KR20230028251A

KR20230028251A - 공작 기계, 공작 기계의 제어 방법

Info

Publication number: KR20230028251A
Application number: KR1020227041591A
Authority: KR
Inventors: 아야코 기타카제
Original assignee: 시티즌 도케이 가부시키가이샤
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2021-06-28
Publication date: 2023-02-28
Also published as: JPWO2022004625A1; WO2022004625A1; US20230182230A1; CN115702398A; EP4129538A4; TW202204074A; EP4129538A1

Abstract

마찰 접합 중에 심 어긋남의 정도를 알 수 있는 공작 기계, 공작 기계의 제어 방법을 제공한다. 제1 워크(워크(W1)로 예시)를 회전 가능하게 유지하는 제1 주축(10)과, 제1 주축에 대향 배치하여 제2 워크(워크 잔재(W2)로 예시)를 회전 가능하게 유지하는 제2 주축(20)과, 제1 워크 또는 제2 워크 중 적어도 어느 일방을 회전시키면서, 제1 주축과 제2 주축이 서로 접근하도록 상대적으로 이동시켜, 제2 워크의 후단 부분을 제1 워크의 선단 부분에 압압하여 마찰 접합시키는 제어부(40a)를 구비하는 공작 기계(자동 선반(1)으로 예시)이다. 제어부가 제1 워크에 대한 제2 워크의 심 어긋남량(s)을, 마찰 접합하고 있는 동안에 검출하는 심 어긋남량 검출 수단을 가진다.

Description

공작 기계, 공작 기계의 제어 방법

본 발명은 2개의 워크를 접합하여 1개의 워크로 하는 공작 기계, 공작 기계의 제어 방법에 관한 것이다.

공작 기계에서는, 가공되지 않고 재료가 남는 경우가 있다. 재료가 남으면, 재료 코스트의 삭감이 어려워지고, 또한, 환경 보전에 공헌하기 어려워진다. 그래서, 소정의 워크와 워크의 남은 워크 잔재를 마찰 접합하는 것에 의해, 재료를 최대한 유효 활용하는 것을 생각할 수 있다.

워크와 워크 잔재를 마찰 접합했을 경우, 워크와 워크 잔재와의 심 어긋남이 생기하는 경우가 있다. 그 때문에, 예를 들면, 특허문헌 1, 2에는, 마찰 접합 중에 심 어긋남이 있는지 여부를 검출하는 기술이 개시되어 있다.

일본 특허공개 평5-208281호 공보 일본 특허공개 평7-195183호 공보

그렇지만, 상기 특허문헌 1, 2에 기재된 기술에서는, 마찰 접합 중에 심 어긋남의 유무를 검지할 수 있지만, 마찰 접합 중에 어느 정도 어긋나 있는지를 알 수 있는 것은 아니다.

본 발명은 상술한 바와 같은 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 마찰 접합 중에 심 어긋남의 정도를 알 수 있는 공작 기계, 공작 기계의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 첫째로, 제1 워크를 회전 가능하게 유지하는 제1 주축과, 상기 제1 주축에 대향 배치하여 제2 워크를 회전 가능하게 유지하는 제2 주축과, 상기 제1 주축에 유지된 제1 워크 또는 상기 제2 주축에 유지된 상기 제2 워크 중 적어도 어느 일방을 회전시키면서, 상기 제1 주축과 상기 제2 주축이 서로 접근하도록 상대적으로 이동시켜, 상기 제2 워크의 후단 부분을 상기 제1 워크의 선단 부분에 압압(押壓)하여 마찰 접합시키는 제어부를 구비하는 공작 기계로서, 상기 제어부가, 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남량을, 상기 마찰 접합하고 있는 동안에 검출하는 심 어긋남량 검출 수단을 가지는 것을 특징으로 한다.

둘째로, 상기 심 어긋남량 검출 수단에서 검출된 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남량에 기초하여, 상기 마찰 접합하고 있는 동안에, 상기 제2 주축을 상기 제2 주축의 회전 축선과 교차하는 방향으로 이동시키는 제2 주축 이동 수단을 가지는 것을 특징으로 한다.

셋째로, 상기 제2 주축을 상기 제2 주축의 회전 축선과 교차하는 방향으로 이동하는 타이밍이, 상기 제1 주축이 회전 정지한 직후, 혹은 상기 제1 주축이 회전 정지하기 직전, 또는 상기 제1 주축의 회전 속도가 점차 감소하고 있는 동안인 것을 특징으로 한다.

넷째로, 상기 제어부가, 상기 심 어긋남량 검출 수단에서 검출한 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남량과 상기 제1 주축의 회전 위상을 대조하는 것에 의해, 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남 방향을, 상기 마찰 접합하고 있는 동안에 검출하는 심 어긋남 방향 검출 수단을 가지는 것을 특징으로 한다.

다섯째로, 상기 제2 주축 이동 수단이, 상기 심 어긋남량 검출 수단에서 검출된 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남량과 상기 심 어긋남 방향 검출 수단에서 검출된 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남 방향에 기초하여, 상기 제2 주축을, 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남량이 감소하도록 상기 제2 주축의 회전 축선과 교차하는 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 한다.

여섯째로, 상기 심 어긋남량 검출 수단이, 상기 제2 주축의 회전 축선과 교차하는 방향으로 상기 제2 주축을 이동시키는 모터에 걸리는 부하에 기초하여, 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남량을 구하는 것을 특징으로 한다.

일곱째로, 상기 심 어긋남량 검출 수단이, 상기 제2 워크와의 거리를 측정하는 광학식 센서의 출력값에 기초하여, 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남량을 구하는 것을 특징으로 한다.

여덟째로, 제1 워크를 회전 가능하게 유지하는 제1 주축과, 상기 제1 주축에 대향 배치하여 상기 제1 주축으로부터 건네받은 제2 워크를 회전 가능하게 유지하는 제2 주축과, 상기 제1 주축, 및 상기 제2 주축의 동작을 제어하는 제어부를 구비하는 공작 기계의 제어 방법으로서, 상기 제1 주축에 유지된 상기 제1 워크 또는 상기 제2 주축에 유지된 상기 제2 워크 중 적어도 어느 일방을 회전시키면서, 상기 제1 주축과 상기 제2 주축이 서로 접근하도록 상대적으로 이동시켜, 상기 제2 워크의 후단 부분을 새롭게 공급된 제1 워크의 선단 부분에 접촉하여 마찰시키는 스텝과, 상기 제2 워크의 후단 부분을 상기 제1 워크의 선단 부분에 압압하여 마찰 접합하고 있는 동안에, 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남량을 검출하는 스텝과, 상기 마찰 접합하고 있는 동안에, 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남 방향을 검출하는 스텝과, 상기 마찰 접합하고 있는 동안에, 검출한 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남량 및 검출한 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남 방향에 기초하여, 상기 제2 주축을, 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남량이 감소하도록 상기 제2 주축의 회전 축선과 교차하는 방향으로 이동시키는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 이하의 효과를 얻을 수 있다.

심 어긋남량 검출 수단에 의해서, 제1 워크와 제2 워크의 마찰 접합 중에, 제1 워크와 제2 워크와의 심 어긋남의 정도를 알 수 있다. 따라서, 이 마찰 접합이 끝날 때까지 원하는 작업(예를 들면 심 어긋남의 해소)을 실시할 수 있으므로, 이 마찰 접합을 실시한 후에 접합 어긋남의 확인이나, 어긋나게 접합된 워크의 수정 등을 행할 필요가 없고, 또한, 예를 들면 접합 부분의 디버링 작업 등을 신속하게 개시할 수 있다. 이 결과, 제품의 제조 코스트의 저감이나 품질 안정화를 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공작 기계의 제1 실시예인 자동 선반의 개략 구성도이다.
도 2는 심 어긋남 수정을 포함하는 동작 플로차트이다.
도 3은 마찰 접합에 있어서의 제1 주축의 회전 위상, X2축 모터에 공급되는 전류값을 설명하는 도면이다.
도 4는 심 어긋남에 의한 워크 잔재의 흔들림을 설명하는 도면이다.
도 5는 업셋(upset) 공정에 있어서의 제1 주축의 회전 위상, X2축 모터에 공급되는 전류값을 설명하는 도면이다.
도 6a는 접합한 워크에 대한 워크 잔재의 심 어긋남을 설명하는 도면이다.
도 6b는 심 어긋남 방향을 X2축 방향에 맞추는 동작을 설명하는 도면이다.
도 6c는 심 어긋남을 해소시키는 동작을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 공작 기계의 제2 실시예인 자동 선반의 개략 구성도이다.
도 8은 제2 실시예에 있어서의 심 어긋남에 의한 워크 잔재의 흔들림을 설명하는 도면이다.
도 9는 제2 실시예의 업셋 공정에 있어서의 제1 주축의 회전 위상, 레이저 센서와 워크 잔재의 둘레측면과의 거리의 변동을 설명하는 도면이다.

실시예 1

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 제1 실시예의 공작 기계, 공작 기계의 제어 방법에 대해 설명한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 자동 선반(공작 기계)(1)은 제1 주축(10) 및 공구대(31)를 구비하고 있다. 제1 주축(10)은 척(chuck)을 매개로 하여 워크(W1)를 파지(유지)할 수 있다. 이 척은, 제1 주축(10)과 동심으로 구성되고, 제1 주축(10)과 함께 일체적으로 회전 가능하다.

워크(W1)는 둥근 막대 모양의 장척(長尺)의 봉재이며, 바 피더(bar feeder)의 밀기 도구를 이용하여 제1 주축(10)의 후단으로부터 공급된다. 밀기 도구의 선단에는, 핑거척이 마련되어 있고, 핑거척이 워크(W1)의 후단을 파지하고 있다.

제1 주축(10)은 도 1에 나타내는 Z1축 방향을 축선으로 하여 주축대(12)에 회전 가능하게 지지되고, 주축대(12)에 마련된 주축 모터(13)의 동력에 의해서 회전 구동된다. 주축대(12)는 Z1축 방향 이송 기구(14)에 탑재되어 있고, Z1축 방향으로 이동 가능하다.

Z1축 방향 이송 기구(14)는 베드(1a)에 고정되어, Z1축 방향으로 연장된 Z1축 레일(14a)을 가진다. Z1축 레일(14a)에는, Z1축 모터(14c)에 의해서 Z1축 방향을 따라서 슬라이드하는 Z1축 슬라이더(14b)가 장착되어 있다. 이 Z1축 슬라이더(14b) 상에 주축대(12)가 설치되어 있다.

주축대(12)의 전방에는, 절삭 위치를 유지하는 가이드 부시(18)가 마련되어 있다. 가이드 부시(18)는 지지대(17)에 지지되어 있고, 지지대(17)는 베드(1a)에 고정되어 있다. 워크(W1)는 가이드 부시(18)에 의해 Z1축 둘레로 회전 가능하게 지지되어, 지지대(17)의 정면측으로 보내진다.

이와 같이, 가이드 부시(18)를 제1 주축(10)의 전방에 마련하면, 제1 주축(10)의 선단 부근부터 가이드 부시(18)까지의 길이의 재료분이, 절삭할 수 없는 워크 잔재(W2)가 되지만, 이 워크 잔재(W2)와 새롭게 공급된 워크(W1)를 접합하면, 재료를 유효 활용할 수 있기 때문에, 재료 코스트의 삭감을 도모할 수 있다.

지지대(17)의 정면측에는, 이동대(32)가 마련되어 있다. 이동대(32)는 공구대(31)를 Z1축 방향과 직교하는 X1축 방향이나, Z1축 방향 및 X1축 방향과 직교하는 Y1축 방향으로 이동시킨다.

공구대(31)에는, 선단을 X1축 방향으로 향한 공구(30)가 장착되어 있다. 제1 주축(10)을 Z1축 방향으로 이동시키고, 공구대(31)를 X1축 방향 또는 Y1축 방향으로 이동시키는 것에 의해서, 공구(30)로 워크(W1)를 가공할 수 있다.

자동 선반(1)은, 제1 주축(10)의 대향 위치에, 제2 주축(20)을 구비하고 있다. 제2 주축(20)은 척을 매개로 하여 워크 잔재(W2)를 파지(유지)할 수 있다. 이 척은, 제2 주축(20)과 동심으로 구성되고, 제2 주축(20)과 함께 일체적으로 회전 가능하다.

워크 잔재(W2)는, 예를 들면 워크(W1)와 동일한 지름의 둥근 막대이며, 제1 주축(10)에서 가공되지 않고 남은 재료이다. 워크 잔재(W2)는, 예를 들면, 제1 주축(10)으로부터 제2 주축(20)으로 건네받아 제2 주축(20)에 유지된다.

제2 주축(20)은 Z1축 방향과 평행한 Z2축 방향을 축선으로 하여 주축대(22)에 회전 가능하게 지지되고, 주축대(22)에 마련된 주축 모터(23)의 동력에 의해서 회전 구동된다. 주축대(22)는 Z2축 방향 이송 기구(24) 및 X2축 방향 이송 기구(25)에 탑재되어 있고, Z2축 방향 및 X2축 방향으로 이동 가능하다.

Z2축 방향 이송 기구(24)는, 예를 들면, X2축 방향 이송 기구(25) 상에 배치되어, Z2축 방향으로 연장된 Z2축 레일(24a)을 가진다. Z2축 레일(24a)에는, Z2축 모터(24c)에 의해서 Z2축 방향을 따라서 슬라이드하는 Z2축 슬라이더(24b)가 장착되어 있다. 이 Z2축 슬라이더(24b) 상에 주축대(22)가 설치되어 있다.

X2축 방향 이송 기구(25)는, 예를 들면, 베드(1a)에 고정되어, X1축 방향과 평행한 X2축 레일(25a)을 가진다. X2축 레일(25a)에는, X2축 모터(25c)에 의해서 X2축 방향을 따라서 슬라이드하는 X2축 슬라이더(25b)가 장착되어 있다. 이 X2축 슬라이더(25b)에, Z2축 방향 이송 기구(24)의 Z2축 레일(24a)이 마련되어 있다. 또한, X2축 방향 이송 기구(25)가 본 발명의 제2 주축 이동 수단에 상당하고, X2축 모터(25c)가 본 발명의 모터에 상당한다.

제1 주축(10)이나 제2 주축(20)의 회전, 제1 주축(10), 제2 주축(20)이나 이동대(32)의 이동은, 제어 장치(40)에서 제어된다. 제어 장치(40)는 제어부(40a), 입력부(40b)를 가지고, 이것들은 버스를 매개로 하여 접속된다.

제어부(40a)는 CPU나 메모리 등으로 이루어지고, 예를 들면 ROM에 격납되어 있는 각종의 프로그램이나 데이터를 RAM에 로드하고, 이 프로그램을 실행한다. 이것에 의해, 프로그램에 기초하여 자동 선반(1)의 동작을 제어할 수 있다.

제1 주축(10)이나 제2 주축(20)의 회전, 제1 주축(10), 제2 주축(20)이나 이동대(32)의 이동 등은 프로그램에서, 혹은 입력부(40b)로의 입력에 의해서 설정 가능하다.

또한, 제어부(40a)는 심 어긋남량 검출 수단(40c), 전류값 검출 수단(40d), 심 어긋남 방향 검출 수단(40e), 회전 각도 검출 수단(40f)으로서 기능하고 있다.

전류값 검출 수단(40d)은 X2축 모터(25c)에 걸리는 부하를 전류값으로서 검출한다. 심 어긋남량 검출 수단(40c)은 워크 잔재(W2)의 후단 부분을 워크(W1)의 선단 부분에 압압하여 일체 접합하고 있는 동안(도 3의 업셋 공정(U))에, 전류값 검출 수단(40d)에서 검출한 부하에 기초하여, 일체 접합한 워크(W1)에 대한 워크 잔재(W2)의 심 어긋남량(s)을 구하고 있다.

한편, 회전 각도 검출 수단(40f)은 제1 주축(10)의 회전 위상을 검출한다. 심 어긋남 방향 검출 수단(40e)은, 워크 잔재(W2)의 후단 부분을 워크(W1)의 선단 부분에 압압하여 일체 접합하고 있는 동안(도 3의 업셋 공정(U))에, 심 어긋남량 검출 수단(40c)에서 구한 심 어긋남량(s)과 회전 각도 검출 수단(40f)에서 검출한 제1 주축(10)의 회전 위상을 대조하는 것에 의해, 일체 접합한 워크(W1)에 대한 워크 잔재(W2)의 심 어긋남 방향을 구하고 있다.

도 2는 심 어긋남 수정을 포함하는 동작 플로차트이며, 도 3은 마찰 접합(마찰 공정(M), 업셋 공정(U)을 포함함)에 있어서의 제1 주축(10)의 회전 속도(S1) 및 회전 위상(P1), X2축 모터(25c)에 공급되는 전류값(I2)을 설명하는 도면이다.

도 1과 같은 자동 선반(1)에서는, 돌절(突切, Cutting-off) 가공마다 워크(W1)의 길이가 짧아진다. 워크(W1)에 대한 가공이 진행하여, 제1 주축(10)에 유지되어 있던 워크(W1)의 전체 길이가, 제1 주축(10)의 선단 부근부터 가이드 부시(18)까지 정도로 짧아지면, 이 짧아진 부분이, 절삭할 수 없는 워크 잔재가 된다. 이 워크 잔재를 유효 활용하기 위해서, 자동 선반(1)에서는, 제1 주축(10)에 유지되어 있던 길이가 짧은 워크를 제2 주축(20)으로 건네준다.

자세하게는, 먼저, 제1 주축(10)의 축심과 제2 주축(20)의 축심을 동심으로 배치하고, 예를 들면, 제2 주축(20)을 제1 주축(10)에 근접시킨다. 다음으로, 제1 주축(10)의 척을 벌리고, 새로운 워크(W1)를 제1 주축(10)의 후방으로부터 공급한다. 그리고, 이 새롭게 공급된 워크(W1)를 제1 주축(10)에서 유지한다. 이 새로운 워크(W1)를 제1 주축(10)에 공급하면, 제1 주축(10)에 유지되어 있던 길이가 짧은 워크(결국 워크 잔재(W2)가 됨)가 가이드 부시(18)로부터, 지지대(17)의 정면측으로 밀려 나온다. 그래서, 워크 잔재(W2)를 제2 주축(20)에서 유지한다.

그 다음에, 예를 들면, 제1 주축(10)은 회전하지만 제2 주축(20)은 회전 정지한 상태에서(도 2의 스텝 S10), 예를 들면, 제2 주축(20)을 제1 주축(10)에 접근시켜, 워크 잔재(W2)의 후단 부분을 새로운 워크(W1)의 선단 부분에 소정이 압력이 걸리도록 대고 누른다(스텝 S11: 마찰 공정(M)의 개시). 이것에 의해, 워크 잔재(W2)와 워크(W1)와의 접촉 개소가, 제1 주축(10)과 제2 주축(20)과의 회전 속도차에 의해서 마찰열이 생겨 연화(軟化)한다.

또한, 이 예에서는, 제1 주축(10)만을 회전시켰지만, 제1 주축(10)과 제2 주축(20)이 속도차를 가지고 회전하면 되기 때문에, 제2 주축(20)도 회전시켜도 된다. 그 경우, 제1 주축(10)을 제2 주축(20)의 회전 방향에 대해서 동방향으로 회전 또는 역방향으로 회전시켜도 된다. 혹은, 제2 주축(20)만을 회전시켜도 된다. 또한, 이 예에서는, 제2 주축(20)만을 Z2축 방향으로 이동시켰지만, 제1 주축(10)만을 Z1축 방향으로 이동시키거나, 혹은, 제1 주축(10) 및 제2 주축(20) 양방을 이동시켜 워크 잔재(W2)의 후단 부분을 워크(W1)의 선단 부분에 접촉시키는 것도 가능하다.

이어서, 워크 잔재(W2)와 워크(W1)와의 접촉 개소가 필요 정도 연화하면, 제2 주축(20)을 제1 주축(10)에 더 근접시키도록, 보다 강한 압력을 걸어서 워크 잔재(W2)를 워크(W1)로 밀어붙인다(스텝 S12: 마찰 공정(M)의 종료, 업셋 공정(U)의 개시). 또한 동시에, 제어부(40a)는 제1 주축(10)에 회전 정지 명령을 출력한다. 이것에 의해, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 주축(10)의 회전 속도(S1)가 점차 저하한다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 회전 정지 명령과, 보다 강한 압력을 걸어서 워크 잔재(W2)를 워크(W1)로 밀어붙이는 타이밍이 동시인 예를 이용하여 설명했지만, 이 타이밍은 차이가 있어도 된다.

또한, 연화의 정도의 확인 방법으로서, 예를 들면, Z2축 모터(24c)의 전류값(도 3에 I2'로 나타냄)의 감소를 검지하는 것에 의해서, 아는 것이 가능하다. 또한, 예비 실험에 의해서 미리 접촉 개소가 연화하기까지의 조건을 결정해 두고, 이 조건에 기초하여 워크 잔재(W2)와 워크(W1)와의 접촉 개소에 마찰을 걸어도 된다.

그리고, 제2 주축(20)을 제1 주축(10)으로 밀어붙이면서 제1 주축(10)의 회전이 정지하면, 워크 잔재(W2)의 후단 부분이 워크(W1)의 선단 부분을 압압하여 접합되어, 워크 잔재(W2)와 워크(W1)가 일체화된다.

여기서, 워크 잔재(W2)와 워크(W1)가 심 어긋난 상태로 일체화되는 경우가 있다. 그렇지만, 워크(W1)에 대해서 워크 잔재(W2)가 심 어긋나 있어도, 업셋 공정(U)에서는 워크 잔재(W2)와 워크(W1)와의 접촉 개소의 온도가 높기 때문에, 워크 잔재(W2)를, 이 워크 잔재(W2)의 축심과 교차하는 방향으로 이동 가능한 것을 알았다. 그래서, 이하와 같이, 마찰 접합하고 있는 동안(접합 현상이 완료할 때까지의 동안)에 심 맞춤하고 있다.

자세하게는, 워크 잔재(W2)를 회전하는 워크(W1)에 대고 누른 후(도 2의 스텝 S11), 워크(W1)를 제1 주축(10)에, 워크 잔재(W2)를 제2 주축(20)에 각각 파지한 상태에서, 제1 주축(10)만을 회전 구동하면, 제1 주축(10)의 회전은, 워크(W1), 워크 잔재(W2)를 매개로 하여 제2 주축(20)에 전달되므로, 제2 주축(20)도 따라 회전한다. 워크 잔재(W2)와 워크(W1)의 사이에 심 어긋남이 나타나면, 제2 주축(20)은, 도 4에 실선과 2점 쇄선으로 각각 나타내는 바와 같이, 제1 주축(10)의 축심(C1)에 대해서, 심 어긋남량(워크(W1)의 축심(C1)과 워크 잔재(W2)의 축심(C2)과의 거리)(s)의 2배의 진폭으로 X2축 방향으로 진동한다.

한편, 제2 주축(20)의 X2축 방향의 위치는, X2축 모터(25c)에 의해서 유지되어 있고, X2축 모터(25c)는 제어부(40a)에 의해서 제2 주축(20)의 X2축 방향의 위치를 유지하도록 제어되고 있다(X2축 모터(25c)가 회전 구동 상태에 있음). 이 때문에, 심 어긋남에 의한 진동이 X2축 모터(25c)에 가해지면, 제어부(40a)로부터 X2축 모터(25c)에 공급되는 전류값(I2)은, 제2 주축(20)의 회전 위상에 따라서 증감한다.

구체적으로는, 심 어긋남량(s)의 2배의 진폭에 의한 진동이 X2축 모터(25c)에 가해진 경우, X2축 모터(25c)에 공급되는 전류값(I2)은, 도 5의 X2축 위치(세로축)와 시간(가로축)의 그래프에 실선으로 나타내는 바와 같이, 업셋 공정(U) 중에, 심 어긋남량(s)의 2배의 진폭에 상당하는 진폭으로 변동한다.

그래서, 전류값 검출 수단(40d)은 X2축 모터(25c)에 공급되는 전류값(I2)의 변동폭(최대값과 최소값과의 차)을 예를 들면 소정 기간에 걸쳐 검출한다. 그리고, 심 어긋남량 검출 수단(40c)은 이 전류값(I2)의 변동폭의 예를 들면 평균값을 구하고, 이 평균값의 반값이 심 어긋남량(s)에 상당한다고 의제(擬制)하여, 일체 접합한 워크(W1)에 대한 워크 잔재(W2)의 심 어긋남량(s)을 검출하고 있다(도 2의 스텝 S13).

이와 같이, 심 어긋남량 검출 수단(40c)에 의해서, 워크(W1)와 워크 잔재(W2)의 마찰 접합 중에, 워크(W1)와 워크 잔재(W2)와의 심 어긋남의 정도를 알 수 있다. 따라서, 후술하는 바와 같이, 이 마찰 접합이 끝날 때까지 원하는 작업(예를 들면 심 어긋남의 해소)을 실시할 수 있으므로, 이 마찰 접합을 실시한 후에 접합 어긋남의 확인이나, 어긋나게 접합된 워크의 수정 등을 행할 필요가 없고, 또한, 예를 들면 디버링 작업 등을 신속하게 개시할 수 있다. 이 결과, 제품의 제조 코스트의 저감이나 품질 안정화를 실현할 수 있다.

또한, X2축 모터(25c)에 걸리는 부하를 이용하면, 워크(W1)에 대한 워크 잔재(W2)의 심 어긋남량(s)을 용이하고 정확하게 구할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, X2축 모터(25c)에 걸리는 부하를 전류값(I2)의 변동폭의 평균값으로부터 구하는 예를 들어 설명했지만, 본 발명은 이 예로 한정되지 않는다. 예를 들면, 소정 타이밍만의 전류값(I2)의 변동폭이나, 전류값(I2)의 변동의 기준값을 설정해 두고, 이 기준값에 대한 증감량을 이용해도 된다. 또한, 전류값(I2)에 기초하는 다른 파라미터를 이용해도 된다.

한편, X2축 모터(25c)에 공급되는 전류값(I2)의 변동(최대값이나 최소값)은, 워크(W1)의 1회전 중의 거의 동일한 위치에 생기고 있다. 따라서, 전류값(I2)의 변동과 제1 주축(10)의 회전 위상(P1)을 대조하면, 워크(W1)에 대한 워크 잔재(W2)의 심 어긋남 방향도 알 수 있다.

자세하게는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 제1 주축(10)의 회전 위상(P1)(도면 중에 1점 쇄선으로 나타냄)과 X2축 모터(25c)에 공급되는 전류값(I2)(도면 중에 실선으로 나타냄)은, 예를 들면, 주축 모터(13)가 2회전하는 동안에 X2축 모터(25c)가 거의 1회전하는 관계에 있다. 그리고, 워크(W1)에 대한 워크 잔재(W2)의 심 어긋남 방향이, X2축의 정방향으로 생기고 있는 경우에는, X2축 모터(25c)에 공급되는 전류값(I2)이 정방향으로 증가한다. 또한, 제1 주축(10)의 회전 위상(P1)이 예를 들면 270°일 때에, X2축 모터(25c)에 공급되는 전류값(I2)이 최대값이 되고 있다. 따라서, 워크 잔재(W2)의 심 어긋남은, 제1 주축(10)의 축심(C1)과 회전 위상 270°의 위치를 연결한 방향으로 생기고 있는 것을 알 수 있다.

그래서, 도 2의 스텝 S13(도 3의 업셋 공정(U))에 있어서, 심 어긋남 방향 검출 수단(40e)은, 심 어긋남량 검출 수단(40c)에서 검출한 워크(W1)에 대한 워크 잔재(W2)의 심 어긋남량(s)과, 회전 각도 검출 수단(40f)에서 검출한 제1 주축(10)의 회전 위상(P1)을 대조하여, 워크(W1)에 대한 워크 잔재(W2)의 심 어긋남 방향을 검출하고 있다. 이와 같이, 심 어긋남 방향 검출 수단(40e)에 의해서, 워크(W1)와 워크 잔재(W2)의 마찰 접합 중에, 워크(W1)에 대한 워크 잔재(W2)의 심 어긋남 방향을 알 수 있다.

다음으로, 제어부(40a)는 심 어긋남량 검출 수단(40c)에서 검출한 심 어긋남량(s)이, 심 어긋남의 수정을 필요로 하는 소정값 이상인지 여부를 판정한다(도 2의 스텝 S14). 그리고, 심 어긋남량 검출 수단(40c)에서 검출한 심 어긋남량(s)이 소정값 이상인 경우(스텝 S14의 YES), 심 어긋남을 수정하기 위해서 스텝 S15로 진행한다. 한편, 심 어긋남량 검출 수단(40c)에서 검출한 심 어긋남량(s)이 소정값 미만인 경우(스텝 S14의 NO), 스텝 S17로 진행한다.

심 어긋남의 수정을 필요로 하는 경우(스텝 S14의 YES), 제어부(40a)는, 주축 모터(13)에 구동 신호를 출력하여, 워크(W1)에 대한 워크 잔재(W2)의 심 어긋남 방향을 X2방향에 맞춘다(스텝 S15). 자세하게는, 도 6a에 나타내는 바와 같이, 워크(W1)에 대한 워크 잔재(W2)의 심 어긋남 방향(워크(W1)의 축심(C1)과 워크 잔재(W2)의 축심(C2)을 연결하는 방향)이, X2축과 평행하지 않을 때에는, 제1 주축(10)을 회전시켜, 이 심 어긋남 방향을 X2축 방향에 맞춘다.

다음으로, 제어부(40a)는, 예를 들면, 제1 주축(10)이 회전 정지한 직후(도 3에 시간 T3로 나타냄)에, X2축 모터(25c)에 구동 신호를 출력하여, 도 6b에 화살표로 나타내는 바와 같이, 제2 주축(20)을 X2축 방향으로서 심 어긋남량(s)이 감소하는 방향으로 이동시킨다(도 2의 스텝 S16). 보다 구체적으로는, 제2 주축(20)을, 워크 잔재(W2)의 축심(C2)으로부터 워크(W1)의 축심(C1)까지의 거리가 짧아지는 방향으로, 예를 들면 전류값(I2)의 변동폭의 평균값의 반값만큼 이동시켜 워크 잔재(W2)와 워크(W1)의 심을 맞춘다(도 6c). 이것에 의해, 워크(W1)와 워크 잔재(W2)의 마찰 접합 중에, 워크 잔재(W2)의 심 어긋남을 없앨 수 있다.

이어서, 제어부(40a)는 Z2축 모터(24c)에 구동 신호를 출력하여, 워크 잔재(W2)의 후단 부분을 워크(W1)의 선단 부분에 더 압압하여 마찰 접합을 완성한다(도 2의 스텝 S17).

또한, 제2 주축(20)을 X2축 방향으로 이동하는 타이밍(스텝 S16)은, 워크 잔재(W2)와 워크(W1)와의 접촉 개소의 온도가 높게 되어 있고, 워크 잔재(W2)가, 이 워크 잔재(W2)의 축심과 교차하는 방향으로 이동할 수 있는 상태이면 된다. 이 때문에, 상술한 시간 T3 외에, 예를 들면, 제1 주축(10)이 회전 정지하기 직전(도 3에 시간 T2로 나타냄), 또는 제1 주축(10)의 회전 속도(S1)가 점차 감소하고 있는 동안(시간 T1으로 나타냄)이어도 된다.

그 후, 워크 잔재(W2)와 워크(W1)와의 접합 부분에 생긴 버(burr)를 공구(30)에 의해 절삭 가공한다. 이것은, 워크(W1)를 제1 주축(10)에 유지한 채로, 제2 주축(20)에 의한 워크 잔재(W2)의 유지를 해제한다. 공구(30)를, 예를 들면, 워크 잔재(W2)와 워크(W1)와의 접합 부분보다도 제2 주축(20) 근처에 배치하여, 소정의 절삭 깊이량으로 설정한다. 그리고, 제1 주축(10)을 회전시키면서 공구(30)를, 워크 잔재(W2)와 워크(W1)와의 접합 부분보다도 제1 주축(10) 근처까지 이동시켜 디버링하고 있다.

이와 같이, 대향 배치된 제1 주축(10)과 제2 주축(20)을 이용하여 워크(W1)의 선단 부분과 워크 잔재(W2)의 후단 부분을 마찰 접합하고 있어, 접합과 절삭을 융합(접합 공정과 절삭 공정을 집약)시킨 자동 선반(1)에 의해서 제품의 제조 코스트의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 상기 실시예에서는, 심 어긋남량 검출 수단(40c)이 심 어긋남량(s)을 산출하는 예를 들어 설명했다. 그러나, 본 발명은, 워크(W1)와 워크 잔재(W2)와의 접합 개소 등을 예를 들면 카메라로 촬영하여 화상 처리하는 것에 의해, 혹은, 후술하는 바와 같이 레이저를 이용하여 계측하는 것에 의해, 워크(W1)에 대한 워크 잔재(W2)의 심 어긋남량을 검출하는 경우에도 적용 가능하다.

또한, 상기 실시예에서는, 심 어긋남량(s)을 해소하는(없애는) 예를 들어 설명했지만, 본 발명은 심 어긋남은 해소하지는 않지만, 심 어긋남량(s)을 작게 하는 경우에도 적용된다.

또한, 상기 실시예에서는, 제1 주축(10)과 제2 주축(20)과의 사이에 가이드 부시(18)를 마련한 예로 설명했다. 그러나, 본 발명은 마찰 접합 중에 심 어긋남량(s)을 검출할 수 있으면 되기 때문에, 가이드 부시(18)는 생략 가능하다. 또한, 워크(W1)는 워크 잔재(W2)와는 다른 재료여도 된다. 또한, 워크(W1)와 워크 잔재(W2)는 다른 지름이어도 상관없다. 추가로, 상기 실시예에서는, 워크 잔재(W2)와 워크(W1)를 마찰 접합한 예로 설명했지만, 본 발명은 워크 잔재(W2)를 접합하는 예로 한정되는 것은 아니며, 신재끼리를 접합하는 경우에도 적용할 수 있다.

또한, 본 발명은 적어도 제1 주축(10)이 Z1축 둘레로 회전 가능, 제2 주축(20)이 Z2축 둘레로 회전 가능하며, 제1 주축(10) 또는 제2 주축(20) 중 어느 것이 Z1축 방향 또는 Z2축 방향으로 이동 가능하고, 제1 주축(10) 또는 제2 주축(20) 중 어느 것이 X1축 방향 또는 X2축 방향으로 이동 가능하면 되며, 실시예의 구성으로 한정되지 않는다.

또한, 상기 실시예에서는, Z2축과 직교하는 X2축 방향으로 이동시켰지만, 본 발명은 Z2축과 교차하는 방향이면, 그 방향은 여러 가지 변경 가능하다.

실시예 2

이어서, 도면을 참조하면서 본 발명의 제2 실시예의 공작 기계, 공작 기계의 제어 방법에 대해 설명한다.

제2 실시예의 자동 선반(공작 기계)(2)은, 제1 실시예의 자동 선반(1)에 있어서의 워크(W1)에 대한 워크 잔재(W2)의 심 어긋남량(s)을 검출하는 방법을 변경한 자동 선반이다.

그리고, 제2 실시예의 자동 선반(2)의 대부분의 요소도, 제1 실시예의 자동 선반(1)과 공통되므로, 공통되는 사항에 대해서는 자세한 설명을 생략한다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 자동 선반(2)은, 제어 장치(40)에 의해 제어되는 광학식 센서의 일종인 레이저 센서(50)를 베드(1a) 상에 가지고 있다. 이 레이저 센서(50)는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 워크 잔재(W2)에 레이저광(L)을 X2축과 평행하게 조사하여, 레이저 센서(50)와 워크 잔재(W2)의 둘레측면과의 X2축 방향의 거리(D)를 검출한다.

다음으로, 제2 실시예의 자동 선반(2)에 의한 워크(W1)에 대한 워크 잔재(W2)의 심 어긋남량(s)의 검출에 대해 설명한다.

예를 들면, 심 어긋남량(s)의 2배의 진폭에 따른 진동이 워크 잔재(W2)에 가해진 경우, 레이저 센서(50)와 워크 잔재(W2)의 둘레측면과의 거리(D)는, 도 9의 거리(세로축)와 시간(가로축)의 그래프에 실선으로 나타내는 바와 같이, 업셋 공정(U) 중에, 레이저 센서(50)와 워크(W1)의 둘레측면과의 X2축 방향의 거리(O)를 기준으로 심 어긋남량(s)의 2배의 진폭으로 변동한다.

그래서, 심 어긋남량 검출 수단(40c)은, 업셋 공정(U)에, 레이저 센서(50)의 출력값(D)(레이저 센서(50)와 워크 잔재(W2)의 둘레측면과의 X2축 방향의 거리)에 기초하여, 워크(W1)의 축심(C1)에 대한 워크 잔재(W2)의 둘레측면의 X2축 방향의 변동값의 최대값, 즉, 일체 접합한 워크(W1)에 대한 워크 잔재(W2)의 심 어긋남량(s)을 검출하고 있다.

다음으로, 제2 실시예의 자동 선반(2)에 의한 워크(W1)에 대한 워크 잔재(W2)의 심 어긋남 방향의 검출에 대해 설명한다.

제2 실시예에 있어서도 레이저 센서(50)의 출력값(D)의 변동(최대값이나 최소값)은, 워크(W1)의 1회전 중의 거의 동일한 위치에 생기고 있다. 따라서, 출력값(D)의 변동과 제1 주축(10)의 회전 위상(P1)을 대조하면, 워크(W1)에 대한 워크 잔재(W2)의 심 어긋남 방향도 알 수 있다.

자세하게는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 제1 주축(10)의 회전 위상(P1)(도면 중에 1점 쇄선으로 나타냄)과 레이저 센서(50)의 출력값(D)(도면 중에 실선으로 나타냄)은, 예를 들면, 주축 모터(13)(즉, 워크(W1))가 2회전하는 동안에 워크 잔재(W2)가 거의 1회전하는 관계에 있다. 그리고, 워크(W1)에 대한 워크 잔재(W2)의 심 어긋남 방향이, X2축의 정방향으로 생기고 있는 경우에는, 레이저 센서(50)의 출력값(D)이 정방향으로 증가한다. 또한, 제1 주축(10)의 회전 위상(P1)이 예를 들면 270°일 때에, 레이저 센서(50)의 출력값(D)이 최대값이 되고 있다. 따라서, 워크 잔재(W2)의 심 어긋남은, 제1 주축(10)의 축심(C1)과 회전 위상 270°의 위치를 연결한 방향으로 생기고 있는 것을 알 수 있다.

그래서, 업셋 공정(U)에 있어서, 심 어긋남 방향 검출 수단(40e)은, 제1 실시예와 마찬가지로, 심 어긋남량 검출 수단(40c)에서 검출한 워크(W1)에 대한 워크 잔재(W2)의 심 어긋남량(s)과, 회전 각도 검출 수단(40f)에서 검출한 제1 주축(10)의 회전 위상(P1)을 대조하여, 워크(W1)에 대한 워크 잔재(W2)의 심 어긋남 방향을 검출하고 있다. 이와 같이, 제2 실시예의 자동 선반(2)에 있어서도, 심 어긋남 방향 검출 수단(40e)에 의해서, 워크(W1)와 워크 잔재(W2)의 마찰 접합 중에, 워크(W1)에 대한 워크 잔재(W2)의 심 어긋남 방향을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 제2 실시예에 있어서, 자동 선반(2)이 워크 잔재(W2)와의 거리를 측정하는 레이저 센서(50)를 구비하고, 심 어긋남량 검출 수단(40c)이, 레이저 센서(50)의 출력값(D)에 기초하여, 워크(W1)에 대한 워크 잔재(W2)의 심 어긋남량(s)을 구하는 것에 의해, 심 어긋남량(s)이 워크 잔재(W2)의 둘레측면의 형상으로부터 직접 검출되기 때문에, 제1 실시예와 같이 X2축 모터에 걸리는 부하에 기초하여 간접적으로 심 어긋남량(s)을 검출하는 경우에 비해, 보다 정확하게 심 어긋남량(s)을 검출할 수 있다.

또한, 본 실시예에 있어서, 레이저 센서(50)는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 워크 잔재(W2)에 레이저를 X2축과 평행하게 조사하여, 워크(W1)에 대한 워크 잔재(W2)의 심 어긋남량(s)과 심 어긋남 방향을 검출하고 있었지만, 심 어긋남량 검출 수단(40c)에서 심 어긋남량(s)을 산출할 수 있으면 어떠한 방향이어도 되며, 워크 잔재(W2)에 대한 레이저의 조사 방향은 X2축과 평행으로 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 실시예에 있어서, 광학식 센서의 일례로서 레이저광(L)을 이용한 레이저 센서(50)를 이용하여 설명했지만, 광학식 센서는 레이저 센서로 한정되는 것은 아니며, 측정 정밀도에 따라서 적절히 선택되면 되고, 예를 들면, LED광 등의 출사광을 이용한 광학식 센서여도 된다.

1…자동 선반(공작 기계) 1a…베드
10…제1 주축 12…주축대
13…주축 모터 14…Z1축 방향 이송 기구
14a…Z1축 레일 14b…Z1축 슬라이더
14c…Z1축 모터 17…지지대
18…가이드 부시 20…제2 주축
22…주축대 23…주축 모터
24…Z2축 방향 이송 기구 24a…Z2축 레일
24b…Z2축 슬라이더 24c…Z2축 모터
25…X2축 방향 이송 기구(제2 주축 이동 수단)
25a…X2축 레일 25b…X2축 슬라이더
25c…X2축 모터(모터) 30…공구
31…공구대 32…이동대
40…제어 장치 40a…제어부
40b…입력부 40c…심 어긋남량 검출 수단
40d…전류값 검출 수단 40e…심 어긋남 방향 검출 수단
40f…회전 각도 검출 수단 50…레이저 센서(광학식 센서)
W1…워크(제1 워크) W2…워크 잔재(제2 워크)
M…마찰 공정 U…업셋 공정
S1…회전 속도 P1…회전 위상
I2…전류값 T1…시간
T2…시간 T3…시간
s…심 어긋남량
D…레이저 센서와 워크 잔재의 둘레측면과의 X2축 방향의 거리
L…레이저광

Claims

제1 워크를 회전 가능하게 유지하는 제1 주축과, 상기 제1 주축에 대향 배치하여 제2 워크를 회전 가능하게 유지하는 제2 주축과, 상기 제1 주축에 유지된 상기 제1 워크 또는 상기 제2 주축에 유지된 상기 제2 워크 중 적어도 어느 일방을 회전시키면서, 상기 제1 주축과 상기 제2 주축이 서로 접근하도록 상대적으로 이동시켜, 상기 제2 워크의 후단 부분을 상기 제1 워크의 선단 부분에 압압하여 마찰 접합시키는 제어부를 구비하는 공작 기계로서,
상기 제어부가, 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남량을, 상기 마찰 접합하고 있는 동안에 검출하는 심 어긋남량 검출 수단을 가지는 공작 기계.
청구항 1에 있어서,
상기 심 어긋남량 검출 수단에서 검출된 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남량에 기초하여, 상기 마찰 접합하고 있는 동안에, 상기 제2 주축을 상기 제2 주축의 회전 축선과 교차하는 방향으로 이동시키는 제2 주축 이동 수단을 가지는 공작 기계.
청구항 2에 있어서,
상기 제2 주축을 상기 제2 주축의 회전 축선과 교차하는 방향으로 이동하는 타이밍이, 상기 제1 주축이 회전 정지한 직후, 혹은 상기 제1 주축이 회전 정지하기 직전, 또는 상기 제1 주축의 회전 속도가 점차 감소하고 있는 동안인 공작 기계.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부가, 상기 심 어긋남량 검출 수단에서 검출한 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남량과 상기 제1 주축의 회전 위상을 대조하는 것에 의해, 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남 방향을, 상기 마찰 접합하고 있는 동안에 검출하는 심 어긋남 방향 검출 수단을 가지는 공작 기계.
청구항 4에 있어서,
상기 제2 주축 이동 수단이, 상기 심 어긋남량 검출 수단에서 검출된 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남량과 상기 심 어긋남 방향 검출 수단에서 검출된 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남 방향에 기초하여, 상기 제2 주축을, 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남량이 감소하도록 상기 제2 주축의 회전 축선과 교차하는 방향으로 이동시키는 공작 기계.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 심 어긋남량 검출 수단이, 상기 제2 주축의 회전 축선과 교차하는 방향으로 상기 제2 주축을 이동시키는 모터에 걸리는 부하에 기초하여, 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남량을 구하는 공작 기계.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 심 어긋남량 검출 수단이, 상기 제2 워크와의 거리를 측정하는 광학식 센서의 출력값에 기초하여, 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남량을 구하는 공작 기계.
제1 워크를 회전 가능하게 유지하는 제1 주축과, 상기 제1 주축에 대향 배치하여 상기 제1 주축으로부터 건네받은 제2 워크를 회전 가능하게 유지하는 제2 주축과, 상기 제1 주축, 및 상기 제2 주축의 동작을 제어하는 제어부를 구비하는 공작 기계의 제어 방법으로서,
상기 제1 주축에 유지된 상기 제1 워크 또는 상기 제2 주축에 유지된 상기 제2 워크 중 적어도 어느 일방을 회전시키면서, 상기 제1 주축과 상기 제2 주축이 서로 접근하도록 상대적으로 이동시켜, 상기 제2 워크의 후단 부분을 새롭게 공급된 제1 워크의 선단 부분에 접촉하여 마찰시키는 스텝과,
상기 제2 워크의 후단 부분을 상기 제1 워크의 선단 부분에 압압하여 마찰 접합하고 있는 동안에, 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남량을 검출하는 스텝과,
상기 마찰 접합하고 있는 동안에, 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남 방향을 검출하는 스텝과,
상기 마찰 접합하고 있는 동안에, 검출한 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남량 및 검출한 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남 방향에 기초하여, 상기 제2 주축을, 상기 제1 워크에 대한 상기 제2 워크의 심 어긋남량이 감소하도록 상기 제2 주축의 회전 축선과 교차하는 방향으로 이동시키는 스텝을 포함하는 공작 기계의 제어 방법.