JP6459288B2 - 刃物台を備えた工作機械 - Google Patents

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Description

本発明は、刃物台を備えた工作機械に関する。
工作機械として、主軸に把持された長尺なワークを保持するガイドブッシュ、及び、前記ワークを挟んで互いに対向した一対のくし形刃物台を備えるCNC(Computerized Numerical Control)旋盤が知られている。特許文献1には、支持フレームに対してワーク軸心方向と直交するY方向へ移動可能な移動台、Y方向へ複数の工具が櫛歯状に取り付け可能な第1の刃物台、及び、Y方向へ複数の工具が櫛歯状に取り付け可能であってガイドブッシュを挟んで第1の刃物台と対峙する第2の刃物台を備える旋盤が示されている。第1の刃物台と第2の刃物台とは、ワーク軸心方向及びY方向と直交するX方向へ互いに独立して移動可能とされている。移動台には、第1の刃物台をX方向へ往復可能に移動させる第1の刃物台移動手段と、及び、第2の刃物台をX方向へ往復可能に移動させる第2の刃物台移動手段が取り付けられている。
以上より、第1の刃物台移動手段がX方向において第1の刃物台をワークの方へ移動させるのと同時に第2の刃物台移動手段がX方向において第2の刃物台をワークの方へ移動させると、ワークに対する同時加工が行われる。
特開2005−88142号公報
X方向において第1の刃物台がワークの方へ移動すると第1の刃物台に取り付けられた全工具がワークの方へ移動し、X方向において第2の刃物台がワークの方へ移動すると第2の刃物台に取り付けられた全工具がワークの方へ移動する。第1の刃物台と第2の刃物台とが独立してX方向へ移動するため、各刃物台に取り付けられる工具は第1の刃物台と第2の刃物台とが最も近付いたときに干渉しないように配置する必要があり、工具配置の自由度が制限されている。
上述した問題は、くし形刃物台を備える旋盤に限らず、タレット等といった刃物台を備える旋盤や、旋盤以外の工作機械についても、同様に存在する。
本発明は、主軸に把持されたワークを同時加工可能な工作機械において工具配置の自由度を向上させる目的を有している。
本発明の工作機械は、ワークを把持して所定方向へ移動可能な主軸と、
前記所定方向とは異なる所定の対向方向において前記ワークを挟んで互いに対向した第一及び第二の工具取付部を有し、少なくとも前記対向方向へ移動可能な刃物台本体と、
該刃物台本体を少なくとも前記対向方向へ移動させる本体駆動部と、
数値制御装置と、を備え、
前記刃物台本体は、
前記第一の工具取付部を有する第一刃物台部と、
前記第二の工具取付部の一部を有し、前記対向方向における前記第一刃物台部との相対的な間隔が一定である第二刃物台部と、
前記第二の工具取付部の残りを有し、前記対向方向において前記第一刃物台部との相対的な間隔を変更可能に設けられた第三刃物台部と、
前記第一刃物台部に対して相対的に前記第三刃物台部を前記対向方向へ移動させる相対駆動部と、を備え
前記数値制御装置は、前記本体駆動部の動作を制御して前記刃物台本体の前記対向方向の移動を数値制御し、前記相対駆動部の動作を制御して前記第三刃物台部の前記対向方向の移動を数値制御する、態様を有する。
請求項1に係る発明によれば、主軸に把持されたワークを同時加工可能な工作機械において工具配置の自由度を向上させることが可能となる。
請求項2に係る発明では、工具配置の自由度を向上させる好適な例を提供することができる。
請求項3に係る発明では、工具配置の自由度をさらに向上させることが可能となる。
請求項4に係る発明では、工作機械の大型化を抑制することができる。
請求項5に係る発明では、同時加工を容易にすることが可能となる。
工作機械の例を模式的に示す斜視図である。 NC装置とともに刃物台の外観を模式的に例示する図である。 NC装置とともに刃物台の要部を模式的に例示する図である。 アリ部材とアリ溝を用いた嵌合構造の例を模式的に示す斜視図である。 アリ部材とアリ溝を用いた嵌合構造の例を示す断面図である。 刃物台の動作例を模式的に示す図である。 (a)〜(c)はワークの同時加工の例を模式的に示す図である。 比較例において互いに対向する一対のくし形刃物台がX方向へ独立して移動する様子を模式的に示す図である。 比較例においてアリとアリ溝を用いた嵌合構造を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態を説明する。むろん、以下の実施形態は本発明を例示するものに過ぎず、実施形態に示す特徴の全てが発明の解決手段に必須になるとは限らない。
(1)本発明に含まれる技術の概要:
まず、図1〜7を参照して本発明に含まれる技術の概要を説明する。図1等ではNC(数値制御)旋盤1を工作機械の例として示している。尚、図1〜7は模式的に示す図であり、各図は整合していないことがある。
本技術の工作機械(1)は、ワークW1を把持して所定方向(Z方向)へ移動可能な主軸80、刃物台本体10、及び、本体駆動部50を備えている。刃物台本体10は、前記所定方向(Z方向)とは異なる所定の対向方向(X方向)においてワークW1を挟んで互いに対向した第一及び第二の工具取付部21,22を有し、少なくとも対向方向(X方向)へ移動可能である。本体駆動部50は、刃物台本体10を少なくとも対向方向(X方向)へ移動させる。刃物台本体10は、第一刃物台部11、第二刃物台部12、第三刃物台部13、相対駆動部30、を備えている。第一刃物台部11は、第一の工具取付部21を有している。第二刃物台部12は、第二の工具取付部22の一部を有し、対向方向(X方向)における第一刃物台部11との相対的な間隔L1が一定である。第三刃物台部13は、第二の工具取付部22の残りを有し、対向方向(X方向)において第一刃物台部11との相対的な間隔L2を変更可能に設けられている。相対駆動部30は、第一刃物台部11に対して相対的に第三刃物台部13を対向方向(X方向)へ移動させる。
図8は、比較例において互いに対向する一対のくし形刃物台902,903がX方向へ独立して移動する様子を模式的に示している。各刃物台902,903は、複数の工具T9がY方向へ並べられている。ガイドブッシュ又は主軸に支持されたワークW9に対して同時加工を行う際には、図8の下部に示すようにX方向において両刃物台902,903を独立してワークW9の方へ移動させることになる。このとき、同時加工に用いられない工具T91が取り付けられた部分の刃物台902,903の間隔L9が狭まり、X方向における両刃物台902,903の工具T91間の空間SP9が少なくなってしまう。むろん、両刃物台902,903に取り付けられる工具T9の全てが最も近付いたときに干渉しないように全工具T9を配置する必要があるので、工具配置の自由度が制限される。特に、両刃物台902,903の端部を繋ぐ部位914があっても、この部位914における刃物台902,903の側に工具を取り付けることはできない。
一方、図2,6等に例示される本技術は、第一刃物台部11に対向する第二刃物台部12と第三刃物台部13のうち、第三刃物台部13は対向方向(X方向)において第一刃物台部11との間隔L2が変わるので、同時旋削、同時穴明け、同時ミーリング、等といった同時加工を行うことができる。そのうえで、第一刃物台部11に対向する第二刃物台部12は対向方向(X方向)において第一刃物台部11との間隔L1が変わらないので、刃物台部11,12の工具T0間の空間SP1が維持され、刃物台部11,12の間に取り付ける工具T0の配置の自由度が向上する。従って、本技術は、同時加工可能な工作機械において工具配置の自由度を向上させることが可能となる。
ここで、上記第一及び第二の工具取付部21,22には、既に工具T0が取り付けられた部位と、工具T0を取り付けることが可能な部位と、の両方が含まれる。
上記刃物台本体10は、対向方向(X方向)にのみ移動可能でもよいし、Y方向等、対向方向(X方向)とは異なる方向へ移動可能でもよい。尚、対向方向は、Y方向等でもよい。
刃物台部に取り付けられた工具どうしの相対的な間隔は、刃物台部どうしの相対的な間隔L1,L2に対応する。従って、刃物台部どうしの相対的な間隔L1,L2の概念には、刃物台部に取り付けられた工具どうしの相対的な間隔も含まれる。
刃物台部11,12,13が旋回可能な旋回部(例えば旋回ユニットUB1)を有する場合、刃物台部どうしの相対的な間隔は、刃物台部に旋回しない固定部分があれば該固定部分どうしの間隔であるものとする。また、旋回部を相対的な間隔の基準にする場合には、第一の工具取付部と第二の工具取付部とが対向する所定の旋回角度における間隔であるものとする。
ところで、前記第一の工具取付部21は、前記対向方向(X方向)とは異なる工具並び方向(Y方向)へ工具T0が並べられる部位でもよい。前記第二の工具取付部22も、前記工具並び方向(Y方向)へ工具T0が並べられる部位でもよい。前記刃物台本体10は、前記工具並び方向(Y方向)における前記第一刃物台部11の端部11aと、前記工具並び方向(Y方向)における前記第二刃物台部12の端部12aと、を繋ぐ基部14を備えてもよい。前記第三刃物台部13は、前記工具並び方向(Y方向)において前記第二刃物台部12を挟んで前記基部14から離隔していてもよい。本態様は、基部14に近い第二刃物台部12と第一刃物台部11との間隔L1が対向方向(X方向)において変わらないので、基部14に近い部分に取り付ける工具T0の配置の自由度が向上する。
ここで、上記工具並び方向は、対向方向とは異なる方向であればよく、X方向等でもよい。
前記基部14は、前記第一刃物台部11及び前記第二刃物台部12が設けられた側(内側面14c)に第三の工具取付部23を有してもよい。工具取付部23を有する基部14に近い第二刃物台部12と第一刃物台部11との間隔L1が対向方向(X方向)において変わらないので、対向方向(X方向)において多くの工具T0を基部14に配置することができる。従って、本態様は、工具配置の自由度をさらに向上させることが可能となる。尚、上記第三の工具取付部23にも、既に工具T0が取り付けられた部位と、工具T0を取り付けることが可能な部位と、の両方が含まれる。
前記刃物台本体10は、少なくとも前記対向方向(X方向)へ移動可能な刃物台テーブル(支持体)40に設けられてもよい。図5等に例示するように、前記刃物台テーブル40には、該刃物台テーブル40から離れるほど拡がった断面台形状のアリ部材45が長手方向を前記対向方向(X方向)に向けて固定されてもよい。前記第三刃物台部(移動体)13における前記刃物台テーブル40への対向面13cには、前記アリ部材45が挿入されるアリ溝15が形成されてもよい。前記アリ溝15の外縁部13dにおいて前記対向面13cが非接触面とされてもよい。
図9は、比較例に係る工作機械において支持体940に対して移動体913をX方向へ摺動させるための嵌合構造ST9を示している。支持体940には、支持体940から離れるほど拡がった断面台形状のアリ946を有するアリ形成部材945が長手方向をX方向に向けて取り付けられている。移動体913における支持体940への対向面913cには、アリ946が摺動可能に挿入されるアリ溝915が形成されている。アリ溝915には、アリ946との隙間を調整するための長尺なギブ916が挿入される。
アリ946を形成するためには、移動体913の位置精度を確保するため、製造工場等の作業者がアリ946を研削する必要がある。支持体940が図1に示す刃物台テーブル40のようにガイドブッシュを囲む大きな部材である場合、支持体940の対向面940cから出たアリ946を必要な加工精度が得られるように研削することができない。そこで、図9に示すように、支持体の対向面940cに取り付けられる被取付部947の上にアリ946を形成したアリ形成部材945を用意し、このアリ形成部材945の被取付部947をねじSC9で支持体の対向面940cに取り付けている。アリ946がアリ溝915に挿入されたとき、被取付部947の対向面947cと移動体913の対向面913cとが接触し、アリ946の傾斜面946cとアリ溝915の傾斜面915cとが接触し、アリ946の傾斜面946dとギブ916とが接触し、このギブ916とアリ溝915の傾斜面915dとが接触する。これらの接触面が荷重を受ける部分である。一方、高精度の摺動を可能にするため、アリ946の上底部946aとアリ溝915の底部915aとの間にはごく僅かに隙間CL9が設けられる。従って、アリの上底部946a、及び、アリ溝の底部915aが、非接触面である。
支持体940が図1に示す刃物台テーブル40のようにガイドブッシュを囲む部材である場合、支持体940の裏面940dから移動体913の対向面913cまでの厚みTH9が厚くなると、ワークW9を供給する正面主軸からガイドブッシュまでの距離が長くなる。この距離が長くなれば、ワークW9の残材が多くなり、ワークW9に加わる荷重も大きくなってしまう。しかし、刃物台本体を支持する強度を確保するため、支持体940を薄くすることはできない。
一方、図5等に例示される本技術は、上記被取付部947が無いため、アリ溝15の外縁部13dにおいて第三刃物台部13における刃物台テーブル40への対向面13cがアリ部材45に接触しない。図5では、アリ溝の外縁部13dにおける第三刃物台部の対向面13cと刃物台テーブル40の対向面40cとの間に隙間CL1が形成されていることが示されている。アリ溝の外縁部13dにおける第三刃物台部の対向面13cがアリ部材45に接触しない構造であることにより、対向面13cと直交する方向(Z方向)において、刃物台テーブル40の裏面40dから第三刃物台部の対向面13cまでの厚みTH1がほぼ被取付部947の分薄くて済む。従って、本態様は、工作機械の大型化を抑制することができ、アリ部材の厚み方向へ長尺なワークを供給する場合にはワークの無駄を少なくすることができる。
さらに、本工作機械(1)は、前記本体駆動部50及び前記相対駆動部30の動作を制御する制御部(NC装置70)をさらに備えてもよい。該制御部(70)は、前記対向方向(X方向)において前記第一刃物台部11を速度V1で移動させるのと同時に前記第三刃物台部13を速度V2で移動させる場合、図7(a),(b)に例示するように、前記第一刃物台部11を前記対向方向(X方向)へ前記速度V1で移動させる制御を前記本体駆動部50に行い、前記第三刃物台部13を前記対向方向(X方向)へ速度(V2−V1)で移動させる制御を前記相対駆動部30に行ってもよい。本態様は、第三刃物台部13を対向方向(X方向)へ速度V2で移動させる際に第一刃物台部11の速度V1が自動的にキャンセルされるので、同時加工を容易にすることが可能となる。
尚、本技術は、上記制御部に対応した機能をコンピューターに実現させる制御プログラム、この制御プログラムを記録したコンピューター読み取り可能な媒体、上記制御部に対応した工程を含む制御方法、等に適用可能である。
ところで、本技術は、支持体(例えば刃物台テーブル40)に対して移動体(例えば第三刃物台部13)を案内方向(X方向)へ摺動させるための工作機械用嵌合構造ST1であって、
前記支持体(40)には、該支持体(40)から離れるほど拡がった断面台形状のアリ部材45が長手方向を前記案内方向(X方向)に向けて固定され、
前記移動体(13)における前記支持体(40)への対向面13cには、前記アリ部材45が摺動可能に挿入されるアリ溝15が形成され、
該アリ溝15の外縁部13dにおいて前記対向面13cが非接触面とされている、態様も有する。
図5を参照して説明したように、嵌合構造ST1は、アリ溝15の外縁部13dにおいて移動体(13)における支持体(40)への対向面13cがアリ部材45に接触しない構造を有している。これにより、前記対向面13cと直交する方向(Z方向)において、支持体(40)の裏面40dから移動体13の対向面13cまでの厚みTH1がほぼ被取付部947(図9参照)の分薄くて済む。従って、本態様は、嵌合構造を小型化することができ、工作機械の大型化を抑制することができる。尚、移動体は、第三刃物台部等、ワークを加工するために用いられる移動体でもよい。
(2)工作機械の構成の具体例:
図1は、本技術の工作機械の具体例であるNC旋盤1を模式的に示している。図2は、NC(数値制御)装置70とともに刃物台本体10の外観を模式的に示している。図3は、NC装置70とともに刃物台2の要部を模式的に示している。NC旋盤1は、主軸80(正面主軸81と背面主軸82)、ガイドブッシュ85、複数の刃物台2,3、NC装置70、等を備えている。尚、本具体例に用いられるモータは、数値制御可能なサーボモータである。主軸80、ガイドブッシュ85、刃物台2,3、及び、工具T0の主要部は、例えば金属で形成することができる。
正面主軸81は、Z1軸方向へ挿入された円柱状(棒状)のワークW1を解放可能に把持し、C1軸周りに、すなわち、ワークW1の長手方向に沿う軸心AX1を中心としてワークW1を回転させる。正面主軸81は、図示しない正面主軸台テーブルに設けられ、Z1軸方向(自らの軸心方向)へ移動可能とされている。ガイドブッシュ85は、正面主軸81を貫通した長手状のワークW1をZ1軸方向へ摺動可能に支持し、正面主軸81と同期してC1軸周りに回転駆動される。背面主軸82は、Z2軸方向へ挿入された正面加工後のワークW1を解放可能に把持し、C2軸周りに、すなわち、正面主軸の軸心AX1に沿う軸心を中心として正面加工後のワークW1を回転させる。背面主軸82は、図示しない背面主軸台テーブルに設けられ、Z2軸方向(自らの軸心方向)及びX2軸方向へ移動可能とされている。
図1等に示す刃物台2は、複数の工具T0がくし歯状に並ぶように刃物台本体10をくし形刃物台テーブル40に取り付けたくし形刃物台である。くし形刃物台は、多数の工具T0を配置可能であり、これにより多機能を有し、且つ、安価である。本技術は、このくし形刃物台の利点を生かしつつ、さらに同時加工を可能にする特徴を有する。刃物台2に取り付けられる工具T0は、回転不能に固定されたバイト等の固定工具T1、及び、回転ドリルのように回転する回転工具T2の両方を含み、工具ユニットとして刃物台本体10に対して着脱可能に取り付けられてもよい。刃物台本体10は、ワークW1の正面加工と背面加工の両方が可能であり、X1軸方向及びY1軸方向へ移動可能とされている。本具体例は、刃物台本体10がX3軸方向へ移動可能な第三刃物台部13を備える特徴を有する。図1に示す背面加工用刃物台3は、ワークW1の背面加工用の刃物台であり、複数の回転工具T2がZ2軸方向と直交する方向、及び、Y2軸方向へ並べられている。背面加工用刃物台3は、Y2軸方向へ移動可能とされている。
尚、X1,X2,X3軸はX方向における位置を制御するための制御軸を意味し、Y1,Y2軸はY方向における位置を制御するための制御軸を意味し、Z1,Z2軸はZ方向における位置を制御するための制御軸を意味し、C1,C2軸はZ方向に沿った仮想軸を中心とする回転の位置を制御するための制御軸を意味する。従って、X1,X2,X3軸方向はX方向に沿った同じ向きであり、Y1,Y2軸方向はY方向に沿った同じ向きであり、Z1,Z2軸方向はZ方向に沿った同じ向きである。X方向とY方向とZ方向は、互いに異なる方向であればよく、移動制御のし易さの点から実質的に直交しているのが好ましいものの、直交する方向から例えば45°以下の角度でずれた方向でもよい。
NC装置(制御部)70は、主軸80、ガイドブッシュ85、刃物台2,3、等のNC旋盤1の各部の動作を制御する。図3に示すNC装置70は、CPU(Central Processing Unit)71に、ROM(Read Only Memory)72及びRAM(Random Access Memory)73からなる半導体メモリー、図示しない時計回路やインターフェイス(I/F)、等が接続されたコンピューターとされている。ROM72には、NC(数値制御)プログラムに記述される複数のコマンドを解釈して実行する機能をコンピューターに実現させる解釈実行プログラムが書き込まれている。RAM73には、ユーザーが作成したNCプログラムが格納される。NC装置70は、図示しない操作パネルの入力部から各種設定の操作入力を受け付け、操作パネルの出力部から設定の内容やNC旋盤1に関する各種情報を表示する。
刃物台本体10は、基部14、第一刃物台部11、第二刃物台部12、第三刃物台部13、及び、相対駆動部30を有している。第一刃物台部11に設けられた第一の工具取付部21と、第二刃物台部12及び第三刃物台部13に設けられた第二の工具取付部22とは、X方向(対向方向)においてワークW1を挟んで互いに対向している。刃物台本体10は、X1軸方向及びY1軸方向へ移動可能な刃物台テーブル40に設けられ、本体駆動部50により刃物台テーブル40とともにX1軸方向及びY1軸方向へ駆動される。
基部14は、長手方向をX方向に向けて刃物台テーブル40にねじで固定され、Y方向(工具並び方向)における第一刃物台部11の端部11aと、Y方向における第二刃物台部12の端部12aと、を繋いでいる。基部14は、第一刃物台部11及び第二刃物台部12が設けられた内側面14cに第三の工具取付部23を有している。第三の工具取付部23は、X方向へ複数の工具T0を並べることが可能な部位である。図2に示す基部14の内側面14cには、工具T0をユニット化した工具ユニットを着脱可能に取り付けるための工具ユニット装着部14eが複数設けられている。工具ユニット装着部14eには、回転工具T2をユニット化した回転工具ユニット、ねじ切り用のスレッドワーリングユニット、すりわり形成用のスロッティングユニット、多角柱形成用のポリゴン加工ユニット、等を取り付け可能である。複数の工具ユニット装着部14eに一つの工具ユニットが取り付けられてもよい。また、基部14の内側面14cには、工具ユニット装着部14eからX方向外側となる位置に刃物台部11,12の接続部14a,14bが設けられている。
図2に示す基部14の外側面14dには、回転工具T2を回転駆動するための工具回転駆動モータ25、及び、第二刃物台部12に含まれる旋回ユニットUB1を旋回駆動するための旋回駆動モータ26がねじで固定されている。図示していないが、基部14及び第一刃物台部11には、第一の工具取付部21に取り付けられる回転工具T2にモータ25からの回転駆動力を伝達する第一の動力伝達機構が設けられている。また、基部14及び第二刃物台部12には、第二の工具取付部22に取り付けられる回転工具T2にモータ25からの回転駆動力を伝達する第二の動力伝達機構が設けられている。さらに、基部14には、第三の工具取付部23に取り付けられる回転工具T2にモータ25からの回転駆動力を伝達する第三の動力伝達機構、及び、旋回ユニットUB1にモータ26からの旋回駆動力を伝達する第四の動力伝達機構が設けられている。従って、工具回転駆動モータ25は、工具取付部21,22,23に取り付けられた回転工具T2を回転駆動する。旋回駆動モータ26は、Y方向に沿った旋回軸AX2を中心として旋回ユニットUB1を旋回駆動する。図1には、旋回ユニットUB1の制御軸をB軸と表している。スリーブホルダSH1及び第三刃物台部13は、旋回しない。
図2に示す第一刃物台部11は、基部14の接続部14aからの突出方向を略Y方向に向けて刃物台テーブル40にねじで固定されている。第一刃物台部11における刃物台部12,13への対向面11cには、工具T0がY方向へ並べられる第一の工具取付部21が設けられている。図2に示す第一の工具取付部21には、第一刃物台部11の端部11a側において複数の回転工具T2が取り付けられ、第一刃物台部11の端部11b側において複数の固定工具T1が取り付けられている。むろん、端部11a側に固定工具T1を取り付け端部11b側に回転工具T2を取り付ける等、工具取付部21に取り付けられる複数の工具は様々な組合せが可能である。前記接続部14aからの突出方向において第一刃物台部11の端部11bから先には、別の刃物台部は無い。
尚、刃物台部11,13の工具T0を用いてワークW1を同時加工する際、刃物台テーブル40からの第三刃物台部13の突出量を少なくした方がよい。このため、第一刃物台部11に取り付けられる工具T0のX方向における位置と第三刃物台部13に取り付けられる工具T0のX方向における位置をなるべく近付ける方がよい。
図2に示す第二刃物台部12は、基部14の接続部14bからの突出方向を略Y方向に向けて刃物台テーブル40に取り付けられている。第二刃物台部12における第一刃物台部11への対向面12cには、工具T0がY方向へ並べられる第二の工具取付部22の一部が設けられている。図2に示す第二刃物台部12には、端部12a側に旋回ユニットUB1が設けられ、端部12b側にスリーブホルダSH1が設けられている。旋回ユニットUB1には、複数の回転工具T2が取り付けられている。スリーブホルダSH1には、複数の工具を取り付けることが可能である。前記接続部14bからの突出方向において第二刃物台部12の端部12bから先には、第三刃物台部(移動体)13が設けられている。図3に示すように、第三刃物台部13は、刃物台テーブル40に対してX3軸方向へ移動可能に設けられ、相対駆動部30によりX3軸方向へ駆動される。図2に示すように、第三刃物台部13には、工具T0がY方向へ並べられる第二の工具取付部22の残りが設けられている。図2に示す第三刃物台部13には、複数の固定工具T1が設けられている。むろん、工具取付部22に取り付けられる複数の工具も様々な組合せが可能である。前記接続部14bからの突出方向において第三刃物台部13から先には、別の刃物台部は無い。
第一刃物台部11と第二刃物台部12とは、同じ刃物台テーブル40に対してX方向へ移動しないように設けられているので、X方向における相対的な間隔L1が一定である。一方、第三刃物台部13は、刃物台テーブル40に対してX方向へ移動可能に設けられているので、X方向において第一刃物台部11との相対的な間隔L2が変わり得る。
尚、ワークW1を精度よく同時加工するためには、第一刃物台部11に取り付けられた工具T0と第三刃物台部13に取り付けられた工具T0とのY,Z方向における位置を調整する手段があるとよい。この調整手段として、例えば、刃物台部11,13に工具T0を取り付けるときに隙間に挿入するシム(shim)を用いると、工具T0のY,Z方向における位置を微調整することができる。
図3に示す相対駆動部30は、X3軸駆動モータ31、及び、回転運動を直線運動に変換する機構等を有している。X3軸駆動モータ31は、刃物台テーブル40における第三刃物台部13への対向面40cにねじで固定されている。第三刃物台部13は、刃物台テーブル40の対向面40cに沿ってX3軸方向の往復両方向へ移動可能である。相対駆動部30は、NC装置70の制御に従って、第一刃物台部11に対して相対的に第三刃物台部13をX方向へ移動させる。
図1に示す刃物台テーブル40は、ガイドブッシュ85が挿入される開口部40aを有し、刃物台部11,12,13への対向面40cに刃物台部11,12及びX3軸駆動モータ31が取り付けられている。刃物台テーブル40は、図3に示す本体駆動部50に駆動されることによりX1軸方向及びY1軸方向へ移動する。
本体駆動部50は、例えば、ベース60に対してX方向へ摺動可能に設けられたスライドベース62、このスライドベース62をX1軸方向へ移動させるX1軸駆動部51、及び、スライドベース62に対してY方向へ摺動可能に設けられた刃物台テーブル40をY1軸方向へ移動させるY1軸駆動部53を有する。刃物台テーブル40におけるスライドベース62への対向面(裏面40d)には、長手方向をY方向に向けたスライドレール41が設けられている。スライドベース62における刃物台テーブル40への対向面62cには、スライドレール41に沿って摺動するY軸ガイド部材63が設けられている。尚、スライドレールとY軸ガイド部材は、入れ替え可能である。Y1軸駆動部53は、Y1軸駆動モータ54、及び、回転運動を直線運動に変換する機構等を有し、スライドベース62に対して刃物台テーブル40を刃物台本体10とともに相対的にY1軸方向の往復両方向へ移動させる。図示していないが、スライドベース62とベース60との間には、前記スライドレール41及び前記Y軸ガイド部材63と同様のスライドレール及びX軸ガイド部材が設けられている。X1軸駆動部51は、X1軸駆動モータ52、及び、回転運動を直線運動に変換する機構等を有し、ベース60に対してスライドベース62を刃物台テーブル40とともに相対的にX1軸方向の往復両方向へ移動させる。従って、本体駆動部50は、刃物台本体10をX方向及びY方向へ移動させる。
NC装置70は、NCプログラムに記述された複数のコマンドに従って本体駆動部50の動作を制御することにより、刃物台本体10のX1軸方向及びY1軸方向の移動を数値制御する。また、NC装置70は、NCプログラムに記述された複数のコマンドに従って相対駆動部30の動作を制御することにより、第三刃物台部13のX3軸方向の移動を数値制御する。
ところで、図1に示すように刃物台テーブル40はガイドブッシュ85を囲む部材であるので、第三刃物台部13をX3軸方向へ移動させる構造を含めた刃物台テーブル40の厚み(Z方向の長さ)が厚くなると、ワークW1を供給する正面主軸81からガイドブッシュ85までの距離が長くなる。この距離が長くなれば、ワークW1の残材が多くなってしまい、ワークW1に加わる荷重も大きくなってしまう。しかし、強度を確保するため、第三刃物台部13をX3軸方向へ移動させる構造を除いた部分の刃物台テーブル40を薄くすることはできない。そこで、図4,5に示すように、刃物台テーブル40に対して第三刃物台部13をX3軸方向へ移動させるための特殊な嵌合構造ST1を用いている。
図4は、アリ部材45とアリ溝15を用いた嵌合構造ST1を模式的に示している。判り易く示すため、刃物台テーブル40を断面視している。図5は、嵌合構造ST1をX方向に対する垂直面で模式的に断面視している。嵌合構造ST1は、ダブテール(dovetail)形の構造であり、刃物台テーブル(支持体)40に固定されたアリ部材45が第三刃物台部(移動体)13のアリ溝15に対して摺動可能に挿入された構造である。本具体例の嵌合構造ST1は、アリとアリ溝を用いた従来の嵌合構造とは異なり、図9で示した被取付部947がアリ部材45に無いという特徴を有する。
図5に示すアリ部材45は、刃物台テーブル40から離れるほど拡がった断面台形状であり、上底部45aの幅(Y方向の長さ)が下底部45bの幅よりも広く、傾斜面45c,45dが上底部45aから下底部45bに向かうにつれて近付く傾斜を有している。アリ部材45には、上底部45aから下底部45bに向かってねじSC1を通すための貫通穴が形成されている。アリ部材45は、長手方向をX方向(対向方向)に向けて刃物台テーブル40の対向面40cにねじSC1で固定される。アリ溝15は、アリ部材45が摺動可能に挿入される断面台形状であり、第三刃物台部13における刃物台テーブル40への対向面13cに形成されている。この対向面13cにおけるアリ溝15の幅は底部15aの幅よりも狭くされ、傾斜面15c,15dが対向面13cから底部15aに向かうにつれて遠ざかる傾斜を有している。アリ溝15には、アリ部材45との隙間を調整するための長尺なギブ(隙間調整部材)16が挿入される。
図4等に示すギブ16は、カミソリとも呼ばれ、断面が平行四辺形状であり、基端部16bから先端部16aに向かって厚みが漸減している。一方、アリ溝15の幅(Y方向の間隔)は、基端部16b側から先端部16a側に向かって漸減している。従って、アリ溝15に対してギブ16のX方向における位置を調整することにより、アリ溝15とアリ部材45とのごく僅かな隙間を調整することができる。
本具体例は、アリ溝15にギブ16とアリ部材45が挿入されたときにアリ溝15の外縁部13dにおいて対向面13cが非接触面とされる特徴を有する。図5に示す例では、アリ部材の上底部45aとアリ溝の底部15aとが接触し、アリ部材の傾斜面45cとアリ溝の傾斜面15cとが接触し、アリ部材の傾斜面45dとギブ16とが接触し、このギブ16とアリ溝の傾斜面15dとが接触している。これらの接触面が荷重を受ける部分である。一方、刃物台テーブル40の対向面40cと第三刃物台部13の対向面13cとの間には、ごく僅かに隙間CL1が形成されている。従って、刃物台テーブルの対向面40c、及び、第三刃物台部の対向面13cは、非接触面である。アリ溝の外縁部13dにおける第三刃物台部の対向面13cがアリ部材45に接触しない構造であることにより、ごく僅かな隙間CL1があるものの、Z方向において刃物台テーブルの裏面40dから第三刃物台部の対向面13cまでの厚みTH1がほぼ刃物台テーブル40の厚みで済む。
(3)具体例に係る工作機械の動作、作用、及び、効果:
以下、図1〜7を参照して旋盤1の動作を説明する。
第一の工具取付部21(第一刃物台部11)に取り付けられた工具T0の一つを用いてワークW1を加工する場合、使用対象の工具T0の位置をワークW1に合わせるように刃物台本体10のX方向及びY方向における位置を数値制御することになる。刃物台本体10のX方向における位置は、NC装置70がX1軸駆動部51を駆動させて刃物台本体10をX1軸方向へ移動させることにより制御することができる。刃物台本体10のY方向における位置は、NC装置70がY1軸駆動部53を駆動させて刃物台本体10をY1軸方向へ移動させることにより制御することができる。
第二の工具取付部22(刃物台部12,13)、又は、第三の工具取付部23(基部14)に取り付けられた工具T0の一つを用いてワークW1を加工する場合も、使用対象の工具T0の位置をワークW1に合わせるように刃物台本体10のX方向及びY方向における位置を数値制御することになる。同様に、NC装置70が上記駆動部51,53を駆動させて刃物台本体10をX1,Y1軸方向へ移動させることにより刃物台本体10の位置を制御することができる。
次に、第一刃物台部11に取り付けられた工具T0と第三刃物台部13に取り付けられた工具T0を同時に用いてワークW1を加工する場合について、説明する。
第一刃物台部11に取り付けられた使用対象の工具T0の位置をワークW1に合わせるためには、刃物台本体10の全体をX1,Y1軸方向へ数値制御すればよい。刃物台本体10のX方向における位置については、NC装置70がX1軸駆動部51を駆動させて刃物台本体10をX1軸方向へ移動させることにより制御することができる。刃物台本体10のY方向における位置については、NC装置70がY1軸駆動部53を駆動させて刃物台本体10をY1軸方向へ移動させることにより制御することができる。図6には、同時加工時の刃物台本体10の様子を模式的に示している。
第三刃物台部13に取り付けられた使用対象の工具T0の位置をワークW1に合わせるためには、第三刃物台部13をX3軸方向へ数値制御する必要がある。第三刃物台部13のX方向における位置については、NC装置70が相対駆動部30を駆動させて第三刃物台部13を刃物台テーブル40に対して相対的にX3軸方向へ移動させることにより制御することができる。
例えば、図7(a),(b)に示すように、X方向において第一刃物台部11を速度V1で移動させるのと同時に第三刃物台部13を速度V2で移動させることにする。この場合、第一刃物台部11について、NC装置70は、X1軸の制御量を速度V1にする、すなわち、X1軸方向へ速度V1で移動させる制御を本体駆動部50に行うようにすればよい。一方、第三刃物台部13について、NC装置70は、X3軸の制御量を速度(V2−V1)にする、すなわち、X方向へ速度(V2−V1)で移動させる重畳制御を相対駆動部30に行うようにすればよい。これにより、第三刃物台部13をX方向へ速度V2で移動させる際に第一刃物台部11の速度V1が自動的にキャンセルされる。
図7(a)〜(c)は、ワークW1の同時加工の例を模式的に示している。
図7(a)は、第一刃物台部11に取り付けられたバイト(固定工具T1)と第三刃物台部13に取り付けられたバイト(T1)とでバランスカットを行う例を示している。バランスカットは、同時旋削の一例であり、ワークの両側に荒挽きバイトと仕上げバイトを同時に当ててワークを同時加工する旋削法である。例えば、NC装置70は、使用対象の両バイトのY方向における位置がワークW1に合うように刃物台本体10のY1軸の位置を制御し、両バイトでバランスカットが行われるように刃物台本体10のX1軸の位置、及び、第三刃物台部13のX3軸の位置を制御すればよい。正面主軸81とガイドブッシュ85については、バイトがワークW1に接触する前にC1軸周りに回転させておけばよい。
図7(b)は、第一刃物台部11に取り付けられたクロスドリル(回転工具T2)と第三刃物台部13に取り付けられたクロスドリル(T2)とで同時穴明けを行う例を示している。同時穴明けは、ワークの両側にクロスドリルを同時に当ててワークの側面に穴を形成する加工法である。例えば、NC装置70は、使用対象の両クロスドリルのY方向における位置がワークW1に合うように刃物台本体10のY1軸の位置を制御し、両クロスドリルで同時穴明けが行われるように刃物台本体10のX1軸の位置、及び、第三刃物台部13のX3軸の位置を制御すればよい。正面主軸81とガイドブッシュ85については、クロスドリルがワークW1に接触する前にC1軸周りの回転を停止させておけばよい。図示していないが、ワークの側面に形成された両穴の内側にタップを同時に当ててねじを刻む同時タップも、同様の制御を行うことができる。
図7(c)は、第一刃物台部11に取り付けられたエンドミル(回転工具T2)と第三刃物台部13に取り付けられたエンドミル(T2)とでHカットを行う例を示している。Hカットは、同時ミーリングの一例であり、ワークの両側を平行に切削する加工法である。例えば、NC装置70は、使用対象の両エンドミルのX方向における位置がワークW1に合うように刃物台本体10のX1軸の位置、及び、第三刃物台部13のX3軸の位置を制御し、両エンドミルでHカットが行われるように刃物台本体10をY1軸方向へ移動制御すればよい。正面主軸81とガイドブッシュ85については、クロスドリルがワークW1に接触する前にC1軸周りの回転を停止させておけばよい。
同時加工時には、図1,6に示すように、第一刃物台部11と第三刃物台部13とのX方向における間隔L2が狭まる一方、第一刃物台部11と第二刃物台部12とのX方向における間隔L1は狭まらない。これにより、刃物台部11,12の工具T0間の空間SP1が維持される。第二刃物台部12は第三刃物台部13よりも基部14に近いので、X方向において多くの工具T0を基部14に配置することができ、第一刃物台部11と第二刃物台部12との間に取り付ける工具T0の配置の自由度も高い。従って、本旋盤1は、同時加工可能であるうえ、工具配置の自由度が高い。
また、図5等に示すように、刃物台テーブル40に対して第三刃物台部13をX方向へ相対的に移動させる嵌合構造ST1に図9で示したような被取付部947の無いアリ部材45を用いている。このため、Z方向において、刃物台テーブル40の裏面40dから第三刃物台部の対向面13cまでの厚みTH1がほぼ被取付部947の分薄くて済む。従って、本旋盤1は、大型化が抑制され、ワークの残材が少なくなり、ワークに加わる荷重の増加が抑制される。
(4)変形例:
本技術は、種々の変形例が考えられる。
例えば、本技術を適用可能な旋盤は、ガイドブッシュが無く主軸に把持されるワークを加工する旋盤でもよい。また、本技術は、ワークの正面加工を行う場合の他、ワークの背面加工を行う場合にも適用可能である。さらに、本技術は、旋盤以外の工作機械にも適用可能である。
本技術を適用可能な刃物台は、くし形刃物台以外にも、タレット等でもよい。
刃物台本体及び刃物台テーブルは、Y方向へ移動せずX方向へのみ移動可能でもよい。本体駆動部は、刃物台本体及び刃物台テーブルの移動方向に合わせて駆動を行えばよい。
第三刃物台部は、複数の第二刃物台部に挟まれる位置に設けられてもよい。例えば、Y方向において、第三刃物台部と基部との間に第二刃物台部の一つがあり、第三刃物台部から見て基部とは反対側に別の第二刃物台部があってもよい。
尚、第三刃物台部と基部との間に第二刃物台部があるとX方向において多くの工具を基部に配置することができるので好適であるものの、第三刃物台部が第二刃物台部よりも基部に近くても同時加工可能な工作機械において工具配置の自由度を向上させるという基本的効果が得られる。また、基部が無くても前記基本的効果が得られる。
さらに、アリ部材45とアリ溝15との嵌合構造ST1が無くても、上記基本的効果が得られる。一方、アリ部材45とアリ溝15との嵌合構造ST1があれば、刃物台本体に第三刃物台部及び相対駆動部が無くても、工作機械の大型化を抑制することができるという、別の基本的効果が得られる。
(5)結び:
以上説明したように、本発明によると、種々の態様により、同時加工可能な工作機械において工具配置の自由度を向上させることが可能な技術等を提供することができる。むろん、従属請求項に係る構成要件を有しておらず独立請求項(実施形態に記載した態様を含む。)に係る構成要件のみからなる技術でも、上述した基本的な作用、効果が得られる。
また、上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も実施可能である。本発明は、これらの構成等も含まれる。
1…旋盤(工作機械)、2,3…刃物台、10…刃物台本体、
11…第一刃物台部、11a,11b…端部、11c…対向面、
12…第二刃物台部、12a,12b…端部、12c…対向面、
13…第三刃物台部(移動体)、13c…対向面、13d…外縁部、
14…基部、14a,14b…接続部、14c…内側面、14d…外側面、
15…アリ溝、15a…底部、15c,15d…傾斜面、16…ギブ、
21…第一の工具取付部、22…第二の工具取付部、23…第三の工具取付部、
30…相対駆動部、31…X3軸駆動モータ、
40…刃物台テーブル(支持体)、40a…開口部、40c…対向面、40d…裏面、
45…アリ部材、45a…上底部、45b…下底部、45c,45d…傾斜面、
50…本体駆動部、51…X1軸駆動部、52…X1軸駆動モータ、
53…Y1軸駆動部、54…Y1軸駆動モータ、
60…ベース、62…スライドベース、62c…対向面、63…Y軸ガイド部材、
70…数値制御装置(制御部)、
80…主軸、81…正面主軸、82…背面主軸、85…ガイドブッシュ、
AX1…軸心、CL1…隙間、SP1…空間、
ST1…嵌合構造、
T0…工具、T1…固定工具、T2…回転工具、
W1…ワーク。

Claims (5)

  1. ワークを把持して所定方向へ移動可能な主軸と、
    前記所定方向とは異なる所定の対向方向において前記ワークを挟んで互いに対向した第一及び第二の工具取付部を有し、少なくとも前記対向方向へ移動可能な刃物台本体と、
    該刃物台本体を少なくとも前記対向方向へ移動させる本体駆動部と、
    数値制御装置と、を備え、
    前記刃物台本体は、
    前記第一の工具取付部を有する第一刃物台部と、
    前記第二の工具取付部の一部を有し、前記対向方向における前記第一刃物台部との相対的な間隔が一定である第二刃物台部と、
    前記第二の工具取付部の残りを有し、前記対向方向において前記第一刃物台部との相対的な間隔を変更可能に設けられた第三刃物台部と、
    前記第一刃物台部に対して相対的に前記第三刃物台部を前記対向方向へ移動させる相対駆動部と、を備え
    前記数値制御装置は、前記本体駆動部の動作を制御して前記刃物台本体の前記対向方向の移動を数値制御し、前記相対駆動部の動作を制御して前記第三刃物台部の前記対向方向の移動を数値制御する、工作機械。
  2. 前記第一の工具取付部は、前記対向方向とは異なる工具並び方向へ工具が並べられる部位であり、
    前記刃物台本体は、前記工具並び方向における前記第一刃物台部の端部と、前記工具並び方向における前記第二刃物台部の端部と、を繋ぐ基部を備え、
    前記第三刃物台部は、前記工具並び方向において前記第二刃物台部を挟んで前記基部から離隔している、請求項1に記載の工作機械。
  3. 前記基部は、前記第一刃物台部及び前記第二刃物台部が設けられた側に第三の工具取付部を有する、請求項2に記載の工作機械。
  4. 前記刃物台本体は、少なくとも前記対向方向へ移動可能な刃物台テーブルに設けられ、
    前記刃物台テーブルには、該刃物台テーブルから離れるほど拡がった断面台形状のアリ部材が長手方向を前記対向方向に向けて固定され、
    前記第三刃物台部における前記刃物台テーブルへの対向面には、前記アリ部材が摺動可能に挿入されるアリ溝が形成され、
    該アリ溝の外縁部において前記対向面が非接触面とされている、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の工作機械。
  5. 前記数値制御装置は、前記対向方向において前記第一刃物台部を速度V1で移動させるのと同時に前記第三刃物台部を速度V2で移動させる場合、前記第一刃物台部を前記対向方向へ前記速度V1で移動させる制御を前記本体駆動部に行い、前記第三刃物台部を前記対向方向へ速度(V2−V1)で移動させる制御を前記相対駆動部に行う、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の工作機械。
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