JP4496134B2 - 旋盤 - Google Patents

Description

本発明は、旋盤に関するものである。

ワークに複合加工する旋盤には、特許文献１或いは特許文献２に記載されたものがある。
特開平１１−１３８３７４号公報 特開２００３−１１７７０１号公報

特許文献１の旋盤は、主軸が固定されている複合加工型旋盤であり、ワークを把持する主軸と、テールストックと、往復台と、工具主軸とを備えている。テールストックは、主軸に対向する位置に配置されている。
往復台は、主軸又はテールストックの中心線に平行に往復移動する台である。往復台上に、工具主軸が取付けられている。工具主軸は、工具を把持するものであり、工具の方向を変化させることが可能になっている。工具により、主軸又はテールストックで把持したワークが、斜め上方から加工される。

この特許文献１に示された旋盤のように、主軸が固定されている旋盤では、長尺のワークを加工する時には、ワークが工具で押されて撓むことにより、精度の高い加工ができない。そのため、長尺のワークを加工するときには、テールストックに、ワークの先端面に当接して主軸と相俟ってワークを支持するセンタを取付ける。

しかし、テールストックにセンタを取付けることにより、次のような問題が起きる。
（１） テールストックにセンタを取付けてワークを支持するので、ワークの先端面（正面）に加工ができない。
（２） テールストックにセンタが取付けてあるため、ワークを把持するためのチャックをテールストックに取付けることができない。そのため、テールストックのチャックでワークを把持してワークの後端面（背面）を加工することができない。
（３） 工具とテールストックとが干渉するため、テールストックの近傍が加工できない。
このように、主軸が固定されている旋盤では、長尺の複合加工を行うことは困難であった。

さらに、特許文献１の複合加工型旋盤では、加工可能なワークの長さが、主軸とテールストックの距離で決まり、その距離以上の長さのワークを加工することができないという問題もある。
また、斜め上から工具でワークに加工を行うことで、切り粉が機械内に堆積しにくいが、温度変化の影響で加工精度が劣化することがあった。即ち、温度変化により、ワーク及び工具の高さ方向の位置が変化するが、その位置の変化の割合が、ワークと工具とで異なる。ワークより上方にある工具の方が温度変化の影響を受けやすい。

一方、長尺のワークをテールストックで支持しないで加工する方法として、特許文献２のように、工具の近傍に長尺のワークの撓みを防止するためのガイドブッシュを設けて、主軸を移動させながら長尺のワークを加工する技術がある。

特許文献２の旋盤は、ワークを回転可能に把持する第１の主軸台と、背面主軸台上に配置された第２の主軸台及び正面刃物台と、ガイドブッシュと、ワークを切り落とすバイトが取付けられた刃物台と、第３の主軸台と、第３の主軸台に取付けられてワークの背面を加工する工具と、ワークの軸方向に対して垂直に移動可能な回転工具台とを備えている。

背面主軸台は、第１の主軸台に把持されたワークの軸方向に平行に移動する機能とその軸方向に垂直に移動する機能とを持つ。ガイドブッシュは、第１の主軸台と背面主軸台との間に配置され、回転するワークを摺動可能に支持するものである。第２の主軸台は、ワークの先端側（正面側）を把持するものである。第２の主軸台と共に背面主軸台に配置された刃物台には、ワークの正面を加工するドリルが取付けられる。第３の主軸台は、ガイドブッシュの概ね側方に配置されている。

この特許文献２に記載された旋盤では、背面主軸台をワークの軸方向に移動させ、第１の主軸台が把持してガイドブッシュが支持するワークの先端面（正面）を、正面刃物台に取付けられた工具で加工する。その後、背面主軸台を移動して第２の主軸台でワークの先端側を把持させ、これと同時に第２の主軸台で把持していたワークを第３の主軸台に把持させる。第３の主軸台に把持されたワーク先端面を、刃物台に取付けられた工具で再度加工する。

ワークの後端面（背面）を加工する場合には、背面主軸台を移動させ、第２の主軸台で把持したワークの後端面（背面）を第３の主軸台に取付けられたドリルで加工する。

この特許文献２のように主軸が移動する旋盤では、長尺のワークの先端面と後端面とを加工できるが、次のような問題がある。

（１） ワークに斜めの穴をあけるためには、斜め穴加工用のアタッチメントを刃物台に取付ける必要がある。
（２） ワークの先端面を加工する工具とワークの後端面を加工する工具とを別に用意する必要がある。
（３） 刃物台上に工具を配置する時に、工具が隣の工具と干渉しないかを十分に考慮しなければならない。
（４） ワークの先端面を加工する工具を取付ける場所の他に、ワークの後端面を加工する工具とを取付ける場所を確保しなければならないので、機械の小型化が困難になり、作業性もわるい。

（５） 刃物台及び第３の主軸台に取付けられる工具の数には限界があるため、工具を交換しないで複雑な加工ができるワークの種類が限られていた。
（６） 各工具を交換する時には、機械を停止する必要があり、効率的な加工ができなかった。

前述したように、特許文献１のような主軸固定の旋盤では、長尺のワークを加工する時、ワークの先端面及びワークの後端面及びテールストックの近傍の加工ができない。また、加工精度の問題もあった。
一方、特許文献２のような主軸移動の旋盤では、長尺のワークの先端面及び後端面の加工ができるが、ワークに斜め穴をあけるためには、斜め穴加工用のアタッチメントが必要であると共に、刃物台に取付け可能な工具数が限られる。そのため、加工可能な加工種類の数が少なく、自在に複雑形状に加工することができなかった。

本発明は、以上のような現状を鑑みてなされた発明であり、短尺から長尺までのすべての長さのワークに対して、両端面を含み、複雑形状に高精度に全加工することができる旋盤を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の観点に係る旋盤は、ワークを回転軸が水平になるように把持して回転させる機能を持つと共に、該ワークの回転軸に平行なＺ方向に往復移動可能な主軸と、前記主軸に対向して配置されると共に、前記主軸で把持したワークが貫通する穴が形成され、該ワークを把持して回転させる機能を持ち、前記Ｚ方向に往復移動可能な背面主軸と、前記Ｚ方向に往復移動可能であると共に該Ｚ方向とは異なる方向のＸ方向に往復移動可能であり、前記ワークを加工するための工具を回転可能にかつ該工具の中心線の高さと前記ワークの中心線の高さとが等しくなるように把持し、かつ該Ｚ方向及び該Ｘ方向を含むＸＺ平面内で回転して該工具の向きを変化させることが可能な工具主軸と、前記主軸から突出した前記ワークを回転可能に支持すると共に前記回転軸の方向に摺動させるガイドブッシュと、任意数の前記工具を収容する工具マガジンと、
すでに前記工具主軸に取付けられている工具を、前記工具マガジンに収容されている工具に交換する工具交換手段と、前記工具主軸の一端部に取り付けられると共に前記Ｚ方向及びＸ方向とは異なる方向のＹ方向に移動可能な支持体に回転可能に支持された第１軸、及び該一端部とは異なる該工具主軸の他端部に前記第１軸と同軸に取り付けられると共に前記Ｙ方向に移動しない支持体に形成された穴に回転可能かつＹ方向に摺動可能に支持された第２軸を有し、該第１軸と第２軸とにより前記工具主軸を支持すると共に該第１軸と第２軸とが回転することより前記工具主軸を前記ＸＺ平面内で回転させる両持ち手段とを備え、前記工具主軸は、前記Ｙ方向に往復移動可能である、ことを特徴とする。

このような構成を採用したことにより、工具主軸が工具の向きを変えられるので、主軸或いは背面主軸で把持するワークの外周面と端面とに種々の角度から加工をすることが可能となる。また、ワークが長尺で撓みやすくても、ガイドブッシュがその撓みを防止するので、加工精度が悪化しない。また、主軸で把持したワークを移し替えて、背面主軸に把持させることにより、１本のワークの両端面を加工できる。
これにより、段取り替えや他の機械での後工程がなくなる。そのため、ワークの取付け誤差がなくなり、加工精度を高くすることができる。
また、任意数の工具を収容する工具マガジンと、すでに工具主軸に取付けられている工具を、工具マガジンに収容されている工具に交換する工具交換手段と、を備えることにより、工具を交換するごとに機械を停止する必要がなくなり、アイドル時間を低減できる。
また、前記背面主軸には、前記ワークが貫通する穴が形成されていることにより、さらに長尺のワークの加工が可能になる。

このようにすると、加工位置を任意に設定でき、複雑形状に加工できる。

また、工具の中心線がワークの中心線の高さになるように、工具主軸が工具を支持する。そのため、温度変化による工具主軸の高さの変位量と、ワークの高さの変位量とが等しくなる。よって、工具とワークの高さ方向の相対位置に差がないので、所定の加工精度を維持できる。また、両持ち手段により、工具主軸が両持ちにされる。そのため、工具がワークに当接したときの応力に対し、抗性が向上して加工精度を向上できる。

また、任意数の工具を搭載し、前記工具主軸とは独立して移動し、該搭載した工具を用いて前記主軸又は前記背面主軸の把持するワークを加工する刃物台を備えてもよい。

このようにすると、工具主軸の工具ばかりでなく、刃物台の工具を使用することもでき、加工効率が向上する。

この場合、前記刃物台は、前記Ｘ方向に往復移動可能であってもよい。また、前記刃物台は、前記Ｚ方向に往復移動可能であってもよい。また、前記刃物台は、前記Ｚ方向及びＸ方向とは異なる方向のＹ方向に往復移動可能であってもよい。

本発明によれば、長尺から短尺までのワークを、その両端を含み、複雑形状に全加工することができる。また、本発明によれば、加工精度を向上できる。

図１は、本発明の実施形態に係る旋盤の正面図である。図２は、旋盤の平面図である。図３は、図１中の工具主軸及び刃物台の構成例を示す図である。

この旋盤はワークＷに対して複雑な加工が可能な機械であり、図１及び図２のように、ベッド１０と、ワークＷを把持する主軸３０と、工具主軸４０と、ワークＷを把持する背面主軸５０と、図示しない制御部を備えている。制御部は、旋盤全体の制御を行うものである。

主軸３０を支持する主軸台３０Ａが、ベッド１０上にＺ１軸方向に平行に取付けられた２本のレール１１，１２上に載せられ、Ｚ１軸モータ１３を駆動することにより、Ｚ１軸方向に移動する構成になっている。主軸台３０Ａには、ワーク回転モータ３１が内蔵されている。ワーク回転モータ３１は、主軸３０の把持するワークＷを回転させるものである。

工具主軸４０は、取替え可能な工具４１を回転可能に把持するものであり、工具主軸台４０Ａに支持されている。
図４は、工具主軸台４０Ａを動かす機構の概要を示す図である。
ベッド１０上には、Ｚ１軸方向に平行なＺ２軸方向に、２本のレール１５，１６が取付けられている。そのレール１５，１６の上に、ベース４０ａが取付けられ、Ｚ２軸モータ１７を駆動することにより、ベース４０ａがＺ２軸方向に移動する。

ベース４０ａには、Ｚ２軸方向に垂直なＸ１軸方向に、ボールねじ４０ｂが組込まれている。ボールねじ４０ｂの端部には、そのボールねじ４０ｂを回転させて工具主軸台４０ＡをＸ１軸方向に移動させるＸ１軸モータ１８が配置されている。

ベース４０ａの上に、コラム４０ｃが配置されている。コラム４０ｃの底部には、ボールねじ４０ｂと係合したブラケット４０ｄが取付けられ、Ｘ１軸モータ１８が回転すると、コラム４０ｃがＸ１軸方向に移動する。
コラム４０ｃの上方には、Ｙ１軸モータ４２を支持するモータブラケット４０ｅが固定されている。Ｙ１軸モータ４２は、鉛直方向のＹ１軸方向のボールねじ４０ｆを回転させるものである。

ボールねじ４０ｆは、ハウジング４０ｇから延びたブラケット４０ｈに係合している。Ｙ１軸モータ４２が回転することにより、ボールねじ４０ｆが回転してハウジング４０ｇが上下方向に移動する構成である。
ハウジング４０ｇの内部には、スピンドル４０ｉが回転可能に組込まれている。ハウジング４０ｇの上端側で、スピンドル４０ｉの一端と方向変換モータ４３とがカップリング４０ｊにより結合している。

スピンドル４０ｉの他端には、取付け板４０ｋを介して工具主軸台４０Ａの一端が取付けられている。工具主軸台４０Ａの取付け板４０ｋの反対側には、シャフト４０ｍが取付けられている。シャフト４０ｍは、ホルダ４０ｎを介して、回転可能にコラム４０ｃに軸支されている。
方向変換モータ４３が回転することにより、工具主軸台４０Ａがスピンドル４０ｉ及びシャフト４０ｍと共に回転し、工具主軸４０に把持された工具４１の向きが変化する構成である。

背面主軸５０は、主軸３０と対向してワークＷを把持するものであり、背面主軸台５０Ａに支持されている。背面主軸台５０Ａは、ベッド１０上にＺ１軸方向と平行なＺ３軸方向に取付けられた２本のレール２０，２１上に載せられている。Ｚ３軸モータ２２を駆動することにより、背面主軸台５０ＡがＺ３軸方向に移動する構成になっている。背面主軸台５０Ａにはワーク回転モータ５１が内蔵されている。ワーク回転モータ５１は、背面主軸５０の把持するワークＷを回転させるものである。

主軸３０及び背面主軸５０には、ワークＷが貫通する穴が形成されている。
この旋盤には、さらに、刃物台６０と、工具マガジン７０と、工具交換機構８０と、ガイドブッシュ９０とが設けられている。

刃物台６０は、レール２０，２１上に載せられ、Ｚ４軸モータ２４を駆動することにより、Ｚ２軸方向と平行なＺ４軸方向に移動する構成である。刃物台６０の側方には、刃物台６０をＸ１軸方向に平行なＸ２軸方向に移動させるＸ２軸モータ２５が取付けられている。

刃物台６０は、ワークＷを加工する複数の工具６１を保持するものであり、図３のように、回転体部６２を備えている。回転体部６２に工具６１が取付けられ、回転体部６２の回転角度に応じた工具６１が選択される。刃物台６０上部には、刃物台６０の位置をＹ１軸方向と平行なＹ２軸方向（高さ方向）に変化させるＹ２軸モータ６３が取付けられている。

ガイドブッシュ９０は、主軸３０の背面主軸５０側に配置され、主軸３０から突出したワークＷを摺動自在に支持するものである。

なお、ここでは、刃物台６０は、回転体部６２を備えるタレット型にしているが、これに限定されず、例えば図５のように、複数の工具６６を櫛歯形に配列してもよい。図５は、刃物台の変形例を示す図である。

一方、工具マガジン７０は、工具主軸４０に取付ける工具４１を必要数収容するものである。工具交換機構８０は、工具主軸４０に取付けられている工具４１を、工具マガジン７０で収容している工具４１に交換する機構である。

次に、加工事例を説明しつつ、旋盤の動作を説明する。
図６は、主軸３０に把持されたワークＷと、背面主軸５０に把持されたワークＷとの両方に外径加工を行う加工例１の説明図である。

この場合、主軸３０及び背面主軸５０にそれぞれワークＷを把持させる。
続いて、ワークＷを把持した例えば主軸３０を、Ｚ１軸モータ１３とＺ２軸モータ１７を駆動することにより、ワークＷの加工箇所を工具主軸４０の前方に位置させる。ワーク回転モータ３１を駆動してワークＷを回転させつつ、Ｚ１軸モータ１３及びＸ１軸モータ１８とを駆動制御する。これにより、工具４１がワークＷに当接し、主軸３０に把持されたワークＷの外周が加工される。主軸３０側のワークＷの加工が終了した後、Ｘ１軸モータ１８を駆動して工具主軸４０を退避させる。

そして、工具主軸４０の工具を１８０°回転させ、Ｚ３軸モータ２２とＺ２軸モータ１７を駆動することにより、背面主軸５０の把持するワークＷの加工箇所を工具主軸４０の前方に位置させる。ワーク回転モータ５１を駆動してワークＷを回転させつつ、Ｚ３軸モータ２２及びＸ１軸モータ１８とを駆動制御する。

これにより、工具４１がワークＷに当接し、背面主軸５０に把持されたワークＷの外周が加工される。ここで、工具４１の種類やＺ１軸モータ１３、Ｚ２軸モータ１７、Ｚ３軸モータ２２、Ｘ１軸モータ１８の駆動制御方法により、種々の加工が可能であり、ワークＷの外径を直線にしたり、テーパー、円弧等の所望の形状にすることができる。

図７は、主軸３０に把持されたワークＷと、背面主軸５０に把持されたワークＷとの両方の先端面に穿孔加工を行う加工例２の説明図である。
この場合、工具主軸４０の工具４１はドリルである。Ｘ１軸モータ１８と方向変換モータ４３とを駆動して工具４１の先端が、主軸３０で把持するワークＷの先端を向くようする。次に、ワーク回転モータ３１を駆動してワークＷを回転させつつ、Ｚ１軸モータ１３を駆動し、工具４１の先端を主軸３０側に移動させる。これにより、工具４１が主軸３０の把持するワークＷの先端に当接して切削し、ワークＷが穿孔される。

主軸３０側のワークＷの加工が終了した後、Ｘ１軸モータ１８を駆動して工具主軸４０を退避させる。方向変換モータ４３を駆動し、工具４１の先端が、背面主軸５０の把持するワークＷの先端を向くようにする。そして、ワーク回転モータ５１を駆動してワークＷを回転させつつ、Ｚ３軸モータ２２を駆動し、工具４１の先端を背面主軸５０側に移動させる。これにより、工具４１が背面主軸５０の把持するワークＷの先端に当接して切削し、ワークＷが穿孔される。

ここでは、主軸３０に把持されたワークＷと、背面主軸５０に把持されたワークＷとの両方の先端面に穿孔加工を行う場合の概要を示したが、１つのワークＷの両端に穿孔することも可能である。
この場合には、最初、ワークＷを主軸３０にのみ把持させておき、ワークＷの先端面の穿孔が終了した段階で、Ｘ１軸モータ１８を駆動して工具主軸４０を退避させ、Ｚ３軸モーター２２を駆動して、背面主軸５０を主軸３０側に移動させ、ワークＷの先端側を把持させる。そののち、主軸３０にワークＷを放させ、Ｚ３軸モーター２２を駆動して所定位置に移動させ、Ｘ１軸モータ１８を駆動して工具主軸４０を元の加工位置に戻す。以降、前述と同様の処理を行うことにより、背面主軸５０に把持されたワークＷの後端面が穿孔される。

図８は、斜め穴を穿孔する加工例３の説明図である。
この場合、工具主軸４０に取付けられる工具４１は、ドリルである。主軸３０で把持するワークＷを加工する前に、方向変換モータ４３を駆動して工具４１が、主軸３０の把持するワークＷの軸に対して所望角度になるように駆動制御する。次に、Ｚ１軸モータ１３又はＺ２軸モータ１７を駆動し、ワークＷを所定位置にする。その後、工具４１を回転させつつ、Ｚ１軸モータ１３とＸ１軸モータ１８とを同時駆動し、前記所望角度で工具４１が先端からワークＷに入るように、ワークＷと工具４１とを相対移動させる。これにより、主軸３０の把持するワークＷに斜めの穴が穿孔される。

背面主軸５０で把持するワークＷに斜めの穴を穿孔する場合には、加工する前に、方向変換モータ４３を駆動して工具４１が、背面主軸５０の把持するワークＷの軸に対して所望角度になるように駆動制御する。次に、Ｚ３軸モータ２２又はＺ２軸モータ１７を駆動し、ワークＷを所定位置にする。その後、工具４１を回転させつつ、Ｚ３軸モータ２２とＸ１軸モータ１８とを同時駆動し、前記所望角度で工具４１が先端からワークＷに入るように、ワークＷと工具４１とを相対移動させる。これにより、背面主軸５０の把持するワークＷに斜めの穴が穿孔される。

図９は、内径加工する加工例４の説明図である。
主軸３０が把持するワークＷと背面主軸５０が把持するワークＷとに内径加工を施す場合、工具主軸４０には、内径工具を取付け、先端面に穿孔加工を行うときと同様の処理を行う。即ち、Ｘ１軸モータ１８と方向変換モータ４３とを駆動し、工具４１の軸と主軸３０に把持されたワークＷの軸とを一致させ、工具４１の先端が、主軸３０の把持するワークＷの先端を向くようする。次に、ワーク回転モータ３１を駆動してワークＷを回転させつつ、Ｚ１軸モータ１３又はＺ２軸モータ１７を駆動し、工具４１の先端を主軸３０側に相対移動させる。そして、Ｚ１軸モータ１３とＸ１軸モータ１８を駆動することにより、工具４１がＺ１軸方向とＸ１軸方向に移動するので、主軸３０に把持されたワークＷが、所望の内径に切削される。

主軸３０側のワークＷの加工が終了した後、Ｘ１軸モータ１８を駆動して工具主軸４０を退避させる。方向変換モータ４３を駆動し、工具主軸４０を１８０°回転させ、工具４１の先端が、背面主軸５０の把持するワークＷの先端を向くようにする。そして、ワーク回転モータ５１を駆動してワークＷを回転させつつ、Ｚ３軸モータ２２を駆動し、工具４１の先端を背面主軸５０側に移動させる。そして、Ｚ３軸モータ２２とＸ１軸モータ１８を駆動することにより、工具４１がＺ３軸方向とＸ１軸方向に移動するので、背面主軸５０に把持されたワークＷが、所望の内径に切削される。

以上の加工事例は、工具主軸４０に取付けられた工具４１を用いた加工である。工具４１を用いることにより、他の加工も可能である。他の加工例を簡単に説明する。

図１０は、ワークＷを直線的にカットする加工例５の説明図である。
ワークＷの一部をカットしてワークＷの断面をＤ形にする場合には、工具主軸４０に工具４１としてエンドミルを取付け、工具主軸４０を所定位置に移動させた後に、工具４１を回転させつつ、図１０のように、Ｙ１軸モータ４２を駆動してエンドミルをＹ１軸方向に移動させる。これにより、ワークＷがカットされ、ワークＷの断面がＤ形になる。

図１１は、偏心穴を穿孔する加工例６の説明図である。
ワークＷの中心軸からずれた位置を穿孔して偏心穴を形成する場合、工具主軸４０に工具４１としてドリルを取付け、Ｚ２軸モータ１７を駆動して工具主軸４０を所定位置に移動させた後に、Ｙ１軸モータ４２を駆動して工具４１の高さをワークＷの中心からずらす。そして、工具４１を回転させつつ、図１１のように、Ｘ１軸モータ１８を駆動して工具４１を前進させる。これにより、ワークＷに偏心穴が形成される。

図１２は、ワークの端部を斜めにカットする加工例７の説明図であり、同図（ａ）は正面図を示し、同図（ｂ）は側面図を示している。
ワークＷの端部を斜めにカットする場合、工具主軸４０には、工具４１としてエンドミルを取付ける。方向変換モータ４３を駆動して工具４１が主軸３０の把持するワークＷの軸に対して所望角度になるように駆動制御する。そして、Ｙ１軸モータ４２を駆動し、工具４１をＹ１軸方向に移動させる。これにより、工具４１が斜めに、ワークＷの先端部に当たり、ワークＷの先端部が斜めにカットされる。

図１３は、ワークにホブ加工をする加工例８の説明図であり、同図（ａ）は正面図を示し、同図（ｂ）は側面図を示している。
ワークＷに歯車を形成するホブ加工を行う場合、工具４１としてホブを工具主軸４０に取付ける。次に、工具主軸４０を所定位置に移動した後に、方向変換モータ４３を駆動して工具４１の向きを所定角度に駆動制御する。工具４１の回転とワークＷの回転とを所定の回転比で同期制御させつつ、Ｚ１軸モータ１３を駆動してワークＷを前進させる。これにより、ワークＷが工具４１により切削されながら移動し、ワークＷに歯車が形成される。

図１４は、工具４１と工具６１により、ワークの外径加工を行う加工例９の説明図である。
工具主軸４０の工具４１と刃物台６０に取付けられた工具６１によって、ワークＷの外径加工を行う場合、工具主軸４０には、工具４１として外径工具が取付けられ、工具６１として外径工具が選択される。主軸３０及び背面主軸５０と工具主軸４０とを、工具４１のみでワークＷの外径加工を行う場合と同様に制御する。

一方、刃物台６０に対しては、選択した工具６１がワークＷの外周面に対向するように、回転体部６２を回転させておき、Ｘ２軸モータ２５を駆動し、工具６１でワークＷの外周を切削させる。これにより、ワークＷの外径が工具４１，６１によって加工される。工具４１と工具６１とは、ワークＷを間において対向してワークＷを切削するので、ワークＷがぶれることが防止され、精度の高い加工が可能である。また、ワークＷの外径が同時に２本の工具４１，６１で加工されるので、総加工時間も短縮される。

図１５は、工具４１と工具６１とにより、ワークに穿孔加工を行う加工例１０の説明図である。
ワークＷに穿孔加工をする場合、工具主軸４０の工具４１としてドリルを取付け、刃物台６０の工具６１としてドリルを選択し、回転体部６２を回転させて選択した工具６１をワークＷに対向させる。そして、Ｚ２軸モータ１７とＺ４軸モータ２４とを駆動して、工具４１及び工具６１を所定位置に移動させる。その後、工具４１及び工具６１を回転させつつ、Ｘ１軸モータ１８とＸ２軸モータ２５とを駆動し、ワークＷに向けて、工具４１及び工具６１を前進させる。
前進することにより、工具４１及び工具６１がワークＷに当接して切削する。これにより、ワークＷに対称に穴が形成される。工具４１と工具６１とは、ワークＷを間において対向してワークＷを切削するので、ワークＷがぶれることが防止され、精度の高い加工が可能である。また、ワークＷが同時に２本の工具４１，６１で加工されるので、工具４１のみで加工する場合よりも、総加工時間が短縮される。

図１６は、２本のワークを同時に加工する加工例１１の説明図である。
例えば主軸３０で把持するワークＷの先端に、偏心した穴を空ける加工を行い、同時に、背面主軸５０で把持するワークＷに外径加工を行う場合、工具主軸４０の工具４１として外径工具を取付ける。Ｘ１軸モータ１８を駆動して工具４１を所定位置に前進させる。刃物台６０の工具６１としては、ドリルを選択し、回転体部６２を回転させると共にＸ２軸モータ２５を駆動し、選択した工具６１の先端が主軸３０で把持するワークＷの加工位置に向くように調整する。そして、工具６１を回転させつつ、Ｚ１軸モータ１３を駆動して主軸３０のワークＷを前進させる。

また、これと同時に、ワーク回転モータ５１を駆動して背面主軸５０側のワークＷを回転させつつ、Ｚ３軸モータ２２を駆動して背面主軸５０側のワークＷを前進させる。これにより、主軸３０側のワークＷの先端には、偏心した穴が形成され、背面主軸５０側のワークＷの外周面が切削される。

図１７は、２本のワークを同時に加工する加工例１２の説明図である。
主軸３０で把持するワークＷと背面主軸５０で把持するワークＷとに、例えば外径加工を行う場合、工具主軸４０に取付けた工具４１と刃物台６０の工具６１で同時に一方のワークＷを加工してもよいが、工具４１と工具６１とでそれぞれ別のワークＷを加工させてもよい。

図１８は、スパナがけ部を形成する加工例１３の説明図である。
ワークＷにスパナがけ部を形成する場合、工具主軸４０に工具４１としてエンドミルを取付け、刃物台６０で工具６１としてエンドミルを選択させる。各工具４１，６１を所定位置に移動させた後、Ｙ１軸方向モータ４２及びＹ２軸モータ６３を駆動し、各工具４１，６１をそれぞれＹ１軸方向，Ｙ２軸方向に移動させる。これによりワークＷの両側が切削されてスパナがけ部が形成される。

図１９は、偏心穴を形成する加工例１４の説明図である。
ワークＷに２カ所の偏心穴を形成する場合、工具主軸４０に工具４１としてドリルを取付け、刃物台６０で工具６１としてドリルを選択させる。各工具４１，６１をＺ２軸方向及びＺ４軸方向の所定位置に移動させた後、Ｙ１軸方向モータ４２及びＹ２軸モータ６３を駆動して、各工具４１，６１がＹ１軸方向及びＹ２軸方向の所定位置になるように位置調整する。次に、Ｘ１軸モータ１８とＸ２軸モータ２５を駆動して工具４１，６１を前進させる。これにより、ワークＷが穿孔され、２つの偏心穴が同時に形成される。

以上のように、本実施形態の旋盤では、次のような作用効果を奏する。
（１） 主軸３０と、工具主軸４０と、背面主軸５０と、ガイドブッシュ９０とを備えるので、長尺のワークＷに加工する際にも、ワークＷが撓むことが防止され、精度の高い加工が可能になる。また、ワークＷの先端面の加工も可能になるばかりでなく、主軸３０で把持したワークＷを突切りした後に、主軸３０及び背面主軸５０間でワークＷの移し替えを行うことにより、ワークＷの両端面の加工も可能になる。よって、短尺から長尺までの種々の長さのワークに対して、両端を含み、複雑形状に全加工できる。

（２） 主軸３０で把持したワークＷと、背面主軸５０で把持したワークＷの両方を、機械を停止せずに加工できる。
（３） 主軸３０で把持したワークＷと、背面主軸５０で把持したワークＷの両方を、共通の工具４１で加工できるので、同じ種類の工具４１を複数用意する必要がない。

（４） 工具マガジン７０を備えるので、複数種類の工具４１を事前に用意しておくことが可能である。
（５） 工具交換機構８０を備えているので、機械を停止することなく、工具４１の交換が可能である。

（６） 工具主軸４０をＹ１軸方向に移動させることができるので、工具４１の位置を３次元的に自在に移動させることが可能であり、ワークＷに偏心穴をあけたり、斜め穴をあける加工や、ホブ加工等の複雑な加工が可能になる。

（７） 刃物台６０を設けたので、例えば工具主軸４０の工具４１で、加工を行っている間に、次に使用する工具を、刃物台６０側で準備することが可能になる。逆に、例えば刃物台６０の工具６１で、加工を行っている間に、次に使用する工具を、工具主軸４０側で準備することが可能になる。これにより、工具交換のアイドル時間を短縮できる。

（８） 工具４１と工具６１とを同時に用いて加工できるので、加工時間を短縮できる。
（９） 工具４１と工具６１とを同時に用いて加工できるので、一方を粗加工、他方を仕上用として使用することができる。

（１０） 工具４１と工具６１とを同時に用いて加工できるので、ワークＷ上の異なる場所の加工が同時にできる。
（１１） 背面主軸５０には、ワークＷが貫通する穴が形成されているので、さらに長尺のワークＷも取付けられる。これにより、機械を大型化する必要がなくなる。

（１２） 工具主軸４０は、工具主軸台４０Ａに支持されている。そして、工具主軸台４０Ａの一端が、取付け板４０ｋを介してスピンドル４０ｉに取付けられ、工具主軸台４０Ａの他端が、ホルダ４０ｎを介してコラム４０ｃに支持されている。スピンドル４０ｉは、ハウジング４０ｇ、ブラケット４０ｈ、モータブラケット４０ｅを介してコラム４０ｃに支持されている。則ち、工具主軸台４０Ａは、コラム４０ｃに両持ちで支持されている。このように、工具主軸台４０Ａを両持ちで支持するため、工具４１をワークＷに当接したときの応力に対し、抗性が向上し、加工精度を向上できる。

（１３） Ｙ１軸モータ４２により、工具主軸台４０Ａ及び工具主軸４０の高さを調整し、ワークＷの中心線と工具４１の中心線の高さをほぼ同じに設定し、工具４１をワークＷに当接させることにより、次のような利点が得られる。
図２０（ａ），（ｂ）は、ワークＷと工具主軸台４０Ａの高さの説明図である。

機械が稼働すること等により、機械の温度が上昇すると、主軸台３０Ａ等が熱膨張し、主軸３０及びワークＷの高さが高くなる。これに対し、工具４１及び工具主軸４０を支持するベース４０ａ、コラム４０ｃ等も同様に熱膨張し、工具主軸４０、工具４１の高さが高くなる。例えば図２０（ａ）のように、工具主軸台４０ＡをワークＷの上方で支持してワークＷを上方から加工する場合には、熱膨張による工具主軸４０の高さの変位量が、熱膨張によるワークＷの高さの変位量
よりも大きい。そのため、工具主軸４０とワークＷの相対位置が変化し、加工精度が低下する。

これに対し、本実施形態では、図２０（ｂ）のように、工具４１をワークＷと同じの高さにして加工するので、熱膨張による工具４１の変位量は、熱膨張によるワークＷの変位量と同じになる。よって、機械の温度が変化しても、工具４１とワークＷの相対位置が変化しないので、加工精度を維持できる。

なお、本発明は上記実施形態にかかわらず、種々の変形が可能である。その変形例としては、例えば次のようなものがある。

（ｉ） 上記実施形態では、Ｘ１，Ｘ２軸方向と、Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４軸方向と、Ｙ１，Ｙ２軸方向とを、互いに垂直であるものとしているが、方向が異なれば垂直になっている必要はない。

（ii） 上記実施形態では、Ｘ１軸方向とＸ２軸方向とを平行とし、Ｙ１軸方向とＹ２軸方向とを平行としているが、これらを平行にしなくてもよい。例えば、工具主軸４０を斜め上方から下降させて工具４１を前進させ、これとは対称に、刃物台６０を斜め上方から下降させて工具６１を前進させる構成にしてもよい。

（iii） ワークＷに対する加工は、工具主軸４０或いは刃物台６０の位置を固定し、主軸３０或いは背面主軸５０を移動して行ってもよいし、逆に、主軸３０或いは背面主軸５０の位置を固定して工具主軸４０或いは刃物台６０を移動して行ってもよい。

（iv） 工具主軸台４０Ａを、刃物台６０のように回転体部６２と工具６１とを持つ構成とし、これをＺ２軸方向及びＸ１軸方向を含む平面内で回転させるようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る旋盤の正面図である。 旋盤の平面図である。 図１中の工具主軸と刃物台の構成例を示す図である。 工具主軸台を動かす機構の概要を示す図である。 刃物台の変形例を示す図である。 加工例１の説明図である。 加工例２の説明図である。 加工例３の説明図である。 加工例４の説明図である。 加工例５の説明図である。 加工例６の説明図である。 加工例７の説明図である。 加工例８の説明図である。 加工例９の説明図である。 加工例１０の説明図である。 加工例１１の説明図である。 加工例１２の説明図である。 加工例１３の説明図である。 加工例１４の説明図である。 ワーク及び工具主軸の高さの説明図である。

符号の説明

１０ ベッド
１３ Ｚ１軸モータ
１７ Ｚ２軸モータ
１８ Ｘ１軸モータ
２２ Ｚ３軸モータ
２４ Ｚ４軸モータ
２５ Ｘ２軸モータ
３０ 主軸
３１，５１ ワーク回転モータ
４０ 工具主軸
４２ Ｙ１軸モータ
４３ 方向変換モータ
５０ 背面主軸
６０ 刃物台
７０ 工具マガジン
８０ 工具交換機構
９０ ガイドブッシュ

Claims (5)

1. ワークを回転軸が水平になるように把持して回転させる機能を持つと共に、該ワークの回転軸に平行なＺ方向に往復移動可能な主軸と、
   前記主軸に対向して配置されると共に、前記主軸で把持したワークが貫通する穴が形成され、該ワークを把持して回転させる機能を持ち、前記Ｚ方向に往復移動可能な背面主軸と、
   前記Ｚ方向に往復移動可能であると共に該Ｚ方向とは異なる方向のＸ方向に往復移動可能であり、前記ワークを加工するための工具を回転可能にかつ該工具の中心線の高さと前記ワークの中心線の高さとが等しくなるように把持し、かつ該Ｚ方向及び該Ｘ方向を含むＸＺ平面内で回転して該工具の向きを変化させることが可能な工具主軸と、
   前記主軸から突出した前記ワークを回転可能に支持すると共に前記回転軸の方向に摺動させるガイドブッシュと、
   任意数の前記工具を収容する工具マガジンと、
   すでに前記工具主軸に取付けられている工具を、前記工具マガジンに収容されている工具に交換する工具交換手段と、
   前記工具主軸の一端部に取り付けられると共に前記Ｚ方向及びＸ方向とは異なる方向のＹ方向に移動可能な支持体に回転可能に支持された第１軸、及び該一端部とは異なる該工具主軸の他端部に前記第１軸と同軸に取り付けられると共に前記Ｙ方向に移動しない支持体に形成された穴に回転可能かつＹ方向に摺動可能に支持された第２軸を有し、該第１軸と第２軸とにより前記工具主軸を支持すると共に該第１軸と第２軸とが回転することより前記工具主軸を前記ＸＺ平面内で回転させる両持ち手段とを備え、
   前記工具主軸は、前記Ｙ方向に往復移動可能である、
   ことを特徴とする旋盤。
2. 任意数の工具を搭載し、前記工具主軸とは独立して移動し、該搭載した工具を用いて前記主軸又は前記背面主軸の把持するワークを加工する刃物台を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の旋盤。
3. 前記刃物台は、前記Ｘ方向に往復移動可能であることを特徴とする請求項２に記載の旋盤。
4. 前記刃物台は、前記Ｚ方向に往復移動可能であることを特徴とする請求項２又は３に記載の旋盤。
5. 前記刃物台は、前記Ｙ方向に往復移動可能であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の旋盤。

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