JP4712586B2

JP4712586B2 - Ｎｃ工作機械

Info

Publication number: JP4712586B2
Application number: JP2006084408A
Authority: JP
Inventors: 政喜田上; 武志中内; 敏郎森川
Original assignee: Seibu Electric and Machinery Co Ltd
Current assignee: Seibu Electric and Machinery Co Ltd
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: JP2007253306A

Description

この発明は，例えば，ワークを把持した主軸に対して往復移動するＸ軸スライドに２種類の研削ユニットを配設し，ワークのチャックに対するチャッキングを変更することなく，ワークに対して２種類以上の研削加工を行うことができるＮＣ工作機械に関する。

従来，Ｘ軸テーブルに設けられた磨きユニットとＹ軸バイトを設けた磨きユニット付きＮＣ加工機が知られている。該ＮＣ加工機は，主軸台に回転可能に配置された主軸に設けられ且つワークを把持するチャック装置，前記主軸台が載置され且つ前記主軸の軸方向であるＺ軸方向に移動可能なＺ軸テーブル，前記Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向に移動可能なＸ軸テーブル，前記Ｘ軸テーブルに固定されたスライドベース，前記スライドベース上で前記Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に往復移動するスライダ，前記ワークを切削加工するため前記スライダに取り付けられたＹ軸バイト，及び前記スライドベースに隣接して前記Ｘ軸テーブルに設けられた磨きユニットを設けたものである。上記ＮＣ加工機は，主軸，Ｚ軸テーブル，Ｘ軸テーブル及びスライダがコントローラで駆動制御され，前記コントローラは，前記主軸の回転に同期して前記スライダを往復移動させて前記Ｙ軸バイトによって前記ワークを予め決められた所定の加工形状に切削加工し，次いで前記ワークの前記チャック装置による把持状態を変更することなく前記磨きユニットによって前記ワークの切削加工されたプログラム面形状に従って前記ワークの前記加工形状の加工表面を磨き加工する制御を行うものである（例えば，特許文献１参照）。

また，旋削後のワークを主軸のチャックから取外すことなく，直ちに研磨加工が可能な旋盤への研磨盤の取付装置が知られている。該旋盤への研磨盤の取付装置は，送り制御装置を備える旋盤のベッド上の往復台に横送り台を設ける。横送り台の水平状頂面の手前側に刃物台を，その向側にモータ付き研磨体の水平状底面付き基板を取り付けると共に，研磨盤の軸心を旋盤の主軸心と平行でほぼ等高に設けたものである（例えば，特許文献２参照）。

また，曲面研削加工方法として，互いに直交する２方向の面が非円弧の軸対称曲面である軸非対称曲面レンズであっても高精度に研削加工できるものが知られている。該曲面研削加工方法は，所定の曲率半径を有する球形の砥石を備える回転可能な研削工具を用い，砥石の曲率半径中心を研削工具の回転中心軸上に位置させるとともに砥石の回転軌跡を所定の曲率半径を有する真球とさせた状態で，研削工具を軸非対称曲面レンズの加工面に対して相対的に移動させて，軸非対称曲面レンズの加工面を研削加工する（例えば，特許文献３参照）。

また，マイクロレンズアレイの成形型の研削方法及びその装置が知られている。該研削方法は，工作物を工作物スピンドルに取り付け，工作物スピンドルの回転軸に対して直角又は傾斜させて設置した研削スピンドルに設けた研削砥石を工作物に押しつけ，更に，工作物スピンドルの回転軸と工作物の加工点の中心との距離を一定に保ちながら，回転する工作物の回転と同じ方向に，且つ同じ速度で研削砥石を旋回させて凹面の球面形状の穴を加工するものである（例えば，特許文献４参照）。
特開２００４−１３６４２０号公報特開平７−２７６１０４号公報特開平１０−３２８９９５号公報特開２００４−１４８４５４号公報

ところで，現在では，ＮＣ加工機では，ワークの端面及び外径に対する任意の曲面を主軸の回転軸，Ｘ軸及びＹ軸の３軸で加工している。ワークに対する加工プログラムは，特定の時間単位に動くインクリメンタル量で構成されており，外部のパソコンから高速バスを経由してＮＣ加工機に送られ，ＤＮＣ運転されている。更に，Ｘ軸及びＹ軸については，学習機能を使っている。勿論，Ｚ軸についても，Ｘ軸やＹ軸の制御と同様な制御を行うことが可能になっている。

しかしながら，研削加工を行うＮＣ工作機械では，ワークの研磨位置や研削位置，即ち，ワークの端面，外周面，内周面，端面での異なった形状の加工に対応できるように，Ｘ軸スライドに異なった種類の研磨工具や研削工具を設ける刃物台を複数設け，ワークの研削や研磨の加工種類や形状に対応するというものを満足するというものは開示されておらず，２種類の研磨加工を行うには，刃物台の砥石を別の砥石に交換するのが一般的であり，また，別の研削加工や研磨加工を行うため，チャックに対するワークの設定を変更しなければならないのが一般的であった。

また，例えば，上記特許文献４に開示されている研削方法では，工作物スピンドルの回転軸に対して研削スピンドルを直角又は傾斜させて設置することが記載されていますが，その具体的な構造，即ち，如何にして研削スピンドルの姿勢を変更するかは全く不明である。

この発明の目的は，上記の問題を解決することであり，Ｘ軸スライドに２種類の工具取付け用のユニットを設置し，それらのユニットに装着した砥石等の工具の取付け角度を変更可能に構成し，ワークをチャックで把持した以外の部分のワークの全ての面を，ワークに対するチャッキングを変更することなく，ワークに対してＸ軸スライドをＸ軸方向とＺ軸方向に相対移動させて，ユニットに対する工具の取付け角度を変更したり交換するだけでワークに対して各種の加工を一連の加工工程で可能にすることを特徴とするＮＣ工作機械を提供することである。

この発明は，主軸台に回転可能に配置され且つワークを把持するチャックを取り付ける主軸，及び前記主軸が移動するＺ軸方向に直交するＸ軸方向に移動可能なＸ軸スライドを備えていることから成るＮＣ工作機械において，
前記Ｘ軸スライドには，水平ユニットと該水平ユニットに隔置して位置するＹ軸ユニットが載置され，前記水平ユニットと前記Ｙ軸ユニットには研削スピンドルが設けられ，前記Ｙ軸ユニットに設けたホルダベースには，垂直軸状態又は斜軸状態のいずれかに変更可能な工具ユニットが装着され，前記工具ユニットを前記Ｙ軸ユニットに前記垂直軸状態に装着することによって前記Ｙ軸ユニットの前記ホルダベースを前記Ｘ軸方向に平行に前記Ｘ軸スライドに設定することができ，前記工具ユニットを前記Ｙ軸ユニットに前記斜軸状態に装着することによって前記Ｙ軸ユニットの前記ホルダベースを前記Ｘ軸方向に直交して前記Ｘ軸スライドに設定することができ，
前記水平ユニットは，前記Ｘ軸スライドに固定したベースに取付け角度を変更可能に取り付けられるホルダを備えており，前記ホルダは軸付き砥石を保持する工具ホルダ部が一体構造に構成されており，
前記チャックによる前記ワークの再チャッキングを行うことなく，前記水平ユニットの前記工具ホルダ部に装着された前記軸付き砥石によって前記ワークの外径及び端面を研削加工することができ，また，前記Ｙ軸ユニットの前記工具ユニットに取り付けられたコレット工具に装着された軸付き砥石によって前記ワークの前記端面における球面又は非球面を研削加工することができることを特徴とするＮＣ工作機械に関する。

このＮＣ工作機械において，前記Ｙ軸ユニットは前記Ｘ軸スライドに固定されたベースプレートに旋回可能に取り付けられた旋回プレートに取り付けられ，前記旋回プレートを前記ベースプレート上で９０°回転させることによって前記ホルダベースの位置が変更されるものである。

また，このＮＣ工作機械は，前記ベースプレートには，前記旋回プレートの旋回をガイドするアジャストプレートが設けられている。

また，このＮＣ工作機械は，前記工具ユニットを前記Ｙ軸ユニットに前記斜軸状態に装着することによって前記工具ユニットを前記ホルダベース上で予め決められた所定量を下降させ，次いで，予め決められた所定量を傾斜させて前記工具ユニットを前記Ｙ軸ユニットに固定して設定することができるものである。

また，このＮＣ工作機械は，前記工具ユニットを前記垂直軸状態に設定する時には，前記コレット工具に前記軸付き砥石としてそろばん型砥石を装着し，また，前記工具ユニットを前記斜軸状態に設定する時には，前記コレット工具に前記軸付き砥石として円筒型砥石を装着するものである。

この発明によるＮＣ工作機械は，上記のように構成されているので，チャックによってワークを再チャッキングすることなく即ちワークの同一チャッキングによって，合成樹脂材，高硬度脆性材，セラミック材等のワークに対する加工箇所，例えば，ワークの端面の球面，非球面，外径，内径等の各種の加工を行うことができ，また，粗加工，中仕上げ加工，研削仕上げ加工，研磨加工等の各種の加工状態に対応して，Ｙ軸ユニットに取り付けられる工具ユニットの取付け角即ち垂直軸姿勢や斜軸姿勢をシンプルな構造で変更し，また，別の工具に交換して，一連の切削加工や研磨加工を同時即ち並行して高精度に迅速に達成できるものであり，例えば，切削加工されたばかりのワークをチャック装置に把持した状態のままで，複合加工用途に対応させることができ，ワークの種々の面，種々の加工形状，種々の研削加工や磨き加工を迅速に行うことができ，チャックのワークの持ち換えによる誤差を無くし，高精度に，迅速にワークの加工を行ってワークの加工時間を短縮し，サイクル効率を向上させ，シンプルな構造であって設備投資等への費用が削減することができる。

以下，図面を参照して，この発明によるＮＣ工作機械の実施例を説明する。このＮＣ工作機械は，特に，旋盤を基本形態とした研削加工機に適用して好ましいものであるが，それに限らず，種々のタイプの加工機に適用できることは勿論である。
このＮＣ工作機械は，例えば，ベッド１上にＺ軸方向に往復移動可能に配設されたＺ軸スライド３，Ｚ軸スライド３に設置された主軸１０を回転自在に支持する主軸台１１，及びＺ軸テーブル３に対してベッド１上で独立して設けられ且つＺ軸スライド３が往復移動するＺ軸方向に直交するＸ軸方向に移動可能なＸ軸スライド２を有している。Ｚ軸スライド３は，ベッド１上でサーボモータ等のモータでＺ軸方向に往復移動するように構成されている。また，主軸台１１に回転自在に支持された主軸１０は，例えば，スピンドルモータによって回転駆動される。主軸１０の先端には，ワーク１９を把持するチャック１２が設けられている。ワーク１９は，チャック１２に把持されて主軸１０の回転駆動によって回転させられる。また，Ｘ軸スライド２は，Ｚ軸テーブル３のＺ軸方向に直交するＸ軸方向に移動可能であり，主軸１０のチャック１２に取り付けられたワーク１９と対向するようにベッド１上に配置されている。Ｘ軸スライド２は，ベッド１上でサーボモータ等のモータでＸ軸方向に往復移動するように構成されている。

このＮＣ工作機械は，Ｘ軸スライド２には，２種類の刃物台，即ち，水平ユニット５と，水平ユニット５に隔置して位置したＹ軸ユニット４とが載置されている。水平ユニットとＹ軸ユニット４には，研削スピンドル１３が組み込まれ，工具の回転駆動を行うように構成されている。また，Ｙ軸ユニット４に設けたホルダベース１５，１６には，垂直軸状態又は斜軸状態のいずれかに姿勢変更可能な工具ユニット６が装着されている。Ｙ軸ユニット４に工具ユニット６を斜軸の姿勢に装着した場合に，工具ユニット６に装着されたコレット工具１４に軸付き砥石３２として円筒型砥石１８をセットすると，特に，小径のワーク１９を加工するのに適している。工具ユニット６は，Ｙ軸ユニット４に対してホルダベース１５，１６を介して２種類の状態即ち姿勢に取り付けることができる。このＮＣ工作機械では，Ｙ軸ユニット４に工具ユニット６を垂直軸状態の姿勢に装着する場合には，Ｙ軸ユニット４のホルダベース１５，１６がＸ軸方向に平行になるようにＸ軸スライド２に設定する。また，Ｙ軸ユニット４に工具ユニット６を斜軸状態の姿勢に装着する場合には，Ｙ軸ユニット４のホルダベース１５，１６をＸ軸方向に直交してＸ軸スライド２に設定するものである。

このＮＣ工作機械は，工具ユニット６に対するＹ軸ユニット４におけるホルダベース１５，１６の方向を変更するため，Ｙ軸ユニット４には，Ｘ軸スライド２に固定されたベースプレート７に対して旋回可能な旋回プレート８に取り付けられている。工具ユニット６のＸ軸スライド２上での設置方向を変更するには，旋回プレート８をベースプレート７上で水平方向において９０°回転させることによって，Ｙ軸ユニット４の向き，言い換えれば，ホルダベース１５，１６の位置を変更できるものである。このＮＣ工作機械には，ベースプレート１５，１６上で旋回プレート８をスムーズに旋回させるため，旋回プレート８をガイドするアジャストプレート２６が設けられている。

また，このＮＣ工作機械では，ホルダベース１５はＹ軸ユニット４に取り付けられており，ホルダベース１６は工具ユニット６に取り付けられている。ホルダベース１５とホルダベース１６とは，Ｙ軸ユニット４にボルト２８によって固定されている。このＮＣ工作機械は，工具ユニット６をＹ軸ユニット４に対して垂直軸状態から斜軸状態に姿勢変更して装着する場合の一例を説明すると，まず，工具ユニット６をホルダベース１６に固定しているボルト（図示せず）を緩め，工具ユニット６をホルダベース１６上でガイド溝２７に沿って予め決められた所定量，実施例では，ホルダベース１６の下端３１まで下降させ，そこで，緩めた上記ボルトを緊締して工具ユニット６をホルダベース１６に固定し，次いで，ボルト２８を緩めてホルダベース１６をホルダベース１５に対して予め決められた所定量，実施例では，４５°だけ傾斜させ，そこで，ホルダベース１６をボルト２８によってホルダベース１５とＹ軸ユニット４とに固定し，それによって，工具ユニット６をＹ軸ユニット４に対して斜軸状態に設定して固定できるように構成されている。Ｙ軸ユニット４では，工具ユニット６の取付け位置を垂直軸状態に比較して斜軸状態の場合に，ホルダベース１６を下降させることによって，ワーク１９に対する工具の位置を同一高さに設定できるようになる。

また，このＮＣ工作機械では，工具ユニット６を垂直軸状態に設定した時には，軸付き砥石としてそろばん型砥石１７をセットしたコレット工具１４を工具ユニット６に装着し，図６及び図７に示すように，ワーク１９の端面２０を大きい径の球面又は非球面２２に加工するのに適用してワーク１９を高精度に加工できるものである。また，工具ユニット６をＹ軸ユニット４に対して斜軸状態に設定した時には，軸付き砥石として円筒型砥石１８をセットしたコレット工具１４を工具ユニット６に装着し，図８及び図９に示すように，ワーク１９の端面２０に小さい径の球面２３を加工するのに適用する。この実施例では，工具ユニット６に装着したコレット工具１４は，軸付き砥石３２を取り付ける例を示したが，軸付き研削工具即ちバイトを取り付けてもよいことは勿論である。

また，水平ユニット５は，Ｘ軸スライド２に固定したベース２４に取付け角度を変更可能に取り付けられる工具ホルダ部２５を備えている。水平ユニット５は，Ｘ軸スライド２に固定されたベース２４に対して水平方向を変更できるホルダ９を備えており，ホルダ９には，軸付き砥石３２等の工具を取り付けるための工具ホルダ部２５が一体構造に設けられている。この実施例では，工具ホルダ部２５には軸付き砥石３２等の各種の砥石が取り付けられるが，バイト等の別の工具を取り付けることができることは勿論である。ホルダ９には，円弧状の一対のガイド溝２９が形成されている。水平ユニット５の水平方向における向き即ち方向を変更するには，ボルト３０を緩め，ホルダ９をベース２４に対してガイド溝２９に沿って予め決められた所定の角度（図では４５°）だけ回転させ，次いで，ボルト３０をねじ込んでホルダ９をベース２４に固定することによって達成できる。

また，このＮＣ工作機械は，水平ユニット５に装着される軸付き砥石３２は，図１０に示すように，ワーク１９の外径即ち外周面である側面２１及び端面２０を研削加工することができ，また，ワーク１９が内径を有するものであれば，内径を研削加工できることは勿論である。また，Ｙ軸ユニット４に装着されたコレット工具１４にセットした軸付き砥石３２は，図６〜図９に示すように，ワーク１９の端面２０における球面又は非球面を研削加工するのに適用して好ましいものである。

このＮＣ工作機械は，上記のように構成されているので，合成樹脂材，高硬度脆性材，セラミック等の各種のワーク１９に対する加工箇所，例えば，各種の端面２０を球面や非球面に加工したり，外径や内径等を加工したり，或いは，ワーク１９の素材を切削で粗加工したり，粗砥石で中仕上げ加工したり，或いは仕上げ砥石で研削仕上げ加工をしたり，磨き工具で研磨加工をしたり，このような加工状態に対応して，各種の砥石を取り付けた軸付き砥石３２を加工目的に従って選定し，選定した軸付き砥石３２をコレット工具１４に取り付け，垂直軸又は斜軸のいずれかの取付け角に変更即ち姿勢を変更して，ワーク１９をチャック１２で把持状態を変更することなく，一連の切削加工や研磨加工を同時即ち並行して高精度に迅速に達成できるものである。

このＮＣ工作機械は，例えば，ワークをバイト，砥石等の工具で切削加工するＮＣ旋盤等の工作機械に適用して好ましいものである。

この発明によるＮＣ工作機械であって，Ｘ軸スライドにＹ軸ユニットと水平ユニットを載置したＮＣ工作機械の一実施例を示す平面図である。図１のＮＣ工作機械を示す正面図である。図１のＮＣ工作機械において，Ｙ軸ユニットの工具ユニットの取付け姿勢を変更した状態を示す平面図である。図３のＮＣ工作機械の上記状態を示す正面図である。図３のＮＣ工作機械におけるＹ軸ユニットを示す側面図である。図１のＮＣ工作機械による工具ユニットに取り付けたそろばん型工具でワークを切削する状態を示す正面図である。図６の上記状態を示す平面図である。図１のＮＣ工作機械による工具ユニットに取り付けた円筒型工具でワークを切削する状態を示す正面図である。図８の上記状態を示す平面図である。図１のＮＣ工作機械による水平ユニットに取り付けた軸付き砥石でワークを切削する状態を示す平面図である。

２Ｘ軸スライド
４Ｙ軸ユニット
５水平ユニット
６工具ユニット
７ベースプレート
８旋回プレート
９ホルダ
１０主軸
１１主軸台
１２チャック
１３研削スピンドル
１４コレット工具
１５，１６ホルダベース
１７そろばん型砥石
１８円筒型砥石
１９ワーク
２０ワーク端面
２１ワーク側面（外径）
２４ベース
２５工具ホルダ部
２６アジャストプレート
３２軸付き砥石

Claims

主軸台に回転可能に配置され且つワークを把持するチャックを取り付ける主軸，及び前記主軸が移動するＺ軸方向に直交するＸ軸方向に移動可能なＸ軸スライドを備えていることから成るＮＣ工作機械において，
前記Ｘ軸スライドには，水平ユニットと該水平ユニットに隔置して位置するＹ軸ユニットが載置され，前記水平ユニットと前記Ｙ軸ユニットには研削スピンドルが設けられ，前記Ｙ軸ユニットに設けたホルダベースには，垂直軸状態又は斜軸状態のいずれかに変更可能な工具ユニットが装着され，前記工具ユニットを前記Ｙ軸ユニットに前記垂直軸状態に装着することによって前記Ｙ軸ユニットの前記ホルダベースを前記Ｘ軸方向に平行に前記Ｘ軸スライドに設定することができ，前記工具ユニットを前記Ｙ軸ユニットに前記斜軸状態に装着することによって前記Ｙ軸ユニットの前記ホルダベースを前記Ｘ軸方向に直交して前記Ｘ軸スライドに設定することができ，
前記水平ユニットは，前記Ｘ軸スライドに固定したベースに取付け角度を変更可能に取り付けられるホルダを備えており，前記ホルダは軸付き砥石を保持する工具ホルダ部が一体構造に構成されており，
前記チャックによる前記ワークの再チャッキングを行うことなく，前記水平ユニットの前記工具ホルダ部に装着された前記軸付き砥石によって前記ワークの外径及び端面を研削加工することができ，また，前記Ｙ軸ユニットの前記工具ユニットに取り付けられたコレット工具に装着された軸付き砥石によって前記ワークの前記端面における球面又は非球面を研削加工することができることを特徴とするＮＣ工作機械。
前記Ｙ軸ユニットは前記Ｘ軸スライドに固定されたベースプレートに旋回可能に取り付けられた旋回プレートに取り付けられ，前記旋回プレートを前記ベースプレート上で９０°回転させることによって前記ホルダベースの位置が変更されることを特徴とする請求項１に記載のＮＣ工作機械。
前記ベースプレートには，前記旋回プレートの旋回をガイドするアジャストプレートが設けられていることを特徴とする請求項２に記載のＮＣ工作機械。
前記工具ユニットを前記Ｙ軸ユニットに前記斜軸状態に装着することによって前記工具ユニットを前記ホルダベース上で予め決められた所定量を下降させ，次いで，予め決められた所定量を傾斜させて前記工具ユニットを前記Ｙ軸ユニットに固定して設定することができることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＮＣ工作機械。
前記工具ユニットを前記垂直軸状態に設定する時には，前記コレット工具に前記軸付き砥石としてそろばん型砥石を装着し，また，前記工具ユニットを前記斜軸状態に設定する時には，前記コレット工具に前記軸付き砥石として円筒型砥石を装着することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＮＣ工作機械。