JP2024003923A - マシニングセンター - Google Patents

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Abstract

Figure 2024003923000001
【課題】自動工具交換装置による加工工具の交換毎に発生する主軸に対する加工工具の取付誤差を抑制する上で有利となり、加工精度の向上を図る上で有利なマシニングセンターを提供する。
【解決手段】マシニングセンター10は、複数の主軸12A-12Dと、ワーク保持機構14と、主軸12A-12Dとワーク保持機構14とを相対的に主軸の軸心方向であるZ軸方向、Z軸方向と直交すると共に互いに直交するX軸方向、Y軸方向に移動させる移動機構16と、基板18とを備えている。移動機構16は、主軸12A-12Dを移動させる主軸用移動機構36と、ワーク保持機構14を移動させるワーク用移動機構38とを含んで構成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、マシニングセンターに関する。
マシニングセンターは、加工工具(切削工具)を取り付けた主軸を回転させることでワークに加工を行なうものである。
マシニングセンターには、主軸に取り付ける加工工具を自動的に交換する自動工具交換装置(ATC:Automatic Tool Changer)が設けられており、複数種類の加工工具を主軸に対して交換することで複数の切削工程を連続的に行なうことができるように図られている。
特開2017-74654号公報
ところで、このような従来のマシニングセンターにおいては、自動工具交換装置による主軸に対する加工工具の交換を行なう毎に、主軸に対する加工工具の取付誤差が5μmから10μm程度生じるため、加工精度の向上を図る上で改善の余地がある。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、自動工具交換装置による加工工具の交換毎に発生する主軸に対する加工工具の取付誤差を抑制する上で有利となり、加工精度の向上を図る上で有利なマシニングセンターを提供することにある。
上述の目的を達成するため、本発明の一実施の形態は、加工工具が着脱可能に取り付けられ回転駆動される主軸と、加工すべきワークを保持するワーク保持機構と、前記主軸と前記ワーク保持機構とを相対的に前記主軸の軸心方向であるZ軸方向、前記Z軸方向と直交すると共に互いに直交するX軸方向、Y軸方向に移動させる移動機構とを備えるマシニングセンターであって、前記主軸が複数設けられていることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記移動機構は、前記主軸を移動させる主軸用移動機構と、前記ワーク保持機構を移動させるワーク用移動機構とを含んで構成され、前記複数の主軸は単一のブロックで支持され、前記主軸用移動機構は、前記ブロックを前記Z軸方向に移動させる主軸Z軸方向用移動機構と、前記ブロックを前記X軸方向またはY軸方向のうちの一方向に移動させる主軸横方向用移動機構とを備えていることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、与えられた位置制御情報に基づいて前記移動機構を制御することにより前記主軸および前記ワークの相対的移動量の制御を行なう移動制御部と、テスト用ワークの設計上定められた位置に形成される予め定められた所定形状の中心位置を設計中心位置とし、前記位置制御情報および前記移動制御部により前記主軸と共に移動された前記加工工具によって実際に加工された前記所定形状の中心位置を加工中心位置としたときに、前記各主軸のそれぞれに対応して前記設計中心位置と前記加工中心位置との差分を位置ずれ量として検出する位置ずれ量検出部と、前記位置ずれ量に基づいて前記各主軸のそれぞれに対応する補正量を算出する補正量算出部とを備え、前記移動制御部は、前記ワークに対する加工時に、前記各主軸に対応する前記補正量に基づいて前記各主軸および前記ワークの相対的移動量の制御を行なうことを特徴とする。
本発明の一実施の形態によれば、主軸に対して加工工具を交換せずにワークに対する加工を行なうため、自動工具交換装置による加工工具の交換毎に発生する主軸に対する加工工具の取付誤差を抑制する上で有利となり、加工精度の向上を図る上で有利となる。
また、本発明の一実施の形態によれば、複数の主軸およびワークを相対的に移動させる移動機構の構成の簡素化、コンパクト化を図れ、マシニングセンターの商品価値を高める上で有利となる。
また、本発明の一実施の形態によれば、各主軸に対応した補正量によって位置ずれ量を解消することができ、加工精度の向上を図る上でより有利となる。
実施の形態にかかるマシニングセンターの斜視図である。 実施の形態にかかるマシニングセンターの制御系の構成を示すブロック図である。
以下、図面を参照して本発明のマシニングセンターの実施の形態について説明する。
図1に示すように、マシニングセンター10は、複数の主軸12A-12Dと、ワーク保持機構14と、主軸12A-12Dとワーク保持機構14とを相対的に主軸の軸心方向であるZ軸方向、Z軸方向と直交すると共に互いに直交するX軸方向、Y軸方向に移動させる移動機構16と、基板18と、制御装置40(図2参照)とを備えている。
基板18には縦壁20が立設され、縦壁20にはX軸ガイド部22が取り付けられ、X軸ガイド部22にはX軸方向に移動可能にX軸移動体24が設けられ、X軸移動体24は、X軸ガイド部22に取り付けられたX軸モータ26の正逆回転によりX軸方向に移動される。
また、X軸移動体24には不図示のZ軸ガイド部を介して単一のブロック28がZ軸方向に移動可能に取り付けられ、単一のブロック28は、X軸移動体24に取り付けられたZ軸モータ30の正逆回転によりZ軸方向に移動される。
また、ブロック28には、撮像装置32が取り付けられている。
本実施の形態では、主軸として、第1主軸12A、第2主軸12B、第3主軸12C、第4主軸12Dの4つが設けられている。
各主軸は、コレットチャック34を介して加工工具が着脱可能に取り付けられる主軸本体1202と、主軸本体1202に一体的に結合され主軸本体1202を回転させる回転駆動部1204とを含んで構成され、本実施の形態では、回転駆動部1204はモータで構成されている。
各主軸12A-12Dは、それらの軸心を上下方向(Z軸方向)に延在させた状態でブロック28によって支持されている。
各主軸12A-12Dは、それらの軸心と直交する水平方向(X軸方向)に直線状に並べられてブロック28で支持されている。
各主軸12A-12Dの軸心間の距離は予め定められた寸法で設けられている。
ワーク保持機構14は、ワークWを保持する箇所である。
ワーク保持機構14には、不図示の押さえ部材を用いるなど従来公知の様々な構造が採用可能であるが、本実施の形態では、取り付け板1402の上面にワークWを載せ、取り付け板1402の下面からボルトによりワークWを取り付け板1402上に締め付けることでワークWを保持している。
取り付け板1402は、XYテーブル1404で支持されている。
XYテーブル1404は、基板18上においてワーク用X軸モータ1410の正逆回転によりX軸方向に移動されるX軸テーブル1404Aと、X軸テーブル1404A上においてワーク用Y軸モータ1412の正逆回転によりY軸方向に移動されるY軸テーブル1404Bとを有し、取り付け板1402はY軸テーブル1404Bにボルトにより取り付けられている。
本実施の形態では、主軸とワーク保持機構14とを相対的に主軸の軸心方向であるZ軸方向、Z軸方向と直交すると共に互いに直交するX軸方向、Y軸方向に移動させる移動機構16が、X軸モータ26、Z軸モータ30、ワーク用X軸モータ1410、ワーク用Y軸モータ1412を含んで構成されている。
また、本実施の形態では、移動機構16は、主軸を移動させる主軸用移動機構36と、ワーク保持機構14を移動させるワーク用移動機構38とを含んで構成されている。
主軸用移動機構36は、ブロック28をZ軸方向に移動させる主軸Z軸方向用移動機構36Aと、ブロック28をX軸方向またはY軸方向のうちの一方向に移動させる主軸横方向用移動機構36Bとを備えており、主軸Z軸方向用移動機構36Aは、Z軸モータ30を含んで構成され、主軸横方向用移動機構36Bは、X軸モータ26を含んで構成されている。
ワーク用移動機構38は、ワーク用X軸モータ1410、ワーク用Y軸モータ1412を含んで構成されている。
次に、図2を参照してマシニングセンター10の制御系について説明する。
制御装置40は、コンピュータによって構成されている。
コンピュータは、何れも不図示のCPU、ROM、RAM、ハードディスク装置、入出力インターフェース、外部記憶装置などを含んで構成されている。
ROMは所定の制御プログラムなどを格納し、RAMはワーキングエリアを提供するものである。
ハードディスク装置は、後述する後述する移動制御部42、位置ずれ検出部44、補正量算出部46を実現するための制御プログラムを格納している。
入出力インターフェースは、X軸モータ26、Z軸モータ30、ワーク用X軸モータ1410、ワーク用Y軸モータ1412、撮像装置32とのインターフェースを取るものである。
外部記憶装置は、情報を記憶するものであり、外付けのハードディス装置や外付けのSSD(ソリッドステートドライブ装置)、あるいは、メモリカードやUSBメモリなどの半導体記録媒体などを含む。
CPUがハードディスク装置の制御プログラムを実行することにより、移動制御部42、位置ずれ検出部44、補正量算出部46が実現される。
移動制御部42は、外部から入出力インターフェースを介して与えられた位置制御情報(数値制御プログラム、NCプログラムともいう)に基づいて移動機構16を制御することにより主軸12A-12DおよびワークWの相対的移動量の制御を行なうものである。
言い換えると、移動制御部42は、位置制御情報に基づいて、X軸モータ26、Z軸モータ30、ワーク用X軸モータ1410、ワーク用Y軸モータ1412の回転量を制御することにより、それら各モータによるX軸移動体24、ブロック28、X軸テーブル1404A、Y軸テーブル1404Bの移動量を制御する。
移動制御部42によって主軸12A-12DおよびワークWの相対的移動量の制御がなされることにより、ワークWに対する加工工具46A-46Dによる加工が実行される。
位置ずれ検出部44は、各主軸12A-12Dのそれぞれに対応して設計中心位置P1と加工中心位置P2との差分を位置ずれ量として検出するものである。
ここで、設計中心位置P1とは、テスト用ワークの設計上定められた位置に形成される所定形状の中心位置をいう。
また、加工中心位置P2とは、上記位置制御情報および移動制御部42により主軸12A-12Dと共に移動された加工工具46A-46Dによって実際に加工された所定形状の中心位置をいう。
具体的には、テスト用ワークの設計上定められた位置に所定形状を加工する場合、例えば、直径Dの孔を加工する場合、位置制御情報によって孔の直径Dおよび孔の中心位置が設定される。この際、孔(所定形状)の中心位置は、X軸およびY軸の座標軸で定義される座標位置で規定され、この中心位置を設計中心位置P1(x1,y1)とする。
そして、位置制御情報および移動制御部42により主軸12A-12Dと共に移動された加工工具46A-46Dによって実際にテスト用ワークが加工され、テスト用ワークに孔(所定形状)が加工されたものとする。
この実際に加工された孔(所定形状)の中心位置の座標位置を加工中心位置P2(x2,y2)とする。
したがって、位置ずれ量ΔEは設計中心位置P1と加工中心位置P2との差分であり、ΔE=((x2-x1),(y2-y1))となる。
本実施の形態では、位置ずれ量検出部44は、上記位置制御情報に基づいて設計中心位置P1を算出すると共に、撮像装置32によって撮影された孔(所定形状)を含むテスト用ワークの画像情報から画像処理を行ないことで抽出された孔(所定形状)の中心位置に基づいて加工中心位置P2を算出する。この加工中心位置P2は、各主軸12A-12Dのそれぞれに対応して算出される。
補正量算出部46は、位置ずれ量検出部44で算出された各主軸12A-12Dのそれぞれに対応する位置ずれ量ΔEに基づいて、それら位置ずれ量ΔEを解消するために必要な補正量Cを、各主軸12A-12Dのそれぞれに対応して算出するものである。
そして、移動制御部42は、ワークWに対する加工時に、各主軸12A-12Dに対応する補正量Cに基づいて各主軸12A-12DおよびワークWの相対的移動量の制御を行なう。これにより、上述した位置ずれ量ΔEが解消された状態で各主軸12A-12Dに取り付けられた加工工具46A-46DによるワークWに対する加工がなされる。
次に、マシニングセンター10の使用方法について説明する。
まず、各主軸12A-12Dにそれぞれコレットチャック34を介して所望の加工工具を取り付ける。
詳細には、第1主軸12Aに第1加工工具46Aを、第2主軸12Bに第2加工工具46Bを、第3主軸12Cに第3加工工具46Cを、第4主軸12Dに第4加工工具46Dを取り付ける。
次いで、ワーク保持機構14にテスト用ワークを取り付ける。
そして、移動制御部42は、予め設定された位置制御情報に基づいて、移動機構16によりXYテーブル1404を移動させ、X軸、Y軸上においてテスト用ワークを位置決めすると共に、移動機構16により第1主軸12AをX軸、Y軸上において位置決めする。すなわち、テスト用ワークの設計中心位置P1(x1,y1)に、第1加工工具46Aにより形成されるべき第1所定形状の中心位置が合致して形成されるように移動機構16を制御する。
次いで、第1主軸12AをZ軸方向に移動させ第1主軸12Aに取り付けられた第1加工工具46Aによりテスト用ワークに第1所定形状を加工する。
次いで、この形成された第1所定形状に基づいて補正量を算出する。
すなわち、移動制御部42は、撮像装置32によってテスト用ワークの第1所定形状が撮影可能となるように移動機構16により撮像装置32をX軸、Y軸上において位置決めする。
そして、位置ずれ量検出部44は、位置制御情報に基づいて設計中心位置P1(x1,y1)を算出すると共に、撮像装置32によって撮像されたテスト用ワークの第1所定形状を含む画像情報に基づいて加工中心位置P2(x2,y2)を算出し、それら設計中心位置P1と加工中心位置P2との差分から第1主軸12Aに対応する位置ずれ量ΔE1=((x2-x1),(y2-y1))を算出する。
次いで、補正量算出部46は、位置ずれ量検出部44で算出された位置ずれ量ΔE1に基づいて第1主軸12Aに対応する補正量C1を算出する。
次いで、移動制御部42は、第1所定形状を加工した場合と同様に、予め設定された位置制御情報に基づいて同様に移動機構16により第2、第3、第4主軸12B、12C、12Dを個別にX軸、Y軸上において位置決めし、テスト用ワークの設計中心位置P1に、第2、第3、第4加工工具46B、46C、46Dにより第2、第3、第4所定形状を形成し、次いで、第2、第3、第4所定形状に基づいて第2、第3、第4主軸12B、12C、12Dの補正量C2、C3、C4を算出する。
本実施の形態では、第1、第2、第3、第4所定形状の設計中心位置P1が同一位置である。
上述したように補正量算出部44によって算出された各補正量C1、C2、C3、C4は、第1、第2、第3、第4主軸12A、12B、12C、12Dのそれぞれに対応して移動制御部42に設定される。
このようにしてテスト用ワークを用いた各主軸12A-12Dに対応した補正量の設定処理が完了する。
補正量の設定処理が完了したならば、テスト用ワークに代えて加工対象となるワークWをワーク保持機構14に取り付ける。
そして、当該ワークWに対する加工を行なうための位置制御情報が移動制御部42に与えられることで、移動制御部42は、各主軸12A-12Dに対応する補正量C1、C2、C3、C4に基づいて各主軸12A-12DおよびワークWの相対的移動量の制御を行ない、ワークWに対する各主軸12A-12Dに取り付けられた加工工具46A-46DによるワークWに対する加工が連続的になされる。
例えば、第1主軸12Aに取り付けられた第1加工工具46AによってワークWに対する加工がなされ、次いで、第2主軸12Bに取り付けられた第2加工工具46BによってワークWに対する加工がなされ、次いで、第3主軸12Cに取り付けられた第3加工工具46CによってワークWに対する加工がなされ、次いで、第4主軸12Dに取り付けられた第4加工工具46DによってワークWに対する加工がなされ、一連の加工が終了する。
本実施の形態では、ワークWの同軸上に、第1、第2、第3、第4主軸12A、12B、12C、12Dに取り付けられた第1、第2、第3、第4加工工具46A、46B、46C、46Dによりそれぞれ所定形状が形成される。
なお、例えば、第1加工工具46Aが下孔用ドリルであり、第2加工工具46Bが仕上げ用ドリルである場合には、第2加工工具46Bによる第2所定形状の形成時、第1所定形状である下孔は消滅する。すなわち、最終的に第1、第2、第3、第4加工工具46A、46B、46C、46Dにより形成される所定形状の数は、加工工具の数に一致しない場合もある。
以上説明したように本実施の形態によれば、主軸12A-12Dに対して加工工具を交換せずにワークWに対する加工を行なうため、自動工具交換装置による加工工具の交換毎に発生する主軸12A-12Dに対する加工工具の取付誤差を抑制する上で有利となり、加工精度の向上を図る上で有利となる。
また、本実施の形態では、移動機構16は、主軸12A-12Dを移動させる主軸用移動機構36と、ワーク保持機構14を移動させるワーク用移動機構38とを含んで構成され、複数の主軸12A-12Dは単一のブロック28で支持され、主軸用移動機構36は、ブロック28をZ軸方向に移動させる主軸Z軸方向用移動機構36Aと、ブロック28をX軸方向またはY軸方向のうちの一方向に移動させる主軸横方向用移動機構36Bとを備えるようにしたが、各主軸12A-12Dを支持するブロックを主軸12A-12D毎に設け、それら各ブロックを個別にZ軸方向に移動させるようにしてもよい。
しかしながら、本実施の形態のようにすると、複数の主軸12A-12DおよびワークWを相対的に移動させる移動機構16の構成の簡素化、コンパクト化を図れ、マシニングセンター10の商品価値を高める上で有利となる。
また、本実施の形態によれば、テスト用ワークの設計上定められた位置に形成される予め定められた所定形状の中心位置を設計中心位置P1とし、位置制御情報および移動制御部42により主軸12A-12Dと共に移動された加工工具46A-46Dによって実際に加工された所定形状の中心位置を加工中心位置P2としたときに、各主軸12A-12Dのそれぞれに対応して設計中心位置P1と加工中心位置P2との差分を位置ずれ量ΔE1-ΔE4として検出し、検出された位置ずれ量ΔE1-ΔE4に基づいて各主軸12A-12Dのそれぞれに対応する補正量C1-C4を算出し、移動制御部42により、ワークWに対する加工時に、各主軸12A-12Dに対応する補正量C1-C4に基づいて各主軸12A-12DおよびワークWの相対的移動量の制御を行なうようにした。
したがって、各主軸12A-12Dに対応した補正量C1-C4によって位置ずれ量ΔE1-ΔE4を解消することができ、加工精度の向上を図る上でより有利となる。
なお、本実施の形態では、ワークWの同一軸心上に複数の所定形状を形成する場合について説明したが、ワークWの異なる箇所にそれぞれ複数の所定形状を形成するなど任意である。
この場合には、補正量を求める際に、ワークWの異なる箇所に対応したテスト用ワークの異なる箇所のそれぞれに対応する主軸12A-12Dに取り付けられた加工工具46A-46Dによって加工を行ない、異なる箇所のそれぞれに対応して位置ずれ量検出部44によって位置ずれ量ΔE1-ΔE4を算出し、補正量算出部46によりそれら各位置ずれ量ΔE1-ΔE4に基づいて各主軸12A-12Dのそれぞれに対応する補正量C1-C4を算出すればよい。
また、主軸12A-12Dの個数は4つに限定されず、2つ以上に広く適用される。
10 マシニングセンター
12A 第1主軸
12B 第2主軸
12C 第3主軸
12D 第4主軸
1202 主軸本体
1204 回転駆動部
14 ワーク保持機構
1402 取り付け板
1404 XYテーブル
1404A X軸テーブル
1404B Y軸テーブル
1410 ワーク用X軸モータ
1412 ワーク用Y軸モータ
16 移動機構
18 基板
20 縦壁
22 X軸ガイド部
24 X軸移動体
26 X軸モータ
28 ブロック
30 Z軸モータ
32 撮像装置
34 コレットチャック
36 主軸用移動機構
36A 主軸Z軸方向用移動機構
36B 主軸横方向用移動機構
38 ワーク用移動機構
40 制御装置
42 移動制御部
44 位置ずれ量検出部
44 補正値算出部
46A 第1加工工具
46B 第2加工工具
46C 第3加工工具
46D 第4加工工具
W ワーク

Claims (3)

  1. 加工工具が着脱可能に取り付けられ回転駆動される主軸と、加工すべきワークを保持するワーク保持機構と、前記主軸と前記ワーク保持機構とを相対的に前記主軸の軸心方向であるZ軸方向、前記Z軸方向と直交すると共に互いに直交するX軸方向、Y軸方向に移動させる移動機構とを備えるマシニングセンターであって、
    前記主軸が複数設けられている、
    ことを特徴とするマシニングセンター。
  2. 前記移動機構は、前記主軸を移動させる主軸用移動機構と、前記ワーク保持機構を移動させるワーク用移動機構とを含んで構成され、
    前記複数の主軸は単一のブロックで支持され、
    前記主軸用移動機構は、前記ブロックを前記Z軸方向に移動させる主軸Z軸方向用移動機構と、前記ブロックを前記X軸方向またはY軸方向のうちの一方向に移動させる主軸横方向用移動機構とを備えている、
    ことを特徴とする請求項1記載のマシニングセンター。
  3. 与えられた位置制御情報に基づいて前記移動機構を制御することにより前記主軸および前記ワークの相対的移動量の制御を行なう移動制御部と、
    テスト用ワークの設計上定められた位置に形成される予め定められた所定形状の中心位置を設計中心位置とし、前記位置制御情報および前記移動制御部により前記主軸と共に移動された前記加工工具によって実際に加工された前記所定形状の中心位置を加工中心位置としたときに、前記各主軸のそれぞれに対応して前記設計中心位置と前記加工中心位置との差分を位置ずれ量として検出する位置ずれ量検出部と、
    前記位置ずれ量に基づいて前記各主軸のそれぞれに対応する補正量を算出する補正量算出部とを備え、
    前記移動制御部は、前記ワークに対する加工時に、前記各主軸に対応する前記補正量に基づいて前記各主軸および前記ワークの相対的移動量の制御を行なう、
    ことを特徴とする請求項1または2記載のマシニングセンター。
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