JP2012200756A

JP2012200756A - 工作機械

Info

Publication number: JP2012200756A
Application number: JP2011066967A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Tomita; 研一冨田
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2012-10-22

Abstract

【課題】ワークの外周面の切削加工と転造加工の両方が可能で、簡素な構造でありながら、転造加工を精度良く行える工作機械を提供する。
【解決手段】ワークを支持して回転する主軸４と、その両側に主軸４に対し接近および離反する方向に位置変更可能に設けられた第１、第２の工具支持体５Ａ，５Ｂとを備える。まず第１、第２の工具支持体５Ａ，５Ｂにそれぞれ支持された両切削用工具により、ワークを両側から同時に切削加工をする。切削加工の後、工具を交換し、第１の工具支持体５Ａに支持されて主軸４の中心Ｏと平行な軸回りに回転自在な転造用工具１４と、第２の工具支持体５Ｂに支持されてワークと共回りによる回転が自在なサポート部材１５とで、ワークの外周面に転造加工をする。転造加工は、ワークの外周面に転造用工具１４を押付け、かつ転造用工具１４の押付け力に対抗してサポート部材１５によりワークを支持した状態で行う。
【選択図】図３

Description

この発明は、ワークの外周面にローレット等の転造加工を行うことができる工作機械に関する。

従来、ローレット等の転造加工は、転造専用機で行うのが一般的であった。しかし、転造加工は、旋盤等の工作機械により切削加工された半製品に対して行われることが多く、切削用工作機械から転造専用機へのワークの付け替えを行わねばならず、作業能率に課題があった。また、切削加工に比べて転造加工の頻度が少ない場合、切削用工作機械と転造専用機の両方を準備しておくのは、転造専用機の稼働率が低くなり、コスト面で大きな負担となる。また、転造専用機は、２つの転造用工具をワークの両側から同時に押し付けて加工するが、上記２つの転造用工具を油圧で移動させるため、両転造用工具の押付け荷重のバランス調整が難しい。

このような状況下、主に旋削用として用いられる工作機械で転造加工を可能にする試みがなされている。例えば、特許文献１に、タレット旋盤により転造でワークに球面加工をする場合の例が記載されている。一般的には、図５に示すように、主軸（図示せず）のチャック６に支持された円環状のワークＷの外周面に、工具支持体（図示せず）に取付けた転造用工具１４を押し付けて、転造加工を行う。

特開平５−２７７８０３号公報

しかし、図５の方法は、転造用工具１４を強い力でワークＷに押し付ける場合、図の例のように、主軸に曲がりが生じてワークＷが転造用工具１４の押付け方向に微小距離ΔＸだけ変位することや、転造用工具１４のワークＷへの押付け力にチャック６のワーク把持力が負けることにより、転造寸法が軸方向で不均一になるという問題がある。

この発明の目的は、１台でワークの外周面の切削加工と転造加工の両方が可能で、簡素な構造でありながら、転造加工を精度良く行える工作機械を提供することである。
この発明の他の目的は、簡単な制御で、転造加工をより一層高精度にできるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、転造加工時にワークをバランス良く支持して、良好に転造加工を行うことである。

この発明の工作機械は、ワークを支持して回転する主軸と、この主軸を挟む両側に主軸に対し接近および離反する方向に位置変更可能に設けられ、それぞれが少なくとも１つの切削用工具を支持する第１および第２の工具支持体とを備え、前記第１および第２の工具支持体にそれぞれ支持された両切削用工具を、前記主軸に支持されたワークに接触させて、ワークの両側から同時に切削加工をすることが可能であって、前記第１の工具支持体で、前記切削用工具とは別に、ワークと共回りによる回転が自在な転造用工具を支持すると共に、前記第２の工具支持体で、前記切削用工具とは別に、前記主軸の中心と平行な軸回りに回転自在なサポート部材を支持し、前記主軸に支持されて回転するワークの外周面に前記転造用工具を押付け、かつこの転造用工具の押付け力に対抗して前記サポート部材によりワークを支持した状態で、ワークの外周面に転造加工を行うようにした。

この構成によると、第１および第２の工具支持体にそれぞれ切削用工具を支持させて、これら切削用工具によりワークを両側から同時に切削する加工と、第１の工具支持体で転造用工具を支持すると共に、第２の工具支持体でサポート部材を支持し、転造用工具の押付け力に対抗してサポート部材によりワークを支持した状態で、転造用工具によりワークの外周面に転造する加工とを行える。

転造加工をする際、転造用工具の押付け力に対抗してサポート部材でワークを支持するため、転造用工具の押付け力で主軸が曲がったり、転造用工具の押付け力にチャックのワーク把持力が負けたりすることがなく、軸方向に均一な転造加工を行える。サポート部材は直接には転造加工に関与しないため、転造用工具の位置を制御するだけで転造寸法が変わる。そのため、転造寸法の調整が容易である。また、サポート部材の位置は厳密に制御しなくてよいので、構成を簡素にできる。

この発明において、前記第１および第２の工具支持体をそれぞれ主軸に対し接近および離反する方向に進退させる第１および第２の進退駆動源と、これら進退駆動源を数値制御する制御装置とを備え、前記転造用工具とサポート部材とによる転造加工時に前記第１の進退駆動源に作用する負荷、および前記第２の進退駆動源に作用する負荷のそれぞれを検出する検出手段を設け、これら検出手段の検出値に基づき、前記転造用工具がワークを押す力と前記サポート部材がワークを押す力とが設定許容範囲内で均衡するように、前記第１および第２の進退駆動源の少なくともいずれかの進退駆動源の出力を制御する押付けバランス制御手段を前記制御装置に設けてもよい。

この構成であると、転造用工具がワークを押す力とサポート部材がワークを押す力とのバランスを取りながら、転造加工を行える。そのため、転造用工具の押付け力でワークの位置や姿勢が変化した状態で転造加工されることが精度良く防止され、より一層高精度に加工することができる。また、両側から転造用工具を押付ける場合と異なり、サポート部材は転造用加工に直接には関与しないため、転造用工具がワークを押す力とサポート部材がワークを押す力とは、ワークの位置や姿勢に変化が生じない程度に、ある程度の許容範囲内でバランスが取れていればよい。そのため、簡単な制御で、高精度の転造加工を行える。

この発明において、前記サポート部材はワークの外周面にそれぞれ接触して回転する２つのローラを有し、１つの前記転造用工具をワークの外周面の一方側に接触させ、かつ前記サポート部材の前記２つのローラを、ワーク外周面の他方側における、前記転造用工具と前記主軸の中心とを結ぶ直線を挟んで両側の箇所にそれぞれ接触させて、転造加工を行ってもよい。

転造用工具が１つであると、転造用工具の位置の制御が容易である。また、サポート部材の２つのローラを上記箇所に配置すれば、転造用工具のワークへの押付け力を２つのローラでバランス良く支持して、良好に転造加工を行うことができる。

この発明の工作機械は、ワークを支持して回転する主軸と、この主軸を挟む両側に主軸に対し接近および離反する方向に位置変更可能に設けられ、それぞれが少なくとも１つの切削用工具を支持する第１および第２の工具支持体とを備え、前記第１および第２の工具支持体にそれぞれ支持された両切削用工具を、前記主軸に支持されたワークに接触させて、ワークの両側から同時に切削加工をすることが可能であって、前記第１の工具支持体で、前記切削用工具とは別に、ワークと共回りによる回転が自在な転造用工具を支持すると共に、前記第２の工具支持体で、前記切削用工具とは別に、前記主軸の中心と平行な軸回りに回転自在なサポート部材を支持し、前記主軸に支持されて回転するワークの外周面に前記転造用工具を押付け、かつこの転造用工具の押付け力に対抗して前記サポート部材によりワークを支持した状態で、ワークの外周面に転造加工を行うようにしたため、１台でワークの外周面の切削加工と転造加工の両方が可能で、簡素な構造でありながら、転造加工を精度良く行える。

前記第１および第２の工具支持体をそれぞれ主軸に対し接近および離反する方向に進退させる第１および第２の進退駆動源と、これら進退駆動源を数値制御する制御装置とを備え、前記転造用工具とサポート部材とによる転造加工時に前記第１の進退駆動源に作用する負荷、および前記第２の進退駆動源に作用する負荷のそれぞれを検出する検出手段を設け、これら検出手段の検出値に基づき、前記転造用工具がワークを押す力と前記サポート部材がワークを押す力とが設定許容範囲内で均衡するように、前記第１および第２の進退駆動源の少なくともいずれかの進退駆動源の出力を制御する押付けバランス制御手段を前記制御装置に設けた場合は、簡単な制御で、転造加工をより一層高精度にできる。

前記サポート部材はワークの外周面にそれぞれ接触して回転する２つのローラを有し、１つの前記転造用工具をワークの外周面の一方側に接触させ、かつ前記サポート部材の前記２つのローラを、ワーク外周面の他方側における、前記転造用工具と前記主軸の中心とを結ぶ直線を挟んで両側の箇所にそれぞれ接触させて、転造加工を行う場合は、転造加工時にワークをバランス良く支持して、良好に転造加工を行うことができる。

この発明の一実施形態にかかる工作機械の工作機械本体の斜視図に制御系のブロック図を加えた示した図である。（Ａ）は同工作機械による切削加工の一例を示す一部破断平面図、（Ｂ）はその正面図である。（Ａ）は同工作機械による転造加工の一例を示す一部破断平面図、（Ｂ）はその正面図である。同工作機械による転造加工の異なる方法を示す一部破断平面図である。従来の転造加工の一例を示す図である。

この発明の一実施形態を図１〜図４と共に説明する。
図１に示すように、この工作機械は、工作機械本体１と、その制御装置２とでなる。工作機械本体１はタレット旋盤であって、ベッド３上に、前後方向（Ｚ軸方向）に沿う１本の主軸４と、この主軸４の左右両側にそれぞれ配置された第１および第２の工具支持体５Ａ，５Ｂとを備える。

主軸４は、前端にワークＷ（図２〜図４）を把持するチャック６を有する。チャック６は、例えば円環状のワークＷを内周側から把持するコレットチャックである。主軸４は、ベッド３上に設置された主軸台７に回転自在に支持され、主軸台７に設置された主軸モータ（図示せず）より回転駆動される。

第１および第２の工具支持体５Ａ，５Ｂは、いずれも正面形状が多角形のタレットからなり、その各外周面部分に複数種の工具１３，１４（図２〜図４）やサポート部材１５（図３）が取付けられ、任意の工具１３，１４またはサポート部材１５を主軸対面位置に回転割出可能とされている。各工具支持体５Ａ，５Ｂは、送り台８に円筒状のタレットバー５ａを介して前後方向（Ｚ軸方向）に進退自在に支持され、第１および第２の前後進退駆動源９Ａ，９Ｂ（図１）により前後に進退駆動させられる。また、送り台８は、ベッド３上に設けられた左右方向（Ｘ軸方向）の案内１０上に移動自在に支持され、第１および第２の左右進退駆動源１１Ａ，１１Ｂ（図１）により左右に進退駆動させられる。これにより、各工具支持体５Ａ，５Ｂに取付けられた工具は、直交２軸方向に移動可能である。
なお、タレットバー５ａを進退させる構成に代えて、送り台８を２段積み形式とし、その上側送り台が下側送り台に対して、第１および第２の前後進退駆動源９Ａ，９Ｂで前後に進退させられる構成としてもよい。

前記各前後進退駆動源９Ａ，９Ｂおよび各左右進退駆動源１１Ａ，１１Ｂは、いずれもサーボモータである。第１および第２の左右進退駆動源１１Ａ，１１Ｂの両方に、これら左右進退駆動源１１Ａ，１１Ｂに作用する負荷を検出する検出手段１２Ａ，１２Ｂ（図１）が設けられる。これら検出手段１２Ａ，１２Ｂは、例えばモータ電流を検出する電流計とされる。

第１および第２の工具支持体５Ａ，５Ｂには、工具として、切削用工具１３（図２）が取付けられる。また、一方の工具支持体、例えば第１の工具支持体５Ａには転造用工具１４（図３、図４）が取付けられ、他方の工具支持体、例えば第２の工具支持体５Ｂには、上記転造用工具１４と組み合わせて使用するサポート部材１５（図３）が取付けられる。

図３において、転造用工具１４は、例えばローレットであり、第１の工具支持体５Ａに固定される固定部１４ａに、転造ローラ１４ｂが主軸４の中心Ｏと平行な回転中心軸Ｐの回りに回転自在に支持されている。サポート部材１５は、第２の工具支持体５Ｂに固定される固定部１５ａに、揺動部１５ｂが主軸４の中心Ｏと平行な揺動中心軸Ｑの回りに揺動自在に支持され、さらに前記揺動部１５ｂに、上下一対のサポートローラ１５ｃ，１５ｃが主軸４の中心Ｏと平行なローラ支持軸１５ｄにより回転自在に支持されている。サポートローラ１５ｃは、必ずしも主軸４の中心Ｏと平行な軸回りに回転自在でなくてもよく、例えばワークＷと共回りによる回転が自在であってもよい。固定部１５ａに、左右方向に沿いばね部材１５ｅにより主軸側へ付勢された上下一対のサポートピン１５ｆが設けられ、これらサポートピン１５ｆの先端が揺動部１５ｂの背面に当接している。

切削用工具１３による切削加工は、図２に示すように、主軸４に支持されて回転するワークＷに切削用工具１３の刃先を接触させて行う。第１および第２の工具支持体５Ａ，５Ｂのいずれかに支持された切削用工具１３で切削加工してもよく、また第１および第２の工具支持体５Ａ，５Ｂのそれぞれに支持された切削用工具１３により左右両側から同時に切削加工をしてもよい。図２は、左右両側から同時に切削加工をする場合の例を示す。図の例では、ワークＷの外周が段付き形状であり、第１の工具支持体５Ａに支持された切削用工具１３によりワークＷの大径部Ｗａを切削加工し、第２の工具支持体５Ｂに支持された切削用工具１３によりワークＷの小径部Ｗｂを切削加工する。

図３は、転造用工具１４とサポート部材１５とによる転造加工の一例を示す。転造用工具１４が取付けられた第１の工具支持体５Ａを、転造ローラ１４ｂの回転中心軸Ｐと主軸４の中心Ｏとを結ぶ直線Ｌに沿って移動させて、転造ローラ１４ｂをワークＷの外周面に押し当てる。サポート部材１５が取付けられた第２の工具支持体５Ｂを、揺動部１５ｂの揺動中心軸Ｑと主軸４の中心Ｏとを結ぶ直線Ｍに沿って移動させて、サポートローラ１５ｃ，１５ｃをワークＷの外周面における転造用工具１４と反対側に接触させ、転造ローラ１４ｂのワークＷへの押付け力を反対側から支える。サポートローラ１５ｃ，１５ｃのワークＷへの接触箇所は、転造ローラ１４ｂの中心軸Ｐと主軸の中心Ｏとを結ぶ直線Ｌを挟んで両側の箇所、例えば前記直線Ｍから同じ距離とする。図の例では、前記直線Ｌと直線Ｍは一致する。これら直線Ｌ，Ｍは、送り台８の移動方向である左右方向（Ｘ軸方法）に沿っている。

図１において、制御装置２は、コンピュータ式の数値制御装置およびプログラマブルコントローラ等からなり、製品毎に用意される加工プログラム２０と、この加工プログラム２０を実行する演算制御部２１とを有する。演算制御部２１は第１制御部２１Ａおよび第２制御部２１Ｂからなり、第１制御部２１Ａにより、第１の前後進退駆動源９Ａおよび第１の左右進退駆動源１１Ａを制御し、第２制御部２１Ｂにより、第２の前後進退駆動源９Ｂおよび第２の左右進退駆動源１１Ｂを制御する。第１制御部２１Ａおよび第２制御部２１Ｂは、物理的に別に設けられたものあってもよく、また同じコンピュータ上に設けられていて概念上で使い分けられるものであってもよい。

上記加工プログラム２０および演算制御部２１とは別に、または演算制御部２１の一部として、加工プログラム２０が転造加工用である場合に、前記検出手段１２Ａ，１２Ｂの検出値に基づき、前記第２制御部２１Ｂによる第２の左右進退駆動源１１Ｂの制御に規制を与える押付けバランス制御手段２２が設けられている。押付けバランス制御手段２２は、例えば第２制御部２１Ｂの第２の左右進退駆動源１１Ｂを制御するサーボコントローラに設けられていてもよく、また加工プログラム２０で一部が構成されていてもよい。

前記押付けバランス制御手段２２は、具体的には、前記両検出手段１２Ａ，１２Ｂの検出値に基づき、転造用工具１４がワークＷを押す力とサポート部材１５がワークＷを押す力とが設定許容範囲内で均衡するように、第２の左右進退駆動源１１Ｂの出力を制御する。前記設定許容範囲は、試し加工やシミュレーション等の結果により、適宜定めればよい。両検出手段１２Ａ，１２Ｂの検出値に基づき、第１の左右進退駆動源１１Ａの出力を制御してもよく、あるいは両方の左右進退駆動源１１Ａ，１１Ｂの出力を制御してもよい。

加工プログラム２０が切削加工用である場合、加工プログラム２０により命令された切込み量となるように、第１および第２の左右進退駆動源１１Ａ，１１Ｂのいずれか、または両方を制御し、かつ加工プログラム２０により命令された送り量となるように、第１および第２の前後進退駆動源９Ａ，９Ｂのいずれか、または両方を制御し、ワークＷに対して切削加工を行う。

加工プログラム２０が転造加工用である場合、加工プログラム２０により命令された転造寸法となるように、第１の左右進退駆動源１１Ａを制御して、転造用工具１４の左右位置を調整すると共に、第２の左右進退駆動源１１Ｂを制御して、サポート部材１５の左右位置を調整する。このとき、検出手段１２Ａ，１２Ｂの少なくともどちらかの検出値が前記設定許容範囲を超えると、押付けバランス制御手段２２から第２制御部２１Ｂに、検出値が前記設定許容範囲に入るようにサポート部材１５の左右位置を変更する指令が出されて、第２の左右進退駆動源１１Ｂの駆動によりサポート部材１５の左右位置が調整される。すなわち、転造用工具１４の押付け力に対して、サポート部材１５の押付け力が弱すぎるときは、サポート部材１５を主軸４の中心Ｏ側へ進め、弱すぎるときは後退させる。

この構成であると、転造用工具１４がワークＷを押す力とサポート部材１５がワークＷを押す力とのバランスを取りながら、転造加工を行える。そのため、転造用工具１４の押付け力でワークＷの位置や姿勢が変化した状態で転造加工されることが精度良く防止され、より一層高精度に加工することができる。また、両側から転造用工具１４を押付ける場合と異なり、サポート部材１５は転造用加工に直接には関与しないため、転造用工具１４がワークＷを押す力とサポート部材１５がワークＷを押す力とは、ワークＷの位置や姿勢に変化が生じない程度に、ある程度の許容範囲内でバランスが取れていればよい。そのため、簡単な制御で、高精度の転造加工を行える。

図４は、異なる転造加工の方法を示す。この方法は、第２の工具支持体５Ｂに、主軸４の中心Ｏと平行な軸回りに回転自在なチャック１６を取付け、ワークＷの軸方向の内径部の両端を、主軸４のチャック６と第２の工具支持体５Ｂの前記チャック１６とで支持し、第１の工具支持体５Ｂに取付けた転造用工具１４により、ワークＷの外周面に転造加工を行う。この場合、チャック１６が、転造用工具１４の押付け力に対抗してワークＷを支持するサポート部材となる。この方法によっても、前記方法と同様に、転造ローラ１４ｂのワークＷへの押付け力を支えながら、ワークＷの外周面に転造加工を行うことができる。

このように、この工作機械は１台で、第１および第２の工具支持体５Ａ，５Ｂにそれぞれ切削用工具１３を支持させて、これら切削用工具１３によりワークＷを両側から同時に切削する加工と、第１の工具支持体５Ａで転造用工具１４を支持させると共に、第２の工具支持体５Ｂでサポート部材１５を支持させて、転造用工具１４の押付け力に対抗してサポート部材１５（またはチャック１６）によりワークＷを支持した状態で、転造用工具１４によりワークＷの外周面に転造する加工とを行える。そのため、切削加工に比べて転造加工の頻度が少ない場合、転造専用機を準備する必要がなくなり、機械の設備コストを低減できる。

転造用工具１４とサポート部材１５（またはチャック１６）とで転造加工をする際、転造用工具１４の押付け力に対抗してサポート部材１５でワークＷを支持するため、転造用工具１４の押付け力で主軸４が曲がったり、転造用工具１４の押付け力にチャック６のワーク把持力が負けたりすることがなく、軸方向に均一な転造加工を行える。サポート部材１５は直接に転造に関与しないため、転造用工具１４の位置を制御するだけで転造寸法が変わる。そのため、転造寸法の調整が容易である。また、サポート部材１５の位置は厳密に制御しなくてよいので、構成を簡素にできる。

上記実施形態では、主軸４の左右両側に２つの工具支持体５Ａ，５Ｂがそれぞれ配置され、転造用工具１４とサポート部材１５をワークＷに左右両側から押付ける構成であるが、左右両側以外、例えば上下両側から押付ける構成であってもよい。
また、上記実施形態の工作機械本体１は１軸のタレット旋盤であるが、２軸以上の旋盤であってもよい。その場合、少なくとも１つの主軸を挟む両側に２つの工具支持体が配置されており、両工具支持体にそれぞれ支持された切削用工具で、ワークを両側から同時に切削加工できるものとする。また、片方の工具支持体に支持された転造用工具と、他方の項工具支持体に支持されたサポート部材とでワークに転造加工を施すことができるものとする。

１…工作機械本体
２…制御装置
４…主軸
５Ａ…第１の工具支持体
５Ｂ…第２の工具支持体
１３…切削用工具
１４…転造用工具
１５…サポート部材
１１Ａ…第１の左右進退駆動源（第１の進退駆動源）
１１Ｂ…第２の左右進退駆動源（第２の進退駆動源）
１２Ａ，１２Ｂ…検出手段
１５ｃ…サポートローラ
１６…チャック（サポート部材）
Ｗ…ワーク

Claims

ワークを支持して回転する主軸と、この主軸を挟む両側に主軸に対し接近および離反する方向に位置変更可能に設けられ、それぞれが少なくとも１つの切削用工具を支持する第１および第２の工具支持体とを備え、前記第１および第２の工具支持体にそれぞれ支持された両切削用工具を、前記主軸に支持されたワークに接触させて、ワークの両側から同時に切削加工をすることが可能な工作機械であって、
前記第１の工具支持体で、前記切削用工具とは別に、前記主軸の中心と平行な軸回りに回転自在な転造用工具を支持する共に、前記第２の工具支持体で、前記切削用工具とは別に、ワークと共回りによる回転が自在なサポート部材を支持し、前記主軸に支持されて回転するワークの外周面に前記転造用工具を押付け、かつこの転造用工具の押付け力に対抗して前記サポート部材によりワークを支持した状態で、ワークの外周面に転造加工を行うようにした工作機械。
前記第１および第２の工具支持体をそれぞれ主軸に対し接近および離反する方向に進退させる第１および第２の進退駆動源と、これら進退駆動源を数値制御する制御装置とを備え、前記転造用工具とサポート部材とによる転造加工時に前記第１の進退駆動源に作用する負荷、および前記第２の進退駆動源に作用する負荷のそれぞれを検出する検出手段を設け、これら検出手段の検出値に基づき、前記転造用工具がワークを押す力と前記サポート部材がワークを押す力とが設定許容範囲内で均衡するように、前記第１および第２の進退駆動源の少なくともいずれかの進退駆動源の出力を制御する押付けバランス制御手段を前記制御装置に設けた請求項１記載の工作機械。
前記サポート部材はワークの外周面にそれぞれ接触して回転する２つのローラを有し、１つの前記転造用工具をワークの外周面の一方側に接触させ、かつ前記サポート部材の前記２つのローラを、ワーク外周面の他方側における、前記転造用工具と前記主軸の中心とを結ぶ直線を挟んで両側の箇所にそれぞれ接触させて、転造加工を行う請求項１または請求項２記載の工作機械。