JP4543746B2

JP4543746B2 - 工作機械および加工方法

Info

Publication number: JP4543746B2
Application number: JP2004149136A
Authority: JP
Inventors: 秀亮葛島
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2004-05-19
Filing date: 2004-05-19
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2024-05-19
Also published as: JP2005329493A

Description

本発明は、回転加工および旋削加工の双方を行うことが可能な工作機械等に関する。

上記工作機械には回転加工用の工具および旋削加工用の工具を共通の主軸に選択的に装着し、ワークに回転加工および旋削加工を選択的に施す構成のものがある。回転加工は主軸を軸心線回りに回転させる態様のドリル加工およびタップ加工等を称するものであり、ワークの相対的な静止状態で行われる。旋削加工はワークを主軸に対して相対的に旋回させる態様のフェイシング加工等を称するものであり、主軸の回転停止状態で行われる。
特開２００１−３００８２９号公報

上記工作機械の場合、旋削加工時にワークから工具に反力が作用する。このため、工具の係合部を静止部位の被係合部に係合し、工具を係合部および被係合部間の係合力で回転不能にロックしている。しかしながら、工具が係合部および被係合部間の隙間分だけガタつくので、ワークの加工精度が低下する虞れがある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、旋削加工時の工具のがたつきを防止することができる工作機械および加工方法を提供することにある。

請求項１記載の工作機械は、回転加工用の工具および旋削加工用の工具を共通の主軸に選択的に装着し、ワークに回転加工および旋削加工を選択的に施す工作機械であって、複数の工具を収納する工具マガジンと、前記工具マガジンに収納された工具と前記主軸に装着された工具とを交換する工具交換機構とを備えたものにおいて、前記主軸を回転可能に保持する主軸ヘッドと、前記主軸ヘッドに設けられ、旋削加工用の工具の係合部が係合されることに基いて旋削加工用の工具の回転を規制する被係合部と、前記主軸を回転操作する主軸モータと、前記主軸モータを駆動制御することに基いて前記主軸を回転操作するモータ制御手段と、工具交換後に前記主軸に装着された工具が旋削加工用の工具であるか回転加工用の工具であるかを識別する識別手段とを備え、前記モータ制御手段は、前記識別手段が旋削加工用の工具であると識別した場合に旋削加工の開始前に前記主軸を回転操作することに基いて前記係合部を前記被係合部に回転方向から予め接触させる制御を行うところに特徴を有する。

請求項２記載の工作機械は、前記主軸を前記係合部および前記被係合部間の接触状態にロックするロック手段を備えたところに特徴を有する。

請求項３記載の工作機械は、前記ロック手段は前記主軸モータの回転軸を介して前記主軸をロックする機械式ブレーキ機構であるところに特徴を有する。
請求項４記載の工作機械は、前記モータ制御手段は前記主軸モータを前記係合部および前記被係合部間の接触状態で一定方向へ継続的に駆動することに基いて前記主軸を前記係合部および前記被係合部間の接触状態にロックする制御を行うところに特徴を有する。

請求項５記載の工作機械は、旋削加工時にワークから工具に作用する反力の方向を工具情報として記憶する記憶手段を備え、前記モータ制御手段は前記記憶手段から前記工具情報を検出し、前記主軸モータを前記工具情報の検出結果に応じた一定方向へ継続的に駆動するところに特徴を有する。
請求項６記載の加工方法は、回転加工用の工具および旋削加工用の工具を共通の主軸に選択的に装着し、ワークに回転加工および旋削加工を選択的に施す加工方法であって、前記主軸を回転可能に保持する主軸ヘッドと、複数の工具を収納する工具マガジンと、前記工具マガジンに収納された工具と前記主軸に装着された工具とを交換する工具交換機構とを備えた工作機械によるワークの加工方法において、工具交換後に前記主軸に装着された工具が旋削加工用の工具であるか回転加工用の工具であるかを識別し、この識別された工具が旋削加工用の工具である場合に、前記主軸を回転操作することに基づいて、旋削加工用の工具の係合部を前記主軸ヘッドの被係合部に回転方向から接触させて旋削加工用の工具の回転を規制し、前記係合部および前記被係合部間の接触状態で旋削加工を行うところに特徴を有する。

請求項１記載の手段によれば、旋削加工前に主軸を回転操作することに基いて工具の係合部を主軸ヘッドの被係合部に回転方向から予め接触させているので、旋削加工が係合部および被係合部間の一方向の隙間の消滅状態で開始されるようになる。このため、旋削加工時の工具のガタつきが防止されるので、ワークの加工精度が向上する。
主軸に旋削加工用の工具が装着されたことを自動的に識別し、主軸を自動的に回転操作することに基いて係合部を被係合部に接触させている。このため、主軸に旋削加工用の工具が装着されたことを使用者が判断し、キーを操作することに基いて主軸の回転を指令する必要がなくなるので、利便性が向上する。

請求項２記載の手段によれば、主軸を係合部および被係合部間の接触状態にロックしている。このため、係合部および被係合部間が接触状態に確実に保持されるので、旋削加工時の工具のガタつきが確実に防止される。
請求項３記載の手段によれば、機械式ブレーキ機構を用いて主軸をロックした。このため、主軸モータを回生制動等することに基いて主軸をロックする必要がなくなるので、主軸モータの制御内容が簡単になる。

請求項４記載の手段によれば、主軸モータを一定方向へ継続的に駆動することに基いて主軸をロックしている。このため、主軸を機械的にロックする機械式ブレーキ機構が不要になるので、構成が簡単になる。
請求項５記載の手段によれば、主軸モータを旋削加工時にワークから工具に作用する反力の方向へ継続的に駆動することに基いて主軸をロックしている。このため、係合部および被係合部間の隙間が反力の方向に解消された状態で旋削加工が開始されるので、旋削加工時に工具が反力でガタつくことが確実に防止される。しかも、主軸モータの回転方向を記憶手段から検出し、主軸モータを検出結果に応じた方向へ自動的に回転操作している。このため、使用者が主軸モータの回転方向を自ら判断して入力する必要がなくなるので、利便性が向上する。

請求項６記載の手段によれば、旋削加工前に主軸を回転操作することに基いて工具の係合部を主軸ヘッドの被係合部に回転方向から予め接触させているので、旋削加工が係合部および被係合部間の一方向の隙間の消滅状態で開始されるようになる。このため、旋削加工時の工具のガタつきが防止されるので、ワークの加工精度が向上する。しかも、係合部および被係合部間の接触状態で旋削加工を行うため、旋削加工時の工具のガタつきが確実に防止される。

主軸は回転加工用の工具および旋削加工用の工具が選択的に装着される複合形のものであり、回転加工時には主軸が軸心線回りに回転操作され、旋削加工時には主軸の回転停止状態で主軸がワークに対して相対的に円周方向へ旋回操作される。この旋削加工前には主軸が回転操作される。この主軸の操作方向は工具の種類に応じて予め設定されたものであり、工具の係合部は主軸の回転に基いて主軸ヘッドの被係合部に回転方向から接触し、係合部および被係合部間の一方向の隙間が旋削加工前に予め解消される。そして、主軸が係合部および被係合部間の接触状態でロックされ、主軸の継続的なロック状態で旋削加工が実行される。以下、当該形態の一実施例を図面に基いて説明する。

基台１００には、図１に示すように、テーブル１０１がＹ軸方向に移動可能に装着され、コラム１がＸ方向へ移動可能に装着されている。前者のテーブル１０１はＹモータ２（図２参照）の回転軸に連結されたものであり、Ｙモータ２が駆動することに基いてＹ方向へ移動する。後者のコラム１はＸモータ３（図２参照）に連結されたものであり、Ｘモータ３が駆動することに基いて単独でＸ方向へ移動する。

コラム１には、図１に示すように、主軸ヘッド４がＺ方向へ移動可能に装着されている。この主軸ヘッド４はＺモータ５（図２参照）の回転軸に連結されたものであり、主軸ヘッド４はＺモータ５が駆動することに基いて単独でＺ方向へ移動する。この主軸ヘッド４内には、図５に示すように、複数の軸受６が固定されており、複数の軸受６の内周面には円筒状の主軸７が回転可能に装着されている。

主軸ヘッド４には主軸モータ８が固定されており、主軸７はカップリング９を介して主軸モータ８の回転軸１０に連結されている。このカップリング９は回転軸１０および主軸７間を回転不能に接続する軸継手から構成されたものであり、主軸７は主軸モータ８が駆動することに基いて軸心線回りに回転する。この主軸モータ８は、図３に示すように、円筒状のモータフレーム１１内に制動部１２および駆動部１３を収納することから構成されたものである。この駆動部１３はインナーロータ形の誘導モータを称するものであり、回転軸１０はロータの内周面に固定されている。また、制動部１２は回転軸１０に制動力を加える機械式のディスクブレーキからなるものであり、ディスクロータ１４および摩擦板１５間を電磁コイル１６の磁力で接触させることに基いて制動力を生成する。尚、制動部１２は機械式ブレーキ機構，ロック手段，ディスクブレーキ機構に相当するものである。

テーブル１０１には、図４に示すように、ホルダ１７およびホルダ１８が固定されている。これらホルダ１７およびホルダ１８にはテーブル台１９がＸ方向へ延びる軸２０を中心に回転可能に装着されており、軸２０はＡモータ２１（図２参照）の回転軸に連結されている。このＡモータ２１はホルダ１７内に収納されたものであり、テーブル台１９はＡモータ２１が駆動することに基いて軸２０を中心とするＡ方向へ回転する。

テーブル台１９には、図４に示すように、円形状のワークテーブル２２がＺ方向へ延びる軸２３を中心に回転可能に装着されており、軸２３はＢモータ２４の回転軸に連結されている。このＢモータ２４はテーブル台１９に固定されたものであり、ワークテーブル２２はＢモータ２４が駆動することに基いて軸２３を中心とするＢ方向へ回転する。このワークテーブル２２はワークがセットされるものであり、Ｙモータ２・Ｘモータ３・Ｚモータ５はテーブル１０１・コラム１・主軸ヘッド４を操作することに基いてワークをＸ方向・Ｙ方向・Ｚ方向に位置決めし、Ａモータ２１はテーブル台１９を操作することに基いてワークをＡ方向に位置決めする。また、主軸モータ８は主軸７を軸心線回りに回転操作することに基いてワークにドリル加工およびタップ加工等の回転加工を施し、Ｂモータ２４は主軸７の回転停止状態でワークを旋回操作することに基いてワークにフェイシング加工等の旋削加工を施す。

主軸７内には、図５に示すように、円柱状のドローバ３０がスライド可能に挿入されており、ドローバ３０の上端部にはピン３１が固定されている。このピン３１の両端部はドローバ３０の外周面から突出しており、ピン３１の両端部は、図７に示すように、縦長な長孔状をなす両スロット３２内に貫通状態で挿入されている。これらスロット３２は主軸７に形成されたものであり、ドローバ３０はピン３１が両スロット３２の内周面に沿って移動することに基いて主軸７に対してスライド可能にされ、ピン３１が両スロット３２の内面によって係止されることに基いて主軸７に対して回転不能にされている。

ドローバ３０の下端部には、図５に示すように、工具クランプに相当するコレット３３が固定されている。このコレット３３は割目を有する円錐形のスリーブを称するものであり、ドローバ３０の上昇状態ではコレット３３が主軸７の内周面によって押圧されることに基いて縮径したクランプ状態になる。この主軸７の下端部には工具装着部３４が形成されている。この工具装着部３４は下方から上方へ向うに従って径寸法が小さくなる円錐形の空間部を称するものであり、ドローバ３０の下降状態では、図６に示すように、コレット３３が工具装着部３４に沿って拡径したアンクランプ状態になる。

工具装着部３４内には、図５に示すように、工具３５のアーバー３６が挿入されている。このアーバー３６は工具３５のテーパシャンクを称するものであり、アーバー３６の上端部にはプルスタッド３７が固定されている。このプルスタッド３７はネック部を有する支柱を称するものであり、ドローバ３０の上昇状態では、図５に示すように、プルスタッド３７のネック部がコレット３３によってクランプされることに基いて工具３５がドローバ３０に保持される。

主軸７の内周面には、図５に示すように、複数のばね３８が固定されており、ドローバ３０は複数のばね３８の内周面に固定されている。これらばね３８はドローバ３０を上方へ付勢するものであり、ドローバ３０の上昇状態ではアーバー３６が複数のばね３８の弾性力で工具装着部３４の内面に密着し且つフランジ６０が主軸ヘッド４の下端面に密着する。このドローバ３０が上昇状態から下降状態に移動したときには、図６に示すように、コレット３３が工具装着部３４に到達することに基いてアンクランプ状態に拡がり、プルスタッド３７のクランプが解除される。即ち、ドローバ３０は上昇状態および下降状態に移動することに基いてコレット３３をクランプ状態およびアンクランプ状態に切換え、工具３５をクランプおよびクランプ解除するものである。

主軸７の外周面にはアンクランプリング３９が上下方向へスライド可能に挿入されており、アンクランプリング３９の上端部および下端部には、図７に示すように、上フランジ４０および下フランジ４１が固定されている。このアンクランプリング３９にはピン３１の両端部が固定されており、アンクランプリング３９はドローバ３０にピン３１を介して一体的に連結されている。即ち、アンクランプリング３９およびドローバ３０は主軸７に対して一体的にスライド可能にされ、主軸７に対して回転不能にされたものである。

工具３５には、図８に示すように、アーバー３６の下方に位置して径大な円形状のフランジ６０が固定されている。このフランジ６０はアーバー３６が工具装着部３４内に挿入されることに基いて主軸ヘッド４の下端面に接触するものであり、フランジ６０には係合部に相当する２個のキー溝６１が形成されている。これら両キー溝６１は旋削加工用の工具３５に特有のものであり、回転加工用の工具３５には形成されていない。これら両キー溝６１内には被係合部に相当する突状のキー６２が嵌合されている。これら両キー６２は主軸ヘッド４の下端面に固定されたものであり、旋削加工用の工具３５は両キー溝６１の内面が両キー６２によって係止されることに基いて主軸７に対して軸心線回りに回止めされている。

主軸ヘッド４内には、図５に示すように、アンクランプレバー４８が収納されている。このアンクランプレバー４８は、図７に示すように、アーム４９およびアーム５０間を軸５１（図５参照）を介して一体的に連結したものであり、軸５１を中心に回動可能にされている。このアンクランプレバー４８と主軸ヘッド４との間にはレバースプリングが装着されており、アンクランプレバー４８はレバースプリングの弾性力で図５の矢印方向へ付勢されている。

主軸ヘッド４には、図５に示すように、円筒状のプッシャケース５２が固定されている。このプッシャケース５２の内周面には円柱状のプッシャロッド５３がスライド可能に挿入されており、プッシャロッド５３にはローラ状のカムフォロワ５４が接触している。このカムフォロワ５４はアーム４９の上端部に回転可能に装着されたものであり、レバースプリングの付勢力でプッシャロッド５３に接触した状態に保持されている。このプッシャロッド５３と主軸ヘッド４との間にはプッシャスプリングが装着されており、プッシャスプリングはプッシャロッド５３をアンクランプレバー４８の回動力に抗して押えることに基づいて後退端に保持している。

プッシャロッド５３には径大な操作部５５が固定されており、プッシャロッド５３は操作部５５が板カム５６によって押圧されることに基いて後退端から前進端に前進する。このプッシャロッド５３の前進時にはアンクランプレバー４８のカムフォロワ５４がプッシャロッド５３によって反矢印方向へ押圧され、アンクランプレバー４８が図５のクランプ状態から図６のアンクランプ状態に回動する。この板カム５６はコラム１に固定されたものであり、プッシャロッド５３の操作部５５は、図６に示すように、主軸ヘッド４がアンクランプ位置Ｚａに上昇することに基いて傾斜面５７に沿って板カム５６に乗上げる。このアンクランプ位置Ｚａは主軸７の工具３５を別の工具３５に交換する特殊位置であり、主軸ヘッド４が原点位置Ｚｏに下降したときにはアンクランプレバー４８がレバースプリングの復元力で矢印方向へ回動し、プッシャロッド５３がアンクランプレバー４８のカムフォロワ５４によって押圧されることに基いて後退する。このプッシャロッド５３はプッシャスプリングの弾性力で後退停止することに基いて後退端に復帰するものであり、アンクランプレバー４８はプッシャロッド５３の原点復帰に連動して回動停止することに基いて図６のアンクランプ状態から図５のクランプ状態に戻る。

アンクランプレバー４８には、図７に示すように、アーム４９およびアーム５０が二股に分岐形成されている。これらアーム４９およびアーム５０にはローラ５８が回動自在に枢着され、アンクランプリング３９を外方から囲むと共に、アンクランプリング３９の下フランジ４１の僅か上方に非接触で待機している。これら両ローラ５８はアンクランプリング３９を挟んで対向するものであり、アンクランプレバー４８のクランプ状態でアンクランプリング３９の下フランジ４１から離間した非操作状態に保持され、アンクランプレバー４８のアンクランプ状態でアンクランプリング３９の下フランジ４１を下方へ押圧する。即ち、アンクランプレバー４８は主軸ヘッド４がアンクランプ位置Ｚａに上昇することに機械的に連動してアンクランプリング３９を上昇状態から下降状態に移動操作するものであり、ドローバ３０はアンクランプリング３９と一体的に下降することに基いてコレット３３をクランプ状態からアンクランプ状態に切換え、工具３５をクランプ解除する。このアンクランプレバー４８は主軸ヘッド４が原点位置Ｚｏに下降することに機械的に連動してクランプ状態に回動復帰するものであり、アンクランプレバー４８の回動復帰時にはドローバ３０がばね３８の弾性力でアンクランプリング３９と共に上昇状態に復帰する。

コラム１には、図１に示すように、コラムカバー６５が固定されている。このコラムカバー６５は主軸ヘッド４を覆うものであり、コラムカバー６５には工具マガジン６６が軸６７を中心に回転可能に装着されている。この工具マガジン６６はマガジンモータ６８の回転軸に連結されたものであり、工具マガジン６６には二股状をなす複数の工具グリップ６９が軸７０を中心に回転可能に装着されている。これら工具グリップ６９の先端部には一対のクランプピン７１が軸心線に沿って移動可能に装着されており、両クランプピン７１は相手側のクランクピン７１に向って付勢されている。

各工具グリップ６９には一対のローラ７２が回転可能に装着されており、各工具グリップ６９の両ローラ７２は工具グリップ６９が工具交換位置に回動操作されることに基いてカムレール７３上に乗り上げる。このカムレール７３は主軸ヘッド４に固定されたものであり、両ローラ７２は主軸ヘッド４がＺ方向へ移動することに基いてカムレール７３に沿って転動し、工具グリップ６９を一定の工具交換軌跡で移動操作する。これら各工具グリップ６９の移動操作は主軸ヘッド４を原点位置Ｚｏを基準にＺ方向へ操作することに連動して行われるものであり、下記１）〜５）は主軸７の工具３５を別の工具３５に交換する工具交換動作を示している。尚、工具グリップ６９と一対のクランプピン７１一対のローラ７２とカムレール７３は工具交換機構１０２を構成するものである。
１）主軸ヘッド４が原点位置Ｚｏからアンクランプ位置Ｚａへ上昇する。すると、両クランプピン７１が主軸７の工具３５の溝部７４内に侵入し、溝部７４の底面をクランプする。この主軸ヘッド４の上昇状態ではドローバ３０が図６の下降状態に移動し、コレット３３が主軸７の工具３５をクランプ解除する。
２）主軸ヘッド４がアンクランプ位置Ｚａから上方の抜取位置Ｚｂへ上昇する。すると、主軸７が工具装着部３４内の工具３５に対して上昇し、工具３５が工具装着部３４内から抜取られる。
３）工具マガジン６６が回転操作され、別の工具グリップ６９が工具交換位置に位置決めされる。
４）主軸ヘッド４が抜取位置Ｚｂからアンクランプ位置Ｚａに下降する。すると、別の工具グリップ６９の工具３５が主軸７の工具装着部３４内に挿入される。
５）主軸ヘッド４がアンクランプ位置Ｚａから原点位置Ｚｏに下降する。すると、工具装着部３４内の工具３５が工具グリップ６９に対して下降し、工具グリップ６９の両クランプピン７１が工具３５の溝部７４内から脱出する。この主軸ヘッド４の下降状態ではドローバ３０が図５の上昇状態に移動し、コレット３３が主軸７の工具３５をクランプする。

図２の制御装置８０はマイクロコンピュータを主体に構成されたものであり、ＣＰＵ８１・ＲＯＭ８２・ＲＡＭ８３・入力インターフェース８４・出力インターフェース８５を有している。この制御装置８０の入力インターフェース８４には電流検出回路８６が電気的に接続されている。この電流検出回路８６は主軸モータ８のステータコイルに流れる電流値に応じた電圧信号を出力するものであり、制御装置８０は電流検出回路８６からの電圧信号に基いて主軸モータ８のトルクを検出する。尚、制御装置８０はモータ制御手段とロック手段と識別手段に相当するものであり、制御装置８０のＲＡＭ８３は記憶手段に相当する。

制御装置８０の入力インターフェース８４にはキーボード８９が電気的に接続されており、制御装置８０はキーボード８９の操作内容に基いてＮＣデータを設定する。この制御装置８０の出力インターフェース８５にはＹモータ２・Ｘモータ３・Ｚモータ５・主軸モータ８・電磁コイル１６・Ａモータ２１・Ｂモータ２４・マガジンモータ６８・表示器９０が電気的に接続されており、制御装置８０はＮＣデータを制御プログラムに基いて処理し、Ｙモータ２・Ｘモータ３・Ｚモータ５・主軸モータ８・電磁コイル１６・Ａモータ２１・Ｂモータ２４・マガジンモータ６８を制御プログラムに基いて駆動制御することで主軸７の工具３５を自動的に交換しながらワークにＮＣデータに応じた加工を施す。この制御プログラムは制御装置８０のＲＯＭ８２に記録されたものであり、以下、制御プログラムについて説明する。

制御装置８０のＣＰＵ８１はメインルーチンで工具交換指令を検出すると、メインルーチンからサブルーチンへ移行する。この工具交換指令はＮＣデータとして設定されたものであり、ＣＰＵ８１はサブルーチンへ移行したときには図９のステップＳ１で主軸ヘッド４を原点位置Ｚｏからアンクランプ位置Ｚａを経て抜取位置Ｚｂに上昇操作する。すると、ドローバ３０が主軸７の工具３５をクランプ解除し、工具グリップ６９がドローバ３０に変わって主軸７の工具３５をクランプする。この工具３５のクランプ状態で主軸ヘッド４が工具３５に対して上昇し、主軸７から工具３５が抜取られる。

制御装置８０のＲＡＭ８３には、図１０に示すように、工具データが記録されている。この工具データは工具番号と工具情報とを対応付けて示すものであり、工具情報とは工具３５の長さ・工具３５の種類・工具３５の寿命・工具３５の回止め方向等の固有情報を称する。この回止め方向は旋削加工用の工具３５だけの特有情報であり、旋削加工時にワークから工具３５に作用する反力の方向を称する。即ち、旋削加工時にワークテーブル２２を図１１の矢印方向へ回転操作するときには工具３５に反力として矢印方向の回転力が作用する。この回転力の方向が回止め方向である。

ＣＰＵ８１は図９のステップＳ１で主軸７から工具３５を抜取ると、ステップＳ２で工具データから工具交換指令に応じた工具番号を検出する。そして、マガジンモータ６８を駆動制御することに基いて工具番号の検出結果に応じた新たな工具グリップ６９を工具交換位置に回動操作する。この工具グリップ６９には工具番号の検出結果に応じた工具３５が保持されており、ＣＰＵ８１は工具番号の検出結果に応じた工具３５を工具交換位置に回動操作することで主軸７の下方に搬送する。この一連の動作は工具３５の割出しと称されるものであり、ＣＰＵ８１はステップＳ２で工具３５を割出したときにはステップＳ３へ移行する。

ＣＰＵ８１はステップＳ３へ移行すると、主軸ヘッド４を抜取位置Ｚｂから原点位置Ｚｏに下降操作する。この主軸ヘッド４の下降状態では工具番号の検出結果に応じた新たな工具３５が新たな工具グリップ６９から抜取られ、ドローバ３０が上昇状態に移動することに基いて工具番号の検出結果に応じた新たな工具３５が主軸７に装着される。
ＣＰＵ８１はステップＳ３で主軸ヘッド４を下降操作すると、ステップＳ４で新たな工具３５の種類を検出し、種類の検出結果を「旋削」と比較する。この処理は工具データから工具番号の検出結果に応じた種類を検出することで行われるものであり、ＣＰＵ８１はステップＳ４で新たな工具３５が旋削用ではないことを検出したときにはメインルーチンに復帰し、メインルーチンで新たな工具３５に基いてワークに加工を施す。

ＣＰＵ８１はステップＳ４で新たな工具３５が旋削用であることを検出すると、ステップＳ５で工具３５の回止め方向を検出する。この処理は工具データから工具番号の検出結果に応じた回止め方向を検出することで行われるものであり、ＣＰＵ８１はステップＳ５で回止め方向を検出したときにはステップＳ６で主軸モータ８を回止め方向へ予め設定されたロック速度で回転操作する。

ＣＰＵ８１はステップＳ６で主軸モータ８を回止め方向へ回転操作すると、ステップＳ７で電流検出回路８６からの電圧信号に基いて主軸モータ８のトルクを検出し、ステップＳ８でトルクの検出結果をＲＯＭ８２に予め記録されたロック値と比較する。ここでトルクの検出結果がロック値に到達したことを検出したときにはステップＳ９へ移行し、電磁コイル１６を励磁することに基いて主軸モータ８の回転軸１０をロックする。即ち、旋削加工用の工具３５が主軸７にクランプされたときには主軸７が回止め方向へ自動的に回転し、工具３５のロック溝６１の内面が主軸ヘッド４のキー６２に円周方向から接触することに基いて主軸モータ８のトルクがロック値に到達し、主軸７が回転不能にロックされる。従って、主軸７はキー溝６１の内面がキー６２に回止め方向から接触した状態にロックされる。

ＣＰＵ８１はステップＳ９で主軸７をロックすると、ステップＳ１０で主軸モータ８を駆動停止し、メインルーチンに復帰する。そして、メインルーチンでワークテーブル２２を設定方向へ回転操作し、新たな工具３５に基いてワークに旋削加工を施す。この旋削加工は主軸７の電磁的なロック状態で行われるものであり、主軸７はキー溝６１の内面がキー６２に回止め方向から接触した状態でワークに対して相対的に旋回し、ワークに旋削加工を施す。

上記第１実施例によれば、旋削加工前に主軸７を回転操作することに基いて工具３５のキー溝６１を主軸ヘッド４のキー６２に回転方向から予め接触させた。このため、キー溝６１およびキー６２間の隙間が一方向に偏ることに基いて他方向の隙間が解消されるので、旋削加工がキー溝６１およびキー６２間の他方の隙間の消滅状態で開始される。このため、旋削加工時の工具３５のガタつきが防止されるので、ワークの加工精度が向上する。

主軸７に旋削加工用の工具３５が装着されたことを自動的に識別し、主軸７を自動的に回転操作することに基いて工具３５のキー溝６１を主軸ヘッド４のキー６２に回転方向から予め接触させた。このため、主軸７に旋削加工用の工具３５が装着されたことを使用者が判断し、キーボード８９を操作することに基いて主軸７の回転を指令する必要がなくなるので、利便性が向上する。

主軸７をキー溝６１およびキー６２間の接触状態にロックした状態で旋削加工を行った。このため、キー溝６１およびキー６２間が接触状態に確実に保持されるので、旋削加工時の工具３５のガタつきが確実に防止される。
制動部１２を用いて主軸７をロックした。このため、主軸モータ８を回生制動等することに基いて主軸７をロックする必要がなくなるので、主軸モータ８の制御内容が簡単になる。

主軸モータ８を旋削加工時にワークから工具３５に作用する反力の方向へ継続的に駆動することに基いて主軸７をロックした。このため、工具３５のキー溝６１および主軸ヘッド４のキー６２間の隙間が反力の方向に解消された状態で旋削加工が開始されるので、旋削加工時に工具３５が反力でガタつくことが確実に防止される。しかも、主軸モータ８の回転方向を制御装置８０のＲＡＭ８３から検出し、主軸モータ８を検出結果に応じた方向へ自動的に回転操作した。このため、使用者が主軸モータ８の回転方向を自ら判断して入力する必要がなくなるので、利便性が向上する。

制御装置８０のＣＰＵ８１は図１２のステップＳ８でトルクの検出結果がロック値に到達したことを検出すると、メインルーチンに復帰する。そして、メインルーチンでワークテーブル２２を設定方向へ回転操作し、新たな工具３５に基いてワークに旋削加工を施す。この旋削加工は主軸モータ８が回止め方向に駆動されたままの状態で行われるものであり、旋削加工時にはキー溝６１の内面がキー６２に回止め方向から接触した状態に主軸７が主軸モータ８の回転力でロックされる。

上記第２実施例によれば、旋削加工時に主軸モータ８を反力の方向へ継続的に駆動することに基いて主軸７をロックした。このため、主軸７を機械的にロックする制動部１２が不要になるので、構成が簡単になる。

主軸ヘッド４の下端面には、図１３に示すように、２個のロック片７５が固定されている。これらロック片７５は主軸７の軸心を挟んで対向配置されたものであり、両ロック片７５には切欠状のキー溝７６が形成されている。これら両キー溝７６内にはキー７７が嵌合されている。これら両キー７７は旋削加工用の工具３５のフランジ６０に固定されたものであり、旋削加工時にはキー７７が回止め方向からキー溝７６の内面に接触した状態に主軸モータ８の制動力（実施例１参照）または主軸モータ８の回転力（実施例２参照）でロックされる。

上記第１および第３実施例においては、主軸モータ８の回転軸１０に機械式制動力を付与する構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば回生制動力を付与する構成としても良い。
上記第１〜第３実施例においては、主軸モータ８のトルクを電流値として間接的に検出したが、これに限定されるものではなく、例えば、磁歪式トルクセンサ等の検出手段を用いて直接的に検出しても良い。

本発明の第１実施例を示す図（主軸ヘッドの外観をＸ方向から示す図）電気的構成を示すブロック図主軸モータの内部構成をＸ方向から示す図ワークテーブルの外観を示す斜視図主軸ヘッドの内部構成をＸ方向から示す図（アンクランプレバーのクランプ状態を示す図）主軸ヘッドの内部構成をＸ方向から示す図（アンクランプレバーのアンクランプ状態を示す図）アンクランプリングおよびアンクランプレバーをＹ方向から示す図（ａ）は工具の外観を主軸に対する装着状態で示す斜視図、（ｂ）は工具の外観を単独で示す斜視図制御装置の制御内容を示すフローチャート制御装置の記録データを示す図工具の回止め方向を説明するための図（ワークおよび工具の外観を示す斜視図）本発明の第２実施例を示す図９相当図本発明の第３実施例を示す図８相当図

４は主軸ヘッド、７は主軸、８は主軸モータ、１２は制動部（機械式ブレーキ機構，ロック手段）、３５は工具、６１はキー溝（係合部）、６２はキー（被係合部）、６６は工具マガジン、８０は制御装置（モータ制御手段，ロック手段，識別手段）、８３はＲＡＭ(記憶手段)、１０２は工具交換機構を示している。

Claims

回転加工用の工具および旋削加工用の工具を共通の主軸に選択的に装着し、ワークに回転加工および旋削加工を選択的に施す工作機械であって、複数の工具を収納する工具マガジンと、前記工具マガジンに収納された工具と前記主軸に装着された工具とを交換する工具交換機構とを備えたものにおいて、
前記主軸を回転可能に保持する主軸ヘッドと、
前記主軸ヘッドに設けられ、旋削加工用の工具の係合部が係合されることに基いて旋削加工用の工具の回転を規制する被係合部と、
前記主軸を回転操作する主軸モータと、
前記主軸モータを駆動制御することに基いて前記主軸を回転操作するモータ制御手段と、
工具交換後に前記主軸に装着された工具が旋削加工用の工具であるか回転加工用の工具であるかを識別する識別手段とを備え、
前記モータ制御手段は、前記識別手段が旋削加工用の工具であると識別した場合に旋削加工の開始前に前記主軸を回転操作することに基いて前記係合部を前記被係合部に回転方向から予め接触させる制御を行うことを特徴とする工作機械。
前記主軸を前記係合部および前記被係合部間の接触状態にロックするロック手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の工作機械。
前記ロック手段は、前記主軸モータの回転軸を介して前記主軸をロックする機械式ブレーキ機構であることを特徴とする請求項２記載の工作機械。
前記モータ制御手段は、前記主軸モータを前記係合部および前記被係合部間の接触状態で一定方向へ継続的に駆動することに基いて前記主軸を前記係合部および前記被係合部間の接触状態にロックする制御を行うことを特徴とする請求項１または２記載の工作機械。
旋削加工時にワークから工具に作用する反力の方向を工具情報として記憶する記憶手段を備え、
前記モータ制御手段は、前記記憶手段から前記工具情報を検出し、前記主軸モータを前記工具情報の検出結果に応じた一定方向へ継続的に駆動することを特徴とする請求項４記載の工作機械。
回転加工用の工具および旋削加工用の工具を共通の主軸に選択的に装着し、ワークに回転加工および旋削加工を選択的に施す加工方法であって、
前記主軸を回転可能に保持する主軸ヘッドと、複数の工具を収納する工具マガジンと、前記工具マガジンに収納された工具と前記主軸に装着された工具とを交換する工具交換機構とを備えた工作機械によるワークの加工方法において、
工具交換後に前記主軸に装着された工具が旋削加工用の工具であるか回転加工用の工具であるかを識別し、
この識別された工具が旋削加工用の工具である場合に、前記主軸を回転操作することに基づいて、旋削加工用の工具の係合部を前記主軸ヘッドの被係合部に回転方向から接触させて旋削加工用の工具の回転を規制し、
前記係合部および前記被係合部間の接触状態で旋削加工を行うことを特徴とする加工方法。