JP5373675B2 - 工作機械 - Google Patents

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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、
    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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