JP6090182B2

JP6090182B2 - 加工装置

Info

Publication number: JP6090182B2
Application number: JP2014006665A
Authority: JP
Inventors: 秀起筒井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-01-17
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2034-01-17
Also published as: JP2015134389A

Description

本発明は、加工装置の技術に関する。

複合加工装置は、数値制御による機械の加工方法であるＮＣ（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌ）加工と、自動工具交換機能によって異種の加工を行うＭＣ（ＭａｃｈｉｎｉｎｇＣｅｎｔｅｒ）が持つ機能の両方を持ち合わせている加工装置として公知である。

例えば、特許文献１には、工具を所定方向に移動させながらワークを加工する複合加工装置が開示されている。また、自動車工場では、３次元方向に自在に移動できる主軸にドリルを取り付け、エンジンのクランクのピン部の仕上げ加工が複合加工装置によって行われている。以下に、このような複合加工装置を従来の複合加工装置５００として説明する。

図３を用いて、従来の複合加工装置５００の構成について説明する。
なお、図３では、従来の複合加工装置５００の構成を斜視にて模式的に表している。また、以下では、図３に記載されるＸ方向、Ｙ方向又はＺ方向に従って説明するものとする。また、図３に示す矢印は、移動の方向を表している。

従来の複合加工装置５００は、エンジンのクランクのピン部の仕上げ加工をドリル５１１によって施すものである。従来の複合加工装置５００は、主軸５１０と、３次元移動機構５２０と、を具備している。

主軸５１０は、主軸モータ（図示略）によってＹ方向周りに回転可能な軸であって、保持部５１２に保持されている。主軸５１０には、ドリル５１１が取り付けられている。

３次元移動機構５２０は、主軸５１０（保持部５１２）を３次元方向（Ｘ方向、Ｙ方向又はＺ方向）に自在に移動させるものである。３次元移動機構５２０は、Ｘ方向移動部５２１と、Ｙ方向移動部５２２と、Ｚ方向移動部５２３と、支柱５２５と、を具備している。

Ｙ方向移動部５２２は、Ｘ方向移動部５２１に対し、サーボ機構（図示略）によってＹ方向にスライド可能に構成されている。Ｙ方向移動部５２２の先端側には、保持部５１２が取り付けられている。Ｘ方向移動部５２１は、Ｚ方向移動部５２３に対し、サーボ機構（図示略）によってＸ方向にスライド可能に構成されている。Ｚ方向移動部５２３は、支柱５２５に対し、サーボ機構（図示略）によってＺ方向にスライド可能に構成されている。

このような構成とすることで、従来の複合加工装置５００は、ワークに対し、主軸５１０に取り付けたドリル５１１を３次元方向に自在に移動させ、クランクのピン部の仕上げ加工を施すことができる。

しかし、このような従来の複合加工装置５００において主軸５１０に５０〜７０Ｈｚの固有振動数が存在する場合には、主軸モータ、或いは、従来の複合加工装置５００のその他のモータの周波数にて主軸５１０が共振することになる。主軸５１０が共振すると、主軸５１０に縦揺れ（Ｚ方向の揺れ）が発生し、例えば仕上げ加工時には、びびり振動が発生する。

エンジンのクランクのピン部の仕上げ加工の際にびびり振動が発生すると、仕上げ加工面の面粗度が悪化する、或いは、ドリル５１１の寿命が低下する等の不具合が生じる。

特開２００９−０８２９９４号公報

本発明の解決しようとする課題は、加工時のびびり振動を抑制することができる加工装置を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、工具を３次元方向に自在に移動させながらワークを加工する加工装置であって、前記工具を回転可能に保持する主軸と、前記主軸を移動可能に保持する第一保持部と、前記主軸の移動に同期して移動可能な同期機構と、前記第一保持部と前記同期機構とを連結するダンパーと、を具備するものである。

本発明の加工装置によれば、加工時のびびり振動を抑制することができる。

複合加工装置の構成を示す模式図。複合加工装置の効果を示すグラフ図。従来の複合加工装置の構成を示す模式図。

図１を用いて、複合加工装置１００の構成について説明する。
なお、図１では、複合加工装置１００の構成を斜視にて模式的に表している。また、以下では、図１に示されるＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に従って説明するものとする。また、図１における矢印は、移動の方向を表している。

複合加工装置１００は、本発明の複合加工装置に係る実施形態である。
本実施形態の複合加工装置１００は、自動車工場においてエンジンのクランクのピン部の仕上げ加工を施す加工装置とされている。

複合加工装置１００は、数値制御による機械の加工方法であるＮＣ加工と、自動工具交換機能によって異種の加工を行うＭＣが持つ機能の両方を持ち合わせている加工装置である。複合加工装置１００は、主軸１０と、３次元移動機構２０と、ダンパー４０と、同期機構５０と、を具備している。

主軸１０は、主軸モータ（図示略）によってＹ方向周りに回転可能な軸であって、第一保持部３１に載置されている。主軸１０には、ドリル１１が取り付けられている。第一保持部３１の先端側の下方は、ダンパー４０を介して後述する第二保持部３２に保持されている。

３次元移動機構２０は、主軸１０（保持部１２）を３次元方向（Ｘ方向、Ｙ方向又はＺ方向）に自在に移動させるものである。３次元移動機構２０は、Ｘ方向移動部２１と、Ｙ方向移動部２２と、Ｚ方向移動部２３と、支柱２５と、を具備している。

Ｙ方向移動部２２は、Ｘ方向移動部２１に対し、サーボ機構（図示略）によってＹ方向にスライド可能に構成されている。Ｙ方向移動部２２の先端側には、第一保持部３１が取り付けられている。Ｘ方向移動部２１は、Ｚ方向移動部２３に対し、サーボ機構（図示略）によってＸ方向にスライド可能に構成されている。Ｚ方向移動部２３は、支柱２５に対し、サーボ機構（図示略）によってＺ方向にスライド可能に構成されている。

このような構成とすることで、複合加工装置１００は、ワークであるクランクのピン部に対し、主軸１０に取り付けたドリル１１を３次元方向に自在に移動させ、仕上げ加工を施すことができる。

ダンパー４０は、第一保持部３１と第二保持部３２との間に介され、第一保持部３１と第二保持部３２とを連結している。ダンパー４０は、５０Ｈｚ〜７０Ｈｚの揺れに対して減衰効果が高いものが使用されている。

同期機構５０は、上述した３次元移動機構２０に同期させて、第二保持部３２を３次元方向（Ｘ方向、Ｙ方向又はＺ方向）に自在に移動させるものである。同期機構５０は、Ｘ方向移動部５１と、Ｙ方向移動部５２と、Ｚ方向移動部５３と、支柱５５と、を具備している。

Ｙ方向移動部５２は、Ｘ方向移動部５１に対し、サーボ機構（図示略）によってＹ方向にスライド可能に構成されている。Ｙ方向移動部２２の上面には、第二保持部３２が取り付けられている。Ｘ方向移動部５１は、Ｚ方向移動部５３に対し、サーボ機構（図示略）によってＸ方向にスライド可能に構成されている。Ｚ方向移動部５３は、支柱５５に対し、サーボ機構（図示略）によってＺ方向にスライド可能に構成されている。

このような構成とすることで、同期機構５０は、第二保持部３２を、上述した３次元移動機構２０に同期させて（移動に追従させて）、３次元方向（Ｘ方向、Ｙ方向又はＺ方向）に自在に移動させることができる。

また、同期機構５０は、ダンパー４０により、主軸１０を移動可能に保持する第一保持部３１と連結されている。なお、同期機構５０は、第二保持部３２を介してダンパー４０に接続されているが、ダンパー４０は、同期機構５０のＹ方向移動部５２に直接接続することも可能である。

なお、同期機構５０は、第一保持部３１が取り付けられる３次元移動機構２０とは系として完全に独立しているものとする。同期機構５０と３次元移動機構２０とは、ダンパー４０のみで連結されているものとする。

図２を用いて、複合加工装置１００の効果について説明する。
なお、図２では、複合加工装置１００の効果をグラフ図にて表している。また、図２では、横軸にて主軸１０の固有振動数の周波数（Ｈｚ）を表し、縦軸にて主軸１０の固有振動数の振幅（Ｈｚ）を表している。

図２に示すように、従来の複合加工装置１００では主軸１０の固有振動数の周波数が５０Ｈｚ近傍であったものの、本実施形態の複合加工装置１００では主軸１０の固有振動数の周波数が１００Ｈｚ近傍まで移動している。また、従来の複合加工装置１００の主軸１０の固有振動数の振幅よりも、本実施形態の複合加工装置１００の主軸１０の固有振動数の振幅の方が低下している。

複合加工装置１００の効果について説明する。
本実施形態の複合加工装置１００によれば、加工時のびびり振動を抑制することができる。

すなわち、５０Ｈｚ近傍の固有振動数を有する主軸１０に対し、主軸１０を載置する第一保持部３１をダンパー４０によって第二保持部３２と連結し、かつ、第二保持部３２を主軸１０の３次元方向の移動に同期して移動させる（移動に追従させる）ことによって、主軸１０の固有振動数の周波数を１００Ｈｚ近傍まで移動することができる。

このようにして、主軸１０の固有振動数の周波数を１００Ｈｚ近傍まで移動し、主軸のモータ等と共振することを回避して、加工時のびびり振動を抑制することができる。

１０主軸
２０３次元移動機構
３１第一保持部
３２第二保持部
４０ダンパー
５０同期機構
１００複合加工装置
５００従来の複合加工装置

Claims

工具を３次元方向に自在に移動させながらワークを加工する加工装置であって、
前記工具を回転可能に保持する主軸と、
前記主軸を３次元方向に自在に移動させる３次元移動機構と、
前記３次元移動機構に取り付けられ、前記主軸を移動可能に保持する第一保持部と、
前記３次元移動機構とは系として完全に独立し、前記主軸の移動に同期して移動可能な同期機構と、
前記第一保持部と前記同期機構とを連結するダンパーと、
を具備する、
加工装置。