JP4426838B2 - 多面加工用工作機械、および多面加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの外周面の全面を加工する多面加工用工作機械に関するものである。さらに詳しくは、ワークを反転させることにより、工作機械にチャックされていた部分まで加工することができる多面加工用工作機械に関するものである。

工作機械では、ワークをチャッキング機構などのワーク保持機構で保持した状態で、主軸に保持された工具でワークを加工する。その際、ワーク保持機構に対して各種割り出し機構を設ければ、ワークに対する加工位置を切り替え、制御できるが、割り出し機構を設けただけでは、ワークの６面を加工するのは不可能である。

そこで、ワークに対するチャッキング機構に開口を設け、この開口を介してワークのチャックされている面を加工することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、２つのチャッキング機構と当該２つのチャッキング機構のそれぞれに割り出しユニットを備えることにより、１工程で６面の加工が可能な工作機械も案出されている。この工作機械は、ワークを第１のチャッキング機構で保持してワークの側面４面を加工した後、ワークを第２のチャッキング機構に渡して残りの上下２面を加工する構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開昭６２−９８３９号公報 特開平５−１１６００１号公報

しかしながら、引用文献１に記載の工作機械では、チャッキング機構において開口から露出していない部分には加工を施すことができないので、加工対象位置などに大きな制約がある。また、引用文献２に記載の工作機械では、ワークの６面を加工する場合に限らず、５面を加工する場合でも、２つのチャッキング機構の間でワークの受け渡しを行う必要があるため、加工効率が低いという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、様々な多面加工を効率よく行うことのできる多面加工用工作機械、および多面加工方法を提案することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る多面加工用工作機械では、互いに直交する３方向をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸としたときに、Ｚ軸に平行な軸線周りに回転可能な工具保持用の主軸と、基準姿勢においてワーク軸線がＺ軸に平行に向くようにワークを保持する第１のワーク保持機構、該第１のワーク保持機構に対してワーク軸線周りの回転割り出しを行う第１の回転割り出し機構、および前記第１のワーク保持機構に対してＹ軸に平行な第１の軸線周りに回転割り出しを行ってワーク軸線をＺ軸に直交する方向に向かせる第２の回転割り出し機構を備えた割り出しユニットと、前記第１のワーク保持機構との間でワークの授受を行う第２のワーク保持機構を備え、該第２のワーク保持機構によってＺ軸に平行にワーク軸線を向けるように保持したワークをＸ軸に平行な第２の軸線周りに回転させてワークの向きを反転させるワーク反転ユニットとを有することを特徴とする。

本発明に係る多面加工用工作機械では、前記主軸に保持された工具により、基準姿勢において前記主軸の方に向くワークの第１の端面を加工する第１の端面加工と、前記主軸に保持された工具により、前記第２の回転割り出し機構によってワーク軸線をＺ軸に直交する方向に向かせた状態で、前記第１の回転割り出し機構によってワークをワーク軸線周りに回転させてワークの周面を加工する周面加工と、前記主軸に保持された工具により、前記ワーク反転ユニットにおいて前記第２のワーク保持機構に保持されたワークを基準姿勢から反転させて前記第１の端面に対向するワークの第２の端面を加工する第２の端面加工とを行うことができる。従って、１台の工作機械でワークの６面に対する加工を連続して行うことができる。また、回転割り出し動作、ワークの受け渡し動作、および反転動作を利用して多面加工を行うので、チャッキング機構の開口から加工を行う構成と違って、加工対象位置に対する制約がない。さらに、第１の端面加工と周面加工とによって５面加工を行うことができ、このような５面加工については、２つのワーク保持機構の間でワークを受け渡さなくても、第１のワーク保持機構にワークを保持させたまま、連続して行うことができる。従って、５面加工については、効率よく加工することができる。

本発明において、前記第２の回転割り出し機構は、ワーク軸線がＺ軸およびＸ軸の双方に斜めとなる途中位置への回転割り出しも可能であることが好ましい。このように構成すると、ワークに対して斜め加工を行うことができる。

本発明において、前記主軸には、当該主軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の方向に移動させる３軸移動ユニットが構成され、前記ワーク反転ユニットには、前記第２のワーク保持機構をＸ軸およびＺ軸の方向に移動させる２軸移動ユニットが構成され、前記割り出しユニットにおいて前記第２の回転割り出し機構がワークに回転割り出しを行う際のワークのＹ軸方向における位置、前記第１の軸線のＹ軸方向における位置、および前記第２の軸線のＹ軸方向における位置が一致していることが好ましい。このように構成すると、ワークのＹ方向における位置制御が不要であるため、加工効率および加工精度を向上することができる。また、ワーク反転ユニットおよび割り出しユニットに対して、Ｙ方向への移動機構を設ける必要がないので、工作機械の構成を簡略化できる。

本発明において、前記第１のワーク保持機構に保持されるワークは、例えば、長尺の棒状ワークであり、前記主軸に保持される工具には、当該棒状ワークを切断するための切断工具が含まれ、前記第２のワーク保持機構には、当該切断工具によって前記棒状ワークから切り離されたワークが保持される。すなわち、前記第１のワーク保持機構に対して長尺の棒状ワークを保持させて、当該長尺の棒状ワークの状態で前記第１の端面加工および前記周面加工を行い、次に、前記第１のワーク保持機構に保持された前記長尺の棒状ワークの先端側を前記第２のワーク保持機構で保持した状態で、前記主軸に保持された切断工具により、前記第１のワーク保持機構による保持位置と前記第２のワーク保持機構による保持位置との間で前記長尺の棒状ワークを切断してワークを切り離し、しかる後に、前記第２の端面加工を行う。このように構成した場合には、長尺の棒状ワークから、６面加工を施したワークを順次、製作することができる。

本発明に係る多面加工用工作機械では、それ１台で、基準姿勢において主軸の方に向くワークの第１の端面に対する第１の端面加工と、ワーク軸線をＺ軸に直交する方向に向かせた状態でワークを回転させてのワークの周面に対する周面加工と、ワークを基準姿勢から反転させてのワークの第２の端面に対する第２の端面加工とを行うことができるので、ワークの６面に対する加工を連続して効率よく行うことができる。また、回転割り出し動作、ワークの受け渡し動作、およびワークの反転動作を利用して多面加工を行うので、加工対象位置に対する制約がない。さらに、５面加工については、ワークを第１のワーク保持機構に保持させたまま、連続して行うことができ、加工効率がよい。

図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

（多面加工用工作機械の構成）
図１は、本発明を適用した多面加工用工作機械を示す平面図である。なお、図１および以下の説明において、互いに直交する３方向をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、本形態では、主軸を先端側からみた状態における水平方向をＸ軸、垂直方向をＹ軸、主軸の軸線方向をＺ軸として説明する。

図１において、本発明の多面加工用工作機械１は、Ｚ軸と平行な軸線周りに回転可能な主軸２１と、この主軸２１を搭載した横型コラム移動ユニット２と、ワークＷをチャックするチャッキング機構３（第１のワーク保持機構）と、このチャッキング機構３に対するインデックスユニット４（回転割り出しユニット）と、チャッキング機構３との間でワークの授受を行うクランプ機構５１（第２のワーク保持機構）とを有している。

主軸２１に対しては、ＮＣ装置のプログラムの指令により動作する自動工具交換装置２３が構成されており、この自動工具交換装置２３は、ＮＣ装置からの指令に基づいて、主軸２１に装着される工具を所望のものに交換可能である。横型コラム移動ユニット２は、主軸２１の位置をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の方向に移動させる３軸移動機構を備えている。このような３軸移動機構としては周知なものを用いることができるので、その説明を省略する。

チャッキング機構３は、基準姿勢においてワーク軸線ＡがＺ軸に平行に向くようにワークＷを保持している。インデックスユニット４には、チャッキング機構３に対してワーク軸線Ａ周りの回転割り出しを行う第１の回転割り出し機構４１と、第１のワーク保持機構４１に対してＹ軸に平行な第１の軸線Ｂ周りに回転割り出しを行ってワーク軸線ＡをＺ軸に平行に向く基準姿勢からＺ軸に直交する方向に向く姿勢へと移行させる第２の回転割り出し機構４２とを備えている。

本形態において、第２の回転割り出し機構４２は、ワーク軸線Ａ上の所定位置を第１の軸線Ｂとしてチャッキング機構３の回転割り出しを行う。また、第２の回転割り出し機構４２は、ワーク軸線ＡをＺ軸に平行に向く基準姿勢と、Ｚ軸に直交する方向に向く姿勢との間の途中姿勢、すなわち、ワーク軸線ＡがＸ軸およびＺ軸の双方に対して斜め姿勢となる中間姿勢への回転割り出しも可能である。

本形態において、クランプ機構５１に対しては、Ｘ軸と平行な第２の軸線Ｃ周りに回転させて、クランプ機構５１が保持するワークＷをＺ軸方向において反転させるワーク反転ユニット５が構成されている。また、ワーク反転ユニット５には、クランプ機構５１をＸ軸およびＺ軸の方向に移動させる２軸移動ユニット５０が構成されている。このような２軸移動ユニット５０としては周知なものを用いることができるので、その説明を省略する。

ここで、インデックスユニット４において第２の回転割り出し機構４２がワークＷに回転割り出しを行う際のワークＷのＹ軸方向における位置（高さ位置）、第１の回転割り出し機構４１が回転割り出しを行う際に回転中心軸線となるワーク軸線ＡのＹ軸方向における位置（高さ位置）、およびワーク反転ユニット５がクランプ機構５１を反転させるときの回転中心軸線となる第２の軸線ＣのＹ軸方向における位置（高さ位置）が一致している。従って、ワークＷは、回転割り出しおよび反転がなされる際、同一の高さ位置で行われることになる。

（ワークに対する６面加工方法）
図２は、本発明を適用した多面加工用工作機械において６面加工が施されるワークの一例を示す説明図である。図３（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明を適用した多面加工用工作機械において、図２に示すワークに６面加工を施す動作の説明図である。

本形態の多面加工用工作機械１において加工対象となるワークＷは、例えば、図２に示すような直方体形状を有しており、その第１の端面Ｗ１、それに対向する第２の端面Ｗ２、および外周側面Ｗ３〜Ｗ６に対して穴あけ加工を施す。ここで、ワークＷは、長尺の棒状ワークＷ０として供給され、その先端部分を切り落とした部分である。

まず、本形態では、図３（Ａ）に示すように、背面側からチャッキング装置３に供給された長尺状の棒状ワークＷ０は、先端側を主軸２１の側に向けて所定寸法だけ突き出た状態にチャッキング装置３に保持される。

この状態がワークの基準姿勢であり、この状態で、主軸２１に保持された穴あけ工具６１は、主軸２１の方に向く棒状ワークＷ０の第１の端面Ｗ１を加工する（第１の端面加工）。その際、第１の端面Ｗ１上の加工位置は、ＮＣ装置からの指令によって、横型コラム移動ユニット２の３軸移動機構が穴あけ工具６１をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させることにより制御され、加工深さの制御は、ＮＣ装置からの指令によって、横型コラム移動ユニット２の３軸移動機構が穴あけ工具６１のＺ軸方向への移動距離を制御することにより行われる。

次に、図３（Ｂ）に示すように、第２の回転割り出し機構４２は、ワーク軸線ＡをＺ軸に直交する方向、すなわち、Ｘ軸に平行に向かせる。この状態で、周面加工が行われる。すなわち、棒状ワークＷ０は、基準姿勢から、ワーク軸線ＡをＺ軸に直交する方向に割り出された状態で第１の外周側面Ｗ３を主軸２１の側に向けているので、主軸２１に保持された穴あけ工具６１は、まず、棒状ワークＷ０の第１外周側面Ｗ３を加工する。次に、第１回転割り出し機構４１が棒状ワークＷ０をワーク軸線Ａ周りに９０°回転させると、第２の外周側面Ｗ４が主軸２１の側に向くので、主軸２１に保持された穴あけ工具６１は、棒状ワークＷ０の第２の外周側面Ｗ４を加工する。さらに、第１回転割り出し機構４１が棒状ワークＷ０をワーク軸線Ａ周りに９０°回転させると、第３の外周側面Ｗ５が主軸２１の側に向くので、主軸２１に保持された穴あけ工具６１は、棒状ワークの第３の外周側面Ｗ５を加工する。さらに、第１回転割り出し機構４１が棒状ワークＷ０をワーク軸線Ａ周りに９０°回転させると、第４の外周側面Ｗ６が主軸２１の側に向くので、主軸２１に保持された穴あけ工具６１は、棒状ワークＷ０の第４の外周側面Ｗ６を加工する。その結果、棒状ワークＷ０の外周側面全体が加工される。このような周面加工を行う際、各外周側面Ｗ３〜Ｗ６に対する各加工位置は、ＮＣ装置からの指令によって、横型コラム移動ユニット２の３軸移動機構が穴あけ工具６１をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させることにより制御され、各加工深さの制御は、ＮＣ装置からの指令によって、横型コラム移動ユニット２の３軸移動機構が穴あけ工具６１のＺ軸方向への移動距離を制御することにより行われる。

次に、図３（Ｃ）に示すように、第２の回転割り出し機構４２は、チャッキング機構３に対して回転割り出しを行って、棒状ワークＷ０がワーク軸線ＡをＺ軸に平行な方向に向かせた基準姿勢に戻す。

次に、クランプ機構５１は、棒状ワークＷ０の先端部分をクランプする。このようなクランプ動作は、クランプ機構５１に対する２軸移動ユニット５０によるクランプ機構５１のＸ方向およびＺ方向への移動により行われる。その間に、主軸２１には、穴あけ工具６１に代えて切断工具６２が装着される。

そして、切断工具６２は、チャッキング機構３の保持位置と、クランプ機構５１の保持位置との間で棒状ワークＷ０を切断する。その結果、棒状ワークＷ０から切り離された部分が単品のワークＷとなる。

次に、図３（Ｄ）に示すように、クランプ機構５１は、チャッキング機構３からやや離間するようにＺ軸方向に移動した後、ワーク反転ユニット５により、Ｘ軸に平行な第２の軸線Ｃ周りに１８０°回転する。その結果、ワークＷも、第２の軸線Ｃ周りに１８０°回転してＺ軸方向における向きが反転し、第１の端面Ｗ１と対向する第２の端面Ｗ２が主軸２１の方に向く。その間に、主軸２１には、切断工具６２に代えて穴あけ工具６１が装着されるので、主軸２１に保持された穴あけ工具６１は、ワークＷの第２の端面Ｗ２を加工する（第２の端面加工）。その際、第２の端面Ｗ２上の加工位置は、ＮＣ装置からの指令によって、横型コラム移動ユニット２の３軸移動機構が穴あけ工具６１をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させることにより制御され、加工深さの制御は、ＮＣ装置からの指令によって、横型コラム移動ユニット２の３軸移動機構が穴あけ工具６１のＺ軸方向への移動距離を制御することにより行われる。

しかる後には、クランプ機構５１は、６面加工が施されたワークＷを排出し、元の位置に退避する。また、棒状ワークＷ０は、後端側から所定寸法だけ主軸２１の側に向けて押し出され、再び、図３（Ａ）に示す基準姿勢となる。従って、以降、図３（Ｂ）〜（Ｄ）を参照して説明した動作を繰り返せば、棒状ワークＷ０からは、６面加工が施されたワークＷが順次、製作されることになる。

（本形態の効果）
以上説明したように、本形態の多面加工用工作機械１、および多面加工方法では、基準姿勢において主軸２１の方に向くワークＷの第１の端面Ｗ１を加工する第１の端面加工と、第２の回転割り出し機構４２によってワーク軸線ＡをＺ軸に直交する方向に向かせた状態で、第１の回転割り出し機構４１によってワークＷをワーク軸線Ａ周りに回転させてワークＷの外周側面Ｗ３〜Ｗ６を加工する周面加工と、ワーク反転ユニット５によってクランプ機構５１に保持されたワークＷを基準姿勢から反転させて第２の端面Ｗ２を加工する第２の端面加工とを行うことができる。従って、１台の工作機械でワークＷの６面に対する加工を連続して行うことができる。また、回転割り出し動作、ワークＷの受け渡し動作、および反転動作を利用して多面加工を行うので、チャッキング機構の開口から加工を行う構成と違って、加工対象位置に対する制約がない。

さらに、第１の端面加工と周面加工とによって５面加工を行うことができ、このような５面加工については、２つのワーク保持機構の間でワークを受け渡さなくても、チャッキング機構３にワークＷを保持させたまま、連続して行うことができる。従って、５面加工については、効率よく加工することができる。

また、本形態において、主軸２１には、主軸２１をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の方向に移動させる３軸移動ユニットが構成され、かつ、インデックスユニット４において第２の回転割り出し機構４２がワークＷに回転割り出しを行う際のワークＷのＹ軸方向における位置（高さ位置）、第１の回転割り出し機構４１が回転割り出しを行う際に回転中心軸線となるワーク軸線ＡのＹ軸方向における位置（高さ位置）、およびワーク反転ユニット５がクランプ機構５１を反転させるときの回転中心軸線となる第２の軸線ＣのＹ軸方向における位置（高さ位置）が一致している。このため、ワークＷのＹ方向における位置制御が不要であるため、加工効率および加工精度を向上することができる。また、ワーク反転ユニット５およびインデックスユニット４に対して、Ｙ方向への移動機構を設ける必要がないので、工作機械の構成を簡略化できる。

さらにまた、加工方法の説明は省略するが、第２の回転割り出し機構４２は、ワーク軸線ＡがＺ軸およびＸ軸の双方に斜めとなる途中位置への回転割り出しも可能であるので、ワークＷに対して斜め加工を行うことができる。

［その他の実施形態］
上記形態では、チャッキング機構３はワークグリッパーであるが、短尺バー材を扱えるチャッキング機構や、旋削主軸となるチャッキング機構を採用することもできる。

なお、最初から単品のブランク形状で供給されたワークＷを加工する場合には、図３（Ｃ）を参照して説明した切断工程を省略すればよい。

また、上記形態では直方体のワークの６面の加工を行った例を説明したが、丸棒状ワークの端面および外周側面への加工に本発明を適用してもよい。

本発明を適用した多面加工用工作機械を示す平面図である。 本発明を適用した多面加工用工作機械において６面加工が施されるワークの一例を示す説明図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、本発明を適用した多面加工用工作機械において、図２に示すワークに６面加工を施す動作の説明図である。

符号の説明

１ 多面加工用工作機械
２ 横型コラム移動ユニット
３ チャッキング機構（第１のワーク保持機構）
４ インデックスユニット
５ ワーク反転ユニット
Ｗ ワーク
６１ 穴あけ工具
６２ 切断工具
２３ 自動工具交換装置
４１ 第１の回転割り出し機構
４２ 第２の回転割り出し機構
５０ ２軸移動ユニット
５１ クランプ機構（第２のワーク保持機構）

Claims (6)

1. 互いに直交する３方向をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸としたときに、
   Ｚ軸に平行な軸線周りに回転可能な工具保持用の主軸と、
   基準姿勢においてワーク軸線がＺ軸に平行に向くようにワークを保持する第１のワーク保持機構、該第１のワーク保持機構に対してワーク軸線周りの回転割り出しを行う第１の回転割り出し機構、および前記第１のワーク保持機構に対してＹ軸に平行な第１の軸線周りに回転割り出しを行ってワーク軸線をＺ軸に直交する方向に向かせる第２の回転割り出し機構を備えた割り出しユニットと、
   前記第１のワーク保持機構との間でワークの授受を行う第２のワーク保持機構を備え、該第２のワーク保持機構によってＺ軸に平行にワーク軸線を向けるように保持したワークをＸ軸に平行な第２の軸線周りに回転させてワークの向きを反転させるワーク反転ユニットとを有することを特徴とする多面加工用工作機械。
2. 請求項１において、前記第２の回転割り出し機構は、ワーク軸線がＺ軸およびＸ軸の双方に斜めとなる途中位置への回転割り出しも可能であることを特徴とする多面加工用工作機械。
3. 請求項１または２において、前記主軸には、当該主軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の方向に移動させる３軸移動ユニットが構成され、
   前記ワーク反転ユニットには、前記第２のワーク保持機構をＸ軸およびＺ軸の方向に移動させる２軸移動ユニットが構成され、
   前記割り出しユニットにおいて前記第２の回転割り出し機構がワークに回転割り出しを行う際のワークのＹ軸方向における位置、前記第１の軸線のＹ軸方向における位置、および前記第２の軸線のＹ軸方向における位置が一致していることを特徴とする多面加工用工作機械。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記第１のワーク保持機構に保持されるワークは長尺の棒状ワークであり、
   前記主軸に保持される工具には、当該棒状ワークを切断するための切断工具が含まれ、
   前記第２のワーク保持機構には、当該切断工具によって前記棒状ワークから切り離されたワークが保持されることを特徴とする多面加工用工作機械。
5. 互いに直交する３方向をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸としたときに、
   Ｚ軸に平行な軸線周りに回転可能な工具保持用の主軸と、
   基準姿勢においてワーク軸線がＺ軸に平行に向くようにワークを保持する第１のワーク保持機構、該第１のワーク保持機構に対してワーク軸線周りの回転割り出しを行う第１の回転割り出し機構、および前記第１のワーク保持機構に対してＹ軸に平行な第１の軸線周りに回転割り出しを行ってワーク軸線をＺ軸に直交する方向に向かせる第２の回転割り出し機構を備えた割り出しユニットと、
   前記第１のワーク保持機構との間でワークの授受を行う第２のワーク保持機構を備え、該第２のワーク保持機構によってＺ軸に平行にワーク軸線を向けるように保持したワークをＸ軸に平行な第２の軸線周りに回転させてワークの向きを反転させるワーク反転ユニットとを設け、
   前記主軸に保持された工具により、基準姿勢において前記主軸の方に向くワークの第１の端面を加工する第１の端面加工と、
   前記主軸に保持された工具により、前記第２の回転割り出し機構によってワーク軸線をＺ軸に直交する方向に向かせた状態で、前記第１の回転割り出し機構によってワークをワーク軸線周りに回転させてワークの周面を加工する周面加工と、
   前記主軸に保持された工具により、前記ワーク反転ユニットにおいて前記第２のワーク保持機構に保持されたワークを基準姿勢から反転させて前記第１の端面に対向するワークの第２の端面を加工する第２の端面加工とを行うことを特徴とする多面加工方法。
6. 請求項５において、前記第１のワーク保持機構に対して長尺の棒状ワークを保持させて、当該長尺の棒状ワークの状態で前記第１の端面加工および前記周面加工を行い、
   次に、前記第１のワーク保持機構に保持された前記長尺の棒状ワークの先端側を前記第２のワーク保持機構で保持した状態で、前記主軸に保持された切断工具により、前記第１のワーク保持機構による保持位置と前記第２のワーク保持機構による保持位置との間で前記長尺の棒状ワークを切断してワークを切り離し、
   しかる後に、前記第２の端面加工を行うことを特徴とする多面加工方法。

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