JP7195305B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、ワークを刃具により加工する工作機械に関する。

従来、ワークを刃具により加工する工作機械として、ワークハンドリング装置により把持されたワークを刃具である回転工具によって加工するにあたり、回転工具をワークに対して旋回させることで、ワークに対して傾斜する方向から加工を行うことができるものが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００９－１０７０７８号公報

主軸に把持されたワークを刃物台に装着された刃具を旋回させることで、ワークに対して傾斜する方向から加工を行うことができるコンパクトな工作機械を提供することを課題としている。

本発明の工作機械は、ワークを把持する主軸と、前記主軸を該主軸の軸線に平行なＺ軸方向に直交するＸ軸方向に移動させる主軸Ｘ軸移動機構と、前記ワークを加工する刃具が装着された刃物台と、前記刃物台をＸ軸方向に移動させる刃物台Ｘ軸移動機構と、を有し、前記刃物台に、前記刃具を旋回させる旋回機構を設けた工作機械であって、前記旋回機構によって前記刃具を所望の旋回角度に旋回させたときの前記刃具のＸ軸方向の移動距離ＸＡを算出する算出手段と、前記算出手段により算出された前記移動距離ＸＡに応じて前記刃具に追従して前記主軸がＸ軸方向に移動するように前記主軸Ｘ軸移動機構の作動を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段が、前記算出手段により算出された前記移動距離ＸＡが、前記刃物台のＸ軸方向への最大移動距離ＸＭよりも大きい場合に、前記刃物台をＸ軸方向に距離ＸＭだけ移動し、前記主軸をＸ軸方向に距離（ＸＡ－ＸＭ）だけ移動した後に、前記刃具を旋回させるように、前記主軸Ｘ軸移動機構、前記刃物台Ｘ軸移動機構及び前記旋回機構の作動を制御するように構成されていることを特徴とする。

本発明の工作機械は、上記構成において、前記移動距離ＸＡに応じた前記主軸のＸ軸方向への移動の際に、前記制御手段が、前記刃物台をＸ軸方向に移動させるように、前記刃物台Ｘ軸移動機構の作動を制御するのが好ましい。

本発明の工作機械は、上記構成において、前記主軸が正面主軸に対向する背面主軸であり、前記刃物台に、前記正面主軸に把持されたワークを加工するための正面側刃具が前記刃具に対して刃先を反対側に向けて装着されており、前記旋回機構の旋回軸が前記正面側刃具の刃先に設定されているのが好ましい。

本発明によれば、算出手段により算出された刃具のＸ軸方向の移動距離に応じて、刃具に追従して主軸がＸ軸方向に移動するように主軸Ｘ軸移動機構の作動が制御されることによって、刃物台のＸ軸方向のストロークを抑制することができ、主軸に把持されたワークを傾斜方向から加工することが可能なコンパクトな工作機械を提供することができる。

本発明の一実施の形態である工作機械の構成を概略で示す説明図である。 （ａ）～（ｃ）は、それぞれ背面主軸に把持されたワークを刃物台とともに旋回させた刃具によって加工する手順を示す説明図である。 （ａ）～（ｄ）は、それぞれ背面主軸に把持されたワークを刃物台とともにより大きな旋回角度で旋回させた刃具によって加工する手順を示す説明図である。 刃物台の旋回角度に応じた背面主軸と刃物台のＸ軸方向への移動を判断するためのフローチャート図である。

本発明の一実施の形態である工作機械１はＣＮＣ旋盤として構成されたものであり、基台２上に配置された正面主軸３と、正面主軸３に所定の間隔を空けて対向する主軸としての背面主軸４とを有している。

正面主軸３は先端にチャック３ａを備え、チャック３ａによりワークＷを把持することができる。正面主軸３は例えば電動モータ等の駆動源（不図示）により回転駆動され、ワークＷとともに回転する。

背面主軸４は先端にチャック４ａを備え、正面主軸３で加工されたワークＷを受け取ってチャック４ａにより把持することができる。背面主軸４は例えば電動モータ等の駆動源（不図示）により回転駆動され、ワークＷとともに回転する。

正面主軸３の前方には所定の間隔を空けてガイドブッシュ５が設けられている。ガイドブッシュ５は正面主軸３と同軸に配置されて基台２に固定されており、正面主軸３に把持されているワークＷの先端側の部分を回転自在に支持する。

正面主軸３が配置される正面主軸台６は正面主軸３の軸線に平行なＺ軸方向に沿って配置されたＺ軸ガイドレール６ａを介して基台２に搭載されている。正面主軸台６と基台２との間にはボールネジや電動モータ等を備えた駆動機構（不図示）が設けられており、正面主軸台６は駆動機構により駆動されてＺ軸ガイドレール６ａに沿ってＺ軸方向に移動することができる。正面主軸台６がＺ軸方向に移動することで正面主軸３のＺ軸方向の位置が変更される。

背面主軸４が配置される背面主軸台７は背面主軸４の軸線に平行なＺ軸方向に沿って配置されたＺ軸ガイドレール７ａを介して基台２に搭載されている。背面主軸台７と基台２との間にはボールネジや電動モータ等を備えた駆動機構（不図示）が設けられており、背面主軸台７は駆動機構により駆動されてＺ軸ガイドレール７ａに沿ってＺ軸方向に移動することができる。背面主軸台７がＺ軸方向に移動することで背面主軸４のＺ軸方向の位置が変更される。

背面主軸４は、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向に沿って配置されたＸ軸ガイドレール７ｂを介して背面主軸台７に搭載されている。背面主軸４と背面主軸台７との間にはボールネジや電動モータ等を備えた駆動機構（不図示）が設けられており、背面主軸４は駆動機構により駆動されてＸ軸ガイドレール７ｂに沿ってＸ軸方向に移動することでＸ軸方向の位置が変更される。すなわち、本実施の形態では、Ｘ軸ガイドレール７ｂと駆動機構とによって、背面主軸４をＸ軸方向に移動させる主軸Ｘ軸移動機構が構成されている。

工作機械１は刃物台１０を備えている。刃物台１０は装着部１０ａを有し、装着部１０ａには、正面主軸３に把持されたワークＷを加工するための正面側刃具１１と、背面主軸４に把持されたワークＷを加工するための刃具としての背面側刃具１２とが装着されている。本実施の形態においては、正面側刃具１１と背面側刃具１２は、それぞれ図示しない電動モータ等の駆動源によって回転駆動されるドリル等の回転刃具（回転工具）となっている。正面側刃具１１と背面側刃具１２は、互いに刃先（軸方向の先端）を反対側に向けて装着部１０ａに装着されている。

刃物台１０は移動台１３に搭載されている。移動台１３はＸ軸方向に沿って配置されたＸ軸ガイドレール１３ａを介して基台２に搭載されている。移動台１３と基台２との間にはボールネジや電動モータ等を備えた駆動機構（不図示）が設けられており、移動台１３は駆動機構により駆動されてＸ軸ガイドレール１３ａに沿ってＸ軸方向に移動することができる。すなわち、本実施の形態では、Ｘ軸ガイドレール１３ａと駆動機構とによって、刃物台１０をＸ軸方向に移動させる刃物台Ｘ軸移動機構が構成されている。移動台１３がＸ方向に移動することで刃物台１０ないし正面側刃具１１及び背面側刃具１２のＸ軸方向の位置が変更される。

刃物台１０は装着部１０ａの端部から水平方向に延びるアーム部１０ｂを備え、アーム部１０ｂにおいて移動台１３に旋回自在に支持されている。刃物台１０と移動台１３との間には電動モータや減速機等を備えた駆動機構（不図示）が設けられており、刃物台１０は駆動機構によって回転駆動されることで、移動台１３に対してＺ軸方向及びＸ軸方向に垂直な旋回軸１４を中心として旋回することができる。すなわち、本実施の形態では、旋回軸１４と駆動機構とによって、旋回軸１４を中心として刃物台１０とともに正面側刃具１１及び背面側刃具１２をＢ軸旋回させる旋回機構が構成されている。刃物台１０が旋回軸１４を中心として旋回することで、正面側刃具１１及び背面側刃具１２がワークＷに対して成す傾斜角度が変更される。

ここで、正面側刃具１１及び背面側刃具１２がワークＷに対して成す傾斜角度は、ワークＷの軸線の方向すなわちＺ軸方向に対して正面側刃具１１及び背面側刃具１２の軸線方向が成す角度であり、刃物台１０の旋回角度αと同一の角度とする。

本実施の形態では、正面側刃具１１は、旋回軸１４の軸線上に刃先が位置するように装着されている。これにより、正面主軸３に把持されているワークＷに対する正面側刃具１１の傾斜角度を、正面側刃具１１の刃先のＸ軸方向の位置を変えずに変更することを可能として、正面主軸３に把持されたワークＷを加工する際の正面側刃具１１の旋回ないし移動制御を容易に行い得るようにすることができる。

工作機械１は、制御手段としての制御部２０を有している。制御部２０は、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）やメモリ等の記憶手段を備えたマイクロコンピュータで構成することができる。正面主軸３を回転駆動する駆動機構、背面主軸４を回転駆動する駆動機構、正面主軸３をＺ軸方向に駆動する駆動機構、背面主軸４をＺ軸方向に駆動する駆動機構、背面主軸４をＸ軸方向に駆動する駆動機構、刃物台１０を旋回させる駆動機構及び正面側刃具１１と背面側刃具１２とを回転駆動する駆動源等は、それぞれ制御部２０に制御される。

制御部２０には、刃物台１０の旋回角度等の種々の加工条件を入力する入力部３０が接続されている。制御部２０は、入力部３０に入力された加工条件に基づき、上記の各機構等をＣＮＣ機能を用いつつ統合制御して、正面側刃具１１ないし背面側刃具１２によるワークＷの加工を実行する。

制御部２０は算出手段としての機能を有しており、背面主軸４に把持されたワークＷに対して背面側刃具１２による加工を行う場合において、入力部３０に刃物台１０の旋回角度αが入力されたときに、刃物台１０の旋回角度αに応じた背面側刃具１２の刃先のＸ軸方向の基準位置Ｐに対するＸ軸方向への移動距離ＸＡを算出する。

ここで、図１に示すように、背面側刃具１２の刃先のＸ軸方向の基準位置Ｐは、背面主軸４に把持されたワークＷの被加工部位に対応した所定のＸ軸方向位置になっており、図１においては、基準位置ＰはＺ軸方向に平行な線分で表されている。

なお、本実施の形態では、図１に示すように、基準位置Ｐは正面主軸３ないし背面主軸４の軸線に対してＸ軸方向にずれた位置となっているが、基準位置Ｐを正面主軸３ないし背面主軸４の軸線に一致する位置とするなど、ワークＷの加工位置に応じて基準位置ＰのＸ軸方向の位置を適宜変更することができる。

制御部２０により算出される移動距離ＸＡは、図１に示すように、背面側刃具１２の刃先が基準位置Ｐよりも図１中において上方側に位置するように刃物台１０を入力部３０に入力された所望の旋回角度αに旋回させたと仮定（図１中に二点鎖線で示す）したときに、背面側刃具１２の刃先（先端）と基準位置Ｐとの間に生じるＸ軸方向の距離のことである。図１に示すように、移動台１３が、旋回角度αが０度における背面側刃具１２の刃先が基準位置Ｐにあるときには、制御部２０において、移動距離ＸＡを、例えば、予め制御部２０に入力された旋回軸１４から背面側刃具１２の刃先までの距離ｘと旋回角度αとから、ＸＡ＝ｘ・sinαとして算出することができる。

制御部２０は、上記のように算出した移動距離ＸＡだけ、所望の旋回角度αに旋回させた背面側刃具１２の刃先のＸ軸方向位置が基準位置Ｐ上に位置するように、主軸Ｘ軸移動機構及び前記刃物台Ｘ軸移動機構の作動すなわち刃物台１０及び背面主軸４のＸ軸方向への移動を制御する。

次に、工作機械１を用いたワークＷの加工の実施について説明する。

正面主軸３に把持されているワークＷに対してＺ軸方向に対して所望の角度で傾斜する方向から正面側刃具１１によって加工を行う場合には、入力部３０に所望の旋回角度が入力されると、刃物台１０が旋回して正面側刃具１１がＺ軸方向に対して所望の旋回角度だけ傾斜した方向に向けられ、正面側刃具１１が上記旋回角度を維持したまま正面主軸３に把持されているワークＷに接近するように正面主軸３の移動と刃物台１０の移動とが制御され、正面主軸３に把持されたワークＷに正面側刃具１１が押し当てられてワークＷにＺ軸方向に対して傾斜した方向の穴開け加工等が行なわれる。

一方、背面主軸４に把持されたワークＷに対して所望の傾斜角度で傾斜する背面側刃具１２によって加工を行う場合には、制御部２０は、図２、図３に示す工程を行うように図４に示すフローチャートに基づいた制御を行い、背面側刃具１２によるワークＷの加工を実行する。

まず、ワークＷに対して背面側刃具１２を所望の傾斜角度で傾斜させた状態で加工を行う場合、図４のステップＳ１に示すように、入力部３０に対して、当該傾斜角度に対応した刃物台１０の旋回角度αが設定され入力されると、ステップＳ２において、算出手段としての機能を有する制御部２０により、刃物台１０の旋回角度αに応じた背面側刃具１２の刃先の基準位置Ｐに対するＸ軸方向への移動距離ＸＡが算出される。

次に、図４のステップＳ３に示すように、制御部２０は、算出した移動距離ＸＡを、刃物台１０のＸ軸方向に移動可能な最大距離ＸＭと比較する。

ここで、刃物台１０のＸ軸方向に移動可能な最大距離ＸＭは、図１に示すように、刃物台１０が、背面側刃具１２の刃先の移動距離ＸＡが算出される際の位置を起点として基準位置Ｐから離れる方向に向けて移動機構上で移動可能な最大距離である。図１に示す場合では、最大距離ＸＭは、刃物台１０の初期位置（旋回角度αが０度における背面側刃具１２の刃先が基準位置Ｐにあるときの位置）からＸ軸ガイドレール１３ａの図中下方側のストローク端までのＸ軸方向に沿った距離である。

ステップＳ３において、制御部２０により算出した移動距離ＸＡが刃物台１０のＸ軸方向に移動可能な最大距離ＸＭ以下であると判断されると、ステップＳ４において、図２（ａ）に示すように、制御部２０は、刃物台１０を移動距離ＸＡだけＸ軸方向へ移動させた後、図２（ｂ）に示すように、刃物台１０を旋回角度αとなるように旋回軸１４を中心として旋回させる。刃物台１０の旋回角度がαとなると、背面側刃具１２の刃先のＸ軸方向位置が基準位置Ｐ上に位置する。

上記一連の手順により背面側刃具１２の刃先のＸ軸方向位置を基準位置Ｐ上に一致させることができるため、図２（ｃ）に示すように、制御部２０は、背面主軸４をＺ軸方向に移動させ、背面側刃具１２を回転させて当該旋回角度αを維持したままワークＷの加工を実施することで、ワークＷにＺ軸方向に対して旋回角度αだけ傾斜した方向の穴開け加工を行うことができる。

このように、入力部３０に入力される刃物台１０の旋回角度αが所定値以下の場合には、制御部２０により算出される移動距離ＸＡが刃物台１０の最大距離ＸＭ以下となるので、背面主軸４を正面主軸３と同軸状に対向する位置に維持したまま、刃物台１０のみをＸ軸方向に移動させて背面側刃具１２によるワークＷの加工を行うことができる。

一方、入力部３０に入力される刃物台１０の旋回角度αが所定値より大きい場合には、ステップＳ３において、制御部２０により算出した移動距離ＸＡが刃物台１０の初期位置からＸ軸方向に移動可能な最大距離ＸＭよりも大きいと判断される。

この場合、ステップＳ５において、図３（ａ）に示すように、制御部２０は、刃物台１０を最大距離ＸＭだけＸ軸方向（図３中で下方向）へ移動させた後、図３（ｂ）に示すように、背面主軸４を刃物台１０のＸ軸移動方向とは反対方向に向けて移動距離ＸＡ－最大距離ＸＭで算出される距離だけ移動させる。すなわち、制御部２０により算出された移動距離ＸＡが刃物台１０の移動可能な最大距離ＸＭを超えた場合には、刃物台１０を最大距離ＸＭだけＸ軸方向へ移動させるとともに、刃物台１０の移動可能な最大距離ＸＭを超えた不足分の距離だけ背面主軸４を刃物台１０とは反対方向に向けて移動させる。

刃物台１０及び背面主軸４を上記の通りにＸ軸方向に移動させた後、図３（ｃ）に示すように、制御部２０は、刃物台１０を旋回角度αとなるように旋回軸１４を中心として旋回させる。刃物台１０の旋回角度がαとなると、背面側刃具１２の刃先のＸ軸方向位置が基準位置Ｐ上に位置する。

上記一連の手順により背面側刃具１２の刃先のＸ軸方向位置を基準位置Ｐ上に一致させることができるため、図３（ｄ）に示すように、背面主軸４をＺ軸方向に移動させて背面側刃具１２を回転させるとともに当該旋回角度αを維持したままワークＷの加工を実施することで、ワークＷにＺ軸方向に対して旋回角度αだけ傾斜した方向の穴開け加工等を行うことができる。

このように、入力部３０に入力される刃物台１０の旋回角度αが所定値より大きい場合には、制御部２０により算出される移動距離ＸＡが刃物台１０の最大距離ＸＭより大きくなるが、刃物台１０をＸ軸方向に最大距離ＸＭだけ移動させ、移動距離ＸＡのうち刃物台１０の最大距離ＸＭの移動では不足する移動分については背面主軸４を刃物台１０とは反対方向へ移動させることにより補うことができる。したがって、刃物台１０のＸ軸方向の移動のみでは加工できない大きな傾斜角度で背面側刃具１２を傾斜させるようにしても、加工を行うことができる。

以上の通り、本実施の形態の工作機械１によれば、刃物台１０と背面主軸４とを協同してＸ軸方向へ移動させる制御を行うことで、刃物台１０のＸ軸方向への移動ストロークを増加させることなく、刃物台１０の旋回角度αが所定値より大きい場合であってもワークＷの加工を行うことができる。よって、背面主軸４に把持されたワークＷを刃物台１０に装着された背面側刃具１２により加工するにあたり、旋回軸１４を中心として刃物台１０を旋回させることでＺ軸方向に対して傾斜する種々の方向からワークＷの加工を行うことができるようにした工作機械１において、刃物台１０の旋回角度αに拘わらず、刃物台１０のＸ軸方向のストロークを抑制しつつ傾斜方向からワークＷの加工を行うことができるようにして、この工作機械１を小型化することができる。

また、入力部３０に入力された旋回角度αに基づいて、刃物台１０を旋回角度αとなるように旋回させたときに背面側刃具１２の刃先とワークＷの被加工部位との間に生じるＸ軸方向の移動距離ＸＡを算出し、当該算出結果に応じて、刃物台１０及び背面主軸４をＸ軸方向のどの位置にまで移動させるかを予め決定することができるので、刃物台１０及び背面主軸４の移動制御を容易にすることができる。

本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

例えば、前記実施の形態においては、工作機械１には、旋回軸１４を中心として旋回する刃物台１０のみが設けられているが、これに限らず、刃物台１０とは別の他の刃物台を備え、当該他の刃物台に装着された刃具によってもワークＷの加工を行うことができる構成とすることもできる。

前記実施の形態においては、工作機械１は、正面主軸３と背面主軸４との一対の主軸を備えたものとされているが、これに限らず、１つの主軸のみを備えた構成とすることもできる。

前記実施の形態においては、正面側刃具１１及び背面側刃具１２は、それぞれ回転刃具とされているが、これに限らず、例えばエンドミル等の他の刃具であってもよい。

前記実施の形態においては、旋回軸１４は、その軸線が正面側刃具１１の刃先を通る位置に設定されているが、これに限らず、刃物台１０が旋回したときに背面側刃具１２の刃先のＸ軸方向の位置が変化すれば、その位置は種々変更可能である。

１ 工作機械
２ 基台
３ 正面主軸
３ａ チャック
４ 背面主軸
４ａ チャック
５ ガイドブッシュ
６ 正面主軸台
６ａ Ｚ軸ガイドレール
７ 背面主軸台
７ａ Ｚ軸ガイドレール
７ｂ Ｘ軸ガイドレール
１０ 刃物台
１０ａ 装着部
１０ｂ アーム部
１１ 正面側刃具
１２ 背面側刃具（刃具）
１３ 移動台
１３ａ Ｘ軸ガイドレール
１４ 旋回軸
２０ 制御部（制御手段、算出手段）
３０ 入力部
Ｗ ワーク
α 旋回角度
Ｐ 基準位置
ＸＡ 移動距離
ＸＭ 最大距離

Claims (3)

1. ワークを把持する主軸と、
   前記主軸を該主軸の軸線に平行なＺ軸方向に直交するＸ軸方向に移動させる主軸Ｘ軸移動機構と、
   前記ワークを加工する刃具が装着された刃物台と、
   前記刃物台をＸ軸方向に移動させる刃物台Ｘ軸移動機構と、を有し、
   前記刃物台に、前記刃具を旋回させる旋回機構を設けた工作機械であって、
   前記旋回機構によって前記刃具を所望の旋回角度に旋回させたときの前記刃具のＸ軸方向の移動距離ＸＡを算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出された前記移動距離ＸＡに応じて前記刃具に追従して前記主軸がＸ軸方向に移動するように前記主軸Ｘ軸移動機構の作動を制御する制御手段と、を有し、
   前記制御手段が、前記算出手段により算出された前記移動距離ＸＡが、前記刃物台のＸ軸方向への最大移動距離ＸＭよりも大きい場合に、前記刃物台をＸ軸方向に距離ＸＭだけ移動し、前記主軸をＸ軸方向に距離（ＸＡ－ＸＭ）だけ移動した後に、前記刃具を旋回させるように、前記主軸Ｘ軸移動機構、前記刃物台Ｘ軸移動機構及び前記旋回機構の作動を制御するように構成されていることを特徴とする工作機械。
2. 前記移動距離ＸＡに応じた前記主軸のＸ軸方向への移動の際に、前記制御手段が、前記刃物台をＸ軸方向に移動させるように、前記刃物台Ｘ軸移動機構の作動を制御する請求項１に記載の工作機械。
3. 前記主軸が正面主軸に対向する背面主軸であり、
   前記刃物台に、前記正面主軸に把持されたワークを加工するための正面側刃具が前記刃具に対して刃先を反対方向に向けて装着されており、
   前記旋回機構の旋回軸が前記正面側刃具の刃先に設定されている、請求項１または２に記載の工作機械。

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