JP2835768B2 - ２主軸対向旋盤における防振加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明は、旋盤でワークを加工する際にワークの振
動によって所望の加工が不可能ないし困難になるのを防
止する方法に関するもので、特にベッドの定位置に軸着
された第１主軸と該第１主軸に同一軸線上で近接離隔自
在に対向する第２主軸とを有する２主軸対向旋盤におけ
る上記方法に関するものである。

《従来の技術》 旋盤でワークを加工するときにワークが振動して所望
の加工ができなくなることがある。この現場は、通常ワ
ークが細長いときに生じ、ワークの振動のために刃物に
所望の切り込みを与えることができなくなったり、加工
したワークの表面にワークの振動に起因するしま模様が
表れたりする。

従来はこのようなときにワークの振動を防止する手段
として、ステディレストと呼ばれる加工治具でワークを
支持する方法が採用されている。ステディレストは、Ｖ
形の表面ないし複数のローラでワークの外周を支持する
もので、ステディレストでワーク加工位置の近くを支持
してやれば、加工中におけるワークの振動を有効に防止
できる。

《発明が解決しようとする課題》 ステディレストを用いる加工方法は、ワークの振動を
防止する点では極めて有効で、非常に細長いワークを加
工する場合等には、ステディレストを用いなければ加工
することができない場合も多い。しかしステディレスト
は、ワークの種類毎にそれぞれ専用のものを用意する
か、汎用のステディレストならばワークの種類毎にその
高さを調整して使用する必要があり、しかもステディレ
ストで支持している部分は、そのステディレストを用い
た状態で加工することができないので、一個のワークに
対して複数のステディレストが必要になることもまれで
はなく、ステディレストの操作・調整や加工中の段取り
替えが煩雑になるという欠点がある。

２主軸対向旋盤では、ワークが振動するおそれがある
ときには、ワークの両端を第１および第２主軸で把持し
て両主軸を同期回転させながら加工を行うことが可能
で、心押台でワークの先端を保持する場合よりもワーク
先端の把持剛性を高くでき、かつ両主軸の同期駆動によ
ってワークのねじれ剛性も高くできるので、ワークの振
動防止の点では、単軸の旋盤より有利であり、ステディ
レストなしで加工できるワークの範囲が若干広くなる。

この発明は、互いに近接距離可能な２本の主軸を有す
るという２主軸対向旋盤のハード構造の特徴を更に利用
して、より広い範囲のワークをステディレストを用いる
ことなく加工する方法を提供しようとするものである。

《課題を解決するための手段》 この発明の２主軸対向旋盤における防振加工方法は、
同一軸線上で対向する第１主軸11aと第２主軸11bとを備
え、第１主軸11aはベース１に固定され、第２主軸11bは
主軸方向に進退自在に装着され、第２主軸11bを主軸方
向に位置決め駆動するサーボモータ12bとこのサーボモ
ータを制御するNC装置を備えている２主軸対向旋盤にお
ける防振加工方法において、NC装置が一工程の加工プロ
グラムを読み込む毎に当該一工程の加工が防振加工かそ
うでないかを判定し、防振加工が指令されているときは
第２主軸がワークを把持しているかどうかを確認した
後、ワークの材質及び形状データに基づいて設定ないし
算出された歪量だけ第２主軸を移動し、次いで加工を実
行した後、前記歪量だけ第２主軸を戻す手順で当該一工
程の加工を行い、防振加工が指令されていないときは、
その判定手続きのあと直ちに当該一工程の加工を実行す
ることをを特徴とするものである。上記歪量は、ワーク
の材質に応じて予め設定した軸応力をワーク内に生成さ
せたときの歪量として設定ないし算出される。

第２主軸台2bの移動によってワークに生じさせる軸応
力は、加工精度に影響を及ぼすような変形をワークに生
じさせない限度において高めに設定するのが良いが、加
工によるワークの熱膨張も考慮する必要があり、チャッ
ク爪のすべりを生じない範囲の応力でなければならない
という制限も考慮しなければならない。

ワークに与える最適な軸応力の値は、理論的に求める
ことがある程度は可能であるとしても、旋盤自体の剛性
や刃物の剛性とも無関係ではないので、最終的には実際
の加工データを基にして決定されるべきものである。

ワークに上記軸応力を与えるための第２主軸台2bの移
動量は、ワーク毎に計算して加工プログラムにインプッ
トしておくか、あるいはCNC旋盤であれば、ワークの材
質や形状を基にしてコンピュータに計算させて第２主軸
台2bの移動位置を制御しているサーボモータ12bに移動
指令を与えることによって行われる。

《作用》 楽器の弦の振動数は、弦の張力すなわち弦の軸応力が
大きくなる程高くなりかつ振幅が減少することからも容
易に理解されるように、軸方向応力を付与されることに
よってワークの剛性が高まり、ワークの振動は抑止され
る。

勿論上記手段によって抑止できる振動の範囲には限り
があり、非常に振動し易いワークを加工する際には、前
述したステディレストを用いざるを得ないが、上記手段
によれば、ステディレストを用いないで加工できるワー
クの範囲を拡大できる。

そして上記手段は、加工前にNC制御で第２主軸台2bを
わずかに移動させるだけで良いので、加工時の作業負担
を増大させることも加工能率を低下させることもなく、
簡単なプログラムを加工プログラムに付加するだけで容
易に実施することができる。

《実施例》 第２図はこの発明の方法が実施される旋盤のハード構
造の一例を模式的に示した平面図である。第２図の説明
においては、主軸11a、11bと平行な方向をＺ軸方向と言
い、Ｚ軸と直交する方向をＸ軸方向という。また第１主
軸11a側と第２主軸11b側との部材を区別するために添字
ａ、ｂを用いているが、特に区別する必要がないとき
は、これらの添字ａ、ｂを省略した符号を用いている。

第２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
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、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軸及
びＸ軸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軸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39a、39bで回転駆動される。

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てい
る。送りモータ12a、12b、13a、13bは、エンコーダ16
a、16b、17a、17bを内蔵したサーボモータが用いられて
おり、そ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。

第３図は、Ｚスライド６の位置決め用の送りモータ12
bの制御ブロック図を示したもので、CNC装置46からの位
置決め指令に基いてサーボモータ12bが回転してＺスラ
イド６を所定の位置に位置決めする。サーボモータ12b
の回転量は、エンコーダ16bによって検出されてCNC装置
46にフィードバックされ、これによってＺスライド６が
正確に位置決めされる。

主軸台2a、2bには、第４図に示すように、それぞれの
主軸11a、11bにチャック19、チャック開閉用のチャック
シリンダ20、旋削モータ21、主軸割出し装置23、該割出
し装置と主軸を係脱するシフト歯車対24、25及び主軸エ
ンコーダ27が装着されている。旋削モータ21は、Ｖベル
ト28伝動により主軸11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11と連結された主軸エン
コーダ27で検出されている。一方、シフト歯車対24、25
により主軸11と係脱される割出し装置23は、精密位置決
めが可能な割出しモータ22によって駆動され、減速機30
を介して主軸11を低速回転させる。割出しモータ22の回
転は、該モータに内蔵された割出しエンコーダ26によっ
て検出され、第２図と同様なサーボ制御によって主軸11
の位相を制御している。

ワークに旋削加工を行う際には、シフト歯車対24、25
を切り離して割出し装置23が主軸11から切り離す。また
コンターリングのフライス加工等で主軸11を低速回転さ
せるときには、シフト歯車対24、25を噛合させて割出し
装置23を主軸11に連結し、割出しモータ22で主軸11を回
転させる。

第５図は旋削モータの制御ブロック図である。第１及
び第２旋削モータ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52a、52b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27a、27bの出力パルスをカウントし、その大小によ
り第１主軸11a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いる。

補正値設定器55には、単位時間間隔毎に与える速度補
正値が設定されている。この補正値は、CNC装置46のプ
ログラムで与えるようにすることもできる。補正指令回
路56は、遅速弁別回路54の出力を受けて、補正値設定器
55に設定された補正値を減算又は加算指令として速度指
令補正回路58a、58bに与える。勿論、位相や速度が進ん
だ側には減算指令として、遅れた側には加算指令として
補正値が与えられる。速度指令補正回路58a、58bは、CN
C装置46から与えられた速度指令にこの補正値を加減し
てモータ制御部52a、52bに速度指令を与える。この一連
の制御サイクル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を同期させている。

第１主軸11aと第２主軸11b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、
補正信号が速度指令補正回路58a、58bに与えられるよう
に切換器57を切り換える。

本発明の防振加工は、CNC装置46の加工プログラムで
指令される。以下、この発明の防振加工方法の一実施例
を第１図のフローチャートに基いて説明する。

一工程の加工プログラム、例えばあるワークの中央部
の旋削粗削りならその旋削加工において、防振加工が指
令されると、第１図の制御ルーチンは、第２チャック19
bがワークを既に把持しているかどうか調べ（防振加工
はワークが第１主軸で把持されているときに指令される
ので、このことは、ワークが第１主軸と第２主軸との両
方で把持されているかどうかを調べることと同意義であ
る。）、若し第２チャック19bがワークを把持していな
ければ、NC画面にアラームメッセージを表示させ、機械
を停止させる。

次に予めCNC装置46に記憶されているワークの材質、
長さ、径等のデータを読み込み、材質やワーク毎に登録
された許容応力にワークの最小断面積を乗じてワークに
与える軸力を算出し、この軸力をワークの両端から与え
たときのワークの歪量を算出する。そしてＺ軸送りモー
タ12bにこの歪量に対応する移動指令を与え、Ｚスライ
ド６をこの歪量だけ移動させる。この状態で、ワークに
は、引張又は圧縮方向の軸力が加わり、ワークの剛性が
高くなる。

その後、プログラムで指定された一工程の加工を行
い、該一工程の加工が終了したら、防振加工の実行のた
めに特別に行った動作をもとに戻し、次の加工に進む。
若しプログラムにより指令された加工が防振加工でなけ
れば、分岐ステップ61及び62で制御が分岐して防振加工
のための準備手続き及び復元手続きを通らないので、加
工ステップ63で通常どおりの加工が行われるだけであ
る。

《発明の効果》 以上説明したこの発明の加工方法によれば、加工プロ
グラムにおいて防振加工を指定するだけで加工中のワー
クの振動を抑制した状態で加工を行うことが可能とな
り、ステディレストを用いないで行うことのできる加工
の範囲を相当に拡大することができ、ステディレストの
製作に要する費用やステディレストの設置に要する作業
時間や人手を大幅に低減することができる。更に上記の
方法は、旋盤のハードウエア自体には何等の改変も必要
とせず、加工プログラムで防振加工を指定することのみ
によって実施できるので、従来装置にも簡単に採用でき
るという特徴がある。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の一実施例を示す図で、第１図は制御手順
を示すフローチャート、第２図は２主軸対向旋盤の模式
的な平面図、第３図は第２主軸台の位置決め装置を示す
ブロック図、第４図は主軸駆動装置を示す模式的な平面
図、第５図は旋削モータの同期制御装置を示すブロック
図である。 図中、 1:ベース、2a,2b:主軸台 6:Zスライド、11a,11b:主軸 12b:送りモータ、16b:エンコーダ 19a,19b:チャック、21a,21b:旋削モータ 27a,27b:主軸エンコーダ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同一軸線上で対向する第１主軸（11a）と
   第２主軸（11b）とを備え、第１主軸（11a）はベース
   （１）に固定され、第２主軸（11b）は主軸方向に進退
   自在に装着され、第２主軸（11b）を主軸方向に位置決
   め駆動するサーボモータ（12b）とこのサーボモータを
   制御するNC装置を備えている２主軸対向旋盤における防
   振加工方法において、 NC装置が一工程の加工プログラムを読み込む毎に当該一
   工程の加工が防振加工かそうでないかを判定し、防振加
   工が指令されているときは第２主軸がワークを把持して
   いるかどうかを確認した後、ワークの材質及び形状デー
   タに基づいて設定ないし算出された歪量だけ第２主軸を
   移動し、次いで加工を実行した後、前記歪量だけ第２主
   軸を戻す手順で当該一工程の加工を行い、防振加工が指
   令されていないときは、前記判定手続きのあと直ちに当
   該一工程の加工を実行することを特徴とする、２主軸対
   向旋盤における防振加工方法。