JP7073387B2

JP7073387B2 - 工作機械

Info

Publication number: JP7073387B2
Application number: JP2019542042A
Authority: JP
Inventors: 孝哲篠原; 充瑠山浦
Original assignee: Citizen Machinery Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Machinery Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2018-09-10
Publication date: 2022-05-23
Anticipated expiration: 2038-09-10
Also published as: EP3654122A1; US11484947B2; KR102613333B1; US20200198016A1; KR20200053470A; WO2019054329A1; CN111052013B; JPWO2019054329A1; EP3654122A4; TWI771490B; CN111052013A; TW201921201A

Description

本発明は、工作機械に関する。

加工対象物を加工する複数の主軸台を有する自動旋盤等の工作機械の場合、所定の主軸台の主軸に保持された加工対象物を工具で加工する工具台の移動に対応して、他の主軸台を重畳制御によって移動させることで、他の主軸台に保持された加工対象物を工具台の工具で同時に加工することがある（例えば、特許文献１参照）。

特許第２８００１２４号公報

一方、工具台が、Ｘ軸（例えば、水平方向）と、Ｘ軸に対して傾斜し、直交することなく交差する方向の傾斜Ｙ軸（Ｙｓ軸という）とにそれぞれ沿って移動可能とされている場合、工具台を、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向（例えば、鉛直方向）に移動させるときは、Ｘ軸方向とＹｓ軸方向との移動を合成する必要がある。

しかし、上述した重畳制御を行っている場合、工具台のＹ軸方向への移動に伴うＸ軸方向への移動により、重畳制御される主軸台がＸ軸方向に移動することによって、工具台と主軸台の位置関係を損なう場合があり得る。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、Ｘ軸方向とＸ軸に直交しない傾斜した方向への移動軸を備え、両移動軸の合成によってＹ軸方向に移動する工具台のＹ軸方向への移動に伴う、重畳制御による主軸台の移動を規制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。

本発明は、Ｘ軸方向に移動可能な主軸台と、前記Ｘ軸方向と前記Ｘ軸方向に傾斜して交差する方向の移動軸を有し、前記主軸台に対して移動可能な工具台と、前記工具台と前記主軸台の移動の重畳制御を行う制御部と、を備え、前記工具台は、２つの前記移動軸に沿った移動の合成により前記Ｙ軸方向に移動可能であり、前記制御部は、前記工具台の前記Ｙ軸方向の移動に伴う前記主軸台の前記重畳制御に基づく移動を規制する規制手段を有する工作機械である。

本発明に係る工作機械によれば、Ｘ軸方向とＸ軸に直交しない傾斜した方向への移動軸を備え、両移動軸の合成によってＹ軸方向に移動する工具台のＹ軸方向への移動に伴う、重畳制御による主軸台の移動を規制することにより、工具台と主軸台との位置関係を保つことができる。

本発明の一実施形態である工作機械を示す平面図である。タレットをＺ３軸方向から見た側面図である。工具が装着されたツールホルダがタレットに取り付けられた状態を示す斜視図である。相対的に小さい時定数Ｔ^Ｘ２で、かつ移動速度が相対的に速いＸ２軸移動手段と、相対的に大きい時定数Ｔ^Ｙｓで、かつ移動速度が相対的に遅いＹｓ軸移動手段との、移動速度の過渡的な変化を示すグラフである。時定数Ｔ^Ｘ２を時定数Ｔ^Ｙｓと同じ値に設定した場合の、Ｘ２軸移動手段とＹｓ軸移動手段との、移動速度の過渡的な変化を示すグラフである。

以下、本発明に係る工作機械の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態である工作機械１００を示す平面図である。工作機械１００は、ＮＣの自動旋盤であり、図１に示すように、２つの主軸１１１，１２１を備えている。一方の主軸１１１（以下、第１主軸１１１という。）は、固定された主軸台１１０に設けられている。第１主軸１１１は、例えば棒状のワーク（加工対象物）を、第１主軸１１１の軸心方向に沿って送り出し可能に把持することができる。

他方の主軸１２１（以下、第２主軸１２１という。）は、第１主軸１１１に対向した向きで主軸台１２０に設けられている。第２主軸１２１は、軸心方向であるＺ３軸が、第１主軸の軸心方向に平行となるように配置されている。主軸台１２０は、Ｚ３軸方向に沿って移動可能であるとともに、Ｚ３軸に直交する水平方向（Ｘ３軸方向）に移動可能に設けられている。

工作機械１００は、主軸台１２０をＺ３軸方向に移動させるＺ３軸移動手段１４１と、主軸台１２０をＸ３軸方向に移動させるＸ３軸移動手段１４２とを備えている。Ｚ３軸移動手段１４１及びＸ３軸移動手段１４２は、いずれも、電動モータと電動モータの軸の回転に同期して回転するボールねじとによって構成されている。各ボールねじは、Ｚ３軸方向、Ｘ３軸方向に延びている。

第１主軸１１１と第２主軸１２１との間には、タレット工具台１３１（以下、タレット１３１という。）が軸Ｃ回りに回転及び位置決め自在に設けられている。タレット１３１には、軸Ｃ回りの周面に形成された複数（本実施例においては、一例として１２）のタレット面に、バイトやドリル等の工具を保持する。タレット１３１は、図２に示すように、タレット移動手段１４７によって、第１主軸１１１と第２主軸１２１のそれぞれに対して移動可能に設けられている。

タレット移動手段１４７は、Ｘ３軸と平行なＸ２軸方向に延びたレール１４６ａと、レール１４６ａに載ってＸ２軸方向に移動可能の基台１４６ｂと、基台１４６ｂに載って、Ｚ１軸及びＺ３軸と平行なＺ２軸方向に移動可能の中間台１４６ｃと、中間台１４６ｃに載って、Ｚ２軸に直交し、Ｘ２軸に直交しないＹｓ軸方向に移動可能の支持台１４６ｄとを備えている。タレット１３１は支持台１４６ｄに、Ｚ２軸に平行な軸Ｃ回りに回転自在に設けられている。なお、Ｙｓ軸は、Ｚ２軸に直交する鉛直方向であるＹ軸方向に対して傾斜した方向に延び、Ｘ軸方向に傾斜して交差する。

また、タレット移動手段１４７は、タレット１３１をＸ２軸方向に移動させるＸ２軸移動手段１４３と、タレット１３１をＺ２軸方向に移動させるＺ２軸移動手段１４４と、タレット１３１をＹｓ軸方向に移動させるＹｓ軸移動手段１４５とを備えている。したがって、タレット１３１は、Ｚ２軸方向、Ｘ２軸方向及びＹｓ軸方向への３つの移動軸を有し、主軸台１１０，１２０に対して各移動軸に沿って移動可能である。Ｘ２軸移動手段１４３、Ｚ２軸移動手段１４４及びＹｓ軸移動手段１４５は、いずれも、電動モータと電動モータの軸の回転に同期して回転するボールねじとによって構成されている。各ボールねじは、Ｘ２軸方向、Ｚ２軸方向、Ｙｓ軸方向に延びている。

Ｘ２軸移動手段１４３によってＸ２軸方向に移動される基台１４６ｂに、Ｚ２軸移動手段１４４が載り、Ｚ２軸移動手段１４４によってＺ２軸方向に移動される中間台１４６ｃに、Ｙｓ軸移動手段１４５が載った構成となっている。そしてＹｓ軸移動手段１４５によってＹｓ軸方向に移動される支持台１４６ｄに、タレット１３１が載っている。

また、工作機械１００は、タレット１３１の回転駆動に加えて、Ｚ３軸移動手段１４１、Ｘ３軸移動手段１４２、Ｘ２軸移動手段１４３、Ｚ２軸移動手段１４４、Ｙｓ軸移動手段１４５の各動作等を制御する制御装置１５０を備えている。制御装置１５０は、従来同様、タレット１３１を所定の回転位置に旋回させ、第２主軸１２１、タレット１３１を特定の位置に移動させるように制御することができる。

工作機械１００は、制御装置１５０の制御により、タレット１３１を軸Ｃ回りに回転させ、特定のタレット面に保持された工具を選択し、第２主軸１２１、タレット１３１を特定の位置に移動させることによって、選択された工具で、第１主軸１１１に保持されたワーク又は第２主軸１２１に保持されたワークを加工することができる。

タレット１３１に、第１主軸１１１に保持されたワークを加工する工具と、第２主軸１２１に保持されたワークを加工する工具とを装着し、タレット１３１の回転によって一方の工具を対応する第１主軸１１１又は第２主軸１２１に対して選択することによって、他方の工具が第２主軸１２１又は第１主軸１１１に対して選択されるように、両工具を配置することができる。

工作機械１００は、第１主軸１１１に保持されたワークに対して、予め設定された加工を行うために、タレット１３１の移動を制御する際に、制御装置１５０が、タレット１３１と第２主軸１２１の移動を重畳制御することによって、第１主軸１１１に保持されたワークの加工と同時に、第２主軸１２１に保持されたワークに対しても加工を行うことができる。

タレット１３１には、ツールホルダ１６０を介して各工具が装着される。例えば図３に示すように、ツールホルダ１６０には、第１主軸１１１のワークを加工する工具１６１，１６３が装着され、第２主軸１２１のワークを加工する工具１６２，１６４が装着されている。

本実施形態においては、工具１６１の刃先と工具１６２の刃先と、及び工具１６３の刃先と工具１６４の刃先とは、それぞれ、Ｘ軸方向（Ｘ２軸及びＸ３軸に平行な方向）の位置及びＹ軸方向の位置が同じで、Ｚ軸方向（Ｚ２軸及びＺ３軸に平行な方向）の位置が異なる。また、工具１６１の刃先に対する工具１６３の刃先及び工具１６２の刃先に対する工具１６４の刃先は、Ｘ軸方向の位置は同じで、Ｙ軸方向の位置が異なる。

重畳制御が行われている状態を維持して、工具１６１を工具１６３に変更する場合、タレット１３１は、工具１６３の刃先を工具１６１の刃先の位置Ｐ２ａに移動する。

工具１６１から工具１６３への選択の変更は、タレット１３１をＹ軸方向に移動させることによって行うことができる。工具１６１から工具１６３への選択の変更によって、工具１６２から工具１６４に選択が変更される。タレット１３１のＹ軸方向への移動は、Ｙｓ軸移動手段１４５によるＹｓ軸方向に沿った移動と、Ｘ２軸移動手段１４３によるＸ２軸方向に沿った移動の合成移動によって行われる。

タレット１３１のＹ軸方向への移動の際は、Ｙｓ軸移動手段１４５の動作に応じて、Ｘ２軸移動手段１４３が動作し、タレット１３１のＸ２軸方向への移動が発生する。制御装置１５０は、重畳制御が行われている状態を維持して、タレット１３１をＹ軸方向に移動させる場合、重畳制御に応じた、タレット１３１のＹ軸方向の移動に伴うＸ２軸移動手段１４３の動作に対応するＸ３軸移動手段１４２による第２主軸１２１の移動を規制するように制御を行う。

これにより、Ｙ軸方向に並んだ工具１６１，１６３での加工を切り替え、工具１６２，１６４での加工を切り替えた場合にも、その切り替えの際のタレット１３１の移動に、Ｘ３軸移動手段が追従しないため、切り替えられて新たに基準位置に配置された工具１６３に対して、第２主軸１２１が位置ずれするのを防止して、重畳制御で第２主軸１２１を適切に移動させることができる。このように、制御装置１５０は、タレット１３１のＹ軸方向の移動に伴うＸ軸方向への移動を、主軸台１２０の重畳制御に基づく移動では行わないように規制する規制手段として機能する。

制御装置１５０が規制手段として機能する際の制御としては、例えば、タレット１３１のＹ軸方向への移動の際、第２主軸１２１の重畳制御に基づく移動を、タレット１３１のＸ軸方向の座標位置を基準として行うように構成することができる。タレット１３１に対して工具１６４の刃先の位置は予め定められるため、タレット１３１に装着される工具１６４の刃先位置が、第２主軸１２１の重畳制御に基づく移動の基準位置に設定される。重畳制御を行う基準位置を工具１６４の刃先の位置に設定することによって、タレット１３１のＹ軸方向の移動に伴う、第２主軸１２１の重畳制御に基づく移動規制の制御を簡単に行うことができる。

制御装置１５０が規制手段として機能する際の制御は、タレット１３１のＹ軸方向への移動に伴う第２主軸１２１の重畳制御に基づくＸ軸方向への移動の向きと反対向きに、重畳制御に基づくＸ軸方向への移動の量（距離や座標）だけ加算し、位置決め制御して移動させるようにしてもよい。この場合、制御装置１５０内部での処理になり、重畳制御を中断することなく、加工のための、タレット１３１に対する第２主軸１２１の相対的な移動と同じ処理で実現することができる。

工作機械１００の各軸の移動手段の時定数は、移動手段を早く移動させるために各々予め小さい値（最小値）に設定されている。Ｘ２軸方向の時定数Ｔ^Ｘ２はＹｓ軸方向の時定数Ｔ^Ｙｓよりも小さく、Ｘ２軸方向への一定の移動速度ＶX2はＹｓ軸方向への一定の移動速度ＶYsよりも大きく設定されている。

ここで、Ｘ２軸移動手段１４３によるＸ２軸方向への移動時の時定数Ｔ^Ｘ２とは、タレット１３１のＸ２軸方向への移動速度が０から一定の移動速度ＶX2に達するまでの時間であり、時定数Ｔ^Ｘ２が小さい程、一定の移動速度ＶX2に達するまでに要する時間が短くなり、時定数Ｔ^Ｘ２が大きい程、一定の移動速度に達するまでに要する時間が長くなる。

同様に、Ｙｓ軸移動手段１４５によるＹｓ軸方向への移動時の時定数Ｔ^Ｙｓとは、タレット１３１のＹｓ軸方向への移動速度が０から一定の移動速度ＶYsに達するまでの時間であり、時定数Ｔ^Ｙｓが小さい程、一定の移動速度ＶYsに達するまでに要する時間が短くなり、時定数Ｔ^Ｙｓが大きい程、一定の移動速度ＶYsに達するまでに要する時間が長くなる。

したがって、予め設定された時定数（時定数Ｔ^Ｙｓよりも小さい値に設定された時定数Ｔ^Ｘ２）のままで、Ｘ２軸移動手段１４３とＹｓ軸移動手段１４５とを同時に動作させた場合、図４に示すように、Ｘ２軸移動手段１４３によるＸ２軸方向への移動速度ＶX2はＹｓ軸移動手段１４５によるＹｓ軸方向への移動速度ＶYsよりも早く移動速度ＶX2に達する。

Ｙｓ軸方向への移動速度ＶYsは、Ｘ２軸方向への移動速度ＶX2よりも遅れて移動速度ＶYsに達する。そのため、２つの軸を同時に動作させた場合、Ｘ２軸方向への移動速度ＶX2とＹｓ軸方向への移動速度ＶYsで合成（ベクトル和）されたＹ軸方向の移動速度（図４において太破線で示す）は時間ｔ１まではＸ２軸方向の増加に応じた移動速度になり、時間ｔ２になったときに一定の移動速度Ｖ１に達する。

そこで、本実施形態の工作機械１００は、Ｘ２軸方向への移動とＹｓ軸方向への移動とを組み合わせてタレット１３１をＹ軸方向へ移動させるときは、制御装置１５０が、時定数Ｔ^Ｘ２と時定数Ｔ^Ｙｓとを同一に設定し、Ｘ２軸方向への移動が相殺されてＹ軸方向に沿った移動となるように、Ｘ２軸移動手段１４３によるＸ２軸方向への移動速度ＶX2とＹｓ軸移動手段１４５によるＸ２軸方向分速度ＶYs(X2)とが、向きが反対でかつ絶対値が同一となるように、両者の移動速度を調整する。

具体的には、時定数Ｔ^Ｘ２を時定数Ｔ^Ｙｓに揃えるように大きくして、時定数Ｔ^Ｘ２と時定数Ｔ^Ｙｓとを同一に設定し、かつＸ２軸方向の移動が相殺されるように、Ｘ２軸移動手段１４３によるＸ２軸方向への移動速度ＶX2を、Ｙｓ軸移動手段１４５によるＸ２軸方向分速度ＶYs(X2)と同一になるように調整する。

このように、２つの時定数Ｔ^Ｘ２、時定数Ｔ^Ｙｓが同じ値に設定され、かつ両移動軸に沿った移動時の各々の移動速度を、同一時間の移動によってＸ２軸方向の移動が相殺されるように両軸の移動手段１４３，１４５の移動速度が調整されたことにより、Ｘ２軸移動手段１４３とＹｓ軸移動手段１４５とを同時に動作させた場合、図５に示すように、時間ｔ１と時間ｔ２とが同じ時間で移動速度ＶX2と移動速度ＶYsに達し、Ｙｓ軸方向への移動とＸ２軸方向への移動の合成がＹ軸方向に沿う。

したがって、本実施形態の工作機械１００は、Ｘ２軸方向への移動とＹｓ軸方向への移動とを組み合わせてタレット１３１をＹ軸方向へ移動させたとき、Ｙ軸方向への移動速度が一定の移動速度に達するまでの期間において、Ｘ２軸方向への移動成分を発生させることなく、Ｙｓ軸方向への移動速度とＸ２軸方向への移動速度の合成がＹ軸方向への一定の移動速度Ｖ２に達するように、Ｙ軸方向に沿う。

制御装置１５０は、タレット１３１をＹ軸方向へ移動させずに、Ｙｓ軸移動手段１４５とＸ２軸移動手段１４３とを独立して動作させるような場合、時定数Ｔ^Ｘ２を最小値の時定数Ｔ^Ｘ２に設定し、短時間で移動速度ＶX2に到達させてＸ２軸移動手段１４３の移動を速くさせることができる。

本実施形態の工作機械１００は、時定数Ｔ^Ｘ２が時定数Ｔ^Ｙｓよりも小さい値に設定されているが、これとは反対に、時定数Ｔ^Ｙｓが時定数Ｔ^Ｘ２よりも小さい値に設定されているものでは、Ｙ軸方向へ移動させるとき、制御装置１５０が、相対的に小さい方の時定数Ｔ^Ｙｓを相対的に大きい方の時定数Ｔ^Ｘ２に揃えるように、時定数Ｔ^Ｙｓを時定数Ｔ^Ｘ２と同じ値に設定すればよい。

本実施形態の工作機械１００のように、Ｘ２軸方向の移動時の時定数Ｔ^Ｘ２又はＹｓ軸方向の移動時の時定数Ｔ^Ｙｓ、及びＸ２軸方向の移動速度ＶX2又はＹｓ軸方向の移動速度ＶYsの切り替えは、タレット１３１がＹ軸方向に移動する動作か否かに応じて行う他、加工の種類に応じて行うことも可能である。

例えば、旋削加工を行うときは、制御装置１５０が時定数Ｔ^Ｘ２を、予め設定された最小値の時定数に設定し、回転工具を用いて加工（例えば、ミーリング加工）を行うときは、各軸方向の移動速度を調整するとともに、時定数Ｔ^Ｘ２を時定数Ｔ^Ｙｓと同じ値に設定してもよい。

また、主軸が回転しているときは、制御装置１５０が時定数Ｔ^Ｘ２を、予め設定された最小値の時定数に設定し、主軸は回転せずにタレット１３１に設けられた回転工具が回転しているときは、各軸方向への移動速度を調整するとともに、時定数Ｔ^Ｘ２を時定数Ｔ^Ｙｓと同じ値に設定してもよい。

また、タレット１３１に取り付けられる工具を保持するホルダの種類を表す情報に応じて、Ｘ２軸方向の移動時の時定数Ｔ^Ｘ２を、予め設定された最小値の時定数に設定するか、又は時定数Ｔ^Ｙｓと同じ値に設定するとともに、各軸方向への移動速度を調整するように、制御装置１５０が切り替えてもよい。

すなわち、工具ホルダの種類が、外形バイトホルダや内径バイトホルダを表す情報のときは旋削加工であるため、制御装置１５０が時定数Ｔ^Ｘ２を、予め設定された最小値の時定数に設定し、回転工具ユニットを表す情報のときはミーリング加工のような回転工具を用いた加工であるため、制御装置１５０が各軸方向への移動速度を調整するとともに、時定数Ｔ^Ｘ２を時定数Ｔ^Ｙｓと同じ値に設定してもよい。

また、加工動作を表す加工モードに対応して、旋削加工であるか又は回転工具を用いた加工であるかを判定し、旋削加工を表す加工コードが設定されているときは、制御装置１５０が時定数Ｔ^Ｘ２を、予め設定された最小値の時定数に設定し、回転工具を用いた加工を表す加工コードが設定されているときは、制御装置１５０が、各軸方向への移動速度を調整するとともに、時定数Ｔ^Ｘ２を時定数Ｔ^Ｙｓと同じ値に設定してもよい。

Claims

Ｘ軸方向に移動可能な主軸台と、
前記Ｘ軸方向と前記Ｘ軸方向に傾斜して交差する方向の移動軸を有し、前記主軸台に対して移動可能な工具台と、
前記工具台と前記主軸台の移動の重畳制御を行う制御部と、を備え、
前記工具台は、２つの前記移動軸に沿った移動の合成により前記Ｘ軸に直交するＹ軸方向に移動可能であり、
前記制御部は、前記工具台の前記Ｙ軸方向の移動に伴う、前記重畳制御に基づく前記主軸台の移動のうち、前記工具台の前記Ｙ軸方向の移動を行ったことにより生じる前記工具台のＸ軸方向の移動に対応する分の移動を規制する規制手段を有する工作機械。
前記規制手段は、
前記重畳制御に基づく移動の向きと反対向きに、前記重畳制御に基づく移動の量だけ移動させることにより、前記主軸台に対して前記重畳制御に基づく移動を規制する請求項１に記載の工作機械。
前記規制手段は、
前記重畳制御に基づく移動が行われる前記工具台に装着される工具の刃先位置を、前記重畳制御における前記主軸台の基準位置として設定することにより、前記主軸台に対して前記重畳制御に基づく移動を規制する請求項１に記載の工作機械。
前記工具台は、前記Ｘ軸の方向に移動する基台と、前記基台の上に設けられ、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸にそれぞれ直交するＺ軸の方向に移動する中間台と、前記中間台の上に設けられた前記Ｘ軸方向に傾斜して交差する方向に移動する支持台とを備えた移動手段の、前記支持台に設置されている請求項１から３のうちいずれか１項に記載の工作機械。
前記制御部は、前記工具台を前記Ｙ軸方向へ移動させるときは、両移動軸に沿った各々の移動時の時定数を同一に設定するとともに、両移動軸に沿った移動時の各々の移動速度を、同一時間の移動によってＸ軸方向への移動が相殺するように設定する請求項１から４のうちいずれか１項に記載の工作機械。
前記制御部は、前記Ｙ軸方向へ移動させないときは、前記両移動軸の移動時の時定数を互いに異なる値に設定する請求項５に記載の工作機械。