JP5687854B2 - 多面加工機 - Google Patents

Description

この発明は、相互に直交する３方向をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とする装置構成であって、相互に対面できるようにＸ軸の軸線方向に並べられて配された第１のワーク保持装置部と第２のワーク保持装置部との間でワークの受け渡しを行い、Ｚ軸に平行な主軸で工具を保持してワークを加工する主軸装置部によって、ワークの全面において加工を行うことができる多面加工機に関する。

従来、多面体の加工においては、テーブルと主軸の間でＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸が移動制御できるマシニングセンタ等により行われていた。しかし工作物のチャッキング治具，チャックによってテーブル上に固定させている部分については同時に加工できないために工程を分割するか或いはチャッキングする旋回割出し可能な治具間の受け渡しが必要であった。この場合加工中心と受け取り側のチャッキング中心が同芯であれば何れかのチャッキング治具を受け取り位置に移動制御する一軸を追加することで工作物の受け渡しが行える（特許文献１参照）。しかしながら、この加工機では、ワークの供給と排出について自動化がなされていない。

また、旋盤系複合加工機と１台のロボットを組み合わせて加工物の６面を自動で加工するシステムであって、旋盤系複合加工機と、ロボットと、段取りステーションを備える。旋盤系複合加工機は、第１主軸、第２主軸、ミーリング主軸、工具マガジン、自動工具交換装置を備える。第１主軸に把持された加工物の１つの端面を加工して、この端面にロボットを使用して治具プレートを取りつける。治具プレートと加工物を第２主軸で把持して残りの５つの面を加工する自動６面加工システムが提案されている（特許文献２参照）。これによれば、ロボットによってワークの供給と排出について自動化がなされているが、ワークの供給と排出に係る段取り時間が長くなり易く、実際の加工時間が短くなって、より効率的な加工がなされていない。

さらに、互いに直交する３方向をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸としたときに、Ｚ軸に平行な軸線周りに回転可能な工具保持用の主軸と、基準姿勢においてワーク軸線がＺ軸に平行に向くようにワークを保持する第１のワーク保持機構、該第１のワーク保持機構に対してワーク軸線周りの回転割り出しを行う第１の回転割り出し機構、および前記第１のワーク保持機構に対してＹ軸に平行な第１の軸線周りに回転割り出しを行ってワーク軸線をＺ軸に直交する方向に向かせる第２の回転割り出し機構を備えた割り出しユニットと、前記第１のワーク保持機構との間でワークの授受を行う第２のワーク保持機構を備え、該第２のワーク保持機構によってＺ軸に平行にワーク軸線を向けるように保持したワークをＸ軸に平行な第２の軸線周りに回転させてワークの向きを反転させるワーク反転ユニットとを有することを特徴とする多面加工用工作機械が開示されている（特許文献３参照）。これによれば、棒状ワークを加工する場合には利点があるものの、汎用性に乏しい。

特開平５−１１６００１号公報（［０００４］、図４） 特開２００５−９６０１５号公報（第１頁） 特開２００５−１８６２０５号公報（［請求項１］、図３）

多面加工機に関して解決しようとする問題点は、ワークの供給と排出、ワークの受け渡し及び加工手順を効率的に行うことができず、汎用性に乏しいことある。
そこで本発明の目的は、ワークの供給と排出、ワークの受け渡し及び加工手順などをより効率的に行うことができ、生産効率を向上できると共に汎用性が高い多面加工機を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために次の構成を備える。
本発明にかかる多面加工機の一形態によれば、相互に直交する３方向をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とする装置構成であって、Ｘ軸の軸線方向に並べられて配された第１のワーク保持装置部と第２のワーク保持装置部との間でワークの受け渡しを行い、Ｚ軸に平行な主軸で工具を保持して軸回転することでワークを加工する１つの主軸装置部によって、ワークの全面において加工を行うことができる多面加工機において、前記第１のワーク保持装置部が、前記Ｘ軸に平行なＸ１軸の軸線方向に往復直線移動可能に設けられた第１の直動基体部と、該第１の直動基体部に搭載されて前記Ｙ軸に平行なＢ１軸を中心に割り出し旋回できる第１の旋回基体部と、該第１の旋回基体部に搭載されて前記Ｙ軸に直交するＣ１軸を中心に割り出し回転できる第１の軸回転部と、該第１の軸回転部の端面部に搭載されてワークをチャックする第１のチャック装置部とを備え、前記第２のワーク保持装置部が、前記Ｘ軸に平行なＸ２軸の軸線方向に往復直線移動可能に設けられた第２の直動基体部と、該第２の直動基体部に搭載されて前記Ｙ軸に平行なＢ２軸を中心に割り出し旋回できる第２の旋回基体部と、該第２の旋回基体部に搭載されて前記Ｙ軸に直交するＣ２軸を中心に割り出し回転できる第２の軸回転部と、該第２の軸回転部の端面部に搭載されてワークをチャックする第２のチャック装置部とを備え、前記第１のチャック装置部と前記第２のチャック装置部とが向き合った状態でワークの受け渡しを行うように、前記第１のワーク保持装置部と前記第２のワーク保持装置部を制御する制御装置を具備し、前記Ｘ１軸と前記Ｘ２軸とが前記Ｘ軸に平行な往復直線移動を案内する１つの直線案内部によって構成される連続する軸であり、前記第１のワーク保持装置部と前記第２のワーク保持装置部とが、それぞれ、前記Ｘ軸の前記１つの直線案内部による往復直線移動と、前記Ｙ軸に平行な前記Ｂ１軸や前記Ｂ２軸の割り出し旋回と、前記Ｙ軸に直交する前記Ｃ１軸や前記Ｃ２軸の割り出し回転とによる３つの軸にかかる動作をするように構成され、前記主軸装置部が、前記直線案内部について相互にスライドして最も離れた前記第１のワーク保持装置部と前記第２のワーク保持装置部の原位置の間にある加工位置において、前記Ｚ軸に平行な主軸で軸回転する工具が位置してワークを加工できるように、Ｚ軸及びＹ軸の軸線方向に往復直線移動可能に設けられ、前記Ｚ軸の軸回転と、前記Ｚ軸及び前記Ｙ軸の往復直線運動とによる３つの軸にかかる動作をするように構成されている。

また、本発明にかかる多面加工機の一形態によれば、ワークの供給装置及び／又はワークの排出装置が、ワークを前記Ｚ軸の軸線方向へ移動させるように、前記第１のワーク保持装置及び前記第２のワーク保持装置を挟んで前記主軸装置部とは反対のサイドに配されていることを特徴とすることができる。

また、本発明にかかる多面加工機の一形態によれば、ワークの供給装置及び／又はワークの排出装置が、ワークを前記Ｘ軸の軸線方向へ移動させるように、前記Ｘ１軸及び／又は前記Ｘ２軸の延長線上に配されていることを特徴とすることができる。

本発明の多面加工機によれば、ワークの供給と排出及びワークの受け渡しをより効率的に行うことができ、生産効率を向上できると共に汎用性が高いという特別有利な効果を奏する。

本発明の多面加工機に係る形態例を示す平面図である。 図１の形態例の第１、１０、１１工程を説明する平面図である。 図１の形態例の第２工程を説明する平面図である。 図１の形態例の第３、４工程を説明する平面図である。 図１の形態例の第５工程を説明する平面図である。 図１の形態例の第６、７工程を説明する平面図である。 図１の形態例の第８、９工程を説明する平面図である。 図１の形態例のワークフローを説明するサイクル図である。 本発明の多面加工機に係る他の形態例を示す平面図である。 図９の形態例の第１、１０、１１工程を説明する平面図である。 図９の形態例の第２工程を説明する平面図である。 図９の形態例の第３、４工程を説明する平面図である。 図９の形態例の第５工程を説明する平面図である。 図９の形態例の第６、７工程を説明する平面図である。 図９の形態例の第８、９工程を説明する平面図である。

以下、本発明に係る多面加工機の最良の形態例を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
この多面加工機は、相互に直交する３方向をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とする装置構成であって、Ｘ軸の軸線方向に並べられて配された第１のワーク保持装置部１０と第２のワーク保持装置部２０との間でワークＷの受け渡しを行い、Ｚ軸に平行な主軸３１で工具を保持してワークＷを加工する主軸装置部３０によって、ワークＷの全面において加工を行うことができる。
図１〜７ではワークをＺ軸の軸線方向に供給及び排出する形態例を説明し、図９〜１５ではワークをＸ軸の軸線方向に供給及び排出する形態例を説明してある。

第１のワーク保持装置部１０は、Ｘ軸に平行なＸ１軸の軸線方向に往復直線移動可能に設けられた第１の直動基体部１２と、その第１の直動基体部１２に搭載されてＹ軸に平行なＢ１軸を中心に割り出し旋回できる第１の旋回基体部１３と、その第１の旋回基体部１３に搭載されてＹ軸に直交するＣ１軸を中心に割り出し回転できる第１の軸回転部１４と、その第１の軸回転部１４の端面部に搭載されてワークＷをチャックする第１のチャック装置部１５とを備える。

第２のワーク保持装置部は、Ｘ軸に平行なＸ２軸の軸線方向に往復直線移動可能に設けられた第２の直動基体部２２と、その第２の直動基体部２２に搭載されてＹ軸に平行なＢ２軸を中心に割り出し旋回できる第２の旋回基体部２３と、その第２の旋回基体部２３に搭載されてＹ軸に直交するＣ２軸を中心に割り出し回転できる第２の軸回転部２４と、その第２の軸回転部の端面部に搭載されてワークＷをチャックする第２のチャック装置部２５とを備える。

６０は制御装置であり、第１のチャック装置部１５と第２のチャック装置部２５とが向き合った状態でワークの受け渡しを行うように、第１のワーク保持装置部１０と第２のワーク保持装置部２０を制御する。この制御装置によれば、例えば、各アクチュエータについて、シーケンス制御やコンピュータ制御によって、その動作を制御することができる。また、この制御装置６０は、制御ボックス６１と操作ボックス６２によって構成されている。

図１〜７による形態によれば、ワークの供給装置４０及び／又はワークの排出装置５０が、ワークＷをＺ軸の軸線方向へ移動させるように、第１のワーク保持装置部１０及び第２のワーク保持装置部２０を挟んで主軸装置部３０とは反対のサイドに配されている。
これによれば、生産ラインスペースに適宜に対応し、生産効率が高いと共に汎用性の高い自動ワーク給排型の多面加工機を構成することができる。

図９〜１５による形態によれば、ワークの供給装置４０及び／又はワークの排出装置５０が、ワークＷをＸ軸の軸線方向へ移動させるように、Ｘ１軸及び／又はＸ２軸の延長線上に配されている。本形態例では、ワークの供給装置（オートローダ）４０、第１のワーク保持装置部１０、第２のワーク保持装置部２０及びワーク排出装置５０がＸ軸の軸線方向に直列に配されている。
これによっても、生産ラインスペースに適宜に対応し、生産効率が高いと共に汎用性の高い自動ワーク給排型の多面加工機になっている。

また、本形態例では、Ｘ１軸とＸ２軸とがＸ軸に平行な直線往復動を案内する１つの直線案内部１１によって構成される連続する軸になっている。
これによれば、装置構成をシンプル化でき、第１のワーク保持装置部１０と第２のワーク保持装置部２０とによるワークの受け渡しにおいて、第１のチャック装置部１５と第２のチャック装置部２５の芯を容易に合わせることができるなど、合理的に作動できる。

また、本形態例では、主軸装置部３０が、少なくともＺ軸及びＹ軸の軸線方向に往復直線移動可能に設けられている。この主軸装置部３０は、マシニングセンターの工具３２を保持してＺ軸に平行な主軸３１を中心に軸回転できるように設けられた部分であり、ツールマンガジン３３から交換される工具３２によってワークＷを順次自動的に加工できる装置になっている。また、この主軸装置部３０は、制御装置６０によって、第１のワーク保持装置部１０と前記第２のワーク保持装置部２０の動作に連動されて制御される。

さらに、本形態例では、第１のチャック装置部１５及び／又は第２のチャック装置部２５は、ワークの芯出しが可能な三つのチャック用爪を有するチャック装置になっている。
これによれば、第１のチャック装置部１５及び／又は第２のチャック装置部２５において、好適に芯出しをできると共に、第１のチャック装置部１５と第２のチャック装置部２５との間で、ワークＷを好適に受け渡しすることができる。

次に、図１〜８に基づいて、ワークＷをＺ軸の軸線方向に供給及び排出する多面加工機を用いた多面加工方法の例を説明する。図１は第１の旋回基体部１３による各動作を含む装置の全体構成が示されており、図８に示されたワークフローのサイクル図に対応させて、図２〜７によって工程図が示されている。

先ず、図２では、第１のワーク保持装置部１０と第２のワーク保持装置部２０が、Ｘ軸に平行な直線案内部１１について相互にスライドして最も離れた原位置にある状態を示している。この状態で、ワークの供給装置４０から供給されたワークＷが、第１のチャック装置部１５によってチャックされることで、第１のワーク保持装置部１０にワークＷが、（１）ローディングされる。そして、先行サイクルがある場合には、第２のワーク保持装置部２０において、（１０）Ｂ２軸について原位置に戻ると共にＸ２軸について原位置に戻っており、第２のチャック装置部２５からワークの排出装置５０へワークＷが排出されることで、（11）アンローディングがなされる。

次に、図３に示すように、（２）Ｂ１軸を中心に第１の旋回基体部１３が反転旋回（１８０度）されると共に、Ｘ１軸に平行な直線案内部１１に案内されて第１のワーク保持装置部１０が主軸装置部３０の前面に移動されて、主軸装置部３０によってワークの正面Ｗ１が加工される。主軸装置部３０はＹ軸及びＺ軸の軸線方向に移動可能に設けられ、ワークＷを保持した第１のワーク保持装置部１０がＸ１軸の軸線方向に移動可能に設けられているため、ワークの正面Ｗ１の全面を好適に加工できる。

次に、図４に示すように、（３）Ｂ１軸を中心に第１の旋回基体部１３が９０度の戻し旋回されると共に、Ｘ１軸に平行な直線案内部１１に案内されて第１のワーク保持装置部１０が原位置方向の中途位置へ戻し移動されて、主軸装置部３０によってワークの側面Ｗ３が加工される。主軸装置部３０はＹ軸及びＺ軸の軸線方向に移動可能に設けられ、ワークＷを保持した第１のワーク保持装置部１０がＸ１軸の軸線方向に移動可能に設けられていると共に、Ｃ１軸を中心に第１のチャック装置部１５が軸回転できるため、ワークの側面Ｗ３のチャックがされていない部分を好適に加工できる。
また、（４）Ｂ２軸を中心に第２の旋回基体部２３が９０度旋回され、第１のチャック装置部１５と第２のチャック装置部２５とが、Ｘ軸と平行な軸線上で対面するように位置する。

次に、図５に示すように、第２のワーク保持装置部２０がＸ２軸に平行な直線案内部１１に案内されて第１のワーク保持装置部１０側へ移動し、第１のワーク保持装置部１０と第２のワーク保持装置部２０とによってワークＷを押し付けた押圧状態で、第１のチャック装置部１５と第２のチャック装置部２５との間で、（５）Ｘ１軸とＸ２軸とについてのワークＷの正面受け渡しがなされる。
ワークＷを押圧状態で受け渡しがなされるため、ブレを抑制して精度よく第２のチャック装置部２５によってチャックすることができる。

次に、図６に示すように、第１のワーク保持装置部１０が、（６）Ｘ１軸の軸線に沿って原位置に戻されると共に、第２のワーク保持装置部２０によって保持されたワークの側面Ｗ３の加工がなされる（（７）Ｘ２軸側面加工）。主軸装置部３０はＹ軸及びＺ軸の軸線方向に移動可能に設けられ、ワークＷを保持した第２のワーク保持装置部２０がＸ２軸の軸線方向に移動可能に設けられていると共に、Ｃ２軸を中心に第２のチャック装置部２５が軸回転できるため、ワークの側面３のチャックがされていない部分を好適に加工できる。

そして、図７に示すように、（８）Ｂ１軸を中心に第１の旋回基体部１３が９０度の戻し旋回されて原位置に戻り、（９）Ｂ２軸を中心に第２の旋回基体部２３が９０度旋回されると共に、Ｘ２軸に平行な直線案内部１１に案内されて第２のワーク保持装置部２０が主軸装置部３０の前面に移動されて、主軸装置部３０によってワークＷの他方の正面（背面Ｗ２）が加工される。主軸装置部３０はＹ軸及びＺ軸の軸線方向に移動可能に設けられ、ワークＷを保持した第２のワーク保持装置部２０がＸ２軸の軸線方向に移動可能に設けられているため、ワークＷの他方の正面（背面Ｗ２）の全面を好適に加工できる。

以上のサイクルを順次繰り返すことで、連続的にワークの加工を行うことができる。
これによれば、ワークＷを精度良く受け渡すことができ、高精度の加工が実現できる。また、主軸装置部３０によって加工している間に、ワークＷの供給や排出が行われるため、加工効率を大幅に向上できる。さらに、ワークＷの形態が棒状などに限定されることがないため、汎用性を高めることができる。

次に、図９〜１５及び図８に基づいて、ワークＷをＸ軸方向に供給及び排出する多面加工機を用いた多面加工方法の他の例を説明する。図９は第１の旋回基体部１３による各動作を含む装置の全体構成が示されており、図８に示されたワークフローのサイクル図に対応させて、図１０〜１５によって工程図が示されている。

先ず、図１０では、第１のワーク保持装置部１０と第２のワーク保持装置部２０が、Ｘ軸に平行な直線案内部１１について相互にスライドして最も離れた原位置にある状態を示している。この状態で、ワークの供給装置４０から供給されたワークＷが、第１のチャック装置部１５によってチャックされることで、第１のワーク保持装置部１０にワークＷが、（１）ローディングされる。そして、先行サイクルがある場合には、第２のワーク保持装置部２０において、（１０）Ｂ２軸について原位置に戻ると共にＸ２軸について原位置に戻っており、第２のチャック装置部２５からワークの排出装置５０へワークＷが排出されることで、（11）アンローディングがなされる。

次に、図１１に示すように、（２）Ｂ１軸を中心に第１の旋回基体部１３が９０度旋回（１８０度）されると共に、Ｘ１軸に平行な直線案内部１１に案内されて第１のワーク保持装置部１０が主軸装置部３０の前面に移動されて、主軸装置部３０によってワークの正面Ｗ１が加工される。

次に、図１２に示すように、（３）Ｂ１軸を中心に第１の旋回基体部１３がさらに９０度旋回されると共に、Ｘ１軸に平行な直線案内部１１に案内されて第１のワーク保持装置部１０が原位置方向の中途位置へ戻し移動されて、主軸装置部３０によってワークの側面Ｗ３が加工される。
また、（４）Ｂ２軸を中心に第２の旋回基体部２３が１８０度旋回され、第１のチャック装置部１５と第２のチャック装置部２５とが、Ｘ軸と平行な軸線上で対面するように位置する。

次に、図１３に示すように、第２のワーク保持装置部２０がＸ２軸に平行な直線案内部１１に案内されて第１のワーク保持装置部１０側へ移動し、第１のワーク保持装置部１０と第２のワーク保持装置部２０とによってワークＷを押し付けた押圧状態で、第１のチャック装置部１５と第２のチャック装置部２５との間で、（５）Ｘ１軸とＸ２軸とについてのワークＷの正面受け渡しがなされる。

次に、図１４に示すように、第１のワーク保持装置部１０が、（６）Ｘ１軸の軸線に沿って原位置に戻されると共に、第２のワーク保持装置部２０によって保持されたワークの側面Ｗ３の加工がなされる（（７）Ｘ２軸側面加工）。

そして、図１５に示すように、（８）Ｂ１軸を中心に第１の旋回基体部１３が１８０度の戻し旋回されて原位置に戻り、（９）Ｂ２軸を中心に第２の旋回基体部２３が９０度旋回されると共に、Ｘ２軸に平行な直線案内部１１に案内されて第２のワーク保持装置部２０が主軸装置部３０の前面に移動されて、主軸装置部３０によってワークＷの他方の正面（背面Ｗ２）が加工される。

以上、本発明につき好適な形態例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの形態例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。

１０ 第１のワーク保持装置部
１１ 直線案内部
１２ 第１の直動基体部
１３ 第１の旋回基体部
１４ 第１の軸回転部
１５ 第１のチャック装置部
２０ 第２のワーク保持装置部
２２ 第２の直動基体部
２３ 第２の旋回基体部
２４ 第２の軸回転部
２５ 第２のチャック装置部
３０ 主軸装置部
３１ 主軸
３２ 工具
３３ ツールマガジン
４０ ワークの供給装置（オートローダ）
５０ ワークの排出装置（アンローダ）
６０ 制御装置
６１ 制御ボックス
６２ 操作ボックス
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. 相互に直交する３方向をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とする装置構成であって、Ｘ軸の軸線方向に並べられて配された第１のワーク保持装置部と第２のワーク保持装置部との間でワークの受け渡しを行い、Ｚ軸に平行な主軸で工具を保持して軸回転することでワークを加工する１つの主軸装置部によって、ワークの全面において加工を行うことができる多面加工機において、
   前記第１のワーク保持装置部が、前記Ｘ軸に平行なＸ１軸の軸線方向に往復直線移動可能に設けられた第１の直動基体部と、該第１の直動基体部に搭載されて前記Ｙ軸に平行なＢ１軸を中心に割り出し旋回できる第１の旋回基体部と、該第１の旋回基体部に搭載されて前記Ｙ軸に直交するＣ１軸を中心に割り出し回転できる第１の軸回転部と、該第１の軸回転部の端面部に搭載されてワークをチャックする第１のチャック装置部とを備え、
   前記第２のワーク保持装置部が、前記Ｘ軸に平行なＸ２軸の軸線方向に往復直線移動可能に設けられた第２の直動基体部と、該第２の直動基体部に搭載されて前記Ｙ軸に平行なＢ２軸を中心に割り出し旋回できる第２の旋回基体部と、該第２の旋回基体部に搭載されて前記Ｙ軸に直交するＣ２軸を中心に割り出し回転できる第２の軸回転部と、該第２の軸回転部の端面部に搭載されてワークをチャックする第２のチャック装置部とを備え、
   前記第１のチャック装置部と前記第２のチャック装置部とが向き合った状態でワークの受け渡しを行うように、前記第１のワーク保持装置部と前記第２のワーク保持装置部を制御する制御装置を具備し、
   前記Ｘ１軸と前記Ｘ２軸とが前記Ｘ軸に平行な往復直線移動を案内する１つの直線案内部によって構成される連続する軸であり、前記第１のワーク保持装置部と前記第２のワーク保持装置部とが、それぞれ、前記Ｘ軸の前記１つの直線案内部による往復直線移動と、前記Ｙ軸に平行な前記Ｂ１軸や前記Ｂ２軸の割り出し旋回と、前記Ｙ軸に直交する前記Ｃ１軸や前記Ｃ２軸の割り出し回転とによる３つの軸にかかる動作をするように構成され、
   前記主軸装置部が、前記直線案内部について相互にスライドして最も離れた前記第１のワーク保持装置部と前記第２のワーク保持装置部の原位置の間にある加工位置において、前記Ｚ軸に平行な主軸で軸回転する工具が位置してワークを加工できるように、Ｚ軸及びＹ軸の軸線方向に往復直線移動可能に設けられ、前記Ｚ軸の軸回転と、前記Ｚ軸及び前記Ｙ軸の往復直線運動とによる３つの軸にかかる動作をするように構成されていることを特徴とする多面加工機。
2. ワークの供給装置及び／又はワークの排出装置が、ワークを前記Ｚ軸の軸線方向へ移動させるように、前記第１のワーク保持装置及び前記第２のワーク保持装置を挟んで前記主軸装置部とは反対のサイドに配されていることを特徴とする請求項１記載の多面加工機。
3. ワークの供給装置及び／又はワークの排出装置が、ワークを前記Ｘ軸の軸線方向へ移動させるように、前記Ｘ１軸及び／又は前記Ｘ２軸の延長線上に配されていることを特徴とする請求項１記載の多面加工機。

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