JP2001287102A - 複合加工工作機械 - Google Patents

複合加工工作機械

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JP2001287102A
JP2001287102A JP2000102982A JP2000102982A JP2001287102A JP 2001287102 A JP2001287102 A JP 2001287102A JP 2000102982 A JP2000102982 A JP 2000102982A JP 2000102982 A JP2000102982 A JP 2000102982A JP 2001287102 A JP2001287102 A JP 2001287102A
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JP2000102982A
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Yasuyuki Noda
康行 野田
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Okuma and Howa Machinery Ltd
Original Assignee
Okuma and Howa Machinery Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の立形旋盤では一度のチャッキングで多
面,多工程の加工ができないため、加工能率に問題があ
り、また加工精度の維持が困難であった問題を解決する
複合加工工作機械の提供。 【解決手段】 ベッドに立形に設けて回転並びに旋回角
度C軸割出し可能なワークを把持するワーク主軸と、ベ
ッド上水平方向X軸移動位置決め可能なコラムと、コラ
ムに鉛直方向Z軸移動位置決め可能なクロススライド
と、クロススライドに左右水平方向Y軸移動位置決め可
能な主軸頭と、主軸頭に鉛直・水平の間を旋回B軸割出
し位置決めするB軸旋回可能な主軸クイルと、主軸クイ
ルに回転及び旋回角度M軸割出可能な工具を把持する工
具主軸とを含み、これをNC装置で関連制御駆動するこ
とでワーク主軸の把持具に一度把持させることで多工程
の加工を可能とする複合加工工作機械。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は金属加工を主とする
工作機械、特に旋削を行う旋盤の立形形式のものにミー
リング加工,穴あけ加工をも行うことができる複合加工
工作機械に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に大径重量物を旋削加工する場合に
は、横形の旋盤では重量による主軸の撓みが大きくな
り、主軸剛性を考慮すると大形,高価となる。このため
主軸を立形としてベッドに回転可能に設け、旋削工具を
上下と水平方向に移動させる立形旋盤が用いられる。こ
の形式ではワークの重量は、主軸に曲げ力として作用せ
ず、軸方向の力をチャック面で受けることができるので
主軸の変形が起こらず安定した加工が可能である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら立形旋盤
において重量物を加工する場合に、あくまでも主軸の軸
線方向又はこれと直角方向の旋削加工に限定される。ま
た立形旋盤をベースとした従来の複合加工機(専用機)
においてもワークに横穴,斜め穴さらに多面加工が入る
多工程のものでは主軸に装着する専用工具としてアング
ルヘッドアタッチメントが必要となり、工程ごとの段取
り替えが必要であった。このため本体のコストが高くな
り、また工程毎に専用工具が必要で工具本数が増加し管
理が面倒なうえコスト高となる問題があった。
【0004】また場合によっては別の機械が必要とな
り、取り外し,搬送,再セッテイングをしなければなら
なかった。従って工程が分解されることになり、加工精
度の確保が困難となる問題があった。また同一芯を有す
る加工例えば多段加工,ねじ加工を行う場合、加工精度
の確保をするため旋盤とマシニングセンタが必要となる
問題があった。
【0005】本発明は従来の技術の有するこのような問
題点に鑑みなされたもので、その目的とするところは,
立・横・斜めの穴加工、ねじ切り,ミーリング加工の多
工程ワークをワンチャッキングで且つ標準工具で加工が
可能である複合加工工作機械を提供するにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、上面にX軸方向の水平案内面を有するベ
ッドと該ベッドにZ軸方向の鉛直軸を中心として回転並
びに旋回角度C軸割出し可能に軸承されたワーク把持具
を有するワーク主軸と、前記ベッドの水平案内面上で移
動位置決め可能に載置され前記ワーク主軸側にZ軸方向
の鉛直案内面を有するコラムと、該コラムの鉛直案内面
に案内されて移動位置決め可能でY軸方向の水平案内面
を有するクロススライドと、該クロススライドの水平案
内面に案内されて移動位置決め可能なサドルに設けられ
た主軸頭と、該主軸頭に設けられX軸とZ軸を含む平面
内で鉛直方向と水平方向の間の角度B軸割出し可能な主
軸クイルと、該主軸クイルに回転並びに旋回角度M軸割
出し可能に軸承された工具を把持する工具主軸と、前記
X軸,Y軸,Z軸それぞれの移動位置決め及びB軸割出
し並びにC軸,M軸それぞれの回転と割出しを行うそれ
ぞれの駆動サーボモータと、該駆動サーボモータを関連
して制御するNC装置とを含んでなるものである。
【0007】請求項1の発明によれば、ワーク主軸の把
持具例えばチャックにワークを把持し、工具主軸にミー
リング工具,穴あけ工具等のテーパシャンクと同寸法の
テーパシャンク付を標準工具とした旋削工具を装着し、
工具主軸を旋回角度割出して切刃方向をワークに対応さ
せて固定して、工具主軸をX,Y,Z軸制御するととも
に、ワーク主軸を回転して旋削する。
【0008】斜めの上面,テーパ面に対するミーリング
加工,穴あけ加工には、加工位置に対応して工具主軸を
角度B軸割出して斜め方向とし、ワーク主軸を旋回角度
C軸割出し加工位置を工具主軸に対向させ角度固定す
る。工具主軸をX,Y,Z軸制御して加工位置に移動
し、工具主軸を回転して斜め上面にミーリング加工,穴
あけ加工を行うものである。このためワンチャッキング
にて多工程の加工ができる。
【0009】
【発明の実施の形態】本機全体の正面図を示す図1、同
じく側面図を示す図2にもとづき本機の概略の全体構成
を説明する。
【0010】ベッド1には上面にX軸方向に2本の水平
案内面1aが形成され、この案内面1aの前端位置にZ
軸方向の鉛直軸を中心として回転されるワーク(C軸)
主軸3が軸承されている。ワーク主軸はNC装置の制御
によるエンコーダ付サーボモータ5からベルト10を介
して回転並びに旋回角度割出し位置決め可能に軸承され
ている。この旋回角度割出しをC軸割出しと称す。そし
てこのワーク主軸3にはワークを把持する図示しないチ
ャックが嵌着されている。
【0011】ベッド1の水平案内面1aにはサドル4が
摺動可能に載置されていて、この上にコラム6がボルト
で一体に設立されている。そしてコラム6のワーク主軸
3側にはZ軸方向に2本の鉛直案内面6aが形成されて
いる。またサドル4には、ベッド1の幅中央で長手方向
に設けられた送りねじ5と螺合するナットが取り付けら
れている。さらにベッド1には送りねじ5,駆動用のエ
ンコーダ付サーボモータ3が設けられていてモータがN
C装置で制御回転されることによって送りねじ5を介し
てコラム6が移動位置決めされる。即ち後述の工具が指
令位置に移動位置決めされる。
【0012】コラム6の鉛直案内面6aには、クロスス
ライド7がZ軸方向に上下移動可能に案内されていて、
このクロススライド7にはコラム6に鉛直方向に設けた
図示しない送りねじと螺合するナットが取り付けられて
いる。またコラム6上面には送りねじ駆動用のエンコー
ダ付のサーボモータ8が設けられていて、このモータが
NC装置で制御回転されることにより送りねじを介して
クロススライド7はZ軸方向に移動位置決めされる。
【0013】クロススライド7には上面下面と前面にわ
たる2本のX軸と直交するY軸方向の水平案内面7aが
形成されている。この水平案内面7aには主軸頭11を
締着したサドル9が案内されていて、サドル9にはクロ
ススライド7に回転のみ可能に軸承された図示しない送
りねじに螺合するナットが取り付けられている。またク
ロススライド7には送りねじ駆動用のエンコーダ付サー
ボモータ12が設けられていて、このモータがNC装置
で制御回転されることにより送りねじを介してサドル9
が移動位置決めされる。さらに主軸頭11には工具(M
軸)主軸14を回転可能に軸承した角筒の主軸クイル1
3がY軸方向の軸心を中心としてX軸とZ軸を含む平面
内で鉛直方向と水平方向の90度の範囲を角度割出し位
置決め可能に軸承されている。この角度割出しをB軸割
出しと称す。また主軸頭にはエンコーダ付サーボモータ
16が設けられていて、このモータがNC装置で制御回
転されることにより歯車列を介して主軸クイル13が角
度位置決めされる。
【0014】コラム6を設立したサドル4を水平(X
軸)方向に移動送りし位置決め制御するサーボモータ
2,ワーク主軸3を回転並びに旋回角度割出し(C軸割
出し)制御するサーボモータ5,クロススライド7を鉛
直(Z軸)方向に移動送りし位置決め制御するサーボモ
ータ18,工具主軸14を有する主軸頭11を固着した
サドル9を水平(Y軸)方向に移動送りし位置決め制御
するサーボモータ12,工具主軸14を回転、及び角度
割出し(M軸割出し)制御するサーボモータ17並びに
主軸クイル13を鉛直(Z軸)方向と水平(X軸)方向
との間を角度割出し(B軸割出し)制御するサーボモー
タ16は図示しないNC装置によって適宜相互に関連し
て制御することにより旋削,穴あけ,フライス削り等の
加工をワンチャッキングで実現するものである。
【0015】次いで本発明の主要部であるワーク(C
軸)主軸の構造について図3の断面図にもとづき説明す
る。ワーク主軸3は上端開口部をテーパとする中心穴が
穿設され、上部軸受21A、下部軸受21Bによって、
ベッド1に組み込まれて固定されたフランジで22a付
枠体22に鉛直軸を中心として回転可能に軸承されてい
る。そして枠体22はベッド1の前側端において固設さ
れている。
【0016】ワーク主軸3の下端には、ブレーキ円板2
4が取り付けられている。そしてブレーキ円板24の外
周部両面にパッドを圧接してブレーキをかけ、回転を停
止させる電磁作動体26が設けられており、デイスクブ
レーキを構成している。軸受21A,21Bの間には歯
車23がキー着され、この歯車23は枠体22に鉛直方
向に軸受27A,27Bで、回転可能に軸承された中間
軸28にキー着された小歯車29と噛合されている。中
間軸28の下端には、枠体22の軸受31で回転可能に
軸承されたプーリ32が固着され、ベルト33を介して
サーボモータ5と回転的に連結されている。したがって
サーボモータ5のNC装置の指令にもとづく回転によっ
てワーク主軸3が歯車29,23を介して回転される。
旋削に必要な回転数例えば低速域4〜200r.p.
m、高速域6〜600r.p.mで駆動される。ワーク
主軸3の旋回角度割出し(C軸割出し)指令が出され、
サーボモータ5のエンコーダが指令角度に対応する信号
を出力されたとき、デイスクブレーキが直ちに作動して
指令角度位置にワーク主軸3を停止させる。
【0017】次いで工具(M軸)主軸を図4の断面図に
もとづき説明する。工具主軸14は四角筒の主軸クイル
13に設けた軸受41A,41Bで両端部を回転可能に
軸承されていて、下端をテーパとする中心穴が穿設さ
れ、また軸受41A,41Bの中間部には傘歯車42が
キー着されている。この傘歯車42に噛み合う傘歯車4
3の歯車軸43aは、工具主軸14の軸芯と直交して、
主軸クイル13の側面貫通穴に嵌合されたケーシング4
4に軸受46と主軸頭11の軸受47とによって回転可
能に軸承されている。
【0018】主軸クイル13には傘歯車軸43aと同心
に外装して取り付けられた筒体49が、軸受50を介し
て主軸頭11に主軸クイル13が回転可能に軸承されて
いる。また主軸クイル13は傘歯車軸43aと同軸上で
傘歯車軸43aと反対側に支軸48が突設されている。
この支軸48は、主軸頭11に固定されたシリンダ5
1、にフランジ部52aで嵌装されたフランジ付軸受筒
52により、軸受を介して回転可能に軸承されている。
したがって工具主軸14は主軸クイル13の両側に突出
した軸部において、傘歯車軸43aと支軸48の軸線の
まわりで旋回可能である。なお加工位置との対応上本実
施例では鉛直方向と水平方向との90度の間の旋回とさ
れている。
【0019】しかして筒体49と同心に歯車53が固着
されていて、主軸頭11に軸受54で回転可能に軸承さ
れた駆動軸56にキー着された歯車57と歯車53が噛
合されている。この駆動軸56は主軸頭11の側面に取
り付けたサーボモータ16の減速機55の出力軸と一体
に連結されている。したがってサーボモータ16の制御
回転によって主軸クイル13と工具主軸14は傘歯車軸
43aと支軸48の軸線を中心として適宜旋回並びに角
度割出しされる。この旋回はX軸,Z軸を含む平面で行
われることになる。この旋回をB軸旋回また角度割出し
をB軸割出しと称す。
【0020】一方支軸48を軸承する軸受筒52の筒部
には、中央部に環状ランド58aが形成されたスペーサ
58が嵌装されており、このスペーサ58とシリンダ5
1との間に形成された環状の空間に、環状ランド58a
を挟んで両端部内周に鍔を有する可動シリンダ59が軸
方向に移動可能に嵌装されている。そして両端の鍔と環
状ランド58aで形成される前室,後室に、図示しない
油圧源から圧油が交互に送られることにより、可動シリ
ンダを前後進させることができる。
【0021】この可動シリンダ59の主軸クイル13側
端面には、カービック歯車形(以下カービックと称す)
カップリング61が固着されている。またシリンダ51
の主軸クイル13側端面には、カービックカップリング
61の大径側で噛合うカービックカップリング62が固
着されている。さらに主軸クイル13の側面にはカービ
ックカップリング61の小径側で噛合う、カービックカ
ップリング63がカービックカップリング62と同じ噛
合面となる位置に固着されている。したがって可動シリ
ンダ59が油圧によって前後進されることにより、カー
ビックカップリング61はカービックカップリング6
2,63と同時に噛合・離脱が可能である。
【0022】傘歯車軸43aには、歯車64が嵌着され
ていて、駆動軸56に嵌装した軸受66で軸承された歯
車67と噛み合っている。更に歯車67は回動可能に軸
承された中間軸68にキー着された歯車69と噛み合っ
ている。この歯車69はM軸用のサーボモータ17の出
力軸に固着した図示しない歯車と噛合されていて、サー
ボモータ17の制御回転により、歯車69,67,6
4、傘歯車43,42を経て工具主軸14に必要な回転
数の回転が伝達される。例えば回転数は30〜3000
r.p.m、特別には10,000r.p.mである。
【0023】工具主軸14は主軸クイル13に内蔵され
た軸受41Aの軸受ハウジング71の外周に環状空間を
形成して油圧室として、その環状空間に環状ピストン7
2を滑合して油圧室を上室と下室に分けている。工具主
軸で旋削加工を行う場合、工具主軸を回転しないように
位置決め固定するためのカップリング体として、環状ピ
ストン72の下端にはカービックカップリング73が固
着され、このカプリングの大径側に噛み合うカービック
カップリング74が主軸クイル13と一体的に固着され
ている。また工具主軸14のフランジ部14aには、環
状ピストン72のカービックカップリング73の小径側
で噛み合うカービックカップリング76を、カービック
カップリング74と同じ噛合面で噛み合うように固着さ
れている。したがって環状の油圧室の上室・下室に交互
に圧油が図示しない圧油源から送られたとき、環状ピス
トン72が上下動することによりカービックカップリン
グ76は74,76と係合・離脱される。
【0024】さらに工具主軸14の中心穴には工具Tの
プルスタッドを引き上げるコレット77,引上げロッド
78,引上げ力を付与する皿ばね群79が内蔵されてい
る公知の構造である。工具主軸14が鉛直方向位置であ
るとき、その上方で引上げロッド78と同軸上に油圧シ
リンダ79が主軸頭11に配設されており、油圧シリン
ダ79に嵌装されるピストン81の下側ピストンロッド
82が引上げロッド78に対向されている。したがって
油圧シリンダ79の上側油室に圧油が送られることによ
って、ピストン81が下降し下側ピストンロッド82が
引上げロッド78を殴打して、装着工具Tのプルスタッ
ドに衝撃を与え、シャンクのテーパ嵌合を離して工具を
抜き出すことができる。
【0025】この工具主軸14には図示しない以下のA
TC装置によって工具交換が可能である。即ち本機に取
り付け又は別置のマガジンにはミーリング工具,フライ
ス工具,ボーリング工具,穴あけ工具等を貯蔵してお
き、また旋削用の外径又は内径工具は前記工具のテーパ
シャンクと同じシャンクを有する工具を、標準工具とし
て同様に貯蔵しておく。そして図示しない自動工具交換
装置を付加して適宜加工に必要な工具を自動交換するこ
とによって目的の切削加工を行うものである。
【0026】上述のように構成した本発明の動作を説明
する。先ず旋削加工について、ワーク主軸3の図示しな
いチャックにワークを把持させる。工具主軸14は鉛直
方向でカービックカップリング61と62,63とを噛
合させているものとする。そしてワークの外径加工をす
るものとする。 油圧シリンダ79の上室への送油でピ
ストン81を下降させ、引上げロッド78を下げてチャ
ック77を開けておく。
【0027】自動工具交換装置によって旋削工具Tをマ
ガジンから搬送して、カービックカップリング73と7
4・76の噛み合いで旋回角度位置決めされている工具
主軸14のテーパ穴に装着する。シリンダ79の上油室
の圧油を排出し、皿ばね79で引上げロッド78を引上
げコレット77を介して装着工具をテーパ穴に嵌着す
る。環状ピストン71のシリンダ下室へ圧油を切り換え
て上位置としてカービックカップリング73と74・7
6との噛み合いを外す。M軸用のサーボモータ17を制
御回転し旋削工具Tの切刃をワーク側にすべく工具主軸
14を旋回M軸割出しする。シリンダの上室に圧油を切
り換えて、環状ピストン72を下位置としカービックカ
ップリング73と74・76とを噛み合わせて工具主軸
14を固定する。
【0028】サーボモータ2によりワーク主軸3をワー
クとともに回転させる。X軸用のサーボモータ3により
サドル4,コラム6を、Y軸用のサーボモータ12によ
り主軸頭11を、またZ軸用のサーボモータ8によりク
ロススライド7を同時又は別々に制御駆動して、旋削工
具Tの刃先がX軸・Z軸を含む平面上の所定加工位置に
位置決めしてワークの内又は外径を切削加工を行うもの
である。
【0029】次にワークの斜めの上面に穴あけ又はミー
リング加工を行う場合について、工具主軸14を鉛直位
置として、前記と同様に油圧シリンダ79への送油し、
引上げロッド78を関連して作動させて工具主軸14に
穴あけ工具又はミーリング工具を自動工具交換装置によ
って装着する。シリンダ51の前室に圧油を送り環状ピ
ストン58を後退させて、カービックカップリング61
と62・63との噛み合いを外し、B軸用のサーボモー
タ16をNC装置で制御回転して、工具主軸14の軸芯
がワークの上斜面と直角(ほぼ直角)となるよう主軸ク
イル13をB軸割出しする。シリンダ51の圧油側を切
り換えて環状ピストン58を前進させて、カービックカ
ップリング61と62・63とを噛み合わせて主軸クイ
ル13を所定角度に固定する。
【0030】一方ワーク主軸3のサーボモータ5をNC
装置で制御回転させて、ワークの上斜面の穴加工位置を
X軸Z軸を含む平面上に角度C軸割出しする。そしてデ
イスクブレーキを作動させてワーク主軸3を固定する。
B軸割出しで斜め方向に角度位置決めされた工具主軸1
4をX軸,Y軸,Z軸のそれぞれのサーボモータをNC
装置の指令で移動制御して位置決めする。M軸用のサー
ボモータ17を駆動して工具主軸14を所定回転数で回
転させ穴あけ又はミーリング加工を行うものである。
【0031】更にワークにねじ切り加工を行う場合は、
工具交換装置でねじ切り工具に交換し、ワークの回転と
ねじ切り工具のZ軸移動とを関連して制御することによ
り実施できるものである。ワーク外径にテーパを削設す
る場合は、コラム6のX軸移動と主軸頭11のZ軸移動
との同期制御による合成移動によって実施できるもので
ある。必要により主軸クイルをB軸割出しさせて工具刃
先を形成されるテーパ面と直角とする。
【0032】ワークにテーパねじを切削する場合は主軸
クイル13、ねじ切り工具を装着した工具主軸14をB
軸割出しして、テーパ角度に直角として固定し、X軸と
Z軸の同期制御の合成移動で工具切刃をワーク斜面と平
行に移動させることで実施できるものである。ワークに
多面加工(多角形)を行う場合はワークの加工面をワー
ク主軸3を旋回してC軸割出し位置決めして、フライス
工具と対向させ、フライス工具と主軸頭11をY軸移動
又はコラム6をX軸移動させて、多角形の側面(斜め面
をも含む)の加工が実施できるものである。
【0033】
【発明の効果】上述のように構成したので本発明は以下
の効果を奏する。ワーク主軸の旋回角度C軸割出し、工
具主軸のB軸旋回並びに角度B軸割出しをすることによ
り、ワークをワーク主軸の把持具に一度チャッキングす
ることで、X軸,Y軸,Z軸制御により多面加工が実施
可能である。したがって段取り時間が短縮できて作業効
率が良くなり、段取工程毎に発生する取り付け誤差がな
く精度高い製品を得ることができる。
【0034】また工具取付部をテーパシャンクに統一し
た標準工具の同一工具で立・横・斜めの加工が可能とな
り工具費が削減できるとともに、マガジンに貯蔵する工
具の数を削減することができる。さらにワーク主軸とB
軸旋回角度位置決め可能な工具主軸を併設しているた
め、多様な加工工程例えば多段,ねじ切り,穴あけ,多
角面削り等の一回のチャッキングで実施でき高い製品精
度の確保が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の複合加工工作機械の全体概略図を示す
正面図である。
【図2】同じく側面図である。
【図3】ワーク主軸構造を示す断面図でる。
【図4】工具主軸構造並びにB軸旋回構造を示す断面図
である。
【符号の説明】
1 ベッド 3 ワーク主軸 4,9 サドル 6 コラム 7 クロススライド 11 主軸頭 13 主軸クイル 14 工具主軸 2,5,8,12,16,17 サーボモータ 24 ブレーキ円板 26 電磁作動体 59,71 環状ピストン 61,62,63,73,74,76 カップリング

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上面にX軸方向の水平案内面を有するベ
    ッドと該ベッドにZ軸方向の鉛直軸を中心として回転並
    びに旋回角度C軸割出し可能に軸承されたワーク把持具
    を有するワーク主軸と、前記ベッドの水平案内面上で移
    動位置決め可能に載置され前記ワーク主軸側にZ軸方向
    の鉛直案内面を有するコラムと、該コラムの鉛直案内面
    に案内されて移動位置決め可能でY軸方向の水平案内面
    を有するクロススライドと、該クロススライドの水平案
    内面に案内されて移動位置決め可能なサドルに設けられ
    た主軸頭と、該主軸頭に設けられX軸とZ軸を含む平面
    内で鉛直方向と水平方向の間の角度B軸割出し可能な主
    軸クイルと、該主軸クイルに回転並びに旋回角度M軸割
    出し可能に軸承された工具を把持する工具主軸と、前記
    X軸,Y軸,Z軸それぞれの移動位置決め及びB軸割出
    し並びにC軸,M軸それぞれの回転と割出しを行うそれ
    ぞれの駆動サーボモータと、該駆動サーボモータを関連
    して制御するNC装置とを含んでなることを特徴とする
    複合加工工作機械。
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