切割刀具和加工装置 |
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| 申请号 | CN201380079887.1 | 申请日 | 2013-10-11 | 公开(公告)号 | CN105592988A | 公开(公告)日 | 2016-05-18 |
| 申请人 | 日本省力机械株式会社; | 发明人 | 田中章夫; | ||||
| 摘要 | 提供切割刀具和加工装置，即使不使用昂贵的切割刀具或者不采用特别的加工方法，也能够进行例如对FRP等 复合材料 的加工。加工装置(1)是在六轴垂直多关节 机器人 (3)上设置空压 气缸 (5A、5A)且经由空压气缸(5A、5A)设置切割刀具(10)而成的装置，其中，切割刀具(10)一体地具有：与 树脂 成型品(20)对应的仿形部(10B)；以及刀尖位于仿形部(10B)的附近且楔 角 (β)为15～120°的切削刃部(10A)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种切割刀具，其特征在于， |
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| 说明书全文 | 切割刀具和加工装置技术领域背景技术[0003] 现有技术文献 [0004] 专利文献 [0005] 专利文献1：日本特许第4231895号公报 发明内容[0006] 发明要解决的课题 [0007] 但是，近年来，出现了FRP、CFRP、GFRP等将纤维放入塑料中来提高强度的复合材料，且广泛用于各种工业制品。在使用这种复合材料的树脂制品中，在材料的特性方面，容易产生切削工具的碎裂、缺损、磨损等损伤，并且导致切割刀具等工具的寿命缩短。 [0008] 因此，需要使用损伤更少的昂贵的工具，或者采用特别的加工方法，这会导致加工装置的成本增大。 [0009] 本发明的目的在于消除上述的以往技术所具有的课题，提供一种切割刀具和加工装置，即使不使用昂贵的切割刀具或者采用特别的加工方法，也能够进行例如FRP等复合材料的加工。 [0010] 用于解决课题的手段 [0011] 为了解决上述课题，本发明的切割刀具的特征在于一体地具有：与工件对应的仿形部；和刀尖位于所述仿形部的附近且楔角为15～120°的切削刃部。 [0012] 根据该结构，通过使楔角比以往大，能够在不引起切削刃部的碎裂等损伤的情况下对例如作为难削材料的FRP、CFRP、GFRP等复合材料进行加工。 [0013] 因此，可以无需为了延长寿命而使用昂贵的切割刀具或者采用特别的加工方法，能够抑制加工装置的成本增加。并且，通过设置仿形部而能够抑制切削刃部相对于工件的切入。 [0014] 在上述结构中，所述切削刃部的刀尖可以位于所述仿形部的后方。根据该结构，即使工件产生变形，也能够进一步抑制切削刃部向工件切入。 [0015] 并且，在上述结构中，所述切削刃部的刀尖也可以位于所述仿形部的前方。根据该结构，能够将形成刀尖的面作为仿形部，因此能够使切割刀具形成为简单的形状，能够抑制成本。 [0016] 并且，在上述结构中，切割刀具主体可以是平板状。根据该结构，通过使切割刀具主体为平板状而能够在加工中容易地使切割刀具主体追随工件，能够提高加工性。 [0017] 并且，本发明的加工装置是在机器人上经由施力机构设置切割刀具而成的装置，其特征在于，所述切割刀具一体地具有：与工件对应的仿形部；和刀尖位于所述仿形部的附近且楔角为15°～120°的切削刃部。 [0018] 根据上述结构，通过使加工装置所具有的切削刃部的楔角比以往大，由此能够在不引起切削刃部的碎裂等损伤的情况下对例如作为难削材料的FRP、CFRP、GFRP等复合材料进行加工。因此，可以无需为了延长寿命而使用昂贵的切割刀具或者采用特别的加工方法，能够抑制加工装置的成本增加。并且，通过设置仿形部而能够抑制切削刃部相对于工件的切入。 [0019] 发明效果 [0020] 根据本发明，通过使楔角比以往大，能够在不引起切削刃部的碎裂等损伤的情况下对例如作为难削材料的FRP、CFRP、GFRP等复合材料进行加工。 [0022] 图1是示出本发明的第1实施方式的加工装置的说明图。 [0023] 图2是示出加工装置的臂末端部的放大说明图。 [0024] 图3是示出切割刀具及其安装部分的俯视图。 [0025] 图4是示出去毛刺动作时的切割刀具及其安装部分的放大立体图。 [0026] 图5是示出切割刀具的末端部分的剖视图。 [0027] 图6是示出第1实施方式的切割刀具的其他的使用方式的剖视图。 [0028] 图7是示出本发明的第2实施方式的切割刀具的末端部分的剖视图。 [0029] 图8是示出本发明的第3实施方式的切割刀具的末端部分的剖视图。 [0030] 图9是示出本发明的第4实施方式的切割刀具的末端部分的剖视图。 [0031] 图10是示出本发明的第5实施方式的切割刀具的末端部分的剖视图。 [0032] 图11是示出本发明的第6实施方式的切割刀具的末端部分的剖视图。 具体实施方式[0033] 以下，根据附图对本发明的一个实施方式进行说明。 [0034] ＜第1实施方式＞ [0035] 图1是示出本发明的第1实施方式的加工装置1的说明图。 [0036] 加工装置1是去毛刺装置，具有所谓的六轴垂直多关节机器人3，在六轴垂直多关节机器人3的关节3A～3F中的最末端的关节3F的臂末端部3G上保持有切割刀具10。 [0037] 图2是示出加工装置1的臂末端部3G的放大说明图。 [0038] 在臂末端部3G上安装有带空气驱动的滑动工作台4，滑动部5移动自如地设置于滑动工作台4。滑动部5被一对空压气缸5A、5A驱动，该一对空压气缸5A、5A借助对设置于臂末端部3G的两侧的一对空气供给口(未图示)施加的空气压力进行动作。 [0039] 由于空压气缸5A、5A被配置为夹着滑动部5对置，因此通过施加给与各空压气缸5A连通的空气供给口的空气压力，分别产生按压滑动部5的方向相反的按压力。依赖于这些按压力的平衡，滑动部5的位置在箭头A方向上移动自如，即，相对于后述的树脂成型品成为浮动状态，滑动部5构成浮动机构。 [0040] 对设置于臂末端部3G的两侧的各空气供给口施加的压力能够独立地进行控制以取得两者的平衡。在因工具姿势导致工具重量成为负荷时，能够对应于工具姿势自动调整用于消除该工具重量的施加给各空气供给口的压力。 [0042] 图3是示出切割刀具10及其安装部分的俯视图，图4是示出去毛刺动作时的切割刀具10及其安装部分的放大立体图。 [0043] 如图3和图4所示，在超声波振子7的末端固定有切割刀具10。 [0044] 切割刀具10具有前端面10F和后端面10R，该切割刀具10与作为被加工物的复合材料例如CFRP(或者FRP、GFRP等)制的树脂成型品20的分型线21上所出现的毛刺22的基部(根部)、树脂成型品20的面部23A、23B抵接，切削毛刺22。 [0045] 在该情况下，前端面10F的后掠角 可以适当设定，但设定为大约10°左右。 [0046] 在本实施方式中，切割刀具10具有：与毛刺22的根部抵接而进行切削的例如宽度W为10mm左右的切削刃部10A；与树脂成型品20的各面部23A、23B抵接并仿形的曲面状的仿形部10B；以及形成有切削刃部10A和仿形部10B的平板状的切割刀具主体10C。 [0047] 在该情况下，切削刃部10A的宽度W能够根据对应于被加工物所形成的毛刺的形状等而适当変更。 [0048] 并且，除了去毛刺加工外，通过切割刀具10也能够进行与凿子等同样地将在树脂成型品20的表面上出现的突起或凸部等切削得较薄而变得平坦的刨削加工。在该情况下，使切割刀具10对树脂成型品20施力的情况与上述相同。 [0049] 图5是示出切割刀具10的末端部分的剖视图。 [0050] 切割刀具10的切削刃部10A具有作为由前刀面10e和切割刀具10的位于树脂成型品20侧的侧面10f所形成的棱线的切削刃10g。 [0051] 切割刀具10的切削刃部10A的楔角β被设定为15～80°。在图5的使用方式中，切割刀具10的侧面10f与树脂成型品20的面抵接，楔角β与正的前角α的合计为90°。 [0052] 并且，切割刀具10的仿形部10B是被浮动机构按压于树脂成型品20的各面部23A、23B(仅图示出面部23B)的部分，位于比切削刃部10A的切削刃10g(刀尖)靠进给方向(箭头B方向)的前方(附近)的位置，且具有从切削刃部10A的切削刃10g向进给方向(箭头B方向)前方延伸的截面为圆弧状的R曲面部10B1。 [0053] 例如，在切削刃部10A的楔角β超过80°的情况下，切削刃部10A的锋利度变差。并且，切削刃部10A的楔角β小于15°的情况下，容易产生切削刃部10A的碎裂、缺损、磨损等损伤。 [0054] 对此，在本实施方式中，像上述那样，通过使切削刃部10A为15～80°的比较大的楔角β，即使是FRP、CFRP或GFRP等复合材料这样的难削材料，也不容易产生切削刃部10A的碎裂、缺损、磨损等损伤，能够长期地确保切削刃部10A的良好的锋利度。 [0055] 并且，不论仿形部10B处于与被加工物以何种方式抵接的状态，在像树脂部品那样形状不稳定的情况下、或者要将在曲面形状上出现的毛刺切除的情况下，都能够抑制切削刃部10A切入材料，能够抑制切削刃部10A的弯折等不良情况的产生。 [0056] 虽然将楔角β设定为15～80°，但优选为30～80°，更优选为40～60°，进一步优选为45～55°。 [0057] 在楔角β为45～55°时，发现切削刃部10A的碎裂、缺损、磨损等损伤最不容易产生，切割刀具10的耐久性提高，并且能够确保切削刃部10A的最良好的锋利度。 [0058] 关于以上描述的切割刀具10的去毛刺加工动作，以下进行说明。 [0059] 在图1、图2和图4中，对于作为被加工物的树脂成型品20，沿着与毛刺22的生成部位对应的去毛刺路径，加工装置1的六轴垂直多关节机器人3以臂末端部3G的切割刀具10的朝向和驱动方向最佳的方式控制关节3A～3F的动作。像上述那样，臂末端部3G的滑动部5相对于树脂成型品20处于浮动状态。 [0060] 因此，在本实施方式中，在根据通过直接教学或者路径自动生成系统所得到的路径信息来驱动臂末端部3G时，对施加给各空气供给口的压力进行控制。其结果为，通过一对空压气缸5A、5A驱动滑动部5，切割刀具10以规定的压力相对于树脂成型品20被推压。施加给各空气供给口的压力能够根据切割刀具10的姿势而自动切换，与切割刀具10的姿势无关，始终恒定。 [0061] 在该状态下，使仿形部10B抵靠于树脂成型品20的面部23A、23B移动，沿着在树脂成型品20的分型线(相当于去毛刺路径)21上形成的毛刺22的根部，利用切削刃部10A切除毛刺22，利用仿形部10B整平切除后的面。 [0062] 其结果为，无需使用昂贵的控制装置、工件定位装置、昂贵的切割刀具，对于形状不稳定的树脂成型品20的毛刺22，能够在不发生切削刃部10A切入该树脂成型品20的情况下从根本上去除毛刺22。并且，在本实施方式的加工装置1中，由于具有浮动机构来进行仿形控制，因此几乎不会产生针对修正示教位置的作业，因此能够实现实质性的加工时间的缩短。 [0063] 如以上的图5所示，由于切削刃部10A的刀尖位于仿形部10B的后方，因此即使树脂成型品20产生变形，也能够进一步抑制切削刃部10A切入树脂成型品20。 [0064] 并且，如图2、图4和图5所示，由于切割刀具主体10C是平板状，因此能够在加工中容易使切割刀具10追随树脂成型品20，从而能够提高加工性。 [0065] 并且，由于切割刀具10用于刨削加工，因此能够提高作为难削材料的被加工物(树脂成型品20)的加工面的精加工精度。 [0066] 图6是示出第1实施方式的切割刀具10的其他的使用方式的剖视图。 [0067] 因六轴垂直多关节机器人3的姿势或工件的形状等而导致仿形部10B相对于工件的抵接位置发生变动。在图6的方式中，以切割刀具10的侧面10f从树脂成型品20的面分离的方式进行加工。此时，正的前角α'与图5的方式相比较少。在该状态下，在将楔角β设定为15～80°时，发现切削刃部10A的碎裂、缺损、磨损等损伤不容易产生，切割刀具10的耐久性提高，并且能够确保良好的锋利度。 [0068] ＜第2实施方式＞ [0069] 图7是示出第2实施方式的切割刀具30的末端部分的剖视图。 [0070] 对与图5所示的第1实施方式的切割刀具10相同的结构标注同一标号，省略详细的说明。 [0071] 切割刀具30具有：切削刃部30A，其与毛刺22的根部抵接而进行切削；以及仿形部10B，其被浮动机构按压于树脂成型品20的面部23A、23B(仅图示出一个面部23B)。 [0072] 切削刃部30A具有作为由前刀面30e和切割刀具30的位于树脂成型品20侧的侧面30f所形成的棱线的切削刃30g。 [0073] 切削刃部30A的楔角β被设定为93～120°。在图7的使用方式中，切割刀具30的侧面30f与树脂成型品20的面抵接，从楔角β减去负的前角α所得到的角度为90°。 [0074] 并且，仿形部10B位于比切削刃部30A的切削刃30g(刀尖)靠进给方向(箭头B方向)的前方的位置，且具有从切削刃部30A的切削刃30g向进给方向(箭头B方向)前方延伸的截面为圆弧状的R曲面部10B1。 [0075] 除了去毛刺加工外，通过切割刀具30也能够进行与凿子等同样地将在树脂成型品20的表面上出现的突起或凸部等切削的较薄而变得平坦的刨削加工。在该情况下，使切割刀具30对树脂成型品20施力的情况也与上述相同。 [0076] 例如，在切削刃部30A中，在楔角β为90°＜β＜93°的情况下，切削量增加而产生颤振，加工面的精加工精度降低。在楔角β超过120°的情况下，切削量减少，无法充分地去除毛刺。 [0077] 与此相对，在本实施方式中，像上述那样，通过使切削刃部30A成为93～120°的较大的楔角β，由此，即使是FRP、CFRP、GFRP等复合材料这样的难削材料，也不容易产生切削刃部30A的碎裂、缺损、磨损等损伤，能够长期地确保切削刃部30A的锋利度。 [0078] 并且，通过切削刃部30A的负的前角，能够将切除毛刺22后的面整平，能够将加工面形成为更平滑。并且，不容易产生颤振，能够确保充分的切削量。 [0079] 虽然将楔角β设定为93～120°，但也可以是95～120°，优选为95～115°，更优选为95～100°。 [0080] 在楔角β为95～100°时，发现切削刃部30A的碎裂、缺损、磨损等损伤最不容易产生，切割刀具10的耐久性提高，并且能够确保切削刃部10A的最良好的锋利度。 [0081] 在图5和图6所示的切割刀具10、30中，即使将楔角β设定为80°＜β＜93°，根据被加工物的材质、硬度、形状、切割刀具的种类等，也可以用于去毛刺加工。 [0082] 在对六轴垂直多关节机器人3设置空压气缸5A、5A并经由空压气缸5A、5A设置有切割刀具10、30而成的加工装置1中，一体地具有：使切割刀具30与树脂成型品20对应的仿形部10B；以及刀尖位于仿形部10B的附近且楔角β为15～120°的切削刃部30A，因此，通过比以往增大加工装置1所具有的切削刃部10A、30A的楔角β，例如能够在不引起切削刃部30A的碎裂等损伤的情况下对作为难削材料的FRP、CFRP、GFRP等复合材料进行加工。 [0083] 因此，可以无需为了延长寿命而使用昂贵的切割刀具或者采用特别的加工方法，能够抑制加工装置1的成本增加。 [0084] 并且，通过设置仿形部10B而能够抑制切削刃部10A、30A相对于树脂成型品20的切入。 [0085] 并且，在切割刀具30中，由于切削刃部30A的刀尖位于仿形部10B的后方，因此即使树脂成型品20产生变形，也能够进一步抑制切削刃部30A向树脂成型品20切入。 [0086] 并且，由于通过切割刀具30对树脂成型品20进行刨削加工，因此能够提高作为难削材料的被加工物(树脂成型品20)的加工面的精加工精度。 [0087] ＜第3实施方式＞ [0088] 图8是示出第3实施方式的切割刀具35的末端部分的剖视图。 [0089] 对与图5所示的第1实施方式相同的结构标注相同的标号，省略详细的说明。 [0090] 切割刀具35具有：切削刃部35A，其与毛刺22的根部抵接而进行切削；以及作为仿形部的仿形面35f，其被浮动机构按压于树脂成型品20的面部23A、23B(仅图示出一个面部23B)。切削刃部35A具有作为由前刀面35e和仿形面35f所形成的棱线的切削刃35g。 [0091] 切削刃部35A的楔角β被设定为15～80°。仿形面35f包含切削刃35g，仿形面35f从切削刃35g(刀尖)向进给方向(箭头B方向)的后方延伸。 [0092] 除了去毛刺加工外，通过切割刀具35也能够进行与凿子等同样地将在树脂成型品20的表面上出现的突起或凸部等切削的较薄而变得平坦的刨削加工。在该情况下，使切割刀具35对树脂成型品20施力的情况与上述相同。 [0093] 由于切削刃部35A的切削刃35g(刀尖)位于仿形面35f的末端部，因此能够将形成切削刃35g的仿形面35f作为仿形部，因此能够使切割刀具35形成为简单的形状，抑制成本。 [0094] 虽然将楔角β设定为15～80°，但优选为30～80°，更优选为40～60°，进一步优选为45～55°。 [0095] 在楔角β为45～55°时，发现切削刃部35A的碎裂、缺损、磨损等损伤最不容易产生，切割刀具35的耐久性提高，并且能够确保切削刃部35A的最良好的锋利度。 [0096] ＜第4实施方式＞ [0097] 图9是示出第4实施方式的切割刀具40的末端部分的剖视图。 [0098] 对与图7所示的第2实施方式相同的结构标注相同的标号，省略详细说明。 [0099] 切割刀具40具有：切削刃部40A，其与毛刺22的根部抵接而进行切削；以及作为仿形部的仿形面40f，其被浮动机构按压于树脂成型品20的面部23A、23B(仅图示出一个面部23B)。切削刃部40A具有作为由前刀面40e和仿形面40f所形成的棱线的切削刃40g。 [0100] 切削刃部40A的楔角β被设定为93～120°。仿形面40f包含切削刃40g，仿形面40f从切削刃40g(刀尖)向进给方向(箭头B方向)的后方延伸。 [0101] ＜第5实施方式＞ [0102] 图10是示出第5实施方式的切割刀具42的末端部分的剖视图。对与图5所示的第1实施方式、图8所示的第3实施方式相同的结构标注相同的标号，省略详细说明。 [0103] 切割刀具42具有：切削刃部42A，其与毛刺22的根部抵接而进行切削；以及作为仿形部的仿形面42f，其被浮动机构按压于树脂成型品20的面部23A、23B(仅图示出一个面部23B)。切削刃部42A具有作为由前刀面42e和仿形面42f所形成的棱线的切削刃42g。 [0104] 前刀面42e的楔角β被设定为15～80°。仿形面42f包含切削刃42g，仿形面42f从切削刃42g(刀尖)向进给方向(箭头B方向)的后方延伸。在仿形面42f的后方，切割刀具42具有从面部23A、23B分离的退避部42j。 [0105] 例如，在切削刃部42A的楔角β超过80°的情况下，切削刃部42A的锋利度变差。并且，在切削刃部42A的楔角β小于15°的情况下，容易产生切削刃部42A的碎裂、缺损、磨损等损伤。 [0106] 虽然将楔角β设定为15～80，但优选为30～80°，更优选为40～60°，进一步优选为45～55°。 [0107] 在楔角β为45～55°时，发现切削刃部42A的碎裂、缺损、磨损等损伤最不容易产生，切割刀具42的耐久性提高，并且能够确保切削刃部42A的最良好的锋利度。 [0108] ＜第6实施方式＞ [0109] 图11是示出第6实施方式的切割刀具44的末端部分的剖视图。 [0110] 对与图7所示的第2实施方式、图9所示的第4实施方式相同的结构标注相同的标号，省略详细说明。 [0111] 切割刀具44具有：切削刃部44A，其与毛刺22的根部抵接而进行切削；以及作为仿形部的仿形面44f，其被浮动机构按压于树脂成型品20的面部23A、23B(仅图示出一个面部23B)。切削刃部44A具有作为由前刀面44e和仿形面44f所形成的棱线的切削刃44g。 [0112] 切削刃部44A的楔角β被设定为93～120°。仿形面44f包含切削刃44g，仿形面44f从切削刃44g(刀尖)向进给方向(箭头B方向)的后方延伸。在仿形面44f的后方，切割刀具44具有从面部23A、23B分离的退避部44j。 [0113] 在切削刃部44A中，在楔角β为90＜β＜93°的情况下，切削量增加而产生颤振，加工面的精加工精度降低。在楔角β超过120°的情况下，切削量减少，无法充分地去除毛刺。 [0114] 在上述的图8～图11所示的切割刀具中，即使使楔角β形成为80°＜β＜93°，根据被加工物的材质、硬度、形状、切割刀具的种类等，也可以用于去毛刺加工。 [0115] 上述的实施方式仅示出本发明的一个方式，在不脱离本发明的主旨的范围中可以任意地变形及应用。 [0116] 例如，在上述实施方式中，如图2所示，由空压气缸5A构成施力机构，但不限于此，也可以由弹簧、螺线管等其他手段构成施力机构。 [0117] 并且，如图1所示，在加工装置1中具有六轴垂直多关节机器人3，但不限于此，在加工装置1中也可以具有其他形式的机器人。 [0118] 并且，可以与超声波振子7的振动相对应地使上述的切割刀具10在与切割刀具10的进给方向(箭头B方向(参照图3))大致垂直的方向(箭头C方向(参照图3))上进行超声波振动。可以是，在超声波振子7上连接超声波单元(未图示)，利用该超声波单元使切割刀具10以例如30～50μm左右的振幅进行驱动。 [0119] 在上述各实施方式中，在去毛刺加工时不使切割刀具10进行超声波振动，但也可以根据被加工物的材质、硬度、形状等使切割刀具10进行超声波振动来进行去毛刺加工。 [0120] 并且，在本实施方式中，对使切割刀具10的仿形部、仿形面与被加工物的一部分抵接来进行仿形加工的情况进行了说明，但不限于此，也可以不使切割刀具10的仿形部10B与被加工物抵接，而仅使切削刃部10A与被加工物抵接来进行加工。 [0121] 标号说明 [0122] 1：加工装置；3：六轴垂直多关节机器人(机器人)；5A：空压气缸(施力机构)；10、30、35、40、42、44：切割刀具；10A、30A、35A、40A、42A、44A：切削刃部；10B：仿形部；10C：切割刀具主体；20：树脂成型品(工件)；35f、40f、42f、44f：仿形面(仿形部)；β：楔角。 |
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