JP2841086B2 - ２主軸対向旋盤におけるワーク加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明は、共通ベース上にワークを把持して回転す
る２本の主軸を対向して配置した２主軸対向旋盤におい
て、ワーク加工時に一方の主軸から他方の主軸へワーク
を受け渡す際の受け渡し方法に関するものである。

《従来の技術》 ２主軸対向旋盤でのワークの加工において、第１主軸
と第２主軸との間でのワークの受け渡し動作を含み、且
つ第１主軸での加工と第２主軸での加工の両方にフライ
ス加工や孔明け加工等の割出し加工が含まれるときは、
第１主軸から第２主軸にワークを受け渡すときに第１主
軸と第２主軸の位相を一致させておく必要があり、その
ときの一致の精度が、ワークの加工精度に影響を及ぼ
す。

第１主軸と第２主軸の位相を一致させる方法として、
ロック部材を備えた機械的なオリエンテーション機構を
第１主軸及び第２主軸のそれぞれに設け、オリエンテー
ション機構により第１主軸と第２主軸とを原点位相に復
帰させて第１主軸の位相と第２主軸の位相とを一致させ
た状態で、ワークを第１主軸から第２主軸へ受け渡す方
法が公知である。

また他の方法として、第１主軸と第２主軸にそれぞれ
設けられている旋削用の主軸モータの回転角をサーボ制
御して第１主軸と第２主軸を位相が一致した状態で停止
させ、その状態で第１主軸から第２主軸にワークを受け
渡す方法が提唱されている。

《発明が解決しようとする課題》 しかし上記前者の方法は、第１主軸と第２主軸の位相
を高い精度（0.01〜0.001度）で一致させることができ
るが、主軸をゆっくり回転させて原点位相になったとき
にロック部材を嵌合させるという動作が原点位相を出す
ため、主軸を原点位相に復帰させるという動作に数秒の
時間がかかり、加工サイクルを低下させるという問題が
ある。

一方、上記後者の方法は、通常の制御方法では、第１
主軸と第２主軸の位相を粗い精度（0.1度程度）でしか
一致させることができず、前者のような高い一致精度を
実現しようとすると主軸位相検出用のエンコーダとして
特殊な構造のものを用いねばならず、サーボ制御装置も
複雑になって装置が非常に高価になる問題がある。

この発明は、受け渡し時における両主軸の位相の一致
精度が高く、装置が安価であり、且つ加工サイクルも速
くできる２主軸対向旋盤におけるワークの受け渡し方法
を提供することを課題としている。

《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軸対向旋盤
は、同一軸線上で対向する第１及び第２主軸11a、11bの
各々に、サーボ制御による電気的オリエンテーションが
可能な主軸モータ21と、主軸の位相を検出する主軸エン
コーダ27と、主軸割出し装置23a、23bとを設けている。

主軸割出し装置23a、23bは、それぞれ上記主軸モータ
とは別個の割出しモータ40と、該割出しモータで駆動さ
れる割出し軸48と、該割出し軸の回転位相を検出する割
出しエンコーダ26と、割出し軸48と主軸11a、11bとを連
結する回転伝達手段とを備えており、上記回転伝達手段
は、精密減速機41、42と噛合歯を備えた係脱機構24、25
とを備えている。

第１主軸側と第２主軸側とでは、旋削加工と割出し加
工とを含むワークの加工をそれぞれ独自に行う。すなわ
ち第１主軸側及び第２主軸側で、主軸モータ21で主軸を
回転させて行う旋削加工と、この旋削加工の間に割出し
エンコーダ26が示す主軸11a、11bの原点位置で割出しモ
ータ40を停止させると共に旋削加工終了時に主軸エンコ
ーダ27が示す主軸11a、11bの原点位置で主軸モータ21を
停止させる原点復帰動作と、原点復帰動作の後で回転伝
達手段の係脱機構24、25を係合する動作と、割出しモー
タ40で主軸を回転して行う割出し加工とをそれぞれ独自
に行い、さらに第２主軸側では、割出し加工が終了した
後、ワーク把持装置19bを開いて加工済ワークを排出す
る。

第１主軸側及び第２主軸側で上記ワークの加工が終了
したとき、第１主軸及び第２主軸にはそれぞれ回転伝達
手段の係脱機構24、25が係合されているので、この状態
で第１主軸11aと第２主軸11b間でワークの受け渡し動作
を行う。そしてワークが受け渡された後、回転伝達手段
の係脱機構24、25の係合を解除し、第１主軸側及び第２
主軸側で各々の旋削加工を開始する。

《作用》 この発明の方法では、ワークの受け渡し動作に先立っ
て第１及び第２主軸11a、11bの各々について原点復帰動
作が行われる。通常のエンコーダとサーボ制御により、
原点に復帰したときの主軸11a、11b側の位相精度を0.5
度程度に、割出し軸48側の主軸換算の位相精度を0.01度
以下にすることは容易である。各主軸11a、11bとその主
軸割出し装置23a、23bとの連結は、この原点復帰状態で
行われる。このとき、主軸11a、11bと主軸割出し装置23
a、23bとの間には主軸換算で0.5度程度の位相差が有り
得るが、主軸11a、11bと主軸割出し装置23a、23bとの連
結が歯面取した噛合歯を備えた係脱機構24、25により行
われるので、噛合歯の係合によって主軸11a、11bと主軸
割出し装置23a、23bとの間の位相は強制的に一致させら
れる。なおこのとき、割出しモータ40はサーボ制御によ
り原点位相を保持しており、主軸11a、11b側が割出しエ
ンコーダ26の精度（0.01度以下）で原点位相に位置決め
される。

第１主軸11aから第２主軸11bへのワークの受け渡し
は、上記のようにして第１主軸11a及び第２主軸11bに主
軸割出し装置23a、23bが連結されている状態で行われ
る。従って、割出しモータ40によって両主軸の位相を0.
01度以下の精度で一致させることは容易に可能であり、
ワーク受け渡し時に両主軸11a、11bの一致精度を高くで
きる。また、主軸11a、11bの原点復帰動作も主軸モータ
21のサーボ制御による電気的オリエンテーション動作に
よって実現しているから、動作速度も速い。

《実施例》 第１図ないし第４図は、この発明の方法が実施される
２主軸対向旋盤を示す図である。以下の説明において、
主軸方向をＺ軸方向と言い、Ｚ軸と直交し且つベッド面
に平行な方向をＸ軸方向という。また、第１主軸側と第
２主軸側との互いに対応する部材には同一の番号を付
し、必要に応じて添字ａ（第１主軸側）、ｂ（第２主軸
側）を付して区別する（第１図参照）。

図中、１はベッド、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。ベッド１
は、上面は45度手前側に傾斜させたスラント型で、この
ベッドに固定した第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3a、3bが配置さ
れている。そして第１刃物台3aは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９をそれぞれ備
え、各タレットは、インデックスモータ10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
て図示しない面歯車継手により刃物台3a、3b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12、13、
送りネジ14、15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3
a、3bの移動位置決めが行われる。

主軸台2a、2bには、それぞれ主軸11a、11b、主軸に固
定されたチャック19a、19b、チャック開閉用のチャック
シリンダ20、主軸モータ21、主軸割出し装置23a、23b、
主軸割出し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11a、11bを駆動してお
り、このときの主軸11a、11bの速度及び位相は、タイミ
ングベルト29で主軸11a、11bと連結された主軸エンコー
ダ27で検出されている。主軸エンコーダ27の速度信号
は、サーボドライバ35に与えられて主軸11a、11bの回転
数をフイードバック制御し、位相信号は、CNC装置46に
与えられる。主軸エンコーダ27とサーボドライバ35によ
る主軸11a、11bの位置決め精度は、約0.6度である。

主軸割出し装置23a、23bは、エンコーダ26を内蔵した
割出しモータ40、その出力軸（割出し軸）48に固定され
たウオーム41及びこれに噛合するウオームホイール42、
ウオームホイール軸43に精密スプライトで軸方向移動自
在に装着されたシフト歯車24、主軸11a、11b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、同歯数の歯面取をした精
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３図で右移動させて歯車25との噛合を解
き、主軸モータ21で主軸11a、11bを高速回転させる。フ
ライス加工や孔開け加工のときはシフト歯車24を左方向
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41、42で減速して主軸11a、11bを回転
させ、所定角度での位置決めや低速回転させながらのコ
ンターリングのフライス加工を行う。ウオーム歯車対4
1、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11a、11bの正確な角度位置決めが可能
になる。本実施例では、大きな減速比が採れ且つ出力軸
のセルフロック機能を有するウォーム減速機を採用する
ことにより、主軸11a、11bの逆転駆動抵抗力を高めて重
切削フライス加工を可能にしている。本実施例の割出し
エンコーダ26の主軸11a、11b上での角度分割数は36万で
あり、主軸11a、11bの位相を0.001度の精度で検出して
いる。また主軸割出し装置23a、23bと主軸11a、11b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４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46はサーボドライバ47に停止位置決
め指令を与える。割出し動作は、割出しモータを高速回
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
11a、11bを回転させる。

ブレーキ22は、割出し加工時に主軸11a、11bを固定す
るため、及びコンターリング加工時の主軸11a、11bの振
動を抑制するために設けられている。第４図に示すよう
に、主軸モータ21を制御するサーボドライバ35にその駆
動力を計測する検出器36を取り付け、それの出力信号を
ブレーキ制御装置37に導いている。ブレーキ制御装置37
から出力された信号は、圧力制御サーボ弁38に入り、こ
れによってブレーキ22を動作させるブレーキシリンダ33
の油圧力を調整している。

第５図は、第１主軸11aの中心孔を通って供給される
棒材から突っ切り加工を含む加工によってワークピース
を加工する工程を示した図である。まず第１主軸のチャ
ック19aが開き（ステップ50）、棒材供給装置により棒
材が所定長送り込まれ（ステップ51）、チャック19aが
閉じて棒材を把持する（ステップ52）。次に第１主軸11
aでの旋削加工が行われ（ステップ53）この間に第１主
軸割出し装置23aが主軸11aの原点に対応する位置に位置
決めされる。旋削加工が終わったら、主軸11aを原点で
停止させ（ステップ54）、シフト歯車24をシフトさせて
主軸11aに主軸割出し装置23aを連結する（ステップ5
5）。この状態で第１主軸側での割出し加工及び要すれ
ばコンターリング加工が行われ、第１主軸側での加工が
終了した時点（第１主軸11aは停止している。）では、
後述するように第２主軸11bは、主軸割出し装置23bが連
結された状態で待機している。このときの第１主軸11a
と第２主軸11bの位相は、これらに連結された主軸割出
し装置のエンコーダ26で0.001度の単位で検出されてい
る。両者11a、11bに位相差があれば、その一方11aを位
相差分回動させるか（ステップ56）、両者11a、11bを相
互接近方向に回動させるか、又は両者11a、11bを共に原
点に復帰させるかして、両者11a、11bの位相を一致さ
せ、第２主軸11bを第１主軸11a側に移動させて（ステッ
プ57）第２チェック19bで棒材の加工済の先端を掴み
（ステップ58）、第１主軸11a及び第２主軸11bから主軸
割出し装置23a、23bを切り離す（ステップ59）。そして
第１主軸11aと第２主軸11bとを同位相で同期回転させて
突っ切り加工により棒材の先端からワークピースを切り
離し（ステップ60）、第２主軸11bが所定長後退する
（ステップ61）。ワークピースを第２主軸11bに引き渡
したあと、第１主軸側の制御はステップ51に戻り、次の
ワークピースの加工を開始する。第２回目以降のステッ
プ51〜60の棒材の供給は、ステップ58で第２主軸11bが
棒材の先端を把持した後突っ切り加工前に第１チャック
19aを開き、第２主軸11bを所定長後退させ、第１チャッ
ク19aを再び閉じるという動作で行わせることもでき
る。

ワークピースを受け取った第２主軸11bは、まず第２
主軸側での旋削加工を行う（ステップ62）。この間に第
２主軸割出し装置23bが主軸11bの原点に対応する位置に
あるか確認され、なければ原点対応位置に位置決めされ
る。旋削加工が終わったら、主軸11bが原点で停止させ
（ステップ63）、シフト歯車24をシフトさせて主軸11b
に主軸割出し装置23bを連結する（ステップ64）。この
状態で第２主軸側での割出し加工及び要すればコンター
リング加工が行われ、全ての加工が終了した時点でパー
ツキャッチャが第２チャック19bの下方に進出し、第２
チャック19bが開いて加工剤ワークをパーツキャッチャ
内に排出する。この状態で第２主軸11b側は、主軸割出
し装置23bが連結されてチャック19bが開いた状態となっ
ているから、そのままの状態で次のワークピースの第１
主軸側での加工が完了するまで待機する（ステップ6
5）。

第６図は、予め所定長さに切断された材料を加工する
フランジ加工の場合の動作フローチャートの一例であ
る。フランジ加工の場合は、突っ切り加工の必要がな
く、従って第１主軸11aからの主軸割出し装置23aの離脱
（ステップ59）を次の材料が供給（ステップ51）された
後で行うことができる。このことは、第１主軸11aに材
料がローディングされるときのローダとの位相合わせも
正確にできることを意味する。また、ステップ56の位相
合わせは、特にフランジ加工の場合には必ずしも同一位
相にする場合だけでなく、第１主軸11aと第２主軸11bと
の間にある位相差を持たせた状態でワークを受け渡す場
合も多い。このような受け渡しも、CNC装置のプログラ
ムの変更によって容易に実行できる。その他のステップ
は、前述の棒材加工の場合と同様であるので、説明は省
略する。

《発明の効果》 以上説明したこの発明の方法によれば、通常の制御に
より第１主軸と第２主軸の位相を高い精度（0.01〜0.00
1度）で一致させることができ、特に主軸と主軸割出し
装置とを常に原点位相に復帰させて連結させるので、係
脱装置の噛合歯の噛み合い相手も常に一定となり、噛合
歯のピッチ誤差に起因する位相誤差も最小にでき、また
その誤差をCNC装置側で補正することも可能である。ま
た、主軸と主軸割出し装置の位相合わせは、主軸モータ
と割出しモータのサーボ制御により実現できるので、動
作がきわめて速く、原点復帰や位相合わせの為に加工サ
イクルを低下させることもない。従ってこの発明によ
り、第１主軸から第２主軸へのワークの受け渡しを伴う
加工において、高い加工精度を安価な装置で実現でき、
且つ加工サイクルの低下も回避できるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図はこの発明の方法が実施される装置
の一例を示す図で、第１図はベッド上の機器配置を模式
的に示す図、第２図は装置の模式的な断面図、第３図は
主軸台の内部構造を機器を展開して示す図、第４図は制
御系の要部を示すブロック図、第５図は棒材の加工手順
を示すフローチャート、第６図はフランジ材の加工手順
を示すフローチャートである。 図中、 11a,11b:主軸、16:ワーク 19a,19b:チャック、21:主軸モータ 23a,23b:主軸割出し装置、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、41,42:ウオーム減速機 48:割出し軸

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及び第２主軸
   （11a）、（11b）と、第１及び第２主軸の対向端に装着
   された自動開閉されるワーク把持装置（19a）、（19b）
   と、第１及び第２主軸にそれぞれ設けられた主軸モータ
   （21）及び各主軸の回転位相を検出する主軸エンコーダ
   （27）とを備えた２主軸対向旋盤における割出し加工を
   含むワークの加工方法において、 第１及び第２主軸のそれぞれに上記主軸モータとは別個
   の割出しモータ（40）と、該割出しモータで駆動される
   割出し軸（48）と、該割出し軸の回転位相を検出する割
   出しエンコーダ（26）とを設けると共に、 各々の割出し軸（48）と主軸（11a）、（11b）との間に
   減速機（41）、（42）と噛合歯を備えた係脱機構（2
   4）、（25）とを含む回転伝達手段をそれぞれ介装し、 第１主軸側と第２主軸側とで、主軸モータ（21）で主軸
   を回転させて行う旋削加工と、この旋削加工の間に割出
   しエンコーダ（26）が示す主軸（11a）、（11b）の原点
   位置で割出しモータ（40）を停止させると共に旋削加工
   終了時に主軸エンコーダ（27）が示す主軸（11a）、（1
   1b）の原点位置で主軸モータ（21）を停止させる原点復
   帰動作と、原点復帰動作の後で回転伝達手段の係脱機構
   （24）、（25）を係合する動作と、割出しモータ（40）
   で主軸で回転して行う割出し加工とをそれぞれ独自に行
   い、さらに第２主軸側は上記割出し加工の後ワーク把持
   装置（19b）を開いてワークの排出を行った後、第１及
   び第２主軸にそれぞれ係脱機構（24）、（25）が係合さ
   れている状態で第１及び第２主軸（11a）、（11b）間で
   のワークの受け渡し動作を行うことを特徴とする、２主
   軸対向旋盤におけるワーク加工方法。