加工装置、加工方法以及切削工具与流程

1.本发明涉及对工件进行螺纹切削加工的加工装置、加工方法以及切削工具。


背景技术：

2.以往，在使用刀片在工件的外周形成螺纹部分的情况下，使刀片的切削刃沿工件的径向进刀，一边将工件沿其轴线方向进给一边使工件绕轴线旋转。切削刃形成为与螺纹槽相同的形状，在刀片中，除设置有一个该切削刃的类型以外，还存在设置多个切削刃的类型(称为多刃工具)。例如，在专利文献1中公开了第一切削刃与第二切削刃排列配置而成的多刃工具的构造。
3.专利文献1：日本实开昭60-186103号公报
4.根据上述专利文献1所记载的多刃工具，即使第一切削刃磨损，紧接着的第二切削刃也能够重新切削由第一切削刃未能切削的部位。
5.然而，在使用了该多刃工具的情况下，第二切削刃切削第一切削刃切削过的位置，因此存在工件的螺纹底面的加工精度降低的情况。


技术实现要素：

6.本发明是鉴于上述的实际情况而完成的，目的在于提供使工件的螺纹底面的加工精度提高的加工装置、加工方法以及切削工具。
7.作为第一发明，本发明提供一种加工装置，具备：工件保持单元，其保持工件；刀具台，其保持对上述工件进行切削加工的多刃工具；进给单元，其通过上述工件保持单元与上述刀具台的相对移动而使上述多刃工具相对于上述工件在规定的加工进给方向进行进给动作；振动单元，其使上述工件保持单元与上述刀具台在上述工件的径向相对地往复振动；以及旋转单元，其使上述工件与上述多刃工具相对地旋转，上述多刃工具具有沿着上述加工进给方向排列配置的第一切削刃、和配置于该第一切削刃的后方且比该第一切削刃的长度短的第二切削刃，使上述工件与上述多刃工具一边相对地旋转一边沿着上述加工进给方向相对地进给移动，沿着呈规定的螺旋状的同一切削路径多次在上述工件的径向进行进刀加工，由此进行在上述工件形成螺纹部分的螺纹切削加工，该加工装置的特征在于，具备控制部，上述控制部以进行伴随着向上述工件的径向的振动而形成上述螺纹部分的槽加工、和与上述工件的进行了上述槽加工的部位接触而形成上述螺纹部分的精加工的方式对上述进给单元、上述振动单元及上述旋转单元的动作进行控制，该控制部将相对于上述振动单元被设定的振动波形的振幅设定为在上述精加工中使上述第二切削刃的刀尖不与上述工件的螺纹底面接触的值。
8.第二发明的特征在于，上述控制部将相对于上述振动单元被设定的振动波形的振幅设定为在上述精加工中为零。
9.作为第三发明，提供一种加工方法，一边使工件与对该工件进行切削加工的多刃工具相对地旋转，一边使上述多刃工具相对于上述工件沿着规定的加工进给方向相对地进
给移动，沿着呈规定的螺旋状的同一切削路径多次在上述工件的径向进行进刀加工，由此进行在上述工件形成螺纹部分的螺纹切削加工，该加工方法的特征在于，上述多刃工具具有沿着上述加工进给方向排列配置的第一切削刃、和配置于该第一切削刃的后方且比该第一切削刃的长度短的第二切削刃，上述螺纹切削加工包括：槽加工工序，在该工序中，伴随着上述工件与上述多刃工具向上述工件的径向的相对的往复振动而形成上述螺纹部分；以及精加工工序，在该工序中，与上述工件的进行了上述槽加工的部位接触而形成上述螺纹部分，在该精加工工序中，将相对于上述往复振动被设定的振动波形的振幅设定为上述第二切削刃的刀尖不与上述工件的螺纹底面接触的值。
10.作为第四发明，提供一种切削工具，被使用于如下的加工方法：一边使工件与对该工件进行切削加工的多刃工具相对地旋转，一边使上述多刃工具相对于上述工件沿着规定的加工进给方向相对地进给移动，沿着呈规定的螺旋状的同一切削路径多次在上述工件的径向进行进刀加工，由此进行在上述工件形成螺纹部分的螺纹切削加工，该切削工具的特征在于，上述螺纹切削加工包括：槽加工工序，在该工序中，伴随着上述工件与上述多刃工具向上述工件的径向的相对的往复振动而形成上述螺纹部分；以及精加工工序，在该工序中，与上述工件的进行了上述槽加工的部位接触而形成上述螺纹部分，上述多刃工具具有沿着上述加工进给方向排列配置且在上述槽加工工序及上述精加工工序双方中被使用的第一切削刃、和配置于该第一切削刃的后方且仅在上述槽加工工序中被使用的第二切削刃，该第二切削刃的长度被设定为比上述第一切削刃的长度短。
11.本发明能够得到以下的效果。
12.在精加工中，第二切削刃的刀尖不与工件的螺纹底面接触，因此即使在使用多刃工具进行螺纹切削加工的情况下，也能够形成加工精度高的螺纹部分。
附图说明
13.图1是对本发明的一个实施方式的加工装置的概要进行说明的说明图。
14.图2是对工件与多刃工具的关系进行说明的图。
15.图3是对多刃工具进行说明的图。
16.图4是对螺纹切削时序动作(第一遍)进行说明的图。
17.图5是对螺纹切削时序动作(第二遍)进行说明的图。
18.图6是对螺纹切削时序动作(最后一遍)进行说明的图。
19.图7是对工具轨迹(第一遍)进行说明的图。
20.图8是对工具轨迹(第二遍)进行说明的图。
21.图9是对工具轨迹(最后一遍)进行说明的图。
具体实施方式
22.以下，参照附图，对本发明的加工装置、加工方法以及切削工具进行说明。如图1所示，机床100具备主轴110、刀具台130a及控制装置180。机床100相当于本发明的加工装置。
23.在主轴110的前端设置有卡盘120，工件w经由卡盘120被主轴110保持。主轴110相当于工件保持单元。主轴110被主轴台110a支承为自如旋转，例如通过设置于主轴台110a与主轴110之间的主轴马达(例如内置马达)115的动力进行旋转。
24.主轴台110a设置于z轴方向进给机构160。
25.z轴方向进给机构160具备与床身成为一体的基座161、和将z轴方向进给工作台163支承为自如滑动的z轴方向导轨162。z轴方向进给工作台163若通过线性伺服马达165的驱动沿着与工件w的旋转轴线方向一致的图示的z轴方向移动，则主轴台110a在z轴方向移动。线性伺服马达165具有可动件165a及固定件165b，可动件165a设置于z轴方向进给工作台163侧，固定件165b设置于基座161侧。
26.在刀具台130a安装有对工件w进行车削加工的车刀等切削工具130，刀具台130a设置于x轴方向进给机构150。
27.x轴方向进给机构150具备与床身成为一体的基座151、和将x轴方向进给工作台153支承为自如滑动的x轴方向导轨152。x轴方向进给工作台153若通过线性伺服马达155的驱动沿着与图示的z轴方向正交的x轴方向移动，则刀具台130a在x轴方向移动。线性伺服马达155具有可动件155a及固定件155b，可动件155a设置于x轴方向进给工作台153侧，固定件155b设置于基座151侧。
28.也可以将y轴方向进给机构设置于机床100。y轴方向是与图示的z轴方向及x轴方向正交的方向。y轴方向进给机构能够形成与z轴方向进给机构160或x轴方向进给机构150相同的构造。如以往公知的那样，通过x轴方向进给机构150与y轴方向进给机构的组合，除使切削工具130在x轴方向移动以外，还能够使切削工具130在y轴方向移动。
29.列举z轴方向进给机构160、x轴方向进给机构150、y轴方向进给机构使用了线性伺服马达的例子进行了说明，但也可以形成公知的使用了滚珠丝杠与伺服马达的构造。
30.主轴110的旋转、z轴方向进给机构160、x轴方向进给机构150等的移动由控制部181控制。
31.控制部181由cpu、存储器等构成，将例如储存于rom的各种程序、数据加载到ram上，来执行该程序。由此，能够基于程序对机床100的动作进行控制。
32.在图1的例子中，控制部181对主轴马达115进行驱动而使工件w相对于切削工具130旋转，对z轴方向进给机构160进行驱动而使工件w相对于切削工具130在z轴方向移动。另外，对x轴方向进给机构150进行驱动而使切削工具130相对于工件w在x轴方向往复振动，沿着同一切削路径多次呈螺旋状进刀，由此通过切削工具130如图2所示在工件w切削加工有螺纹部分。
33.切削工具130具有保持于刀具台130a的保持器130b，在保持器130b的前端例如螺纹固定有外螺纹加工用的刀片131。
34.如图3所示，刀片131具有形成为棱柱状的工具主体132，在工具主体132的中央位置形成有贯通孔133，并插入有用于将刀片131夹紧于保持器130b的螺钉。在工具主体132的外周例如形成有以2片为1组的切削刃(前刀刃141与后刀刃142)。前刀刃141相当于第一切削刃，后刀刃142相当于第二切削刃。如上，刀片131具有多片切削刃，从而相当于对工件w进行切削加工的多刃工具。此外，在工具主体132的外周设置有共计3组的前刀刃141与后刀刃142，并相互等间隔地配置。
35.前刀刃141与后刀刃142沿着加工进给方向(图2的z轴方向)排列配置，前刀刃141位于比后刀刃142靠前方(z轴的正方向：与z轴的箭头相同的方向。下同)的位置。前刀刃141、后刀刃142形成为与要加工的螺纹槽相同的形状，前刀刃141与后刀刃142的间隔基于
要加工的螺纹部分的节距来决定。
36.另外，将前刀刃141与后刀刃142的刀尖朝向图2的x轴的正方向(与x轴的箭头相同的方向。下同)进行配置，一边将工件w朝向图2的z轴的负方向(与z轴的箭头相反的方向。下同)进给，一边使该工件w如图2中用箭头所示那样以在与前刀刃141和后刀刃142的刀尖的接触位置从图的里侧朝向近前侧的方式旋转，在该情况下，在工件w加工右旋螺纹。
37.此外，在对工件w加工左旋螺纹的情况下，将前刀刃141与后刀刃142的刀尖朝向图2的x轴的负方向(与x轴的箭头相反的方向。下同)进行配置，一边将工件w朝向图2的z轴的负方向进给，一边使该工件w与图2的箭头反向地旋转。
38.在对工件w进行螺纹切削加工的情况下，控制部181如图4～图9中说明的那样，作为一个例子将进刀次数设为5，5次呈螺旋状进行进刀加工而形成螺纹部分。进刀次数是直至形成螺纹部分为止的进刀加工的次数。
39.更具体而言，在例如进行了4次槽加工后，例如进行1次精加工。
40.首先，槽加工是伴随着向工件w的径向的振动(使刀片131相对于工件w沿x轴方向往复振动)而形成螺纹部分的工序，使用前刀刃141与后刀刃142双方。
41.图4、图7是对槽加工的第一遍进行说明的图。
42.将前刀刃141与后刀刃142的刀尖朝向x轴的正方向进行配置，在后刀刃142位于z＝0的位置时，将加工时间设为0sec。在该时刻，前刀刃141的刀尖位于图4的a点，后刀刃142的刀尖位于a点。工件w旋转，由此刀尖相对地向图4的y轴的负方向(与y轴的箭头相反的方向。下同)移动，并且工件w向图2的z轴的负方向被进给，由此刀尖向图4的z轴的正方向移动。前刀刃141与后刀刃142沿工件w的径向(x轴的正方向：纸面的里侧)以规定的前进量移动(往动)，之后沿其相反方向以规定的后退量移动(复动)。若将工件w旋转1圈的切削工具130的往复移动的次数设为振动次数d，则图4、图7是振动次数d为3(次/r)的例子。
43.详细而言，后刀刃142从图4的a点前进到b点而形成工具轨迹t0。此时，后刀刃142从a点向x轴的正方向逐渐被压入，进刀深度在a点与b点的中间位置最大，之后，随着接近b点而进刀深度逐渐变小，之后到达b点。
44.通过相对的刀尖移动，在经过规定时间后，后刀刃142从工具轨迹t0的b点向工具轨迹t1的b点移动。
45.之后，后刀刃142从工具轨迹t1的b点相同地朝向t1的c点。此时，后刀刃142也从b点向x轴的正方向逐渐被压入，进刀深度在b点与c点的中间位置最大，之后，随着接近c点而进刀深度逐渐变小，之后到达c点。之后，后刀刃142按工具轨迹t2、t3、t4、t5、t6
…
的顺序前进。
46.前刀刃141位于比后刀刃142靠前一循环的节距的位置。因此，在后刀刃142位于工具轨迹t0时，从图4的a点前进到b点而形成工具轨迹t0。此时，前刀刃141从a点向x轴的正方向逐渐被压入，进刀深度在a点与b点的中间位置最大，之后，随着接近b点而进刀深度逐渐变小，之后到达b点。通过相对的刀尖移动，在经过规定时间后，前刀刃141从工具轨迹t0的b点向工具轨迹t1的b点移动。之后，前刀刃141从工具轨迹t1的b点相同地朝向t1的c点，之后，前刀刃141按工具轨迹t2、t3、t4、t5
…
的顺序前进。
47.在第一遍中，在后刀刃142位于z＝0的位置时将加工时间设为0sec，因此如将纵轴设为x轴坐标(进刀方向)并将横轴设为导线方向的图7所示，后刀刃142的工具轨迹t0以从
后刀刃主轴相位＝0(度)的位置开始进刀加工的方式往复振动，在后刀刃主轴相位＝60(度)的位置成为峰值而变成复动，在后刀刃主轴相位＝120(度)的位置，后刀刃142的刀尖到达至工件w的外周面。接下来，后刀刃142的工具轨迹t1以从后刀刃主轴相位＝120(度)的位置开始进刀加工的方式往复振动，在后刀刃主轴相位＝240(度)的位置，后刀刃142的刀尖到达至工件w的外周面。
48.另一方面，在第一遍中，在后刀刃142位于z＝0的位置时，前刀刃141位于后刀刃主轴相位＝60(度)的位置。因此，前刀刃141的工具轨迹t0以从后刀刃主轴相位＝60(度)的位置(前刀刃主轴相位＝0(度)的位置)开始进刀加工的方式往复振动，在后刀刃主轴相位＝120(度)的位置(前刀刃主轴相位＝60(度)的位置)成为峰值而变成复动，在后刀刃主轴相位＝180(度)的位置(前刀刃主轴相位＝120(度)的位置)，前刀刃141的刀尖到达至工件w的外周面。
49.因此，如图7所示，前刀刃141的工具轨迹与后刀刃142的工具轨迹在主轴相位(图7的图表的横轴方向)上错开，在前刀刃141的工具轨迹与后刀刃142的工具轨迹产生重叠。后刀刃142的工具轨迹t0包含于前刀刃141的工具轨迹t0的工具轨迹的重叠的期间由于已经由前刀刃141(工具轨迹t0)完成切削，所以后刀刃142(工具轨迹t0)位于实际上不切削工件w的无效期间，从而在工件w产生的切屑被分割而成为碎片。之后，在第一遍中，若后刀刃142在复动时到达前刀刃141的工具轨迹，则切屑被分割。
50.图5、图8是对第二遍的槽加工进行说明的图。
51.第二遍的进刀量被设定为例如与第一遍相同的值，在将刀尖朝向x轴的正方向进行了配置的前刀刃141位于z＝0的位置时，将加工时间设为0sec。
52.前刀刃141从工具轨迹t0起按t1、t2、t3、t4、t5、t6
…
的顺序前进，在前刀刃141为工具轨迹t3时，后刀刃142位于z＝0的位置(用工具轨迹t3表示)，并按t4、t5、t6、t7、t8
…
的顺序前进。
53.在第二遍中，在前刀刃141位于z＝0的位置时将加工时间设为0sec，因此如图8所示，前刀刃141的工具轨迹t0以从前刀刃主轴相位＝0(度)的位置开始进刀加工的方式往复振动，在前刀刃主轴相位＝60(度)的位置成为峰值而变成复动，在前刀刃主轴相位＝120(度)的近前到达第一遍的余量(图中用虚线表示)。接着，前刀刃141的工具轨迹t1以从前刀刃主轴相位＝120(度)的位置开始进刀加工的方式往复振动，在前刀刃主轴相位＝240(度)的近前到达第一遍的余量。
54.因此，如图8所示，在前刀刃141的工具轨迹与第一遍的余量产生重叠。前刀刃141的工具轨迹t0包含于第一遍的余量的工具轨迹的重叠的期间成为前刀刃141(工具轨迹t0)实际上不切削工件w的无效期间，从而在工件w产生的切屑被分割。
55.另一方面，在该第二遍中，在前刀刃141为工具轨迹t3时，后刀刃142位于z＝0的位置(用工具轨迹t3表示)。因此，后刀刃142的工具轨迹t3以从前刀刃主轴相位＝300(度)的位置(后刀刃主轴相位＝0(度)的位置)开始进刀加工的方式往复振动，在前刀刃主轴相位＝0(度)的位置(后刀刃主轴相位＝60(度)的位置)成为峰值而变成复动，在前刀刃主轴相位＝60(度)的位置(后刀刃主轴相位＝120(度)的位置)的近前，后刀刃142的刀尖到达前刀刃141的工具轨迹t3。
56.因此，如图8所示，在前刀刃141的工具轨迹与后刀刃142的工具轨迹产生重叠。后
刀刃142的工具轨迹t3包含于前刀刃141的工具轨迹t3的工具轨迹的重叠的期间成为后刀刃142(工具轨迹t3)实际上不切削工件w的无效期间，从而在工件w产生的切屑被分割。之后，在第二遍中，在前刀刃141在复动时到达了第一遍的余量的情况下，或者若后刀刃142在复动时到达前刀刃141的工具轨迹，则切屑被分割。
57.另外，虽省略图示，但在该槽加工中，在第三遍中，例如在后刀刃142位于z＝0的位置时将加工时间设为0sec，在第四遍中，例如在前刀刃141位于z＝0的位置时将加工时间设为0sec。并且，例如改变第三遍与第四遍的进刀量，将第三遍的进刀量设定为比第二遍的进刀量小的值，将第四遍的进刀量设定为比第三遍的进刀量小的值。
58.由此，在第三遍中，在后刀刃142到达了第二遍的余量的情况下，或者若后刀刃142到达前刀刃141的工具轨迹，则切屑被分割。另外，在第四遍中，在前刀刃141到达了第三遍的余量的情况下，或者若后刀刃142到达前刀刃141的工具轨迹，则切屑被分割。
59.上述的槽加工是伴随着向工件w的径向的振动的工序，而精加工是不伴随着向工件w的径向的振动而形成螺纹部分的工序，仅使用前刀刃141而不使用后刀刃142。因此，后刀刃142的长度被设定为比前刀刃141的长度短，如图3所示，后刀刃142的刀尖设置于比前刀刃141的刀尖低h量的位置。换言之，在伴随着振动的槽加工时调整进刀量与振幅，由此利用前刀刃141与后刀刃142进行加工，在不伴随振动的精加工时，仅前刀刃141进行加工。此外，控制部181也可以将振动波形的振幅设定为在精加工中使后刀刃142的刀尖不与工件w的螺纹底面接触的值。振幅例如能够通过相对于实际的切削工具对工件w的进刀量的比率(振幅进刀比率)进行设定。
60.图6、图9是对第五遍的精加工进行说明的图。
61.最后的第五遍的进刀量被设定为比第四遍的进刀量小的值。在该第五遍中，不在工件w的径向往复振动，因此如图9所示，进刀量为恒定值。若在前刀刃141位于z＝0的位置时将加工时间设为0sec，则前刀刃141的刀尖与图6中用虚线表示的螺纹底面接触并前进，从而切削工件w的螺纹底面。
62.像这样，在精加工中，后刀刃142的刀尖不与工件w的螺纹底面接触，因此即使在使用刀片131进行螺纹切削加工的情况下，也能够形成加工精度高的螺纹部分。
63.另外，若使用多刃的刀片131，则与使用了切削刃为1片的类型的情况相比，能够减少遍数，从而能够缩短加工时间。另外，后刀刃142切削前刀刃141未切削到的部位，前刀刃141切削后刀刃142未切削到的部位，因此在每一个刀刃中产生的切削阻力变小，从而寿命变长。
64.在图1中，对主轴马达115相当于旋转单元，z轴方向进给机构160相当于使主轴110在z轴方向(规定的加工进给方向)移动的进给单元，x轴方向进给机构150相当于基于设定好的振动波形使切削工具130在x轴方向往复振动的振动单元的例子进行了说明。但是，本发明不限定于该例。例如，也可以将振动单元与x轴方向进给机构150分开设置。另外，在使切削工具130沿z轴方向进给的情况下，也能够使主轴110旋转停止而使切削工具130旋转。
65.另外，使用附图说明了切削刃由两片构成的例子，但切削刃也可以由三片以上构成。
66.附图标记说明
67.100
…
机床(加工装置)；110
…
主轴(工件保持单元)；110a
…
主轴台；115
…
主轴马
达(旋转单元)；120
…
卡盘；130
…
切削工具；130a
…
刀具台；130b
…
保持器；131
…
刀片(多刃工具)；132
…
工具主体；133
…
贯通孔；141
…
前刀刃(第一切削刃)；142
…
后刀刃(第二切削刃)；150
…
x轴方向进给机构(振动单元)；151
…
基座；152
…
x轴方向导轨；153
…
x轴方向进给工作台；154
…
x轴方向引导件；155
…
线性伺服马达；155a
…
可动件；155b
…
固定件；160
…
z轴方向进给机构(进给单元)；161
…
基座；162
…
z轴方向导轨；163
…
z轴方向进给工作台；164
…
z轴方向引导件；165
…
线性伺服马达；165a
…
可动件；165b
…
固定件；180
…
控制装置；181
…
控制部；h
…
从前刀刃的刀尖至后刀刃的刀尖的长度；t0～t6
…
前刀刃的工具轨迹；t0～t8
…
后刀刃的工具轨迹；w
…
工件。