JP2010064243A - 複数のワークピーススピンドルを備えた多軸旋盤 - Google Patents

Abstract

【課題】回転ドラムのワークピーススピンドル近辺の作業空間が他の機械・工具によってふさがれず、長尺・小径なワークピースの前側部分と後側部分とに対して、追加的機械要素を設けずに機械加工を施すことができる多軸旋盤を提供する。
【解決手段】多軸旋盤は、複数の第１ワークピーススピンドルが設けられたドラムと、該ドラムを回動可能に支持する直立支持構造とを備えている。直立支持構造には、そのワークピーススピンドルが設けられた部分において、複数の機械加工具をそれぞれ支持する複数のクロススライドが設けられている。直立支持構造の前側には、第２ワークピーススピンドルをそれぞれ有するクロススライドを支持している、土台部分の幅方向に横切る平行ガイドが設けられている。垂直方向に移動可能なスライド部材には、ワークピースの後側部分に対する機械加工を行うための機械加工具を有する加工具支持構造が取付けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のワークピーススピンドルを備えた多軸旋盤に関し、特に、ワークピースの前側部分と後側部分とに対して機械加工を施すためのアセンブリを備えた多軸旋盤に関するものである。

上述のタイプの従来の多軸旋盤（多軸自動盤）は、大型の回転ドラムを備えている。ドラムは、複数のスピンドルをそれぞれワークピース（加工物）に対して機械加工を施すための、所定の角度を有するステーション（加工位置）に位置付けるように、回転駆動および制御されるものである。

また、ドラムに設けられている内蔵型の複数のスピンドルは、ワークピースに対して機械加工具による機械加工が施されるように、それらワークピースを回転駆動および制御する。機械加工具は、横送り台（クロススライド）によって支持されている。横送り台は、回転ドラム支持構造に取り付けられている。

従来のクロススライドは、前記スピンドルにおいて機械加工具を支持しつつ、ドラムの半径方向に延在しているＸ軸に沿って、そして、前記回転ドラムの長さ向方向に延在している軸方向（Ｚ軸）に沿って駆動される。

従来、ワークピースに対して追加的な機械加工作業を実行するためには、それらの接線方向Ｙ軸において、多軸旋盤に比較的大型の追加的な機械アセンブリを設ける必要があった。そのため、機械加工具の作業領域が大きく制限されてしまい、また、機械加工具の調整作業が非常に長時間を要する複雑なものになってしまうという問題があった。この点で、従来の旋盤の操作性には改善の余地がある。

従来の多軸旋盤用機械加工具にみられる典型的な他の技術的な欠点としては、ワークピースの後部側の機械加工としては、ワークピース切削ポジションのみが利用可能であり、その結果、ワークピースの後側部分を機械加工するための機械加工作業が、所定の機械加工サイクルタイムに適合しなければならないことから必然的に非常に単純かつ迅速に処理可能な種類の作業に限られてしまうという制約がある。

そこで、上記の問題を解決するために、従来のアプローチとしては、旋盤装置の構造を大幅に改変して、ワークピースの後側部分を機械加工するための複数の作業場所をその内部に設けることが一般的である。あるいは、これに代えて、直列結合された２台の旋盤と、一方の工作機械から他方の工作機械への仕掛品ワークピースの移送を監視するハンドリングロボットと、を備えたプラットフォームを設けることもしばしばである。

従来の多軸旋盤のさらなる欠点としては、工作機械前記機械によって製造されるワークピースの全長が、ワークピースが機械加工時に受ける屈曲損傷のため必然的に非常に短いものとならざるをえず、そのため、完成品ワークピースにおいて適切な許容誤差をのみ許容することも困難であった。加えて、利用できる作業領域が非常に制限されているため、機械加工されたワークピースを適切な仕方で取り出すことも困難であった。

したがって、本発明は、先行技術における上述のような問題点に着目し、回転ドラムを包囲するスピンドル近辺の空間が他の機械・工具等によってふさがれることがない多軸旋盤を提供することをその課題としている。

また、本発明は、非常に細長いワークピースを機械加工する場合であっても、単一の多軸旋盤を用いつつ、このような長尺形状にもかかわらずワークピースの前側部分と後側部分との双方に対して機械加工を施すことができるような多軸旋盤を提供することをその課題としている。

本発明によれば、上述の目的は、ワークピースをそれぞれ支持している複数のワークピース保持スピンドルが設けられたドラムを回動可能に支持する直立支持構造（またはプラットフォーム）を有する多軸旋盤であって、直立支持構造には、ワークピーススピンドルにおいて、複数の機械加工具をそれぞれ支持する複数のクロススライドが設けられ、回転ドラムを支持している直立支持構造（またはプラットフォーム）の前側において、機械の土台部分をその幅方向に横切るように設けられた平行ガイドが備えられ、この平行ガイドが、第２ワークピーススピンドルをそれぞれ有するクロススライドを支持しており、そして、垂直方向に移動可能とされたスライド部材に取り付けられているとともにワークピースの後側部分に対する機械加工を行うための機械加工具を有する加工具支持構造が、前記複数のワークピーススピンドルとそれぞれ選択的に連結されることを特徴とする多軸旋盤によって達成される。

以上説明したように本発明の実施形態に係る多軸旋盤装置によれば、回転ドラムを包囲するスピンドル近辺の空間が機械加工具に占有されてしまうことがないので、ワークピースの前側部分に対する機械加工処理の柔軟性を向上させることができる。

また、標準的なものに比べて非常に細長いワークピースを機械加工する場合であっても、通常と同一の多軸旋盤を用いつつ、ワークピースの長尺形状にもかかわらずその前側部分および後側部分双方に対して機械加工を施すことができ、ワークピースに対する機械加工処理の柔軟性をより一層向上させることができる。

上述したもの以外の本発明の利点は、本明細書の記載およびその添付図面により明らかとなる。

スピンドルと機械構造によって支持された工作機械支持スライドとを備えた多軸旋盤の回転ドラムを示す概略図である。 前部を機械加工されたワークピースを取り出すためのワークピース取出し手段を備えた、多軸旋盤の回転ドラムを示す斜視図である。 回転ブッシユが設けられた構成におけるワークピースを駆動するための駆動手段を備えた回転ドラムとスピンドルとを示す斜視図である。 回転ブッシユが設けられていない構成におけるワークピースを駆動するための駆動手段を備えた回転ドラムとスピンドルとを示す斜視図である。 多軸旋盤を示す概略平面図である。 多軸旋盤を示す透視図である。 若干異なる機械加工工程において示された多軸旋盤の平面図である； は、他の機械加工工程において示された多軸旋盤の平面図である。 ワークピース取り出し工程と、ワークピースの後ろ部部分をさらに機械加工する工程を示す多軸旋盤の平面図である。 ワークピース取り出し装置Ｄを有する機械の平面図である。

本発明の実施形態に係る多軸旋盤を、以下、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る多軸旋盤１の要部を示した拡大図である。同図に示すように、多軸旋盤１は、多軸旋盤１の軸方向（長手方向）に対して垂直に延在している直立支持構造またはプラットフォーム２（請求項の「直立部」に相当）を備えている。直立支持構造２には、回転可能かつ制御可能に駆動される公知のドラム３が回転可能に支持されている。また、ドラム３には、複数の第１ワークピーススピンドル４、５が支持されている。ワークピーススピンドルの詳細については後述することにする。

図１に示すように、直立支持構造（またはプラットフォーム）２は、前記ドラム３を支持しているとともに、複数のクロススライド６を支持している。クロススライド６は、公知の態様により、符号７で示すような機械加工具を備えている。

好適には、機械加工具７は、半径方向軸Ｘおよび接線方向軸Ｙに沿って駆動されることができる（図１参照）。

かかる配置構成により、加工目的・用途に応じて選択配置された機械加工具７を適宜使用して、ワークピース（加工物）の前側部分またはその他所定の部位に対して所望の機械加工を施すことができる（ワークピースは符号８で示す）。

図２に示すように、多軸旋盤１の直立支持構造２（したがって直立支持構造２を支持しているプラットフォーム）によって支持されたドラム３の正面側において、多軸旋盤１の幅方向に沿って多軸旋盤１の土台部に対して横断的に延在している複数（図中では一対）の平行ガイド１０が土台部上に水平に設けられている。

一対の平行ガイド１０は、平行ガイド１０に沿ってスライド可能に、かつ、相互独立的に制御可能に駆動される複数（図中では一対）のキャリッジ（ｃａｒｒｉａｇｅ）１１を備えている。これらのキャリッジ１１は、ボールねじ、制御可能なモータまたはリニヤモータなど公知の構成要素によって駆動される。

一対のキャリッジ１１は、それぞれ、ドラム３の軸方向Ｚ（多軸旋盤１の長手方向）に沿って移動可能に駆動制御されるスライド１２を支持している。これら（図中では一対）のスライド１２は、それぞれ、個別制御可能なモータ１３を支持しており、ドラム３に支持された第１ワークピーススピンドル４、５かららワークピース８をつかみ取るためのグリッパをそれぞれ有している。

また、多軸旋盤１には、対応する垂直方向に移動可能なスライドＡ、Ｂにそれぞれ設置された工具ホルダ１５、１６が設けられている。詳細については後述することにする。

図３および図４は、ドラム３の軸方向Ｚ（多軸旋盤１の長手方向）に沿って駆動されるように設けられた複数のスピンドルを有するドラム３の斜視図である。

ドラム３の正面側部分は、ドラム３の円筒状の胴体１８と一体に設けられて、ワークピースを支持する複数のスピンドルが取り付けられている。また、ドラム３の胴体１８には、多軸旋盤１の長手方向に互いに平行に延在して設けられたガイド部１９が設けられている。ガイド部１９の上には、渡し板（ｓｋｉｄ）２０がスライド可能に設けられている。これにより、ワークピーススピンドル２１がドラム３の軸方向Ｚ（多軸旋盤１の長手方向）に沿って駆動される。

ワークピーススピンドル２１は、グリッパ２２によって、ワークピース８を回転可能に駆動する。図３および図４に示すように、多軸旋盤１は２つの動作態様（コンフィギュレーション）を有している。第１のポジション（符号５で示す）、これが基本コンフィギュレーションである、において、スピンドルがワークピースを回転駆動させて、ドラム３の軸方向Ｚにおいてワークピースを変位させる。その結果、前記ワークピースが、所定の突出距離を有して、ドラム３の正面側から直接突出するように位置付けられる。

このポジションでは、ワークピースのサイズは比較的小さいので、機械加工作業の間、ワークピースには屈曲・湾曲は生じない。そのため、ワークピースの屈曲・湾曲を防止するための支持構造を特別に設ける必要性も比較的小さいであろう。

第２のポジション４では、対照的に、回転ブッシユＣが、長尺かつ細身のワークピース８を支持するように設けられている。このような細長なワークピースに対して図１のスライド６による機械加工を施す場合には、機械加工作業の間必然的に生じる細長なワークピースの屈曲・撓みを制限するための支持部が必要となるからである。

回転ブッシユＣは、駆動軸を含む機械的な駆動ユニットや、従動タイプの補助モータといった公知の駆動機構によって駆動されることができる。

このように、本発明の一実施形態に係る多軸旋盤１は、単一の基本構造に基づいて２つの異なる動作態様を構成することができる。

図５は、本発明の一実施形態に係る多軸旋盤１の主要部を示した平面図である。同図において、直立支持構造（またはプラットフォーム）２は、第１ワークピーススピンドル４、５を支持しており、したがって、第１ワークピーススピンドル４、５によって保持されているワークピース８を支持している。

図５に示すように、スライド１２を支持している一対のキャリッジ１１を、それぞれ、ドラム３の軸方向Ｚ（多軸旋盤１の長手方向）に沿って移動可能に支持している平行ガイド１０（図中では一対）が設けられており、したがって、平行ガイド１０は、それぞれ、グリッパ１４を回転駆動するための第２ワークピーススピンドル１３（前出モータ１３と代替可能な構成要素であるので、同じく引用符号１３で示す）を支持している。

また、図５に示すように、ワークピース８の後側部分を機械加工するための機械化工具を保持するための工具ホルダ１５、１６が、垂直方向に移動可能とされたスライドＡ、Ｂに取り付けられている。

また、図５に示すように、ワークピース８の前側部分に対する機械加工の終了時には、第２ワークピーススピンドル１３があらかじめワークピース８の前側部分に配置されている。ワークピース８は、切断作業の後で第１ワークピーススピンドル４、５によって取り除かれる。

このように、単一の多軸旋盤１を用いつつ、工具を保持している工具ホルダ１５、１６によって、ワークピース８の後側部分に対しても、機械加工を施すことができる。

図６に示すように、取り除かれたワークピース８を、スライド１２によって支持された第２ワークピーススピンドル１３によって回転駆動させて、工具ホルダ１５、１６とそれによって保持された所望の工具を用いてワークピース８の後側部分で切断することもできる。

図１０は、本発明の一実施形態に係る多軸旋盤１によって、加工仕上げされた長尺ワークピース８が提供されることを示したものである。

スライド１２によって駆動される第２ワークピーススピンドル１３は、ドラム３のスピンドル４、５からワークピース８を取り除く。

工具ホルダ１５、１６によってワークピースの後側部分を機械加工すると、被駆動アーム（図示せず）が、第２ワークピーススピンドル１３の後側部分から、長尺ワークピース８をグリッパ部材Ｄで分離する（図１０参照）。

図７は、本発明の一実施形態に係る多軸旋盤１の基本的な構成を示した図である。

第２ワークピーススピンドル１３は、マンドレル５から取り出されたばかりのワークピース８の後ろ側または後側部分を、垂直上下方向に移動可能なスライドＢに取り付けられた工具ホルダ１５によって機械加工するためのものである。

また、スライド１２は、スピンドル４内にあるワークピース８を機械加工するための工具Ｆを回転駆動するためのモータＥを支持している。

かかる構成において、多軸旋盤１は、ワークピースの後側部分を機械加工するための第１の位置と、ワークピースの前側部分を回動式工具によって機械加工するための第２の位置を有している。

図８は、本発明の一実施形態に係る多軸旋盤の更なる配置構成を示したものである。

この構成を「ダブルサイクル」構成と呼ぶ。ダブルサイクル構成では、特に、多軸旋盤１が同時に２つの単純なワークピースを製造するようにプログラムされている点が特徴的である。

ワークピース８は、ドラム３における６ポジションのうちの３つのポジションを用いて製造される、なお、２スナップ変位回動（ｔｗｏ−ｓｎａｐ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｒｏｔａｒｙ ｍｏｖｅｍｅｎｔｓ）が行われ、ドラム３における最後のポジションでは、機械加工されるべき前側部分が加工されて、２つのワークピース８は、スピンドル４、５内に配置される。この時に、スライド１２は、第２ワークピーススピンドル１３をワークピースグリップ位置に位置づけ、その後、工具ホルダ１５、１６まで退行する。これにより、ワークピース８の後側部分が機械加工される。

後側部分に対する機械加工作業が終了すると、ワークピースは２つとも同時に取り出される。

図９は、本発明の一実施形態に係る多軸旋盤１の工作機械の他の構成またはパターンを示したものである。

特に、この構成においては、長時間に及ぶワークピース後側部分に対する機械加工作業によってワークピースを製造する点が特徴である。このパターンは「２重機械加工」（ｄｏｕｂｌｅ ｒｅｔｏｏｌｉｎｇ）ないし「ダブルリカバリ」パターンと呼ばれる。具体的には、２本の第２ワークピーススピンドル１３を用いて、同じワークピースの後側部分に対する同種の機械加工作業を、それぞれの工具ホルダ１５、１６によって行う。ここでの機械加工作業は、回転ドラム３によって、ワークピース８をその終了位置５に位置付けるのに要する時間に相当する時間間隔であるが、いずれにしても、ワークピース後側部分に対する機械加工作業は長時間に及ぶ。

したがって、上述した代替的な方法によれば、ワークピースの後側部分に対する機械加工作業のために、前記ワークピース８が、２本の第２ワークピーススピンドル１３によって保持されることになる。

ここに記載した実施形態は、本発明の代表的な形態を例示的に示したにすぎず、本発明は、明示された実施形態に限定されるものではない。すなわち、本発明は、その骨子を逸脱しない範囲において種々変形して実施することができる。

１ 多軸旋盤
２ 直立部
３ ドラム
４，５ 第１ワークピーススピンドル
６ クロススライド
７ 機械加工具
８ ワークピース
１０ 平行ガイド
１１ キャリッジ
１２ スライド
１３ 第２ワークピーススピンドル
１４ グリッパ
１５，１６ 工具ホルダ
１８ 胴体
１９ ガイド部
２０ 渡し板
２２ グリッパ
Ｃ 回転ブッシュ
Ｘ 半径方向
Ｙ 接線方向
Ｚ 軸方向

Claims (8)

1. ワークピースを保持している複数の第１ワークピーススピンドルと、前記複数の第１ワークピーススピンドを保持しているドラムと、前記ドラムを回転可能に支持している直立部と、前記直立部を支持しているプラットフォームとを備えた多軸旋盤において、
   前記複数の第１ワークピーススピンドルが、前記ドラムの軸方向に移動できるように保持されていることを特徴とする多軸旋盤。
2. 前記直立部には、機械加工具を支持しているクロススライドが、前記複数の第１ワークピーススピンドルのそれぞれに対して、前記ドラムの半径方向と接線方向とに沿って変位できるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の多軸旋盤。
3. 前記直立部の前部には、前記プラットフォームの幅方向を横断している一対の平行ガイドと、前記プラットフォームの幅方向に沿って摺動可能に前記一対の平行ガイドによって支持されている一対のキャリッジと、前記一対のキャリッジのそれぞれによって支持された一対の第２ワークピーススピンドルと、が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の多軸旋盤。
4. 前記一対の第２ワークピーススピンドルの両側には、前記ワークピースの後側部分を機械加工するための加工具を保持する工具ホルダを支持する垂直スライドがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項３に記載の多軸旋盤。
5. 長尺かつ細径のワークピースを機械加工するために、前記ドラムには、前記ワークピースの屈曲を防ぐとともに前記該ワークピースを支持するように構成された回転ブッシュが設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の多軸旋盤。
6. 標準化された機械加工作業を行うために、前記第１ワークピーススピンドルに保持されている前記ワークピースの前側部分に対して機械加工を施すための機械加工具を回転駆動する駆動モータが、前記第２ワークピーススピンドルに代えて設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の多軸旋盤。
7. 前記第２ワークピーススピンドルが、複数の前記ワークピースの後側部分に対して長時間を要する機械加工を行う「二重機械加工」を施すように、制御装置によって数値制御されていることを特徴とする請求項３または４に記載の多軸旋盤。
8. 前記第２ワークピーススピンドルが、２つの単純なワークピースを同時に機械加工する「ダブルサイクル」加工処理を施すように、制御装置によって数値制御されていることを特徴とする請求項３または４に記載の多軸旋盤。

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