JPWO2009144845A1 - ワーク取付台及び工作機械 - Google Patents

Abstract

複数のワークを取り付けても、ワークやテーブルと主軸とが干渉せずにワークの加工が行えるワーク取付台及び工作機械が提供される。四角錐体形状の四つの側面をワーク取付面としたワーク取付部（２７）がテーブル（１７）に固定される。工具（２３）を装着する主軸（１９）とテーブル（１７）とは、Ｘ、Ｙ、Ｚの直交３軸方向に相対移動可能であり、テーブル（１７）はＡ軸及びＣ軸方向に回転送り可能である。ワーク取付面が主軸（１９）の軸線に対して垂直となるＡ軸及びＣ軸の回転角度位置を予め記憶手段に記憶する。ワーク取付面に取り付けられたワーク（３３）を加工するとき、記憶された回転角度位置に基づいてワーク座標系を設定し、ＮＣ加工を行う。

Description

本発明は、複数のワークを取り付けるワーク取付台及びそのワーク取付台を備えた工作機械に関する。

工作機械のテーブルに一度に複数のワークを取り付け、そのワークを順次加工するいわゆる多数個取り加工を行う場合、一般的に、回転割出しテーブルに設けた角柱状の多面イケールを用いる。イケールの各ワーク取付面にワークを取り付け、一つのワークの加工が終了後、テーブルを割出して次のワークを加工する。特開２００４−１４２０４６号公報には、一例として３面イケールが開示されている。
また、特開２００１−２２５２３５号公報には、垂直軸に対して主軸を傾斜して配置し、加工領域を構成する第１のテーブル面と加工領域外に位置しワークの取付け及び取出し領域を構成する第２のテーブル面とを有するターンテーブルを、両面の中心に位置付けられた旋回軸で回転自在に設け、第１のテーブル面を前記傾斜した主軸と直交する平面に配置し、第２のテーブル面を水平な平面に配置した工作機械が開示されている。このターンテーブルは、互いに傾斜した２面にそれぞれワークを取り付け、ワークの加工領域とワークの取付け及び取出し領域との間でワークの交換を行うものである。
工具を装着する主軸とワークを取り付けるテーブルとを相対的にＸ、Ｙ、Ｚ軸の直交３軸方向に移動させる３つの直線送り軸、及びテーブルを直線送り軸の回りに回転させる直交した２つの回転送り軸を有した５軸の数値制御工作機械で、複数のワークを多数個取り加工する場合を考える。このとき、特開２００４−１４２０４６号公報に開示されているような角柱状の多面イケールを用いると、テーブル上面に対面したワーク下面は、主軸とテーブルとが干渉してしまい加工できない。もちろん、多面イケールを用いずに、テーブル上面の一平面上に複数のワークを取り付けて多数個取り加工をしようとすると、ワークとワークとが対面している面の加工をするときに、主軸とワークとが干渉してしまう問題点がある。
特開２００１−２２５２３５号公報に記載の工作機械は、加工領域内だけでテーブルを割出して複数のワークを順次加工する、いわゆる多数個取り加工を行うものではない。従って、ワークやテーブルと主軸とが干渉せずに複数のワークの加工を行うことに関する記載や示唆はない。

本発明は、前述の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、複数のワークを取り付けても、ワークや工作機械のテーブルと主軸とが干渉せずにワークの加工が行えるワーク取付台及び工作機械を提供することである。
前述の目的を達成するために、本発明によれば、複数のワークを取り付けるワーク取付台において、角錐体形状に形成され、該角錐体形状の側面をワーク取付面としたワーク取付部と、前記ワーク取付部を工作機械のテーブルに固定するための結合部とを具備するワーク取付台が提供される。
このように構成された本発明のワーク取付台は、結合部によって工作機械のテーブルに固定され、ワークは、ワーク取付台のワーク取付部に取り付けられる。ワークは、結局、角錐体形状の複数の側面に互いに傾斜して取り付けられるので、隣接するワークとワークとの間に空間が確保される。ワーク取付部は、四角錐体形状に形成されるのが好ましい。
また、本発明によれば、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の三つの直線送り軸及びＡ、Ｂ、Ｃ軸のうち少なくとも二つの回転送り軸を有する工作機械において、前記Ａ軸又はＢ軸の方向に回転するテーブルベースと、前記テーブルベースに支持され、前記テーブルベースを回転させる回転送り軸に直交する回転送り軸の方向に回転するテーブルと、角錐体形状に形成され、該角錐体形状の側面をワーク取付面としたワーク取付部及び該ワーク取付部を前記テーブルに固定するための結合部を有するワーク取付台とを具備する工作機械が提供される。
このように構成された本発明の工作機械は、二つの回転送り軸の方向に回転して姿勢を変えることができるテーブルにワーク取付台を固定し、ワーク取付台の角錐体形状の複数の側面をワーク取付面としたワーク取付部にワークを取り付け、主軸に装着した工具との間で相対移動させてワークを加工する。ワークは角錐体形状のワーク取付部に互いに傾斜して取り付けられるので、隣接するワークとワークとの間に空間が確保される。ワークを所望の方向から加工するために、テーブルベース及びテーブルをそれぞれの回転送り軸の方向に回転させる。そして、一つのワークの加工が終了後、テーブルを割出して次のワークを加工する。
また、本発明によれば、前記ワーク取付台の角錐体形状に形成されたワーク取付部にワークを着脱可能に取り付けるワーククランプ手段を更に具備する工作機械が提供される。ワーククランプ手段によりワーク取付部にワークを容易に取り付け、取り外しすることができる。
また、本発明によれば、前記テーブルベース及び前記テーブルを回転させる回転送り軸の回転角度位置を記憶する記憶手段を更に具備し、前記ワーク取付台の角錐体形状に形成されたワーク取付部の一つのワーク取付面が、主軸の軸線に対して垂直になるときの前記テーブルベースを回転させる回転送り軸の回転角度位置及び前記テーブルを回転させる回転送り軸の回転角度位置を記憶する工作機械が提供される。
ワーク取付台の一つのワーク取付面が主軸の軸線すなわちＺ軸に対して垂直になるときのテーブルベースを回転させる回転送り軸の回転角度位置及びテーブルを回転させる回転送り軸の回転角度位置を記憶手段に記憶しておく。この記憶した回転角度位置がワーク取付部に取り付けられたワークを加工するときのワーク座標系の設定の基準値となる。
本発明によれば、角錐体形状の側面をワーク取付面としたワーク取付部を有するワーク取付台を用いているので、ワーク取付部に複数のワークを取り付けたとき、ワークとワークとの間には、主軸に装着された工具があらゆる方向から相対的にアプローチできるだけの空間が確保される。従って、ワークやテーブルと主軸とが干渉することなくワーク取付部に取り付けられたワークを加工することができる。ワーク取付部が四角錐体形状に形成された場合は、四つのワークを取り付けることができる。また、ワーク取付部にワーククランプ手段を設けることにより、ワークの着脱が容易になり、更にはワークの着脱を自動化することもできる。
また、テーブルベース及びテーブルを回転させる回転送り軸の回転角度位置を記憶する記憶手段を更に設け、ワーク取付台の角錐体形状に形成されたワーク取付部の一つのワーク取付面が、主軸の軸線に対して垂直になるときの前記テーブルベースを回転させる回転送り軸の回転角度位置及び前記テーブルを回転させる回転送り軸の回転角度位置を記憶しておくことにより、ワーク取付面ごとにワーク座標系を容易に設定することができる。これにより、ワークが角錐体形状の傾斜したワーク取付面に取り付けられていることを意識せず、あたかもワークが主軸の軸線すなわちＺ軸に対して垂直な平面に取り付けられているとして加工プログラムを作成でき、加工プログラミングがしやすくなる効果がある。

本発明の上述及びその他の目的、特徴、利点を以下、添付図面を参照して本発明の実施形態に基づいてさらに詳細に説明する。
図１は、本発明のワーク取付台及び工作機械の実施の形態を示す正面図である。
図２Ａ−Ｄは、図１のＤ−Ｄ断面図であり、図２ＡはＡ軸が水平状態、図２ＢはＡ軸が３０度傾いた状態、図２ＣはＡ軸が１２０度傾いた状態、図２ＤはＡ軸が６０度傾いた状態を示している。
図３は、図１の矢印Ｅから見た部分矢視図である。
図４は、別のワーク取付部をテーブルに結合してＡ軸を１３５度傾けた状態の説明図である。
図５は、本発明のワーク取付台の他の実施の形態を示す断面図である。
図６は、本発明の三角錐体形状のワーク取付部の斜視図である。

以下、本発明によるワーク取付台及び工作機械の好ましい実施の形態を図面を用いて説明する。
図１を参照すると、工作機械は、左右のＸ軸方向に移動可能なサドル１と、サドル１に対して上下のＺ軸方向に移動可能な主軸頭３と、ベッド５上を前後のＹ軸方向に移動可能な移動台７と、移動台７上に固定されたサポート９のＸ軸と平行な回転軸線１１回りをＡ軸方向に回転可能なテーブルベース１３と、テーブルベース１３上でＺ軸と平行な回転軸線１５回りをＣ軸方向に回転可能なテーブル１７とを有する。サドル１は、移動台７の後方でベッド５上に立設するコラム（図示せず）上をＸ軸方向に移動可能に設けられている。主軸頭３には主軸１９が立向きに、回転可能に支持されており、工具２３を把持した工具ホルダ２１がこの主軸１９の先端に装着される。
テーブル１７上には、直方体形状のプレート２５を介して四角錐体形状のワーク取付部２７が載置され、ワーク取付部２７の底面をプレート２５に密着させてワーク取付部２７がテーブル１７にボルト、Ｔ溝ナット等で結合される。ワーク取付部２７とプレート２５とでワーク取付台を構成している。プレート２５は、ワーク取付位置をテーブル上面から高くする場合に用いるものであり、本発明に必須のものではない。プレート２５は、ワーク取付部２７と一体的に台座として形成してもよい。また、プレート２５又は台座を有さずワーク取付部２７を直接テーブル１７に結合してもよい。請求項に記載のワーク取付台の結合部とは、本実施の形態では、プレート２５、台座又はワーク取付部２７の底面のことである。
四角錐体形状のワーク取付部２７には、四つの側面で成るワーク取付面３１にそれぞれワーク３３が取り付けられる。ワーク３３をワーク取付面３１に取り付ける方法は、ワーク取付面３１にあけられたねじ穴を利用してボルトや締め板で取り付けたり、ワーク取付面３１に設けられたチャックやクランパでワークを取り付けたりするものが採用される。請求項に記載のワーク取付台のワーク取付部とは、本実施の形態では四角錐体形状の側面でなる四つのワーク取付面３１を総称したものである。尚、本発明の角錐体形状とは、三角錐、四角錐、五角錐等及び載頭三角錐、載頭四角錐、載頭五角錐等を含むものである。
本実施の形態では、ＪＩＳ４０番のテーパ穴が形成された主軸端にコレットチャックを有した工具ホルダ２１を介して外径１０ｍｍのエンドミルを装着し、テーブル１７は直径が２００ｍｍの円形をしており、Ａ軸の回転軸線１１と凹形状のサポート９の凹内部上面との距離Ｈが２００ｍｍのトラニオン形のテーブル装置を用いている。ワーク取付部２７は底面の一辺Ｐが１４０ｍｍの正方形で、ワーク取付面３１と底面との傾斜角度θは３０度の四角錐であり、底面が同じ大きさのプレート２５とともにテーブル１７にボルト結合されている。
１つのワーク取付面３１を矢印Ｅ方向から見た矢視図（図３）に示すように、底面は一辺Ｑが５０ｍｍの正方形で、高さＲがＱの半分の２５ｍｍである直方体形状のワーク３３がワーク取付面３１に取り付けられている。これはワーク取付面３１からはみ出すことなく取り付けられ、かつ、実際の加工現場で多数を占める高さＲが底面の一辺Ｑの半分の寸法の直方体形状が最大ワーク寸法を表していると仮定したものである。
このワーク３３を図２Ａに示すように、ワーク取付面３１の延長線３５よりも上方へ飛び出すことなく取り付けられる必要がある。なぜなら、図２Ｄに示すように、ワーク３３の面３３ｃを主軸の軸線すなわちＺ軸に対して垂直にして加工するとき、他のワーク３３と工具ホルダ２１又は工具２３とが干渉しないようにするためである。
図２Ｂは、ワーク３３の面３３ａを主軸１９の軸線に対して垂直にして加工する場合、Ａ軸を傾斜角度θすなわち３０度傾けることを示している。他のワーク３３の面３３ａを加工するときは、この状態でＣ軸を９０度ずつ回転割出しすればよい。図２Ｃは、ワーク３３の面３３ｂを主軸１９の軸線に対して垂直にして加工する場合、Ａ軸を９０度＋θすなわち１２０度傾けることを示している。図２Ｄは、ワーク３３の面３３ｃを主軸１９の軸線に対して垂直にして加工する場合、Ａ軸を９０度−θすなわち６０度傾けることを示している。
四角錐体形状のワーク取付部２７のワーク取付面３１と底面との傾斜角度θを他の値にする場合は、その角度値に応じて、ワーク３３の面３３ａ、３３ｂ、３３ｃを主軸１９の軸線に対して垂直になるときのＡ軸の回転角度位置を変える必要がある。図２Ｂ、図２Ｃ及び図２Ｄの加工を行う場合は、工具２３の工具ホルダ２１からの突き出し長さを５０ｍｍにしても、工具ホルダ２１とテーブル１７との干渉はないが、図４の場合は、工具ホルダ２１とテーブル１７との干渉を回避するため、工具ホルダ２１からの工具２３の突き出し長さを７０ｍｍまで長くする必要がある。
このように、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の直交３軸の直線送り軸と、テーブル１７をＡ軸及びＣ軸方向に旋回可能にする回転送り軸とを有する工作機械のテーブルに四角錐体形状のワーク取付部２７を固定し、ワーク取付部２７の４つのワーク取付面３１にそれぞれワーク３３を取り付ける構成により、直方体形状のワーク３３の底面を除く他の５面を主軸１９の軸線に対して垂直になるように割出して加工することができる。ワーク３３は、直方体形状に限らず、半球形状のように曲面を有する形状でもよく、曲面をあらゆる方向から加工することができる。これは、四角錐体形状の頂点付近２９に空間が確保され、主軸１９、工具ホルダ２１、工具２３がワーク３３と干渉することなくアプローチできるからである。
ここで、ワーク取付面３１が主軸１９の軸線に対して垂直になるときのＡ軸及びＣ軸の回転角度位置を予め求め、記憶手段（図示せず）に記憶する。この記憶するＡ軸及びＣ軸の回転角度位置は、ワーク取付部２７の形状寸法から算出した値を用いる。また、主軸１９に測定プローブを装着して機上でワーク取付部２７を測定し、ワーク取付面の傾きをＡ軸及びＣ軸のオフセット量として記憶してもよい。ワーク取付面３１に取り付けられたワーク３３を加工するとき、記憶手段に記憶された回転角度位置を用いてワーク座標系を設定し、ＮＣ加工を行うことができる。各ワーク取付面３１に同じ加工を施すワーク３３を取り付けている場合は、一つのワーク取付面３１に対するワーク３３の加工プログラムを作っておけば、記憶手段に記憶した回転角度位置だけＡ軸及びＣ軸を割り出すだけで他のワーク取付面３１に取り付けられたワーク３３を同じ加工プログラムを使って、加工することができる。よって、加工プログラミングが容易になる。
また、本実施の形態では、ワークやテーブルと主軸とが干渉せずにワークの加工面を主軸１９の軸線に対して垂直にして加工できる傾斜角度θの範囲は、１５度ないし５３度であった。四角錐体形状の製作のしやすさ及び加工プログラミングのしやすさを考慮すると、角度θは、１５度、３０度又は４５度を採用するのが好ましい。
次に、他の実施の形態を図５により説明する。この実施の形態では、テーブル１７にパレット４１が複数のテーパコーン３９及びパレットクランプ手段（図示せず）によって着脱及び位置決め可能に装着され、パレット交換装置（図示せず）によってパレット４１が交換される。パレット４１の上面には台座部４３を有した載頭四角錐体形状のワーク取付部４５が固定されワーク取付台４７が構成されている。本実施の形態では、パレット４１及び台座部４３がワーク取付台４７の結合部である。この載頭四角錐体形状の傾斜した四つの側面にワーククランプ手段４９がそれぞれ設けられる。ワーククランプ手段４９には位置決め座５１とクランプ穴５３が形成されている。
一方、ワーク側には被クランプ部材５５が設けられ、位置決め座５１に対応する位置決め部５７とクランプ穴５３に対応するプルスタッド５９が設けられている。位置決め座５１と位置決め部５７とが係合することにより、ワーク３３とワーク取付部４５との位置決めが繰り返し精度良く行える。プルスタッド５９がクランプ穴５３に挿入され、クランプ穴５３内部では、ばねと流体圧力により作動する把持具６１がワーク３３を着脱可能に把持する。ワーククランプ手段４９は、エッジロケータと油圧クランパ、三つ爪チャック等他の手段を用いることができる。また、図６に示すような三つの側面をワーク取付面３１とした三角錐体形状のワーク取付部６３を用いることもできるし、他の角錐体形状のワーク取付台を用いることができる。
これらの実施の形態では、立形の主軸、並びにＡ軸及びＣ軸を有した工作機械を例に挙げて説明したが、横形の主軸を有した工作機械であっても、Ａ軸及びＢ軸、又はＢ軸及びＣ軸を有したテーブル１７であってもよい。このＡ、Ｂ、Ｃ軸の回転送り軸は、本実施の形態のようなトラニオン形のテーブル装置でなくても、工作機械の移動台７上に、例えばロータリテーブルが固定され、更に、このロータリテーブル上にロータリテーブルが載置される形態であってもよい。また、四角錐体形状のワーク取付部２７の傾斜角度θを１５度や４５度にしてもよい。傾斜角度θが１５度の場合、ワーク３３の面３３ａを加工するときＡ軸を１５度、面３３ｂを加工するときＡ軸を１０５度、面３３ｃを加工するときＡ軸を７５度に割出し、角度θが４５度の場合は、Ａ軸をそれぞれ４５度、１３５度（図４参照）、４５度に割出す。

Claims (5)

1. 複数のワークを取り付けるワーク取付台において、
   角錐体形状に形成され、該角錐体形状の側面をワーク取付面としたワーク取付部と、
   前記ワーク取付部を工作機械のテーブルに固定するための結合部と、
   を具備することを特徴としたワーク取付台。
2. 前記ワーク取付部は、四角錐体形状に形成された請求項１に記載のワーク取付台。
3. Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の三つの直線送り軸及びＡ、Ｂ、Ｃ軸のうち少なくとも二つの回転送り軸を有する工作機械において、
   前記Ａ軸又はＢ軸の方向に回転するテーブルベースと、
   前記テーブルベースに支持され、前記テーブルベースを回転させる回転送り軸に直交する回転送り軸の方向に回転するテーブルと、
   角錐体形状に形成され、該角錐体形状の側面をワーク取付面としたワーク取付部及び該ワーク取付部を前記テーブルに固定するための結合部を有するワーク取付台と、
   を具備することを特徴とした工作機械。
4. 前記ワーク取付台の角錐体形状に形成されたワーク取付部にワークを着脱可能に取り付けるワーククランプ手段を更に具備する請求項３に記載の工作機械。
5. 前記テーブルベース及び前記テーブルを回転させる回転送り軸の回転角度位置を記憶する記憶手段を更に具備し、前記ワーク取付台の角錐体形状に形成されたワーク取付部の一つのワーク取付面が、主軸の軸線に対して垂直になるときの前記テーブルベースを回転させる回転送り軸の回転角度位置及び前記テーブルを回転させる回転送り軸の回転角度位置を記憶する請求項３に記載の工作機械。

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