JPS6350125B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はトランスフアー機械に組込まれる数値
制御多軸工作機械に関する。

一般に三次元数値制御（NC）工作機械は１本
の加工用の主軸を備えており、所定の加工位置ま
で主軸またはワークを移動させて必要な機械加工
を行なう。ツール交換の必要がある場合、NC工
作機械は自動工具交換装置（ATC）によりツー
ルを交換するか、またはターレツトによりツール
付主軸を加工位置の主軸と置き換えるようにして
いる。

ところで最近、FMS（フレキシブル・マニフア
クチヤリング・システム）の観点から、NC付加
工ユニツトをトランスフアー機械に組込む必要性
が出てきている。この要求は、中品種中量生産の
領域において、高い融通性のもとに効率の良い加
工を実現するためである。しかし従来のNC付加
工ユニツトは種々の問題からトランスフアー機械
にそのまま組込めない現状にある。すなわちトラ
ンスフアー機械に三次元NC付加工ユニツトを組
込む場合には、トランスフアー機械のワーク搬送
装置によるワークの位置制御が困難なことから、
基本的にはワーク側が固定で、NC付加工ユニツ
ト側が主軸に関して三次元移動の位置制御をする
ことになる。そのとき従来の三次元NC付加工ユ
ニツトでは下記の問題点が発生する。

(1) トランスフアー機械において、単軸三次元
NC付加工ユニツトを使用すると、加工内容に
応じた分だけステーシヨン数が必要となり、そ
のため初期の設備費が大幅に増加し、設備改善
の利点が失なわれてしまう。

(2) 従来のトランスフアー機械は多軸ヘツド型式
の専用加工ユニツトを中心として構成してある
ため、ステーシヨン間のトランスフアーピツチ
（専用加工ユニツト間距離）は小さく設定でき
る。これに反し単軸のNC付加工ユニツトがト
ランスフアー機械に組込まれると、加工の種類
に応じて加工用の主軸の移動範囲が大きくなる
ため、トランスフアー機械のトランスフアーピ
ツチは大幅に大きくしなければならず、その結
果トランスフアー機械は従来のものに比較して
大きな設備面積を占めることとなる。また主軸
の移動範囲が大きくなると、既設のトランスフ
アー機械に対しNC付加工ユニツトは主軸の必
要な移動範囲を確保できず、そのまま設置でき
ないことにもなる。

(3) 主軸の移動距離が長いと、主軸の移動時のロ
スタイムが大きくなり、これによりトランスフ
アーマシンの生産性の低下はまぬがれない。

(4) ツール交換が必要な場合に、従来のATC方
式のものまたはターレツト方式のものでは、そ
の動作スピードに限界があるため、トランスフ
アー機械の量産機としての機能は損なわれるこ
ととなる。

ここにおいて本発明の目的は、NC付加工ユニ
ツトのツールヘツドの移動域を可及的に小さく
し、NC付加工ユニツトのトランスフアー機械へ
の組込みを可能とし、またツールヘツドの移動時
間およびツール交換時間を最小とし、加工能率を
高める点にある。

上記目的のもとに本発明は、数値制御による位
置制御可能なツールヘツドに、トランスフアー方
向の間隔をおいて複数の主軸およびツールを設
け、これらの複数の主軸およびツールをワークの
加工位置に対応して選択的に作動させて、そのツ
ール間のトランスフアー方向の距離に対応してツ
ールヘツドの移動域を小さく設定するようにして
いる。

以下、本発明を図に示す一実施例にもとづいて
具体的に説明する。

まず第１図は本発明に係るトランスフアー機械
用の数値制御多軸工作機械１を示している。この
数値制御多軸工作機械１はベース２のＹ方向案内
面３に対しＹ方向の可動テーブル４を摺動自在に
載置し、この可動テーブル４のＸ方向案内面５に
可動コラム６を摺動自在に設け、さらにこの可動
コラム６のＺ方向案内面７にツールヘツド８を摺
動自在に取付けて構成してある。ここでＹ方向は
後述のトランスフアー機械５０のトランスフアー
方向と一致しており、またＸ方向はツールヘツド
８の進退方向つまり加工方向と対応しており、こ
れらのＸ−Ｙ方向は水平面内で直交状態にある。
またＺ方向はツールヘツド８の昇降方向と対応
し、Ｘ−Ｙ方向の平面に対し垂直状態に設定して
ある。上記ツールヘツド８はＹ方向すなわちトラ
ンスフアー方向において複数例えば２つの主軸筒
９，１０を上下２段位置で選択的に突出できる状
態で摺動自在に支持している。もちろんこれらの
主軸筒９，１０は回転自在の主軸１１，１２によ
り適当なツール１３，１４を保持している。そし
て可動テーブル４の移動はＹ方向（トランスフア
ー方向）への駆動手段としての送りモータ４６に
より行なわれ、また可動コラム６の進退は主軸１
１，１２のＸ方向（加工方向）への駆動手段とし
ての送りモータ４７により行なわれ、さらにツー
ルヘツド８の昇降は送りモータ４８により行われ
る。もちろんこれらの送りモータ４６，４７，４
８は図示しない送りねじなどの手段でそれぞれ可
動テーブル４、可動コラム６、ツールヘツド８に
結合してあり、その回転量はエンコーダなどで検
出できる。なお、この主軸１１，１２およびツー
ル１３，１４は可動コラム６の背面側に取付けら
れた主軸モータ１５の回転力により回転する。

さてツールヘツド８は第２図のように、Ｙ方向
（トランスフアー方向）で所定の距離をおいてＸ
方向の収納孔１６，１７を形成しており、それぞ
れの収納孔１６，１７の部分で主軸筒９，１０を
Ｘ方向に摺動自在に保持している。これらの主軸
筒９，１０はその内部で軸受１８，１９により主
軸１１，１２を回転自在にそれぞれ支持してい
る。主軸１１，１２はそれぞれの先端部で既に述
べたようにツール１３，１４を保持しており、ま
たその後端部分はスプライン２０，２１によりス
リーブ２２，２３に対しＸ方向の移動を許しつつ
回転のみを受け入れる状態で嵌り合つている。こ
のスリーブ２２，２３は、それぞれ軸受２４，２
５により収納孔１６，１７に対し回転自在に支持
されており、後端側でギヤ２６，２７を固定して
いる。このギヤ２６，２７は前述の主軸モータ１
５のモータ軸２８に取付けられた駆動ギヤ２９と
かみ合つている。またツールヘツド８は中央部で
シリンダー３０および２つの収納孔１６，１７に
臨むカム板収納室３１を形成している。シリンダ
ー３０は両端部のポート３２，３３で圧力源に接
続されており、かつ開口端を蓋３４で閉じた状態
で内部にピストン３５を摺動可能な状態で収納し
ている。このピストン３５のピストンロツド３６
はツールヘツド８の案内孔３７に対し軸線方向に
摺動自在で、かつ回動自在に保持されており、そ
のカム板収納室３１の部分でカム板３８を固定
し、かつ端部でピニオン３９を形成している。こ
のピニオン３９は案内孔４０の部分に回動自在に
挿入されたラツク４１とかみ合つている。なお、
このラツク４１は図示しない駆動手段により駆動
される関係にある。そしてカム板３８は、第３図
に示すように同一直径線上に位置しない状態で２
つの突起４２，４３を形成しており、これらの突
起４２，４３は主軸筒９，１０の外周に形成され
た切欠き４４，４５と対応している。

上記の数値制御多軸工作機械１はつぎのように
動作する。まず操作者はラツク４１を軸線方向に
移動させてカム板３８を回動させ、所望の例えば
主軸１２に対応する切欠き４５に突起４３を係り
合わせる。この状態でポート３３に圧力流体が送
り込まれると、ピストン３５はピストンロツド３
６をＸ方向に前進移動をさせる。このとき係り合
い状態の主軸筒１０はピストンロツド３６ととも
にツールヘツド８から突出し、主軸１２の先端の
ツール１４を加工に適切な位置まで前進させる。
その後、主軸モータ１５が始動すると、その回転
は駆動ギヤ２９、ギヤ２７、スプライン２１を経
て主軸１２に伝達されるため、主軸１２の先端の
ツール１４は必要な切削加工をできる状態とな
る。なお、主軸モータ１５の回転はカム板３８の
突起４２と係り合つていない方の主軸１１にも伝
達されるため、そのツール１３は空回り状態とな
る。つづいて数値制御多軸工作機械１はＹ方向お
よびＺ方向の送りモータ４６，４８の回転量を制
御し、突出状態の主軸１２の位置を加工位置まで
移動させるとともに、Ｘ方向の送りモータ４７の
回転により可動コラム６を前進させ、突出状態の
主軸１２のツール１４をワーク４９の位置まで送
り出す。もちろん送りモータ４７の回転速度はエ
アカツトの状態では早送りの状態にあり、またツ
ール１４がワーク４９に接近した時点から加工完
了までは切削送り速度に自動的に変る。また加工
が完了すると、送りモータ４７は早戻り速度でツ
ール１４を後退させる。

さて、この数値制御多軸工作機械１のトランス
フアー方向（Ｙ方向）の最大加工域は、トランス
フアー方向でのワーク４９に対する加工可能域、
換言すれば、それぞれのツール１３，１４による
トランスフアー方向への全移動域として定義で
き、これをＡとし、トランスフアー方向の主軸数
をｎ、ツールヘツド８のトランスフアー方向への
移動域つまり各ツール１３，１４のトランスフア
ー方向での移動域をＬとしたとき、下記の式で表
わされる。

Ａ≒Ｌ×ｎ ここで、上記式中の「≒（ほぼ等しい）」の意
味内容は、第５図に示すように、隣り合う移動域
Ｌを重複させることを含んでいる。そして、移動
域Ｌの重複域は、ワーク４９のほぼ中心に位置
し、例えばツール交換位置として、トランスフア
ー方向の主軸１１，１２について共通に用いられ
る。また、この重複域では、主軸１１，１２がと
もに移動できるので、その範囲でワーク４９に対
して異なる切削加工がワーク４９をそのステーシ
ヨンで移動しないままで、できることになる。

したがつて、この実施例において、主軸数ｎ＝
２であるから、ツールヘツド８の移動域Ｌは、第
５図に示すように、最大加工域Ａのほぼ1/2で足
りることになる。

次に第４図にインライン方式のトランスフアー
機械５０に本発明の数値制御多軸工作機械１を加
工ステーシヨンごとに順次設置した状態を示して
いる。ワーク４９はトランスフアー機械５０の図
示しないワーク搬送装置によりトランスフアー方
向（Ｙ方向）に一定間隔すなわちトランスフアー
ピツチＰの間隔をおいて間欠的に送られている。
ワーク４９が所定のステーシヨンで停止したと
き、数値制御多軸工作機械１はワーク４９の移動
停止と連動してツールヘツド８を前進させ、前進
状態の例えば主軸１２のツール１４でワーク４９
に必要な加工を施こす。すでに述べたようにこの
実施例ではトランスフアー方向（Ｙ方向）の主軸
数ｎ＝２であるから、ツールヘツド８の移動域Ｌ
はＡ／２で与えられ、数値制御多軸工作機械１のＹ 方向つまりトランスフアー方向に対する移動量は
Ａ／２となつている。この結果、トランスフアー機 械５０のトランスフアーピツチＰが小さい場合に
おいても、数値制御多軸工作機械１は作動空間を
確保しつつ、相互間で干渉のない状態でトランス
フアー機械５０にそつて順次設置できることとな
る。このことはまたトランスフアー機械５０のト
ランスフアーピツチＰを可及的に小さくできるこ
とを意味するから、トランスフアー機械５０の全
長を短かくするのに有効となる。また主軸１１，
１２のＹ方向の移動距離が小さくなるから、主軸
移動時のロスタイムは単軸のものに比較して１／ｎ に減少する。さらにツール交換は主軸１１，１２
を選択的に前進させることによりできるから、従
来のATC装置に比べ、その交換時間は小さくな
つている。

上記実施例はＹ方向（トランスフアー方向）に
２本のツール１３，１４を並べてあるがこのツー
ルの設置数は３本以上であつてもよく、その本数
の増加により、ツールヘツド８の移動域Ｌはさら
に小さく設定できる。また複数のツールの設置位
置は高さを異にしてトランスフアー方向にずれて
いてもよい。またツールの選択手段はシリンダー
３０、カム板３８および切欠き４４，４５により
２つの主軸１１，１２ごとに構成してあるが、こ
の選択機構は４本の主軸１１，１２に関して共通
に設けてもよく、また公知の他のもので置き代え
ることも可能である。またトランスフアー方向お
よび加工方向への駆動手段はシリンダーで構成し
てもよい。さらに第４図はインライン方式のトラ
ンスフアー機械５０を例示しているが、このトラ
ンスフアー機械はロータリー式のものとして構成
できる。ロータリー式のトランスフアー機械の場
合には、トランスフアー方向はトランスフアー円
に対する接線方向となる。

本発明によれば、トランスフアー方向に複数の
主軸を配置してあるから、主軸の移動量が最大加
工域に対し小さくできるので、既設のトランスフ
アー機械に数値制御多軸工作機械（NC付加工ユ
ニツト）の組込みが可能となり、またトランスフ
アー機械が小型化でき、さらに主軸の移動量が少
ないため、主軸の位置制御のロスタイムが小さ
く、また複数のツールが加工方向に突出させるこ
とによつて選択できるから、従来のATCに比較
して機構が簡単で、ツール交換の必要な時間が減
少する。そして本発明はトランスフアー機械に数
値制御多軸工作機械の組込みを可能とし、トラン
スフアー機械のFMS化に寄与する点で極めて有
意義である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るトランスフアー機械用の
数値制御多軸工作機械の斜面図、第２図は主軸の
選択機構および主軸駆動機構の水平断面図、第３
図は主軸選択手段の正面図、第４図は本発明の数
値制御多軸工作機械をインライン方式のトランス
フアー機械に組込んだ状態の平面図、第５図は最
大加工域と移動域との関係を示す説明図である。 １……数値制御多軸工作機械、２……ベース、
３……Ｙ方向案内面、４……可動テーブル、５…
…Ｘ方向案内面、６……可動コラム、７……Ｚ方
向案内面、８……ツールヘツド、９，１０……主
軸筒、１１，１２……主軸、１３，１４……ツー
ル、１５……主軸モータ、２７……ギヤ、３０…
…シリンダー、３５……ピストン、３８……カム
板、３９……ピニオン、４１……ラツク、４２，
４３……突起、４４，４５……切欠き、４６，４
７，４８……送りモータ、４９……ワーク、５０
……トランスフアー機械。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ トランスフアー機械のステーシヨンに設置す
   る数値制御多軸工作機械において、トランスフア
   ー方向に離間して複数の主軸を有するツールヘツ
   ドと、上記各主軸に取り付けられ独自の加工域を
   有するツールと、上記ツールヘツドのトランスフ
   アー方向への駆動手段と、上記主軸の選択手段
   と、選択された主軸の加工方向への駆動手段とを
   有し、トランスフアー方向の主軸数ｎ、各ツール
   についてのツールヘツドのトランスフアー方向へ
   の移動域Ｌ、複数のツールによるトランスフアー
   方向での最大加工域Ａとしたとき、 Ａ≒Ｌ×ｎ として、被加工物のトランスフアー方向加工域よ
   りもツールヘツドのトランスフアー方向移動域を
   小さく設定したことを特徴とするトランスフアー
   機械用の数値制御多軸工作機械。