JP5373675B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械に関し、詳細には、工具の加工待機位置の補正に関する。

従来、旋盤などの工作機械は、主軸に把持された丸棒等の加工対象物（ワーク）に対して、切削加工用のバイトや孔開け加工用のドリル刃などの工具を突き当てて、ワークに種々の加工を施すようになっている。

また、上述した工作機械には、ドリル刃のような回転工具を用いて、ワークの軸（主軸が延びる方向と一致）に対して９０度以外の傾斜した角度に沿った孔等を穿設できるように、工具装着部をいわゆるＢ軸（ＪＩＳによる）回りに旋回可能に構成したものもある（例えば、特許文献１）。

特開２００２−１５４０３４号公報

ところで、上述した工作機械によってワークを加工するに際しては、ワークから遠く離れた動作開始位置からいきなりワークの加工を行う加工位置まで移動させるのではなく、工具をワークの表面の直近まで移動させて、この位置（加工待機位置）で一時的に待機させ、その後に工具をワークに突き当てて実際の加工を開始することが一般的である。

そして、このような加工待機位置は、ワークの表面に近いほど、加工のサイクルタイムを短くすることができるため、ワークの表面に可及的に近いことが望まれている。

しかし、工具がＢ軸回りに旋回するように構成された工作機械においては、工具の旋回状態で加工待機位置に待機する際、実際の加工の開始前であるにも拘わらず、工具がワークに干渉する虞がある。

特に、加工待機位置を、ワークの表面に極めて近接した位置に設定されている工作機械では、その干渉の可能性が顕著に大きい、という問題がある。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、加工のサイクルタイムを大きく損なうことなく、工具の旋回によっても、加工待機位置での工具の干渉を防止することができる工作機械を提供することを目的とするものである。

本発明に係る工作機械は、工具の加工待機位置を、工具の直径および工具の旋回の角度に応じて補正することにより、加工待機位置での工具の干渉を防止するものである。

すなわち、本発明に係る工作機械は、加工対象物を加工する工具を、刃先が前記加工対象物に対して傾くように旋回可能に支持し、前記工具による前記加工対象物の加工を行う際に、前記工具の刃先が前記加工対象物の表面に近接する加工待機位置に位置するように前記工具を待機させ、前記加工待機位置から前記工具を移動開始させて前記加工対象物の加工を行う工作機械において、前記工具を旋回状態で前記加工待機位置に待機させる際に、前記工具の直径と前記工具の旋回角度とに応じて、前記工具が前記加工対象物に干渉しないように、前記加工待機位置を補正する加工待機位置補正手段を備えたことを特徴とする。

本発明に係る工作機械によれば、加工のサイクルタイムを大きく損なうことなく、工具の旋回によっても、加工待機位置での工具の干渉を防止することができる。

本発明に係る工作機械としての自動旋盤を示す図である。 ｘｚ平面に平行な面であって、主軸を通る面における工具とワークとの位置関係（動作開始位置、加工位置）を示す模式図である。 図２相当の平面図であり、加工待機位置を示す図である。 加工待機位置における工具の旋回により工具かワークに干渉する状態を示す図である。 動作開始位置の方向に、加工待機位置を後退させた状態を示す図である。 加工待機位置における工具の旋回状態を示す図であり、（ａ）は旋回角度小、（ｂ）は旋回角度大、をそれぞれ表す。 制御プログラムにより制御装置が実行する手順を示すフローチャートである。 制御プログラムにより制御装置が見なされるハードウェアの構成を示すブロック図である。

図１は、本発明に係る工作機械の一実施形態としての自動旋盤１００を示す。

この自動旋盤１００は、ベッド１０上に、加工対象物の一例としての細長丸棒状のワーク２００を把持する主軸２１を、軸線回りに回転駆動自在に支持する主軸台２０が設けられており、この主軸台２０は、主軸２１の軸線方向と同一方向のｚ軸に沿って直線的にスライド移動自在とされている。

また、ベッド１０上には、ガイドブッシュ３１を支持するガイドブッシュ支持台３０が固定的に設けられている。

ガイドブッシュ３１は、ワーク２００を、ｚ軸に沿った直進移動、ｚ軸回りの回転を許容して案内する。

また、ガイドブッシュ支持台３０の、主軸台２０に向いた面とは反対側の面には、ｚ軸に横方向で直交するｘ軸に沿って延びるｘスライドレール３２が取り付けられている。

そして、このｘスライドレール３２には、べース部材３３がスライド自在に取り付けられている。

このベース部材３３は、モータにより、ｘスライドレール３２上をｘ軸に沿って移動される。

また、ベース部材３３の、主軸台２０に向いた面とは反対側の面には、ｚ軸およびｘ軸に直交するｙ軸に沿って延びるｙスライドレール３４が取り付けられている。

そして、このｙスライドレール３４には、複数の工具４０（４１，４２，…，４６，…）が装着保持された刃物台３５がスライド自在に取り付けられている。

この刃物台３５は、モータにより、ｙスライドレール３４上をｙ軸に沿って移動される。

刃物台３５は、従来同様、ガイドブッシュ支持台３０に対して、ｘスライドレール３２とｙスライドレール３４とを介して、ｘ軸方向およびｙ軸方向に任意の移動が可能となっている。

また、刃物台３５は、複数の工具４０をｘ軸に沿った配列で装着保持した第１工具装着部３６（工具装着部）と、複数の工具をｙ軸に沿った配列で装着保持した第２工具装着部３７（工具装着部）とを備えている。

これら第１工具装着部３６および第２工具装着部３７は、それぞれに配置された各工具４０を、その種類に応じて固定的に保持し（例えば、バイトなどの切削工具）、または工具４０の直径中心回りに回転自在に保持している（例えば、エンドミルやリーマ、ドリル刃などの切り刃）。

さらに、第２工具装着部３７は、第２工具装着部３７に装着保持された各工具４０をｙ軸と平行のＢ軸回りに旋回できるように、第１工具装着部３６に対して回動自在に支持されている。

刃物台３５には、第２工具装着部３７を回動させるモータ５３が設けられていて、このモータ５３の駆動により、第２工具装着部３７は回動され、第２工具装着部３７に装着保持された各工具４０はＢ軸回りに旋回される。

刃物台３５の移動によって、第１工具装着部３６または第２工具装着部３７に装着保持された複数の工具４０のうちの任意の１つを選択することができる。

これにより、刃物台３５移動および主軸２１の移動により、ワーク２００のガイドブッシュ３１から刃物台３５側に突出した部分を、選択された任意の１つの工具４０によって加工することができる。

加工に際して、第２工具装着部３７がＢ軸回りに旋回されることによって、第２工具装着部３７に装着保持された工具４０（エンドミル４１、ドリル刃４２等）が、ワーク２００の軸線に対して９０度以外の角度に傾斜し、ワーク２００の軸線に対して９０度以外の角度で延びた孔を穿孔する等の加工を施すことができる。

これら、刃物台３５と主軸２０（各モータ）および第２工具装着部３７（モータ５３）は、ＮＣ装置からなる制御装置７０（図８参照）によって駆動制御されている。

この制御装置７０は、ＮＣプログラムを制御プログラムとし、この制御プログラムに基づいて、ワーク２００が加工される。

制御装置７０は、ワーク２００を加工する際は、工具４０（例えば、エンドミル４１）を選択し、図２に示すように、その選択された工具４０の刃先（工具４０の軸線に直交するとともに工具４０の刃先を通過する直線と工具４０の軸線とが交差する点Ｃ）がワーク２００から離れた動作開始位置ｘ０（実線で示す）と、ワーク２００の表面に接触して実際に加工が開始される加工位置ｘ１（二点鎖線で示す）との間の、図３に示すように、ワーク２００の表面に近接した加工待機位置ｘ２に位置するように、選択された工具４０を移動させ、一時的に停止（待機）させ、ワーク２００の加工を行わせる。

ただし、加工待機位置ｘ２は、図４に示すように、第２工具装着部３７をＢ軸回りに旋回させ、第２工具装着部３７に装着された工具４０を選択した場合に、工具４０がワーク２００の表面に干渉する場合がある程度に近い位置に設定されている。

また、加工待機位置ｘ２と動作開始位置ｘ０との間は、単なる工具４０の移動であるため、刃物台３５を比較的高速な早送り速度で、素早く前進または後退させる。

加工待機位置ｘ２から加工位置ｘ１を通過する加工移動の速度は、工具４０の送り速度（切込み速度）であり、ワーク２００の材質や主軸２１の回転速度、ワーク２００と工具４０の刃先との接触角度、切削油の温度等に応じて、早送り速度に比して低速な速度に予め定められる。

制御装置７０は、加工の必要に応じて、第２工具装着部３７を、Ｂ軸回りに角度０［度］〜９０［度］の範囲で旋回させる。

このため、第２工具装着部３７をＢ軸回りに旋回させて、その第２工具装着部３７に装着保持された工具４０を選択すると、工具４０の軸線に直交し、かつ刃先を通過する直線が、工具４０の外周縁に接する部分Ｋ（図４参照）において、工具４０がワーク２００の表面に干渉する虞がある。

そこで、制御装置７０は、第２工具装着部３７をＢ軸回りに旋回させて加工を行うときは、加工待機位置ｘ２における工具４０とワーク２００との干渉を未然に回避するために、図５に示すように、加工待機位置ｘ２を、ワーク２００から遠ざかるｘ軸方向の補正後加工待機位置ｘ３に補正するように、設定されている（加工待機位置補正手段７６（図８参照）として機能する）。

加工待機位置ｘ２を後退させる量（補正量）は、その工具４０の直径ｄに応じて、制御装置７０が決定する。具体的には、その補正量Δｘ（＝ｘ２−ｘ３）としては、工具４０の直径ｄの半分であるｄ／２を適用すればよい。

この自動旋盤１００が、第２工具装着部３７をＢ軸回りに角度θ（＝０［度］〜９０［度］）で旋回可能としているため、工具４０が角度θ＝９０［度］旋回したときに、工具４０の刃先中心とワーク２００との間の距離が、工具４０の半径分（ｄ／２）だけ加工待機位置ｘ２からｘ軸方向に離れていれば、工具４０とワーク２００の表面とが干渉することがない。

したがって、第２工具装着部３７が旋回しない状態（旋回角度θ＝０［度］）で予め設定された基準の加工待機位置ｘ２に対して、旋回角度θが０［度］を超える９０［度］までの全ての旋回角度各々に対応して、工具４０の直径ｄの１／２の長さｄ／２だけ、ｘ軸方向に後退させた位置を、補正後加工待機位置ｘ３（＝ｘ２−Δｘ）とすることで、角度９０［度］以内の如何なる旋回角度θ［度］によっても、工具４０とワーク２００との干渉を防止することができ、旋回角度θごとに、補正量Δｘを算出する必要がない。

しかも、補正後加工待機位置ｘ３は元の基準となる加工待機位置ｘ２を大きく後退させるものではないため、加工のサイクルタイムを大きく損なう（加工のサイクルタイムが長く延長される）ことはない。

なお、本実施形態の自動旋盤１００は、上述したように、その制御装置７０に読み込まれた制御プログラムによって制御されるいわゆるＮＣ工作機械であるため、各工具４０が装着されている第１工具装着部３６における装着位置、第２工具装着部３７における装着位置、工具の種類、直径ｄ、長さなどは、制御装置７０に記憶されている。

そして、この制御装置７０が、制御プログラムにしたがってワーク２００の加工（各モータの駆動制御）を行うに際して、いずれかの工具４０を選択し、その工具４０がＢ軸回りに旋回されるときは、その工具４０の直径ｄを制御装置７０（工具直径検出手段の一部）が読み出して工具４０の直径を検出し、補正後加工待機位置ｘ３を算出し、その後、工具４０の刃先の点Ｃを、補正後加工待機位置ｘ３に移動させるように刃物台３５を制御し、工具４０をＢ軸回りの旋回状態で補正後加工待機位置ｘ３に待機させる。

その後、工具４０の刃先の点Ｃを補正後加工待機位置ｘ３から移動させ、工具４０による加工を行う。

以上のように、本実施形態に係る自動旋盤１００によれば、制御装置７０が工具４０の直径ｄを検出し、その検出された工具４０の直径ｄに応じて、工具４０とワーク２００との干渉が生じないように加工待機位置ｘ２を補正後加工待機位置ｘ３に補正するため、工具４０（工具４０の軸線に直交し、かつ刃先を通過する直線が、工具４０の外周縁に接する部分Ｋ）とワーク２００との干渉を防止することができる。

すなわち、従来と同様に、工具４０をワーク２００に近接させた位置（補正後加工待機位置ｘ３）で一時的に停止させるため、加工のサイクルタイムを大きく損なうことはなく、しかも、工具４０の旋回によっても、その位置での工具４０とワーク２００との干渉を防止することができる。
なお、工具４０がドリル等のように、その刃先が工具４０の外周縁に対して突出している場合は、工具４０の軸線に直交し、かつ刃先を通過する直線と外周縁の延長線とが交差する部分でワーク２００との干渉が防止されるため、工具４０とワーク２００との干渉は防止される。

また、本実施形態の自動旋盤１００において、工具４０のＢ軸回りの旋回が行われない場合には、制御装置７０は上述した加工待機位置ｘ２の補正を行わない。

このように、本実施形態の自動旋盤１００は、Ｂ軸回りの旋回によって、工具４０とワーク２００との干渉が生じる虞がある場合にのみ加工待機位置ｘ２の補正を行うことで、干渉が生じる虞のない（Ｂ軸回りの旋回が行われない）場合は加工待機位置ｘ２の補正を行わずに済み、これによりＢ軸回りの旋回が行われないときには、加工のサイクルタイムの極わずかな延びさえも防止することができる。

また、本実施形態の自動旋盤１００は、制御装置７０が設定する補正量Δｘとして、工具４０の直径ｄの１／２を適用したが、Ｂ軸回りに行いうる旋回角度θの最大限が９０［度］未満である角度θｍａｘ（＜９０）［度］であるときは、工具４０をその旋回可能範囲の最大限の角度θｍａｘ［度］まで旋回させた状態で、工具４０がワーク２００に干渉しない位置まで、加工待機位置ｘ２を補正するように、工具４０の直径ｄおよび旋回可能角度の最大限θｍａｘ［度］に応じて、補正量Δｘを（ｄ／２）×ｓｉｎθｍａｘとしてもよい（Δｘ＝（ｄ／２）×ｓｉｎθｍａｘ）。

前述した実施形態においては、旋回可能角範囲の最大限θｍａｘが９０［度］であったので、ｓｉｎθｍａｘ＝１となり、補正量Δｘは工具４０の直径ｄの１／２（＝ｄ／２）となるが、旋回可能角範囲の最大限θｍａｘが９０［度］未満の自動旋盤１００においては、補正量Δｘをｄ／２まで大きくせずに、補正量Δｘを上述した（ｄ／２）×ｓｉｎθｍａｘに設定することで、工具４０とワーク２００との干渉を確実に防止することができるため、補正量Δｘを必要最小限に抑えることができ、したがって、加工のサイクルタイムの増大量も必要最小限に抑えることができる。

工具４０が旋回することによって工具４０がワーク２００に近付く量は、図６（ａ），（ｂ）に示すように、工具４０の直径ｄと工具４０の旋回角度θとに応じて変化する。

したがって、工具４０の直径ｄおよび工具４０の旋回角度θに応じた量だけ、加工待機位置ｘ２を補正することで、補正量Δｘをきめ細かく適切な値に決定することができる。

そのような補正量Δｘとして直径ｄの工具４０がワーク２００に干渉しないように、工具の直径ｄおよび工具４０の旋回角度θに基づいて算出される値ｄ×（ｓｉｎθ）／２を適用することができる。

制御装置７０がこの値ｄ×（ｓｉｎθ）／２を補正量Δｘとして設定することにより、自動旋盤１００は、直径ｄの工具４０を角度θだけＢ軸回りに旋回させたとき、旋回角度θに応じて工具４０をワーク２００に干渉させない必要最小限の補正量で、加工待機位置ｘ２を補正することができる。

上述した実施形態の自動旋盤１００における制御装置７０は、制御プログラムに基づき、選択される工具４０に対するＢ軸回りの旋回の指令がある場合、選択される工具４０が加工待機位置ｘ２に待機する際に、下記手順（１）〜（３）（図７参照）の実行により加工待機位置ｘ２を補正する。
（１）工具４０の直径ｄを取得する工具直径取得手順
（２）取得された工具４０の直径ｄおよび旋回角度θに基づいて、演算式Δｘ＝ｄ／２または演算式Δｘ＝（ｄ／２）×ｓｉｎθにより補正量Δｘを算出し、算出された補正量Δｘおよび加工待機位置ｘ２に基づいて、演算式ｘ３＝ｘ２−Δｘにより補正後加工待機位置ｘ３を算出する補正後加工待機位置算出手順
（３）加工待機位置ｘ２を補正後加工待機位置ｘ３に置き換える加工待機位置補正手順
そして、制御装置７０に、手順（１）〜（３）を実行させる制御プログラムによれば、図７に示すように、制御装置７０は、選択される工具４０が加工待機位置ｘ２に待機する際に、選択される工具４０に対するＢ軸回りの旋回角度θを取得し（Ｓ１）、旋回の指令があるか（旋回角度θ＝０［度］か）否かを判定し（Ｓ２）、Ｂ軸回りの旋回の指令がある場合（旋回角度θ＝０［度］以外の場合）は、工具直径取得手順により工具４０の直径ｄを取得し（Ｓ３）、補正後加工待機位置算出手順により補正後加工待機位置ｘ３を算出し（Ｓ４）、加工待機位置補正手順により加工待機位置ｘ２を補正後加工待機位置ｘ３に置き換え（Ｓ５）、その置き換えられた補正後加工待機位置ｘ３に工具４０を移動させる。

一方、旋回の指令の有無の判定（Ｓ２）において、Ｂ軸回りの旋回の指令がない場合（旋回角度θ＝０［度］の場合）は、加工待機位置ｘ２を補正することなく（Ｓ６）、加工待機位置ｘ２に工具４０を移動させる。

また、上述した制御装置７０は、この制御装置７０に読み込まれた制御プログラムにより、ハードウェアと見なすこともできる。

すなわち、制御装置７０は、読み込まれた制御プログラムにより、下記手段（１１）〜（１６）（図８参照）として動作する。
（１１）複数の工具４０のうち、ワーク２００の加工を行う１つの工具４０を選択する工具選択手段７１
（１２）工具４０ごとに、その工具４０の直径ｄを記憶する記憶手段７３
（１３）記憶手段から、選択された工具４０の直径ｄを取得する工具直径取得手段７２
（１４）工具４０に対するＢ軸回りの旋回の有無（旋回角度θが０［度］以外か否か）を、取得した旋回角度θに基づいて判定する旋回加工判定手段７５
（１５）旋回加工判定手段７５による判定結果が旋回有りのときは、工具直径取得手段７２により取得された工具の直径ｄおよび旋回加工判定手段７５により取得された旋回角度θに基づいて補正量Δｘを算出し、算出された補正量Δｘおよび加工待機位置ｘ２に基づいて、補正後加工待機位置ｘ３を算出する補正後加工待機位置算出手段７４
（１６）加工待機位置ｘ２を補正後加工待機位置ｘ３に置き換える加工待機位置補正手段７６
そして、制御装置７０を（１１）〜（１６）の各手段として動作させる制御プログラムにより、制御装置７０は、図７に示す手順を実行することができるハードウェアを構成する。

３７ 第２工具装着部
４０ 工具
５３ 第３モータ
７０ 制御装置
１００ 自動旋盤（工作機械）
２００ ワーク（加工対象物）
ｘ０ 動作開始位置
ｘ１ 加工位置
ｘ２ 加工待機位置
ｘ３ 補正後加工待機位置
ｄ 直径
θ 旋回の角度

Claims (3)

1. 加工対象物を加工する工具を、刃先が前記加工対象物に対して傾くように旋回可能に支持し、前記工具による前記加工対象物の加工を行う際に、前記工具の刃先が前記加工対象物の表面に近接する加工待機位置に位置するように前記工具を待機させ、前記加工待機位置から前記工具を移動開始させて前記加工対象物の加工を行う工作機械において、
   前記工具を旋回状態で前記加工待機位置に待機させる際に、前記工具の直径と前記工具の旋回角度とに応じて、前記工具が前記加工対象物に干渉しないように、前記加工待機位置を補正する加工待機位置補正手段を備えたことを特徴とする工作機械。
2. 前記工具は、前記工具の軸線に直交するとともに前記工具の刃先を通過する直線と前記工具の軸線とが交差する点が、前記加工待機位置に位置するように待機し、
   前記加工対象物の加工面に直交する方向に対して前記工具の軸線が傾斜するように旋回支持され、
   前記加工待機位置補正手段は、各旋回角度に対して前記工具の直径の１／２の長さだけ、前記加工待機位置を、前記加工対象物の加工面に直交して前記加工対象物から離れる方向に補正することを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記工具は、前記工具の軸線に直交するとともに前記工具の刃先を通過する直線と前記工具の軸線とが交差する点が、前記加工待機位置に位置するように待機し、
   前記加工対象物の加工面に直交する方向に対して前記工具の軸線が傾斜するように旋回支持され、
   前記加工待機位置補正手段は、前記工具の直径の１／２に前記工具の前記旋回角度の正弦値を乗じた距離だけ、前記加工待機位置を、前記加工対象物の加工面に直交して前記加工対象物から離れる方向に補正することを特徴とする請求項１に記載の工作機械。

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