JP2014046374A - 旋盤におけるワークの機内搬送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】主軸軸線を挟んで両側に配置されたタレット刃物台に装着した把持体でワークを径方向に把持して行うワークの機内搬送において、Ｘ軸方向の移動を含む搬送を正確に、かつ径の異なるワークも一律の手順で搬送できるようにする。
【解決手段】両把持体１０、１０でワーク９を把持するときの両刃物台２Ｌ、２Ｒの間隔より狭い間隔となるように両刃物台２Ｌ、２ＲにＸ軸方向の進出指令を与え、その進出途中において把持体１０がワークに当接して停止したときの両刃物台２Ｌ、２Ｒの位置を読み取り、その位置を基準にして移動先における両刃物台２Ｌ、２ＲのＸ軸方向の位置を設定して両刃物台２Ｌ、２ＲをＺ軸方向に同期移動させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、２主軸対向旋盤において両主軸間で偏芯ワークを受渡す際や加工中のワークを偏芯位置で掴み換える際などにおける旋盤機内でのワークの搬送方法に関するもので、特に主軸軸線を挟んで２個のタレット刃物台が設けられている旋盤における上記方法に関するものである。

２主軸対向旋盤における第１工程を行う第１主軸から第２工程を行う第２主軸へのワークの受渡しは、主軸の一方（通常は第２主軸）を他方に向けて進出させてワークの先端を把持した後、前記他方の主軸のチャックを開いて前記一方の主軸を後退させるという動作によって行われている。

ワークが偏芯軸回りに回転させて旋削加工する加工箇所を備えたワーク（偏芯ワーク）であるときは、一方の主軸にワークを把持した状態で把持中心を軸心位置から偏芯位置へと移動可能な特殊なチャックを装着して通常方法でのワークの受け渡し及び偏芯加工を行うことができる。しかし、このような特殊なチャックは、高価であり、対応可能な偏芯量にも制限がある。

Ｘ軸方向の移動を伴うワークの受け渡しは、フィンガなどの把持体を備えたワークホルダを刃物台に装着して行うこともできる。しかしこの場合には、把持体の開閉装置への電気や流体圧の供給構造が複雑になるとか、ワークの把持部分の径に合わせてワークホルダを準備しなければならないなどの問題がある。

この問題を解決する手段として、主軸軸線を挟んで２個のタレット刃物台を備えた旋盤において、両刃物台の工具装着箇所の一箇所に主軸軸線方向のＶ溝ないしＵ溝を備えた把持体を装着し、両刃物台のＸ軸方向の送りモータにトルク制限をかけて主軸に把持されたワークに向けて進出させることにより両把持体でワークを把持し、両刃物台をＸ軸及びＺ軸方向に同期移動させることにより、ワークの機内搬送を行う手段が、特許文献１及び２で提案されている。

すなわち、特許文献１の手段では、ワークを把持するグリツパ部のベースが主軸軸線を挟んで設けられた両刃物台の工具装着箇所の１個所に締着されている。Ｖ溝を備えた把持体は、ベースに摺動可能で回転を阻止されて支承された短軸の先端に固着され、短軸は皿ばねにより常にタレットの放射方向外方に付勢されている。

ワークを把持するとき、両刃物台は、両把持体の間隔を工作物の直径よりも少し小さくするように位置に指令され、ワークに当接したあと停止し、皿ばねのばね力により両側から等しい付勢力にてワークを把持して、工作物の中心を受度し部の位置に保つ、としている。

一方、特許文献２では、主軸軸線を挟んで配置されたタレット刃物台の工具装着箇所の一箇所に、Ｖ溝を備えた把持体を装着して、第１工程の加工が終了したら、Ｘ軸送りモータにトルク制限をかけて、刃物台をワークに向けて対称な位置及び速度で進出させる。刃物台は、把持体がワークに当接して停止する。把持したワークをＸ軸方向に移動するときは、後退側の刃物台のＸ軸送りモータのトルク制限を解除して所定の速度での後退指令を与え、進出側の刃物台のＸ軸送りモータにトルク制限を継続してかけながら、後退側の刃物台に与えた速度指令より早い速度での進出指令が与えられる。この制御により、ワークのＸ軸方向の移動速度が後退側の刃物台の速度によって規定され、ワークの把持力が進出側のＸ軸送りモータのトルク制限値によって規定される状態となり、ワークのＸ軸方向の正確な位置制御とワークの把持力の保証とが実現できる、としている。

なお、刃物台にトルク制限を掛けながら刃物台を進出させて把持体がワークに当接して停止したときの刃物台の実際の位置は、刃物台の進出位置の指令値と停止した位置との差信号である位置偏差を旋盤の制御器に取り込むことにより、正確に検出できる（特許文献３、４参照）。

特開昭５５−１２５９０２号公報 特開２００３−３１１５０４号公報 特開平１１−２１２６１８号公報 特開平１１−２３９９４５号公報

特許文献１記載の発明では、ワークを挟んで対向する２つの把持体の間隔がワークの直径より若干小さくなるように両刃物台に等しいＸ軸方向の進出指令を与えることにより、ワーク中心を把持体の間隔の中心位置に把持してワークを搬送できるとしている。しかし、把持体は、ベースにＸ軸方向に摺動自在に支承された短軸の先端に固定されて、ばねの付勢力によってワーク把持方向に付勢されているので、その摺動部の抵抗に差があったり、皿ばねの付勢力に差があると、ワークの中心は把持体の間隔中心からずれてしまう。特に摺動抵抗は、潤滑油の劣化や環境温度、更には摺動部の汚れなどによって大きく変動するので、一般的な工作機械の運転環境で搬送されるワークの中心を両把持体の中心位置に把持することは、極めて困難である。

一方、特許文献２に記載の発明では、搬送されるワークの中心位置が後退側の刃物台の位置指令によって設定されることになる。従って、その指令値は、把持される部分のワーク直径とＸ軸方向の移動量とに基づいて演算により求める必要があり、径の異なるワークに対して一律の処理で搬送を行うことができない。更に、ワークの把持部分の直径に誤差があると、その誤差が直ちにワーク中心のＸ軸方向の誤差となるので、第１工程でワークの直径を高精度で加工しておかなければＸ軸方向の移動を含む正確なワークの搬送を行うことができないという問題がある。

この発明は、主軸軸線を挟む両側にタレット刃物台を備えている旋盤において、それらの刃物台の工具装着箇所の一箇所に把持体を装着し、上下の把持体でワークを径方向に把持してワークの搬送を行う旋盤におけるワークの機内搬送方法において、上記のような従来方法における問題点を解決して、ワークを偏芯位置で把持するチャックへのワークの受け渡しなど、Ｘ軸方向の移動を含む搬送を正確に、かつ径の異なるワークに対しても一律の手順で行うことができる方法を提供することを課題としている。

この発明は、主軸軸線Ｐを挟む両側に配置されたタレット刃物台２Ｌ、２Ｒを備え、両刃物台２Ｌ、２Ｒの工具装着箇所の一箇所に把持体１０、１０を装着し、ワークの掴み換え、受渡しないしアンロードを行う際に、両刃物台２Ｌ、２Ｒに装着した把持体１０、１０を主軸軸線Ｐを挟んで対向する位置に割出し、Ｘ軸送りモータ７Ｌ、７Ｒにトルク制限をかけて両刃物台を進出させて両把持体１０、１０でワーク９を把持し、両刃物台２Ｌ、２ＲをＺ軸方向及びＸ軸方向に同期移動させる旋盤におけるワークの機内搬送方法において、搬送されるワーク９の径や把持部の断面形状にかかわらず、ワーク９をＸ軸方向に正確に移動させることを可能にしたものである。

この発明では、両把持体１０、１０でワーク９を把持するときの両刃物台２Ｌ、２Ｒの間隔より狭い間隔となるように両刃物台２Ｌ、２ＲにＸ軸方向の進出指令を与え、その進出途中において把持体１０、１０がワーク９に当接して停止したときの両刃物台の実際の位置を読み取り、その読み取った位置を基準にして移動先における両刃物台のＸ軸方向の位置を設定し、両刃物台２Ｌ、２ＲをＺ軸方向に同期移動させることにより、上記課題を解決している。

２主軸を備えた旋盤において、ワークの軸心を中心にして旋削加工を行う第１チャック１Ｌと、ワークを偏芯軸回りに旋削加工するためにワークを偏芯させて把持する生爪を備えた偏芯チャック１Ｒとの間でワークの搬送を行うときは、第１チャック１Ｌで把持したワークの旋削加工が終了した後、偏芯チャック１Ｒの偏芯方向をＸ軸方向に向けると共に２個の把持体１０、１０で第１チャック１Ｌに把持されたワーク９を把持し、当該把持時に把持体１０、１０がワーク９に当接して停止したときの両刃物台２Ｌ、２ＲのＸ座標を基準にして両刃物台２Ｌ、２ＲをＸ軸方向に偏芯チャック１Ｒの偏芯量ｅだけ移動すると共に両刃物台２Ｌ、２ＲのＺ軸方向に同期移動して当該ワークを偏芯チャック１Ｒに搬送する。

また、ワークを偏芯させて把持する生爪を備えた偏芯チャックに把持されたワークの偏芯方向を２方向以上にして旋削加工を行う必要があるワークの場合には、偏芯チャック１Ｒで把持したワークの旋削加工が終了した後、２個の把持体１０、１０でワークを把持して偏芯チャック１Ｒから抜き取り、次に偏芯チャック１Ｒを所定角回動し、把持時に把持体１０、１０がワークに当接して停止したときの両刃物台２Ｌ、２ＲのＸ座標又はＸ及びＹ座標を基準にして両刃物台２Ｌ、２ＲをＸ及びＹ軸方向に前記回動後の偏芯チャック１Ｒの偏芯量及び偏芯方向に移動すると共に両刃物台をＺ軸方向に同期往復移動してワークを偏芯チャック１Ｒに再度把持して次の旋削加工を行う。

この発明により、旋盤が本来備えている構成部材及び制御手段を用いて、旋盤の機内でのＸ軸方向の移動を含むワークの搬送を把持する部分のワークの直径や加工精度の相違、更には当該部分に平面加工が施されている場合などの当該部分のワークの断面形状が非対称である場合にも、ワークの中心軸を基準にして正確に行うことができるという効果がある。なお、把持部におけるワークの断面が中心軸回りに非対称であるワークの場合には、把持体でワークを把持するときの主軸の位相制御（回転角制御）により、当該ワークの断面が主軸軸線を含むＸ軸方向の面に対して対称になるように主軸を位置決めした状態でワークを把持する。

また、主軸軸線を挟む両刃物台が共にＹ軸方向にも位置決め可能な刃物台であれば、中心軸を正確な位置にしてワークを把持可能なことから、主軸軸線と直交する面内の任意の位置にワーク中心を正確に一致させてワークを搬送することが可能となるので、偏芯方向を任意の位相にしたチャックへのワークの搬送が可能であり、加工途中でワークの掴み換えをすることにより、偏芯方向が異なる偏芯旋削面を備えたワークの加工にも対応することができるという効果がある。

対向２主軸間での偏芯ワークの受渡し動作を示す説明図 同一主軸での偏芯ワークの掴み変えを示す正面図

図１は、この発明の方法でＸ軸方向の移動を含むワークの機内搬送受を行うことが可能な２主軸対向旋盤の一例を示した図である。図に示すように、この旋盤は同一軸線（主軸軸線）Ｐ上で対向する２本の主軸を備えており、その対向端にはチャック１Ｌ、１Ｒが装着されている。第１工程の加工を行う第１チャック１Ｌは、ワークの軸心を主軸軸線と一致させてワークを把持する通常のチャックであり、第２工程を行う第２チャック１Ｒは、ワークの軸心を主軸軸線から偏芯させてワークを把持する生爪を備えた偏芯チャックである。そして、第１工程の加工に主として用いられる上タレット刃物台２Ｌと、第２工程の加工に主として用いられる下タレット刃物台２Ｒとは、主軸軸線Ｐを挟んでオペレータから見て前後ないし上下に配置されている。

各刃物台２Ｌ、２Ｒは、旋盤のベッドに設けたＺ軸方向（主軸方向）のガイドに沿って移動するＺ軸送り台３及びこのＺ軸送り台上で工具の切込方向（Ｘ軸方向）に移動するＸ軸送り台４Ｌ、４Ｒを介して装着されている。Ｚ軸送り台３は、Ｚ軸送りモータ５で回転駆動される送りねじ６で駆動され、Ｘ軸送り台４Ｌ、４Ｒは、Ｚ軸送り台３上に搭載したＸ軸送りモータ７Ｌ、７Ｒで回転駆動される送りねじ８によって駆動されている。

一般的なＮＣ工作機械では、各軸の送りモータの回転トルクを制限して、刃物台の送り力を弱い力に設定するいわゆるトルク制限が可能である。このトルク制限は、通常、送りモータに与える最大電流を最大電流設定器１７で制限することによって行われている。

各軸の送りモータを制御するサーボ制御装置１１は、差分検出器１４、補償回路１５及びパワーアンプ１６を備えており、差分検出器１４は、ＮＣ装置１２から与えられる位置指令ａと送りモータ７Ｌ、７Ｒに装着されたパルスエンコーダ１３から与えられる位置フィードバック信号ｂとの差信号（位置偏差）ｃを補償回路１５に与えている。補償回路１５は、位置偏差ｃに基づく速度指令を算出して、速度フィードバック信号との差信号をパワーアンプ１６に与えている。パワーアンプ１６から出力される電流は、最大電流設定器１７の設定値で制限される。

図１には、下刃物台のＸ軸送りモータ７Ｒのサーボ制御系のみが示されているが、上刃物台のＸ軸送りモータ７Ｌ、Ｚ軸送りモータ５及び図示されていない主軸モータも同様に制御されている。差分検出器１４から出力される位置偏差ｃは、位置カウンタ１８の指令値ａと共に刃物台位置検出手段１９に入力され、この両者から刃物台２Ｌ、２Ｒの実際の位置（把持体がワークに当接して刃物台が停止した位置）を検出する。なお、刃物台２Ｌ、２Ｒの実際の位置は、位置偏差を用いないで、パルスエンコーダ１３からの位置フィードバック信号ｂを直接ＮＣ装置に入力して検出することもできる。

図１を参照して、偏芯ワーク９を第１チャック１Ｌから偏芯チャック１Ｒへ受渡す動作を説明する。上下の刃物台２Ｌ、２Ｒには、それぞれの工具装着箇所の一箇所に、主軸軸線方向のＶ溝を備えた把持体１０を装着する。そして、第１工程の加工が終了したら、上下の刃物台２Ｌ、２Ｒは把持体１０を割出し、その把持体がワーク９の把持位置に対向するようにＺ軸送り台３を移動し、Ｘ軸送りモータ７Ｌ、７Ｒにトルク制限をかけて、Ｘ軸送り台４Ｌ、４Ｒをワーク９に向けて進出させる。対向する把持体１０、１０がワーク９に当接すると、刃物台２Ｌ、２Ｒは停止する。このときのワークの把持力は、Ｘ軸送りモータ７Ｌ、７Ｒのトルク制限値によって調整できる。

把持体１０、１０がワーク９に当接して刃物台２Ｌ、２Ｒが停止したとき、ワークを第１チャック１Ｌで把持したままの状態で、上下の刃物台２Ｌ、２ＲのＸ軸方向の位置を刃物台位置検出手段１９で検出する。

次に第１チャック１Ｌを開き、上下の刃物台２Ｌ、２Ｒを同期速度で図の右方に移動して、ワークを第１チャック１Ｌから抜き取り、ワークを偏芯チャック１Ｒ側に搬送する。このとき、上刃物台２Ｌと下刃物台２ＲとはＺ軸方向に同期移動するが、制御上は上刃物台２Ｌは＋方向の移動となり、下刃物台２Ｒは−方向の移動となるので、符号が逆で絶対値が等しい移動指令を上下のＺ軸送りモータ５に与えることになる。このとき、Ｘ軸送りモータ７Ｌ、７Ｒには、トルク制限がかかった状態で、微少量の進出方向の送り指令が与えられている。このトルク制限された進出方向の送り指令により、把持体１０によるワークの把持が保証される。

ワークを偏芯チャック１Ｒに受渡すまでの移動途中で、必要な偏芯量に対応するＸ軸方向の搬送が行われる。このＸ軸方向の搬送は、上下の刃物台２Ｌ、２Ｒのそれぞれについて先に検出したワーク把持時における刃物台２Ｌ、２Ｒの実際のＸ座標を基準にして行われる。すなわち、検出された刃物台２Ｌ、２ＲのＸ座標に所定の、例えば１ｍｍの位置偏差を減じたＸ座標をそれぞれの刃物台に与える指令値とし、その指令値をＸ軸方向の送り量だけ刃物台の一方については後退（Ｘ座標値を増加）させ、他方については同期して前進（Ｘ座標値を減少）させるという動作で行われる。

ワークを受け取る偏芯チャック１Ｒは、第２主軸の回転角制御により、その偏芯方向をＸ軸方向にして停止させる。前記の方法でＸ軸方向に偏芯チャック１Ｒの偏芯量だけＸ軸方向に移動したワークは、上下の刃物台２Ｌ、２ＲのＺ軸方向の同期移動により偏芯チャック１Ｒに挿入されて把持される。その後、両刃物台２Ｌ、２Ｒが後退することにより、ワークの受渡しが完了する。

上記の例では、主軸軸線に直交する面内での偏芯方向の移動はＸ軸方向である。上下の刃物台２Ｌ、２ＲがＹ軸方向（図１の紙面直角方向）にも位置決め可能な刃物台であれば、主軸軸線と直交する面内で任意の位置にワークの中心を偏倚させる搬送が可能である。例えば図２に示すように、上記のようにしてＸ軸方向に軸心を偏倚させて、第１の偏芯円筒面９１の加工を行った後、上下の刃物台の把持体１０、１０でワーク９を把持してＺ軸方向移動によりワークを偏芯チャック１Ｒから抜き取り、次に所望角θ（例えば６０度）だけ第２主軸を回転させ、上下の刃物台２Ｌ、２ＲのＸ軸方向へのｅcosθの移動とＹ軸方向へのｅsinθの移動とにより、ワークの軸心を偏芯チャック１Ｒの把持中心に合せることができる。そして両刃物台のＺ軸方向の復帰移動により、ワーク９を再び偏芯チャック１Ｒに挿入して把持し、その状態で旋削加工を行うことにより、ワークに第１の偏芯円筒面９１と偏芯方向の異なる第２の偏芯円筒面９２の加工を行うことが可能である。

2L,2R タレット刃物台
7L,7R Ｘ軸送りモータ
９ 偏芯ワーク
10 把持体
Ｐ 主軸軸線

Claims (3)

1. 主軸軸線を挟んで設けられた２個のタレット刃物台の工具装着箇所の一箇所に主軸軸線方向のＶないしＵ溝を備えた把持体を装着し、当該２個の把持体を主軸に把持されたワークに向けて対向させ、両刃物台をＸ送りモータにトルク制限をかけて当該ワークに向けて進出させることにより両把持体でワークを把持し、両刃物台をＸ軸及びＺ軸方向に同期移動する旋盤におけるワークの機内搬送方法において、
   把持体がワークに当接して停止したときの両刃物台のＸ座標を基準にして両刃物台のＸ方向の移動を制御することを特徴とする、旋盤におけるワークの機内搬送方法。
2. 主軸軸線上で対向する２主軸を備えた旋盤の両主軸にワーク中心を主軸軸線上にして把持する第１チャックとワークの中心を主軸軸線から偏倚させて把持する偏芯チャックとをそれぞれ装着し、第１チャックで把持したワークの旋削加工が終了した後、偏芯チャックの偏芯方向をＸ軸方向に向けると共に前記２個の把持体で第１チャックに把持されたワークを把持し、当該把持時に把持体がワークに当接して停止したときの両刃物台のＸ座標を基準にして両刃物台をＸ軸方向に偏芯チャックの偏芯量移動すると共に両刃物台のＺ軸方向に同期移動して当該ワークを偏芯チャックに搬送することを特徴とする、請求項１記載の２主軸対向旋盤における偏芯ワークの機内搬送方法。
3. 主軸軸線を挟んでＺ、Ｘ及びＹ軸方向に位置決め可能な２個のタレット刃物台を備えた旋盤の主軸にワークの中心を主軸軸線から偏倚させて把持する偏芯チャックを装着し、当該チャックで把持したワークの旋削加工が終了した後、前記２個の把持体で当該加工が終了したワークを把持し、次に当該チャックを所定角回動し、前記把持時に把持体がワークに当接して停止したときの両刃物台のＸ座標又はＸ及びＹ座標を基準にして両刃物台をＸ及びＹ軸方向に前記回動後の前記チャックの偏芯量及び偏芯方向に移動すると共に両刃物台をＺ軸方向に同期往復移動して当該ワークを前記チャックに再度把持させることを特徴とする、請求項１記載の旋盤における偏芯ワークの機内搬送方法。

Images