JP6761259B2 - 加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、棒材を加工する加工装置に関する。

自動旋盤等の加工装置において、加工の材料となる棒材をフィーダーバー等の押圧部材で主軸方向に押圧することで、主軸に棒材を供給する材料供給装置が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。

比較的小径な棒材や樹脂製の棒材等では、軽量で可撓性を有するため、押圧部材の押圧力が大きすぎると、棒材が撓んでしまうことがあることから、小さな押圧力で押圧する場合がある。しかし、棒材が短くなって材料保持部が主軸内に達したときに、新たな加工のため主軸が保持力を解除した状態で材料を掴み替えるために後退すると、材料が主軸と供に後退し、加工不良となることがある。特に棒材を材料保持部で保持し、材料保持部を介して押圧部材が棒材を押圧する場合、材料保持部が主軸内で引っ掛かり、材料保持部と材料とが主軸と供に後退することがある。

特許第３３５７０８８号公報 実開平０３−１２３６０１号公報

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、材料の長さに応じて、材料を主軸へ供給する際の押圧力を制御して、材料の加工を安定して行うことが可能な加工装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る加工装置は、材料を保持する主軸と、前記主軸の後端側から前記材料を供給する材料供給部と、前記材料供給部が前記材料を前記主軸側に押圧する押圧力を制御する制御部とを備えた加工装置において、前記材料供給部は、前記材料の後端を保持する材料保持部を有し、前記制御部が、前記材料の軸線方向の長さ及び前記材料の性質に応じて前記材料の前記押圧力を制御するとともに、前記材料保持部が前記主軸内に達したときに、前記主軸が前記材料保持部を押し戻す力よりも前記押圧力が弱い場合、前記押圧力を、前記主軸が前記材料保持部を押し戻す力よりも強くするように構成されたことを特徴とする。

本発明に係る加工装置によれば、材料の長さに応じて材料を押圧する押圧部材の押圧力を制御することで、材料の撓みを抑制しつつ、突き当て部やフィンガーチャック等の部品への負荷を軽減することができる。また、位置合わせを高精度に行って主軸からの材料の突出量を所定長さに保つことができる。したがって、材料の加工を安定して行うことが可能な加工装置を提供することができる。

本発明に係る加工装置の一実施形態である材料供給装置を備えた自動旋盤を示す図である。 加工開始時の棒材が長い初期状態を示す図である。 加工によって棒材が初期状態よりも短くなった状態を示す図である。 加工によって棒材がより短くなり、フィンガーチャックが主軸内に達した状態を示す図である。

以下、本発明に係る加工装置である自動旋盤の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１に示されるように、本実施形態の自動旋盤１００は、自動旋盤本体１０と、材料である長尺の棒材２００を自動旋盤本体１０に供給する材料供給装置（材料供給部）５０と、自動旋盤本体１０及び材料供給装置５０の動作を数値制御するＮＣ制御装置８０とを備えている。

自動旋盤本体１０は、主軸２０と、ガイドブッシュ２１と、主軸用サーボモータ３０と、刃物台に装着されたバイト４０等の工具とを備えている。主軸２０は、チャックを介して棒材２００を保持して軸回りに回転させる。主軸２０は、軸方向に沿って移動可能に設けられている。ガイドブッシュ２１は、主軸２０から突出する棒材２００を支持する。主軸用サーボモータ３０は、ボールねじ３１を回転させることで、主軸２０を軸方向に沿って移動させる。主軸用サーボモータ３０は、ＮＣ制御装置８０の命令にしたがって駆動される。

材料供給装置５０は、自動旋盤本体１０の後方であって、主軸２０と一直線上に配置されている。材料供給装置５０は、多数の棒材２００をストックするとともに、そのストックされた棒材２００から１本ずつを順次、自動旋盤本体１０の主軸２０に後端側から自動的に供給する。以下、本明細書では、自動旋盤本体１０の方向を前、材料供給装置５０の方向を後とする。

材料供給装置５０は、押圧部材であるフィーダーバー６０と、フィーダーバー６０を駆動する駆動部７０とを備えている。

フィーダーバー６０の前端には、材料保持部であるフィンガーチャック６１が設けられている。フィンガーチャック６１は、フィーダーバー６０の長尺方向を軸とした円筒状に形成され、その円筒の周壁には軸方向に沿って延びたすり割りが軸回りに複数形成されている。フィンガーチャック６１は、周壁を外方に弾性変形させながらすり割りが開くことで、円筒の内部に内径よりも太い棒材２００を挿入し、棒材２００をチャックする。

駆動部７０は、接続部材６２を介してフィーダーバー６０に接続され、前後方向に沿って環状に設けられたチェーン７１と、チェーン７１を前後方向に駆動するフィーダーバー用サーボモータ７４を備えている。フィーダーバー用サーボモータ７４には回転角度を検出するエンコーダ７５が設けられている。フィーダーバー用サーボモータ７４は、ＮＣ制御装置８０の命令にしたがって駆動される。ＮＣ制御装置８０はフィーダーバー用サーボモータ７４をエンコーダ７５の情報に基づいて駆動することができる。

チェーン７１は、前側に配置されフィーダーバー用サーボモータ７４に連結された駆動スプロケット７２と、後側に配置された従動スプロケット７３との間に架け渡されている。チェーン７１は、駆動スプロケット７２の回転にしたがって前後に駆動される。

フィーダーバー用サーボモータ７４が回転駆動されると、駆動スプロケット７２が回転し、チェーン７１がフィーダーバー用サーボモータ７４の回転方向に応じて前方又は後方に駆動され、フィーダーバー６０が前方又は後方に移動駆動される。

フィンガーチャック６１によって棒材２００をチャックするときは、棒材２００をストッパ等の固定部材によって固定された状態で、フィーダーバー６０を前方に移動させ、棒材２００の後端にフィンガーチャック６１を差し込むことができる。

棒材２００をチャックした後は、棒材２００の固定を解除してフィーダーバー用サーボモータ７４によってチェーン７１を駆動し、フィーダーバー６０を前進させることで棒材２００を前方へ押圧し、棒材２００を自動旋盤本体１０に供給する。

ＮＣ制御装置８０は、主軸用サーボモータ３０、フィーダーバー用サーボモータ７４のほか、刃物台の駆動や主軸２０の回転駆動、棒材２００の供給動作等を直接的または間接的に制御する。ＮＣ制御装置８０は、加工プログラムや所定の命令等を入力する入力部８１と、加工プログラム等を記憶する記憶部８２と、入力された命令や加工プログラムに基づく命令等に応じて自動旋盤本体１０や材料供給装置５０に対する制御信号を出力する制御部８３とを備える。ＮＣ制御装置８０は、記憶部８２に予め記憶されている加工プログラムやアプリケーションソフト（プログラム）にしたがって、自動運転を含む自動旋盤１００全体の作動制御を行うことができる。

制御部８３は、棒材２００の軸線方向の長さに応じて棒材２００の押圧力を制御する機能を有する。制御部８３は、エンコーダ７５で検知したフィーダーバー用サーボモータ７４の回転角度に基づいて、フィーダーバー６０の位置（変位）を検知し、この位置に基づいて棒材２００の長さ（残りの長さ）を算出する。制御部８３は、フィーダーバー用サーボモータ７４を駆動してフィーダーバー６０の主軸２０側への推進力を制御することで、棒材２００の長さに対応してフィーダーバー６０による棒材２００の押圧力を制御する。フィーダーバー用サーボモータ７４によるフィーダーバー６０の主軸２０側への推進力の制御は、例えばフィーダーバー用サーボモータ７４の駆動トルク制御によって行うことができる。

このような制御により、棒材２００が長いときには、棒材２００の撓みや押圧不足を抑制して、材料供給装置５０での主軸２０への棒材２００の供給を円滑に行うことができる。一方、加工が進んで棒材２００が短くなった場合でも、押圧力の制御によって、過度な押圧を抑制しつつ、不測の後退等を抑制して、主軸２０への棒材２００の供給を円滑に行うことができる。

また、棒材２００の長さだけでなく、直径、材質、重さ等の棒材２００の性質によっても押圧力を制御することが望ましい。その実現のため、本実施形態の自動旋盤１００では、制御部８３は、直径が比較的小径である、樹脂製である等の比較的軽量で撓み易い性質の棒材２００の場合には、棒材２００が長い間は撓みを防止可能な比較的弱い押圧力となるように制御し、棒材２００の長さが短くなるにしたがって、押圧力を増加させるように制御する。

また、制御部８３は、直径が比較的大径である、金属製である等の比較的重量があり撓みにくい性質の棒材２００の場合には、棒材２００が長い間は重量のある棒材２００を円滑に前進させることが可能な比較的強い押圧力となるように制御し、棒材２００の長さが短くなるにしたがって、押圧力を減少させるように制御することもできる。

本実施形態の制御部８３ではさらに、フィンガーチャック６１が主軸２０内に達したとき、達する前よりも押圧力を強くするように制御している。この制御により、主軸２０の後退に伴って、フィンガーチャック６１と棒材２００まで後退してしまうのを抑制することができる。特に、軽量な棒材２００を弱い押圧力で押圧しているときに好適である。

以下、制御部８３による棒材２００の長さに応じた押圧力の制御の詳細を、図２〜図４を参照して説明する。

まず、材料供給装置５０により小径で樹脂製の棒材２００を供給する場合の押圧力の制御を説明する。制御部８３は、図２に示すように棒材２００の供給開始当初は、フィーダーバー６０によって比較的弱い押圧力（初期の押圧力Ｆ１）で棒材２００を押圧する。押圧力Ｆ１は、棒材２００の性質に応じて最適な押圧力に適宜調整することができる。例えば、長尺な棒材２００の撓みを抑制可能で、かつ棒材２００を主軸２０の方向に前進させるのに必要十分な押圧力とすることが望ましい。

これにより、棒材２００を円滑に主軸２０に供給することが可能となる。材料供給装置５０によって供給された棒材２００は、主軸２０によって保持され、所定の工具によって加工される。加工が終了すると、工具として突っ切りバイト４１が選択され、図２に示すように、突っ切りバイト４１によって加工済み部分がカットされる。

その後、主軸２０がチャックを開放して棒材２００の保持を解除すると、フィーダーバー６０の押圧力Ｆ１が作用して棒材２００が前進し、その先端が突っ切りバイト４１に達することで、位置決めが行われる。このとき、フィーダーバー６０の押圧力Ｆ１が比較的弱く制御されているため、棒材２００が突き当たっても、突っ切りバイト４１への負荷は少なく、棒材２００の撓みも抑制しつつ、位置決めを精度よく行うことができる。位置決めが完了すると、主軸２０が次の加工を行うために材料の掴み替えで後退した後、チャックを閉じて棒材２００を保持することで、次の加工を精度よく行うことができる。

次に、加工が進んで、図３に示すように、棒材２００の長さが加工開始時よりも短くなるにしたがって、制御部８３は、フィーダーバー６０による棒材２００の押圧力（加工途中の押圧力Ｆ２）が強くなるように制御する（Ｆ１＜Ｆ２）。棒材２００の長さが短くなるにつれて、撓みにくくなるため、押圧力Ｆ２を初期の押圧力Ｆ１よりも強くしても棒材２００の撓みや突っ切りバイト４１等への負荷を抑制しつつ、より円滑かつスピーディに棒材２００を供給することができる。

棒材２００の長さがさらに短くなると、図４に示すように、フィンガーチャック６１が主軸２０内に達する。このときは、制御部８３は、フィーダーバー６０による棒材２００の押圧力（主軸２０内到達時の押圧力Ｆ３）が強くなるように制御する。

押圧力Ｆ３は、引っかかり等により主軸２０がフィンガーチャック６１を押し戻す力よりも強い力、すなわちフィンガーチャック６１と主軸２０内との摩擦力又は主軸２０の後退時の推進力よりも強い力とする。ただし、棒材２００の撓みや突っ切りバイト４１への負担をできるだけ抑制できる強さとすることが望ましい。この制御により、主軸２０がチャックを開放した状態で後退しても、主軸２０内のフィンガーチャック６１と棒材２００とが供に後退するのを防止することができ、棒材２００の供給を良好に行うことができる。

なお、押圧力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３の制御において、供給開始時の押圧力Ｆ１を最小とし、棒材２００の長さに反比例して強くするように制御してもよい（Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ３）。また、棒材２００の性質によっては、フィンガーチャック６１が主軸２０内に達する直前までほぼ同じ弱い押圧力とし、フィンガーチャック６１が主軸２０内に到達したときに、押圧力Ｆ３を強くするように制御してもよい（Ｆ１≒Ｆ２＜Ｆ３）。または、棒材２００が所定の長さまでは押圧力Ｆ１で押圧し、所定の長さを超えたときに押圧力Ｆ１よりも強い押圧力Ｆ２で押圧し、フィンガーチャック６１が主軸２０内に到達したときに、押圧力Ｆ３をさらに強くするように制御してもよい（Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ３）。また、フィンガーチャック６１の後退を抑制できれば、押圧力Ｆ２が押圧力Ｆ３とほぼ同じであってもよい（Ｆ１＜Ｆ２≒Ｆ３）。

次に、例えば直径が４０ｍｍ以上の大径で金属製の棒材２００を供給する場合の押圧力の制御を説明する。この場合は、図２に示すように供給開始当初の棒材２００が長い状態では、フィーダーバー６０による押圧力Ｆ１が最も強くなるように制御する。なお、押圧力Ｆ１は、重量のある棒材２００を円滑かつスピーディに前進させることができ、かつ、位置合わせの際に突っ切りバイト４１への負荷が極力少なくなるように制御する。この制御により、棒材２００を円滑に主軸２０に供給することができるとともに、突っ切りバイト４１等の部品の耐久性も向上させることができる。

加工が進んで、図３に示すように、棒材２００の長さが加工開始時よりも短くなるにしたがって、制御部８３は、フィーダーバー６０による棒材２００の押圧力Ｆ２が弱くなるように制御する。棒材２００の長さが短くなると、棒材２００の重量も軽くなるため、押圧力Ｆ２を弱めても、円滑な供給が可能となるとともに、位置合わせ時の突っ切りバイト４１への負荷もより小さくすることができる。

なお、このように押圧力を弱める制御を行う場合も、図４に示すようにフィンガーチャック６１が主軸２０内に達したときの押圧力Ｆ３が、フィンガーチャック６１が主軸２０と供に後退するのを抑制できる強さとする。そのため、フィンガーチャック６１が主軸２０内に達したときの押圧力が押し戻し力よりも弱くなりそうな場合は、押圧力Ｆ３が強くなるように制御してもよい。この制御により、主軸２０がチャックを開放した状態で後退しても、主軸２０内のフィンガーチャック６１と棒材２００とが供に後退するのを防止することができ、棒材２００の供給を良好に行うことができる。

以上のように、本実施形態の自動旋盤１００では、棒材２００のフィーダーバー６０による押圧力を、棒材２００の長さに応じて制御しているため、材料供給装置５０による主軸２０への棒材２００の供給を円滑に行うことができる。そのため、主軸２０から加工に必要な十分な長さの棒材２００を突出でき、位置合わせを高精度に行うことができ、棒材２００の加工を安定して行って、加工精度や加工速度も向上し、自動旋盤１００での加工性能を向上させることができる。さらに、突っ切りバイト４１等の位置合わせ部材への負担も軽減でき、部品の耐久性を向上させることもできる。

また、本実施形態では、棒材２００の長さを、エンコーダ７５で検出したフィーダーバー用サーボモータ７４の回転角度に基づいて算出しているが、本発明がこれに限定されることはない。例えば、チェーン７１やフィーダーバー６０の位置（変位）をセンサ等の検知装置によって検知することや、検知装置で接続部材６２やフィンガーチャック６１の位置を検知し、その検知結果に基づいて棒材２００の長さを算出する構成とすることもできる。また、棒材２００の長さを直接に測定する測定装置を設ける構成とすることもできる。

本実施形態の主軸台移動型の自動旋盤１００は加工装置の一例であるが、本発明の加工装置がこれに限定されることはなく、主軸２０を軸線方向に移動不能に主軸台に固定した主軸台固定型の自動旋盤であってもよい。また、本発明に係る加工装置は、自動旋盤に限定されるものではなく、旋盤装置以外の加工装置（特に数値制御のもの）であってもよい。また、本実施形態の自動旋盤１００は、棒材２００の押圧力を制御する本発明における制御部を、自動旋盤本体１０に対する制御も行うＮＣ制御装置８０の制御部８３で兼用するものとした例であるが、本発明がこの例に限定されることはない。材料供給装置５０に専用の制御部を設け、この制御部で棒材２００の長さに応じて押圧力を制御することもできる。

なお上記実施形態の材料供給装置５０は、フィーダーバー６０の前端にフィンガーチャック６１を設け、フィンガーチャック６１を介して棒材２００を保持して供給する構成としたが、本発明が上記実施形態の構成に限定されることはない。例えばガイドブッシュ２１を持たない自動旋盤に対応する材料供給装置の場合、フィーダーバー６０にフィンガーチャック６１を設けない構成とすることもできる。この場合も、棒材２００の長さによって押圧力を制御することで、主軸２０の後退に伴い、棒材２００が主軸２０と供に後退することの抑制等を行うことができる。

以上、本発明の実施形態を図面により詳述してきたが、上記実施形態は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記実施形態の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれる。

２０ 主軸 ５０ 材料供給装置（材料供給部）
６１ フィンガーチャック（材料保持部） ８３ 制御部
１００ 自動旋盤（加工装置）

Claims (3)

1. 材料を保持する主軸と、前記主軸の後端側から前記材料を供給する材料供給部と、前記材料供給部が前記材料を前記主軸側に押圧する押圧力を制御する制御部とを備えた加工装置において、
   前記材料供給部は、前記材料の後端を保持する材料保持部を有し、
   前記制御部が、前記材料の軸線方向の長さ及び前記材料の性質に応じて前記材料の前記押圧力を制御するとともに、前記材料保持部が前記主軸内に達したときに、前記主軸が前記材料保持部を押し戻す力よりも前記押圧力が弱い場合、前記押圧力を、前記主軸が前記材料保持部を押し戻す力よりも強くするように構成されたことを特徴とする加工装置。
2. 前記制御部は、前記材料が、樹脂製の棒材である場合は、前記材料の長さが短くなるにしたがって、前記材料の押圧力を強くするように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
3. 前記制御部は、前記材料が、金属製の棒材である場合は、前記材料の長さが短くなるにしたがって、前記材料の押圧力を弱くするように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。