JP2008126372A

JP2008126372A - 工作機械

Info

Publication number: JP2008126372A
Application number: JP2006315417A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kawazumi; 雅広河住
Original assignee: Star Micronics Co Ltd
Current assignee: Star Micronics Co Ltd
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2008-06-05

Abstract

【課題】ワークの両端部に種々の加工を施すことができるとともに、構造が簡単で機械全体を小型にすることができる工作機械を提供する。
【解決手段】ワークＷを保持するためのワークチャック１４を有する主軸１３を、Ｚ軸方向の軸線を中心に回転可能に支持する。工具主軸２２を、Ｙ軸方向と、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に直角なＸ軸方向とに移動可能に、かつＹ軸方向の軸線を中心に旋回可能に支持する。ワークチャック１４上のワークＷを取り上げるためのワーク取り上げ機構２４を設ける。そのワーク取り上げ機構２４には、Ｚ軸方向に移動可能で、かつＸ軸方向の軸線を中心に回動可能な基台３０と、その基台３０上にＹ軸方向の軸線を中心に旋回可能に支持され、先端のワーク取り上げ部３９をワークチャック１４側の近接位置Ｐ１とそこから離間した離間位置Ｐ２とに配置可能なアーム３７とを設ける。
【選択図】図２

Description

この発明は、多軸制御により、棒状等のワークの端部に切削や穿孔等の種々の加工を施すことが可能な複合加工工作機械等の工作機械に関するものである。

従来、この種の工作機械としては、例えば特許文献１に開示されるような構成のものが提案されている。すなわち、この従来構成においては、図５に示すように、ベッド５１の上面に主軸台５２が配置され、その主軸台５２には主軸５３がＺ軸方向に延びる軸線Ｚ１を中心に回転可能に支持されている。主軸５３の先端には、ワークＷを把持するためのワークチャック５４が設けられている。

前記ベッド５１の後側上面にはＺ軸スライド５５がＺ軸方向へ移動可能に支持され、そのＺ軸スライド５５上にはＹ軸スライド５６がＹ軸方向へ移動可能に支持されている。Ｙ軸スライド５６の前面にはＸ軸スライド５７がＸ軸方向へ移動可能に支持され、そのＸ軸スライド５７の前面には工具ヘッド５８がＹ軸方向に延びる軸線Ｙ１を中心に旋回可能に支持されている。工具ヘッド５８には工具主軸５９が設けられ、その工具主軸５９の先端には工具６０が工具主軸５９の軸線を中心にして回転可能に、かつ図示しないＡＴＣ（オートツールチェンジャー）により交換可能に保持されている。

前記主軸台５２に対向するように、ベッド５１の上面には背面主軸台６１がＺ軸方向へ移動可能に支持され、その背面主軸台６１には背面主軸６２が前記主軸５３の回転軸線と同一の軸線Ｚ１を中心に回転可能に支持されている。背面主軸６２の先端には、主軸５３上からワークＷを受け取って同ワークＷを把持するためのワークチャック６３が設けられている。

そして、図５に実線で示すように、主軸５３の先端にワークＷが装着された状態で、主軸５３が軸線Ｚ１を中心に連続回転されたり、所定位置に割り出し回転されたりする。それと同時に、工具ヘッド５８がＺ軸方向、Ｙ軸方向及びＸ軸方向の少なくとも一方向に移動されたり、または軸線Ｙ１を中心に旋回されたりする。この結果、工具主軸５９上の工具６０にて、ワークＷの第１端部側に所定の加工が施される。なお、ドリル加工等、ワークＷを停止させる必要がある場合には、ワークＷの被加工位置が工具６０に対向するように、主軸５３が割り出し回転される。また、バイト加工等、ワークＷを連続回転させる必要がある場合には、主軸５３が連続回転される。

以上のようにして、ワークＷの第１端部側に対する加工が終了した後、ワークＷが主軸５３から取り外されて、図５に鎖線で示すように、背面主軸６２に装着される。この状態で、背面主軸６２が軸線Ｚ１を中心に連続回転されたり、所定位置に割り出し回転されたりする。それとともに、工具ヘッド５８がＺ軸方向、Ｙ軸方向及びＸ軸方向のうちの少なくとも一方向に移動されたり、軸線Ｙ１を中心に旋回されたりする。この結果、工具６０にてワークＷの第２端部側に所定の加工が施される。
特開２０００−１２６９５３号公報

ところが、この従来の工作機械においては、ワークＷが主軸５３から背面主軸６２に付け替えられて、同ワークＷの両端部に加工が施されるように構成されている。このため、従来の工作機械においては、図５に鎖線で示すように、工具ヘッド５８の旋回角度を１８０度に設定して、ワークＷの両端面に加工を施すことができるように構成する必要がある。また、背面主軸台６１のＺ軸方向への移動量を大きく設定して、主軸台５２のチャック５４と背面主軸台６１のチャック６３との間に大きな間隔Ｌ１を確保して、１８０度旋回される工具ヘッド５８を前記間隔Ｌ１のスペース中に支障なく配置できるように構成する必要がある。よって、このような構成は、機械全体の大型化を招く。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、多軸制御にて、ワークの両端部に種々の加工を施すことができる工作機械において、構造が簡単で機械全体を小型にすることができる工作機械を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明は、第１軸方向の軸線を中心に回転可能に支持され、ワークを保持するためのワークチャックを有する主軸と、前記第１軸と、その第１軸と直角な第２軸の方向と、第１軸及び第２軸に直角な第３軸の方向とに移動可能に、かつ第２軸方向の軸線を中心に旋回可能に支持され、工具を保持するための工具主軸とを備えた工作機械において、前記ワークチャック上のワークを把持してワークチャックから取り上げるためのワーク取り上げ機構を設け、そのワーク取り上げ機構は、前記第１軸の方向に移動可能な基台と、その基台に対して第２軸方向の軸線を中心に旋回可能に支持され、先端のワーク取り上げ部を前記ワークチャック側の位置とそこから離間した位置とに配置可能なアームとを備えたことを特徴としている。

従って、この工作機械においては、ワーク取り上げ機構のアームが工具主軸の旋回軸線と平行な第２軸を中心に旋回されて、ワークの姿勢が変更されるようになっているため、工具主軸の旋回角度を９０度程度に設定することができる。このため、工具主軸の旋回スペースを小さくすることができる。

また、前記の構成において、前記ワーク取り上げ機構の基台は、前記第３軸方向の軸線を中心に回動可能である。従って、取り上げたワークに対してその外周に対して任意の方向から加工を施すことができて、各種の加工が可能となる。

しかも、前記の構成において、前記基台の回転中心と工具主軸の回転中心とが一致する状態と、両回転中心が離隔する状態とをとり得るように、ワーク取り上げ機構を工具主軸に対して相対移動可能にするとよい。このようにすれば、ワーク取り上げ機構が不要な場合は、ワーク取り上げ機構を加工位置から退避させることができる。

また、前記の構成において、前記ワーク取り上げ部をバイスにより構成するとよい。このように構成した場合には、ワーク取り上げ部の構造を簡略化することができる。
さらに、前記の構成において、前記ワーク取り上げ機構のアームは、前記ワーク取り上げ部をワークチャックから離間した位置に配置させた状態において、そのワーク取り上げ部に把持されたワークを前記基台の回動中心と同一軸線上に位置させるように構成するとよい。このように構成した場合には、ワークをワーク取り上げ部に把持した状態で、基台の回動によりワークを自身の軸線を中心に回動させることができて、ワークの所定の位置への割り出しを簡単に行うことができる。また、ワークの回動によるワーク中心の移動がなくなり、従って、ワークの位置補正分の動きのエリアを確保する必要がなくなり、加工エリアを小さくできるとともに、加工プログラムを簡素化できる。

以上のように、この発明によれば、構造が簡単で機械全体を小型にすることができるという効果を発揮する。

以下に、この発明の一実施形態を、図１〜図４に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、ベッド１１の上面には主軸台１２が配置されている。主軸台１２には円筒状の主軸１３が第１軸であるＺ軸方向に延びる軸線Ｚ１を中心に回転可能に支持され、その主軸１３の先端にはワークチャック１４が設けられている。前記主軸１３内には棒状のワークＷが軸線Ｚ１方向へ移動可能に挿通され、そのワークＷの第１端部が主軸１３の先端から所要長さ突出されて、ワークチャック１４により把持されている。この状態で、図示しないサーボモータよりなる主軸回転用モータにて主軸１３が回転されることにより、ワークＷが軸線Ｚ１を中心に連続回転されたり、所定位置に割り出し回転されたりする。

図１及び図２に示すように、前記ベッド１１の後側上面には、Ｚ軸スライド１５が一対のガイドレール１６に沿ってＺ軸方向へ移動可能に支持されている。Ｚ軸スライド１５上にはＹ軸スライド１７が一対のガイドレール１８に沿って、Ｚ軸方向と直角な第２軸であるＹ軸方向へ移動可能に支持されている。Ｙ軸スライド１７の前面にはＸ軸スライド１９が一対のガイドレール２０に沿って、Ｚ軸方向及びＹ軸方向と直角な第３軸であるＸ軸方向へ移動可能に支持されている。Ｘ軸スライド１９の前面には工具ヘッド２１がＹ軸方向に延びる軸線Ｙ１を中心に旋回可能に支持されている。工具ヘッド２１には工具主軸２２が設けられ、その工具主軸２２の先端には工具２３が工具主軸２２の軸線を中心にして回転可能に、かつ図示しないＡＴＣ（オートツールチェンジャー）により交換着脱可能に保持されている。そして、主軸１３上のワークＷの加工時には、図示しないＺ軸方向、Ｙ軸方向及びＸ軸方向の各移動用モータにて各スライド１５，１７，１９が移動されるともに、図示しない旋回用モータにて工具ヘッド２１が旋回されることにより、工具主軸２２上の工具２３がワークＷ上の所定の被加工位置に対向配置される。そして、必要に応じて工具主軸２２を連続回転させてワークＷを加工する。これらの各移動用モータ及び旋回用モータはサーボモータよりなる。

図１及び図２に示すように、前記主軸台１２に対して相対移動することにより、主軸台１２に接離可能に対応するように、ベッド１１の上面にはワーク取り上げ機構２４が配置されている。そして、前記主軸１３のワークチャック１４にワークＷが保持された状態で、工具主軸２２上の工具２３によりワークＷの第１端部側に所定の加工が施される。次いで、このワーク取り上げ機構２４によりワークＷが把持されて、ワークＷが図示しないカッタにより切断され、ワークチャック１４から取り上げられる。

そこで、前記ワーク取り上げ機構２４の構成について詳細に説明する。図１〜図４に示すように、前記ベッド１１の上面には支持台２５が一対のガイドレール２６に沿ってＺ軸方向へ移動可能に支持されている。ベッド１１上にはサーボモータよりなる移動用モータ２７が配置され、このモータ２７の回転により、ボールネジ２８及びナット２９を介して支持台２５がＺ軸方向に移動される。支持台２５上には基台３０が回動軸３１を介して、Ｘ軸方向に延びる軸線Ｘ１を中心に回動可能に支持され、その基台３０の上面には一対の支持部３０ａが設けられている。支持台２５の下部にはサーボモータよりなる回動用モータ３２が配置され、このモータ３２の回転により、平歯車３３，３４、ウォーム３５及びウォームホイール３６を介して基台３０が軸線Ｘ１を中心に回動される。

図１〜図４に示すように、前記基台３０の支持部３０ａ間にはアーム３７が旋回軸３８を介して、軸線Ｚ１に直交する軸線を中心に旋回可能に支持されている。アーム３７の先端にはバイスよりなるワーク取り上げ部３９が設けられ、このワーク取り上げ部３９によりワークチャック１４上からワークＷが把持されて取り上げられる。基台３０には旋回用シリンダ４０が配置され、このシリンダ４０によりラック４１及びピニオン４２を介してアーム３７が旋回される。このアーム３７の旋回により、アーム３７の先端のワーク取り上げ部３９が、軸線Ｙ２を中心に旋回し、図２及び図３に実線で示すように、ワークチャック１４側に近接する近接位置Ｐ１と、同図に鎖線で示すように、ワークチャック１４から離間した離間位置Ｐ２とに配置される。この近接位置Ｐ１と離間位置Ｐ２とは９０度離れている。そして、図２に示すように、ワーク取り上げ部３９が離間位置Ｐ２に配置された状態において、そのワーク取り上げ部３９に把持されたワークＷの軸線が基台３０の回動軸線と同一の軸線Ｘ１上に配置される。

次に、前記のように構成された工作機械の動作を説明する。
さて、この工作機械において、棒状のワークＷを加工する場合には、図１に示すように、ワーク取り上げ機構２４が主軸台１２から離間した図１の右側の位置に移動配置されて、基台３０回転中心である回動軸３１が工具主軸２２の軸線の位置から離隔した状態で、主軸１３に挿通されたワークＷがワークチャック１４により保持される。この状態で、主軸１３が軸線Ｚ１を中心に連続回転されたり、所定位置に割り出し回転されたりする。これと同時に、工具ヘッド２１がＸ〜Ｚ軸方向の所定方向に移動され、あるいは必要に応じて軸線Ｙ１を中心に所定位置へ旋回される。そして、工具２３により、ワークＷに対して旋削加工，穴加工や、ミル加工が行われる。従って、ワークＷの第１端部側に、工具主軸２２上の工具２３にて所定の加工が施される。

そして、ワークＷの第１端部側に対する加工が終了すると、移動用モータ２７によりワーク取り上げ機構２４がＺ軸方向に沿って移動されて主軸台１２側に接近移動される。続いて、ワークチャック１４側の近接位置Ｐ１にあるワーク取り上げ部３９により、ワークチャック１４上のワークＷが把持される。この状態で、工具主軸２２に取り付けられる図示しないカッタによりワークＷの先端部が所定長さに切断される。続いて、そのワークＷの切断端部がワークチャック１４上からワーク取り上げ部３９側に受け渡される。その後、旋回用シリンダ４０によりワーク取り上げ機構２４のアーム３７がＹ２軸を中心に旋回されて、ワーク取り上げ部３９が図１及び図２に実線で示す近接位置Ｐ１から鎖線で示す離間位置Ｐ２に配置される。

以上の動作により、ワーク取り上げ部３９に把持されているワークＷがワークチャック１４側から離間されて、図２に鎖線で示すように、基台３０の回動軸線と同一の軸線Ｘ１上に配置される。この状態で、回動用モータ３２により基台３０が回動されて、ワークＷが軸線Ｘ１を中心に回動されたり、工具ヘッド２１がＸ〜Ｚ軸方向の所定方向に移動されたり、あるいは必要に応じて軸線Ｙ１を中心に所定位置へ旋回されたりする。これと同時に、工具２３により、ワークＷに対して穴加工やミル加工等が行われる。従って、切断されたワークＷの第２端部側に工具主軸２２上の工具２３にて所定の加工が施される。そして、このワークＷの第２端部側に対する加工が終了すると、基台３０が軸線Ｘ１を中心に回動され、ワーク取り上げ部３９が図１に示す排出シュート５０に対向する。そして、ワークＷに対するワーク取り上げ部３９の把持が解放されて、加工済のワークＷが図示しない排出シュート５０を介して排出される。

以上のように構成されたこの実施形態の工作機械は、以下の効果を得ることができる。
（１）主軸台１２に対向してワーク取り上げ機構２４が配置されている。そして、ワークＷが主軸１３のワークチャック１４に把持された状態で、ワークＷの第１端部側に加工が施された後、ワークＷがワークチャック１４上からワーク取り上げ部３９に把持して取り上げられ、その取り上げ状態でワークＷの第２端部側に対する加工が行われる。よって、ワークＷの両端部に対して所要の加工を施すことができる。

（２）ワーク取り上げ機構２４がワークＷを取り上げた後、アーム３７の旋回によって９０度旋回して背面加工位置に配置されるため、工具ヘッド２１のＸ１軸方向の移動量を少なくすることが可能になり、工具ヘッド２１を配置可能にするためのスペースを小さくして、機械全体を小型にすることができる。

（４）ワーク取り上げ機構２４のアーム３７の旋回により、ワーク取り上げ部３９がワークチャック１４側の近接位置Ｐ１から離間位置Ｐ２に配置されたとき、そのワーク取り上げ部３９に把持されたワークＷが基台３０の回動軸線と同一の軸線Ｘ１上に配置される。よって、ワークＷをワーク取り上げ部３９に把持した状態で、基台３０の回動によりワークＷを自身の軸線を中心に回動させることができて、ワークＷの所要の位置への割り出しを行うことができる。このため、ワークＷの加工においてワークＷの回動によるワーク中心の移動がなくなる。従って、ワークＷの位置調節が不要となるため、位置調節のためのスペースを設ける必要がなくなって、加工エリアを小さくできるとともに、加工プログラムを簡素化できる。

（５）ワーク取り上げ機構２４のワーク取り上げ部３９がバイスにより構成されているため、取り上げ部としてチャックを設けた構成と比較して、ワーク取り上げ部３９の構造を簡略化することができる。

（６）前記ワーク取り上げ機構２４の基台３０が、軸線Ｚ１を中心に回動可能である。従って、ワークＷに対してその外周に対して任意の方向から、つまり全方向から加工を施すことができて、各種の加工が可能となる。

（７）ワーク取り上げ機構２４がＺ軸方向に移動することにより、ワーク取り上げ機構２４を加工位置から退避させることができて、ワーク取り上げ機構２４が不要な場合は、そのワーク取り上げ機構２４を工具２３の位置から離隔した退避位置に配置することができる。

なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、ワーク取り上げ機構２４においてバイスの代わりにコレットチャックを用いたり、または、基台３０の回動機構を取り除き、かつバイスの代わりにアーム３７の先端にワークチャックを有する第２主軸を持たせたり、ワーク取り上げ機構２４を同Ｙ軸方向に移動可能にしたりする等、発明の主旨を逸脱しない範囲内において変更可能である。

一実施形態の工作機械を示す平面図。図１の工作機械の要部を拡大して示す斜視図。同工作機械のワーク取り上げ機構を拡大して示す要部平面図。同ワーク取り上げ機構の基台を回動させるための構成を示す要部横断面図。従来の工作機械を示す平面図。

符号の説明

１１…ベッド、１２…主軸台、１３…主軸、１４…ワークチャック、２１…工具ヘッド、２２…工具主軸、２３…工具、２４…ワーク取り上げ機構、２５…支持台、２７…移動用モータ、３０…基台、３２…回動用モータ、３７…アーム、３９…ワーク取り上げ部、４０…旋回用シリンダ、Ｗ…ワーク、Ｘ１…軸線、Ｙ１……軸線、Ｙ２…軸線、Ｚ１…軸線。

Claims

第１軸方向の軸線を中心に回転可能に支持され、ワークを保持するためのワークチャックを有する主軸と、
前記第１軸と、その第１軸と直角な第２軸の方向と、第１軸及び第２軸に直角な第３軸の方向とに移動可能に、かつ第２軸方向の軸線を中心に旋回可能に支持され、工具を保持するための工具主軸とを備えた工作機械において、
前記ワークチャック上のワークを把持してワークチャックから取り上げるためのワーク取り上げ機構を設け、
そのワーク取り上げ機構は、前記第１軸の方向に移動可能な基台と、その基台に対して第２軸方向の軸線を中心に旋回可能に支持され、先端のワーク取り上げ部を前記ワークチャック側の位置とそこから離間した位置とに配置可能なアームとを備えたことを特徴とする工作機械。
前記ワーク取り上げ機構の基台は、前記第３軸方向の軸線を中心に回動可能であることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
前記基台の回転中心と工具主軸の回転中心とが一致する状態と、両回転中心が離隔する状態とをとり得るように、ワーク取り上げ機構を工具主軸に対して相対移動可能にしたことを特徴とする請求項２に記載の工作機械。
前記ワーク取り上げ部をバイスにより構成したことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の工作機械。
前記ワーク取り上げ機構のアームは、前記ワーク取り上げ部をワークチャックから離間した位置に配置させた状態において、そのワーク取り上げ部に把持されたワークを前記基台の回動中心と同一軸線上に位置させることを特徴とする請求項２〜４のうちのいずれか一項に記載の工作機械。