JPWO2016113894A1

JPWO2016113894A1 - Machine Tools

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Publication number: JPWO2016113894A1
Application number: JP2016569189A
Authority: JP
Inventors: 信也熊崎; 尚久伊藤; 修長井
Original assignee: Fuji Machine Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Fuji Corp
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2035-01-16
Also published as: WO2016113894A1; JP6498702B2

Abstract

主軸台(１１)を備えた工作物回転装置と、工具の割出しが可能なタレット装置(１２)と、主軸台(１１)またはタレット装置(１２)をＺ軸方向およびＸ軸方向に移動させる駆動装置(１３，１４)と、前記各装置を制御する制御装置(１５)とを有する工作機械(１)であって、タレット装置(１２)は、加工個所に冷却液を供給するための流路(４２１，５６１)が形成された工具台(４２)と、その工具台をＸ軸方向に平行な回転軸(４３)の回転およびＸ軸方向に沿った移動を可能にした割出し機構(４４，４５)とをもって構成され、回転軸(４３)の中空部に検出用ロッド(６２)が挿入され、検出用ロッド(６２)の一端部側が工具台(４２)の加工側表面部に固定され、検出用ロッド(６２)の他端部側が前記加工側表面部の反対側である非加工側に突き出し、その非加工側には検出用ロッド(６２)のＸ軸方向の変位を検出する変位センサ(６５)が設けられている。The workpiece rotating device provided with the headstock (11), the turret device (12) capable of indexing the tool, and the headstock (11) or the turret device (12) are moved in the Z-axis direction and the X-axis direction. A machine tool (1) having a drive device (13, 14) and a control device (15) for controlling each of the devices, wherein the turret device (12) is a flow for supplying a coolant to a machining location. A tool table (42) in which a path (421, 561) is formed, and an indexing mechanism that enables the rotation of the rotation axis (43) parallel to the X-axis direction and movement along the X-axis direction of the tool table ( 44, 45), and the detection rod (62) is inserted into the hollow portion of the rotating shaft (43), and one end of the detection rod (62) is fixed to the processing side surface of the tool base (42). The other end side of the detection rod (62) protrudes to the non-processing side opposite to the processing-side surface portion, and the non-processing On the construction side, a displacement sensor (65) for detecting the displacement of the detection rod (62) in the X-axis direction is provided.

Description

本発明は、タレットに生じる熱変形に対応した補正制御が可能な工作機械に関する。 The present invention relates to a machine tool capable of correction control corresponding to thermal deformation occurring in a turret.

工作機械では、ミクロン単位でワークの加工制御が行われるため、加工中に生じる熱変形の影響を如何にコントロールするかが課題である。例えば下記特許文献１には、主軸中心と工具刃先との距離を測定してフィードバック制御する工作機械が開示されている。この工作機械は、工具を保持したタレットの位置が固定され、主軸台の位置が２軸制御されるＮＣ旋盤である。そして、タレットの主軸側端面と主軸中心との距離を測定する構成がとられている。具体的には、基準となるフレームから主軸台とタレットに対してそれぞれＸ軸方向にスケールが延び、送り台やタレットに固定されたセンサによってフレームからの距離が測定され、その差によって主軸中心と工具刃先との距離が求められる。 In machine tools, machining control of workpieces is performed in units of microns, so how to control the influence of thermal deformation that occurs during machining is a problem. For example, Patent Document 1 below discloses a machine tool that performs feedback control by measuring a distance between a spindle center and a tool blade edge. This machine tool is an NC lathe in which the position of a turret holding a tool is fixed and the position of a headstock is controlled in two axes. And the structure which measures the distance of the main surface side end surface of a turret and the main shaft center is taken. Specifically, the scale extends in the X-axis direction from the reference frame to the headstock and the turret, and the distance from the frame is measured by a sensor fixed to the feed base and the turret. The distance from the tool edge is required.

また、熱変形に対する他の工作機械としては、クーラントを考慮したしたものが下記特許文献２に開示されている。クーラントは、加工熱を冷やしたり切り屑を加工個所や機械から流し出すための冷却液である。しかし、そのクーラントは、タンクに回収されて繰り返し使用されるため、次第に温度が上昇して工作機械に影響を与えてしまう。つまりクーラントの温度上昇が工作機械を熱変形させ、加工工具とワークとの相対的な位置を当初の位置からずらせてしまい、それにより加工精度が低下してしまう。そのため、下記特許文献２には、ヒートシンクを使用してクーラントの温度上昇を抑えるクーラント濾過装置についての技術が開示されている。 Further, as another machine tool against thermal deformation, a machine taking coolant into consideration is disclosed in Patent Document 2 below. The coolant is a cooling liquid for cooling the processing heat and discharging chips from a processing location or machine. However, since the coolant is collected in the tank and repeatedly used, the temperature gradually rises and affects the machine tool. That is, the temperature rise of the coolant causes the machine tool to be thermally deformed and shifts the relative position between the processing tool and the workpiece from the initial position, thereby reducing the processing accuracy. Therefore, Patent Document 2 below discloses a technique relating to a coolant filtering device that uses a heat sink to suppress a temperature rise of the coolant.

特開２０１３−２５５９８２号公報JP2013-255982A 特開２０１２−１６６３１２号公報JP 2012-166631 A

ところで、工作機械による熱変形は様々な要因があり、工作機械の構造により発熱箇所にも違いがあり、また工作機械の使用方法や使用環境などによっても異なっている。そのため、加工精度の低下が熱変形を原因としていたとしても、その熱変形がどこに生じているのかを正確に把握することが困難であった。そして、熱変形の個所が分からなければ正確な測定ができないため適切な補正制御もできない。そこで特許文献１では、加工工具とワークとの相対的な位置の変位を測定するようにして、熱変形が生じている箇所を特定して計測する構成にはなっていない。ただし、こうした測定方法が可能なのは、測定対象物同士が測定方向（Ｘ軸方向）にしか移動しない構造だからである。 By the way, thermal deformation by a machine tool has various factors, there are differences in the heat generation location depending on the structure of the machine tool, and it also varies depending on the usage method and environment of the machine tool. For this reason, even if the reduction in processing accuracy is caused by thermal deformation, it is difficult to accurately grasp where the thermal deformation occurs. Further, since accurate measurement cannot be performed unless the location of thermal deformation is known, appropriate correction control cannot be performed. Therefore, Patent Document 1 does not have a configuration in which the relative displacement between the processing tool and the workpiece is measured to identify and measure the location where thermal deformation has occurred. However, such a measurement method is possible because the measurement objects move only in the measurement direction (X-axis direction).

従って、例えばタレットが２軸方向に移動する構造の工作機械では、工具の位置を直接検出するセンサを設け、ワークを一つ加工する毎に工具をセンサに当て、基準位置とのズレを算出するような方法をとらなければならない。しかし、それでは工具の位置確認に時間を要してしまいサイクルタイムが伸びてしまうことになる。一方、特許文献２は、クーラントに関する熱変形を抑えて工具の位置を安定させようとするものである。しかし、特許文献２の方法では、特別なクーラント濾過装置を必要とし、しかもクーラントの温度管理制御まで行わなければならず、その点でコスト高になってしまう。 Therefore, for example, in a machine tool having a structure in which the turret moves in two axial directions, a sensor for directly detecting the position of the tool is provided, and each time one workpiece is processed, the tool is applied to the sensor and the deviation from the reference position is calculated. You have to take a way like this. However, it takes time to confirm the position of the tool, and the cycle time is extended. On the other hand, Patent Document 2 attempts to stabilize the position of the tool by suppressing thermal deformation related to the coolant. However, the method of Patent Document 2 requires a special coolant filtering device and must perform coolant temperature management control, which increases the cost.

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、工具を変位させる箇所の熱変形を検出する工作機械を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a machine tool that detects thermal deformation at a location where a tool is displaced in order to solve the above-described problem.

本発明の一態様における工作機械は、主軸台のチャックによって把持した工作物を回転させる工作物回転装置と、工具の割出しが可能なタレット装置と、前記主軸台または前記タレット装置を前記主軸台の回転軸と平行なＺ軸方向およびＺ軸方向に直交するＸ軸方向に移動させる駆動装置と、前記工作物回転装置、前記タレット装置および前記駆動装置を制御する制御装置とを有し、前記タレット装置は、加工個所に冷却液を供給するための流路が形成された工具台と、前記工具台をＸ軸方向に平行な回転軸の回転およびＸ軸方向に沿った移動を可能にした割出し機構とをもって構成され、前記回転軸の中空部に検出用ロッドが挿入され、前記検出用ロッドの一端部側が前記工具台の加工側表面部に固定され、前記検出用ロッドの他端部側が前記加工側表面部の反対側である非加工側に突き出し、前記非加工側には前記検出用ロッドのＸ軸方向の変位を検出する変位センサが設けられたものである。 A machine tool according to an aspect of the present invention includes a workpiece rotating device that rotates a workpiece gripped by a chuck of a spindle stock, a turret device that can index a tool, and the spindle stock or the turret device that is the spindle stock. A drive device that moves in the Z-axis direction parallel to the rotation axis of the X-axis and the X-axis direction orthogonal to the Z-axis direction, and a control device that controls the workpiece rotation device, the turret device, and the drive device, The turret device made it possible to rotate a rotation axis parallel to the X-axis direction and move along the X-axis direction with a tool table in which a flow path for supplying a coolant to the machining location was formed. An indexing mechanism, a detection rod is inserted into the hollow portion of the rotating shaft, one end portion of the detection rod is fixed to a processing side surface portion of the tool table, and the other end portion of the detection rod Side is Serial protrude unprocessed side is opposite to the processing surface portion, wherein the non-working side are those displacement sensor for detecting the displacement of the X-axis direction of the detection rod is provided.

本発明によれば、ワークの加工中に工具台の流路を通して加工箇所に冷却液が供給され、そのため工具にＸ軸方向の変位が生じたとしても、回転軸の中空部を通した検出用ロッドを介して、工具台の加工側表面部に生じた前記熱変形を反対側である非加工側において変位センサにより検出することができる。 According to the present invention, the coolant is supplied to the machining location through the flow path of the tool table during machining of the workpiece, and therefore, even if the tool is displaced in the X-axis direction, it is for detection through the hollow portion of the rotating shaft. Through the rod, the thermal deformation generated on the processing side surface portion of the tool table can be detected by a displacement sensor on the opposite non-processing side.

工作機械の一実施形態を示した正面図である。It is the front view which showed one Embodiment of the machine tool. 加工モジュールを示した側面図である。It is the side view which showed the processing module. タレット装置の加工時の状態を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the state at the time of a process of a turret apparatus. タレット装置の割出し時の状態を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the state at the time of indexing of a turret apparatus.

次に、本発明に係る工作機械の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本実施形態の工作機械の正面図である。この工作機械１は、基礎となるベース２の上に搭載されている。しかも図面を貫く方向である機体前後方向に移動可能な状態で搭載されている。ベース２は、図示するように２台の工作機械１を搭載することが可能であり、その上面部には工作機械１の幅に合わせてレールが２本ずつ設けられている。なお、２台の工作機械１は同じ構造のＮＣ旋盤であり、外装カバー３によって覆われて外形形状や寸法が揃えられている。 Next, an embodiment of a machine tool according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view of the machine tool of the present embodiment. This machine tool 1 is mounted on a base 2 as a foundation. Moreover, it is mounted so as to be movable in the longitudinal direction of the body, which is the direction penetrating the drawing. The base 2 can mount two machine tools 1 as shown in the figure, and two rails are provided on the upper surface of the base 2 in accordance with the width of the machine tool 1. Note that the two machine tools 1 are NC lathes having the same structure, and are covered with an exterior cover 3 to have the same outer shape and dimensions.

工作機械１は、外装カバー３の内部に加工モジュールが搭載されている。図２は、その加工モジュールを示した側面図である。加工モジュール１０は、エンドミルやドリルなどの回転工具、或いはバイトなどの切削工具を備えるタレット旋盤である。そのため、加工モジュール１０は、ワークＷを掴んで保持するチャック２１を備えた主軸台１１、工具を備えたタレット装置１２、そのタレット装置１２をＺ軸やＸ軸に沿って移動させるＺ軸駆動装置１３やＸ軸駆動装置１４、そして各駆動装置を制御するための制御装置１５などを備えている。 In the machine tool 1, a processing module is mounted inside the exterior cover 3. FIG. 2 is a side view showing the processing module. The processing module 10 is a turret lathe including a rotary tool such as an end mill or a drill, or a cutting tool such as a cutting tool. Therefore, the machining module 10 includes a headstock 11 having a chuck 21 that holds and holds the workpiece W, a turret device 12 having a tool, and a Z-axis drive device that moves the turret device 12 along the Z-axis and the X-axis. 13, an X-axis drive device 14, and a control device 15 for controlling each drive device.

加工モジュール１０は、ワークＷを回転させる主軸台１１の回転軸（主軸）が水平に設定されている。従って、Ｚ軸は主軸台１１の主軸と平行な水平軸である。一方、Ｘ軸はＺ軸に対して直交方向であり、タレット装置１２の工具をＺ軸に対して進退させる移動軸である。特に、工作機械１は、幅寸法を小さくするためＸ軸方向が鉛直な上下方向に設定されている。よって、工作機械１は、主軸台２に保持されたワークＷに対し、タレット装置１２の工具５５をＺ軸方向とＸ軸方向とに移動させる２軸旋盤である。なお、主軸に直交する工作機械１の幅方向がＹ軸方向である。 In the machining module 10, the rotation axis (principal axis) of the headstock 11 that rotates the workpiece W is set to be horizontal. Therefore, the Z axis is a horizontal axis parallel to the main axis of the headstock 11. On the other hand, the X axis is a direction perpendicular to the Z axis, and is a moving axis for moving the tool of the turret device 12 forward and backward with respect to the Z axis. In particular, in the machine tool 1, the X-axis direction is set to the vertical direction in order to reduce the width dimension. Therefore, the machine tool 1 is a two-axis lathe that moves the tool 55 of the turret device 12 in the Z-axis direction and the X-axis direction with respect to the workpiece W held on the headstock 2. The width direction of the machine tool 1 orthogonal to the main axis is the Y-axis direction.

加工モジュール１０は、ベース２上のレール２０１に沿って移動できるように、車輪を備えた可動ベッド１７に搭載され、その可動ベッド１７には主軸台１１、Ｘ軸駆動装置１４及び制御装置１５などが固定されている。主軸台１１は、主軸がレール２０１と平行な水平軸であり、Ｚ軸方向が工作機械１の前後方向に設定されている。その主軸台１１は、回転自在に支持された主軸に対してチャック２１と従動プーリとが一体に形成され、主軸用サーボモータ１８の回転がＶベルトを介して伝達されるよう構成されている。 The processing module 10 is mounted on a movable bed 17 having wheels so that the machining module 10 can move along the rail 201 on the base 2, and the main bed 11, the X-axis drive device 14, the control device 15 and the like are mounted on the movable bed 17. Is fixed. The headstock 11 is a horizontal axis whose main axis is parallel to the rail 201, and the Z-axis direction is set to the front-rear direction of the machine tool 1. The headstock 11 is configured such that a chuck 21 and a driven pulley are integrally formed with a main shaft rotatably supported, and the rotation of the main shaft servomotor 18 is transmitted via a V-belt.

タレット装置１２は、Ｚ軸駆動装置１３のＺ軸スライド２５に対して一体的に構成され、そのＺ軸スライド２５とともにＸ軸スライド３２に搭載されている。Ｘ軸スライド３２にはＺ軸ガイド２６が固定され、Ｚ軸スライド２５がそのＺ軸ガイド２６に対して摺動自在に取り付けられている。そして、Ｚ軸スライド２５の移動には、Ｚ軸用サーボモータ２７の回転出力を直進運動に変換するボールネジ駆動方式が採用されている。すなわち、Ｚ軸ガイド２６に固定された支持フレームにネジ軸２８が軸受を介して取り付けられ、Ｚ軸スライド２５内に設けられた非回転のナットに螺合している。そして、Ｚ軸用サーボモータ２７の駆動によりネジ軸２８が回転し、その回転運動がナットの直線運動に変換され、Ｚ軸スライド２５がＺ軸方向に移動することになる。 The turret device 12 is configured integrally with the Z-axis slide 25 of the Z-axis drive device 13 and is mounted on the X-axis slide 32 together with the Z-axis slide 25. A Z-axis guide 26 is fixed to the X-axis slide 32, and a Z-axis slide 25 is slidably attached to the Z-axis guide 26. For the movement of the Z-axis slide 25, a ball screw drive system that converts the rotational output of the Z-axis servomotor 27 into a straight-ahead motion is adopted. That is, a screw shaft 28 is attached to a support frame fixed to the Z-axis guide 26 via a bearing, and is screwed to a non-rotating nut provided in the Z-axis slide 25. Then, the screw shaft 28 is rotated by driving the Z-axis servomotor 27, the rotational motion is converted into the linear motion of the nut, and the Z-axis slide 25 is moved in the Z-axis direction.

Ｘ軸駆動装置１４は、主軸台１１の隣にコラム３１が固定され、主軸台１１側に形成されたガイドを介して、Ｘ軸スライド３２が上下方向に摺動自在に取り付けられている。そして、Ｘ軸スライド３２を鉛直方向に昇降させるため、Ｘ軸用サーボモータ３３の回転出力を昇降運動に変換するボールネジ駆動方式が採用されている。すなわち、コラム３１には、鉛直方向に配置されたネジ軸３３が回転可能に支持され、Ｘ軸スライド３２内に設けられた非回転のナットが螺合している。そして、Ｘ軸用サーボモータ３５の駆動によりネジ軸３３が回転し、その回転運動がナットの直線運動に変換され、Ｘ軸スライド３２がＸ軸方向に昇降することになる。 In the X-axis drive device 14, a column 31 is fixed next to the headstock 11, and an X-axis slide 32 is slidably attached in the vertical direction via a guide formed on the side of the headstock 11. And in order to raise / lower the X-axis slide 32 in the vertical direction, the ball screw drive system which converts the rotation output of the servo motor 33 for X-axis into a raising / lowering motion is adopted. That is, the column 31 is rotatably supported by a screw shaft 33 arranged in the vertical direction, and a non-rotating nut provided in the X-axis slide 32 is screwed together. Then, the screw shaft 33 is rotated by driving the X-axis servomotor 35, the rotational motion is converted into the linear motion of the nut, and the X-axis slide 32 is moved up and down in the X-axis direction.

よって、以上のような構成の工作機械１では、先ずタレット装置１２の割出しにより工具５５が選択される。そして、チャック２１に保持されたワークＷに対して、Ｘ軸用サーボモータ３５が駆動してネジ軸３３が回転し、その回転運動がナットを介してＸ軸スライド３２の昇降運動に変換される。工具５５（切削工具）の先端がワークＷの加工個所の高さに揃うようにＸ軸方向の位置決め制御が行われる。次に、Ｚ軸用サーボモータ２７が駆動してネジ軸２８が回転し、その回転運動がナットを介してＺ軸スライド２５の水平な直線運動に変換される。そして、ワークＷは、主軸用サーボモータ２２の駆動によって回転し、そのワークＷに対して工具５５がＺ軸方向に位置制御され、外形切削などが行われる。 Therefore, in the machine tool 1 configured as described above, the tool 55 is first selected by indexing the turret device 12. Then, the X-axis servomotor 35 is driven with respect to the workpiece W held on the chuck 21 to rotate the screw shaft 33, and the rotational motion is converted into the vertical motion of the X-axis slide 32 through the nut. . Positioning control in the X-axis direction is performed so that the tip of the tool 55 (cutting tool) is aligned with the height of the processing portion of the workpiece W. Next, the Z-axis servomotor 27 is driven to rotate the screw shaft 28, and the rotational motion is converted into a horizontal linear motion of the Z-axis slide 25 through the nut. Then, the workpiece W is rotated by driving the spindle servo motor 22, and the position of the tool 55 is controlled in the Z-axis direction with respect to the workpiece W, and external cutting or the like is performed.

ところで、工作機械１は、従来と同様、加工中に様々な個所に熱変形が生じるため、それが加工精度の低下を引き起こしてしまう。よって、熱変形を考慮した駆動制御が必要になる。２軸旋盤である工作機械１では、工具５５が移動するＸ軸方向とＺ軸方向との駆動制御があるが、特にＸ軸方向の位置制御がワークＷの外形寸法に影響することになる。そのため、主軸の中心と工具５５先端との距離Ｈに生じるＸ軸方向の熱変位に対応した補正制御が重要である。しかしながら、その補正制御を行うに当たり、先ず加工精度に影響する熱変形の箇所がどこにあり、その熱変位を正確に計測することが困難であった。 By the way, since the machine tool 1 is thermally deformed at various points during processing as in the conventional case, it causes a decrease in processing accuracy. Therefore, drive control considering thermal deformation is necessary. In the machine tool 1 that is a two-axis lathe, there is drive control in the X-axis direction and the Z-axis direction in which the tool 55 moves. In particular, position control in the X-axis direction affects the outer dimensions of the workpiece W. Therefore, correction control corresponding to the thermal displacement in the X-axis direction that occurs at the distance H between the center of the main shaft and the tip of the tool 55 is important. However, when performing the correction control, it is difficult to accurately measure the thermal displacement where there is a place of thermal deformation that affects the machining accuracy.

前記特許文献１に記載の工作機械では、前述したように熱変形の箇所を特定することなくＸ軸方向の熱変位を計測する方法がとられている。しかし、タレット装置１２が２軸方向に移動する本実施形態では、同様の方法を実現しようとすれば、工具の基準位置を検出する計測装置を用意し、工具５５の変位を加工の度に計測するような構成が必要になる。それでは構成の追加によるコストアップだけではなく、加工の度に行う計測工程によって加工時間にロスが生じることになる。よって、新たな課題を生じさせることなく熱変形による加工精度の低下を解消するには、やはり熱変形の箇所をつきとめ、その熱変位を正確に計測することが必要であった。本実施形態の工作機械１はこうした課題を解決したものである。 In the machine tool described in Patent Document 1, as described above, a method of measuring the thermal displacement in the X-axis direction without specifying the location of thermal deformation is taken. However, in this embodiment in which the turret device 12 moves in the biaxial direction, if a similar method is to be realized, a measuring device for detecting the reference position of the tool is prepared, and the displacement of the tool 55 is measured each time machining is performed. Such a configuration is required. Then, not only the cost increases due to the addition of the configuration, but also the processing time is lost due to the measurement process performed at each processing. Therefore, in order to eliminate the decrease in processing accuracy due to thermal deformation without causing a new problem, it is necessary to locate the thermal deformation and accurately measure the thermal displacement. The machine tool 1 of the present embodiment solves such problems.

ここで、図３及び図４は、タレット装置１２を示した断面図である。特に、図３は加工時の状態であり、図４は割出し時の状態である。このタレット装置１２は、Ｘ軸に平行な回転軸を中心にして旋回割出しが行われ、工具台４２に装着された複数の工具から任意の工具５５が選択されるものである。すなわち、タレット装置１２は、Ｚ軸スライド２５に対して装置本体４１が固定され、その装置本体４１に対して工具台４２が割出し機構を介して組み付けられている。その割出し機構は、装置本体４１に対して工具台４２のＸ軸方向の移動と回転とを可能にするものである。なお、図３及び図４には１つの工具５５しか記載されていないが、本来は複数の工具が装着されている。 Here, FIGS. 3 and 4 are cross-sectional views showing the turret device 12. In particular, FIG. 3 shows a state during processing, and FIG. 4 shows a state during indexing. The turret device 12 performs turning indexing about a rotation axis parallel to the X axis, and selects an arbitrary tool 55 from a plurality of tools mounted on the tool table 42. That is, in the turret device 12, the device main body 41 is fixed to the Z-axis slide 25, and the tool base 42 is assembled to the device main body 41 via an indexing mechanism. The indexing mechanism enables the tool base 42 to move and rotate in the X-axis direction with respect to the apparatus main body 41. 3 and 4 show only one tool 55, a plurality of tools are originally mounted.

工具台４２は、下方側（Ｘ軸方向）から見た場合に八角形をしたものであり、その外周側面部に工具５５を備えた複数の工具ブロック５６が装着される。工具台４２は、装置本体４１側である上面部の中央に凹部が形成され、そこに回転軸である中空シャフト４３が固定されている。中空シャフト４３は、下端のフランジ部４３１によって工具台４２にネジ止めされ、上方に延びたシャフト部４３２が装置本体４１の上面を突き抜けている。そして、シャフト部４３２には、装置本体４１の内部においてシャフトギヤ４４とピストンロッド４５が一体になって構成されている。 The tool base 42 has an octagonal shape when viewed from the lower side (X-axis direction), and a plurality of tool blocks 56 each having a tool 55 are mounted on the outer peripheral side surface thereof. The tool table 42 has a recess formed in the center of the upper surface portion on the apparatus main body 41 side, and a hollow shaft 43 that is a rotating shaft is fixed thereto. The hollow shaft 43 is screwed to the tool base 42 by a flange portion 431 at the lower end, and a shaft portion 432 extending upward penetrates through the upper surface of the apparatus main body 41. A shaft gear 44 and a piston rod 45 are integrated with the shaft portion 432 in the apparatus main body 41.

シャフトギヤ４４とピストンロッド４５は、中空部を中空シャフト４３によって貫通され、その中空シャフト４３に対し、上方から締め付けたナット４６によって固定されている。シャフトギヤ４４は、キーとキー溝との嵌め合いによって中空シャフト４３と一体になって回転するよう構成されている。一方、ピストンロッド４５は、中空シャフト４３やシャフトギヤ４４などとの間に軸受が設けられ、回転の伝達が遮断されて連れ回りしないよう構成されている。なお、装置本体４１には上方に割出し用モータ４７が固定され、その回転出力が不図示のアイドラギヤからシャフトギヤ４４及び中空シャフト４３へと伝達されるように構成されている。 The shaft gear 44 and the piston rod 45 are penetrated by a hollow shaft 43 through a hollow portion, and are fixed to the hollow shaft 43 by a nut 46 tightened from above. The shaft gear 44 is configured to rotate integrally with the hollow shaft 43 by fitting the key and the key groove. On the other hand, the piston rod 45 is provided with a bearing between the hollow shaft 43, the shaft gear 44, and the like, and is configured so that rotation transmission is interrupted and is not rotated. In addition, an indexing motor 47 is fixed to the apparatus main body 41 so that the rotation output is transmitted from an idler gear (not shown) to the shaft gear 44 and the hollow shaft 43.

装置本体４１は、上下方向（Ｘ軸方向）に貫通した中空部が形成され、その内部に、中空シャフト４３と一体になったシャフトギヤ４４やピストンロッド４５が収められている。ピストンロッド４５は、ピストン部４５１とロッド部４５２とを有し、装置本体４１と下カバー４８とによって形成されたシリンダ部に装填されている。ピストン部４５１の上方には加圧室４１５が形成され、供給される作動油によりピストンロッド４５が下方へと加圧される。一方、ピストンロッド４５は、下方側に開放した穴にバネ４９が挿入され、下カバー４８を支えにして常に上方へと付勢されている。従って、加圧室４１５へ作動油が供給された場合には、バネ４９を収縮させてピストンロッド４５が下降し、加圧室４１５から作動油が排出された場合には、バネ４９の付勢力によりピストンロッド４５が上昇する。 The apparatus main body 41 has a hollow portion penetrating in the vertical direction (X-axis direction), and a shaft gear 44 and a piston rod 45 integrated with the hollow shaft 43 are accommodated therein. The piston rod 45 has a piston portion 451 and a rod portion 452, and is loaded into a cylinder portion formed by the apparatus main body 41 and the lower cover 48. A pressure chamber 415 is formed above the piston portion 451, and the piston rod 45 is pressurized downward by the supplied hydraulic oil. On the other hand, the piston rod 45 has a spring 49 inserted into a hole opened downward, and is always urged upward with the lower cover 48 as a support. Therefore, when the hydraulic oil is supplied to the pressurizing chamber 415, the spring 49 is contracted to lower the piston rod 45. When the hydraulic oil is discharged from the pressurizing chamber 415, the biasing force of the spring 49 is applied. As a result, the piston rod 45 rises.

更に、タレット装置１２は、中空シャフト４３のフランジ部４３１と下カバー４８とにそれぞれにクラウンギヤ５１，５２が固定され、上下方向に噛み合うよう構成されている。そして、下側のクラウンギヤ５１が中空シャフト４３に伴って上下動するため、ワークＷの加工時には図３に示すように上昇したクラウンギヤ５１が上方のクラウンギヤ５２と噛み合い、中空シャフト４３及び工具台４２の回転が制限される。一方、工具の割出し時には、図４に示すようにクラウンギヤ５１が下降し、クラウンギヤ３８との噛み合いが解除され、工具台４２の回転が可能になる。 Furthermore, the turret device 12 is configured such that crown gears 51 and 52 are fixed to the flange portion 431 and the lower cover 48 of the hollow shaft 43 and mesh with each other in the vertical direction. Since the lower crown gear 51 moves up and down along with the hollow shaft 43, when the workpiece W is processed, the raised crown gear 51 meshes with the upper crown gear 52 as shown in FIG. The rotation of the table 42 is limited. On the other hand, when the tool is indexed, the crown gear 51 is lowered as shown in FIG. 4, the meshing with the crown gear 38 is released, and the tool table 42 can be rotated.

すなわち、作動油の供給によりピストンロッド４５を介して中空シャフト４３及び工具台４２が下降し、クラウンギヤ５１，５２の噛み合いが解除される。そこで、割出し用モータ４７の駆動によりシャフトギヤ４４を介して中空シャフト４３及び工具台４２が回転し、工具５５の割出しが行われる。その後、作動油が加圧室４１５から排出されると、バネ４９の付勢力によってピストンロッド４５が上昇し、再びクラウンギヤ５１，５２が噛み合い、工具台４２の回転が制限された加工状態へと戻る。 That is, when the hydraulic oil is supplied, the hollow shaft 43 and the tool base 42 are lowered via the piston rod 45, and the engagement of the crown gears 51 and 52 is released. Thus, the hollow shaft 43 and the tool table 42 are rotated via the shaft gear 44 by driving the indexing motor 47, and the tool 55 is indexed. Thereafter, when the hydraulic oil is discharged from the pressurizing chamber 415, the piston rod 45 is lifted by the biasing force of the spring 49, the crown gears 51 and 52 are engaged again, and the machining state in which the rotation of the tool base 42 is restricted is achieved. Return.

この工作機械１では、工具台４２を通してワークＷの加工箇所へとクーラントが供給される。工具台４２には、クーラントを通す流路４２１が形成され、装置本体４１の下カバー４８に固定された供給ノズル５３に接続される。また、工具台４２の流路４２１は、工具ブロック５６に形成された噴出口を有する流路５６１に接続されている。従って、ワークＷの加工中は、供給ノズル５３から供給されるクーラントが工具台４２や工具ブロック５６の流路４２１，５６１を通り、工具５５によるワークＷの加工箇所へと供給される。クーラントは、工作機械１内を流れ落ちてタンクへと回収され、フィルタを通して繰り返し使用される。 In the machine tool 1, the coolant is supplied to the machining position of the workpiece W through the tool table 42. A flow path 421 through which coolant passes is formed in the tool table 42 and is connected to a supply nozzle 53 fixed to the lower cover 48 of the apparatus main body 41. In addition, the flow path 421 of the tool base 42 is connected to a flow path 561 having a jet port formed in the tool block 56. Accordingly, during the processing of the workpiece W, the coolant supplied from the supply nozzle 53 passes through the tool table 42 and the flow paths 421 and 561 of the tool block 56 and is supplied to the processing location of the workpiece W by the tool 55. The coolant flows down in the machine tool 1 and is collected in a tank, and is repeatedly used through a filter.

ところで、前述したように、工作機械１にも熱変位による加工精度の低下が生じていた。特に、ワークＷの径方向に相当するＸ軸方向の熱変位が問題であった。当初はそれが主軸台１１の回転部分なのか、Ｚ軸駆動装置１３やＸ軸駆動装置１４のスライド部分なのか、あるいはタレット装置１２なのかが分からず、様々な可能性についての検討が行われた。そして検討の結果、クーラントの温度上昇を原因として工具台４２に熱変形が生じていることが分かった。更に、その熱変形が工具台４２に生じていることを突き止めた。 By the way, as described above, the machine tool 1 has also suffered a reduction in machining accuracy due to thermal displacement. In particular, thermal displacement in the X-axis direction corresponding to the radial direction of the workpiece W has been a problem. Initially, it is not known whether it is the rotating part of the headstock 11, the sliding part of the Z-axis driving device 13 or the X-axis driving device 14, or the turret device 12, and various possibilities are studied. It was. As a result of the examination, it was found that the tool base 42 was thermally deformed due to the rise in coolant temperature. Furthermore, it was ascertained that the thermal deformation occurred in the tool table 42.

工作機械１に供給されるクーラントは、作業の開始時点で工場内の環境温度に近い温度であるが、その後繰り返し使用されることにより温度が上昇してしまう。例えば２０℃程度であった温度が２３℃程度にまで上昇する。本願発明者は、このクーラントの温度上昇が工具台４２に熱膨張を引き起こし、加工精度を低下させる原因になっていることを突き止めた。しかも、工具台４２に生じる熱膨張の変化を詳細に検討した結果、熱膨張は、工具を直接取り付けた工具ブロック５６だけではなく、その工具ブロック５６が装着された工具台４２へも影響していることが分かった。そして、工具台４２の下面のＸ軸方向の変位が、工具５５のＸ軸方向の変位として置き換えられることを検証した。本実施形態では、このような検証結果を踏まえ、工具のＸ軸方向の変位量について計測する次のような構成が設けられている。 The coolant supplied to the machine tool 1 has a temperature close to the environmental temperature in the factory at the start of work, but the temperature rises due to repeated use thereafter. For example, the temperature which has been about 20 ° C. rises to about 23 ° C. The inventor of the present application has found that the increase in the temperature of the coolant causes thermal expansion in the tool table 42 and causes a reduction in processing accuracy. In addition, as a result of detailed examination of the change in thermal expansion occurring in the tool table 42, the thermal expansion affects not only the tool block 56 to which the tool is directly attached but also the tool table 42 to which the tool block 56 is mounted. I found out. And it verified that the displacement of the lower surface of the tool stand 42 in the X-axis direction was replaced with the displacement of the tool 55 in the X-axis direction. In the present embodiment, based on such verification results, the following configuration for measuring the amount of displacement of the tool in the X-axis direction is provided.

図３及び図４に示すように、工具台４２の下面に支持プレート６１がネジ止めされ、その支持プレート６１には中空シャフト４３の中空部に挿入された検出用ロッド６２が固定されている。検出用ロッド６２は、中空シャフト４３から上方に突き出し、その上端部には、検出対象となるドッグ６３が固定されている。検出用ロッド６２は熱の影響を受けないように熱伝導率の低いセラミックで形成されている。そして、検出用ロッド６２の軸方向変位はドッグ６３の変位によって検出されるが、その検出を行なうための変位センサ６５が装置本体４１の上部に固定されている。 As shown in FIGS. 3 and 4, a support plate 61 is screwed to the lower surface of the tool base 42, and a detection rod 62 inserted into the hollow portion of the hollow shaft 43 is fixed to the support plate 61. The detection rod 62 protrudes upward from the hollow shaft 43, and a dog 63 to be detected is fixed to the upper end portion thereof. The detection rod 62 is made of ceramic with low thermal conductivity so as not to be affected by heat. The axial displacement of the detection rod 62 is detected by the displacement of the dog 63, and a displacement sensor 65 for detecting the displacement is fixed to the upper part of the apparatus main body 41.

変位センサ６５は、熱変形によるミクロン単位の変位検出が可能であるのに加え、前述した割出しに伴う工具台４２の下降も検出することができるものである。従って、タレット装置１２の割出しでは、ピストンロッド４５の作動によって工具台４２が下降位置にあることが検出され、回転可能状態を確認した後に割出し用モータ４７が駆動制御されることとなる。 The displacement sensor 65 is capable of detecting a displacement in units of microns due to thermal deformation, and also detecting the lowering of the tool table 42 due to the above-described indexing. Therefore, in the indexing of the turret device 12, it is detected that the tool base 42 is in the lowered position by the operation of the piston rod 45, and the indexing motor 47 is driven and controlled after confirming the rotatable state.

そこで、工作機械１では、工具５５が駆動装置１３，１４の駆動により位置制御が行われ、主軸によって回転するワークＷに対して切削などの加工が行われる。ワークＷの加工は繰り返し行われ、その間、供給ノズル５３から工具台４２や工具ブロック５６の流路４２１，５６１へと送られたクーラントが加工箇所へと供給される。加工個所の熱を奪ったクーラントは機内を流れ落ちて回収され、濾過された後に再びポンプによって汲み上げられて加工箇所へと供給される。そして、次第にクーラントの温度が上昇し、その熱が工具台４２を熱膨張させ、工具５５先端の位置がＸ軸方向に変位してしまう。 Therefore, in the machine tool 1, the position of the tool 55 is controlled by driving the driving devices 13 and 14, and processing such as cutting is performed on the workpiece W rotated by the main shaft. The workpiece W is repeatedly processed, and during that time, coolant sent from the supply nozzle 53 to the tool table 42 and the flow paths 421 and 561 of the tool block 56 is supplied to the processing location. The coolant deprived of the heat of the processing part flows down in the machine and is collected, filtered, pumped up again by the pump, and supplied to the processing part. Then, the temperature of the coolant gradually increases, the heat causes the tool base 42 to thermally expand, and the position of the tip of the tool 55 is displaced in the X-axis direction.

工具台４２の熱膨張は、その下面に固定された支持プレート６１を変位させるため、その支持プレート６１に固定された検出用ロッド６２もＸ軸方向に変位することとなる。よって、タレット装置１２の下面側に生じた工具台４２の熱膨張による変位が、検出用ロッド６２を介してタレット装置１２の上部において現れる。そして、タレット装置１２の上部において、変位センサ６５によりドッグ６３の変位から熱膨張による工具５５のＸ軸方向変位が検出される。変位センサ６５による検出情報は制御装置１５へと送られ、制御装置１５では、検出された変位量に従いＸ軸方向の駆動に関して補正制御が行われる。 The thermal expansion of the tool base 42 displaces the support plate 61 fixed to the lower surface thereof, so that the detection rod 62 fixed to the support plate 61 is also displaced in the X-axis direction. Therefore, the displacement due to the thermal expansion of the tool table 42 generated on the lower surface side of the turret device 12 appears in the upper portion of the turret device 12 through the detection rod 62. In the upper part of the turret device 12, the displacement sensor 65 detects the displacement in the X-axis direction of the tool 55 due to thermal expansion from the displacement of the dog 63. Information detected by the displacement sensor 65 is sent to the control device 15, and the control device 15 performs correction control for driving in the X-axis direction according to the detected displacement amount.

従って、本実施形態の工作機械１によれば、ワークＷの加工に大きく影響するＸ軸方向の変位を正確に計測して補正制御することができる。しかも、２軸方向に移動するタレット装置１２において変位を検出するようにしたことで、工具５５に対する変位を常に計測することが可能になり、加工精度を安定させることができる。また、工具台４２に検出用ロッド６２を固定する簡易な構成であるため、部品点数は極めて少なく、従来構造からの変更も必要がない点でコストを大幅に抑えられる。更に、変位センサ６５が熱膨張による変位を検出するだけではなく、タレット装置１２の割出しに対する動作確認にも使用できる点で低廉な構造である。 Therefore, according to the machine tool 1 of the present embodiment, it is possible to accurately measure and correct and control the displacement in the X-axis direction that greatly affects the machining of the workpiece W. Moreover, since the displacement is detected by the turret device 12 moving in the biaxial direction, the displacement with respect to the tool 55 can be always measured, and the machining accuracy can be stabilized. In addition, since the detection rod 62 is simply fixed to the tool base 42, the number of parts is extremely small, and the cost can be greatly reduced in that no change from the conventional structure is required. Further, the structure is inexpensive in that the displacement sensor 65 can be used not only for detecting displacement due to thermal expansion but also for checking the operation of the turret device 12 for indexing.

ところで、本実施形態では、ドッグ６３を使用してＸ軸方向の変位を検出しているため、変位センサ６５の設置が容易になっている。しかし、変位センサ６５が検出用ロッド６２を直接検出するようにしてもよい。また、本実施形態では、クーラントによる熱膨張の影響を検出しているものであるため、その影響が変位センサ６５によって正確に検出されることが望ましい。そこで、工具台４２の流路４２１には、工具ブロック５６とは反対側に奥部分４２１１が形成され、クーラントによる熱膨張変位が検出用ロッド６２に対して忠実に現れるようになっている。従って、工具５５に近い変位が検出用ロッド６２にも生じ、より正確な補正制御が可能になる。 By the way, in this embodiment, since the displacement of the X-axis direction is detected using the dog 63, the installation of the displacement sensor 65 is easy. However, the displacement sensor 65 may directly detect the detection rod 62. In the present embodiment, since the influence of thermal expansion due to the coolant is detected, it is desirable that the influence be accurately detected by the displacement sensor 65. Therefore, a back portion 4211 is formed in the flow path 421 of the tool base 42 on the side opposite to the tool block 56 so that the thermal expansion displacement due to the coolant appears faithfully to the detection rod 62. Therefore, a displacement close to the tool 55 is also generated in the detection rod 62, and more accurate correction control is possible.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態の工作機械１は、タレット装置１２が２軸方向に移動する構造であるが、特許文献１の工作機械のように、主軸台側が２軸方向に移動する構造であったり、主軸台とタレット装置とがそれぞれ移動する構造のものであってもよい。
また、前記実施形態では、検出用ロッド６２をセラミックで形成したが、熱膨張率の低い材料であれば、インバー合金、ガラス、液晶ポリマー等のプラスチック等でも良い。As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, A various change is possible in the range which does not deviate from the meaning.
For example, the machine tool 1 of the above embodiment has a structure in which the turret device 12 moves in the biaxial direction. However, like the machine tool of Patent Document 1, the spindle base side moves in the biaxial direction. It may have a structure in which the headstock and the turret device move respectively.
In the above embodiment, the detection rod 62 is made of ceramic. However, as long as the material has a low coefficient of thermal expansion, plastic such as Invar alloy, glass, and liquid crystal polymer may be used.

１…工作機械１０…加工モジュール１１…主軸台１２…タレット装置１３…Ｚ軸駆動装置１４…Ｘ軸駆動装置１５…制御装置４１…装置本体４２…工具台４３…中空シャフト４４…シャフトギヤ４５…ピストンロッド４７…割出し用モータ５１，５２…クラウンギヤ５５…工具５６…工具ブロック５３…供給ノズル４２１，５６１…流路

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Machine tool 10 ... Processing module 11 ... Main stand 12 ... Turret device 13 ... Z-axis drive device 14 ... X-axis drive device 15 ... Control device 41 ... Device main body 42 ... Tool stand 43 ... Hollow shaft 44 ... Shaft gear 45 ... Piston rod 47 ... Indexing motor 51, 52 ... Crown gear 55 ... Tool 56 ... Tool block 53 ... Supply nozzle 421, 561 ... Flow path

Claims

A workpiece rotating device for rotating a workpiece gripped by a chuck of the headstock, a turret device capable of indexing a tool, a Z-axis direction parallel to the rotational axis of the headstock and the spindle base or the turret device A machine tool having a drive device that moves in the X-axis direction perpendicular to the Z-axis direction, and a control device that controls the workpiece rotation device, the turret device, and the drive device,
The turret device is capable of rotating a rotation axis parallel to the X-axis direction and moving along the X-axis direction. The indexing mechanism
A detection rod is inserted into the hollow portion of the rotating shaft, one end portion side of the detection rod is fixed to the processing side surface portion of the tool table, and the other end portion side of the detection rod is opposite to the processing side surface portion. A machine tool that protrudes toward the non-machining side, and is provided with a displacement sensor that detects a displacement in the X-axis direction of the detection rod on the non-machining side.

The machine tool according to claim 1, wherein the detection rod is made of ceramics.

The detection rod has a detection object fixed to a protruding portion protruding to the non-processing side, and the detection object is detected by the displacement sensor. The machine tool described in 1.

The detection sensor detects a displacement in the X-axis direction of the detection rod caused by thermal expansion of the tool table and a displacement in the X-axis direction of the detection rod caused by movement of the tool table by the indexing mechanism. The machine tool according to claim 1, wherein the machine tool is a machine tool.