机床的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机床，使某个固定的工具姿态下的工具前端点控制用加工程序动作， 基于设定的工具使用范围以及工具姿态变化波形图案一边使工具姿态变化一边进行加工， 由此能够延长工具寿命。
【背景技术】
[0002] 就加工中心而言，已知有具备固定于某一直线移动轴或旋转轴的主轴、具有一个 以上的直线移动轴或旋转轴的用于固定工件的工作台、以及控制这些主轴和工作台的直线 移动轴以及旋转轴的数控装置的机床。
[0003]作为用于飞机、发电机的涡轮部件之一的涡轮叶片一般是在具有主要三个直线移 动轴和至少一个旋转轴的加工中心进行加工。在该涡轮叶片等（加工形状1)的形状加工 中的如半精加工、精加工一样进行基于微小直线指令的直线移动轴与旋转轴的同时控制所 得到的加工的情况下，如表示涡轮叶片形状的图1A以及表示加工路线的图1B所示，在针对 工件加工面以某种工具姿态，使用球头立铣刀（工具2)的侧面，沿加工轨迹3所示的加工 路线进行螺旋切削加工。在这种加工方法中一般使用工具前端点控制功能。
[0004]上述的加工方法并不限于涡轮叶片，是使用直线移动轴和旋转轴的形状加工中的 一般的加工方法。在图1A以及图1B那样的加工方法中，在大多数CAM软件中采用如下方 法：相对于某个轴或某个面或某个加工面，如图2A以及图2B所示地，在工具的行进方向 (工具行进方向5)以及与工具行进方向5垂直的平面，将工具轴4与工具行进方向5所成 的角度作为导程角6、将工具轴4和、加工形状1的面和垂直于工具行进方向5的平面交叉 的线段所成的角度作为倾斜角7来决定工具姿态，并制作加工程序。
[0005]但是，在这种加工方法中，如图3所示，工具的刀刃相对于工件总是在相同部位进 行加工，工具磨损仅在一部分进行。符号2a表示由于仅使用工具2的一部分因而进行磨损 的部位。尤其是涡轮叶片的加工等，由于使用切削性能明显较差的镍基合金等被称为耐热 合金的金属，工具磨损的进行较快。因此，需要降低加工条件、更换工具等对策。其结果，花 费大量的工具费用，并且还存在因工具更换而在加工面产生高度差从而导致出现不合格品 的隐患，难以进行有效的加工。
[0006]由此，作为更有效地进行经济的加工的方法，有采用日本特开平5 - 8148号公报 中公开的方法的情况。在该方法中，在能够进行至少三轴控制的机床中，通过使在前端以圆 弧状形成有刀尖的工具在加工中相对于加工对象的工件使其工具姿态变化，相同地使用切 削刃整体，由此使工具寿命提尚。
[0007]在该日本特开平5 - 8148号公报所公开的加工方法中，利用如图4所示地使工具 姿态变化来进行加工的加工程序，能够通过一边改变球头立铣刀的接触位置一边进行加工 的方法广泛地使用切削刃来实现工具寿命提高。
[0008]但是，在主轴转速[rpm]与进给速度[mm/min]固定的情况下，如图5所示，在通过 工具姿态的变化来广泛使用切削刃的方法中，切削速度[m/min]因工具2的刀尖的接触直 径而不同，会生成加工品质不同的加工面。这会对种耐热合金尤其是镍基合金的加工带来 不稳定的加工。
[0009] 以镍基合金等为主要材料的涡轮叶片根据其使用环境在高温、高压的严酷条件下 不会损坏部件性能是尤为重要的。因此，对进行切削加工等的情况的加工面的组成状态有 严格指定。其组成状态根据切削速度[m/min]和进给量f[mm]变动较大。
[0010] 在如图5所示使工具姿态变化来广泛地使用切削刃的方法中，切削速度[m/min] 根据刀尖的接触直径而有较大差异。在图5中例如R5. 0球头立铣刀中，在使工具姿态在工 具前端的10°~80°位置的范围内变化的情况下，若使主轴转速[rpm]为2000 [rpm]，则 80°位置的接触外径的切削速度为62 [m/min]，但10°位置的切削速度为11 [m/min]。这样 因为工具姿态而产生大约6倍的切削速度差，因此对加工面的组成状态造成较大影响的可 能性较高，难以得到均匀的加工面质量。
[0011] 作为用于均匀地得到加工面质量的方法，有采用日本特开2002 - 96243号公报所 公开的方法的情况。该方法为，将从工具与加工物的接触点向工具中心的距离与工具半径 的倍率添加至加工程序数据，根据该倍率在数控装置对转速和进给速度进行再次计算、再 次指令，从而在使切削速度和进给量为固定的最佳切削加工条件进行连续加工。
[0012] 使用该日本特开2002 - 96243号公报所公开的加工方法，利用进行针对某个工具 姿态时的工具直径设定的某个切削速度[m/min]的控制的加工装置，能够得到均匀的加工 面质量。但是，在如图6A以及图6B所示地使工具2为球头立铣刀的情况下，球头立铣刀在 其形状的特性上，在靠近工具中心的位置半径成为微小，主轴转速[rpm]成为过大。在图6A 以及图6B中，例如在半径5.0球头立铣刀中，在工具前端的10°~80°位置的范围内使 工具姿态变化的情况下，若在80°位置（接触外径φ9.848 )使主轴转速为2000 [rpm](图 6A)，则在10°位置（接触外径φ1.736 )，主轴转速成为11345 [rpm](图6B)。
[0013] 这样，若因工具姿态而使主轴转速[rpm]产生较大的差异，则有因低旋转时与高 旋转时的主轴的温度上升所致的位移差对加工精度造成影响的担忧。另外，也需要使进给 速度[mm/min]以与主轴转速[rpm]相同的比例增减，因此进给速度[mm/min]成为过大，有 可能因主轴转速过剩、进给速度过大而变得无法追随轴动作。为了防止主轴转速过剩、进给 速度的过大，虽然在日本特开2002 - 96243号公报所记载的方法中能够设定最大转速和最 小转速，但若使切削速度固定，则由于使用工具范围受限，因此成为不现实的方法。
[0014] 综上所述，以往的使用球头立铣刀对设定好的某个切削速度[m/min]进行控制的 加工装置在涡轮叶片加工中并不能说是实用的。
[0015] 因此，近年来采用图7所示的在工具侧面形状具有曲率半径较大的滚筒半径 R的滚筒工具8。该滚筒工具8在其形状的特性上，工具前端的最小直径与最大直径之 差较小。如图8A-图8C所示，例如在曲率半径具有100mm的φ8.0的滚筒工具8中 使用φ6.0 ~φ8.0为止的范围的情况下，如图8Α所示，若使φ8.0的位置的主轴转速为 2000 [rpm]，则接触外径φ8.0的切削速度为50 [m/min]。如图8Β所示，在控制设定好的某个 切削速度[m/min]的情况下，在φ7.0的位置主轴转速成为2290 [rpm]。如图8C所示地控 制设定好的某个切削速度[m/min]的情况下，在φ6.0位置主轴转速成为2667[rpm]。
[0016] 通过使用这样的滚筒工具8使主轴转速[rpm]的变化变小，因此低旋转时与高旋 转时的主轴的温度上升引起的位移差变小，对加工精度的影响变小。另外，进给速度[_/ min]以与主轴转速[rpm]相同的比例增减，所以进给速度的变化也变小，对轴动作的随动 性的影响变小。
[0017] 但是，在进行涡轮叶片形状的加工的情况下，滚筒工具8在其形状的特性上，由于 在工具侧面具有较大的曲率半径，因此以往的球头立铣刀得到的加工间距（周期进给）过 小，存在因该过小的切入量而产生工具刀尖的咬合不良所致的切削不良的情况。因此，相比 使用球头立铣刀的情况下的加工间距需要加大使用滚筒工具8的情况下的加工间距。其结 果，由于加大加工间距，加工长度变短加工时间变短，但因为滚筒工具8的大径R和较大的 间距，加工范围变宽因此切入量增加，产生的切削热相比球头立铣刀增大。在加工耐热合金 的情况下，存在切削热积累于工具容易引起工具寿命降低的问题。
[0018] 作为用于解决该问题的方法有如下方法：在制作加工程序的CAD/CAM装置上利用 根据加工位置详细指定加工姿态，通过对加工程序再次计算来制作使加工姿态