JP4955451B2 - 複合旋盤装置の制御方法、複合旋盤装置、刃先位置登録装置、及び刃先位置検出装置 - Google Patents
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Description
1) オペレータと、加工ワーク及び工具主軸台との接近性がよく、使い勝手が良いこと。
3) 切り粉の排出性が良く、その処理が容易であること。
このため、従来から自動工具交換装置(自動工具交換手段)を有する複合旋盤装置では、図12(a)〜(c)に示すように、水平方向から所定角度θを持つ傾斜型等の機械が一般的になってきており、所定角度θは45°、60°、90°のものが多い。なお、図12(a)〜(c)において、工具主軸台400はベッド410に移動可能に配置された移動体420に対して、X軸方向に移動可能に設けられている。又、図12(a)の例では、移動体420が水平方向Ytに移動するのに対して、工具主軸台400が水平方向Ytに対して所定角度θをなすX軸方向に移動するようになっている。なお、ここで水平方向とは、水平面とX−Y平面との両方に含まれる直線が延びる方向のことである。
なお、特許文献1には、ワーク主軸の熱変位の影響を回避するために、ワーク主軸の延びやすい方向に対して、直角方向に配置された固定工具で加工して熱変位の影響を回避する複合加工旋盤が開示されている。
δ=(5・P・L3)/(384・E・I) ……(1)
で算出することができる。
さらに、本発明の他の目的は、自動工具交換手段を有する複合旋盤装置を実現するために直接使用することができる刃先位置検出装置を提供することにある。
以下、本発明を具体化した複合旋盤装置20の一実施形態を図1〜7を参照して説明する。
CNC複合旋盤装置(以下、単に複合旋盤装置という)20は、図1に示すように、水平なZ軸方向に伸延した直方体状のフレーム11とベッド21を有しており、フレーム11の前面側(即ち、図1の紙面手前側)にはフロントドア12が開閉駆動自在に設けられている。ベッド21上には、図1に示すように、主軸台26が設置されており、主軸台26にはワーク主軸26aが、Z軸方向にその軸心O2を平行に配置した形で、かつ該軸心O2を中心に回転駆動自在に軸支されている。
又、ベッド21上には図2に示すようにZ軸方向において主軸台26と対向するようにテールストック27が配置されている。テールストック27はZ軸方向に摺動移動駆動自在に設けられている。
(旋削バイトホルダ40)
次に、前記工具主軸25に着脱自在に取着される旋削バイトホルダ40を図5及び図6を参照して説明する。
次に制御装置100を説明する。図1に示すように複合旋盤装置20には、図4に示す制御装置100が装着されている。同図に示すように制御装置100は、CPUからなる主制御部110を有している。主制御部110にはバス線105を介して加工プログラムメモリ120、システムプログラムメモリ130、バッファメモリ140、加工制御部150、キーボード等を有する操作盤160、液晶表示装置等からなる表示部170等が接続されている。主制御部110は、制御手段に相当する。
なお、説明の便宜上、工具主軸25には、すでに旋削バイト45を有する旋削バイトホルダ40(すなわち、旋削加工工具)が取付けされるとともに、工具主軸25の軸心O1が、X軸方向と平行になるようにB軸方向に回転駆動された後位置決めされているものとする。この状態では、工具主軸制御部250の制御によりモータMTSを停止保持した状態とされている。
ここで、現実的に想定される加工ワークWを例にとって、φ100mm×1270mmの鉄の場合、前記式(1)を使用して算出すると、撓み量δは20μmとなる。加工ワークWは撓み量δが大きな場所ほど、高さの位置が低いため、複合旋盤装置の高さ方向の位置が不変とした場合、加工ワークWの径は、撓みが最も大きい中央部で最も大きくなる。このとき、従来の方法で旋削加工した場合、加工ワークWの円筒度は40μmとなり、実際の加工精度上で大きな問題となる。
δ:最も撓み量が大となる部位における撓み量(例えば加工ワークの長手方向の中央部位)
U:最も撓み量が大となる部位における、加工ワークの中心から、刃先までの最小距離
ここで、加工ワークWの半径Rを50mmとし、δを20μmとし、切込角度θkを90度とした場合、上記式(3)によりA2は40μmとなる。
又、加工ワークWの半径Rを50mmとし、δを20μmとし、切込角度θkを45度とした場合、上記式(3)によりA2は28μmとなる。
(ピッチング誤差)
ここで、図13を参照してピッチング誤差について説明する。図13は加工ワークWに対して、従来の旋削方法の場合を示す説明図である。
L:ベッド21のキャレッジ摺動面から旋削チップ46の刃先までの距離(μm)
θn:ピッチング誤差(Z軸方向への移動に伴う角度偏差)
ここで、θn=tan(60/1000000)であるから、cosθn=0.999994となり、例えば現実的な機械サイズからL=1000mmとすると、Δ=54μmとなる。なお、L=2000mmでも、Δ=48μmである。
ここで、本実施形態のように所定角度θを有する複合旋盤装置20で加工する場合について説明する。本実施形態では、加工ワークWに対して水平方向に切り込む。この場合、水平方向に切り込む場合のピッチング誤差による円筒度の悪化量A3は下記式で表わされる。
(熱変位)
ここで、熱変位について説明する。
一方、水平旋削加工する場合は、θ=60°のとき、下記の式で算出される。
又、θ=45°のとき、R2=49.971(mm)である。
従って、R−R2=29(μm)の誤差が出る。
従って、R−R2=6(μm)の誤差が出る。
以上のようにいずれも、水平旋削加工する場合、熱変位による影響は、従来の場合よりも軽減することができる。
次に第2実施形態の刃先位置登録装置60を説明するまえに、第1実施形態の複合旋盤装置20及び旋削バイトホルダ40があっても、実際に加工するには、下記の理由から複合旋盤装置20に刃先位置登録装置60を備えることが望ましい。
図7より、下記の式が導き出せる。
M×cosθ+G=Cb ……(7)
G×cosθ+M=α ……(8)
M:旋削チップ46の刃先を通過する水平面が軸心O1と交差する点T1と基準点PS間の距離
G:旋削チップ46の刃先とT1間を、Y‘−Z平面に射影したときの距離
ここで、式(6)より、
M=Cc/(sinθ) ……(9)
これを式(7)に代入して、
(cosθ/sinθ)×Cc+G=Cb ……(10)
よって、
G=Cb−(cosθ/sinθ)×Cc ……(11)
式(9)と式(11)を式(8)に代入すると、
α=(Cb−(cosθ/sinθ)×Cc)×cosθ+Cc/sinθ ……(12)
式(12)のように、機械座標系X軸、Y軸を有する複合旋盤装置20にて従来使用してきた工具長αは、第2工具長Cb、第3工具長Cc、所定角度θで表すことができる。なお、工具長αは第5工具長に相当し、基準点PSからX軸方向にオフセットしたX−Z平面旋削用工具の旋削チップ刃先のオフセット量である。
β=G×sinθ
=(Cb−(cosθ/sinθ)×Cc))×sinθ ……(13)
従来の場合、所望の加工径を実現するために必要なX軸方向の軸の移動距離は、プログラムで指令した加工ワークWの直径Dとすると、次式となる。
Y方向移動量(従来)=0 ……(15)
一方、本実施形態の加工では、芯高を出すために、図7のポジション1に工具を位置決めすることが必要で、Y’(=Yt)−Z平面で旋削加工するため、式(12),式(13)で求めたα、βを使って、下式(16)、式(17)より位置決めする。そして、式(12),式(13)、式(16)、式(17)の演算を制御装置100のNCの内部演算処理にて行う。
=L−BA−α−(D/2)+((D/2)−(D/2)×cosθ) ……(16)
Y方向移動量(水平旋削)=β+J
=β+(D/2)×sinθ ……(17)
ここで、L,BAは機械パラメータで、機械メーカが機械の組み立て時に設定する既知の値である。
L:機械原点と加工ワークWの回転中心(軸心O2)までの距離
BA:工具主軸台が原点復帰したときの機械原点から、工具主軸25の端面(すなわち、基準点PS)までの距離
D:プログラムで指令する加工ワークの直径
である。
この従来の旋削加工を行う場合には、前述した図19で示す工具登録画面171で工具名称「TOOL−A」や「TOOL−B」を登録する際、工具種類としてX−Z平面旋削用を選択入力する。なお、X−Z平面旋削用の「TOOL−A」や「TOOL−B」は第2軸−第1軸平面旋削用工具に相当する。
次に、上記の複合旋盤装置20に使用される刃先位置検出装置50を図1、及び図8〜10を参照して説明する。
そして、同検出部本体52は、ワーク主軸26aのZ軸方向の軸心O2の回りの近傍に配置されている。なお、支持部53は、図8では省略されている。アーム51は加工ワークWの旋削加工時には、支持部53にて回転されて、先端の検出部本体52を被加工領域該に待避させる。
○ 第1実施形態では、図12(a)のタイプの複合旋盤装置20に具体化したが、図12(b)のタイプの複合旋盤装置に具体化してもよい。
○ 第1実施形態では、図12(a)のタイプの複合旋盤装置20に具体化したが、図12(c)のタイプの複合旋盤装置に具体化してもよい。
30…ATC(自動工具交換装置)、
40…旋削バイトホルダ(旋削バイトとともに旋削加工工具を構成する。)、
45…旋削バイト(旋削バイトホルダとともに旋削加工工具を構成する。)、
50…刃先位置検出装置、
60…刃先位置登録装置、
110…主制御部(制御手段)、140…バッファメモリ(記憶手段)、
160…操作盤(刃先位置入力手段)、
W…加工ワーク。
Claims (5)
- 自動工具交換手段と、
前記自動工具交換手段により交換される旋削加工工具が着脱自在に取付けられる工具主軸を有し、かつワーク主軸の軸心を第1軸として、前記第1軸と直交するとともに水平面と所定角度θ(0<θ≦90°)をなす第2軸に沿って移動可能に移動体に対して支持された工具主軸台を備え、
キャレッジベースがベッドに対して第1軸方向に移動可能に設けられるとともに、前記移動体が前記キャレッジベースに対して前記第1軸及び第2軸に直交する第3軸方向成分を含む方向に移動可能に設けられ、
前記工具主軸が回転制御及び停止保持制御可能に設けられた複合旋盤装置の制御方法において、
前記工具主軸に取付けされた旋削加工工具の切削点が、前記第1軸と直交する水平方向に沿って移動するように、前記移動体を第3軸方向成分を含む方向に移動制御して、或いは、前記移動体を第3軸方向成分を含む方向に移動制御するとともに前記工具主軸台を第2軸方向に同時に移動制御をして、前記ワーク主軸に取着されたワークに対して旋削加工することを特徴とする複合旋盤装置の制御方法。 - 自動工具交換手段と、
前記自動工具交換手段により交換される旋削加工工具が着脱自在に取付けられる工具主軸を有し、かつワーク主軸の軸心を第1軸として、前記第1軸と直交するとともに水平面と所定角度θ(0<θ≦90°)をなす第2軸に沿って移動可能に移動体に対して支持された工具主軸台を備え、
キャレッジベースがベッドに対して第1軸方向に移動可能に設けられるとともに、前記移動体が前記キャレッジベースに対して前記第1軸及び第2軸に直交する第3軸方向成分を含む方向に移動可能に設けられ、
前記工具主軸が回転制御及び停止保持制御可能に設けられた複合旋盤装置において、
前記工具主軸に取付けされた旋削加工工具の切削点が、前記第1軸と直交する水平方向に沿って移動するように、前記移動体を第3軸方向成分を含む方向に移動制御して、或いは、前記移動体を第3軸方向成分を含む方向に移動制御するとともに前記工具主軸台を第2軸方向に同時に移動制御をして、前記ワーク主軸に取着されたワークに対して旋削加工する制御手段を備えることを特徴とする複合旋盤装置。 - 前記工具主軸が水平面に対し前記所定角度θをなすように配置され、
旋削チップを有する旋削バイトを取付けするために旋削バイト取付面を有したホルダ本体を備える旋削バイトホルダが、前記工具主軸の軸心に対して同軸となるように着脱自在に取り付けられ、
前記旋削バイト取付面と前記ホルダ本体の軸心とのなす角度が、前記工具主軸の軸心と水平面とのなす所定角度θと同じ角度にされていることを特徴とする請求項2に記載の複合旋盤装置。 - 請求項2又は請求項3の複合旋盤装置に設けられた刃先位置登録装置であって、
工具主軸台の工具主軸の軸心上の所定の位置を基準点とし、
同基準点からワーク主軸の第1軸方向にオフセットした旋削バイトホルダの旋削チップ刃先のオフセット量である第1工具長と、前記基準点から前記第1軸と直交する水平方向にオフセットした前記旋削バイトホルダの旋削チップ刃先のオフセット量である第2工具長と、前記基準点から鉛直方向にオフセットした前記旋削チップ刃先のオフセット量である第3工具長を入力する刃先位置入力手段と、
入力された第1工具長、第2工具長及び第3工具長を記憶する記憶手段を備え、
前記刃先位置入力手段が、前記基準点からワーク主軸の第1軸方向にオフセットした第2軸−第1軸平面旋削用工具の旋削チップ刃先のオフセット量である第4工具長と、前記基準点から第2軸方向にオフセットした前記第2軸−第1軸平面旋削用工具の旋削チップ刃先のオフセット量である第5工具長を入力する入力手段を含み、
前記記憶手段が、前記第4工具長及び第5工具長を記憶する手段を含むことを特徴とする刃先位置登録装置。 - 請求項2又は請求項3に記載の複合旋盤装置に設けられ、旋削加工工具の刃先が接触可能な複数の検出面を有し、前記検出面に前記刃先が接触すると検出信号を出力する刃先位置検出装置であって、
前記検出面は、
前記ワーク主軸の軸心と平行に移動する前記旋削加工工具の刃先の接触を検出する第1検出面と、前記ワーク主軸の軸心と直交する水平方向に移動する前記旋削加工工具の刃先の接触を検出する第2検出面と、鉛直方向に移動する前記旋削加工工具の刃先の接触を検出する第3検出面と、前記第2軸方向へ移動する前記旋削加工工具の刃先の接触を検出する第4検出面を含むことを特徴とする刃先位置検出装置。
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