JP5851078B1 - タレット刃物台及びこれを備えた工作機械 - Google Patents
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Abstract
Description
このような複合加工機によれば、ワークとタレット刃物台とを相対移動させるY軸方向の駆動装置を設けることなく、Y軸方向のミーリング加工制御を行うことが可能となる。
しかしながら、上記機構において、タレット旋回軸と刃物台本体とのクランプ又はアンクランプを切り替えるピストンは、上記タレット旋回軸を内挿する環状に形成されているため、タレット刃物台全体の重量が大きくなるという問題があった。
また、上記ピストンは、刃物台本体との間で当該ピストンを進退させるための油圧室(シリンダ)を形成するために2段ピストンの形状とする必要があり、その製造上で加工が複雑となるという問題があった。
さらに、Y軸方向のミーリング加工ができる工具は、タレット旋回軸と平行な方向に1カ所と垂直な方向に1カ所の合計2カ所しか取り付けることができないため、本構成の複合加工機では加工したいミーリング加工がすべて対応できないという問題があった。
このとき、前記係合部材は、前記ジョイントベースにおいて前記タレット旋回軸に連結する第1位置と前記タレットベースに連結する第2位置との間で変位する。
また、前記タレット旋回軸の外周面に所定の間隔で放射状に設けられた複数のカムフォロアと、前記カムフォロアと係合して前記カムフォロアに前記タレット旋回軸の回転方向への送りを与えるグロボイダルカムと、前記グロボイダルカムを回転させるタレット旋回用モータと、をさらに備える。
このとき、前記タレット旋回用モータは、サーボモータであることが好ましい。
このとき、前記工作機械は、前記タレット刃物台と前記ワーク保持装置とが接近離反する方向の第1軸と、前記第1軸に直交する方向に前記タレット刃物台を進退させる第2軸と、前記第1軸及び前記第2軸の両者に直交する第3軸と、を有し、前記NC制御装置は、前記第1軸における前記タレット刃物台の位置の制御と、前記タレット刃物台のタレットの回転角度の制御と、を合成することにより、前記第3軸における前記工具の先端位置を制御する。
このとき、前記タレット刃物台のタレット旋回用モータは、前記タレットの原点位置からの回転角度を検出する機能を有することが好ましい。
また、前記NC制御装置は、タレット番号、工具ホルダの識別番号、工具ホルダにおける工具の先端位置を含む工具データを格納する工具データメモリを有し、前記工具データメモリは、前記特殊工具ホルダに対する前記オフセット角度のデータをさらに含み、 前記NC制御装置は、前記特殊工具ホルダに取り付けられた工具で加工を行う際に、前記工具データメモリから前記オフセット角度を読み出して、前記工具の加工開始点の位置決めを行うように構成してもよい。
このとき、前記NC制御装置は、前記差分値が予め設定された許容範囲を超えた場合に、前記タレット刃物台及び前記ワーク保持装置の駆動を停止するとともに、警告表示を行うように構成してもよい。
また、通常の均等タレットだけでなく、ホルダの仮想中心線からオフセットした位置に工具が取り付けられた特殊工具ホルダを有するタレット(不均等タレットやタンデム均等タレット)による加工における工具の位置決め制御を実施することができるため、結果として工作機械の加工用途を拡大することができる。
さらに、タレットに取り付けられた工具の先端位置の指令値と現在の検出値との間に位置ずれが生じた場合であっても、制御部が自動的に上記位置ずれを補正して、工具の位置ずれを正常な位置に補正しつつ加工を行うことができるため、加工精度の悪化や不良品の発生を抑制することができる。
図1〜図3を用いて、本発明の第1実施例によるタレット刃物台及びこれを備えた工作機械の概要を説明する。
図1は、本発明の第1実施例によるタレット刃物台を備える工作機械を示す斜視図である。また、図2は、図1のZ方向から工作機械をみた側面図である。
図1に示すように、本発明の第1実施例によるタレット刃物台を適用した工作機械1は、ベース2と、該ベース2上に配置されたワーク保持装置3と、ベース2の上面で上記ワーク保持装置3に接近あるいは離間する方向に敷設されたZ軸レール4と、該Z軸レール4上をスライドする移動台5と、該移動台5の上面で上記Z軸レール4と直交する方向に敷設されたX軸レール6と、該X軸レール6上をスライドするタレット刃物台10と、上記した構成要素(ワーク保持装置3、移動台5及びタレット刃物台10)の動作を制御するNC制御装置(図示せず)と、を備える。
図1において、チャック3aは複数の爪部(図示上は3本)でワークの外周を把持するものとして例示されているが、例えば万力型の把持手段や磁力吸着型、あるいはボルト締め等の機械的締結型等の様々なタイプの保持手段を適用できる。
また、ワーク回転装置3bに伸縮可能な構造を設けることにより、チャック3aがZ方向に進退自在となるように構成してもよい。
Z軸移動機構4aは、例えばボールねじ機構等の直線運動機構からなり、図1ではボールねじ機構のナット(図示せず)に移動台5を取り付けて、当該移動台5の底面を上記Z軸レール4の2本のレール上に摺動するようにZ方向に移動させる。
なお、Z軸移動機構4aは、直線運動が可能なものであれば、ピストン機構やラックピニオン機構、あるいは直動アクチュエータ等を適用してもよい。
X軸レール6は、Z軸レール4と同様に、当該Z軸レール4に直交する方向(X方向)に平行配置された2本のレールからなり、図2に示すように、その一端側にタレット刃物台10をX方向に移動させるX軸移動機構6aを備えている。
また、X軸移動機構6aは、Z軸移動機構4aと同様に、例えばボールねじ機構等の直線運動機構からなり、ボールねじ機構のナット(図示せず)にタレット刃物台10を取り付けて、当該タレット刃物台10の底面を上記X軸レール6の2本のレール上に摺動するようにX方向に移動させる。
また、図1において、X方向及びZ方向の両者に直交する方向をY方向と定義する。
このような構成により、タレット120の取り付けられた工具は、図2に示すように、チャック3aに取り付けられたワークに対向する位置に配置される。
図3は、第1実施例によるタレット刃物台を適用した工作機械の工具の動きを示す概略図であって、図3Aはタレットの回転制御による工具先端の位置変化の様子を示し、図3BはタレットのZ方向の移動制御による工具先端の位置変化の様子を示す。
また、図3に示す一例において、タレット120は12か所の工具取付位置を備えているが、ここではそのうちの1か所にのみ工具が取り付けられているものとして、その動きを説明する。
このとき、工具位置TP1とTP2とは、タレット120の回転中心Cから同一半径の円周上とにそれぞれ位置する。また、工具位置TP2のワーク回転軸線Sからの高さが最終的に移動したい工具位置TP3のワーク回転軸線Sからの高さと等しくなるように、タレット120の回転角度が制御される。
このような回転移動及び平行移動を連続して実施することにより、ミーリング工具の位置を工具位置TP1からTP3に移動させるY方向の移動YMを制御する。
なお、図示しない工作機械の制御装置が、上記回転移動と平行移動とを組み合わせることにより、上記Y方向の移動YMを直接的に滑らかに実施するように構成してもよい。
図4は、第1実施例によるタレット刃物台の概要を示す要部断面図であって、図4Aは本発明によるタレット刃物台のタレットの回転軸を通る平面における横断面を示し、図4Bは図4AのA−A面における縦断面を示し、図4Cは図4AのB−B面における縦断面を示している。
なお、図1において、タレット刃物台10は筐体を備えているが、図4においては、当該筐体の図示を省略している。
また、タレットベース110の下面は、図2に示す移動台5の上面に設けられたX軸レール6上を摺動するように載置されるとともに、図4Cに示すように、下面にナット113が固着されており、当該ナット113がX軸移動機構6aと組み合わされてタレットベース110をX軸レール上で移動させる。
また、副ベース部112の長穴112aの内面(ジョイントベースと対向する面)には、後述するピストン(係合部材)の一端が連結される連結穴112b(図6参照)が形成されている。
さらに、上述したタレットベース110の中空部110aには、当該中空部110aの内側に臨む形で略円筒形のスリーブ114が取り付けられており、スリーブ114は後述するタレット旋回軸を挿通した状態で全周をクランプする機能を備えている。
側部121には、所定の割出し角度の位置に後述するミルホルダや旋削ホルダ等を取り付ける複数の取付穴121aと、当該取付穴121aに対応する位置の内部に形成される流路121bと、を備えている。
また、底部122の中央部には、後述する工具主軸やミルハウジング接続軸を挿通する開口が形成されており、当該底部122の外面側には後述するタレット旋回系のタレット旋回軸が固着されている。
円筒側部131は、その一部に切り欠きあるいは貫通穴が形成されており、内部に後述する工具回転系の第1の傘歯車及び第2の傘歯車を内包するとともに、当該切り欠きあるいは貫通穴に第2の傘歯車が挿通される。
また、ミルハウジング接続軸133は、円筒側部131と中心軸が一致するように円筒底部132に一端が固着されているとともに、他端側に後述するジョイントベースが固着されている。
また、ジョイントベース140の中間部には、後述する係合機構の一部をなすピストンが挿通される貫通穴140aが形成されている。
このとき、副ベース部112に形成される長穴112aの長軸方向は、ジョイントベース140が固着されているミルハウジング接続軸133の回動に伴って移動する方向とされており、これによってミルハウジング接続軸133及びジョイントベース140は、上記長穴112aの長軸の長さで規定される範囲の角度だけ回動し得る構成となる。
当該クーラントブロック142の内部にはクーラントが流通する流路142aが形成されており、その一端は上述したタレット120の側部121に形成されている流路121bと連通し、他端にはクーラントを導入する配管143が接続される。
工具主軸151は、図4A及び図4Bに示すように、タレットベース110を貫通するように挿通され、軸受を介して副ベース部112に回転自在に取り付けられる。
一方、工具主軸151の他端は、上述のとおりタレットベース110の副ベース部112を貫通して外部に露出し、プーリ154が取り付けられる。
第1の傘歯車152は第2の傘歯車153と噛合しており、これらの関係によって工具主軸151の回転力がその回転軸を90度方向転換して第2の傘歯車153から出力される。
そして、第2の傘歯車153は、後述するミルホルダの入力軸と連結され、工具主軸151からの回転力をミルホルダに伝達する。
工具回転用モータ155の出力軸155aは、上記工具主軸151と平行となるように配置されており、当該出力軸155aと上記工具主軸151に取り付けられたプーリ154との間には、ベルト156が取り付けられている。
これらの構成により、工具回転用モータ155の出力軸155aの回転力がベルト156及びプーリ154を介して工具主軸151に伝達される。
タレット旋回軸161は、タレットベース110の主ベース部111の中空部110aに軸受を介して回転自在に取り付けられており、タレット旋回軸161の回転力によりタレット120が一体となって回転する。
また、上述のとおり、タレットベース110の中空部110aには、当該中空部110aの内側に臨む形で略円筒形のスリーブ114が取り付けられており、スリーブ114がタレット旋回軸161を挿通した状態で全周をクランプする。
グロボイダルカム163の表面には、カムフォロア162が係合するための溝部(図示せず)が形成されており、グロボイダルカム163の回転軸は、タレット旋回軸161の回転軸と直交するように配置され、その一端に平歯車165が取り付けられている。
ここで、タレット旋回用モータ164の出力軸164aは、グロボイダルカム163の回転軸と平行となるように配置されており、当該出力軸164aの周面には上記平歯車165と噛合する歯車が形成されている。
そして、図4Cに示すように、複数のカムフォロア162がグロボイダルカム163の表面の溝部に係合すると、カムフォロア162にタレット旋回軸161の回転方向(円周方向)への送りが与えられ、これに伴いタレット旋回軸161が所定の方向に回転する。
このとき、グロボイダルカム163が一方の方向に回転すると、カムフォロア162を介してタレット旋回軸161が一方の方向に回転し、グロボイダルカム163が逆方向に回転すると、カムフォロア162にも逆方向の送りが与えられ、タレット旋回軸161も逆方向に回転する。
一方、カムフォロア162とグロボイダルカム163とからなる機構は、カムフォロア162がグロボイダルカム163の溝部に常に係合するものであるため、いわゆる「バックラッシュ」が生じない。
つまり、タレット旋回軸161に形成されたカムフォロア162を動かすグロボイダルカム163の回転力を発生するタレット旋回用モータ164にサーボモータを適用すれば、当該サーボモータにタレット旋回軸161の回転角度センサ(角度検出器)としての機能を持たせることができる。
なお、タレット旋回用モータ164の回転量を把握できる構成であれば、例えば通常のモータにエンコーダを取り付けて回転量をカウントする等の構成を用いてもよい。
なお、図4Aにおいては、上記取付穴121aにミーリング工具MTを保持したミルホルダ170を取り付けた場合を示している。
また、ミルホルダ170の内部には、入力軸170aから入力する回転力の向きを変更しつつ回転力を伝達する回転機構(図示せず)を有しており、伝達された回転力により当該回転機構の出力軸に取り付けられたミーリング工具MTを回転させる。
上記回転機構としては、例えば、工具回転系150の第1の傘歯車152及び第2の傘歯車153と同様の2つの傘歯車による歯車機構等を例示できる。
そして、図4Aに示すように、タレット120に形成された流路121bと、クーラントブロック142に形成された流路142aと、ミルホルダ170に形成された流路170bとが連通することにより、配管143から流入するクーラントが上記流路を通ってノズル172に至り、ミーリング工具MTに向けて噴射される。
そして、タレット旋回軸161を取り付けたタレット120の内部にミルハウジング130の円筒側部131及び円筒底部132を配置するように、ミルハウジング接続軸133をタレット旋回軸161内に挿通する。
最後に、ミルハウジング接続軸133の端部にジョイントベース140を取り付けた後、工具主軸151にプーリ154及びベルト156等を取り付けることにより、タレット刃物台10を組み立てる。
図4に示したとおり、タレット120は、側部121と底部122(図5では背面側のため図示せず)とにより構成されている。そして、上述のとおり、側部121にはミルホルダ170あるいは旋削ホルダ171を取り付けるための複数の取付穴(図示せず)が形成されている。
なお、図5においては、側部121に12か所の取付穴を備える場合を示している。本明細書において、図5に示すタイプのタレットを「均等12Dタレット」と称する。
ミルホルダ170は、上述のとおり、工具主軸151からの回転力を入力する入力軸170aと、入力された回転力をミーリング工具MTに伝達する回転機構(図示せず)と、ミーリング工具MTの加工点近傍にクーラントを噴射するノズル172と、を備えている。
そして、入力軸170aが工具回転系150の第2の傘歯車153と連結されたときに、ミーリング工具MTが回転し、回転したミーリング工具MTをワークWに接触させることにより、ワークWに対してミーリング加工を行う。
旋削工具CTは回転工具ではないため、旋削工具CTを旋削ホルダ171に取り付ける際には、万力やクランプ治具等の挟持手段や、ボルト締結等の機械的固定手段等の様々な固定手段を採用できる。
そして、図1及び図2に示すチャック3aにワークWを取り付け、ワーク回転装置3bでワークWを回転させつつ旋削工具CTをワークWに接触させることにより、ワークWに対して旋削加工を行う。
蓋板134は、ミルハウジング130内に物が侵入するのを防止する機能を有する。また、蓋板134の外側には、1〜12の番号をそれぞれの工具位置に付与されたツール番号表示板135が取り付けられている。
また、ツール番号表示板135において、番号部分の裏面側に照明を配置することにより、加工に供しているあるいは工具主軸151に連結している工具番号をリアルタイムで点灯表示させることもできる。
図6は、図4Aで示したジョイントベース140に設けられたピストン180を含む係合機構の近傍の概要を示す拡大図であって、図6Aはジョイントベース140とタレットベース110とを接続した場合を示し、図6Bはジョイントベース140とタレット旋回軸161とを接続した場合を示している。
ピストン180は、中間領域に上記圧力室140bの断面形状と略同一の大径部181を有しており、当該大径部181が圧力室140bの内部に配置されることにより、圧力室140bを図示上で左右に分割する。
そして、圧力室140bには、上述の左右に分割された室内にそれぞれ流体(例えば油等)を供給あるいは回収できる流路(図示せず)が形成されている。
そして、上記ジョイントベース140の貫通穴140a及び圧力室140bと、ピストン180と、上記副ベース部112に形成された連結穴112bと、上記タレット旋回軸161に形成された連結穴161aと、により係合機構を構成している。
このとき、ピストン180の端部が、タレットベース110の副ベース部112に形成された連結穴112bに進入し、副ベース部112とピストン180、すなわちタレットベース110とジョイントベース140とが連結されて固定される。
この結果、タレット旋回軸161は、ジョイントベース140と、当該ジョイントベース140に固着されているミルハウジング接続軸133と、ジョイントベース140に連結されているタレットベース110と、のすべてに対して相対的に回転可能となる。
したがって、上記係合機構のピストン180を第1位置に切り替えることにより、タレット120に設けられた取付穴121aの位置と、ミルハウジング130の円筒側部131から突出する第2の傘歯車153の位置と、を任意に切り替えて接続する動作を実施することができる。
これにより、タレット旋回軸161とジョイントベース140とが連結されて固定される。
この結果、ジョイントベース140は、タレット旋回軸161に連結固定されるため、ジョイントベース140及びタレット旋回軸161は、タレットベース110に対して相対的に回転可能となる。
このため、ジョイントベース140に固着されたミルハウジング接続軸133と工具主軸151とは相対的に回転自在な構成である。
したがって、上記係合機構のピストン180を第2位置に切り替えることにより、タレット120とミルハウジング130とジョイントベース140とを連結してタレットベース110に対して相対的に回転させることができるため、例えば図4に示したミルホルダ170のミーリング工具MTを回転させた状態で、図3に示すような工具のY方向の位置制御を実施することができる。
図7は、第1実施例によるタレット刃物台10の旋削工具CTを用いて旋削加工を行う場合を示す概要図であって、図7Aはタレット刃物台10をZ方向からみた図を示し、図7Bは図7Aの矢印D方向からみた図を示し、図7Cは図7Bにおけるタレット120の内部の概要を示している。
さらに、図9は、第1実施例によるタレット刃物台10のミーリング工具MTを用いてY方向制御を含むミーリング加工を行う場合を示す概要図であって、図9Aはタレット刃物台10をZ方向からみた図を示し、図9Bは図9Aの矢印D方向からみた図を示し、図9Cは図9Bにおけるタレット120の内部の概要を示している。
なお、図7〜図9において、部分的にタレット120の内部を透過した構造が示されている。また、図7〜図9において、タレット120のZ方向でワークWに対向する位置を「原点位置」と定義する。
タレット120において旋削工具CTを選択する動作は、まず図4及び図6で示したスリーブ114によるタレット旋回軸161のクランプを解除した状態で、ジョイントベース140のピストン180を第1位置に移動させる。
このとき、上述のとおり、タレット旋回軸161は、タレットベース110、ミルハウジング130及びジョイントベース140に対して相対的に回転できるため、続いてタレット旋回軸161を回転させて旋削工具CTを取り付けた旋削ホルダ171を原点位置に移動させる。
このとき、ジョイントベース140に取り付けられたクーラントブロック142と工具回転系150の第2の傘歯車153とは、タレット120の原点位置に配置されており、クーラントブロック142から旋削ホルダ171にクーラントが供給されて噴射口173から噴射される。
これらのような旋削工具CTの位置調整を実施した上で、ワーク保持装置3に保持されたワークWを回転させ、旋削工具CTを所定深さだけ切り込むことにより、旋削加工が実行される。
タレット120においてミーリング工具MTを選択する動作は、図7に示した旋削工具CTの選択動作と同様に、まずスリーブ114によるタレット旋回軸161のクランプを解除した状態で、ジョイントベース140のピストン180を第1位置に移動させる。
続いて、タレット旋回軸161を回転させてミーリング工具MTを取り付けたミルホルダ170を原点位置に移動させる。
これにより、ミルホルダ170に取り付けられたミーリング工具MTは、工具主軸151からの回転力が伝達されて回転する。また、図8Cに示すように、原点位置に位置するクーラントブロック142からミルホルダ170にクーラントが供給されてノズル172から噴射される。
これらのようなミーリング工具MTの位置調整を実施した上で、ミーリング工具MTを回転させ、ワーク保持装置3に保持されたワークWにミーリング工具MTを所定深さだけ切り込んでZ方向に移動することにより、Z方向のミーリング加工が実行される。
Y方向の位置制御は、図8で示したZ方向へのミーリング加工における原点位置以外の加工開始点への移動や、あるいはX軸レール6及びZ軸レール4での移動を併用した3次元加工等にも適用することができる。
続いて、タレット旋回軸161を回転させてミーリング工具MTを取り付けたミルホルダ170を原点位置に移動させる。
これにより、ミルホルダ170に取り付けられたミーリング工具MTは、工具主軸151からの回転力が伝達されて回転する。
その後、上記スリーブ114の駆動を停止し、タレット旋回軸161のクランプを解除する。
また、ジョイントベース140に取り付けられたクーラントブロック142とタレット120との位置関係も保持されるため、クーラントブロック142は、図9Cに示すように、ミルホルダ170にクーラントを供給した状態でタレット120とともに回転することができる。
また、NC制御装置(図示せず)等の指令に基づいて、上記タレット120の回転とX軸レール6上の移動及びZ軸レール4上の移動とを同時に制御することにより、回転するミーリング工具MTを用いてワークWに3次元加工を行うこともできる。
そして、ピストン180を駆動する圧力室140bもピストン180の断面積に合わせて小型化することができるため、結果としてタレット刃物台10全体の重量増を抑制することができる。
このため、工具主軸151の回転力をタレット120に取り付けたミーリング工具MTに伝達した状態でタレット120を回転させる動作と、上記回転力のミーリング工具MTへの伝達を解除した状態でタレット120を回転させる動作と、を選択することができる。
したがって、工作機械のNC制御装置は、タレット120を回転させて複数の工具から1つの工具を選択する動作と、タレット120に取り付けたミーリング工具MTを回転させた状態で当該ミーリング工具MTをY方向に位置制御する動作と、を選択して実施することができる。
したがって、タレット120の複数の取付穴120aのどの位置にミーリング工具MTを備えたミルホルダ170を取り付けた場合であっても、任意の取付穴120aでの連結が可能となる。
したがって、グロボイダルカム163の回転位置あるいは回転角度が、タレット旋回軸161の回転位置あるいは回転角度と常に対応する関係にあるため、グロボイダルカム163の回転位置あるいは回転角度を検出することにより、タレット旋回軸161の精密な位置決めが可能となる。
このとき、タレット旋回軸161に設けられる複数のカムフォロア162の数を、グロボイダルカム163との係合が適切に行われる範囲内でできる限り多くして、隣り合うカムフォロア162の間隔を小さくすることにより、さらに精密な位置決めを行うこともできる。
次に、図10〜図13を用いて、本発明の第2実施例によるタレット刃物台の概要を説明する。
図10は、第2実施例によるタレット刃物台に適用されるタレット220の概要を示す斜視図である。
これに対して、図10に示すタレット220は、側部221と底部(図10では背面側のため図示せず)とにより構成されており、側部221にはミルホルダ270あるいは旋削ホルダ271を取り付けるための8か所の取付穴(図示せず)が形成されている。
なお、本明細書において、図10に示すタイプのタレットを「均等8Dタレット」と称する。
また、ミルホルダ270は、工具主軸151からの回転力を入力する入力軸(図示せず)と、入力された回転力をミーリング工具MTに伝達する回転機構(図示せず)と、ミーリング工具MTの加工点近傍にクーラントを噴射するノズル272と、を備えている。
そして、ミルホルダ270の入力軸(図示せず)が工具回転系150の第2の傘歯車153と連結されたときに、ミーリング工具MTが回転し、回転したミーリング工具MTをワークWに接触させることにより、ワークWに対してミーリング加工を行う。
また、上記固定手段としては、万力やクランプ治具等の挟持手段や、ボルト締結等の機械的固定手段等の様々な固定手段が採用できる。
そして、図1及び図2に示すチャック3aにワークWを取り付け、ワーク回転装置3bでワークWを回転させつつ旋削工具CTをワークWに接触させることにより、ワークWに対して旋削加工を行う。
蓋板234は、ミルハウジング内に物が侵入するのを防止する機能を有する。また、蓋板234の外側には、1〜8の番号をそれぞれの工具位置に付与されたツール番号表示板235が取り付けられている。
また、均等12Dタレットの場合と同様に、ツール番号表示板235において、番号部分の裏面側に照明を配置することにより、加工に供しているあるいは工具主軸151に連結している工具番号をリアルタイムで点灯表示させることもできる。
図11に示すタレット320は、側部321と底部(図11では背面側のため図示せず)とにより構成されており、側部321にミルホルダ370あるいは旋削ホルダ371を取り付けるための複数の取付穴(図示せず)が形成されている。
一方、旋削工具CTを取り付ける旋削ホルダ371は、旋削工具CTを取り付ける固定手段を有するとともに、ミルホルダ370と同様に、内部に形成された流路と当該流路を流れるクーラントを噴射する噴射口を備えている。
これらの点では、図5又は図10に示したタレットと共通の構成を備えている。
大型ミルホルダ373は、大型のミーリング工具LMTを回転させるために、通常のミルホルダより大きな回転機構を内部に備えている。このため、大型ミルホルダ373自体の大きさも大きくなる。
そして、タレット320を適用した場合、第1実施例で説明したミルハウジングに対するタレットの割出し角度も等間隔すなわち均等な角度とはならないため、NC制御装置による工具選択動作においても、タレット回転に対する特別な制御が必要となる。
そして、タレット320の中央には、蓋板334が取り付けられており、当該蓋板334の外側には、1〜10の番号をそれぞれの工具位置に付与されたツール番号表示板335が取り付けられている。
なお、本明細書において、図11に示すタイプのタレットを「不均等タレット」と称する。
図12に示すタレット420は、側部421と底部(図12では背面側のため図示せず)とにより構成されており、側部421にミルホルダ470あるいは旋削ホルダ471を取り付けるための複数の取付穴(図示せず)が形成されている。
一方、旋削工具CTを取り付ける旋削ホルダ471は、旋削工具CTを取り付ける固定手段を有するとともに、ミルホルダ470と同様に、内部に形成された流路と当該流路を流れるクーラントを噴射する噴射口を備えている。
これらの点では、図5又は図10に示したタレットと共通の構成を備えている。
タンデムミルホルダ473は、1つの入力軸からの回転力を2系統に分岐し、2つの出力軸で2本のミーリング工具MT1及びMT2をそれぞれ回転させることができる回転機構(図示せず)を内部に備えている。
そして、タレット420を適用した場合、タンデムミルホルダ473に取り付けられたミーリング工具MT1及びMT2の先端位置は、タレット420の取付穴の中心(仮想中心線)からずれることになるため、NC制御装置による工具選択動作においても、タレット回転に対する特別な制御が必要となる。
なお、本明細書において、図12に示すタイプのタレットを「タンデム均等タレット」と称する。
また、図11に示した大型ミルホルダ373や図12に示したタンデムミルホルダ473等のように、図5に示す通常のミルホルダ170あるいは旋削ホルダ171と大きさや形状の異なるホルダを、本明細書においては「特殊工具ホルダ」と称する。
図13は、タンデム均等タレット420を適用したタレット刃物台におけるタンデムミルホルダ473に取り付けられたミーリング工具MT1及びMT2の先端位置を示す概略図である。
なお、上述の「ミルホルダ」、「旋削ホルダ」及び「特殊工具ホルダ」等のタレットに取り付けられるホルダを、以下「各種ホルダ」と称する。
また、図13において、タレット420は12か所の工具取付位置を備えているが、ここではそのうちの1か所にのみタンデムミルホルダ473が取り付けられているものとして説明する。
したがって、タンデムミルホルダ473のような特殊工具ホルダに取り付けられた工具で加工を行う場合は、工具の先端位置が上記オフセット角度θpだけずれていることを考慮して、工具の加工開始点への位置決めを行う必要がある。
NC制御装置は、各種の加工プログラムに基づいて工作機械全体の動作を制御する制御部と工具データメモリとを備えている。また、工具データメモリには、タレット番号、各種ホルダの識別番号、各種ホルダにおける工具の先端位置、工具のオフセット角度等を含む工具データが格納されている。
そして、NC制御装置は、上記加工プログラムを実施する際に、工具データメモリから必要な情報を読み出して処理を行うとともに、工作機械に加工動作等の指令を行う。
ここで、上記位置決めプログラムを実施する前に、図6及び図9等で示したミルホルダの割出し動作及びミルホルダの入力軸と工具回転系の第2の傘歯車との連結が予め実施されているものとする。
この判別は、例えばタレットの形状の特徴部をセンサで検出して識別したり、あるいは上記工具データメモリに格納されていたタレット番号又は各種ホルダの識別番号等に基づいて判断を行う。
一方、ステップS101で「Yes」と判別された場合、制御部は、工具データメモリから現在取り付けられているタレットのタイプに該当する工具のオフセット角度θpを読み出す(ステップS102)。
このとき、制御部はステップS101の時点でタレットのタイプが例えばタンデム均等タレットであることを識別しているため、当該タンデム均等タレットのタレット番号や各種ホルダの識別番号等を参照して、対応する工具のオフセット角度θpを抽出する。
続いて、係合機構のピストン180を第2位置に移動させてジョイントベース140とタレット旋回軸161とを連結固定するとともに、タレット旋回用モータ164を駆動させてグロボイダルカム163を回転させ、タレット旋回軸161を上記オフセット角度θpに対応する方向に回転させる指令を発する(ステップS104)。
これにより、図13に示すタンデム均等タレット420は、ミーリング工具MT1及びMT2を回転させつつ旋回することができる。
ステップS105で「No」と判別された場合、タレットの回転角度がオフセット角度θpに達していないと判断して、ステップS104に戻る。
その後、制御部は、スリーブ114を駆動させる指令を発してタレット旋回軸161の全周をクランプし(ステップS106)、位置決めプログラムを終了する。
そして、当該加工開始点から、例えば図8に示したZ方向へのミーリング加工が実施される。
一方、ミーリング工具MT1及びMT2が上記円周上に配置されていない場合は、例えば図3に示したようなタレットの回転制御とZ軸レールによる移動制御とを組み合わせることにより、加工開始点への工具の位置決めを実施することもできる。
これにより、ミーリング工具MT1の回転を維持しつつタンデム均等タレット420を回転させて、図3に示すようなY方向の位置制御を行うことができ、当該Y方向の位置制御に加えてX軸レール及びZ軸レール上の平行移動を合成することにより、工具先端の3次元の位置制御を行うことができる。
また、様々な種類のタレットを適用できるため、工具の形状や大きさに多くのバリエーションを持たせることができ、結果として工作機械の加工用途を拡大することができる。
次に、図15及び図16を用いて、本発明の第3実施例によるタレット刃物台の実施形態を説明する。
図15は、均等タレット120を有するタレット刃物台を適用した工作機械における工具の位置ずれを示す概略図である。
また、図15において、タレット120は12か所の工具取付位置を備えているが、ここではその1か所にのみ工具が取り付けられているものとして説明する。
このような場合、原点位置にあるはずのタレットが回転していることから、例えば図15に示すように、指令上の工具位置CPに対して実際の(検出される)工具位置RPがずれ角度θdだけ位置ずれした状態となる。
図16は、図15に示したタレット120における工具位置の位置ずれを補正する補正プログラムのフローチャートである。
ここで、上記補正決めプログラムを実施する際には、図6で示した係合機構のピストン180は第2位置に位置し、ジョイントベース140に固着されたミルハウジング接続軸133とタレット旋回軸161とは相対的に回転可能な状態にあるものとする。
現在の工具の先端位置を検出する動作は、例えば、図4に示すグロボイダルカム163を回転させるタレット旋回用モータ164の回転量あるいは当該タレット旋回用モータに取り付けられたエンコーダ等の数値から読み取ることができる。
また、タレット刃物台にタレット120の代表位置を検出するセンサ(角度検出器)を設けて、当該代表位置の検出値から工具の先端位置を把握するように構成してもよい。
ステップS202で「Yes」と判別された場合、制御部は、現在取り付けられている工具位置の指令値と検出値にずれがなく正常な状態であると判断し、そのままプログラムを終了する。
具体的には、制御部が現在保持している検出値(すなわち工具の先端位置の回転角度)から指令値(例えば原点位置の回転角度)を減算することにより、差分値が算出される。
このとき、差分値の正負の符号によって回転角度のずれ方向を把握することができる。
ステップS204で「No」と判別された場合、算出された差分値θd(すなわちタレットの回転角度のずれ量)が異常値であると判断して、例えば図示しない表示手段や警報手段等を用いてオペレータにアラーム警告を発する指令を行う(ステップS209)。
そして、上記アラーム警告を確認したオペレータは、タレット刃物台に構造上の不具合が生じていないかどうか、目視等でチェックを行い、必要に応じて修理あるいは修正を行う。
続いて、係合機構のピストン180を第2位置に移動させてジョイントベース140とタレット旋回軸161とを連結固定するとともに、タレット旋回用モータ164を駆動させてグロボイダルカム163を回転させ、タレット旋回軸161を上記差分値θdをゼロにする、すなわち上記ずれ方向とは逆の方向にタレット旋回軸161を回転させる指令を発する(ステップS206)。
そして、ステップS207で「No」と判別された場合、工具の位置ずれがまだ修正されていないと判断して、ステップS206に戻る。
その後、制御部は、スリーブ114を駆動させる指令を発してタレット旋回軸161の全周をクランプし(ステップS208)、補正プログラムを終了する。
そして、上記位置決めされた工具を用いて、例えば図7〜図9に示した各種の旋削加工やミーリング加工が実施される。
このとき、上記補正プログラムの実行時は加工を実施していないため、プログラムの終了とともに工作機械の駆動が停止する。
これに対して、上記補正プログラムにおいて、ステップS209のアラーム警告表示の後に、オペレータが所定の入力手段(例えば、タッチパネル式表示装置のアイコンや制御盤のスイッチ等の工具選択ボタン)を操作して補正指令を入力することにより、ステップS205以降のステップに割り込んで制御部に補正動作を実施させるように変更することもできる。
例えば、加工中あるいは休止中に突発的な衝撃等でタレット又は工具の位置ずれが生じた場合にも、上記補正プログラムを実行することにより、位置ずれの補正を行うことができる。
また、工具の位置ずれを正常な位置に補正しつつ加工を行うことができるため、加工精度の悪化や不良品の発生を抑制することができる。
例えば、本発明のタレット刃物台において、タレット旋回系のタレット旋回軸を回転させる機構として、タレット旋回軸の外周に等間隔に設けられた複数のカムフォロアと当該カムフォロアに送りを与えるグロボイダルカムとを用いる構成を例示したが、タレット旋回軸を回転させることができる構造であれば、歯車機構や、あるいはウォーム及びウォームホイール機構等、様々な構成を採用してもよい。
また、ジョイントベースとタレットベース又はタレット旋回軸との連結を切り替えることができる構成であれば、上記係合機構のピストンに代えて、例えばフック等の他の係合部材を適用してもよい。
3 ワーク保持装置
4 Z軸レール
5 移動台
6 X軸レール
10 タレット刃物台
110 タレットベース
111 主ベース部
112 副ベース部
120 タレット(均等タレット)
121 (タレットの)側部
121a 取付穴
130 ミルハウジング
133 ミルハウジング接続軸
134、234、334、434 蓋板
140 ジョイントベース
142 クーラントブロック
150 工具回転系
151 工具主軸
152 第1の傘歯車
153 第2の傘歯車
160 タレット旋回系
161 タレット旋回軸
162 カムフォロア
163 グロボイダルカム
164 タレット旋回用モータ
170、270、370、470 ミルホルダ
171、271、371、471 旋削ホルダ
172、272、372、472 ノズル
373 大型ミルホルダ
473 タンデムミルホルダ
Claims (12)
- 工具を回転させるための主軸と、前記主軸が内挿されるミルハウジング接続軸を有するミルハウジングと、前記ミルハウジング接続軸が内挿されるタレット旋回軸と、前記タレット旋回軸の一端が固着されたタレットと、前記ミルハウジング接続軸の一端に固着されたジョイントベースと、前記タレット旋回軸を支持するタレットベースと、を備えたタレット刃物台であって、
前記ミルハウジングは、前記タレットの内部に配置され、
前記ジョイントベースは、前記タレットベース又は前記タレット旋回軸との間の連結を切り替える係合機構を有する
ことを特徴とするタレット刃物台。 - 前記係合機構は、前記ジョイントベースから進退自在な係合部材を有する
ことを特徴とする請求項1に記載のタレット刃物台。 - 前記係合部材は、前記ジョイントベースにおいて前記タレット旋回軸に連結する第1位置と前記タレットベースに連結する第2位置との間で変位する
ことを特徴とする請求項2に記載のタレット刃物台。 - 前記ジョイントベースは、前記タレットにクーラントを供給するクーラントブロックを有し、
前記タレットは、前記クーラントブロックから供給されるクーラントを流通させる流路をさらに備える
ことを特徴とする請求項3に記載のタレット刃物台。 - 前記タレット旋回軸の外周面に所定の間隔で放射状に設けられた複数のカムフォロアと、前記カムフォロアと係合して前記カムフォロアに前記タレット旋回軸の回転方向への送りを与えるグロボイダルカムと、前記グロボイダルカムを回転させるタレット旋回用モータと、をさらに備える
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のタレット刃物台。 - 前記タレット旋回用モータは、サーボモータである
ことを特徴とする請求項5に記載のタレット刃物台。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載のタレット刃物台と、ワークを保持するワーク保持装置と、前記タレット刃物台及び前記ワーク保持装置の駆動を制御するNC制御装置と、を備えた工作機械であって、
前記工作機械は、前記タレット刃物台と前記ワーク保持装置とが接近離反する方向の第1軸と、前記第1軸に直交する方向に前記タレット刃物台を進退させる第2軸と、前記第1軸及び前記第2軸の両者に直交する第3軸と、を有し、
前記NC制御装置は、前記第1軸における前記タレット刃物台の位置の制御と、前記タレット刃物台のタレットの回転角度の制御と、を合成することにより、前記第3軸における前記工具の先端位置を制御する
ことを特徴とする工作機械。 - 前記タレット刃物台のタレット旋回用モータは、前記タレットの原点位置からの回転角度を検出する機能を有する
ことを特徴とする請求項7に記載の工作機械。 - 前記タレットは、当該タレットを等分割した工具取付位置のうちのいずれか1つの仮想中心線から所定のオフセット角度だけずれた位置に前記工具の先端が位置する特殊工具ホルダをさらに有し、
前記NC制御装置は、前記特殊工具ホルダに取り付けられた工具で加工を行う際に、前記タレットの回転角度を前記仮想中心線の回転角度に前記オフセット角度だけ付加した角度として、前記工具の加工開始点の位置決めを行うこと
を特徴とする請求項8に記載の工作機械。 - 前記NC制御装置は、タレット番号、各種ホルダの識別番号、前記各種ホルダにおける工具の先端位置を含む工具データを格納する工具データメモリを有し、
前記工具データメモリは、前記特殊工具ホルダに対する前記オフセット角度のデータをさらに含み、
前記NC制御装置は、前記特殊工具ホルダに取り付けられた工具で加工を行う際に、前記工具データメモリから前記オフセット角度を読み出して、前記工具の加工開始点の位置決めを行うこと
を特徴とする請求項9に記載の工作機械。 - 前記NC制御装置は、前記タレットに対する回転角度の指令値と前記タレット旋回用モータで検出された回転角度の検出値とを比較し、前記指令値と前記検出値とが一致しない場合、両者の差分値を算出するとともに、前記差分値に基づいて前記差分値をゼロとする補正指令を行う
ことを特徴とする請求項10に記載の工作機械。 - 前記NC制御装置は、前記差分値が予め設定された許容範囲を超えた場合に、前記タレット刃物台及び前記ワーク保持装置の駆動を停止するとともに、警告表示を行う
ことを特徴とする請求項11に記載の工作機械。
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