WO2022004625A1 - 工作機械、工作機械の制御方法 - Google Patents

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WO2022004625A1
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respect
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絢子 北風
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シチズン時計株式会社
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    • G05B2219/50152—Align axis cylinder, tube with rotation axis machine

Definitions

  • the present invention relates to a machine tool that joins two workpieces into one workpiece, and a method for controlling the machine tool.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose a technique for detecting whether or not there is a misalignment during frictional joining.
  • Patent Documents 1 and 2 can detect the presence or absence of misalignment during frictional joining, but cannot determine how much misalignment is during frictional joining.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a machine tool and a method for controlling a machine tool in which the degree of misalignment can be known during frictional joining.
  • the present invention first has a first spindle that rotatably holds the first work, a second spindle that is arranged to face the first spindle and rotatably holds the second work, and the first spindle. While rotating at least one of the held first work and the second work held by the second spindle, the first spindle and the second spindle move relatively so as to approach each other.
  • a machine tool comprising a control unit for pressing the rear end portion of the second work against the tip end portion of the first work to frictionally join the second work, wherein the control unit is the first with respect to the first work. It is characterized by having a misalignment amount detecting means for detecting the misalignment amount of two workpieces during the frictional joining.
  • the second spindle is attached to the second spindle during the frictional joining. It is characterized by having a second spindle moving means for moving in a direction intersecting the rotation axis.
  • the timing of moving the second spindle in the direction intersecting the rotation axis of the second spindle is immediately after the first spindle stops rotating, immediately before the first spindle stops rotating, or the first. 1 It is characterized in that the rotation speed of the spindle is gradually decreasing.
  • control unit compares the misalignment amount of the second work with respect to the first work detected by the misalignment amount detecting means with the rotation phase of the first spindle, whereby the first work. It is characterized by having a misalignment direction detecting means for detecting the misalignment direction of the second work with respect to the above while the friction joining is performed.
  • the second spindle moving means has the misalignment amount of the second work with respect to the first work detected by the misalignment amount detecting means and the first work detected by the misalignment direction detecting means.
  • a direction in which the second spindle intersects the rotation axis of the second spindle so that the amount of misalignment of the second work with respect to the first work is reduced based on the misalignment direction of the second work. It is characterized by moving.
  • the core of the second work with respect to the first work is based on the load applied to the motor by which the misalignment amount detecting means moves the second spindle in a direction intersecting the rotation axis of the second spindle.
  • the feature is to obtain the amount of deviation.
  • the misalignment detecting means obtains the misalignment amount of the second work with respect to the first work based on the output value of the optical sensor that measures the distance from the second work. And.
  • a first spindle that rotatably holds the first work and a second spindle that is arranged to face the first spindle and rotatably holds the second work delivered from the first spindle.
  • a method for controlling a machine tool including a control unit for controlling the operation of the first spindle and the second spindle, which is held by the first work or the second spindle held by the first spindle. While rotating at least one of the second work, the first spindle and the second spindle are relatively moved so as to be close to each other, and the rear end portion of the second work is newly supplied.
  • the first work is subjected to During the step of detecting the misalignment amount of the second work and the step of detecting the misalignment direction of the second work with respect to the first work during the frictional joining, and during the frictional joining.
  • the second spindle is set to the second with respect to the first work. It is characterized by including a step of moving the work in a direction intersecting the rotation axis of the second spindle so that the amount of misalignment of the work is reduced.
  • the present invention can obtain the following effects.
  • the degree of misalignment between the first work and the second work can be known by the misalignment detecting means during the frictional joining between the first work and the second work. Therefore, since the desired work (for example, elimination of misalignment) can be performed by the time this frictional joining is completed, it is necessary to confirm the joint misalignment and correct the misaligned workpiece after performing this frictional joining. Furthermore, for example, deburring work of the joint portion can be started promptly. As a result, it is possible to reduce the manufacturing cost of the product and stabilize the quality.
  • the automatic lathe (machine tool) 1 includes a first spindle 10 and a tool base 31.
  • the first spindle 10 can grip (hold) the work W1 via the chuck.
  • This chuck is configured concentrically with the first spindle 10, and is integrally rotatable together with the first spindle 10.
  • the work W1 is a long bar in the shape of a round bar, and is supplied from the rear end of the first spindle 10 by using a push arrow of a bar feeder.
  • a finger chuck is provided at the tip of the push arrow, and the finger chuck grips the rear end of the work W1.
  • the first spindle 10 is rotatably supported by the spindle 12 with the Z1 axis direction shown in FIG. 1 as the axis, and is rotationally driven by the power of the spindle motor 13 provided on the spindle 12.
  • the headstock 12 is mounted on the Z1 axial feed mechanism 14 and is movable in the Z1 axial direction.
  • the Z1 axial feed mechanism 14 has a Z1 axial rail 14a fixed to the bed 1a and extended in the Z1 axial direction.
  • the Z1 axis rail 14a is equipped with a Z1 axis slider 14b that slides along the Z1 axis direction by the Z1 axis motor 14c.
  • the headstock 12 is installed on the Z1 axis slider 14b.
  • a guide bush 18 for holding a cutting position is provided in front of the headstock 12.
  • the guide bush 18 is supported by the support base 17, and the support base 17 is fixed to the bed 1a.
  • the work W1 is rotatably supported around the Z1 axis by the guide bush 18, and is sent to the front side of the support base 17.
  • the guide bush 18 is provided in front of the first spindle 10 in this way, the material portion having a length from the vicinity of the tip of the first spindle 10 to the guide bush 18 becomes the work residual material W2 that cannot be cut. If the residual material W2 and the newly supplied work W1 are joined, the material can be effectively used, so that the material cost can be reduced.
  • a moving table 32 is provided on the front side of the support table 17.
  • the moving table 32 moves the tool table 31 in the X1 axis direction orthogonal to the Z1 axis direction, and in the Y1 axis direction orthogonal to the Z1 axis direction and the X1 axis direction.
  • a tool 30 whose tip is oriented in the X1 axis direction is mounted on the tool base 31.
  • the work W1 can be machined by the tool 30 by moving the first spindle 10 in the Z1 axis direction and moving the tool base 31 in the X1 axis direction or the Y1 axis direction.
  • the automatic lathe 1 includes a second spindle 20 at a position facing the first spindle 10.
  • the second spindle 20 can grip (hold) the work residual material W2 via the chuck.
  • This chuck is configured concentrically with the second spindle 20, and is integrally rotatable together with the second spindle 20.
  • the work residual material W2 is, for example, a round bar having the same diameter as the work W1 and is a material left over that cannot be processed by the first spindle 10.
  • the work residual material W2 is, for example, transferred from the first spindle 10 to the second spindle 20 and held by the second spindle 20.
  • the second spindle 20 is rotatably supported by the spindle 22 with the Z2 axis direction parallel to the Z1 axis as the axis, and is rotationally driven by the power of the spindle motor 23 provided on the spindle 22.
  • the headstock 22 is mounted on the Z2 axial feed mechanism 24 and the X2 axial feed mechanism 25, and is movable in the Z2 axial direction and the X2 axial direction.
  • the Z2 axial feed mechanism 24 has, for example, a Z2 axial rail 24a arranged on the X2 axial feed mechanism 25 and extending in the Z2 axial direction.
  • the Z2-axis rail 24a is equipped with a Z2-axis slider 24b that slides along the Z2-axis direction by the Z2-axis motor 24c.
  • the headstock 22 is installed on the Z2-axis slider 24b.
  • the X2 axis direction feed mechanism 25 has, for example, an X2 axis rail 25a fixed to the bed 1a and parallel to the X1 axis direction.
  • the X2-axis rail 25a is equipped with an X2-axis slider 25b that slides along the X2-axis direction by the X2-axis motor 25c.
  • the X2-axis slider 25b is provided with a Z2-axis rail 24a of the Z2-axis direction feed mechanism 24.
  • the X2-axis direction feed mechanism 25 corresponds to the second spindle moving means of the present invention, and the X2-axis motor 25c corresponds to the motor of the present invention.
  • the rotation of the first spindle 10 and the second spindle 20, the movement of the first spindle 10, the second spindle 20, and the moving table 32 are controlled by the control device 40.
  • the control device 40 has a control unit 40a and an input unit 40b, which are connected via a bus.
  • the control unit 40a is composed of a CPU, a memory, or the like, and for example, loads various programs and data stored in the ROM into the RAM, and executes this program. Thereby, the operation of the automatic lathe 1 can be controlled based on the program.
  • the rotation of the first spindle 10 and the second spindle 20, the movement of the first spindle 10, the second spindle 20, the moving table 32, and the like can be set by a program or by input to the input unit 40b.
  • the control unit 40a functions as a misalignment amount detecting means 40c, a current value detecting means 40d, a misalignment direction detecting means 40e, and a rotation angle detecting means 40f.
  • the current value detecting means 40d detects the load applied to the X2-axis motor 25c as a current value.
  • the misalignment amount detecting means 40c is detected by the current value detecting means 40d while the rear end portion of the work residual material W2 is pressed against the tip portion of the work W1 and integrally joined (upset step U in FIG. 3). Based on the applied load, the misalignment amount s of the work residual material W2 with respect to the integrally joined work W1 is obtained.
  • the rotation angle detecting means 40f detects the rotation phase of the first spindle 10.
  • the misalignment direction detecting means 40e is used by the misalignment amount detecting means 40c while the rear end portion of the work residual material W2 is pressed against the tip end portion of the work W1 and integrally joined (upset step U in FIG. 3).
  • the misalignment direction of the work residual material W2 with respect to the integrally joined work W1 is obtained.
  • FIG. 2 is an operation flowchart including misalignment correction
  • FIG. 3 shows the rotation speed S1 of the first spindle 10 and the rotation phases P1 and the X2-axis motor 25c in the friction joining (including the friction step M and the upset step U). It is a figure explaining the current value I2 supplied to.
  • the length of the work W1 is shortened each time the parting process is performed.
  • the machining to the work W1 progresses and the total length of the work W1 held by the first spindle 10 becomes shorter from the vicinity of the tip of the first main shaft 10 to the guide bush 18, this shortened portion becomes a work that cannot be cut. It becomes a residual material.
  • a work having a short length held by the first spindle 10 is passed to the second spindle 20.
  • the axis of the first spindle 10 and the axis of the second spindle 20 are arranged concentrically, and for example, the second spindle 20 is brought closer to the first spindle 10.
  • the chuck of the first spindle 10 is opened, and a new work W1 is supplied from the rear of the first spindle 10.
  • the newly supplied work W1 is held by the first spindle 10.
  • a short work (which will eventually become the work residual material W2) held by the first main shaft 10 is moved from the guide bush 18 to the front side of the support base 17. Extruded. Therefore, the work residual material W2 is held by the second spindle 20.
  • step S10 in FIG. 2 the second spindle 20 is brought closer to the first spindle 10 to form a work residue W2.
  • the rear end portion is pressed against the tip portion of the new work W1 so that a predetermined pressure is applied (step S11: start of friction step M).
  • step S11 start of friction step M
  • the second spindle 20 may also be rotated.
  • the first spindle 10 may be rotated in the same direction as the rotation direction of the second spindle 20 or in the opposite direction.
  • only the second spindle 20 may be rotated.
  • only the second spindle 20 is moved in the Z2 axis direction, but only the first spindle 10 is moved in the Z1 axis direction, or both the first spindle 10 and the second spindle 20 are moved. It is also possible to bring the rear end portion of the work residual material W2 into contact with the front end portion of the work W1.
  • Step S12 End of friction step M, start of upset step U.
  • the control unit 40a outputs a rotation stop command to the first spindle 10.
  • the rotation speed S1 of the first spindle 10 gradually decreases.
  • the rotation stop command and the timing of pressing the work residual material W2 against the work W1 by applying a stronger pressure have been described at the same time, but the timing may be different.
  • the degree of softening for example, it is possible to know by detecting a decrease in the current value (indicated by I2'in FIG. 3) of the Z2-axis motor 24c. Further, the conditions until the contact portion is softened may be determined in advance by a preliminary experiment, and friction may be applied to the contact portion between the work residual material W2 and the work W1 based on this condition. Then, when the rotation of the first spindle 10 is stopped while pressing the second spindle 20 against the first spindle 10, the rear end portion of the work residual material W2 is joined by pressing the tip portion of the work W1 to be joined to the work residual material W2. Work W1 is integrated.
  • the work residual material W2 and the work W1 may be integrated in a misaligned state.
  • the temperature of the contact point between the work residual material W2 and the work W1 is high in the upset process U, so that the work residual material W2 is used as the work residual material W2.
  • the material W2 can be moved in a direction intersecting the axis of the material W2. Therefore, as shown below, the alignment is performed during the frictional joining (until the joining phenomenon is completed).
  • step S11 in FIG. 2 After the work residual material W2 is pressed against the rotating work W1 (step S11 in FIG. 2), the work W1 is gripped by the first spindle 10 and the work residual material W2 is gripped by the second spindle 20.
  • the rotation of the first spindle 10 is transmitted to the second spindle 20 via the work W1 and the work residual material W2, so that the second spindle 20 also rotates.
  • the second spindle 20 is misaligned with respect to the axis C1 of the first spindle 10, as shown by the solid line and the alternate long and short dash line in FIG. 4, respectively. It vibrates in the X2 axial direction with an amplitude twice the amount (distance between the axial center C1 of the work W1 and the axial center C2 of the work residual material W2) s.
  • the position of the second spindle 20 in the X2 axis direction is held by the X2 axis motor 25c, and the X2 axis motor 25c is controlled by the control unit 40a to hold the position of the second spindle 20 in the X2 axis direction.
  • the X2-axis motor 25c is in the rotary drive state). Therefore, when vibration due to misalignment is applied to the X2-axis motor 25c, the current value I2 supplied from the control unit 40a to the X2-axis motor 25c increases or decreases according to the rotation phase of the second spindle 20.
  • the current value I2 supplied to the X2-axis motor 25c is the X2-axis position (vertical axis) in FIG. As shown by the solid line in the graph of time (horizontal axis), it fluctuates with an amplitude corresponding to twice the amplitude of the misalignment amount s during the upset step U. Therefore, the current value detecting means 40d detects, for example, the fluctuation range (difference between the maximum value and the minimum value) of the current value I2 supplied to the X2-axis motor 25c over a predetermined period.
  • the misalignment amount detecting means 40c obtains, for example, an average value of the fluctuation range of the current value I2, and pretends that half of this average value corresponds to the misalignment amount s, and the work residual material for the integrally joined work W1.
  • the misalignment amount s of W2 is detected (step S13 in FIG. 2).
  • the degree of misalignment between the work W1 and the work residual material W2 can be known by the misalignment amount detecting means 40c during the frictional joining between the work W1 and the work residual material W2. Therefore, as will be described later, the desired work (for example, elimination of misalignment) can be performed by the time the frictional joining is completed. Therefore, after the frictional joining is performed, the joint misalignment can be confirmed and the misaligned workpieces can be corrected. It is not necessary to perform such operations, and further, for example, deburring work can be started promptly. As a result, it is possible to reduce the manufacturing cost of the product and stabilize the quality.
  • the load applied to the X2-axis motor 25c has been described by giving an example of obtaining the load applied to the X2-axis motor 25c from the average value of the fluctuation range of the current value I2, but the present invention is not limited to this example.
  • the fluctuation range of the current value I2 only at a predetermined timing or the reference value of the fluctuation of the current value I2 may be set, and the amount of increase / decrease with respect to this reference value may be used. Further, other parameters based on the current value I2 may be used.
  • the X2-axis motor 25c makes almost one rotation while the spindle motor 13 makes two rotations.
  • the current value I2 supplied to the X2-axis motor 25c increases in the positive direction.
  • the rotation phase P1 of the first spindle 10 is, for example, 270 °
  • the current value I2 supplied to the X2-axis motor 25c is the maximum value. Therefore, it can be seen that the misalignment of the work residual material W2 occurs in the direction connecting the axial center C1 of the first spindle 10 and the position of the rotation phase 270 °.
  • step S13 of FIG. 2 (upset step U of FIG. 3), the misalignment direction detecting means 40e rotates with the misalignment amount s of the work residual material W2 with respect to the work W1 detected by the misalignment amount detecting means 40c.
  • the misalignment direction of the work residual material W2 with respect to the work W1 is detected.
  • the misalignment direction detecting means 40e can know the misalignment direction of the work residual material W2 with respect to the work W1 during the frictional joining between the work W1 and the work residual material W2.
  • the control unit 40a determines whether or not the misalignment amount s detected by the misalignment amount detecting means 40c is equal to or greater than a predetermined value that requires correction of the misalignment (step S14 in FIG. 2). Then, when the misalignment amount s detected by the misalignment amount detecting means 40c is equal to or greater than a predetermined value (YES in step S14), the process proceeds to step S15 to correct the misalignment. On the other hand, when the misalignment amount s detected by the misalignment amount detecting means 40c is less than a predetermined value (NO in step S14), the process proceeds to step S17.
  • the control unit 40a When it is necessary to correct the misalignment (YES in step S14), the control unit 40a outputs a drive signal to the spindle motor 13 to align the misalignment direction of the work residual material W2 with respect to the work W1 in the X2 direction (step). S15). Specifically, as shown in FIG. 6A, the misalignment direction of the work residual material W2 with respect to the work W1 (the direction connecting the axial center C1 of the work W1 and the axial center C2 of the work residual material W2) is not parallel to the X2 axis. Occasionally, the first spindle 10 is rotated to align this misalignment direction with the X2 axis direction.
  • the control unit 40a outputs a drive signal to the X2-axis motor 25c immediately after the first spindle 10 has stopped rotating (indicated by time T3 in FIG. 3), and as shown by an arrow in FIG. 6B.
  • the second spindle 20 is moved in the X2 axis direction in the direction in which the misalignment amount s decreases (step S16 in FIG. 2). More specifically, the second spindle 20 is moved in the direction in which the distance from the axis C2 of the work residual material W2 to the axis C1 of the work W1 becomes shorter, for example, by half the average value of the fluctuation range of the current value I2.
  • the control unit 40a outputs a drive signal to the Z2-axis motor 24c and further presses the rear end portion of the work residual material W2 against the tip portion of the work W1 to finish the frictional joint (step S17 in FIG. 2). ..
  • the temperature at the contact point between the work residual material W2 and the work W1 is high, and the work residual material W2 is the work residual material W2. It suffices as long as it can move in the direction intersecting the axis of. Therefore, in addition to the above-mentioned time T3, for example, immediately before the first spindle 10 stops rotating (shown by the time T2 in FIG. 3), or while the rotation speed S1 of the first spindle 10 is gradually decreasing (time T1). It may be (indicated by).
  • the burr generated at the joint portion between the work residual material W2 and the work W1 is cut by the tool 30.
  • the tool 30 is arranged closer to the second spindle 20 than the joint portion between the work residual material W2 and the work W1 to set a predetermined depth of cut. Then, while rotating the first spindle 10, the tool 30 is moved closer to the first spindle 10 than the joint portion between the work residual material W2 and the work W1 to remove burrs.
  • the front end portion of the work W1 and the rear end portion of the work residual material W2 are frictionally joined using the first spindle 10 and the second spindle 20 arranged to face each other, and the joining and cutting are fused (joining process).
  • the automatic lathe 1 that integrates the cutting process and the cutting process can reduce the manufacturing cost of the product.
  • the misalignment amount detecting means 40c calculates the misalignment amount s.
  • the work with respect to the work W1 is obtained by, for example, photographing the joint portion between the work W1 and the work residual material W2 with a camera and performing image processing, or by measuring with a laser as described later. It can also be applied to detect the amount of misalignment of the residual material W2.
  • the example of eliminating (eliminating) the misalignment amount s has been described, but the present invention is also applied to the case where the misalignment amount s is reduced although the misalignment is not eliminated.
  • the guide bush 18 can be omitted because it is sufficient that the misalignment amount s can be detected during the frictional joining.
  • the work W1 may be made of a material different from the work residual material W2.
  • the work W1 and the work residual material W2 may have different diameters.
  • the example in which the work residual material W2 and the work W1 are frictionally joined has been described, but the present invention is not limited to the example of joining the work residual material W2, and new materials are joined to each other. It can also be applied when
  • the first spindle 10 can rotate around the Z1 axis
  • the second spindle 20 can rotate around the Z2 axis
  • either the first spindle 10 or the second spindle 20 can rotate in the Z1 axis direction or. It suffices as long as it can move in the Z2 axis direction and either the first spindle 10 or the second spindle 20 can move in the X1 axis direction or the X2 axis direction, and is not limited to the configuration of the embodiment.
  • the movement is performed in the direction of the X2 axis orthogonal to the Z2 axis, but in the present invention, the direction can be variously changed as long as the direction intersects the Z2 axis.
  • the automatic lathe (machine tool) 2 of the second embodiment is an automatic lathe in which the method of detecting the misalignment amount s of the work residual material W2 with respect to the work W1 in the automatic lathe 1 of the first embodiment is changed. Since many elements of the automatic lathe 2 of the second embodiment are also common to the automatic lathe 1 of the first embodiment, detailed description of common matters will be omitted.
  • the automatic lathe 2 has a laser sensor 50, which is a kind of optical sensor controlled by the control device 40, on the bed 1a.
  • the laser sensor 50 irradiates the work residual material W2 with the laser beam L in parallel with the X2 axis, and the distance D between the laser sensor 50 and the peripheral side surface of the work residual material W2 in the X2 axis direction. Is detected.
  • the detection of the misalignment amount s of the work residual material W2 with respect to the work W1 by the automatic lathe 2 of the second embodiment will be described.
  • the distance D between the laser sensor 50 and the peripheral side surface of the work residual material W2 is the distance (vertical axis) and time in FIG.
  • the amplitude is twice the misalignment amount s with respect to the distance O in the X2 axis direction between the laser sensor 50 and the peripheral side surface of the work W1. fluctuate.
  • the misalignment amount detecting means 40c of the work W1 is based on the output value D of the laser sensor 50 (the distance between the laser sensor 50 and the peripheral side surface of the work residual material W2 in the X2 axial direction).
  • the maximum value of the fluctuation value in the X2 axial direction of the peripheral side surface of the work residual material W2 with respect to the axial center C1, that is, the misalignment amount s of the work residual material W2 with respect to the integrally joined work W1 is detected.
  • the detection of the misalignment direction of the work residual material W2 with respect to the work W1 by the automatic lathe 2 of the second embodiment will be described.
  • the fluctuation (maximum value or minimum value) of the output value D of the laser sensor 50 occurs at substantially the same position during one rotation of the work W1. Therefore, by comparing the fluctuation of the output value D with the rotation phase P1 of the first spindle 10, the misalignment direction of the work residual material W2 with respect to the work W1 can also be known. Specifically, as shown in FIG.
  • the rotation phase P1 of the first spindle 10 (indicated by the alternate long and short dash line in the figure) and the output value D of the laser sensor 50 (indicated by the solid line in the figure) are, for example, the spindle.
  • the relationship is such that the work residual material W2 makes almost one rotation while the motor 13 (that is, the work W1) makes two rotations.
  • the output value D of the laser sensor 50 increases in the positive direction.
  • the rotation phase P1 of the first spindle 10 is, for example, 270 °
  • the output value D of the laser sensor 50 is the maximum value. Therefore, it can be seen that the misalignment of the work residual material W2 occurs in the direction connecting the axial center C1 of the first spindle 10 and the position of the rotation phase 270 °.
  • the misalignment direction detecting means 40e detects the misalignment amount s of the work residual material W2 with respect to the work W1 detected by the misalignment amount detecting means 40c and the rotation angle, as in the first embodiment. By comparing with the rotation phase P1 of the first spindle 10 detected by the means 40f, the misalignment direction of the work residual material W2 with respect to the work W1 is detected. As described above, also in the automatic lathe 2 of the second embodiment, the misalignment direction detecting means 40e allows the misalignment direction of the work residual material W2 with respect to the work W1 to be known during frictional joining between the work W1 and the work residual material W2. ..
  • the automatic lathe 2 includes a laser sensor 50 for measuring the distance from the work residual material W2, and the misalignment amount detecting means 40c is based on the output value D of the laser sensor 50.
  • the misalignment amount s is directly detected from the shape of the peripheral side surface of the work residual material W2.
  • the misalignment amount s can be detected more accurately.
  • the laser sensor 50 irradiates the work residual material W2 with a laser in parallel with the X2 axis, and the misalignment amount s and the misalignment of the work residual material W2 with respect to the work W1.
  • the direction was detected, any direction may be used as long as the misalignment amount s can be calculated by the misalignment amount detecting means 40c, and the laser irradiation direction to the work residual material W2 is not limited to parallel to the X2 axis. ..
  • the laser sensor 50 using the laser beam L has been described as an example of the optical sensor, but the optical sensor is not limited to the laser sensor and is appropriately selected according to the measurement accuracy.
  • an optical sensor using emitted light such as LED light may be used.

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Abstract

摩擦接合中に芯ずれの程度が分かる工作機械、工作機械の制御方法を提供する。 第１ワーク（ワークＷ１で例示）を回転自在に保持する第１主軸１０と、第１主軸に対向配置して第２ワーク（ワーク残材Ｗ２で例示）を回転自在に保持する第２主軸２０と、第１ワークまたは第２ワークの少なくともいずれか一方を回転させながら、第１主軸と第２主軸とが互いに接近するように相対的に移動させて、第２ワークの後端部分を第１ワークの先端部分に押圧して摩擦接合させる制御部４０ａと、を備える工作機械（自動旋盤１で例示）である。制御部が、第１ワークに対する第２ワークの芯ずれ量ｓを、摩擦接合している間に検出する芯ずれ量検出手段を有する。

Description

工作機械、工作機械の制御方法
　本発明は、２つのワークを接合して１つのワークにする工作機械、工作機械の制御方法に関する。
　工作機械では、加工されずに材料が余る場合がある。材料が余ると、材料コストの削減が難しくなり、また、環境保全に貢献し難くなる。そこで、所定のワークとワークの余ったワーク残材とを摩擦接合することにより、材料を最大限有効活用することが考えられる。
　ワークとワーク残材とを摩擦接合した場合、ワークとワーク残材との芯ずれが生ずることがある。そのため、例えば、特許文献１，２には、摩擦接合中に芯ずれがあるか否かを検出する技術が開示されている。
特開平５－２０８２８１号公報 特開平７－１９５１８３号公報
　しかしながら、上記特許文献１，２に記載の技術では、摩擦接合中に芯ずれの有無を検知できるが、摩擦接合中にどの程度ずれているかを分かるものではない。
　本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、摩擦接合中に芯ずれの程度が分かる工作機械、工作機械の制御方法を提供することを目的とする。
　本発明は、第１に、第１ワークを回転自在に保持する第１主軸と、前記第１主軸に対向配置して第２ワークを回転自在に保持する第２主軸と、前記第１主軸に保持された第１ワークまたは前記前記第２主軸に保持された前記第２ワークの少なくともいずれか一方を回転させながら、前記第１主軸と前記第２主軸とが互いに接近するように相対的に移動させて、前記第２ワークの後端部分を前記第１ワークの先端部分に押圧して摩擦接合させる制御部と、を備える工作機械であって、前記制御部が、前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ量を、前記摩擦接合している間に検出する芯ずれ量検出手段を有することを特徴とする。
　第２に、前記芯ずれ量検出手段で検出された前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ量に基づいて、前記摩擦接合している間に、前記第２主軸を前記第２主軸の回転軸線に交差する方向に移動させる第２主軸移動手段を有することを特徴とする。
　第３に、前記第２主軸を前記第２主軸の回転軸線に交差する方向に移動するタイミングが、前記第１主軸が回転停止した直後、もしくは前記第１主軸が回転停止する直前、または前記第１主軸の回転速度が次第に減少している間であることを特徴とする。
　第４に、前記制御部が、前記芯ずれ量検出手段で検出した前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ量と前記第１主軸の回転位相とを照らし合わせることにより、前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ方向を、前記摩擦接合している間に検出する芯ずれ方向検出手段を有することを特徴とする。
　第５に、前記第２主軸移動手段が、前記芯ずれ量検出手段で検出された前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ量と前記芯ずれ方向検出手段で検出された前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ方向とに基づいて、前記第２主軸を、前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ量が減少するように前記第２主軸の回転軸線に交差する方向に移動させることを特徴とする。
　第６に、前記芯ずれ量検出手段が、前記第２主軸の回転軸線に交差する方向に前記第２主軸を移動させるモータにかかる負荷に基づいて、前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ量を求めることを特徴とする。
　第７に、前記芯ずれ量検出手段が、前記第２ワークとの距離を測定する光学式センサーの出力値に基づいて、前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ量を求めることを特徴とする。
　第８に、第１ワークを回転自在に保持する第１主軸と、前記第１主軸に対向配置して前記第１主軸から受け渡された第２ワークを回転自在に保持する第２主軸と、前記第１主軸、および前記第２主軸の動作を制御する制御部と、を備える工作機械の制御方法であって、前記第１主軸に保持された前記第１ワークまたは前記第２主軸に保持された前記第２ワークの少なくともいずれか一方を回転させながら、前記第１主軸と前記第２主軸とが互いに接近するように相対的に移動させて、前記第２ワークの後端部分を新たに供給された第１ワークの先端部分に接触して摩擦させるステップと、前記第２ワークの後端部分を前記第１ワークの先端部分に押圧して摩擦接合している間に、前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ量を検出するステップと、前記摩擦接合している間に、前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ方向を検出するステップと、前記摩擦接合している間に、検出した前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ量および検出した前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ方向に基づいて、前記第２主軸を、前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ量が減少するように前記第２主軸の回転軸線に交差する方向に移動させるステップと、を含むことを特徴とする。
　本発明は以下の効果を得ることができる。
　芯ずれ量検出手段によって、第１ワークと第２ワークの摩擦接合中に、第１ワークと第２ワークとの芯ずれの程度が分かる。よって、この摩擦接合が終わるまでに所望の作業（例えば芯ずれの解消）を実施できるので、この摩擦接合を実施した後に接合ずれの確認や、ずれて接合されたワークの修正等を行う必要がなく、さらに、例えば接合部分のバリ取り作業などを速やかに開始できる。この結果、製品の製造コストの低減や品質安定化を実現することができる。
本発明に係る工作機械の第１実施例である自動旋盤の概略構成図である。 芯ずれ修正を含む動作フローチャートである。 摩擦接合における第１主軸の回転位相、Ｘ２軸モータに供給される電流値を説明する図である。 芯ずれによるワーク残材の振れを説明する図である。 アップセット工程における第１主軸の回転位相、Ｘ２軸モータに供給される電流値を説明する図である。 接合したワークに対するワーク残材の芯ずれを説明する図である。 芯ずれ方向をＸ２軸方向に合わせる動作を説明する図である。 芯ずれを解消させる動作を説明する図である。 本発明に係る工作機械の第２実施例である自動旋盤の概略構成図である。 第２実施例における芯ずれによるワーク残材の振れを説明する図である。 第２実施例のアップセット工程における第１主軸の回転位相、レーザーセンサーとワーク残材の周側面との距離の変動を説明する図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の第１実施例の工作機械、工作機械の制御方法について説明する。
　図１に示すように、自動旋盤（工作機械）１は第１主軸１０および工具台３１を備えている。第１主軸１０は、チャックを介してワークＷ１を把持（保持）することができる。このチャックは、第１主軸１０と同心に構成され、第１主軸１０とともに一体的に回転自在である。
　ワークＷ１は丸棒状の長尺の棒材であり、バーフィーダの押し矢を用いて第１主軸１０の後端から供給される。押し矢の先端には、フィンガーチャックが設けられており、フィンガーチャックがワークＷ１の後端を把持している。
　第１主軸１０は、図１に示すＺ１軸方向を軸線として主軸台１２に回転自在に支持され、主軸台１２に設けられた主軸モータ１３の動力によって回転駆動される。主軸台１２は、Ｚ１軸方向送り機構１４に搭載されており、Ｚ１軸方向に移動自在である。
　Ｚ１軸方向送り機構１４は、ベッド１ａに固定されて、Ｚ１軸方向に延びたＺ１軸レール１４ａを有する。Ｚ１軸レール１４ａには、Ｚ１軸モータ１４ｃによってＺ１軸方向に沿ってスライドするＺ１軸スライダ１４ｂが装着されている。このＺ１軸スライダ１４ｂ上に主軸台１２が設置されている。
　主軸台１２の前方には、切削位置を保持するガイドブッシュ１８が設けられている。ガイドブッシュ１８は、支持台１７に支持されており、支持台１７はベッド１ａに固定されている。ワークＷ１は、ガイドブッシュ１８でＺ１軸回りに回転自在に支持されて、支持台１７の正面側に送られる。
　このように、ガイドブッシュ１８を第１主軸１０の前方に設けると、第１主軸１０の先端付近からガイドブッシュ１８までの長さの材料分が、切削できないワーク残材Ｗ２となるが、このワーク残材Ｗ２と新たに供給されたワークＷ１とを接合すれば、材料を有効活用できるため、材料コストの削減を図ることができる。
　支持台１７の正面側には、移動台３２が設けられている。移動台３２は、工具台３１をＺ１軸方向に直交するＸ１軸方向や、Ｚ１軸方向およびＸ１軸方向に直交するＹ１軸方向に移動させる。
　工具台３１には、先端をＸ１軸方向に向けた工具３０が装着されている。第１主軸１０をＺ１軸方向に移動させ、工具台３１をＸ１軸方向またはＹ１軸方向に移動させることによって、工具３０でワークＷ１を加工することができる。
　自動旋盤１は、第１主軸１０の対向位置に、第２主軸２０を備えている。第２主軸２０は、チャックを介してワーク残材Ｗ２を把持（保持）することができる。このチャックは、第２主軸２０と同心に構成され、第２主軸２０とともに一体的に回転自在である。
　ワーク残材Ｗ２は、例えばワークＷ１と同径の丸棒であり、第１主軸１０で加工できずに余った材料である。ワーク残材Ｗ２は、例えば、第１主軸１０から第２主軸２０に受け渡されて第２主軸２０に保持される。
　第２主軸２０は、Ｚ１軸方向に平行なＺ２軸方向を軸線として主軸台２２に回転自在に支持され、主軸台２２に設けられた主軸モータ２３の動力によって回転駆動される。主軸台２２は、Ｚ２軸方向送り機構２４およびＸ２軸方向送り機構２５に搭載されており、Ｚ２軸方向およびＸ２軸方向に移動自在である。
　Ｚ２軸方向送り機構２４は、例えば、Ｘ２軸方向送り機構２５上に配置されて、Ｚ２軸方向に延びたＺ２軸レール２４ａを有する。Ｚ２軸レール２４ａには、Ｚ２軸モータ２４ｃによってＺ２軸方向に沿ってスライドするＺ２軸スライダ２４ｂが装着されている。このＺ２軸スライダ２４ｂ上に主軸台２２が設置されている。
　Ｘ２軸方向送り機構２５は、例えば、ベッド１ａに固定されて、Ｘ１軸方向に平行なＸ２軸レール２５ａを有する。Ｘ２軸レール２５ａには、Ｘ２軸モータ２５ｃによってＸ２軸方向に沿ってスライドするＸ２軸スライダ２５ｂが装着されている。このＸ２軸スライダ２５ｂに、Ｚ２軸方向送り機構２４のＺ２軸レール２４ａが設けられている。なお、Ｘ２軸方向送り機構２５が本発明の第２主軸移動手段に相当し、Ｘ２軸モータ２５ｃが本発明のモータに相当する。
　第１主軸１０や第２主軸２０の回転、第１主軸１０、第２主軸２０や移動台３２の移動は、制御装置４０で制御される。制御装置４０は、制御部４０ａ、入力部４０ｂを有し、これらはバスを介して接続される。
　制御部４０ａは、ＣＰＵやメモリ等からなり、例えばＲＯＭに格納されている各種のプログラムやデータをＲＡＭにロードし、このプログラムを実行する。これにより、プログラムに基づいて自動旋盤１の動作を制御できる。
　第１主軸１０や第２主軸２０の回転、第１主軸１０、第２主軸２０や移動台３２の移動等はプログラムで、あるいは入力部４０ｂへの入力によって設定可能である。
　また、制御部４０ａは、芯ずれ量検出手段４０ｃ、電流値検出手段４０ｄ、芯ずれ方向検出手段４０ｅ、回転角度検出手段４０ｆとして機能している。
　電流値検出手段４０ｄは、Ｘ２軸モータ２５ｃにかかる負荷を電流値として検出する。芯ずれ量検出手段４０ｃは、ワーク残材Ｗ２の後端部分をワークＷ１の先端部分に押圧して一体接合している間（図３のアップセット工程Ｕ）に、電流値検出手段４０ｄで検出した負荷に基づいて、一体接合したワークＷ１に対するワーク残材Ｗ２の芯ずれ量ｓを求めている。
　一方、回転角度検出手段４０ｆは、第１主軸１０の回転位相を検出する。芯ずれ方向検出手段４０ｅは、ワーク残材Ｗ２の後端部分をワークＷ１の先端部分に押圧して一体接合している間（図３のアップセット工程Ｕ）に、芯ずれ量検出手段４０ｃで求めた芯ずれ量ｓと回転角度検出手段４０ｆで検出した第１主軸１０の回転位相とを照らし合わせることにより、一体接合したワークＷ１に対するワーク残材Ｗ２の芯ずれ方向を求めている。
　図２は、芯ずれ修正を含む動作フローチャートであり、図３は、摩擦接合（摩擦工程Ｍ、アップセット工程Ｕを含む）における第１主軸１０の回転速度Ｓ１および回転位相Ｐ１、Ｘ２軸モータ２５ｃに供給される電流値Ｉ２を説明する図である。
　図１のような自動旋盤１では、突っ切り加工の度にワークＷ１の長さが短くなる。ワークＷ１への加工が進み、第１主軸１０に保持されていたワークＷ１の全長が、第１主軸１０の先端付近からガイドブッシュ１８までくらいに短くなると、この短くなった部分が、切削できないワーク残材になる。このワーク残材を有効活用するために、自動旋盤１では、第１主軸１０に保持されていた長さの短いワークを第２主軸２０に渡す。
　詳しくは、まず、第１主軸１０の軸心と第２主軸２０の軸心を同心に配置し、例えば、第２主軸２０を第１主軸１０に近づける。次に、第１主軸１０のチャックを開き、新たなワークＷ１を第１主軸１０の後方から供給する。そして、この新たに供給されたワークＷ１を第１主軸１０で保持する。この新たなワークＷ１を第１主軸１０に供給すると、第１主軸１０に保持されていた長さの短いワーク（いずれワーク残材Ｗ２となる）がガイドブッシュ１８から、支持台１７の正面側に押し出される。そこで、ワーク残材Ｗ２を第２主軸２０で保持する。
　次いで、例えば、第１主軸１０は回転するが第２主軸２０は回転停止した状態で（図２のステップＳ１０）、例えば、第２主軸２０を第１主軸１０に近づけて、ワーク残材Ｗ２の後端部分を新たなワークＷ１の先端部分に所定の圧力がかかるよう押し当てる（ステップＳ１１：摩擦工程Ｍの開始）。これにより、ワーク残材Ｗ２とワークＷ１との接触箇所が、第１主軸１０と第２主軸２０との回転速度差によって摩擦熱が生じて軟化する。
　なお、この例では、第１主軸１０のみを回転させたが、第１主軸１０と第２主軸２０が速度差を持って回転すればよいため、第２主軸２０も回転させてもよい。その場合、第１主軸１０を第２主軸２０の回転方向に対して同方向に回転または逆方向に回転させてもよい。あるいは、第２主軸２０のみを回転させてもよい。また、この例では、第２主軸２０のみをＺ２軸方向に移動させたが、第１主軸１０のみをＺ１軸方向に移動させる、あるいは、第１主軸１０および第２主軸２０の双方を移動させてワーク残材Ｗ２の後端部分をワークＷ１の先端部分に接触させることも可能である。
　続いて、ワーク残材Ｗ２とワークＷ１との接触箇所が必要程度軟化したら、第２主軸２０を第１主軸１０にさらに近づくよう、より強い圧力をかけてワーク残材Ｗ２をワークＷ１に押し付ける（ステップＳ１２：摩擦工程Ｍの終了、アップセット工程Ｕの開始）。また同時に、制御部４０ａは、第１主軸１０に回転停止命令を出力する。これにより、図３に示すように、第１主軸１０の回転速度Ｓ１が次第に低下する。
　なお、本実施形態においては、回転停止命令と、より強い圧力をかけてワーク残材Ｗ２をワークＷ１に押し付けるタイミングが同時である例を用いて説明したが、このタイミングは異なっていてもよい。
　また、軟化の程度の確認方法として、例えば、Ｚ２軸モータ２４ｃの電流値（図３にＩ２’で示す）の減少を検知することによって、知ることが可能である。また、予備実験によって予め接触箇所が軟化するまでの条件を決定しておき、この条件に基づいてワーク残材Ｗ２とワークＷ１との接触箇所へ摩擦をかけてもよい。
　そして、第２主軸２０を第１主軸１０に押し付けながら第１主軸１０の回転が停止すると、ワーク残材Ｗ２の後端部分がワークＷ１の先端部分を押圧して接合され、ワーク残材Ｗ２とワークＷ１が一体化する。
　ここで、ワーク残材Ｗ２とワークＷ１が芯ずれした状態で一体化する場合がある。しかしながら、ワークＷ１に対してワーク残材Ｗ２が芯ずれしていても、アップセット工程Ｕではワーク残材Ｗ２とワークＷ１との接触箇所の温度が高いため、ワーク残材Ｗ２を、このワーク残材Ｗ２の軸心に交差する方向に移動可能であることが分かった。そこで、以下のように、摩擦接合している最中（接合現象が完了するまでの間）に芯合わせしている。
　詳しくは、ワーク残材Ｗ２を回転するワークＷ１に押し当てた後（図２のステップＳ１１）、ワークＷ１を第１主軸１０に、ワーク残材Ｗ２を第２主軸２０にそれぞれ把持した状態で、第１主軸１０のみを回転駆動すると、第１主軸１０の回転は、ワークＷ１、ワーク残材Ｗ２を介して第２主軸２０に伝達されるので、第２主軸２０も連れ回りする。ワーク残材Ｗ２とワークＷ１の間に芯ずれが現れると、第２主軸２０は、図４に実線と２点鎖線でそれぞれ示すように、第１主軸１０の軸心Ｃ１に対して、芯ずれ量（ワークＷ１の軸心Ｃ１とワーク残材Ｗ２の軸心Ｃ２との距離）ｓの２倍の振幅でＸ２軸方向に振動する。
　一方、第２主軸２０のＸ２軸方向の位置は、Ｘ２軸モータ２５ｃによって保持されており、Ｘ２軸モータ２５ｃは、制御部４０ａによって第２主軸２０のＸ２軸方向の位置を保持するように制御されている（Ｘ２軸モータ２５ｃが回転駆動状態にある）。このため、芯ずれによる振動がＸ２軸モータ２５ｃに加わると、制御部４０ａからＸ２軸モータ２５ｃに供給される電流値Ｉ２は、第２主軸２０の回転位相に応じて増減する。
　具体的には、芯ずれ量ｓの２倍の振幅による振動がＸ２軸モータ２５ｃに加わった場合、Ｘ２軸モータ２５ｃに供給される電流値Ｉ２は、図５のＸ２軸位置（縦軸）と時間（横軸）のグラフに実線で示すように、アップセット工程Ｕ中に、芯ずれ量ｓの２倍の振幅に相当する振幅で変動する。
　そこで、電流値検出手段４０ｄは、Ｘ２軸モータ２５ｃに供給される電流値Ｉ２の変動幅（最大値と最小値との差）を例えば所定期間に亘って検出する。そして、芯ずれ量検出手段４０ｃは、この電流値Ｉ２の変動幅の例えば平均値を求め、この平均値の半値が芯ずれ量ｓに相当すると擬制して、一体接合したワークＷ１に対するワーク残材Ｗ２の芯ずれ量ｓを検出している（図２のステップＳ１３）。
　このように、芯ずれ量検出手段４０ｃによって、ワークＷ１とワーク残材Ｗ２の摩擦接合中に、ワークＷ１とワーク残材Ｗ２との芯ずれの程度が分かる。よって、後述のように、この摩擦接合が終わるまでに所望の作業（例えば芯ずれの解消）を実施できるので、この摩擦接合を実施した後に接合ずれの確認や、ずれて接合されたワークの修正等を行う必要がなく、さらに、例えばバリ取り作業などを速やかに開始できる。この結果、製品の製造コストの低減や品質安定化を実現することができる。
　また、Ｘ２軸モータ２５ｃにかかる負荷を用いれば、ワークＷ１に対するワーク残材Ｗ２の芯ずれ量ｓを容易かつ正確に求めることができる。
　なお、本実施例では、Ｘ２軸モータ２５ｃにかかる負荷を電流値Ｉ２の変動幅の平均値から求める例を挙げて説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、所定タイミングのみの電流値Ｉ２の変動幅や、電流値Ｉ２の変動の基準値を設定しておき、この基準値に対する増減量を用いてもよい。また、電流値Ｉ２に基づく他のパラメータを用いてもよい。
　一方、Ｘ２軸モータ２５ｃに供給される電流値Ｉ２の変動（最大値や最小値）は、ワークＷ１の１回転中のほぼ同じ位置に生じている。よって、電流値Ｉ２の変動と第１主軸１０の回転位相Ｐ１とを照らし合わせれば、ワークＷ１に対するワーク残材Ｗ２の芯ずれ方向も分かる。
　詳しくは、図５に示すように、第１主軸１０の回転位相Ｐ１（図中に１点鎖線で示す）とＸ２軸モータ２５ｃに供給される電流値Ｉ２（図中に実線で示す）とは、例えば、主軸モータ１３が２回転する間にＸ２軸モータ２５ｃがほぼ１回転するような関係にある。そして、ワークＷ１に対するワーク残材Ｗ２の芯ずれ方向が、Ｘ２軸の正方向に生じている場合には、Ｘ２軸モータ２５ｃに供給される電流値Ｉ２が正方向に増加する。また、第１主軸１０の回転位相Ｐ１が例えば２７０°のときに、Ｘ２軸モータ２５ｃに供給される電流値Ｉ２が最大値となっている。よって、ワーク残材Ｗ２の芯ずれは、第１主軸１０の軸心Ｃ１と回転位相２７０°の位置とを結んだ方向に生じていることが分かる。
　そこで、図２のステップＳ１３（図３のアップセット工程Ｕ）において、芯ずれ方向検出手段４０ｅは、芯ずれ量検出手段４０ｃで検出したワークＷ１に対するワーク残材Ｗ２の芯ずれ量ｓと、回転角度検出手段４０ｆで検出した第１主軸１０の回転位相Ｐ１とを照らし合わせて、ワークＷ１に対するワーク残材Ｗ２の芯ずれ方向を検出している。このように、芯ずれ方向検出手段４０ｅによって、ワークＷ１とワーク残材Ｗ２の摩擦接合中に、ワークＷ１に対するワーク残材Ｗ２の芯ずれ方向が分かる。
　次に、制御部４０ａは、芯ずれ量検出手段４０ｃで検出した芯ずれ量ｓが、芯ずれの修正を必要とする所定値以上であるか否かを判定する（図２のステップＳ１４）。そして、芯ずれ量検出手段４０ｃで検出した芯ずれ量ｓが所定値以上である場合（ステップＳ１４のＹＥＳ）、芯ずれを修正するためにステップＳ１５に進む。一方、芯ずれ量検出手段４０ｃで検出した芯ずれ量ｓが所定値未満である場合（ステップＳ１４のＮＯ）、ステップＳ１７に進む。
　芯ずれの修正を必要とする場合（ステップＳ１４のＹＥＳ）、制御部４０ａは、主軸モータ１３に駆動信号を出力して、ワークＷ１に対するワーク残材Ｗ２の芯ずれ方向をＸ２方向に合わせる（ステップＳ１５）。詳しくは、図６Ａに示すように、ワークＷ１に対するワーク残材Ｗ２の芯ずれ方向（ワークＷ１の軸心Ｃ１とワーク残材Ｗ２の軸心Ｃ２とを結ぶ方向）が、Ｘ２軸に平行ではないときには、第１主軸１０を回転させて、この芯ずれ方向をＸ２軸方向に合わせる。
　次に、制御部４０ａは、例えば、第１主軸１０が回転停止した直後（図３に時間Ｔ３で示す）に、Ｘ２軸モータ２５ｃに駆動信号を出力して、図６Ｂに矢印で示すように、第２主軸２０をＸ２軸方向であって芯ずれ量ｓが減少する方向に移動させる（図２のステップＳ１６）。より具体的には、第２主軸２０を、ワーク残材Ｗ２の軸心Ｃ２からワークＷ１の軸心Ｃ１までの距離が短くなる方向に、例えば電流値Ｉ２の変動幅の平均値の半値だけ移動させてワーク残材Ｗ２とワークＷ１の芯を合わせる（図６Ｃ）。これにより、ワークＷ１とワーク残材Ｗ２の摩擦接合中に、ワーク残材Ｗ２の芯ずれをなくすことができる。
　続いて、制御部４０ａは、Ｚ２軸モータ２４ｃに駆動信号を出力して、ワーク残材Ｗ２の後端部分をワークＷ１の先端部分にさらに押圧して摩擦接合を仕上げる（図２のステップＳ１７）。
　なお、第２主軸２０をＸ２軸方向に移動するタイミング（ステップＳ１６）は、ワーク残材Ｗ２とワークＷ１との接触箇所の温度が高くなっており、ワーク残材Ｗ２が、このワーク残材Ｗ２の軸心に交差する方向に移動できる状態であればよい。このため、上述の時間Ｔ３のほか、例えば、第１主軸１０が回転停止する直前（図３に時間Ｔ２で示す）、または第１主軸１０の回転速度Ｓ１が次第に減少している間（時間Ｔ１で示す）であってもよい。
　その後、ワーク残材Ｗ２とワークＷ１との接合部分に生じたバリを工具３０により切削加工する。これは、ワークＷ１を第１主軸１０に保持したまま、第２主軸２０によるワーク残材Ｗ２の保持を解除する。工具３０を、例えば、ワーク残材Ｗ２とワークＷ１との接合部分よりも第２主軸２０寄りに配置して、所定の切込み量に設定する。そして、第１主軸１０を回転させながら工具３０を、ワーク残材Ｗ２とワークＷ１との接合部分よりも第１主軸１０寄りまで移動させてバリ取りしている。
　このように、対向配置された第１主軸１０と第２主軸２０を用いてワークＷ１の先端部分とワーク残材Ｗ２の後端部分とを摩擦接合しており、接合と切削を融合（接合工程と切削工程とを集約）させた自動旋盤１によって製品の製造コストの低減を図ることができる。
　なお、上記実施例では、芯ずれ量検出手段４０ｃが芯ずれ量ｓを算出する例を挙げて説明した。しかし、本発明は、ワークＷ１とワーク残材Ｗ２との接合箇所等を例えばカメラで撮影して画像処理することにより、あるいは、後述するようにレーザーを用いて計測することにより、ワークＷ１に対するワーク残材Ｗ２の芯ずれ量を検出する場合にも適用可能である。
　また、上記実施例では、芯ずれ量ｓを解消する（なくす）例を挙げて説明したが、本発明は、芯ずれは解消しないが、芯ずれ量ｓを小さくする場合にも適用される。
　また、上記実施例では、第１主軸１０と第２主軸２０との間にガイドブッシュ１８を設けた例で説明した。しかし、本発明は、摩擦接合中に芯ずれ量ｓを検出できればよいので、ガイドブッシュ１８は省略可能である。また、ワークＷ１は、ワーク残材Ｗ２とは異なる材料であってもよい。また、ワークＷ１とワーク残材Ｗ２とは異径でも構わない。さらに、上記実施例では、ワーク残材Ｗ２とワークＷ１とを摩擦接合した例で説明したが、本発明は、ワーク残材Ｗ２を接合する例に限定されるものではなく、新材同士を接合した場合にも適用できる。
　また、本発明は、少なくとも第１主軸１０がＺ１軸回りに回転可能、第２主軸２０がＺ２軸回りに回転可能であり、第１主軸１０または第２主軸２０のいずれかがＺ１軸方向またはＺ２軸方向に移動可能であって、第１主軸１０または第２主軸２０のいずれかがＸ１軸方向またはＸ２軸方向に移動可能であればよく、実施例の構成に限定されない。
　また、上記実施例では、Ｚ２軸に直交するＸ２軸方向に移動させたが、本発明は、Ｚ２軸に交差する方向であれば、その方向は種々変更可能である。
　続いて、図面を参照しながら本発明の第２実施例の工作機械、工作機械の制御方法について説明する。
　第２実施例の自動旋盤（工作機械）２は、第１実施例の自動旋盤１におけるワークＷ１に対するワーク残材Ｗ２の芯ずれ量ｓを検出する方法を変更した自動旋盤である。
　そして、第２実施例の自動旋盤２の多くの要素も、第１実施例の自動旋盤１と共通するので、共通する事項については詳しい説明を省略する。
　図７に示すように、自動旋盤２は、制御装置４０により制御される光学式センサーの一種であるレーザーセンサー５０をベッド１ａ上に有している。このレーザーセンサー５０は、図８に示すように、ワーク残材Ｗ２にレーザー光ＬをＸ２軸と平行に照射して、レーザーセンサー５０とワーク残材Ｗ２の周側面とのＸ２軸方向の距離Ｄを検出する。
　次に、第２実施例の自動旋盤２によるワークＷ１に対するワーク残材Ｗ２の芯ずれ量ｓの検出について説明する。
　例えば、芯ずれ量ｓの２倍の振幅による振動がワーク残材Ｗ２に加わった場合、レーザーセンサー５０とワーク残材Ｗ２の周側面との距離Ｄは、図９の距離（縦軸）と時間（横軸）のグラフに実線で示すように、アップセット工程Ｕ中に、レーザーセンサー５０とワークＷ１の周側面とのＸ２軸方向の距離Ｏを基準に芯ずれ量ｓの２倍の振幅で変動する。
　そこで、芯ずれ量検出手段４０ｃは、アップセット工程Ｕに、レーザーセンサー５０の出力値Ｄ（レーザーセンサー５０とワーク残材Ｗ２の周側面とのＸ２軸方向の距離）に基づいて、ワークＷ１の軸心Ｃ１に対するワーク残材Ｗ２の周側面のＸ２軸方向の変動値の最大値、すなわち、一体接合したワークＷ１に対するワーク残材Ｗ２の芯ずれ量ｓを検出している。
　次に、第２実施例の自動旋盤２によるワークＷ１に対するワーク残材Ｗ２の芯ずれ方向の検出について説明する。
　第２実施例においてもレーザーセンサー５０の出力値Ｄの変動（最大値や最小値）は、ワークＷ１の１回転中のほぼ同じ位置に生じている。よって、出力値Ｄの変動と第１主軸１０の回転位相Ｐ１とを照らし合わせれば、ワークＷ１に対するワーク残材Ｗ２の芯ずれ方向も分かる。
　詳しくは、図９に示すように、第１主軸１０の回転位相Ｐ１（図中に１点鎖線で示す）とレーザーセンサー５０の出力値Ｄ（図中に実線で示す）とは、例えば、主軸モータ１３（すなわち、ワークＷ１）が２回転する間にワーク残材Ｗ２がほぼ１回転するような関係にある。そして、ワークＷ１に対するワーク残材Ｗ２の芯ずれ方向が、Ｘ２軸の正方向に生じている場合には、レーザーセンサー５０の出力値Ｄが正方向に増加する。また、第１主軸１０の回転位相Ｐ１が例えば２７０°のときに、レーザーセンサー５０の出力値Ｄが最大値となっている。よって、ワーク残材Ｗ２の芯ずれは、第１主軸１０の軸心Ｃ１と回転位相２７０°の位置とを結んだ方向に生じていることが分かる。
　そこで、アップセット工程Ｕにおいて、芯ずれ方向検出手段４０ｅは、第１実施例と同様に、芯ずれ量検出手段４０ｃで検出したワークＷ１に対するワーク残材Ｗ２の芯ずれ量ｓと、回転角度検出手段４０ｆで検出した第１主軸１０の回転位相Ｐ１とを照らし合わせて、ワークＷ１に対するワーク残材Ｗ２の芯ずれ方向を検出している。このように、第２実施例の自動旋盤２においても、芯ずれ方向検出手段４０ｅによって、ワークＷ１とワーク残材Ｗ２との摩擦接合中に、ワークＷ１に対するワーク残材Ｗ２の芯ずれ方向が分かる。
　以上説明したように、第２実施例において、自動旋盤２がワーク残材Ｗ２との距離を測定するレーザーセンサー５０を備え、芯ずれ量検出手段４０ｃが、レーザーセンサー５０の出力値Ｄに基づいて、ワークＷ１に対するワーク残材Ｗ２の芯ずれ量ｓを求めることにより、芯ずれ量ｓがワーク残材Ｗ２の周側面の形状から直接検出されるため、第１実施例のようにＸ２軸モータにかかる負荷に基づいて間接的に芯ずれ量ｓを検出する場合に比べて、より正確に芯ずれ量ｓを検出できる。
　なお、本実施例において、レーザーセンサー５０は、図８に示すように、ワーク残材Ｗ２にレーザーをＸ２軸と平行に照射して、ワークＷ１に対するワーク残材Ｗ２の芯ずれ量ｓと芯ずれ方向を検出していたが、芯ずれ量検出手段４０ｃで芯ずれ量ｓが算出できればいかなる方向であってもよく、ワーク残材Ｗ２に対するレーザーの照射方向はＸ２軸と平行に限られるものではない。
　また、本実施例において、光学式センサーの一例としてレーザー光Ｌを用いたレーザーセンサー５０を用いて説明したが、光学式センサーはレーザーセンサーに限定されるものではなく、測定精度に応じて適宜選択されればよく、例えば、ＬＥＤ光などの出射光を用いた光学式センサーであってもよい。
１　　　・・・　自動旋盤（工作機械）
１ａ　　・・・　ベッド
１０　　・・・　第１主軸
１２　　・・・　主軸台
１３　　・・・　主軸モータ
１４　　・・・　Ｚ１軸方向送り機構
１４ａ　・・・　Ｚ１軸レール
１４ｂ　・・・　Ｚ１軸スライダ
１４ｃ　・・・　Ｚ１軸モータ
１７　　・・・　支持台
１８　　・・・　ガイドブッシュ
２０　　・・・　第２主軸
２２　　・・・　主軸台
２３　　・・・　主軸モータ
２４　　・・・　Ｚ２軸方向送り機構
２４ａ　・・・　Ｚ２軸レール
２４ｂ　・・・　Ｚ２軸スライダ
２４ｃ　・・・　Ｚ２軸モータ
２５　　・・・　Ｘ２軸方向送り機構（第２主軸移動手段）
２５ａ　・・・　Ｘ２軸レール
２５ｂ　・・・　Ｘ２軸スライダ
２５ｃ　・・・　Ｘ２軸モータ（モータ）
３０　　・・・　工具
３１　　・・・　工具台
３２　　・・・　移動台
４０　　・・・　制御装置
４０ａ　・・・　制御部
４０ｂ　・・・　入力部
４０ｃ　・・・　芯ずれ量検出手段
４０ｄ　・・・　電流値検出手段
４０ｅ　・・・　芯ずれ方向検出手段
４０ｆ　・・・　回転角度検出手段
５０　　・・・　レーザーセンサー（光学式センサー）
Ｗ１　　・・・　ワーク（第１ワーク）
Ｗ２　　・・・　ワーク残材（第２ワーク）
Ｍ　　　・・・　摩擦工程
Ｕ　　　・・・　アップセット工程
Ｓ１　　・・・　回転速度
Ｐ１　　・・・　回転位相
Ｉ２　　・・・　電流値
Ｔ１　　・・・　時間
Ｔ２　　・・・　時間
Ｔ３　　・・・　時間
ｓ　　　・・・　芯ずれ量
Ｄ　　　・・・　レーザーセンサーとワーク残材の周側面とのＸ２軸方向の距離
Ｌ　　　・・・　レーザー光

Claims (8)

  1. 　第１ワークを回転自在に保持する第１主軸と、前記第１主軸に対向配置して第２ワークを回転自在に保持する第２主軸と、前記第１主軸に保持された前記第１ワークまたは前記第２主軸に保持された前記第２ワークの少なくともいずれか一方を回転させながら、前記第１主軸と前記第２主軸とが互いに接近するように相対的に移動させて、前記第２ワークの後端部分を前記第１ワークの先端部分に押圧して摩擦接合させる制御部と、を備える工作機械であって、
    　前記制御部が、前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ量を、前記摩擦接合している間に検出する芯ずれ量検出手段を有する、工作機械。
  2. 　前記芯ずれ量検出手段で検出された前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ量に基づいて、前記摩擦接合している間に、前記第２主軸を前記第２主軸の回転軸線に交差する方向に移動させる第２主軸移動手段を有する、請求項１に記載の工作機械。
  3. 　前記第２主軸を前記第２主軸の回転軸線に交差する方向に移動するタイミングが、前記第１主軸が回転停止した直後、もしくは前記第１主軸が回転停止する直前、または前記第１主軸の回転速度が次第に減少している間である、請求項２に記載の工作機械。
  4. 　前記制御部が、前記芯ずれ量検出手段で検出した前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ量と前記第１主軸の回転位相とを照らし合わせることにより、前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ方向を、前記摩擦接合している間に検出する芯ずれ方向検出手段を有する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の工作機械。
  5. 　前記第２主軸移動手段が、前記芯ずれ量検出手段で検出された前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ量と前記芯ずれ方向検出手段で検出された前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ方向とに基づいて、前記第２主軸を、前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ量が減少するように前記第２主軸の回転軸線に交差する方向に移動させる、請求項４に記載の工作機械。
  6. 　前記芯ずれ量検出手段が、前記第２主軸の回転軸線に交差する方向に前記第２主軸を移動させるモータにかかる負荷に基づいて、前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ量を求める、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の工作機械。
  7. 　前記芯ずれ量検出手段が、前記第２ワークとの距離を測定する光学式センサーの出力値に基づいて、前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ量を求める、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の工作機械。
  8. 　第１ワークを回転自在に保持する第１主軸と、前記第１主軸に対向配置して前記第１主軸から受け渡された第２ワークを回転自在に保持する第２主軸と、前記第１主軸、および前記第２主軸の動作を制御する制御部と、を備える工作機械の制御方法であって、
    　前記第１主軸に保持された前記第１ワークまたは前記第２主軸に保持された前記第２ワークの少なくともいずれか一方を回転させながら、前記第１主軸と前記第２主軸とが互いに接近するように相対的に移動させて、前記第２ワークの後端部分を新たに供給された第１ワークの先端部分に接触して摩擦させるステップと、
    　前記第２ワークの後端部分を前記第１ワークの先端部分に押圧して摩擦接合している間に、前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ量を検出するステップと、
    　前記摩擦接合している間に、前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ方向を検出するステップと、
    　前記摩擦接合している間に、検出した前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ量および検出した前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ方向に基づいて、前記第２主軸を、前記第１ワークに対する前記第２ワークの芯ずれ量が減少するように前記第２主軸の回転軸線に交差する方向に移動させるステップと、
    を含む、工作機械の制御方法。
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