 14 via the spacer 14a to provide a gap between the cutting edge 13b of the tool 13 and the tool base 14, so that the work material 12 is arranged at the gap. As a result, the configuration can be constructed without bringing the tool base 14 into contact with the workpiece 12. According to the configuration of the above modification, the configuration of the cutting device 1 can be simplified and its cost can be reduced.

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment and can be variously modified without departing from the gist thereof.

例えば、工具13を、送り方向に送り動作させる送り手段としては、上記した構成に限らず、種々の構成のものを用いることができる。同様に、工具13を、刃先13bの円弧状のノーズ13cの中心を揺動軸Sとして送り方向に平行な面に沿って揺動させる揺動手段としても、上記した構成に限らず、種々の構成のものを用いることができる。 For example, the feeding means for feeding the tool 13 in the feeding direction is not limited to the above configuration, and various configurations can be used. Similarly, various means of swinging the tool 13 along a plane parallel to the feed direction with the center of the arcuate nose 13c of the cutting edge 13b as the swing axis S are not limited to the above configuration. The configuration can be used.

また、工具13の刃先13bのノーズ13cの半径Rは、例えば数十μmから数百μm程度とするなど種々変更が可能であるが、ノーズ13cの半径Rを0とすることもできる。この場合、工具13は、刃先13bの切刃部13dと背面部13eとが交差する尖った先端部分を中心として揺動することになるが、当該構成によって、上記したのと同様の効果を得ることができる。 Further, the radius R of the nose 13c of the cutting edge 13b of the tool 13 can be variously changed, for example, from several tens of μm to several hundreds of μm, but the radius R of the nose 13c can also be set to 0. In this case, the tool 13 swings around a sharp tip portion where the cutting edge portion 13d and the back surface portion 13e of the cutting edge 13b intersect, and the same effect as described above is obtained by the configuration. be able to.

さらに、前記実施の形態においては、送り手段による工具13の送り方向を、主軸10ないし被加工材12の軸線Lに沿う方向としているが、これに限らず、工具13の送り方向は、例えば軸線Lに対して傾斜する方向とするなど、種々変更可能である。 Further, in the above-described embodiment, the feeding direction of the tool 13 by the feeding means is set to be along the axis L of the spindle 10 or the workpiece 12, but the feeding direction of the tool 13 is not limited to this, for example, the axis line. Various changes can be made, such as the direction of inclination with respect to L.

1 切削装置
2 加工部
3 制御部
4 ベッド
10 主軸
11 チャック
12 被加工材
13 工具
13a 工具本体
13b 刃先
13c ノーズ
13d 切刃部
13e 背面部
14 工具台
14a スペーサ
15 工具移動体
16 X−Zステージ
16a X軸駆動機構
16b Z軸駆動機構
17 回動機構
20 切屑
L 軸線
S 揺動軸
O 回動中心軸
D 切込み深さ
R ノーズの半径
W 振動の幅
1 Cutting device 2 Machining part 3 Control part 4 Bed 10 Spindle 11 Chuck 12 Work material 13 Tool 13a Tool body 13b Cutting edge 13c Nose 13d Cutting edge part 13e Back part 14 Tool stand 14a Spacer 15 Tool moving body 16 X-Z stage 16a X-axis drive mechanism 16b Z-axis drive mechanism 17 Rotation mechanism 20 Chips L Axis S Swing axis O Rotation center axis D Cutting depth R Nose radius W Vibration width

Claims (4)

軸線周りに回転する被加工材に工具の刃先を押し当てて該被加工材を切削加工する切削装置であって、
前記被加工材を前記軸線の周りに回転させる主軸と、
前記工具を、送り方向に送り動作させる送り手段と、
前記工具を、前記刃先の円弧状のノーズの中心を揺動軸として前記送り方向に平行な面に沿って揺動させる揺動手段と、
前記工具を、前記ノーズの中心を揺動軸として前記送り方向に平行な面に沿って所定の振動数で揺動させながら所定の送り速度で送り動作させるとともに、前記被加工材の1回転毎に前記揺動の位相がずれるように、前記送り手段及び前記揺動手段の作動を制御する制御手段と、を有することを特徴とする切削装置。
It is a cutting device that cuts the work material by pressing the cutting edge of the tool against the work material that rotates around the axis.
A spindle that rotates the work material around the axis, and
A feeding means for feeding the tool in the feeding direction and
A swinging means for swinging the tool along a plane parallel to the feed direction with the center of the arcuate nose of the cutting edge as the swinging axis.
The tool is fed at a predetermined feed rate while swinging at a predetermined frequency along a plane parallel to the feed direction with the center of the nose as a swing axis, and every rotation of the work piece. A cutting device comprising: a feeding means and a control means for controlling the operation of the swinging means so that the swinging phase is deviated from the ground.
前記制御手段が、
前記被加工材の1回転毎に、前記揺動の位相を180度ずらすとともに、
前記被加工材の外周面に対応した位置における前記工具の前記揺動による振動の幅が、前記被加工材の1回転当たりの前記工具の前記送り方向への送り量よりも大きくなるように、前記送り手段及び前記揺動手段の作動を制御する、請求項1に記載の切削装置。
The control means
The phase of the swing is shifted by 180 degrees for each rotation of the work material, and the phase of the swing is shifted by 180 degrees.
The width of the vibration due to the swing of the tool at the position corresponding to the outer peripheral surface of the work material is larger than the feed amount of the tool in the feed direction per rotation of the work material. The cutting device according to claim 1, which controls the operation of the feeding means and the swinging means.
軸線周りに回転する被加工材に工具の刃先を押し当てて該被加工材を切削加工する切削装置の制御方法であって、
前記工具を、前記刃先の円弧状のノーズの中心を揺動軸として送り方向に平行な面に沿って所定の振動数で揺動させながら前記送り方向に所定の送り速度で送り動作させるとともに、前記被加工材の1回転毎に前記揺動の位相をずらすことを特徴とする切削装置の制御方法。
It is a control method of a cutting device that presses the cutting edge of a tool against a work material that rotates around an axis to cut the work material.
The tool is swung at a predetermined frequency along a plane parallel to the feed direction with the center of the arcuate nose of the cutting edge as a swing axis, and is fed at a predetermined feed rate in the feed direction. A method for controlling a cutting device, which comprises shifting the phase of the vibration for each rotation of the material to be processed.
前記被加工材の1回転毎に、前記揺動の位相を180度ずらすとともに、
前記被加工材の外周面に対応した位置における前記工具の前記揺動による振動の幅が、前記被加工材の1回転当たりの前記工具の前記送り方向への送り量よりも大きくなるように、前記工具を揺動させる、請求項3に記載の切削装置の制御方法。
The phase of the swing is shifted by 180 degrees for each rotation of the work material, and the phase of the swing is shifted by 180 degrees.
The width of the vibration of the tool due to the swing at the position corresponding to the outer peripheral surface of the work material is larger than the feed amount of the tool in the feed direction per rotation of the work material. The control method for a cutting device according to claim 3, wherein the tool is swung.
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