JP2009166165A - 工作機械及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】主軸内に挿入されたワーク排出部材の待機位置の調整を容易にする。
【解決手段】工作機械に、挿入されたワークＷ１を解放可能に把持する把持手段６０を設けた主軸５０と、該主軸内に挿入され、前記ワークＷ１を押し出す前進方向Ｄ２、及び、該前進方向Ｄ２の反対方向Ｄ３へ移動可能なワーク排出部材７０と、該ワーク排出部材７０を少なくとも前記前進方向Ｄ２へ駆動するアクチュエータ８０と、前記把持手段６０に把持された前記ワークＷ１の前記主軸５０内への挿入長さを認識する認識手段と、前記ワークＷ１の加工中には前記ワーク排出部材７０を前記認識手段で認識された前記挿入長さに応じた待機位置に待機させて該ワークＷ１の加工後に該ワークＷ１を前記主軸５０外に押し出す位置へ前記ワーク排出部材７０を前進させる駆動制御を前記アクチュエータ８０に対して行う制御手段とを設ける。
【選択図】図５

Description

本発明は、主軸を備える工作機械及びその制御方法に関する。

主軸端に取り付けた把持具でワークを把持して加工を行う旋盤には、加工後のワーク、すなわち、製品を排出するため、主軸内にワーク排出部材が挿入されている。把持具は、ワークを加工前に把持し、加工後に解放する。把持具の把持から製品が解放されると、ワーク排出部材が前進することにより製品を押し出す。ワーク排出部材を前進させる機構には、ワーク排出部材を前進方向及び後退方向へ駆動するエアシリンダがある。
エアシリンダは、ワークの加工前にワーク排出部材をワークから後方へ離間した所定の待機位置に停止させ、該ワークの加工後にワークを主軸外へ押し出す所定の押し出し位置までワーク排出部材を前記待機位置から前進させる。

特許文献１には、上記ワーク排出部材に相当するノックアウト棒をシリンダで駆動する旋盤が記載されている。この旋盤のノックアウト棒は、先端にノズルが固定され、異常検知駒、圧縮ばね、第２作動板、第１作動板を介して作動ロッドに連結されている。第１作動板は、シリンダの先端に固定され、シリンダの作動ロッドと平行に配置された２本のガイド棒に摺動自在に設けられている。これらのガイド棒には、それぞれストッパ駒がねじで固定されている。これらのねじを回してストッパ駒を動かすことにより、ノックアウト棒の位置を調整することができる。
特開平２−１００８０１号公報

エアシリンダでワーク排出部材を駆動する旋盤は、ワーク排出部材の停止位置が上記待機位置及び上記押し出し位置に固定されている。これにより、把持具に把持されるワークの主軸内への最大挿入長さに合わせて待機位置を設定する必要がある。最大挿入長さよりも短い挿入長さとなるワークの加工品が押し出されるとき、ワーク排出部材は待機位置からワーク後部まで移動した後に加工品を押し出すことになる。従って、最大挿入長さに合わせた待機位置からワーク排出部材がワーク後部まで移動する時間が常に必要となる。

特許文献１に記載の旋盤は、部品の種類毎にノックアウト棒の停止位置を調整することができるものの、ノックアウト棒の停止位置を調整するためにねじを回してストッパ駒を動かす操作をする必要がある。

以上を鑑み、本発明は、主軸内に挿入されたワーク排出部材の待機位置の調整を容易にすることを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の工作機械は、挿入されたワークを解放可能に把持する把持手段を設けた主軸と、該主軸内に挿入され、前記ワークを押し出す前進方向、及び、該前進方向の反対方向へ移動可能なワーク排出部材と、該ワーク排出部材を少なくとも前記前進方向へ駆動するアクチュエータと、前記把持手段に把持された前記ワークの前記主軸内への挿入長さを認識する認識手段と、前記ワークの加工中には前記ワーク排出部材を前記認識手段で認識された前記挿入長さに応じた待機位置に待機させるとともに該ワークの加工後には該ワーク排出部材を該ワークが前記主軸外に押し出される位置まで前進させる駆動制御を前記アクチュエータに対して行う制御手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明の工作機械の制御方法は、挿入されたワークを解放可能に把持する把持手段を設けた主軸と、該主軸内に挿入され、前記ワークを押し出す前進方向、及び、該前進方向の反対方向へ移動可能なワーク排出部材と、該ワーク排出部材を少なくとも前記前進方向へ駆動するアクチュエータと、を備える工作機械の制御方法であって、前記把持手段に把持された前記ワークの前記主軸内への挿入長さを認識し、前記ワークの加工中には前記ワーク排出部材を前記認識手段で認識された前記挿入長さに応じた待機位置に待機させるとともに該ワークの加工後には該ワーク排出部材を該ワークが前記主軸外に押し出される位置まで前進させる駆動制御を前記アクチュエータに対して行うことを特徴とする。

すなわち、上記認識手段により、把持手段に把持されたワークの主軸内への挿入長さが認識される。上記アクチュエータは、上記制御手段の駆動制御により、ワークの加工中にはワーク排出部材を認識手段で認識された挿入長さに応じた待機位置に待機させ、該ワークの加工後にはワーク排出部材をワークが主軸外に押し出される位置まで前進させる。これにより、把持手段から解放された加工後のワークが主軸外へ押し出される。
加工するワークの種類が変わっても、把持手段に把持されたワークの主軸内への挿入長さに応じた待機位置でワーク排出部材が待機する。従って、ワーク加工中のワーク排出部材の待機位置を調整することが容易になる。

例えば、上記待機位置をワーク排出部材がワークに接触又は近接する位置にすれば、本工作機械は、ワーク加工後速やかにワーク加工品を押し出すことができる。さらに、加工するワークの種類が変わってもワーク加工中のワーク排出部材の待機位置を調整する作業を不要にさせることも可能となる。また、ワークの長手方向（主軸軸線方向）に貫通穴があっても、ワーク加工時にごみや切削油が主軸内に侵入することが抑止される。

ところで、上記主軸には、正面主軸台に設けられる正面主軸、背面主軸台に設けられる背面主軸、等が含まれる。
上記把持手段には、コレットや爪等と呼ばれる種々の把持具でワークを把持するものが含まれる。
上記ワーク排出部材は、棒状（筒状を含む）の本体部材の先端部に排出ピンを着脱可能に取り付けた部材でもよいし、単一の部品からなる部材でもよい。
上記アクチュエータには、電動シリンダ、サーボモータ、等が含まれる。また、上記アクチュエータは、ワーク排出部材を前進方向とともに後退方向へ駆動してもよいし、ワーク排出部材を前進方向へのみ駆動してもよい。ワーク排出部材を後退させる手段は、ばねといった弾性部材等でもよい。

上記認識手段は、ワーク供給手段が主軸にワークを供給した時の該ワーク供給手段の位置、及び、前記主軸の位置に基づいてワークの主軸内への挿入長さを認識してもよい。前記ワーク供給手段には、主軸にワークを供給するローダー、背面主軸にワークを渡す正面主軸、等が含まれる。ワーク供給手段や主軸の位置は、例えば、所定の原点から主軸の中心軸上の座標等の情報や信号、ある位置から主軸の軸方向の距離の情報や信号、等で表すことができる。ワーク供給手段や主軸の位置の情報や信号には、ワーク供給手段や主軸の位置を検出する手段から得られる検出値や検出信号、ワーク供給手段や主軸に対して指令する位置の情報や信号、等が含まれる。
また、上記認識手段は、主軸内へ挿入された部分のワークの長さを検出することにより挿入長さを認識してもよい。

請求項１、請求項３に係る発明によれば、主軸内に挿入されたワーク排出部材の待機位置の調整を容易にすることが可能になる。
請求項２、請求項４に係る発明では、ワークの挿入長さを検出する手段を別途設けなくてもワークの挿入長さを認識することが可能になる。

（１）工作機械の説明：
図１は本発明の一実施形態に係る旋盤（工作機械）１の構成の概略を示す平面図、図２は旋盤１の電気回路の概略を示すブロック図、図３は正面主軸２１及び背面主軸５０の動作の概略を示す図、図４はワーク挿入長さを説明するための図、図５，７，８，９は旋盤１の要部を一部断面視して示す平面図、図６は旋盤１が行う処理の一例を示すフローチャートである。

図１に示すように、旋盤１は、ワークを回転させる正面主軸２１を備えた正面主軸台２０、ガイドブッシュ２９、工具３２を備えた刃物台３０、ワークを回転させる背面主軸５０を備えた背面主軸台４０、ＮＣ（Numerical Control；数値制御）装置１０、等が設けられている。
正面主軸２１は、背後から供給される長尺な円柱状の材料Ｗ０（ワークの一種）を解放可能に把持するコレット（把持具）２２が取り付けられ、図示しない正面主軸用モータにより回転駆動される。また、正面主軸２１は、図２に示す正面主軸送りモータ２６でＺ₁方向、すなわち、正面主軸２１の軸方向へ駆動される。

ガイドブッシュ２９は、正面主軸２１を貫通した材料Ｗ０をＺ₁方向に摺動可能に把持し、該材料Ｗ０を貫通させた状態で正面主軸２１と同じ回転軸を中心として回転可能とされている。ガイドブッシュ２９は、例えば図示しないガイドブッシュ用モータにより正面主軸２１と同期して回転駆動される。
工具３２は、図２に示す工具主軸送りモータ３６でＸ₃方向（図１の上下方向）及びＹ₃方向（図１の紙面に対して直交する方向）及びＺ₃方向（図１の左右方向）へ駆動される。むろん、工具３２は、Ｘ₃方向やＹ₃方向やＺ₃方向とは異なる方向に駆動されてもよいし、Ｘ₃方向にのみ駆動されてもよい。刃物台３０には、正面加工用のバイト、突切バイト、背面加工用のバイト、といった複数の工具が同時に取り付けられてもよいし、これらの工具が交換可能に取り付けられてもよい。

背面主軸５０は、挿入されたワークＷ１を解放可能に把持するコレット６１（把持手段６０）が設けられ、図示しない背面主軸用モータにより回転駆動される。また、背面主軸５０は、図２に示す背面主軸送りモータ４６でＺ₂方向（背面主軸５０の軸方向）及びＸ₂方向（図１の上下方向）へ駆動される。むろん、背面主軸５０は、Ｚ₂方向やＸ₂方向とは異なる方向に駆動されてもよいし、Ｚ₂方向にのみ駆動されてもよい。
背面主軸台４０には、電動シリンダ（アクチュエータ）８０が固定されている。このシリンダ８０は、図５等に示すワーク排出部材７０を背面主軸５０の軸方向へ駆動する。
なお、旋盤を構成する各部の配置は、図１に示す配置以外にも様々考えられる。例えば、ガイドブッシュ２９や背面主軸台４０の上に刃物台３０が配置されてもよい。

図２に示すように、ＮＣ装置１０は、内部のバス１０ｇに、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０ａ、半導体メモリ１０ｂ，１０ｃ、タイマ回路１０ｄ、Ｉ／Ｆ（インターフェイス）回路１０ｅ、Ｉ／Ｏ（入出力）回路１０ｆ、等が接続されたコンピュータとされている。ＲＡＭ（Random Access Memory）１０ｂには、加工プログラムＰや各種データＤが記憶されている。ＲＯＭ（Read Only Memory）１０ｃには、アプリケーションプログラムＡＰＬが書き込まれている。ＣＰＵ１０ａは、ＲＡＭ１０ｂをワークエリアとして利用しながら、アプリケーションプログラムＡＰＬや加工プログラムＰに従って各種サーボアンプや各種アクチュエータ等を数値制御する。
Ｉ／Ｆ回路１０ｅに接続された操作パネル１２は、操作部１２ａや表示部１２ｂを備え、ＮＣ装置１０のユーザインターフェイスとして機能する。操作部１２ａは、例えば、利用者から操作入力を受け付けるためのボタンやタッチパネルから構成される。表示部１２ｂは、例えば、利用者から操作入力を受け付けた各種設定の内容や旋盤１に関する各種情報を表示するディスプレイで構成される。

ＮＣ装置のＩ／Ｏ回路１０ｆには、正面主軸用サーボ回路２４、正面側コレット開閉用アクチュエータ２３、工具主軸用サーボ回路３４、背面主軸用サーボ回路４４、背面側コレット開閉用アクチュエータ６９、電動シリンダ８０、等が接続されている。
正面主軸用サーボ回路２４は、サーボアンプ２４ａやパルス検出回路２４ｂ等を備え、ＮＣ装置１０と正面主軸送りモータ２６との間の情報伝達を仲介する。サーボアンプ２４ａは、ＮＣ装置１０から入力される指令量に従って、正面主軸２１をＺ₁方向へ移動させるように正面主軸送りモータ２６を駆動する。パルス検出回路２４ｂは、正面主軸送りモータ２６に備えられたパルスコーダからの出力をＮＣ装置１０へ送信する。ＮＣ装置１０は、パルス検出回路２４ｂから受信したデータをもとに正面主軸２１の現在位置を演算する。
正面側コレット開閉用アクチュエータ２３は、ＮＣ装置１０から入力される指令に従って、正面側コレット２２を閉じる方向又は開く方向にシフターを駆動する。

工具主軸用サーボ回路３４は、サーボアンプ３４ａやパルス検出回路３４ｂ等を備え、ＮＣ装置１０と工具主軸送りモータ３６との間の情報伝達を仲介する。サーボアンプ３４ａは、ＮＣ装置１０から入力される指令量に従って、工具３２をＸ₃方向やＹ₃方向やＺ₃方向へ移動させるように工具主軸送りモータ３６を駆動する。パルス検出回路３４ｂは、工具主軸送りモータ３６に備えられたパルスコーダからの出力をＮＣ装置１０へ送信する。ＮＣ装置１０は、パルス検出回路３４ｂから受信したデータをもとに工具３２の現在位置を演算する。

背面主軸用サーボ回路４４は、サーボアンプ４４ａやパルス検出回路４４ｂ等を備え、ＮＣ装置１０と背面主軸送りモータ４６との間の情報伝達を仲介する。サーボアンプ４４ａは、ＮＣ装置１０から入力される指令量に従って、背面主軸５０をＺ₂方向やＸ₂方向へ移動させるように背面主軸送りモータ４６を駆動する。パルス検出回路４４ｂは、背面主軸送りモータ４６に備えられたパルスコーダからの出力をＮＣ装置１０へ送信する。ＮＣ装置１０は、パルス検出回路４４ｂから受信したデータをもとに背面主軸５０の現在位置を演算する。
背面側コレット開閉用アクチュエータ６９は、ＮＣ装置１０から入力される指令に従って、背面側コレット６１を閉じる方向又は開く方向にシフター６７（図５参照）を駆動する。

電動シリンダ８０は、ピストン８１やサーボ機構８２を備え、ＮＣ装置１０から入力される指令に従って、ワーク排出部材７０をＺ₂方向へ駆動する。サーボ機構８２は、ＮＣ装置１０から指令された停止位置にピストン８１を停止させる。従って、ピストン８１の先端に連結されたワーク排出部材７０が指令に応じた停止位置で停止する。

以上の構成を有する旋盤１では、本発明にいうワーク供給手段が正面主軸台２０及びＮＣ装置１０で構成され、本発明にいう主軸が背面主軸５０で構成され、本発明にいう認識手段が各モータに備えられたパルスコーダ及びパルス検出回路２４ｂ，４４ｂ及びＮＣ装置１０で構成され、本発明にいう制御手段がＮＣ装置１０で構成される。

次に、図３を参照して、長尺な材料Ｗ０の先端部を背面主軸５０に渡して突っ切る時の正面主軸２１及び背面主軸５０の動作を説明する。ここで、同図に示すように、Ｚ₁軸のある点を原点Ｏとして位置をＺ₁座標で表すことにする。同図に示すように、突切バイト３２ａにより切断された材料Ｗ０の先端の位置をＺ₁₀、加工原点位置Ｌ１１にある正面主軸２１の先端の位置をＺ₁₁、正面加工完了後の前進位置Ｌ１２にある正面主軸２１の先端の位置をＺ₁₂、所定の後退位置Ｌ１３にある背面主軸５０の先端の位置をＺ₂₀、所定の最前進位置Ｌ１４にある背面主軸５０の先端の位置をＺ₂₁、所定の把持位置Ｌ１５にある背面主軸５０の先端の位置をＺ₂₂とする。

正面加工の際、図３（ｂ）に示すように、正面主軸２１が材料Ｗ０を把持して加工原点位置Ｌ１１から前進位置Ｌ１２へ移動する。このとき、材料の先端の位置Ｚ₁₃は、
Ｚ₁₃ ＝ Ｚ₁₀ ＋ （ Ｚ₁₂ − Ｚ₁₁ ） …（１）
となる。
正面加工終了後、図３（ｃ）に示すように、背面主軸５０が後退位置Ｌ１３から所定の把持位置Ｌ１５へ移動する。このとき、材料Ｗ０の背面主軸５０内への挿入長さＺ₂₃は、
Ｚ₂₃ ＝ Ｚ₁₃ − Ｚ₂₂
＝ Ｚ₁₂ − Ｚ₂₂ ＋ Ｚ₁₀ − Ｚ₁₁ …（２）となる。

背面主軸５０が正面加工後の材料Ｗ０を把持した後、突切バイト３２ａが材料Ｗ０を突っ切る。従って、背面主軸５０に把持されるワークＷ１の背面主軸５０内への挿入長さは、上記式（２）で表されるＺ₂₃となる。ここで、Ｚ₁₀は突切バイト３２ａの位置で定まっており、Ｚ₁₁は正面主軸の加工原点位置Ｌ１１で定まっているので、ワーク挿入長さＺ₂₃は、正面主軸２１（ワーク供給手段）が背面主軸５０にワークＷ１を供給した時の正面主軸２１の位置Ｚ₁₂、及び、背面主軸５０の位置Ｚ₂₂から求まる。
本旋盤１は、ワーク挿入長さＺ₂₃を自動的に認識し、背面主軸５０に挿入されたワーク排出部材７０を背面加工中に挿入長さＺ₂₃に応じた待機位置に待機させてワークの背面加工後にワーク排出部材を前進させる駆動制御を電動シリンダ８０に対して行う。

背面主軸５０に把持されたワークＷ１は、正面加工された部分が後側とされ、前側部分が背面加工される。背面加工の際、背面主軸５０は把持位置Ｌ１５から後退する。背面加工終了後、背面主軸５０は、所定の製品排出位置へ移動し、背面加工後のワークを解放して図示しない製品受けへ排出する。製品排出位置は、後退位置Ｌ１３でもよいし、Ｘ₂方向へずれた位置でもよい。一方、正面主軸２１は、図３（ｄ）に示すように、材料Ｗ０を解放して前進位置Ｌ１２から加工原点位置Ｌ１１に戻る。
旋盤１は、図３（ａ）〜（ｄ）に示した動作を繰り返すことにより、ワークの加工を連続して行う。

ワークの背面主軸内への挿入長さは、正面主軸（ワーク供給手段）が背面主軸にワークを供給した時の正面主軸の相対的な移動量、及び、背面主軸の相対的な移動量に基づいても求めることができる。むろん、本発明にいう位置は、相対的な位置を含む。従って、正面主軸の移動量は本発明にいうワーク供給手段の位置に含まれ、背面主軸の移動量は本発明にいう主軸の位置に含まれる。
図４は、ワーク挿入長さを説明するための平面図であり、旋盤１の要部を一部断面視して示している。図中、ａは、加工原点位置Ｌ１１から正面加工完了迄に正面主軸２１が前進した前進量（移動量Ｚ₁₂−Ｚ₁₁）である。ｂは、後退位置Ｌ１３から把持位置Ｌ１５まで前進するときの背面主軸５０の前進量（移動量Ｚ₂₀−Ｚ₂₂）であり、加工プログラムに含まれる正の値である。ｃは、背面主軸５０がワークＷ１を掴んでいる部分の長さ、すなわち、ワーク挿入長さＺ₂₃であり、ａ，ｂから求められる正の値である。ｄは、背面主軸５０の最大移動量Ｚ₂₀−Ｚ₂₁であり、予め決められた正の値である。ｅは、背面主軸５０が最も前進したときの背面主軸先端とガイドブッシュ２９との間隔であり、予め決められた正の値である。ｆは、突切バイト３２ａとガイドブッシュ２９との間隔であり、予め決められた正の値である。ｇは、背面主軸５０で把持したワークＷ１の後端と排出ピン７４（ワーク排出部材７０）の先端との間隔であり、利用者から設定入力を受け付ける０以上の値である。むろん、ｇは、予め決められた値でもよい。ｉは、電動シリンダ８０が最も後退したときの排出ピン７４の先端から背面主軸５０の先端までの距離であり、予め決められた正の値である。

ワーク挿入長さｃは、
ｃ ＝ ａ − （ ｅ − ｆ ） − （ ｄ − ｂ ） …（３）
である。ここで、ｄ，ｅ，ｆは予め決められた値であるので、ワーク挿入長さｃは、正面主軸の前進量ａ、及び、背面主軸の前進量ｂから求まる。
ワーク挿入長さｃが求まると、背面加工時の電動シリンダ８０の前進量、すなわち、排出ピン７４の前進量ｈは、
ｈ ＝ ｉ − ｃ − ｇ …（４）
から求まる。
本ＮＣ装置１０は、ワークの背面加工時に排出ピン７４の前進量をｈとする駆動制御を電動シリンダ８０に対して行う。

図５は、本発明にいう主軸となる背面主軸５０を含む旋盤１の要部を示している。図に示すように、背面主軸台４０の上には、背面主軸５０、把持手段６０、ワーク排出部材７０、電動シリンダ８０、等が設けられている。
背面主軸５０は、背面主軸台４０に対してベアリング５３を介して回転可能に取り付けられ、ワーク排出部材７０を軸方向Ｄ１へ挿入可能とされている。すなわち、背面主軸５０は、ワーク排出部材７０の周りで回転軸ＡＸ１を中心として回転する。背面主軸５０は、ＮＣ装置１０の制御に従ったタイミングで背面主軸用モータにより回転駆動される。

把持手段６０は、背面側コレット（把持具）６１、コレット保持部材６２、コレット開閉機構６３〜６９、を備え、背面主軸５０に挿入されたワークＷ１を加工前に把持して加工後に解放する。
コレット６１は、背面主軸５０の先端部に取り付けられ、前方から供給されるワークＷ１を解放可能に把持し、背面主軸５０とともに回転するようにされている。コレット６１は、後側となるほど細くなるテーパ部分６１ａが形成され、このテーパ部分の複数の箇所（例えば３箇所）にすりわりが形成されている。従って、テーパ部分６１ａが締め付けられるとワークが把持され、テーパ部分６１ａが緩められるとワークが解放される。
コレット保持部材６２は、背面主軸５０の先端部に取り付けられ、該背面主軸５０の先端部にコレット６１を保持する。

コレット開閉機構は、コレット閉じ部材６３、コレット開き用のコイルばね６４、延長部材６５、爪開閉機構６６、シフター６７、シフターレバー６８、背面側コレット開閉用アクチュエータ６９、を有している。コレット閉じ部材６３は、コレットのテーパ部分６１ａに接触し、背面主軸５０の軸方向Ｄ１へスライドするようにされている。コイルばね６４は、前進方向Ｄ２側の端部がコレット６１に掛止され、後退方向Ｄ３側の端部がコレット閉じ部材６３の内周面に掛止されて、コレット閉じ部材６３を後退方向Ｄ３へ付勢している。延長部材６５は、コレット閉じ部材６３の後端部に接触し、軸方向Ｄ１へスライドするようにされている。爪開閉機構６６は、背面主軸５０と共に回転動作可能な爪部材６６ａと、この爪部材６６ａを背面主軸５０に保持するホルダ６６ｂとを有している。爪部材６６ａの基部６６ａ１は、延長部材６５の後端部に接触している。シフター６７は、後側となるほど細くなるテーパ部分６７ａが形成され、軸方向Ｄ１へスライドするようにされている。シフターのテーパ部分６７ａは、爪部材６６ａの先端部６６ａ２に接触している。シフターレバー６８は、アクチュエータ６９の駆動によりシフター６７を軸方向Ｄ１へスライドさせる。アクチュエータ６９は、コレット６１を締め付けるための駆動力をＮＣ装置１０の制御に従って発生させる。

以上の構成により、シフター６７を後退方向Ｄ３へ移動させる駆動力をアクチュエータ６９がシフターレバー６８へ伝えると、後退したシフター６７が爪部材先端部６６ａ２を拡げるように爪部材６６ａを回転動作させる。すると、爪部材の基部６６ａ１が延長部材６５を介してコレット閉じ部材６３を前進方向Ｄ２へスライドさせ、コレット６１が締め付けられる。これにより、コレット６１でワークＷ１が把持される。一方、シフター６７を前進方向Ｄ２へ移動させる駆動力をアクチュエータ６９がシフターレバー６８へ伝えると、コレット開き用ばね６４の付勢力によりコレット閉じ部材６３及び延長部材６５が後退し、爪部材先端部６６ａ２が狭まるように爪部材６６ａが回転動作する。これにより、コレット６１が緩められ、ワークＷ１がコレット６１から解放される。

ワーク排出部材７０は、前進方向Ｄ２及び後退方向Ｄ３へ移動可能に背面主軸５０内へ挿入され、背面主軸５０の回転軸ＡＸ１を中心として回転可能とされている。ここで、前進方向Ｄ２はワークＷ１を軸方向Ｄ１に沿って背面主軸５０の前方外部へ押し出す方向であり、後退方向Ｄ３は前進方向Ｄ２の反対方向である。本ワーク排出部材７０は、軸方向Ｄ１へ貫通した貫通穴７２ｃを有する略円筒状のワーク排出軸７２と、このワーク排出軸の先端部７２ａに対して着脱可能に取り付けられた排出ピン７４とを有する構成とされている。

電動シリンダ８０は、背面主軸台４０に取り付けられ、ピストン８１を前進方向Ｄ２へ突出させている。ピストン８１の先端は、ワーク排出軸７２の後端に連結されている。電動シリンダ８０は、停止位置の制御が可能なアクチュエータとされ、ＮＣ装置１０の制御に従ってワーク排出部材７０を前進方向Ｄ２及び前記後退方向Ｄ３へ駆動する。

以上の他、背面主軸台４０には、ワークＷ１に切削油を供給する切削油供給機構５５、コレット６１のすりわりから背面主軸５０内に切削くずや油が入らないように抑止するための圧空を背面主軸５０内に供給するブロー用エア供給機構５６、ベアリング５３部分の油が主軸内に入らないように抑止するための圧空を供給するシール用エア供給機構５７、等も設けられている。

なお、正面主軸２１にも、背面主軸の把持手段６０と同様の把持手段が設けられているものとする。
以上の構成を有する旋盤１は、ＮＣ装置１０が図６に示すフローチャートに従った処理を行うことにより、長尺な材料Ｗ０を加工して製品を連続生産する。以下、旋盤１の動作、作用、効果を説明する。

（２）工作機械の動作、作用、効果：
ＮＣ装置１０は、例えば、操作部１２ａから加工開始の操作入力を受け付けると、図６に示す処理を開始する。なお、図３（ｂ）に示すように、長尺な材料Ｗ０が正面主軸２１及びガイドブッシュ２９を貫通し、正面主軸２１が前進位置Ｌ１２に存在し、背面主軸５０が後退位置Ｌ１３に存在するものとする。また、図５に示すように、排出ピン７４は、所定の後退位置Ｌ１に存在するものとする。
最初のステップＳ１０２（以下、「ステップ」の記載を省略）では、突切バイト３２ａで材料Ｗ０の先端を切断する指令を工具主軸用のサーボアンプ３４ａに対して出力する。すると、材料Ｗ０の先端位置が突切バイト３２ａの位置Ｚ₁₀となる。

次のＳ１０４では、正面側コレット２２を開く側にシフターを駆動する指令を正面側コレット開閉用アクチュエータ２３に対して出力する。すると、正面側コレット２２が開き、材料Ｗ０が正面側コレット２２から解放される。
次のＳ１０６では、正面主軸２１を前進位置Ｌ１２から加工原点位置Ｌ１１まで移動させる指令を正面主軸用のサーボアンプ２４ａに対して出力する。すると、正面主軸送りモータ２６により、図３（ａ）に示すように、正面主軸２１が加工原点位置Ｌ１１へ移動する。ＮＣ装置１０は、随時サーボ回路２４から情報を取得して演算することで、常に正面主軸２１の位置を把握しており、正面主軸２１の加工原点位置Ｌ１１への移動に応じて加工原点位置Ｌ１１の位置情報をＲＡＭ１０ｂに保存する。むろん、加工プログラムＰに記載されている加工原点への移動指令の指令値を読み出してＲＡＭ１０ｂに保存しても良い。

次のＳ１０８では、正面側コレット２２を閉じる側にシフターを駆動する指令を正面側コレット開閉用アクチュエータ２３に対して出力する。すると、正面側コレット２２が閉じ、材料Ｗ０が正面側コレット２２に把持される。
次のＳ１１０では、工具３２で材料Ｗ０の正面側を加工する指令を工具主軸用サーボアンプ３４ａや正面主軸用サーボアンプ２４ａに対して出力する。すると、正面主軸用送りモータ２６により正面主軸２１が駆動されながら工具主軸送りモータ３６により工具３２が駆動され、材料Ｗ０が正面加工される。このとき、図３（ｂ）に示すように、正面主軸２１は、加工原点位置Ｌ１１から前進位置Ｌ１２まで前進量ａ分前進する。この前進量ａは、正面主軸送りモータ２６に設けられたパルスコーダからの出力をＮＣ装置１０がサーボ回路２４を介して取得し、取得したデータを元にＣＰＵ１０ａが演算することで得られる値である。具体的には、正面主軸２１の正面加工完了時の位置からＲＡＭ１０ｂに保存した加工原点位置Ｌ１１を減算することで得られる。ＣＰＵ１０ａは、この正面主軸２１の前進量ａの情報をＲＡＭ１０ｂに一時的に保存する。

次のＳ１１２では、背面側コレット６１を開く側にシフター６７を駆動する指令を背面側コレット開閉用アクチュエータ６９に対して出力する。すると、図５に示すように、シフター６７が前進方向Ｄ２へ移動し、コレット開き用ばね６４の付勢力により背面側コレット６１が開く。
なお、Ｓ１１２の処理は、初回の正面加工を行った場合に行われ、２回目以降の正面加工を行った場合には行われないようにしてもよい。
次のＳ１１４では、背面主軸５０を後退位置Ｌ１３から把持位置Ｌ１５まで前進させる指令を背面主軸用のサーボアンプ４４ａに対して出力する。すると、図３（ｃ）に示すように、背面主軸５０が把持位置Ｌ１５となる。このとき、ＮＣ装置１０は、背面主軸用のパルス検出回路４４ｂから受信したデータをもとに背面主軸５０の前進位置である把持位置Ｌ１５を演算し、前進前の背面主軸の位置と前進後の背面主軸の位置との差を前進量ｂとしてＲＡＭ１０ｂに一時保存する。むろん、ＮＣ装置は、加工プログラムＰから背面主軸の前進量ｂを読み出してＲＡＭ１０ｂに保存してもよい。

次のＳ１１６では、背面側コレット６１を閉じる側にシフター６７を駆動する指令を背面側コレット開閉用アクチュエータ６９に対して出力する。すると、アクチュエータ６９の駆動力により、図７に示すように、シフター６７が後退方向Ｄ３へ移動し、背面側コレット６１が閉じる。これにより、材料Ｗ０が背面側コレット６１に把持される。
次のＳ１１８では、突切バイト３２ａで材料Ｗ０を切断する指令を工具主軸用のサーボアンプ３４ａに対して出力する。すると、正面加工後の材料Ｗ０が突切バイト３２ａで突っ切られ、分離されたワークＷ１が背面側コレット６１で把持された状態となる。
次のＳ１２０では、Ｓ１１８で行った突っ切り動作の回数に応じて処理を分岐させる。突っ切り回数が初回であればＳ１２２〜Ｓ１２６の処理を行った後にＳ１２８へ進み、突っ切り回数が２回以上であれば即座にＳ１２８へ進む。

Ｓ１２２では、コレット６１（把持手段６０）に把持されたワークＷ１の背面主軸５０内への挿入長さｃを計算する。この挿入長さｃは、正面主軸の前進量ａ、背面主軸の前進量ｂ、予め決められた値ｄ，ｅ，ｆを上記式（３）に代入することにより求まる。
次のＳ１２４では、ワーク挿入長さｃに応じた待機位置Ｌ２まで排出ピン７４を前進させるのに必要な前進量ｈを計算する。この前進量ｈは、ワーク挿入長さｃ、ワークＷ１と排出ピン７４との間隔ｇ、後退位置Ｌ１にある排出ピン７４の先端から背面主軸５０の先端までの距離ｉを上記式（４）に代入することにより求まる。
次のＳ１２６では、排出ピン７４（ワーク排出部材７０）を前進量ｈ分前進させる指令を電動シリンダ８０に対して出力する。すると、電動シリンダ８０の前進駆動により、図８に示すように、ワークＷ１後部に近接する待機位置Ｌ２まで排出ピン７４が前進する。

その後、Ｓ１２８では、工具３２でワークＷ１の背面側を加工する指令を工具主軸用サーボアンプ３４ａや背面主軸用サーボアンプ４４ａに対して出力する。すると、背面主軸用送りモータ４６により背面主軸５０が駆動されながら工具主軸送りモータ３６により工具３２が駆動され、ワークＷ１が背面加工される。
次のＳ１３０では、背面主軸５０を製品排出位置に移動させる指令を背面主軸用サーボアンプ４４ａに対して出力する。すると、背面主軸送りモータ４６により、背面主軸５０が製品排出位置へ移動する。このとき、背面主軸５０は、後退位置Ｌ１３まで後退している。

次のＳ１３２では、背面側コレット６１を開く側にシフター６７を駆動する指令を背面側コレット開閉用アクチュエータ６９に対して出力する。すると、コレット開き用ばね６４の付勢力により背面側コレット６１が開き、背面加工後のワークＷ１がコレット６１から解放される。
次のＳ１３４では、背面加工後のワークＷ１を背面主軸５０外に押し出す所定の押し出し位置Ｌ３へ排出ピン７４（ワーク排出部材７０）を前進させる指令を電動シリンダ８０に対して出力する。すると、電動シリンダ８０の前進駆動により、図９に示すように、押し出し位置Ｌ３まで排出ピン７４が前進する。これにより、加工後のワークＷ１が背面主軸５０から押し出されて製品受けへ排出される。なお、この例では、押し出し位置Ｌ３は、排出ピン７４の先端が背面主軸５０の先端と等しくなる位置としている。むろん、Ｓ１３６で排出ピンの後退量を変更することを前提として、押し出し位置にあるときの排出ピンの先端が背面主軸の先端とは異なる位置とされてもよい。

次のＳ１３６では、後退量（ｉ−ｈ）分後退した待機位置、すなわち、ワーク挿入長さｃに応じた待機位置Ｌ２まで排出ピン７４を後退させる指令を電動シリンダ８０に対して出力する。すると、電動シリンダ８０の後退駆動により、排出ピン７４が待機位置Ｌ２まで後退する。
最後のＳ１３８では、ワークの加工を終了するか否かを判断する。設定数の製品を生産したり、材料Ｗ０が無くなって正面側コレット２２が材料Ｗ０を把持することができなくなったりすると、ＮＣ装置１０は、条件成立と判断して処理を終了する。一方、ＮＣ装置１０は、条件不成立と判断すると、Ｓ１０４〜Ｓ１２０，Ｓ１２８〜Ｓ１３８の処理を繰り返す。これにより、ワークが連続して加工される。

なお、上述したＳ１０２〜Ｓ１１０，Ｓ１１８の処理は本発明にいうワーク供給手段に対応し、Ｓ１１０の前進量ａの保存の処理及びＳ１１４，Ｓ１２０〜Ｓ１２２の処理は本発明にいう認識手段に対応し、Ｓ１２４〜Ｓ１３８の処理は本発明にいう制御手段に対応している。
すなわち、Ｓ１２０〜Ｓ１２２の処理により、把持手段６０に把持されたワークＷ１の背面主軸５０内への挿入長さｃが認識される。また、Ｓ１２４〜Ｓ１３８の処理により、電動シリンダ８０は、ワークＷ１の加工中にはワーク排出部材７０をワーク挿入長さｃに応じた待機位置Ｌ２に待機させ、該ワークＷ１の加工後にワークＷ１を背面主軸外に押し出す位置Ｌ３へワーク排出部材７０を前進させる。すると、把持手段６０から解放された加工後のワークＷ１が背面主軸外へ押し出される。

以上より、本実施形態の旋盤１は、排出ピン７４の先端を任意の位置に停止させることができる。また、加工するワークの種類が変わっても、把持手段６０に把持されたワークの背面主軸内への挿入長さｃに応じた待機位置でワーク排出部材７０が待機する。従って、旋盤１として例示した本発明によると、ワーク排出部材の待機位置の調整を容易にすることが可能になる。

例えば、背面主軸内へ挿入される部分の短いワークの場合、本実施形態のワーク排出部材の待機位置は、背面主軸内へ挿入される部分の長いワークの場合に背面主軸内で待機するワーク排出部材の位置よりも前進側の位置となる。これにより、製品を排出する時に排出ピンの無駄な動きがほぼ無くなり、製品を排出する時間が短くなる。また、特許文献１に記載の旋盤のように加工品の種類毎にワーク排出部材の待機位置を調整する作業が不要になる。
さらに、図４に示す間隔ｇをワークＷ１と排出ピン７４とが接触又は近接する位置に設定すれば、ワークの背面加工後速やかにワーク加工品を押し出すことができる。また、ワークの長手方向に貫通穴があっても、ワーク背面加工時にごみや切削油が背面主軸内に侵入することが抑止される。

加えて、正面主軸が背面主軸にワークを供給した時の正面主軸の位置、及び、背面主軸の位置に基づいてワークの主軸内への挿入長さｃが認識されるので、ワーク挿入長さを認識するためにワーク挿入長さを検出する手段を別途設ける必要が無い。

（３）変形例：
ところで、本発明は正面加工を行う部分の旋盤等にも適用可能であるため、本発明にいう主軸が正面主軸で構成されてもよい。この場合、正面主軸にワークを供給するワーク供給手段をローダー等で構成すればよい。むろん、加工対象のワークは、長尺な材料以外でなく、製品に合わせた長さの短い材料でもよい。
ワーク排出部材は、単一の部品からなる棒状（筒状を含む）の部材でもよい。
ワーク排出部材を駆動するアクチュエータは、前進方向及び後退方向へワーク排出部材を駆動するアクチュエータでなく、前進方向へのみワーク排出部材を駆動するアクチュエータでもよい。例えば、ワーク排出部材を後退方向へ付勢するばねやゴム等の弾性部材が主軸内に設けられると、この弾性部材によりワーク排出部材が後退する。この場合、図６のフローチャートに示すＳ１３６では、排出ピン７４を弾性部材により一旦後退位置Ｌ１まで後退させ、その後排出ピン７４をアクチュエータにより待機位置Ｌ２まで前進させる処理を行えばよい。

ワーク排出部材の待機位置への移動は、ワーク加工前でもよいし、ワーク加工中でもよい。この待機位置は、常に変わらない位置でなく、ワーク加工中徐々にワークへ近づくような位置など、ワーク加工中に変わるような位置でもよい。
ワーク挿入長さｃや排出ピン前進量ｈの計算は、各ワークの加工毎に行われてもよい。
ＮＣ装置は、正面主軸や背面主軸の移動量からではなく、Ｚ₁軸上又はＺ₂軸上の座標値で表される正面主軸や背面主軸の位置情報からワーク挿入長さを計算してもよい。

さらに、ＮＣ装置は、主軸内へ挿入された部分のワークの長さを検出する外部の検出手段からワーク挿入長さを入手してもよい。この場合、本発明にいう認識手段が検出手段で構成される。むろん、ＮＣ装置が検出手段と協働してワーク挿入長さを認識する場合には、本発明にいう認識手段が検出手段及びＮＣ装置で構成される。このような検出手段には、主軸内へ挿入されたワークで押された移動量を電圧信号又は抵抗値信号に変換して出力するポテンショメータ等がある。
また、主軸にワークを把持した状態でサーボ機構付きアクチュエータによりワーク排出部材を前進させると、ワーク排出部材の先端がワーク後部に接触した時点でアクチュエータのトルクが上昇する。そこで、ＮＣ装置がアクチュエータのトルクを監視し、トルクが上昇した時点のワーク排出部材の位置をＮＣ装置が入手すれば、入手したワーク排出部材の位置に基づいてＮＣ装置はワーク挿入長さを計算することができる。

ところで、上述した実施形態や変形例から把握される本発明の付加的な側面を、以下に記載する。
本発明の付加的な側面の一つとして、前記認識手段は、前記ワーク供給手段が前記主軸にワークを供給した時の該ワーク供給手段の位置に対する前記主軸の相対的な位置から前記挿入長さを認識することが挙げられる。
上記式（２）を
Ｚ₂₃ ＝ Ｚ₁₀ − Ｚ₁₁ − （ Ｚ₂₂ − Ｚ₁₂ ）
と書き換えると、（Ｚ₂₂−Ｚ₁₂）がワーク供給手段の位置に対する主軸の相対的な位置となる。従って、認識手段は、相対的な位置関係からワーク挿入長さを認識している。

本発明の付加的な側面の一つとして、前記制御手段は、前記把持手段に把持された前記ワークと前記ワーク排出部材との間に設ける隙間及び前記挿入長さに基づいて前記待機位置を求め、前記ワークの加工中に前記ワーク排出部材を当該求めた待機位置に待機させる駆動制御を前記アクチュエータに対して行うことが挙げられる。前記制御手段は、前記挿入長さに前記隙間を加えて前記待機位置を計算してもよい。これにより、ワーク加工中にワーク排出部材を適切な位置に待機させることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態や変形例に限られず、上述した実施形態および変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した実施形態および変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も含まれる。

旋盤の構成の概略を示す平面図。 旋盤の電気回路の概略を示すブロック図。 正面主軸及び背面主軸の動作を示す図。 ワーク挿入長さを説明するための図。 ワーク排出部材を後退位置で停止させた旋盤の要部を一部断面視して示す平面図。 ＮＣ装置が行う処理の一例を示すフローチャート。 コレットでワークを把持した旋盤の要部を一部断面視して示す平面図。 ワーク排出部材を待機位置で停止させた旋盤の要部を一部断面視して示す平面図。 ワーク排出部材を押し出し位置へ移動させた旋盤の要部を一部断面視して示す平面図。

符号の説明

１…旋盤（工作機械）、
１０…数値制御装置（ワーク供給手段の一部、認識手段の一部、制御手段）、
２０…正面主軸台（ワーク供給手段の一部）、
２１…正面主軸、２２…正面側コレット、２３…正面側コレット開閉用アクチュエータ、
２４…サーボ回路、２４ａ…サーボアンプ、２４ｂ…パルス検出回路（認識手段の一部）、
２６…正面主軸送りモータ、
２９…ガイドブッシュ、
３０…刃物台、３２…工具、３２ａ…突切バイト、
３４…サーボ回路、３４ａ…サーボアンプ、３４ｂ…パルス検出回路、
３６…工具主軸送りモータ、
４０…背面主軸台、
４４…サーボ回路、４４ａ…サーボアンプ、４４ｂ…パルス検出回路（認識手段の一部）、
４６…背面主軸送りモータ、
５０…背面主軸、
６０…把持手段、６１…背面側コレット、６９…背面側コレット開閉用アクチュエータ、
７０…ワーク排出部材、７２…ワーク排出軸、７４…排出ピン、
８０…電動シリンダ（アクチュエータ）、
ＡＸ１…回転軸、Ｄ１…軸方向、Ｄ２…前進方向、Ｄ３…後退方向、
Ｌ１…後退位置、Ｌ２…待機位置、Ｌ３…押し出し位置、
Ｗ０…材料、Ｗ１…ワーク、

Claims (4)

1. 挿入されたワークを解放可能に把持する把持手段を設けた主軸と、
   該主軸内に挿入され、前記ワークを押し出す前進方向、及び、該前進方向の反対方向へ移動可能なワーク排出部材と、
   該ワーク排出部材を少なくとも前記前進方向へ駆動するアクチュエータと、
   前記把持手段に把持された前記ワークの前記主軸内への挿入長さを認識する認識手段と、
   前記ワークの加工中には前記ワーク排出部材を前記認識手段で認識された前記挿入長さに応じた待機位置に待機させるとともに該ワークの加工後には該ワーク排出部材を該ワークが前記主軸外に押し出される位置まで前進させる駆動制御を前記アクチュエータに対して行う制御手段とを備えることを特徴とする工作機械。
2. 前記主軸にワークを供給するワーク供給手段をさらに備え、
   前記認識手段は、前記ワーク供給手段が前記主軸にワークを供給した時の該ワーク供給手段の位置、及び、前記主軸の位置に基づいて前記挿入長さを認識することを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 挿入されたワークを解放可能に把持する把持手段を設けた主軸と、
   該主軸内に挿入され、前記ワークを押し出す前進方向、及び、該前進方向の反対方向へ移動可能なワーク排出部材と、
   該ワーク排出部材を少なくとも前記前進方向へ駆動するアクチュエータと、を備える工作機械の制御方法であって、
   前記把持手段に把持された前記ワークの前記主軸内への挿入長さを認識し、前記ワークの加工中には前記ワーク排出部材を前記認識手段で認識された前記挿入長さに応じた待機位置に待機させるとともに該ワークの加工後には該ワーク排出部材を該ワークが前記主軸外に押し出される位置まで前進させる駆動制御を前記アクチュエータに対して行うことを特徴とする工作機械の制御方法。
4. 前記主軸にワークを供給するワーク供給手段が前記主軸にワークを供給した時の該ワーク供給手段の位置、及び、前記主軸の位置に基づいて前記挿入長さを認識することを特徴とする請求項３に記載の工作機械の制御方法。

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