CN105828990A - 多轴自动车床 - Google Patents

Abstract

多轴自动车床(10)包括：分度旋转的主轴支架(102)；配置在主轴支架(102)上并保持工件并旋转的多个主轴(103)；以及具有加工工件的刀(16)，能在接近或者离开各主轴(103)的方向移动的多个横刀架(11)。横刀架(11)利用被伺服马达(21)旋转驱动的偏心凸轮(13)在任意角度范围，在接近或者离开各主轴(103)的方向移动并加工工件。由此，能够容易且高精度地校正因从主轴支架的旋转中心到各主轴的旋转中心的各距离的差异而产生的工件的加工尺寸误差。

Description

多轴自动车床

技术领域

本发明涉及多轴自动车床，更详细而言，涉及能够高精度地校正因从主轴的公转中心到保持工件的多个主轴的各距离的差异而引起的工件的加工尺寸误差的多轴自动车床。

背景技术

如图10至图12所示，以往的多轴自动车床100包括：被分度驱动机构101驱动并以旋转中心O为中心以预定的角度(图示的实施方式中为60°)间歇旋转(公转)、即分度旋转的主轴支架102；以及被主轴支架102支持，把持未图示的工件并旋转(自转)的多个(图示的实施方式中为6个)主轴103。各主轴103的旋转轴104与通过主轴支架102的中心地配设的旋转轴105连结。旋转轴105经由带106和齿轮107，被驱动马达108驱动。

在主轴支架102的外周侧与各主轴103对应地配置有多个(图示的实施方式中为6个)横刀架110，使该横刀架110与刀111一起向被主轴103把持并旋转的工件前进倒退，对工件进行车削加工。一边使主轴支架102分度旋转一边在各位置依次进行这样的工件加工，制成为制品。

作为以往的横刀架110的进刀机构，使用齿轮凸轮驱动机构，在主轴支架102的外周侧与主轴支架102同芯地配置环形齿轮112，使环形齿轮112与经由减速装置113被马达114旋转驱动的驱动齿轮115啮合并旋转。环形齿轮112与在各横刀架110的凸轮轴116的一端固定的横刀架驱动齿轮117啮合。固定在横刀架110上的凸轮随动件119与在凸轮轴116的另一端固定的扇形凸轮(横刀架凸轮)118的凸轮面118a滑动接触，利用扇形凸轮118的旋转使各横刀架110、即刀111向旋转的工件前进倒退并进行加工。另外，在工件型号变更的情况下，通过更换扇形凸轮118，调整切入量。

在以往的多轴自动车床100中，从主轴支架102的旋转中心O(公转中心)到把持工件的多个主轴103的中心O1(自转中心)的距离R，由于制造误差等而不是完全相同的。另一方面具有的问题是：被对各横刀架110共用的环形齿轮112驱动的各横刀架110的进刀量在所有的横刀架110上都相同，因此从公转中心O到各个主轴103的中心O1的距离R的误差会给工件的加工尺寸带来影响，不能个别校正在各主轴103上产生的直径差。另外，为了进行尺寸校正，由于要对每个主轴103拧开工具固定螺钉120，转动位置调整螺钉121来调整刀111的位置，因此调整后的位置精度差，需要作业者的经验和直觉。

另外，公开了如下带NC的多轴自动车床：在包括在同一底座上具有多个主轴的主轴组；在与各主轴对置的位置具有相同数量的刀的刀组的多轴自动车床中，使刀组中的任意刀从刀组中独立并利用NC装置来控制(例如参照专利文献1)。并且，在专利文献2所记载的多轴车床中，公开了利用由NC装置控制的伺服马达，经由丝杠、螺母来驱动X轴滑板。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭63-57101号公报

专利文献2：日本特开平8-192303号公报

发明内容

本发明欲解决的问题

然而，认为专利文献1所公开的带NC多轴自动车床通过使用NC马达来使滚珠丝杠旋转，从而使NC用滑动件前进后退。所以，切入量的调整在NC装置中设定数值即可，不是熟练人员也能容易处理，但与凸轮式多轴自动车床比较，设想到其必要空间增大，成本上升。另外，由于从刀台去除了相应刀的安装部，因此NC化所需的位置的变更是困难的，存在改善的余地。专利文献2所记载的多轴车床中也使用滚珠丝杠，存在必要空间增大这样的问题。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种多轴自动车床，能够容易且高精度地校正因从主轴支架的旋转中心到各主轴的旋转中心的各距离的差异而产生的工件的加工尺寸误差。

用于解决问题的方案

本发明的上述目的由下述的构成实现。

(1)一种多轴自动车床，包括：

主轴支架，其以预定的角度进行分度旋转；

多个主轴，其在以主轴支架的旋转中心为中心的圆周上等间隔配置，分别保持工件并旋转；以及

多个横刀架，其具有加工工件的工具，能在接近或者离开各主轴的方向移动，

使主轴支架公转，并且利用自转的各主轴一边使工件旋转一边进行加工，多轴自动车床的特征在于，

横刀架利用伺服马达将偏心凸轮在任意角度范围旋转驱动，从而在接近或者离开各主轴的方向移动。

(2)如(1)所述的多轴自动车床，其特征在于，

偏心凸轮经由被伺服马达驱动的谐波减速器而进行旋转。

(3)如(1)或(2)所述的多轴自动车床，其特征在于，

多个横刀架能够利用齿轮驱动对所述偏心凸轮进行旋转驱动，

横刀架能够切换齿轮驱动与伺服马达所进行的驱动来使用。

(4)如(1)至(3)的任一项所述的多轴自动车床，其特征在于，

根据各工件的加工尺寸差对每个主轴储存各横刀架的进刀量校正值，基于进刀量校正值来控制各横刀架的移动量，其中，各工件的加工尺寸差是因主轴支架的旋转中心到各主轴的中心的距离的差而产生的。

(5)如(1)所述的多轴自动车床，其特征在于，

所述偏心凸轮根据与凸轮随动件抵接的凸轮面的范围，切换所述伺服马达所产生的旋转速度。

(6)如(1)所述的多轴自动车床，其特征在于，

对于所述偏心凸轮，在加工所述工件的过程中，在与凸轮随动件抵接的凸轮面的范围，使所述伺服马达所进行的旋转停止预定时间。

(7)如(1)所述的多轴自动车床，其特征在于，

对于所述偏心凸轮，在完成所述工件的加工的所述横刀架最接近所述主轴的位置，使所述伺服马达所进行的旋转停止预定时间。

(8)如(1)所述的多轴自动车床，其特征在于，

设定所述伺服马达，以便根据所述工件来变更所述工具的切入量。

(9)如(1)所述的多轴自动车床，其特征在于，

所述偏心凸轮在从其中心偏移的位置安装有凸轮轴，

所述凸轮轴在加工每个所述工件时变更等待位置。

发明效果

根据本发明的多轴自动车床，由于横刀架通过利用伺服马达将偏心凸轮在任意角度范围进行旋转驱动，从而在接近或者离开各主轴的方向移动，因此能够以高位置精度来移动横刀架。另外，能够容易对于各主轴设定分别不同的移动量。由此，能够进行精度高的工件的加工。

附图说明

图1是本发明所涉及的多轴自动车床的横刀架的平面图。

图2是驱动图1所示的横刀架的偏心凸轮的伺服马达和谐波减速器的剖视图。

图3是变形例的横刀架的平面图。

图4是用于说明使用了多轴自动车床的控制方法1的一个例子的图。

图5是用于说明使用了多轴自动车床的控制方法2的一个例子的图。

图6是用于说明使用了多轴自动车床的控制方法2的其他例的图。

图7是用于说明使用了多轴自动车床的控制方法3的一个例子的图。

图8是用于说明使用了多轴自动车床的控制方法4的一个例子的图。

图9是用于说明使用了多轴自动车床的控制方法5的一个例子的图。

图10是以往的多轴自动车床的平面图。

图11是示出图10所示的多轴自动车床的概要构成的立体图。

图12是图10所示的以往的横刀架的平面图。

附图标记的说明

11：横刀架

13：偏心凸轮

13A：卵型凸轮(偏心凸轮)

16：刀(进行加工的工具)

21：伺服马达

22：谐波减速器

30：控制装置

100：多轴自动车床

102：主轴支架

103：主轴

110：齿轮驱动式横刀架(横刀架)

112：环形齿轮(主齿轮)

118：扇形凸轮(偏心凸轮)

O：公转中心(主轴支架的旋转中心)

O1：主轴的旋转中心

R：从主轴支架的旋转中心到主轴的旋转中心的距离

具体实施方式

下面，基于附图来详细说明本发明所涉及的多轴自动车床的一个实施方式。此外，由于本实施方式的多轴自动车床除了横刀架及其驱动机构外，实际上与图10所示的以往的多轴自动车床相同，因此在以下的说明中，以图1和图2所示的横刀架及其驱动机构为中心，一边借用图10一边进行说明。

如图1和图2所示，本实施方式的多轴自动车床10的横刀架11代替以往的由横刀架驱动齿轮117(参照图10)进行的齿轮驱动，利用以被NC控制的伺服马达21作为驱动源的驱动装置20来驱动凸轮轴12。在凸轮轴12的一端部12a，具有圆形形状的凸轮面13a的偏心凸轮13安装在从该偏心凸轮13的中心偏移的位置。

驱动装置20如图2所示，包括被NC控制的伺服马达21、以及被伺服马达21旋转驱动的谐波减速器22，在一端部12a固定有偏心凸轮13的凸轮轴12经由固定在另一端部12b的谐波减速器22而进行旋转。谐波减速器22是以往已知的减速装置，包括波发生器24、柔轮25、以及刚轮26。

波发生器24包括椭圆形凸轮24a；外嵌在该椭圆形凸轮24a上的球轴承状部件24b，球轴承状部件的内圈固定在椭圆形凸轮24a上，外圈能经由滚珠而进行弹性变形。椭圆形凸轮24a固定在伺服马达21的旋转轴23上，与旋转轴23一起旋转。柔轮25是由金属弹性体构成的薄壁杯状的部件，在外周面刻有外齿，杯状底部(膜片)25a固定在凸轮轴12的另一端12b。刚轮26是刚体环状的部件，在内周面刻有齿数比柔轮25例如多2个的内齿。刚轮26固定在利用滚动轴承28旋转自如地支持凸轮轴12的壳体27上，柔轮25的外齿与刚轮26的内齿啮合。

而且，波发生器24旋转时，一边是柔轮25弹性变形，一边是柔轮25与刚轮26的啮合位置由于刚轮26的内齿与柔轮25的外齿的齿数差而依次移动。波发生器24转1圈时，柔轮25向波发生器24的旋转方向的相反方向旋转柔轮25与刚轮26的齿数差、即2齿的量。由此，固定在柔轮25上的凸轮轴12以大幅减速后的旋转速度旋转。

这样，将谐波减速器22用作减速装置，能够利用高的减速比从低输出的伺服马达21产生大的力矩，得到高精度且小型化的减速装置。

如图1所示，在横刀架11中，与以往的横刀架110同样，用于加工工件的刀16被螺钉15固定在能相对于壳体27移动的可动台18上，并且在可动台18上固定有与偏心凸轮13的凸轮面13a对置的凸轮随动件14。另外，在刀16的后方设有调整刀位置的调节螺钉17。此外，主轴103的中心O1位于将凸轮轴12和凸轮随动件14的中心连接的线上。在可动台18上，在凸轮轴12的周围设有未图示的孔部，以便容许可动台18自身相对于凸轮轴12移动。另外，在本发明中，基本上不需要调节螺钉17，但为了能与后述以往的横刀架110共用，设置了调节螺钉17。

利用被伺服马达21驱动的凸轮轴12将偏心凸轮13在任意角度范围内旋转驱动时，与偏心凸轮13的凸轮面13a抵接的凸轮随动件14根据偏心凸轮13的旋转角度而被按压，使横刀架11、即刀16在图中左右方向移动，对被各主轴103把持并旋转的工件进行加工。所以，通过使偏心凸轮13在任意角度范围旋转往返运动，从而刀16在左右方向进退。

由于各伺服马达21由控制装置30个别地NC控制，因此能够在任意的旋转角度范围将偏心凸轮13转动，使偏心凸轮13摆动旋转，使得偏心凸轮13的旋转角度、即刀16的移动量成为对每个主轴103设定的移动量。

在以同一尺寸将各工件加工的情况下，如图10所示，刀16相对于各主轴103的移动量会根据从主轴支架102的公转中心O到各个主轴103的中心O1的距离R而不同。具体而言，对于相对于距离R具有短距离R1的主轴103，需要将刀16的移动量加长的量为距离的差值(R-R1)，距离R是从成为标准的主轴103的公转中心O到主轴103的中心O1的距离R。反之，对于具有长距离R2的主轴103，需要将刀16的移动量缩短的量为距离的差值(R2-R)。

由于对于上述各主轴103而言的从主轴支架102的旋转中心O到主轴103的中心O1的距离R之差表现为制品的加工精度，因此对每个主轴103测定工件尺寸并将各横刀架11的进刀量校正值储存在控制装置30中。控制装置30对伺服马达21进行NC控制，以与进刀量校正值对应的旋转角度使凸轮轴12(偏心凸轮13)旋转。由此，能够校正从主轴支架102的公转中心O到各个主轴103的中心O1的距离R的差所导致的加工尺寸差。

该进刀量校正作业不需要如以往那样依赖丰富的经验、作业者的直觉，仅通过从未图示的输入装置向控制装置30输入指示就能够容易变更。另外，能够不停止多轴自动车床10，在运行的状态下进行，防止作业效率下降。

另外，偏心凸轮13被设计为凸轮随动件14的最大按压量大于各刀16的最大移动量，另外，使偏心凸轮13只摆动旋转必要角度，从而刀16的移动量能够与分别不同的多个工件对应。

此外，在一系列的加工工序中，在粗加工工序等中，有的情况下不一定需要上述的高精度的加工。在这样的加工工序中使用图12所示的以往的被齿轮凸轮驱动机构驱动的横刀架110，在需要高精度的加工的工序中使用本发明的被NC控制机构驱动的横刀架11，从而能够使以往的齿轮凸轮驱动机构与本发明的NC控制机构混合在一台多轴自动车床10中，成为混合构造。由此，能够实现必要充分的加工精度、和低成本。

从NC控制机构向齿轮凸轮驱动机构的变更能够容易进行，从横刀架11取下凸轮轴12(带偏心凸轮13)和驱动装置20，取而代之，安装凸轮轴116、扇形凸轮118、和横刀架驱动齿轮117，并与环形齿轮112啮合即可。此外，通过在凸轮轴12上预先设置横刀架驱动齿轮117，并且设置将来自伺服马达21的动力进行离合的离合单元，从而能够不更换凸轮轴12地进行使用。进一步，从NC控制机构向齿轮凸轮驱动机构的变更能够对于任意的横刀架11进行，加工工序的设计自由度提高。即，能够与工件的加工形态匹配地将NC控制机构和齿轮凸轮驱动机构组合并配置在任意的位置。

此外，使刀16移动的凸轮只要是相对于凸轮的旋转角度的凸轮随动件14的按压量连续地平滑变化即可，不限于图1所示的圆形的偏心凸轮13，例如，也可以是图3所示的卵形形状的偏心凸轮13A。

如以上说明的那样，根据本实施方式的多轴自动车床10，由于利用伺服马达21以任意角度范围将偏心凸轮13旋转驱动，从而横刀架11相对于各主轴103在接近或者离开的方向移动，因此能够以高位置精度来移动横刀架11，另外，能够容易对于各主轴103设定分别不同的移动量。由此，能够进行精度高的工件加工。

另外，由于偏心凸轮13经由被伺服马达21驱动的谐波减速器22而旋转，因此能够利用小型的谐波减速器22，从低输出的伺服马达21产生大力矩，使多轴自动车床10小型化。

进一步，多个横刀架11能利用齿轮驱动对扇形凸轮118进行旋转驱动，由于横刀架11能够切换齿轮驱动与伺服马达21所进行的驱动来使用，因此用伺服马达21来驱动需要高加工精度的横刀架11，使齿轮驱动和伺服马达驱动的横刀架110、11混合在一台多轴自动车床10中，能够确保必要充分的加工精度，并且抑制多轴自动车床10的成本。

另外，根据因从主轴支架102的旋转中心O到各主轴103的中心O1的距离R的差异而产生各工件的加工尺寸差，对每个主轴103储存各横刀架11的进刀量校正值，基于进刀量校正值来控制各横刀架11的移动量，因此，能够容易且高精度地校正因从主轴支架102的旋转中心O到各主轴103的旋转中心O1的各距离R的差异而产生的工件的加工尺寸误差。

此处，使用图4～图9来说明使用了本实施方式的多轴自动车床10的各种控制方法、具体而言为控制装置30所进行的横刀架11的控制方法。此外，图4～图7说明的是在偏心凸轮13的凸轮面13a的各范围中，与凸轮随动件14抵接状态下的速度控制，图8和图9说明的是偏心凸轮13的旋转范围。

＜控制方法1＞：使凸轮轴12不匀速旋转，使刀具(刀)16的进刀速度(切入速度)变化。

即，偏心凸轮13根据与凸轮随动件14抵接的凸轮面13a的范围，切换伺服马达21所带来的旋转速度。具体而言，如图4所示，以使凸轮轴12旋转180°的情况为例时，刀具16在与工件接触之前进行急速进刀，努力缩短循环时间，从与工件接触之前到粗加工完成期间为中速进刀，在这之后作为低速进刀而进行精加工。

这样的加工在如以往那样使凸轮机械地旋转的情况下，如果这样设定凸轮的轮廓是可能实现的，但具有的问题是：即使制造的凸轮的轮廓存在改善的余地，也难以变更一旦制造了的凸轮的轮廓。

根据上述控制方法，由于仅通过设定伺服马达21就能够自由且容易变更凸轮轴12的旋转速度、其范围，因此，能够兼顾缩短循环时间和尺寸精度、精加工精度。

＜控制方法2＞：使凸轮轴12间断地旋转(点动旋转)并切断切屑。

在切削加工中，根据切削条件(切入量、切入速度、工件材质等)的不同，有的情况下会产生长的连续的切屑。长的切屑经常会不能从工件良好地排出，切屑有可能卷入到工件、刀具16中，使加工品质恶化。

因此，对于偏心凸轮13，在将工件加工的过程中，在与凸轮随动件14抵接的凸轮面13a的范围，使伺服马达21所进行的旋转停止预定时间。具体而言，如图5所示，在从中速进刀切换至低速进刀的位置，进行将凸轮轴12停止微少的预定时间并停止进刀的“点动旋转”，从而能够进行将切屑较短地切断的动作。

此外，作为使凸轮轴12停止的时间，可以是加工工件转1圈的时间。

另外，作为其他控制方法，如图6所示，也可以进行间断地使凸轮轴12旋转的“点动旋转”，进行将切屑较短地切断的动作。另外，在图6中，在中速进刀区域进行点动旋转，但也可以在低速进刀区域进行点动旋转。并且，即使在使偏心凸轮13匀速旋转的情况下，也可以在将工件加工时使用的凸轮面13a的范围进行点动旋转。

＜控制方法3＞：在加工终点短时间停止凸轮轴12并改善正圆度。

在控制方法2中，用在加工中停止进刀的方法来改善切屑的处理，但在该控制方法中，如图7所示，在加工完成位置停止横刀架11，从而改善加工工件的正圆度。即，对于偏心凸轮13，在完成工件的加工的横刀架11最接近主轴103的位置，使伺服马达21所进行的旋转停止预定时间。

特别是，该控制方法3在用与加工工件的形状相同的成形刀具进行加工时，另外在进刀比较快的情况下是有效的。通过使凸轮轴12停止，从而由于能够减少加工完成时的刀具16的切完的形状留在圆周上的略微的台阶，因此提高正圆度。

另外，该控制方法3作为对于振纹的措施也是有效的。

此外，使凸轮轴12停止的时间与(2)的控制方法同样，优选的是加工工件转1圈左右。

＜控制方法4＞：调节凸轮轴12的旋转量(旋转角度)来使切入量变化，将冲设定自动化。

在该控制方法4中，设定伺服马达21，以便根据工件来变更刀具16的切入量。具体而言，如图8所示，在将工件A加工的情况、与将工件B加工的情况下，使凸轮轴12旋转的角度不同。在以往的机械式中，在工件这样改变的情况下，需要更换偏心凸轮13、或者变更刀具托架和刀具16的位置等、伴随操作者的手工作业的重设定作业，但如果使用该控制方法4，则仅通过变更伺服马达21的设定就能够变更切入量。结果得到的效果是：重设定时间的缩短导致生产率提高，即使是非熟练操作者也能够容易作业等。

＜控制方法5＞：对每个工件的加工略微改变凸轮轴12的等待位置(相位)，从而使偏心凸轮13的使用范围变化，减轻凸轮面13a的磨损。

在偏心凸轮13的旋转范围以相同设定进行反复加工时，偏心凸轮13的凸轮面13a会磨损。虽然不能避免伴随与凸轮随动件14接触而导致的凸轮面13a的磨损，但如图9所示，通过略微变更与加工品质无关的等待位置，能够减轻凸轮面13a的磨损。

另外，本发明不限于上述的实施方式，能够适当进行变形、改良等。

本申请基于2013年11月14日申请的日本专利申请2013-235943号，其内容作为参考并入本文。

Claims (9)

1.一种多轴自动车床，包括：

主轴支架，其以预定的角度进行分度旋转；

多个主轴，其在以所述主轴支架的旋转中心为中心的圆周上等间隔配置，分别保持工件并旋转；以及

多个横刀架，其具有加工所述工件的工具，能在接近或者离开所述各主轴的方向移动，

使所述主轴支架公转，并且利用自转的所述各主轴一边使所述工件旋转一边进行加工，所述多轴自动车床的特征在于，

所述横刀架通过利用伺服马达将偏心凸轮在任意角度范围旋转驱动，从而在接近或者离开所述各主轴的方向移动。

2.如权利要求1所述的多轴自动车床，其特征在于，

所述偏心凸轮经由被所述伺服马达驱动的谐波减速器而进行旋转。

3.如权利要求1或2所述的多轴自动车床，其特征在于，

多个所述横刀架能够利用齿轮驱动对所述偏心凸轮进行旋转驱动，

所述横刀架能够切换所述齿轮驱动与所述伺服马达所进行的驱动来使用。

4.如权利要求1至3的任一项所述的多轴自动车床，其特征在于，

根据所述各工件的加工尺寸差来对每个所述主轴储存所述各横刀架的进刀量校正值，基于所述进刀量校正值来控制所述各横刀架的移动量，其中，所述各工件的加工尺寸差是因所述主轴支架的旋转中心到所述各主轴的中心的距离的差异而产生的。

5.如权利要求1所述的多轴自动车床，其特征在于，

所述偏心凸轮根据与凸轮随动件抵接的凸轮面的范围，切换所述伺服马达所产生的旋转速度。

6.如权利要求1所述的多轴自动车床，其特征在于，

对于所述偏心凸轮，在加工所述工件的过程中，在与凸轮随动件抵接的凸轮面的范围，使所述伺服马达所进行的旋转停止预定时间。

7.如权利要求1所述的多轴自动车床，其特征在于，

对于所述偏心凸轮，在完成所述工件的加工的所述横刀架最接近所述主轴的位置，使所述伺服马达所进行的旋转停止预定时间。

8.如权利要求1所述的多轴自动车床，其特征在于，

设定所述伺服马达，以便根据所述工件来变更所述工具的切入量。

9.如权利要求1所述的多轴自动车床，其特征在于，

所述偏心凸轮在从其中心偏移的位置安装有凸轮轴，

所述凸轮轴在每次加工所述工件时变更等待位置。