JP6727220B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、熱変位測定機能を備えた工作機械に関する。

ＮＣ旋盤では、主軸が保持するワークを回転させながら、主軸の回転軸線に垂直な切り込み方向にバイトを移動させてワークに当接させ、主軸もしくはバイトを相対的に主軸軸線方向に送ることでワークが加工される。こうしたＮＣ旋盤では、バイトホルダに固定されたバイトを切り込み方向に送るとき、バイトホルダの駆動手段たるボールねじの発熱等の熱による伸びのために、バイトホルダの切り込み方向の位置がＮＣ装置により指示される位置に対して変化してしまう。こうした熱変位によって加工精度が低下するため、バイトの切り込み方向の熱変位を測定し、これに基づいてバイトホルダの切り込み量を補正するようにしたＮＣ旋盤が開発されている。

特許文献１には、バイトホルダに装着された突切バイトで突切加工を行う際に、バイトの切り込み方向の熱変位を測定するようにした旋盤が記載されている。特許文献１の発明では、切り込み方向にバイトの先端が主軸の回転軸線を超えた位置を突切工程の終点にあるとき、バイトホルダ側の基準面がタッチセンサに当接してＯＮ状態となり、基準面がセンサから離反することによってＯＦＦ状態となり、センサがＯＦＦとなるときのバイトの位置（送りモータの回転位置）を測定することによって熱変位を測定するようになっている。

特許第５２４８０３０号公報

特許文献１の発明によれば、熱変位を簡単な構成で測定することが可能となるが、突切工程毎に基準面がタッチセンサに当接することになるので、タッチセンサが早期に損耗してしまう問題がある。

本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、高精度に熱変位を測定可能としながら、センサが早期に損耗してしまうことを防止した工作機械を提供することを目的としている。

本発明は、ワークを保持する主軸と、前記ワークを加工する工具を配置した刃物台とを備え、前記主軸と前記刃物台とを互いに相対的に移動自在にベッドに配置し、前記ベッドと、前記主軸または前記刃物台との間に、前記主軸と前記刃物台との相対的な移動の際の前記ベッドに対する、前記主軸または前記刃物台の変位量を測定する測定手段を設けた工作機械において、
前記測定手段は、前記ワークから加工された部品を切り離す突切加工の際に、突切加工用の工具が、前記突切加工の終了位置を超えて送られるように、前記刃物台と前記主軸とを相対的に移動させ、この移動位置で前記変位量の測定を行うことができるように配置されており、前記主軸と前記刃物台とを前記移動位置へ突切加工毎ではなく断続的に相対的に移動させて前記変位量を測定することを特徴とする。

本発明によれば、ワークの加工位置とは異なる位置への工具の配置に応じた、主軸と工具との相対的な移動によって、主軸と工具との相対的な移動の際のベッドに対する、主軸または刃物台の変位量を測定するようにしたので、突切工程毎に基準面がタッチセンサに当接する従来技術とは異なり、測定手段の物理的な接触を測定時のみに限定することができ、測定手段の損耗を抑制し、その寿命を延ばすことが可能となる。

本発明の実施形態による工作機械の要部を正面から見た略図である。 本発明の実施形態による工作機械の要部を下から見た略図である。 図２の実施形態の作用を説明するための模式図である。

図１において、工作機械１０は、ベッドと一体的に構成される刃物台支持体１２、ベッドに搭載された主軸台（図示せず）、刃物台支持体１２に取り付けられたＸ軸リニアガイド１６、１８に取り付けられ、刃物台支持体１２に対してＸ軸方向に摺動自在に設けられた刃物台２０、２２、刃物台２０、２２に取り付けられたバイトホルダ２４、２６を有する。なお、前記主軸台は、図１において破線で示す主軸１１が、主軸回転駆動機構（図示せず）により回転軸線Ｏを中心に回転駆動自在に支持され、Ｚ軸方向に延びるＺ軸ボールネジ（図示せず）およびＺ軸駆動モータ（図示せず）によってＺ軸方向に往復動可能な従来公知の構成を有している。

図２に示すように、Ｘ軸リニアガイド１６、１８は、刃物台支持体１２に固定されＸ軸方向に延びるレール１６ａ、１８ａと、該レール１６ａ、１８ａにスライド自在に装着されたスライド子１６ｂ、１８ｂとを有し、刃物台２０、２２はスライド子１６ｂ、１８ｂに取り付けられている。刃物台２０、２２と刃物台支持体１２との間には、Ｘ軸方向に延びる独立のＸ軸ボールネジ（図示せず）が装着され、刃物台２０、２２の各々は、従来公知のように、Ｘ軸ボールネジに取り付けられた個々のＸ軸駆動モータ（図示せず）によって、レール１６ａ、１８ａに沿ってＸ軸方向（左右方向）に独立して往復動可能となっている。またバイトホルダ２４、２６の各々には、加工用の工具となる所定の突っ切りバイト２８、バイト３０が取り付けられる。

刃物台支持体１２の前方１２ａ側には中空状のガイドブッシュ１４が装着されている。被加工物であるワークＷは、ガイドブッシュ１４にＺ軸方向に挿通、案内され、ガイドブッシュ１４よりも前方に突出するように、主軸１１の先端側にチャック等の保持手段によって保持される。主軸１１を回転駆動しながら、Ｘ軸駆動モータによって刃物台２０、２２をＸ軸方向に移動させることにより、バイト３０によってワークが旋削される。

長尺の棒材を材料とする場合、ガイドブッシュ１４から突出した棒材部分を加工し、加工が完了すると、加工済の製品が突っ切りバイト２８によって突っ切られ棒材から切り離される。材料が回転しているため、突っ切りバイト２８を主軸１１の回転軸線Ｏ（Ｘ座標が０）までＸ軸方向に送ることによって、前記製品は棒材から切り離される。ただし、突っ切り不良等を避けるため、主軸１１の回転軸線Ｏを若干越えた突切終了位置まで送ることで突っ切り工程が完了する。図２は、突切バイト２８の先端が、Ｘ軸方向に工作機械１０の主軸１１の回転軸線Ｏを超えた突切終了位置にある状態で示されている。

刃物台支持体１２のガイドブッシュ１４の装着部分の下面には、測定手段として接触式のセンサ３２が取り付けられている。センサ３２は、工作機械１０のＮＣ装置のような制御装置（図示せず）に接続されており、Ｘ軸方向に進退可能に設けられた検知棹３２ａを有しており、該検知棹３２ａの移動量を測定することによって変位を計測することができる変位センサとすることができる。センサ３２は、突っ切りバイト２８の先端が、突切終了位置を超えて更にＸ軸方向に所定距離移動した位置にあるとき、その検知棹３２ａが刃物台２０の当接面２０ａに当接するように配置されている。検知棹３２ａが当接面２０ａによってセンサ３２の本体内部に押し込まれると、センサ３２は、検知棹３２ａの移動量または押し込み量を測定する。つまり、センサ３２は、突っ切りバイト２８の移動方向に見たときに固定側となる刃物台支持体１２（ベッド）に対する、移動側である刃物台２０の位置を検出して変位量を測定する。

以下、図３を参照して、本実施形態の作用を説明する。
図３において、Ｘ＝０は、三点鎖線で示すように、突っ切りバイト２８の先端が主軸１１の回転軸線Ｏ（図１）上にある位置を示している。突切工程は、突っ切りバイト２８の先端が、Ｘ＝０を超えて更に所定距離Ｘ₁だけ移動した突切終了位置（Ｘ＝Ｘ₁）において終了する。通常の加工では、突っ切りバイト２８の先端が突切終了位置（Ｘ＝Ｘ₁）に到達すると、刃物台２０は、Ｘ軸に沿って棒材から離れる方向に送られ、次の加工工程の準備がなされる。

本実施形態では、熱変位を測定するときには、突っ切りバイト２８は、前記ワークの加工位置とは異なる位置として、突切終了位置（Ｘ＝Ｘ₁）を超えてＸ軸方向に更に測定位置（Ｘ＝Ｘ₃）へ送られて配置される。突っ切りバイト２８が測定位置（Ｘ＝Ｘ₃）へ送られる間、測定開始位置（Ｘ＝Ｘ₂）において、刃物台２０の当接面２０ａがセンサ３２の検知棹３２ａに当接し、測定開始位置（Ｘ＝Ｘ₂）から測定位置（Ｘ＝Ｘ₃）へ送られる間、該検知棹３２ａがＸ軸方向に押し込まれる。

センサ３２は、検知棹３２ａの押し込み量（移動量）を工作機械１０のＮＣ装置へ送出する。同じ座標位置（Ｘ₃）への移動が指示されているのに対して、熱変位のため刃物台２０の実際の位置が座標位置（Ｘ₃）と異なると、測定開始位置（Ｘ＝Ｘ₂）が変動し、センサ３２の押し込み量（検知棹３２ａの移動量）が変わり、熱変位量の計測を行うことができる。

こうした熱変位測定は、突切加工毎に行うのではなく、一定時間をおいて定期的に或いは所定の周期で、断続的に行うことができる。例えば、当該工作機械１０の加工の開始時から一定の時間は高頻度に熱変位測定を行い、その後、時間の経過と共に測定頻度を低くするようにできる。

本実施形態によれば、測定位置（Ｘ＝Ｘ₃）が、主軸１１の回転軸線Ｏに関して突切終了位置（Ｘ＝Ｘ₁）よりも遠位に位置しているので、通常の突切加工では、刃物台２０の当接面２０ａは、センサ３２の検知棹３２ａに接触することはない。そして、熱変位測定を行う場合のみ、突っ切りバイト２８は刃物台２０と共に測定位置（Ｘ＝Ｘ₃）まで送られるので、センサ３２（検知棹３２ａ）と刃物台２０との物理的な接触を測定時のみに限定することができ、センサ３２の損耗を抑制し、その寿命を延ばすことが可能となる。

また、突っ切りバイト２８の前記ワークの加工位置とは異なる位置として、突切終了位置（Ｘ＝Ｘ₁）を突っ切り方向に延長する位置としたため、突切工程の終了に連続して、刃物台２０を突っ切り方向に移動させることで、突っ切りバイト２８を、前記ワークの加工位置とは異なる位置に容易に且つ円滑に、必要以上に不要な動作なく位置させることができ、通常の突切加工の動作を少し延長する程度の動作により、容易に熱変位測定を行うことができる。

既述の実施形態では、Ｘ軸方向に対向配置された刃物台２０、２２のうち、一方の刃物台２０側について熱変位を測定するように説明したが、本発明はこれに限定されず、他方の刃物台２２側についても、センサ３２とは独立のセンサ（図示せず）を設けることによって、同様に熱変位を測定するようにできる。更に、既述の実施形態では、主軸１１の回転軸線Ｏの方向に見たときに水平左右方向であるＸ軸送りの熱変位を測定するように説明したが、本発明はこれに限定されず、上下方向であるＹ軸方向にバイトを送るような構成の旋盤では、Ｙ軸方向に進退可能な検知棹を有したセンサを設けることによって、Ｙ軸送りの熱変位を測定するようにできる。更に、特許文献１にも記載されているように、バイトをＸ軸送りとＹ軸送りとを合成して送るような場合には、Ｘ軸送りとＹ軸送りの各々に独立のセンサを設けることによって、Ｘ軸送りとＹ軸送りの双方について熱変位を測定するようにできる。

１０ 工作機械
１１ 主軸
１２ 刃物台支持体
１２ａ 前面
１４ ガイドブッシュ
１６ Ｘ軸リニアガイド
１６ａ レール
１６ｂ スライド子
１８ Ｘ軸リニアガイド
１８ａ レール
１８ｂ スライド子
２０ 刃物台
２０ａ 当接面
２２ 刃物台
２４ バイトホルダ
２６ バイトホルダ
２８ 突っ切りバイト
３０ バイト
３２ センサ
３２ａ 検知棹

Claims (3)

1. ワークを保持する主軸と、
   前記ワークを加工する工具を配置した刃物台とを備え、
   前記主軸と前記刃物台とを互いに相対的に移動自在にベッドに配置し、
   前記ベッドと、前記主軸または前記刃物台との間に、前記主軸と前記刃物台との相対的な移動の際の前記ベッドに対する、前記主軸または前記刃物台の変位量を測定する測定手段を設けた工作機械において、
   前記測定手段は、前記ワークから加工された部品を切り離す突切加工の際に、突切加工用の工具が、前記突切加工の終了位置を超えて送られるように、前記刃物台と前記主軸とを相対的に移動させ、この移動位置で前記変位量の測定を行うことができるように配置されており、前記主軸と前記刃物台とを前記移動位置へ突切加工毎ではなく断続的に相対的に移動させて前記変位量を測定することを特徴とする工作機械。
2. 前記工作機械の起動時から所定時間は高頻度に相対位置を測定し、その後、時間の経過と共に測定頻度を低くするようにした請求項１に記載の工作機械。
3. 前記測定手段は、前記突切加工用の工具の送り方向に進退可能に設けられた検知棹を有し前記ベッドに固定された変位センサである請求項１または２に記載の工作機械。

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