JP2021107098A - 旋盤 - Google Patents

Abstract

【課題】清掃のために加工の効率が低下することが無い旋盤を提供する。【解決手段】旋盤は、主軸５０と、前記主軸を搭載し、前記主軸の軸方向に沿って前記主軸とともに移動可能な主軸台６０と、を備え、前記軸方向に沿った前記主軸および前記主軸台の前進と、前進した位置における前記主軸によるワークの把持と、前記ワークを把持した状態の前記主軸および前記主軸台の前記軸方向に沿った後退と、を含む加工サイクルを実行し、さらに、前記加工サイクルにおける移動中の前記主軸台に接触する位置に、切粉Ｇを清掃するための清掃部材を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、旋盤に関する。

旋盤でワークを加工するとワークの切粉が発生する。このような切粉の清掃や除去に関する技術が提案されている。
Ｚ軸方向およびＸ軸方向に移動自在である刃物台に、工具取付部がＴ軸回りに回転自在に支持されているＮＣ加工機において、工具取付部に切粉清掃部材が支持されており、刃物台のＺ軸方向およびＸ軸方向の移動と、工具取付部のＴ軸回りの回転との合成動作により、加工室内の切粉清掃を行う切粉掃除装置が開示されている（特許文献１参照）。

特許第４８２５６４６号

前記文献では、加工作業とは別に清掃作業の時間が必要である。そのため、加工の効率が低下する。

本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、加工の効率に影響を与えずに清掃を行う構成を提供する。

本発明の態様の一つは、旋盤は、主軸と、前記主軸を搭載し、前記主軸の軸方向に沿って前記主軸とともに移動可能な主軸台と、を備え、前記軸方向に沿った前記主軸および前記主軸台の前進と、前進した位置における前記主軸によるワークの把持と、前記ワークを把持した状態の前記主軸および前記主軸台の前記軸方向に沿った後退と、を含む加工サイクルを実行し、さらに、前記加工サイクルにおける移動中の前記主軸台に接触する位置に、切粉を清掃するための清掃部材を有する。

前記構成によれば、旋盤が有する清掃部材は、加工サイクルにおける移動中の主軸台に接触する位置に在る。そのため、加工サイクルにおける主軸台の動きをそのまま利用して主軸台の清掃が行われ、主軸台に付着、堆積した切粉が除去される。従って、清掃のために加工の効率が低下することが無い。

旋盤の構成を簡易的に示す図。 背面主軸、背面主軸台および刃物台を含む構成をＹ軸と平行な向きの視点により示す図。 背面主軸、背面主軸台および刃物台を含む構成をＺ軸と平行な向きの視点により示す図。 背面主軸、背面主軸台および刃物台を含む構成を示す斜視図。 加工サイクルの一部を示すフローチャート。 刃物台の移動処理を示すフローチャート。 背面主軸、背面主軸台および刃物台を含む構成をＹ軸と平行な向きの視点により示し、かつ、前進位置を示す図。 背面主軸、背面主軸台および刃物台を含む構成をＺ軸と平行な向きの視点により示し、かつ、刃物台が清掃位置に在る状態を示す図。

以下、各図を参照しながら本発明の実施形態を説明する。各図は、本実施形態を説明するための例示に過ぎない。また、各図は例示であるため、形状や比率等が互いに整合していなかったり、一部の図示が省略されていたりすることもあるが、そのような不整合や省略は、説明に影響を及ぼさない。

図１は、本実施形態にかかる旋盤１０の構成を簡易的に示している。旋盤１０は工作機械の一種である。旋盤１０は、コンピューターとしてのＮＣ（Numerical Control）装置１１を有するため、これをＮＣ旋盤とも呼ぶ。ＮＣ装置１１が加工プログラムに従って旋盤１０の各部の動作を数値制御することにより、ワークＷに対する加工が実施される。

旋盤１０は、例えば、正面主軸２０、ガイドブッシュ（ＧＢ）４０、ＧＢ支持部３０、背面主軸５０、背面主軸台６０、刃物台７０を含む。
図１の例では、正面主軸２０と背面主軸５０とは軸心が一致する状態で対向しており、それらの軸心をＺ軸と呼ぶ。Ｚ軸方向は水平と解してよい。正面主軸２０、背面主軸５０は各々、Ｚ軸を中心として回転可能である。図では、Ｚ軸の正面主軸２０側をＺ軸マイナス方向とし、背面主軸５０側をＺ軸プラス方向としている。正面主軸２０、背面主軸５０は各々、Ｚ軸に供給される棒状のワークＷを解放可能に把持するコレットを備える。

正面主軸２０よりもＺ軸プラス方向の位置には、ＧＢ支持部３０が設けられている。ＧＢ支持部３０は、旋盤１０の加工室内で固定されている。ＧＢ支持部３０は、Ｚ軸を含んだ範囲にＺ軸方向に貫通する貫通孔を有しており、貫通孔に対応してＧＢ４０が取り付けられている。図１の例では、正面主軸２０からＺ軸プラス方向に突出したワークＷは、ＧＢ支持部３０およびＧＢ４０を貫通してさらにＺ軸プラス方向へ突出している。ＧＢ４０は、自身を貫通するワークＷを、ワークＷが回転可能な状態で周囲から支持する。

ＧＢ４０よりもＺ軸プラス方向の位置に、背面主軸５０および背面主軸５０を搭載する背面主軸台６０が設けられている。背面主軸台６０は、Ｚ軸方向に沿って背面主軸５０とともに移動可能である。言い換えると、背面主軸５０と一体となって移動する構造物を背面主軸台６０と呼ぶ。背面主軸台６０および背面主軸５０のＺ軸マイナス方向への移動を、それらの「前進」と表現し、背面主軸台６０および背面主軸５０のＺ軸プラス方向への移動を、それらの「後退」と表現する。

刃物台７０は、ワークＷの加工に用いられる工具７１を一つ以上支持する。刃物台７０が支持する工具７１の数や種類は特に限られない。刃物台７０は、例えば、Ｘ軸方向とＹ軸方向とのそれぞれに移動可能である。Ｘ軸およびＹ軸はいずれもＺ軸に対して垂直であり、かつ、Ｘ軸とＹ軸とは直交している。Ｘ軸は、重力方向と平行であってもよいし、重力方向に対して傾いていてもよい。Ｘ軸が重力方向と平行であれば、Ｙ軸は水平であり、Ｘ軸が重力方向に対して傾いているのであれば、Ｙ軸は水平方向に対して傾いている。

刃物台７０は、背面主軸５０が把持するワークＷに工具７１を作用させることにより、ワークＷを加工する。図示は省略しているが、旋盤１０は、正面主軸２０が把持するワークＷを、ＧＢ４０よりもＺ軸プラス方向の位置で正面加工する工具を有する刃物台を、刃物台７０とは別に有しているとしてもよい。

上述の構成は一例である。旋盤１０は、背面主軸５０および背面主軸台６０を、Ｚ軸方向に加え、例えば、Ｘ軸方向へ移動させる機構を有していてもよい。また、旋盤１０は、正面主軸２０をＺ軸方向やそれ以外の方向へ移動させる機構を有していてもよい。また、ＧＢ４０およびＧＢ支持部３０は無くてもよい。旋盤１０が有する各部の回転や移動といった各動作は、図示しないモータやボールねじ等の駆動部を用いて実現される。

次に、背面主軸５０、背面主軸台６０および刃物台７０の関係性を例に採り、本実施形態による切粉の清掃について説明する。

図２は、背面主軸５０、背面主軸台６０および刃物台７０を含む構成を、Ｙ軸と平行な向きの視点、つまり図１と同様の視点により示している。
図３は、背面主軸５０、背面主軸台６０および刃物台７０を含む構成を、Ｚ軸マイナス方向を向く視点により示している。
図４は、背面主軸５０、背面主軸台６０および刃物台７０を含む構成を、斜視図により示している。
図２，３，４では、図１よりも各部の形状を詳細に示している。ただし、図２，３，４では、刃物台７０の工具７１については図示を省略している。

図２および図３から判るように、背面主軸台６０は、背面主軸５０よりもＸ軸プラス方向、つまり上方へ延出するカバー６１を有する。カバー６１も背面主軸台６０の一部と見なす。カバー６１は、背面主軸５０や背面主軸台６０の駆動に必要な要素、例えば、モータやボールねじやその他の要素の少なくとも一部を覆ったり収容したりする部材である。カバー６１は、背面主軸台６０のうちの背面主軸５０を収容する筐体６２よりも突出しているため、カバー６１と筐体６２とが形成する角部６３に、ワークＷの切粉Ｇが堆積し易い。

切粉Ｇを清掃するために、刃物台７０には清掃部材７２が取り付けられている。清掃部材７２は、例えば、ブラシであったりワイパであったりする。図３によれば、清掃部材７２は、刃物台７０のＹ軸プラス方向の端部であって角部６３に近い位置に、カバー６１側に突出する向きで取り付けられている。なお、図４においてカバー６１を背面主軸台６０から分離して記載している理由については、後述する。

図５は、ＮＣ装置１１が加工プログラムに従って旋盤１０の各部を数値制御することにより実現する加工サイクルを、フローチャートにより示している。加工サイクルとは、ワークＷから一つの加工品を製造するための一連の動作である。ただし、図５は、加工サイクルのうち、主に背面主軸５０が関わるステップを示しており、加工サイクルの全体を示している訳ではない。

ワークＷに対する正面加工が終了したタイミングあるいは正面加工が終了しそうな所定のタイミングで、背面主軸５０が背面主軸台６０とともに前進する（ステップＳ１００）。背面主軸５０は、所定の「前進位置」まで前進したところで、正面加工が終了したワークＷの先端を把持する（ステップＳ１１０）。ここで言うワークＷの先端とは、当然、ワークＷのＺ軸プラス方向を向く端部である。背面主軸５０がワークＷを把持した状態で、ワークＷに対する突っ切り加工が行われる（ステップＳ１２０）。これにより、背面主軸５０が把持するワークＷが、正面主軸２０が把持するワークＷから切り離される。

突っ切り加工後、背面主軸５０が背面主軸台６０とともに後退する（ステップＳ１３０）。背面主軸５０が所定の後退位置まで後退したところで、背面主軸５０が把持するワークＷに対する加工が行われる（ステップＳ１４０）。ステップＳ１４０の加工を背面加工と呼ぶ。背面加工は、ワークＷへの工具７１の使用および背面主軸５０の回転により実現する。むろん、刃物台７０や背面主軸台６０は、背面加工に必要な移動を適宜行う。背面加工後、加工品が回収される（ステップＳ１５０）。背面加工後のワークＷを加工品と呼ぶ。加工品の回収方法は、特に限定されない。例えば、背面主軸５０が加工品の把持を解除することで加工品が落下して不図示の回収手段により回収される。ステップＳ１５０の後は、次の加工品の製造のためにステップＳ１００へ戻る。

図６は、ＮＣ装置１１が加工プログラムに従った数値制御により実現する刃物台７０の移動処理を、フローチャートにより示している。ＮＣ装置１１は、刃物台７０の移動処理を、図５のフローチャートと並行して実施する。

ステップ２００の実行前の刃物台７０は「非清掃位置」に在る。非清掃位置とは、刃物台７０が背面主軸５０および背面主軸台６０のいずれとも干渉しない位置である。非清掃位置の刃物台７０は、背面主軸５０が上述の前進位置に在る状態であっても、背面主軸５０および背面主軸台６０のいずれとも干渉しない。刃物台７０の非清掃位置を、待機位置等と呼んでもよい。図２，３，４や後述の図７に示す刃物台７０は、いずれも非清掃位置に在る。

刃物台７０は、ステップＳ１２０の突っ切り加工後にステップＳ１３０で背面主軸５０および背面主軸台６０が後退を開始することに応じて、非清掃位置から「清掃位置」へ移動する（ステップＳ２００）。後退の開始に応じて移動する、とは後退の開始直前に移動を開始すること、後退の開始と同時に移動を開始すること、後退の開始後に移動を開始すること、のいずれであってもよい。清掃位置とは、清掃部材７２が背面主軸台６０に接触する位置である。刃物台７０が非清掃位置に在る場合は、当然、清掃部材７２は背面主軸台６０に接触しない。ステップＳ２００における刃物台７０の移動は、Ｙ軸プラス方向への移動である。本実施形態において、部材の干渉とは、移動の妨げとなるような接触を意味する。清掃位置に刃物台７０が在る状態での清掃部材７２の背面主軸台６０への接触は、背面主軸台６０の移動を妨げないため、干渉に該当しない。

刃物台７０は、背面主軸台６０が清掃部材７２の位置を通過した後、「背面加工位置」へ移動する（ステップＳ２１０）。背面加工位置とは、ステップＳ１４０の背面加工を行うための位置である。つまり、背面主軸台６０が清掃部材７２の位置よりもＺ軸プラス方向へ移動したタイミングで清掃部材７２と背面主軸台６０との接触が途切れて清掃部材７２による清掃が終了する。そこで、刃物台７０は背面加工位置へ移動する。

刃物台７０は、ステップＳ１４０の背面加工の終了後、非清掃位置へ移動する（ステップＳ２２０）。この結果、刃物台７０は、ステップＳ１５０，Ｓ１００，Ｓ１１０，Ｓ１２０を経て再びステップＳ１３０が実行されるタイミングで、ステップＳ２００の移動を行うことになる。なお、刃物台７０が背面加工位置に在る状態で、背面主軸５０の前進を開始すると、背面主軸５０や背面主軸台６０が刃物台７０と干渉するおそれがある。

図７は、図２と同様に背面主軸５０、背面主軸台６０および刃物台７０を含む構成を、Ｙ軸と平行な向きの視点により示している。図７は、破線により前進位置Ｐ１を示している点で、図２と異なる。図７の破線は、背面主軸５０および背面主軸台６０のＺ軸マイナス方向における端部の外形を簡易的に示している。つまり、ステップＳ１００の結果、背面主軸５０および背面主軸台６０は、前進位置Ｐ１まで移動する。

カバー６１は、背面主軸台６０の一部であるため、実際には図４のように背面主軸台６０から分離することは無い。しかし、図４においてカバー６１を背面主軸台６０と一体的に記載しようとすると、背面主軸５０や背面主軸台６０によりカバー６１が隠れてしまうため、便宜上、図４ではカバー６１を分離して記載している。図４では、背面主軸５０および背面主軸台６０（ただしカバー６１を除く。）は、前進位置Ｐ１に無いものの、カバー６１は、背面主軸５０および背面主軸台６０が前進位置Ｐ１に在るときを想定した位置に記載されている。また、図４では、前進位置Ｐ１にあるカバー６１に対応させて、上述の角部６３に堆積した切粉Ｇの位置を示している。

図５および図６の説明から解るように、ステップＳ１００の前進により背面主軸５０および背面主軸台６０が前進位置Ｐ１に達した時点では、刃物台７０は、非清掃位置に在る。非清掃位置の刃物台７０は、図４に示すように、カバー６１からＹ軸マイナス方向に離れており、カバー６１と干渉していない。また、図４に示す清掃部材７２も、カバー６１からＹ軸マイナス方向に離れており、カバー６１に接していない。

図８は、図３と同様に背面主軸５０、背面主軸台６０および刃物台７０を含む構成を、Ｚ軸マイナス方向を向く視点により示している。ただし、図８は、刃物台７０が清掃位置に在る点で図３と異なる。ステップＳ２００により、刃物台７０は、図８に示すように清掃部材７２が背面主軸台６０の一部であるカバー６１に接触する清掃位置まで移動する。刃物台７０が清掃位置に在る状態で、背面主軸５０および背面主軸台６０はステップＳ１３０の後退を継続する。従って、背面主軸台６０の角部６３に堆積した切粉Ｇは、背面主軸５０および背面主軸台６０の後退に伴って清掃部材７２によって掃かれ、背面主軸台６０から落下する。これにより、背面主軸台６０から切粉Ｇが除去される。

このように本実施形態によれば、旋盤１０は、主軸と、主軸を搭載し主軸の軸方向に沿って主軸とともに移動可能な主軸台とを備える。例えば、旋盤１０は、背面主軸５０と背面主軸台６０とを備える。そして、旋盤１０は、軸方向に沿った主軸および主軸台の前進と、前進した位置における主軸によるワークＷの把持と、ワークを把持した状態の主軸および主軸台の軸方向に沿った後退と、を含む加工サイクルを実行する。さらに、旋盤１０は、加工サイクルにおける移動中の主軸台に接触する位置に、切粉Ｇを清掃するための清掃部材７２を有する。

前記構成によれば、旋盤１０は、ワークＷの加工サイクルに影響を与えることなく、主軸台の清掃を行うことができる。つまり、加工サイクルにおける主軸台の動きをそのまま利用して、移動中の主軸台に接触する清掃部材７２により主軸台の清掃が行われる。これにより、清掃に起因して、ワークＷの加工効率、具体的には時間あたりのワークＷの製造個数が、低下することが無い。

また、本実施形態によれば、旋盤１０は、ワークＷの加工のための工具７１を支持する刃物台７０を備え、清掃部材７２は刃物台７０に取り付けられている。そして、刃物台７０は、清掃部材７２が主軸台に接触する清掃位置と、清掃部材７２が主軸台に接触しない非清掃位置とへ移動可能であり、加工サイクルの一部期間に清掃位置に在る、としてもよい。
前記構成によれば、旋盤１０は、刃物台７０を移動させることにより、主軸台の移動に合わせて一部期間だけ清掃部材７２を主軸台に接触させることができる。具体的には、前記一部期間は、図５および図６によればワークＷの突っ切り加工後の背面主軸５０および背面主軸台６０の後退期間の一部である。

また、本実施形態によれば、刃物台７０の非清掃位置は、刃物台７０が主軸および主軸台と干渉しない位置である。
前記構成によれば、旋盤１０は、加工サイクルの前記一部期間以外の期間の少なくとも一部において、刃物台７０を非清掃位置に置くことにより、刃物台７０と主軸や主軸台との干渉を回避することができる。

図５および図６では、背面主軸５０および背面主軸台６０が正面主軸２０から離れる方向へ後退する期間に背面主軸台６０を清掃部材７２により清掃する例を説明した。しかしながら、背面主軸台６０に堆積した切粉Ｇを、背面主軸５０および背面主軸台６０が正面主軸２０に近づく方向へ前進する期間に清掃部材７２により清掃することも可能である。ＮＣ装置１１は、例えば、背面主軸５０および背面主軸台６０がステップＳ１００の前進を開始する時点で刃物台７０を非清掃位置から清掃位置へ移動させ、背面主軸５０および背面主軸台６０が前進位置まで前進する過程の一部期間に、清掃部材７２を背面主軸台６０に接触させる。そして、ＮＣ装置１１は、例えば、背面主軸５０および背面主軸台６０が前進位置に到達したタイミングや、到達する直前の所定タイミングで、刃物台７０を清掃位置から非清掃位置に戻すとしてもよい。

これまでは、一体的に移動する主軸および主軸台として、背面主軸５０および背面主軸台６０を挙げ、背面主軸台６０を清掃部材７２により清掃する例を説明した。しかしながら、正面主軸２０が正面主軸２０を搭載するテーブル等の主軸台によりＺ軸のプラスやマイナスの方向へ移動可能であれば、正面主軸２０および当該主軸台の移動を利用して清掃部材で当該主軸台を清掃する実施形態も、把握することができる。

また、加工サイクルにおける移動中の主軸台に接触する位置に清掃部材を有するとは、加工サイクルの一部期間に限って、主軸台に接触可能な位置に清掃部材が在る態様だけでなく、加工サイクルの全期間に亘って、主軸台に接触可能な位置に清掃部材が在る態様を含む。
本実施形態において旋盤１０の各部が実行する各工程を、方法の発明として捉えることも可能である。

なお、図３で示すように、Ｚ軸と平行な方向から見たとき、本実施形態の旋盤１０におけるＸ軸とＺ軸から成る面は地面と平行ではない。つまり、Ｘ軸とＺ軸から成る面は、Ｘ軸プラス方向からＸ軸マイナス方向に向かうにつれ、重力方向に傾斜している。旋盤１０において、Ｘ軸マイナス方向には、旋盤１０の扉や切粉Ｇを回収する切粉回収部（いずれも不図示）が存在する。

旋盤１０のオペレーターは工具７１の交換や、切粉回収部に溜まった切粉Ｇの除去などを行う際、旋盤１０を停止させ、旋盤１０の扉を開け、旋盤１０の内部にアクセスする。Ｘ軸とＺ軸からなる面が傾斜しているため、旋盤１０の内部は、Ｘ軸プラス方向（旋盤１０の奥側）からＸ軸マイナス方向（旋盤１０の扉側）に向かうにつれ、重力方向の位置が低くなる。その結果、旋盤１０のオペレーターが旋盤１０の内部にアクセスする必要があるとき、作業がしやすくなる。反対に、旋盤１０の奥側が扉側よりも重力方向における位置が低くなった場合は、旋盤１０の内部にアクセスするオペレーターの作業性は悪くなる。

Ｘ軸とＺ軸からなる面が傾斜する、つまりＸ軸プラス方向からＸ軸マイナス方向に向かうにつれ、Ｘ軸が重力方向に傾斜する場合、重力によって、切粉は自然とＸ軸マイナス方向に移動する。ただし、カバー６１に堆積した切粉Ｇについては、Ｘ軸マイナス方向に移動しようとしても、背面主軸５０や背面主軸台６０の構造物によって塞き止められてしまう。よって、塞き止められた切粉Ｇを清掃する観点からも本発明は有用である。

１０…旋盤、１１…ＮＣ装置、２０…正面主軸、５０…背面主軸、６０…背面主軸台、６１…カバー、６３…角部、７０…刃物台、７１…工具、７２…清掃部材、Ｐ１…前進位置、Ｗ…ワーク

Claims (3)

1. 主軸と、
   前記主軸を搭載し、前記主軸の軸方向に沿って前記主軸とともに移動可能な主軸台と、を備える旋盤であって、
   前記軸方向に沿った前記主軸および前記主軸台の前進と、前進した位置における前記主軸によるワークの把持と、前記ワークを把持した状態の前記主軸および前記主軸台の前記軸方向に沿った後退と、を含む加工サイクルを実行し、
   さらに、前記加工サイクルにおける移動中の前記主軸台に接触する位置に、切粉を清掃するための清掃部材を有する、ことを特徴とする旋盤。
2. 前記ワークの加工のための工具を支持する刃物台を備え、
   前記清掃部材は前記刃物台に取り付けられており、
   前記刃物台は、前記清掃部材が前記主軸台に接触する清掃位置と、前記清掃部材が前記主軸台に接触しない非清掃位置とへ移動可能であり、前記加工サイクルの一部期間に前記清掃位置に在る、ことを特徴とする請求項１に記載の旋盤。
3. 前記刃物台の前記非清掃位置は、前記刃物台が前記主軸および前記主軸台と干渉しない位置である、ことを特徴とする請求項２に記載の旋盤。

Images