JP2023125990A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの両側加工をするサイクルタイムを短縮し、ワークの両側加工を効率化できる工作機械を得る。【解決手段】工作機械１０は、ワークＷを固定するワーク固定装置２１と、上側主軸ヘッド１４と、下側主軸ヘッド５１とを備えている。上側主軸ヘッド１４は、ワーク固定装置２１に固定されたワークＷに対してその上側から接離可能に設けられている。下側主軸ヘッド５１は、ワークＷを挟んで上側主軸ヘッド１４と反対側で、ワーク固定装置２１に固定されたワークＷに対してその下側から接離可能に設けられている。各主軸ヘッド１４，５１には上側工具Ｔ１及び下側工具Ｔ２がそれぞれ装着されており、ワークＷを表裏両側から加工することが可能となっている。【選択図】 図１

Description

本発明は工作機械に関する。

例えばフライス盤、ＮＣフライス盤、マシニングセンタ等、固定されたワークを回転する工具で加工する工作機械が一般に知られている。この工作機械を用いて、例えば表裏両側加工などワークの一方側とその反対側との両側加工をする場合は、従来、次のように行われてきた。

所定の割り出し角度でワークを固定するインデックス装置を対向配置し、ワークの両端部をそれぞれインデックス装置で保持することで、ワークを反転可能とする（例えば特許文献１参照）。これによれば、ワークの一方側を加工した後、当該ワークを反転させて他方側を工具と相対向させることでワークの他方側が加工可能となる。

また、水平方向に対向する２つの主軸台が設けられた工作機械も知られている（例えば特許文献２参照）。この工作機械では、一方の主軸台のチャック装置でワークを保持して当該ワークの一方側を加工した後、ワーク受渡し機構によってワークが他方の主軸台に受け渡される。これによりワークが反転され、未だ加工されていないワークの他方側が加工空間に露出するため、当該他方側が加工可能となる。

特許第６５５１８５４号公報 特開平６－１３４６０１号公報

しかしながら、インデックス装置でワークの両側を保持する前者の構成では、ワークの一方側を加工した後、他方側を加工する前にワークの反転動作を行う必要がある。また、２つの対向主軸台が設けられた後者の構成でも、ワークの一方側を加工した後、他方側を加工する前に、ワークを反転させるための受渡し動作を行う必要がある。これら反転動作や受渡し動作が行われる間、ワークに対する加工を行うことができない。そのため、ワークの両側加工をするサイクルタイムが増加することが懸念されていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ワークの両側加工をするサイクルタイムを短縮し、ワークの両側加工を効率化できる工作機械を得ることを目的とする。

上記課題を解決すべく、第１の発明の工作機械では、
ワークを固定するワーク固定装置と、
前記ワーク固定装置に固定された前記ワークの表側に対して接離可能な第１主軸部と、
前記第１主軸部の接離方向において前記第１主軸部と前記ワークを挟んだ反対側に設けられ、前記ワーク固定装置に固定された前記ワークの裏側に対して前記第１主軸部の接離方向に沿って接離可能な第２主軸部と、
を備え、
前記第１主軸部及び前記第２主軸部には、前記ワークへの接離方向と平行な軸線を中心に回転して前記ワークを加工する工具がそれぞれ装着され、前記ワークをその表裏両側から加工可能としたことを特徴とする。

第２の発明の工作機械では、
前記接離方向は鉛直方向であり、
前記第１主軸部は前記ワークの上方に設けられ、
前記第２主軸部は前記ワークの下方に設けられていることを特徴とする。

第３の発明の工作機械では、
前記第２主軸部を鉛直方向に昇降させる昇降機構を備え、
前記昇降機構は、
水平方向に移動可能なくさび下部体と、
前記くさび下部体の傾斜上面と合わさる傾斜下面を有し、鉛直方向へ移動可能であって、前記第２主軸部が設けられるくさび上部体と、
前記くさび上部体及び第２主軸部の一体的な昇降を案内するガイド機構と、
を備えており、
前記ガイド機構は、
鉛直方向に立設された縦柱に設けられたガイドレールと、
前記くさび上部体及び前記第２主軸部の少なくとも一方に設けられ、前記ガイドレールに沿って移動可能なスライダと、
を備えていることを特徴とする。

第４の発明の工作機械では、
前記くさび上部体及び前記第２主軸部の少なくとも一方には、水平方向の両脇にそれぞれ張り出す張出し部がそれぞれ設けられており、
前記スライダは前記張出し部のそれぞれに設けられ、
前記ガイドレールは、前記張出し部のそれぞれと相対向するように設けられた一対の前記縦柱に設けられていることを特徴とする。

第５の発明の工作機械では、前記ガイド機構は、前記張出し部の張出し方向からみた場合に、前記第２主軸部の回転中心軸線と略重なって設けられていることを特徴とする。

第６の発明の工作機械では、前記一対の縦柱同士の間に架け渡される横行部材が設けられていることを特徴とする。

第７の発明の工作機械では、
前記第１主軸部又は前記第２主軸部の少なくとも一方に装着される工具は、複数の工具から選択されるものであり、
前記複数の工具には、前記ワーク固定装置によって前記ワークが固定される前に当該ワークの芯出しをする芯出し工具が含まれており、
前記芯出し工具は、芯出し用の基準孔を備えたワークを芯出し対象とし、
前記基準孔は、前記芯出し工具と相対向する側の開口縁に形成されたテーパ部とその奥のストレート部とを有しており、
前記芯出し工具は、前記テーパ部に当接して芯出しする当接面を有していることを特徴とする。

第８の発明の工作機械では、前記当接面は、球面状に形成されていることを特徴とする。

第１の発明によれば、固定されたワークを挟んでその表裏両側に第１主軸部と第２主軸部とが設けられ、それぞれに装着された工具を用い、ワークを反転させることなくワークの表裏両側を加工できる。これによれば、ワークを反転させる動作が不要となり、その分、ワークの表裏両側を加工するサイクルタイムを短縮し、ワークの表裏両側加工を効率化できる。

第２の発明によれば、上方からワークを加工する既存の工作機械に設けられた主軸部を第１主軸部として利用すれば、それにワーク固定装置と第２主軸部を設けた下部装置を設置することで、ワークの上下両側を加工できる工作機械が得られる。水平方向に対向する２つの主軸台とワーク受渡し装置を有する既存の工作機械は比較的高額であり、その導入には相当なコスト増加が必要となる。これに対し、２つの主軸部のうち一方の主軸部として既存の工作機械を利用することにより、ワークの上下両側加工が可能な工作機械の導入コストを低減できる。

第３の発明によれば、第２主軸部に装着された工具を用いてワークを加工する際に、切削抵抗によって生じるモーメントが第２主軸部に作用しても、そのモーメントは、第２主軸部の昇降をガイドするガイド機構によって受け止められる。これにより、モーメントによって工具回転軸線がずれたり、びびり振動が生じたりすることを抑制できる。

第４の発明によれば、第２主軸部の昇降をガイドするガイド機構が、第２主軸を中心として張出し部の張出し方向の両側に設けられている。そのため、切削抵抗によってその張出し方向に生じる曲げモーメントは、この両側のガイド機構によって安定して受け止められ、工具回転軸線のずれやびびり振動をより一層抑制できる。

第５の発明によれば、張出し方向からみた場合に、ガイド機構が第２主軸部の工具回転軸線とほぼ重なる位置に設けられているため、切削抵抗によって生じる力を受け止めるガイド位置と工具回転軸線とのズレがほとんどなくなる。これにより、切削抵抗によって生じるモーメントによってガイド機構にかかる力が低減され、工具回転軸線にずれが生じたり、びびり振動が生じたりすることを抑制できる。

第６の発明によれば、一対の縦柱同士の間が横行部材によって掛け渡されているため、両縦柱と横行部材とによって門型構造が形成され、案内レールが設けられた一対の縦柱の剛性が高められる。これにより、切削抵抗によって張出し部の張出し方向に生じるモーメントがより安定的に受け止められ、工具回転軸線のずれやびびり振動をさらに抑制できる。

第７の発明によれば、芯出し工具の当接面を基準孔の内面に形成されたテーパ部に当接させることでワークの芯出しが行われる。従前、円錐台状をなす当接部を備えた芯出し工具の場合、開口縁部やテーパ部とストレート部との境となる角部に当接部を当接させて芯出しを行っていたが、その場合、開口縁部や角部にバリが存在していると、そのバリによって芯出しが不十分となることがあった。それに対してこの発明によれば、当接面を基準孔の開口縁部や前記角部ではなくテーパ部（テーパ面）に当接させるため、開口縁部や前記角部にバリが存在していたとしても、芯出しにおけるバリの影響を少なくすることができる。

第８の発明によれば、芯出し工具の当接面が球状に形成されているため、当接面が基準孔のテーパ部に当接した当初は点接触であり、その後さらに芯出し工具を押し付けることにより、球状の当接面は周方向に沿った線接触でテーパ部と当接することになる。これにより、ワークの芯出しを確実に行える。

工作機械を示す正面図。 工作機械を示す側面図。 裏側加工装置を示す側面図。 下部移動体を示す上面図。 裏側加工装置の昇降動作を説明する説明図。 芯出し工具を示す側面図。 芯出し工具のＡ部を拡大して示す一部拡大図。 芯出し工具を用いたワークの位置決め動作を説明する説明図。 ワークの表裏両側加工を説明する説明図。 裏側加工装置の別例を示す正面図。 芯出し工具の別例を示す斜視図。

以下、本発明を具体化した一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、ここでの説明において用語として使用する「左右」とは図１に示す状態を基準とし、「前」とは図２に示す状態を基準にその左側を意味し、「後」とは同じく図２に示す状態を基準にその右側を意味する。

図１及び図２に示すように、本実施形態の工作機械１０は、立型のマシニングセンタを用いてこれに各種構成を追加することによって組み立てられている。マシニングセンタは、固定されたワークＷに対し、回転する切削工具等を用いてフライス、孔開け、中ぐり、ねじ切り、座ぐり等の加工を行う数値制御工作機械である。数値制御の指令によって工具を自動的に交換することもできる。なお、工具には、切削工具の他、芯出し用の工具、基準位置測定ツール等がある。

このようにマシニングセンタが用いられているため、工作機械１０は、マシニングセンタが有するベース１１、コラム１２、第１可動テーブル１３、工具が装着される上側主軸ヘッド１４、自動工具交換装置１５（ＡＴＣ）、制御装置１６を備えている。

第１可動テーブル１３はベース１１上においてＸ軸及びＹ軸に移動可能に設けられ、その上にワークＷが固定される。本実施形態では、第１可動テーブル１３の上に下部ユニット２０が設置され、この下部ユニット２０の上部でワークＷが固定される。下部ユニット２０の構成については後述する。

上側主軸ヘッド１４は、コラム１２の上部において当該コラム１２の前側（第１可動テーブル１３側）に設けられている。上側主軸ヘッド１４は、第１可動テーブル１３（より詳しくは下部ユニット２０）上に固定されたワークＷの上方に至るまで、前方に向けて張り出している。上側主軸ヘッド１４には、工具を取り付ける上側工具主軸１４ａが設けられている。上側工具主軸１４ａは鉛直方向に延び、上側工具主軸１４ａ上において上側工具Ｔ１が上側主軸ヘッド１４に装着される。

上側主軸ヘッド１４は上側工具Ｔ１を上側工具主軸１４ａが延びる方向（Ｚ軸方向）に送る機構が設けられ、ガイドレール１７に沿って当該方向に移動し、ワークＷの表側（上側）に接離可能となっている。つまり、上側主軸ヘッド１４のワークＷに対する接離方向は鉛直方向となっている。ここでいう「表側」とは、固定されたワークＷが上側主軸ヘッド１４と相対向する側をいう。また、上側主軸ヘッド１４は上側工具Ｔ１に回転動作を与える機構を備え、上側工具Ｔ１は上側工具主軸１４ａを回転軸線として回転する。なお、上側主軸ヘッド１４は第１主軸部に相当する。

自動工具交換装置１５は工具マガジン（図示略）を備えている。工具マガジンには、個々に工具を保持した状態の上部工具ホルダ１８が複数又は多数格納されている。自動工具交換装置１５は、上側主軸ヘッド１４への上部工具ホルダ１８の装着及び取外し、工具マガジンへの上部工具ホルダ１８の取出し及び収納を行う機構を備えている。そのため、上側主軸ヘッド１４に装着された上側工具Ｔ１を交換する場合、自動工具交換装置１５は、工具マガジンから所定の工具を保持する上部工具ホルダ１８を取り出す。そして、上側主軸ヘッド１４に装着された上部工具ホルダ１８を外し、新たに取り出した上部工具ホルダ１８を上側主軸ヘッド１４に装着する。

制御装置１６は、その内部に記憶領域（図示略）が設けられ、記憶領域には動作プログラムが格納されている。制御装置１６は、動作ブログラムを実行することにより、上側工具Ｔ１によるワークＷの加工にかかわる一連の制御を行う。具体的には、第１可動テーブル１３のＸ軸及びＹ軸方向への移動、上側主軸ヘッド１４のＺ軸方向への移動、上側工具主軸１４ａを中心とする上側工具Ｔ１の回転、自動工具交換装置１５による工具の交換等である。

以上の基本構成に加え、工作機械１０は、第１可動テーブル１３の上に下部ユニット２０が設けられている。下部ユニット２０は、ワーク固定装置２１と、裏側加工装置２２とを備えている。

ワーク固定装置２１は、架台３０と、ワーク支持台４０とを備えている。架台３０は、４つの縦柱３１，３２と、上面板材３３と、補強部３４とにより立方体状の骨格が形成されている。各縦柱３１，３２は第１可動テーブル１３上に立設されている。図２に示すように、各縦柱３１，３２のうち、コラム１２の側に設けられた後縦柱３２は、前面側の前縦柱３１よりも幅広に形成されている。上面板材３３は各縦柱３１，３２の上端部においてそれら各縦柱３１，３２に連結されている。補強部３４は前縦柱３１と後縦柱３２との間において、両縦柱３１，３２の下端部において架け渡され、前縦柱３１及び後縦柱３２に連結されている。

ワーク支持台４０は、図１に示すように、水平をなす上面板材３３の上面において、上面板材３３の左右両端部に設けられている。各ワーク支持台４０は、一対の縦板材４１を有している。一対の縦板材４１は、その板面を相対向させて上面板材３３の上面に立設されている。左右のワーク支持台４０の縦板材４１同士の間には、横板材４２が架け渡されている。左右のワーク支持台４０において、一対の縦板材４１の上端には座台４３が連結され、各座台４３の上には基準座４４が設けられている。また、左右の座台４３の先端部同士の間にはワークガイド４５が設けられている。ワークガイド４５は、ワークＷを仮位置決めするためのガイドである。なお、仮位置決めの後、ワークＷに対する加工を行う前に行われる芯出しについては後述する。

本実施形態では、ワークＷとして、車両等のブレーキ装置に用いられるディスクロータを想定している。そのため、ワークガイド４５には、ディスクロータのハット部Ｗａが挿入されるガイド孔４６が形成されている（後述する図８も参照）。ガイド孔４６の内径は、ハット部Ｗａの外径よりも若干大きく形成されている。ワークＷであるディスクロータのハット部Ｗａを工作機械１０に固定する場合、ハット部Ｗａがガイド孔４６に挿入され、ディスク部Ｗｂが左右の基準座４４に載置される。

左右のワーク支持台４０のそれぞれの座台４３には、基準座４４の外側にワークＷを固定するためのワーククランプ４７が設けられている。ワーククランプ４７はシリンダ装置４８と、クランプ部４９とを有している。シリンダ装置４８はそのロッド４８ａが鉛直方向に出没するように座台４３に設けられ、ロッド４８ａの先端部にクランプ部４９が設けられている。クランプ部４９はその先端部が基準座４４の上方に配置され、先端下面には突起部４９ａが設けられている。ワーククランプ４７は、シリンダ装置４８にロッド４８ａを出没させる流体給排機構（図示略）を備えている。ロッド４８ａが没入することによりクランプ部４９が基準座４４の側に移動し、突起部４９ａが基準座４４に載置されたワークＷを押え付けることでワークＷが固定される。ロッド４８ａが突出すると、ワークＷがクランプ部４９による固定から解放される。

基準座４４にワークＷを固定する作業の間、上側主軸ヘッド１４は、制御装置１６によってワーク固定装置２１の上方に配置される。基準座４４にワークＷを固定する作業の後、上側工具Ｔ１が装着された上側主軸ヘッド１４を制御装置１６がＺ軸方向に沿って下降させ、それにより上側工具Ｔ１と対峙する側（表側）が上側工具Ｔ１によって加工される。加工時において、第１可動テーブル１３をＸ軸及びＹ軸方向に移動させることにより、基準座４４に固定されたワークＷの加工位置が定められる。

次に、下部ユニット２０の裏側加工装置２２について説明する。

裏側加工装置２２は、上側主軸ヘッド１４の昇降によってワークＷの表側を加工するのに対し、ワークＷの裏側（下側）を加工する装置である。図１及び図２に示すように、裏側加工装置２２は、架台３０の各縦柱３１，３２によって囲まれた内側空間に設置されている。架台３０の上面板材３３には開口部３３ａが設けられており、裏側加工装置２２の上部は開口部３３ａを通じて上面板材３３からその上方に突き抜け、左右のワーク支持台４０の間に設けられている。裏側加工装置２２は、下側主軸ヘッド５１と、第２可動テーブル５２と、昇降機構６０とを備えている。

下側主軸ヘッド５１は、工具を取り付ける下側工具主軸５１ａを有している。下側工具主軸５１ａは鉛直方向に延び、下側工具主軸５１ａ上において下側工具Ｔ２が下側主軸ヘッド５１に装着される。その装着は、下側主軸ヘッド５１に設けられた下部工具ホルダ５３に下側工具Ｔ２が保持されることによってなされている。下側主軸ヘッド５１は下側工具Ｔ２に回転動作を与える機構を備えており、下側工具Ｔ２は下側工具主軸５１ａを回転軸線として回転する。下側主軸ヘッド５１は昇降機構６０の上部に設けられ、昇降機構６０によって下側工具主軸５１ａが延びる方向（Ｚ軸方向）に移動し、ワークＷの裏側（下側）に接離可能となっている。つまり、下側主軸ヘッド５１のワークＷに対する接離方向は鉛直方向となっている。ここでいう「裏側」とは、ワーク固定装置２１に固定されたワークＷが下側主軸ヘッド５１と相対向する側をいう。なお、下側主軸ヘッド５１は第２主軸部に相当する。

第２可動テーブル５２は、第１可動テーブル１３の上においてＸ軸及びＹ軸に移動可能に設けられ、その上に昇降機構６０が固定される。

昇降機構６０は下側主軸ヘッド５１を昇降させるものであり、下部移動体６１と上部移動体６２とを備えている。図１及び図２に示された昇降機構６０は概略であり、より詳しい構成が図３及び図４に示されている。なお、下部移動体６１はくさび下部体に、上部移動体６２はくさび上部体にそれぞれ相当する。

図３に示すように、下部移動体６１はくさび型をなすように形成され、前から後に向けて下向きに傾斜する傾斜上面６３を有している。下部移動体６１は第２可動テーブル５２の上において前後方向に移動可能に設けられ、前後駆動機構７０によって前後方向に移動する。前後駆動機構７０は、基台７１と、送りねじ７２と、ナット７３と、駆動モータ７４と、第１リニアガイド７５とを備えている。

基台７１は平板状をなし、第２可動テーブル５２の上に設置されている。送りねじ７２は、基台７１の上方において前後方向に延び、第２可動テーブル５２に設けられた前側支持部７６と、基台７１に設けられた後側支持部７７とで中心軸線を回転軸線として回転可能に支持されている。ナット７３は送りねじ７２に螺着されており、下部移動体６１の下面に設けられた連結サドル７８を介して下部移動体６１に連結されている。送りねじ７２が回転するとナット７３が前後方向に移動し、それに伴って下部移動体６１も前後に移動する。

駆動モータ７４は第２可動テーブル５２に設けられたブラケット７９に設けられ、送りねじ７２と連結されて送りねじ７２を回転させる。

第１リニアガイド７５は、下部移動体６１の前後移動をガイドする。第１リニアガイド７５は、図４に示すように、送りねじ７２の左右両側方において送りねじ７２と平行をなして設けられている。第１リニアガイド７５のガイドレール７５ａは基台７１に設けられ、下部移動体６１の下面には、ガイドレール７５ａに沿って移動する第１リニアガイド７５のスライダ７５ｂが設けられている。スライダ７５ｂは、一つのガイドレール７５ａに対して２つ設けられている。

図３に戻り、上部移動体６２は、下部移動体６１の上で鉛直方向に移動可能に設けられている。上部移動体６２はくさび型をなすように形成され、前から後ろに向けて下向きに傾斜する傾斜下面６４を有している。上部移動体６２の傾斜下面６４と下部移動体６１の傾斜上面６３とは相対向し、両者の間に第２リニアガイド６５が設けられている。第２リニアガイド６５は、下部移動体６１と上部移動体６２との相対移動をガイドする。第２リニアガイド６５は、傾斜上面６３及び傾斜下面６４の左右にそれぞれ設けられている。図３に示されている第２リニアガイド６５は右側に設けられたものである。第２リニアガイド６５のガイドレール６５ａは、上部移動体６２の傾斜下面６４に設けられている。下部移動体６１の傾斜上面６３には、そのガイドレール６５ａに沿って移動する第２リニアガイド６５のスライダ６５ｂが設けられている。ここでもスライダ６５ｂは、一つのガイドレール６５ａに対して２つ設けられている。なお、第２リニアガイド６５のスライダ６５ｂは、下部移動体６１の上面図である図４の図示においては省略されている。

図１乃至図３に示すように、上部移動体６２にはその左右両側にそれぞれ張り出す張出し部６６が設けられている。張出し部６６は、ワーク固定装置２１の架台３０を構成する補強部３４の上方において張り出しており、後縦柱３２と相対向している。左右それぞれの張出し部６６と後縦柱３２との間には、第３リニアガイド６７が設けられている。第３リニアガイド６７は上部移動体６２の鉛直方向への移動をガイドする。第３リニアガイド６７のガイドレール６７ａは後縦柱３２に設けられ、張出し部６６には、そのガイドレール６７ａに沿って移動する第３リニアガイド６７のスライダ６７ｂが設けられている。ここでもスライダ６７ｂは、一つのガイドレール６７ａに対して２つ設けられている。第３リニアガイド６７は、上部移動体６２に設けられた張出し部６６の張出し方向からみた場合に、下側主軸ヘッド５１の下側工具主軸５１ａと重なるように又はその近傍に設けられている。なお、第３リニアガイド６７はガイド機構に相当する。

上部移動体６２の上面には主軸ヘッド取付け台５４が設けられ、主軸ヘッド取付け台５４に下側主軸ヘッド５１が取り付けられている。主軸ヘッド取付け台５４には、駆動モータ５５を固定するブラケット５６が設けられている。駆動モータ５５はその回転軸（図示略）が下側主軸ヘッド５１に設けられ、下側工具Ｔ２の下部工具ホルダ５３と連結されている。駆動モータ５５の駆動により、下側工具主軸５１ａを回転軸線として下側工具Ｔ２が回転する。

下側主軸ヘッド５１を昇降させる昇降機構６０は、以上のように構成されている。そのため、図５（ａ）に示すように、下部移動体６１が前側に配置された状態から送りねじ７２を回転させ、当該下部移動体６１を後側に移動させると、下部移動体６１はくさびが打たれるように上部移動体６２の下に入り込む。これにより、図５（ｂ）に示すように、上部移動体６２は第３リニアガイド６７に案内されながらＺ軸方向へ上昇する。それとともに下側主軸ヘッド５１も上部移動体６２と一体的に上昇し、下側工具Ｔ２と対峙する裏側が下側工具Ｔ２によって加工される。これとは逆に、図５（ｂ）に示すように、下部移動体６１が後側に配置された状態から送りねじ７２を回転させ、当該下部移動体６１を前側に移動させると、下部移動体６１のくさびが抜かれ、図５（ａ）に示すように、上部移動体６２がＺ軸方向へ下降する。それとともに下側主軸ヘッド５１も下降し、下側工具Ｔ２はワークＷから離間する。

上側工具Ｔ１によるワークＷの加工を制御する前述した制御装置１６は、その記憶領域に格納された動作プログラムを実行することにより、下側工具Ｔ２によるワークＷの加工にかかわる一連の制御を行う。具体的には、ワーククランプ４７によるワークＷの固定及び非固定の切替え、第２可動テーブル５２のＸ軸及びＹ軸方向への移動、下側主軸ヘッド５１のＺ軸方向への移動、下側工具主軸５１ａを中心とする下側工具Ｔ２の回転等である。

次に、ワーク固定装置２１にセットされ、ワークガイド４５によって仮位置決めされたワークＷの芯出しについて説明する。

工作機械１０が有する自動工具交換装置１５の工具マガジン（図示略）には、芯出し工具８０（芯出し治具）を保持する上部工具ホルダ１８が格納されている。ワークＷの芯出しを行う場合は、上側工具Ｔ１としてこの芯出し工具８０が用いられる。

芯出し工具８０は、図６に示すように、上部工具ホルダ１８に保持されたシャンク８１の先端に半球状をなす当接部８２を有している。当接部８２が有する球面状の当接面８３がワークＷに設けられた基準孔Ｋの内面に当接することで、ワークＷの芯出しが行われる。なお、当接面８３が弧状部に相当する。本実施形態が想定するディスクロータをワークＷとした場合、ディスクロータがシャフト（図示略）に挿入されるシャフト取付け孔Ｗｃが芯出し用の基準孔Ｋとされる。図７にも示すように、シャフト取付け孔Ｗｃには、ワークＷがワーク固定装置２１の基準座４４に配置された場合に上側となる方、つまり上側主軸ヘッド１４に装着された芯出し工具８０と相対向する側の開口縁に、テーパ部Ｗｄが形成されている。テーパ部Ｗｄよりも下側はストレート部Ｗｅとなっている。

このような芯出し工具８０を用いたワークＷの芯出しは次のようにして行われる。

ワークＷをワーク固定装置２１に固定する場合、まず、初期動作として制御装置１６は、ワーククランプ４７におけるロッド４８ａを突出させて突起部４９ａを基準座４４から離間させるとともに、自動工具交換装置１５を制御して芯出し工具８０が上側工具Ｔ１となるよう上側工具Ｔ１を交換させる。また、制御装置１６は、第１可動テーブル１３を制御して、ワークガイド４５が有するガイド孔４６の中心（上面視での中心）が、上側主軸ヘッド１４の上側工具主軸１４ａ上に概ね存在するようにワーク固定装置２１を移動させる。

その上で、図８に示すように、自動搬入装置（図示略）や作業者により、ワークＷであるディスクロータのハット部Ｗａをワークガイド４５のガイド孔４６に挿入し、ディスク部Ｗｂを左右の基準座４４に載置する。ハット部Ｗａがガイド孔４６に挿入されることにより、ワークＷは仮位置決めされる。つまり、ワークＷが有するシャフト取付け孔Ｗｃ（基準孔Ｋ）の中心と、上側工具主軸１４ａとがほぼ一致した状態でワークＷが基準座４４の上に載置される。

次いで、制御装置１６は、芯出し工具８０が上側工具Ｔ１として装着された上側主軸ヘッド１４を下降させる。すると、芯出し工具８０の当接面８３がシャフト取付け孔Ｗｃの内面におけるテーパ部Ｗｄに当接する。芯出し工具８０の当接面８３が球面状に形成されているため、当接面８３がシャフト取付け孔Ｗｃのテーパ部Ｗｄに当接した当初は点接触となる。そこから、制御装置１６がさらに上側主軸ヘッド１４を下降させ、芯出し工具８０の当接面８３をテーパ部Ｗｄに押し付けると、図６及び図７に示すように、球面状の当接面８３は周方向の接触線Ｌでテーパ部Ｗｄと当接する。これにより、図８に示すように、基準座４４に載置されたワークＷの上面視における中心は、上側主軸ヘッド１４の上側工具主軸１４ａ上に位置決めされる。

その後、制御装置１６は、ワーククランプ４７におけるロッド４８ａを没入させる。すると、クランプ部４９の突起部４９ａが基準座４４の側に移動し、突起部４９ａによってワークＷ（ディスクロータのディスク部Ｗｂ）が基準座４４に対して押さえ付けられる。これにより、芯出しされたワークＷが基準座４４の上で固定される。

このように芯出しされたワークＷがワーク固定装置２１に固定された状態で、工作機械１０によるワークＷの加工が行われる。例えば、図９に示すように、ワークＷの表側から孔開け加工し、それによって形成された孔Ｈに対して裏側から座ぐり加工する場合を想定すると、上側主軸ヘッド１４に装着された上側工具Ｔ１により孔開け加工がなされ、下側主軸ヘッド５１に装着された下側工具Ｔ２により座ぐり加工がなされる。

この場合、制御装置１６は、第１可動テーブル１３を制御して上側工具主軸１４ａ上にワークＷの第１孔開け位置を配置させる。併せて、制御装置１６は、上側主軸ヘッド１４がワークＷの上方に配置された状態で自動工具交換装置１５を制御し、芯出し工具８０とされていた上側工具Ｔ１を所望の径を有するドリルＤ１に交換する。その後、制御装置１６は、ワークＷの上方に配置されていた上側主軸ヘッド１４を下降させ、ワークＷの孔開け位置で孔開け加工する。孔開け加工が完了すると、制御装置１６は上側主軸ヘッド１４を上昇させ、次の孔開け加工に備える。

次いで、制御装置１６は第１可動テーブル１３を再度制御し、上側工具主軸１４ａ上にワークＷの第２孔開け位置を配置させ、その後、上側主軸ヘッド１４を下降させて第２孔開け位置に孔開け加工する。これ以降の表側からの孔開け加工は同じ動作の繰り返しであり、ワークＷに対して必要な孔開け加工が施される。

ワークＷに対する以上のような表側からの加工と併せて、制御装置１６はワークＷに対して裏側からの加工を行う。この場合、制御装置１６は、第２可動テーブル５２を制御して、座ぐり加工を行う第１孔Ｈの中心軸線と下側工具主軸５１ａとが一致する位置に裏側加工装置２２を配置させる。この時、下側主軸ヘッド５１はワークＷの下方に配置され、下側工具Ｔ２として座ぐりドリルＤ２が装着されている。ワークＷに対して裏側加工装置２２が位置決めされた後、制御装置１６は下側主軸ヘッド５１を上昇させ、第１孔Ｈに対して裏側から座ぐり加工する。座ぐり加工が完了すると、制御装置１６は下側主軸ヘッド５１を下降させ、次の座ぐり加工に備える。

次いで、制御装置１６は第２可動テーブル５２を再度制御し、座ぐり加工を行う第２孔Ｈの中心軸線と下側工具主軸５１ａとが一致する位置に裏側加工装置２２を配置させ、その後、下側主軸ヘッド５１を上昇させて第２孔Ｈに対して裏側から座ぐり加工する。これ以降の裏側からの座ぐり加工は同じ動作の繰り返しであり、ワークＷに形成された孔Ｈに対して必要な座ぐり加工が施される。

本実施形態の工作機械１０の構成及び動作は以上のとおりであり、この工作機械１０によれば以下の作用効果を得ることができる。

（１）工作機械１０には、ワーク固定装置２１に固定されたワークＷの上方に上側主軸ヘッド１４が設けられるとともに、ワークＷの下方に下側主軸ヘッド５１が設けられ、各主軸ヘッド１４，５１が個別に動作制御される。そのため、ワークＷを反転させることなく、ワークＷの表裏両側を加工できる。従来技術と異なり、ワークＷを反転させる動作が不要となるため、その分、ワークＷの表裏両側を加工するサイクルタイムを短縮でき、当該加工を効率化できる。

（２）工作機械１０の上側主軸ヘッド１４は既存のマシニングセンタの主軸部が利用され、このマシニングセンタを基礎に、ワーク固定装置２１や裏側加工装置２２が設けられて、ワークＷの上下両側を加工できるようになっている。水平方向に対向する２つの主軸台とワーク受渡し装置を有する既存の機械は比較的高額であるため、その導入には相当なコスト増加が必要となる。これに対し、本実施の形態の工作機械１０によれば、上側主軸ヘッド１４として既存のマシニングセンタの主軸部が利用されているため、ワークＷの表裏両側加工が可能な工作機械１０の導入コストを低減できる。

（３）工作機械１０が有する裏側加工装置２２において、下側主軸ヘッド５１を昇降させる昇降機構６０として、くさび形状を有する下部移動体６１と上部移動体６２とで構成されたくさび機構が採用されている。これにより、昇降機構６０がコンパクトとなり、既存のマシニングセンタが有する第１可動テーブル１３に裏側加工装置２２を設置することが容易となる。

（４）下側主軸ヘッド５１が設けられた昇降機構６０において、上部移動体６２の昇降は第３リニアガイド６７によってガイドされる。下側主軸ヘッド５１に装着された下側工具Ｔ２を用いてワークＷを加工する際に、切削抵抗によって生じるモーメントが下側主軸ヘッド５１に作用しても、この第３リニアガイド６７によってそのモーメントが受け止められる。そのため、モーメントによって下側工具主軸５１ａがずれたり、びびり振動が生じたりすることを抑制できる。

（５）下側主軸ヘッド５１が設けられた昇降機構６０において、上部移動体６２の昇降をガイドする第３リニアガイド６７は、上部移動体６２の両脇に設けられた張出し部６６にそれぞれ設けられている。そのため、上部移動体６２及び下側主軸ヘッド５１の昇降は、下側工具主軸５１ａの両側でガイドされるとともに、切削抵抗によってその張出し方向に生じるモーメントが安定して受け止められ、下側工具主軸５１ａのずれやびびり振動をより一層抑制できる。

（６）第３リニアガイド６７は、上部移動体６２に設けられた張出し部６６の張出し方向からみた場合に、下側主軸ヘッド５１の下側工具主軸５１ａとほぼ重なる位置に設けられている。そのため、切削抵抗によって生じるモーメントが受け止められるガイド位置と、下側工具主軸５１ａとのズレがほとんどなくなり、モーメントによって第３リニアガイド６７にかかる力が低減され、下側工具主軸５１ａにずれが生じたり、びびり振動が生じたりすることをより一層抑制できる。

（７）ワーク固定装置２１の架台３０において、一対の後縦柱３２の上端部間は上面板材３３によって連結されており、一対の後縦柱３２と上面板材３３とによって門型構造が形成されている。そのため、上面板材３３が横行部材に相当する。第３リニアガイド６７のガイドレール６７ａは、この門型構造によって剛性が高められた後縦柱３２に設けられている。そのため、切削抵抗によって張出し部６６の張出し方向に生じるモーメントは、第３リニアガイド６７によってより安定的に受け止められ、下側工具主軸５１ａのずれやびびり振動をさらに抑制できる。

（８）自動工具交換装置１５に格納される工具には、芯出し工具８０が含まれている。ワークＷにおける芯出し用の基準孔Ｋであるシャフト取付け孔Ｗｃには、上側主軸ヘッド１４に装着された芯出し工具８０と相対向する側の開口縁にテーパ部Ｗｄが形成されている。芯出し工具８０は、このテーパ部Ｗｄに当接して芯出しをする当接面８３を有している。
基準孔Ｋであるシャフト取付け孔Ｗｃの内面にテーパ部Ｗｄが設けられている場合、テーパ部Ｗｄとストレート部Ｗｅとの境の角部に、テーパ部Ｗｄを形成した時などにできるバリが存在していることがある。また、シャフト取付け孔Ｗｃの開口縁部にもバリが存在していることがある。円錐台状をなす当接部を備えた従前の芯出し工具を用いて芯出しする場合、開口縁部や前記角部に当接部の円錐面を当接させて芯出しを行っていた。しかし、開口縁部や前記角部にバリが存在していると、そのバリが円錐面にあたり、芯出しが不十分となるおそれがあった。これに対し、本実施形態の芯出し工具８０では、その当接面８３を、基準孔Ｋの開口縁部や前記角部ではなくテーパ部Ｗｄ（テーパ面）に当接させることで芯出しが行われるため、開口縁部や前記角部にバリが存在していたとしても、芯出しにおけるバリの影響を少なくすることができる。

（９）芯出し工具８０が有する当接面８３は、球面状に形成されている。そのため、当接面８３が基準孔Ｋであるシャフト取付け孔Ｗｃのテーパ部Ｗｄに当接した当初は点接触であり、その後さらに芯出し工具８０を押し付けることで、球面状の当接面８３は周方向に沿った線接触でテーパ部Ｗｄと当接することになる。当接面８３がテーパ状をなす従来の芯出し用の工具を用いた場合、当接テーパ面のテーパ角度とシャフト取付け孔Ｗｃのテーパ部Ｗｄの角度との加工精度の違いにより、芯出しが不十分となることがあった。それに比べ、本実施形態の芯出し工具８０では、球面状をなす当接面８３が周方向に沿った線接触でテーパ部Ｗｄと当接するため、ワークＷの芯出しを確実に行える。

なお、上記実施の形態の工作機械１０に限らず、例えば次のような構成を採用してもよい。
（ａ）上記実施の形態では、第３リニアガイド６７がワーク固定装置２１の架台３０を構成する後縦柱３２と、昇降機構６０の上部移動体６２に設けられた張出し部６６との間に設けられている。これに代えて、図１０に示すように、下側主軸ヘッド５１にワーク支持台４０の縦板材４１と相対向する張出し部９１が設けられ、この張出し部９１と縦板材４１との間に第３リニアガイド６７が設けられた構成を採用してもよい。この構成によれば、下側主軸ヘッド５１の昇降が第３リニアガイド６７によって直接ガイドされる。なお、後縦柱３２と上部移動体６２の張出し部６６との間と、下側主軸ヘッド５１の張出し部９１と縦板材４１との間との両方において、第３リニアガイド６７が設けられた構成を採用してもよい。

（ｂ）上記実施の形態では、裏側加工装置２２において、昇降機構６０が第２可動テーブル５２の上に設けられ、第２可動テーブル５２を制御することにより、裏側加工装置２２をＸ軸及びＹ軸方向に移動させることが可能となっている。第２可動テーブル５２に昇降機構６０を設けることで、上記実施形態のようにワークＷの裏側加工をする箇所を自在に選択することができるが、裏側加工する箇所が一箇所であれば、図１０に示すように、昇降機構６０を第１可動テーブル１３の上に直接固定してもよい。これにより、第２可動テーブル５２やその駆動制御機構を省略することができ、ワーク固定装置２１の全体高さも低くなって装置を小型化できる。

（ｃ）上記実施の形態では、ワークＷに対して表側から孔開け加工を行い、裏側から座ぐり加工を行うことを加工例として説明した。上側主軸ヘッド１４に装着される上側工具Ｔ１としては、自動工具交換装置１５に格納された様々な工具を選択してそれと交換することができるため、例えばフライス、中ぐり、ねじ切り、座ぐり等の孔開け以外の加工を行ってもよい。同様に、裏側加工においても、作業者が工具を交換し、フライス、孔開け、中ぐり、ねじ切り等の座ぐり以外の加工を行ってもよい。装置が大型化する面はあるものの、裏側加工装置２２にも独自の自動工具交換装置を設けて工具の自動交換を行えるようにしてもよい。

（ｄ）上記実施の形態では、ワークＷとして、車両等のブレーキ装置に用いられるディスクロータを例としたが、ワークＷとしては平板状のもの、立方体や直方体等のブロック状のもの、円柱状のものなどであってもよい。

（ｅ）上記実施の形態では、芯出し工具８０の当接面８３が球面状に形成されているが、図１１に示すように、一対の半月状板をクロスさせて組み合わせた形状をなす当接部９２を備えた芯出し工具９３としてもよい。この芯出し工具９３における当接面９４は、２つの互いにクロスする弧状面を有している。なお、基準孔Ｋは、丸穴でなくてもよく、平面視において四角形状をなしていてもよい。

（ｆ）上記実施の形態において、一対のワーククランプ４７のうち一方には切粉防止カバー（図示略）を設けてもよい。切粉防止カバーが設けられるワーククランプ４７においては、そのシリンダ装置４８のロッド４８ａが回動可能となるように設けられ、クランプ部４９に切粉防止カバーが設けられる。ディスクロータがワークＷとされた場合、切り粉防止カバーが設けられることにより、飛散した切粉が飛散してディスク部Ｗｂの品質を低下させるおそれを低減できる。

（ｇ）上記実施の形態において、ワークＷの表側から孔開け加工し、裏側から座ぐり加工する場合を想定した工作機械１０の制御方法は一例であり、表裏両側で行う加工の種類に応じて制御方法を自由に設定できる。例えば、表裏両側でフライス加工を行う場合、いずれか一方の側で加工している間、他方の側では加工をせず、工具を交換したり、加工位置の位置決めを行ったりしてもよいし、表裏両側を同時に加工してもよい。

（ｈ）上記実施の形態では、上側工具主軸１４ａ及び下側工具主軸５１ａが鉛直方向となるように設定され、第１主軸部を上側主軸ヘッド１４とし、第２主軸部を下側主軸ヘッド５１としている。これに代えて、工具の回転主軸が水平方向となるように設定してもよい。この場合、第１主軸部及び第２主軸部は、ワークＷを挟んだ左右両側に設けられることになる。

１０…工作機械、１４…上側主軸ヘッド（第１主軸部）、１８…上部工具ホルダ、２１…ワーク固定装置、３２…後縦柱、３３…上面板材（横行部材）、５１…下側主軸ヘッド（第２主軸部）、６０…昇降機構、６１…下部移動体（くさび下部体）、６２…上部移動体（くさび上部体）、６３…傾斜上面、６４…傾斜下面、６５ａ…ガイドレール、６５ｂ…スライダ、６６…張出し部、６７…第３リニアガイド（ガイド機構）、６７ａ…ガイドレール、６７ｂ…スライダ、８０…芯出し工具、８３…当接面、Ｔ１…上側工具、Ｔ２…下側工具、Ｗ…ワーク、Ｗｃ…シャフト取付け孔（基準孔）、Ｗｄ…テーパ部、Ｗｅ…ストレート部。

Claims (8)

1. ワークを固定するワーク固定装置と、
   前記ワーク固定装置に固定された前記ワークの表側に対して接離可能な第１主軸部と、
   前記第１主軸部の接離方向において前記第１主軸部と前記ワークを挟んだ反対側に設けられ、前記ワーク固定装置に固定された前記ワークの裏側に対して前記第１主軸部の接離方向に沿って接離可能な第２主軸部と、
   を備え、
   前記第１主軸部及び前記第２主軸部には、前記ワークへの接離方向と平行な軸線を中心に回転して前記ワークを加工する工具がそれぞれ装着され、前記ワークをその表裏両側から加工可能としたことを特徴とする工作機械。
2. 前記接離方向は鉛直方向であり、
   前記第１主軸部は前記ワークの上方に設けられ、
   前記第２主軸部は前記ワークの下方に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記第２主軸部を鉛直方向に昇降させる昇降機構を備え、
   前記昇降機構は、
   水平方向に移動可能なくさび下部体と、
   前記くさび下部体の傾斜上面と合わさる傾斜下面を有し、鉛直方向へ移動可能であって、前記第２主軸部が設けられるくさび上部体と、
   前記くさび上部体及び第２主軸部の一体的な昇降を案内するガイド機構と、
   を備えており、
   前記ガイド機構は、
   鉛直方向に立設された縦柱に設けられたガイドレールと、
   前記くさび上部体及び前記第２主軸部の少なくとも一方に設けられ、前記ガイドレールに沿って移動可能なスライダと、
   を備えていることを特徴とする請求項２に記載の工作機械。
4. 前記くさび上部体及び前記第２主軸部の少なくとも一方には、水平方向の両脇にそれぞれ張り出す張出し部がそれぞれ設けられており、
   前記スライダは前記張出し部のそれぞれに設けられ、
   前記ガイドレールは、前記張出し部のそれぞれと相対向するように設けられた一対の前記縦柱に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の工作機械。
5. 前記ガイド機構は、前記張出し部の張出し方向からみた場合に、前記第２主軸部の回転中心軸線と略重なって設けられていることを特徴とする請求項４に記載の工作機械。
6. 前記一対の縦柱同士の間に架け渡される横行部材が設けられていることを特徴とする請求項４又は５に記載の工作機械。
7. 前記第１主軸部又は前記第２主軸部の少なくとも一方に装着される工具は、複数の工具から選択されるものであり、
   前記複数の工具には、前記ワーク固定装置によって前記ワークが固定される前に当該ワークの芯出しをする芯出し工具が含まれており、
   前記芯出し工具は、芯出し用の基準孔を備えたワークを芯出し対象とし、
   前記基準孔は、前記芯出し工具と相対向する側の開口縁に形成されたテーパ部とその奥のストレート部とを有しており、
   前記芯出し工具は、前記テーパ部に当接して芯出しする当接面を有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の工作機械。
8. 前記当接面は、球面状に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の工作機械。

Images