JPH0740123A - スクロール加工機 - Google Patents

スクロール加工機

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Publication number
JPH0740123A
JPH0740123A JP20574193A JP20574193A JPH0740123A JP H0740123 A JPH0740123 A JP H0740123A JP 20574193 A JP20574193 A JP 20574193A JP 20574193 A JP20574193 A JP 20574193A JP H0740123 A JPH0740123 A JP H0740123A
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JP
Japan
Prior art keywords
tool
spindle
axis
work
tool spindle
Prior art date
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Application number
JP20574193A
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English (en)
Inventor
Akira Takashima
明 高嶋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Seiki Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Seiki Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 [目的]スクロール加工機の高速化及び高精度化。 [構成]ワークを把持してC軸廻りにワークを回転させ
るワーク主軸17と、ベッド2上で数値制御によりC軸
に平行なZ軸及びZ軸に直交するX軸方向に移動する工
具主軸ユニット6と、工具主軸ユニット6を構成しX軸
方向に並びそれぞれにZ軸に平行な回転軸をもつ複数の
工具主軸7と、工具主軸7毎に設けられ独立に制御され
る駆動モータM1〜M4とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複数の工具主軸を選択
しながら加工を行うとともに、ATC(自動工具交換装
置)、AWC(自動ワーク交換装置)も付設し、冷却用
圧縮機などに用いられるスクロールの加工を行うスクロ
ール加工機に関する。
【0002】
【従来の技術】インボリュート面を互いに転動面とする
ケーシング・ロータが冷却用圧縮機などに用いられる。
このようなケーシング・ロータは量産され、また、転動
面は高精度の面精度が必要である。スクロール加工機
は、インボリュート面を持つロータ・ケーシングを加工
するための専用の加工機である。スクロール加工機は、
工作物であるワークを回転させるワーク主軸、加工工具
を回転させる工具主軸とからなる。ワーク主軸の回転変
位と工具主軸の直線変位が数学的関数に基づいて数値制
御される。加工工具は順次交換しながら複数種類が用い
られて加工されている。
【0003】従来、特開平1−188210号公報に見
られるように、手動により工具交換を行うスクロール加
工機が知られている。また、特開平4−171111号
公報に見られるように、自動工具交換装置(以下、AT
Cという)により工具主軸1本で工具交換を行いながら
加工を行うことができるようにしたスクロール加工機が
知られている。
【0004】工具の手動交換は工具交換に時間がかかり
加工能率が悪い。ATC化は、ATC時間による加工時
間の増加を伴うほか、加工中の工具交換が工具の把持に
よる精度誤差を招き、加工精度の低下をもたらす。この
ように、従来のスクロール加工機では、ATC化が高精
度化の妨げになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この発明は上述のよう
な技術的背景のもとになされたものであり、下記目的を
達成する。
【0006】この発明の目的は、高速化及び高精度化さ
れたスクロール加工機を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、前記目的を
達成するため、次の手段を採る。
【0008】この発明のスクロール加工機は、ワークを
把持したワーク主軸(17)を回転自在に支持するワー
ク主軸ヘッド(11)と、このワーク主軸ヘッドに対向
して、このワーク主軸ヘッドの軸線と平行な方向である
Z軸方向と直交するX軸方向に複数並設され、数値制御
により前記X軸方向に移動するとともに、前記Z軸方向
に相対移動する工具主軸ユニット(6)と、前記工具主
軸ユニットに回転自在に設けられ、前記Z軸方向と平行
な方向に回転軸を有するとともに加工工具が着脱自在に
装着される複数の工具主軸(7)と、前記工具主軸毎に
設けられ、各々、前記工具主軸を独立に回転駆動させる
駆動モータ(M1 …M4 )とからなることを特徴として
いる。
【0009】また、この発明のスクロール加工機は、前
記スクロール加工機において、前記工具主軸内に設けら
れ前記加工工具を前記工具主軸に装着させるため前記加
工工具シャンク部に取付けられたプルスタッド(34)
を把持する把持部材(35,30c)を前記ワーク主軸
側である前端部に有し、前記工具主軸内を軸線方向に進
退移動するドローバ(33)と、このドローバと前記工
具主軸のあいだに設けられ、前記ドローバを常時後方に
付勢している付勢部材(32)とからなる前記プルスタ
ッド引張り機構を有する加工工具クランプ手段(31)
と、前記ワーク主軸軸線と同一軸線上に設けられ、前記
ワーク主軸軸線と同一軸線上に位置決めされた前記工具
主軸の前記ドローバを前記付勢手段の付勢力に抗して前
方に移動させ、前記加工工具クランプ手段をアンクラン
プ状態とする加工工具アンクランプ手段(36)と、前
記ワーク主軸軸線と同一軸線上を移動自在に設けられ、
前記ワーク主軸軸線と同一軸線上に位置決めされた前記
工具主軸に前記加工工具を把持して取付ける加工工具把
持部材(60)とを有することを特徴としている。
【0010】
【作用】この発明のスクロール加工機は、同一ワーク加
工中は工具を交換しない。それぞれに単一の工具を備え
た複数の工具主軸がX軸方向に移動する。複数の工具主
軸はそれぞれに独立したモータにより駆動される。工具
主軸は工具交換のときにもX軸方向に移動する。
【0011】さらにまた、この発明のスクロール加工機
は、工具主軸の軸線方向に往復運動するドローバの進退
により工具の自動交換を行う。
【0012】
【実施例】
(実施例1)次に、本発明の実施例を説明する。図1、
図2、図3は、本発明の実施例1を示し、図1は平面
図、図2は正面図、図3は右側面図である。ベッド1上
に案内面2がX軸方向に形成されている。この案内面2
に工具主軸ユニット台3が案内されX軸方向に移動自在
である。工具主軸ユニット台3は、ベッド1上でX軸サ
ーボモータ4により回転駆動されるX軸送りねじ5によ
り直進駆動される。工具主軸ユニット6が工具主軸ユニ
ット台3上に支持されて設けられている。
【0013】工具主軸ユニット6は複数の工具主軸ヘッ
ド6a,6b,6c,6dからなり、工具主軸ヘッド6
a,6b,6c,6dはそれぞれに工具主軸7を備えて
いる。工具主軸7はそれぞれに加工工具8を備えてい
る。加工工具8の回転軸心9はどれもX軸に直交するZ
軸に平行に設定されている。工具主軸7はそれぞれに独
立のビルトインモータにより回転駆動される。4本の工
具主軸7のうち3本の工具主軸7が中仕上げ加工ユニッ
トを構成し、1本の工具主軸7が仕上げ加工ユニットを
構成している。中仕上げ加工ユニットと仕上げ加工ユニ
ットは独立の冷却系統によりそれぞれに冷却される。
【0014】図1に示すように、ベッド1上にワーク主
軸ヘッド用案内面10が設置されている。ワーク主軸ヘ
ッド用案内面10上にワーク主軸ヘッド11がZ軸方向
に移動する。図2に示すように、ワーク主軸ヘッド11
は、Z軸サーボモータ12により回転駆動されるZ軸送
りねじ13により直進駆動される。図4に示すように、
ワーク主軸ヘッド11にはY軸昇降体14が昇降自在に
設けられている。Y軸昇降体14はY軸サーボモータ
(図示せず)により回転駆動されるY軸送りねじ15に
よりY軸方向に昇降駆動される。
【0015】Y軸昇降体14にC軸サーボモータ16が
取り付けられている。ワーク主軸17がY軸昇降体14
に回転自在に支持され設けられている。C軸サーボモー
タ16の出力軸に取り付けられたプーリ18とワーク主
軸17に取り付けられたプーリ19とが、歯付きベルト
20により連結されている。ワーク主軸17の先端部に
工作物チャック21が取り付けられている。工作物チャ
ック21にはワーク・ピースを取り付けるための固定爪
などから構成されるワーク保持具が設けられている。
【0016】図5は、加工工具クランプ・アンクランプ
機構を示し、平面断面図である。工具主軸ケーシング6
aの内周面には第1冷却筒51bが固定され、この第1
冷却筒51b内の軸受などにより工具主軸7が回転自在
に支持されている。この軸受はフロントカバー6c、後
部ケーシング6bなどにより軸線方向にも支持されてい
る。工具主軸7のワーク主軸17側である前端には、テ
ーパ孔30aが形成され、このテーパ孔30aに加工工
具8のツールシャンク8aが装着される。このツールシ
ャンク8a後部にはプルスタッド34がねじ込まれてい
る。このプルスタッド34の後部には、前部テーパ部3
4c、後部テーパ部34aを有する軸部34bが形成さ
れている。
【0017】工具主軸7の中央を貫通する貫通孔にはド
ローバ33が挿入されている。このドローバ33と工具
主軸7とのあいだには、皿ばね32が複数枚設けられて
いる。すなわち、ドローバ33は工具主軸7に対して常
時後方(図5における右方)に付勢力を受けている。ド
ローバ33の前端には、複数の穴33aが半径方向にあ
けられており、この穴33a内にボール35が挿入され
ている。この穴33aはドローバ33側である内径側が
小径となっており、ボール35は内径側に落下しない。
工具主軸7のテーパ穴30aに連続して後方に続く孔部
には、逃げ孔部30bとクランプ孔部30cとが形成さ
れている。.なわち、ドローバ33先端のボール35
が、この逃げ孔部30bに位置すると、ボール35は逃
げ孔部30b側に径方向に移動することができ、プルス
タッド34の軸部34bが進退移動可能となる。
【0018】一方、加工工具8が工具主軸7のテーパ孔
30aに装着され、プルスタッド34がボール35の部
位を後方に通過後、皿ばね32の付勢力でドローバ33
を後方に移動させると、ボール35はクランプ孔部30
cに位置し、径方向の移動をクランプ孔部30cに規則
されるため、前部テーパ部34cを後方に押圧し、工具
主軸7に加工工具8をクランプする。このドローバ3
3、ボール35、皿ばね32等で加工工具クランプ手段
31を構成する。参照番号8cは、ATCを構成する後
述のローダの工具把持用把持具の爪が把持する把持部で
ある。
【0019】ベッド1には加工工具アンクランプ手段3
6が設けられている。加工工具アンクランプ手段36に
は流体圧シリンダ装置が設けられ、流体圧シリンダ37
にピストン38が挿入され、ピストン38にドローバ3
3を皿バネ32の付勢力に抗して押す押し部材39が取
り付けられている。
【0020】図6、図7、図8は、ワーク計測用センサ
ー40を示し、図6は背面図、図7は底面図、図8は右
側面図である。工具主軸ユニット台3上に計測用アーム
軸受台41が設けられている。計測用アーム軸受台41
は流体圧シリンダ装置42によりZ軸方向に進退自在に
設けられている。計測用アーム軸受台41に計測用アー
ム回転軸43が支持され、計測用アーム回転軸43の前
端部に計測用アーム44の一端が取り付けられている。
計測用アーム44はその進退位置で、Z軸に直交する平
面内で揺動する。計測用アーム44の他端に計測用セン
サー45が取り付けられている。
【0021】図8に示すように、流体圧シリンダ装置4
6が計測用アーム軸受台41に傾動自在に設けられてい
る。流体圧シリンダ装置46の伸縮端と計測用アーム4
4の軸すなわち計測用アーム回転軸43との間にレバー
47が傾動自在に介設されている。図8に2点鎖線で示
す回転位置の計測用センサー45は、Z軸方向に移動す
るワーク主軸ヘッド11に設けられている工作物チャッ
ク21と干渉しない。
【0022】図9は、工具主軸ヘッド6a,6b,6
c,6dのいずれか1つの工具主軸ヘッド6aの内部の
駆動部を示している。工具主軸7の内部には前記ドロー
バ33が通っている。工具主軸7の外周の一部にロータ
50が固定され、工具主軸ケーシング6aの内周面に第
1冷却筒51が固定され、第1冷却筒51の内周面にス
テータ52が固定されている。ロータ50、ステータ5
2によりビルトインモータが構成されている。このよう
な構成のビルトインモータが各工具主軸7毎に設けられ
ている。
【0023】各工具主軸7に1つずつ付随するビルトイ
ンモータは各工具主軸7毎に回転制御される。また、各
工具主軸7毎に各工具主軸7に1つずつ付随するエンコ
ーダ検出器が設けられる。図10は前記各ビルトインモ
ータの制御系を示している。図10で、n=3、であ
る。コントローラ60の3相電源の両端端子間を接続す
る回路61中に並列にビルトインモータM1〜M3が接
続されている。ビルトインモータM1〜M3の制御系の
切り換えは、メイン切り換え用3相コンタクタMC1〜
MC3の切り換えにより行われる。コントローラ60か
らは、ビルトインモータM1〜M3のPLG信号側接続
線に接続するPLG信号線62a〜62cが配線されて
おり、PLG信号線62a〜62cのそれぞれにPLG
信号切り換え用リレーRA1〜RA3が介設されてい
る。
【0024】メイン切り換え用3相コンタクタMC1〜
MC3とPLG信号切り換え用リレーRA1〜RA3と
を1つずつ対にして1対がコントローラ60により選ば
れる。駆動系をビルトインモータM1からM2に切り換
えるときは、減速させるビルトインモータM1の零速度
出力を受けて、コントローラ60は、ON状態のメイン
切り換え用3相コンタクタMC1とPLG信号切り換え
用リレーRA1とをOFFにする。続いて、メイン切り
換え用3相コンタクタMC2とPLG信号切り換え用リ
レーRA2とをONにする。一方、ビルトインモータM
4は、工具主軸ヘッド6dが仕上げ用ヘッドであるの
で、連続回転可能なように単独で回転制御される。
【0025】図5(a)、図5(b)、図9に示すよう
に、工具主軸ケーシング6aに外接する第1冷却筒51
a、第2冷却筒51bの外周面には冷却用螺旋溝54
a、54bが設けられている。3体の工具主軸ヘッド6
a,6b,6cの冷却用螺旋溝54a,54bは図示し
ない供給管により直列に接続され、図示しない第1主冷
装置に接続されている。工具主軸ヘッド6dの冷却用螺
旋溝54は、図示しない第2主冷装置に接続されてい
る。このように工具主軸ヘッド6dを3体の工具主軸ヘ
ッド6a,6b,6cから独立して単独に冷却するよう
にしたのは、工具主軸ヘッド6dは仕上げ加工用である
ので温度変化を最小限にするためである。
【0026】図2に示しているように、ワーク及び工具
を把持するダブルハンド式把持部材60を下端部に持つ
ローダ61が案内軌道62に案内されZ軸に平行な方向
に工具主軸ユニット台3、ワーク主軸ヘッド11と図示
しないワークおよび加工工具の貯蔵装置との間で進退動
する。把持部材60は昇降して、把持部材60が把持す
るワーク及び加工工具の軸線を交換位置に位置決めされ
たワーク主軸17及び工具主軸7の軸線に一致させるこ
とができる。
【0027】(実施例1の動作)X軸サーボモータ4に
より工具主軸ユニット台3をX軸方向に駆動し選択する
工具主軸ヘッド6a,6b,6c,6dの1つの工具主
軸7をワーク主軸17軸線上に合わせる。前記ローダ6
1を降下させ、ローダ61の前記把持部材の軸線と交換
位置に位置決めされた工具主軸7の軸線に合わせる。ロ
ーダ61の把持部材60が加工工具8の把持部8cを把
持する。流体圧シリンダ37の第2シリンダ室37bに
圧力流体を供給し、ピストン38とともに押し部材39
を前方に押すと、皿ばね32に抗してドローバ33が前
進し、加工工具8のプルスタッド34のボール35によ
るクランプ動作が解消される。把持部材60が前方に前
進し加工工具8を前方に引き抜く。
【0028】ローダ61の把持部材60は、新しい加工
工具8を把持して新しい加工工具8の軸を工具主軸7に
合わせ、後退して新しい加工工具8のツールシャンク8
aを工具主軸7のテーパ孔30aに挿入し、新しい加工
工具8のプルスタッド34をドローバ33前端に挿入す
る。流体圧シリンダ37の第1シリンダ室37aに前記
圧力流体を供給し、ピストン38とともに押し部材39
をが後退させる。皿ばね32の付勢力でドローバ33が
後退し、ボール35がプルスタッド34を引張りクラン
プが後退する。テーパ孔30aにツールシャンク78a
を強力に押圧して、新しい加工工具8は工具主軸7にク
ランプされる。
【0029】X軸サーボモータ4により工具主軸ユニッ
ト台3をX軸方向に駆動し工具主軸ヘッド6a,6b,
6c,6dの1つの工具主軸7の軸を加工工具アンクラ
ンプ手段36のピストン38の軸線上に合わせ、順次
に、4体の加工工具8を自動交換する。次に、ローダ6
1の把持部材60は、ワークを交換する。
【0030】同一のワーク加工中は、工具の交換は行わ
ない。工具主軸ヘッド6a,6b,6c,6dの工具主
軸7の中心軸線位置はスクロール加工機に設けられてい
る機械原点よりの距離が予め決められている。したがっ
て、X軸サーボモータ4により工具主軸ユニット台3の
移動量の制御により、工具主軸ヘッド6a,6b,6
c,6dのX軸方向の位置制御が行われる。
【0031】Y軸昇降体14は、Y軸サーボモータによ
り回転駆動されるY軸送りねじ15によりY軸方向に昇
降駆動される。Y軸昇降体14と1体の工作物チャック
21の回転軸すなわちC軸を工具主軸7の軸線に対して
同軸線上に、または、Y軸方向に所定量離れた位置に位
置決めを行う。C軸サーボモータ16による工作物チャ
ック21のC軸方向の回転角制御とX軸サーボモータ4
による工具主軸ヘッド6a,6b,6c,6dのX軸方
向の送り制御とで、ワークはインボリュート曲面を持つ
ものに加工される。インボリュート曲面は、工具主軸ヘ
ッド6a,6b,6cの3つの加工工具8により中仕上
げ加工が行われる。この中仕上げ加工において、工具主
軸ヘッド6a,6b,6cからなる中仕上げ加工ユニッ
トは1体的にX軸方向に動き、また、それぞれの加工工
具8は1連の中仕上げ加工中に工具交換されないので相
対的に固定されている。このため、中仕上げ加工の精度
が高い。
【0032】工具主軸ヘッド6a,6b,6c,6dの
中で、仕上げ加工用の工具主軸ヘッド6dの駆動モータ
M4は、中仕上げ用の工具主軸ヘッド6a,6b,6c
のいずれかが中仕上げ加工を行っている間も、回転駆動
を止められることなく常時駆動されている。従って、仕
上げ加工ユニットは温度が定状状態に達するとその状態
が維持され、温度変化による工具主軸の変位が生じな
い。また、仕上げ加工用の工具主軸ヘッド6dは中仕上
げユニットの工具主軸ヘッド6a,6b,6cから切り
離された冷却系である第2主冷装置により冷却される。
このように仕上げ加工用の工具主軸ヘッド6dは温度変
化が小さい定常状態に維持されるので、加工精度が高
い。
【0033】従来、ワーク主軸17は大きい負荷を受け
るので、ウオーム・ギヤなどを介して大幅に減速してい
た。このため、粗加工のときよりもワーク主軸の回転を
速くする中仕上げ、仕上げ加工時には原動機部分の発熱
が高くなり、加工精度が悪くなっていた。原動機とワー
ク主軸17との間をノン・バックラッシュ歯付きベルト
20で伝達し、低減速比化したので、原動機の回転数を
大きくする必要がない。従って、回転による熱の発生が
少ない。なお、ワーク主軸17に直装した回転スケール
によりフィードバック制御を行うので、歯付きベルト2
0を用いることはワーク主軸17の回転精度に影響を与
えない。
【0034】なお、前記した実施例では、加工工具クラ
ンプ手段についてボール式引張り機構で説明を行ってい
るが、コレット式引張り機構であってもよい。更に、冷
却用溝を螺旋溝で説明を行っているが、外周溝を複数形
成し、この外周溝間を連通溝で接続する冷却溝であって
もよい。
【0035】
【発明の効果】この発明によると、次の効果が奏され
る。X軸サーボモータ4により工具主軸ユニット台3の
移動量の制御により、工具主軸ヘッド6a,6b,6
c,6dのX軸方向の位置制御が独立に行われる。した
がって、工具交換をしないので加工精度が高い。
【0036】また、この発明のスクロール加工機は、複
数主軸の複数の加工工具の交換を異種ワーク毎に1度に
行うので、異種ワーク間でも高速化が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明のスクロール加工機の実施例1
を示し、平面図である。
【図2】図2は、図1の正面図である。
【図3】図3は、図1の右側面図である。
【図4】図4は、ワーク主軸ヘッド11を示し、正面図
である。
【図5】図5(a)は、工具取り替え機構を示す平面断
面図である。図5(b)は、図5(a)の一部の拡大平
面断面図である。
【図6】図6は、ワーク計測用センサー40を示し、背
面図である。
【図7】図7は、図6の底面図である。
【図8】図8は、図6の右側面図である。
【図9】図9は、工具主軸の1部を示し、断面図であ
る。
【図10】図10は、複数モータの独立制御を示す回路
図である。
【符号の説明】
1…ベッド 6…工具主軸ユニット 7…工具主軸 8…加工工具 M1〜M4…駆動モータ 17…ワーク主軸 34…プルスタッド 39…押し部材

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ワークを把持したワーク主軸(17)を回
    転自在に支持するワーク主軸ヘッド(11)と、 このワーク主軸ヘッドに対向して、このワーク主軸ヘッ
    ドの軸線と平行な方向であるZ軸方向と直交するX軸方
    向に複数並設され、数値制御により前記X軸方向に移動
    するとともに、前記Z軸方向に相対移動する工具主軸ユ
    ニット(6)と、 前記工具主軸ユニットに回転自在に設けられ、前記Z軸
    方向と平行な方向に回転軸を有するとともに加工工具が
    着脱自在に装着される複数の工具主軸(7)と、 前記工具主軸毎に設けられ、各々、前記工具主軸を独立
    に回転駆動させる駆動モータ(M1 …M4 )とからなる
    ことを特徴とするスクロール加工機。
  2. 【請求項2】請求項1のスクロール加工機において、前
    記工具主軸内に設けられ前記加工工具を前記工具主軸に
    装着させるため前記加工工具シャンク部に取付けられた
    プルスタッド(34)を把持する把持部材(35,30
    c)を前記ワーク主軸側である前端部に有し、前記工具
    主軸内を軸線方向に進退移動するドローバ(33)と、
    このドローバと前記工具主軸のあいだに設けられ、前記
    ドローバを常時後方に付勢している付勢部材(32)と
    からなる前記プルスタッド引張り機構を有する加工工具
    クランプ手段(31)と、 前記ワーク主軸軸線と同一軸線上に設けられ、前記ワー
    ク主軸軸線と同一軸線上に位置決めされた前記工具主軸
    の前記ドローバを前記付勢手段の付勢力に抗して前方に
    移動させ、前記加工工具クランプ手段をアンクランプ状
    態とする加工工具アンクランプ手段(36)と、 前記ワーク主軸軸線と同一軸線上を移動自在に設けら
    れ、前記ワーク主軸軸線と同一軸線上に位置決めされた
    前記工具主軸に前記加工工具を把持して取付ける加工工
    具把持部材(60)とを有することを特徴とするスクロ
    ール加工機。
JP20574193A 1993-07-28 1993-07-28 スクロール加工機 Pending JPH0740123A (ja)

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JP20574193A JPH0740123A (ja) 1993-07-28 1993-07-28 スクロール加工機

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JP20574193A Pending JPH0740123A (ja) 1993-07-28 1993-07-28 スクロール加工機

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JP (1) JPH0740123A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100308389B1 (ko) * 1998-12-30 2001-12-17 전평옥 나사가공장치를구비한수치제어밀링머신

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KR100308389B1 (ko) * 1998-12-30 2001-12-17 전평옥 나사가공장치를구비한수치제어밀링머신

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