JP2003311561A - 切削加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動スピンドル内蔵工具ユニットを用いた一
連の加工工程において人が工具の取り替えをしなくても
異なる工具により加工ができ、さらに、加工精度をでき
るだけ減少させない切削加工機を提供する。 【解決手段】 電動スピンドル内蔵工具ユニットを保持
する２以上の工具保持体を有する切削加工機であり、各
工具保持体は保持する電動スピンドル内蔵工具ユニット
を用いて加工対象物を加工する加工位置に移動可能であ
る。そして、加工位置に一以上の工具保持体が存する場
合に、残りの工具保持体は加工の邪魔をしない待避位置
に存する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は切削加工機に関し、
詳しくは電動スピンドルを内蔵した工具ユニット（本願
では「電動スピンドル内蔵工具ユニット」という）を用
いて切削加工を行う切削加工機に関する。

【０００２】

【従来の技術】マシニングセンタ等の切削加工機におい
て、工具ホルダ自体にモーターにより回転する電動スピ
ンドルを内蔵させてこの電動スピンドルの回転により工
具を回転させて加工を行う方法が行われ始めている。例
えば、特開２００１−１５０２８１号公報、特開２００
０１−１５０２８２号公報等にこの方法が示されてい
る。この加工方法は安価な構成で高速回転が得られるの
でコストダウンを図ることができ、また、微細な加工の
できる刃物を有する工具も装着できるので精度の高さが
要求される加工にも適している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、マシニング
センタにおいて上記のような電動スピンドル内蔵工具ユ
ニットを用いて加工を行うと工具ユニットは自動的にツ
ールチェンジャーにより交換されるので、マシニングセ
ンタの主軸と電動スピンドル内蔵工具ユニットとの接合
面において微細な粉塵等が挟まり工具先端の位置が数ミ
クロンずれることがある。これにより、電動スピンドル
内蔵工具による仕上げ加工時に加工精度が落ちる問題が
生じる。一方、工具を人の手で取り替える通常のＮＣ切
削加工機によればこのような問題は生じないが、例えば
粗加工の後に仕上げ加工をするような場合、粗加工にお
いて工具の刃先が磨耗する等の理由より工具を交換する
必要があるので工具交換の際に作業員が必ず居なければ
ならないという問題が生じる。そこで、本発明は電動ス
ピンドル内蔵工具ユニットを用いた一連の加工工程にお
いて人が工具の取り替えをしなくても異なる工具により
加工ができ、さらに、加工精度をできるだけ減少させな
い切削加工機を提供することを課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は次のような構成を有する。請求項１に記載の
発明は、電動スピンドル内蔵工具ユニットを保持する２
以上の工具保持体を有する切削加工機であり、各工具保
持体は保持する電動スピンドル内蔵工具ユニットを用い
て加工対象物を加工する加工位置に移動可能である。な
お、ここにいう移動は相対的な移動を意味し、工具保持
体が移動する場合のほか、加工対象物が移動してくるよ
うな場合を含む。そして、加工位置に一以上の工具保持
体が存する場合に、残りの工具保持体は加工の邪魔をし
ない待避位置に存するものである。このように２以上の
工具保持体を持つことにより、それぞれの工具保持体に
電動スピンドル内蔵工具ユニットを予め人の手で高精度
にとりつけておくことができ、加工時においては加工対
象物を加工する電動スピンドル内蔵工具ユニットのみが
加工に供し、残りの電動スピンドル内蔵工具ユニットは
加工の邪魔をしない。

【０００５】請求項２に記載の発明は前記の切削加工機
において、前記待避位置は前記加工位置から加工対象物
の取り付け面に対してほぼ平行移動した位置に存するも
のである。このような動作により加工対象物の取り付け
面に対する各電動スピンドル内蔵工具ユニットの工具先
端までの距離に関して各電動スピンドル内蔵工具ユニッ
トの移動によるずれが少なくなる。

【０００６】請求項３に記載の発明は、前記の切削加工
機において前記加工位置および前記待避位置に存する各
工具保持体は一体となって加工対象物に対して相対的に
加工動作を行うものである。これにより各電動スピンド
ル内蔵工具ユニットの位置関係が加工時において変わる
ことがないのでそれだけ、各電動スピンドル内蔵工具ユ
ニットの工具先端の位置の相対的な関係のずれを少なく
することができる。

【０００７】請求項４に記載の発明は、前記の切削加工
機において前記加工位置および待避位置に存する各工具
保持体のうち前記加工位置にある工具保持体のみが加工
対象物に対して相対的に加工動作をするものである。こ
れにより、通常は各工具保持体を待避位置にしておき、
加工に供する工具保持体だけを加工動作させればよくな
る。

【０００８】請求項５に記載の発明は前記の切削加工機
において前記各工具保持体の少なくとも一つに粗加工用
の工具を取り付けた電動スピンドル内蔵工具ユニットを
取り付け、前記各工具保持体の少なくとも一つに仕上げ
用の工具を取り付けた電動スピンドル内蔵工具ユニット
を取り付けたものである。これにより、一台の切削加工
機により一度工具を取り付けることで粗加工から仕上げ
加工までを連続して行うことができる。

【０００９】請求項６に記載の発明は、前記の切削加工
機において前記各工具保持体に前記電動スピンドル内蔵
工具ユニットが取り付けられたときに、前記各電動スピ
ンドル内蔵工具ユニットの工具先端の位置の差を測定す
る測定手段を設けたものである。このような測定手段を
設けることにより、取り付け時において各電動スピンド
ル内蔵工具ユニットの刃先の高さを調整する際の目安に
できる他、加工時において測定値を加味した制御動作を
行わせることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。図１に本実施の形態に
係る切削加工機Ａの斜視図を、図２に正面図を示す。こ
の切削加工機は台座１１に縦フレーム１２が固定され、
また台座１１上には水平面において図示しないボールネ
ジとサーボモータにより自在に移動するＸＹテーブル２
０が設けられている。また、電動スピンドル内蔵工具ユ
ニットＸ1、Ｘ2をそれぞれ保持する一体に形成される工
具保持体３１、３２が縦フレーム１２に設けられる。電
動スピンドル内蔵工具ユニットＸ1、Ｘ2の後端はマシニ
ングセンタにも取り付けられるようにツールシャンクと
プルスタッドが設けられており、工具保持体３１、３２
は通常のマシニングセンタと同様にクランプにより電動
スピンドル内蔵工具ユニットＸ1、Ｘ2を保持するように
なっている。この工具保持体３１、３２は一体となって
縦フレーム１２に設けられた垂直方向のレール上を図示
しないボールネジとサーボモータにより上下に移動す
る。即ち、切削加工機Ａは水平面上を移動するＸＹテー
ブルと垂直方向に移動する工具保持体により３次元の加
工を行うことができる。

【００１１】また、縦フレーム１２には工具保持体３
１、３２を覆う上部カバー３３が設けられ、上部カバー
下部の両側に工具保持体３１、３２に保持された電動ス
ピンドル内蔵工具ユニットＸ1、Ｘ2の工具先端の位置
（例えば工具保持体３１の下面から工具先端までの距
離）を測定するためのセンサ４１、４２が設けられてい
る。センサ４１、４２はレーザースキャニング型の寸法
測定用センサが縦に２列設けてあり、それぞれが工具保
持体３１、３２に保持される電動スピンドル内蔵工具ユ
ニットＸ1、Ｘ2の工具先端の長さを測定する。センサ４
１、４２は電動スピンドル内蔵工具ユニットＸ1、Ｘ2の
それぞれの先端を捉えることができるように、図３
（ａ）の工具保持体部分の底面図に示すように工具保持
体３１、３２の中心を通る水平線に対して斜めの傾きを
持った水平線上に設けられている。図３（ｂ）に図２に
おける矢視Ｓを示す。矢視Ｓはセンサ４１の位置からセ
ンサ４２へ真っ直ぐ向かう方向を示す。図３に示すよう
にセンサ４１とセンサ４２との間に電動スピンドル内蔵
工具ユニットＸ1、Ｘ2の先端はずれて現れることにな
り、これにより両方の先端位置を測定することができ
る。また、測定結果から図に示す工具の先端位置の差ｄ
が算出されるようになっている。なお、図ではわかりや
すいように先端位置の差ｄを大きく示しているが実際は
数ミクロン程度の差である。この切削加工機は図示しな
い制御装置により制御され予め使用者により入力される
プログラムにより自動的に加工動作を行う。

【００１２】次に、以上のような構成を持つ切削加工機
Ａの使用方法について説明する。まず、切削加工機Ａの
制御装置に加工用のプログラミングを行う。なお、ここ
では電動スピンドル内蔵工具ユニットＸ2で粗加工を、
電動スピンドル内蔵工具ユニットＸ1で仕上げ加工を行
うものとする。従って、電動スピンドル内蔵工具ユニッ
トＸ2で粗加工を行うためのプログラムを実行した後
に、電動スピンドル内蔵工具ユニットＸ1で仕上げ加工
を行うためのプログラムを実行させるようにプログラミ
ングを行うことになる。プログラミングが終了すると、
工具保持体３１、３２のそれぞれに電動スピンドル内蔵
工具ユニットＸ1、Ｘ2を装着する。この際、粉塵等が工
具保持体および電動スピンドル内蔵工具ユニットとの間
に挟まらないように作業者が丁寧に清掃をした後に慎重
に行う。

【００１３】その後、加工対象物ＯをＸＹテーブルの所
定位置に固定して切削加工機Ａを作動させる。切削加工
機Ａは加工動作を行う前にセンサ４１、４２により２つ
の電動スピンドル内蔵工具ユニットＸ1、Ｘ2の工具先端
の位置を測定する。測定が終了すると切削加工機Ａは、
プログラムに従い電動スピンドル内蔵工具ユニットＸ2
により加工動作を行う。この際、図４（ａ）に示すよう
にＸＹテーブル２０は加工対象物Ｏを工具保持体３２を
中心として移動させてから加工動作を行う。即ち、この
状態において工具保持体３２は保持している電動スピン
ドル内蔵工具ユニットＸ2により加工を行う加工位置に
ある。そして、工具保持体３１は保持している電動スピ
ンドル内蔵工具ユニットＸ1が加工の邪魔をしない待避
位置にある。

【００１４】この状態で切削加工機Ａは電動スピンドル
内蔵工具ユニットＸ2によりプログラム通りに加工対象
物の粗加工を行う。粗加工が終了すると切削加工機Ａは
ＸＹテーブル２０を移動させて、今度は図４（ｂ）に示
すように工具保持体３２を待避位置とし、工具保持体３
１を加工位置とする。それから切削加工機Ａは電動スピ
ンドル内蔵工具ユニットＸ1によりプログラム通りに加
工対象物の仕上げ加工を行う。この際、切削加工機Ａで
は前述したようにセンサ４１、４２により電動スピンド
ル内蔵工具ユニットＸ1と電動スピンドル内蔵工具ユニ
ットＸ2との工具先端の位置の差ｄが数値として得られ
ているので、制御装置はプログラムに示される加工にお
ける縦方向の送り量をこの差に基づいて調整するように
なっている。仕上げ加工が完了した時点で一連の加工作
業は終了する。このような動作を行うので、本実施の形
態に係る切削加工機は工具を人の手で一度取り付けると
粗加工から仕上げ加工までの一連の加工作業の間に工具
ユニットの機械的な交換が行われることがないので高精
度な加工が実現できることになる。また、センサにより
工具先端の位置を測定してそれを加味した加工を行うの
でさらに加工精度を高くすることができる。

【００１５】なお、上記実施の形態では工具保持体は垂
直方向にのみ移動し、ＸＹテーブルが移動することによ
って加工対象物に対して相対的に加工位置と待避位置に
移動するようにしているが、例えばこれは次のようにす
ることもできる。即ち、図５（ａ）に示すように一体と
なった二つの工具保持体が左右に移動することでＸＹテ
ーブルを動かさずに、一方の工具保持体が加工位置に存
し他方の工具保持体が待避位置に存するようにすること
もできる。図５（ａ）における想像線は電動スピンドル
内蔵工具ユニットＸ1を保持する工具保持体を加工位置
にし、電動スピンドル内蔵工具ユニットＸ2を保持する
工具保持体を待避位置にした状態を示している。また、
図５（ｂ）に示すように、それぞれの工具保持体が左右
に移動することで加工に供しない場合は待避位置に移動
するようにしてもよい。図５（ｂ）の想像線は電動スピ
ンドル内蔵工具ユニットＸ2を保持する工具保持体を待
避位置にした状態を示す。さらに、図６（ａ）に示すよ
うそれぞれの工具保持体が上方へ移動できるようにして
おき、上方に移動することにより待避位置に移行するよ
うにしてもよい。なお、この場合加工時は上下の段差を
保ったまま一体となって移動する。図６（ａ）は電動ス
ピンドル内蔵工具ユニットＸ1を保持する工具保持体が
待避位置にある状態を示す。それから図６（ｂ）に示す
ように、それぞれの工具保持体が加工のための垂直方向
の送り動作を独立してできるようにしておき、加工に供
しない方は上方で待機させることで待避位置に存するよ
うにすることもできる。また、本実施の形態では電動ス
ピンドル内蔵工具ユニットを保持する工具保持体は２つ
の場合を示したが工具保持体は３以上設けることも可能
である。

【００１６】

【発明の効果】以上の説明から本発明は次のような効果
を奏する。請求項１に記載の発明は、２以上の工具保持
体を持つことにより、それぞれの工具保持体に電動スピ
ンドル内蔵工具ユニットを予め人の手で高精度にとりつ
けておくことができ、加工時においては加工対象物を加
工する電動スピンドル内蔵工具ユニットのみが加工に供
し、残りの電動スピンドル内蔵工具ユニットは加工の邪
魔をしないので、工具の取り替えをすることなく異なる
工具で加工ができ、最初に人が電動スピンドル内蔵工具
ユニットを取り付けることで加工精度も維持することが
できる。

【００１７】請求項２に記載の発明は加工対象物の取り
付け面に対する各電動スピンドル内蔵工具ユニットの工
具先端までの距離に関して各電動スピンドル内蔵工具ユ
ニットの移動によるずれが少なくなるので、加工位置と
待避位置の間で工具の移行を行っても加工対象方向の精
度を高く維持することが可能となる。

【００１８】請求項３に記載の発明は、各電動スピンド
ル内蔵工具ユニットの位置関係が加工時において変わる
ことがないのでそれだけ、各電動スピンドル内蔵工具ユ
ニットの工具先端の位置の相対的位置関係がずれること
を少なくすることができ、加工位置と待避位置の間で工
具の移行を行っても加工精度を高く維持することができ
る。

【００１９】請求項４に記載の発明は、通常は各工具保
持体を待避位置にしておき、加工に供する工具保持体だ
けを加工動作させればよくなるので加工に供しない工具
を移動させる必要がなく動力の負荷を少なくすることが
できる。

【００２０】請求項５に記載の発明は、一台の切削加工
機により一度工具を取り付けることで粗加工から仕上げ
加工までを連続して行うことができ、その間工具の取り
替えを行う必要がないので特に仕上げ加工の精度を高く
することができる。

【００２１】請求項６に記載の発明は、測定手段を設け
ることにより、取り付け時において各電動スピンドル内
蔵工具ユニットの工具先端の位置を調整する際の目安に
できる他、加工時において測定値を加味した制御動作を
行わせることができるので、さらに高精度の加工が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係る切削加工機の斜視図である。

【図２】実施の形態に係る切削加工機の正面図である。

【図３】（ａ）は工具保持体部分の底面図であり、
（ｂ）は図２における矢視Ｓに表れる図を示す。

【図４】(ａ)は一の工具保持体が加工位置にあり他の工
具保持体が待避位置にある状態を示す正面図であり、
（ｂ）は一の工具保持体が待避位置にあり他の工具保持
体が加工位置にある状態を示す正面図である。

【図５】（ａ）（ｂ）とも工具保持体の他の例を示す図
である。

【図６】（ａ）（ｂ）とも工具保持体の他の例を示す図
である。

【符号の説明】

Ａ 切削加工機 Ｘ1、Ｘ2 電動スピンドル内蔵工具ユニット １１ 台座 １２ 縦フレーム ２０ ＸＹテーブル ３１、３２ 工具保持体 ４１、４２ センサ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動スピンドル内蔵工具ユニットを保持
   する２以上の工具保持体を有する切削加工機であって、
   各工具保持体は保持する電動スピンドル内蔵工具ユニッ
   トを用いて加工対象物を加工する加工位置に移動可能で
   あり、加工位置に一以上の工具保持体が存する場合に、
   残りの工具保持体は加工の邪魔をしない待避位置に存す
   る切削加工機。
2. 【請求項２】 前記待避位置は前記加工位置から加工対
   象物の取り付け面に対してほぼ平行移動した位置に存す
   る請求項１に記載の切削加工機。
3. 【請求項３】 前記加工位置および前記待避位置に存す
   る各工具保持体は一体となって加工対象物に対して相対
   的に加工動作を行う請求項１又は２に記載の切削加工
   機。
4. 【請求項４】 前記加工位置および待避位置に存する各
   工具保持体のうち前記加工位置にある工具保持体のみが
   加工対象物に対して相対的に加工動作を行う請求項１又
   は２に記載の切削加工機。
5. 【請求項５】 前記各工具保持体の少なくとも一つに粗
   加工用の工具を取り付けた電動スピンドル内蔵工具ユニ
   ットを取り付け、前記各工具保持体の少なくとも一つに
   仕上げ用の工具を取り付けた電動スピンドル内蔵工具ユ
   ニットを取り付けた請求項１から４のいずれか１項に記
   載の切削加工機。
6. 【請求項６】 前記各工具保持体に前記電動スピンドル
   内蔵工具ユニットが取り付けられたときに、前記各電動
   スピンドル内蔵工具ユニットの工具先端の位置の差を測
   定する測定手段を設けた請求項１から５のいずれか１項
   に記載の切削加工機。