JP2006035348A - Ｎｃマルチスピンドル複合機 - Google Patents

Abstract

【課題】 専用機とは異なり、ワークに対応した工具構成を簡単に取りうる複合機を提供し、ワーク加工の加工時間の短縮を図る。
【解決手段】 特定ワークでの貫通孔、ネジ孔、バリ発生部の位置、大きさ、深さなどに応じて複数のスピンドルユニット１５の種類、その平面的な位置を決定する。複数のスピンドルユニットを取り付けるための工具支持ブロック１４に、決定位置に対応した位置に取付孔を複数個形成する。複数のスピンドルユニットを対応取付孔に取り付けた工具支持ブロックをコラムに取り付ける。複数のスピンドルユニットを同時に駆動し、ワークの所望の複数部位に所定の加工を施す。ワークが異なれば、異なったユニットを搭載したブロックに変更する。
【選択図】 図１

Description

この発明はＮＣマルチスピンドル複合機およびその製造方法に関する。

従来の加工機では、古典的なＮＣ制御によるマシニングセンタが一般的であった。
しかしながら、このようなマシニングセンタでは、ミーリング、穴明け、研磨など多様な加工制御に対応するため、ＮＣには多くの機能を備えており、その操作が複雑となっていた。また、ＮＣのＧ言語による加工プログラムは、専門の技術を習得した人でないと使えない。また、完成したＧ言語プログラムは他の人には非常に読みにくいものであった。また、ＰＣや汎用のＰＬＣと間単には接続することができないため、汎用ＣＡＭや汎用ソフトからダイレクトに運転することができない。さらに、操作パネルなど１台毎に必要であり、日常には不必要な操作性が冗長である。また、そのための設置面積もムダとなっていた。

そこで、マシンや電気品を完全に専用的に設計する手法も以前から存在した。特に、専用設備ではＰＬＣなどを用いて専用機として開発する例がある。
しかしながら、この専用機の開発は、以下の問題が生じてくる。すなわち、手間がかかり、開発コストが大きくなる。高度の輪郭制御や高精度の加工などの高度なＮＣ技術は、困難である。拡張性への考慮不足から完成後のシステムの拡張や仕様変更に対して柔軟性に欠ける。マニュアル、ドキュメントなどが貧弱である。開発者、設計者しか中身がわからず、ユーザや他の設計者では、設計変更もできない。

そこで、この発明は上記マシニングセンタでの欠点と専用機における問題点との双方を解決することを、その目的としている。すなわち、第１に、現場作業に適した専用システムを効率よく、設計、製作することができること、その専用化により、徹底した簡単操作性、高生産性、小型化、コストダウンを実現することである。

そこで、この発明の目的は、ワークに対応して高生産性、低コストの加工機を提供することにある。この発明の他の目的は、各種ワークに容易に対応可能な加工機を提供することである。

この発明の上記課題は、以下の各発明によって達成される。
すなわち、請求項１に記載の発明は、架台と、この架台上にて直交する２方向に対して移動自在に配置され、その上面にワークが載置、固定されるＸＹテーブルと、ＸＹテーブルの側方の架台に立設されたコラムと、このコラムに着脱自在に支持されてＸＹテーブルの上方に配置される工具支持ブロックと、この工具支持ブロックに支持された複数のスピンドルユニットとを備えたＮＣマルチスピンドル複合機である。
請求項１に記載の発明によれば、複数のスピンドルユニットを用いて同時にワーク加工を行うことができる。この結果、ワーク加工での生産性の向上が達成できる。
この場合、工具支持ブロックにスピンドルユニットを支持させる場合、その取付精度を高めることが重要であり、例えばユニットのケーシングと工具支持ブロックを焼きバメする方法、ケーシングをブロックの取付孔にネジ込む方法などがある。

また、請求項２に記載の発明は、上記架台のＸＹテーブルの側方には、水平な出力軸を有する第２のスピンドルユニットが配設された請求項１に記載のＮＣマルチスピンドル複合機である。
請求項２に記載の発明によれば、ＸＹテーブルに固定されたワークに対して横方向からも同時に加工を施すことができる。よって、各種形状のワークについて対応することができる。

請求項３に記載の発明は、上記第２のスピンドルユニットは、ホルダを介して架台上の任意位置に配設可能である請求項２に記載のＮＣマルチスピンドル複合機である。
請求項３に記載の発明によれば、第２のスピンドルユニットについても適宜位置に配置可能である。よって、ワークの加工対象位置について配置することができる。

請求項４に記載の発明は、上記工具支持ブロックにはフライス加工用ユニットが取り付けられた請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のＮＣマルチスピンドル複合機である。
請求項４に記載の発明によれば、フライス加工を併せて同時に行うことができる。

請求項５に記載の発明は、上記スピンドルユニットはタップ加工用ユニット、ドリル加工用ユニットを含む請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のＮＣマルチスピンドル複合機である。
請求項５に記載の発明によれば、ワークの所定部位に対してドリル加工、タップ加工を行うことができる。もちろん孔径、深さなどが異なる穴加工を同時に行える。

請求項６に記載の発明は、ワークの形状等に応じて工具支持ブロックに複数のホルダ孔を形成する工程と、この工具支持ブロックの複数のホルダ孔に複数のスピンドルユニットをそれぞれ固定する工程と、この工具支持ブロックをコラムに取り付ける工程とを含むＮＣマルチスピンドル複合機の製造方法である。
請求項６に記載の発明によれば、ワークの形状等に対応して工具支持ブロックにホルダ孔を複数個形成する。これらのホルダ孔には対応したスピンドルユニットがそれぞれ取り付けられ、固定される。そして、この工具支持ブロックをコラムに取り付ける。この結果、このワークに対応したＮＣマルチスピンドル複合機を構成することができる。よって、ワークをＸＹテーブル上に載置し、マルチスピンドルユニットを用いて同時加工を行うことができる。

請求項７に記載の発明は、ワークでの貫通孔、ネジ孔、バリ発生部の位置、大きさ、深さなどに応じてスピンドルユニットの種類およびその平面的な配設位置を決定し、工具支持ブロックにあってこれらの配設位置に対応した各位置に対応した大きさの取付孔を形成する工程と、この工具支持ブロックをコラムに取り付ける工程と、複数のスピンドルユニットを対応する上記取付孔に挿入して取り付ける工程とを含むＮＣマルチスピンドル複合機の製造方法である。
請求項７に記載の発明によれば、工具支持ブロックに複数の取付孔をその対応位置に形成する。これらの取付孔にそれぞれ対応して選択した工具であるスピンドルユニットを取り付ける。さらに、工具支持ブロックをコラムに取付け、ＮＣマルチスピンドル複合機を完成させる。

請求項８に記載の発明は、ワークでの貫通孔、ネジ孔、バリ発生部の位置、大きさ、深さなどに応じて複数のスピンドルユニットの種類およびその平面的な配設位置を決定し、これらの複数のスピンドルユニットを取り付けるための工具支持ブロックにあってこれらの配設位置に対応した各位置に対応した大きさの取付孔を形成する工程と、この工具支持ブロックをコラムに取り付ける工程と、複数のスピンドルユニットを対応する上記取付孔に挿入して取り付ける工程と、ワークをＸＹテーブルに保持させる工程と、上記複数のスピンドルユニットを同時的に駆動することによりワークの複数部位に加工を施す工程とを含むワーク加工方法である。
請求項８に記載の発明によれば、ワークに対応してスピンドルユニットを配置することができる。ワークをＸＹテーブルに保持して複数のスピンドルユニットを同時的に駆動することにより、ワークの所望位置に所定の孔加工、ネジ孔加工を施すことができる。

請求項９に記載の発明は、上記ワークはＸＹテーブルの側方に配設されたスピンドルユニットを用いて同時的に加工される請求項８に記載のワーク加工方法である。
請求項９に記載の発明によれば、ワーク加工は、ワークに対して垂直に加工孔を形成するだけでなく、水平方向の孔も同時的に加工することができる。その結果、複雑な形状、構造のワークに対しても同時的な加工での対応が可能である。

以下、この発明の実施の形態を詳しく説明する。この発明は、これらの形態に限定されるものではない。

図１〜図８はこの発明に係るＮＣマルチスピンドル複合機の一実施例を示している。これらの図にあって、１０はＮＣマルチスピンドル複合機であって、このＮＣマルチスピンドル複合機１０は、床面に固設される架台１１と、この架台１１上にて直交する２方向に対して移動自在に配置され、その水平な上面にワークＷＫが載置、固定されるＸＹテーブル１２と、ＸＹテーブル１２の側方の架台１１に垂直に立設されたコラム１３と、このコラム１３に着脱自在に支持されてＸＹテーブル１２の上方に配置される工具支持ブロック１４と、この工具支持ブロック１４に支持された複数のスピンドルユニット１５とを備えて構成されている。
架台１１は例えば半畳程度の広さの水平面を有し、ＸＹテーブル１２は架台１１上で水平面内を直交する２方向（ＸＹ方向）に移動可能である。なお、蛇腹でその内部駆動機構は被包されている。また、ＸＹテーブル１２の水平な上面にはワークＷＫが載置、固定される。固定方法は例えばクランパ方式でも、真空吸着方式、磁力による吸着方式でもよい。

工具支持ブロック１４は所定厚さの直方体形状の鋳鉄（ＦＣ）などで構成され、コラム１３に対してガイドピン１６により位置決めされてＸＹテーブル１２の上方にその下面がＸＹテーブル１２上面とほぼ平行になるよう固定される。工具支持ブロック１４には垂直軸線を有する孔径の異なる複数の取付孔１７が所定位置に形成されており、これらの取付孔１７のそれぞれに外径、出力などが異なる複数のスピンドルユニット１５が垂直に挿入されて固定されている。スピンドルユニット１５としては例えばモータを有して回転駆動機能、送り機能を有するドリル加工用ユニット、エンドミルユニット、タップ加工ユニットなどを含むものとする。
これらのユニットのブロック１４への固定は、例えば図９に示す方法でなされている。すなわち、下方に向かって径が大となるテーパ孔（断面円形）１４１を取付孔としてブロック１４に貫通させて形成してある。このテーパ孔１４１にユニットのケーシング１５１を下方から挿入してＣリング１４２で固定している。Ｃリング１４２はケーシング１５１の円周溝１５２に挿入される。ケーシング１５１はその一部がこのテーパ孔１４１と同一形状（テーパ形状）であって、ブロック１４の下方から外力が作用しても強固に固定される。その結果、高精度の加工が可能となっている。なお、ブロック１４の取付穴にケーシングを焼きバメする固定方法や、ケーシングの外面に雄ネジを形成しておき、これをスリーブ状の雌ネジでブロックに固定する方法もある。
また、この工具支持ブロック１４には所定位置にフライス加工用ユニットを垂下してある。図６にはドリル加工ユニットの一例を、図７にはフライス加工ユニットの一例をそれぞれ示す。各ユニットは、キリまたはフライスを駆動する主軸モータ、送り用ボールネジ、サーボモータ等を備えて構成されている。例えば回転子を高速回転させた状態で、流体シリンダによって、スピンドルの先部に固定された加工具（ドリル、タップ、フライス）をワークに対して押し当てて所望の加工を行う。また、各ユニットの駆動制御は、図外のコントローラで行う。このような細軸のスピンドルユニットとしては、例えばタック技研工業（株）製のメカ送りドリルユニットＺＳＳＶタイプ、ＺＳＳＨＶタイプ、ＺＳＶタイプ、ＺＭＶタイプ、ＺＬＶタイプなどを使用することができる。また、同社のドリルタップユニットＴＳＤ，ＴＳＳＤタイプなどを用いることもできる。
上記架台１１にあってそのＸＹテーブル１２の側方には、水平な出力軸を有する第２のスピンドルユニット１８が配設されている。
上記第２のスピンドルユニット１８は、ホルダ１９を介して架台１１上の所定位置に配設されている。この第２のスピンドルユニット１８についても、上述と同様にタック技研工業（株）製の、孔加工を行うためのドリルユニットであっても、タップ加工を行うタップユニットであってもよい。また、その配設位置および個数は、テーブル両側でも片側でも１機でも２機でもよい。ワークＷＫに対応して配設する。
なお、上述した構成部分以外については、汎用の加工機、マシニングセンタと同様に構成されており、架台１１の上方部分全体がケーシングにより包囲されている。また、複数のスピンドルユニット１５、ＸＹテーブル１２などの駆動制御は、ケーシングに配設された操作盤２３にて操作される。また、図示していないが、ＸＹテーブル１２上への切削油の給排や、スクラップの排出も汎用機と同様に構成されている。また、ワークの給排は、手作業で行うこともできる。

以下、この発明に係るＮＣマルチスピンドル複合機１０の製造方法を説明する。
まず、加工の対象となるワークＷＫの形状等に応じて工具支持ブロック１４に複数の取付孔１７を形成する。具体的には、ワークＷＫでの貫通孔、ネジ孔、バリ発生部の位置、大きさ、深さなどに応じてスピンドルユニット１５の種類およびその平面的な配設位置を決定し、工具支持ブロック１４にあってこれらの配設位置に対応した各位置に対応した大きさの取付孔１７を形成する。
また、対象ワークＷＫが異なれば、例えばハードディスクのケーシングからパソコンのケース裏蓋に変更された場合、その孔位置などに対応してブロック１４の取付孔１７のサイズや配置が変更される。例えば図８にはワークＷＫの形状、構成に応じてそれぞれの取付孔１７の位置を異ならせた３つの例を示している。これらのブロック２０，２１，２２に応じてスピンドルユニット１５が細軸から極細軸まで適宜取り付けられることとなる。
そして、複数のスピンドルユニット１５を対応する上記取付孔１７（テーパ孔）に挿入して取り付ける。すなわち、この工具支持ブロック１４の複数の取付孔１７に複数のスピンドルユニット１５をそれぞれ固定する。上述したドリル加工用ユニットは例えば貫通孔形成用の取付孔に、タップ加工用ユニットはタップ形成用の取付孔にそれぞれ設計通り、配置固定する。また、フライス加工用ユニットについてもこの工具支持ブロック１４に垂下して取り付ける。
具体的には、各ユニットの取付は、対応する取付孔１７（テーパ孔１４１）にユニット本体（ケーシング）を挿入して、上記Ｃリング１４２または所定のボルト、ナットなどを含む固定具により強固に固定する。この場合、各ユニットはこのブロック１４において上下方向および平面内にても精密に位置決めされて固定されることとなる。
さらに、このように複数のスピンドルユニット１５などを搭載した工具支持ブロック１４（特定ワーク対応のブロック）をコラム１３に取り付ける。そのブロック１４の一端面に突設した複数のガイドピン１６で位置決めし、図示していない締結具で強固にかつ精密に固定する。その結果、工具支持ブロック１４はＸＹテーブル１２の上方で所定高さ位置に、その下面がＸＹテーブル１２の上面と平行に配置されることとなる。
また、所定のホルダ１９を介してＸＹテーブル１２の側方に水平軸を有する第２のスピンドルユニット１８を配置する。
この結果、ＸＹテーブル１２上およびその側方に複数のドリル加工用ユニットが、例えば径の異なる細軸スピンドルユニット１５などが所定間隔だけ離れた状態で配置されていることとなる。

次に、このＮＣマルチスピンドル複合機１０を用いたワークＷＫの加工方法について説明する。
まず、上述のように、特定のワークＷＫでの貫通孔、ネジ孔、バリ発生部の位置、大きさ、深さなどに応じて複数のスピンドルユニット１５の種類およびその平面的な配設位置を決定し、これらの複数のスピンドルユニット１５を取り付けるための工具支持ブロック１４にあってこれらの配設位置に対応した各位置に対応した大きさの取付孔１７を複数個形成する。そして、複数のスピンドルユニット１５を対応する上記取付孔１７に挿入して取り付けた工具支持ブロック１４をコラム１３に取り付ける。
ここで、このＮＣマルチスピンドル複合機１０にあって、ワークＷＫをＸＹテーブル１２上に載置し、保持させる。例えばクランプで強固に保持する。または、負圧で吸着する。
次いで、操作パネル２３でスイッチなどを操作することで、上記複数のスピンドルユニット１５を同時に駆動することにより、ワークＷＫの所望の複数部位にそれぞれ所定の加工を施す。複数の工具ないし刃で同時にワーク加工する。また、このワークＷＫはＸＹテーブル１２の側方に配設された第２のスピンドルユニット１８を用いても同時に加工される。
これらの結果、特定のワークＷＫのために組み付けた多軸スピンドル１５，１８を用いて、ワークＷＫの所望位置に高精度の孔等の加工が短時間になされることとなる。なお、この複合機へのワークＷＫの供給排出は図示していない機構によりなされる。
また、設計上、１回の加工処理にて全部を加工できない場合は、ＸＹテーブル１２を駆動して第２回目の加工により最終品ワークＷＫを得ることとする。例えば同時にドリル加工ができないほどその孔同士が接近している場合などである。

図１０〜図１３はこの発明に係るＮＣマルチスピンドル複合機の他の実施例を示している。この実施例における複合機は、ＸＹテーブル１００にワークを同時に２個搭載可能に構成してある。一対のワークの上方には、コラムに片持ち支持されて工具支持部（鋳鉄製のブロック）１０１が水平に配設されている。工具支持部１０１には、垂直なスピンドルを有する、複数の種類で、それぞれ大きさが異なるスピンドルユニット１０２，水平軸を有する第２のスピンドルユニット１０３、および、斜めの軸（水平なワークに対して３０〜６０度傾いた軸）を有する第３のスピンドルユニット１０４が配設されている。各ツールユニット１０２，１０３，１０４は、加工対象であるワークに対応して配設されている。また、これらユニットはブロック１０１に取付孔（上記テーパ孔でもよい）を介してセットされ、芯だし、位置決めが行われる。このブロック１０１は所定厚さの矩形体であってその長さ方向両端のスリーブ１１０が垂直なガイドピン１１１（コラムの一部に立設されている）に挿入されて正確に位置決め固定されている。さらに、各ユニットの駆動はコントロールパネルにおいてプログラム制御される。ＸＹテーブルなどその他の構成は、公知の機構であり、または、上記実施例と略同じとする。
したがって、この実施例に係る複合機では、ＮＣ制御によりブロック１０１で２つのワークを同時に加工することとなる。ワークに対して１回の加工では困難な場合は、２回以上の加工で所定部位への加工処理を施す。例えばドリルユニットで孔加工した後、そのエッジ部分にフライス加工を行うなどである。また、斜め方向への孔加工なども同時に施すことができる。この斜め軸方向を例えばクランパの角度を変更することで、ワークに対応することも可能である。
したがって、ワークが異なれば、例えば異なる基板やケーシングに変更されると、これに対応したユニットを組み込んだ別のブロックに変更することとなる。この交換するブロックの取付穴の位置、大きさなどの設計は、新たなワークに対応している。

この発明の一実施例に係るＮＣマルチスピンドル複合機の正面図である。 この発明の一実施例に係るＮＣマルチスピンドル複合機の側面図である。 この発明の一実施例に係るＮＣマルチスピンドル複合機の平面図である。 この発明の一実施例に係る工具支持ブロックのコラムへの取付構造を示す側面図である。 この発明の一実施例に係る工具支持ブロックのコラムへの取付部分の構造を示す分解斜視図である。 この発明の一実施例に係るドリルユニットを示すその半断面図である。 この発明の一実施例に係るフライスユニットを示すその半断面図である。 この発明の一実施例に係る工具支持ブロックの取付孔のパターンを示す平面図である。 この発明の一実施例に係るブロックへのユニットの取付構造を示す断面図である。 この発明の他の実施例に係るＮＣマルチスピンドル複合機の正面図である。 この発明の他の実施例に係るＮＣマルチスピンドル複合機の側面図である。 この発明の他の実施例に係るＮＣマルチスピンドル複合機の平面図である。 この発明の他の実施例に係る工具支持ブロックとワークとの関係を示す平面図である。

符号の説明

１０ ＮＣマルチスピンドル複合機、
１１ 架台（ベース）、
１２ ＸＹテーブル、
１３ コラム、
１４ 工具支持ブロック、
１５ スピンドルユニット、
１７ 取付孔、
１８ 第２のスピンドルユニット。

Claims (9)

1. 架台と、
   この架台上にて直交する２方向に対して移動自在に配置され、その上面にワークが載置、固定されるＸＹテーブルと、
   ＸＹテーブルの側方の架台に立設されたコラムと、
   このコラムに着脱自在に支持されてＸＹテーブルの上方に配置される工具支持ブロックと、
   この工具支持ブロックに支持された複数のスピンドルユニットとを備えたＮＣマルチスピンドル複合機。
2. 上記架台のＸＹテーブルの側方には、水平な出力軸を有する第２のスピンドルユニットが配設された請求項１に記載のＮＣマルチスピンドル複合機。
3. 上記第２のスピンドルユニットは、ホルダを介して架台上の任意位置に配設可能である請求項２に記載のＮＣマルチスピンドル複合機。
4. 上記工具支持ブロックにはフライス加工用ユニットが取り付けられた請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のＮＣマルチスピンドル複合機。
5. 上記スピンドルユニットはタップ加工用ユニット、ドリル加工用ユニットを含む請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のＮＣマルチスピンドル複合機。
6. ワークの形状等に応じて工具支持ブロックに複数のホルダ孔を形成する工程と、
   この工具支持ブロックの複数のホルダ孔に複数のスピンドルユニットをそれぞれ固定する工程と、
   この工具支持ブロックをコラムに取り付ける工程とを含むＮＣマルチスピンドル複合機の製造方法。
7. ワークでの貫通孔、ネジ孔、バリ発生部の位置、大きさ、深さなどに応じてスピンドルユニットの種類およびその平面的な配設位置を決定し、工具支持ブロックにあってこれらの配設位置に対応した各位置に対応した大きさの取付孔を形成する工程と、
   この工具支持ブロックをコラムに取り付ける工程と、
   複数のスピンドルユニットを対応する上記取付孔に挿入して取り付ける工程とを含むＮＣマルチスピンドル複合機の製造方法。
8. ワークでの貫通孔、ネジ孔、バリ発生部の位置、大きさ、深さなどに応じて複数のスピンドルユニットの種類およびその平面的な配設位置を決定し、これらの複数のスピンドルユニットを取り付けるための工具支持ブロックにあってこれらの配設位置に対応した各位置に対応した大きさの取付孔を形成する工程と、
   この工具支持ブロックをコラムに取り付ける工程と、
   複数のスピンドルユニットを対応する上記取付孔に挿入して取り付ける工程と、
   ワークをＸＹテーブルに保持させる工程と、
   上記複数のスピンドルユニットを同時的に駆動することによりワークの複数部位に加工を施す工程とを含むワーク加工方法。
9. 上記ワークはＸＹテーブルの側方に配設されたスピンドルユニットを用いて同時的に加工される請求項８に記載のワーク加工方法。

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