JP2014108510A - ワーク加工装置およびワーク加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの主軸に把持された棒状のワークを高精度に加工できるワーク加工装置及び方法を実現する。
【解決手段】固定主軸１と、固定主軸１に対向する移動主軸２と、棒状のワーク２００を外径切削加工する加工工具３０とを有するワーク加工装置１００は、固定主軸１で把持されたワーク２００の先端を、移動主軸２で把持させ、固定主軸１によるワーク２００の把持を解除し、固定主軸１から離れる向きにワーク２００を引き出す引出し手段と、引出されたワーク２００を、固定主軸１と移動主軸２とで把持し、ワーク２００の引き出された部分を外径切削加工する整形手段と、加工されたワーク２００の固定主軸１による把持を解除し、移動主軸２００を固定主軸方向へ移動させ、固定主軸１へ挿入し戻す戻し手段とを備え、戻し手段によって固定主軸１に戻されたワーク２００の外径切削加工部分を固定主軸１で把持し、ワーク２００の製品形状への加工を開始する。
【選択図】図２

Description

本発明は、同一軸線を有し互いに対向して設置される２つの主軸に把持された棒状のワークを加工する加工装置におけるワーク加工装置およびワーク加工方法に関する。

従来より、棒状のワークを加工する加工装置として、同一軸線を有し互いに対向して設置される２つの主軸に把持された棒状のワークを加工するものがある。この加工装置では、各主軸はそれぞれ軸線を貫通する主軸貫通穴を有しており、この主軸貫通穴に棒状のワークを挿入して２つの主軸間でワークを軸線方向に適宜移動させ、２つの主軸によって把持されたワークを加工する（例えば、特許文献１および２参照。）。

特開２０１１−１９４４９０号公報 特開２０１１−２５５４６０号公報

上述の加工装置が加工対象とする棒状のワークは、その径寸法の誤差が比較的大きなものや、また軸線方向に「曲がり」が存在するもの等があり、この場合主軸の軸線とワークの軸線との誤差等が大きく、製品を加工する上で精度が低下する場合があるという問題点があった。

従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、同一軸線を有し互いに対向して設置される２つの主軸に把持された棒状のワークを高精度に加工することができるワーク加工装置およびワーク加工方法を提供することにある。

上記目的を実現するために、本発明においては、
固定設置された固定主軸と、固定主軸に対向し、固定主軸の軸線方向に移動可能に設置された移動主軸と、固定主軸に把持された棒状のワークを加工する加工工具と、を有する加工装置において、
固定主軸により把持されたワークの先端部分を、移動主軸により把持させ、固定主軸によるワークの把持を解除し、移動主軸を固定主軸から離れる向きに移動させてワークを固定主軸から所定の長さ引き出す引出し手段と、
引出し手段によって引出されたワークを、固定主軸と移動主軸とで把持し、ワークの引き出された部分を固定主軸の回転軸線を中心とした外径切削加工する整形手段と、
整形手段によって加工されたワークを、固定主軸による把持を解除し、移動主軸を固定主軸に向けて移動させ、固定主軸へ挿入し戻す戻し手段と、
を備え、
戻し手段によって固定手段に戻されたワークの整形手段によって外径切削加工された部分を固定主軸で把持し、ワークの所定の製品形状への加工を開始する。

上記ワーク加工装置は、固定主軸により把持されたワークの先端部分を、移動主軸が把持できる範囲で、固定主軸の回転軸線を中心とした外径切削加工を行う把持部加工手段が設けられ、
引出し手段が、把持部加工手段によって加工された部分を移動主軸が把持するように構成される。

引出し手段と整形手段とが、連続的に複数回動作し、各回において整形手段で外径切削加工された部分全体に対して外径切削加工を行う全体整形手段が設けられる。

また、本発明によれば、固定設置された固定主軸と、固定主軸に対向し、固定主軸の軸線方向に移動可能に設置された移動主軸と、固定主軸および移動主軸のうちの少なくとも一方に把持された棒状のワークを外径切削加工する加工工具と、を有する加工装置におけるワーク加工方法は、
移動主軸を固定主軸の方向へ向けて所定位置まで移動させ、固定主軸により把持されたワークを移動主軸により把持する第１の把持ステップと、
固定主軸によるワークの把持を解除し、移動主軸を固定主軸から離れる向きに移動させてワークを固定主軸から引き出す引出しステップと、
引出しステップの後、固定主軸と移動主軸とでワークを把持し、ワークの引き出された部分のうち軸線方向に沿った所定長の部分を加工工具により外径切削加工する第１の整形ステップと、
第１の整形ステップの後、固定主軸によるワークの把持を解除し、移動主軸を固定主軸へ近づく向きに移動させてワークを固定主軸へ挿入し戻す戻しステップと、
戻しステップの後、ワークの第１の整形ステップにおいて外径切削加工された部分を固定主軸で把持する第２の把持ステップと、を備える。

ワーク加工方法は、第２の把持ステップと製品加工ステップとの間に、移動主軸によるワークの把持を解除し、移動主軸を固定主軸から離れる向きに移動させる退避ステップをさらに備えてもよい。

ワーク加工方法は、第１の把持ステップの前に、固定主軸により把持されたワークのうち軸線方向に沿った所定長の部分を加工工具により外径切削加工する第２の整形ステップをさらに備え、ここで、第１の把持ステップでは、ワークの第２の整形ステップにおいて外径切削加工された部分を移動主軸により把持するようにしてもよい。

ワーク加工方法に上述の第２の整形ステップをさらに設けた場合、製品加工ステップでは、前記第１の整形ステップにおいて外径切削加工された部分が固定主軸で把持されかつ前記第２の整形ステップにおいて外径切削加工された部分が移動主軸で把持されたワークに対して、所望の製品加工が行われる。

また、加工方法は、第１の把持ステップ、引出しステップおよび第１の整形ステップの一連の処理を少なくとも２回実行した後に、固定主軸と移動主軸とで把持されたワークに対し、第１の整形ステップにおいて外径切削加工された部分全てにわたって加工工具により外径切削加工する第３の整形ステップをさらに備え、第３の整形ステップの後、戻しステップを実行するようにしてもよい。

本発明によれば、同一軸線を有し互いに対向して設置される２つの主軸に把持された棒状のワークを高精度に加工するワーク加工装置およびワーク加工方法を実現することができる。本発明によれば、棒状のワークの先端を移動主軸である背面主軸で把持して引き出して引き出されたワーク部分を外径切削加工して整形した後、再びワークを固定主軸である正面主軸に挿入し戻して、正面主軸にワークの整形済みの部分を把持させるので、正面主軸の軸線とワークの軸線とが一致した状態で正面主軸はワークを把持することができ、したがってワークを高精度に製品加工することができる。例えば、「曲がり」や外径誤差が比較的大きい棒状のワークであっても、正面主軸はワークを安定して把持することができ、ワークに対する製品加工を高精度に実行することができる。また正面主軸において、ワークの背面主軸が把持する部分を整形処理を施した後に、背面主軸がワークを把持して引き出す構成とすることによって、背面主軸によるワークの把持を確実に行うことが可能となる。

本発明の第１および第２の実施例による加工装置の概略的な構造を示す図である。 本発明の第１の実施例による加工装置におけるワーク加工方法の加工工程を説明する図（その１）である。 本発明の第１の実施例による加工装置におけるワーク加工方法の加工工程を説明する図（その２）である。 本発明の第２の実施例による加工装置におけるワーク加工方法の加工工程を説明する図（その１）である。 本発明の第２の実施例による加工装置におけるワーク加工方法の加工工程を説明する図（その２）である。 本発明の第２の実施例による加工装置におけるワーク加工方法の加工工程を説明する図（その３）である。

図１は、本発明の第１および第２の実施例による加工装置の概略的な構造を示す図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。

加工装置１００において、正面主軸１および背面主軸２は、正面主軸１の軸線と背面主軸２の軸線とが一致するように、互いに対向して設けられる。以下、図１において、正面主軸１および背面主軸２の軸線方向を「Ｚ軸方向」として表し、軸線方向（Ｚ軸方向）に直交する方向を「Ｘ軸方向」として表す。

正面主軸１は、加工装置１００内の図示しないベッド側に固定設置された固定主軸である。一方、背面主軸２は、前記ベッド上に、Ｚ軸方向に移動可能に設置された移動主軸である。なお、背面主軸２の移動機構（図示せず）自体は本発明を限定するものではなく、例えば公知のものを用いればよい。

両主軸１および２は、それぞれ主軸モータ（図示せず）によって回転駆動される。各正面主軸１および２の先端にはチャックスリーブ１１および２１内に収容されてコレットチャック１２および２２が設けられている。両コレットチャック１２および２２は、チャックスリーブ１１および２１を主軸１および２の先端方向にスライドさせると、チャックスリーブ１１および２１のテーパ面がコレットチャック１２および２２のテーパ面を押圧して閉じ、チャックスリーブ１１および２１を主軸１および２の基端部方向にスライドさせると、テーパ面同士の押圧が解除されて開く。各主軸１および２は開状態のコレットチャック１２および２２にワークを挿入し、コレットチャック１２および２２を閉じることによってワークを把持することができる。なお、チャックスリーブ１１のスライド駆動機構（図示せず）自体は本発明を限定するものではなく、例えば公知のものを用いればよい。

正面主軸１に対応して、加工工具として外径切削バイト３０が設けられる。正面主軸１に設けられる外径切削バイト３０は、前記ベッド上に前記Ｚ軸方向およびＸ軸方向に移動自在に支持されている。正面主軸１には、正面主軸１の基端部側から長尺の棒状のワーク（棒材）２００が供給される。ワーク２００を正面主軸１の先端から所定の長さ突出させ、正面主軸１のコレットチャック１２を閉じてワーク２００を把持し、正面主軸１を主軸モータにより回転させることでワーク２００を回転させ、外径切削バイト３０をワーク２００へ向けてＸ軸方向に移動させてワーク２００を切り込み、外径切削バイト３０をＺ軸方向に移動させることによって、ワーク２００の外径切削加工を行うことができる。背面主軸２は、Ｚ軸方向に移動することによって、正面主軸１に把持されたワーク２００の先端部分をコレットチャック２２内に挿入し、コレットチャック２２を閉じ、ワーク２００を把持することができる。ワーク２００について加工済み部分を突っ切りバイトにて突っ切ることによって、加工済みのワーク２００を正面主軸１から背面主軸２へ持ち替えることができる。

次に、本発明の第１の実施例による加工装置におけるワーク加工方法の加工工程について説明する。図２および図３は、本発明の第１の実施例による加工装置におけるワーク加工方法の加工工程を説明する図である。

まず、図２（ａ）に示すように、正面主軸１の先端からワーク２００を所定長さだけ突出させ、正面主軸１でワーク２００を把持する。

次いで、図２（ｂ）に示すように、ワーク２００の先端部分の背面主軸２で把持可能な範囲を外径切削加工する。これにより加工された部分は、正面主軸１の軸線を中心とした円形断面形状に整形される。図２および図３において、図２（ｂ）の段階で外径切削加工により整形されたワーク２００の部分を薄い点々のハッチングで示す。

次いで、図２（ｃ）に示すように、コレットチャック２２を開いた状態の背面主軸２を、ワーク２００（正面主軸１）へ向けて、ワーク２００の外径切削加工された部分が背面主軸２内に挿入される位置まで移動させ、その後、背面主軸２のコレットチャック２２を閉じてワーク２００の当該外径切削加工された部分を背面主軸２で把持する。正面主軸１および背面主軸２は互いの軸線が一致するように設けられるので、図２（ｃ）の段階においては、背面主軸２は、背面主軸２の軸線とワーク２００の当該外径切削加工された部分の軸線とが一致した状態で、ワーク２００を把持することができる。

次いで、図２（ｄ）に示すように、正面主軸１のコレットチャック１２を開いて正面主軸１によるワーク２００の把持を解除し、背面主軸２を正面主軸１から離れる向きに移動させてワーク２００を正面主軸１から引き出す。その後、正面主軸１のコレットチャック１２を閉じて正面主軸１でワーク２００を把持する。これにより、ワーク２００が正面主軸１と背面主軸２とで把持されることになる。ワーク２００は、ワークの加工に必要な長さ分引き出される。

次いで、図３（ａ）に示すように、両主軸１および２をそれぞれの主軸モータにより回転させることでワーク２００を回転させ、外径切削バイト３０により、ワーク２００の引き出された部分を外径切削加工する。これにより加工された部分は、正面主軸１の軸線を中心とした円形断面形状に整形される。図３において、図３（ａ）の段階で外径切削加工により整形されたワーク２００の部分を濃い点々のハッチングで示す。

次いで、図３（ｂ）に示すように、正面主軸１のコレットチャック１２を開いて正面主軸１によるワーク２００の把持を解除し、背面主軸２を正面主軸１へ近づく向きに移動させて、ワーク２００のうち図３（ａ）の段階で外径切削加工された部分が正面主軸１内に挿入されるまで、ワーク２００を正面主軸１へ挿入し戻す。その後、正面主軸１のコレットチャック１２を閉じてワーク２００のうち図３（ａ）の段階で外径切削加工された部分を正面主軸１で把持する。これにより、正面主軸１の軸線とワーク２００の当該外径切削加工された部分の軸線とが一致した状態で正面主軸１によりワーク２００が把持される。

図３（ｂ）の段階の後、ワーク２００に対して必要な製品加工が行われる。例えば、図３（ｃ）に示すように、背面主軸２のコレットチャック２２を開いて背面主軸２によるワーク２００の把持を解除し、ワーク２００を正面主軸１のみで把持して加工を行うことができる。またワーク２００を正面主軸１のみで把持して先端部分を製品加工した後、図３（ｄ）に示すように、加工済みの先端部分を背面主軸２で把持し、正面主軸１と背面主軸２とでワーク２００を把持して加工を行うことができる。正面主軸１はワーク２００の前記のように整形された部分を把持するため、正面主軸１の軸線とワーク２００の製品加工される部分の軸線とが一致した状態で、ワーク２００を高精度に製品加工することができる。なお、図２（ｂ）および図３（ａ）の段階における外径切削加工は、正面主軸１が、外径切削加工により整形される前のワーク２００を把持した状態で行っており、各々の加工面の間には僅かに誤差が発生することが考えられる。ただし図３（ｃ）の段階における製品加工では、図３（ａ）の段階で外径切削加工により整形されたワーク２００の部分（図中、濃い点々のハッチングで示されるワーク部分）を正面主軸１により把持した状態で、図２（ｂ）の段階で外径切削加工により整形されたワーク２００の部分（図中、薄い点々のハッチングで示されるワーク部分）を含めて製品加工を行うので、高精度な製品加工を行うことができる。なお図２（ｂ）の段階における外径切削加工は、ワーク２００に対して図３（ｃ）の段階の製品加工を行うことができる程度の外径は少なくとも残るように実行する必要がある。

上述の加工により、「曲がり」が比較的大きい等の精度が比較的低い材料であっても、移動主軸２で確実に把持することが可能となり、移動主軸２によってワークを引き出し、高精度で製品加工を行うことが可能となる。

なお、棒状のワークの「曲がり」が背面主軸により把持できる程度のものであれば、第１の実施例の変形例として、図２（ｂ）の段階における外径切削加工による整形処理を省略した形態で実現してもよい。この場合、図２（ｂ）の段階における外径切削加工による整形処理を省略しないものに比べて精度が若干落ちる可能性があるが、高速に製品加工をすることができる。

図４〜図６は、本発明の第２の実施例による加工装置におけるワーク加工方法の加工工程を説明する図である。第２の実施例は、上述した第１の実施例における「背面主軸２によるワーク２００の引出し処理」およびそれに続く「外径切削加工による整形処理」の一連の処理を少なくとも２回実行するものであり、例えば背面主軸２が移動できる距離が短い場合や、ワーク２００の引き出す長さが比較的長い場合などに有効である。ここでは、一例として、「引出し処理」およびこれに続く「整形処理」を２回実行する場合について説明する。

図４（ａ）〜図４（ｄ）および図５（ａ）の工程は、前述の図２（ａ）〜図２（ｄ）および図３（ａ）と同様であり詳細な説明は割愛する。

図５（ａ）に示す工程に次いで、図５（ｂ）に示すように、正面主軸１のコレットチャック１２を開いて正面主軸１によるワーク２００の把持を解除し、背面主軸２を正面主軸１から離れる向きに再び移動させてワーク２００を正面主軸１からさらに引き出す。その後、正面主軸１のコレットチャック１２を閉じて正面主軸１でワーク２００を把持する。

次いで、図５（ｃ）に示すように、背面主軸２によるワーク２の把持を解除し、コレットチャック２２を開いた状態の背面主軸２を、ワーク２００の図５（ａ）の段階において外径切削加工された部分が背面主軸２内に挿入されるまで正面主軸１へ向けて移動させ、その後、背面主軸２のコレットチャック２２を閉じてワーク２００の当該外径切削加工された部分を背面主軸２で把持する。

これにより、ワーク２００が正面主軸１と背面主軸２とで把持され、図５（ｄ）に示すように、正面主軸１および背面主軸２をそれぞれの主軸モータにより回転させることでワーク２００を回転させ、外径切削バイト３０によって、ワーク２００の引き出された部分を外径切削加工し、ワーク２００の整形を行う。図５および図６において、図５（ｄ）の段階で外径切削加工により整形されたワーク２００の部分を薄い点々のハッチングで示す。

次いで、図６（ａ）に示すように、背面主軸２によるワーク２の把持を解除し、コレットチャック２２を開いた状態の背面主軸２を、ワーク２００の図４（ｂ）の段階において外径切削加工された部分が背面主軸２内に挿入されるまで、正面主軸１から離れる向きに移動させ、その後、背面主軸２のコレットチャック２２を閉じてワーク２００の当該外径切削加工された部分を背面主軸２で把持する。

これにより、ワーク２００が正面主軸１と背面主軸２とで把持され、次いで、図６（ｂ）に示すように、正面主軸１および背面主軸２をそれぞれの主軸モータにより回転させることでワーク２００を回転させ、外径切削バイト３０によって、ワーク２００の図５（ａ）の段階において整形された部分と図５（ｄ）の段階において整形された部分とを全体にわたって軸線方向に沿って連続的に外径切削加工をし、ワーク２００の整形を行う。 図５（ａ）の段階における外径切削加工および図５（ｄ）の段階における外径切削加工による各々の加工面の間には僅かに誤差が発生することが考えられるが、このような２つの部分にわたる連続的な外径切削加工により、ワーク２００のこれら２つの部分の範囲内については、同一の軸線および外径に加工される。図６において、図６（ｂ）の段階で外径切削加工により整形されたワーク２００の部分を濃い点々のハッチングで示す。

その後、図６（ｃ）に示すように、図３（ｂ）と同様に、ワーク２００のうち図６（ｂ）の段階で外径切削加工された部分が正面主軸１内に挿入されるまで、ワーク２００を正面主軸１へ挿入し戻す。その後、図６（ｃ）の段階の後、ワーク２００に対して所望の製品加工が行われる。製品加工の例としては、図３（ｃ）および図３（ｄ）を参照して説明した第１の実施例の場合と同様であるので、説明は省略する。

本発明は、同一軸線を有し互いに対向して設置される２つの主軸に把持された棒状のワークを加工する加工装置におけるワーク加工方法に適用することができる。

１ 正面主軸
２ 背面主軸
１１、２１ チャックスリーブ
１２、２２ コレットチャック
３０ 外径切削バイト
１００ 加工装置

Claims (8)

1. 固定設置された固定主軸と、前記固定主軸に対向し、前記固定主軸の軸線方向に移動可能に設置された移動主軸と、前記固定主軸に把持された棒状のワークを加工する加工工具と、を有するワーク加工装置において、
   前記固定主軸により把持されたワークの先端部分を、前記移動主軸により把持させ、前記固定主軸による前記ワークの把持を解除し、前記移動主軸を前記固定主軸から離れる向きに移動させて前記ワークを前記固定主軸から所定の長さ引き出す引出し手段と、
   前記引出し手段によって引出された前記ワークを、前記固定主軸と前記移動主軸とで把持し、前記ワークの引き出された部分を前記固定主軸の回転軸線を中心とした外径切削加工する整形手段と、
   前記整形手段によって加工されたワークを、前記固定主軸による把持を解除し、前記移動主軸を前記固定主軸に向けて移動させ、前記固定主軸へ挿入し戻す戻し手段と、
   を備え、
   前記戻し手段によって前記固定主軸に戻された前記ワークの前記整形手段によって外径切削加工された部分を前記固定主軸で把持し、前記ワークの所定の製品形状への加工を開始する、
   ことを特徴とするワーク加工装置。
2. 前記固定主軸により把持された前記ワークの先端部分を、前記移動主軸が把持できる範囲で、前記固定主軸の回転軸線を中心とした外径切削加工を行う把持部加工手段が設けられ、
   前記引出し手段が、前記把持部加工手段によって加工された部分を前記移動主軸が把持するように構成される請求項１に記載のワーク加工装置。
3. 前記引出し手段と前記整形手段とが、連続的に複数回動作し、各回において前記整形手段で前記外径切削加工された部分全体に対して前記外径切削加工を行う全体整形手段が設けられる請求項１または２に記載のワーク加工装置。
4. 固定設置された固定主軸と、前記固定主軸に対向し、前記固定主軸の軸線方向に移動可能に設置された移動主軸と、前記固定主軸および前記移動主軸のうちの少なくとも一方に把持された棒状のワークを外径切削加工する加工工具と、を有する加工装置におけるワーク加工方法であって、
   前記移動主軸を前記固定主軸の方向へ向けて所定位置まで移動させ、前記固定主軸により把持されたワークを前記移動主軸により把持する第１の把持ステップと、
   前記固定主軸による前記ワークの把持を解除し、前記移動主軸を前記固定主軸から離れる向きに移動させて前記ワークを前記固定主軸から引き出す引出しステップと、
   前記引出しステップの後、前記固定主軸と前記移動主軸とで前記ワークを把持し、前記ワークの引き出された部分のうち前記軸線方向に沿った所定長の部分を前記加工工具により外径切削加工する第１の整形ステップと、
   前記第１の整形ステップの後、前記固定主軸による前記ワークの把持を解除し、前記移動主軸を前記固定主軸へ近づく向きに移動させて前記ワークを前記固定主軸へ挿入し戻す戻しステップと、
   前記戻しステップの後、前記ワークの前記第１の整形ステップにおいて外径切削加工された部分を前記固定主軸で把持する第２の把持ステップと、
   を備えることを特徴とするワーク加工方法。
5. 前記第２の把持ステップと前記製品加工ステップとの間に、前記移動主軸による前記ワークの把持を解除し、前記移動主軸を前記固定主軸から離れる向きに移動させる退避ステップをさらに備える請求項４に記載のワーク加工方法。
6. 前記第１の把持ステップの前に、前記固定主軸により把持された前記ワークのうち前記軸線方向に沿った所定長の部分を前記加工工具により外径切削加工する第２の整形ステップをさらに備え、
   前記第１の把持ステップでは、前記ワークの前記第２の整形ステップにおいて外径切削加工された部分を前記移動主軸により把持する請求項４または５に記載のワーク加工方法。
7. 前記製品加工ステップでは、前記第１の整形ステップにおいて外径切削加工された部分が前記固定主軸で把持されかつ前記第２の整形ステップにおいて外径切削加工された部分が前記移動主軸で把持されたワークに対して、所望の製品加工が行われる請求項６に記載のワーク加工方法。
8. 前記第１の把持ステップ、前記引出しステップおよび前記第１の整形ステップの一連の処理を少なくとも２回実行した後に、前記固定主軸と前記移動主軸とで把持されたワークに対し、前記第１の整形ステップにおいて外径切削加工された部分全てにわたって前記加工工具により外径切削加工する第３の整形ステップをさらに備え、
   前記第３の整形ステップの後、前記戻しステップを実行する請求項４〜７のいずれか一項に記載のワーク加工方法。

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