JP5270299B2

JP5270299B2 - 複合加工旋盤

Info

Publication number: JP5270299B2
Application number: JP2008277137A
Authority: JP
Inventors: 孝治伊藤; 幸太芦内; 宜生亀谷; 範佳伊藤; 卓也加藤
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2028-10-28
Also published as: CN101722315B; US9039588B2; JP2010105072A; IT1396213B1; DE102009050992A1; US20100101383A1; CN101722315A; ITMI20091810A1

Description

本発明は、工具を装着可能な工具台が３軸方向へ移動可能に備えられてなる複合加工旋盤に関するものである。

従来、一般的な複合加工旋盤として、各種工具を装着可能な工具台を３軸方向（たとえば、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸からなる直交３軸）へ移動可能に備えてなるものがある。このような複合加工旋盤では、工具台を上下方向又は水平面に対して傾斜方向へ切込み送りして旋削加工するものが主流となっている。しかしながら、工具台を上下方向又は水平面に対して傾斜方向へ切込み送りすると、自重によるワークの撓みが加工精度に大きく影響する（特に、工具台を上下方向へ切込み送りする場合、撓み量がそのまま寸法誤差となる）という問題がある。そこで、本件出願人は、精度のより高い加工を実現すべく、特許文献１に記載されているような複合加工旋盤を考案した。

特許文献１に記載の複合加工旋盤３０について、図７をもとに説明する。図７は、従来の複合加工旋盤３０を示した説明図である。
複合加工旋盤３０は、ベッド３１上に支持台３２をＺ軸方向（左右方向）へスライド可能に設置するとともに、支持台３２上にスライド台３３をＺ軸と直交するＹ軸方向（前後方向）へスライド可能に設置し、さらに、スライド台３３前面に工具台３４をＸ軸方向（上下方向）へスライド可能に設置してなる。工具台３４には、工具３５のホルダをＸ軸方向に沿って保持する工具保持部と、工具３６のホルダをＹ軸方向に沿って保持する工具保持部とが設けられている。尚、工具３５、３６は、どちらも所定方向へ延びるホルダの先端に刃具を備えてなるもので、刃具の軸線はホルダの軸線と平行に設けられている。したがって、工具３５の刃具の軸線方向はＸ軸方向を向いており、工具３６の刃具の軸線方向はＹ軸方向を向いている。
一方、複合加工旋盤３０では、図示しない主軸台と心押台とにより、ワークＷをＺ軸方向に平行なＣ軸周りで回転可能に挟持するようになっている。

そして、上述した複合加工旋盤３０では、通常は、回転中のワークＷに対して工具台３４をＸ軸方向へ切込み送りし、ワークＷの頂点を旋削加工点として工具３５による旋削加工を行う。一方、重量の大きなワークを加工する場合や精度の高い加工が必要な場合には、回転中のワークＷに対して工具台３４をＹ軸方向へ切込み送りし、ワークＷの水平点を旋削加工点として工具３６による旋削加工を行うようになっている。

特開２０００−２５４８０２号公報

一般的に複合加工旋盤においては、工具台の切込み送り方向を、ワークの形状や加工スペースの制約等といった状況に応じて変更した方が望ましい場合がある。しかしながら、上記特許文献１に記載の複合加工旋盤３０における工具台の切込み送り方向は、上下方向又は左右方向のいずれかでしかないため、最も望ましい方向へは工具台を切込み送りできない場合がある。また、特許文献１に代表される従来の複合加工旋盤によれば、工具の刃具の軸線がホルダの軸線と平行に設けられていることから、工具台の切込み送り方向は必然的に工具の保持方向と平行になる。したがって、工具台の切込み送り方向を状況に応じて変更可能な複合加工旋盤とするためには、工具台に、工具の保持方向が異なる多数の工具保持部を設ける必要があり、工具台が非常に大型化する等の問題があり、現実的でない。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、ワークの形状や加工スペースの制約等といった状況に応じて、工具台を最も望ましい方向へ切込み送り可能な複合加工旋盤を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、ワークを水平なＺ軸方向と平行な周りで回転可能に保持するワーク保持手段と、Ｚ軸方向、Ｚ軸に直交するＸ軸方向、及びＺ軸とＸ軸とに直交するＹ軸方向において、ワークに対し相対移動するとともに、所定方向へ延びるホルダの先端に刃具を備えてなる工具を保持可能で、保持した工具を、ホルダの軸線がＸ軸方向と平行となる姿勢に割り出す工具台と、ワーク保持手段に保持されたワークと工具台との相対移動、及び工具台における工具の割り出し動作を制御する制御装置とを備えており、工具台において、ホルダの軸線がＸ軸方向と平行となる姿勢に工具を割り出すとともに、当該工具台を、回転するワークに対して相対移動させて旋削加工する複合加工旋盤であって、工具台に保持された状態における工具の刃具が、その軸線がＸＹ平面においてＸ軸方向よりも更に水平寄りを向いているとともに、工具台に保持させる工具を交換するための工具交換装置を備え、工具交換装置によって、工具台に保持させる工具を、刃具の軸線方向が異なる新たな工具に交換可能としており、制御装置は、工具台及び／又はワークを刃具の軸線方向へ相対移動させながら旋削加工するとともに、交換された新たな工具の刃具の軸線方向に応じて、工具台及び／又はワークの相対移動方向を変更することを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明のうち請求項２に記載の発明は、ワークを水平なＺ軸方向と平行な周りで回転可能に保持するワーク保持手段と、Ｚ軸方向、Ｚ軸に直交するＸ軸方向、及びＺ軸とＸ軸とに直交するＹ軸方向において、ワークに対し相対移動するとともに、所定方向へ延びるホルダの先端に刃具を備えてなる工具を保持可能で、保持した工具を、ホルダの軸線がＸ軸方向と平行となる姿勢に割り出す工具台と、ワーク保持手段に保持されたワークと工具台との相対移動、及び工具台における工具の割り出し動作を制御する制御装置とを備えており、工具台において、ホルダの軸線がＸ軸方向と平行となる姿勢に工具を割り出すとともに、当該工具台を、回転するワークに対して相対移動させて旋削加工する複合加工旋盤であって、工具台に保持された状態における工具の刃具が、その軸線がＸＹ平面においてＸ軸方向よりも更に水平寄りを向いているとともに、工具台が、刃具の軸線方向が異なる複数の工具を保持可能で、且つ、Ｚ軸周りに旋回可能なタレットであり、自身の旋回動作によって、刃具の軸線方向が異なる別の工具を、そのホルダの軸線がＸ軸方向と平行となる姿勢に割り出す一方、制御装置は、工具台及び／又はワークを刃具の軸線方向へ相対移動させながら旋削加工するとともに、新たに割り出された工具の刃具の軸線方向に応じて、工具台及び／又はワークの相対移動方向を変更することを特徴とする。

本発明によれば、工具台に保持された状態における工具の刃具が、その軸線がＸＹ平面においてＸ軸方向よりも更に水平寄りを向いており、被加工物の形状や重量等に応じて、制御装置は、工具台及び／又はワークを刃具の軸線方向へ相対移動させながら旋削加工する。したがって、被加工物の形状や重量等に応じて、所望の方向へ刃具の軸線が向いた工具を工具台に保持させれば、その刃具の軸線方向へ工具台を切込み送りしながら旋削加工を行うことができ、ひいては精度の高い加工を行うことが可能となる。さらに、工具台に、工具の保持方向が異なる多数の工具保持部等を設ける必要がないため、装置を大型化することなく、切込み送り方向を変更しながらの旋削加工を実行することができる。
また、請求項１に記載の発明によれば、工具台に保持させる工具を交換するための工具交換装置を備えており、工具交換装置によって、工具台に保持させる工具を、刃具の軸線方向が異なる新たな工具に交換可能とするとともに、制御装置は、交換された新たな工具の刃具の軸線方向に応じて、工具台及び／又はワークの相対移動方向を変更としている。したがって、工具交換装置を利用して刃具の軸線方向を変更することができるため、使い勝手が良いし、作業効率も良い。
一方、請求項２に記載の発明によれば、工具台が、刃具の軸線方向が異なる複数の工具を保持可能で、且つ、Ｚ軸周りに旋回可能なタレットであり、自身の旋回動作によって、刃具の軸線方向が異なる別の工具を、そのホルダの軸線がＸ軸方向と平行となる姿勢に割り出すとともに、制御装置は、新たに割り出された工具の刃具の軸線方向に応じて、工具台及び／又はワークの相対移動方向を変更する。したがって、工具交換装置を設置する必要がなく、装置全体の小型化を図ることができるし、切込み送り方向を変更する際に、工具交換装置を用いた交換動作よりも迅速に工具を変更することができるため、更に作業効率を向上することができる。

以下、本発明の一実施形態となる複合加工旋盤について、図面をもとに説明する。

図１は、本実施形態に係る複合加工旋盤１を示した全体図であり、図２は、複合加工旋盤１をＺ軸方向から示した説明図である。
まず、複合加工旋盤１の全体の構成について説明する。複合加工旋盤１は、ベッド２上に支持台３を水平なＺ軸方向（左右方向）へスライド可能に設置するとともに、支持台３上にスライド台８をＺ軸と直交するＹ軸方向（前後方向）へスライド可能に設置し、さらに、スライド台８の前面に昇降台９をＹ軸及びＺ軸と直交するＸ軸方向（上下方向）へスライド可能に設置してなる。また、昇降台９の前面には、工具を保持するための工具台４が設置されている。さらに、スライド台８の前方には、ワーク保持手段としての主軸台１０及び心押台１１が設置されており、ワークＷをＺ軸に平行なＣ軸周りで回転可能に支持するようになっている。加えて、スライド台８の左方には、Ｚ軸方向へのスライド及びＺ軸に平行なＢ軸周りでの旋回動作が可能で、当該動作により工具台４に装着する工具ホルダを交換するための交換アーム７が設置されている。そして、支持台３、スライド台８、昇降台９、主軸台１０、心押台１１、及び交換アーム７等の動作は、図示しないＮＣ装置（制御装置）にて制御される。尚、１２は、工具を収納するための工具マガジンである。

次に、工具台４について、図３及び４をもとに説明する。図３は、工具台４の可動範囲を示した説明図であって、図４は、ワークＷに対する工具台４の切込み方向の変更を示した説明図である。
工具台４には、所定方向へ延びるホルダの先端に刃具を備えてなる工具を保持可能な工具保持部６が設けられている。当該工具保持部６へは、たとえば刃具の形状や軸線方向が異なる種々の工具２１〜２３を装着可能としている。また、工具台４は、スライド台８及び昇降台９によって、Ｙ軸方向へは位置Ｑ１と位置Ｑ２との間を、Ｘ軸方向へは位置Ｑ２と位置Ｑ３との間を夫々移動可能とされている。尚、１５は、加工空間を閉塞するためのドア部材（図１及び２では省略）であり、１６は、心押台１１の摺動面を保護する保護カバー（図１及び２では省略）である。

ここで、上記複合加工旋盤１における旋削加工について説明する。
複合加工旋盤１では、通常、刃具２１ａの軸線がホルダ２１ｂの軸線と平行に設けられた工具２１を工具台４に装着し、工具２１をホルダ２１ｂの軸線がＸ軸方向に平行となる姿勢に割り出した後、昇降台９を昇降動させる。そして、回転中のワークＷに対し、工具台４を刃具２１ａの軸線方向となるＸ軸方向へ切込み送りして、ワークＷの頂点を旋削加工点とする旋削加工を行う。一方、重量の大きなワークＷを加工する場合や精度の高い加工が必要な場合には、交換アーム７により工具台４に装着する工具を、工具２１から工具２３に交換する。工具２３は、ホルダ２３ｂに当該ホルダ２３ｂの軸線と直交する方向が軸線方向となる刃具２３ａを設けてなるもので、工具台４への保持状態においてホルダ２３ｂの軸線がＸ軸方向に平行となる姿勢に割り出されると、刃具２３ａの軸線方向はＹ軸方向と平行になる。そして、このような工具２３を工具台４に保持させ、Ｘ軸方向への割り出しを行った後、スライド台８を前後動させ、回転中のワークＷに対し、工具台４を刃具２３ａの軸線方向となるＹ軸方向へ切込み送りして、ワークＷの水平点を旋削加工点とする旋削加工を行う。
尚、工具台４に装着する工具を交換するにあたっては、交換アーム７が工具台４に届く位置まで支持台３を移動させるとともに、工具台４をＹ軸に平行な軸周りで９０度回転させる。そして、交換アーム７のＺ軸方向へのスライド及びＢ軸周りでの旋回により、工具の抜き取り、交換、及び差し込みを行う。

また、ワークＷの形状等により水平方向から切込み送りできないような場合には、交換アーム７により工具台４に装着する工具を工具２２に交換する。工具２２の刃具２２ａは、その軸線がホルダ２２ｂの軸線方向に対して傾斜する方向へ向けられており、工具台４への保持状態においてホルダ２２ｂの軸線がＸ軸方向に平行となる姿勢に割り出されると、刃具２２ａの軸線はＸ軸に対し水平なＹ軸よりに傾斜した方向へ向くことになる。そして、このような工具２２を工具台４に保持させ、Ｘ軸方向への割り出しを行った後、スライド台８及び昇降台９を移動させ、回転中のワークＷに対し、工具台４を刃具２２ａの軸線方向となる傾斜方向（ここでは、斜め４５度）へ切込み送りして、ワークＷの傾斜点を旋削加工点とした旋削加工を行う。
以上のように、上記複合加工旋盤１では、ワークＷの重量や形状等に応じて工具台４に装着する工具を交換するとともに工具台４の切込み送り方向を変更し、最も好適な旋削加工点にて旋削加工を行う。

上述したように、本実施形態の複合加工旋盤によれば、ワークＷの重量等に応じて切込み送り方向を変更し、好適な旋削加工点にて旋削加工を行うため、たとえばワークＷの水平点を旋削加工点とすることで、精度の高い加工が可能となる。
また、工具台４の切込み送り方向を変更するにあたっては、工具台４に装着する工具を、ホルダの軸線がＸ軸方向となる姿勢に割り出した際に刃具の軸線が所望の切込み送り方向を向くような工具に交換すればよい。したがって、工具台４に工具の保持方向が異なる多数の工具保持部を設けることなく、状況に応じて好適な方向へ工具台４を切込み送りさせながら旋削加工を行うことができ、装置全体の小型化を図ることができる。
さらに、交換アーム７によって工具台４に装着する工具を交換するだけで、刃具の軸線方向を変更することができ、刃具の軸線方向の変更に係る作業が簡易であるし、交換アーム７についても工具２１〜２３の差し込み／抜き取り方向に平行なＢ軸周りでのみ旋回するといった単純な構成のものを採用することができ、装置の低コスト化を図ることができる。

なお、本発明の複合加工旋盤に係る構成は、上記実施形態に記載の態様に何ら限定されるものではなく、工具台や工具交換装置に係る構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で必要に応じて適宜変更可能である。

たとえば、上記実施形態の複合加工旋盤では、スライド台の前面を垂直面とし、垂直方向をＸ軸方向としているが、図５に示す如き前面が傾斜面とされ、その傾斜面に昇降台９がスライド可能に設置されてなるスライド台８Ａを採用することも可能である（尚、昇降台９のスライド方向、すなわち傾斜方向をＸ軸とする）。このような傾斜面を有するスライド台８Ａを備えた複合加工旋盤においても、工具ホルダを刃具の軸線方向が異なる別の工具に交換するとともに、スライド台８ＡのＹｓ軸方向への移動、及び昇降台９のＸ軸方向への移動を組み合わせることで工具台４の切込み送り方向を変更することによって、旋削加工点の変更が可能となる。

また、旋削加工点を変更する際に刃具の軸線方向を変えるにあたって、交換アーム等の工具交換装置を必要としない構成を採用することも可能である。たとえば、図６に示すように、Ｚ軸方向と平行な軸周りで回転する工具タレット４Ａを工具台に設置し、工具タレット４Ａを回転させ、刃具の軸線方向が異なる別の工具を、そのホルダの軸線がＸ軸方向となる加工姿勢に割り出すことで、旋削加工点の変更に係る刃具の軸線方向の変更を行うようにしてもよい。当該工具タレット４Ａを用いた構成を採用することで、工具交換装置が必要でなく、装置全体の小型化を図ることができるし、工具交換装置を用いた交換動作よりも迅速に工具を変更することができるため、作業効率も向上する。

さらに、切込み送り方向を設定するにあたって、昇降台やスライド台の何れか一方のスライド方向を切込み送り方向として設定すると、１つの送り機構の制御のみで切り込むことができる。したがって、実際のモータ制御等に係る演算負荷が軽くなるし、昇降台及びスライド台の両方をスライドさせながら切込み送りするよりも、送り量の誤差等を抑えることができる。また、旋削加工点をより水平点に近いポイントに変更したい場合、切込み送り方向をＸ軸及びＺ軸と直交するＹ軸方向に平行となるように設定すれば、たとえばＮＣ装置側においてＸ値とＹ値とを入れ替えるだけで設定することができ、切込み送り方向の変更時の対応が容易となる。

さらにまた、上記実施形態では、工具台に工具の差し込み／抜き取り方向がＺ軸方向となるように交換アームを設けているが、Ｘ軸方向が差し込み／抜き取り方向となるように交換アーム等を設置することは当然可能で、当該交換アームを採用することで、工具の交換に際して工具台を回転させる必要がなく、構成の更なる簡素化等が可能となる。
またさらに、上記実施形態では、工具台を移動させる構成としているが、ワーク側をＸ軸方向やＹ軸方向等へ移動させるようにしてもよいし、工具台及びワークの両方をＸ軸方向やＹ軸方向等へ移動可能にしても何ら問題はない。また、上下方向へ昇降する昇降台上に左右方向へ移動するスライド台を設ける等、工具台の移動に係る構成も上記実施形態に記載のものに限定されないことは言うまでもない。
加えて、工具の種類は、上記実施形態の３種類に何ら限定されず、刃具の軸線の傾斜角度がホルダの軸線に対して３０度や６０度となる工具を工具台に装着して、夫々の刃具の軸線方向に対応する傾斜方向へ工具台を切込み送り動作させる（たとえば、工具台を水平面に対して３０度又は６０度傾斜する直線に沿って送る）ことは当然可能である。
その他、ワーク保持手段として、上記実施形態では主軸台と心押台とを組み合わせた構成を採用しているが、それらに代えて、対向する２主軸にてワークの両端を保持するような構成を採用することもできる。また、加工時のＺ軸方向の移動をワーク保持手段側に行わせるように構成する等、本発明を適用する複合加工旋盤の構成は、上記実施形態の態様に限定されない。

本実施形態に係る複合加工旋盤を示した全体図である。複合加工旋盤をＺ軸方向から示した説明図である。工具台の可動範囲を示した説明図である。ワークに対する工具台の切込み方向の変更を示した説明図である。複合加工旋盤の第１変更例を示した説明図である。複合加工旋盤の第２変更例を示した説明図である。従来の複合加工旋盤を示した説明図である。

符号の説明

１・・複合加工旋盤、２・・ベッド、３・・支持台、４・・工具台、６・・工具把持部、７・・交換アーム（工具交換装置）、８・・スライド台、９・・昇降台、１０・・主軸台、１１・・心押台、１２・・工具マガジン（工具交換装置）、２１、２２、２３・・工具、２１ａ、２２ａ、２３ａ・・刃具、２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ・・ホルダ。

Claims

ワークを水平なＺ軸方向と平行な周りで回転可能に保持するワーク保持手段と、
Ｚ軸方向、Ｚ軸に直交するＸ軸方向、及びＺ軸とＸ軸とに直交するＹ軸方向において、ワークに対し相対移動するとともに、所定方向へ延びるホルダの先端に刃具を備えてなる工具を保持可能で、保持した工具を、ホルダの軸線がＸ軸方向と平行となる姿勢に割り出す工具台と、
ワーク保持手段に保持されたワークと工具台との相対移動、及び工具台における工具の割り出し動作を制御する制御装置とを備えており、
工具台において、ホルダの軸線がＸ軸方向と平行となる姿勢に工具を割り出すとともに、当該工具台を、回転するワークに対して相対移動させて旋削加工する複合加工旋盤であって、
工具台に保持された状態における工具の刃具が、その軸線がＸＹ平面においてＸ軸方向よりも更に水平寄りを向いているとともに、工具台に保持させる工具を交換するための工具交換装置を備え、工具交換装置によって、工具台に保持させる工具を、刃具の軸線方向が異なる新たな工具に交換可能としており、
制御装置は、工具台及び／又はワークを刃具の軸線方向へ相対移動させながら旋削加工するとともに、交換された新たな工具の刃具の軸線方向に応じて、工具台及び／又はワークの相対移動方向を変更することを特徴とする複合加工旋盤。
ワークを水平なＺ軸方向と平行な周りで回転可能に保持するワーク保持手段と、
Ｚ軸方向、Ｚ軸に直交するＸ軸方向、及びＺ軸とＸ軸とに直交するＹ軸方向において、ワークに対し相対移動するとともに、所定方向へ延びるホルダの先端に刃具を備えてなる工具を保持可能で、保持した工具を、ホルダの軸線がＸ軸方向と平行となる姿勢に割り出す工具台と、
ワーク保持手段に保持されたワークと工具台との相対移動、及び工具台における工具の割り出し動作を制御する制御装置とを備えており、
工具台において、ホルダの軸線がＸ軸方向と平行となる姿勢に工具を割り出すとともに、当該工具台を、回転するワークに対して相対移動させて旋削加工する複合加工旋盤であって、
工具台に保持された状態における工具の刃具が、その軸線がＸＹ平面においてＸ軸方向よりも更に水平寄りを向いているとともに、工具台が、刃具の軸線方向が異なる複数の工具を保持可能で、且つ、Ｚ軸周りに旋回可能なタレットであり、自身の旋回動作によって、刃具の軸線方向が異なる別の工具を、そのホルダの軸線がＸ軸方向と平行となる姿勢に割り出す一方、
制御装置は、工具台及び／又はワークを刃具の軸線方向へ相対移動させながら旋削加工するとともに、新たに割り出された工具の刃具の軸線方向に応じて、工具台及び／又はワークの相対移動方向を変更することを特徴とする複合加工旋盤。