機床的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及機床，使某個固定的工具姿態下的工具前端點控制用加工程序動作， 基于設定的工具使用范圍以及工具姿態變化波形圖案一邊使工具姿態變化一邊進行加工， 由此能夠延長工具壽命。
【背景技術】
[0002] 就加工中心而言，已知有具備固定于某一直線移動軸或旋轉軸的主軸、具有一個 以上的直線移動軸或旋轉軸的用于固定工件的工作臺、以及控制這些主軸和工作臺的直線 移動軸以及旋轉軸的數控裝置的機床。
[0003]作為用于飛機、發電機的渦輪部件之一的渦輪葉片一般是在具有主要三個直線移 動軸和至少一個旋轉軸的加工中心進行加工。在該渦輪葉片等（加工形狀1)的形狀加工 中的如半精加工、精加工一樣進行基于微小直線指令的直線移動軸與旋轉軸的同時控制所 得到的加工的情況下，如表示渦輪葉片形狀的圖1A以及表示加工路線的圖1B所示，在針對 工件加工面以某種工具姿態，使用球頭立銑刀（工具2)的側面，沿加工軌跡3所示的加工 路線進行螺旋切削加工。在這種加工方法中一般使用工具前端點控制功能。
[0004]上述的加工方法并不限于渦輪葉片，是使用直線移動軸和旋轉軸的形狀加工中的 一般的加工方法。在圖1A以及圖1B那樣的加工方法中，在大多數CAM軟件中采用如下方 法：相對于某個軸或某個面或某個加工面，如圖2A以及圖2B所示地，在工具的行進方向 (工具行進方向5)以及與工具行進方向5垂直的平面，將工具軸4與工具行進方向5所成 的角度作為導程角6、將工具軸4和、加工形狀1的面和垂直于工具行進方向5的平面交叉 的線段所成的角度作為傾斜角7來決定工具姿態，并制作加工程序。
[0005]但是，在這種加工方法中，如圖3所示，工具的刀刃相對于工件總是在相同部位進 行加工，工具磨損僅在一部分進行。符號2a表示由于僅使用工具2的一部分因而進行磨損 的部位。尤其是渦輪葉片的加工等，由于使用切削性能明顯較差的鎳基合金等被稱為耐熱 合金的金屬，工具磨損的進行較快。因此，需要降低加工條件、更換工具等對策。其結果，花 費大量的工具費用，并且還存在因工具更換而在加工面產生高度差從而導致出現不合格品 的隱患，難以進行有效的加工。
[0006]由此，作為更有效地進行經濟的加工的方法，有采用日本特開平5 - 8148號公報 中公開的方法的情況。在該方法中，在能夠進行至少三軸控制的機床中，通過使在前端以圓 弧狀形成有刀尖的工具在加工中相對于加工對象的工件使其工具姿態變化，相同地使用切 削刃整體，由此使工具壽命提尚。
[0007]在該日本特開平5 - 8148號公報所公開的加工方法中，利用如圖4所示地使工具 姿態變化來進行加工的加工程序，能夠通過一邊改變球頭立銑刀的接觸位置一邊進行加工 的方法廣泛地使用切削刃來實現工具壽命提高。
[0008]但是，在主軸轉速[rpm]與進給速度[mm/min]固定的情況下，如圖5所示，在通過 工具姿態的變化來廣泛使用切削刃的方法中，切削速度[m/min]因工具2的刀尖的接觸直 徑而不同，會生成加工品質不同的加工面。這會對種耐熱合金尤其是鎳基合金的加工帶來 不穩定的加工。
[0009] 以鎳基合金等為主要材料的渦輪葉片根據其使用環境在高溫、高壓的嚴酷條件下 不會損壞部件性能是尤為重要的。因此，對進行切削加工等的情況的加工面的組成狀態有 嚴格指定。其組成狀態根據切削速度[m/min]和進給量f[mm]變動較大。
[0010] 在如圖5所示使工具姿態變化來廣泛地使用切削刃的方法中，切削速度[m/min] 根據刀尖的接觸直徑而有較大差異。在圖5中例如R5. 0球頭立銑刀中，在使工具姿態在工 具前端的10°~80°位置的范圍內變化的情況下，若使主軸轉速[rpm]為2000 [rpm]，則 80°位置的接觸外徑的切削速度為62 [m/min]，但10°位置的切削速度為11 [m/min]。這樣 因為工具姿態而產生大約6倍的切削速度差，因此對加工面的組成狀態造成較大影響的可 能性較高，難以得到均勻的加工面質量。
[0011] 作為用于均勻地得到加工面質量的方法，有采用日本特開2002 - 96243號公報所 公開的方法的情況。該方法為，將從工具與加工物的接觸點向工具中心的距離與工具半徑 的倍率添加至加工程序數據，根據該倍率在數控裝置對轉速和進給速度進行再次計算、再 次指令，從而在使切削速度和進給量為固定的最佳切削加工條件進行連續加工。
[0012] 使用該日本特開2002 - 96243號公報所公開的加工方法，利用進行針對某個工具 姿態時的工具直徑設定的某個切削速度[m/min]的控制的加工裝置，能夠得到均勻的加工 面質量。但是，在如圖6A以及圖6B所示地使工具2為球頭立銑刀的情況下，球頭立銑刀在 其形狀的特性上，在靠近工具中心的位置半徑成為微小，主軸轉速[rpm]成為過大。在圖6A 以及圖6B中，例如在半徑5.0球頭立銑刀中，在工具前端的10°~80°位置的范圍內使 工具姿態變化的情況下，若在80°位置（接觸外徑φ9.848 )使主軸轉速為2000 [rpm](圖 6A)，則在10°位置（接觸外徑φ1.736 )，主軸轉速成為11345 [rpm](圖6B)。
[0013] 這樣，若因工具姿態而使主軸轉速[rpm]產生較大的差異，則有因低旋轉時與高 旋轉時的主軸的溫度上升所致的位移差對加工精度造成影響的擔憂。另外，也需要使進給 速度[mm/min]以與主軸轉速[rpm]相同的比例增減，因此進給速度[mm/min]成為過大，有 可能因主軸轉速過剩、進給速度過大而變得無法追隨軸動作。為了防止主軸轉速過剩、進給 速度的過大，雖然在日本特開2002 - 96243號公報所記載的方法中能夠設定最大轉速和最 小轉速，但若使切削速度固定，則由于使用工具范圍受限，因此成為不現實的方法。
[0014] 綜上所述，以往的使用球頭立銑刀對設定好的某個切削速度[m/min]進行控制的 加工裝置在渦輪葉片加工中并不能說是實用的。
[0015] 因此，近年來采用圖7所示的在工具側面形狀具有曲率半徑較大的滾筒半徑 R的滾筒工具8。該滾筒工具8在其形狀的特性上，工具前端的最小直徑與最大直徑之 差較小。如圖8A-圖8C所示，例如在曲率半徑具有100mm的φ8.0的滾筒工具8中 使用φ6.0 ~φ8.0為止的范圍的情況下，如圖8Α所示，若使φ8.0的位置的主軸轉速為 2000 [rpm]，則接觸外徑φ8.0的切削速度為50 [m/min]。如圖8Β所示，在控制設定好的某個 切削速度[m/min]的情況下，在φ7.0的位置主軸轉速成為2290 [rpm]。如圖8C所示地控 制設定好的某個切削速度[m/min]的情況下，在φ6.0位置主軸轉速成為2667[rpm]。
[0016] 通過使用這樣的滾筒工具8使主軸轉速[rpm]的變化變小，因此低旋轉時與高旋 轉時的主軸的溫度上升引起的位移差變小，對加工精度的影響變小。另外，進給速度[_/ min]以與主軸轉速[rpm]相同的比例增減，所以進給速度的變化也變小，對軸動作的隨動 性的影響變小。
[0017] 但是，在進行渦輪葉片形狀的加工的情況下，滾筒工具8在其形狀的特性上，由于 在工具側面具有較大的曲率半徑，因此以往的球頭立銑刀得到的加工間距（周期進給）過 小，存在因該過小的切入量而產生工具刀尖的咬合不良所致的切削不良的情況。因此，相比 使用球頭立銑刀的情況下的加工間距需要加大使用滾筒工具8的情況下的加工間距。其結 果，由于加大加工間距，加工長度變短加工時間變短，但因為滾筒工具8的大徑R和較大的 間距，加工范圍變寬因此切入量增加，產生的切削熱相比球頭立銑刀增大。在加工耐熱合金 的情況下，存在切削熱積累于工具容易引起工具壽命降低的問題。
[0018] 作為用于解決該問題的方法有如下方法：在制作加工程序的CAD/CAM裝置上利用 根據加工位置詳細指定加工姿態，通過對加工程序再次計算來制作使加工姿態