JP2807823B2 - ２主軸対向型ｃｎｃ旋盤のワーク加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明は、ワークを把持して回転する２個の主軸を
対向して配置した旋盤における２個の主軸の同期制御手
段に特徴がある装置に関するものである。

《従来の技術》 旋削を第１工程とする旋削加工において、回転工具を
備えたタレット刃物台と主軸割出し装置を備えた旋盤に
より、フライス加工や孔明け加工等を同じ機械で行わせ
る方式が第一次複合化として採用された。更に一台で完
成品をとの要望から、旋削、フライス加工のあと背面加
工を同じ機械で行う事が要望され、その対策として従来
のテールストックの位置にサブスピンドルを設けてこの
サブスピンドルを前進させてワークの先端を掴み、ワー
クを主軸（第１主軸）からサブスピンドルに受け渡して
背面加工を済ませるようになった。ワークがバー材の場
合は、バー材切断前にサブスピンドルでバー材の先端を
掴み、第１主軸とサブスピンドルをほぼ同速度で回転さ
せつつ突切り加工してワークを第１主軸からサブスピン
ドルへ受け渡していた。しかしこの種の旋盤は、テール
ストックを改良した程度のサブスピンドルであるから、
背面加工も面取りと背面の仕上げ程度の加工しかでき
ず、背面加工の間は第１主軸が休止状態となって能率が
悪かった。

そこでこのサブスピンドルを強力な第２主軸に替え、
この第２主軸に対応するタレット刃物台を設けて第１主
軸と第２主軸の割出しを含む強力な複合加工を可能と
し、両主軸間でのワークの自動受け渡しは勿論、正面及
び背面加工を同時進行させながら連続運転のできるマシ
ンセル化が進められた。この場合において、正面加工と
背面加工の両方に主軸割出しが含まれるときは、最初の
旋削加工が終わったあと第１主軸をオリエンテーション
（位置決め停止）動作により原点角度に機械的位置決め
し、その位置で第１主軸に主軸割出し駆動装置を連結
し、その位置から主軸を割出して第１主軸でのフライス
加工や孔明け加工を行い、ワークの受け渡しの際には、
第１主軸を原点角度に戻し、同様なオリエンテーション
動作により原点角度に位置決めした第２主軸でワークの
先端を掴むという動作でワークの受け渡しを行ってい
た。またバー材の場合は、第２主軸でバー材の先端をつ
かんだ後、第２主軸を第１主軸に追従させながら比較的
ゆっくりと加速を行って所定の回転数に上げ、突切り加
工を行っていた。

しかし従来のバー材加工の際は、第２主軸を第１主軸
に追従させて回転を立ち上げる関係上、第２主軸を小形
にして慣性の小さいものにしなければならず、そのため
に背面加工の加工能率や加工精度が制限されるという問
題があった。

この発明は、以上の問題を解決するのに適した２主軸
対向型CNC旋盤の構造及び加工装置を提供することを課
題とするものである。

《課題を解決するための手段》 上記課題を解決するため、この発明の２主軸対向型CN
C旋盤は、ベースとしてスラント型ベース１を備え、該
ベース上に複数のタレット型刃物台３とワークを保持し
て回転するそれぞれの主軸11を備えた２台の主軸台２を
対向させて配置し、第１及び第２主軸11a、11bには旋削
加工用主軸モータ21と主軸の位相を検出する主軸エンコ
ーダ27と機械的に連結解除自在な主軸割出し駆動装置23
と割出しモータ40と割出しエンコーダ26をそれぞれ個別
に設けた構造としている。

またバー材の加工においては、２台の主軸モータ21
a、21bを同期的に回転させる同期制御装置53を設けてこ
と同期制御装置で両主軸11a、11bを同期回転させながら
旋削しな突切り加工を行うこととし、且つこと同期制御
装置として、両主軸エンコーダ27が発する単位時間のパ
ルス数の差から両者の遅速を検知する手段と、設定され
た微小補正値を記憶する手段と、前記遅速が検知された
ときに該微小補正値を正逆にしてそれぞれの主軸モータ
制御部52に与える手段とを含む装置を提唱している。

《作用》 本発明では主軸割出し駆動装置23及び割出しエンコー
ダ26を第１主軸11a及び第２主軸11bに設けて強力で精度
の高い割出し加工を可能にした。バー材加工時には、第
２主軸でバー材の先端を把持したあと、第１主軸と第２
主軸との同期制御装置53で同期回転させながら回転を立
ち上げて突切り加工を行う。

同期制御装置53により、バー材加工時におけるワーク
の両端を把持した状態での回転の立ち上げが速やかに且
つ円滑に行われるから、加工サイクルを短縮でき、第２
主軸を充分な剛性を備えたものとできるし、ワークに過
大な捩じれ負荷を作用させることもなくなる。

更に上記同期制御装置53を付加したことにより、第１
及び第２主軸を同期回転させながらワークの受け渡し動
作を行わせることも可能で、第１主軸側の最終加工が旋
削加工である場合にこのような動作を行わせることによ
り、主軸を一旦停止させてまた加速するのに必要なアイ
ドルタイムも削減することが可能になる。

《実施例》 （１） 全体構成（第１図ないし第３図参照） 第１図ないし第３図は、この発明の一実施例の全体構
成を示す図である。以下の説明において、主軸方向をＺ
軸方向と言い、Ｚ軸と直交する方向をＸ軸方向という
（第１図参照）。図中、１はベース、2aは第１主軸台、
2bは第２主軸台、3aはタレット型の第１刃物台、3bは同
第２刃物台、４は切粉収容箱、５はチップコンベヤであ
る。ベース１は、上面を45度手前側に傾斜させたスラン
ト型で、このベースに固定した第１主軸台2aに対向して
第２主軸台2bがＺスライド６を介してＺ軸方向にのみ摺
動自在に配置され、この主軸台2a、2bの奥側に刃物台3
a、3bが配置されている。そして第１刃物台3aはＺスラ
イドとＸスライドを備えたZXスライド７を介してＺ及び
Ｘ両方向に摺動自在で、第２刃物台3bはＸスライド８を
介してＸ方向にのみ摺動自在に装着されている。

刃物台3a、3bは、ミリングカッタやドリル等の回転工
具を含む複数の工具を装着したタレット9a、9bをそれぞ
れ備え、各タレットは、インデックスモータ10a、10bで
割出し駆動されて工具の選択が行われ、各インデックス
位置において面歯車継手により刃物台3a、3bに強固に固
定される。タレットに装着した回転工具は、ミリング用
モータ39で回転駆動される。そして第１主軸台2aに装着
されたワークは第１刃物台3aの工具で、第２主軸台2bに
装着されたワークは第２刃物台3bの工具で加工される。

各スライド６、７、８には、その送りモータ12a、12
b、13a、13b、送りネジ14a、14b、15a、15b及び図示さ
れないボールナットからなる送り装置が設けられ、送り
モータ12、13の回転角を制御することにより、第２主軸
台2b及び第１、第２刃物台3a、3bの移動位置決めが行わ
れる。

本実施例装置が45度スラント型のベースを採用してい
るのは、後記切粉の速やかな排出を図る他、タレットの
工具交換時の作業性を考慮したこと、ローダやアンロー
ダを機械の上方や前方の任意の位置に配置可能にするこ
と、主軸台２や刃物台３のスライド面に過大な偏荷重が
作用するのを避けること等の理由による。実際の構造で
は、ベース１の上面に３条のスライドウエイを削り出し
で一体に設けて剛性を増し、積層化することによるコス
トの増加を少なくしている。

（２） 切粉収容箱（第２図および第３図参照） 切粉収容箱４は、ベース１の前縁下部に別置き型で配
置されており、両主軸台2a、2bの間に形成される加工領
域におけるベース１の上面は、第２主軸台のＺスライド
６と第１主軸台2aとの間に装架された伸縮自在のカバー
18で覆われている。切粉収容箱４の底面には、横方向に
チップコンベヤ５が配置されている。従って、上記加工
領域で生成した切粉は前記カバー上を滑落して切粉収容
箱４に落下し、チップコンベヤ５で機械側方に速やかに
排出される。

旋削加工では、出来るだけ少ない時間で荒削りを完了
する為にワークを高速回転させ且つ工具に高速送りを掛
けて荒削りをする。その為に大きな加工熱が発生するの
で、切削液を掛けて切粉を冷やし、生成した切粉を速や
かに加工領域から除去することが機械やワークの熱変形
を防止して高い加工精度を維持するための重要に要件と
なる。本発明の装置では、上記構造を採用することによ
ってこの問題を解決している。チップコンベヤ５は、機
械の後方に切粉を排出する構造とすることも可能である
が、後方排出型は切粉収容箱の中央へ切粉を寄せる構造
とする必要があること、ベース中央にコンベヤが通るた
めにメンテナンス作業が不便であり、一般に機械背面に
は多数の制御装置が配置されているため、後方排出型は
制御装置のメンテナンスにも好ましくない。

（３） 主軸台（第１図及び第４図参照） 主軸台2a、2bには、それぞれ主軸11、主軸に固定され
たチャック19、チャック開閉用のチャックシリンダ20、
主軸モータ21、ブレーキ装置22、主軸割出し駆動装置2
3、主軸割出し駆動装置と主軸とを係脱するシフト歯車
対24、25及びエンコーダ26、27が装着されている。主軸
モータ21は、Ｖベルト28伝動により主軸を駆動してお
り、主軸11の回転角は、タイミングベルト29で主軸と連
結された主軸エンコーダ27で検出されている。

（４） ブレーキ装置（第５図及び第６図参照） ブレーキ装置22は、主軸の回転角度位置を確保する必
要のある場合には全力でブレーキディスク31をクランプ
し、フライス加工のときは半ブレーキにしてその制動力
を自由に自動制御できるものとする。本実施例ではディ
スクブレーキを採用しており、主軸に固定したブレーキ
ディスク31とこれを挟持するブレーキシュー32及びブレ
ーキシリンダ33で構成されている。ブレーキ装置22は、
ブラケット34を介して主軸台２に固定される。図に示し
たブレーキ装置では、ブレーキシリンダの油圧を制御し
てブレーキ力を調節している。

（５） 主軸割出し駆動装置（第７図及び第８図参照） 主軸割出し駆動装置23は、エンコーダ26を内蔵した割
出しモータ40、その出力軸に固定されたウォーム41及び
これに噛合するウォームホイール42、ウォームホイール
軸43に精密スプラインで軸方向移動自在に装着されたシ
フト歯車24、主軸11に固着された歯車25、シフトフォー
ク44及びシフトシリンダ45で構成されている。

歯車25とシフト歯車24とは、同歯数の精密歯車であ
る。旋削加工時には、シフトシリンダ45でシフト歯車24
を第７図上右移動させて歯車25との噛合を解き、主軸モ
ータ21で主軸11を高速回転させ、フライス加工や孔明け
加工のときはシフト歯車24を逆方向に移動させて歯車25
と噛合させ、割出しモータ40の回転をウオーム歯車対4
1、42で減速して主軸11を回転させ、所定角度での位置
決めや低減回転をさせながらのコンターリングのフライ
ス加工を行うことができる。ウォーム歯車対41、42に代
えてハーモニックドライブ式の減速機や差動減速機など
を採用することも可能で、大きな減速比をとることによ
り主軸11の正確な角度位置決めが可能になる。本実施例
の割出しエンコーダ26の主軸11上での角度分割数は36万
である。また主軸割出し駆動装置23に主軸11との係脱装
置についても、シフト歯車に代えて噛合式メカニカルク
ラッチ等を使用することもでき、その駆動も空圧式や電
気式であっても良い。本発明では、このような主軸割出
し駆動装置23を２つの主軸11a、11bのそれぞれに設けて
いる。本実施例の主軸割出し駆動装置23では、モータ出
力を逆転抵抗の大きなウォーム歯車対からなる高減速比
機構を介して主軸11に伝達する構造を採用して主軸11の
逆転駆動抵抗力を高めており、重切削フライス加工を可
能にしているところに特徴がある。

割出しモータ40は、CNC装置46からの指令を受けてサ
ーボドライバ47（第８図）で制御される。割出しエンコ
ーダ26の出力は、速度信号としてサーボドライバ47に与
えられてその速度をフィードバック制御し、位相信号が
CNC装置46に与えられ、主軸が所定の角度に位置決めさ
れたときにCNC装置はサーボドライバ47に停止指令を与
える。割出し動作は、サーボモータを高速回転させるこ
とにより高速で行われ、割り出し位置では、ブレーキ装
置22が割出し位置を強固に固定する。また、コンターリ
ングのフライス加工の場合には、CNC装置46が送り速度
をサーボドライバ47に指令し、サーボドライバ47はフィ
ードバック制御により指令された速度で主軸11を回転さ
せる。このとき、必要に応じてブレーキ装置22で主軸に
半ブレーキが掛けられ、負荷変動による主軸の振動を防
止する。

（６） 主軸割出し駆動装置の連結装置（第９図参照） この実施例のものでは、第９図に示すように、主軸及
び割出しエンコーダ27、26にピッチカウンタ49、48が設
けられている。このピッチカウンタは、歯車24、25の円
周ピッチに対応する角度だけ主軸が回転したときに主軸
エンコーダ27が発するパルス数を最大カウント数とする
カウンタで、歯車24、25の噛み合い点からの位相を検出
している。ピッチカウンタ49、48は、そのカウントアッ
プパルス及び各エンコーダの基準角パルス（主軸や主軸
割出し駆動装置が基準位置位相になったときに出力され
るパルス）によりリセットされる。従って、ピッチカウ
ンタ49及び48は、主軸11及び主軸割出し駆動装置23が基
準位置位相となったときからカウントを開始、且つ歯車
25及び24が一円周ピッチ分だけ回転する毎にリセットさ
れて新たにカウントを開始するから、両ピッチカウンタ
49と48のカウント数が等しければ、シフト歯車24と歯車
25との噛合を行わせることができる。分周器50は、割出
しエンコーダ26の分割数を主軸エンコーダの分割数まで
粗くするためのもので、例えば主軸エンコーダの分割数
が3600、割出しエンコーダ26の分割数が36万であれば、
分周器50の分周数は100である。主軸割出し駆動装置23
を主軸11に連結するときには、CNC装置46は、比較器51
で検出されるピッチカウンタ49と48の値の差だけ割出し
モータ40に回転指令を与えて歯車24、25を噛み合い位置
に位置決めする。

これにより、主軸割出し駆動装置の連結時における主
軸11のオリエンテーション動作を無くし、主軸11を急速
に減速してそのまま停止させ、止まった角度位置を主軸
エンコーダ27のピッチカウンタ49で検出し、主軸割出し
駆動装置23をこの検出角度位置に合致するように急速位
置決めして主軸割出し駆動装置23を主軸11に連結する動
作が可能となる。割出しモータ40はサーボモータを使用
しているので、急停止させても位置が狂うことがなく、
連結動作を短時間で終了することができる。

上記構造を採用するには、連結用歯車24、25のピッチ
精度を充分に高くすることが必要である。歯車24、25の
ピッチ精度を期待出来ないときには、第９図のピッチカ
ウンタ49、48の容量を大きくして基準位置位相からの歯
車25、24の回転角がピッチカウンタ49、48でカウントさ
れるようにし、比較器51で検出されるカウント差だけ主
軸割出し駆動装置23を回転させてやれば良い。この場合
には、歯車25と24の噛合位置が常に一定になるので、精
度の維持が容易である。

即ち、主軸エンコーダ27としてアブソリュートエンコ
ーダを用いるだけでアイドルタイムを大幅に短縮した連
結動作が可能となり、またこれにより従来必要としたオ
リエンテーション機構が不要となり、機械構造の面でも
大きなコストダウンが可能になる。

なお第９図の実施例は、回路ブロック図で示している
が、同様な動作をCNC装置のプログラムで行わせること
も可能であり、そのようなプログラムにより制御される
装置が主軸割出し駆動装置の連結装置として採用でき
る。この点は、次の主軸の位相合わせ装置においても同
様である。

（７） 主軸の位相合わせ装置（第９図参照） ワークの受け渡しを行うときの主軸11a、11bの位相合
わせは、第１及び第２割出しエンコーダのカウンタ60の
値をCNC装置46で読み取り、両者が一致するようにいず
れかの割出しモータに回転指令を与えるか、又は両者が
一致する方向の正逆両方向の回転指令を両割出しモータ
40に与えることによって行われる。

割出しモータとしてサーボモータを使用することによ
り、上記構造での主軸11a、11b相互の位相合わせもきわ
めて短時間で行うことができる。

（８） 主軸モータ制御装置（第10図参照） 主軸モータ21の制御ブロックを第10図に示す。第１及
び第２主軸モータ21a、21bは、個別運転されるときに
は、CNC装置46からの個別の速度指令を受けたモータ制
御部52が個々にその速度を制御している。想像線で囲ん
で示す同期制御装置53は、遅速弁別回路54、補正値設定
器55、補正指令回路56、切換器57並びに第１及び第２速
度指令補正回路58a、58bからなる。遅速弁別回路54は、
ミリセカンド単位の微少時間における主軸エンコーダ27
の出力パルスをカウントし、その大小により第１主軸1a
と第２主軸11bとに位相差や速度差が生じているかどう
かを監視しており、補正値設定器55には、単位時間間隔
毎に与える補正値が設定されている。第１主軸と第２主
軸を同期駆動するときには、切換器57で第１主軸側の速
度指令が第１及び第２モータ制御部52a、52bの両者に与
えられるようにすると共にフィードバック信号が速度指
令補正回路58に与えられるようにし、位相の進んだ側に
は補正値を減算入力し、逆に位相の遅れた側には当該補
正値を加算入力して、この一連の制御を短い時間間隔で
連続して行うことにより、第１主軸11aと第２主軸11bを
同期させるようにしている。このようにそれぞれの主軸
モータ制御部52a、52bにCNC装置46から発する速度指令
を共通指令として前記補正をして入力させることにより
両主軸を同期させる制御は、従来多用されて来た追従方
式つまり一方を主とし他方を追従させる方式と異なり、
両軸位相の平均値を目標に追従させていることになる。
これによりサーボハンチングを押え、高速回転中は速度
同期を、加減速回転中は位相同期を行わせることによ
り、高速回転中でも急速加減速中でも容易に同期運転を
行うことが可能になる。

また従来技術では回転速度差の検出や位相差の検出に
おいてはそれぞれの偏差を検出し、その差分に相当する
指令値を計算して補正指令を与えるようにしていたが、
それでは計算処理に時間を要し、フィードバックに時間
が掛かり、旋盤のように高速で且つ加減速時間の短いも
のでは補正値を算出した時には両主軸の位相差がすでに
変化しているという状況が度々起こり、時間遅れのある
粗い制御となって同期精度を保つことはできなかった。
これに対して上記同期制御装置は、フィードバック時間
を短縮するために位相差や速度差から補正指令値を導く
までの一切の計算を省き、単に遅速を求めて速度指令を
一定の設定値だけ修正するに止めている。そのためにサ
ンプリング時間はミリセカンド単位となり、殆ど連続し
て補正することができ、頻繁な加速減速を繰り返す場合
にも正確な同期運転が可能である。

《発明の効果》 この発明は２主軸対向型CNC旋盤の構造によれば、２
個の刃物台が共に主軸の奥側に位置するので、主軸への
接近性が良く、ワーク装脱時の作業性が良く、作業上の
危険もない。更に切粉や切削液の排出がベース手前に設
置した切粉収納箱に速やかに行われるので、機械本体の
熱変形を最小に押さえることができ、ワークのローダや
アンローダも各種の構造のものがそのまま利用できる。

また第１主軸台を固定した構造であるから、第１主軸
台に充分な剛性を付与することができ、バー加工時にバ
ーフィーダ上の素材が軸方向に移動するという問題も生
ぜず、従来から使用されているバーフィーダをそのまま
用いることができ、第１刃物台をＺ方向に移動させるこ
とによりタレットへの工具の装脱、刃物台の保守点検も
容易に行うことができる。

そして、主軸への主軸割出し駆動装置の連結や第１及
び第２主軸の位相合わせをきわめて速やかに行うことが
でき、背面加工や割出しを含むワークの複合一貫加工に
おける作業能率を大幅に向上させることができる。ま
た、主軸には独立した主軸割出し駆動装置で割出し位置
決めや低速回転送りが与えられるので、これらの加工時
における主軸の逆転抵抗を大きくでき、前述の第１主軸
の剛性増加と相まって強力な加工能力を備えた２主軸対
向型CNC旋盤を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の実施例を示す図で、第１図はベース上の
機器配置を示す図、第２図は機械を模式的に示す断面
図、第３図は切粉排出装置を示す斜視図、第４図は主軸
割出し駆動装置の機器を展開して示す図、第５図はブレ
ーキ装置の詳細図、第６図はブレーキ装置の制御系を示
すブロック図、第７図は主軸割出し駆動装置の斜視図、
第８図は割出しモータの制御系を示すブロック図、第９
図は主軸と割出し駆動装置の連結制御系を示すブロック
図、第10図は主軸モータの制御系を示すブロック図であ
る。 図中、 1:ベース、2:主軸台 3:刃物台、4:切粉収容箱 5:チップコンベヤ、11:主軸 16:ワーク、21:主軸モータ 23:主軸割出し駆動装置、24,25:シフト歯車対 26:割出しエンコーダ、27:主軸エンコーダ 40:割出しモータ、46:CNC装置 53:同期制御装置 なお、符号に付した添字ａは第１加工ユニット側の部材
を、ｂは第２加工ユニット側の部材を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23B 3/30 B23Q 15/00 B23Q 5/10 B23Q 16/02 B23Q 11/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】共通のベース（１）に複数のタレット型刃
   物台（３）を配置すると共にワーク（16）を保持して回
   転するそれぞれの主軸（11a,11b）を備えた２台の主軸
   台（2a,2b）を対向型に配置した２主軸対向旋盤におい
   て、２本の主軸（11a,11b）は旋削加工用主軸モータ（2
   1）と主軸の位相を検出する主軸エンコーダ（27）とを
   それぞれ個別に備えると共に２台の旋削加工用主軸モー
   タ（21a,21b）を同期的に回転させる同期制御装置（5
   3）を備え、この同期制御装置（53）は、２個の主軸エ
   ンコーダ（27）が発する単位時間のパルス数の差から２
   本の主軸の間の遅速を検知する手段と、設定された微小
   補正値を記憶する手段と、前記遅速が検知されたときに
   該微小補正値を正逆にしてそれぞれの主軸モータ制御部
   （52）に与える手段とを備え、位相の進んだ側の主軸モ
   ータ制御部（52）に減速指令を与え、位相の遅れた側の
   主軸モータ制御部（52）に加速指令を与えることを特徴
   とする、２主軸対向型CNC旋盤のワーク加工装置。