JPH11114774A - 制振装置付ｎｃ工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工作機械の振動に起因する仕上げ精度の低下
を防止する。特に粗加工側の振動が仕上げ加工側に伝播
して精度を低下させるのを有効に防止する。 【解決手段】 工作機械の構成部材に固定された振動検
出器２１と、工作機械のワーク保持部材および／または
刃物保持部材に固定された加振器２５とを備え、振動検
出器２１の出力信号に基いて加振器２５の駆動電流値を
制御する。工作機械が第１工程の加工を司る第１主軸６
および第１刃物台３と、第２工程の加工を司る第２主軸
７および第２刃物台５とを備えた２主軸対向旋盤である
ときは、加振装置２５を第２主軸の主軸台４および／ま
たは第２刃物台５に固定して設ける。ワークと刃物との
相対位置関係を変化させる送りモータを制御するサーボ
制御装置を備えた工作機械においては、加振器を設ける
代わりに、振動検出器の出力に基いてサーボ制御装置に
与える位置信号を補正することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、工作機械に関す
るもので、良好な仕上げ面を有する精度の高い加工を行
うことが可能な技術手段に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】工作機械はワークと刃物との相対移動に
より、ワークを加工するものであり、仕上げ面の良好な
精度の高い製品を得るためには、ワークと刃物とが正確
な相対位置関係を維持して運動することが必要である。
そのため工作機械の構成部材は、外力による変形が起こ
らないように剛性の高いものとし、部材の熱変形がワー
クの加工精度に影響を及ぼさないように種々の考慮が払
われている。

【０００３】ワークの仕上げ精度を低下させる要因の一
つとして、工作機械の振動がある。ワークは通常素材か
ら粗加工、中加工、仕上げ加工という数工程を経て仕上
げられる。粗加工においては、切削反力の大きな重切削
が行われ、素材の形状にも大きな誤差があるから、加工
中に機械に生ずる振動も大きい。しかし中加工、仕上げ
加工と工程が進むにつれて、切削量は少なくなり、機械
にかかる切削反力も一定してくるため、機械の振動も小
さくなる。従って粗加工時の機械の振動によって生じた
加工誤差は、その後の加工によって除去され、良好な制
動の加工品が得られるのである。

【０００４】ところが２主軸対向旋盤のように、１台の
加工場に複数の加工ステーションがある機械では、第１
加工ステーションで粗加工を行い、第２加工ステーショ
ンで仕上げ加工を行うことがある。たとえば２主軸対向
旋盤では、ローダで供給された素材を第１主軸のチャッ
クで把持して粗加工を行い、それを第２主軸のチャック
に受け渡して、第１主軸のチャックで把持されていた部
分の加工と仕上げ加工とを行うのである。このような場
合、第１主軸側の粗加工で生ずる振動が、第２主軸側に
伝播し、第２主軸側で行っている仕上げ加工の精度を低
下させるということが起こる。

【０００５】ワークの仕上げ精度に悪影響を及ぼす振動
の他の発生源として、ローダやアンローダがある。これ
らの装置は往復運動や間歇運動を行うので、その起動停
止時に慣性力に基づく振動が発生する。特にワークの加
工サイクルの短い小型の高速旋盤では、ローダやアンロ
ーダの動作速度も速くなるので、その起動停止時の振動
が大きくなる傾向がある。ローダやアンローダの動きに
起因する振動は瞬間的なもので、たとえばワーク端面の
仕上げ加工を行っているときに、瞬間的な振動に起因す
る条痕がワークの仕上げ面に残るということが起こる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】機械の振動に起因する
ワークの仕上げ精度の低下を避けるためには、機械側の
慣性質量を大きくして振幅を下げるか、あるいは振動源
と加工ステーションとの間に振動を吸収する防振部材を
介装することが考えられる。しかし前者は工作機械を不
必要に大型化し、機械コストも上昇するので、好ましい
対策とはいえない。また後者は緩衝機能は工作機械に要
求される剛性と両立させることが困難な機能であるた
め、現実には採用することが困難である。

【０００７】この発明は上記のような問題に鑑み、工作
機械の振動に起因する仕上げ精度の低下を防止する新た
な技術手段を提供することを課題としており、特に粗加
工と仕上げ加工とが同一機械上で同時に行われることが
ある２主軸対向旋盤において、粗加工側の振動が仕上げ
加工側に伝播して、仕上げ精度を低下させることを有効
に防止することができる技術手段を提供することを課題
としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の制振装置
付ＮＣ工作機械は、工作機械の構成部材に固定された振
動検出器２１と、工作機械のワーク保持部材および／ま
たは刃物保持部材に固定された加振器２５とを備え、振
動検出器２１の出力信号に基いて加振器２５の駆動電流
値を制御することを特徴とするものである。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の制
振装置付ＮＣ工作機械において、工作機械が第１工程の
加工を司る第１主軸６および第１刃物台３と、第２工程
の加工を司る第２主軸７および第２刃物台５とを備えた
２主軸対向旋盤であり、加振装置２５が第２主軸の主軸
台４および／または第２刃物台５に固定されていること
を特徴とするものである。

【００１０】請求項３記載の制振装置付ＮＣ工作機械
は、ワーク保持部材および刃物保持部材と、ワークと刃
物との相対位置関係を変化させる送りモータと、この送
りモータを制御するサーボ制御装置とを備えた工作機械
において、工作機械の構成部材に固定された振動検出器
２１を備え、この振動検出器の出力に基いてサーボ制御
装置に与える位置信号を補正することを特徴とするもの
である。

【００１１】

【作用】この発明では振動検出器２１で検出された振動
に対する逆位相の振動をワーク保持台や刃物保持台に与
えることにより、互いの振動を相殺してワークや刃物の
振動を抑止する。工作機械には種々の方向の振動が発生
し得るが、たとえば粗加工時に生ずる振動は、切削反力
が作用する方向に最も大きな振幅が現れるので、当該方
向の振動を検出するように振動検出器を固定し、当該振
動を打ち消すように加振器を装着するか、当該方向の位
置を制御しているサーボ制御装置の位置信号を補正する
ことにより、ワークの仕上げ精度に影響を及ぼすような
振動を除去することが可能である。加振装置やサーボ制
御装置を振動検出器で検出された細かい振動にまで対応
させることは現実には困難であるが、機械の振動は通常
振幅の大きな主となる振動に、これより周波数が高くか
つ振幅の小さな振動が重畳しているものがほとんどであ
るから、主となる振動を制振するように加振装置やサー
ボ制御装置を制御してやれば、振動による仕上げ精度の
低下を大幅に軽減できる。

【００１２】２主軸対向旋盤で粗加工と仕上げ加工を同
時に行うとき、粗加工側の振動が仕上げ加工側に伝播す
るのを緩衝材等を用いて防止するのは、実際には非常に
困難であり、また粗加工側で生ずる振動の態様も素材や
ワークの形状によって種々に変化するので、この発明の
制振手段が特に有効である。

【００１３】振動検出器２１は一般的には、制振しよう
とする部材すなわち加振器を固定する部材ないし振動検
出器の出力によって位置信号を制御しているサーボ制御
装置で位置制御されている部材に固定するのが有効であ
り、この場合には振動検出器で検出される信号が０とな
るように、加振装置２５またはサーボ制御装置を制御す
ることとなる。振動検出器２１は振動発生源に近い位置
に固定することもできる。振動検出器を振動発生源に近
い位置に固定すれは、振動を検出するタイミングが早く
なり、検出される振動の振幅も大きいから、信号検出お
よび応答速度の点で有利であり、ローダの動作に起因す
る信号のように、一時的な振動の制振を行うときに有利
である。このような場合には振動検出器２１をローダの
アーム等に固定しておくことも有効である。振動検出器
２１を制振しようとする部材と異なる部材に固定したと
きは、振動検出器で検出される振動の逆位相の信号を加
振器２５やサーボ制御装置に与えることとなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下図面を参照してこの発明の実
施の形態を説明する。図はいずれも２主軸対向旋盤にお
ける第２主軸および／第２刃物台の制振にこの発明を採
用した例を示したものである。図の２主軸対向旋盤は、
ベッド１と実質上一体の第１主軸台２と、Ｚ軸（主軸方
向）およびＸ軸（バイトの切込方向）方向に移動する第
１タレット刃物台３と、第１主軸台に対向してＺ軸方向
に移動する第２主軸台４と、Ｘ軸方向に移動する第２タ
レット刃物台５とを備えている。第１主軸６および第２
主軸７は、それぞれ第１主軸台２および第２主軸台４に
軸支されて同一軸線上に位置しており、それらの対向端
に第１チャック８および第２チャック９が装着されてい
る。図１ないし図３はそれぞれ第１ないし第３実施態様
を示す模式的な平面図であり、図４は第４実施態様を示
す模式的な正面図である。図４の２主軸対向旋盤は、ガ
ントリー型のローダ５１を備えている。このローダの門
形のフレーム５２は、旋盤のベッド１に実質上一体に装
着されており、その上桁５３に沿って走行する台車５４
を備えている。台車５４には昇降する垂直方向の腕５５
が設けられており、その腕の下端にはワークを把持する
ハンド５６が設けられている。

【００１５】以下図１ないし図４に基いてローダ５１を
備えた２主軸対向旋盤の動作を簡単に説明する。ローダ
５１は台車５４の水平移動と腕５５の昇降とによってワ
ークを搬送して、第１チャック８に素材を供給する。第
１主軸と第１タレット刃物台で構成される第１加工ステ
ーションにおいて、粗加工と第２チャック９で把持され
る部分の仕上げ加工とが行われる。次に第２主軸台４が
第１主軸台側に移動して第１チャック８から第２チャッ
ク９へとワークを受け渡し、第２主軸台が後退した後、
第２主軸と第２タレット刃物台とで構成される第２加工
ステーション１２で第１チャック８で把持されていた部
分の粗加工と全体の仕上げ加工が行われる。ワークを第
２チャック９へ受け渡した後の第１チャック８へは、ロ
ーダ５１から次のワークが供給され、第１加工ステーシ
ョン１１での加工と第２加工ステーション１２での加工
が並行して行われ、なおかつその間にローダ５１は次の
ワークを取り上げて待機するという動作を行う。第２加
工ステーションでの加工が終了したワークは、ローダも
しくは図示しないアンローダに受け渡されて機外に搬出
される。

【００１６】以上の動作説明から理解されるように、２
主軸対向旋盤のような複数の加工ステーションを備えた
工作機械では、一方の加工ステーションで仕上げ加工を
行っているときに、他方の加工ステーションで行われて
いる粗加工に起因する振動が生じたり、ローダの運動に
伴う振動が生じたりするのである。

【００１７】図１はこの発明の第１実施態様を示したも
のである。この例では振動検出器２１が第１主軸台２に
固定されており、加振器２５が第２タレット刃物台５に
固定されている。振動検出器２１および加振器２５の近
傍に記載された両向き矢印ａ，ｂは、それぞれ振動の検
出方向および加振方向を示し、この例ではともにＸ軸方
向すなわち刃物の切込方向である。振動検出器２１の信
号は演算回路３１およびドライバ３２を介して加振器２
５に与えられている。演算回路３１の演算式は、第１加
工ステーション１１で粗加工を行っている際の第１主軸
台２の振動と第２主軸台４および第２タレット刃物台５
の振動とを予め測定してそれらの相関関係に基いて決定
する。

【００１８】図２はこの発明の第２実施態様を示したも
ので、第１主軸台２には第１実施態様と同様に振動検出
器２１がＸ軸方向の振動を検出するように固定されてい
る。振動検出器２１の信号はＮＣ装置３３に入力され、
ＮＣ装置３３は振動検出器２１からの信号によって補正
した駆動信号を第２タレット刃物台５をＸ軸方向に駆動
するサーボモータ２８のサーボ制御装置３４に出力す
る。すなわちこの第２実施態様のものでは、振動検出器
２１の信号はＮＣ装置３３、サーボ制御装置を介して第
２タレット刃物台５のＸ軸送りモータ２８に与えられて
いる。ＮＣ装置３３でどのような補正を行うかは、第１
実施態様の演算式を求める方法と同様な方法を用いて決
定することができる。

【００１９】図３はこの発明の第３実施態様を示したも
のである。この例では振動検出器２１Ａ、２１Ｂおよび
加振器２５Ａ、２５Ｂが第２主軸台４と第２タレット刃
物台５とに装着されている。振動の検出方向ａおよび加
振方向ｂはともにＸ軸方向である。各部材（第２主軸台
と第２タレット刃物台）に固定した振動検出器２１の信
号は、ＰＤ制御器３５およびドライバ３２を経て当該各
部材に固定した加振器２５に与えられている。ＰＤ制御
器３５は振動検出器２１の出力信号とその微分値に基い
て、振動検出器２１の出力が０となるように、加振器２
５を制御する。この第３実施態様のものでは、振動検出
器２１および加振器２５を第２主軸台４と第２タレット
刃物台５との両方に設ける必要があり、制御装置として
より応答性の高いものを必要とするが、あらゆる振動源
からの振動に対して有効に制振機能を発揮するという特
徴がある。

【００２０】図４はこの発明の第４実施態様を示したも
ので、ローダからの信号を制振する例を示したものであ
る。振動検出器２１はローダのフレーム５２にその振動
検出方向ａをＺ軸方向にして装着されており、加振器２
５は第２主軸台４に加振方向ｂをＺ軸方向にして装着さ
れている。振動検出器２１の信号は第１実施態様と同様
に演算回路３１及びドライバ３２を介して加振器２５に
与えられている。ここで振動の検出方向および加振方向
をＺ軸方向としたのは、ローダの腕５５がＺ軸方向に走
行するからであり、Ｘ軸方向に移動してワークを搬送す
るものを用いたときは、振動検出方向および加振方向を
Ｘ軸方向とするべきである。

【００２１】以上説明した図１ないし図３の実施態様の
ものでは、第２加工ステーションで加工されているワー
クに対する第１加工ステーション側の振動による影響を
回避することができる。また第４実施態様のものでは、
第２加工ステーションで加工されているワークに対する
ローダの運動に起因する振動による影響を回避できる。
第４実施態様のものは、第１実施態様と同様な制御手段
を採用したものであるが、第２実施態様および第３実施
態様の制御手段を採用することももちろん可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の模式的な平面図

【図２】第２実施例の模式的な平面図

【図３】第３実施例の模式的な平面図

【図４】第４実施例の模式的な正面図

【符号の説明】

３ 第１刃物台 ４ 第２主軸台 ５ 第２タレット刃物台 ６ 第１主軸 ７ 第２主軸 21 振動検出器 25 加振器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械の構成部材に固定された振動検
   出器(21)と、工作機械のワーク保持部材および／または
   刃物保持部材に固定された加振器(25)とを備え、振動検
   出器(21)の出力信号に基いて加振器(25)の駆動電流値を
   制御することを特徴とする、制振装置付ＮＣ工作機械。
2. 【請求項２】 工作機械が第１工程の加工を司る第１主
   軸(6) および第１刃物台(3) と、第２工程の加工を司る
   第２主軸(7) および第２刃物台(5) とを備えた２主軸対
   向旋盤であり、加振装置(25)が第２主軸の主軸台(4) お
   よび／または第２刃物台(5) に固定されていることを特
   徴とする、請求項１記載の制振装置付ＮＣ工作機械。
3. 【請求項３】 ワーク保持部材および刃物保持部材と、
   ワークと刃物との相対位置関係を変化させる送りモータ
   と、この送りモータを制御するサーボ制御装置とを備え
   た工作機械において、工作機械の構成部材に固定された
   振動検出器(21)を備え、この振動検出器の出力に基いて
   サーボ制御装置に与える位置信号を補正することを特徴
   とする、制振装置付ＮＣ工作機械。