JPH0623641A

JPH0623641A - ボール盤用制御方法およびその装置

Info

Publication number: JPH0623641A
Application number: JP20442392A
Authority: JP
Inventors: Seinosuke Nakazawa; 清之助中澤; Kuniaki Koseki; 邦明小関; Isao Onodera; 功小野寺
Original assignee: SUMISHO WADOO KK
Current assignee: SUMISHO WADOO KK
Priority date: 1992-07-08
Filing date: 1992-07-08
Publication date: 1994-02-01

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な自動刃具交換装置（ＡＴＣ）を備えた多
軸ボール盤を用いて複数の工具を自動的に選択して多種
連続加工するための合理化されたボール盤用制御方法お
よびその装置を提供することである。【構成】クイル式スピンドルの周りに設けた複数の工具
支持体の工具保持ホルダに保持された複数の工具をカム
で操作することによって必要な工具を呼び出して工作物
を多種加工するボール盤用制御方法において、マイクロ
コンピュータの信号により操作パネルの表示部にボール
盤の運転機能をメニュー形式に表示させ、この表示され
た機能コマンドを順次選択して運転データをキー入力部
でキー入力し、該入力されたデータにしたがって選択で
きる運転モードを運転コマンドから選択指示した後、運
転操作部に設けられた運転ボタンの操作によって先に入
力された運転データにしたがって前記カムを自動操作さ
せて複数の工具を自動的に選択して多種連続加工するこ
とを特徴としたボール盤用制御方法およびその装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動刃具交換装置
（ＡＴＣ）が取付けられたＣＮＣボール盤を用いて複数
の工具を自動的に選択して多種連続加工するためのボー
ル盤用制御方法およびその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ボール盤作業は、その加工の内容から付
加価値の非常に低い作業であり、安価な機械と安い労働
力に頼わざるを得ないのが現実であり、ボール盤作業を
合理化しようとすると、多軸化か専用機化することにな
る。一方、汎用性をもった機械を採用しようとすると、
マシニングセンタ（ドリルセンタ）などの高価で運転操
作の難しい機械となり、簡単に導入できないのが実状で
ある。また多工程のボール盤作業を行う場合、たとえ
ば、１台のボール盤で刃具を交換しながら加工を行う
か、数台のボール盤を使って順次加工を行うか、など、
ほとんど手作業で行われているのが現状である。

【０００３】したがって、ボール盤をＣＮＣ化して、自
動刃具交換装置（ＡＴＣ）を取付けることによりボール
盤作業がより合理化されることは知られているが、特に
簡単な自動刃具交換装置（ＡＴＣ）を持ったボール盤
に、価格が安く、操作が簡単で誰でも使えるＮＣ制御装
置を装備することによりボール盤作業を容易に合理化す
ることが要望されている。

【０００４】そして、多軸ボール盤の簡単な自動刃具交
換装置（ＡＴＣ）としては、工作機械のクイル式スピン
ドルの周りに設けた複数の工具支持体の工具ホルダに保
持された工具によって工作物を多種加工する工作機械の
工具交換装置において、５本の工具支持体がクイル式ス
ピンドルの周りに設けたハウジングに揺動可能に枢着さ
れ、その工具支持体のローラを内方のスピンドル先端部
外周に回転可能に配設されたカム体に常時押圧するばね
手段を備え、５本の工具支持体に対して回転自在の工具
保持ホルダを常時上方に付勢するばね手段を備えたもの
や、５本の工具支持体のローラがカム体の凹部に位置し
た際、工具ホルダはクイル式スピンドルの軸線を越すよ
うに凹部を形成して、工具ホルダがスピンドル先端に形
成されたテーパ部に嵌着された際に工具支持体のローラ
とカム体との間に間隙が生じるように構成したものが提
案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の５本
の工具を装備した刃具自動交換装置（ＡＴＣ）を有して
いる多軸ＣＮＣボール盤の制御において、１台の装置で
刃具のセット交換を行わずに、簡単な操作で軽快にボー
ル盤作業が行え、しかも広範囲にわたるボール盤作業が
効率よく合理化できるようにすることを目標として鋭意
研究開発した結果、完成されたものである。

【０００６】本発明は、上記の簡単な自動刃具交換装置
（ＡＴＣ）を備えた多軸ＣＮＣボール盤を用いて複数の
工具を自動的に選択して多種連続加工するための合理化
されたボール盤用制御方法およびその装置を提供するこ
とを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するためのクイル式スピンドルの周りに設けた複数
の工具支持体の工具保持ホルダに保持された複数の工具
を自動刃具交換装置で操作することによって必要な工具
を呼び出して工作物を多種加工するボール盤用制御方法
において、マイクロコンピュータの信号により操作パネ
ルの表示部にボール盤の運転機能をメニュー形式に表示
させ、この表示された機能コマンドを順次選択して運転
データをキー入力部でキー入力し、該入力されたデータ
にしたがって選択できる運転モードを運転コマンドから
選択指示した後、運転操作部に設けられた運転ボタンの
操作によって先に入力された運転データにしたがって前
記自動刃具交換装置を自動操作させて複数の工具を自動
的に選択して多種連続加工することを特徴としたボール
盤用制御方法である。

【０００８】また、本発明は、クイル式スピンドルの周
りに設けた複数の工具支持体の工具保持ホルダに保持さ
れた複数の工具を自動刃具交換装置で操作することによ
って必要な工具を呼び出して工作物を多種加工するボー
ル盤用制御装置において、加工条件などによって設定さ
れるツールセット・プログラムと加工順序を決めるカコ
ウシーケンス・プログラムを有するマイクロコンピュー
タと制御装置を搭載し、該マイクロコンピュータの信号
によりボール盤の運転機能をメニュー形式に表示させる
表示部、運転データのキー入力部、および運転操作部を
操作パネルに設け、前記プログラムにキー入力された運
転データしたがって前記自動刃具交換装置を制御して複
数の工具を自動的に選択して多種連続加工するようにし
たことを特徴としたボール盤用制御装置である。

【０００９】

【作用】次に、本発明の作用について説明すると、ボー
ル盤に内蔵されたマイコン制御により加工条件などによ
って設定される「ツールセット・プログラム」と、加工
順序を決める「カコウシーケンス・プログラム」とが入
力されたコンピュータと操作パネルに設けられた液晶画
面に示されるメニュー形式の表示との対話方式で、キー
入力部から機能コマンドを順次選択して必要な運転デー
タをキー入力する。そのためには先ず操作パネルの電源
スイッチを入れ、次にキー入力部の原点キーを打って液
晶画面にツール設定モードを表示して、その表示された
自動運転か、手動運転かを選択し、手動運転の場合には
速度をインプットし、自動運転の場合にはＴ１ないしＴ
５から使用工具の順序をインプットし、さらにＴ１ない
しＴ５のそれぞれの工具径、回転数、送り速度、送り長
さ、加工深さピッチなどのパラメータをテンキーを用い
てインプットする。この際センタドリル、ドリル、タッ
プ、リーマ、エンドミルの工具の種類も選択し、インプ
ットする。次に、メニュー画面に戻し、速度キーを押し
て速度設定モードとし、早送り速度をインプットする。
同様にメニュー画面に戻してＳＥＴキーによってシーケ
ンス入力モードとし、テンキーによって加工工程や繰返
し加工の運転などの加工シーケンスの条件をインプット
する。このようにして運転データのキー入力が終了した
ら一旦電源を切る。

【００１０】ボール盤の運転を開始する場合は、電源ス
イッチを入れ運転操作部の原点キーを押して、工具ホル
ダの原点位置を自動的に低速で行なう原点出し操作をし
た後、運転モードのメニュー画面を出して機能コマンド
を選択する。例えば自動運転を行なう場合には自動のキ
ーを押して自動モードに切り換え、運転操作部のサイク
ルスタートＯＮスイッチを押すと、先に入力された運転
データにしたがって前記自動刃具交換装置を制御して各
工具が順次加工作業を自動的に連続して行なうことがで
きる。その際に回転数、送り速度、送り長さ、加工深さ
などの入力されたパラメータにしたがって加工作業が行
なわれる。

【００１１】また、手動運転を行なう場合には運転モー
ドのメニュー画面から手動キーを押して手動モードに切
り換えてから運転操作部のサイクルスタートＯＮのスイ
ッチを押すと、ボール盤のスピンドルがツール設定モー
ドで設定された回転数で回転する。この場合にはＴ１な
いしＴ５のいずれかを押して自動刃具交換（ＡＴＣ）を
行ない、必要な工具を選択利用できる。

【００１２】さらに、オプションモードのオプションキ
ーＯＰ．１からＯＰ．４を用いて各種の付加装置の選択
とパラメータの設定をしたり、ワークキー、材質キーを
用いて特殊加工や材質による特有の加工条件を自動設定
して各種の付加装置も利用できる。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１ないし図５は本実施例を示しており、
図１は本実施例の側面図、図２は正面図、図３と図４は
用部の拡大説明図、図５はカム体の平面図である。本実
施例は基台１に立設されたスタンド２にクイル式スピン
ドル３が配置されており、スタンド２の上部には前面カ
バー４が取付けられており、この前面カバー４には操作
パネル５が設けられている。

【００１４】上記基台１内にはマイクロコンピュータと
制御装置とが内蔵されており、また多軸ＣＮＣボール盤
には主軸回転駆動用モータＭ₁の駆動軸からベルト６を
介してスプライン軸７に回転力を伝達し、さらにその回
転力はベルト６ａを介してクイル式スピンドル３のスピ
ンドル８の回転軸９に伝達されるようになっている。一
方、主軸送り用モータＭ₂の駆動軸からはベルト１０を
介してら旋棒１１を回転させ、このら旋棒１１の回転に
よってクイル式スピンドル３を支持している摺動体１２
を上下に移動させるようになっている。したがって、こ
の摺動体１２が上下に移動する際は前記スプライン軸７
に沿って移動する。

【００１５】また、スタンド２に固定されたハウジング
１４には図３および図４に示すように前記クイル式スピ
ンドル３が回転可能に、かつ上下移動可能に装着されて
おり、このハウジング１４の周囲には複数の工具支持体
１５がそれぞれ枢軸１６によって揺動可能に枢着されて
いる。この支持体１５には内方に突出して設けられたロ
ーラ１７が装備されており、しかも工具支持体１５はば
ね１８によって常に内方に付勢され、ローラ１７を常時
自動刃具交換装置のカム１９に押圧している。この自動
刃具交換装置は図５に示すような回転可能なカム１９と
５本の工具支持体１５に装備されたローラ１７とからな
り、これらの接触によって工具の呼出しが行われ、上記
カム１９はコンピュータの指令により呼び出される工具
と最短距離の方向に回転する。また、工具支持体１５に
はばね２０によって常時上方に付勢されている工具支持
棒２１が摺動可能に装着されており、この工具支持棒２
１の折曲した先端部２２には工具ホルダ２３が回転可能
に装着されている。そして加工工具４２は工具ホルダ２
３の下面にチャックにより取り付けられ、また工具支持
体１５には工具支持棒２１のストッパ２４が設けられて
いる。

【００１６】一方、前記クイル式スピンドル３の回転ス
ピンドル８の先端部２５にはテーパ部２６が形成されて
おり、このテーパ部２６に円錐状の工具ホルダ２３が嵌
着できるようになっている。また上記先端部２５の外周
には自動刃具交換装置割り出し用のインターナルギヤ２
７が固定されており、このインターナルギヤ２７は自動
刃具交換装置１９に固定されたアウターギヤ２８と噛み
合っている。

【００１７】一方、自動刃具交換装置（ＡＴＣ）付きボ
ール盤の制御装置は、図６に示すような回路構成をして
おり、集中制御部３０はマイクロプロセッサーボード３
１、マシンコントローラボード３２、入出力インターフ
ェースボード３３、および電源部３４からなり、この集
中制御部３０のマイクロプロセッサーボード３１には操
作パネル５をもつコンソールボックス３５が連通されて
おり、マシンコントローラボード３２には２つのサーボ
アンプＡ₁とＡ₂とが連通され、それぞれ主軸回転用サー
ボモータＭ₁と主軸送り用サーボモータＭ₂とを備えてい
る。また入出力インターフェースボード３３にはコンソ
ールボックスの操作パネル５内の運転操作部３５および
マシンセンサー群３６、各種アクチュエータ群３７とが
連通されている。

【００１８】また、図７に示すように操作パネル５に
は、運転操作部３５のほかに液晶画面の表示部３８とキ
ー入力部３９とを有しており、このキー入力部３９には
運転データを入力するための多くのキーが配列されてい
る。また運転操作部３５にもボール盤を運転するための
多くのボタンが配列されている。さらに、操作パネル５
には外部入出力インターフェース用のコネクタ４０を備
えている。

【００１９】次に、本実施例の動作について説明する
と、ボール盤のマイクロコンピュータにセットされてい
る加工条件などによって設定される「ツールセット・プ
ログラム」と、加工順序を決める「カコウシーケンス・
プログラム」とに、操作パネル５のキー入力部３９か
ら、操作パネル５に設けられた液晶画面の表示部３８に
示されるメニュー形式の表示との対話方式で、機能コマ
ンドを順次選択しながら必要な運転データをキー入力す
る。そして、ボール盤を運転する場合は、電源ＳＷを入
れ運転操作部３５の原点キーにより工具ホルダの原点出
し操作をした後、運転モード中の自動モードに切り換
え、運転操作部３５のサイクルスタートＳＷを押し入力
された運転データにしたがってＡＴＣを制御して各工具
が順次加工作業を連続して行なうことができる。

【００２０】次に、本実施例の自動刃具交換装置（ＡＴ
Ｃ）付きＣＮＣボール盤の運転データ入力プログラムを
下のフローチャートによって説明する。

【００２１】次に、本実施例の自動刃具交換装置（ＡＴ
Ｃ）付きＣＮＣボール盤の運転プログラムを下のフロー
チャートによって説明する。ステップ１．電源スイッチＯＮ ↓ ステップ２．主軸の原点出し動作 ↓ ステップ３．自動運転選択 ↓ ステップ４．マイコンにおいて設定された作業順序、作業条件を確定 ↓ ステップ５．サイクルスタートスイッチＯＮ ↓ ステップ６．ＣＮＣボール盤に使用工具の順序を指令 ↓ ステップ７．ＣＮＣボール盤に各工具の作業条件を指令 ↓ ステップ８．ＣＮＣボール盤に作業開始を指令 ↓ ステップ９．ＣＮＣボール盤のカムが回動し必要な工具を呼び出す ↓ ステップ１０．予めインプットされた作業条件で作業をする ↓ ステップ１１．終了後、順次工具が呼び出されて作業をする ↓ ステップ１２．全作業が終了後、主軸が原位置に復帰する

【００２２】このように本実施例の自動刃具交換装置
（ＡＴＣ）付きＣＮＣボール盤は、運転プログラムのフ
ローチャートにしたがってボール盤の運転が自動的に連
続操作される。すなわち、制御装置により主軸回転用駆
動モータＭ₁を低速回転に制御して回転スピンドル８を
回転するとその先端部２５に固定されたインターナルギ
ヤ２７を介してアウターギヤ２８が低速回転され、これ
に固定されたＡＴＣのカム１９がゆっくり回転し、必要
な工具を支持している工具支持体１５のローラ１７が接
する位置までカムを回転し、その凹部を自動的に移動さ
せる。その際、図３、図４に示すように工具ホルダ２３
を支持している工具支持体１５はばね１８によって枢軸
１６を中心として一点鎖線の位置から実線の位置に揺動
する。

【００２３】次いで、前記制御装置により回転スピンド
ル８の回転は停止された状態で、主軸送り用モータＭ₂
が駆動されてら旋棒１１が回転し、クイル式スピンドル
３を摺動体１２を介して下方に移動させる。この移動に
よりインターナルギヤ２７とカム１９に固定されたアウ
ターギヤ２８との噛み合いが外れてクイル式スピンドル
３が下降し、回転スピンドル８の先端部２５に形成され
たテーパ部２６に円錐状の工具ホルダ２３が嵌着され、
同時に回り止めが工具ホルダ２３の切欠きに係止して両
者は結合され、予めインプットされた作業条件どおりの
作業を自動的に行う。その作業が終了すると、次の予定
された工具がＡＴＣのカム１９によって呼び出され同様
に予めインプットされた作業条件どおりの作業を自動的
に行い、以下同様に５本の工具の作業が連続して行われ
る。

【００２４】次に、本実施例である自動刃具交換装置
（ＡＴＣ）付きボール盤の主な機能について説明する
と、早送り速度は、自動の場合は１２０００mm／minで
あり、手動の場合には５０００mm／minである。切削速
度は５０００mm／minで、回転数は毎分３０００であ
る。さらに、ねじ切りの場合は主軸回転と送りのインパ
ルス同期方式で、回転数は毎分１６００である。また主
軸の回転と送りには、無段階に速度設定ができるＡＣサ
ーボモータを採用して高性能化されており、センター、
ドリル、リーマ、タップ、ザグリなどのボール盤作業が
１回のセッティングで自動的に行うことができ、しかも
各工具には専用の駆動源を持たない簡易方式なので、構
造が簡単でコンパクト設計が可能となる。本実施例の自
動刃具交換装置（ＡＴＣ）は、少ない動きで交換が行わ
れるので、工具の変更時間が短く、さらにオプション設
定として、Ｘ，Ｙテーブルや、分割テーブル（ＡＰＣ）
などが接続できるように操作パネル３５と制御ボックス
内に２系統のコネクターが設けられており、専用のキー
ボードやパソコンを用いてデータのインプットができ
る。さらに、ドリルのステップフィードについて説明す
ると、図８に示したようにステップ動作の切り込み深さ
は、工具径を１００とした比率で切り込まれ、ステップ
の繰返し深さは初回深さＬ₁の２倍、３倍のように自動
設定されており、予め設定した切削深さまで切り込まれ
ると送りが停止し、早戻りで上昇する。

【００２５】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、加工条件
などによって設定されるツールセット・プログラムと加
工順序を決めるカコウシーケンス・プログラムをセット
したマイクロコンピュータと制御装置を搭載し、そのマ
イクロコンピュータの信号によりボール盤の運転機能を
メニュー形式に表示させる表示部を有しているから、液
晶画面に示されるメニュー形式の表示との対話方式で、
容易にキー入力部から機能コマンドを順次選択して運転
データをキー入力することができ、さらにボール盤を運
転する際には運転操作部を操作して運転モードのメニュ
ー画面を出し、機能コマンドを選択して先に入力された
データにしたがって各種工具が順次加工作業を自動的に
連続して行なわせることができるから、１台のボール盤
で複数の各種工具を自動的に選択して効率的な多種連続
加工を容易に行なうことができる。さらに、各種の付加
装置の選択とパラメータの設定が容易にでき、また特殊
加工条件や材質による特有の加工条件を簡単に自動設定
できるため各種の付加装置も１台のボール盤で利用でき
るという大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の側面図である。

【図２】本実施例の正面図である。

【図３】本実施例の要部拡大図である。

【図４】本実施例の要部拡大説明図である。

【図５】本実施例のＡＴＣ部分の拡大平面図である。

【図６】本実施例の制御装置の説明図である。

【図７】本実施例の操作パネルの説明図である。

【図８】工具送り深さの説明図である。

【符号の説明】

１基台２スタンド３クイル式スピンドル４前面カバー５操作パネル７スプライン軸８回転スピントル１１ら旋棒１２摺動体１４ハウジング１５工具支持体１７ローラ１９ＡＴＣのカム２１工具支持棒２３工具ホルダ２６テーパー部２７インターナルギヤ２８アウターギヤ３０集中制御部３１マイクロプロセッサーボード３２マシンコントローラボード３３入出力インターフェースボード３４電源部３５運転操作部３８表示部３９キー入力部４２加工工具Ｍ₁主軸回転駆動用モータＭ₂主軸送り用モータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】クイル式スピンドルの周りに設けた複数
の工具支持体の工具保持ホルダに保持された複数の工具
を自動刃具交換装置で操作することによって必要な工具
を順次呼び出して工作物を多種加工するボール盤用制御
方法において、マイクロコンピュータの信号により操作
パネルの表示部にボール盤の運転機能をメニュー形式に
表示させ、この表示された機能コマンドを順次選択して
運転データをキー入力部でキー入力し、該入力されたデ
ータにしたがって選択できる運転モードを運転コマンド
から選択指示した後、運転操作部に設けられた運転ボタ
ンの操作によって先に入力された運転データにしたがっ
て前記自動刃具交換装置を自動操作させて複数の工具を
自動的に選択して多種連続加工することを特徴としたボ
ール盤用制御方法。
【請求項２】クイル式スピンドルの周りに設けた複数
の工具支持体の工具保持ホルダに保持された複数の工具
を自動刃具交換装置で操作することによって必要な工具
を順次呼び出して工作物を多種加工するボール盤用制御
装置において、加工条件などによって設定されるツール
セット・プログラムと加工順序を決めるカコウシーケン
ス・プログラムをセットしたマイクロコンピュータと制
御装置を搭載し、該マイクロコンピュータの信号により
ボール盤の運転機能をメニュー形式に表示させる表示
部、運転データのキー入力部、および運転操作部を操作
パネルに設け、前記プログラムにキー入力された運転デ
ータにしたがって前記自動刃具交換装置を制御して複数
の工具を自動的に選択して多種連続加工するようにした
ことを特徴としたボール盤用制御装置。
【請求項３】キー入力される運転データには、使用工
具の順序、工具径、回転数、送り速度、送り長さ、加工
深さ、ピッチなどを含んでいることを特徴とした請求項
１または２記載のボール盤用制御装置。
【請求項４】各種の付加装置を搭載して使用すること
ができるように操作パネルにオプションモードを設け、
使用する付加装置にしたがってオプション選択ができる
ようにしたことを特徴とした請求項２記載のボール盤用
制御装置。