机床及其控制方法
【专利摘要】本发明提供一种机床及其控制方法，能够进一步抑制刀具发生崩刃而延长刀具的寿命。该机床具有：旋转驱动单元，其驱动安装有对工件进行加工的刀具的主轴旋转；以及移动单元，其使刀具相对于工件相对移动，该机床设有转速调节单元，该转速调节单元能够控制旋转驱动单元来调节主轴的转速，该机床还具有加工开始判断单元，该加工开始判断单元对通过旋转驱动单元驱动主轴旋转而开始了刀具对工件的加工的情况进行判断，转速调节单元以由加工开始判断单元判断出加工的开始为条件，将主轴的转速降低至预先设定的规定的转速之后，使其按指数函数上升，达到降低前的转速。
【专利说明】机床及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机床及所述机床的控制方法，所述机床可将安装有对工件进行加工的刀具的主轴的转速调节至规定的转速。
【背景技术】
[0002]例如专利文献I公开了:一种机床，其具有:旋转驱动单元，其驱动安装有对工件进行加工的刀具的主轴旋转；移动单元，其使得所述刀具相对于所述工件相对移动；其中，在由刀具加工工件的一个工序内，使用刀具开始对工件进行加工之后，在规定的期间即加工开始期间内，进行控制，使得主轴的转速按一次函数缓缓上升至最终的转速，使得刀具的移动速度按一次函数缓缓上升至最终的移动速度。如专利文献I的机床，当使得主轴的转速按一次函数缓缓上升至最终的转速时，与使得主轴的转速急剧地向最终的转速上升的情况相比，能够缓和在加工工件时施加给刀具的冲击，因此有望抑制刀具发生崩刃。
[0003]在先技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2004-322246号公报
【发明内容】
[0006]发明所要解决的课题
[0007]但是，即使是如上所述，将主轴的转速按一次函数缓缓提高至最终的转速的情况，例如由于工件是难切削材料，必须使用刀具对难切削材料进行强力切削时，也不能使施加到刀具的冲击力变得更小，因此担心无法充分抑制刀具发生崩刃，刀具的寿命缩短。
[0008]本发明是鉴于这种情况而提出的，目的在于提供一种能够进一步抑制刀具发生崩刃而延长刀具的寿命的机床及所述机床的控制方法。
[0009]用于解决课题的手段
[0010]第一方面的发明涉及的机床具有:旋转驱动单元，其驱动安装有对工件进行加工的刀具的主轴旋转；以及移动单元，其使所述刀具相对于所述工件相对移动，该机床设有转速调节单元，所述转速调节单元能够控制所述旋转驱动单元来调节所述主轴的转速，所述机床的特征在于，还具有加工开始判断单元，该加工开始判断单元对通过所述旋转驱动单元驱动所述主轴旋转而开始了所述刀具对所述工件的加工的情况进行判断，所述转速调节单元以由所述加工开始判断单元判断出所述加工的开始为条件，将所述主轴的转速降低至预先设定的规定的转速之后，逐渐提高所述主轴的转速的上升率，使所述主轴的转速达到所述降低前的转速。
[0011]第二方面的发明的特征在于，根据第一方面，所述转速调节单元使已降低至所述规定的转速的所述主轴的转速按指数函数上升而达到该降低前的转速。
[0012]在第三方面的发明涉及的机床的控制方法中，驱动安装有对工件进行加工的刀具的主轴旋转，使所述刀具相对于所述工件相对移动，可以调节所述主轴的转速，该控制方法的特征在于，执行以下步骤:加工开始判断步骤，对通过驱动所述主轴旋转而开始了所述刀具对所述工件的加工的情况进行判断；以及转速调节步骤，以通过所述加工开始判断步骤判断出所述加工的开始为条件，将所述主轴的转速降低至预先设定的规定的转速之后，逐渐提高所述主轴的转速的上升率，使所述主轴的转速达到所述降低前的转速。
[0013]第四方面的发明的特征在于，根据第三方面，在所述转速调节步骤中，使已降低至所述规定的转速的所述主轴的转速按指数函数上升而达到该降低前的转速。
[0014]发明的效果
[0015]根据第一方面的发明涉及的机床及第三方面的发明涉及的机床的控制方法，在刚开始利用刀具对工件进行加工之后，立即使安装有所述刀具的主轴的转速降低至规定的转速，由此可以缓和在工件的加工过程中向刀具施加的冲击。因此，可以抑制刀具发生崩刃。进一步地，开始了工件的加工之后，直至使主轴的转速达到降低前的转速为止，通过抑制主轴转速的急剧上升，能够缓和向刀具施加的冲击，因此可以抑制刀具发生崩刃。其结果是可以延长刀具的寿命。
[0016]根据第二及第四方面的发明，直到使低于规定转速的主轴的转速达到该降低前的转速为止，可以抑制主轴转速的急剧上升。由此，直至使主轴的转速达到降低前的转速为止，能够缓和向刀具施加的冲击，因此可以抑制刀具发生崩刃。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明的一个实施方式的加工中心机的示意图。
[0018]图2是关于在该加工中心机中按指数函数提高主轴转速的处理的流程图。
[0019]图3是对应于切削距离地示出渐增调节时的主轴转速达到启动时的主轴转速的程度的曲线图。
[0020]图4是示出与切削次数对应的崩刃大小程度的曲线图。
[0021]标号说明
[0022]I加工中心机；
[0023]8第一驱动电机；
[0024]9、I5滚珠丝杠；
[0025]11驱动轴；
[0026]13刀具主轴；
[0027]14 刀具；
[0028]16第三驱动电机；
[0029]20运算装置；
[0030]23主轴转速调节装置；
[0031]M主轴电机；
[0032]W 工件。
【具体实施方式】
[0033]参照图1至图4对本发明的实施方式进行说明。如图1所示，加工中心机I具有基台2、工作台3、立柱4、主轴头5以及控制装置6。而加工中心机I是本发明的机床的一例。
[0034]基台2的上表面设有工作台3及第一驱动电机8。在第一驱动电机8的旋转轴上，同心地联结有在基台2的前后方向(Y方向)上延伸的滚珠丝杠9。并且，固定在工作台3上的螺母部件(无图示)与滚珠丝杠9进行螺纹结合。当滚珠丝杠9由于第一驱动电机8的驱动而旋转时，所述螺母部件向Y方向移动。伴随此，能够使得工作台3向Y方向移动。在该工作台3的上表面，装卸自由地固定有工件W。
[0035]此外，基台2的上表面在工作台3的后方位置(图1的左侧)立起地设有立柱4。在立柱4的前表面(图1的右侧)，从立柱4的主视图来看可旋转地保持着沿左右方向(X方向)延伸的驱动轴11。该驱动轴11同心地与无图示的第二驱动电机联结。而且将座架12配置在驱动轴11的前侧(图1的右侧)，使固定在座架12的螺母部件(无图示)与驱动轴11进行螺纹结合。进而，在工作台3的上方，座架12上设有朝下支撑刀具主轴13的主轴头5，其中，刀具主轴13上安装有刀具14。主轴头5上安装有使刀具主轴13旋转的主轴电机M。并且，将该主轴头5上固定的螺母部件(无图示)与沿着座架12的上下方向(Z方向)延伸的滚珠丝杠15进行螺纹结合。而且该滚珠丝杠15同心地与固定在座架12的第三驱动电机16的旋转轴联结。在该加工中心机I中，当通过所述第二驱动电机驱动驱动轴11旋转时，座架12的螺母部件在X方向上移动，结果是，能够使刀具14与座架12—起沿X方向移动。而当通过第三驱动电机16驱动滚珠丝杠15旋转时，主轴头15的螺母部件在Z方向上移动，结果是，能够使设在主轴头5上的刀具14沿Z方向移动。使用刀具14对工件W进行切削加工时，通过主轴电机M使刀具主轴13旋转，一边使刀具14旋转一边使其在Z方向上移动以切入工件W，同时将刀具14向X方向移动并使得工作台3在Y方向上移动。而第一及第三驱动电机8，16、第二驱动电机、滚珠丝杠9，15及驱动轴11、工作台3与主轴头5与座架12间的各螺母部件为本发明的移动单元的一例。并且,主轴电机M是本发明的旋转驱动单元的一例。
[0036]另外，如图1所示，控制装置6具有运算装置20、存储装置21、主轴扭矩测定装置22、主轴转速调节装置23以及驱动电机控制装置24。运算装置20上连接有存储装置21。该存储装置21分别存储有可安装在刀具主轴13上的各种刀具14的半径数据、刀具主轴13的阈值扭矩数据、以抑制刀具14发生崩刃为目的而计算用于控制主轴电机M的转速的指令转速的计算式、在主轴电机M启动时控制该主轴电机M的转速的指令转速数据、用于分别控制第一及第三驱动电机8，16、第二驱动电机的转速的指令转速数据、以及NC程序。所述阈值扭矩数据如后面所述，用于检测是否已开始使用刀具14对工件W进行切削加工。
[0037]并且，运算装置20上连接有主轴扭矩测定装置22，该主轴扭矩测定装置22在主轴头5内配置于刀具主轴13的外侧。作为一例，在使用刀具14对工件W进行切削加工时，该主轴扭矩测定装置22根据在该主轴扭矩测定装置22的线圈上产生的电动势，测定施加给刀具主轴13的扭矩。并且，运算装置20可以从主轴扭矩测定装置22接收刀具主轴13的测定扭矩数据。
[0038]而且，运算装置20上连接有主轴转速调节装置23，该主轴转速调节装置23与主轴电机M连接。如后所述，在判断为测定扭矩数据超过阈值扭矩数据时，运算装置20使用存储装置21所存储的计算式，算出用于控制主轴电机M的转速的指令转速。主轴转速调节装置23从运算装置20接收与该指令转速相应的转速指令后，向主轴电机M发送该转速指令。
[0039]另外，运算装置20上连接有驱动电机控制装置24，该驱动电机控制装置24与第一及第三驱动电机8，16、上述第二驱动电机连接。根据NC程序使用刀具14对工件W进行切削加工时，驱动电机控制装置24从运算装置20接收存储装置21所存储的指令转速数据。该驱动电机控制装置24接收指令转速数据后，向第一及第三驱动电机8，16、第二驱动电机发送与该指令转速数据相应的转速指令。由此，第一驱动电机8等的旋转轴按规定的速度进行旋转，结果是，使得刀具14在X方向或Z方向上移动，使得工作台3在Y方向上移动。
[0040]接下来，根据图2的流程图，对在刀具14对工件W的切削距离低于刀具14的半径的范围内利用控制装置6调节刀具主轴13的转速的方法进行说明。控制装置6的电源开启后，运算装置20执行刀具半径取得处理(SI)。在该刀具半径取得处理(SI)中，执行从存储装置21中取得安装于刀具主轴13上的刀具14的半径数据这一处理。
[0041]在刀具半径取得处理(SI)之后，运算装置20执行主轴扭矩取得处理(S2)。在该主轴扭矩取得处理(S2)中，根据存储装置21所存储的与主轴电机M启动时的指令转速数据相应的转速指令，使用通过主轴电机M按规定的转速旋转的刀具14对工件W进行切削加工时，执行取得通过主轴扭矩测定装置22测定的刀具主轴13的测定扭矩数据这一处理。
[0042]在主轴扭矩取得处理(S2)之后，运算装置20从存储装置21读取阈值扭矩数据，对比由主轴扭矩取得处理(S2)取得的测定扭矩数据和阈值扭矩数据，判断测定扭矩数据是否超过阈值扭矩数据(S3)。不使用刀具14对工件W进行切削加工，在S3中，判断为测定扭矩数据低于阈值扭矩数据时,返回主轴扭矩取得处理(S2)。而使用通过主轴电机M按规定的转速旋转的刀具14开始了对工件W的切削加工后，在S3中，判断为测定扭矩数据超过阈值扭矩数据时，运算装置20执行主轴转速变更处理(S4)。运算装置20反复执行主轴转速变更处理(S4)，直到在S5中判断为切削距离超过刀具14的半径。本实施方式中，在S3中，判断为测定扭矩数据超过阈值扭矩数据的情况下，通过判断为已开始使用刀具14对工件W进行切削加工，可以从正确的加工开始点执行主轴转速变更处理(S4)。
[0043]在主轴转速变更处理(S4)中，执行以下处理:使用存储于存储装置21中的如下式子(I)，依次算出用于控制主轴电机M的转速的指令转速Sc，直至切削距离超过刀具14的半径为止。而运算装置20执行以下处理:向主轴转速调节装置23依次发送与所述指令转速Sc相应的指令转速数据，直至切削距离超过所述半径为止。
[0044]Sc = S0X {0.8+0.2X eXP [ — 7.5X (r — L) /r]} [mirT1]…(I)
[0045]此处，S0是刀具主轴13的指令转速[mirT1]、r是刀具14的半径[mm]、L是切削距离[mm]。
[0046]在主轴转速变更处理(S4)中，主轴转速调节装置23向主轴电机M依次提供与从运算装置20依次接收的指令转速数据相应的转速指令。与该指令转速数据相应的指令转速S。在刚开始使用刀具14对工件W进行切削加工后立即变为刀具主轴13的指令转速Stl的80%，随着切削距离(L)的增大，按指数函数逐渐变大，当切削距离(L)与刀具14的半径(r)相等时，达到相当于指令转速Stl的100%的值。因此主轴电机M如图3所示，根据与指令转速S。相应的转速指令，在刚开始所述切削加工之后立即使得刀具主轴13的转速降低至启动时的80%，之后使其按指数函数上升后，在切削距离(L)与所述半径(r、此例中为25mm)相等时，使刀具主轴13的转速达到相当于所述启动时的100%的值。在此，将使得刀具主轴13的转速降低至启动时的80%后按指数函数上升的控制称为指数函数控制。进行这样的指数函数控制，若在刚开始所述切削加工后立即使得安装了刀具14的刀具主轴13的转速降低至启动时的80%，则能够缓和切削加工过程中施加给刀具14的冲击。因此，可以抑制刀具14发生崩刃。甚至，开始了切削加工之后，直至刀具主轴13的转速达到启动时的转速为止，由于抑制了刀具主轴13的转速的急剧上升，因此能够缓和向刀具14施加的冲击，由此，也可以抑制刀具14发生崩刃。而运算装置20及主轴转速调节装置23为本发明的转速调节单元的一例，刀具主轴13启动时的转速的80%为本发明的规定的转速的一例。另外，主轴转速变更处理(S4)为本发明的转速调节步骤的一例。
[0047]而在S5中，当判断为切削距离超过刀具14的半径时，运算装置20结束主轴转速变更处理(S4)，使得刀具主轴13按启动时的转速旋转，同时根据具NC程序使用刀具14对工件W进行切削加工。本实施方式中，只有在切削距离低于刀具14的半径的范围内才执行主轴转速变更处理(S4)，到切削距离与所述半径相等为止的时间与对工件W进行的总切削加工时间相比非常短。因此，执行主轴转速变更处理(S4)的过程中，即使使得刀具主轴13的转速低于启动时，工件W的总加工时间也仅仅延长一点，并不会大幅延长。
[0048]在图4中，与刀具主轴13的转速的控制方法不同，示出测定与切削次数对应的刀具14的崩刃大小程度的例子。选择具有以下测定条件的槽切削加工:工件W为钛合金，刀具14为直径50mm的铣削刀具，切削速度为45m/min，进给速度为0.1mm/刃，刀具轴向切深为15mm,刀具径向切深为50mm,刀刃为4片。而作为所述转速的控制方法,选择上述指数函数控制、直线控制(参见图3)、无控制。直线控制为:刚刚开始槽切削加工后立即将转速降低至启动时的80%，然后使其按一次函数上升，之后在切削距离与铣削刀具的半径相等时，使得该转速达到相当于所述启动时的100%的值；无控制为:从刚刚开始槽切削加工后直至切削距离与铣削刀具的半径相等时，将转速维持在启动时的100%的值。如图4所示，在任一控制方法中，得到以下测定结果:随着铣削刀具的切削次数的增加，刀具的崩刃增大，切削次数为15次时，通过指数函数控制的崩刃大小的比例为无控制下的崩刃大小的1/8，是直线控制下的崩刃大小的1/3.5。因此，可以确定在三个控制方法中，进行指数函数控制最能够抑制崩刃的发生。这是因为:进行指数函数控制时，开始使用铣削刀具对工件W进行切削加工后，过一会儿，仅仅使得刀具主轴13的转速从启动时的80%稍稍上升，因此使得刀具主轴13的转速低于启动时的转速这一状态长时间持续，由此崩刃难以发生。而必须使用铣削刀具对难削材料进行强力切削的情况下，与根据图4的测定结果进行指数函数控制和无控制或直线控制的情况相比，可以抑制铣削刀具发生崩刃。其结果是具有这样的优点:即使在强力切削中，也能够延长铣削刀具的寿命。
[0049](本实施方式的效果)
[0050]在本实施方式的加工中心机I及其控制方法中，刚刚开始使用刀具14对工件W进行切削加工后，使得安装了刀具14的刀具主轴13的转速降低为启动时的80%，由此可以缓和切削加工过程中施加给刀具14的冲击。因此，可以抑制刀具14发生崩刃。另外，开始切削加工之后，直至使得刀具主轴13的转速达到启动时的转速为止，由于抑制了刀具主轴13的转速急剧上升，能够缓和向刀具14施加的冲击，因此可以抑制刀具发生崩刃。其结果是可以延长刀具的寿命。
[0051]本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离本发明的宗旨的范围内适当变更一部分结构来实施。在上述实施方式中，示出了进行指数函数控制以抑制刀具14发生崩刃的例子，但不仅限于此。例如，为了抑制崩刃的发生，还可以使得刀具主轴13的转速降低至启动时的80%，之后向下突出，按上升率逐渐增大的二次函数、三次函数或双曲线函数使其上升，达到相当于启动时的100%的值。由此，与上述实施方式同样地，开始切削加工之后，直至使得刀具主轴13的转速达到启动时的转速为止，由于抑制了刀具主轴13的转速急剧上升，能够缓和向刀具14施加的冲击。因此，可以抑制刀具14发生崩刃。
[0052]此外，与上述实施方式不同，还可以使得刀具主轴13的转速下降至低于启动时的80%的适当转速，之后按指数函数使其上升。并且，还可以在不明显延长工件W的总加工时间的同时，在切削距离超过刀具半径的范围内也进行指数函数控制，抑制崩刃的发生。甚至，还可以与上述实施方式不同，例如，在将向X方向、Y方向、Z方向的进给指令从用于让刀具14接近或远离工件(工件9)时的快进指令切换为用于加工时的切削进给指令的时间点，判断为已开始使用刀具14对工件W进行切削加工。另外，还可以执行具有指令码的加工控制程序，该指令码指示开始使用刀具14对工件W进行切削加工的切削加工开始点，通过运算装置20分析所述指令码，判断为已开始所述切削加工。
【权利要求】
1.一种机床，该机床具有: 旋转驱动单元，其驱动安装有对工件进行加工的刀具的主轴旋转；以及 移动单元，其使所述刀具相对于所述工件相对移动， 并且，该机床设有转速调节单元，该转速调节单元能够控制所述旋转驱动单元来调节所述主轴的转速， 该机床的特征在于，还具有加工开始判断单元，该加工开始判断单元对通过所述旋转驱动单元驱动所述主轴旋转而开始了所述刀具对所述工件的加工的情况进行判断， 所述转速调节单元以由所述加工开始判断单元判断出所述加工的开始为条件，将所述主轴的转速降低至预先设定的规定的转速之后，逐渐提高所述主轴的转速的上升率，使所述主轴的转速达到所述降低前的转速。
2.根据权利要求1所述的机床，其特征在于， 所述转速调节单元使已降低至所述规定的转速的所述主轴的转速按指数函数上升而达到该降低前的转速。
3.一种机床的控制方法，驱动安装有对工件进行加工的刀具的主轴旋转，使所述刀具相对于所述工件相对移动，能够调节所述主轴的转速， 该控制方法的特征在于，执行以下步骤: 加工开始判断步骤，对通过驱动所述主轴旋转而开始了所述刀具对所述工件的加工的情况进行判断；以及 转速调节步骤，以通过所述加工开始判断步骤判断出所述加工的开始为条件，将所述主轴的转速降低至预先设定的规定的转速之后，逐渐提高所述主轴的转速的上升率，使所述主轴的转速达到所述降低前的转速。
4.根据权利要求3所述的机床的控制方法，其特征在于， 在所述转速调节步骤中，使已降低至所述规定的转速的所述主轴的转速按指数函数上升而达到该降低前的转速。
【文档编号】B23Q15/12GK104289972SQ201410333757
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2013年7月19日
【发明者】稻垣浩 申请人:大隈株式会社