JP4281218B2 - 旋盤 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の主軸に対して選択的に切り換えて使用される共通の刃物台を備えた旋盤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な旋盤では、ワークを保持し得る主軸と刃物台とが一つずつある。一つのワークについての加工が終わると、そのワークを外し、次の新たなワークをオートローダ等で取付け、その新たなワークについて加工を行う。この場合、主軸に対するワークの着脱時間がそのまま加工のロスタイムとなる。
このようなロスタイムを省くものとして、同じ刃物台で加工できる主軸をもう１本設け、一つの主軸による加工中に、他方の主軸に対してワークの着脱を行うようにしたものが提案されている（例えば、実開平２−５３３０１号）。これによると、ワークの着脱時間が省け、加工サイクルタイムを短縮して効率的な加工が行える。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一方の主軸による加工が終了し、他方の主軸で加工しようとしても、主軸はまだその時点で停止しているため、すぐには加工できず、主軸の回転速度が設定速度に上がるまで加工の開始を待つ必要があった。そのため加工効率の向上が不十分であった。なお、刃物台の２本の主軸間の移動は、比較的短時間で行えるが、主軸の回転速度を停止状態から設定速度ま上げるには、それよりもかなり長い時間が必要である。
主軸モータに大出力のもの、あるいは始動特性の良いものを用いると、主軸回転速度が設定速度まで上がるまで待つ時間が短縮できるが、そのような主軸モータを用いると、コスト高になり、不経済である。また、両主軸を常時回転させておくことも考えられるが、電気エネルギを無駄に消費することになる。
【０００４】
この発明の目的は、主軸を切り換えて加工するときに、主軸の回転速度が上がるのを待つことなく、即座に加工を開始でき、また主軸モータに無駄に大出力のものを用いる必要のない旋盤を提供することである。
この発明の他の目的は、切換時の主軸の始動の制御が簡単に行えるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、主軸の事前始動時の余分な回転によるエネルギー消費の無駄を無くすことである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の構成を実施形態に対応する図１と共に説明する。この旋盤は、少なくとも２つの主軸（５Ａ，５Ｂ）と、これら主軸（５Ａ，５Ｂ）に対して選択的に切り換えて使用される共通の刃物台（６）とを備え、選択されている主軸（５Ａ，５Ｂ）による加工中に、次に選択される主軸（５Ａ，５Ｂ）に対して、ワーク（Ｗ）の着脱を行うと共に主軸（５Ａ，５Ｂ）の回転を開始させる加工準備制御手段（４３）を設けたことを特徴とする。
この構成によると、選択されている主軸、例えば左主軸（５Ａ）を用いて刃物台（６）で加工を行っている間に、次に選択される主軸（５Ｂ）に対して、加工準備制御手段（４３）の制御によりワーク（Ｗ）の着脱が行われる。加工準備制御手段（４３）は、ワーク（Ｗ）の着脱が完了すると、その主軸（５Ｂ）を、選択中主軸（５Ａ）による加工中における適宜の時に回転開始させる。そのため、主軸（５Ｂ）を切り換えて加工するときに、主軸（５Ｂ）の回転速度が既に設定速度まで上がった状態とでき、回転速度が上がるのを待つことなく、即座に加工が開始できる。このように、主軸（５Ｂ）の切換前に予め主軸（５Ｂ）の回転を開始させるため、主軸（５Ｂ）を急速に回転させる必要がなく、主軸モータは通常の出力のもので足りる。
【０００６】
この発明において、主軸（５Ａ，５Ｂ）毎に設けられた加工プログラム（３１，３２）を実行する制御装置（２）を備え、前記加工準備制御手段（４３）は、選択されている主軸の加工プログラム（３１，３２）における所定の指令（６１，６２）によって、次に選択される主軸（５Ａ，５Ｂ）の回転を開始させるものとしても良い。
この場合、選択されている主軸（例えば左側主軸５Ａ）の加工プログラム（３１）が実行され、その主軸（５Ａ）による加工が行われているときに、この加工プログラム（３１）中の所定の指令（６１）が制御装置（２）で読み出されると、加工準備制御手段（４３）は、その指令（６１）によって、次に選択される主軸（５Ｂ）の回転を開始させる。上記の所定の指令（６１）は、加工プログラム（３１）として必要な何らかの指令であっても、別主軸（５Ｂ）の始動のために設けた指令であっても良い。このように実行中の加工プログラム（３１）中の指令（６１）を利用して別主軸（５Ｂ）の始動を行うようにすることで、主軸切換時に予め主軸（５Ｂ）を始動させる制御が簡単に行える。
【０００７】
この発明において、前記加工準備制御手段（４３）は、選択されている主軸（５Ａ，５Ｂ）による加工の終了時刻と、次に選択される主軸（５Ａ，５Ｂ）が設定回転速度に到達する時刻とが略一致するように、次に選択される主軸（５Ａ，５Ｂ）の回転開始時刻を定める手段（４５）を有するものとしても良い。
この構成の場合、選択されている主軸（５Ａ，５Ｂ）による加工の終了時刻と、次に選択される主軸（５Ａ，５Ｂ）が設定回転速度に到達する時刻とが略一致するように制御されるため、主軸（５Ａ，５Ｂ）を予め回転開始させるにつき、余分な回転時間をなくせ、エネルギー消費の無駄が省ける。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を図１ないし図４と共に説明する。この旋盤は、機械部１と、この機械部１を制御する制御装置２とで構成される。機械部１は、旋盤本体３と搬送装置４とでなる。旋盤本体３は、２つの主軸５Ａ，５Ｂと、これらの主軸５Ａ，５Ｂに対して選択的に切り換えて使用される１つの共通の刃物台６とを備える。
【０００９】
図２および図３に示すように、２つの主軸５Ａ，５Ｂは、ベッド７上に設けられた各主軸台８上に設置され、互いに平行に配置されている。各主軸５Ａ，５Ｂは、ワークＷをチャック爪５ａで把持する主軸チャックを有している。各主軸５Ａ，５Ｂは、個々に主軸モータ９で回転駆動される。
刃物台８は、両主軸５Ａ，５Ｂの間に配置されている。刃物台８は、タレットからなり、外周の周方向に並ぶ各工具ステーションＳに工具Ｔが取付けられる。図面では一部の工具Ｔのみを図示し、残りを省略してある。各工具Ｔは、バイト等の固定工具であってもミリングヘッドやドリル等の回転工具であっても良い。刃物台８は、ベッド７上の送り台１０にタレット軸１１を介して前後（Ｚ軸方向）移動および割出回転が自在に設置されている。送り台１０は、ベッド７上に案内１２を介して主軸５Ａ，５Ｂの並び方向（Ｘ軸方向）に進退自在に設置され、送り駆動手段１３により進退駆動される。送り駆動手段１３は、ボールねじ１４およびこのボールねじ１４を回転させるモータ１５からなる。タレット刃物台８の前後動および割出回転は、送り台１０に搭載された送り駆動手段（図示せず）および割出駆動手段（図示せず）により行われる。
【００１０】
搬送装置４は、ワークＷを搬送する機能と、各主軸５Ａ，５Ｂに対してワークＷの着脱を行う機能とを備えたものである。搬送装置４は、オートローダ等と呼ばれるものであり、この実施形態ではガントリ式のものが用いられている。搬送装置４は、架設レール１６に沿って走行する走行台１７に、前後動台１８を前後移動可能に搭載し、前後動台１８に昇降可能に設置した昇降バー１９の下端にローダチャック２０を設けたものである。ローダチャック２０は、昇降バー１９の下端のローダヘッド２１に、２個が互いの位置を入替え可能なように設けられており、いずれか片方のローダチャック２０は下向きとなり、残り片方のローダチャック２０は主軸５Ａ，５Ｂに対面する方向を向く。
【００１１】
図１と共に制御装置２を説明する。この制御装置２は、コンピュータ式の数値制御装置およびプログラマブルコントローラを備えたものであり、主軸５Ａ，５Ｂ毎に設けられた加工プログラム３１，３２により機械部１の旋盤本体３を制御すると共に、搬送プログラム３３により機械部１の搬送装置４を制御する。制御装置２は、加工プログラム３１，３２を解読して実行する加工プログラム解読実行手段３４と、搬送プログラム３３を解読して実行する搬送プログラム解読実行手段３５を有する。
【００１２】
加工プログラム解読実行手段３４は、加工プログラム３１，３２の指令により、その指令に対応する各軸（Ｘ軸，Ｚ軸）の刃物台送り制御部３６，３７、刃物台割出制御部３８、および左右の主軸制御部３９，４０に制御指令を出し、また機械部１における適宜の制御対象箇所に制御指令を送る。Ｘ軸の刃物台送り制御部３６は、送り台１０の移動を制御する手段であり、Ｚ軸の刃物台送り制御部３７はタレット軸１１の前後移動を制御する手段である。これら刃物台送り制御部３６，３７は、サーボコントローラからなる。刃物台割出制御部３８は、刃物台６を工具指令に応じた角度に回転させる制御手段であり、タレット軸１１の回転角度の制御を行う。刃物台割出制御部３８もサーボコントローラからなる。
主軸制御部３９，４０は左右の主軸５Ａ，５Ｂの回転をそれぞれ制御する手段であり、主軸モータ９を始動および停止制御すると共に、回転速度設定値の回転速度に制御する。主軸制御部３９，４０は、サーボコントローラであっても、サーボ機能を有しないものであっても良い。
【００１３】
搬送プログラム解読実行手段３５は、搬送プログラム３３の指令により、その指令に対応する各軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）の搬送駆動源制御部４１、およびチャック開閉制御部４２に制御指令を出す手段である。搬送駆動源制御部４１は、搬送装置４の各軸の駆動源を制御する手段であり、サーボコントローラからなる。搬送駆動源制御部４１は、機能的には各軸毎に設けられたものであるが、一つのブロックとして纏めて図示してある。チャック開閉制御部４２は、ローダチャック２０の開閉の制御を行う手段である。
【００１４】
この制御装置２は、上記基本構成のものであって、次の加工準備制御手段４３を設けたものである。加工準備制御手段４３は、いずれかの加工プログラム３１，３２の実行によって選択されている主軸５Ａ，５Ｂによる加工中に、次に選択される主軸５Ａ，５Ｂに対して、ワークＷの着脱を行うと共に主軸５Ａ，５Ｂの回転を開始させる手段である。
【００１５】
加工準備制御手段４３におけるワークＷの着脱を行う機能は、搬送プログラム３３に記載された所定の指令６０を搬送プログラム解読実行手段３５が実行することで果たされる。すなわち、搬送プログラム３３には、加工プログラム３１の実行によっていずれか片方の主軸５Ａ，５Ｂが加工に使用されている間に、他の片方の主軸５Ａ，５Ｂから加工済みワークＷを取り外し、新たなワークＷをその主軸５Ａ，５Ｂに装着するように一連の動作を搬送装置４に行わせる指令６０が記述してあり、この指令６０が加工準備制御手段４３の一部を構成する。この指令６０は、主軸チャック２０の開閉と移動とをそれぞれ行わせる複数の指令の集まりであっても、一例の動作を行わせるマクロ指令であっても良い。
【００１６】
加工準備制御手段４３における主軸５Ａ，５Ｂの回転を開始させる機能は、主軸先回転開始手段４４が果たす。主軸先回転開始手段４４は、実行中の加工プログラム３１，３２における所定の指令である別主軸始動基準指令６１，６２によって、次に選択される主軸５Ａ，５Ｂの回転を開始させるものとしてある。別主軸始動基準指令６１，６２は、加工プログラム３１，３２として必要な何らかの指令であっても良いが、この実施形態では別主軸の始動のために設けた指令としてある。この指令６１，６２は、実行中の加工プログラム３１，３２に対応する主軸５Ａ，５Ｂによる加工には影響のない指令とされる。
【００１７】
主軸先回転開始手段４４による主軸５Ａ，５Ｂの回転の開始時期は、別主軸始動基準指令６１，６２が加工プログラム解読実行手段３４で読み出されて主軸先回転開始手段４４でその指令が認識されたときとされ、またはその認識後の所定の時期とされる。例えば、主軸先回転開始手段４４は、選択されている主軸５Ａ，５Ｂによる加工の終了時刻と、次に選択される主軸５Ａ，５Ｂが設定回転速度に到達する時刻とが略一致するように、次に選択される主軸５Ａ，５Ｂの回転開始時刻を定める。この時刻を略一致させる機能は、例えば、主軸先回転開始手段４４における最適化学習部４５で行われる。最適化学習部４５は、加工プログラム３１，３２が最初に実行されたときに、別主軸始動基準指令６１，６２の認識後にどれだけの時間を経過してその加工プログラム３１，３２による加工が終了するかを学習し、次回以降の加工プログラム３１，３２の実行時に、その学習結果により、次に選択される主軸５Ａ，５Ｂの回転開始時刻を定める。
【００１８】
主軸先回転開始手段４４により主軸５Ａ，５Ｂを回転させるときの主軸回転速度は、次に選択する主軸５Ａ，５Ｂの加工プログラム３１，３２の最初の主軸回転速度指令６３，６４を読み取ってその速度としても良く、またパラメータ設定部４６に主軸回転速度設定手段４７を設けておき、この主軸回転速度設定手段４７に設定された主軸回転速度としても良い。
主軸先回転開始手段４４に対しては、その機能を不能動化させる先回転機能不能動化手段４８を設けても良い。先回転機能不能動化手段４８は、パラメータ設定部４６に設定されるパラメータによって不能動化させるようにしても良く、また手動のスイッチ（図示せず）の操作により不能動化させるものであってもよい。
【００１９】
次に上記構成の動作を説明する。図１において、共通の刃物台６による左側主軸５Ａを用いる加工と右側主軸５Ｂを用いる加工とが交互に繰り返される場合を説明する。いま、左側主軸５Ａを用いて、刃物台６の工具Ｔで加工を行っているとする。この加工は左側主軸用の加工プログラム３１を加工プログラム実行手段３４で実行することにより行われる。この加工の間に搬送装置４により、右側主軸５Ｂに対して、加工済ワークＷの取り外しを行い、その後に新たなワークＷの装着とを行う。このワークＷの着脱は、搬送プログラム３３における所定の指令６０で行われる。
【００２０】
左側主軸５Ａの加工が進行し、加工プログラム３１の別主軸始動基準指令６１が加工プログラム解読実行手段３４で読み出されると、加工プログラム解読実行手段３４は、主軸先回転開始手段４４に所定の信号を送る。この信号を受けて、主軸先回転開始手段４４は、右側主軸５Ｂを始動させる。右側主軸５Ｂの回転速度は、右側主軸用の加工プログラム３２の最初の主軸回転速度指令６４で設定された回転速度とする。この主軸回転速度指令６４を用いる代わりに、パラメータ設定部４６に主軸回転速度設定手段４７を設けておいて、これに設定された主軸回転速度を用いても良い。右側主軸５Ｂを始動させる時刻は、別主軸始動基準指令６１が読みだされた直後であっても、読みだされた後の所定の時間の経過後であっても良い。
左側主軸５Ａによる加工は、別主軸始動基準指令６１に関係なく続行され、加工プログラム３１の終了前に記述にされている主軸停止指令（図示せず）により停止する。左側主軸用加工プログラム３１による加工が終了すると、右側主軸用加工プログラム３２が加工プログラム解読実行手段３４で実行され、右側主軸５Ｂを用いた加工が開始される。
【００２１】
右側主軸５Ｂによる加工を開始するときは、右側主軸５Ｂは、上記のように予め回転が開始されていて、既に設定速度まで上がっている。そのため、主軸回転速度が設定速度まで上がることを待つことなく、即座に右側主軸５Ｂによる加工が行える。刃物台６が左側主軸５Ａから右側主軸５Ｂ側へ移動する時間は、主軸５Ｂが回転開始から設定速度まで上がる時間に比べると十分に短い。また、刃物台６の工具Ｔの割出は、刃物台６の移動の間に並行して行われる。
右側主軸５Ｂによる加工終了後に再度左側主軸５Ａによる加工を行うときも、上記と同様にして、加工中の左側主軸５Ａに対するワークＷの着脱と、左側主軸５Ａの回転開始とが行われる。
【００２２】
図４のタイミングチャートで説明する。曲線ａ，ｂはそれぞれ左側主軸５Ａおよび右側主軸５Ｂの回転速度を示す。左側主軸５Ａは、設定回転速度Ｖ０で回転していて、加工プログラム３１の終了前の回転停止指令が読みだされたときに回転を停止する（時刻ｔ３）。その後、時刻ｔ７で速度が零となる。
右側の主軸５Ｂは、左側主軸５Ａで加工を行っている間に、別主軸始動基準指令６１が読みだされると（時刻ｔ１）、所定の時間Ｔ１の経過後（時刻ｔ２）に回転を開始する。右側主軸５Ｂは、加速に要する時間Ｔ２を経て時刻ｔ５で設定速度Ｖ０に達する。
刃物台６は、左側主軸５Ａによる加工の終了後、右側主軸５Ｂ側へ移動する。この移動に要する時間をＴ３とする。移動の完了した時刻ｔ６には、既に右側主軸５Ｂは既に設定速度Ｖ０に達している。そのため、即座に右側主軸５Ｂで加工が行える。
【００２３】
右側主軸５Ｂの回転開始時刻ｔ２は、左側主軸５Ａによる加工の終了時刻ｔ３と、右側主軸５Ｂが設定回転速度Ｖ０に到達する時刻ｔ５とが略一致するように定められる。左側主軸５Ａによる加工の終了時刻ｔ３は、例えば左側主軸５Ａの回転が停止し始める時刻である。
加工終了時刻ｔ３と設定回転速度到達時刻ｔ５とは、厳密に一致していなくても良く、例えば刃物台６の略移動時間Ｔ３だけ、設定回転速度到達時刻ｔ５が加工終了時刻ｔ３よりも遅れていても良い。
加工終了時刻ｔ３と設定回転速度到達時刻ｔ５とが略一致するように回転開始時刻ｔ２を定める処理は、主軸先回転開始手段４４における所定の処理部、例えば最適化学習部４５により行われる。最適化学習部４５は、加工プログラム３１が実行されたときに、別主軸始動基準指令６１の認識後にどれだけの時間を経過して加工プログラム３１による加工が終了するかを学習し、次回以降の加工プログラム３１の実行時に、その学習結果により、右側主軸５Ｂの回転開始時刻ｔ２を定める。学習を行うのは、旋盤起動時の最初のサイクルであっても、起動後に運転状態が安定した頃の所定サイクルであっても良い。
このように、加工終了時刻ｔ３と設定回転速度到達時刻ｔ５とを略一致させることにより、主軸を予め回転開始させるにつき、余分な回転時間をなくせ、エネルギー消費の無駄が無くせる。
【００２４】
なお、主軸先回転開始手段４４により主軸５Ａ，５Ｂを回転させた場合、その後に実行を開始した加工プログラム３１，３２の最初の主軸回転開始指令６５，６６は、加工プログラム解読実行手段３４によって読み飛ばすようにしても良く、また読み出されても制御指令を出力しないようにしても良い。
【００２５】
また、上記実施形態は、２つの主軸５Ａ，５Ｂと１つの刃物台６を備える旋盤の場合につき説明したが、この発明は、図５に示すように一つの刃物台６に対して３つ以上の主軸を備える場合や、図６に示すように３つ以上の主軸５と複数の刃物台６が備えられていて、刃物台６が複数の主軸５に対して選択的に切り換えて使用される旋盤にも適用することができる。
【００２６】
【発明の効果】
この発明の旋盤は、少なくとも２つの主軸と、これら主軸に対して選択的に切り換えて使用される共通の刃物台とを備え、選択されている主軸による加工中に、次に選択される主軸に対して、ワークの着脱を行うと共に主軸の回転を開始させる加工準備制御手段を設けたため、主軸を切り換えて加工するときに、主軸の回転速度が上がるのを待つことなく、即座に加工を開始でき、また主軸モータに無駄に大出力のものを用いる必要がない。
主軸毎に設けられた加工プログラムを実行する制御装置を備え、前記加工準備制御手段が、選択されている主軸の加工プログラムにおける所定の指令によって、次に選択される主軸の回転を開始させるものとした場合は、切換時の主軸の始動の制御が簡単に行える。
前記加工準備制御手段を、選択されている主軸による加工の終了時刻と、次に選択される主軸が設定回転速度に到達する時刻とが略一致するように、次に選択される手段の回転開始時刻を定める手段を有するものとした場合は、主軸の事前始動時の余分な回転によるエネルギー消費の無駄が省ける。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態にかかる旋盤の概念構成を示すブロック図である。
【図２】同旋盤の機械部の正面図である。
【図３】同旋盤の機械部の平面図である。
【図４】同旋盤の主軸回転動作のタイミングチャートである。
【図５】この発明の他の実施形態にかかる旋盤の機械部の平面図である。
【図６】この発明のさらに他の実施形態にかかる旋盤の機械部の平面図である。
【符号の説明】
１…機械部
２…制御装置
３…旋盤本体
４…搬送装置
５Ａ，５Ｂ…主軸
６…刃物台
７…ベッド
８…主軸台
１０…送り台
１６…架設レール
１７…走行台
２０…ローダチャック
３１，３２…加工プログラム
３３…搬送プログラム
３４…加工プログラム実行手段
３５…搬送プログラム実行手段
３９，４０…主軸制御部
４３…加工準備制御手段
４４…主軸先回転開始手段
４５…最適化学習部
４７…主軸回転速度設定手段
４８…先回転機能不能動化手段
６０…ワーク着脱指令
６１，６２…別主軸始動基準指令
６３，６４…主軸回転速度指令
Ｔ…工具
Ｗ…ワーク

Claims (3)

1. 少なくとも２つの主軸と、これら主軸に対して選択的に切り換えて使用される共通の刃物台とを備え、選択されている主軸による加工中に、次に選択される主軸に対して、ワークの着脱を行うと共に主軸の回転を開始させる加工準備制御手段を設け、主軸毎に設けられた加工プログラムを実行する制御装置を備え、前記加工準備制御手段は、選択されている主軸の加工プログラムにおける所定の指令によって、次に選択される主軸の回転を開始させるものとしたことを特徴とする旋盤。
2. 前記加工準備制御手段は、選択されている主軸による加工の終了時刻と、次に選択される主軸が設定回転速度に到達する時刻とが略一致するように、次に選択される主軸の回転開始時刻を定める手段を有するものとした請求項１記載の旋盤。
3. 少なくとも２つの主軸と、これら主軸に対して選択的に切り換えて使用される共通の刃物台とを備え、選択されている主軸による加工中に、次に選択される主軸に対して、ワークの着脱を行うと共に主軸の回転を開始させる加工準備制御手段を設け、前記加工準備制御手段は、選択されている主軸による加工の終了時刻と、次に選択される主軸が設定回転速度に到達する時刻とが略一致するように、次に選択される主軸の回転開始時刻を定める手段を有するものとしたことを特徴とする旋盤。

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