JPWO2017047558A1 - 材料案内装置および材料案内装置を備えた工作機械 - Google Patents

Abstract

材料の安定した案内を行うことができるとともに、工作機械の主軸に替えて回転状態で材料の把持を行うことができる材料案内装置および材料案内装置を備えた工作機械を提供すること。
材料（Ｗ）を開閉自在に把持する主軸（１１０）を備えた工作機械（１００）に設けられ、材料（Ｗ）を、軸線方向への移動と回転を許容するように支持して案内する材料支持手段（１４０）を備えた工作機械（１００）の材料案内装置（１２０）であって、材料支持手段（１４０）によって支持された材料（Ｗ）を開閉自在に把持する材料把持手段（１３０）を有し、この材料把持手段（１３０）を、主軸（１１０）に対応して回転駆動されるように回転自在に設け、主軸（１１０）の材料（Ｗ）の把持解除状態で閉じ、材料（Ｗ）を把持するとともに、主軸（１１０）による材料（Ｗ）の把持状態で開き、把持を解除し、材料（Ｗ）の移動と回転を許容するように開閉自在に構成した材料案内装置（１２０）および材料案内装置（１２０）を備えた工作機械（１００）。

Description

本発明は、工作機械に設けられる材料案内装置および材料案内装置を備えた工作機械に関する。

従来、材料を開閉自在に把持する主軸を備えた工作機械に設けられ、前記材料を、軸線方向への移動と回転を許容するように支持する材料支持手段を備えた工作機械の材料案内装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

前記材料案内装置は、材料支持手段としてガイドブッシュが、主軸と同期回転するとともに、開閉自在に設けられ、主軸による材料の掴み替えの際に、ガイドブッシュが閉じて材料を把持することによって、主軸の回転を停止することなく、主軸による材料の把持を解除して主軸を後退させ、材料の所定の位置を把持することを可能としている。

特許第２５６６５７０号公報（第１図参照）

しかしながら、上述した特許文献１のガイドブッシュは、開状態で材料の案内を行うため、開閉動作機構のため、材料案内時の内径寸法に誤差が生じ、安定した案内を行うことが困難な場合があった。

そこで、本発明は、前述したような従来技術の問題を解決するものであって、すなわち、本発明の目的は、材料の安定した案内を行うことができる工作機械の材料案内装置および材料案内装置を備えた工作機械を提供することである。

本請求項１に係る発明は、材料を開閉自在に把持する主軸を備えた工作機械に設けられ、前記材料を、軸線方向への移動と回転を許容するように支持して案内する材料支持手段を備えた工作機械の材料案内装置であって、前記材料支持手段によって支持された前記材料を開閉自在に把持する材料把持手段を有し、該材料把持手段を、前記主軸に対応して回転駆動されるように回転自在に設け、前記主軸の前記材料の把持解除状態で閉じ、前記材料を把持するとともに、前記主軸による前記材料の把持状態で開き、前記把持を解除し、前記材料の移動と回転を許容するように開閉自在に構成したことにより、前述した課題を解決するものである。

本請求項２に係る発明は、請求項１に記載された材料案内装置の構成に加えて、前記主軸と材料把持手段との両方が、前記材料を同時に把持している両把持状態を有していることにより、前述した課題をさらに解決するものである。

本請求項３に係る発明は、請求項２に記載された材料案内装置の構成に加えて、前記主軸が、前記両把持状態の材料から前記把持を解除した把持解除状態を有していることにより、前述した課題をさらに解決するものである。

本請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか1つに記載された材料案内装置の構成に加えて、前記材料把持手段が、前記主軸と同期回転可能に設けられていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。

本請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載された材料案内装置の構成に加えて、前記材料把持手段が、前記主軸の軸線方向に摺動自在に係合する回転伝達機構を有していることにより、前述した課題をさらに解決するものである。

本請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載された材料案内装置を備えた工作機械であることにより、前述した課題をさらに解決するものである。

本請求項１に係る発明の材料案内装置によれば、材料支持手段による材料の支持状態を変更することなく、工作機械の主軸に対応して回転駆動される材料把持手段によって、前記主軸に替えて材料の把持を行うことができるため、例えば、長尺棒状の材料を加工する場合、材料支持手段による材料の安定支持状態を維持したまま、主軸を停止させることなく、掴み替えを行うことができるという効果を奏する。

本請求項２に係る発明の材料案内装置によれば、請求項１に係る発明が奏する効果に加えて、材料把持手段と主軸との両方で材料を把持することによって、材料の把持を確実にすることができる。

本請求項３に係る発明の材料案内装置によれば、請求項２に係る発明が奏する効果に加えて、主軸と材料把持手段との両方で材料を把持している状態から主軸の把持を解除することによって、主軸による材料の掴み替えにかかる時間を短縮することができる。

本請求項４に係る発明の材料案内装置によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか1つに係る発明が奏する効果に加えて、主軸と材料把持手段とが同期回転することによって、材料把持手段による材料の把持を安定して行うことができる。

なお主軸と材料把持手段との同期回転は、本請求項５に係る発明の材料案内装置のように、材料把持手段に、主軸の軸線方向に摺動自在に係合する回転伝達機構を設けること等によって、比較的容易に実現することができる。

本請求項６に係る発明の工作機械によれば、請求項１乃至請求項５のいずれか１つに係る発明が奏する効果を有する材料案内装置を備えた工作機械を得ることができる。

本発明の実施例の旋盤に設置される材料案内装置の全体の概略と、主軸の後方位置での状態を示す図。 主軸の後方位置から前方位置に到達させた状態を示す図。 主軸の前方位置で材料把持手段が棒状ワークを把持した状態を示す図。 主軸の前方位置で材料把持手段が棒状ワークを把持した後、チャックが棒状ワークの把持を解除した状態を示す図。 主軸の前方位置でチャックが棒状ワークの把持を解除した後、主軸を後方位置に後退させた状態を示す図。 主軸を後方位置に後退させた後、チャックが再度棒状ワークを把持した状態を示す図。 突っ切り加工を開始した状態を模式的に示す図。 突っ切り加工が設定加工径に到達し、主軸の前方位置でチャックが棒状ワークの把持を解除した後、主軸を後方位置に後退させた状態を模式的に示す図。 突っ切り加工の突っ切りを終了後、後方位置で主軸のチャックが再度棒状ワークを把持した状態を模式的に示す図。 突っ切り加工の完了後、主軸の前方位置で材料把持手段が棒状ワークの把持を解除した状態を模式的に示す図。

本発明の材料案内装置は、材料を開閉自在に把持する主軸を備えた工作機械に設けられ、材料を、軸線方向への移動と回転を許容するように支持して案内する材料支持手段を備えた工作機械の材料案内装置であって、材料支持手段によって支持された材料を開閉自在に把持する材料把持手段を有し、この材料把持手段を、主軸に対応して回転駆動されるように回転自在に設け、主軸の材料の把持解除状態で閉じ、材料を把持するとともに、主軸による材料の把持状態で開き、把持を解除し、材料の移動と回転を許容するように開閉自在に構成したことにより、材料の安定した案内を行うことができるとともに、工作機械の主軸に替えて回転状態で材料の把持を行うことができるものであれば、その具体的な実施態様は、如何なるものであっても構わない。
例えば、材料を掴み替えする場合の工作機械の切削工具は、切削用であっても突っ切り用であっても、切削工具であれば如何なるものであっても構わない。

以下、本発明の実施例である材料案内装置について、一実施形態および材料として棒状ワークを掴み替えして送り出す動作を、図１乃至図６に基づいて説明する。

図１に示すように、工作機械１００の主軸１１０は、主軸台１０４に軸線を中心として回転駆動自在に支持されている。
主軸台１０４は、主軸１１０の軸線方向となるＺ軸方向に進退移動自在に工作機械１００のベッド側に搭載されている。
主軸１１０は、中空筒状の形状をなし、前端にチャック１１３が開閉自在に設けられている。
主軸１１０は、チャック１１３の開閉動作によって材料となる長尺な棒材である棒状ワークＷを着脱自在に把持することができる。

チャック１１３は、コレットチャックからなり、従来公知のように、スリーブ１１４内に挿入され、主軸１１０の前端に螺着されたキャップナット１１６に当接して位置決めされている。
従来公知のチャック開閉機構等によって、スリーブ１１４を主軸１１０の前方に向けて移動させることにより、スリーブ１１４のテーパ面がチャック１１３のテーパ面を押圧し、チャック１１３が閉動作して閉じ、チャック１１３に挿入された棒状ワークＷを把持することができる。

なおスリーブ１１４によるチャック１１３の押圧を解除することによって、チャック１１３が開動作して開き、棒状ワークＷの把持が解除される。

主軸１１０の前方には、主軸１１０に把持された棒状ワークＷを案内する材料案内装置１２０と、棒状ワークＷを切削加工する切削工具１７０とが設けられている。
材料案内装置１２０は、棒状ワークＷを開閉自在に把持する材料把持手段１３０と、棒状ワークＷを支持して案内する材料支持手段１４０とが一体的に設けられて構成されている。

材料把持手段１３０は、外装ケース１５０を備えている。外装ケース１５０内に中空の筒体１３５が軸受１６０を介して回転自在に支持されている。
筒体１３５には、内孔内に突出するケレ（回し金）１３８が一体的に固定されている。
内孔には主軸１１０のキャップナット１１６が挿入されている。ケレ１３８がキャップナット１１６に形成されたスプラインに係合している。
主軸１１０は、ケレ１３８とスプラインとの係合状態を維持しながら内孔内をＺ軸方向に移動が可能であり、且つ筒体１３５は、ケレ１３８とスプラインとの係合によって、外装ケース１５０に対して主軸１１０と一体的に回転する。

内孔内には、ケレ１３８の前方に、Ｚ軸方向に進退移動自在にピストン１３３が設けられている。
ピストン１３３はスプリング１３４によって後方に付勢され、ストッパ１３６によって位置決めされている。
ピストン１３３内には、ピストン１３３とＺ軸方向で係合するチャックスリーブ１３２が挿入されている。
チャックスリーブ１３２内には、コレットチャック１３１が挿入されている。

コレットチャック１３１は、筒体１３５の前端壁によって位置決めされている。
コレットチャック１３１は、内孔内に筒体１３５と一体的に設けられているため、筒体１３５と一体的に外装ケース１５０に対して回転する。
外装ケース１５０からシリンダ室１３３ａに至り、流体の流通路１５２ａ、１６２ａ、１３５ａが形成されている。
ポート１５８を介してシリンダ室１３３ａにエア等の流体を圧送することによってピストン１３３がスプリング１３４の付勢力に抗して前方に移動する。

ピストン１３３の前方移動によってチャックスリーブ１３２が前方に移動し、コレットチャック１３１を押圧することによって、コレットチャック１３１を閉動作させて閉じることができる。
一方シリンダ室１３３ａの流体を排出することによって、スプリング１３４の付勢力によってピストン１３３が後方に移動し、コレットチャック１３１が開動作して開く。

材料支持手段１４０は、ガイドブッシュホルダ１４２を備えている。ガイドブッシュホルダ１４２は、筒体１３５の前方に、外装ケース１５０に一体的に固定されて設けられている。
ガイドブッシュホルダ１４２内には、ガイドブッシュスリーブ１４６が一体的に固定されている。
ガイドブッシュスリーブ１４６内には、ガイドブッシュ１４４が挿入されている。
ガイドブッシュ１４４は、コレットチャック１３１と同一軸線上に配置される。
ガイドブッシュ１４４の後端部には、ドローバー１４８が螺合されている。
ドローバー１４８を回転させることによってガイドブッシュ１４４のＺ軸方向の位置が調節される。
これによって、ガイドブッシュ１４４の内径が調節される。
主軸１１０に把持される棒状ワークＷに応じてガイドブッシュ１４４の内径を調節し、ドローバー１４８をガイドブッシュスリーブ１４６に対して位置決め固定することでガイドブッシュ１４４の内径を必要なサイズに設定することができる。

ガイドブッシュホルダ１４２がガイドブッシュ支持台１０２に固定されることによって、材料案内装置１２０は、材料把持手段１３０と材料支持手段１４０とが一体的にガイドブッシュ支持台１０２に装着されている。
材料案内装置１２０は、ガイドブッシュ１４４及びコレットチャック１３１が、主軸１１０（チャック１１３）と同一軸線上に配置されるように配置される。
切削工具１７０は、ガイドブッシュ支持台１０２に、Ｚ軸方向に上下方向で直交するＸ軸方向に沿って移動可能に設けられている。

棒状ワークＷは、後方から主軸１１０内に供給され、チャック１１３、コレットチャック１３１、ガイドブッシュ１４４に挿通されて、ガイドブッシュ１４４から突出される。
図１に示すように、チャック１１３の閉動作によって、主軸１１０が棒状ワークＷを把持する。
主軸１１０を回転駆動させることによって、棒状ワークＷが回転駆動され、主軸１１０のＺ軸方向への移動と切削工具１７０のＸ軸方向への移動により、切削工具１７０で棒状ワークＷのガイドブッシュ１４４から突出した部分を加工することができる。

コレットチャック１３１は、棒状ワークＷのＺ軸方向への自由移動と回転を許容するように開状態に維持される。
ガイドブッシュ１４４は、棒状ワークＷのＺ軸方向への移動と回転を許容して案内するように、内径が予め所定のサイズに調節される。
なお、材料把持手段１３０は、ケレ１３８とキャップナット（スプライン）１１６との係合によって主軸１１０と一体的に同期回転する。

棒状ワークＷに対して所定の加工を実行し、図２に示すように、突っ切り加工用の切削工具１７０を選択して突っ切り加工した後、図３に示すように、コレットチャック１３１の閉動作を実行する。
材料把持手段１３０は、主軸１１０と一体的に同期回転しているため、棒状ワークＷに対して相対的に回転していない状態であり、主軸１１０の回転を停止することなく、棒状ワークＷを把持することができる。

材料把持手段１３０による棒状ワークＷの把持状態で、図４に示すように、チャック１１３の開動作を実行する。
主軸１１０は、材料把持手段１３０と同期回転した状態であるため、主軸１１０の回転を停止することなく、チャック１１３の開動作を実行し、主軸１１０による棒状ワークＷの把持を解除することができる。

主軸１１０による棒状ワークＷの把持が解除されると、図５に示すように、主軸１１０を所定の位置に後退させる。
主軸１１０は、材料把持手段１３０及び棒状ワークＷと同期回転した状態のまま棒状ワークＷの把持が解除されるため、回転状態のままで前記後退移動することができる。

主軸１１０の所定の位置への後退移動後、図６に示すように、チャック１１３の閉動作を実行する。
主軸１１０は、棒状ワークＷと同期回転した状態で前記後退移動を完了するため、主軸１１０の回転を停止することなく、チャック１１３を閉動作させ、主軸１１０によって棒状ワークＷを再度把持することができる。

主軸１１０による前記後退移動位置での棒状ワークＷの再把持が行われると、図１に示すように、コレットチャック１３１の開動作を実行する。
材料把持手段１３０は、主軸１１０と同期回転した状態であるため、主軸１１０の回転を停止することなく、棒状ワークＷの把持を解除することができる。
材料把持手段１３０による棒状ワークＷの把持が解除された状態となり、主軸１１０による棒状ワークＷの掴み替えが終了する。
主軸１１０による棒状ワークＷの掴み替えの度に主軸１１０の回転を停止させる必要がなく、主軸１１０の回転を継続させた状態で棒状ワークＷの掴み替えが可能となるため、加工を継続して行うことができる。
主軸１１０による棒状ワークＷの掴み替えに際しては、棒状ワークＷと主軸１１０及び材料把持手段１３０とは一体的な同期回転が維持されるため、主軸１１０や材料把持手段１３０による棒状ワークＷの把持及び把持解除に際し、チャック１１３やコレットチャック１３１の開閉動作による棒状ワークＷの外表面への傷の発生等は抑制される。

前記突っ切り加工を行う際に、図７に示すように、チャック１１３で棒状ワークＷを把持した状態でコレットチャック１３１の閉動作を実行し、一旦チャック１１３とコレットチャック１３１との両方で棒状ワークＷを把持することもできる。
この場合、突っ切り加工を、主軸１１０（チャック１１３）と材料把持手段１３０（コレットチャック１３１）との両方で棒状ワークＷを同時に把持した両把持状態で開始することができる。

一旦突っ切り加工が開始されると、主軸１１０と材料把持手段１３０との両方で棒状ワークＷを同時に把持するような大きな把持力は不要となるため、図８に示すように、突っ切り加工の途中で主軸１１０を把持解除状態に移行することができる。
突っ切り加工の途中で主軸１１０を把持解除状態に移行することによって、突っ切り加工と主軸１１０による棒状ワークＷの掴み替え動作とを並行して行うことができる。

突っ切り加工と主軸１１０による棒状ワークＷの掴み替え動作とを並行して行うことによって、図９に示すように、突っ切り加工と主軸１１０による棒状ワークＷの掴み替え動作とを概ね同時に完了することもできる。

図１０に示すように、材料把持手段１３０による棒状ワークＷの把持が解除され、棒状ワークＷの掴み替えが終了すると、図１に示すように、新たな切削加工を開始することができる。

チャック１１３およびコレットチャック１３１の開閉動作や主軸１１０および切削工具１７０の移動などは、ＮＣ装置等からなる制御装置によって制御されている。制御装置は、入力される加工プログラムに基づいて制御を行う。例えば、突っ切り加工は、コレットチャック１３１に対する閉動作の指令（材料把持手段１３０による棒状ワークＷを把持する指令）を出力した後、直後に突っ切り加工の開始の指令を出力したり、コレットチャック１３１が棒状ワークＷを把持するまでの所定の時間を待ってから突っ切り加工の開始の指令を出力したりすることができる。
主軸１１０と材料把持手段１３０との両方で棒状ワークＷを同時に把持した突っ切り加工の開始は、例えば、コレットチャック１３１に対する閉動作の指令出力後、所定の時間を待ってから突っ切り加工の開始の指令を行うように構成することによって可能となる。

なお、前記突っ切り加工を含む主軸１１０による棒状ワークＷの掴み替え動作を実行させる前記制御装置に対する命令を予め定めておくこともできる。
例えば加工プログラムにおいて、Ｇｘｘｘの命令とすることができる。
この場合、Ｇｘｘｘの命令に送り速度や突っ切り加工の終点位置、主軸１１０の後退位置等を引数として設定できるようにすることもできる。
また、コレットチャック１３１に対する閉動作の指令出力後、所定時間経過後に突っ切り加工の開始の指令を出力するか、閉動作の指令出力直後に突っ切り加工の開始の指令を出力するか、あるいは突っ切り加工を並行して動作させることなく主軸１１０による棒状ワークＷの掴み替え動作を実行させるか等を、所定の引数、例えばＤ引数（Ｄに続く数字）で切り替えられるように構成することもできる。
また、突っ切り加工の途中で主軸１１０のチャック１１３を解除する条件は、主軸１１０の回転速度や棒状ワークＷの外形や長さなどの諸条件に応じて設定された所定の加工径あるいは所定の継続時間を採用することができる。

本発明の実施例の説明において、主軸１１０と材料把持手段１３０との同期回転は、回転伝達機構を設ける代わりに、材料把持手段１３０に回転駆動させるモータを別途設け、このモータと主軸１１０の回転を同期させるような構造等、他の構造でもよい。

以上のように、本発明の材料案内装置１２０を備えた工作機械１００によれば、以下のような効果を奏することができる。
（１）主軸１１０の回転を維持したまま材料Ｗの掴み替えを行うことができ、主軸１１０の回転を停止させる無駄な時間を抑制できる。
（２）材料Ｗの案内を高精度で行えるため、特に細い材料で顕著な効果が得られる。

１００ ・・・ 工作機械
１０２ ・・・ ガイドブッシュ支持台
１１０ ・・・ 主軸
１１２ ・・・ 主軸把持手段
１１３ ・・・ チャック
１１４ ・・・ スリーブ
１１６ ・・・ キャップナット
１２０ ・・・ 材料案内装置
１３０ ・・・ 材料把持手段
１３０Ａ ・・ （材料把持手段の）把持構造
１３１ ・・・ コレットチャック
１３２ ・・・ チャックスリーブ
１３３ ・・・ ピストン
１３３ａ ・・ シリンダ室
１３４ ・・・ スプリング
１３５ ・・・ 筒体
１３５ａ ・・ （流体の）流通路
１３６ ・・・ ストッパ
１３８ ・・・ ケレ（回し金）、回転伝達機構
１４０ ・・・ 材料支持手段
１４２ ・・・ ガイドブッシュホルダ
１４４ ・・・ ガイドブッシュ
１４６ ・・・ ガイドブッシュスリーブ
１４８ ・・・ ドローバー
１５０ ・・・ 外装ケース
１５２ａ ・・ （流体の）流通路
１５８ ・・・ ポート
１６０ ・・・ 軸受
１６２ ・・・ 軸受中央部
１６２ａ ・・ （流体の）流通路
１７０ ・・・ 切削工具
Ｗ ・・・ 材料、棒状ワーク
Ｚ ・・・ 主軸の回転軸方向（棒状ワークを送り出す軸方向）
Ｘ ・・・ Ｚ軸方向に直交する軸方向

Claims (6)

1. 材料を開閉自在に把持する主軸を備えた工作機械に設けられ、前記材料を、軸線方向への移動と回転を許容するように支持して案内する材料支持手段を備えた工作機械の材料案内装置であって、
   前記材料支持手段によって支持された前記材料を開閉自在に把持する材料把持手段を有し、
   該材料把持手段を、前記主軸に対応して回転駆動されるように回転自在に設け、前記主軸の前記材料の把持解除状態で閉じ、前記材料を把持するとともに、前記主軸による前記材料の把持状態で開き、前記把持を解除し、前記材料の移動と回転とを許容するように開閉自在に構成したことを特徴とする工作機械の材料案内装置。
2. 前記主軸と材料把持手段との両方が、前記材料を同時に把持している両把持状態を有していることを特徴とする請求項１記載の工作機械の材料案内装置。
3. 前記主軸が、前記両把持状態の材料から前記把持を解除した把持解除状態を有していることを特徴とする請求項２記載の材料案内装置。
4. 前記材料把持手段が、前記主軸と同期回転可能に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか1つに記載の材料案内装置。
5. 前記材料把持手段が、前記主軸の軸線方向に摺動自在に係合する回転伝達機構を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか1つに記載の材料案内装置。
6. 請求項１乃至請求項５記載のいずれか１つに記載の材料案内装置を備えた工作機械。