JPH02250747A - Ｃｎｃタッピング・ドリリング・ミィリングマシン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ＣＮＣタッピング・ドリリング・ミィリング
マシンに関する。

（従来の技術） 従来の小型ＭＣは、ミイリング及びボウリング加工を主
に対象としており、またＮＣタッピングセンタは孔加工
のみを主に対象としていた。つまり構造上の制約から小
型タップ、ドリル、エンドミル、小物、フライスを軽量
且つ高速加工専用に対象を搾った機械は存在しなかった
。

これら従来機の場合、機械に予め装備された加工情報や
機械固有情報などのデータベースメモリ容量や処理が不
十分であるため、熟練者がＮＣ言語により工作時のデー
タを適宜マニュアル入力しなくてはならず面倒であった
。

制御機構の面では、１軸と同時２軸の全３軸制御による
構成で、主軸から２軸は簡易２軸制御による構成となっ
ていた。そのためタップ同期加工の高速加減速応答や精
度に限界があり加工個所に制限を有していた。この従来
機のＮＣタップ同期、制御システムは第１０図に示すよ
うにマスク、スレーブ制御によっていた。

また従来のＡＴＣ（自動工具変換装置）については、ｒ
ターレット式ＡＴＣＪ、「ツールマガジン、ダイレクト
式ＡＴＣＪ等が採用されていた。

上記のＡＴＣのうち、従来のタッピングドリリングマシ
ンはコラムトラバース形が主流であり、工具マガジンと
コラム上を直結連動する方式を採っており、工具選択方
式としてランダム近回り割出しを行っていたため処理速
度が遅くなった。

また工具ホルダーには標準規格品を使用し、最大でもＢ
Ｔ−３０番相当であり、第６図に示すようにシャンク部
セット組込長が長＜ＡＴＣ時間も長かった。そしてテー
ベ穴当たり外形も小さく剛性が低くなっていた。

さらに従来機の場合、第１２図および第１３図に示すよ
うに主軸とＺ軸の加減速応答、及びＮＣ入力からモータ
出力・応答に時間的ロスが生じていた。また加減速応答
中の負荷トルク変動が激しく、スタートとエンド時に単
位あたりの加減速度が瞬時に過大となり駆動系の大半の
所要トルクをここに消費していた。そのため、例えばＭ
４以下のボルト、ネジ周辺のセンタ穴、下穴ドリル、面
取り、タップ、径８ミリ以下エンドミルのボルト座ぐり
加工の高速加工に、最新工具の性能を発揮せしめるまで
に適応できなかった。

また主軸・動力と回転速度の調整は、第１８図に示すよ
うな台形等速度曲線制御により、そのトルクと回転速度
の変動は第１９図に示すようになっていた。そのため、
微小ステップ移動の小加工物では第１６図に示すように
加工時よりも急加減速時においてトルク変動が多く、消
費動力過大で大容量のモータを必要としていた。

（発明が解決しようとする課題） 上記のＡＴＣでは工具交換に多くの時間がかかり、収納
工具数も１０本程度までであった。特に従来機のＡＴＣ
は、工具が上方向や左右方向に露出しているため作業上
危険であった。

また割出し制御をＤＣモータや各種アクチュエータによ
って駆動しているため部品数が多く、コストも高くなり
、システムが複雑となっていた。

また工具ホルダーは、特に機械側主軸テーパー穴の加工
深さが工具量だけ長くなり、その分別エコストが高くな
ると共に主軸全部ベアリングからの突出し長が大きく、
主軸剛性が低くなるという欠点を有していた。

さらに、加工時の切削チップが、工具やホルダーにまき
ついたり、付着マガジン内を回転移動中にホルダー、シ
ャンク部に付き、工具の交換時に切削チップが主軸テー
パ穴に人込み、このホルダーを再び主軸テーパ穴に戻す
際に穴の壁面を損傷し機械不良などの問題が生じていた
。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために本発明は、機械指導部下部に
、工具保持手段を収納したＡＴＣを設置し、該機械指導
部とＡＴＣを非干渉システムとし、かつ制御ソフトによ
り制御可能に構成したことを特徴とし、上記機械指導部
を左右動部、前後動部、上下動部および主軸部より構成
し、これら構成軸を全軸コラム移動型で主軸側ｘｙｚ全
送り可能な全４軸制御構造としたことを特徴とする。

（作用） 作業の開始時に機械指導部下部に構成したＡＴＣの工具
保持手段より適当な工具を取り出す。機械指導部の主軸
部を左右、前後、上下に移動させて作業を行う。作業中
に工具の取替えの必要があるときには、工具保持手段よ
り工具を取出し交換する。これら機械指導部とＡＴＣの
動作は互いに影響を与えない非干渉システムである。

これらの作業は予め設定された制御ソフトにより制御す
る。またこのソフトによりマニュアルで工具交換や変更
をする場合も、作業者の入力操作を代行せしめ簡易化し
ている。

（実施例） 本実施例の構成を概略的に述べると、第１図乃至第３図
に示すように、機械指導部３をＸ軸方向に移動させる左
右動部５、Ｙ軸方向に移動させる前後動部１０、Ｚ軸方
向に移動させる上下動部１５および主軸部２０より構成
し、上記各軸をコラム移動型とする。

この主軸部２０下端に工具ホルダー２２を交換可能に装
備すると共に、機械指導部３の下部に自動工具変換装置
（以下ＡＴＣという）２５及び作業用のテーブル３５等
を設けている。

次に本実施例を詳細に説明する。

機械指導部３を構成する左右動部５は、基台２に対して
左右方向（第２図左右方向）に摺動自在に取付けられ、
前後動部１０はこの左右動部５の上部に前後方向（第３
図左右方向）に摺動自在に取付けられている。

更に上下動部１５を、上記前後動部１０前方に上下摺動
自在に取付ける。この上下動部１５に主軸部２０を取付
け、該主軸部１５下端に工具ホルダー２２を把持可能な
工具取付部を設けてなる。

なお本実施例では主軸部１５の作動にはＡＣサーボモー
タを使用している。またタップ同期加工の高速加減速応
答及びその精度を上げるため、Ｘ軸とＹ軸、Ｚ軸と主軸
の２組の同時２軸の４軸制御とし、これらの作動は後述
の日本語対話人力型自動プログラミング付ＣＮＣ装置の
コントローラ部によりなされる。さらに上記各部アクチ
ュエーター（作動装置ｆ）の構成は本実施例においては
空気圧を使用したシリンダ装置を使用する。

このように機械指導部３を同時２軸の４軸制御とするこ
とにより、ミイリング加工やドリル加工でも剛性が大幅
に向上し、従来困難であった正面フライス加工が可能と
なった。

ＡＴＣ２５は、上述の左右動部５の下方に配置され、工
具保持板３０と、この工具保持板３０の回転手段３１と
、工具保持板３０及び回転手段３１の前後動手段３２と
からなる。

本実施例では回転手段３１には空気圧作動式ロータリシ
リンダ装置を使用し、前後動手段３２には空気圧作動式
シリンダ装置を使用する。また本実施例のＡＴＣユニッ
トでは、従来の検出スイッチ類に加え、加工中工具保持
板３０が機械本体の収納待機位置にもどると、それを検
出する工具ホルダー検出スイッチを装備している。また
工具保持板３０にはツールポスト３０ａが１２個設けら
れ、未使用状態の工具ホルダーが収納される。

ＡＴＣによる工具保持板３０よりの工具ホルダー交換の
作用を第２２図と第２３図に基づいて説明する。

まずＡＴＣで入力データと機械側の既入力済データとを
比較し、使用工具、最適プログラムを選択する。これに
より、工具取付位置及び現在の主軸工具が正常なプログ
ラム通り交換されたか等の安全確認を常時ソフト処理す
る。ツールポスト（１２個）と予めＮＣに登録された工
具（１２個の２回＝２４個）の設置がソフト処理で一対
一の固定位置関係を決定する。

具体的にはまず、第２２図の■地点でＡＴＣのシャッタ
ーが開き、マガジン空ホルダーがＩＮ側へ回転する。■
地点で工具をアンクランプし■ないし■地点の間に工具
を選択し、Ｘ軸指令番号位置へ早送りし、ＡＴＣが２軸
へ原点復帰し、■地点で工具をクランプする。［相］地
点で工具ホルダーが後退し、■地点でＡＴＣのシャッタ
ーが閉じる。

ＡＴＣサイクル運転は、すべてＮＣ自体のソフトで処理
するため、従来機のような別途−軸割り出し用コントロ
ーラが不要となり低価格のシステムのみならず高速割出
し性能を実現した。さらに安全確認を常時ソフト処理し
ているため安全性が大幅に向上できた。

ＮＣに登録された工具が１２個のツールポストにソフト
処理で一対一の固定位置関係を決定されているため、ラ
ンダム選択式の工具取りだし方法に比して大幅に簡素化
し明瞭化できた。

またテーブル３５は上述の工具取付部２０の垂下の位置
で上記基台２に固定されているため、テーブル移動型の
ような誤差が生じない。

工具ホルダー２２は第７図に示すように、工具取付部２
１を介して主軸部２０下端に取付ける。

従来機の場合は第６図に示すように、軸受５０の基準点
Ｐ１より工具ホルダー２２ａ最下端までの長さはＬｌで
ある。本実施例の場合は第７図に示すように、軸受５０
の基準点Ｐより工具ホルダー２２の最下端までの長さは
Ｌであり、Ｌ　１＞Ｌとなる。

また従来機の場合は間隙ｍが存在し、工具把持面の面積
はαである。これに対して本実施例の場合工具取付部２
１と工具ホルダー２２は密着して把持され、その面積は
β＋γとなる。そのため工作時における工具ホルダー２
２にかかる曲げモーメントは従来機に比べ小さくなる。

このように本実施例の工具ホルダー２２を使用すること
により機械側主軸テーパー穴加工長が工具ホルダーテー
パー長さの量だけ短縮され、加工コストが大幅に低減す
る。しかも主軸前部ベアリングと、工具ホルダ−２２取
付部距離が大幅に短縮され主軸剛性が向上し、工具組付
は後剛性も主軸一体型相当の強剛性となるという効果を
奏する。

その結果、直径５０ｍｍ以下の正面フライス加工や直径
２０ｍｍ以下のエンドミル加工を可能とした。ＡＴＣ時
間が大幅に短縮され、工具ホルダー２２を主軸テーバ穴
から着脱する際の実質所要時間は、従来の半分以下とな
った。

そして本実施例では上述の左右動部５１前後移動部１０
、上下動部１５、主軸部２０、基台２、テーブル３５、
ＡＴＣ２５等を第１図ないし第３図に示すように非干渉
構造とした。

非干渉システムの一貫としてさらに上述のＡＴＣ２５と
前記工具取付部２０及びテーブルの間にシャッター４０
を設け、加工時の切削チップ等がＡＴＣ２５に付着する
のを防止している。そのため、加工時の切削チップが工
具やホルダーにまきついたり、マガジン内を回転移動中
に切削チップがホルダー、シャンク部に付くおそれがな
い。

工具ホルダー２２をＡＴＣで交換する際にも主軸テーパ
穴に損傷が生じたり、機械不良などの問題が発生するこ
とがない。

これは、加工中ツールポストがシャッターでテーブル加
工部から完全に仕切られ保護でき、装着の工具取付は方
向が常時垂直下を切れ刃部、テーパーシャンク部が垂直
上方向に一定であるからである。さらに治具、工具、加
工物の段取り替え作業が容易となる。

また絵付き日本語対話人力型自動プログラミング装置は
、第８図及び第９図のフローチャートに示されるもので
あり、工具ファイルを編集せしめる演算処理されたデー
タベースを内蔵していてツーリング工程の自動切削運転
データの自動決定を行う、そのため、従来では予め作業
者が加工向けに必要な工具データベースを逐次、入力作
成する作業を必要としていた。しかし、本装置はＣＮＣ
演算処理のソフト機能によって極めて少量のデータベー
スをＲＯＭに記憶保存させるだけで済み、従来の予備デ
ータベース作成作業すら一切排除せしめており、利用者
は購入後、予備知識が無くても直ちに作業できる。

本プログラミング装置は機械系特有の安全使用条件及び
耐負荷許容安全使用条件への自動制御を行う。

そして自動プログラミング装置、入力外部付属設備不要
であり、豊富なソフトデータを実装しているため操作性
能大幅に向上し、パートタイマー初心作業者が簡単かつ
迅速に作業可能である。自動プログラミング作成機能を
有しているため、従来のＮＣ言語入力の操作が不要であ
り、ＮＧ側から問い合わせてくる複数個の質問の回答で
プログラムを完成させることができる。

また本実施例では、等加速度によりトルクをプログラム
してあり、タップ同期機能を有するサーボモータを使用
し、エンコーダによるチエツクを行う。その為、本機と
同一の高速度制御性能を有するために必要であった従来
方式より小さなサーボモータでよくなった。

ＣＮＣ装置はフェイルセーフ機能を有しており、機械装
置の運転や、プログラム入力のミスに対応する。

本機械は、安全マージン、データをソフトウェアで自動
的にフェイルセーフ化演算処理、任意の入力条件に対し
常時実行させている。このソフト処理機能似て任意の加
工値（工具の材質、形状。

加工物の材質、原点位置、加工配列パターン、サイクル
パターン、加工形状のパラメータ）が入力されると自動
的に上記機能が可動する。

作業者の予備知識・経験不要である為、実稼動時間が短
縮され、生産性を向上するとともにフェイルセーフ機能
により、プログラムミス・ハードソフトの異常を確認出
来る。

上記の本実施例は、その作動時において第１４図及び第
１５図に示すように主軸とＺ軸の加減速応答、及びＮＣ
入力とモータ出力・応答に要した時間のロスを大幅に軽
減し、反応が早くなった。

また主軸・動力〜回転速度の調整は、第２０図に示すよ
うに等加減速曲線制御ソフトにより小型容量モータでよ
り高速応答加減速性能あげると共に省エネルギー、従っ
て高速同期加工、高速加減速早送りも可能である。

そのトル９ル回転速度の変動も、第２１図に示すように
一定比率で減少する。そのため微小ステップ移動の小加
工物においても第１７図に示すように加工時のトルク変
動が少なく、エネルギーの消費が軽減され小容量のモー
タで作業が行える。

特に従来の等速度・台形加減速制御に比して、本実施例
の等加速度制御によれば、制御特性上第１５図に示すよ
うな顕著な効果がある。つまり。

本実施例によれば主軸の変速比は、無断階に調整するこ
とができる。したがって、細密な施工に対応出来る。

なおＮＣ操作盤のデイスプレィはフラットＳＷが従来機
に比べ８０％少なく視認性がよく、スピーデイ−な操作
が可能で疲労が少ない。

（発明の効果） 本発明は、従来困難であった正面フライス加工を可能に
した。しかも工具交換が迅速且つ確実となりシステムの
信頼性を高める一方１機械の大幅な小型化による省設置
スペース化、設置時の組立、調整の簡略化が可能となる
。

機械自身のプログラムにより最適順序で加工が実行され
る。作業工程の簡素化、製造コストの低減、操作性の大
幅向上を図り、誤動作防止する故障原因の発生を抑える
。さらに、プログラムミスに際してもハード及びソフト
の両面にて確認でき、メンテナンスも容易となり、生産
性を大幅に向上させると共に安全性も高くなる等の効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例等を示すもので、第１図は本装置
の実施例の全体斜視図、第２図は同正面図、第３図は同
一部断面側面図、第４図は同平面図、第５図は同断面平
面図、第６図は従来の工具ホルダーの拡大正面図、第７
図は本実施例の工具ホルダーの拡大正面図、第８図はソ
フトウェアの構成を示すフローチャート、第９図は本実
施例の構成を示すフローチャート、第１０図は従来のマ
スタ、スレーブ制御を示す説明図、第１１図は本実施例
の同時２軸制御を示す説明図、第１２図は従来機の主軸
とＺ軸の加減速応答を示す説明図、第１３図は従来機の
ＮＧ大入力モータ出力の応答特性を示す説明図、第１４
図は本実施例の主軸とＺ軸の加減速応答を示す説明図、
第１５図は本実施例のＮＧ大入力モータ出力の応答特性
を示す説明図、第１６図は従来機の加減速応答中の負荷
トルク変動を示す説明図、第１７図は本実施例の加減速
応答中の負荷トルク変動を示す説明図、第１８図は従来
機の主軸、動力の回転速度を示す説明図、第１９図は従
来機の主軸、トルクの回転速度を示す説明図、第２０図
は本実施例の主軸、動力の回転速度を示す説明図、第２
１図は本実施例の主軸、トルクの回転速度を示す説明図
、第２２図はＡＴＣによる工具ホルダー交換の作動を示
す説明図、第２３図はＡＴＣの作動を説明するフローチ
ャート、第２４図は従来機の正面図、第２５図は同側面
図及び第２６図は従来機のＡＴＣの作動を説明する工程
図である。 ２・・・基台　　　　　　３・・・機械指導部５・・・
左右動部　　　１０・・・前後動部１５・・・上下動部
　　　２０・・・主軸部２２・・・工具保持手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）機械指導部下部に、工具保持手段を収納したＡＴ
   Ｃを設置し、該機械指導部とＡＴＣを非干渉システムと
   し、かつ制御ソフトにより制御可能としたことを特徴と
   するＣＮＣタッピング・ドリリング・ミィリングマシン
   。
2. （２）機械指導部を左右動部、前後動部、上下動部およ
   び主軸部より構成し、これら構成軸を全軸コラム移動型
   で主軸側ＸＹＺ全送り可能な全４軸制御構造とした請求
   項１記載のＣＮＣタッピング・ドリリング・ミィリング
   マシン。